JP6809644B2 - バイナリポンプ及びそのバイナリポンプを備えた液体クロマトグラフ - Google Patents

Description

本発明は、切替バルブを備えたバイナリポンプ、及びそのようなバイナリポンプを移動相送液用の送液装置として備えた液体クロマトグラフに関するものである。

液体クロマトグラフィーや超臨界流体クロマトグラフィーでは、移動相の組成を時間的に変化させながら分析を行なうグラジエント分析が実行される場合がある。グラジエント分析では、２種類の溶媒をそれぞれの流量を変化させながら送液することで移動相の組成を時間的に変化させる。そのようなグラジエント分析用の送液装置としてバイナリポンプが知られている。バイナリポンプは２つのポンプ部を備えており、各ポンプ部から送液される液を合流させて出力するようになっている（特許文献１参照。）。

米国特許第７６７０４８０号

バイナリポンプを用いたグラジエント分析では、一方のポンプ部のみを動作させている際に、システム圧力の上昇によって送液中の液が動作を停止させているポンプ部側へ逆流する場合がある。このような逆流が生じると、その後、動作を停止させていたポンプ部を動作させて送液を開始した際に送液に遅れが生じ、所望の混合比率の移動相が得られないという問題がある。移動相の混合精度が悪いと分離や分析再現性が悪化する。

また、両方のポンプ部を動作させている際にも、一方のポンプ部の送液流量が他方のポンプ部の送液流量よりも低いと、システム圧力が上昇したときに送液流量の低いポンプ部側への液の逆流が発生する場合があり、そのような逆流が発生すると移動相を所望の流量及び組成で送液することができなくなる。

そこで本発明は、バイナリポンプにおける逆流を防止して送液精度を向上させることを目的とするものである。

本発明に係るバイナリポンプは、第１ポンプ部、前記第１ポンプ部とは別に設けられた第２ポンプ部、前記第１ポンプ部及び／又は前記第２ポンプ部により送液される液を出力するための出力部、切替バルブ、第１圧力センサ、第２圧力センサ、逆流量計算部、及び逆流防止部を備えている。前記切替バルブは、前記第１ポンプ部が接続された第１送液ポート、前記第２ポンプ部が接続された第２送液ポート及び前記出力部に通じる出力ポートを備え、前記第１送液ポートを前記出力ポートと接続し、前記第２送液ポートをいずれのポートにも接続しない第１状態、前記第２送液ポートを前記出力ポートと接続し、前記第１送液ポートをいずれのポートにも接続しない第２状態、及び前記第１送液ポートと前記第２送液ポートの両ポートを前記出力ポートと接続する第３状態のいずれかの状態に切り替えるように構成されたものである。前記第１圧力センサは、前記第１ポンプ部と前記切替バルブとの間の系内圧力を第１圧力として検出するものであり、前記第２圧力センサは、前記第２ポンプ部と前記切替バルブとの間の系内圧力を第２圧力として検出するものである。前記逆流量計算部は、前記第１圧力センサ又は前記第２圧力センサによって検出されるシステム圧力の変化率を求め、前記システム圧力の変化率に基づいて前記第１ポンプ部への逆流量と前記第２ポンプ部への逆流量をそれぞれ計算するように構成されている。前記逆流防止部は、前記切替バルブを前記第３状態にして前記第１ポンプ部と前記第２ポンプ部による送液を行なう場合において、前記逆流量計算部により計算された前記第１ポンプ部への逆流量が前記第１ポンプ部についての設定流量又はそれに基づいて設定された値を超えている間は前記切替バルブを前記第２状態に切り替え、前記逆流量計算部により計算された前記第２ポンプ部への逆流量が前記第２ポンプ部についての設定流量又はそれに基づいて設定された値を超えている間は前記切替バルブを前記第１状態に切り替えるように構成されている。

すなわち、本発明に係るバイナリポンプは、第１ポンプ部と第２ポンプ部のいずれか一方のみを出力部に接続した状態（第１状態、第２状態）、第１ポンプ部と第２ポンプ部の両方を出力部に接続した状態（第３状態）に切り替えることができる切替バルブを備え、前記切替バルブの状態の切替えによって液の逆流を防止する機能、特に、第１ポンプ部と第２ポンプ部の両方を用いて送液する際の液の逆流を防止する機能をもつ点を主たる特徴とする。

バイナリポンプでは、第１ポンプ部によって送液する一方の溶媒の濃度が１００％で第２ポンプ部によって送液する他方の溶媒の濃度が０％の状態から他方の溶媒の濃度を上昇させていくモードや、他方の溶媒の濃度が１００％で一方の溶媒の濃度が０％の状態から他方の溶媒の濃度を下降させていくモードなどのグラジエントモードを実行することができる。

