JPH06294715A - 毛管に液体を注入する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 特に毛管電気泳動において、バイアル(7)か
らの液体を毛管(1)内へと注入するための方法及び対応
する装置において、過圧源(22)と低圧源(23)とがバイア
ル(7)に接続可能とされ、液体上部の空間に対して過圧
又は減圧を印加する。注入に際し、例えば関連する弁(2
4, 25)を操作することで圧力源を対応して制御すること
により、圧力は制御された態様で連続的に変化される。
圧力は最初は徐々に増大され、次いで徐々に減少され
る。注入に際しての実際の圧力変化は圧力センサ(30)に
より測定され、コントローラ(31)により使用されて、過
圧又は低圧が印加される時間間隔の長さが制御され、毛
管内へと所望量の液体が導入される。 【効果】 市販の安価な構成要素を使用しながらも高い
精度を得ることのできる毛管注入方法及び装置が提供さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、毛管に液体を注入する
方法と装置に関する。このような方法は例えば、毛管電
気泳動において分離用毛管に試料を導入するために用い
られる。

【０００２】

【従来の技術】毛管電気泳動は分析化学において用いら
れる分離方法であり、分離すべき試料物質の電気泳動移
動度の差を用いるものである。毛管電気泳動は例えば、
プロテインやペプチド等の異なる生物学的分子を分離す
るために用いられる。この分離プロセスは毛管内で行わ
れ、この毛管は通常は両端が開いており、一般にはこの
毛管に電場が印加されることで、毛管内の異なる試料物
質の電気泳動による分離が生ずる。電場は、毛管の両端
のそれぞれに配設され、高電圧電源に接続された電極を
用いて印加される。この毛管には導電性の電解液が満た
されており、毛管内で電場が発生するようになってい
る。毛管の両端はそれぞれ、電解液の入ったバイアル
（小ビン）に浸漬されている。

【０００３】分離を行うために新しい試料物質を毛管に
導入する場合には、電解液の入ったバイアルは毛管の一
端から外され、試料の入ったバイアルがこの端部に配置
されて、毛管のこの端部が試料液中に浸漬される。その
後、試料が毛管に注入される。当該技術分野の現状で
は、基本的に２つの異なった試料注入法が開発されてい
る。第１の方法は電気的移動に基づき、第２の方法は毛
管の第１の端部と第２の端部の間の差圧に基づくもので
ある。

【０００４】電気的移動に基づく注入方法によれば、毛
管の一端と電極とが試料に入っており、電圧が一時的に
印加され、その結果、印加された電場の作用によってあ
る量の試料液が毛管中へと電気的に移動する。この方法
の問題点は、注入自体によって既に、イオン強度の差と
その結果生じる試料物質の電気泳動移動度に起因する試
料成分の事前分離が生ずることである。もう一つの問題
点は、影響されやすい試料を汚染する電気化学的副生物
が発生する可能性があることである。

【０００５】差圧に基づく注入法によれば、毛管の出口
端を入口端と異なる高さに配置するか、あるいは毛管の
入口端に過圧を加えるか出口端を減圧することによって
生成されうる外圧差によって、試料は毛管内へと押しや
られる。注入段階として、毛管の入口端と出口端が異な
る高さに配置される第１の種類の方法は、D.J. Rose及
びJ.W. Jorgenson, “Characterization and Automatio
n of Sample Introduction Methods for Capillary Zon
e Electrophoresis”, Analytical Chemistry60 (1988)
の642-648ページの論文によって公知である。この手法
にはいくつかの問題点がある。第１に、この注入法を用
いる装置は比較的広いスペースを必要とする。これは、
毛管をある一定の距離だけ移動する必要があるためであ
る。第２の問題点は、ユーザを高電圧から保護し、また
電気泳動中に発生する熱を毛管から除去することが、毛
管の移動性によってかなりの費用を必要とすることであ
る。

【０００６】また別の公知の注入法では、大気圧以下の
圧力を用いて試料が導入される。このために、検出器が
取り付けられる毛管の出口端は、大気圧以下の圧力を生
成するための対応構成を有する。このことは、電気泳動
装置の出口にその他の分析機器および／または検出器を
結合することが困難あるいは不可能であるという問題が
ある。さらに、この公知の方法は注入に際して比較的大
きな低圧を用い、その結果注入時間が非常に短くなる。
このように注入時間が短いことの結果として、電気泳動
分離の精度は低下する。これを説明するために、試料注
入についての一般的な事項について簡単に述べる。

