JP6149770B2

JP6149770B2 - ガス吹付式液体試料注入装置及びそれに用いられる注入容器

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Publication number: JP6149770B2
Application number: JP2014055586A
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Inventors: 智之山崎
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2014-03-18
Filing date: 2014-03-18
Publication date: 2017-06-21
Anticipated expiration: 2034-03-18
Also published as: JP2015178967A

Description

本発明は、液体試料にガスを吹き付け霧化させながら、該液体試料を注入容器に注入するガス吹付式試料注入装置、及び、それに用いられる注入容器に関する。この注入容器及びガス吹付式液体試料注入装置は、液体クロマトグラフを利用して溶液に含まれる１乃至複数の成分を分離した後に各成分を精製して回収する分取精製装置に好適に用いることができる。

例えば製薬分野などにおいては、液体クロマトグラフを利用した分取精製装置により、ライブラリとして保管するサンプルを収集することなどが行われる。特許文献１に記載の装置では、試料溶液中の目的成分（化合物）を液体クロマトグラフにより時間的に分離し、目的成分毎に異なるトラップカラムに導入して一旦捕集する。その後に各トラップカラムに溶媒を流して該カラム内に捕集していた成分を溶出させ、目的成分を含む溶液を容器に回収する。その後、溶媒を除去し、目的成分を固形物として回収する乾固処理を行う。

乾固処理は、回収した溶液を加熱することにより行われるのが一般的である。しかし、この方法では、目的成分の変質を避けるため、あまり温度を高くすることができず、成分によっては数時間から１日程度の時間が掛かる。この乾固工程が分取精製工程の中で最も時間が掛かるものであるため、全工程の時間を短縮するには、乾固工程の時間を短縮することが重要である。

上記の課題を解決するため、特許文献２〜５では、回収容器に目的成分を含む溶液を滴下しつつ空気や窒素等のガスを吹き付け、該溶液を霧状にすることにより、溶媒の蒸発を促進させる方法を開示している。

特許文献２〜５の方法による乾固工程（以下、これを「ガス吹付式蒸発・乾固工程」と呼ぶ）の一般的な手順を、図８を用いて説明する。図８の分取精製装置は、回収容器５３を所定の温度に加熱するための温調ブロック５４と、該温調ブロック５４に収容された回収容器５３内に溶液を導入するための溶液導入管５０と、該回収容器５３内に導入されたガス及び該回収容器５３内で蒸発した溶媒を装置の外部に漏出させないようにして排気するためのシール管５５と、を備える。溶液導入管５０とシール管５５は一体化されており、溶液導入管５０は溶液が流れる内管５０Ａと霧化ガスが流れる外管５０Ｂの二重管構造となっている。回収容器５３は、回収容器本体５１と、その上部開口に装着される、中心に孔が設けられた蓋部５２を備えている。蓋部５２の上部には、ドーナツ状のクッション５２Ａが載置されている。

ガス吹付式蒸発・乾固工程では、溶液導入管５０が下降し、蓋部５２とクッション５２Ａの中心の孔を通って回収容器５３内に挿入される。これに伴ってシール管５５も下降し、その先端がクッション５２Ａを押圧する。これにより、シール管５５の先端がクッション５２Ａに密着し、回収容器５３とシール管５５の間が気密にシールされる。その後、溶液が内管５０Ａに、霧化ガスが外管５０Ｂに、それぞれ送出される。これにより、内管５０Ａの先端から滴下された溶液が、外管５０Ｂからの霧化ガス流によって剪断され、微小液滴（ミスト）となって回収容器５３の内壁に付着する。回収容器５３は温調ブロック５４によって予め加熱されているため、内壁に付着した微小液滴の溶媒が蒸発して、目的成分（溶質）のみが粉末として残ることになる。回収容器５３内に導入された霧化ガス及び該回収容器５３内で蒸発した溶媒は、シール管５５を通して排出される。