上記のようなグラジエントモードにおいて移動相の組成を変化させたときにシステム圧力が上昇し、それに起因して流路内で液が圧縮されポンプの送液方向とは逆方向への液の流れが発生する場合がある。本願では、送液方向とは逆方向への液の流れの流量を「逆流量」と定義する。この逆流量は流路内の圧力の上昇率に比例して大きくなり、逆流量がポンプの送液流量を上回るとそのポンプ部側への逆流が発生する。例えば、第１ポンプ部から高流量で送液し、第２ポンプ部から低流量で送液していた場合に、システム圧力が急激に上昇して第２ポンプ部への逆流量が第２ポンプ部の送液流量を超えると、第２ポンプ部側への逆流が発生する。逆流が発生すると、逆流が発生した側のポンプ部が逆流量分の液を押し戻すのに時間を要するため、第１ポンプ部により送液される液と第２ポンプ部により送液される液との混合比率が所望の混合比率に達するまでに時間がかかる。

そこで、本発明のバイナリポンプでは、送液中の液の圧縮性に起因して生じる「逆流量」をシステム圧力の変化率を用いて計算し、その逆流量を各ポンプ部についての設定流量又はそれに基づいて設定された値と比較することによって各ポンプ部への逆流が発生しているか否かを判定する。そして、いずれかのポンプ部で逆流が発生していると判定した場合は、そのポンプ部に対する液の流れを遮断するように切替バルブの状態を切り替え、逆流を防止する。このようにして逆流が防止されることで、逆流の防止が解除されたときに、逆流が発生していた側のポンプ部から素早く液を送液することができるため、第１ポンプ部により送液される液と第２ポンプ部により送液される液との混合比率が所望の混合比率に達するまでの時間を短縮することができる。

ところで、逆流を防止するために切替バルブを第３状態から第１状態又は第２状態へ切り替えている間、送液を遮断されているポンプ部の動作を停止させていると、そのポンプ部側の圧力がシステム圧力よりも低くなり、切替バルブが第３状態に戻されたときに液が逆流する。そこで、本発明に係るバイナリポンプにおいては、前記切替バルブが前記第２状態となっている間に、前記第１圧力が前記システム圧力に近づくように前記第１ポンプ部の予圧動作を行ない、前記切替バルブが前記第１状態となっている間に、前記第２圧力が前記システム圧力に近づくように前記第２ポンプ部の予圧動作を行なうように構成された予圧動作部を備えていることが好ましい。そうすれば、切替バルブが第１状態又は第２状態から第３状態に戻される前に、送液を遮断されているポンプ部側の圧力をシステム圧力に近づけることができるため、切替バルブが第１状態又は第２状態から第３状態に戻されたときの液の逆流を防止することができる。

また、既述のように、逆流量は液の圧縮性に起因するものであるから、逆流量の大きさは液の圧縮率（１／ＭＰａ）に比例するものと考えられる。そこで、本発明のバイナリポンプにおける前記逆流量計算部は、前記第１ポンプ部への逆流量の計算に前記第１ポンプ部による送液対象の液の圧縮率を用い、前記第２ポンプ部への逆流量の計算に前記第２ポンプ部による送液対象の液の圧縮率を用いるように構成されていることが好ましい。各ポンプ部による送液対象の液の圧縮率は、ユーザ入力に基づいて予め設定されたものであってもよいし、この後で説明するようにバイナリポンプの動作を利用して計算によって求められたものであってもよい。

逆流量は、例えば、次式によって求めることができる。
逆流量（μＬ／ｍｉｎ）
＝液の圧縮率（１／ＭＰａ）×圧力変化率（ＭＰａ／ｍｉｎ）×圧縮容量（μＬ）
ここで、圧縮容量（μＬ）とは、各ポンプ部からの流路の合流部分（例えば、ミキサ）から各ポンプ部までの系内の容量である。

本発明のバイナリポンプでは、逆流量の計算に用いる各ポンプ部の送液対象の液の圧縮率を計算によって求めてもよい。各ポンプ部の送液対象の液の圧縮率を求めるために上述の予圧動作を利用することができる。すなわち、前記第１ポンプ部の前記予圧動作中における前記第１ポンプ部による送液量と前記第１圧力の上昇量との関係に基づいて前記第１ポンプ部による送液対象の液の圧縮率を求め、前記第２ポンプ部の前記予圧動作中における前記第２ポンプ部による送液量と前記第２圧力の上昇量との関係に基づいて前記第２ポンプ部による送液対象の液の圧縮率を求めるように構成された圧縮率計算部をさらに備えることができる。この場合、前記逆流量計算部は、前記圧縮率計算部により求められた圧縮率を用いて前記第１ポンプ部への逆流量と前記第２ポンプ部への逆流量をそれぞれ計算するように構成される。

ところで、システム圧力を常時監視していると、周期的な圧力変動が発生することがある。その場合、圧力の上昇率によっては低流量のポンプ部側への逆流量がそのポンプ部の送液流量を上回り、逆流が生じる。しかしながら、そのような周期的な圧力変動は、短い時間間隔でみれば逆流を生じさせるような圧力の上昇が発生していたとしても、長い時間間隔でみると圧力の上昇と下降を繰り返すため、トータルでの圧力変化量は０とみなすことができる。トータルでの圧力変化量が０ということは、逆流が発生していないとみなすことができるため、切替バルブの切替えによって逆流を防止する必要性は低いと考えられる。むしろ、そのような周期的な圧力変動の際に切替バルブによる逆流の防止動作を繰り返すと、切替バルブの切替え回数が増大し、切替バルブ内のロータ等の部品の摩耗が促進されて切替バルブの寿命が短くなる。また、切替バルブの切替えに起因する圧力の乱れも発生するため、クロマトグラフィー分析の再現性にも悪影響を及ぼすことが考えらえる。

