JPS6378064A - 液体クロマトグラフ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、往復ピストンポンプ、複数個の溶媒源、溶
媒源とポンプ入口の間に取り付けた比率調整弁装置（ｐ
ｒｏｐｏｒｔｉｏｎｉｎｇ　ｖａｌｖｅ　ａｒｒｎｇｅ
ｍｅｎｔ）、入力の選択した混合物組成に応じて比率調
整弁装置を制御する制御装置と、ポンプの出口を分離カ
ラムの入口に接続する装置、及びカラムの出口を検出器
に接続する装置をそなえ、しかも前記制御装置は、個々
の溶媒がピストンのもどり行程でポンプの入口に連続し
て接続されるような仕方で比率調整弁装置を制御し、か
つ各溶媒がポンプ入口に接続される時間間隔を決定する
第１装置と、比率調整弁装置が弁を決められた時間間隔
の間作動させるための制御信号を発生させる第２装置と
をそなえる液体クロマトグラフに関する。

液体クロマトグラフィー系、特に高速液体クロマトグラ
フ（ＨＰＬＣ）において、ポンプは、代表的にＩ　Ｉｄ
／ｗｉｎ　〜５　ｒｎ１／ｍｉｎの範囲にわたる流量能
力、ポンプ入口での溶媒変化が迅速にカラム入口に達す
るように最小内容積、大部分の検出系の安定性は流量／
圧力の脈動により不利な影響を受けるので、最小のこの
ような脈動、及び使用されるであろう全カラムを通る溶
媒の必要な流れを可能にする十分な圧力での送出し能力
を有することが要求される。吐出圧力は、代表的に、５
〜４００バールの範囲内が可能であり、代表的に（５０
〜１５０）　Ｘ　１０−’／バールの圧縮率を有する種
々の溶媒を使用することができる。

高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）の若干の適用
において、溶媒すなわち移動相の組成を分析中制御され
た仕方で変化することが必要である。例えば、試料成分
のすべてをほどよい時間内に分離し、溶離することがで
きる一つの移動相を選択することは、不可能である。こ
の問題は、ガスクロマトグラフィーで使用される温度プ
ログラムに似た勾配溶離として知られる技術を使用する
ことにより克服することができる。

通常、勾配溶離は、分析を特定の一つの溶媒で構成され
る移動相で始めて、次いで分析中に第２の溶媒の次第に
増加する量を加えることを含む。

必要な組成変化は、第２溶媒の濃度が時間とともに線形
に増加することを含むか、又はいっそう複雑な勾配が要
求される。しかし、第２溶媒より多くを加えることも必
要であり、若干の例では、第３及び第４の溶媒を混合す
ることが所望の移動層をつくるのに必要である。

また、時々、１種以上の特定の溶媒の小さな百分率を含
有する一定溶媒混合物を得ることも、必要である。これ
を達成するには、極めて短い弁作動時間が必要であり、
特に高流量の場合、そうである。

カラムへの移動相の流れを生じるために往復ピストンポ
ンプを用いる場合、移動相の所望の組成を得るのには、
二つの主要な方法がある。第１の方法は、二つ以上のポ
ンプの高圧出力をカラムに加える前に混合する高圧比率
調整である。個々のポンプ流量は、それらの流量の和が
所望の全流量を与えながら、溶媒の所望の組成を与える
ように選択される。第２の方法は、所望の混合組成を与
えるようにスイッチされる１組の電磁弁又は同様な装置
により溶媒が比率調整される低圧比率調整を用いること
である。このスイッチング又は比率調整は、一つの高圧
ポンプの吸込み周期の間に起こされ、スイッチング装置
は、ポンプの入口ラインに取り付けられる。

両方法は、利点と不利益点とを有する。低い全流量を低
百分率混合とともに用いる場合、高圧比率調整は、一つ
のポンプが極めて低い流量で運転される必要があり、こ
れは、再現性よく信頼しうる仕方で達成することがしば
しば困難である。すなわち、必要な混合が９９％の溶媒
Ａと１％の溶媒Ｂである場合、溶媒Ｂを供給するポンプ
は、溶媒Ａを供給しているポンプの速度の約１００分の
１で運転されているであろう。更に、高圧ポンプは、ポ
ンプの出口側に取り付けた圧力測定装置によってしばし
ば制御される。これは、どの圧力測定装置がどのポンプ
を制御しているかを確認する問題のために、高圧混合用
にこのようなポンプを互いに結合することを極めて困難
にする。溶媒混合組成がクロマトグラフ分析の開時間の
任意の関数として変化する勾配溶離を用いる場合、単純
な同期方法は、役に立たない。

この例で用いられる低圧比率調整は、全ポンプ容積が含
まれるので、系遅延容積（混合点とクロマトグラフカラ
ムのヘッドの間の容積）がいっそう大きいという不利益
点を有する。低流量では、ポンプの入口で溶媒を比率調
整することがいっそう容易になるので、この方法は、低
流量で制限されない。しかし、流量が増加するにつれて
ポンプへの溶媒を比率調整するのに許される時間は、着
実に減少する。更に、ポンプの出口での脈流を減少する
ために、各ピストンの吸込み時間は、通常、全ポンプサ
イクルの小部分にされる。したがって、入口の溶媒を比
率調整するための時間は、相応して減少される。その結
果、ポンプの入口への溶媒を比率調整するのに用いられ
る弁は、楕めて連動でなければならない。ポンプ吸込み
時間の最小化は、入口流量と、必然的な流体の加速と減
速とを増加させる。これは、液体への慣性又は圧縮率効
果によりガス発生、キャビテーション又はシリンダの完
全光てんの不成功をもたらしうる。これらの効果のいず
れも、特定の流量で送り出される溶媒組成に誤りを生じ
させる。

この発明の目的は、これまでに論じた不利益点の少なく
とも若干を軽減する、１種以上の特定の溶媒の小さな比
率を有する溶媒混合組成をつ（ることのできる液体クロ
マトグラフの提供を可能にすることである。

この発明は、制御装置が更に、所定の溶媒をポンプ入口
に接続する必要のある最小時間間隔を増加させるために
複数のポンプサイクルにわたって平均することにより選
ばれた溶媒組成を得るように比率調整弁装置を制御する
第３装置をそなえることを特徴とする冒頭に述べた液体
クロマトグラフを提供する。

多数のピストンすなわちポンプサイクルにわたって組成
を平均することにより、特定溶媒の小濃度に対し、また
溶媒混合物の高流量に対してさえ特定溶媒を制御する弁
の作動時間が最小値より大きいことを保証することが可
能である。この発明により提供される手段は、平均化（
平均すること）を行うポンプサイクルの数により、溶媒
の比率調整に利用しうる吸込み時間を有効に増加させる
。

所定の全流量における所定溶媒の最小百分率は、この平
均化を行うサイクルの数に依存する因子により低下させ
うる。代わりに、所定最小溶媒比率に対する最大流量は
、この平均化を行うサイクルの数に依存する因子により
増加させることができる。

制御装置の第３装置は、要求される流量が所定値を越え
る時はいつでも動作することができる。

これは、比率調整弁のいずれかに対して過度に短い作動
時間が起こることが可能などこでも平均化が起こること
を可能にする。代わりに、制御装置は、時間間隔のどれ
かが所定最小値より小さいかどうかを決定する装置を更
にそなえることができ、第３装置は、時間間隔のどれで
も所定最小値より小さい場合、動作することができる。

更に、制御装置は、前の送出し行程の予圧縮容積を用い
てもどり行程の開始時にシリンダ内の液体の減圧容積を
決定する装置と、決められた減圧容積を用いて実際の吸
込み期間を決定する装置とをそなえることができる。

ポンプの比較的短い再充てん期間の間に２種以上の溶媒
を互いに比率調整することにより特定の溶媒組成を達成
することがしばしば必要である。

これは、通常、各溶媒に対する独立のスイッチング弁を
開閉することにより達成される。答弁がビストン再充て
んに利用しうる時間割合として開いている期間がポンプ
に送られる溶媒組成を決定する。

この例において、クロマトグラフは、少量の異なる溶媒
を液体流中に連続して加え、系容積にそれらを混合させ
ることにより勾配溶離を達成するように配置される。こ
れは、各溶媒の所要容積をもどり行程中にポンプヘッド
中に加えることを許すように電磁弁を適当な時にスイッ
チすることにより達成される。

これには、吸込み容積が正確に決定される必要がある。

理論的に、これは、カム輪郭とモータ速度の知識から正
確に決定することができる。すなわち、吸込み時間は、
ピストンのもどり行程の時間に対応する。しかし、実際
には、ＨＰＬＣで用いられる圧力で、液体及びプラスチ
ックは、かなりの程度収縮しており、逆止め弁が作動す
る前に、逆止め弁について若干の圧力差が確立される必
要がある。したがって、吸込み時間の開始は、ピストン
のもどり行程と正確には一致しない。送出し行程での予
圧縮容積を測定することによりもどり行程の開始におけ
る減圧容積の容積を確定することができ、したがって実
際の吸込み容積のいっそう正確な判断を達成することが
できる。