特開２００３−１４９２１７号公報国際公開ＷＯ２００９／０４４４２５号国際公開ＷＯ２００９／０４４４２６号国際公開ＷＯ２００９／０４４４２７号国際公開ＷＯ２００９／０４４４２８号

図８に示すような二重管構造を有する従来の分取精製装置は高い乾固性能を備えるものの、内管から滴下される溶液が外管からのガス流により細かく剪断され過ぎて、回収容器の内壁に粉末として残る目的成分も非常に小さい粒子状になることがあった。このような微細な粒子状の粉末が回収容器の内壁に薄く付着すると、粉末を壁面から剥がし、回収容器から取り出すことが容易でなくなる。

本発明が解決しようとする課題は、上記のガス吹付式蒸発・乾固工程のように、液体試料にガスを吹き付け霧化させながら、該液体試料を所定の容器（以下、これを「注入容器」とする）に注入するガス吹付式液体試料注入装置において、該液体試料を適切な粒径に霧化することのできる注入容器及び該注入容器を用いたガス吹付式液体試料注入装置を提供することである。

上記課題を解決するために成された本発明は、
霧化ガス用外管と、該霧化ガス用外管の下端よりも下に突出する突出部を有する液体用内管とからなる試料導入管を備える液体試料注入装置に用いられる、前記試料導入管からの液体試料が霧化して供給される注入容器であって、
上部に開口を有する注入容器本体と、
前記開口に装着される蓋部と、
前記蓋部を貫通するように設けられた管であって、前記試料導入管が挿入される、前記液体用内管の外径よりも大きい内径を有する主管路と、該主管路の途中から分岐する副管路とを備える分岐管と、
前記主管路の上端に設けられた、前記霧化ガス用外管の下端と気密に接する構造を有する入口部と、
前記主管路の下端に設けられた、前記液体用内管の外周と気密に接する構造を有する出口部と、
前記副管路の下端から前記主管路の出口部の下方に向かって延びる吹き出し管と
を備えることを特徴とするものである。

本発明に係るガス吹付式液体試料注入装置用の注入容器では、蓋部が分岐管を備えている。液体試料を注入容器に導入する際には、この分岐管の主管路の上端に設けられた入口部に霧化ガス用外管が気密に接する。このとき、分岐管の主管路の下端に設けられた出口部に、液体用内管の突出部が気密に接する。そのため、霧化ガス用外管より供給される霧化ガスは、まず分岐管の主管路に入り、主管路から副管路の方に流れ、副管路の下端に設けられた吹き出し管から吹き出る。

吹き出し管は主管路の出口部の下方に向けられているため、吹き出し管から吹き出された霧化ガスは滴下された液体試料に斜めから当たる。従来の二重管構造では、液体試料と霧化ガスが同軸上に流れるため、液体試料が霧化ガス流に晒される距離が長く、ミストの径が小さくなるのに対し、本発明の分岐管構造では、液体試料に斜めから霧化ガスが当たるため、液体試料が霧化ガス流に晒される距離が短く、ミストの径が大きくなる。このミストの大きさは、実施例で述べるように、主に吹き出し管の先端の位置や向き（より具体的には、吹き出し管の先端から液体試料までの距離）によって決まるため、吹き出し管の先端の位置や向きを適宜変えることにより、液体試料を適切な粒径に霧化することが可能となる。

また、上記課題を解決するために成された本発明に係るガス吹付式液体試料注入装置は、
注入容器内に液体試料を霧化して供給するための、霧化ガス用外管と、該霧化ガス用外管の下端よりも下に突出する突出部を有する液体用内管とからなる試料導入管と、
前記注入容器に設けられた管であって、前記試料導入管が挿入される、前記液体用内管の外径よりも大きい内径を有する主管路と、該主管路の途中から分岐する副管路とを備える分岐管と、
前記主管路の上端に設けられた、前記霧化ガス用外管の下端と気密に接する構造を有する入口部と、
前記主管路の下端に設けられた、前記液体用内管の外周と気密に接する構造を有する出口部と、
前記副管路の下端から前記主管路の出口部の下方に向かって延びる吹き出し管と
を有することを特徴とする。

