WO2012070431A1 - ポータブルな液体クロマトグラフ及び液体クロマトグラフィー - Google Patents

Abstract

　測定対象の目的物質を含む試料液を分析するＬＣ装置であって、移動相溶媒を搬送するためのＥＯポンプ２１と、ＥＯポンプ２１の下流側に配置され、内部に充填剤を保持した分離カラム５と、分離カラム５の下流側に配置され、分離カラム５から出力された目的物質を分析する検出器７と、ＥＯポンプ２１の下流側に配置され、ＥＯポンプ２１の下流側に設けられた第２のリザーバ２２に貯留された移動相溶媒の流体圧力又は流路に貯留された移動相溶媒の流体圧力を調整する圧力調整機構８０と、を備える。

Description

ポータブルな液体クロマトグラフ及び液体クロマトグラフィー

　本発明は、液体クロマトグラフ及び液体クロマトグラフィーに関するものである。

　従来、液体クロマトグラフ（ＬＣ装置）として、測定対象の目的物質を含む移動相溶媒を搬送するポンプを備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１記載のＬＣ装置は、送液するポンプ、ポンプの出口側に接続され分析試料（試料液）を移動相溶媒へ混入させる注入部、注入部に接続され試料液中の目的物質を分離するための充填剤を含む分離カラム、及び目的物質を検出するための検出器を備えている。ポンプによって送り出された移動相溶媒は、注入部を経由し、目的物質を含んだ試料液として分離カラムへ供給され、検出器によって目的物質に関する特性が検出される。

　また、送液するポンプとして、電気浸透流ポンプ（ＥＯポンプ）が知られている（例えば、特許文献２,３参照）。特許文献２,３記載のＥＯポンプは、搬送対象の液体を貯留するリザーバ、リザーバの出口側に取り付けられ液体を透過可能な電気浸透材及び電極を備えている。電気浸透材に対して電圧が印加されると、電気浸透材が負に帯電するとともに電気浸透材に浸透した液体が局所的に正に帯電するため、電界方向に電気浸透流が発生し、リザーバ内の液体がリザーバ外部へ搬出される。このＥＯポンプは、マイクロ流体チップ内へ液体を供給するために好適に採用される。また、特許文献２,３記載のＥＯポンプは、低電圧で駆動するものである。

特開２００６－２７５６４０号公報 特開２００８－０７４６７７号公報 特開２００６－０２２８０７号公報

　生活の安全又は環境保全の観点から、得られた情報を迅速に現場にフィードバックできる現場分析への社会的ニーズは高まっている。すなわち、実験室又は研究室での使用を目的とした大型分析機器ではなく、現場で分析することを目的とした小型で軽量のモバイル型分析装置が望まれている。小型分析機器の用途は、環境モニター、食品管理、臨床検査、プラント管理と多岐にわたっており、モバイル型分析機器の理想形は多用途汎用型とされている。このような多用途汎用型の分析機器として、特許文献１記載のＬＣ装置又は高速液体クロマトグラフ（ＨＰＬＣ装置）が挙げられる。

　ここで、特許文献１記載のＬＣ装置にＥＯポンプを採用することで小型化を図ることが考えられる。しかしながら、従来のＥＯポンプにあっては、駆動電圧が高いため家庭用電源等から電力を得て駆動せざるを得ず、分析機器のモバイル化を実現するためには、バッテリで動作可能な程度までＥＯポンプの消費電力を抑える必要がある。仮に、特許文献２,３記載の低電圧で駆動するＥＯポンプを採用した場合であっても、バッテリを用いて好適に駆動させるためには、消費電力に関して改善の余地がある。

　当技術分野においては、ＥＯポンプの消費電力を抑制することができる液体クロマトグラフ及び液体クロマトグラフィーが望まれている。

　本発明者等は、鋭意研究を重ねた結果、ＥＯポンプの下流側に配置され移動相溶媒を貯留するリザーバ又はＥＯポンプの下流側の流路において、移動相溶媒を導入するときに除去しきれないエアバブル又は内部構造の緩みが存在していることが原因で、測定に必要な圧力まで移動相溶媒の圧力を高めるための余分なポンプ駆動を必要としていることを見出し、本発明を完成させた。

　すなわち、本発明の一側面に係る液体クロマトグラフは、無機イオンまたは溶解性有機化合物を目的物質として含む試料液を分析する液体クロマトグラフである。この液体クロマトグラフは、移動相溶媒を搬送するための電気浸透流ポンプと、前記電気浸透流ポンプの下流側に配置され、内部に充填剤を保持した分離カラムと、前記分離カラムの下流側に配置され、前記分離カラムから出力された目的物質を分析する検出器と、前記電気浸透流ポンプの下流側に配置され、前記電気浸透流ポンプの下流側に設けられたリザーバに貯留された前記移動相溶媒の流体圧力又は流路に貯留された前記移動相溶媒の流体圧力を調整する圧力調整機構と、を備える。

　この液体クロマトグラフでは、電気浸透流ポンプの下流側に配置された圧力調整機構により、電気浸透流ポンプの下流側に設けられたリザーバに貯留された移動相溶媒の流体圧力又は流路に貯留された移動相溶媒の流体圧力が調整される。このように、電気浸透流ポンプとは独立に圧力調整機構を備えることで、電気浸透流ポンプが液送以外の目的で駆動することを回避するために電気浸透流ポンプの下流側の移動相溶媒の流体圧力を調整することができる。このため、電気浸透流ポンプに余分な負荷を与えることを回避することが可能となるので、電気浸透流ポンプの消費電力を抑制することができる。