【０００７】注入の目的は、定量的に定められた量の試
料を分離毛管に導入することである。管の中の流れと差
圧との間の関係は、ハーゲン−ポアズイユの法則によっ
て規定される。所与の長さと内径を有する毛管において
は、流れは差圧に比例し、液体の粘度に反比例する。た
とえば２、３秒といった十分に短い時間については、粘
度は一定と考えることができ、したがって毛管の一端の
圧力が一定、例えば大気圧にある場合には、流れは他端
に作用する圧力に比例する。以上のことから、圧力が一
定である場合、注入量は圧力の作用する時間に比例する
ことがわかる。圧力が変動する場合には、注入量は圧力
曲線の時間積分に比例する。所与の圧力について、導入
すべき試量の量が小さくなるならば、注入時間は短くな
る。注入時間が非常に短い場合には、水圧的成分と空気
圧的成分の切り換え時間と遅延時間とが関連するように
なり、電気泳動分離の定量的精度は低下する。このこと
は、上述した従来の方法の問題点を説明することにな
る。圧力注入法に対する別の制約は、圧力を加えること
によって発生する液体の粘度が試料成分の拡散速度の範
囲内にある場合に、低圧において生ずる。このような場
合には、電気泳動分離の選択性が低下する。

【０００８】欧州特許出願公開第0 475 533号には、別
の従来の注入装置が開示されている。この公知の装置に
は常設の圧力源は用いられず、試料液の入ったバイアル
と関係付けられるある種のピストンポンプが用いられ
る。このピストンを内側に向かって押すと、試料バイア
ル中のガス圧力が上がり、試料は毛管内に押し入れられ
る。この装置を用いて高い注入精度を得るためには、す
べての構成要素を周囲から十分に密封し、すべてのシー
ルが耐久性と信頼性の高いものであることが重要であ
る。そうでないと、注入量は大気圧に左右され、大気圧
の変動により測定誤差が発生する。

【０００９】欧州特許出願公開第0 339 781号から、検
出器から遠いほうの毛管端部において注入すべき液体に
過圧が加えられる、毛管電気泳動装置のインジェクタが
公知である。加えられる圧力は注入期間中ほぼ一定であ
る。注入開始時に、圧力値は所望の一定値へと急激に上
がる。この圧力は圧力センサによって測定され、時間積
分され、毛管に導入される量を決定するための流量が求
められる。この測定された注入量をユーザによって入力
される所望の量と比較することによって、このインジェ
クタの弁を制御するための制御信号が生成される。かか
る制御信号は、注入期間の最後に弁をスイッチオフす
る。これに応じて、圧力は再び周囲圧力まで降下する
が、しかしこの圧力の低下は受動的に生じ、能動的な圧
力制御は行われない。したがって注入動作間で変動する
恐れがある。かかる変動はたとえば、大気圧の変化ある
いは温度変化によって発生する可能性がある。さらにま
た、装置によってインジェクタの構成要素の仕様が異な
る場合があり、これがまた望ましくないばらつきを導
く。注入量が小さい場合には、精度が低下する恐れがあ
る。さらに、注入開始時に圧力を急に加えることは、試
料液体のはねや飛び散りを生ずる可能性があり、試料の
損失及び／又はキャリヤ液の蒸発速度の上昇が起こり、
その結果試料濃度が変化する可能性がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の課題
は、毛管内へと試料液体を注入するための方法と、この
方法を実行するための対応した装置であって、従来技術
と同じか又はより改良された繰り返し精度でもって毛管
内へと少量の液体を注入することを可能にするものを提
供することである。

【００１１】本発明の別の課題は、付加的な機器、例え
ば付加的な検出器又は分離装置を毛管の出口端部に容易
に結合することのできる、毛管電気泳動装置用のインジ
ェクタを提供することである。

