WO2014038275A1 - 分析装置及びその試料導入装置 - Google Patents

分析装置及びその試料導入装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2014038275A1
WO2014038275A1 PCT/JP2013/068203 JP2013068203W WO2014038275A1 WO 2014038275 A1 WO2014038275 A1 WO 2014038275A1 JP 2013068203 W JP2013068203 W JP 2013068203W WO 2014038275 A1 WO2014038275 A1 WO 2014038275A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sample
liquid
droplet
needle
eluent
Prior art date
Application number
PCT/JP2013/068203
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
綾乃 大坪
英雄 榎
伊藤　正人
法雅 源
公彦 石井
Original Assignee
株式会社 日立ハイテクノロジーズ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社 日立ハイテクノロジーズ filed Critical 株式会社 日立ハイテクノロジーズ
Publication of WO2014038275A1 publication Critical patent/WO2014038275A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02—Column chromatography
    • G01N30/04—Preparation or injection of sample to be analysed
    • G01N30/16—Injection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02—Column chromatography
    • G01N30/04—Preparation or injection of sample to be analysed
    • G01N30/16—Injection
    • G01N30/20—Injection using a sampling valve
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02—Column chromatography
    • G01N30/04—Preparation or injection of sample to be analysed
    • G01N30/24—Automatic injection systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/10—Devices for transferring samples or any liquids to, in, or from, the analysis apparatus, e.g. suction devices, injection devices
    • G01N35/1095—Devices for transferring samples or any liquids to, in, or from, the analysis apparatus, e.g. suction devices, injection devices for supplying the samples to flow-through analysers

Definitions

  • the present invention relates to an analyzer and a sample introduction device, and more particularly to a sample introduction device for introducing a sample into an analysis device such as a liquid chromatograph.
  • a liquid chromatograph is a device that measures the content of chemical substances in a sample and identifies the type, and is used to analyze chemical substances in many fields such as biochemistry, pharmaceuticals, and foods.
  • the liquid chromatograph is provided with a liquid feed pump, a sample introduction device, a separation column, a detector and a flow path (narrow tube) connecting them.
  • a liquid (eluent) such as an organic solvent that is a mobile phase is fed by a liquid feed pump installed on the upstream side of the flow path, and a sample containing a chemical substance is injected from a sample introduction device provided in the middle, and the downstream side
  • the sample is introduced into a separation column (packed with beads, etc.) connected to.
  • the chemical substance to be detected in the sample flows at a specific speed while repeatedly adsorbing and desorbing on the surface of the beads in the column, so the movement speed in the separation column differs for each substance, and the concentration peaks are separated in time. To do.
  • the absorbance is measured with a detector provided on the downstream side of the separation column.
  • sample introduction device With the increase in the speed of liquid chromatographs, in order to shorten the detection time of detection target chemical substances, it is desired to inject a very small amount of sample with a sample introduction device.
  • samples handled by biochemistry and pharmaceuticals are valuable and may be provided only in a small amount, and a sample introduction device that can inject a sample in a very small amount is desired.
  • a needle is used for sample handling. Specifically, a needle is immersed in a sample, and a syringe pump connected to the needle is driven through a pipe or the like to suck a desired amount into the needle.
  • a pipe between the needle and the syringe pump is used. There is a switching valve, and the valve is switched from the low pressure flow path on the syringe side, and a flow path including a needle is inserted into the high pressure flow path between the liquid feed pump and the separation column, and the sucked sample is sent to the separation column. .
  • a piezoelectric element is attached to a flow path containing liquid, a voltage is applied to the piezoelectric element and the flow path is rapidly deformed to increase the pressure in the flow path, and the liquid is discharged from the discharge port to the liquid column. To discharge. The ejected liquid column is crushed and divided by the surface tension to generate a very small amount of liquid droplets.
  • Patent Document 2 an ink jet method is adopted for introducing a gas chromatograph sample.
  • Patent Document 2 discloses a droplet discharge device that discharges a sample by a piezoelectric element, a sample inlet that receives a sample discharged from the droplet discharge device, a heating unit that heats and vaporizes the received sample, and discharges the vaporized sample.
  • An insert having a discharge port; a base for positioning the droplet discharge device and the insert; a heater arranged to heat the insert in an insert heating region of the base; a sample discharge port of the droplet discharge device; A closed container having a carrier gas supply port for supplying a carrier gas so that the sample inlet of the insert is included in a common internal space, a separation column connected to the discharge port of the insert, and a downstream of the separation column. Equipped with a detector.
