JPWO2019207850A1 - クロマトグラフィー分析システム - Google Patents

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Abstract

クロマトグラフィー分析システムは、分析流路中で移動相を送液するための送液ポンプ、前記分析流路中に試料を注入する試料注入部、試料を成分ごとに分離するための分離カラム、前記分離カラムを内部に収容して前記分離カラムの温度を予め設定された目標温度に調節するためのカラムオーブン、前記分析流路中を流れる移動相の流量が予め設定された目標流量となるように前記送液ポンプの動作を制御するように構成された送液制御部、及び前記目標流量が設定されたときに前記目標流量よりも低いカラム保護用流量を設定するように構成されたカラム保護用流量設定部を備えている。前記送液制御部は、前記送液ポンプによる移動相の送液が開始されたときに、前記カラムオーブン内の温度が前記目標温度に到達するまで、前記分析流路中を流れる移動相の流量が前記カラム保護用流量を超えないように前記送液ポンプの動作を制御するように構成されている。

Description

本発明は、液体クロマトグラフィー分析又は超臨界流体クロマトグラフィー分析を実施するためのクロマトグラフィー分析システムに関するものである。
クロマトグラフィー分析システムは、移動相を送液する送液ポンプ、試料を分析流路中に注入するオートサンプラ、試料を分離するための分離カラムを内部に収容して分離カラムの温度を一定に調節するカラムオーブン、分離カラムで分離された試料成分を検出するための検出器などで構成される。
クロマトグラフィー分析システムでは、送液ポンプによる移動相の送液流量やカラムオーブンの温度といった条件をユーザが設定して分析の開始の指示を入力すると、送液ポンプによる送液流量やカラムオーブン内の温度が設定された目標流量や目標温度になるように調節され、それらが目標値に達して安定した段階で、試料が分析流路中に注入されて分析が開始される。
ところで、液体クロマトグラフィー分析などで用いられる分離カラムに高流量の移動相が急に流入すると、分離カラムがダメージを受けて分離性能に悪影響が及ぶ場合があることが知られている。そのため、分離カラムに移動相を流し始める際に、移動相の流量を目標流量まで段階的に高めていくことが提案されている（特許文献１参照。）。
特開２０１５−１６６７２４号公報
分離カラムにダメージを与える要因として、分離カラムに流入する移動相の流量のほか、分離カラムの温度が挙げられる。例えば、分析システムの起動時に、カラムオーブンの温度が十分に高まっていない状態で高流量の移動相が分離カラム内を流れると、分離カラムに過剰な圧力がかかってしまい、分離カラムがダメージを受けてしまう。従来の分析システムでこの問題を解決するためには、一般的に、ユーザがカラムオーブンの温度を監視し、カラムオーブンの温度が十分に高まるのを見計らって送液ポンプを動作させるか、又は、移動相の流量が目標流量まで徐々に上昇していくように送液ポンプの動作を設定しておく必要があった。
カラムオーブンの温度が十分に高まるのを見計らって送液ポンプを動作させる場合、送液ポンプを完全に停止させた状態でカラムオーブンを昇温させると、分離カラムが過熱されてダメージを受ける虞がある。そのため、ユーザがカラムオーブンの温度を目視確認しながら送液ポンプの設定流量を徐々に高めていく必要があり、操作が煩雑になる。
一方で、移動相の流量が目標流量まで徐々に上昇していくように送液ポンプの動作を設定する場合、カラムオーブンの扉が開放されているといった何らかの理由でカラムオーブンの温度が十分に高まらないようなときには、分離カラムの温度が低い状態で高流量の移動相が送液ポンプから送液されてしまい、分離カラムがダメージを受けるといった事態も生じ得る。
そこで、本発明は、移動相の送液開始時に分離カラムが受けるダメージを軽減することを目的とするものである。
本発明に係るクロマトグラフィー分析システムは、分析流路と、前記分析流路中で移動相を送液するための送液ポンプと、前記分析流路中に試料を注入する試料注入部と、前記分析流路上における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ための分離カラムと、前記分離カラムを内部に収容して前記分離カラムの温度を予め設定された目標温度に調節するためのカラムオーブンと、前記分析流路中を流れる移動相の流量が予め設定された目標流量となるように前記送液ポンプの動作を制御するように構成された送液制御部と、前記目標流量が設定されたときに前記目標流量よりも低いカラム保護用流量を設定するように構成されたカラム保護用流量設定部と、を備えている。そして、前記送液制御部は、前記送液ポンプによる移動相の送液が開始されたときに、前記カラムオーブン内の温度が前記目標温度に到達するまで、前記分析流路中を流れる移動相の流量が前記カラム保護用流量を超えないように前記送液ポンプの動作を制御するように構成されている。