【００１２】本発明のさらに別の課題は、毛管内に液体
を注入するのにより融通性のある、また毛管内に導入さ
れた液体の操作により融通性のある、電気泳動装置をユ
ーザに提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、以上の
課題は方法については後記１に記載する特徴によって、
また装置については後記６に記載する特徴によって解決
される。本発明によれば、液体は液体に流体圧力を加え
ることによって毛管に導入され、この圧力はある圧力値
に達するまでの第１の期間中に制御された態様で徐々に
上昇し、その後、第２の期間中にこの圧力値から制御さ
れた態様で低下する。従来技術のインジェクタとは異な
り、流体圧力の急激な増大や低下はなく、圧力の増大と
低下は制御された態様で能動的に行われ、したがって、
注入精度を低下させる制御不能な過程とはならない。本
発明の方法は、前述したスムースな圧力変化が達成され
るように制御される、制御可能な過圧源と制御可能な低
圧源を提供することによって実現することができる。

【００１４】本発明の好ましい実施例においては、注入
時の実際の流体圧力が測定され、この値から注入される
液体の量が求められる。さらに、実際に注入される液体
の量をユーザが入力した所望の公称値に調整する自動制
御が提供される。これは以下の方法で行われる。流体圧
力がある値まで低下した後、それに続く可変の期間中に
流体圧力は既知の値に保たれる。この期間の持続時間
は、所望の公称値が達成されるように自動制御によって
調整される。このようにして、この装置の各構成要素が
絶対的に漏れのないものでなくても、あるいはかかる構
成要素に製造誤差があったり時と共に仕様が変わったり
した場合でも、非常に精密な注入を行うことができる。
さらに、温度や大気圧の変動を補償することもできる。
特に、本発明は市販の安価な構成要素を使用しながら高
い精度を保証することを可能とする。

【００１５】本発明はさらに以下の利点を有する。圧力
を連続的に変化させるため、電気泳動装置中の試量に対
する悪影響を回避することができる。毛管の出口端には
いかなる構成要素もないため、毛管電気泳動装置に追加
の機器を結合することができる。本発明の装置中の弁は
ゼロ圧力の状態で、あるいは制御された時間枠内の動作
中に起動されるため、弁及び回路の電気的切り換え時
間、さらに重要なものとして機械的切り換え時間による
悪影響がない。さらに、欧州特許公開第0 475 533号の
注入装置とは異なり、過圧源および低圧源として常時動
作するポンプを用いることができるため、圧力付与の持
続時間に対して事実上制限はない。

【００１６】本発明の１つの実施例では、過圧源および
低圧源は、制御可能な弁を介して作動容積に接続された
単一のポンプによって実現される。空気がこの作動容積
に流入したり或いはそこから引き出されたりすると、注
入すべき液体に作用する圧力の所要のスムースな増減が
達成される。この実施例は、過圧源と低圧源の簡単で信
頼性のある設計を構成する。以下に本発明の実施例を添
付図面を参照して詳細に説明する。

【００１７】

【実施例】図１は毛管電気泳動装置の各構成要素を概略
的に示す。分離カラムはその入口端が電解液を入れた第
１のバイアル２に浸漬されており、その出口端がやはり
電解液を入れた第２のバイアル３に浸漬されている。毛
管１の入口端の電極５を介して、高電圧電源４によって
毛管１に沿って電場が印加されている。毛管１の出口端
の電極６は接地電位に接続されている。試料バイアル７
には、電気泳動を用いて分離すべき試料物質が入ってい
る。試料物質を毛管１に導入するために、バイアル２は
試料バイアル７で置き換えられ、大気圧に対して差圧を
生成することによって試料液が毛管１に注入される。か
かる差圧を保つために、シール構造９が設けられる。こ
のシール構造と注入過程の詳細については後に説明す
る。毛管中で分離された試料物質は、毛管１の出口端に
配設された検出器８によって検出される。検出器８は、
たとえば紫外線吸収検出器とすることができる。検出器
８は、この検出器を通過する物質を示す信号を生成する
処理回路（図示せず）に接続されている。毛管１は通
常、石英ガラスで作成される。