この発明の一例において、前記複数のサイクルにわたる
平均組成を選ばれた組成に導くために今の吸込み行程に
対する溶媒組成が計算され、各溶媒をポンプの入口に接
続する時間が計算され、計算された時間がどれかがあら
かじめ設定された最小より小さい場合、その溶媒は、計
算のなされた吸込みサイクルから削除される。

かくして、所定最小より下の弁作動時間は回避され、そ
の特定の溶媒の欠如は、弁作動時間が最小値に達するま
で二つ以上の単独サイクルタイムを加え合わせることに
より続くサイクル中で補償される。

平均化は、１６ピストンサイクルにわたり行うことがで
きる。前の１５回のピストンサイクルの移動平均（ｒｕ
ｎｎｉｎｇ　ａｖｅｒａｇｅ）が保たれ、現在のピスト
ンサイクル組成が１６回のピストンサイクルにわたる平
均組成を正しいものにする組成であるように計算される
。平均化を行うサイクルの数は、達成しうる組成変化の
速度と弁の必要な作動時間の間の最良の妥協案として選
ぶべきである。

前の１５回のサイクルにわたる溶媒組成の引き続く平均
を保つことは、溶媒比率調整をその多くのサイクルにわ
たり行うことを可能にするけれども、必要な場合、これ
をいっそう少ないサイクルにわたり有効に行うことがで
きる。例えば、特定の流量において１種の溶媒の最小５
％を比率調整することが可能で、実際に必要な比率は１
％である場合、５％を各第５サイクルごとに取り上げ、
かなわち、その溶媒は、５サイクルにわたって平均され
る。１５サイクルにわたる平均を保つことは、サイクル
で取り上げうる最小の１６分の１の最小溶媒比率を可能
にする。

溶媒混合機を比率調整弁装置とカラムの間に配置するこ
とができ、かつ１ピストンサイクルより多くにわたる平
均化が起こらない場合、これをバイパスすることができ
る。溶媒混合機は、ポンプ出口とカラムの間に配置する
ことができ、我々の同時係属出願に開示する形を取るこ
とができる。

この発明を図面を参照して例によって以下に説明する。

第１図は、液体を分離カラム２を経てポンプ輸送する多
数のピストンポンプ１をそなえる液体クロマトグラフの
ブロック略図を示す。ポンプ１は、ポンプ１を駆動する
パルスモータ４に軸３により結合される。圧力変換器５
がポンプ１の出口で圧力を監視し、またポンプ１の出口
とカラム２の入口の間に試料注入器６も取り付けられる
。カラムの出口は、検出器７に接続され、これは電気出
力を発生し、この出力が処理回路８に供給され、これが
順次表示装置９を駆動させる。表示装置９は、任意の便
利な形、例えば、ビデオ表示ユニット又はチャートレコ
ーダをとることができる。パルスモータ４は、ステッピ
ングパルスを所望の速度でパルスモータ４に経路１１を
経て供給する制御■回路装置１０により駆動される。制
御回路装置１０は、入力装置１２から経路１３を経て第
１人力を受は取る。

入力装置１２は、所望の流量を取扱者が入れることので
きるキーボードであってもよいし、クロマトグラフの操
作パラメータを設定することのできる任意の他の装置で
あってもよい。また、制御回路装置１０は、圧力変換器
５から経路１４を経て第２人力をも受取る。ポンプ１の
入口は、制御回路装置１０から経路１６を経る信号によ
り制御される溶媒比率調整弁装置１５から供給される。

動作で、所望の流量は、入力装置１２を用いて設定され
、この入力装置は、信号を発生して、この信号は、（ｍ
＋１）個がポンプピストンの全数に等しいかそれより小
さいときにｍ個のピストンが液体を送り出している場合
に、所望の流量を生じるのに適当な速度で、パルスモー
タ４を駆動するステッピングパルスを制御回路装置１０
が発生することを可能にする。ポンプは、系が設計され
ている流量、圧力及び圧縮率の最悪の場合の条件下で非
送出し期間をなくすような程度にピストンの送出し行程
が重なるように配設される。したがって、最悪の場合の
条件以外では、各サイクルに（ｍ＋■）個のピストンが
送り出している期間がある。

更に処置を施さない場合、流量は、（ｍ＋　１　）　／
ｍ倍だけ増加し、その結果ポンプ出口での圧力は増加す
る。出口圧力は、圧力変換器５により監視され、この変
換器は、経路１４を経て制御回路装置１０に供給される
信号を発生し、この情報は、制御回路装置１０により、
経路１１を経てパルスモータ４に加えられるステッピン
グパルスの速度を（ｍ＋１）個のピストンが送り出して
いる場合、（ｍ＋１）７ｍで割らせてピストンの前進速
度を減じるように用いられる。重なり送出し期間の終わ
りにステッピングパルスをパルスモータ４に供給スる速
度を元の値に復させる。

重なり送出しの期間の終わりを検出する種々の可能な方
法があり、例えば、ポンプ１の出口での圧力低下を圧力
変換器５により検出することができる。しかし、ピスト
ンがパルスモータ４により駆動される軸３上に取り付け
られるカムによって駆動される場合、軸符号器の助けに
より各ピストンが送出し行程の終わりに達する時を検出
することが現在好ましい。

複式ピストンポンプに対してｍ＝１であり、したがって
、両ピストンが送り出している場合、それらの前進速度
は、１個だけのピストンが送り出している場合の速度に
対して半分である。これは、パルスモータに対するパル
スがディジタルに導かれる場合、例えば回路の中又は外
で２分割ステージ（ｄｉｖｉｄｅ−ｂｙ−ｔｗｏ　ｓｔ
ａｇｅ）を単にスイッチして、容易に達成することがで
きる。２個より多いピストンをそなえる場合、２個より
多くないピストンが任意の一時点で送りだしていること
、すなわち、第４ｆ−ｈ図に示す状態、を整えることが
でき、この場合、２個のピストンが送り出している時の
ピストンの前進速度を唯１個のピストンが送り出してい
る時の速度に対して再び半分にする。２個よす多りのピ
ストンをそなえる利点は、各ピストンのもどり行程を延
長してシリンダを充てんするのにいっそう長い時間をか
けることを可能にする点である。これは、広範囲の流量
が要求される場合、またシリンダへの若干の溶媒のいっ
そう正確な比率調整が各行程について望まれる場合特別
の利点がある。不利益点は、もち論、機械的複雑さが増
し、したがって費用が増すことである。

２個より多いピストンをそなえる場合の別の装置は、１
個より多いピストンが常に送り出しているようにポンプ
を配列することであり、例えば、四つのピストンポンプ
で一時に２個のピストンが送り出していて第３のピスト
ンが重なり送出しを有するという配列をすることができ
る。この場合には、速度の変化は、２倍よりむしろ１．
５倍であり、したがって所定の加速に対していっそう迅
速に達成することができ、したがって流量又は圧力の変
化を低減することができる。

制御回路装置１０は、（ｍ＋１）個のピストンが送出し
を開始する場合、モータ速度はファクター（ｍ＋１）７
ｍで割ることにより、すなわち、ニピストンポンプに対
してモータ速度を２で割ることにより、モータ速度を変
えるように配置される。

次の説明は、ニピストンポンプを仮定するが、明らかに
同じ原理を２個より多いピストンを有する多ヒストンポ
ンプに適用することができる。

制御回路装置は、ポンプサイクルの間圧力を監視するこ
とができる圧力変換器５からの入力を有する。第５ａ）
及び５ｂ）図は、モータ速度を遅過ぎて又は速過ぎて半
分にする影響と、モータ速度を半分にする瞬間の修正が
どのように進行するかを説明する。第５図において５Ｓ
ＴＩは、第１ピストンが前進を開始する瞬間を表し、Ｅ
ＯＤ２は、第２ピストンが送出しの終わりに達する瞬間
、すなわち、それが液体の送出しを停止する瞬間を表し
、Ｈ３Ｉは、モータ速度が半分にされる瞬間を表す。第
５ａ）図は、モータ速度を遅過ぎて半分にする影響を示
す。これは、両ピストンが送り出している時に圧力ピー
クを発生させる。この圧力ピークの幅Ｍｐは、２個のピ
ストンの送出しの重なりの程度に依存する。制御回路装
置１０は、ピークを検出し、その幅を測定してこの情報
を次のポンプサイクルでモータ速度をもつと早（半分に
するようにという命令をモータに発するのに利用する。

これは、ｋＭｐ　、ここでｋは定数に等しいファクター
によることができる。定数の値は、収れん速度と安定性
との間の最良の妥協案を与えるように選ばれる。低い値
は、ｆＬ量又は溶媒組成を変える場合許容しがたい遅い
収れんを生じ、他方高い値は、雑音の存在において瞬間
Ｈ３Ｉが雑音尖頭により所望の瞬間から投げ出される不
安定な系を生じる。