本発明に係るクロマトグラフィー分析システムの好ましい実施形態では、前記送液制御部は、前記送液ポンプによる移動相の送液が開始されてから予め設定された第１の時間が経過するまで前記分析流量中を流れる移動相の流量が徐々に上昇して前記カラム保護用流量に達するように前記送液ポンプの動作を制御し、前記分析流量中を流れる移動相の流量が前記カラム保護用流量に達した後で前記カラムオーブン内の温度が前記目標温度に到達しているか否かを確認し、前記カラムオーブン内の温度が前記目標温度に到達していることを確認してから予め設定された第２の時間が経過するまで前記分析流量中を流れる移動相の流量が徐々に上昇して前記目標流量に達するように、前記送液ポンプの動作を制御するように構成されている。これにより、分離カラムを流れる移動相の流量が徐々に上昇するため、分離カラムにおける圧力の上昇が緩やかになり、分離カラムへのダメージが軽減される。
さらに、前記送液制御部は、前記カラムオーブン内の温度が前記目標温度に到達する前に前記分析流路中を流れる移動相の流量が前記カラム保護用流量に達したときは、前記カラムオーブン内の温度が前記目標温度に到達するまで前記分析流路中を流れる移動相の流量が前記カラム保護用流量で維持されるように、前記送液ポンプの動作を制御するように構成されていてもよい。
本発明に係るクロマトグラフィー分析システムでは、送液ポンプによる移動相の送液が開始されたときに、カラムオーブン内の温度が設定温度に到達するまで、分析流路中を流れる移動相の流量が目標流量よりも低く設定されたカラム保護用流量を超えないように制御されるので、分離カラムの温度が低い状態で高流量の移動相が分離カラムに流入することが防止され、分離カラムに与えるダメージが軽減される。
クロマトグラフィー分析システムの一実施例を示す概略構成図である。 同実施例におけるシステム起動から分析までの一連の動作の一例を示すフローチャートである。 同実施例において移動相の流量を目標流量で安定させるまでの流量の時間変化の一例を示すグラフである。
クロマトグラフィー分析システムの一実施例について、図面を参照しながら説明する。以下では、クロマトグラフィー分析システムの一例として液体クロマトグラフィー用の分析システムを例に説明する。
この実施例のクロマトグラフィー分析システムは、送液ポンプ２、オートサンプラ４（試料注入部）、カラムオーブン６、検出器８及び制御装置１０を備えている。カラムオーブン６の内部には分離カラム１８が収容されている。送液ポンプ２、オートサンプラ４、分離カラム１８及び検出器８は配管によって互いに直列に接続されており、液体クロマトグラフィー分析のための分析流路１２を構成している。
送液ポンプ２は分析流路１２中で移動相を送液するためのものである。オートサンプラ４は送液ポンプ２の下流に接続されており、移動相の流れる分析流路１２中に試料を注入する。分離カラム１８はオートサンプラ４の下流に接続されており、オートサンプラ４により分析流路１２中に注入された試料を成分ごとに分離するためのものである。カラムオーブン６は分離カラム１８を内部に収容して分離カラム１８の温度を予め設定された目標温度に調節するためのものである。カラムオーブン６は、分離カラム１８を加熱するためのヒータ（図示は省略）や、分離カラム１８を収容する空間内の温度又は分離カラム１８を保持するホルダの温度をカラムオーブン６内の温度として検出するための温度センサ１６を備えている。検出器８は分離カラム１８の下流に接続され、分離カラム１８で分離された試料成分を検出するためのものである。
制御装置１０は、送液ポンプ２、オートサンプラ４、カラムオーブン６及び検出器８の動作管理を行なう。制御装置１０は、専用のコンピュータ又は汎用のコンピュータによって実現することができる。移動相の目標流量や分離カラム１８の目標温度といった分析条件は制御装置１０に対して設定され、制御装置１０は設定された分析条件に基づいて送液ポンプ２、オートサンプラ４、カラムオーブン６及び検出器８の動作を制御する。
制御装置１０は、送液制御部２０及びカラム保護用流量設定部２２を備えている。送液制御部２０及びカラム保護用流量設定部２２は、制御装置１０に設けられているマイクロコンピュータなどの演算素子がプログラムを実行することにより得られる機能である。
