WO2011090188A1 - 液体クロマトグラフ、および液体クロマトグラフ用送液装置 - Google Patents

液体クロマトグラフ、および液体クロマトグラフ用送液装置 Download PDF

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庄司智広
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    • G01N2030/347—Control of physical parameters of the fluid carrier of fluid composition, e.g. gradient mixers

Definitions

  • the present invention relates to a liquid feeding device used for a liquid chromatograph.
  • the liquid chromatograph adds the sample to be analyzed to the solvent sent by the liquid delivery device, separates the components of the sample with a separation column, detects each component sent at different times with a detector such as a spectrometer, This is an analyzer that identifies the components of a sample.
  • a liquid feeding device a method of feeding a solvent by a plunger that reciprocates in a cylinder is known.
  • a gradient method is used in which a plurality of solvents are used and liquid is fed while changing the concentration (see, for example, Patent Document 1).
  • liquid is fed while changing the mixing ratio of a plurality of solvents, so that the resolution of the sample to be analyzed in the separation column is improved and the analysis time is shortened.
  • the mixing performance of the solvent affects the reproducibility of the measurement data of the sample to be analyzed.
  • the reproducibility of the measurement data may deteriorate.
  • attempts have been made to improve mixing performance using a mixer that mixes solvents (see, for example, Patent Document 2).
  • a mixing mixer is connected.
  • the flow channel volume for the mixing mixer increases, the analysis time becomes long.
  • the volume in the cylinder is included in the flow path volume. Analysis time will be longer.
  • An object of the present invention is to provide a gradient type liquid chromatograph capable of promoting the mixing of a solvent without increasing the flow path volume.
  • an embodiment of the present invention is a liquid that injects an analysis target sample after a plurality of solvents are mixed, detects components separated by a separation column, and analyzes the components of the analysis target sample.
  • a control unit that controls opening and closing of a valve provided to change a mixing ratio of a plurality of solvents, and a liquid feeding device that feeds the liquid by sucking and discharging the plurality of mixed solvents are provided.
  • the liquid feeding device is characterized in that a structure for generating a flow for promoting the mixing of the solvent is provided in a cylinder from which a plurality of mixed solvents are sucked and discharged.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a device configuration of a low-pressure gradient type liquid chromatograph using a plurality of solvents for feeding a sample to be analyzed.
  • a plurality of types of solvents stored in a plurality of containers 1 are selected by a switching device 2 having a plurality of switching valves 8 and are sucked and fed by a liquid feeding device 3.
  • the switching device 2 can select an arbitrary solvent from a plurality of solvents in the container 1, and can change the opening of the switching valve 8 with time so as to gradually change the mixing ratio of the plurality of solvents. it can.
  • the measurement sample is injected by the sample injection device 5 into the solvent supplied by the liquid supply device 3, and the measurement sample is separated into each component by the separation column 6, and each component causes a time difference and is sent to the detector 7. Sent in order and detected.
  • the control device 4 controls the flow rate of the liquid delivery device 3, the opening degree of the switching valve 8, the control of the sample injection timing of the sample injection device 5, and the operation command and detection data of the detector 7. Is called.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the configuration of the liquid feeding device 3 shown in FIG. 1, and shows the configuration of a plunger pump that feeds liquid by reciprocating the plunger in the cylinder.
  • the rotational motion of the motor 11 is transmitted to the camshaft 13 by the belt 12, the first plunger 23 is reciprocated by the cam 14, and the second plunger 26 is reciprocated by the cam 15.
  • the rotation speed of the camshaft 13 can be detected by a rotation sensor.
  • a disc 16 provided with a slit is attached to the camshaft 13, and the number of rotations of the camshaft 13 is determined by detecting the slit of the disc 16 with a sensor 17, such as an optical method, a capacitance method, or a magnetic force method. Can be detected.
