JP7136276B2

JP7136276B2 - 超臨界流体クロマトグラフ

Info

Publication number: JP7136276B2
Application number: JP2021094624A
Authority: JP
Inventors: 崇人内方
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2017-06-21
Filing date: 2021-06-04
Publication date: 2022-09-13
Anticipated expiration: 2037-06-21
Also published as: JP2021121820A; JP6993119B2; JP2019007765A

Description

本発明は、超臨界流体を利用して試料の分離分析を行なう超臨界流体クロマトグラフに関するものである。

超臨界流体を用いて試料の分析を行なう超臨界流体クロマトグラフィーは、二酸化炭素などに一定の温度及び圧力をかけて超臨界流体とし、その超臨界流体を溶媒として用いて行なうクロマトグラフィーである。超臨界流体は液体と気体の両方の性質をもち、液体よりも拡散性が高く粘性が低いという特徴がある。超臨界流体を溶媒として用いることで、高分離かつ高感度の分析を高速で行なうことができる。

超臨界流体クロマトグラフによる分析では、超臨界流体となる二酸化炭素のほかに、エタノールやメタノールなどの溶媒をモディファイアとして用い、二酸化炭素とモディファイアのそれぞれをミキサへ送って混合し、その混合流体を移動相として分析流路中で送液する。分析対象の試料は二酸化炭素とモディファイアの混合流体からなる移動相が流れる分析流路中に注入され、その移動相によって分析カラムへ搬送されて成分ごとに分離される。

ＵＳ２００３０３４３０７Ａ１

上記のように、従来の超臨界流体クロマトグラフでは、分析対象の試料が二酸化炭素とモディファイアの混合流体からなる移動相の流れる分析流路中に注入され、混合流体によって分析カラムへ搬送されるようになっている。しかし、このような構成では、分析流路中に注入された試料溶媒と分析流路を流れる移動相とが混和しきれない場合があり、そのような場合には、試料溶媒が相となったままで分析カラムに導入されてしまい、分析カラムからの試料の溶出が早められて分離能が低下するという問題が生じる。このような問題は、分析流路を流れるモディファイアの量に対する試料注入量の割合が大きくなるほど顕著になる。

そのような問題に対応するため、二酸化炭素とモディファイアが混合される前の段階で、モディファイアのみが流れる流路中に試料を注入することが提案されている（特許文献１参照。）。提案の技術によれば、モディファイアに試料を混和した後、さらにミキサで二酸化炭素と混和するため、分析流路中で試料溶媒の相が生じにくくなり、分析カラムからの試料の溶出が早められるという問題に対して有効である。

しかし、モディファイアの送液流量が低い場合、注入された試料の搬送速度も低くなるため、試料が注入されてから分析カラムに導入されるまでの時間が長くなり、分析効率や分離能が低下するという問題がある。

そこで、本発明は、試料注入量が多い場合やモディファイアの流量が小さい場合にも分離能や分析効率の低下が発生しにくい超臨界流体クロマトグラフを提供することを目的とするものである。

本発明に係る超臨界流体クロマトグラフは、二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給源と、モディファイアを供給するモディファイア供給源と、前記二酸化炭素供給源により供給される二酸化炭素と前記モディファイア供給源により供給されるモディファイアとを合流させる合流部と、前記合流部で合流した二酸化炭素とモディファイアが流れる分析流路と、前記分析流路中に試料を注入する試料注入部と、前記分析流路上の前記試料注入部よりも下流に設けられ、前記試料注入部により注入された試料を成分ごとに分離する分離カラムと、を備え、前記二酸化炭素供給源は、前記分析流路上における前記試料注入部と前記分離カラムとの間の位置で、前記分析流路を流れる流体にさらに二酸化炭素を添加するように構成されている。

好ましい実施態様として、前記二酸化炭素供給源が、二酸化炭素を送液する１つの二酸化炭素ポンプを有し、その二酸化炭素ポンプにより送液される二酸化炭素の一部を前記合流部へ送液し、残りを前記分析流路上における前記試料注入部と前記分離カラムとの間の位置へ送液するように構成されている例が挙げられる。すなわち、この態様では、１つの二酸化炭素ポンプの出口流路を、合流部へ通じる流路と分析流路上における試料注入部と分離カラムとの間の位置へ通じる流路とに分岐することにより実現される。これにより、１つの二酸化炭素ポンプで合流部と分析流路上における試料注入部と分離カラムとの間の位置へ二酸化炭素を供給することができるので、構成が簡単になり、コストの増大を抑制することができる。