【００１８】図２は、本発明の装置の１つの実施例を概
略的に示す。毛管１は、バイアル７に入った試料液中に
浸漬されている。毛管１は通常、コイル状に巻かれて毛
管カセット内に入っている。説明を簡単にするために、
カセットは図示していない。高電圧絶縁板37が設けられ
ており、これに毛管シールと電極構造36が固定されてい
る。構造36の詳細については図３を参照して後に説明す
る。バイアル７は昇降装置51、特に垂直方向に上下に移
動することのできる昇降フィンガ52によって保持されて
いる。このようにして、毛管への液体の注入を行う際に
バイアル７中の液体を毛管１の端部に接触させることが
でき、また注入が終わったときには降下させることがで
きる。昇降装置51はプラットフォーム59に固定されてい
る。本発明を用いた毛管電気泳動装置には、毛管の第２
の端部が電解液に漬かるように電解液バイアルを昇降す
るための追加の昇降装置を、毛管１の第２の端部（図示
せず）に設けることができる。かかる追加の昇降装置も
また、プラットフォーム59に固定され、昇降装置51と同
様に、複数の試料バイアルと電解液バイアルを入れた試
料トレーの近傍に配置され、昇降装置の昇降フィンガ、
たとえば昇降フィンガ52がバイアルをトレーから毛管の
一端に向かって上昇させることができるようになってい
る。上述した種類のいくつかの昇降装置を有する電気泳
動装置は、本出願人の“Apparatus for handling liqui
d vials in an analytical device”と題する欧州特許
出願第92113245.2号に開示されている。

【００１９】バイアル７から毛管１への液体の導入は、
これから説明する圧力系を用いて行われる。注入期間中
には、毛管の第２の端部（図示せず）もまた液体中に漬
かっていることが了解される。この圧力系は、パイプ20
とこのパイプに接続された管21を介してバイアル７に結
合される。管21とパイプ20を介して、大気圧より高い圧
力あるいは大気圧より低い圧力をバイアル７に加えるこ
とができる。過圧源22と低圧源23が設けられ、これらは
管21と液通状態で切り換えることができる。過圧源22
は、弁24と空気圧絞り26とを介して作動容積28に接続さ
れている。低圧源23は、弁25と空気圧絞り27とを介して
作動容積28に接続されている。管21は、作動容積28の出
口に接続されている。弁29は、試料バイアルの取扱中の
圧力妨害を避けるための、大気との接続をもたらす。毛
管１への液体の注入期間中、弁29は閉じている。圧力セ
ンサ30が管21中の圧力を測定する。

【００２０】弁24、25および29の開閉は、ラインa、b、
c上のそれぞれに制御信号を発するコントローラ31によ
って制御される。ラインa、b、c上の制御信号は、ドラ
イバ回路によって適当な方法で増幅されてから、これら
の弁に供給される。コントローラ31は通常、マイクロプ
ロセッサからなる。図２にはまた、たとえばバイアルの
取扱のための制御回路といった、この電気泳動装置の他
の回路への接続を行うためのインタフェース33が示され
ている。圧力センサ30の出力信号は、A/D変換器によっ
てデジタル信号に変換されて、コントローラ31に供給さ
れる。コントローラはこのA/D変換器32からの入力と、
ユーザによって入力される所望の注入パラメータに応
じ、ラインa、b、c上に制御信号を発する。これらの信
号がどのようにして導出されるかの態様は、図４を参照
して後述する。

【００２１】本発明の１つの実施例においては、たとえ
ば薄膜ポンプ等の単一のポンプを用いて、過圧源22およ
び低圧源23を提供することができる。２つの動作モード
を適当に切り換えることによって、かかるポンプは第１
のモードにおいて大気圧より高い圧力を発生し、第２の
モードにおいて大気圧より低い圧力を発生する。本発明
の１つの実施例においては、特に電気泳動装置におい
て、このポンプは注入に使用されるだけではなく、洗浄
や液の補充といった装置の追加的機能の実行にも使用さ
れる。このポンプは電気泳動装置がスイッチオンされた
あと常時動作し、装置内のさまざまな場所で取り出すこ
とができる過圧＋Pと低圧−Pを常時供給する。本発明の
実用的な実施例においては、高圧源は約1000ミリバール
（大気圧より高い）を提供する。これによる圧縮空気は
絞り26に入り、絞り26はその出力において１ml/s程度の
気流を発生する。この気流は作動容積28に入り、この空
間を空気で徐々に満たしていく。その結果、作動容積の
出口、すなわち管21中、したがってバイアル７中の圧力
は、均一に増大する。この圧力の増大を時刻t0から時刻
t1の間について図４の圧力／時間のグラフに示す。この
ようにして圧力がバイアル７に加えられると、弁29と弁
25は閉じ、作動容積28と、バイアル７中の空気のスペー
スと、圧力系の空気流通管中の容積とが閉鎖系を形成す
る。作動容積28は一般に、この閉鎖系の90％を占める。
低圧の付与は同様の仕方でもって、弁25が開き、弁24と
弁29が閉じた状態で管21を低圧源23に接続することによ
って行われる。