  • the flow rate of the solvent in the container 1 is adjusted by the opening / closing timing and opening degree of the switching valve 8.
  • the check valve 21 is opened, and the first plunger 23 in the first cylinder 22 moves downward in the drawing, thereby
  • the first plunger 23 moves upward in the figure and the push-in operation is started.
  • the check valve 21 is closed and the check valve 24 is opened.
  • the second plunger 26 in the second cylinder 25 performs a suction operation in synchronization with the pushing operation of the first plunger 23, and the second cylinder 25. Is filled with a solvent.
  • the check valve 24 is closed, and the solvent inside the second cylinder 25 is sent from the delivery path 27 to the sample injection device 5 shown in FIG.
  • the piping of the delivery path 27 downstream of the second cylinder 25 is provided with a pressure sensor 18 for measuring the pressure in the piping, and the value of the pressure in the piping measured by the pressure sensor 18 is the liquid feeding device control unit 19. Sent to. Further, the rotational speed of the camshaft 13 is also measured by the sensor 17 and sent to the liquid feeding device control unit 19. Based on these two values, the liquid delivery device control unit 19 controls the rotation speed of the motor 11. Further, in the gradient method in which the mixing ratio of the plurality of solvents is gradually changed with time, the liquid feeding device control unit 19 performs control to change the opening / closing timing and the opening degree of the switching valve 8 corresponding to the corresponding solvent.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing the structure of the first cylinder 22 shown in FIG.
  • the solvent is sucked from the inlet portion 31 and discharged from the outlet portion 32.
  • An uneven portion 33 such as a groove is provided on the inner wall of the first cylinder 22 and has an effect of promoting the mixing of a plurality of solvents while the solvent is sucked and discharged.
  • the shape of the concavo-convex portion 33 for example, dimples are expected to have a great effect.
  • by forming, for example, a spiral groove as the shape of the concavo-convex portion 33 processing during manufacture is facilitated.
  • the mixing of the solvent can be promoted.
  • FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing the configuration of the liquid feeding device, as in FIG. 2, and shows an example in which a plunger pump configured to drive the plunger without using a cam is adopted for the liquid feeding device 41. Since no cam is used, the reciprocation of the first plunger and the second plunger can be controlled independently. It is also possible to change the stroke of each plunger.
  • Rotational operation of the motor 42 causes the first plunger 45 in the first cylinder 46 to move linearly by the worm gear mechanism 44.
  • the rotation speed of the motor 42 is changed, the linear movement speed of the first plunger 45 is changed, and when the motor 42 is rotated in the reverse direction, the linear movement direction of the first plunger 45 is changed in the reverse direction.
  • the mixing of the solvent can be further promoted by providing the irregularities 33 as shown in FIG. 3 on the inner surfaces of the first cylinder 46 and the second cylinder 49.
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing the structure of the cylinder 51, as in FIG.
  • a plurality of recesses 55 for generating a swirling flow as shown by arrows in FIG.
  • four concave portions 55 are arranged at the tip of the plunger 53.
  • the slopes constituting these four recesses 55 are all formed so as to be highest in the central axis of the plunger 53 and lower in the outer circumferential direction.
  • the directions of twist when the inclined surfaces of the four concave portions 55 are viewed from the front end side of the plunger 53 are aligned. As shown in FIG.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing the structure of the cylinder 61, as in FIG.
  • the inner peripheral surface of the cylinder 61 is provided with a concave portion 65 that is wide and extends spirally in the axial direction.
  • a special device for mixing the solvents is not added, so that the flow path volume is increased. Without mixing, the mixing of the solvent can be promoted inside the plunger pump, so that a gradient type liquid chromatograph that can be improved can be provided.