  • a liquid droplet ejection device that supplies a sample
  • a liquid reservoir that receives liquid droplets ejected from the liquid droplet ejection device
  • a voltage applied to the liquid in the liquid reservoir The liquid is included in the liquid, the introduction flow path leading to the part to be applied, the sharpened portion for electrostatically spraying the liquid guided to the part to which the voltage is applied from the introduction flow path, the heater for heating and vaporizing the liquid particles, and the liquid
  • An ion intake port for taking in ions of the molecules and a mass spectrometer for separating the taken-in ions based on mass.
  • the problem to be solved by the present invention is to improve analysis accuracy by injecting a very small amount of sample into a liquid chromatograph accurately and with high reproducibility.
  • liquid droplet discharge device using an ink jet method discharges liquid as a liquid column from a discharge port, and the liquid column is divided into droplets.
  • the size of the liquid varied and the reproducibility of the liquid volume was not good.
  • the sample introduction device of Patent Document 2 uses an inkjet technique to inject droplets one by one into a gas that is a moving fluid, evaporates them, and flows them through a flow path.
  • a gas that is a moving fluid evaporates them, and flows them through a flow path.
  • the moving fluid is considered as an eluent
  • the sample diffuses in a wide range in the flow path because individual droplets flow with an interval in the flow of the eluent.
  • the spread of the detection target chemical substance in the flow direction becomes large, the time until the detection target chemical substance flows into and out of the detector becomes long, and the analysis time becomes long.
  • the peak of the chromatogram as the analysis result is lowered and the width is widened, there is a possibility that the analysis accuracy and sensitivity are lowered.
  • a droplet discharge device described in Patent Document 3 is an information acquisition method for obtaining information on the mass number of molecules present in a sample by connecting to a mass spectrometer, and is configured to remove a plurality of samples from contamination and measurement errors. This makes it easier to investigate mixing with less influence and to investigate the reaction by mixing.
  • the sample introduction device described in Patent Document 3 since the liquid remains on the surface of the liquid reservoir or in the introduction flow path due to the interfacial tension, the accuracy and reproducibility of the spray amount are deteriorated and the analysis accuracy may be lowered. There is. In addition, the sample remains in the introduction channel, and there is a dead volume.
  • the present invention has the following configuration.
  • a liquid feed pump for feeding an eluent, a flow path for feeding the eluent, a sample introduction part for introducing a sample into the eluent sent by the liquid feed pump, and a sample in the sample introduction device.
  • the sample introduction unit includes the sample A droplet discharge section that discharges the droplet as a droplet; and a needle that introduces the sample into the flow path.
  • a plurality of droplet samples discharged from the droplet discharge section are introduced into the needle, and the needle A liquid chromatograph apparatus, wherein the sample accumulated inside is introduced into the flow path.
  • the dispensing error of each droplet is averaged, the reproducibility of the sample introduction amount is improved, and the analysis accuracy is improved. improves.
  • Example 1 of this invention It is a figure explaining sample attraction
  • Example 2 of this invention It is a schematic block diagram of the initial state of the liquid chromatograph of Example 2 of this invention. It is a figure explaining the operation
  • the liquid chromatograph includes an eluent container 1, a liquid feed pump 2, a sample introduction device 3, a sample container 4, a separation column 5 that separates a detection target chemical substance in a sample, and a detection that detects the detection target chemical substance.
  • the pipe 111 connects a flow path from the eluent container 1 to the waste liquid container 7 through the liquid feed pump 2, the sample introduction device 3, the separation column 5, and the detector 6.
  • the eluent 9 is filled in the flow paths through the above-described elements from the eluent container 1 to the waste liquid container 7, and is fed from the eluent container 1 side to the waste liquid container 7 side by the liquid feed pump 2.
  • the sample 10 is appropriately injected from the sample container 4 into the flow path by the sample introduction device 3 and flows together with the eluent 9.
  • the operation control of the liquid feed pump 2, the sample introduction device 3, and the detector 6 is performed by an operation control unit (not shown).
  • FIG. 2 is a flowchart of an operation process according to the first embodiment of the present invention.
  • the sample introduction apparatus of the present invention is an initial state in which the eluent continuously flows in the flow path 111 of the liquid chromatograph, switching of the fluid driving means, sample supply, droplet amount adjustment, droplet injection, sample introduction, Works in order of cleaning.
  • analysis is performed with a liquid chromatograph. After the analysis is completed, the pressure in the flow path in the sample introduction device is released from the high pressure to the atmospheric pressure before the next analysis is performed, and the next sample introduction operation is started.
