JP6547853B2

JP6547853B2 - クロマトグラフ装置

Info

Publication number: JP6547853B2
Application number: JP2017563667A
Authority: JP
Inventors: 健太松本
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2016-01-26
Filing date: 2016-05-17
Publication date: 2019-07-24
Anticipated expiration: 2036-05-17
Also published as: CN108700560A; CN108700560B; JPWO2017130430A1; WO2017130430A1; US20190004016A1

Description

本発明は、クロマトグラフ装置に関し、特に、多数の液体試料を測定する液体クロマトグラフ装置に関する。

液体クロマトグラフ質量分析装置（ＬＣ／ＭＳ）は、液体試料を成分毎に分離して溶出する液体クロマトグラフ部（ＬＣ部）と、ＬＣ部から溶出してきた試料成分をイオン化するイオン化室と、イオン化室から導入されたイオンを検出する質量分析部（ＭＳ部）とから構成される。

図３及び図４は、一般的なＬＣ／ＭＳの一例を示す概略構成図である。ＬＣ／ＭＳ１０１は、移動相を貯蔵する移動相貯槽１０と、移動相貯槽１０に連結された送液ポンプ１１と、カラム連結管（カラムＩＮ側配管）１２と、カラム連結管１２と連結された分離用カラム１３と、分離用カラム１３を略一定の温度に保つカラム恒温槽１４と、分離用カラム１３と連結された検出器（検出部）１５と、移動相中へ液体試料を注入するオートサンプラ２０と、ＬＣ／ＭＳ１０１を制御する制御部１４０とを備える（例えば特許文献１参照）。

オートサンプラ２０は、多数の試料バイアルＳが配置されたテーブル２１と、先端部にステンレス製のニードル２２ａが形成された試料導入管２２と、ニードル２２ａを上下方向及び水平方向に移動させるニードル駆動部２３と、ニードル２２ａを洗浄するためのリンスポート２４と、試料注入部３０とを備える。

試料バイアルＳは、底面を有する円筒形状のガラス容器と、ガラス容器の開口部に取り付けられたシリコン製のセプタムとから構成されており、内部に液体試料が収容されている。
リンスポート２４は、リンス液（溶出力の高い溶液）が収容された容器２４ａを備えている。

試料注入部３０は、シリンジポンプ３１と、インジェクションポート３２と、６つのポートａ〜ｆを有する流路切換バルブ３３と、７つのポートｇ〜ｍを有する流路切換バルブ３４とを備える。

シリンジポンプ３１は、円筒状体のシリンジ３１ａと、シリンジ３１ａ内に挿入される円柱形状のプランジャ３１ｂと、プランジャ３１ｂを上下方向に移動させるパルスモータ３１ｃとを備える。そして、シリンジポンプ３１は、流路切換バルブ３３及び流路切換バルブ３４が図４の状態のときに、プランジャ３１ｂが下方に引かれると液体試料を試料導入管２２内に注入し、プランジャ３１ｂが上方に押されるとシリンジ３１ａ内に収容されていた洗浄液を試料導入管２２内に注入するようになっている。

流路切換バルブ３３のポートａは送液ポンプ１１を介して移動相貯槽１０に、ポートｂは試料導入管２２に、ポートｃは流路切換バルブ３４のポートｋに、ポートｄは電磁弁３５を介してドレインに、ポートｅはインジェクションポート３２に、ポートｆはカラム連結管１２にそれぞれ接続されている。そして、隣り合うポートａ〜ｆ同士が連通可能に構成されている。

流路切換バルブ３４のポートｇとポートｈとポートｉは洗浄液が収容された容器３６に、ポートｊはシリンジポンプ３１に、ポートｋは流路切換バルブ３３のポートｃに、ポートｌはリンスポート２４に、ポートｍは電磁弁３７を介してシリンジポンプ３１にそれぞれ接続されている。そして、ポートｍはポートｇ〜ｌのいずれか１個のポートに連通可能となっているとともに、隣り合うポートｇ〜ｌ同士が連通可能に構成されている。