さらに、分析流路上における試料注入部と分離カラムとの間に、分析流路を流れる流体と二酸化炭素供給源により供給される二酸化炭素とを混合するミキサが設けられていることが好ましい。そうすれば、試料注入部により分析流路中に注入された試料溶媒が移動相とより混和されやすくなるため、試料溶媒が相となって分離カラムに導入されることがさらに抑制され、分離度がさらに低下しにくくなる。

本発明に係る超臨界流体クロマトグラフでは、二酸化炭素供給源が、分析流路上における試料注入部と分離カラムとの間の位置で、分析流路を流れる流体にさらに二酸化炭素を添加するように構成されているので、試料注入量が多くても試料溶媒が移動相と混和されやすくなる。これにより、分析流路中に注入された試料溶媒が相となったまま分離カラムへ導入されることが抑制され、分離度の低下が抑制される。また、試料注入部は、二酸化炭素とモディファイアが流れる分析流路中に試料を注入するように設けられているので、モディファイアの送液流量が小さい場合でも試料を搬送するための移動相の流量が確保され、分離能及び分析効率が低下しにくい。

超臨界流体クロマトグラフの一実施例の概略的構成を示す流路構成図である。同実施例のさらに好ましい実施形態の一例を示す流路構成図である。

超臨界流体クロマトグラフの一実施例の概略的構成を図１に示す。

この実施例の超臨界流体クロマトグラフは、主として、分析流路２、二酸化炭素供給源４、モディファイア供給源６、試料注入部１０、分離カラム１２、検出器１６及び背圧制御弁１８を備えている。

二酸化炭素供給源４は液体状態の二酸化炭素を供給するように構成されている。モディファイア供給源は、エタノールやメタノールなどの溶媒をモディファイアとして供給するように構成されている。二酸化炭素供給源４からの二酸化炭素が流れる流路５とモディファイア供給源６からのモディファイアが流れる流路７は合流部８において合流している。分析流路２の上流端は合流部８に接続されている。すなわち、合流部８において合流した二酸化炭素とモディファイアが移動相として分析流路２を流れる。

試料注入部１０、分離カラム１２、検出器１６及び背圧制御弁１８は分析流路２上に設けられている。試料注入部１０は分析流路２中に試料を注入するように構成されている。分離カラム１２は試料注入部１０よりも下流に設けられており、試料注入部１０により分析流路２中に注入された試料を成分ごとに分離する。分離カラム１２はカラムオーブン１４内に収容されており、所定温度に調節される。検出器１６は分離カラム１６よりもさらに下流に設けられており、分離カラム１６において分離した試料成分を検出する。背圧制御弁１８は分析流路２内の圧力を所定圧力（例えば１０ＭＰａ）に調節するように構成されている。背圧制御弁１８によって分析流路２内が所定圧力に調節されることで、少なくとも分離カラム１２を流れる二酸化炭素が超臨界状態となる。

なお、試料注入部１０は、例えば、試料を保持するサンプルループやそのサンプルループを分析流路２に導入するか否かを切り替える流路切替バルブを備えたオートサンプラである。

二酸化炭素供給源４は、分析流路２における試料注入部１０と分離カラム１２との間の位置２０に流路１９を通じて二酸化炭素を供給するように構成されている。これにより、分離カラム１２の上流の位置２０で、試料注入部１０により注入された試料を含んで分析流路２を流れる流体に二酸化炭素がさらに添加される。

すなわち、この実施例では、二酸化炭素供給源４により流路５を通じて供給される二酸化炭素とモディファイア供給源６により流路７を通じて供給されるモディファイアとの混合流体が流れる分析流路２中に試料が注入され、その後、注入された試料を含む混合流体にさらに二酸化炭素が添加されるように構成されている。

二酸化炭素とモディファイアとの混合流体が流れる分析流路２中に試料が注入されるので、モディファイア供給源６により供給されるモディファイアの流量が小さい場合でも、試料注入部１０を流れる流体の流量をある程度確保することができ、分析効率及び分離度の低下が抑制される。また、試料注入部１０により注入された試料を含む混合流体にさらに二酸化炭素が添加されるので、試料溶媒が分析流路２を流れる移動相と混和されやすくなり、試料溶媒が相となって分離カラム１２に導入されることが抑制される。これにより、分離能の低下が抑制される。