　一実施形態では、前記圧力調整機構は、流体圧力を上昇させるように調整してもよい。さらに、一実施形態では、前記圧力調整機構は、前記電気浸透流ポンプの起動前又は定格流量に達するまでの前記電気浸透流ポンプ起動中に流体圧力を調整してもよい。このように構成することで、リザーバ又は電気浸透流ポンプの下流側の流路において、除去困難なエアバブル又は内部構造の緩みが与える影響を小さくすることができる。

　一実施形態では、前記圧力調整機構は、前記リザーバの内部容積又は前記流路の内部容積を減少させることで加圧してもよい。このように構成することで、簡易な構成で加圧調整をすることができる。

　一実施形態では、前記圧力調整機構は、前記リザーバ又は前記流路に設けられ、内部まで貫通されたネジ穴と、前記ネジ穴に挿入され、前記リザーバの内部又は流路内部へ突出するネジと、を備えて構成されてもよい。このように構成することで、より一層簡易な構成で加圧調整をすることができる。

　一実施形態では、前記電気浸透流ポンプ、前記リザーバ及び前記圧力調整機構が、ポンプモジュールとして一体化されていてもよい。このように構成することで、ポンプモジュールのみ交換可能であるため、汎用性に優れている。

　一実施形態では、前記電気浸透流ポンプの電源となるバッテリを備えていてもよい。このように構成することで、電源の場所に関わらず分析することができる。

　さらに、一実施形態では、前記分離カラムから出力された目的物質を流通させるフローセルを備え、前記フローセル及び前記検出器が、前記分離カラムが内部に形成された基板に着脱可能に取り付けられていてもよい。このように構成することで、同一の分離カラムを用いて異なる検出器を採用することができるので、汎用性に優れているとともに選択的でかつ多角的な分析が可能となる。

　また、本発明の他の側面に係る液体クロマトグラフィーは、測定対象の目的物質を含む試料液を電気浸透流ポンプにより分離カラムへ搬送して分析する液体クロマトグラフィーである。この液体クロマトグラフィーは、前記電気浸透流ポンプの起動前又は定格流量に達するまでの前記電気浸透流ポンプ起動中に、前記電気浸透流ポンプの下流側に配置され、前記電気浸透流ポンプの下流側に設けられたリザーバに貯留された移動相溶媒の流体圧力又は流路に貯留された前記移動相溶媒の流体圧力を調整する圧力調整ステップを備える。

　この液体クロマトグラフィーでは、電気浸透流ポンプの起動前に圧力調整ステップが実行される。このため、電気浸透流ポンプが一定流量に速やかに達し，安定して送液するまでの消費電力を削減するために電気浸透流ポンプの下流側の移動相溶媒の流体圧力を調整することができる。

　一実施形態では、前記圧力調整ステップは、前記リザーバの内部容積又は前記流路の内部容積を減少させることで加圧してもよい。このように構成することで、簡易な構成で加圧調整をすることができる。

　本発明の種々の側面及び実施形態によれば、液体クロマトグラフに採用されたＥＯポンプの消費電力を抑制することができる。

第１実施形態に係る液体クロマトグラフを示す構成概要図である。 図１に示す液体クロマトグラフの送液系系統構成を示す概要図である。 図１の分離カラムの平面図である。 図３に示す分離カラムのIV-IV線に沿った断面図である。 図１に示す液体クロマトグラフの一部断面図である。 図１のＥＯポンプモジュールの断面図である。（ａ）は、駆動液を駆動させる前の状態、（ｂ）は、駆動液を駆動させた状態を示す。 従来のＥＯポンプモジュールの作用効果を説明する概要図である。（ａ）は、駆動液を駆動させる前の状態、（ｂ）は、駆動液を駆動させた状態、（ｃ）は、駆動液をさらに駆動させた状態を示す。 図１のＥＯポンプモジュールの作用効果を説明する概要図である。（ａ）は、駆動液を駆動させる前の状態、（ｂ）は、駆動液を駆動させる前に挿入部材を挿入した状態、（ｃ）は、挿入部材を挿入した状態で駆動液を駆動させた状態を示す。 図１及び従来のＥＯポンプモジュールの流量を時系列で示すグラフである。 第２実施形態に係る液体クロマトグラフの一部断面図である。 実施例に係るＥＯポンプモジュールの流速を時系列で示すグラフである。（ａ）は、ポンプ内蔵の流量センサによる検出量であり、（ｂ）は、ＥＯポンプモジュールとインジェクタとの間に配置した流量センサによる検出量である。 実施例に係る液体クロマトグラフの分析結果を示すグラフである。（ａ）はカテキン類の検出結果、（ｂ）はフェノール類の検出結果、（ｃ）は、カテコールアミンの検出結果、（ｄ）はアミノ酸の検出結果である。 実施例及び比較例に係る液体クロマトグラフのポンプモジュールの流量を時系列で示すグラフである。（ａ）は、比較例１の流速の時間依存性を示し、（ｂ）は、実施例３の流速の時間依存性を示す。