第５ａ）図から分かるように圧力ピークの大きさは、引
き続くポンプサイクル中に着実に減少し、圧力ベースラ
イン信号上の雑音のレベルにまでなる。

これは、前のポンプサイクル上の圧力ピークの検出に応
じて瞬間Ｈ３Ｉを前進させることにより達成される。

瞬間Ｈ３Ｉが早過ぎて起こる場合は、圧力ピークよりこ
の場合むしろ圧力くぼみが検出される点を除いて同様な
状況が起こる。同じ補正方法に従うが、瞬間Ｈ３Ｉは、
圧力くぼみが雑音レベルに低下するまで前進よりむしろ
後退させられる。

明らかに、第２ピストンの送出しの開始、すなわち、５
ＳＴ２とＥＯＤＩ　（ピストン２の送出し行程の開始と
ピストン１の送出しの終わり）の間の半分の速度の瞬間
Ｈ３２に対して同様な方法が実施される。両ピストン及
びシリンダが逆止め弁とともに同一である場合、瞬間Ｈ
３２の補正は、他のピストンの送出しに対する圧力の増
加又は減少に基づいて決定することができる。しかし、
同じピストンの前のサイクル中の圧力に依存して修正を
行うことにより、各ピストンに対する瞬間Ｈ８１とＨＳ
　２を独立に調整して任意の不均衡に対して補償するこ
とができる。

必要な流量が変化さていて、したがって出口圧力（ベー
スライン圧力）が重なり送出し効果は別として増加又は
減少している場合、特に有用ないっそうの進歩として、
圧力ピーク又はくぼみ及びベースライン圧力を二つ以上
のポンプサイクルにわたって内挿していっそう正確な修
正を行うことができる。ベースライン圧力を変えること
は、溶媒変化又は流量変化により起こすことができる。

更に、流量が変化する場合、補償に対して予言的前進又
は遅延を取り入れることができる。

溶媒比率調整装置１５は、入力装置１２から制御回路装
置１０を介して選ばれた溶媒又は溶媒混合物をポンプ入
口に供給させる入力を受ける。溶媒比率調整装置は、複
数個の溶媒源（例えば４個）をそなえ、溶媒源は、それ
ぞれの電磁弁をを介してポンプの入口に接続される。電
磁弁は、ポンプの吸込み行程間選ばれた溶媒組成を与え
るように計算された期間の間作動される。電磁弁は、一
時に１個が作動されるように配置され、２個以上の弁に
より形成される径路を経る異なる溶媒のサイホニングを
防止するように同時に２個の弁が開かれることがないこ
とが保証される。別の可能性は、電゛磁弁への各溶媒入
口ラインに一方向弁を追加することである。

混合物の所望の溶媒比率を得るために、適当な弁をポン
プの吸込み行程の適当な比率の間連続して作動させる。

溶媒中の１種の極めて小さい比率、例えば〈５％で存在
すべき場合、この弁を吸込み行程の５％未満で作動させ
るに過ぎないことは、明らかである。高流量で小さなピ
ストン押除は量の場合、これは、達成困難である。初め
に論じたように、たとえ弁が極めて迅速に作動しても、
これに伴う流体加速及び減速がガス発生又はキャビテー
ションをもたらす可能性がある。

制御回路装置１０と溶媒比率調整装置１５は、任意の電
磁弁の作動時間が所定値より短いか、短くなるであろう
場合、複数のポンプすなわちピストンサイクルにわたっ
て比率調整が起こりうるように構成される。１種の装置
では、これが所定ポンプ発生流量により決定され、この
値より上の流量が選ばれると、溶媒組成は、複数のピス
トンサイクルにわたって平均される。かくして、一つの
溶媒が少濃度、例えば１％で要求される場合、これは、
この溶媒の５％を１もどり行程の間に供給するがこの溶
媒を第５もどり行程ごとに供給するのみにより達成する
ことができる。複数のピストンサイクルにわたって平均
するか否かを決定する別の方法は、要求される混合物を
１吸込み行程でつくるのに要求される弁作動時間を計算
し、弁開放時間の任意の計算値が所定値より小さい場合
、平均化を起こさせることである。

また、装置は、実際の吸込み容積の計算、すなわち、液
体の押し除けられない容積及び他の部分が減圧されてシ
リンダ内圧力が大気圧に下がるのに要する時間を補正し
た吸込み時間の計算をも行うことができる。溶媒源が加
圧されない限り、シリンダ内圧力が大気圧に下がるまで
吸込みが起こらないのは、明らかである。ＨＰＬＣに通
常用いられる送出し圧力において、液体及びプラスチッ
ク部は、かなりの量で圧縮される。減圧時間は、そのピ
ストンの前の送出し行程の予圧縮時間の知識から計算さ
れる。減圧時間が計算されると、吸込みの開始の正確な
瞬間を決定することができ、したがって全吸込み時間を
正確に見出すことができる。これにより溶媒のいっそう
正確な比率調整を達成することができる。

溶媒の比率調整に関するこの発明に関する限り、多ピス
トンポンプの使用は、不可欠でない。この発明は、単一
ピストンポンプにも同様に適用することができ、しかも
吸込み時間が全ポンプサイクルのいっそう小さい割合で
あろうから、このようなポンプにおいていっそう有用性
が高くさえありうる。多ピストンポンプ使用の一つの理
由は、送出し時の脈流を許容しがたく増加することなく
吸込み時間の増大を可能にすることである。

第２図は、第１図のクロマトグラフに用いるのに好適な
ポンプ１とモータ４の単純化した斜視図であり、第３図
は、第２図に示ずポンプ１とモータ４の平面図である。

ポンプｌは、薄板でつくられた２枚のサイドパネル２１
及び２２の間に締め付けられるポンプヘッド２０をそな
える。ポンプ組立体は、腕金２４及び２５を有して剛性
構造をなし、その上にモータ４とポンプの種々の構成部
分が取り付けられる。腕金２３は、軸受３２．３３．３
４中をすべる管３０及び３１が軸受の何らかの心のずれ
により拘束されないようにサイドパネル２１と２２の間
で浮動することができる。ポンプ１は、２本の管３０．
３１の内部を通るそれぞれの棒２８．２９に取り付けた
２個のピストン２６．２７をそなえる。管３０は、腕金
２３及び２４の軸受３２．３３中に摺動可能に取り付け
られ、他方管３１は、軸受３４と３５に同様に取り付け
られる。２個のカム３６と３７がモータ４の軸３上に取
り付けられ、管３０と３１は、それぞれカムフォロアー
３８と３９をそなえる。コイルばね４０と４１は、管３
０と３１内の横部材に圧着する棒２８と２９上の突起（
図示せず）によってカムフォロアー３８と３９をカム３
６と３７に対して押圧する。ブラケット４３の横部分４
２は、ばね４０と４１の他端に対する支持表面を提供す
る。２個の弾性止め座金４４及び４５を棒２８及び２９
上に設け、ヘッドをポンプ組立体の残りから外した場合
、ピストン２６．２７をヘッド２０中に保持するように
する。２本の管４６．４７は、ポンプヘッド２０の各シ
リンダからの出口を受けてポンプ出口を形成する出口４
９を有するマニホルド４８中で合体する。軸符号器５０
は、モータ４の軸３に取り付けられ、検出器５１、光・
電子検出器であってよい、はポンプのサイドパネル２１
に取り付けたブラケット５２により支持される。

動作で、モータ４は制御回路装置１０（第１図）により
ステッピングパルスを供給され、軸３を所望の速度で回
転させる。知られるように、パルスモータ巻線を駆動す
る制御電流を供給し、該電流の間に正しい比を保証する
ことにより、モータ回転を各全ステップの間の若干のサ
ブステップすなわちマイクロステップだけ増すことがで
きる。これを達成するのに好適なパルスモータ駆動回路
の設計は、当業者のよく知るところである。このような
系を利用することによりモータの回転位置とその瞬間速
度をいっそう正確に制御することができる。したがって
、カム３６及び３７は、カムが一定の角速度を有する場
合、ピストンをそれらの送出し行程において一定の線速
度で前進させるように設計されているカム輪郭に従って
ピストン２６及び２７を前進させまた引込める。このよ
うなカム輪郭の設計は、当業者のよく知るところである
。第１図に関して述べたように、ピストンは、重なり送
出し行程を有するように配置される。すなわち、両方の
ピストンが前進している場合、モータの各回転の間に時
間の二つの周期がある。第４図は、各ピストンによる液
体の送出しとポンプ輸送サイクル間の種々の点でのモー
タ速度を示す。第４ａ図は、カム角度を示す。第４ｂ図
は、ピストン２６の運動によるポンプヘッド内の圧力を
示し、かつ点ＡＸで送出し行程が始まり、すなわちピス
トンが前進を開始するが、液体及びプラスチック部の予
圧縮が起こっていて実際の液体送出しは点Ａ、まで起こ
らないことを示す。点Ａ、から点Ａ２までピストンが一
定線速度で前進するので、一定流量での液体の送出しが
起こり、点Ａ２は、ピストンがその送出し行程端に達す
る点で、したがって液体は、もはや送り出されない。第
４ｃ図は、ピストン２７の運動によるポンプヘッド内圧
力を示し、点ＢＸ。

