JP7225805B2 - 前処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、クロマトグラフで測定する試料のオンライン前処理方法に関する。

クロマトグラフィは試料中の複数成分を分析カラムで分離し、成分の定量や定性を行う方法である。試料中に目的成分の分離や検出を妨害する成分が存在する場合や、試料濃度が極端に高い場合、あるいは検出できないほど濃度が低い場合に、試料分析を行う前に何らかの前処理を試料に実施する必要がある。試料の前処理方法は、その目的によって多岐に渡るが、共通した課題となるのは、試料の前処理時に発生するコンタミネーション、人的工数増加、操作再現性の確保である。このため、クロマトグラフ装置で分析する試料の前処理については、大気からの、および前処理に用いるサンプルバイアルからのコンタミネーションを防止することが可能なオンラインでの自動前処理が望まれている。

例えば、特許文献１において、流路切替バルブに前処理カラムを接続し、同じく流路切替バルブに接続された試料と試料送液ポンプを用いて、試料を前処理カラムに送液することによりオンラインで実施可能な試料前処理技術が開示されているが、前処理カラムにて処理した試料は、バックフラッシュ方式にて移動相の流体場に送られることから、試料中に前処理カラムにて捕縛される固形夾雑物が存在する場合は、前処理カラムにて固形夾雑物が捕縛されることなく分析カラムに送られることとなり、試料中の固形夾雑物除去によって分析カラムの長寿命化を目指す場合は不適な手法となる。

特開２００５－０３１０１２号公報

本発明は、前処理ゲルからの夾雑を抑えつつ、再現性の高い自動オンライン前処理を実施する装置を提供するものである。

本発明者は、前記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、本発明を見出した。

すなわち、本発明は、
チャンバーを１つ以上有する試料前処理部と、
試料吸引部と、
試料貯留配管と、
洗浄液貯留部と、
試料導入部と、
前記試料前処理部と前記試料吸引部のいずれかと前記試料貯留配管が流体接続できるように流路を切り替え可能な第一流路切替部と、
前記試料貯留配管と前記洗浄液貯留部のいずれかと前記試料導入部が流体接続できるように流路を切り替え可能な第二流路切替部と、
を備えてなる装置である。

以下に、本発明の一例について、図１を用いながら詳細に説明する。

図１は、本発明の装置を組み込んだ分析装置であり、試料前処理部１０７の一端は第一流路切替部１０２を介して試料吸引部１０１と試料貯留配管１０６の一端と流体接続されており、試料貯留配管１０６の他端は第二流路切替部１０３を介して試料導入部１０４と洗浄液貯留部１０５と流体接続されている。試料前処理部１０７の他端、試料計量部１１１の両端、試料分析部１１２、移動相ポンプ１０９、試料廃棄部１１３は、試料注入バルブ１１０のそれぞれ異なるポートと流体接続されている。試料注入バルブ１１０は、試料前処理部１０７と試料計量部１１１と試料廃棄部１１３とが通液する位置と、移動相ポンプ１０９と試料計量部１１１と試料分析部１１２とが通液する位置に切り替え可能である。

上述した分析装置は、試料吸引部１０１から吸引した試料を試料導入部１０４により、試料貯留配管１０６へと送液した後、第一流路切替部１０２を切り替え、前記試料を試料貯留配管１０６から試料導入部１０４により、試料前処理部１０７に送液することで試料の前処理を行うことが可能である。また、試料吸引部１０１から試料を吸引する前に、試料導入部１０４により洗浄液貯留部１０５から洗浄液を吸引した後、第二流路切替部１０３を切り替え、前記洗浄液を試料吸引部１０１又は試料前処理部１０７に送液することで、装置の洗浄を行うことも可能である。

試料前処理部１０７は、チャンバーを１つ以上有することを特徴とする。チャンバーに前処理ゲルを充填することで、試料を通液させる際に試料の前処理が可能となる。試料前処理部は、流路溝をチャンバーとしたロータリーバルブとすると、チャンバーの位置が制御可能なため、使用済の前処理ゲルの排出、前処理ゲルの充填が簡便に行えるため好ましい。なお、前処理ゲルとしては、試料前処理方法の一つである固相抽出で使用される、ポリマーやシリカゲルなどの材料を基材としたゲルを用いることが好適であるが、チャンバーに充填可能であるスラリー状のゲルであれば特に制限はなく、前処理の用途に応じて前処理ゲルの種類を選択すればよい。

