JP6213667B2 - 加熱温調用サンプルラック及びその加熱温調用サンプルラックを用いる試料温度調節装置 - Google Patents

Description

本発明は、試料溶液を収容した試料容器内の温度を一定温度に制御するための試料温度調節装置及びその試料温度調節装置に使用される加熱温調用サンプルラックに関するものである。

液体クロマトグラフにおける自動分析は、予め少量の試料を封入した試料容器をサンプルラックに保持させ、このサンプルラックをオートサンプラに設置し、オートサンプラがこのサンプルラック上の試料容器から所定プログラムに従って逐次試料を吸入し、液体クロマトグラフに注入することにより実行される。

サンプルラックは、一般的に、例えば１００本程度の試料容器を保持するようになっている。液体クロマトグラフでは、一般的に、１試料に対して数分の分析時間を要するため、サンプルラック上の試料によっては少なくとも数時間の分析待ちとなるものがある。分析待ち状態にあるサンプルラック上の試料は、多くの場合は室温で保持されるが、試料によっては変質を防ぐために低温に保ったり室温以上の温度（例えば人の体温と同じ３７℃）に保ったりすることが必要な場合もある。また、試料溶液を長時間所定の温度に保つことで、試料溶液の変化の有無を確認する場合もあり、その場合には数十時間一定の温度に保つことが必要である。そのため、オートサンプラには、サンプルラック上の試料の温度を調節する試料温度調節装置が設けられていることが一般的である（例えば、特許文献１参照。）。

試料温度調節装置には、金属などを介して冷却素子や加熱素子からの熱をサンプルラック上の試料容器にサンプルラックを介して直接的に伝える直接伝熱方式と、オートサンプラ内の空気を冷却又は加熱し、空気を介してサンプルラック上の試料容器に間接的に熱を伝える空気伝熱方式とがある。

直接伝熱方式は、サンプルラックを良好な熱伝導性を有する金属などの材質で構成し、サンプルラックを載置するテーブルに設けられた冷却素子又は加熱素子によってサンプルラックの底面を冷却又は加熱することで、サンプルラック上の試料容器を冷却又は加熱するものである。

米国特許第６１７０２６７号公報

直接伝熱方式は空気伝熱方式に比べて、構造上、設定した温度に達するまでの時間が早い一方で、一定の場所から熱が伝わるため試料容器に温度ムラが生じやすい。特に、加熱して温度調節を行なう場合には、サンプルラックの底面側から熱が伝わるため、試料容器の下側の温度が上側の温度よりも高くなる。試料溶液のある試料容器の下側の温度よりも試料溶液のない上側の温度が低くなることで、試料容器内上部において結露が発生しやすくなる。

試料容器内に結露が発生すると試料溶液内の液体の気化が促進され、相対的に試料濃度が上昇してしまう。この状態の試料溶液を採取して液体クロマトグラフで分析を行なうと、サンプルピークの面積値が本来よりも高くなってしまう。

試料容器内の結露は加熱による温度調節の開始から時間が経つにつれて増加していくため、温度調節を開始した直後に試料溶液を採取して分析したときのピーク面積値と、温度調節の開始後数十時間が経過した後に採取して分析したときのピーク面積値との間に数％の差が生じることがあり、分析結果に信頼性が低下してしまう。

そこで、本発明は、オートサンプラ内における温度調節の際に、試料容器内において結露が発生しないようにすることを目的とするものである。

本発明にかかる加熱温調用サンプルラックは、断熱性材料で構成され、試料容器を底面側から挿入することにより試料容器の下部を収容する凹部を備えた下部ホルダと、熱伝導性材料で構成され、下部ホルダに保持された試料容器の外面のうち下部ホルダに収容されている部分よりも上側の部分を覆う上側保持面及び該サンプルラックが載置される試料温度調節装置の伝熱面に接する下端部を有し、伝熱面の熱を下端部及び上側保持面を介して試料容器の凹部に収容されている部分よりも上側の部分へ伝える上部ホルダと、を備えたものである。

