JP6791394B2 - 液体クロマトグラフ - Google Patents

Description

本発明は、イオン分析装置を検出部として備える液体クロマトグラフに関する。

液体試料に含まれる成分を分析する装置として、液体クロマトグラフが広く用いられている。液体クロマトグラフでは、移動相の流れに乗せて液体試料をカラムに導入し、該液体試料に含まれる各種成分を時間的に分離した後、検出器で測定する。検出器として質量分析計を有する液体クロマトグラフは、液体クロマトグラフ質量分析装置と呼ばれる。液体クロマトグラフ質量分析装置では、液体クロマトグラフのカラムから順次溶出される各種成分を質量分析計のイオン化プローブに導入してイオン化し、生成されたイオンを質量電荷比ごとに測定する。

液体クロマトグラフ質量分析装置において、試料に含まれる微量の成分を高感度で測定するために、最近ではナノESIやマイクロESIと呼ばれるものが広く用いられている。これらは、細径のカラムを使用するとともに移動相の流量をnL/minレベルからμL/minレベルに抑えることにより、イオン化プローブに導入される溶出液の単位時間当たりの量を抑えることで、帯電効率を高めたり脱溶媒させやすくしたりしてイオン化効率を高めたものである。

多くの液体クロマトグラフ質量分析装置では、カラムの出口側の流路とイオン化プローブの入口側の流路が専用の治具（例えば非特許文献１）により接続される。この流路が長くなるほど該流路内での各成分の拡散が大きくなるため、両者は最小限の長さの配管で接続される。また、上述のように移動相の流量を低く抑えると、カラム後の配管内部に僅かな空間（デッドボリューム）が存在するだけで、カラムで分離された各成分が拡散しやすくなる。例えば、カラム出口とイオン化プローブの入口の間の流路にデッドボリュームが存在すると、その容積により成分の拡散が生じる。そこで、液体クロマトグラフのカラムとイオン化プローブを一体で構成し、カラムの出口とイオン化プローブの入口を直結することによってデッドボリュームをなくすことも提案されている（例えば特許文献１）。

液体クロマトグラフでは、移動相を送給するポンプが脈動したり、使用者が配管を不意に触ってしまったり、あるいはカラムオーブン内での熱循環により気流が生じたりしてカラムが振動すると、該カラムの内部で試料中の成分に不所望の脱着が生じたり、カラム出口側の流路内で分離後の成分に不所望の拡散が生じたりする。そのため、従来用いられている液体クロマトグラフの多くでは、カラムオーブン内でカラムを固定し、該カラムの不所望の振動を抑制している。

質量分析装置では、測定対象の成分を高感度で検出するため、実際に試料の測定を開始する前に、分析室にイオンを導入するための開口であるイオン導入開口に対するイオン化プローブの配置（位置や向き）が調整される。イオン化プローブの最適な配置は、測定対象である成分の特性（イオン化のしやすさ等）や移動相の流量などによって異なる。そのため、使用者は、例えば、実際の試料の測定と同一の条件で測定対象の成分と同一又は類似の特性を有する標準物質をイオン化プローブに導入し、イオン化プローブの配置を少しずつ変更しながら該標準物質由来のイオンの強度を測定する等の予備測定を行い、イオンの測定強度が最大になる配置をイオン化プローブの最適配置としている。

米国特許第9095791号明細書

Thermo Fisher Scientific Inc.,"Thermo Scientific Dionex nanoViper Fingertight Fitting System", [online], [平成29年7月24日検索],インターネット<URL:https://tools.thermofisher.com/content/sfs/brochures/114299-PS-70389-nanoViper-Fingertight-Fitting-System.pdf>

従来の液体クロマトグラフで使用者が上記の予備測定を実行する際に、イオン化プローブの配置（位置や向き）を調整するために該イオン化プローブをカラムと反対側に移動すると、該イオン化プローブに接続されているカラム及び該カラムが固定されたカラムオーブンも引っ張られる。このカラムオーブンは熱源等を有する重量物である。一方、イオン化プローブの入口側の配管は例えば数百μm程度の外径を有する細管である。そのため、イオン化プローブを移動すると、イオン化プローブの入口側の配管およびカラムを介して重量物であるカラムオーブンを引っ張る状態（つまりイオン化プローブの移動に伴いカラムオ―ブンが移動する状態）になり、イオン化プローブの入口側の配管やカラムに大きな力がかかって損傷したり、両者の接続が外れたりすることがあった。特にナノESIやミクロESIにおいて、カラムで分離させた成分が配管内部で拡散するのを防止するためにイオン化プローブの入口側配管の長さを最小限に抑えることが求められる場合、イオン化プローブの移動時に配管にかかる力を該配管が吸収できるだけの余裕長が少ないため、イオン化プローブの位置調整範囲が小さい場合でも上記問題が顕著に発生する。またイオン化プローブとカラムが一体的に構成されている場合にも、イオン化プローブの位置調整時には、該イオン化プローブと一体化されたカラムによりカラムオーブンが引っ張られ、カラムに損傷が生じることがあった。

本発明が解決しようとする課題は、カラムオーブン内でのカラムの不所望の振動を抑制しつつ、カラムオーブンの移動を伴うことなく該カラムオーブン内にセットされたカラムに接続されたイオン化プローブの配置を調整することができる液体クロマトグラフ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、カラムから溶出した試料を該カラムに接続されたイオン化プローブでイオン化し、イオン分析装置で分析する液体クロマトグラフであって、
a) 前記カラムを内部に収容するカラムオーブンと、
b) 前記カラムオーブンの内部に設けられた、前記カラムの、前記イオン化プローブの移動に追従する所定の方向の移動を許容し、それ以外の方向の移動を規制するガイド機構と
を備えることを特徴とする。