このガス吹付式液体試料注入装置は、更に、前記注入容器を加熱する加熱手段を有することが望ましい。これにより、ミスト化された液滴中の溶媒が蒸発し、粉末が注入容器内に残る。本発明に係るガス吹付式液体試料注入装置では、従来よりも径の大きいミストが得られるため、溶媒が蒸発した後に残る粉末の径も大きくなる。上記のように、吹き出し管の先端の位置や向きを適宜変えることにより、例えば液体試料ごとに適切な粒径の粉末を得ることができる。

本発明に係るガス吹付式液体試料注入装置用の注入容器は、蓋部に設けた分岐管と吹き出し管により、滴下される液体試料に対して斜めからガスを吹き当てるようにしたものである。これにより、液体試料がガス流に晒される距離が短くなるため、径の大きいミストが得られる。更に、吹き出し管の先端の位置や向きを適宜変えることにより、例えば液体試料ごとにそれぞれ適切な粒径に霧化することもできる。

本発明の一実施例に係るガス吹付式液体試料注入装置を用いた分取精製装置の要部構成図。本実施例の液体試料導入装置に使用する注入容器の構成を示す概略縦断面図であり、(a)はその全体図、(b)は注入容器を構成する各部を示す図である。本実施例のガス吹付式液体試料注入装置の試料導入管(a)と、それに対応する注入容器の分岐管(b)との関係を示す概略縦断面図。本実施例のガス吹付式液体試料注入装置において、注入容器内に試料導入管を挿入する前の状態を示す概略縦断面図(a)、及び挿入した後の状態を示す概略縦断面図(b)。本実施例のガス吹付式液体試料注入装置における注入容器の各部の寸法の一例を示す図(a)及び(a)の注入容器を用いて霧化ガスを流したときのレイノルズ数の計算結果を示す表(b)。変形例のガス吹付式液体試料注入装置において、注入容器内に試料導入管を挿入する前の状態を示す概略縦断面図(a)、及び挿入した後の状態を示す概略縦断面図(b)。別の変形例のガス吹付式液体試料注入装置において、注入容器内に試料導入管を挿入する前の状態を示す概略縦断面図(a)、及び挿入した後の状態を示す概略縦断面図(b)。従来の分取精製装置による粉末化工程の説明図。

本発明に係るガス吹付式液体試料注入装置の一実施例を、図１〜図４を参照して説明する。図１は本実施例のガス吹付式液体試料注入装置が適用される分取精製装置の要部構成図である。この分取精製装置では、後述のように、目的成分を含む溶液を分取液体クロマトグラフ（図示せず）が予め分取しておく構成としているが、分取液体クロマトグラフを分取精製装置と直結し、分取液体クロマトグラフが分取した溶液を分取精製装置に直接導入する構成に変更することもできる。
また、図２は、本実施例のガス吹付式液体試料注入装置に使用する注入容器の概略縦断面図であり、図３は、本実施例のガス吹付式液体試料注入装置の試料導入管と、それに対応する注入容器の分岐管の関係を示す概略縦断面図であり、図４は、本実施例のガス吹付式液体試料注入装置において、注入容器内に試料導入管を挿入する前後の状態を示す概略縦断面図である。

図１において、溶液容器１には予め分取された、分取液体クロマトグラフに使用された移動相を主たる溶媒とする、目的成分を含む溶液が収容されている。純水容器２には純水（Ｈ_２Ｏ）が、溶出用溶媒容器３にはジクロロメタン（ＤＣＭ）が、それぞれ収容されている。切替バルブ４はこれら３つの容器１、２、３に収容されている液体のいずれかを選択的に流路５に流すように流路を切り替える。また、流路５上には所定の流量で以て液体を吸引して送出する送液ポンプ６が設けられている。