Ｂ、及びＢ２は、ピストン２６の点Ａ、、Ａ、及びＡ２
と同じ、ピストン２７の送り出しサイクル上の点に対応
する。二つのピストンの送出し行程の重なりがあること
、したがって更に処理をしない限り流量が倍加する期間
があることが分かる。この望ましくない現象は、第４ｃ
）図でモータ速度Ｓ（上のレベル）とその半分の速度Ｓ
／２（下のレベル）によって示すように、重なり送出し
期間の間モータ速度を半分にすることにより防止される
。

二つのピストンによる同時送出しが始まる瞬間は、第４
ｄ）図に示すようにポンプ出口の圧力を監視することに
より予言される。同時送出しが圧力上昇を開始する場合
、制御装置１ｏは、この圧力上昇を利用して次のポンプ
サイクルでのモータ速度を次のように制御する、すなわ
ち、同時送出しがそのサイクルで始まると予言される場
合、モータ速度が半分にされ、そこで二つのピストンの
合わせた送出しは、元の単独のピストンの送出しと等し
いので、圧力は元の値に復する、このようにする。

両ピストンが送り出している期間の終りは、軸符号器に
よって検出され、その瞬間にモータ速度が２倍にされて
その元の値に復する。

第４ｆ）〜ｊ）図は、第４ｂ）〜ｅ）図と同様な仕方で
、三つのピストンがポンプに設けられ、カム輪郭は、存
意の一時点でピストンの一つが２つのいずれかが液体を
送り出しているようなものである状況を説明する。第４
図に示すような三ピストン作動の利用により得られる利
点は、ポンプ輸送されるべき溶媒を各シリンダに充てん
するのにいっそう長い期間が利用できる、すなわち、期
間Ａ′２−Ａ′、が期間Ａ２−ＡＸより長いことである
。これは、ポンプ輸送用所望溶媒混合物を得るために若
干の液体を連続して各シリンダに供給する場合に、特に
、全ポンプサイクル時間が短くなるので充てん時間も短
くなる高流量の場合に、重要である。このように、充て
ん時間をポンプサイクル時間のできるだけ大きな比率に
することは、有利になる。もち論、いっそう長い充てん
時間さえ与える三つより多いピストンを用いることもで
きるが、ピストンを追加するごとに機械的複雑さとした
がって費用とが増加する。

第６図に示す制御回路装置１０は、マイクロプロセッサ
（ＣＰＵ）１００．例えばＺｉｌｏｇＺ８０中央処理ユ
ニットをそなえ、マイクロプロセッサ１００は、データ
バス１０１、アドレスバス１０２及び制御バス１０３に
よって記憶装置１０４、割込み発生及びタイミング回路
（ＩＧＴＣ）１０５、Ｉ１０符号器（Ｉｌｏ　　ＤＥＣ
）　１０６　、キーボード及び表示ユニッｌ−（ＫＤＵ
）　１０７　、圧力監視ユニット（ＰＭＵ）　１０８　
、並びに溶媒比率調整制御ユニッ）　（ＳＭＣ）１０９
は、第１図の装置１５に対応する。）と相互に接続する
。割込み発生及びタイミング回路１０５は、第１図に示
すようにライン１１を経てモータ４を駆動するパルスモ
ータ駆動回路１１０に接続される。更に、回路１０５は
、光検出器５１（第３図に示す）がライン１１１を経て
接続される入力、及びライン１１２を経て圧力監視ユニ
ンＩ−１０８と溶媒比率調整制御ユニット１０９に接続
する出力を有する。Ｉ１０符号器１０６は、Ｉ１０選択
バス１１３を経て割込み発生及びタイミング回路１０５
、キーボード及び表示ユニッ）１０７、圧力監視ユニッ
ト１０８及び溶媒比率調整制御ユニット１０９に接続さ
れる。クロック発生器１１４がライン１１５を経てマイ
クロプロセッサ１００に、ライン１１６を経てＩＧＴＣ
に接続される。

Ｉｌｏ　　ＤＥＣ１０６は、マイクロプロセッサ（ＣＰ
Ｕ）１００からアドレスと制御信号とを受け、それらを
復号してブロック１０５　、１０７　、１０８及び１０
９をＣＰＵ１００に接続するＩｌｏ　　回路に対する、
並びに記憶装置１０４に対する適当な制御信号を発生す
る。Ｉｌｏ　　ＤＥＣ１０６は、例えば、多数の８分の
１選択（ｏｎｅ　ｏｕｔ　ｏｆ　ｅｉｇｈｔ）復号器／
ディマルチプレクサチップ型７４１３８をそなえること
ができる。

ＩＧＴＣ１０５は、第７図に示され、インテル・コーポ
レーション（Ｉｎｔｅｌ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ　）
より型番８２５４で販売されるプログラム可能なインタ
ーバルタイマ（ＰＩＴ）から形成することのできる分周
器チェーン１２１　、１２２　、１２３を供給するクロ
ック人力１２０をそなえる。これらの装置は、アドレス
、制御及びＩ１０選択バス１０２　、１０３及び１１３
の制御下ＣＰ　Ｕｌｏｏからデータバス１０１を経てデ
ータを受ける。このデータは、所定の分割比が得られる
ようにカウンタがあらかじめ設定される数を含む。溶媒
に対する所望の流量は、取扱者によりＫＤＵ１０７は、
パルスモータを駆動する正しい周波数のパルスがパルス
モータ駆動回路１１０に供給されるようにカウンタ１２
１及び１２２に対する適当な分割比を計算する。なお、
これらのパルスは、カウンタ１２２の出力から導かれ、
出力１２４で利用しうる。Ｚｉｌｏｇタイプ８４３０カ
ウンタタイマ回路の部分により形成される分周器（ｄｉ
ν１ｄｅｒ　）１２５は、カウンタ１２３の出力に接続
されるそのクロック入力を有し、カウンタ１２３がゼロ
計算に達する場合、制御パス１０３上に割込み信号を発
生するようにプログラムされる。光検出器５１をＩＧＴ
Ｃ１０５に接続するライン１１１は、分周器１２６に接
続され、この分周器もＺ　ｉ　ｌ　ｏ　ｇ８４３０カウ
ンタタイマ回路としてつくられ、光検出器からの信号を
受けると直ちにアドレス、制御、データ及びＩ１０選択
バス上の信号によって割込み信号を発生するようにプロ
グラムされている。もう一つの分周器１２７は、クロッ
ク発生器１１４からライン１１６を経るクロック信号で
供給される入力１２０に接続されるそのクロック入力を
有する。同じ＜Ｚｉｌｏｇタイプ８４３０カウンタタイ
マ回路からつくられる分周器１２７は、割込み信号が１
ｍ５ｅｃごとに発生され、ライン１２８を経て制御ハス
１０３に、ライン１１２を経て圧力監視ユニット１０８
に供給されるようにクロック信号を分割するようにプロ
グラムされる。

圧力監視ユニット１０８は、第８図にブロック略図で示
され、ポンプ出口とカラム入口との間の液体圧力を監視
するために接続される圧力変換器１３０をそなえる。圧
力変換器１３０は、圧力変換器の供給が電流出力か電圧
出力かによって電圧対周波数（Ｖ／Ｆ）変換器１３１に
直接か電流対電圧変換器を経るかして供給する。Ｖ／Ｆ
変換器１３１の出力は、アンドゲート１３２の第１人力
に供給され、その出力はカウンタ１３３のクロック人力
に接続される。カウンタ１３３は、Ｉ　ＮＴＥ　Ｌ８２
５４Ｐ　Ｉ　Ｔの一部であり、制御及びＩ１０選択バス
１０３及び１１３に接続される入力並びにデータバス１
０１に接続される出力を有する。ライン１１２上の１ｍ
５ｅｅパルスは、分周器１３４に供給され、その出力は
アンドゲート１３２の第２人力に接続される。

第６図及び第８図に示す制御回路装置の動作を、次に第
１０図に示す流れ図によって説明する。

割込みＨＥＤＩＮＴが光検出器と割込み発生器１２６に
より発生される。ＨＥＤＩＮＴが起こる場合、マイクロ
プロセッサ１００は、ＨＥＤＩＮＴの瞬間とピストン２
６の行程の開始の間のモータ４のマイクロステップの数
に対応する数をカウンタ１２３に設定する（ＳＴ、５Ｔ
ＲＩＮＴＩ）。この数は、設計されたカム輪郭に基づく
計算からか製造段階における最初の較正からかのいずれ
かから発生され、かつ記憶装置１０４に蓄積されること
ができる。このカウンタは、カウンタ１２２の出力によ
りクロックされ（それは、モータ４に供給されるマイク
ロステップによる）、ゼロにカウントダウンさせられる
（ＤＥＣｏＣＴＲ）。カウンタ１２３に設定された数は
、ピストン２６の行程の開始が起こる時にカウンタ１２
３がゼロに達するようなものである。ゼロ計数に達する
と出力信号が分周器１２５に供給され、分周器１２５は
割込みをライン１０３に発生する（ＳＴＲＩＮＴＩ）。