前記所定の方向は、カラムに接続されたイオン化プローブの配置（位置や向き）の調整方向に応じた方向である。イオン化プローブの配置の調整は、典型的にはイオン化プローブの長手方向への平行移動であり、イオン化プローブの長手方向とカラムの長手方向が一致するように両者が接続されるナノESIやマイクロESIにおける一般的な構成では、前記所定の方向はカラムの長手方向となる。

本発明に係る液体クロマトグラフでは、イオン分析装置が有するイオン化プローブに接続されたカラムがカラムオーブン内に収容される。ガイド機構は、カラムオーブン内に収容されたカラムが、イオン化プローブの移動に追従して所定の方向に移動するのを許容する。本発明に係る液体クロマトグラフでは、イオン化プローブの配置を調整する際にイオン化プローブに伴って移動するのはカラムとガイド機構のみであり、重量物であるカラムオーブンが移動することはない。そのため、従来のようにイオン化プローブの入口側の配管に大きな力がかかることはなく、該配管が損傷する可能性が低減される。また、前記所定の方向以外の方向のカラムの移動は規制されているため、ポンプの脈動等によってカラムに不所望の振動が生じることが抑制される。さらに、従来の液体クロマトグラフでは、イオン化プローブやカラムに比べて大きな構成要素であるカラムオーブンの移動を許容するための空間を装置内部またはカラムオーブン設置スペースに設ける必要があったが、本発明に係る液体クロマトグラフではそのような空間を設ける必要がなく、従来よりも装置を小型化することができる。

本発明に係る液体クロマトグラフを用いることにより、カラムオーブン内でのカラムの不所望の振動を抑制しつつ、カラムオーブンの移動を伴うことなく該カラムオーブン内にセットされたカラムに接続されたイオン化プローブの配置を調整することができる。

本発明に係る液体クロマトグラフの一実施例である液体クロマトグラフ質量分析装置の要部構成図。 本実施例におけるアダプタの概略構成図。 本実施例におけるカラム接続部の断面図。 本実施例におけるアダプタの本体の形状を説明する図。 本実施例におけるアダプタの操作部材の概略構成図。 本実施例におけるケーシングの概略構成図。 本実施例における操作部材の構成を説明する図。 本実施例におけるアダプタにカラム接続部及びESIプローブの入口側配管を接続した状態を説明する図。 本実施例におけるイオン化プローブ接続用治具の構成要素の配置及び操作手順を説明する図。 本実施例におけるイオン化プローブ接続用治具の操作手順を説明する別の図。 変形例におけるケーシングの側面図。 変形例のイオン化プローブ接続用治具の構成要素の配置を説明する図。 変形例のイオン化プローブ接続用治具の操作手順を説明する図。 別の変形例のイオン化プローブ接続用治具の押圧機構の構成要素の配置を説明する図。

本発明に係る液体クロマトグラフの一実施例について、以下、図面を参照して説明する。本実施例の液体クロマトグラフは、検出器として質量分析計を有する液体クロマトグラフ質量分析装置である。

図１に本実施例の液体クロマトグラフ質量分析装置の要部構成を示す。

本実施例の液体クロマトグラフ質量分析装置は、大別して、液体クロマトグラフ１００と質量分析計２００から構成され、図示しない制御部により各部の動作が制御される。液体クロマトグラフ１００は、移動相が貯留された移動相容器１１０、移動相を吸引して一定流量で送給するポンプ１１１、移動相中に所定量の液体試料を注入するインジェクタ１１２、液体試料に含まれる各種化合物を時間方向に分離するカラム１１３、及び該カラム１１３を温調するカラムオーブン１１４とを備えている。また、インジェクタ１１２に複数の液体試料を１つずつ導入するオートサンプラ（図示なし）を備えている。

質量分析計２００は、略大気圧であるイオン化室２１０と、真空ポンプ（図示なし）により真空排気された中間真空室２２０及び高真空の分析室２３０を備えた差動排気系の構成を有している。イオン化室２１０には、試料溶液に電荷を付与しながら噴霧するエレクトロスプレイイオン化プローブ（ESIプローブ）２１１が設置されている。イオン化室２１０と後段の中間真空室２２０との間は細径の加熱キャピラリ２１２を通して連通している。中間真空室２２０にはイオンを収束させつつ後段へ輸送するためのイオンガイド２２１が設置されており、中間真空室２２０と分析室２３０との間は頂部に小孔を有するスキマー２２２で隔てられている。分析室２３０には、四重極マスフィルタ２３１とイオン検出器２３２が設置されている。本実施例では質量分析計を簡素な四重極型のものとしたが、他の構成（三連四重極型、イオントラップ−飛行時間型等）の質量分析計を用いてもよい。

質量分析計２００では、SIM（選択イオンモニタリング）測定やMSスキャン測定を行うことができる。SIM測定では、四重極マスフィルタ２３１を通過させるイオンの質量電荷比を固定してイオンを検出する。MSスキャン測定では、四重極マスフィルタ２３１を通過させるイオンの質量電荷比を走査しつつイオンを検出する。

本実施例の液体クロマトグラフは、以下に説明するイオン化プローブ接続用治具１を使用し、カラムオーブン１１４内に収容されるカラム１１３の出口側配管と、ESIプローブ２１１の入口側配管２１１aを接続することによって、ESIプローブ２１１の入口側配管２１１aが接続されたカラム１１３をカラムオーブン１１４内で移動可能に構成している点に特徴を有する。

本実施例で用いられるイオン化プローブ接続用治具１は、図１に一点鎖線で示す領域において、カラム１１３の出口側流路とESIプローブ２１１の入口側流路を接続するために用いられる。