流路５の出口端は切替バルブ７のａポートに接続されている。この切替バルブ７のｂポートには、目的成分を捕集するための吸着剤が充填されたトラップカラム８に至る流路１０が、ｃポートには後述する霧化ガス用の流路２２に至る流路１１が、それぞれ接続されている。切替バルブ７は流路５に対して流路１０又は流路１１を択一的に接続する。

トラップカラム８は、カラムラック９により、流路１０が接続される入口端を真下に、後述する流路１２が接続される出口端を上向きにして略垂直に起立保持される。図１ではトラップカラム８を１本のみ示しているが、図１中に点線で示すように複数のトラップカラム８を並べてカラムラック９に保持することも可能である。

一端がトラップカラム８の出口端に接続された流路１２の他端は分取ヘッド１６に内蔵された切替バルブ１５のａポートに接続され、該切替バルブ１５のｂポートには流路１４が接続され、ｃポートには廃液口に至る流路１３が接続されている。切替バルブ１５は流路１２に対し、流路１３又は流路１４を択一的に接続する。

分取ヘッド１６は試料導入管１７と、その外側に一体に設けられた排気用シール管１８を備え、複数のモータなどで構成されるＸＹＺ駆動機構２９により上下移動及び水平移動が可能となっている。試料導入管１７は流路１４に接続された内管４０と、流路２２に接続された外管４１を備える（なお、図１の試料導入管１７及び注入容器２１は略図であり、具体的な構成は図２〜図４に示している）。後述するように、内管４０には、流路１４を通して目的成分を含む溶液が送出され、外管４１には、流路２２を通して霧化ガスが送出される。また、内管４０は、外管４１の下端より下に突出した突出部４０Ａを有する。

溶液が注入される注入容器２１は、ヒータ２５と、サーミスタなどの温度センサ２６と、容器ラック２４の温調ブロック２７内に個別に収容されている。容器ラック２４及び温調ブロック２７は例えばアルミニウムなどの熱伝導性の良好な材料から形成され、熱が周囲に逃げることを防止するために外側が断熱材で被覆されている（図示せず）。

各注入容器２１は温調ブロック２７からの熱が伝導し易いように、少なくともその底部が温調ブロック２７に接している。より好ましい形態として、注入容器２１の側周面も温調ブロック２７に接する構成とするとよい。容器ラック２４とは別に設けられた温調部２８は、温度センサ２６により検出されるモニタ温度が目標温度となるようにヒータ２５へ供給する加熱電流を調整する。これにより、注入容器２１は適宜の一定温度に加温維持される。

分取ヘッド１６は、ＸＹＺ駆動機構２９により容器ラック２４に収容された複数の容器の中の、任意の注入容器２１上に移動し（図４(a)）、下降する。

注入容器２１は、注入容器本体１９と、その上部開口に装着された蓋部２０を備える。図２〜図４に示すように、蓋部２０は本発明に特徴的な構造として、試料導入管１７が挿入される、内管４０の外径φ_１よりも大きい内径φ_４を有する主管路４２Ａと、該主管路４２Ａの途中から分岐する副管路４２Ｂとを有する分岐管４２を備える。分岐管４２の主管路４２Ａの上端には、試料導入管１７を主管路４２Ａに導く入口部４３が設けられている。また、主管路４２Ａの下端には、内管４０の外径φ_１と等しい内径を有する出口部４６が設けられている。分岐管４２の副管路４２Ｂの下端には、吹き出し管４７が、出口部４６より下方且つ主管路４２Ａの中心線Ｃを向くように設けられている。なお、図２〜図４では、分岐管４２、入口部４３、出口部４６、及び吹き出し管４７が別体であるように表しているが、これらは一体に構成されていても良いし、一部が別体に構成されていても良い。
蓋部２０は、注入容器２１内に導入された霧化ガス及び注入容器２１内で蒸発した溶媒を排出するための排気口４４と、該蓋部２０と排気用シール管１８の密着性を高めるためのドーナツ状のクッション４５を有する。