割込み５ＴＲＩＮＴＩは、二つの手順を開始させる。第
１に、Ｈ５ＩＮＴＩ（すなわちモータの速度が半分にさ
れる瞬間）へのマイクロステップの数を表す数をカウン
タ１２３に設定しくＳＴ、Ｈ３ＩＮＴ１）、第２に他の
ピストンがＨ３ＩＮＴ２を発生させる、ポンプサイクル
の対応する点でカウンタ１２３に供給すべき数をつくり
出すために計算がなされる（ＣＬＣ，Ｈ３ＩＮＴ２）。

カウンタ１２３は、カウンタ１２２により発生されたモ
ータパルスにより減少され（ＤＥＣ，ＣＴＲ）同時にＨ
３ＩＮＴＩとＨ３ＩＮＴ２の間のモータマイクロステッ
プの数、すなわち、モータ速度が半分にされる瞬間と、
ピストン２７が液体の送出しを止めモータ速度をその元
の値に回復させねばならない瞬間との間のモータマイク
ロステップの数が計算される。この計算は、５ＴｔＮＴ
１と ＥＯＤＩＮＴ２の間のマイクロステップの既知の数から
の５ＴＲＩＮＴＩとＨ３ＩＮＴＩの間のマイクロステッ
プの数の引算を要するだけであり、この数は、カム較正
により知られる。カウンタ１２３がゼロ計数に達する場
合、割込みＨ３ＩＮＴ１が発生されマイクロプロセッサ
１００は、ファクター２でカウンタチェーン１２１及び
１２２の除数を増加することにより応答して出力１２４
でのマイクロステップパルスの速度を２で割らせ、ＥＯ
ＤＩＮＴ２へのマイクロステップの計算数をカウンタ１
２３に設定する（ＳＴ、ＥＯＤＩＮＴ２）。カウンタ１
２３がそのゼロ計数に達する場合、カウンタ１２３は、
カウンタ１２２により発生されたモータパルスにより割
込みＥＯＤＩＮＴ２が発生されるまで減少される（ＤＥ
Ｃ，ＣＴＲ）。割込みＥＯＤＩＮＴ２は、マイクロプロ
セッサ１００にカウンタ１２１及び１２２の除数をその
元の値に回復させ（なぜかといえばこれは両ピストンに
よる重なり送出しの終わりをマークするので）、また割
込み５ＴＲＩＮＴ２へのマイクロステップの数をカウン
タ１２３に設定させる（ＳＴ、５ＴＲＩＮＴ２）。再び
、この数は、それが最初に既知のカム輪郭から入れられ
ている記憶装置１０４から非破壊的に呼び出される。

この数は、送出しの終わりに達するピストン２７と、ピ
ストン２６の送出し行程の開始との間にモータのマイク
ロステップの数に対応し、これはカム輪郭の関数であり
、所定ポンプに対し一定である。割込み５ＴＲＩＮＴ２
が発生される場合、カウンタ１２３は、マイクロステッ
プパルスによりゼロ計数に達するまで減少される（ＤＥ
Ｃ，ＣＴＲ）。

割込み５ＴＲＩＮＴ２は、ピストン２６に対する速度が
半分になる瞬間の計算（ＣＬＣ，Ｈ３ＩＮＴ１）を開始
し、マイクロプロセッサにピストン２７の速度が半分に
なる瞬間へのマイクロステップの数をカウンタ１２３に
設定させる（ＳＴ、Ｈ３ＩＮＴ２）。これは、割込み５
ＴＲＩＮＴＩに応じて計算された値である。次いで、カ
ウンタ１２３は、マイクロステップパルスにより減少さ
れ、（ＤＥＣ。

ＣＴＲ）　、計数がゼロに達すると割込みＨ３ＩＮＴ２
が発生される。これと平行にマイクロプロセッサは、速
度が半分になる点と、ピストン２６が液体送出しを止め
る瞬間の間のステップの数に対応するＨ３ＩＮＴ２とＥ
ＯＤＩＮＴＩの間のモータのマイクロステップの数を計
算する（ＣＬＣ。

Ｈ３ＩＮＴＩ）。

割込みＨ３ＩＮＴ２が発生されると、マイクロプロセッ
サ１００は、ファクター２でカウンタ１２１及び１２２
の組合せの除数を増加してモータ速度を半分にさせ、か
つピストン２６が液体の送出しを止める瞬間である送出
しの終わりの割込みＥＯＤＩＮＴｌへの計算された計数
（ＣＬＣ，ＥＯＤＩＮＴＩ）にカウンタ１２３を設定す
る（ＳＴ、ＥＯＤＩＮＴｌ）ことにより応答する。割込
みＥＯＤＩＮＴＩがカウンタ１２５により発生されると
、カウンタ１２３は、カウンタ１２２からのマイクロス
テッピングパルスによりそれがゼロ計数に達するまで減
少される（ＤＥＣ，ＣＴＲ）。この割込みは、マイクロ
プロセッサ１００にカウンタ１２５をその最大計数に設
定させる。こうする理由は、発生されるべき次の割込み
は、ＨＥＤＩＮＴであり、これは、光検出器５１の出力
に応じて発生されるからである。

したがって、カウンタ１２３をその最大計数に設定する
ことにより、次のＨＥＤＩＮＴが起こる前にこのカウン
タが他の割込み信号を発生させないことが保証される。

ＥＯＤＩＮＴＩと５ＴＲＩＮＴＩの間のステッピンクパ
ルスの数に対応する数をカウンタ１２３に設定すること
は、理論的に可能であるが、符号板（ｅｎｃｏｄｅｒ　
ｄｉｓｃ）を用いることは、ポンプサイクルの一つの瞬
間のボジチブな位置を保証する。モータ速度が２倍にな
る、ピストン２６と２７の送出し点の終わりに対応する
割込みＥＯＤＩＮＴＩとＥＯＤＩＮＴ２は、ポンプの現
在の流量と送出し圧力によって補償されうる。モータ速
度の変化と圧カドレースに反映されるその変化の影響と
の間にかかる時間は、種々の動作条件下で異なるので、
これは必要である。

これらの補償は、次の仕方で実施される：１、流量補償 −最大流量に対し調整はなされない。

−ゼロ流量に対し各ＥＯＤ位置にマイクロステップの所
定数を加える。

−ｆＬ量対補償の関係が線形であると仮定して実際の流
量に基づくゼロと所定数の間の線形内挿を実施する。

２、圧力補償 −〇バールの圧力に対し調整は、なされない。

−最大圧力に対しマイクロステップの所定数が各ＥＯＤ
位置に加えられる。

−送出し圧力対補償の関係が線形であると再び仮定して
実際の送出し圧力に基づくゼロと所定数の間の線形内挿
を実施する。

高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）の若干の適用
に関してはじめに論じたように、分析中に溶媒すなわち
移動相の組成を制御された仕方で変えることは、必要で
ある。

特定の溶媒組成は、ポンプの比較的短い再充てん期間の
間に２種以上の溶媒を比率調整することにより得ること
ができる。これは、通常、各溶媒用の独立の比率調整弁
を開閉することにより達成される。シリンダの再充てん
に用いうる時間の割合として答弁が開かれる期間がポン
プに送られる溶媒組成を決定する。

この例において、クロマトグラフは、少量の異なる溶媒
を液体流中に連続して入れ、系容積でそれらを混合する
ことにより所望の溶媒組成を達成するように整えられる
。これは、もどり行程の間に各溶媒の必要容積をポンプ
ヘッドに入れるように適当な時に電磁弁をスイッチする
ことにより達成される。

弁をスイッチしなければならない時を正確に決定するた
めには、吸込み時間を正確に決定しなければならない。

理論的に、これは、カム輪郭とモータ速度の知識から正
確に決定することができる。

すなわち、吸込み時間は、ピストンのもどり行程の期間
に対応する。しかし、実際には、ＨＰＬＣで用いられる
圧力では、液体及びプラスチックは、かなりの程度に収
縮しており、逆止め弁が作動する前に、これらについて
若干の圧力差が確立される必要がある。したがって、吸
込み時間の開始は、ピストンのもどり行程の開始と正確
には一致しない。したがって、吸込み時間の開始のいっ
そう正確な決定を達成し得ない限り、溶媒混合物のかな
りの不正確さが、特に高圧で起こる。

第１１図は、液体クロマトグラフポンプの一つのヘッド
の断面略図あり、該ヘッドは、シリンダ２００、ピスト
ン２０１、ピストンとシリンダの間のプラスチックシー
ル２０２及び入力及び出力逆止め弁２０３及び２０４を
そなえる。第１１図に示すようにピストン２０１は、完
全に引っ込んでいて、点線の長方形は、完全に前進した
時のその位置を示す。

液体クロマトグラフィーで経験する作業圧力で（代表的
に４００バールまで）、液体及びプラスチックは、かな
りの程度収縮する。これは、送出し時硬いビス１−ンが
前進するにつれて容積損失を起こす。なぜかといえば、
液体及びプラスチックは、シリンダ内圧力が出力逆止め
弁２０４を開き液体を系圧力にあるカラムに送り出すの
にじゅうぶんな値に到るまで圧力増加につれて、収縮す
るからである。同様に、もどり行程では、シリンダ内圧
力が大気圧まで下がり、入力逆止め弁２０３を開かせる
まで吸込みが起こらない。