　以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
　最初に、本実施形態の構成を説明する。図１は、第１実施形態に係る液体クロマトグラフ（ＬＣ装置）の構成図である。本実施形態に係るＬＣ装置は、例えば、化学分析全般、工程管理、環境モニタリング、医療診断、創薬スクリーニング、又はマイクロリアクターとの連携等に好適に採用されるものであって、特にフィールドにおける分析において携帯型（可搬型）のＬＣ装置として採用されるものである。

　図１に示すように、本実施形態のＬＣ装置１は、液送可能な電気浸透流ポンプモジュール（ＥＯポンプモジュール）２を備えている。ＥＯポンプモジュール２は、制御部１１に接続されており、制御部１１からの信号で駆動可能に構成されている。制御部１１は、バッテリ１２に接続されており、バッテリ１２を電源として駆動可能に構成されている。制御部１１は、例えば入力インターフェースに接続されており、手動でＥＯポンプ２１の駆動、停止や制御態様を操作可能に構成されている。

　ＥＯポンプモジュール２は、第１のリザーバ２０、電気浸透流ポンプ（ＥＯポンプ）２１、第２のリザーバ２２及び圧力調整機構８０を備えている。第１のリザーバ２０は、ＥＯポンプ２１の入口側に接続されており、ＥＯポンプ２１により駆動される駆動液を貯留する機能を有している。ＥＯポンプ２１は、電界により液送するポンプであって、例えば、液体と接触した際に表面が帯電する誘電体の多孔質材料からなる電気浸透材と、液送方向に印加可能な電極とを備えている。また、第２のリザーバ２２は、ＥＯポンプ２１の出口側に接続され、移動相溶媒を貯留する機能を備えている。移動相溶媒は、ＥＯポンプ２１の下流側の液体である。圧力調整機構８０は、第２のリザーバ２２に設けられており、第２のリザーバ２２内に貯留された移動相溶媒の流体圧力を調整する機能を有している。なお、圧力調整機構８０の詳細は後述する。

　また、ＥＯポンプモジュール２は、インジェクタ３を介してＬＣ用のチップ４に接続されている。インジェクタ３は、ＥＯポンプモジュール２により供給された移動相溶媒をチップ４へ供給する機能を有している。なお、インジェクタ３からチップ４へ供給される目的物質を含む液体を、以降では「試料液」と称する。すなわち、試料液は、チップ４へ供給される直前の目的物質を含む液体のことを意味する。また、目的物質とは、ここでは無機イオン又は溶解性有機化合物である。

　チップ４は、微小流体チップデバイスであって、試料液中の目的物質を分離するための充填剤を含む分離カラム５、目的物質の分析のためのフローセル６及び検出器７を備えている。分離カラム５は、インジェクタ３に接続されており、インジェクタ３により試料液が注入可能に構成されている。また、分離カラム５は、その内部に目的物質を含む移動相溶媒を流通させる際に、充填剤によって目的物質を分離させて流通させる機能を有している。フローセル６は、分離カラム５の出口側に接続されている。また、フローセル６は、分離カラム５により処理された目的物質を流通させる流路を画成する。検出器７は、フローセル６により画成された流路を流通する目的物質に対して、電圧を印加することで得られる特性に基づいて、試料液内に含まれる物質を検出する機能を有している。なお、分析後の目的物質を含む移動相溶媒は廃液として放出される。

　次に、ＬＣ装置１の各構成要素について詳細を説明する。図２は、ＬＣ装置１の送液系系統構成を示す概要図である。図２は、ＥＯポンプモジュール２とインジェクタ３との間の送液系系統構成を示す概要図である。なお、本実施形態に係るＬＣ装置１は、ＥＯポンプモジュール２を複数備えてもよいため、ここでは図１に示すＥＯポンプモジュール２を２つ備える場合を説明する。

　図２に示すように、ＬＣ装置１の送液系系統は、ＥＯポンプモジュール２ａ,２ｂ、２方弁９ａ,９ｂ及び４方弁１０を備えている。ＥＯポンプモジュール２ａは、２方弁９ａ、４方弁１０を介してインジェクタ３へ接続される。同様に、ＥＯポンプモジュール２ｂは、２方弁９ｂ、４方弁１０を介してインジェクタ３へ接続される。すなわち、ＥＯポンプモジュール２ａ,２ｂは、並列にインジェクタ３へ接続されている。

　ＥＯポンプモジュール２ａ,２ｂと２方弁９ａ,９ｂとの間には、流量センサ８ａ,８ｂが配置されている。制御部１１は、流量センサ８ａ,８ｂに接続されており、流量センサ８ａ,８ｂにより検出された流量を取得可能に構成されている。また、制御部１１は、バッテリ１２、ＥＯポンプモジュール２ａ，２ｂと接続されており、バッテリ１２を電源としてＥＯポンプモジュール２ａ，２ｂに電圧を印加する機能を有している。すなわち、制御部１１は、流量センサ８ａ,８ｂにより検出された流量に基づいて、ＰＩＤ制御やフィードバック制御可能に構成されている。なお、制御部１１は、２方弁９ａ,９ｂ及び４方弁１０の開閉を制御可能に構成されていてもよい。以上の構成により、ポンプモジュール２ａ，２ｂの何れか一方から選択的に移動相溶媒がインジェクタ３へ供給され、あるいは、ポンプモジュール２ａ，２ｂの双方から移動相溶媒がインジェクタ３へ供給される。