本実施例のイオン化プローブ接続用治具１の構成要素について説明する。本実施例のイオン化プローブ接続用治具１は、大別してアダプタ１０、プローブ固定具２０、ハウジング３０（図６参照）、及び押圧機構４０（図７参照）から構成されている。カラムオーブン１１４内でカラム１１３を効率よく温調するため、アダプタ１０、ハウジング３０、及び押圧機構４０の各部は、熱伝導率が高い金属（アルミニウム等）により構成される。プローブ固定具２０はステンレス鋼（SUS）等により構成することができる。

図２に示すように、アダプタ１０は、円盤状のフランジ部１１、該フランジ部１１の一方の面（カラム１１３側の面）に設けられたカラム固定部１２、該フランジ部１１の他方の面（ESIプローブ２１１側の面）に設けられたプローブ接続部１３を有している。これらがアダプタ１０の本体を構成する。

図３(a)に、カラム１１３の接続部１１３aの構造を示す。図３(a)の左は横断面図、図３(a)の右はイオン化プローブ２１１側から接続部１１３aを見た図である。カラム１１３の接続部１１３aの内部の一端側には、カラム１１３の出口側流路１１３cが形成されている。出口側流路１１３cの先には接続空間１１３dが設けられており、その内周面の一部にユニファイねじ規格のねじ部（雌ねじ）１１３bが形成されている。カラム１１３の出口側流路１１３cの端部の、カラム１１３の長手方向（軸方向）に垂直な面は配管当接面１１３eとなっており、この配管当接面１１３eがイオン化プローブ２１１の入口側配管２１１aの端面が当接してカラム１１３の出口側流路１１３cと面当たり接続される。接続部１１３aの形状はカラム１１３の種類によって異なり、その接続空間１１３dの長さ（図３(a), (b)に記載のL1, L2）も異なる。なお、カラム１１３の種類を問わずねじ部１１３bは共通である。以下の説明では、「軸方向」という文言はカラム１１３の長手方向を意味する。本実施例ではカラム１１３とESIプローブ２１１が同軸で配置されるため、この「軸方向」は両者に共通する軸方向である。なお、この「同軸」は本実施例における特徴であって、必ずしも両者の軸を共通の方向とする必要はない。

カラム固定部１２の外周面にも、ユニファイねじの規格（カラム１１３の接続部１１３aの接続空間１１３dの内周面に形成されたねじ部１１３bの形状）に対応したねじ部（雄ねじ）が設けられている。図４はアダプタ１０の本体の構成を説明する図であり、中央は断面図、左はカラム１１３側から見た図、右はESIプローブ２１１側から見た図である。アダプタ１０の本体には軸方向（カラム１１３の長手方向）に貫通する貫通孔１４が形成されている。貫通孔１４はフランジ部１１からプローブ接続部１３にかけて、ESIプローブ２１１側に向かってテーパ状に広がっている。

図５に示すように、操作部材１５は、Ｌ字状の取っ手１５１の先端にC字状のリング部１５２を形成したものであり、該リング部１５２の内周面の3箇所に突出部１５３が設けられている。操作部材１５の3つの突出部１５３をアダプタ１０のフランジ部１１とプローブ接続部１３の間の凹部１６（図４参照）に差し込むことにより、アダプタ１０の本体が軸周りの回転自在に保持される。

プローブ固定具２０は、ESIプローブ２１１の入口側配管２１１aを差し込むための貫通孔が形成された円錐台形の部材である。図２の右上に拡大図で示すように、ESIプローブ２１１の入口側配管２１１aの端部はテーパ状に形成されており、該入口側配管２１１aにプローブ固定具２０が取り付けられる。

図６(a)はハウジング３０をカラムオーブン１１４に取り付けた状態を上方から見た概略図、図６(b)は同じ状態を側方から見た概略図である。カラムオーブン１１４は、上面が開放された直方体状の筐体であるカラムオーブン本体１１４１と、該カラムオーブン本体１１４１の上面を覆う蓋１１４２から構成される。ただし、図６(a)ではカラムオーブン本体１１４１内のハウジング３０の構成を分かりやすく示すため、蓋１１４２を外した状態を示している。カラムオーブン本体１１４１の内部にはハウジング３０を軸方向に移動可能に収容する（即ち、ハウジング３０の軸方向の長さよりも長い）凹部１１４１a（太線で囲まれた部分）が形成されており、またESIプローブ２１１側の側面には上方に開放した凹部１１４１bが形成されている。凹部１１４１bの大きさ（孔の軸に垂直な断面の径）は、ESIプローブ２１１の入口側配管２１１aの外径よりも少し大きく、その中に該ESIプローブ２１１の入口側配管が遊嵌される。また、カラムオーブン本体１１４１の角部には蓋１１４２を取り付ける際にねじ１１４１cを挿入するねじ孔１１４１dが設けられている。

ハウジング３０は、上面と、カラム１１３を挿入する側の面が開放した直方体状の筐体である。ハウジング３０には、アダプタ取り付け部３１、押圧機構収容部３２、及びカラム載置部３６が設けられている。

アダプタ取り付け部３１は、アダプタ１０のフランジ部１１の外形に対応した形状のスロット３１１aが形成され外面に突出部３１１bを有するアダプタ収容部３１１と、該突出部３１１bが差し込まれるレール部が形成され図６(a)に実線で示す位置と一点鎖線で示す位置の間で該アダプタ収容部３１１を移動可能に保持するアダプタ収容部保持部３１２とを有している。スロット３１１aを挟んでその両側に位置する2つの側壁部には、それぞれ、上部が解放した凹部３１１cが形成されており、一方の側壁部の凹部３１１cにはカラム１１３の接続部１１３aが、他方の側壁部の凹部３１１cには、アダプタ１０のプローブ接続部１３が配置される。