そこで、本発明に係るバイナリポンプにおいては、前記システム圧力の変動を読み取り、読み取った前記変動が脈動か否かを判定する脈動判定部をさらに備え、前記逆流防止部は、前記脈動判定部が前記変動を脈動であると判定している間は、当該脈動中の前記切替バルブの状態を前記第３状態にするように構成されていることが好ましい。そうすれば、システム圧力に周期的な変動が発生した場合には、その周期的な変動が継続している間は切替バルブによる逆流の防止動作が実施されなくなり、不必要に切替バルブが切り替えられることが抑制され、切替バルブの寿命の低下を抑制することができる。なお、本願においては、周期的な圧力変動を総じて「脈動」と定義する。

本発明者は、システム圧力に発生する周期的な変動は、ポンプ部を構成するプランジャポンプの動作の切替わりに起因するものであり、送液中の（高流量側の）ポンプ部の送液動作と同期して脈動が発生するとの知見を得ている。したがって、送液中のポンプ部の送液動作の周期ごとのシステム圧力の変動を観察すれば、その変動が脈動であるか否かを判定することができる。ポンプ部の送液動作の１周期とは、例えばポンプ部が直列ダブルプランジャ方式のポンプである場合には、一次側のプランジャポンプの動作の１周期（吸引開始から次の吸引開始まで）である。また、ポンプ部が並列ダブルプランジャ方式のポンプである場合には、いずれか一方のプランジャポンプの動作の１周期（吸引開始から次の吸引開始まで）である。

上記の知見に基づき、本発明のバイナリポンプにおける前記脈動判定部は、前記システム圧力の変動が脈動か否かを判定する際に、前記第１ポンプ部と前記第２ポンプ部のうち送液中のポンプ部、すなわち高流量側のポンプ部の送液動作に関する周期ごとの前記システム圧力の最大値及び／又は最小値を求め、前記システム圧力の最大値及び／又は最小値の変動が予め設定された範囲内にあるか否かを前記変動が脈動か否かの判定基準として用いるように構成されていることが好ましい。

また、前記脈動判定部は、前記システム圧力の変動が脈動か否かを判定する際に、前記第１ポンプ部と前記第２ポンプ部のうち送液中のポンプ部の送液動作に関する周期ごとの前記システム圧力の最大値及び／又は最小値を求め、前記システム圧力の最大値と最小値の差分値が予め設定された範囲内にあるか否かを前記変動が脈動か否かの判定基準として用いるように構成されていてもよい。

さらに、前記脈動判定部は、前記システム圧力の変動を脈動と判定した後、前記システム圧力と前記変動を脈動と判定する直前の前記システム圧力の最大値及び最小値との差分を微少時間間隔で求め、求めた差分が所定条件から外れたときに脈動の判定を解除するように構成されていてもよい。

本発明に係る液体クロマトグラフは、分析流路と、上述のバイナリポンプと、前記分析流路上における前記バイナリポンプよりも下流側に設けられ、前記分析流中に試料を注入する試料注入部と、前記分析流路上における前記試料注入部よりもさらに下流側に設けられ、前記試料注入部により前記分析流路中に注入された試料を成分ごとに分離する分析カラムと、前記分析流路上における前記分析カラムよりもさらに下流側に設けられ、前記分析カラムで分離された成分を検出する検出器と、を備えたものである。

本発明に係るバイナリポンプは、第１ポンプ部と第２ポンプ部のいずれか一方のみを出力部に接続した状態（第１状態、第２状態）、第１ポンプ部と第２ポンプ部の両方を出力部に接続した状態（第３状態）に切り替えることができる切替バルブを備え、前記切替バルブの状態の切替えによって液の逆流を防止する機能、特に、第１ポンプ部と第２ポンプ部の両方を用いて送液する際の液の逆流を防止する機能を備えているので、送液精度の向上を図ることができる。

本発明に係る液体クロマトグラフは上記のバイナリポンプを用いて移動相を送液するようになっているので、移動相を構成する溶媒の組成が正確に制御され、分析の再現性が向上する。

液体クロマトグラフの一実施例を概略的に示す流路構成図である。 バイナリポンプの構成の一例を概略的に示す図であって切替バルブが第１状態のときの構成図である。 同バイナリポンプの切替バルブが第２状態のときの構成図である。 同バイナリポンプの切替バルブが第３状態のときの構成図である。 同実施例における逆流防止のアルゴリズムを説明するためのシステム圧力の波形図である。 システム圧力の波形に現れる脈動の一例を示す波形図である。 同実施例における脈動判定のアルゴリズムを説明するためのシステム圧力の波形図である。 同実施例における逆流防止のアルゴリズムを説明するためのフローチャートである。 同実施例における脈動判定のアルゴリズムを説明するためのフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明に係る切替バルブ、バイナリポンプ及び液体クロマトグラフの一実施例について説明する。