【００２２】図２に示す圧力系は、さまざまな仕方で実
現することができることが理解される。本発明の１つの
実施例においては、作動スペース28は金属ブロック内に
フライス加工されたキャビティに対応し、弁24、25およ
び29はこの金属ブロックの側面に配設され、弁と作動容
積の間の接続管と絞り26および27は、金属ブロック中に
フライス加工される。このようにして、上述した構成要
素の省スペースと構成の小型化が行われる。

【００２３】ここで、図２に示すバイアル昇降装置51と
この昇降装置に係るシール構造36の詳細図である図３を
参照する。バイアル７は昇降フィンガー52によってその
位置に保持されている。毛管１はバイアル７の内部に配
設されている。説明をわかりやすくするために、毛管が
浸されたバイアル中の液体は図示されていない。毛管１
は、電気泳動を行うための電極として働く導電性の管39
に取り囲まれている。シール構造36は、導電性材料でで
きたハウジング42からなる。ハウジング42はその外側に
螺刻部分を有し、この部分は絶縁板37（図２参照）にね
じ込むことができる。図３では、図面を簡略化するため
にこの絶縁板は図示されていない。電極管39はハウジン
グ42に圧入される。漏斗状部材41が、Ｏリング44を用い
てハウジング42内に保持されている。第２のＯリング45
が、ハウジング42の下部に配設されている。弾性シール
40がハウジング42内に配設されている。このシール40は
毛管１用の通路を有する。

【００２４】毛管１を導入する際には、漏斗41が毛管の
端部を捕え、それをシール40および電極管39内へと案内
する。この毛管は一般にはカセット形状で配設され、こ
のカセットから毛管の両端が突出する。カセットが電気
泳動装置に挿入されると、カセットの底部は漏斗41に圧
接し、これによってシール40が変形して毛管１とハウジ
ング42に接触し、密封シールを形成する。

【００２５】漏斗状部材58は、昇降装置51の頭部55に挿
入される。この部材58は、ハウジング42の対応する円錐
状の下部を受けるようになっている。この頭部は凹部を
有し、この凹部にバイアル７の上部が嵌合するようにな
っている。バイアル７は隔壁56によって閉じられてお
り、この隔壁には穴開け針61が貫通しており、この針は
部材58から下に突出している。部材58はまた、穴開け針
61を取り囲む環状の切刃62を有する。この切刃62はバイ
アル７が頭部55に押圧されるとき隔壁56に食い込み、バ
イアル７に対する部材58の密封をもたらす。バイアル７
をバイアルトレーに戻すときは、昇降装置51とフィンガ
52は下降されなければならない。バイアルが下降すると
きバイアルが穴開け針から確実に取り外されるようにす
るためにに、揺りてこ54と起動ベルト53とが設けられ
る。フィンガ52が下方に十分移動されると、起動ベルト
53は張って揺りてこ54の傾動を生じ、その結果バイアル
７は穴開け針61から外される。

【００２６】昇降装置51の頭部55は、パイプ22（図２に
のみ示す）が接続される入口流路57を有する。したがっ
て、大気圧より高いかそれより低い圧力はこの流路57を
介して加えられ、この流路は、穴開け針61の内部を通っ
てバイアル７と液通している部材58中の流路60に接続さ
れている。バイアルの内部に加えられた圧力の逃げは、
さまざまなシールによって防止される。まず、部材58の
底部には、隔壁56に食い込んでそこを密封する上述した
切刃62がある。第二に、Ｏリング45がハウジング42の溝
に配設され、部材58の漏斗部からの漏れを防止してい
る。最後に、シール40が毛管１の周囲にシールを提供し
ている。

【００２７】上述したように、本発明は好適には毛管電
気泳動装置に用いられる。この場合、試料バイアルと電
解液バイアルを受ける試料トレーとしては、本出願人の
上述した欧州特許出願第92113245.2号に説明する種類の
ものが好適である。また、昇降ステーションと毛管カセ
ットの設計は、本出願人の“Apparatus for performing
capillary electrophoresis”と題する欧州特許出願第
92113244.5号に説明する種類のものが好適である。