　次に、図３、図４を用いて分離カラム５の詳細を説明する。図３,図４は、分離カラム５を説明する平面図及び断面図である。図３,４に示すように、矩形板状の基板４０の内部には、基板４０の一端部から厚さ方向と直交する方向へ延びる円形中空の分離カラム５が形成されている。分離カラム５の先端側（すなわち、基板４０の一端部側）には、インジェクタ３と接続する入口５ａが形成されている。一方、分離カラム５の末端側には、厚さ方向に延び基板４０の一方の主面側の出口４１に連通するフリットが設けられている。フリットの径は、分離カラム５の径よりも小さくされている。インジェクタ３により入口５ａから供給された移動相溶媒は、分離カラム５を通過し、フリットを通って出口４１から出力される。なお、基板４０は、例えば、主面が６０ｍｍ×５０ｍｍの矩形であり、その厚さが１．７ｍｍである。分離カラム５は、例えば、断面が直径０．８ｍｍの円形であって、その長さが３０ｍｍである。出口４１は、例えば、断面が０．１～０．２ｍｍとされる。

　図５は、インジェクタ３より下流側の構成を詳細に説明する概要図である。ＥＯポンプモジュール２は、チューブ５０によりインジェクタ３に接続されている。また、インジェクタ３は、チューブ５１により基板４０の分離カラム５に接続されている。チューブ５１の材料として、例えばＰＥＥＫ（Poly　Ether　Ether　Ketone）が用いられる。

　分離カラム５には、充填剤７０が保持されている。充填剤７０は、種類に限定されず、逆相クロマトグラフィー、イオンクロマトグラフィー、ゲルクロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィーに用いられる充填剤であれば、単体あるいは組み合わせて採用可能である。また、充填剤７０を分離カラム内に保持するために、分離カラム５の末端側であって、フリットと連通された部分に、グラスウール５２が配置されている。なお、フリット部分を多孔フィルターとしてもよい。

　フローセル６は、基板４０に着脱可能に取り付けられており、基板４０の主面との間に目的物質を含む移動相溶媒を流通可能な流路を画成している。流路を画成する基板４０の主面には、図１の検出器７に接続される電極５３が配置されている。目的物質は、分離カラム５の出口４１から流路に供給され、電極５３を介して電気化学検出され、分析後は廃液としてチューブ５４から廃棄される。

　次に、ＥＯポンプモジュール２の詳細を説明する。図６は、ＥＯポンプモジュール２を説明するための概要図であり、図６（ａ）は駆動前のＥＯポンプモジュール２、図６（ｂ）は駆動中のＥＯポンプモジュール２を示している。

　図６（ａ）に示すように、ＥＯポンプモジュール２は、その内部が固定板２３により２つの空間であるリザーバ２０,２２に分離された筐体を備えており、いわゆる間接駆動型のＥＯポンプモジュールとされている。第１のリザーバ２０には、駆動液が貯留されており、第２のリザーバ２２には、移動相溶媒が貯留されている。また、固定板２３には、ＥＯポンプ２１が設けられており、第１のリザーバ２０内の駆動液を、第２のリザーバ２２側へ搬送可能に構成されている。また、固定板２３の第２のリザーバ２２側には、駆動液による圧力を移動相溶媒に伝達するとともに、駆動液が移動相溶媒に混入しないように機能する柔軟性のある可変膜２４が設けられている。また、第２のリザーバ２２の側壁には、内部へ連通する貫通孔２２ａが形成されており、移動相溶媒の流体圧力を調整するための挿入部材２６が取り付けられている。すなわち、貫通孔２２ａ及び挿入部材２６が圧力調整機構８０として機能する。例えば、貫通孔２２ａとしてネジ穴が採用され、挿入部材２６として当該ネジ穴に螺号するネジが採用される。挿入部材２６は、第２のリザーバ２２に移動相溶媒を貯留させた後、ＥＯポンプ２１の駆動前に、第２のリザーバ２２内部へ挿入される。これにより、第２のリザーバ２２の内部容積が減少され、移動相溶媒が加圧された状態となる。このように、圧力調整機構８０は、流体圧力を上昇させるように調整する機能を有している。圧力調整機構８０により加圧された状態で、図６（ｂ）に示すように、ＥＯポンプ２１を駆動すると、駆動液が第１のリザーバ２０から第２のリザーバ２２内部へ供給されて、可変膜２４が加圧されて変形する。そして、加圧された移動相溶媒は、出力ノズル２５から放出される。

　次に、本実施形態に係るＬＣ装置１の動作について簡単に説明する。ＥＯポンプモジュール２の第１のリザーバ２０及び第２のリザーバ２２に駆動液、移動相溶媒がそれぞれ注入されているものとする。ＥＯポンプ２１の起動前に、圧力調整機構８０がＥＯポンプ２１の下流側に設けられた第２のリザーバ２２に貯留された移動相溶媒の流体圧力を調整する（圧力調整ステップ）。例えば、挿入部材２６が第２のリザーバ２２内部へ突出することにより、第２のリザーバ２２の内部容積を減少させることで加圧する。その後、ＥＯポンプ２１が起動して送液を行う。なお、この一連の動作は、手動で行ってもよいし、ＥＯポンプ２１の起動をトリガーとして自動で行ってもよい。