試料前処理部１０７は、試料の前処理が必要のない、標準試料やブランク試料などを、前処理ゲルで処理することなく通液できるよう、前処理ゲルが充填されないチャンバーが設けられていてもよい。チャンバーはＳＵＳ等の金属や、ＰＥＥＫ等の樹脂から成る円筒型のものが好ましい。また、チャンバーには試料や洗浄液などの液体は通過可能であるが前処理ゲルが通過できないフィルター部を設けてもよい。フィルターとしては用いる前処理ゲルが通過しないものであれば特に制限はなく、材質としてはＳＵＳやチタン等の金属、ＰＥＥＫ等の樹脂、ガラス質体が例示でき、構造としてはメッシュ構造や焼結体が例示できる。

試料前処理部１０７は、上述したように複数のチャンバーを有していてもよく、前処理ゲルを再生液によって再生する手段、洗浄液によって洗浄する手段、排出する手段、前処理ゲルを排出した後に充填液を介して前処理ゲルを充填する手段などを単独又は組み合わせて設けてもよく、流路で接続してもよい（図２の２１５－２１７、２２４を参照）。

試料吸引部１０１としては、ニードルが好適に用いられる。

試料貯留配管１０６は、試料吸引部１０１より吸引した試料を貯留するために用いる。試料貯留配管１０６の内部容量は、試料導入部１０４への試料の侵入を防止するために、試料吸引量よりも大きい容量を確保できればよい。試料貯留配管１０６に用いる材質としては、試料導入部１０４の圧力の作用による内部容量の変化が少ないＰＥＥＫやＰＴＦＥなどの樹脂や、ＳＵＳ等の金属から構成された配管が好適に用いることができるが、試料を分析するにあたって測定へ妨害が発生しない配管材料を選択すればよい。

試料導入部１０４は、圧力の作用によって流体を移動させることが可能なシリンジポンプなどが好適である。試料貯留部１１４から試料吸引部１０１を通じて試料を試料貯留配管１０６に導入し、試料貯留配管１０６の試料を試料前処理部１０７へと押し出すことにより、前処理された試料を注入バルブに接続された試料計量部１１１へと導入する。この際、試料導入部１０４の動作量により導入する試料の量を計量することが可能なため、試料と前処理ゲル充填液との間で発生する液置換が完了することなく前処理ゲル充填液が試料分析部１１２に導入されることを防止するために、一定量を試料廃棄部１１３に排出すすることもできる。また、洗浄液貯留部１０５の洗浄液を送液することにより、試料吸引部１０１、試料前処理部１０７に収容された前処理ゲル、その他の配管について洗浄を行ってもよい。なお、試料貯留部１１４及び洗浄液貯留部１０５は、対象となる液体を貯留しておける容器であれば問題はなく、移動相貯留部１０８及び試料廃棄部１１３も同様である。

第一流路切替部１０２及び第二流路切替部１０３は接続された３つの流路のうち１つ（試料貯留配管１０６、試料導入部１０４）を共通ポートとし、残りの２つの流路のうちいずれか１つを共通ポートに接続する機能を持つ。流路切替部としては接続された３つの流路のうち２つの流路を連通するように選択的に切り替えることが可能であれば特に制限はなく、形態としてはソレノイドバルブやロータリーバルブを例示することができる。

試料注入バルブ１１０は複数の流路を接続するポートと、複数のポート間を連通させる２以上の流路と、回転可能な機構を有するローターを有しており、ローターを回転することにより流路を切り替えることができる。ローターには１以上の延長された流路を設けることなどにより、ローター回転時に移動相ポンプから送液された移動相が閉塞しないような手段を設けてもよく、試料計量部内部の圧力を大気圧へと解放するための手段を設けてもよい。なお、試料注入バルブは前処理された試料を試料分析部１１２を含む流体場に注入することができればよく、その態様に特に制限はない。

試料計量部１１１は、試料注入バルブなどの流路切替バルブに接続された、規定容量の配管で構成されるサンプルループや濃縮カラム、トラップカラムなどを用いることができる。

移動相ポンプ１０９は、移動相貯留部１０８の移動相を、試料分析部１１２を含む流路に高精度に安定的に送液するために用いる。移動相ポンプとしては、容易に昇圧可能で定量送液性に優れたプランジャーポンプが好適に用いられるが、分析に支障がなければポンプの形態に制限はない。

試料分析部１１２は、流体試料を分析できる機器等であればよく、例えば分析カラムが例示できる。

本発明により、前処理ゲルから脱離した成分の夾雑を抑えつつ、測定再現性の良いオンライン自動前処理が可能となった。

本発明の装置を組み込んだ分析装置を示した例である。 実施例１で用いたクロマトグラフシステムの構成図である。 実施例１で用いた前処理バルブの状態を示した図である。 本発明を用いて試料を前処理した結果のクロマトグラムを示した図である。 本発明により流路を変更することなく未処理注入を実施した結果のクロマトグラムを示した図である。 本発明である前処理ゲルの事前洗浄有無を比較したクロマトグラムを示した図である。