ここで、上述したＬＣ／ＭＳ１０１を用いて多数の液体試料を自動的に連続して分析する分析方法について説明する。まず、制御部１４０は、流路切換バルブ３３、３４のポートａ〜ｍを図４の状態に制御する。したがって、移動相貯槽１０から送液ポンプ１１を介して供給された移動相は、カラム連結管１２を通って分離用カラム１３に送られる。次に、制御部１４０は、ニードル２２ａの直下に所望の試料バイアルＳがくるように移動させた後、ニードル２２ａを降下させて試料バイアルＳ内に挿入する。そして、制御部１４０は、プランジャ３１ｂを引くことにより、試料バイアルＳ内の液体試料を試料導入管２２内に充填する。

次に、制御部１４０は、ニードル２２ａの直下にインジェクションポート３２を移動させた後、ニードル２２ａを降下させてインジェクションポート３２内に挿入する。そして、制御部１４０は、流路切換バルブ３３、３４のポートａ〜ｍを図３の状態に制御する。したがって、移動相貯槽１０から送液ポンプ１１を介して供給された移動相は、試料導入管２２とニードル２２ａとインジェクションポート３２とを通ってカラム連結管１２に送られる。このとき、試料導入管２２内に充填されていた液体試料は、移動相と共にカラム連結管１２に送り込まれ、分離用カラム１３で成分分離された後に検出器１５によって順次検出される。

そして、制御部１４０は、液体試料をカラム連結管１２内に注入後、流路切換バルブ３３、３４のポートａ〜ｍを図４の状態に制御する。次に、制御部１４０は、ニードル２２ａの直下にリンスポート２４を移動させた後、ニードル２２ａを降下させてリンスポート２４内に挿入する。そして、制御部１４０は、プランジャ３１ｂを抜き差しすることにより、試料注入部３０の容器３６内の洗浄液を試料導入管２２内に流通させる。
その後、制御部１４０は、上記と同様の手順により次の液体試料を測定する制御を行う。

再表２０１１−２７７８４号公報

上述したようなＬＣ／ＭＳ１０１において、近年、検出器１５の検出感度が高くなるにつれて「キャリーオーバー」と呼ばれる現象が問題になってきている。なお、「キャリーオーバー」とは、過去に測定した液体試料の成分が残留し、あたかも現在測定している液体試料中にその成分が存在するかのような検出結果を示す現象である。

出願人は、キャリーオーバー現象が起こる原因について検討した。そして、洗浄完了後のＬＣ／ＭＳ１０１において、オートサンプラ２０内（ニードル２２ａ等）の洗浄は実行されているものの、前回の液体試料中の成分の一部が洗浄時に除去されずカラム連結管１２内に残留し、この残留成分が、次に注入された液体試料に混ざって検出器１５に導入されていることがわかった。

このようなカラム連結管１２内には、図３、４のいずれの状態でも移動相が流れているため洗浄液等で洗浄することができず、カラム連結管１２内で発生するキャリーオーバー現象についてはほとんど対策がなされていなかった。仮にカラム連結管１２内に洗浄液を流した場合には、再度移動相を流して分離用カラム１３を安定させる必要があり、余分な時間がかかることになる。
そこで、カラム連結管内に残留する前回の測定試料の成分に対し、洗浄液を流通させるのではなく、超音波振動により引き剥がして除去することを見出した。

すなわち、本発明のクロマトグラフ装置は、液体試料を採取し、所定量の液体試料を移動相中に注入するための試料注入部と、先端部にニードルが形成され、末端部が前記試料注入部に連結された試料導入管と、前記試料注入部にカラム連結管を介して連結され、前記液体試料が注入された移動相が通過する分離用カラムと、前記分離用カラムに連結され、前記液体試料中の成分を検出する検出部とを備えるクロマトグラフ装置であって、水が収容され水中に前記カラム連結管が浸漬される容器と、前記容器に取り付けられた超音波振動子とを有し、前記超音波振動子が超音波を発生させて前記カラム連結管を振動させることにより前記カラム連結管内の残留成分を取り除く洗浄部をさらに備えるようにしている。

ここで、「所定量」とは、分析時に測定者等によって決められる任意の量であり、例えば１０μｌ等となる。

以上のように、本発明のクロマトグラフ装置によれば、水中に浸漬されたカラム連結管を振動させてカラム連結管内を確実に洗浄することによりキャリーオーバー現象の発生を抑制することができる。また、カラム連結管内に移動相と異なる洗浄液を流す必要がないため、分離用カラムを安定させるための待機時間も不要となる。