　次に、本実施形態に係るＬＣ装置１の作用効果について説明する。まず、本実施形態に係るＬＣ装置１の作用効果と対比するために、従来のＥＯポンプモジュールについて概説する。従来のＥＯポンプモジュールは、本実施形態に示す圧力調整機構を有していないため、ＥＯポンプ２１の消費電力が大きい傾向となる。図７は、従来のＥＯポンプモジュールの作用効果を説明する概要図である。図７（ａ）に示すように、第２のリザーバ２２に移動相溶媒を注入した場合、完全に第２のリザーバ２２内部を移動相溶媒で満たすことは困難であり、除去困難なエアバブルＡが残存することがある。このようなエアバブルＡは、図７（ｂ）に示すように、ＥＯポンプ２１を駆動させると第２のリザーバ２２の内圧上昇に伴って徐々に小さく潰されていく。そして、図７（ｃ）に示すように、ある程度までエアバブルＡが小さくなると、移動相溶媒が出力ノズル２５から放出される。このように、ＥＯポンプ２１の下流側にエアバブルＡが存在するために、ＥＯポンプ２１は、エアバブルＡを潰すための駆動をする必要があるので、結果として消費電力が大きくなる。

　これに対して、本実施形態に係るＬＣ装置１のＥＯポンプモジュール２は、図８に示すように、ＥＯポンプ２１の下流側に圧力調整機構を備えている。このため、図８（ａ）に示すように、第２のリザーバ２２内部にエアバブルＡが残存している場合であっても、図８（ｂ）に示すように、挿入部材２６を第２のリザーバ２２内部へ挿入し移動相溶媒を加圧することで、エアバブルＡを潰すことができる。そして、図８（ｃ）に示すように、この状態でＥＯポンプ２１を駆動すると、移動相溶媒が出力ノズル２５から放出される。このように、ＥＯポンプ２１はエアバブルＡを潰すための余分な駆動をせずに液送することができるので、結果として消費電力を抑えることができる。

　図９は、本実施形態に係るＬＣ装置１のＥＯポンプモジュール２及び従来のＥＯポンプモジュールの流量を時系列で示すグラフである。図９のＧ２で示すように、従来のＥＯポンプモジュールであれば、起動から目標流量（定格流量）を安定供給することができるまでに時間ｔ２を要する。これは、上述したエアバブルＡや内部構造のゆるみ等により、ＥＯポンプ２１が駆動して圧力を加える必要があるためである。例えば、所定の流量を得るために、第２のリザーバ２２を１０気圧に加圧する必要があるとする。このとき、１ｍＬのエアバブルＡが残存しているとすると、ＥＯポンプ２１で駆動液を流し込み、１０気圧まで加圧するには、少なくともバブルを１／１０に収縮させるまで駆動液を流し込む必要がある。このため９００μＬの駆動液を流す必要がある。ＥＯポンプ２１の流量を最大５０μＬ／ｍｉｎとすると、圧力を上昇させるだけで最低１８分必要である。このような初期駆動によりＥＯポンプ２１は多くの電力を消費するため、バッテリ駆動は困難であり家庭用電源等を用いている。このため、従来のＥＯポンプモジュールをＬＣ装置に採用すると、可搬性を実現させることが困難である。

　一方、本実施形態に係るＬＣ装置１のＥＯポンプモジュール２によれば、図９のＧ１で示すように、時間ｔ２よりも短い時間ｔ１で起動から目標流量を安定供給することができる。例えば、起動時間を約５分とすることができる。すなわち、起動前に圧力調整機構８０により加圧することで、エアバブルＡや機器の緩み等を打ち消すための加圧を行うことなく、Ｐ１,Ｐ２に示すように最初から高い流量で駆動させ始めることができる。このように、除去困難なエアバブルＡ又は内部構造の緩みが与える影響を小さくすることが可能となる。なお、Ｐ２で示す傾きはＧ２の傾きと同じである。

　以上、第１実施形態に係るＬＣ装置１及びＬＣでは、ＥＯポンプ２１の下流側に配置された圧力調整機構８０により、ＥＯポンプ２１の下流側に設けられた第２のリザーバ２２に貯留された移動相溶媒の流体圧力が調整される。このように、ＥＯポンプ２１とは独立に圧力調整機構８０を備えることで、ＥＯポンプ２１が液送以外の目的で駆動することを回避するためにＥＯポンプ２１の下流側の移動相溶媒の流体圧力を調整することができる。このため、ＥＯポンプ２１に余分な負荷を与えることを回避することが可能となるので、ＥＯポンプ２１の消費電力を抑制することができる。また、ＥＯポンプ２１の消費電力を抑制することにより、ＬＣ装置１をバッテリ駆動させることが可能となるため、結果として可搬性を備えることができる。

　また、第１実施形態に係るＬＣ装置１及びＬＣでは、ＥＯポンプ２１、第２のリザーバ２２及び圧力調整機構８０が、ＥＯポンプモジュール２として一体化されることで、ポンプモジュールのみ交換可能であるため、汎用性に優れている。