図１を用いて、一実施例の液体クロマトグラフの流路構成について説明する。

この実施例の液体クロマトグラフは、分析流路２、バイナリポンプ４、ミキサ１４、試料注入部１６、分析カラム１８及び検出器２０を備えている。バイナリポンプ４は溶媒であるＡ液とＢ液をミキサ１４へ送液するものであり、ミキサ１４はバイナリポンプ４により送液されたＡ液とＢ液を混合するものである。試料注入部１６は分析流路２上におけるミキサ１４よりも下流側に設けられ、分析流路２中に試料を注入する。分析カラム１８は分析流路２上における試料注入部１６よりもさらに下流側に設けられ、分析流路２中に注入された試料を分離する。検出器２０は分析流路２上における分析カラム１８よりもさらに下流側に設けられ、分析カラム１８で分離された試料成分を検出する。

バイナリポンプ４は、Ａ液を容器から吸入して送液する第１ポンプ部６ａとＢ液を容器から吸入して送液する第２ポンプ部６ｂを備えている。第１ポンプ部６ａと第２ポンプ部６ｂは切替バルブ１２の互いに異なるポートにそれぞれ第１送液流路８ａ、第２送液流路８ｂを介して接続されている。

図１では切替バルブ１２は概略的に示されているが、切替バルブ１２は、第１送液流路８ａのみをミキサ１４へ接続した第１状態、第２送液流路８ｂのみをミキサ１４へ接続した第２状態、及び第１送液流路８ａと第２送液流路８ｂの両方をミキサ１４へ接続した第３状態に少なくとも切り替えることができる。第１送液流路８ａ上と第２送液流路８ｂ上のそれぞれに圧力センサ１０ａと１０ｂが設けられている。

なお、図１では切替バルブ１２とミキサ１４が単一の流路で接続されているように図示されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ａ液とＢ液が個別の流路で出力されミキサ１４で合流混合される構成であってもよい。後述する図２から図４の実施例はＡ液とＢ液を個別の流路でミキサ１４へ出力する構成を示している。

バイナリポンプ４の具体的な構成の一例を図２から図４を用いて説明する。

この実施例のバイナリポンプ４は、切替バルブ１２として６つのポートａ〜ｆを有するロータリー式の６方バルブが用いられている。６つのポートａ〜ｆは同一円周上に６０度間隔で均等に配置されている。ポートａには第１送液流路８ａ、ポートｂにはミキサ１４に通じる流路、ポートｃにはドレイン、ポートｄには第２送液流路８ｂ、ポートｅにはミキサ１４に通じる流路、ポートｆにはドレインがそれぞれ接続されている。ポートａは第１送液ポートをなし、ポートｄは第２送液ポートをなす。また、ポートｂは第１出力ポートをなし、ポートｅは第２出力ポートをなすとともに、これらのポートｂ及びｅがミキサ１４に液を出力する出力部をなしている。

また、この実施例では、第１ポンプ部６ａ及び第２ポンプ部６ｂが直列ダブルプランジャ方式の構成で示されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、並列ダブルプランジャ方式など液を送液する構成であればいかなる方式の構成であってもよい。

第１ポンプ部６ａと切替バルブ１２のポートａとを接続する第１送液流路８ａ上における圧力センサ１０ａよりも切替バルブ１２側に、ダンパ２２ａが設けられている。さらに、第２ポンプ部６ｂと切替バルブ１２のポートｄとを接続する第２送液流路８ｂ上における圧力センサ１０ｂよりも切替バルブ１２側に、ダンパ２２ｂが設けられている。なお、ダンパ２２ａ及び２２ｂは必須の構成要素ではなく、必ずしも設けられている必要はない。

切替バルブ１２のロータには互いに隣り合うポート間を接続するための２つの溝が設けられている。２つの溝は互いに隣り合うポート間を接続するために必要な長さよりも長く（例えば７５°分の長さ）設けられており、ロータの回転によって流路の接続状態を、少なくとも第１状態（図２の状態）、第２状態（図３の状態）、第３状態（図４の状態）のいずれかの状態に切り替えることができるように構成されている。

図２に示されているように、切替バルブ１２が第１状態になると、ポートａ−ｂ間が接続されて第１送液流路８ａがミキサ１４と接続される一方で、第２送液流路８ｂの接続されているポートｄはいずれのポートとも接続されず、第２送液流路８ｂの下流端が閉じられた状態となる。第２送液流路８ｂがミキサ１４とは遮断されるため、Ａ液のみを送液する際にこの第１状態とすることで、Ａ液が第２送液流路８ｂ側へ逆流することが防止される。