  • a different point from the prior art is that a droplet discharge device 401 exists and a plurality of droplets discharged from the droplet discharge device 401 are introduced into the needle 12 in the droplet injection step.
  • FIG. 3 shows a schematic configuration of the droplet discharge device 401.
  • the droplet discharge device 401 includes a droplet discharge mechanism 501, a droplet amount measurement mechanism 502, a liquid supply mechanism 503, and a droplet amount adjustment unit 504.
  • the droplet discharge mechanism 501, the droplet amount measurement mechanism 502, the liquid supply mechanism 503, and the droplet amount adjustment unit 504 are connected to the control device 505 through wirings 506-509 and controlled.
  • FIG. 4A shows the droplet discharge mechanism 501.
  • the droplet discharge mechanism 501 includes a droplet discharge unit 201, a Z stage 202 that moves the droplet discharge unit 201 in the Z-axis direction, a Y stage 203 that moves the droplet discharge unit 201 in the Y-axis direction (perpendicular to the paper surface), and X An X stage 211 moved in the axial direction, a liquid introduction port 212, an alignment mechanism 223, and a liquid discharge port 225 are provided.
  • FIG. 4B shows a cross-sectional view of the droplet discharge unit 201.
  • the droplet discharge unit 201 connects the liquid introduction port 212 and the liquid discharge port 225 with a flow channel 1103.
  • a piezoelectric element 1101 is attached to the flow path 1103, and a liquid is discharged from the liquid discharge port 225 by applying a voltage to the piezoelectric element 1101 to deform a part of the flow path 1103.
  • FIG. 5 shows a droplet amount measuring mechanism 502.
  • the droplet amount measuring mechanism 502 includes a camera 205 and a light source 206 for imaging the discharged droplets, an X stage 211 that moves both in the X direction, a Y stage 215 that moves the camera 205 in the YZ direction, a Z stage 214, A Y stage 217 and a Z stage 216 for moving the light source 206 in the YZ direction are provided.
  • FIG. 6 shows the sample supply mechanism 503.
  • the sample supply mechanism 503 includes a sample supply needle 208, a Y stage 210 that supports the sample supply needle 208, an X stage 211, a Z stage 231, a syringe pump 209, a cleaning liquid container 221 containing a cleaning liquid 222, a switching valve 220, Flow paths 64 and 67 in the switching valve, a pipe 63 connected to the sample supply needle 208, and a pipe 65 connected to the syringe pump 209 are provided.
  • FIG. 7 shows the droplet amount adjusting unit 504.
  • the droplet amount adjustment unit 504 includes a droplet amount adjustment place 204 that receives a droplet to be adjusted, and a temperature sensor 226 that senses the temperature in the sample supply device. Since the droplet volume is also affected by temperature, the temperature sensor 226 measures the temperature of the portion where the droplet is generated.
  • the temperature sensor 226 may be attached to another location, for example, the droplet discharge unit 201 as long as the temperature in the vicinity of the sample supply device where the droplet is generated can be measured.
  • FIG. 8 shows the channel connection state in the initial state.
  • the sample introduction device 3 includes switching valves 19 and 20, a needle 12 for sucking a sample, an injection port 13, a cleaning port 17, a drain 18, a syringe pump 21, a cleaning liquid 22, a cleaning liquid container 24, and pipes 11, 14, 15 and 16. , 23, 37, 38, 41.
  • the switching valve 19 includes a disk-shaped stator having six ports (P1-P6) through which liquid enters and exits, and a disk-shaped rotor having groove-shaped flow paths 31, 32, 33 on one side, and is fixed. The connection state between the port and the flow path is changed by rotating the rotor in close contact with the stator in increments of 60 degrees.
  • the switching valve 20 includes a stator having six ports (P11 to P16) and a rotor having flow paths 34, 35, and 36, and the flow path is switched by rotating the rotor 45 degrees.
  • the liquid feeding pump 2 the pipe 25, the switching valve 19 P 6, the flow path 31, the switching valve P 1, the pipe 26, and the separation column 5 are connected, and the sample feeding device 3 is bypassed to feed the liquid. (Thick line in the figure).
  • the switching valve 20 is rotated 45 degrees counterclockwise from the initial state, and the flow path between the syringe pump 21 as the fluid driving means and the needle 12 is connected. (Bold line in the figure).
  • FIG. 10 and 11 are diagrams for explaining the sample supply operation, and only relevant elements are extracted.