送液制御部２０は、分析流路１２を流れる移動相の流量が設定された目標流量となるように送液ポンプ２の動作速度を制御するものであるが、分析システムの起動直後など、送液ポンプ２やカラムオーブン６が停止していた状態から動作させる際には、温度センサ１６によって検出されるカラムオーブン６内の温度を監視しながら、送液ポンプ２の動作速度を高めるように構成されている。
具体的には、送液制御部２０は、カラムオーブン６内の温度が目標温度に到達するまでは、移動相の流量が目標流量よりも低く設定されたカラム保護用流量を超えないように送液ポンプ２の動作速度を制御する。
カラム保護用流量設定部２２は、移動相の目標流量が設定されたときに、目標流量よりも低いカラム保護用流量を設定するように構成されている。カラム保護用流量は、例えば目標流量の半分の流量である。
また、制御装置１０は、移動相の流量をカラム保護用流量及び目標流量に向かって徐々に高めていくように設定することができる。その場合、ユーザは、送液流量が０の状態からカラム保護用流量に到達させるまでの第１の時間Ｔ１、送液流量がカラム保護用流量の状態から目標流量に到達させるまでの第２の時間Ｔ２を制御装置１０に設定することができる。
時間Ｔ１、Ｔ２が設定されたときは、送液ポンプ２の動作を開始してから時間Ｔ１が経過したときに送液流量がカラム保護用流量となり、カラムオーブン６内の温度が目標温度に到達してから時間Ｔ２が経過したときに送液流量が目標流量となるように、送液制御部２０が送液ポンプ２の動作速度を制御する。
この実施例の分析システムの起動後の動作について、図１とともに図２のフローチャート及び図３のグラフを用いて説明する。
分析システムを起動し、ユーザが移動相の目標流量、時間Ｔ１、Ｔ２、カラムオーブン６の目標温度といった分析条件を制御装置１０に対して設定すると（ステップＳ１）、カラム保護用流量設定部２２が目標流量よりも低いカラム保護用流量を設定する（ステップＳ２）。目標流量や目標温度が設定されると、送液ポンプ２の送液動作及びカラムオーブン６の昇温動作が開始される。カラムオーブン６では、温度センサ１６によって検出される内部の温度が目標温度になるようにヒータ出力のフィードバック制御がなされる。一方で、送液制御部２０は、時間Ｔ１の経過後に送液流量がカラム保護用流量となるように送液ポンプ２の動作速度を徐々に上昇させる（ステップＳ３）。
送液ポンプ２の送液流量がカラム保護用流量に達すると（ステップＳ４）、送液制御部２０はカラムオーブン６内の温度（カラム温度）が目標温度に達しているか否かを判定する（ステップＳ５）。カラムオーブン６は温度センサ１６の検出温度が目標温度に達したときに、分離カラム１８の準備が完了したことを示す準備完了信号を制御装置１０へ送信するので、送液制御部２０はカラムオーブン６からの準備完了信号の有無によってカラムオーブン６内の温度が目標温度に達しているか否かを判定することができる。カラムオーブン６内の温度が目標温度に達していない場合には、カラムオーブン６内の温度が目標温度に達するまで、送液流量がカラム保護用流量で維持されるように送液ポンプ２の動作速度を制御する（ステップＳ６）。
カラムオーブン６内の温度が目標温度に達すると、送液制御部２０は、時間Ｔ２の経過後に送液流量が目標流量となるように、送液ポンプ２の動作速度を徐々に上昇させる（ステップＳ７）。送液流量が目標流量に達した後、送液制御部２０は送液流量が目標流量で安定するように送液ポンプ２の動作速度を制御する。制御装置２は、送液ポンプ２の送液流量が目標流量で安定したことを確認した後（ステップＳ８）、オートサンプラ４に試料を注入させ、分析を実行する（ステップＳ９）。
以上において説明したように、この実施例では、送液ポンプ２の送液流量が目標流量よりも低いカラム保護用流量まで徐々に高められるとともに、カラムオーブン６内の温度（分離カラム１８の温度）が目標温度に達するまでは送液流量がカラム保護用流量を超えないようになっているので、十分に温まっていない分離カラム１８に移動相が高流量で流入することが防止される。これにより、移動相の送液開始時に分離カラム１８が受けるダメージが軽減される。
なお、上記実施例は液体クロマトグラフィー分析用の分析システムであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、超臨界流体クロマトグラフィー用の分析システムに対しても同様に適用することができる。
２ 送液ポンプ
４ オートサンプラ
６ カラムオーブン
８ 検出器
１０ 制御装置
１２ 分析流路
１６ 温度センサ
１８ 分離カラム
２０ 送液制御部
２２ カラム保護用流量設定部