また、アダプタ収容部３１１と一体的に構成され、該アダプタ収容部３１１とともに軸方向に移動する、2つの押圧機構収容部３２が、カラム１１３が収容される位置を挟んで両側に設けられている。2つの押圧機構収容部３２のそれぞれには、後述する2つの押圧機構４０がそれぞれ有するばね４４がそれぞれ収容される。

さらに、ハウジング３０の、ESIプローブ２１１が取り付けられる側の側面には、上方に開放した凹部であるイオン化プローブ収容部３３が形成されている。この凹部の大きさ（孔の軸に垂直な断面の径）は、カラムオーブン本体１１４１に形成されたイオン化プローブ収容部１１４１bと同様であり、ESIプローブ２１１の入口側配管２１１aよりも少し大きく、従って該入口側配管２１１aはこの長孔に遊嵌される。また、この凹部の大きさはプローブ固定具２０の底面（カラム１１３と反対側に位置する面。前記円錐台形の底面）の外径よりも小さい。従って、プローブ固定具２０が取り付けられたESIプローブ２１１が所定の距離だけ後退すると、ハウジング３０のイオン化プローブ収容部３３周辺の内壁面にプローブ固定具２０（前記円錐台形の底面）が当接し、それ以上のESIプローブ２１１の後退（前記所定位置以上の後退）が規制される。なお、本実施例の説明において、カラム１１３やESIプローブ２１１の「前進」は、一方が他方の側に向う移動を意味し、「後退」はその逆方向の移動を意味する。

ハウジング３０の2つの側面（軸方向と平行な2側面）にはそれぞれ、後述する押圧機構４０の移動を規制する円形の孔３４と軸方向に延びる長孔３５（2つの側面に合計4つの孔）が形成されている。孔３４はカラム１１３よりも低い位置に設けられ、長孔３５はカラム１１３と同じ高さに設けられている。その他、ハウジング３０の底部には、収容されるカラム１１３を下方から支えるカラム載置部３６が形成されている。カラム載置部３６の高さはカラム１１３のサイズに合わせて適宜変更することができるように構成してもよい。また、アダプタ収容部３１１とカラム載置部３６を一体の部材として構成してもよい。

図７(a)に押圧機構４０の概略構成を示す。押圧機構４０は、ハウジング３０に収容される部材であり、カラム１１３を挟んでその両側に配置される。2つの押圧機構４０はそれぞれ、L字状のアーム４１と、一端が該アーム４１の先端の接続点Aに角度θ（θ＞90度）で固定された棒状の第１接続部材４２、該第１接続部材４２の他端の接続点Bに回動自在に一端が固定された棒状の第２接続部材４３、該第２接続部材４３の他端の接続点Cに接続されたばね（弾性部材）４４、及び押圧部４５を有している。この押圧機構４０における押圧部４５は前述のアダプタ収容部３１１と同一部品となっている。また、後述する別の態様のように、ばね４４に取り付けられた板状の部材を押圧部４５とすることもできる。即ち、アーム４１、第１接続部材４２、第２接続部材４３、ばね４４、及び押圧部４５（アダプタ収容部３１１）が順に接続される。この押圧機構４０では、ばね４４はアダプタ収容部３１１に接続される。アダプタ収容部３１１のスロット３１１aには、アダプタ１０のフランジ部１１が収容されているため、押圧機構４０によりアダプタ収容部３１１を移動させると、同時にアダプタ１０も同方向に移動し、さらに該アダプタ１０のカラム固定部１２に固定されたカラム１１３も同方向に移動する。図７(a)の押圧機構４０は、同図に実線で示したアーム４１、第１接続部材４２、第２接続部材４３、ばね４４、及びアダプタ収容部３１１から構成される。後述する図７(b), (c)においても同様に、押圧機構４０a、４０bを構成する部材を実線で、それ以外の部材を破線で示す。

押圧機構４０は、図７(a)に示す形態の他にも種々の形態を採ることができる。図７(b)及び(c)にそれぞれ一例を示す。

図７(b)の押圧機構４０aは、ばね４４の端部に板状の押圧部４５が取り付けられており、その押圧部４５がカラム１１３の接続部１１３a（カラム１１３の外径よりも外側に延出した部分）に当接した構成となっている。カラム１１３の形状はカラムの種類によって様々であるが、カラム１１３が押圧機構４０aにより押圧可能な領域を有する場合には、図７(b)に示す押圧機構４０aにより、カラム１１３を前進するように押圧することができる。

図７(c)に示す押圧機構４０bは、ハウジング３０がアダプタ収容部３１１を有しない場合に用いられる一例である。この押圧機構４０bでは、ばね４４の端部に取り付けられた押圧部４５が、アダプタ１０のフランジ部１１の、カラム１１３の接続部１１３aの外径よりも外側の領域（押圧可能領域１１a、図８参照）に取り付けられる。この押圧機構４０bはフランジ部１１の前記外側の領域を押圧して、アダプタ１０及びカラム１１３を前進させる。

図７(a)〜(c)に例示したように、押圧機構４０（４０a、４０b）は、カラム１１３をその軸方向に前進させるような力を与えることができればよく、そのような機能を有するものであれば適宜の構成を採ることができる。別の表現を用いれば、押圧機構４０は、アダプタ１０（前記第１要素固定具）を直接押圧するものであってもよく、あるいはカラム１１３（前記第１要素）を押圧することにより該カラム１１３に固定されたアダプタ１０を押圧するものや、アダプタ収容部３１１を押圧することにより該アダプタ収容部３１１のスロット３１１aに収容されたアダプタ１０を押圧する（即ち、間接的にアダプタ１０を押圧する）ものであってもよい。なお、本明細書で説明する各実施例（図６、図９〜１３等）では、図７(a)により説明した押圧機構４０を用いている。