ポンプヘッドが行程容積Ｖ、すなわち点線の長方形で示
されるピストン押除は量、押し除けられない液体容積Ｖ
Ｌ　、及びプラスチックシール２０２容積ｖｐを有する
と考える。更に液体圧縮率をＫｔ、プラスチック圧縮率
をＫｐとする。

ピストンがその送出し行程を開始する時の予圧縮を考え
る場合、次の式が得られる。

ゼロ圧力で、ヘッド容積Ｖ（０）　”　Ｖｔ　＋　ｖ　
十Ｖｐ圧ツノ　Ｐ　で、 液体容積（（ν（十ｖ）ｅ　−”Ｌ’　）＋プラスチッ
ク容積（Ｖｐｅ　−Ｘｐ’　）＝　Ｖ（Ｐ）予圧縮時の
容積損失（ＰＬ）　＝　Ｖ　（０）　−Ｖ　（Ｐ）、’
、　ＰＬ　−（ＶＬ　＋　ｖ）　（１ｅ−にｔ’）　＋
　Ｖｐ　（１ｅ−にｐＰ）ピストンがそのもどり行程を
開始する時の減圧を考える場合、次の式が得られる。

圧力Ｐで、 液体容積（ＶＬ　＋　ｖｐ（１−ｅ　−Ｋｐ’　））＋
プラスチック容積（Ｖ、　ｅ−にＰ”）　　＝　Ｖ’　
（Ｐ）ゼロ圧力で、 液体容積（（ＶＬ　＋　Ｖｐ　（１ｅ　−Ｋｐ’　））
ｅに、′＋プラスチック容ＪＪｌｔ（Ｖｐ）　−１／’
　（ｏ）減圧での容積損失（ＤＬ）＝　Ｖ’　（０）　
−Ｖ’　（Ｐ）ＤＬ−（ＶＬ＋　ＶＰ（１−ｅ−にｐ’
　））（ｅＫｔ’　　１）　＋ν、　（１−ｅ　−Ｋｐ
’　） 必要な補正は、ＰＬ−ＤＬ ＝ｖ（１−ｅ−にｔ’　）　十Ｖｔ　（２２ｃｏｓ　ｈ
　Ｋ（Ｐ）　＋Ｖｐ（ｅ（Ｋ、−Ｋ、１Ｐ−ｅ−Ｘ、Ｐ
−ｅ−に、Ｐ　　＋ｌ）Ｋ、Ｐとに、Ｐがく〈１の場合
、 ＰＬ　　ＤＬ　　　ｖＫｔＰ　　　　　　　　　　−−
−（］）代表的にに、又はＫｐの最大値は、１５０　Ｘ
ｌ０−’／バールであり、最大圧力は、４００バールで
あり、したがってＫＰ−Ａ−０，０６である。式１にお
いて、行程容積（ν）は、所定のヘッドに対して正確に
知られ、系に働く圧力Ｐは、正確に測定することができ
る。Ｋ１　は、混合溶媒に対して知られていないが、代
表的に水に対する５０Ｘ１０−６／バールとへブタンに
対する１５０　Ｘｌ０−６／バールの間にある。

ＰＬは、行程の開始から送出し開始までの行程の容積で
あり、正確に決定することができる。なぜかといえば、
前述のように、送出し開始は、正確に測定することがで
き、かつＰＬは、適当な５ＴＲＩＮＴとＨ３ＩＮＴの間
の行程にピストン面積をかけた値に等しいからであ。こ
の行程は、カム輪郭及び５ＴＲＩＮＴとｌｌ５ＩＮＴの
間のモータのマイクロステップの数から決定することが
できる。

特に、ＶＬ　ｌｖｐ及びＫｐを知る必要がないことに注
意すべきである。また、プラスチック部が理想的圧縮固
体としての性質を有しない場合、これは、補償される。

したがって、減圧時に失われる行程の容積を決定するこ
とができるならば、ＤＬは、式１から任意の与えられる
圧力Ｐに対して計算することができる。

したがって、減圧容積を決定することができるので、液
体及びプラスチック部の押し除けられない容積が減圧す
るのにかかるもどり行程、すなわち、吸込み時間の割合
は、決定することができる。

なぜかといえば、減圧容積に等しい距離だけピストンが
引っ込むのにかかる時間は、既知のピストン面積、モー
タへのマイクロステッピングパルスの適用速度及び既知
のカム輪郭から決定することができるからである。した
がって、吸込みの実際の開始は、ＥＯＤＩＮＴ　（１又
は２）からマイクロステップの数を計算することにより
決定することができ、これが減圧容積を表す。

減圧容積、したがって実際の吸込み時間は、各ピストン
に対して別々に決定するのが好ましい。

なぜかといえば、両ピストンとシリンダが同一でないな
らば、（実際の製造方法では、同一のものをつくるのは
、困難である。）各ピストン／シリンダの組合せで異な
る予圧縮及び減圧容積が起こるはずである。これは、Ｈ
５ＩＮＴを前に述べたように各ピストンに対して独立に
計算する場合、容易に達成される。

第９図は、第６図の溶媒比率調整回路１０９をブロック
略図で示す。これは、データ、アドレス、制御及びＩ１
０選択バス１０１．１０２．１０３及び１１３に接続さ
れる入力を有する８個のプログラム可能なインターバル
タイマ１５０〜１５７をそなえる。タイマ１５０〜１５
７のクロック入力は、ＩＧＴＣ１０５内のカウンタ１２
２からライン１５８を経て導かれるマイクロステッピン
グパルスによって供給される。四つのセット・リセット
双安定回路１６０〜１６３は、タイマ１５０．１５２．
１５４及び１５６の出力に接続されるそれぞれのセット
入力並びにタイマ１５Ｌ　１５３．１５５及び１５７の
出力に接続されるそれぞれのリセット入力を有する。双
安定回路１６０〜１６３の出力は、それぞれ電磁弁駆動
回路１６４〜１６７に供給され、他方駆動回路の出力は
、それぞれの電磁弁１７０〜１７３に接続される。

動作において、マイクロプロセッサは、計数をタイマ１
５０−１５７に設定し、タイマがゼロ計数にクロックさ
れるとき、それらの出力は、対応する双安定回路１６０
〜１６３をセット又はリセットし、したがって関連する
タイマに設定された最初の値に依存する瞬間に電磁弁１
７０〜１７３を活性化又は不活性化する。

第１２図は、マイクロプロセンサ１００によりタイマに
設定される数を発生する第１の方法を説明する流れ図を
示す。ステップＤＥＴ、　ＤＬは、圧縮ｉｉｉ失容積の
計算を含み、ここでマイクロプロセッサ１００は、ピス
トン（２６又は２７）の送出し行程に対する５ＴＲＩＮ
ＴからＨ５ＩＮＴまでのマイクロステンプの数を読み取
り、これを、記憶装置１０４に蓄積したカム形状のルッ
クアップテーブルを用いて容積に変換する。次いで、そ
れは、ｖＫＰ値を計算する。ここで、Ｖは全ピストン排
除容積であり、Ｋは平均液体圧縮率（１００Ｘｌ０−ｂ
／バールであると仮定）であり、Ｐは測定圧力である。

次いで、容積ＤＬ　＝　ＰＬ−ｖＫＰを計算する。ステ
ップＤＥＴ、　ＳＶは、ピストン排除容積から減圧容積
ＤＬを引いたものに等しい吸込み容積の計算を含む。

ステップＤＥＴ、　ＳＳＵは、マイクロステップに変換
された、ＤＬの計算値をＥＯＤＩＮＴに加えて得られる
吸込みの実際の開始の瞬間を決定することを含む。

ステップＣＡＬＣ，ＶＡＴは必要な溶媒混合物を生成す
るために答弁が開いていなければならない時間を計算す
ることを含む。これは、吸込み容積、流量（すなわちピ
ストンの移動速度）、要求される各）容媒の百分率及び
ステップＤＥＴ、　ＳＳＵで計算された吸込み時間の開
始から計算される。

ステップＯＲＤ、　ＳＱＬは、最大比率の溶媒を二つの
等滑部に割り、対応する弁が吸込みの開始と終わりに開
くように配し、他方他の溶媒の弁をこれら二つの開放の
間に連続して開くように弁の作動順序を選択させる。吸
込み行程の始めにおける最大比率溶媒のための弁の開放
は、入口逆止め弁が閉じられているので、吸込みの始ま
る前に行うことができる。同様に、吸込み行程の終わり
におけるその弁の閉鎖は、吸込み行程が終わった後行う
ことができる。

ステップＣＡＭ、　Ｃ０ＲＰは、マイクロステップの故
に関する弁のタイミングを記憶装置１０４に蓄積される
ルックアンプテーブルによってカム輪郭について修正さ
せる。ステップＰＲＯ，ＰＩＴＳは、各溶媒に対する計
算された弁開放及び閉鎖時間に対応する数をプログラム
可能なインターバルタイマに設定することを含む。