  • FIG. 10 shows sample suction and cleaning of the outer wall of the needle in the previous stage
  • FIG. 11 shows sample supply from the needle to the droplet discharge device and back pressure setting to the droplet discharge device.
  • the sample supply needle 208 is moved onto the sample container 4, the tip of the needle is inserted into the sample 10, and the syringe pump 209 is driven for suction.
  • the sample supply needle 208 is moved to the cleaning port 17 and the sample 10 adhering to the outer wall of the sample supply needle 208 is washed away.
  • the sample supply needle 208 holding the sample 10 is placed above the liquid inlet 212 of the droplet discharge unit 201.
  • the sample supply needle 208 is inserted into the liquid inlet 212 of the droplet discharge unit 201.
  • the positioning of the sample supply needle 208 and the droplet discharge unit 201 is ascertained by the positioning mechanism 223 of the droplet discharge unit 201, and the Y stage 210X stage 211 and the control unit 505 shown in FIG.
  • the Z stage 231 is operated.
  • the syringe pump 209 is driven to inject the sample 10 (FIG. 17) from the sample supply needle 208 into the droplet discharge unit 201. In this state, the flow path from the sample supply needle 208 to the syringe pump 209 is closed and no liquid droplets are discharged, so the following back pressure setting is performed.
  • the switching valve 220 rotates 90 degrees clockwise to connect the sample supply needle 208, the pipe 63, the flow path 67, and the pipe 66 and to the cleaning liquid container 221 containing the cleaning liquid 222.
  • the liquid level of the cleaning liquid container 221 and the cleaning liquid 222 and the height relationship between the droplet discharge section 201 are set at a position where the pressure of the pipe 63 connecting the cleaning liquid container 221 and the droplet discharge section 201 is stabilized to discharge droplets.
  • a pressure sensor may be attached to the pipe for confirmation.
  • FIG. 12 illustrates a droplet discharge mechanism 501, a droplet amount measurement mechanism 502, and a droplet amount adjustment unit 504 (three-dimensional positional relationship shown in FIG. 17) extracted from the droplet discharge device 401. It is a thing.
  • the figure shows a state in which the camera 205 and the light source 206 are moved and moved to the observation position of the droplet 213 ejected from the liquid ejection device 201.
  • the positional relationship among the camera 205, the light source 206, and the droplet discharge unit 201 is controlled by the control device 505.
  • the positional relationship may be set in advance or may be changed after the droplet 213 is ejected.
  • an ink jet method is assumed for the droplet discharge unit 201.
  • a piezoelectric element is attached to a flow path containing liquid, and a voltage is applied to the piezoelectric element to rapidly deform the flow path, thereby increasing the pressure in the flow path and discharging the liquid from the discharge port. Therefore, the droplet amount can be adjusted by the voltage and frequency applied to the piezoelectric element. Further, the amount of droplets to be ejected is greatly affected by the physical properties of the ejected liquid, particularly the viscosity, and the viscosity changes depending on the temperature. In the droplet amount adjustment process, an image (FIG.
  • the control device 505 calculates the droplet amount from the image data by image processing.
  • FIG. 16 shows a droplet image.
  • a droplet is present near the center, and an appropriate amount of liquid can be obtained from the magnification of the camera. If an edge emphasis process is performed on the image to make the droplet portion stand out, an appropriate amount of liquid can be obtained more clearly from the image.
  • the liquid droplets are discharged by measuring the average droplet volume and fluctuations by performing multiple discharges under voltage and frequency conditions with a standard solution such as water obtained from a database. Set to quantity.
  • the amount of droplets was calculated
  • the following methods may be used. That is, the average droplet amount per one is fixed, and the relationship between the number of droplets (number of droplet discharges) and accumulated samples is stored in a database and stored in a storage device on the device. If the number of droplets (number of droplet discharges) increases to some extent, the number of droplets and the collected sample are in a proportional relationship, so the number of droplets (droplet discharge) is calculated from the above database and the required injection sample amount. Number of times). In this case, the camera 205 and the light source 206 are not necessary.
  • a droplet discharge mechanism 501 and a droplet amount measurement mechanism 502 are extracted from a droplet discharge device 401 (FIG. 3), and a needle 12 (three-dimensional position) for introducing a sample into a liquid chromatograph is extracted.
  • the relationship is shown in FIG. 17).
  • the droplet discharge port 225 of the droplet discharge unit 201 and the open end of the needle are arranged to face each other.