（第２実施形態）
　第２実施形態に係るＬＣ装置１は、第１実施形態に係るＬＣ装置１とほぼ同様に構成されており、チップ４の構成のみが装置する。このため、第２実施形態では、第１実施形態との相違点を中心に説明し、重複する説明は省略する。

　本実施形態のチップ４は、第１実施形態で説明したフローセル６及び検出器７に替えて、紫外光検出用または可視光検出用のフローセル６及び検出器７を備える点が相違する。紫外線検出の場合にはフローセル６は石英からなり、可視光線のみの検出する場合にはパイレックス（登録商標）などのホウケイ酸ガラスまたはポリジメチルシロキサンなどシリコーンエラストマーからなる。図１０は、チップ４の構成を説明する断面図である。図１０に示すように、基板４０の分離カラム５の出口側には、その内部に光路６１が形成されたフローセル６が着脱可能に取り付けられている。フローセル６は、分離カラム５の出口４１から出力された移動相溶媒に含まれる目的物質が光路６１を通過するように位置合わせされた状態で、接着層５８により基板４０の主面に取り付けられている。また、基板４０の他方の主面には、板状部材５９が配置されている。さらに、一組の押さえ板５５が、フローセル６、基板４０及び板状部材５９を挟んで対向配置され、ボルト５６及びナット５７によって部材の重なり方向に押圧した状態でネジ止めされている。そして、一組の光ファイバー６２が、光路６１を挟んで対向配置され、光軸Ｏと光路６１とが一致するようにフィッティングにより取り付けられている。その他の構成は、第１実施形態に係るＬＣ装置１と同様である。

　インジェクタ３から供給された目的物質は、分離カラム５で分離され、フローセル６内部の光路６１に供給される。このとき、一方の光ファイバー６２から紫外線が出射され、光路６１内の目的物質に照射される。そして、他方の光ファイバー６２によって透過光が取得される。紫外線吸収量を測定することで、試料内に含まれる物質を検出することができる。

　以上、第２実施形態に係るＬＣ装置１及びＬＣでは、第１実施形態に係るＬＣ装置１及びＬＣと同様の効果を奏する。また、第１実施形態と同様に、フローセル６が基板４０から着脱可能に構成されているため、同一の分離カラム５を用いて異なる検出器７を採用できるので、汎用性に優れているとともに選択的でかつ多角的な分析が可能となる。

　なお、上述した各実施形態は本発明に係るＬＣ装置及びＬＣの一例を示すものである。本発明に係るＬＣ装置及びＬＣは、各実施形態に係るＬＣ装置１及びＬＣに限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、各実施形態に係るＬＣ装置及びＬＣを変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。

　例えば、上記実施形態に係るＬＣ装置１においては、圧力調整機構８０を第２のリザーバ２２に設ける例を説明したが、圧力調整機構８０を他の場所に設けても良い。例えば、圧力調整機構８０は、ＥＯポンプ２１の下流側の流路に設けてもよい。この流路はＥＯポンプ２１の下流側であれば特に限定されないが、ＥＯポンプ２１の起動時にＥＯポンプ２１から直接圧力の加わる箇所であることが好適であり、例えば、ＥＯポンプ２１と分離カラム５との間の流路に弁等が配置されている場合には、当該弁よりも上流側が好適である。

　また、上記実施形態に係るＬＣ装置１においては、間接駆動型のＥＯポンプ２１を採用する例を説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、ＥＯポンプ２１の下流側に液体を充填させた状態から駆動するタイプのＬＣ装置であれば採用することができる。

　また、上記実施形態に係るＬＣ装置１においては、圧力調整機構８０の圧力調整タイミングをＥＯポンプ２１の起動前として説明したが、ＥＯポンプ２１の起動後であっても図９に示す所定時間である時間ｔ２前であれば、本発明の効果を奏することができる。すなわち、定格流量に達するまでの前記電気浸透流ポンプ起動中に流体圧力を調整する場合であってもよい。

　また、上記実施形態ではＬＣ装置１又はＬＣとして説明したが、本発明は高速液体クロマトグラフ（ＨＰＬＣ装置）又は高速液体クロマトグラフィーであってもよい。

　また、上記実施形態では、インジェクタ３をチップ４の外側の部品として説明したが、チップ４の内部に含まれていても良い。

　また、上記実施形態では、挿入部材２６としてネジが採用される例を説明したが、シリンジ状の部材又は膜状の部材等を用いて加圧してもよい。また、挿入部材２６を変形又は挿入する際に、動力伝達として気体や液体等の媒体を介してもよい。また、挿入部材２６の一連の動作は、手動で行ってもよいし、ＥＯポンプ２の起動をトリガーとして自動で行ってもよい。

　シリンジを用いた場合を説明する。例えば、シリンジとバルブを備える調整用ラインを第２のリザーバ２２に取り付けておき、液体を充填した第２のリザーバ２２をセットする。その後、ＥＯポンプ２を起動するとともに流量をモニターしながらシリンジで圧力を上げていく。所定の流量に近づいたら、バルブによりシリンジを隔離し、自動制御に切り替える。なお、この操作をマニュアルではなく、ポンプを用いて自動で行ってもよい。例えばシリンジポンプを備える調整用ラインを採用し、シリンジポンプの動作により圧力を上げてゆく方式も可能である。上記実施形態で説明したねじ方式に比べ、圧力調整の余力が大きく、かつ、ねじ方式と比較して操作性が良くなることが期待できる。なお、この手法を第１のリザーバ２０にも適用してもよい。