図８に、カラム固定部１２を取り付けた状態のフランジ部１１の構成を示す。左は横断面図、右はカラム１１３側から見た図である。図８の左図に示すように、フランジ部１１は、カラム１１３の接続部１１３aの外径よりも外側に延出した押圧可能領域１１aを有している。上述のとおり、本実施例では図７(a)に示す押圧機構４０を用いているが、図７(c)の押圧機構４０bを用いてこの押圧可能領域１１aを押圧するように構成することもできる。以下、図７(a)の押圧機構４０又は図７(c)の押圧機構４０bを用いる場合の、本実施例のアダプタ１０の利点を説明する。

カラム１１３の形状はカラム種類によって様々であるため、その接続部１１３aに、押圧機構４０aの押圧部４５により押圧可能な領域が無い（即ち図７(b)の押圧機構４０aを用いることができない）場合がある。一方、本実施例のアダプタ１０は押圧可能領域１１aを有するフランジ部１１を備えているため、接続部１１３aが押圧機構４０aにより押圧可能な領域を有しないカラム１１３でも、図７(a)の押圧機構４０の押圧部４５（アダプタ収容部３１１）または図７(c)の押圧機構４０bの押圧部４５をフランジ部１１の押圧可能領域１１aに当接させてカラム１１３を前進させる力を与えることができる。

本実施例のフランジ部１１は円盤状であるが、フランジ部１１は必ずしも円盤状である必要はなく、カラム固定部１２の周縁（外側）に押圧可能領域１１aを有するものであれば他の形状であってもよい。しかし、本実施例のような円盤状のフランジ部１１を用いると、カラム１１３の入口側配管のねじれを解消するためにアダプタ１０の本体を回転させたうえでハウジング３０内のスロット３１１aに収容した場合でも、図７(a)の押圧機構４０の押圧部４５（アダプタ収容部３１１）または図７(c)の押圧機構４０bの押圧部４５によって確実にフランジ部１１を押圧することができる。

以上の理由から、フランジ部１１は、本実施例のように、カラム１１３の長手軸まわりのカラム１１３の全長にわたる外形よりも外側に延出する押圧可能領域１１aを有することが好ましい。これにより、図８の左図のように、カラム１１３の後方（カラム１１３の出口端よりも上流側）からフランジ部１１の押圧可能領域１１aを見通せる状態となり、カラム１１３の後方からフランジ部１１を押圧する押圧部４５の形状を単純化する（例えば簡素な板状部材とする）ことができる。また、押圧機構４０、４０bをカラム１１３の後方に設けることができるため、カラム１１３の出口よりも下流側に位置するイオン化プローブの入口側配管２１１aの長さを最小限に抑えることができる。

図７(a)に示すとおり、本実施例の押圧機構４０では、アーム４１と第１接続部材４２の接続点Aは、カラム１１３よりも下方に位置している。カラム１１３の両側に配置されているアーム４１と第１接続部材４２には1本の第１連結部材４６が貫通しており、該第１連結部材４６（図９参照）の両端はハウジング３０の側面に形成された孔３４に取り付けられている。これにより接続点Aの位置が固定される。また、第２接続部材４３とばね４４は接続点Cで連結されており、第２連結部材４７（図９参照）はハウジング３０の側面に形成された長孔３５に、軸方向にのみ移動可能に取り付けられている。第１接続部材４２と第２接続部材４３の接続点Bはアーム４１、第１接続部材４２、及び第２接続部材４３の動作に応じて適宜の位置に移動する。

図９及び図１０を参照し、本実施例のイオン化プローブ接続用治具１を用いてカラム１１３の出口側流路にESIプローブ２１１の入口側配管２１１aを接続する際の操作手順を説明する。図９はハウジング３０の上方から見た要部の配置、図１０は側面から見た要部の配置を示す図である。なお、アダプタ１０の形状は図４及び図６に示したとおりであるが、図９及び図１０では、アダプタ１０を簡略化してフランジ部１１のみ図示している。また、押圧機構４０の各部の位置を分かりやすく示すために、図９ではアーム４１の図示を省略している。

本実施例のイオン化プローブ接続用治具１の使用時には、まず、カラム１１３の接続部１１３aをアダプタ１０のカラム固定部１２に固定する。上述のとおり、これは、接続部１１３aの内周面に形成されたねじ部１１３bをアダプタ１０のカラム固定部１２のねじ部に螺合することにより行う。そして、操作部材１５によりアダプタ１０を保持し、アダプタ１０のフランジ部１１をアダプタ収容部３１１のスロット３１１aに収容する。

次に、ESIプローブ２１１の入口側配管２１１aにプローブ固定具２０を取り付け、プローブ固定具２０がハウジング３０の内部に位置するように、該入口側配管２１１aをハウジング３０のイオン化プローブ収容部３３、及びカラムオーブン本体１１４１のイオン化プローブ収容部１１４１bに載置する（両凹部に遊嵌する）。プローブ固定具２０の取り付け位置は、ESIプローブ２１１の後退可能な距離を規定することから、後述する操作時のESIプローブ２１１の移動距離を勘案して設定される。このときの各部の配置は図９(a)及び図１０(a)に示すとおりである。

その後、使用者がハンドルを操作して2つの押圧機構４０のアーム４１を倒していくと、第１接続部材４２と第２接続部材４３の成す角度が徐々に大きくなり、180度に近づいていく。上述のとおり、接続点Aは孔３４に取り付けられた第１連結部材４６によって固定されており、接続点Cは長孔３５に取り付けられた第２連結部材４７によって移動方向が軸方向のみに規制されている。従って、ばね４４がフランジ部１１側に移動し、該フランジ部１１がESIプローブ２１１側に移動する。