以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。

（実施例１）
図２に示すクロマトグラフ装置を用いて表１に示す流れで、前処理ゲルの洗浄及び前処理した試料の分析を実施した。ガードカラム２１８としては東ソー（株）製ＴＳＫｇｅｌ ｇｕａｒｄｃｏｌｕｍｎ ＳｕｐｅｒＩＣ－Ａ ＨＳを、分析カラム２１９としては東ソー（株）製ＴＳＫｇｅｌ ＳｕｐｅｒＩＣ－Ａｎｉｏｎ ＨＳを用いた。カラムオーブン２２０、サプレッサー２２１、電気伝導度検出器２２２は東ソー（株）製イオンクロマトグラフＩＣ－２０１０に内蔵されたものを使用し、カラムオーブンは４０℃に設定し、サプレッサーにはサプレッサゲルとして東ソー（株）製ＴＳＫｇｅｌ ｓｕｐｐｒｅｓｓ ＩＣ－Ａを使用した。データ処理装置２２３は東ソー（株）製データ処理プログラムＩＣ－２０１０ＷｏｒｋＳｔａｔｉｏｎがインストールされたパーソナルコンピューターを使用した。分析カラム２１９は、試料中に高濃度の水酸化物イオンが存在する場合に分離が阻害され、正しく陰イオンの分離をすることができないため、試料中の水酸化物イオンを中和する操作や、イオン交換を用いて除去する操作などが必要となる。
第一流路切替部２０２として、試料貯留配管２０６を共通ポートとして、試料吸引部２０１側（Ｎｅｅｄｌｅ位置）と試料前処理部２０７側（Ｐｒｅ位置）を切替可能なロータリーバルブを用いた。
第二流路切替部２０３として、試料導入部（シリンジポンプ）２０４を共通ポートとして、洗浄液貯留部２０５側（Ｗａｓｈ位置）と試料貯留配管２０６側（Ｎｅｅｄｌｅ位置）を切替可能な三方電磁弁を用いた。

試料前処理部２０７としては、前処理ゲルが充填可能なチャンバーを１つ有し、前処理ゲルが充填不可能な流路を２つ有するロータリーバルブを用いた。試料前処理部２０７は、試料を前処理する場合の位置である、ゲルチャンバー３２４が第一流路切替部２０２と試料注入バルブ２１０と接続される前処理位置と、使用済みの前処理ゲルをゲルチャンバー３２４から廃棄する場合の位置である前処理ゲル廃棄位置と、前処理ゲルをゲルチャンバー３２４に充填する場合の位置である前処理ゲル充填位置の３つの位置に制御可能である（図３参照）。
ゲルフィルタ３２５はゲルチャンバー３２４については試料注入バルブ２１０と接続される位置に設けられ、前処理ゲルが充填不可能な流路については前処理ゲルの侵入を防止することが可能となる位置に配置される。図３においては前処理ゲルが充填不可能な流路については両端に１つずつ前処理ゲルフィルタを配置することを例示したが、必ずしも両端に前処理ゲルフィルタを設置する必要はない。試料を前処理ゲルにて前処理することなく分析したい場合には、試料前処理部２０７を前処理ゲル廃棄位置又は前処理ゲル充填位置にしてサンプルループに試料を導入すれば良い。
また、試料注入バルブの取り得る位置は以下の通りである。
ＩＮＪ 移動相ポンプ２０９と試料計量部２１１とガードカラム２１８が連通した状態
ＬＯＡＤ 試料前処理部２０７と試料計量部２１１と試料廃棄部２１３が連通した状態
ＭＩＤ 試料計量部２１１と試料廃棄部２１３が連通しており、かつ移動相ポンプ２０９とガードカラム２１８が連通しており、かつ試料前処理部２０７が他のポートと連通していない状態

図２に示す装置構成を用い、以下３種の試料を用いて３つの検証を行い、本発明により得られる効果を確認した。
試料１：富士フイルム和光純薬（株）製 陰イオン混合標準液１を超純水で２０倍希釈したもの
試料２：試料１と同じ濃度の陰イオンと５０ｍｍｏｌ／Ｌ ＮａＯＨを含むもの
試料３：超純水

１つ目の検証として、水酸化ナトリウムを含む試料２を本発明で前処理した場合と、試料の標準的な前処理方法の一つである手動での固相抽出法を用いて前処理した場合の試料のクロマトグラムについて、水酸化ナトリウムを含まない試料１のクロマトグラムと比較を行い、本発明を用いた前処理動作の性能を確認した。前処理ゲルとして東ソー（株）製ＴＳＫｇｅｌ ｓｕｐｐｒｅｓｓ ＩＣ－Ａを、固相抽出カートリッジとして東ソー（株）製ＴＯＹＯＰＡＫ ＩＣ－ＳＰ Ｍを使用した。結果を図４に示す。従来法と同じように試料中のイオンが分離されていることが確認できた。