この手順は、低流量に対し、すなわち、質問流量〉最大
？　（ＦＬＯＷ　＞−八Ｘ？）に対する決定ノー（Ｎｏ
）に対し満足であるが、？Ｈ１が増加するにつれて、吸
込み時間が減少し、ポンプ排除量が小さい場合、例えば
３０マイクロリツトルの場合１ｍＲ／ｍｉｎ以上の流量
では、溶媒の比率調整に用いることができる時間が１秒
よりかなり短い。これは、一つの溶媒の小さな比率（〈
５％）しか含まない混合液を達成するのに極めて迅速に
作動する電磁弁を必要とする。

この発明に従う溶媒比率調整系は、任意の弁に対し開放
時間の最小値を設定し、複数回のピストンサイクル、例
えば１６回のピストンサイクルにわたって溶媒を比率調
整することにより、この問題を克服する。多数のピスト
ンサイクルにわたって比率調整する場合、我々の英国同
時係属出願で開示するような溶媒混合機を用いて混合物
の１種の溶媒の混合されない塊がカラムに達するのを防
ぐことは、大変好ましい。質問流量〉最大？　（ｐｔｏ
ｗ＞ＭＡＸ　？）に対して決定イエス（ＹＥＳ）がなさ
れる場合、すなわち、取扱い者により高流量、例えば１
ｍ／ｍｉｎより大きい流量が要求される場合、ステップ
ＳＥＬ、　ＭＣＭが取られる。これは、１回より多いピ
ストンサイクルにわたって溶媒比率調整を行わせる方法
である。手順は、次にステップＤＥＴ、　Ｐ［Ｘに進み
、ここでマイクロプロセッサが前の１５回のピストンサ
イクルの結果として系にどのような溶媒混合物が存在す
るかを決定する。これは、前のピストンサイクルの間の
弁開放時間の知識から計算され、移動平均（ｒｕｎｎｉ
ｎｇ　ａｖｅｒａｇｅ）として計算される；ＣＡＬＣ，
ＮＭＩＸここではマイクロプロセッサがこの混合物を選
ばれた値に持って行くのに、次の吸込み期間の間に取り
入れる必要のある各溶媒の比率を計算する；そしてＣＡ
ＬＣ，ＶＯＴ　、ここでの多弁の各に対して必要な開放
時間がＣＡＬＣ，ＮＭＩＸでちょうど計算された比率を
与えるために計算される。計算された比率があらかじめ
設定した最小より小さい弁開放時間を必要とするかどう
かを決定するためにどれかく最小？　（ＡＮＹ＜？ＩＩ
Ｎ　？　）の決定を行う。そうである場合、最少成分は
、ゼロに設定され、（ＤＥＬ、　ＳＣ）新しい混合物が
再計算される。

ノー（ＮＯ）である場合、ステップＣＡＬＣ，ＶＡＴに
入りプログラム可能なインターバルタイマが前のように
設定される。

第１３図は、マイクロプロセッサ１００によってタイマ
に設定される数を発生する第２の方法を説明する流れ図
を示す。ステップＣＡＬＣ，ＴＡＲ，％は、使用者によ
る要求設定に従って溶媒混合物中に要求される各溶媒の
百分率（目標百分率）の計算を含む。これは、使用者に
よりＫＤｔｌ　１０７によって選ばれた各溶媒の特定の
一定の百分率を含むことができ、又はプログラムされた
勾配、すなわち、各吸込み期間に対し、利用者により入
れられたデータ及び系の前の状態の知識を用いてマイク
ロプロセッサ１００により自動的に計算されうる時間と
ともに変化する溶媒組成、から計算することができる。

ステップＣＡＬＣ，ＲＥＱ、％は、現在の各溶媒の平均
百分率をステップＣＡＬＣ，ＴＡＲ，％で計算された値
に持って行くために次の吸込み期間で要求される各溶媒
の百分率を計算する方法を含む。溶媒混合物の組成がｎ
ピストンサイクルにわたって平均される場合、 要求％＝ｎｘ目標％−（ｎ−１）Ｘ平均％ステップＦＤ
、　ＭＩＮ％は、吸込み期間に導入することのできる任
意の溶媒の最小百分率の計算を含む。

これは、最小弁作動時間（これは、系に対して選ばれた
弁に依存する一定値に設定される。）及び流量に依存す
る。したがって、流量が小さいほど、最小百分率は小さ
くなりうる。なぜかといえば吸込み期間が対応して増大
するからである。ステップＦＤ、　ＬＳＴ、　ＳＱＬ、
は、必要な溶媒百分率を、最小の百分率を必要とするも
のを最初にして必要な百分率が大きくなる順で順序に分
類するアクションを含む。次いで、溶媒の必要な最低百
分率がステップＦＤ、　ＭＩＮ％で計算された最小値の
半分より小さいかどうかについて決定（％〈２最小？（
％く′ＡＭＩＮ　？）　）がなされる。これがそのとお
りでない場合、次いで最低百分率溶媒が最小値と最小値
の半分の間にあるかどうかについて次の決定（２最小〈
％〈最小？　（！４ＭＩＮ　＜％＜ＭＩＮ　？）　）が
なされる。これがそのとうりでない場合、次いで、その
溶媒の必要な百分率をその溶媒の割り当て（ＡＳＳＮ、
　ＲＥＱ、％）、次の吸込期間に使用するため蓄積され
る。ステップＦＤ、ＮＬＳＴ、　ＳＱＬは、２番目に最
低の比率を有する溶媒を選択する。次いで、これが混合
物の最後の溶媒であるかどうかを決定する決定がなされ
（ＦＩＮ、　ＳＱＬ　？）　、そうであるとステップＡ
ＳＳＮ、　ＲＥＭ、％をとり、吸込み時間の残りの百分
率を最後の溶媒に割り当てる。ステップＣ０ＮＶ、％　
ＩＳＴは、各溶媒に割り当てた吸込み時間の百分率をモ
ータのマイクロステップに変換することを含む。前記の
ようにして計算される実際の吸込み期間は、流量したが
ってモータ速度の知識からモータのマイクロステップに
変換することができ逆も可である。吸込み期間は、モー
タ及びポンプの構造に依存する、マイクロステップの所
定の数に等しいので、マイクロステップに置き換えて作
業するのが便利である。

今述べた手順は、流量と比率が各溶媒を単一のピストン
もどり行程内で比率調整することができるようなもので
ある場合の溶媒比率調整のための動作の順序を示す。し
かし、高流量又は１種以上の溶媒の比率が小さい場合は
、当てはまらない。

これらの場合は、溶媒組成は、２回以上のピストンサイ
クルにわたって個々の溶媒百分率を平均することにより
得られる。したがって、最低百分率の溶媒のために最小
弁作動時間の半分より小さい弁作動時間が必要である場
合、決定％〈最小？（％く旧Ｎ　？）に答イエス（ＹＥ
Ｓ）が与えられる。

これは、ステップＡＳＳＮ、　　０％を取らせ、このス
テップは、その溶媒に関連する弁を次の吸込み期間の間
開じたままにさせる。次いで、２番目に最低の百分率の
溶媒を見出しくＦＤ、　ＮＬＳＴ、　５ＱＬ）　、これ
が最後の溶媒でなければ、この２番目に最低の百分率の
溶媒に対して決定％〈最小？（％く旧Ｎ　？）を再び行
う。この手順を決定％く最小？（％く旧Ｎ？）に対し答
えノー（Ｎｏ）が得られるまで繰り返す。

これから先の溶媒比率が最小の半分より小さくないなら
ば、この最低百分率比率が最小と最小の半分の値の間に
あるかどうかの更に決定を行う。

答がイエス（ＹＥＳ）であれば、これが該当する最初の
溶媒であるかどうかの決定を更に行い（ＩＳＴ。

ＳＱＬ　？）　、答がイエス（ＹＥＳ）であれば、この
溶媒を次の吸込み期間に対する最小作動時間に割り当て
る（八ＳＳＮ、　ＭＩＮ、％）。答がノー（ＮＯ）であ
れば、ステップＡＳＳＮ、　　０％を取る。

このようにして、最小値より小さい弁作動時間を必要と
する任意の溶媒百分率が要求されれば、装置は、溶媒組
成を１回より多いピストンサイクルにわたる平均によら
しめる。平均化が行われるピストンサイクル数は、要求
される比率に従って変わり、これは、目標及び要求百分
率計算によって自動的に行われる。マイクロプロセッサ
１００は、平均化を行いうるように各ピストンサイクル
における溶媒の割り当て百分率のレコードを保つ。平均
化を行いうるサイクルの最小数は、蓄積された前のピス
トンサイクル割り当て数に依存し、平均化の行われるサ
イクルの実際の数は、要求される実際の比率に依存する
。

モータのマイクロステップの数によっては、要求される
百分率をマイクロステップの全数で正確に得ることがで
きないことに注意すべきである。

この誤差も、複数のポンプサイクルにわたって平均化さ
れ、溶媒の組成の精度が向上する。

また、勾配溶離を行う場合、線形に変わる組成が望まれ
るのに対して溶媒組成が決まった瞬間にしか変わり得な
いという事実に対し修正することも望ましい。再び、こ
れは、ＣＡＬＣ，ＴＡＲ，％とＣＡＬＣ。