  • the needle 12 moves so that the open end faces the droplet discharge unit 201 as the Y-axis stage 219 rotates in the ⁇ direction.
  • the number of droplet discharges is determined by dividing the desired sample injection amount input from an input means (not shown) by the average droplet amount obtained when the droplet amount is adjusted by the control device 505 (FIG. 3).
  • the needle 12 is pulled out from the injection port 13 and moved to a set position using the Y-axis stage 219.
  • the stage 211 (FIG. 4), 202, 203 of the droplet discharge mechanism 501 is driven by the control device 505 (FIG. 3), and the droplet discharge port 225 of the droplet discharge unit 201 is directly above the open end of the needle 12.
  • the position adjustment mechanism 223 of the droplet discharge unit 201 adjusts the position so that the open end of the needle 12 and the droplet discharge port 225 are not in contact with each other and the droplet moves straight.
  • the droplet amount measuring mechanism 501 is moved so as to face the tip of the needle 12.
  • the tip of the needle 12 is formed of a transparent member such as glass or resin so that the inside can be observed.
  • the needle 12 is illuminated with the light source 206, the inside of the needle 12 is photographed with the camera 205, and the distance between the liquid surface of the eluent 9 in the needle and the tip of the needle 12 is obtained from the obtained image data and set in advance.
  • the volume of the air portion at the tip is obtained based on a database that records the relationship between the liquid surface-tip distance and the volume in the needle.
  • the droplet 213 is ejected from the droplet ejection unit 201 into the needle 12 by the number of ejections determined by the control device 505, and a desired amount is dispensed into the needle 12.
  • the success or failure of the dispensing is confirmed by photographing the needle 12 in the same manner as in the confirmation of the elution liquid level, and obtaining the change in the liquid level before and after the dispensing by the control device 505 from the obtained image data and converting it to the liquid volume.
  • droplets may be ejected from the droplet ejecting unit 201 and added by the insufficient amount. Since the droplet amount is adjusted first, there is no need to obtain a change in the liquid level before and after dispensing and convert it to the liquid amount.
  • the needle 12 When the droplet 213 is ejected, the needle 12 is vertical and the droplet reaches the eluent surface. By slightly tilting the needle 12, the droplet 213 is applied to the inner wall of the needle 12, A sample may be injected. Air may be contained in the needle 12.
  • the needle 12 into which the sample droplet 213 is injected is mounted on X, Y, and Z stages (224, 219, and 218). These stages are driven by the control device 505 and moved to the injection port 13, and the conventional technique is used. Sample introduction is performed as in
  • the integrated droplet discharge unit 201 and sample supply needle 208 are moved to the cleaning port 17 of the sample introduction device 3.
  • the switching valve 220 is rotated 135 degrees clockwise, the flow path 64, the pipe 65, the syringe pump 209 and the cleaning liquid container 221 are connected, and the cleaning liquid 222 is sucked (cleaning liquid suction, on the drawing).
  • the switching valve 220 is rotated 45 degrees counterclockwise, the pipes 63 and 65 and the flow path 64 are connected, the syringe pump 209 is driven to push out the cleaning liquid 222, and the sample supply needle 208 and the droplet discharge unit
  • the channel 201 is cleaned (cleaning). Waste liquid is discarded from the cleaning port 17.
  • the needle 12 is disposed below the droplet discharge port 225 of the droplet discharge unit 201 to inject droplets.
  • the open end of the needle 12 is not limited to the direction of the droplet discharge port 225. It is only necessary to install and inject droplets so as to face the droplet discharge port 225.
  • the needle 12 is inserted into the injection port 13 and the switching valve 19 is rotated 60 degrees clockwise, whereby the flow path (the sample is sucked and held by the needle 12 and the pipe 11).
  • the analysis flow path pipe 26, separation column 5, detector 6) (forms the thick line flow path in the figure), and the sucked sample is swept away by the eluent, and the entire amount moves to the separation column.
  • the switching valve 19 When the pressure is released, the switching valve 19 is rotated 60 degrees counterclockwise to return to the initial state shown in FIG. 3 (the flow path including the needle 12 is connected to the cleaning port 13 and the pressure is returned to the atmospheric pressure. )
  • the sample introduction device of the present invention has a flow path for collecting droplets ejected from the droplet ejection device, the variation in droplet size can be averaged and a desired amount of sample can be introduced with good reproducibility.
  • the sample introduction device is provided with a fluid driving means at the other end of the accumulation flow channel, which serves both as a flow channel for accumulation and a sample introduction flow channel, there is no dead volume and all the introduced samples are introduced. There is no remaining sample.