その間に、ESIプローブ２１１の入口側配管２１１aがアダプタ１０のテーパ状の貫通孔１４に進入し、少しずつ貫通孔１４の内部を進んでいく。そして、ESIプローブ２１１の入口側配管２１１aの端面が貫通孔１４を通過して、カラム１１３の接続部１１３a内の接続空間１１３dにおいてカラム１１３の出口側流路１１３cの端面及び配管当接面１１３eに当接する。この状態からさらにアーム４１を倒していくと、配管当接面１１３eによってESIプローブ２１１の入口側配管２１１aの端面が押され、ESIプローブ２１１が後退していく。ESIプローブ２１１が所定の距離だけ後退すると、プローブ固定具２０の端部がハウジング３０の内壁面に当接し、ESIプローブ２１１の移動が規制される。そして、カラム１１３の出口側流路の端面がESIプローブ２１１の入口側流路の端面を押す力が徐々に大きくなり両者が面当たり接続される。その間、ばね４４は少しずつ縮められていく。このときの各部の配置は図９(b)及び図１０(b)に示すとおりである。

図９(b)及び図１０(b)に示すように、第１接続部材４２と第２接続部材４３が直線上に位置する状態からさらにアーム４１を倒していくと、第１接続部材４２と第２接続部材４３の屈曲方向がそれまでと逆になり接続点Bがさらに下方に移動し、縮められたばね４４が復元されていく。本実施例では、L字状のアーム４１の一方の辺（第１接続部材４２が接続されていない側の辺）が水平になるまでアーム４１を倒していくことによりこの状態（図９(c)及び図１０(c)に示す状態）が実現され、カラム１１３の出口側流路とESIプローブ２１１の入口側流路の接続状態がロックされる。

図９(b)及び図１０(b)に示す状態は、ばね４４が最も縮められた状態であり、外部からいずれかの部材に力が加わるとばね４４を復元する力が働き、接続点Bが上方と下方のいずれかに容易に移動する。このとき、接続点Bが上方に移動して図９(a)及び図１０(a)に示す方向に戻ってしまうとカラム１１３の出口側流路１１３cとESIプローブ２１１の入口側流路の接続が解除されてしまう。そこで本実施例では、図９(c)及び図１０(c)に示す状態までアーム４１を押し込んでいる。この状態では、使用者がハンドルを操作し、ばね４４を縮める力を加えない限り図９(b)及び図１０(b)に示す状態に移行することがないため、カラム１１３の出口側流路とESIプローブ２１１の入口側流路の接続状態が維持される。

図８に示したように、本実施例では、上記のような操作を行うことにより、カラム１１３の出口側流路１１３cとESIプローブ２１１の入口側配管２１１aの流路が連通した状態で、両流路の端面が配管当接面１１３eで面当たり接続され、接続部のデッドボリュームを最小限に抑えた接続状態が実現される。

本実施例の液体クロマトグラフでは、質量分析計２００のESIプローブ２１１に接続されたカラム１１３が、イオン化プローブ接続用治具１のアダプタ１０に固定されハウジング３０に取り付けられる。また、そのハウジング３０はカラムオーブン１１４内に、軸方向に移動可能に収容される。即ち、カラムオーブン１１４の内部に設けられ、イオン化プローブ２１１の移動に追従する所定の方向（軸方向）のカラム１１３の移動を許容し、それ以外の方向の移動を規制するガイド機構は、カラム１１３を固定したハウジング３０をカラムオーブン本体１１４１の凹部１１４１aに収容することで具現化される。

従来の液体クロマトグラフでは、ESIプローブを移動する際に、ESIプローブの入口側の配管およびカラムを介して重量物であるカラムオーブンを引っ張る状態（つまりESIプローブの移動に伴いカラムオ―ブンが移動する状態）となり、ESIプローブの入口側の配管やカラムに大きな力がかかって損傷したり、両者の接続が外れたりすることがあった。特にナノESIやミクロESIにおいてESIプローブの入口側配管の長さを最小限に抑えることが求められる場合、ESIプローブ移動時の力を該配管が吸収できる余裕長さが少ないため、プローブ位置調整範囲が小さいような場合においても上記問題が顕著に発生していた。また、ESIプローブとカラムが一体的に構成されている場合でも、ESIプローブの位置調整時には、該ESIプローブと一体化されたカラムによりカラムオーブンが引っ張られ、カラムに損傷が生じることがあった。本実施例の液体クロマトグラフでは、ESIプローブ２１１の配置を調整する際にESIプローブ２１１に伴って移動するのはカラム１１３とイオン化プローブ接続用治具１（ガイド機構の一部）のみであり、重量物であるカラムオーブン１１４が移動することはないため、上述の問題が起こる可能性が大きく低減される。

本実施例の液体クロマトグラフでは、ハウジング３０（及び該ハウジング内で保持されるカラム１１３）の移動方向が軸方向のみに限定されているため、ポンプ１１１の脈動等が生じてもカラム１１３に不所望の振動が生じることが抑制される。また、従来の液体クロマトグラフでは、ESIプローブやカラムに比べて大きな構成要素であるカラムオーブンの移動を許容するための空間を装置内部あるいはカラムオーブン設置スペース（カラムオーブンが液体クロマトグラフの他の構成要素から独立して設けられる場合など）に設ける必要があったが、本実施例の液体クロマトグラフではそのような空間を設ける必要がなく、従来よりも装置を小型化することができる。