好ましい実施態様では、下部ホルダは上部ホルダの下面側に設けられた凹部に収容され、下部ホルダの外周面が上部ホルダの下部壁面によって囲われており、上部ホルダの下端部壁面の下端部が下部ホルダの周囲において試料温度調節装置の伝熱面と接している。

本発明にかかる試料温度調節装置は、上記サンプルラックを載置させ、載置されたサンプルラックの上部ホルダと接して該上部ホルダに熱を伝える伝熱面を有する伝熱部材と、伝熱部材を加熱する加熱素子と、伝熱面の温度が所定温度になるように加熱素子の出力を制御する温度制御部と、を備えたものである。

好ましい実施態様では、加熱素子が伝熱部材に埋設されている。

本発明の試料温度調節装置においては、伝熱部材を冷却する冷却素子が設けられていてもよい。

本発明の加熱温調用サンプルラックは、下部ホルダと上部ホルダを備え、試料容器の下部は下部ホルダに収容され、試料容器の下部ホルダに収容されている部分よりも上側の部分に上部ホルダを介して試料温度調節装置からの熱が伝わるように構成されているので、試料容器の上側から優先的に加熱温調がなされ、試料容器の下部よりも上側の温度が低くなることがなく、結露の発生が防止される。

本発明の試料温度調節装置は、上記加熱温調用サンプルラックを用いて試料容器の加熱による温度調節を行なうものであるので、試料容器内における結露の発生を防止することができる。結露の発生に起因した試料濃度の変化を防止することができる。

試料温度調節装置を備えたオートサンプラの一実施例を示す断面図である。 同実施例の試料温度調節装置を示す概略構成図である。 同実施例の加熱温調用サンプルラックを示す分解断面図である。

オートサンプラに用いられる試料温度調節装置の一実施例について図１を用いて説明する。

試料温度調節装置は、断熱性の筐体２を有し、その内部が密閉空間となっている。筐体２内の底部に例えばアルミニウムなどの熱伝導性の良好な金属からなる板状の伝熱部材４が設けられている。

伝熱部材４にはヒータ６（加熱素子）が埋設されているとともに、下面にペルチェ素子８（冷却素子）がその冷却面が伝熱部材４に接する状態で取り付けられている。ペルチェ素子８の放熱面（冷却面と反対側の面）は筐体２の下方に設けられたダクト１２側へ露出している。ペルチェ素子８の放熱面に複数の金属板が互いに平行に配列されてなる放熱フィン１０が設けられている。ダクト１２内はファン１４によって空気が通過するようになっており、その空気が放熱フィン１０に吹き付けられることにより、ペルチェ素子８が伝熱部材４から吸収した熱が放熱されるようになっている。

伝熱部材４の上面は、サンプルラック１６を載置してサンプルラック１６に熱を伝える伝熱面となっており、伝熱部材４の上面とサンプルラック１６の下面が直接接触している。図２に示されているように、この伝熱面の温度は、温度センサ３２によって検出され、その検出温度が温度制御部３２に取り込まれる。温度制御部３２は、温度センサ３１の検出温度に基づき、伝熱面温度が予め設定された温度になるようにヒータ６及びペルチェ素子８の出力を制御するように構成されている。

サンプルラック１６について図２及び図３を用いて説明する。

伝熱部材４の伝熱面上に載置されるサンプルラック１６は、複数の試料容器１８を収容するようになっている。試料容器１８は、上面に設けられた開口部がセプタム２２によって閉じられ、さらにその開口部分にキャップ２３が装着された状態でサンプルラック１６に収容される。セプタム２２は、試料溶液の採取の際にニードル２８（図１参照）が貫通して試料容器１８の内部に進入することができる薄膜状の弾性部材であり、ニードル２８が引き抜かれた後の穴はセプタム２２の弾性力によって自然に閉じられ、試料容器１８内の密閉が保持されるようになっている。キャップ２２は、例えばポリプロピレンで構成されており、セプタム２２を試料容器１８の開口部に確実に固定して試料容器１８内の密閉を保持するために装着されている。