ＲＥ（１、％ステップで達成することができる。

かくて、一つの吸込み期間の間に一つの溶媒をポンプ中
に入れて比率調整することが必要とされ、しかもｙ％を
与えるのにじゅうぶんな短い時間比率調整弁を開放する
ことができないような速度でポンプが運転されている場
合、−ピストン吸込み期間にＸかけるｙ％を入れ、次い
で（χかけるｙ）／ｙ＝ｘ％の平均百分率を与えるよう
に再びｙピストンサイクルを実行することを決定する。

要求される組成を得るために、系に何を入れたかを監視
し、そして次にこのピストンサイクルの間に平均に何を
加える必要があるのかを見出すために移動平均が用いら
れる。要求される比率のいずれかが比率調整弁が作動し
うる最小より小さいことが見出される場合、計算がなさ
れるピストンサイクルからそれは排除される。この比率
に対する要求値は、ピストンサイクルごとに自動的に増
加し、ついにそれは含まれるのにじゅうぶんな大きさに
達する。

この移動平均方法を用いることにより、一つより多いピ
ストンサイクルにわたる比率調整が任意の流量、弁のス
イッチング時間及び要求百分率に対し自動的に応じられ
る。

ピストンの速度は、モータの構造、カム輪郭及びピスト
ン寸法に依存する決まった関係によって、マイクロステ
ッピングパルスをモータに加える速度に関係するので、
吸込み時間及び吸込み容積は、マイクロステッピングパ
ルスをモータに加える速度に関係し、計算は、容積、時
間又はマイクロステップに置き換えて行うことができる
。

パルスモータを用い、かつ計算をマイクロステップに置
き換えて行うことは、便利であるが、計算に適当な修正
を加えて他の型のモータ、例えば直流モータを用いるこ
とができる。

説明した例では、多ピストン往復ポンプを用いたが、こ
の発明は、単ピストンポンプを用いて行うことができ、
単ピストンポンプでいっそう大きな重要性を生じること
さえありうる。なぜかといえば、多ピストンポンプを用
いる一つの理由は、所定の出力脈流に対して充てん時間
を増加させる点であるからである。したがって、単ピス
トンポンプでは、もどり行程したがって充てん時間は、
全ボ、ンブサイクルのいっそう小さい比率でさえあり、
溶媒を比率調整する問題がしたがって増加する。同様に
例で開示した脈流を減らす特定の方法は、この発明の不
可欠の部分でない。開示した溶媒比率調整方法は、任意
の型の往復ポンプで用いることができる。しかし、述べ
られた線形カムとパルスモータ駆動は、比率調整弁装置
の作動に要求される計算を単純化する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に従う液体クロマトグラフのブロッ
ク略図、 第２図は、第１図のクロマトグラフでの使用に適するポ
ンプの斜視図、 第３図は、第２図に示すポンプの平面図、第４ａ）〜ｊ
）図は、液体クロマトグラフに使用するために構成され
た多ピストンポンプの各ピストンによる液体の送出しを
示すグラフ、第５ａ）、ｂ）図は、正しくない時にモー
タ速度を変える影響と制御回路の正しい時への収れんを
示すグラフ、 第６図は、第１図のクロマトグラフで用いるのに適する
制御回路装置の一例のブロック略図、第７図は、第６図
の装置で用いられる割込み発生回路のブロック略図、 第８図は、第６図の装置で用いられる圧力監視装置のブ
ロック略図、 第９図は、第６図の装置で用いられる溶媒比率調整弁を
作動させる回路のブロック略図、第１０図は、第６図の
マイクロコンピュータに対する割込み信号の発生を説明
する流れ図、第１１図は、代表的な液体クロマトグラフ
ポンプのポンプヘッドの一つのシリンダの線図的断面図
、第１２図は、比率調整弁装置のための制御信号を発生
する一方法を説明する流れ図、 第１３図は、比率調整弁装置のための制御信号を発生ず
る別の方法を説明する流れ図である。 １・・・ピストンポンプ　　２・・・分離カラム３・・
・軸　　　　　　　　４・・・パルスモータ５・・・圧
力変換器　　　　６・・・試料注入器７・・・検出器　
　　　　　８・・・処理回路９・・・表示装置　　　　
　１０・・・制御回路装置１１・・・径路　　　　　　
　１２・・・入力装置１３・・・径路　　　　　　　１
４・・・径路１５・・・溶媒比率調整装置　１６・・・
径路２０・・・ポンプヘッド　　　２１．２２・・・サ
イドパネル２３・・・腕金　　　　　　　２４．２５・
・・腕金２６、２７・・・ピストン　　　２８．２９・
・・捧３０、３１・・・管　　　　　　３２．３３．３
４．３５・・・軸受３６、３７・・・カム　　　　　３
８．３９・・・カムフォロアー４０、４１・・・コイル
ばね　　４２・・・横部分４３・・・ブラケンｌ−４４
，４５・・・弾性止め座金４６、４７・・・管４８・・
・マニホルド４９・・・出口　　　　　　　５０・・・
軸符号器５１・・・検出器５２・・・ブラケット１００
・・・マイクロプロセッサ １０１・・・データバス　　　１０２・・・アドレスバ
ス１０３・・・制御バス　　　　１０４・・・記憶装置
１０５・・・割込み発生及びタイミング回路１０６・・
・Ｉ１０復号器 １０７・・・キーボード及び表示ユニット１０８・・・
圧力監視ユニット １０９・・・溶媒比率調整制御ユニット１１０・・・パ
ルスモータ駆動回路 １１１、１１２・・・ライン　　　１１３・・・Ｉｌｏ
　ｉ！択ババス１１４・・クロック発生器　１１５．１
１．６・・・ライン１２０・・・クロック入力 １２１、１２２．１２３・・・分周器チェーン１２４・
・・出力　　　　　　１２５．１２６．１２７・・・分
周器１３０・・・圧力変換器 １３１・・・電圧対周波数（Ｖ／Ｆ）変換器１３２・・
・アンドゲート１３３・・・カウンタ１３４・・・分周
器 １５０〜１５７・・・インターバルタイマ１５８・・・
ライン １６０〜１６３・・・セット・リセット双安定回路１６
４〜１６７・・・電磁弁駆動回路 １７０〜１７３・・・電磁弁　　２００・・・シリンダ
２０１・・・ピストン　　　　２０２・・・プラスチッ
クシール２０３、２０４・・・逆止め弁 特許出願人　　　エヌ・へ−・フィリップス・フルーイ
ランペンファブリケン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、往復ピストンポンプ、複数個の溶媒源、溶媒源とポ
   ンプ入口の間に取り付けた比率調整弁装置、入力の選択
   した混合物組成に応じて比率調整弁装置を制御する制御
   装置、ポンプの出口を分離カラムの入口に接続する装置
   、及びカラムの出口を検出器に接続する装置をそなえ、
   しかも前記制御装置は、個々の溶媒がピストンのもどり
   行程でポンプの入口に連続して接続されるような仕方で
   比率調整弁装置を制御し、かつ各溶媒がポンプ入口に接
   続される時間間隔を決定する第１装置と、比率調整弁装
   置が弁を決められた時間間隔の間作動させるための制御
   信号を発生させる第２装置とをそなえる液体クロマトグ
   ラフにおいて、制御装置が更に、所定の溶媒をポンプ入
   口に接続する必要のある最小時間間隔を増加させるため
   に複数のピストンサイクルにわたって平均することより
   選ばれた溶媒組成を得るように比率調整弁装置を制御す
   る第３装置をそなえることを特徴とする液体クロマトグ
   ラフ。 ２、要求される流量が所定値を越える場合いつも、制御
   装置の第３装置が動作することができる特許請求の範囲
   第１項記載の液体クロマトグラフ。 ３、制御装置が時間間隔のどれかが所定最小値より小さ
   いかどうかを決定する装置を更にそなえ、時間間隔のど
   れでも所定最小値より小さい場合、第３装置が作動する
   ことができる特許請求の範囲第１項記載の液体クロマト
   グラフ。 ４、制御装置が更に前の送出し行程の予圧縮容積を用い
   てもどり行程の開始時にシリンダ内の液体の減圧容積を
   決定する装置と、決められた減圧容積を用いて実際の吸
   込み期間を決定する装置とをそなえる特許請求の範囲第
   １〜３項のいずれか一つの項に記載の液体クロマトグラ
   フ。 ５、前記複数のピストンサイクルにわたる平均組成を選
   ばれた組成に導くために今の吸込み期間に対する溶媒組
   成が計算され、各溶媒をポンプの入口に接続する時間が
   計算され、計算された時間がどれかがあらかじめ設定さ
   れた最小より小さい場合、その溶媒が今の吸込みサイク
   ルから削除される特許請求の範囲第１〜４項のいずれか
   一つの項に記載の液体クロマトグラフ。 ６、複数のピストンサイクルが１６回である特許請求の
   範囲第１〜５項のいずれか一つの項に記載の液体クロマ
   トグラフ。