　膜状の部材を用いた場合を説明する。空気圧による方式では、装置が別途小型の圧縮空気容器と圧力調整器とを備える。第２のリザーバ２２内部の溶媒を加圧する場合には、第２のリザーバ２２に加圧により変形する膜状物を設け、これを変形させることにより溶媒を加圧する。第１のリザーバ２０内部の駆動液体を加圧する場合には、液体空気によりリザーバ（駆動液体）圧力を高める。なおこの場合では、この加圧によりベースの流量を稼ぎ、微調整をＥＯポンプ２で行うことも可能である。さらに、駆動液体及び溶媒の両方を同時に加圧する方式も可能である。この場合、ＥＯポンプ２の性能を落とすことなく、起動時間を短縮することができる。

　以下、上記効果を説明すべく本発明者が実施した実施例について述べる。
（実施例１）
　本発明に係るＬＣ装置がバッテリ駆動により長時間使用可能か否か検証した。装置構成は、図１～図５に示す第１実施形態に係るＬＣ装置１と同様の構成とした。また、図２に示すように、ＥＯポンプモジュール２ａ,２ｂの二つを採用する構成とし、そのうち一方側のＥＯポンプモジュールのみ使用した。バッテリ１２は、単２アルカリ乾電池を８個直列にしたものを採用した。測定条件は、ＰＩＤ制御で流速を５．００μＬ／ｍｉｎとした。駆動液は２回精製水（脱イオン水）、送液溶媒（移動相溶媒）はメタノール（１００％）を用いた。上記条件で、ポンプ内蔵の流量センサによる検出量、及び、ＥＯポンプモジュール２とインジェクタ３との間に配置した流量センサによる検出量とを測定した。結果を図１１に示す。

　図１１（ａ）は、ポンプ内蔵の流量センサによる検出量であり、図１１（ｂ）は、ＥＯポンプモジュール２とインジェクタ３との間に配置した流量センサによる検出量である。図１１に示すように、２６時間後に電源が落ちた。乾電池の開始前の電圧は１２．９８Ｖであり、終了後の電圧は９．８４Ｖであった。１３ｈ～２０ｈの間に見られる急激なピークはノイズであり本質的には関係ないものである。このため、バッテリ１２として乾電池を採用した場合であっても、少なくとも約２４ｈまで使用可能であることが実証された。なお、２４時間あれば、分離カラム５の洗浄、前調製等を行ったとしても分析に十分な時間を残すことができる。

（実施例２）
　ＥＯポンプを用いてクロマトグラフィーが可能か否か検証した。フェノール類、カテキン類、カテコールアミン及びアミノ酸の４種類について、検出可能か否かを検証した。アミノ酸についてはインジェクタ3から導入する前にSuccinimidyl　(2R)-6-(Tetrahydro-2H-pyran-2-yloxy)-2,5,7,8-tetramethylchroman-2-carboxylateと反応させ，電気活性な物質に誘導体化した。装置構成は、実施例１と同様とした。測定条件は、ＰＩＤ制御で流速を５．００μＬ／ｍｉｎとした。駆動液は２回精製水（脱イオン水）とし、送液溶媒（移動相溶媒）は検出対象の成分に応じて変更した。カテキン類の場合には、水、メタノール及び０．５Ｍのリン酸を７：２：１の割合としたものとした。フェノール類の場合には、０．０５ＭのＮａＣｌＯ_４水溶液及びメタノールを５：５の割合としたものとした。カテコールアミンの場合には、Ａを５０ｍＭのリン酸、５０ｍＭのクエン酸、１００ｍｇ／Ｌのオクタンスルホン酸及び４０ｍｇ／ＬのＥＤＴＡ－２Ｎａ水溶液（ｐＨ３．０）とし、Ｂをメタノールとすると、Ａ：Ｂ＝９５：５の割合としたものとした。アミノ酸の場合には、水、メタノール及び０．５Ｍの過塩素酸ナトリウムを５：４：１の割合としたものとした。なお、カテキン類、フェノール類及びカテコールアミンについては、検出電位を０．６Ｖとし、アミノ酸については、検出電位を０．４Ｖとした。実験結果を図１２に示す。

　図１２（ａ）はカテキン類の検出結果、図１２（ｂ）はフェノール類の検出結果、図１２（ｃ）は、カテコールアミンの検出結果、図１２（ｄ）はアミノ酸の検出結果である。図１２（ａ）に示すように、ＣＡで示すカテキン、ＥＧＣｇで示すエピガロカテキンガレート、ＥＣで示すエピカテキン、ＥＣｇで示すエピカテキンガレートのピークを良好に検出した。また、図１２（ｂ）に示すように、Ｐで示すフェノール、２－ＭＰで示す２－メチルフェノール、２－ＥＰで示す２－エチルフェノール、及び２－ＰＰで示す２－プロピルフェノールのピークを良好に検出した。また、図１２（ｃ）に示すように、ＮＡで示すノルアドレナリン、ＡＤで示すアドレナリン、ＤＡで示すドーパミンのピークを良好に検出した。さらに、図１２（ｄ）に示すように、Ｇｌｙで示すグリシン、Ｔｙｒで示すチロシン、Ｖａｌで示すバリンのピークを良好に検出した。以上、ＥＯポンプを用いてクロマトグラフィーが可能であることが実証された。