上記実施例でガイド機構の一部として用いたイオン化プローブ接続用治具１では、押圧機構４０のアーム４１に取り付けられたハンドルを操作するのみで、使用者は簡単にカラム１１３の出口側流路とESIプローブ２１１の入口側流路２１１aを接続することができる。また、本実施例のイオン化プローブ接続用治具１では、アダプタ１０にESIプローブ２１１の入口側配管２１１aを挿入するための貫通孔１４が形成されており、また、その貫通孔１４がテーパ状である。そのため、ESIプローブ２１１の入口側配管２１１aを差し込んでいくと、貫通孔１４の内部でESIプローブ２１１の入口側流路とカラム１１３の出口側流路１１３cが精緻に位置合わせされ、接続箇所で液漏れが生じる心配がない。

本実施例では、操作部材１５が円盤状のフランジ部１１を回転可能に保持する構成を採っている。そのため、アダプタ１０をアダプタ収容部３１１にセットした後に、フランジ部１１を回転させてカラム１１３の入口側に接続された配管のねじれを解消することができる。また、使用者は操作部材１５を持ってアダプタ１０をアダプタ収容部３１１にセットすることができるため、カラムオーブン等に触れることなく、安全かつ簡便に取り付けることができる。

本実施例では、イオン化プローブ接続用治具１の押圧機構４０に、軸方向に収縮するばね４４が含まれている。そのため、使用者がハンドルに大きな力を加え、その結果、アーム４１に過度な力が加えられた場合でも、ばね４４の弾性によって力の一部が吸収され、カラム１１３やESIプローブ２１１の入口側配管２１１aが損傷するのを防止することができる。また、カラム１１３の種類によってカラム１１３の出口から突出する配管の長さ（つまり図３の接続空間１１３dの長さL1, L2）が異なるが、ばね４４を含む構成を有する押圧機構４０を用いることにより、貫通孔１４内部（つまり、カラム１１３の接続部１１３aの接続空間１１３d）へのESIプローブ２１１の入口側配管２１１aの進入量が調整されるため、カラム１１３毎の接続部１１３aの形状の違いを吸収してカラム１１３の出口側端面とESIプローブ２１１の入口側端面を確実に面当たりさせることができる。

カラム１１３とESIプローブ２１１の面当たり接続部にある一定の圧力（面圧）を付与するために必要な力の大きさは、両者の当接面積に比例する。本実施例ではESIプローブ２１１の入口側配管２１１aの端部がテーパ状であることから、カラム１１３の出口側の端面と当接する面積が小さくなり、上記面圧を付与するために必要な力が小さくなる。従って、ばね定数の小さいばね４４を用い、非力な者でも容易に両者を面当たり接続できるように構成することができる。さらに、ESIプローブ２１１の入口側配管２１１aの端部がテーパ状であるため、アーム４１に加えられた力を分散し、ESIプローブ２１１の入口側配管２１１aの端部の変形や破損を防止して耐久性を高めることができる。

上記実施例は好ましい一実施形態の例示であって、本発明の主旨に沿って適宜に変更することができる。
上記実施例では、アダプタ１０をカラム１１３の出口側の端部に固定したが、アダプタ１０をカラム１１３の入口側や本体に固定するように構成することもできる。ただし、その場合、アーム４１に加えられた力がカラム１１３本体を介してESIプローブ２１１との接続部に伝わる。そのため、キャピラリカラムのような破損しやすいカラム１１３を用いる際には慎重に力を加える必要がある。従って、上記実施例のように、アダプタ１０をカラム１１３の出口側の端部（接続部１１３a）に取り付けることが好ましい。この場合、アーム４１に加えられた力がカラム１１３本体を介さずにESIプローブ２１１との接続部に伝わるため、キャピラリカラム等を用いる場合でも特に慎重な操作を必要としない。

上記実施例では、ガイド機構として上記構成のイオン化プローブ接続用治具１を用いたが、より簡素にはカラムを保持するカラム保持体と、カラムオーブン内に形成され、所定の方向について該カラム保持体よりも大きい凹部とを組み合わせた構成や、カラム保持体と、該カラム保持体の移動方向を一方向にガイドするガイドレールを有する構成等とすることができる。
また、カラムを複数の方向に移動可能とすることもできる。例えば上記実施例の場合には、カラムオーブン本体１１４１の凹部１１４１aを軸方向以外の一方向についてもハウジング３０よりも長くすればよい。この場合、軸方向と上記軸方向以外の一方向のそれぞれにハウジング３０の移動を案内するガイドレールを備えることが好ましい。

上記実施例で用いたイオン化プローブ接続用治具１では、接続点Aをカラム１１３よりも低い位置としたが、接続点Aの高さをカラム１１３と同じ高さにすることもできる。以下、そのような変形例について、図１１〜図１３を参照して説明する。

図１１は、変形例のイオン化プローブ接続用治具１aのハウジング３０aを側面から見た図（図６(b)に対応する図）である。また、図１２は、変形例のイオン化プローブ接続用治具１aの構成要素の配置を示す図（図９(a)に対応する図）である。この変形例では、孔３４aと長孔３５が同じ高さ（カラムと同じ高さ）に設けられている。