（その他の課題を解決するための手段及び効果）
また、本発明のクロマトグラフ装置は、前記ニードルを移動させるニードル駆動部と、液体試料を収容した複数の試料容器が配置されるテーブルとを備えるようにしている。
また、上記のクロマトグラフ装置は、液体試料の測定と液体試料の測定との間に、前記超音波振動子を作動させる制御部を備えるようにしている。

そして、本発明のクロマトグラフ装置において、前記超音波振動子の振動周波数は、２０ｋＨｚ以上８０ｋＨｚ以下であるようにしている。

さらに、本発明のクロマトグラフ装置において、前記試料注入部は、所定量の液体試料を採取するためのシリンジポンプと、前記シリンジポンプと前記試料導入管とを連結するか、或いは、前記試料導入管と前記カラム連結管とを連結するためのポートバルブとを備えるようにしている。

本発明に係るクロマトグラフ装置の一例のＬＣ／ＭＳを示す概略構成図。図１同様のＬＣ／ＭＳを示す概略構成図。一般的なＬＣ／ＭＳの一例を示す概略構成図。図３同様のＬＣ／ＭＳを示す概略構成図。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。

本発明に係るクロマトグラフ装置の構成例として、ＬＣ／ＭＳを例にして図１及び図２にその概略構成を示す。なお、上述した従来のＬＣ／ＭＳ１０１と同様のものについては、同じ符号を付すことにより説明を省略する。
ＬＣ／ＭＳ１は、移動相を貯蔵する移動相貯槽１０と、移動相貯槽１０に連結された送液ポンプ１１と、カラム連結管（カラムＩＮ側配管）１２と、カラム連結管１２と連結された分離用カラム１３と、分離用カラム１３を略一定の温度に保つカラム恒温槽１４と、分離用カラム１３と連結された検出器（検出部）１５と、移動相中へ液体試料を注入するオートサンプラ２０と、ＬＣ／ＭＳ１を制御する制御部４０と、洗浄部５０とを備える。

制御部４０は、ＣＰＵ４１と入力部４２とを備える。ＣＰＵ４１が処理する機能をブロック化して説明すると、オートサンプラ２０を制御するオートサンプラ制御部４１ａと、検出器１５からイオン強度信号を受信する分析制御部４１ｂと、洗浄部５０を制御する洗浄部制御部４１ｃとを有する。なお、洗浄部制御部４１ｃは、一の液体試料の測定終了後から次の液体試料の測定開始までの間に、洗浄部５０の超音波振動子５２を作動させる制御を行う。

洗浄部５０は、水が収容された容器５１と、この容器５１に取り付けられる超音波振動子５２とを備える。なお、超音波振動子５２は、振動可能な場所であれば、容器５１における任意の場所（例えば底面等）に取り付けることができる。そして、容器５１内の水中にはカラム連結管１２が浸漬されている。

このような洗浄部５０によれば、超音波振動子５２は、容器５１内に収容された水中に超音波を発生させる。このとき発生する超音波は、コヒーレントでない疎密波であり、容器５１の内壁で反射されて水中に浸漬されたカラム連結管１２を振動させる。これにより、振動が均一に伝わり、カラム連結管１２内の残留成分を効果的に取り除くことができる。

この超音波振動子５２の振動は、洗浄部制御部４１ｃによって制御される。また、超音波振動子５２の振動周波数は、容器５１内に収容された水に対して超音波の定常波を充分に発生させるために、２０ｋＨｚ以上８０ｋＨｚ以下とすることが好ましい。なお、超音波振動子５２の振動周波数が２０ｋＨｚ未満である場合には、残留成分が充分に洗浄できないことがあり、一方、８０ｋＨｚを超える場合には、分析（洗浄）時間が長くなる。また、超音波振動子５２の作動時間は、超音波の効果を得つつ分析時間が長くならないよう、２０秒以上１２０秒以下とすることが好ましい。

ここで、上述したＬＣ／ＭＳ１を用いて多数の液体試料を自動的に連続して分析する分析方法について説明する。まず、制御部４０のオートサンプラ制御部４１ａは、流路切換バルブ３３及び流路切換バルブ３４のポートａ〜ｍを図２の状態に制御する。したがって、移動相貯槽１０から送液ポンプ１１を介して供給された移動相は、カラム連結管１２を通って分離用カラム１３に送られる。次に、オートサンプラ制御部４１ａは、ニードル２２ａの直下に所望の試料バイアルＳがくるように移動させた後、ニードル２２ａを降下させて試料バイアルＳ内に挿入する。そして、オートサンプラ制御部４１ａは、シリンジポンプ３１のプランジャ３１ｂを引くことにより、試料バイアルＳ内の液体試料を試料導入管２２内に充填する。