　次に、圧力調整機構８０の効果を検証した。
（実施例３）
　装置構成は、図１～図５に示す第１実施形態に係るＬＣ装置１と同様の構成とした。ＬＣ装置１に接続するＥＯポンプモジュール２として、１００ｍＬ程度の容量を持つポンプモジュールを採用した。また、ＥＯポンプ２１起動前に、圧力調整機構８０で第２のリザーバ２２を加圧調整した。電気浸透材に対する電圧（印加電圧）は、昇圧回路により４８Ｖとした。
（比較例１）
　圧力調整機構８０を備えない点以外は、実施例３と同様の構成とした。印加電圧は、６０Ｖとした。

　上記の比較例１及び実施例３について、ＰＩＤ制御で流速を２．００μＬ／ｍｉｎに設定し、時系列で流速を測定した。結果を図１３に示す。図１３（ａ）は、比較例１の流速の時間依存性を示し、図１３（ｂ）は、実施例３の流速の時間依存性を示す。図１３（ａ）に示すように、圧力調整機構８０を備えない比較例１では、設定された流速２．００μＬ／ｍｉｎとなるまでに要する時間は、約２時間であった。一方、図１３（ｂ）に示すように、圧力調整機構８０を備える実施例３では、設定された流速２．００μＬ／ｍｉｎとなるまでに要する時間は、約０．４時間であった。以上より、圧力調整機構８０を備えることで、圧力調整していない場合よりも低い印加電圧とした場合であっても、設定された流速に到達するまでに要する時間が約１／５に短縮され、本発明の効果が実証された。

　１…ＬＣ装置（液体クロマトグラフ）、２…ＥＯポンプモジュール（電気浸透流ポンプモジュール）、５…分離カラム、７…検出器、１２…バッテリ、２１…ＥＯポンプ（電気浸透流ポンプ）、２２…第２のリザーバ、圧力調整機構８０。

Claims (10)

1. 　無機イオン又は溶解性有機化合物を目的物質として含む試料液を分析する液体クロマトグラフであって、
   　移動相溶媒を搬送するための電気浸透流ポンプと、
   　前記電気浸透流ポンプの下流側に配置され、内部に充填剤を保持した分離カラムと、
   　前記分離カラムの下流側に配置され、前記分離カラムから出力された目的物質を分析する検出器と、
   　前記電気浸透流ポンプの下流側に配置され、前記電気浸透流ポンプの下流側に設けられたリザーバに貯留された前記移動相溶媒の流体圧力又は流路に貯留された前記移動相溶媒の流体圧力を調整する圧力調整機構と、
   を備える液体クロマトグラフ。
2. 　前記圧力調整機構は、流体圧力を上昇させるように調整する請求項１に記載の液体クロマトグラフ。
3. 　前記圧力調整機構は、前記電気浸透流ポンプの起動前又は定格流量に達するまでの前記電気浸透流ポンプ起動中に流体圧力を調整する請求項１又は２に記載の液体クロマトグラフ。
4. 　前記圧力調整機構は、前記リザーバの内部容積又は前記流路の内部容積を減少させることで加圧する請求項１～３の何れか一項に記載の液体クロマトグラフ。
5. 　前記圧力調整機構は、
   　前記リザーバ又は前記流路に設けられ、内部まで貫通されたネジ穴と、
   　前記ネジ穴に挿入され、前記リザーバの内部又は流路内部へ突出するネジと、
   を備える請求項１～４の何れか一項に記載の液体クロマトグラフ。
6. 　前記電気浸透流ポンプ、前記リザーバ及び前記圧力調整機構が、ポンプモジュールとして一体化されている請求項１～５の何れか一項に記載の液体クロマトグラフ。
7. 　前記電気浸透流ポンプの電源となるバッテリを備える請求項１～６の何れか一項に記載の液体クロマトグラフ。
8. 　前記分離カラムから出力された目的物質を流通させるフローセルを備え、
   　前記フローセル及び前記検出器が、前記分離カラムが内部に形成された基板に着脱可能に取り付けられている請求項１～７の何れか一項に記載の液体クロマトグラフ。
9. 　無機イオン又は溶解性有機化合物を目的物質として含む試料液を電気浸透流ポンプにより分離カラムへ搬送して分析する液体クロマトグラフィーであって、
   　前記電気浸透流ポンプの起動前又は定格流量に達するまでの前記電気浸透流ポンプ起動中に、前記電気浸透流ポンプの下流側に配置され、前記電気浸透流ポンプの下流側に設けられたリザーバに貯留された移動相溶媒の流体圧力又は流路に貯留された前記移動相溶媒の流体圧力を調整する圧力調整ステップを備える液体クロマトグラフィー。
10. 　前記圧力調整ステップは、前記リザーバの内部容積又は前記流路の内部容積を減少させることで加圧する請求項９に記載の液体クロマトグラフィー。

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