図３に示されているように、切替バルブ１２が第２状態になると、ポートｄ−ｅ間が接続されて第２送液流路８ｂがミキサ１４と接続される一方で、第１送液流路８ａの接続されているポートａはいずれのポートとも接続されず、第１送液流路８ａの下流端が閉じられた状態となる。第１送液流路８ａがミキサ１４とは遮断されるため、Ｂ液のみを送液する際にこの第２状態とすることで、Ｂ液が第１送液流路８ａ側へ逆流することが防止される。

図４に示されているように、切替バルブ１２が第３状態になると、ポートａ−ｂ間が接続されると同時にポートｄ−ｅ間が接続され、第１送液流路８ａと第２送液流路８ｂがともにミキサ１４へ接続される。Ａ液とＢ液を同時にミキサ１４へ送液する際はこの第３状態となる。

また、図示は省略されているが、切替バルブ１２は、ポートａ−ｆ間を接続すると同時にポートｃ−ｄ間を接続した状態にすることができる。切替バルブ１２をこの状態に切り替えることで、第１送液流路８ａと第２送液流路８ｂをともにドレインへ接続し、第１送液流路８ａ内及び第２送液流路８ｂ内のパージを行なうことができる。

第１ポンプ部６ａ、第２ポンプ部６ｂ及び切替バルブ１２の動作は制御部２４によって制御される。制御部２４は予め設定されたグラジエントプログラムに基づいて切替バルブ１２の切替え動作とともに第１ポンプ部６ａ及び第２ポンプ部６ｂの動作速度を制御するように構成されている。制御部２４はさらに、逆流量計算部２６、逆流防止部２８、予圧動作部３０、圧縮率計算部３２、圧縮率保持部３４及び脈動判定部３６を備えている。

ここで、制御部２４はバイナリポンプ４に設けられた専用のコンピュータであってもよいし、汎用のコンピュータ又は液体クロマトグラフ全体を統括的に制御する専用のコンピュータ若しくは汎用のコンピュータであってもよい。逆流量計算部２６、逆流防止部２８、予圧動作部３０、圧縮率計算部３２及び脈動判定部３６は、所定のプログラムをＣＰＵ等の演算素子が実行することによって得られる機能であり、圧縮率保持部３４は記憶装置の一部の領域によって実現される機能である。

逆流量計算部２６は各ポンプ部６ａ、６ｂ側への逆流量を計算するように構成されている。各ポンプ部６ａ、６ｂへの逆流量は次式によって求められる。
逆流量（μＬ／ｍｉｎ）
＝液の圧縮率（１／ＭＰａ）×圧力変化率（ＭＰａ／ｍｉｎ）×圧縮容量（μＬ）
ここで、圧縮容量（μＬ）は、各ポンプ部６ａ、６ｂの出口からミキサ１４までの系内の容量である。液の圧縮率（１／ＭＰａ）は圧縮率保持部３４に保持されている。

制御部２４は、一定時間間隔（例えば２秒間隔）で第１圧力センサ２２ａ又は第２圧力センサ２２ｂによって検出されるシステム圧力（例えば移動平均値）を読み取るようになっている。逆流量計算部２６はシステム圧力が読み取られる度に、前回読み取られたシステム圧力を用いてシステム圧力の変化率（ＭＰａ／ｍｉｎ）を計算する。

この実施例では、Ａ液、Ｂ液の圧縮率を計算するように構成された圧縮率計算部３２が制御部２４に設けられており、圧縮率計算部３２によって計算された各液Ａ、Ｂの圧縮率が圧縮率保持部３４に保持されるようになっている。圧縮率計算部３２は、上述の予圧動作におけるポンプ部の動作量と圧力の上昇量とを用いて圧縮率を計算するように構成されている。なお、圧縮率計算部３２は必須の構成要件ではなく、ユーザ入力に基づいて設定された各液Ａ、Ｂの圧縮率が圧縮率保持部３４に保持されるようになっていてもよい。

逆流防止部２８は、逆流量計算部２６により計算された各ポンプ部６ａ、６ｂへの逆流量を各ポンプ部６ａ、６ｂの設定流量と比較することによって各ポンプ部６ａ、６ｂへの逆流が起こっているか否かを判定し、いずれか一方のポンプ部６ａ又は６ｂへの逆流が起こっている場合には切替バルブ１２を切り替えて逆流を防止するように構成されている。

例えば、切替バルブ１２が第３状態（図４の状態）とされ、ポンプ部６ａからＡ液が高流量で送液され、ポンプ部６ｂからＢ液が低流量で送液されているときに、図５に示されるようにシステム圧力が急激に上昇し、逆流量計算部２６により計算された逆流量がポンプ部６ｂの設定流量を超えた場合、逆流防止部２８は、ポンプ部６ｂ側において液の逆流が起こっていると判定して切替バルブ１２を第１状態（図２の状態）に切り替える。切替バルブ１２が第１状態に切り替えられることで、ポンプ部６ｂとミキサ１４との間の連通が遮断されるので、ポンプ部６ｂへの液の逆流が防止される。このとき、ポンプ部６ｂから切替バルブ１２までの系内の圧力の上昇を抑えるために、ポンプ部６ｂの送液動作が停止されるように構成されていてもよい。