外管４１の下端部（図３(a)の符号４１Ａ）と入口部４３の内周部は、共に下方に向かって細くなっている。具体的には、下端部４１Ａの外周面とその中心軸の為す角をθ_１、入口部４３の内周面とその中心軸の為す角をθ_２とすると、これらは、θ_２＞θ_１となるように設計されている（図３）。また、下端部４１Ａの外周の最も細い部分の径をφ_２、最も太い部分の外径をφ_３、入口部４３の内周の最も細い部分の径をφ_４、最も太い部分の径をφ_５とすると、これらはφ_２＜φ_４＜φ_３＜φ_５を満たすように寸法が設計されている。
このように下端部４１Ａと入口部４３の寸法及び角度が設計されていることにより、試料導入管１７が入口部４３の中心に案内されると共に、外管４１と入口部４３が気密に接する。また、内管４０の外径と出口部４６の内径が等しいため、これらが気密に接する（図４(b)）。

試料導入管１７が下降すると、それに伴って排気用シール管１８も下降し、蓋部２０に設けられたクッション４５を押圧する。これにより、排気用シール管１８と注入容器２１の間が気密にシールされる（図４(b)）。この状態で、後述するガス吹付式蒸発・乾固工程が行われる。
なお、分取ヘッド１６が移動する代わりに容器ラック２４が移動する構成であっても良い。

ガス供給部２３は、比例弁２３Ａやガスボンベ２３Ｂ等を有し、流路２２を通して試料導入管１７の外管４１に霧化ガスを送出する。

ＣＰＵ等を含む制御部３０は予め設定されたプログラムに従って、切替バルブ４、７、１５の切替動作、送液ポンプ６とガス供給部２３の動作（流量又は流速）、温調部２８の目標温度の設定、ＸＹＺ駆動機構２９を介した分取ヘッド１６の移動などの制御を実行することで、分取精製作業を自動的に遂行する。また、操作部３１はその分取精製作業のための条件などを入力設定するためのものである。

次に、図１の分取精製装置によるガス吹付式蒸発・乾固工程の手順を説明する。まず溶液容器１中の溶液に含まれる目的成分をトラップカラム８内の吸着剤に捕集し、該溶液中の溶媒（移動相）を廃棄するために、制御部３０は、切替バルブ４により溶液容器１（ｂポート）と流路５（ａポート）を、切替バルブ７により流路５（ａポート）と流路１０（ｂポート）を、切替バルブ１５により流路１２（ａポート）と流路１３（ｃポート）をそれぞれ接続し、所定の一定流量で送液を行うように送液ポンプ６を動作させる。送液ポンプ６は溶液容器１中の溶液を吸引して、流路５と流路１２を通してトラップカラム８に導入する。すると、トラップカラム８中の吸着剤に溶液中の目的成分が捕集される。目的成分が除去された溶液（移動相）は流路１２と流路１３を経て廃液口に廃棄される。

溶液容器１中の溶液を所定時間又は所定量、トラップカラム８に供給すると、次に制御部３０は、純水容器２（ｃポート）と流路５（ａポート）とを接続するように切替バルブ４を切り替える。すると、送液ポンプ６は純水容器２中の純水を吸引してトラップカラム８に導入する。これにより、先の目的成分の捕集時に吸着剤に付着した塩類などの、不所望で水溶性の物質がトラップカラム８内から除去される。この純水の送給により、その送給開始直前にトラップカラム８内に溜まっていた移動相は水に置換され、水がトラップカラム８内に充満した状態となる。吸着剤に捕集されている目的成分は強い吸着作用により水には殆ど溶出しないため、この時点ではトラップカラム８内に捕集された状態が維持される。