次に、オートサンプラ制御部４１ａは、ニードル２２ａの直下にインジェクションポート３２を移動させた後、ニードル２２ａを降下させてインジェクションポート３２内に挿入する。そして、オートサンプラ制御部４１ａは、流路切換バルブ３３、３４のポートａ〜ｍを図１の状態に制御する。したがって、移動相貯槽１０から送液ポンプ１１を介して供給された移動相は、試料導入管２２とニードル２２ａとインジェクションポート３２とを通ってカラム連結管１２に送られる。このとき、試料導入管２２内に充填されていた液体試料は、移動相と共にカラム連結管１２に送り込まれ、分離用カラム１３で成分分離された後に検出器１５によって順次検出される。

そして、オートサンプラ制御部４１ａは、液体試料をカラム連結管１２内に注入後、流路切換バルブ３３、３４のポートａ〜ｍを図２の状態に制御する。次に、オートサンプラ制御部４１ａは、ニードル２２ａの直下にリンスポート２４を移動させた後、ニードル２２ａを降下させてリンスポート２４内に挿入する。そして、オートサンプラ制御部４１ａは、プランジャ３１ｂを抜き差しすることにより、容器３６内の洗浄液を試料導入管２２内に流通させる。

また、液体試料を測定後、洗浄部制御部４１ｃが超音波振動子５２を所定時間作動させた後に、オートサンプラ制御部４１ａは、上記と同様の手順により次の液体試料を測定する制御を行う。

以上のように、本発明に係る構成を有したＬＣ／ＭＳ１によれば、カラム連結管１２内を確実に洗浄することによりキャリーオーバー現象の発生を抑制することができる。また、カラム連結管１２内に移動相と異なる洗浄液を流す必要がないため、分離用カラム１３を安定させるための待機時間も不要となる。

＜他の実施形態＞
上述したＬＣ／ＭＳ１では容器５１に超音波振動子５２を取り付ける構成としたが、これに代えて、カラム連結管１２に超音波振動子５２を取り付けたり、プレヒータ部を設けて超音波振動子５２を取り付けたりするようにしてもよい。

本発明は、多数の液体試料を測定する液体クロマトグラフ装置等に利用することができる。

１：ＬＣ／ＭＳ（クロマトグラフ装置）
１２：カラム連結管
１３：分離用カラム
１５：検出器（検出部）
２２：試料導入管
２２ａ：ニードル
３０：試料注入部
５２：超音波振動子

Claims

液体試料を採取し、所定量の液体試料を移動相中に注入するための試料注入部と、
先端部にニードルが形成され、末端部が前記試料注入部に連結された試料導入管と、
前記試料注入部にカラム連結管を介して連結され、前記液体試料が注入された移動相が通過する分離用カラムと、
前記分離用カラムに連結され、前記液体試料中の成分を検出する検出部とを備えるクロマトグラフ装置であって、
水が収容され水中に前記カラム連結管が浸漬される容器と、前記容器に取り付けられた超音波振動子とを有し、前記超音波振動子が超音波を発生させて前記カラム連結管を振動させることにより前記カラム連結管内の残留成分を取り除く洗浄部をさらに備える、ことを特徴とするクロマトグラフ装置。
前記ニードルを移動させるニードル駆動部と、
液体試料を収容した複数の試料容器が配置されるテーブルとを備えることを特徴とする請求項１に記載のクロマトグラフ装置。
液体試料の測定と液体試料の測定との間に、前記超音波振動子を作動させる制御部を備えることを特徴とする請求項２に記載のクロマトグラフ装置。
前記超音波振動子の振動周波数は、２０ｋＨｚ以上８０ｋＨｚ以下であることを特徴とする請求項１に記載のクロマトグラフ装置。
前記試料注入部は、所定量の液体試料を採取するためのシリンジポンプと、
前記シリンジポンプと前記試料導入管とを連結するか、或いは、前記試料導入管と前記カラム連結管とを連結するためのポートバルブとを備えることを特徴とする請求項１に記載のクロマトグラフ装置。