  • the reproducibility of the sample injection amount greatly affects the reproducibility of the measurement.
  • the reproducibility is improved by discharging smaller droplets a plurality of times and accumulating them on the needle. Further, when measuring a large number of samples, the measurement time is also taken into consideration because the measurement time is an important factor for the performance of the apparatus.
  • the average droplet volume v [ ⁇ L] per droplet, reproducibility (value obtained by dividing the standard deviation of the droplet volume by the average droplet volume) r [%], and ejection per droplet Assume that a required time t (reciprocal of frequency) [s] is given.
  • the reproducibility required by the user is R [%]
  • the time allowed for droplet ejection is T 0 [s]
  • the target amount of the measurement sample droplet target injection amount
  • V 0 [ ⁇ L] The number of discharges is N.
  • the actual droplet injection amount V is (Equation 1). If the actual reproducibility is R, it is (Formula 2) from the central limit theorem, and if the actual dispensing time T is (Formula 3), it must be (Formula 4) from the user's request.
  • the range of the number of discharges N that realizes the required reproducibility R and does not exceed the upper limit of the droplet discharge time To can be obtained from Equations (Equation 2), (Equation 3), and (Equation 4).
  • the range of the measurement sample amount (droplet target injection amount) V 0 that can satisfy the user's request can be given by (Equation 6). From (Equation 5), the average droplet volume v per drop must be in the range of (Equation 7)). In addition, the reproducibility r must be in the range of (Equation 8).
  • the data processing apparatus has an average droplet volume v obtained by adjusting the droplet volume and the database owned by the data processor, the time T 0 allowed for droplet discharge set by the user from the data, the target reproducibility R, (Equation 6)
  • the driving conditions of the droplet discharge unit such as the voltage and frequency achieved by the target droplet injection amount V 0 are selected, and droplet injection is executed.
  • the ejection number N, the target droplet injection amount V 0 , and the reproducibility R are out of range values. If the user inputs to the processing device, the data processing device issues an error. When an error occurs, it is possible to present a desired amount and analysis time that can be analyzed with the required reproducibility R. It is also possible to present a condition for achieving the best reproducibility R with the desired amount (droplet target injection amount V 0 ) input by the user.
  • the average droplet volume v and the number of dispensed droplets are calculated based on the desired volume specified by the user in the data processor and (Equation 5) to (Equation 8) of the controller 505. And decide. Thereafter, the voltage and frequency of the droplet discharge unit 201 such that the determined average droplet amount v is discharged are determined by referring to the database of the control device 505, and the droplet is discharged into the flow path. Usually, the reproducibility is set to the best value.
  • the operation rate of the apparatus increases because the number of discharges of the apparatus can be automatically set according to the time and reproducibility requested by the user.
  • the optimum driving conditions (voltage, frequency, number of ejections) of the droplet ejection apparatus can be presented, measurement with good reproducibility becomes possible.
  • Fig. 18 shows the operation flow.
  • the sample introduction device of this embodiment operates in the order of initial state, switching of fluid driving means, sample suction, needle cleaning, and sample introduction.
  • FIG. 19 is a schematic configuration diagram of the liquid chromatograph of this example. Unlike the first embodiment, this embodiment includes a pipe 71, a droplet discharge device 72, a waste liquid container 73, and a control device 2301, and the droplet discharge device 401 does not exist. Since other configurations and flow path switching are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.
  • FIG. 20 illustrates the operation when the fluid drive means is switched.
  • FIG. 20 shows the operation during droplet discharge.
  • the needle 12 is pulled out from the injection port 13 from the state of FIG. 20, and then a desired amount of the eluent 2303 in the flow path is discharged from the droplet discharge device 72 toward the waste liquid container 73. A desired amount of air is sucked into the needle 12 at the other end of the flow path (the droplet discharge device 72 is controlled by the control device 2301 connected by the wiring 2302).
  • Fig. 22 shows the operation during sample aspiration.
  • the needle 12 is immersed in the sample 10 of the sample container 4, and the eluent is discharged from the droplet discharge device 72 to allow a desired amount of the sample 10 to enter the needle 12.
  • the needle 12 is moved to the injection port 13 from the state of FIG. 23 and the needle 12 is inserted into the injection port 13. Thereafter, the switching valve 19 is rotated 60 degrees counterclockwise from the state shown in FIG. 22, so that the pipe 11, the needle 12, the injection port 13, and the pipe 14 are connected to the analysis channel (pipe 25, P6 of the switching valve 19, channel). 31, P1 of the switching valve 19 and the pipe 26) (thick line in the figure).