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Abstract

　流路体積を増加させることなく、複数の溶媒の混合を促進させることができるグラジエント方式の液体クロマトグラフを提供する。このために、複数の溶媒を容器から吸引し試料注入装置へ送液する送液装置と、試料を成分に分離する分離カラムと、分離カラムから送液される試料の成分を検出する検出器とを設ける。ここで、送液装置は、複数の溶媒を吸引口から吸引し試料注入装置へ吐出口から送液するとともに、吸引口から吐出口の間で複数の溶媒を混合する。また、該送液装置は、シリンダとその内部を往復動するプランジャとを備え、シリンダの内壁に前記複数の溶媒に旋回流を生じさせる凹部を設ける。

Description

液体クロマトグラフ、および液体クロマトグラフ用送液装置
　本発明は、液体クロマトグラフに用いられる送液装置に関する。
　液体クロマトグラフは、送液装置により送液される溶媒に分析対象試料を加え、分離カラムで試料の成分分離を行い、異なる時間で送られる各成分を分光計等の検出器で検出して、試料の成分を特定する分析装置である。送液装置の一例として、シリンダ内で往復運動するプランジャにより溶媒の送液を行う方式が知られている。
　分析対象試料によっては、複数の溶媒を用い、濃度を変化させながら送液するグラジエント方式が用いられる（例えば、特許文献１参照）。この送液システムは、複数の溶媒の混合比を変化させながら送液することで、分析対象試料の分離カラムでの分離度が向上し、分析時間の短縮がはかれる。グラジエント送液システムでは、溶媒の混合性能が分析対象試料の測定データの再現性を左右する。混合され難い溶離液を使用する際は、測定データの再現性が悪化する可能性がある。測定データの再現性を向上させるために、溶媒を混合するミキサーを用いて混合性能を向上させる試みがなされている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００４－２７１４０９号公報 特開平９－３２５１４１号公報
　液体クロマトグラフのグラジエント方式における溶媒の混合性能を向上させる目的で、混合ミキサーを接続することが行われているが、混合ミキサー分の流路体積が増加するために分析時間が長くなってしまう。特に、溶媒を送液するポンプの手前で溶媒を混合させることを特徴とする低圧グラジエント方式と呼ばれる送液方式では、シリンダ内の体積が流路体積に含まれてしまう為、ミキサの併用によりさらに分析時間が長くなってしまう。
　本発明は、流路体積を増加させることなく溶媒の混合を促進させることができるグラジエント方式の液体クロマトグラフを提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明の実施態様は、複数の溶媒が混合された後に分析対象試料を注入し、分離カラムで分離された成分を検出して分析対象試料の成分を分析する液体クロマトグラフにおいて、複数の溶媒の混合比を変化させるように設けられた弁の開閉を制御する制御ユニットと、混合された複数の溶媒を吸引し吐出することで送液する送液装置とを備え、送液装置は、混合された複数の溶媒が吸引され吐出されるシリンダに溶媒の混合を促進させる流れを生み出す構造を設けたことを特徴とする。
　本発明によれば、流路体積を増加させることなく溶媒の混合を促進させることができるグラジエント方式の液体クロマトグラフを提供することができる。
低圧グラジエント方式液体クロマトグラフの装置構成を示す構成図である。 送液装置の構成を示す縦断面図である。 図２に示した第１シリンダの構造を示す縦断面図である。 送液装置の構成を示す縦断面図である。 送液装置の構成を示す縦断面図である。 送液装置の構成を示す縦断面図である。
　以下、本発明の実施例を、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は後述する実施例に限定されるものでなく、様々な変形例が含まれる。例えば後述する実施例では、本発明を分かりやすく説明するために詳細な構成を説明するが、必ずしも全ての構成を備える必要はない。また、ある実施例の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を組み合わせることも可能である。また、各実施例の構成に他の構成を追加、構成の一部を削除又は置換することも可能である。
　図１は、分析対象試料を送液する溶媒を複数用いた低圧グラジエント方式の液体クロマトグラフの装置構成を示す構成図である。複数の容器１に収納された複数の種類の溶媒が、複数の切換弁８を有する切換装置２により選択され、送液装置３により吸引され送液される。切換装置２は、容器１の中の複数の溶媒の中から任意の溶媒を選択可能であり、複数の溶媒の混合比を徐々に変化させるように切換弁８の開度を時間変化させることができる。送液装置３によって送液された溶媒の中に、試料注入装置５により測定試料が注入され、分離カラム６にて測定試料が各成分に分離され、各成分が時間差を生じて検出器７に順に送られ、検出される。
　送液装置３の送液流量の制御、切換弁８の開度の制御、試料注入装置５の試料注入のタイミングの制御、検出器７の動作指令と検出データの受信は、制御装置４により行われる。
　図２は、図１に示した送液装置３の構成を示す縦断面図であり、シリンダーの中をプランジャが往復動することで送液を行うプランジャポンプの構成を示している。モータ１１の回転運動は、ベルト１２によってカムシャフト１３へ伝達され、カム１４により第１プランジャ２３が往復動作し、カム１５により第２プランジャ２６が往復動作する。カムシャフト１３の回転数は、回転センサで検知することができる。例えば、カムシャフト１３にスリットを設けた円板１６を取り付け、光学方式、静電容量方式、磁力線方式などのセンサ１７で、円板１６のスリットを検知することで、カムシャフト１３の回転数を検知することができる。