次に、制御部３０はＸＹＺ駆動機構２９により分取ヘッド１６を予め指定された所定の注入容器２１の分岐管４２の上方まで移動させ、分取ヘッド１６を下降させる（図４(b)）。それから、制御部３０は温調部２８に対し目標温度を指示して温調ブロック２７の加熱を開始し、注入容器２１を加温し始める。目標温度としては、目的成分の溶出用溶媒として用いるジクロロメタンの沸点と同程度又はそれよりも少し高い程度としておけばよく、40〜45℃程度でよい。その後、制御部３０は、溶出用溶媒容器３（ｄポート）と流路５（ａポート）とを接続するように切替バルブ４を切り替える。これにより、送液ポンプ６は溶出用溶媒容器３中のジクロロメタンを吸引してトラップカラム８に導入し始める。

トラップカラム８にジクロロメタンが導入されると、トラップカラム８内に存在していた水と殆ど混じることなく、ジクロロメタンと水との界面は徐々に上昇してゆく。即ち、ジクロロメタンは水を押し上げながらトラップカラム８の底部から徐々に溜まってゆく。一方、押し上げられた水はトラップカラム８の上端の出口端から溢れ出し、切替バルブ１５を経て流路１３から廃液口に至る。一方、ジクロロメタンは強い溶出力を有するため、トラップカラム８に捕集された目的成分は、トラップカラム８に溜まったジクロロメタンに溶け出す。

溶出用溶媒容器３中のジクロロメタンを所定時間又は所定量、トラップカラム８に供給し、トラップカラム８から水が完全に排除されると、切替バルブ１５を流路１３（ｃポート）から流路１４（ｂポート）に切り替え、目的成分の分取を開始する。また、制御部３０は、ガス供給部２３に窒素ガス（又は他の不活性ガス）の供給を開始させる。ガス供給部２３から送出される霧化ガスは、流路２２と外管４１を経て、分岐管４２の主管路４２Ａに導入される。主管路４２Ａの上端に設けられた入口部４３は、外管４１の下端部４１Ａによってシールされていると共に、主管路４２Ａの下端に設けられた出口部４６は、内管４０の外周によってシールされているため、主管路４２Ａに導入された霧化ガスは、副管路４２Ｂの方に流れ、吹き出し管４７より吹き出し始める。一方、トラップカラム８から送られてくる溶液、つまり目的成分を含むジクロロメタンは、流路１２と流路１４を経て、試料導入管１７の内管４０の下端から滴下される。上記のように、吹き出し管４７は主管路４２Ａの中心線Ｃを向くように設計されているため、内管４０から滴下された溶液に、吹き出し管４７から吹き出した霧化ガスが当たり、溶液を剪断してミスト化する。

本実施例の注入容器２１では、従来とは異なり、溶液と霧化ガスが同軸上を流れないため、溶液が霧化ガスに晒される距離が短く、ミストの径が大きくなる。また、溶液が剪断される位置Ｅ（中心線Ｃと吹き出し管４７の向きを示す直線Ｄとの交点）と吹き出し管４７の先端の間の距離が広がるほど、霧化ガスが拡散してエネルギーを失うため、同様にミストの径が大きくなる。従って、得られるミストの径の大きさは、吹き出し管４７の先端から剪断位置Ｅまでの距離ｄや、中心線Ｃと直線Ｄの為す角θ３を適宜調整することにより、変えることができる。蓋部２０は、例えば吹き出し管４７の先端の位置及び／又は角度を自由に変えることのできる構造を有していても良いし、吹き出し管４７の先端の位置と角度の異なる蓋部２０を複数種類用意しておいても良い。これにより、得ようとする粉末の大きさに応じて、或いは、試料の種類に応じて、適切なミストの大きさで上記のガス吹付式蒸発・乾固工程を行うことが可能となる。

注入容器２１はヒータ２５を熱源とする温調ブロック２７からの熱伝導によりジクロロメタンの沸点と同程度に加温されている。そのため、溶液の細かい液滴が注入容器２１の内周や内底の壁面に付着すると、液滴中の溶媒（ジクロロメタン）はすぐに蒸発し、目的成分が粉末として残る。こうして粉末状の目的成分は注入容器２１の内周や内底の壁面に堆積する。また、注入容器２１内に導入された霧化ガスや蒸発した溶媒は、排気用シール管１８を通して注入容器２１の外部に排出される。