２つ目の検証として、試料１について第一流路切替部２０２から直接試料注入バルブ２１０に接続した状態（前処理バルブ迂回）と、試料１を試料前処理部が前処理ゲル廃棄位置の状態で、試料注入バルブ２０２に導入した場合の比較を行った。結果を図５に示す。操作者が流路を手動で変更することなく試料の未処理注入が可能であることがわかった。

３つ目の検証として、前処理ゲルからの試料への夾雑について前処理ゲルの事前洗浄の効果を、超純水を試料として、事前洗浄実施有無によるベースラインの不明ピーク出現の有無を確認した。結果を図６に示す。前処理ゲルの使用前に洗浄を実施することにより、ベースライン上の不明ピークが軽減することが確認できた。

１０１、２０１ 試料吸引部
１０２、２０２ 第一流路切替部
１０３、２０３ 第二流路切替部
１０４、２０４ 試料導入部
１０５、２０５ 洗浄液貯留部
１０６、２０６ 試料貯留配管
１０７、２０７ 試料前処理部
１０８、２０８ 移動相貯留部
１０９、２０９ 移動相ポンプ
１１０、２１０ 試料注入バルブ
１１１、２１１ 試料計量部
１１２、２１９ 分析カラム
１１３、２１３ 試料廃棄部
１１４、２１４ 試料貯留部
２１５ 前処理ゲル貯留部
２１６ 前処理ゲル充填液送液用シリンジポンプ
２１７ 前処理ゲル充填液貯留部
２１８ ガードカラム
２２０ カラムオーブン
２２１ サプレッサー
２２２ 電気伝導度検出器
２２３ データ処理装置
２２４ 前処理ゲル充填用切替バルブ
３２４ ゲルチャンバー
３２５ ゲルフィルタ

Claims (7)

1. 試料を前処理する前処理ゲルを、充填可能なチャンバーを１つ以上有する試料前処理部と、
   試料吸引部と、
   試料貯留配管と、
   洗浄液貯留部と、
   試料導入部と、
   前記試料前処理部と前記試料吸引部のいずれかと前記試料貯留配管が流体接続できるように流路を切り替え可能な第一流路切替部と、
   前記試料貯留配管と前記洗浄液貯留部のいずれかと前記試料導入部が流体接続できるように流路を切り替え可能な第二流路切替部と、
   を備えてなる装置であって、
   前記チャンバーの位置を、
   前記前処理ゲルを前記チャンバーに充填する第一の位置と、
   試料を前処理する第二の位置と、
   前記前処理ゲルを前記チャンバーから廃棄する第三の位置の、
   少なくとも３つの位置に制御可能であることを特徴とする装置。
2. 前記チャンバーに前記前処理ゲルが通過できないフィルター部が設けられていることにより、前記前処理ゲルを前記チャンバーに充填することと、
   試料を前処理することが可能であることと、
   前記前処理ゲルを前記チャンバーから廃棄することが可能であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記試料前処理部に流体接続された前処理ゲル貯留部と、
   前記前処理ゲル貯留部に流体接続された前処理ゲル充填液送液部と、
   をさらに備えてなる
   請求項１～２のいずれかに記載の装置。
4. 請求項１～３のいずれかに記載の装置と、
   試料計量部と、
   試料分析部と、
   試料廃棄部と、
   移動相ポンプと、
   前記第一流路切替部と流体接続していない前記試料前処理部の他端と、前記試料計量部の両端と、前記試料分析部と、前記試料廃棄部と、前記移動相ポンプがそれぞれ異なるポートに流体接続された試料注入バルブと、
   を備えてなる分析装置。
5. 前記試料注入バルブが、
   前記試料前処理部と前記試料計量部と前記試料廃棄部とが通液する位置と、
   前記移動相ポンプと前記試料計量部と前記試料分析部とが通液する位置に切り替え可能であることを特徴とする請求項４に記載の分析装置。
6. 請求項１～３のいずれかに記載の装置を用いた試料の前処理方法であって、
   前記試料吸引部から吸引した試料を前記試料導入部により、前記試料貯留配管へと送液した後、前記第一流路切替部を切り替え、
   前記試料を前記試料貯留配管から前記試料導入部により、前記試料前処理部に送液することを特徴とする試料の前処理方法。
7. 前記試料吸引部から試料を吸引する前に、前記試料導入部により前記洗浄液貯留部から洗浄液を吸引した後、前記第二流路切替部を切り替え、
   前記洗浄液を前記試料吸引部又は前記試料前処理部に送液することを特徴とする請求項６に記載の前処理方法。

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