　容器１内の溶媒の流量は、切換弁８の開閉のタイミングと開度で調整される。容器１中の溶媒が吸入路２０から送液装置３へ吸引されるとき、はじめに逆止弁２１が開放され、第１シリンダ２２内の第１プランジャ２３が図の下方へ移動することで溶媒の吸引動作を開始し、第１シリンダ２２が溶媒で満たされると、第１プランジャ２３が図の上方へ移動して押し込み動作が開始される。このとき、逆止弁２１が閉鎖するとともに逆止弁２４が開き、第２シリンダ２５内の第２プランジャ２６が、第１プランジャ２３の押し込み動作に同期して吸引動作を行い、第２シリンダ２５の内部を溶媒で満たす。次に、第２プランジャ２６の押し込み動作が開始されると、逆止弁２４が閉鎖して、第２シリンダ２５の内部の溶媒が送出路２７から図１に示した試料注入装置５へ送出される。
　第２シリンダ２５の下流の送出路２７の配管には、配管内の圧力を計測する圧力センサ１８が設けられ、この圧力センサ１８で計測された配管内の圧力の値が送液装置制御ユニット１９へ送られる。また、カムシャフト１３の回転数も前述のセンサ１７で計測されて送液装置制御ユニット１９へ送られる。これら２つの値に基づいて、送液装置制御ユニット１９は、モータ１１の回転数を制御する。さらに、複数の溶媒の混合比を時間とともに徐々に変化させるグラジエント方式では、送液装置制御ユニット１９は、該当する溶媒に対応する切換弁８の開閉タイミング、開度を変化させる制御を行う。
　図３は、図２に示した第１シリンダ２２の構造を示す縦断面図である。第１プランジャ２３の往復動作により、溶媒は入口部３１から吸引され、出口部３２から吐出される。第１シリンダ２２の内壁には溝などの凹凸部３３が設けられており、溶媒が吸引され吐出される間に、複数の溶媒の混合が促進される効果がある。凹凸部３３の形状として、例えばディンプルにすると効果が大きいことが予想される。また、凹凸部３３の形状として、例えばらせん状の溝とすることにより、製造時の加工も容易になる。第２シリンダ２５についても同様の構造とすることで、溶媒の混合を促進することができる。
　図４は、図２と同様、送液装置の構成を示す縦断面図であり、カムを使わずにプランジャを駆動する構成のプランジャポンプを送液装置４１に採用した例を示している。カムを使用しないので、第１プランジャと第２プランジャの往復動作を独立して制御することができる。また、各プランジャのストロークを変えることも可能である。
　モータ４２の回転動作が、ウォームギヤ機構４４により、第１シリンダ４６内の第１プランジャ４５を直線移動させる。モータ４２の回転数を変えると第１プランジャ４５の直線移動の速度が変わり、モータ４２を逆回転させると第１プランジャ４５の直線移動方向が逆方向に変わる。
　第２プランジャ４８についても同様であり、モータ４３の回転動作が、ウォームギヤ機構４７により、第２シリンダ４９内の第２プランジャ４８を直線移動させる。モータ４３の回転数を変えると第２プランジャ４８の直線移動の速度が変わり、モータ４３を逆回転させると第２プランジャ４８の直線移動方向が逆方向に変わる。
　この機構を用いることで、粘性等の性質の異なる複数の溶媒のグラジエント混合の場合に、粘性が大きい溶媒の混合割合が大きい場合と、粘性が小さい溶媒の混合割合が大きい場合とのそれぞれに合わせたプランジャのストロークや速度に設定することができる。
　図４に示したようなプランジャポンプにおいても、第１シリンダ４６や第２シリンダ４９の内面に、図３に示したような凹凸３３を設けることで、溶媒の混合を一層促進することができる。
　図５は、図３と同様に、シリンダ５１の構造を示す縦断面図である。プランジャ５３の先端には、図５（ｂ）に矢印で示すような旋回流を生じさせる凹部５５を複数設けておく。図５（ｂ）の場合、プランジャ５３の先端には４つの凹部５５が配置されている。これら４つの凹部５５を構成する斜面は、いずれもプランジャ５３の中心軸において最も高く、外周方向ほど低くなるように形成されている。４つの凹部５５の斜面を、プランジャ５３の先端側から見た捩れの方向は揃えられている。図５（ａ）に示すように、プランジャ５３が図の右から左方向へ移動するとき、入口部５２から吸引された複数の溶媒は凹部５５で押され、矢印で示すような旋回流となる。従って、入口部５２から吸引された複数の溶媒がプランジャ５３に沿って流れる間に複数の溶媒の混合が促進され、最終的には出口部５４から吐出される。
　図６は、図３と同様に、シリンダ６１の構造を示す断面図である。図６の場合、シリンダ６１の内周面には、幅広であり、かつ、軸方向にらせん状に延びる凹部６５が設けられている。この凹部６５が存在することにより、プランジャ６３が図の右から左方向へ移動すると、入口部６２から吸引された複数の溶媒は、プランジャ６３に押されるように凹部６５に沿って流れることになる。この際、複数の溶媒には旋回流が発生し、溶媒の混合が促進されながら出口部６４に流れる。最終的には、混合された複数の溶媒が出口部６４から吐出される。
　以上述べたように、本発明の実施例によれば、複数の溶媒を混合させるグラジエント方式の液体クロマトグラフにおいて、溶媒を混合するための特別な装置を追加することがないので流路体積が増加せず、プランジャポンプの内部で溶媒の混合を促進することができるので、向上させることができるグラジエント方式の液体クロマトグラフを提供することができる。
１　容器
２　切換装置
３　送液装置
４　制御装置
８　切換弁
２２　第１シリンダ
２３　第１プランジャ
２５　第２シリンダ
２６　第２プランジャ
３３　凹凸部
４５　第１プランジャ
４６　第１シリンダ
４８　第２プランンジャ
４９　第２シリンダ
５１　シリンダ
５３　プランジャ
５５　凹部
６１　シリンダ
６３　プランジャ
６５　凹部