以上の工程が終了すると、分取ヘッド１６を上昇させる。続けて別の目的成分の粉末化を行う際には、次の注入容器２１がある位置に分取ヘッド１６を移動させ、同様の処理を行う。

以上が、図１の分取精製装置を用いた本実施例のガス吹付式蒸発・乾固工程の手順であるが、ガス吹付式蒸発・乾固工程の最中に、試料管１７の内管４０の先端で溶質が析出し、内管４０の外壁を伝って成長していくことがある。これを防ぐために、内管４０はテフロン（登録商標）等のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）系の樹脂材料で構成されていることが望ましい。ＰＴＦＥ系の樹脂は濡れ性が低いため、内管４０の先端から溶液が表面張力で内管の外壁を上昇しにくくなる。同様の理由で、分岐管４２もＰＴＦＥ系樹脂材料で構成していることが望ましい。
また、吹き出し管４７の出口は、幅広の矩形形状にすることが望ましい。これにより、吹き出し管４７から吹き出る霧化ガス流は幅広のものとなり、広い範囲に霧化ガス流を吹き付けることができる。

更に、本実施例の構成では、霧化ガスを注入容器１９の底面に斜めから当てることができるため、注入容器１９の底面に溜まった溶液を撹拌させ、蒸発を促進させるという効果も得ることができる。この際、吹き出し管４７の角度や位置、注入容器１９の高さ等を適切に設計し、霧化ガスが底面の中心部に当たるようにすれば、底面に溜まった溶液をより効率的に拡散させることができる。図５(a)は、霧化ガスが底面の中心部に当たるように設計した注入容器１９の各部の寸法の一例であり、この設計では、霧化ガスが底面の中心から0.2mm離れた部分に斜めから入射される。
また、この図５(a)の注入容器１９を用いて、図５(b)の表に示すガス流量、平均流速、動粘度、吹き出し管の内径で霧化ガスを流したときのレイノルズ数を計算した。この表に示すように、このときのレイノルズ数Reは2245572であり、臨界レイノルズ数Rec=2320より大きくなった。このように、レイノルズ数Reが臨界レイノルズ数Recよりも大きくなるとき、吹き出し管４７から吹き出る霧化ガスは乱流となる。

また、図２〜図５では、突出部４０Ａが出口部４６から突出するように分岐管４２の長さが設計されているが、図６(a)及び(b)に示すように、突出部４０Ａが出口部４６内に収まるように分岐管４２の長さが設計されても良い。この構造の分岐管４２では、内管４０が注入容器２１内に晒されないため、注入容器２１内で飛散した液滴や粉末が内管４０に付着することが防止される。また、外管４１は注入容器２１内に導入されないので、外管４１にも液滴や粉末は付着しない。これにより、次の注入容器で異なる液体試料を注入する際に、コンタミネーションが生じることを防止することができる。
なお、上記では分岐管４２を長くすることにより突出部４０Ａが出口部４６内に収まるようにしたが、分岐管４２の長さはそのままで、突出部４０Ａを短くすることにより該突出部４０Ａが出口部４６内に収まるようにしても良い。

内管４０をＰＴＦＥ系樹脂材料から形成した場合、蓋部２０の出口部４６に対して内管４０の突出部４０Ａの抜挿を繰り返すと、内管４０の突出部４０Ａが損耗することがある。そこで、図７に示すように、試料導入管１７を分岐管４２に挿入したときに内管４０の突出部４０Ａが主管路４２Ａ内に収まるように分岐管４２と内管４０の長さを設計し、分岐管４２の出口部４６に筒状の袖口部４６Ａを取付けても良い。試料導入管１７を分岐管４２に挿入したとき、内管４０の突出部４０Ａの下端が袖口部４６Ａの上端に近接するように該袖口部４６Ａの長さが設計されている。このような構成によれば、試料導入管１７を分岐管４２に挿入したときに突出部４０Ａが出口部４６に接触しないため、該突出部４０Ａの損耗を防止できる。