  • the needle 12 and the sample held in the pipe are supplied to the separation column 5 together with the eluent 9 by the pump 2.
  • the sample introduction apparatus of the present invention has a flow path for collecting droplets ejected from the droplet ejection apparatus, it is possible to average variations in liquid sizes and introduce a desired amount of sample with high reproducibility.
  • the liquid flowing through the droplet discharge device is a known eluent, complicated control of the droplet discharge device is unnecessary, so that the device is simple.
  • the sample supply needle 208 is provided with a cylindrical piezoelectric element 3101 that covers the periphery of the needle, and the droplet discharge mechanism is integrated with the liquid supply mechanism. (FIG. 26) Since other structures and flow path switching are the same as those of the conventional direct injection, description thereof is omitted.
  • the operation flow is shown in FIG.
  • sample suction, needle cleaning, droplet amount adjustment, droplet injection, and sample introduction are performed.
  • FIG. 25 shows a schematic configuration of the droplet discharge device 401.
  • the droplet discharge device 401 includes a droplet amount measuring mechanism 502, a liquid supply mechanism 503, and a droplet amount adjusting unit 504.
  • the droplet amount measuring mechanism 502, the liquid supply mechanism 503, and the droplet amount adjusting unit 504 are connected to the control device 505 via wirings 506-509 and controlled.
  • FIG. 26 shows the configuration of the liquid supply mechanism 503.
  • a cylindrical piezoelectric element 3101 covering the periphery of the needle is added to the sample supply needle 208 and controlled by a control device (not shown).
  • a voltage is applied to the piezoelectric element 3101 from the control device, the needle 208 in contact with the piezoelectric element 3101 is deformed and the volume in the needle 208 is changed. Thereby, the liquid in the needle is pushed out from the tip of the needle and discharged as a droplet. Since sample suction, needle cleaning, and back pressure operation are the same as the liquid supply mechanism of the first embodiment, description thereof is omitted.
  • the positional relationship between the sample supply mechanism 503 and the droplet amount measuring mechanism 502 is shown.
  • the method for controlling the amount of droplets ejected from the sample supply mechanism is the same as in the second embodiment.
  • the sample supply mechanism 503 is driven so as to come to the upper part of the needle 12.
  • the tip of the needle 208 is opposed to the tip of the needle 12, is brought close to a distance where the droplet advances straight without contact, and the droplet is discharged and introduced into the needle 12 until a desired amount is reached.
  • the sample introduction apparatus of the present invention has a flow path for collecting droplets ejected from the droplet ejection apparatus, it is possible to average variations in liquid sizes and introduce a desired amount of sample with high reproducibility.