【００２８】以下では、図４を参照してバイアル７から
毛管１への通常の液体の導入について詳細に説明する。
図４はバイアル７中における圧力の変化を時間の関数と
して示すグラフである。圧力曲線の下側の斜線部分は、
圧力の時間積分に対応し、毛管１に注入される液体の量
を示すものである。図４に示す例では、斜線部分は約40
ミリバール秒である。圧力に注入時間をかけた値（すな
わち、この例では40ミリバール秒）はユーザが選択する
ことができる。ユーザによって入力された値は、インタ
フェース33を介して図２に示すコントローラ31に与えら
れる。この値から、コントローラは次に説明する方法で
この注入についての圧力曲線を求める。図４に示す如
く、注入の開始時刻は時刻t0であり、注入終了時刻はt4
である。圧力軸上の値０は大気圧に対応する。

【００２９】注入の開始前に、弁29はコントローラ31に
よって起動され、その結果図２に示す圧力系が環境から
密封される。ここで、作動容積28と、バイアル７中の空
気のスペースと、この圧力系の接続管中の容積とが閉鎖
系を形成する。時刻t0に始まる次のステップで、弁24は
開き、その結果空気は絞り26から作動容積28へと緩やか
に流れ、圧力は時刻t1まで均一に増大する。図２に示す
実施例では、t0からt1までの圧力の増大の傾斜は実質的
に、圧力値＋P、絞り26及び作動容積28の寸法といっ
た、使用される構成要素の寸法によって決定される。図
示の例では、時刻t1は、時刻t0から時刻t1の間の圧力曲
線の下の面積A1が、ユーザによって入力される公称値、
すなわち時間と圧力の所望の積の約35％になるような時
刻である。時刻t1において、弁24は閉じ、同時に弁25が
開かれる。その結果として、低圧源23によってこの閉鎖
系から空気が引き出され、圧力が低下する。この圧力の
低下を図４の時刻t1から時刻t2の間に示す。時刻t0から
t1までの圧力の増大と時刻t1から時刻t2までの圧力の低
下は、いずれも制御された態様で能動的に行われること
に注意しなければならない。圧力が急激に加えられ、ま
た緩和される従来の装置とは異なり、精度不良を招くよ
うな制御不能な過程は存在しない。

【００３０】圧力は、約６から７ミリバールの値に達す
るまで減少される。これは時刻t2で生ずる。時刻t1から
時刻t2の間の圧力曲線の下側の面積は“A2”で示してい
る。時刻t2において弁25は閉じ、その結果閉鎖系は受動
状態になる。その後、圧力は時刻t3までほぼ一定であ
る。系に漏れがある場合には、圧力はt2とt3の間で多少
低下しうる。t2からt3の間の面積は“A3”で示されてい
る。時刻t3において弁25は再度起動され、残りの圧力は
それ以降０まで能動的に減圧される。これに対応する面
積はA4である。時刻t4において、再度時刻t0における初
期の圧力に戻り、すべての値がスイッチオフされ、注入
サイクルが終了する。

【００３１】t2とt3の間の期間の持続時間は、以下のよ
うに作動する制御アルゴリズムを用いて、コントローラ
31によって決定される。上述したように、圧力曲線の下
の面積、すなわち和S＝A1＋A2＋A3＋A4は、毛管に注入
される液体の量に対応する。この制御アルゴリズムの目
的は、時間間隔t2-t3を制御して、この和がユーザの入
力した所望の公称値に等しくすることである。圧力は圧
力センサ30によって常時測定されているため、時刻t2に
おいて値A1＋A2は既知である。したがって、公称値を達
成するために和A3＋A4が持たねばならない値も知れる。
面積A4は実際に時刻t4になる前に事前にわかっているた
め、この制御アルゴリズムは総和Sが公称値になるため
に必要なA3の値を計算することができる。値A4は事前に
計算することができる。なぜならこの値は、ほぼ一定で
あり且つ圧力センサによる測定から既知の圧力によって
定まり、またt3とt4の間の圧力曲線の傾斜は時刻t2の直
前の圧力曲線の傾斜にほぼ等しいためである。したがっ
て、時刻t3は実行中の注入処理に際して正確に判定する
ことができる。実用的な実施例においては、本発明の装
置の構成要素は、時刻t2における主注入段階の最後にお
いて、和A1＋A2が公称値（A1＋A2＋A3＋A4）の約90-95
％になるような寸法とされている。