図１３は、変形例における押圧機構４０aの操作を説明する図（図１０に対応する図）である。上記実施例では、接続点Aがカラム１１３よりも低い位置に固定されていたが、変形例では接続点A'がカラム１１３と同じ高さであり、その位置で第１連結部材４６aに固定される。ただし、上記実施例と異なり、第１連結部材４６aは、アーム４１aと第１接続部材４２aの接続点A’毎にそれぞれ（合計2つ）設けられ、それぞれ孔３４aに固定される。上記実施例では2本のアーム４１を、カラム１１３よりも低い位置にある接続点Aで第１連結部材４６により連結し、一方のアーム４１の端部にハンドルを設けたが、変形例では接続点A’がカラム１１３と同じ高さに位置しており、この位置で2本のアーム４１aを連結することはできない。そこで、変形例では接続点X’において第３連結部材（図示なし）により2本のアーム４１aを連結し、これをハンドルとしても用いる。接続点C及び第２連結部材４７aの位置は上記実施例と同じである。変形例においても押圧機構４０aの操作手順は上記実施例と同様である。即ち、ハンドルを操作し、第１接続部材４２aと第２接続部材４３aが直線上に位置するまでアーム４１aを倒していくことによりカラム１１３の出口側流路とESIプローブ２１１の入口側配管２１１aを圧接して両者を接続し、さらにアーム４１aを倒すことによりそれらの接続状態がロックされる。

上記実施例では液体クロマトグラフ質量分析装置を例に挙げて説明したが、質量分析計に代えてイオン移動度分析計や分級装置を検出部として備えた液体クロマトグラフにおいても同様のものを用いることができる。
また、上記実施例では、ESIプローブを例に挙げたが、APCIプローブ等、他のイオン化プローブを接続する場合も上記同様の構成を採ることができる。

さらに、上記実施例ではカラム１１３とESIプローブ２１１の流路が合致するようにアダプタ１０とプローブ固定具２０とを規制しつつアダプタ１０がカラム１１３の軸方向に前進することを許容する一方、プローブ固定具２０がESIプローブ２１１の軸方向の所定位置以上に後退しないように規制する構成としたが、図１４に示すように、カラム１１３とESIプローブ２１１とを両者の流路が合致するように規制しつつESIプローブ２１１がその軸方向に前進する（つまりカラム１１３に向かう方向に前進する）ことを許容する一方、カラム１１３がその軸方向の所定位置以上に後退しないように規制する構成とすることもできる。図１３では上記実施例の押圧機構４０の各要素に対応する要素を同様の符号（４２b等）で表し、カラム１１３及びESIプローブの入口側配管２１１a以外の各要素の符号を省略している。この構成によっても、デッドボリュームを生じることなくカラム１１３の出口側流路とESIプローブ２１１の入口側流路を接続できるという点では上記実施例の構成と同等の効果が得られるものの、押圧機構４０の長さの分だけESIプローブ２１１の入口側配管２１１aが長くなり（図１４の配管延長部）、その分だけ溶出液に含まれる成分が拡散しやすくなる。従って、上記実施例の構成、つまりカラム１１３の軸方向に前進することを許容する一方、プローブ固定具２０がESIプローブ２１１の軸方向の所定位置以上に後退しないように規制する構成がより好ましい。この構成によると、カラム１１３の出口側流路とESIプローブ２１１の入口側流路の接続部、及びESIプローブ２１１の配管長を最短にし、溶出液中の成分の拡散を最小限に抑えることができる。

その他、上記実施例で説明した各部の形状や個数は一例に過ぎず、それらは使用する装置の構成や使用環境等に応じて適宜に変更することができる。

１、１a…イオン化プローブ接続用治具
１０…アダプタ
１１…フランジ部
１１a…押圧可能領域
１２…カラム固定部
１３…プローブ接続部
１４…貫通孔
１５…操作部材
１５１…取っ手
１５２…リング部
１５３…突出部
１６…凹部
２０…プローブ固定具
３０、３０a…ハウジング
３１…アダプタ取り付け部
３１１…アダプタ収容部
３１１a…スロット
３１１b…突出部
３１１c…凹部
３１２…アダプタ収容部保持部
３２…押圧機構収容部
３３…イオン化プローブ収容部
３６…カラム載置部
４０、４０a、４０b…押圧機構
４１、４１a…アーム
４２、４２a…第１接続部材
４３、４３a…第２接続部材
４４、４４a…ばね
４５…押圧部
４６、４６a…第１連結部材
４７、４７a…第２連結部材
１１３…カラム
１１３a…接続部
１１３b…ねじ部
１１３c…出口側流路
１１３d…接続空間
１１３e…配管当接面
１１４…カラムオーブン
１１４１…カラムオーブン本体
１１４１a…凹部
１１４１b…イオン化プローブ収容部
１１４１c…ねじ孔
１１４２…蓋
２１１…ESIプローブ
２１１a…入口側配管

Claims (4)

1. カラムから溶出した試料を該カラムに接続されたイオン化プローブでイオン化し、イオン分析装置で分析する液体クロマトグラフであって、
   a) 前記カラムを内部に収容するカラムオーブンと、
   b) 前記カラムオーブンの内部に設けられた、前記カラムの、前記イオン化プローブの移動に追従する所定の方向の移動を許容し、それ以外の方向の移動を規制するガイド機構と
   を備えることを特徴とする液体クロマトグラフ。
2. 前記ガイド機構が、前記カラムを保持するカラム保持部と、前記カラムオーブン内に形成され該カラム保持部の前記所定の方向の外径よりも長い凹部により構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の液体クロマトグラフ。
3. さらに、
   前記イオン化プローブに固定されるイオン化プローブ固定具
   を備え、
   前記カラム保持部が、
   前記カラムに固定されるカラム固定具と、
   前記カラムと前記イオン化プローブの流路が合致するように前記カラム又は前記カラム固定具と前記イオン化プローブ又は前記イオン化プローブ固定具とを規制しつつ前記カラム固定具が前記カラムの軸方向に前進することを許容する一方、前記イオン化プローブ固定具が前記イオン化プローブの軸方向の所定位置以上に後退しないように規制する移動規制具と、
   を備えることを特徴とする請求項２に記載の液体クロマトグラフ。
4. 前記カラム固定具が前記カラムの出口側の端部に固定されることを特徴とする請求項３に記載の液体クロマトグラフ。

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