上記構成においては、内管４０はステンレス製で良いが、上述した理由から袖口部４６ＡはＰＴＦＥ製にすることが好ましい。また、袖口部４６Ａの下端が吹き出し管４７側に向かって若干傾くように該袖口部４６Ａを曲げるようにしても良い。このような構成によれば、袖口部４６Ａの先端における溶液の滞留が少なくなり、注入容器２１内に得られる粉末の状態を良くすることができる。
さらに、袖口部４６Ａを曲げることに代えて、或いは袖口部４６Ａを曲げることに加えて、袖口部４６Ａの長さを変えたり、袖口部４６Ａの先端を斜めに切断したりする等によっても得られる粉末の状態を調整することができる。

以上、本発明に係る注入容器及びガス吹付式液体試料注入装置について実施例を用いて説明したが、本発明の趣旨の範囲で適宜変更、修正を行うことができることは当然である。

１…溶液容器
２…純水容器
３…溶出用溶媒容器
４…切替バルブ
５、１０、１１、１２、１３、１４、２２…流路
６…送液ポンプ
７…切替バルブ
８…トラップカラム
９…カラムラック
１５…切替バルブ
１６…分取ヘッド
１７…試料導入管
４０…内管
４１…外管
４１Ａ…下端部
１８…排気用シール管
１９…注入容器本体
２０…蓋部
２１…注入容器
２３…ガス供給部
２３Ａ…比例弁
２３Ｂ…ガスボンベ
２４…容器ラック
２５…ヒータ
２６…温度センサ
２７…温調ブロック
２８…温調部
２９…ＸＹＺ駆動機構
３０…制御部
３１…操作部
４２…分岐管
４２Ａ…主管路
４２Ｂ…副管路
４３…入口部
４４…排気口
４５…クッション
４６…出口部
４６Ａ…袖口部
４７…吹き出し管

Claims

霧化ガス用外管と、該霧化ガス用外管の下端よりも下に突出する突出部を有する液体用内管とからなる試料導入管を備える液体試料注入装置に用いられる、前記試料導入管からの液体試料が霧化して供給される注入容器であって、
上部に開口を有する注入容器本体と、
前記開口に装着される蓋部と、
前記蓋部を貫通するように設けられた管であって、前記試料導入管が挿入される、前記液体用内管の外径よりも大きい内径を有する主管路と、該主管路の途中から分岐する副管路とを備える分岐管と、
前記主管路の上端に設けられた、前記霧化ガス用外管の下端と気密に接する構造を有する入口部と、
前記主管路の下端に設けられた、前記液体用内管の外周と気密に接する構造を有する出口部と、
前記副管路の下端から前記主管路の出口部の下方に向かって延びる吹き出し管と
を備えることを特徴とする注入容器。
前記吹き出し管の先端の位置及び／又は向きが可変であることを特徴とする請求項１に記載の注入容器。
注入容器内に液体試料を霧化して供給するための、霧化ガス用外管と、該霧化ガス用外管の下端よりも下に突出する突出部を有する液体用内管とからなる試料導入管と、
前記注入容器に設けられた管であって、前記試料導入管が挿入される、前記液体用内管の外径よりも大きい内径を有する主管路と、該主管路の途中から分岐する副管路とを備える分岐管と、
前記主管路の上端に設けられた、前記霧化ガス用外管の下端と気密に接する構造を有する入口部と、
前記主管路の下端に設けられた、前記液体用内管の外周と気密に接する構造を有する出口部と、
前記副管路の下端から前記主管路の出口部の下方に向かって延びる吹き出し管と
を有することを特徴とするガス吹付式液体試料注入装置。
前記吹き出し管の先端の位置及び／又は向きが可変であることを特徴とする請求項３に記載のガス吹付式液体試料注入装置。
前記注入容器を加熱する加熱手段を有することを特徴とする請求項３又は４に記載のガス吹付式液体試料注入装置。