【００３２】上述したような圧力変化でもって、ごく少
量の試料についても正確な注入を行うことができる。圧
力は制御された連続的な態様で増減されるため、試料に
対する悪影響を回避することができる。面積A3の大きさ
は注入中に実際に測定されたパラメータに応じて制御さ
れるため、注入装置の構成要素の誤差やばらつきを補償
することができる。したがって、市販の低価格の部品を
用いた場合であっても、注入の精度を高めることができ
る。さらにまた、圧力が能動的に上昇するため、圧力曲
線の切り替わり時の（受動的な）上昇によるばらつきが
回避される。

【００３３】本発明のさらなる展開によれば、注入時の
圧力変化を決定するための制御アルゴリズムをさらに改
良することができる。かかる改良の目的は、期間t2-t3
が長くなりすぎることを避けることである。この期間が
長すぎると、総注入時間が長くなり、試料成分の拡散に
よって試料成分の電気泳動分離の劣化につながる。期間
t2-t3が受容できないほど長くなりすぎるとわかった場
合、制御アルゴリズムは次の注入処理において面積A1を
増大させ、期間t2-t3が短く保てるようにする。したが
って、これは適応的制御アルゴリズムである。

【００３４】図４に示す実施例において、調整期間t2-t
3中の圧力はほぼ一定である。これに対する代替とし
て、調整期間（t2-t3に対応する）中の圧力をいくつか
の制御されたステップで低減し、図４のA4の断片と同様
の終端断片でもって実質的に線形にゼロに降下させるこ
とができる。この実施例によれば、続いて発生する２つ
の圧力低下の間の期間は可変であり、また実際の圧力曲
線の下側の全面積が所望の公称値に対応するように制御
アルゴリズムによって決定される。続いて起こる２つの
圧力低下の間の圧力はほぼ一定であるが、系に漏れが残
っている場合には多少低下する場合がある。しかし実際
の圧力値が常時測定されるた、めかかる低下は制御機構
中に折り込み済みである。この代替実施例には、最終期
間（図４のt3-t4に対応する）中の受動的な圧力低下が
非常に小さく、したがってこの圧力曲線のいかなる非線
形性も注入精度に実質的な影響を及ぼさないという利点
がある。別の利点は、総注入時間を短縮できることであ
る。

【００３５】t0からt1までの制御された圧力の増大とt1
からt2までの制御された圧力の低下は、必ずしも線形で
ある必要はなく、他の波形、たとえば多少曲がった圧力
変化も可能であることが理解される。実際の圧力が常時
測定されるため、圧力曲線の下側の積分を常に正確に知
ることができ、したがって注入を高い精度で行うことが
できる。

【００３６】

【発明の効果】本発明の装置は過圧源および低圧源を有
するため、ユーザは手持ちの試料液体を操作する場合に
高い自由度を有する。これは電気泳動において特に有益
である。電気泳動毛管に試料を注入した後、毛管の入力
端のこれらの圧力源を用いて、毛管中の液体全体を移動
することができる。過圧を加えることによって、毛管中
の液柱は前方に移動することができ、また低圧を加える
ことによって後方に移動することができる。電気泳動分
離中にこれを行うと、毛管の長さは事実上増大され、成
分の分離を向上させることができる。さらに、毛管の出
口端において検出器を通過した成分を、再度検出を行う
ために引き戻すことができる。一般に、ユーザは過圧と
低圧とを適当に組み合わせることによって、そのユーザ
ーの用途のための特殊な手順を高い自由度をもって設計
することができる。他の例として、所定の正の圧力を加
えて留分の収集を行うことができる。

【００３７】本発明の装置の他の特徴は、“負の”注
入、すなわち毛管の出口端への試料の注入にも用いるこ
とができることである。通常、電気泳動装置中の検出器
の位置と出口側の電解液バイアルとの間の毛管の部分
は、実際の分離には用いられず、可能な限り短くなけれ
ばならない。しかし、この短い部分が短時間で行われる
定性的な測定のための分離経路として用いられる用途が
存在する。この目的のためには、試料を毛管の出口端に
注入しなければならない。本発明は毛管の入口端に対
し、図４に示すものと概略同様の挙動を示すがゼロ以下
の、すなわち低圧範囲にある圧力変化を加えることによ
ってこれを行うことができる。本発明の他の特徴は、質
量分光計を電気泳動毛管の出口端に結合する場合に発揮
される。このような場合には、質量分光計からの低圧が
毛管に作用するのを完全に回避することができない。こ
れを補償するために、低圧源を用いて毛管の入口端に対
応する低圧を加えることができる。