サンプルラック１６は、断熱性の下部ホルダ１６ａと、熱伝導性の伝熱ブロック１６ｂ及びカバー１６ｃからなる上部ホルダにより構成されている。

下部ホルダ１６ａは、例えばポリプロピレンなどの断熱性材料からなり、試料容器１８を底面側から挿入して試料容器１８の下部を収容する凹部３４を備えている。下部ホルダ１６ａの下面は伝熱部材４と接するが、凹部３４の底面と下部ホルダ１６ａの下面との間には断熱性材料が介在し、伝熱部材４の熱が凹部３４に収容された試料容器１８の下部へ直接的に伝わらないようになっている。

伝熱ブロック１６ｂは、例えばアルミニウムなどの良好な熱伝導性を有する材料で構成されている。伝熱ブロック１６ｂは下面側に下部ホルダ１６ａを収容する凹部３６を有し、伝熱ブロック１６ｂの下部側壁が下部ホルダ１６ａの側面を囲っている。伝熱ブロック１６ｂの上面側には、下部ホルダ１６ａの凹部３４に対応する位置に貫通穴４０が設けられている。この貫通穴４０の内周面４０ａは試料容器１８の試料収容部のうち、下部ホルダ１６に収容されている部分よりも上側の部分の外面を囲うようになっている。伝熱ブロック１６ｂの下端部は下部ホルダ１６ａの周囲において伝熱部材４の上面に接し、伝熱部材４の熱を試料容器１８の上部へ伝えるようになっている。

下部ホルダ１６ａと伝熱ブロック１６ｂはネジの締結などによって予め一体化されている。下部ホルダ１６ａの凹部３４と上部ホルダ１６の貫通穴４０により、試料容器１８を収容するための縦穴が構成されている。

伝熱ブロック１６ｂとともに上部ホルダをなすカバー１６ｃは、伝熱ブロック１６ｂと同様に、例えばアルミニウムなどの良好な熱伝導性を有する材料で構成されている。カバー１６ｃは伝熱ブロック１６ｂの上側に装着され、伝熱ブロック１６ｂとともに試料容器１８の上部を覆って試料容器１８の上部に伝熱部材４からの熱を伝えるものである。カバー１６ｃはキャップ２３の周囲を囲う貫通穴４２を備えている。

伝熱ブロック１６ｂの貫通穴４０の内周面４０ａ、カバー１６ｃの貫通穴４４の内周面及び窪み４６の内面は、試料容器１８の外面のうち下部ホルダ１６ａに収容されている部分よりも上側の部分を覆う上側保持面を構成している。

このサンプルラック１６を試料温度調節装置に設置する際は、下部ホルダ１６ａの凹部３４と上部ホルダ１６の貫通穴４０によって構成された縦穴に、セプタム２２及びキャップ２３が装着された状態の試料容器１８を挿入する。その後、試料容器１８の上方からカバー１６ｃを伝熱ブロック１６ｂ上に配置することにより、図２に示された状態となる。

かかる構造により、このサンプルラック１６に収容された試料容器１８の外面のうち下部ホルダ１６ａに収容されている部分よりも上側部分は、伝熱ブロック１６ｂとカバー１６ｃによって覆われた状態となる。伝熱ブロック１６ｂとカバー１６ｃは熱伝導性であるため、試料容器１８の温度を室温よりも高い温度で調節する際、伝熱部材４からの熱は伝熱ブロック１６ｂ及びカバー１６ｃを介して試料容器１８の下部よりも上部へ優先的に伝えられ、試料容器１８の上部が下部よりも優先的に加熱される。したがって、試料容器１８の温度を加熱によって調節する場合にこのサンプルラック１６を用いることで、試料容器１８の下部よりも上部側の温度が低くなることがなく、試料容器１８内での結露の発生を防止することができる。

なお、下部ホルダ１６ａと伝熱ブロック１６ｂとの境界部分の高さは、該試料容器１８内に収容されている試料溶液２０の液面高さよりも高くてもよいし低くてもよい。要は、試料容器１８の上部が下部よりも優先的に加熱されればよい。