本発明に係るクロマトグラフィー分析システムの好ましい実施形態では、前記送液制御部は、前記送液ポンプによる移動相の送液が開始されてから予め設定された第１の時間が経過するまで前記分析流路中を流れる移動相の流量が徐々に上昇して前記カラム保護用流量に達するように前記送液ポンプの動作を制御し、前記分析流路中を流れる移動相の流量が前記カラム保護用流量に達した後で前記カラムオーブン内の温度が前記目標温度に到達しているか否かを確認し、前記カラムオーブン内の温度が前記目標温度に到達していることを確認してから予め設定された第２の時間が経過するまで前記分析流路中を流れる移動相の流量が徐々に上昇して前記目標流量に達するように、前記送液ポンプの動作を制御するように構成されている。これにより、分離カラムを流れる移動相の流量が徐々に上昇するため、分離カラムにおける圧力の上昇が緩やかになり、分離カラムへのダメージが軽減される。
カラムオーブン６内の温度が目標温度に達すると、送液制御部２０は、時間Ｔ２の経過後に送液流量が目標流量となるように、送液ポンプ２の動作速度を徐々に上昇させる（ステップＳ７）。送液流量が目標流量に達した後、送液制御部２０は送液流量が目標流量で安定するように送液ポンプ２の動作速度を制御する。制御装置１０は、送液ポンプ２の送液流量が目標流量で安定したことを確認した後（ステップＳ８）、オートサンプラ４に試料を注入させ、分析を実行する（ステップＳ９）。

Claims (6)

  1. 分析流路と、
    前記分析流路中で移動相を送液するための送液ポンプと、
    前記分析流路中に試料を注入する試料注入部と、
    前記分析流路上における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ための分離カラムと、
    前記分離カラムを内部に収容して前記分離カラムの温度を予め設定された目標温度に調節するカラムオーブンと、
    前記分析流路中を流れる移動相の流量が予め設定された目標流量となるように前記送液ポンプの動作を制御するように構成された送液制御部と、
    前記目標流量が設定されたときに前記目標流量よりも低いカラム保護用流量を設定するように構成されたカラム保護用流量設定部と、を備え、
    前記送液制御部は、前記送液ポンプによる移動相の送液が開始されたときに、前記カラムオーブン内の温度が前記目標温度に到達するまで、前記分析流路中を流れる移動相の流量が前記カラム保護用流量を超えないように前記送液ポンプの動作を制御するように構成されているクロマトグラフィー分析システム。
  2. 前記送液制御部は、前記送液ポンプによる移動相の送液が開始されてから予め設定された第１の時間が経過するまで前記分析流量中を流れる移動相の流量が徐々に上昇して前記カラム保護用流量に達するように前記送液ポンプの動作を制御し、前記分析流量中を流れる移動相の流量が前記カラム保護用流量に達した後で前記カラムオーブン内の温度が前記目標温度に到達しているか否かを確認し、前記温度センサにより検出される温度が前記目標温度に到達していることを確認してから予め設定された第２の時間が経過するまで前記分析流量中を流れる移動相の流量が徐々に上昇して前記目標流量に達するように、前記送液ポンプの動作を制御するように構成されている、請求項１に記載のクロマトグラフフィー分析システム。
  3. 前記第１の時間及び／又は前記第２の時間はユーザにより設定されるものである、請求項２に記載のクロマトグラフフィー分析システム。
  4. 前記送液制御部は、前記カラムオーブン内の温度が前記目標温度に到達する前に前記分析流路中を流れる移動相の流量が前記カラム保護用流量に達したときは、前記カラムオーブン内の温度が前記目標温度に到達するまで前記分析流路中を流れる移動相の流量が前記カラム保護用流量で維持されるように、前記送液ポンプの動作を制御するように構成されている、請求項１に記載のクロマトグラフィー分析システム。
  5. 前記カラム保護用流量設定部は、前記目標流量の半分の流量を前記カラム保護用流量として設定するように構成されている、請求項１に記載のクロマトグラフィー分析システム。
  6. 前記カラムオーブンは、当該カラムオーブン内の温度が目標温度に達したときに前記分離カラムの準備が完了したことを示す準備完了信号を出力するように構成され、
    前記送液制御部は、前記カラムオーブンからの前記準備完了信号の有無によって前記カラムオーブン内の温度が目標温度に達しているか否かを判定するように構成されている、請求項１に記載のクロマトグラフィー分析システム。
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