Claims (8)

  1. 　複数の溶媒が混合された後に分析対象試料を注入する試料注入装置と、該試料注入装置から送られた溶媒中の前記分析対象試料を成分に分離する分離カラムと、該分離カラムで分離された前記分析対象試料の成分を検出する検出器とを備えた液体クロマトグラフにおいて、
    　前記複数の溶媒を吸引口から吸引し前記試料注入装置へ吐出口から送液するとともに、該吸引口から該吐出口の間で前記複数の溶媒を混合する送液装置を有することを特徴とする液体クロマトグラフ。
  2. 　請求項１の記載において、前記送液装置は、前記吸引口から前記吐出口の間に設けられたシリンダと、該シリンダの内部を往復動するプランジャとを備え、該シリンダの内壁に凹部が設けられていることを特徴とする液体クロマトグラフ。
  3. 　請求項２の記載において、前記シリンダの内壁に設けられた凹部はらせん状の溝であることを特徴とする液体クロマトグラフ。
  4. 　請求項１の記載において、前記送液装置は、前記吸引口から前記吐出口の間に設けられたシリンダと、該シリンダの内部を往復動するプランジャとを備え、該プランジャの先端に、前記溶媒に旋回流を生じさせる凹部が設けられていることを特徴とする液体クロマトグラフ。
  5. 　複数の溶媒が混合された後に分析対象試料を注入する試料注入装置と、該試料注入装置から送られた溶媒中の前記分析対象試料を成分に分離する分離カラムと、該分離カラムで分離された前記分析対象試料の成分を検出する検出器とを備えた液体クロマトグラフに用いられる液体クロマトグラフ用送液装置において、
    　前記複数の溶媒を吸引する吸引口と、前記試料注入装置へ送液する吐出口とを備え、該吸引口から該吐出口の間で前記複数の溶媒を混合することを特徴とする液体クロマトグラフ用送液装置。
  6. 　請求項５の記載において、前記吸引口から前記吐出口の間に設けられたシリンダと、該シリンダの内部を往復動するプランジャとを備え、該シリンダの内壁に凹部が設けられていることを特徴とする液体クロマトグラフ用送液装置。
  7. 　請求項６の記載において、前記シリンダの内壁に設けられた凹部はらせん状の溝であることを特徴とする液体クロマトグラフ用送液装置。
  8. 　請求項５の記載において、前記吸引口から前記吐出口の間に設けられたシリンダと、該シリンダの内部を往復動するプランジャとを備え、該プランジャの先端に、前記溶媒に旋回流を生じさせる凹部が設けられていることを特徴とする液体クロマトグラフ用送液装置。
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