上記の超臨界流体クロマトグラフの具体的な態様を図２に示す。

この態様では、二酸化炭素供給源４からの流路５とモディファイア供給源６からの流路７との合流部８（図１参照）にミキサ８ａが設けられ、二酸化炭素供給源４からの二酸化炭素とモディファイア供給源６からのモディファイアとがミキサ８ａにおいて混合されるように構成されている。ミキサ８ａで混合された二酸化炭素とモディファイアの混合流体が分析流路２を流れる。

さらに、分析流路２における試料注入部１０と分離カラム１２との間の位置にもミキサ２０ａが設けられており、分析流路２を流れる流体と二酸化炭素供給源４から流路１９を通じて供給される二酸化炭素とがミキサ２０ａにおいて混合されるように構成されている。分析流路２を流れる流体と二酸化炭素供給源４から流路１９を通じて供給される二酸化炭素とがミキサ２０ａで混合されることで、試料注入部１０により注入された試料溶媒が相となって分離カラム１２に導入されることがさらに抑制される。

二酸化炭素供給源４は、ボンベ２４に封入された液体状態の二酸化炭素を送液する二酸化炭素ポンプ２２、及び二酸化炭素ポンプ２２の出口側に接続された出口流路２６を備えており、出口流路２６が流路５と流路１９に分岐している。これにより、二酸化炭素ポンプ２２によって送液される二酸化炭素の一部がミキサ８ａへ供給され、残りがミキサ２０ａへ供給される。ミキサ８ａへ供給される二酸化炭素の流量とミキサ２０ａへ供給される二酸化炭素の流量は、流路５と流路１９との流路抵抗の比率によって調整される。

モディファイア供給源６は、容器３０に貯留されたモディファイアを組み上げて送液するモディファイアポンプ２８を備えている。

図２に示した態様では、２つのミキサ８ａと２０ａが設けられているが、ミキサ８ａと２０ａのいずれか一方のみが設けられていてもよい。

また、この態様では、１つの二酸化炭素ポンプ２２によって送液される二酸化炭素を、流路５と流路１９を通じて試料注入部１０の上流の位置と下流の位置の２箇所へ供給するように構成されているが、流路５を通じて二酸化炭素を供給する二酸化炭素ポンプとは別に、流路１９を通じて二酸化炭素を供給する二酸化炭素ポンプを設けてもよい。

２分析流路
４二酸化炭素供給源
６モディファイア供給源
８合流部
８ａ，２０ａミキサ
１０試料注入部
１２分離カラム
１４カラムオーブン
１６検出器
１８背圧制御弁
２０分析流路上の位置
２２二酸化炭素ポンプ
２４ボンベ
２６出口流路
２８モディファイアポンプ
３０容器

Claims

二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給源と、
モディファイアを供給するモディファイア供給源と、
前記二酸化炭素供給源により供給される二酸化炭素と前記モディファイア供給源により供給されるモディファイアとを合流させる合流部と、
前記合流部で合流した二酸化炭素とモディファイアが流れるとともに、分岐することなく後記試料注入部へと繋がる分析流路と、
前記分析流路中に試料を注入する試料注入部と、
前記分析流路上の前記試料注入部よりも下流に設けられ、前記試料注入部により注入された試料を成分ごとに分離する分離カラムと、を備え、
前記二酸化炭素供給源は、前記分析流路上における前記試料注入部と前記分離カラムとの間の位置で、前記分析流路を流れる流体にモディファイアを含まない二酸化炭素のみをさらに添加するように構成されている、超臨界流体クロマトグラフ。
前記二酸化炭素供給源は、二酸化炭素を送液する１つの二酸化炭素ポンプを有し、その二酸化炭素ポンプにより送液される二酸化炭素の一部を前記合流部へ送液し、残りを前記分析流路上における前記試料注入部と前記分離カラムとの間の位置へ送液するように構成されている、請求項１に記載の超臨界流体クロマトグラフ。
前記分析流路上における前記試料注入部と前記分離カラムとの間に、前記分析流路を流れる流体と前記二酸化炭素供給源により供給される二酸化炭素とを混合するミキサが設けられている、請求項１に記載の超臨界流体クロマトグラフ。
前記二酸化炭素供給源から前記ミキサへの流路の流路抵抗と、前記二酸化炭素供給源から前記合流部への流路の流路抵抗との比率により、前記合流部に供給される二酸化炭素の流量と前記ミキサに供給される二酸化炭素の流量とが調整されている、請求項３に記載の超臨界流体クロマトグラフ。