その後、システム圧力の上昇が緩やかになり、逆流量計算部２６により計算される逆流量がポンプ部６ｂの設定流量以下になると、逆流防止部２８は切替バルブ１２を第３状態に戻して逆流の防止を解除する。

予圧動作部３０は、逆流防止部２８により切替バルブ１２が第１状態又は第２状態に切り替えられている間に、送液を遮断されているポンプ部６ａ又は６ｂに予圧動作を実行させるように構成されている。予圧動作とは、切替バルブ１２が第１状態又は第２状態に切り替えられて密閉系となった流路８ａ又は８ｂ内の圧力がシステム圧力に近づくように送液動作を実行することをいう。予圧動作では、密閉系となっている流路８ａ又は８ｂ内の圧力をシステム圧力と同程度にすることが好ましい。なお、切替バルブ１２が第１状態又は第２状態になっているときに密閉系となっている流路８ａ又は８ｂ内の圧力をシステム圧力に近づけていれば、切替バルブ１２が第１状態又は第２状態から第３状態に切り替えられた瞬間の液の逆流を抑制する効果があるため、例えばシステム圧力の７０％以上、好ましくは９０％以上を予圧動作の目標値として設定してもよい。

なお、この実施例では、逆流量計算部２６によって計算された各ポンプ部６ａ、６ｂへの逆流量と各ポンプ部６ａ、６ｂの設定流量との比較によって逆流の有無を判定しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、逆流量計算部２６によって計算された各ポンプ部６ａ、６ｂへの逆流量と各ポンプ部６ａ、６ｂの設定流量に基づいて設定された値（例えば、設定流量よりも僅かに低い値）との比較によって逆流の有無を判定してもよい。

また、逆流防止部２８は、システム圧力の変動が、図６に示されているようなポンプ部６ａ及び／又は６ｂの動作に起因した脈動であるときは、その脈動が継続している間、切替バルブ１２の切替えによる逆流の防止を行なわないように構成されている。

脈動判定部３６はシステム圧力の変動が脈動であるか否かの判定を行なうように構成されている。逆流防止部２８は、脈動判定部３６による判定結果に基づいて切替バルブ１２の切替えによる逆流の防止を行なうか否かを決定する。

この実施例における逆流防止のアルゴリズムの一例について、図７のフローチャートを用いて説明する。

制御部２４は一定時間間隔でシステム圧力を読み取っている（ステップＳ１）。制御部２４がシステム圧力を読み取ると、逆流量計算部２６はシステム圧力の変化率（ＭＰａ／ｍｉｎ）を計算し、その変化率を用いて各ポンプ部６ａ、６ｂへの逆流量をそれぞれ計算する（ステップＳ３）。

逆流防止部２８は、逆流量計算部２６によって計算された各ポンプ部６ａ、６ｂへの逆流量を各ポンプ部６ａ、６ｂについての設定流量と比較し（ステップＳ４）、いずれか一方のポンプ部６ａ又は６ｂについて逆流量が設定流量を超え、かつ脈動判定部３６によってその圧力変動が脈動であると判定されていない場合に（ステップＳ５）、切替バルブ１２を第１状態又は第２状態にして各ポンプ部６ａ又は６ｂへの逆流を防止する（ステップＳ６、Ｓ８）。このとき、すでに切替バルブ１２が第１状態又は第２状態にされて逆流が防止されている場合には、切替バルブ１２の状態を維持して逆流の防止を継続する（ステップＳ６、Ｓ７）。

いずれか一方のポンプ部６ａ又は６ｂについて逆流量が設定流量を超えても、脈動判定部３６によってその圧力変動が脈動であると判定されている場合には、逆流防止部２８は、切替バルブ１２の切替えによる逆流の防止を実施しない（ステップＳ４、Ｓ５）。また、逆流量計算部２６によって計算された各ポンプ部６ａ、６ｂへの逆流量がいずれもポンプ部６ａ、６ｂの設定流量を超えない場合、逆流防止部２８は逆流の防止を実施しない。すでに切替バルブ１２が第１状態又は第２状態に切り替えられて逆流が防止されている場合（ステップＳ９）、予圧動作部３０は密閉系となっている流路８ａ又は８ｂ内の圧力がシステム圧力に近づくように送液を遮断されているポンプ部６ａ又は６ｂに予圧動作を実行させる（ステップＳ１０）。その後、逆流防止部２８は切替バルブ１２を第３状態に戻して逆流の防止を解除する（ステップＳ１１）。