図１に戻って、筐体２には除湿用のペルチェ素子２４とペルチェ素子２４で発生した水滴を回収するトレイ２６が設けられている。なお、この実施例のように、伝熱部材４にサンプルラック１６を接触させて直接的に熱を伝える直接伝熱方式では、筐体２や除湿用のペルチェ素子２４、トレイ２６は必ずしも設けられている必要はない。

サンプルラック１６に収容されている試料容器１８から試料溶液を採取するためのニードル２８は筐体２内に配置されている。ニードル２８は筐体２内のサンプルラック１６上において水平方向へ移動することができるとともに、サンプルラック１６上の任意の位置において上下動することができる。ニードル２８の基端にはサンプリングループ３０を介してシリンジポンプなどのポンプ（図示は省略）が接続されている。

ニードル２８で試料溶液を採取する際は、目的の試料溶液が収容された試料容器１８上の位置にニードル２８が移動し、そこから下降して試料容器１８の開口を封止しているセプタム２２を貫通して先端から試料溶液を吸入し、サンプリングループ３０に一時的に保持する。試料溶液を吸入した後、ニードル２８はこの筐体２内の所定の位置に設けられた注入ポート（図示は省略）の位置へ移動してその注入ポート内へ試料溶液を注入する。注入ポートは筐体２の外部の液体クロマトグラフへ通じており、ニードル２８により注入された試料溶液が液体クロマトグラフの分析流路に導入され、試料成分の分離分析が行われる。

２ 筐体
４ 伝熱部材
６ ヒータ
８，２４ ペルチェ素子
１０ 放熱フィン
１２ ダクト
１４ ファン
１６ サンプルラック
１６ａ 下部ホルダ
１６ｂ 上部ホルダ
１６ｃ カバー
１８ 試料容器
２０ 試料溶液
２２ セプタム
２３ キャップ
２６ トレイ
２８ ニードル
３０ サンプリングループ
３１ 温度センサ
３２ 温度制御部
３４，３６，４２ 凹部
３８ 下端部（上部ホルダ）
４０，４４ 貫通穴
４０ａ 貫通穴内周面
４６ 窪み

Claims (5)

1. 断熱性材料で構成され、試料容器を底面側から挿入することにより試料容器の下部を収容する凹部を備えた下部ホルダと、
   熱伝導性材料で構成され、前記下部ホルダに保持された試料容器の外面のうち前記凹部に収容されている部分よりも上側の部分を覆う上側保持面及び該サンプルラックが載置される試料温度調節装置の伝熱面に接する下端部を有し、前記伝熱面の熱を前記下端部及び前記上側保持面を介して前記試料容器の前記凹部に収容されている部分よりも上側の部分へ伝える上部ホルダと、を備え、
   前記上部ホルダは、
   前記試料容器を覆う熱伝導性材料で構成された伝熱ブロックと、
   前記伝熱ブロックの上側に装着されて前記伝熱ブロックに接し、前記試料容器のキャップの周囲を覆って前記伝熱ブロックからの熱を前記キャップへ伝える熱伝導性材料で構成されたカバーと、を含む加熱温調用のサンプルラック。
2. 前記下部ホルダは前記上部ホルダの下面側に設けられた凹部に収容され、前記下部ホルダの外周面が前記上部ホルダの下部壁面によって囲われており、前記上部ホルダの前記下端部壁面の下端部が前記下部ホルダの周囲において前記伝熱面と接している請求項１に記載のサンプルラック。
3. 請求項１又は２に記載のサンプルラックと、
   前記サンプルラックを載置させ、載置された前記サンプルラックの上部ホルダと接して該上部ホルダに熱を伝える伝熱面を有する伝熱部材と、
   前記伝熱部材を加熱する加熱素子と、
   前記伝熱面の温度が所定温度になるように前記加熱素子の出力を制御する温度制御部と、を備えた試料温度調節装置。
4. 前記加熱素子は前記伝熱部材に埋設されている請求項３に記載の試料温度調節装置。
5. 前記伝熱部材を冷却する冷却素子をさらに備えている請求項４に記載の試料温度調節装置。

Images