【００３８】以下に本発明の実施態様を示す。 １ 特に毛管電気泳動において毛管に液体を注入する方
法であって、前記毛管の一端を注入すべき液体中に浸漬
する段階と、注入すべき液体に大気圧と異なる流体圧力
を加え、それによって液体を前記毛管内へと流入させる
段階とからなり、注入時において、過圧源及び低圧源を
制御することにより前記流体圧力を対応して制御された
態様で連続的に変化させ、前記流体圧力が第１の期間中
は上昇し、第２の期間中は低下する方法。

【００３９】２ 注入時における実際の流体圧力の時間
変動が測定され、過圧源又は低圧源によりもたらされる
流体圧力が、注入についての実際の測定された流体圧力
の時間積分が毛管内に注入される液体量の尺度である所
望の公称値を達成するように制御される、上記１の方
法。

【００４０】３ 流体圧力が上昇する前記第１の期間と
流体圧力が減少する前記第２の期間とが前記公称値によ
って決定され、可変期間が設けられ、この可変期間の長
さが、前記公称値が達成されるようにして注入に際して
実際に測定された圧力値により決定される、上記２の方
法。

【００４１】４ 前記可変期間の間の流体圧力が実質的
に一定である、上記３の方法。

【００４２】５ 圧力が上昇する前記第１の期間の間と
圧力が低下する前記第２の期間の間に測定された流体圧
力の時間積分が、残りの注入期間について測定された流
体圧力の時間積分よりも実質的に大きい、上記３又は４
の方法。

【００４３】６ 液体に流体圧力を印加することにより
液体を毛管内へと注入するための、特に毛管電気泳動装
置用の装置であって、毛管の一端を液体中に浸漬するた
めの手段と、制御可能な過圧源と、制御可能な低圧源
と、液体に過圧又は低圧を印加する手段と、及び注入時
において、液体に対する前記流体圧力が第１の期間中は
連続的に上昇し、第２の期間中は連続的に低下するよう
に過圧源及び低圧源を制御するコントローラとからなる
装置。

【００４４】７ 注入に際して実際の流体圧力の時間変
動を測定する圧力センサを含み、この圧力センサの出力
信号が前記コントローラに供給される、上記６の装置。

【００４５】８ 前記過圧源及び前記低圧源が、制御可
能な弁と、絞りと、作動容積とからなる、上記７の装
置。

【００４６】９ 注入される液体がバイアル中にあり、
前記バイアルを毛管の端部に向けて持ち上げるための昇
降装置が設けられている、上記６から８の何れかの装
置。

【００４７】10 過圧の生成及び低圧の生成が、同じポ
ンプによって行われる、上記６から９の何れかの装置。

【００４８】11 前記コントローラが上記２から５の何
れかの方法を実行するように動作する、上記６から10の
何れかの装置。

【図面の簡単な説明】

【図１】毛管電気泳動装置の基本的構成要素を示す概略
図である。

【図２】本発明による液体インジェクタの１つの実施例
の概略図である。

【図３】図２に示すバイアル昇降装置とこの昇降装置に
係るシール構成を部分的に断面で示す詳細図である。

【図４】本発明の実用的な実施例における時間の関数と
しての注入圧の変化を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 毛管 ２ バイアル ７ 試料バイアル ８ 検出器 22 過圧源 23 低圧源 24、25、29 弁 26、27 絞り 28 作動容積 30 圧力センサ 31 コントローラ 51 昇降装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 特に毛管電気泳動において毛管に液体を
   注入する方法であって、 前記毛管の一端を注入すべき液体中に浸漬する段階と、 注入すべき液体に大気圧と異なる流体圧力を加え、それ
   によって液体を前記毛管内へと流入させる段階とからな
   り、 注入時において、過圧源及び低圧源を制御することによ
   り前記流体圧力を対応して制御された態様で連続的に変
   化させ、前記流体圧力が第１の期間中は上昇し、第２の
   期間中は低下する方法。