次に、脈動判定部３６による脈動の判定のアルゴリズムの一例について、図８のフローチャート及び図９の波形図を用いて説明する。

既述のように、システム圧力の脈動は高流量側のポンプ部６ａ又は６ｂの送液動作に同期して発生する。そのため、脈動の周期は高流量側のポンプ部６ａ又は６ｂの送液動作の周期と一致する。そこで、脈動判定部３６は、高流量側のポンプ部６ａ又は６ｂの動作周期ごとにシステム圧力の最大値・最小値を抽出し（ステップＳ１０１）、抽出した最大値・最小値とその前の周期におけるシステム圧力の最大値・最小値との差分を計算する（ステップＳ１０２）。例えば、図９に示されるようなシステム圧力の変動がある場合、ある周期におけるシステム圧力の最大値Ｐ_ｎ＋２、最小値Ｐ_ｎ＋３を抽出したときに、最大値Ｐ_ｎ＋２、最小値Ｐ_ｎ＋３とその前の周期におけるシステム圧力の最大値Ｐ_ｎ、最小値Ｐ_ｎ＋１との差分（Ｐ_ｎ＋２−Ｐ_ｎ）、（Ｐ_ｎ＋３−Ｐ_ｎ＋１）をそれぞれ計算する。

差分（Ｐ_ｎ＋２−Ｐ_ｎ）、（Ｐ_ｎ＋３−Ｐ_ｎ＋１）がいずれも所定範囲（例えば、±０．１ＭＰａ）内にある場合（ステップＳ１０３）、最大値Ｐ_ｎ＋２と最小値Ｐ_ｎ＋３の差分（Ｐ_ｎ＋２−Ｐ_ｎ＋３）を計算して変動幅を求め（ステップＳ１０４）、その変動幅が所定値（例えば、０．５ＭＰａ）以下であれば脈動と判定し（ステップＳ１０５、１０６）、変動幅が所定値を超えていれば脈動でないと判定する（ステップＳ１０５）。

また、最大値の差分（Ｐ_ｎ＋２−Ｐ_ｎ）と最小値の差分（Ｐ_ｎ＋３−Ｐ_ｎ＋１）の少なくともいずれか一方が所定範囲（例えば、±０．１ＭＰａ）から外れている場合（ステップＳ１０３）には、その圧力変動を脈動でないと判定する（ステップＳ１０３）。

脈動判定部３６は、システム圧力の変動を脈動と判定した後は、微少時間間隔（例えば６ｍｓ）でシステム圧力を取り込み（ステップＳ１０７）、取り込んだシステム圧力と脈動判定直前の最大値・最小値との差分を求める（ステップＳ１０８）。そして、その差分が所定の条件から外れたときに脈動判定を解除する（ステップＳ１０９、Ｓ１１０）。所定の条件とは、例えば、システム圧力Ｐと脈動判定直前のシステム圧力の最大値Ｐ_ｍａｘとの差分（Ｐ−Ｐ_ｍａｘ）が所定値（例えば０．１ＭＰａ）以下であり、かつ脈動判定直前のシステム圧力の最小値Ｐ_ｍｉｎとシステム圧力Ｐとの差分（Ｐ_ｍｉｎ−Ｐ）が所定値（例えば０．１ＭＰａ）以下である。

なお、上記の脈動の判定では、周期ごとのシステム圧力の最大値の差分、最小値の差分、及び変動幅の３つの条件を判定条件として用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、３つの条件のうちの１つ又は２つを判定条件として用いてもよい。

以上において説明したバイナリポンプ及び液体クロマトグラフの実施形態は一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。上記の実施例においてバイナリポンプの切替バルブ１２は６方バルブであるが、４方バルブなど他のマルチポートバルブを用いることもできる。切替バルブ１２は、第１送液ポートを出力ポートに接続した第１状態、第２送液ポートを出力ポートに接続した第２状態、及び第１送液ポートと第２送液ポートの両ポートを出力ポートに接続した第３状態に選択的に切り替えられる構成をもつものであればよい。

２ 分析流路
４ バイナリポンプ
６ａ 第１ポンプ部
６ｂ 第２ポンプ部
８ａ 第１送液流路
８ｂ 第２送液流路
１０ａ 第１圧力センサ
１０ｂ 第２圧力センサ
１２ 切替バルブ
１４ ミキサ
１６ 試料注入部
１８ 分析カラム
２０ 検出器
２２ ダンパ
２４ 制御部
２６ 逆流量計算部
２８ 逆流防止部
３０ 予圧動作部
３２ 圧縮率計算部
３４ 圧縮率保持部
３６ 脈動判定部

Claims (9)

1. 第１ポンプ部と、
   前記第１ポンプ部とは別に設けられた第２ポンプ部と、
   前記第１ポンプ部及び／又は前記第２ポンプ部により送液される液を出力するための出力部と、
   前記第１ポンプ部が接続された第１送液ポート、前記第２ポンプ部が接続された第２送液ポート及び前記出力部に通じる出力ポートを備え、前記第１送液ポートを前記出力ポートと接続し、前記第２送液ポートをいずれのポートにも接続しない第１状態、前記第２送液ポートを前記出力ポートと接続し、前記第１送液ポートをいずれのポートにも接続しない第２状態、及び前記第１送液ポートと前記第２送液ポートの両ポートを前記出力ポートと接続する第３状態のいずれかの状態に切り替えるように構成された切替バルブと、
   前記第１ポンプ部と前記切替バルブとの間の系内圧力を第１圧力として検出する第１圧力センサと、
   前記第２ポンプ部と前記切替バルブとの間の系内圧力を第２圧力として検出する第２圧力センサと、
   前記第１圧力センサ又は前記第２圧力センサによって検出されるシステム圧力の変化率を求め、前記システム圧力の変化率に基づいて前記第１ポンプ部への逆流量と前記第２ポンプ部への逆流量をそれぞれ計算するように構成された逆流量計算部と、
   前記切替バルブを前記第３状態にして前記第１ポンプ部と前記第２ポンプ部による送液を行なう場合において、前記逆流量計算部により計算された前記第１ポンプ部への逆流量が前記第１ポンプ部についての設定流量又はそれに基づいて設定された値を超えている間は前記切替バルブを前記第２状態に切り替え、前記逆流量計算部により計算された前記第２ポンプ部への逆流量が前記第２ポンプ部についての設定流量又はそれに基づいて設定された値を超えている間は前記切替バルブを前記第１状態に切り替えるように構成された逆流防止部と、を備えたバイナリポンプ。
2. 前記切替バルブが前記第２状態となっている間に、前記第１圧力が前記システム圧力に近づくように前記第１ポンプ部の予圧動作を行ない、前記切替バルブが前記第１状態となっている間に、前記第２圧力が前記システム圧力に近づくように前記第２ポンプ部の予圧動作を行なうように構成された予圧動作部を備えている、請求項１に記載のバイナリポンプ。
3. 前記逆流量計算部は、前記第１ポンプ部への逆流量の計算に前記第１ポンプ部による送液対象の液の圧縮率を用い、前記第２ポンプ部への逆流量の計算に前記第２ポンプ部による送液対象の液の圧縮率を用いるように構成されている、請求項１又は２に記載のバイナリポンプ。
4. 前記切替バルブが前記第２状態となっている間に、前記第１圧力が前記システム圧力に近づくように前記第１ポンプ部の予圧動作を行ない、前記切替バルブが前記第１状態となっている間に、前記第２圧力が前記システム圧力に近づくように前記第２ポンプ部の予圧動作を行なうように構成された予圧動作部と、
   前記第１ポンプ部の前記予圧動作中における前記第１ポンプ部による送液量と前記第１圧力の上昇量との関係に基づいて前記第１ポンプ部による送液対象の液の圧縮率を求め、前記第２ポンプ部の前記予圧動作中における前記第２ポンプ部による送液量と前記第２圧力の上昇量との関係に基づいて前記第２ポンプ部による送液対象の液の圧縮率を求めるように構成された圧縮率計算部と、を備え、
   前記逆流量計算部は、前記圧縮率計算部により求められた圧縮率を用いて前記第１ポンプ部への逆流量と前記第２ポンプ部への逆流量をそれぞれ計算するように構成されている、請求項３に記載のバイナリポンプ。
5. 前記システム圧力の変動を読み取り、読み取った前記変動が脈動か否かを判定する脈動判定部をさらに備え、
   前記逆流防止部は、前記脈動判定部が前記変動を脈動であると判定している間は、当該脈動中の前記切替バルブを前記第３状態にするように構成されている、請求項１から４のいずれか一項に記載のバイナリポンプ。
6. 前記脈動判定部は、前記システム圧力の変動が脈動か否かを判定する際に、前記第１ポンプ部と前記第２ポンプ部のうち送液中のポンプ部の送液動作に関する周期ごとの前記システム圧力の最大値及び／又は最小値を求め、前記システム圧力の最大値及び／又は最小値の変動が予め設定された範囲内にあるか否かを前記変動が脈動か否かの判定基準として用いるように構成されている、請求項５に記載のバイナリポンプ。
7. 前記脈動判定部は、前記システム圧力の変動が脈動か否かを判定する際に、前記第１ポンプ部と前記第２ポンプ部のうち送液中のポンプ部の送液動作に関する周期ごとの前記システム圧力の最大値及び／又は最小値を求め、前記システム圧力の最大値と最小値の差分値が予め設定された範囲内にあるか否かを前記変動が脈動か否かの判定基準として用いるように構成されている、請求項５又は６に記載のバイナリポンプ。
8. 前記脈動判定部は、前記システム圧力の変動を脈動と判定した後、前記システム圧力と前記変動を脈動と判定する直前の前記システム圧力の最大値及び最小値との差分を微少時間間隔で求め、求めた差分が所定条件から外れたときに脈動の判定を解除するように構成されている、請求項６又は７に記載のバイナリポンプ。
9. 分析流路と、
   前記分析流路中で移動相を送液する請求項１から８のいずれか一項に記載のバイナリポンプと、
   前記分析流路上における前記バイナリポンプよりも下流側に設けられ、前記分析流路中に試料を注入する試料注入部と、
   前記分析流路上における前記試料注入部よりもさらに下流側に設けられ、前記試料注入部により前記分析流路中に注入された試料を成分ごとに分離する分析カラムと、
   前記分析流路上における前記分析カラムよりもさらに下流側に設けられ、前記分析カラムで分離された成分を検出する検出器と、を備えた液体クロマトグラフ。
   

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