  • it is a sample introduction device that serves both as an accumulation channel and a sample introduction channel and has a fluid drive means on the other side of the accumulation channel, there is no dead volume and all the introduced samples are introduced. There is no remaining amount.
  • the piezoelectric element is directly attached to the needle, the number of samples required for ejection can be reduced.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Automatic Analysis And Handling Materials Therefor (AREA)

Abstract

　本発明の目的は、極微量の試料を分析装置に短時間で再現性よく、導入する試料導入装置および試料導入方法を提供することである。　溶離液を送液する送液ポンプと、前記溶離液を送液する流路と、前記送液ポンプにより送液された溶離液に試料を導入する試料導入部と、前記試料導入装置で試料が導入された液体を分離する分離カラムと、前記分離カラムから送液される液体中の前記試料の成分を検出する検出器と、を備える液体クロマトグラフ装置において、前記試料導入部は、前記試料を液滴として吐出する液滴吐出部と、前記試料を前記流路内に導入するニードルを備え、前記液滴吐出部から吐出された複数の液滴試料を、前記ニードル内部に導入し、前記ニードル内部に蓄積された前記試料を前記流路内に導入することを特徴とする液体クロマトグラフ装置。

Description

分析装置及びその試料導入装置
　本発明は、分析装置及び試料導入装置に係り、特に液体クロマトグラフなどの分析装置に試料を導入するための試料導入装置に関する。
　液体クロマトグラフは、試料内の化学物質の含有量の測定や種類の同定を行う装置であり、生化学・医薬品・食品など多くの分野で化学物質の分析に使用されている。
　液体クロマトグラフは、送液ポンプ、試料導入装置、分離カラム、検出器とそれらを結ぶ流路（細管）を備えている。流路の上流側に設置した送液ポンプで移動相である有機溶媒などの液体（溶離液）を送液し、途中に設けた試料導入装置から化学物質を含む試料を注入して、下流側に接続する分離カラム（ビーズなどを充填）に試料を導入する。試料内の検出対象化学物質がカラム内のビーズ表面での吸脱着を繰り返しながら、それぞれ固有の速度で流れていくため物質毎に分離カラム内での移動速度が異なり、濃度ピークが時間的に分離する。これを分離カラムの下流側に設けた検出器で吸光度測定する。
　液体クロマトグラフの高速化に伴い、検出対象化学物質の検出時間を短くするために試料導入装置での試料の極微量注入が望まれている。また、生化学や医薬品で取り扱う試料は貴重で少量しか供与できない場合があり、試料を極微量に注入できる試料導入装置が望まれている。
　特許文献１の様な従来の液体クロマトグラフの試料導入装置では、ニードルに吸引した試料を全量注入できるダイレクトインジェクション方式が主流となっている。
　試料導入装置では試料のハンドリングにニードルを使用する。具体的には、試料にニードルを浸し、配管等を介してニードルに接続するシリンジポンプを駆動して、ニードル内に試料を所望量吸引するが、ダイレクトインジェクション方式では、ニードルとシリンジポンプ間の配管に切り替えバルブが存在し、シリンジ側の低圧流路からバルブを切り替えて、送液ポンプと分離カラム間の高圧流路にニードルを含む流路を挿入し吸引した試料を分離カラムへと送液する。
　極微量液の発生手段としては、近年、インクジェット方式を採用した例が報告されている。
　インクジェット方式は、液体の含まれる流路に圧電素子を取り付け、圧電素子に電圧を印加して流路を急激に変形させることにより、流路内の圧力を上昇させ、吐出口から液体を液柱にして吐出する。吐出された液柱は表面張力により括れて分裂し極微量の液滴を生じる。
　特許文献２ではガスクロマトグラフの試料導入にインクジェット方式を採用している。特許文献２は、試料を圧電素子によって吐出する液滴吐出装置と、液滴吐出装置から吐出された試料を受け取る試料入り口、受け取った試料を加熱して気化する加熱部、気化した試料を排出する排出口を持つインサートと、液滴吐出装置とインサートを位置決めするための基台と、基台のインサート加熱領域においてインサートを加熱するように配置されたヒータと、液滴吐出装置の試料吐出口およびインサートの試料入り口を共通の内部空間に含むように被いキャリアガスが供給されるキャリアガス供給口を持つ密閉容器と、インサートの排出口に接続された分離カラムと、分離カラムの下流に接続された検出器を備えている。
　また、特許文献３に記載の質量分析計では、試料を供給する液滴吐出装置と、液滴吐出装置から吐出された液滴を受け止める液溜め部と、液溜め部の液を電圧の印加される部位に導く導入流路と、導入流路より電圧の印加される部位に導かれた液を静電噴霧する先鋭部と、液粒に熱を加え気化するヒータと、液体中に含まれていた分子のイオンを取り込むイオン取り込み口と、取り込まれたイオンを質量に基づいて分離する質量分析装置を備えている。
特開2008-51746号公報 ＷＯ2009/118825 特開2007-033388号公報
　本発明が解決しようとする課題は、液体クロマトグラフに極微量の試料を、正確かつ再現性よく注入することにより、分析精度を向上することである。
　特許文献１に記載のダイレクトサンプリング方式では、シリンジポンプを用いた分注を行っている。シリンジポンプの再現性は、シリンジポンプのプランジャ駆動精度とシリンジ加工精度に影響を受け、ダイレクトサンプリング方式で０．１μＬオーダ以下の極微量液を液体クロマトグラフに再現性よく導入することは困難であった。
　また、インクジェット方式を用いた微量液滴吐出装置は、吐出口から液体が液柱として吐出され、液柱が分裂して液滴となるため液柱の分裂位置が変動して、発生する液滴の大きさがばらつき、液量の再現性が良くなかった。
　特許文献２の試料導入装置は、インクジェット技術を用いて液滴を一滴ずつ移動流体であるガスの中に注入し蒸発させて流路に流す。この構成では、移動流体を溶離液として考えた場合、溶離液の流れに個別の液滴が間隔を持って流れるため流路内で試料が広い範囲で拡散してしまうと考えられる。これにより検出対象化学物質の流れ方向の拡がりが大きくなり、検出対象化学物質が検出器に流入して流出するまでの時間が長くなり、分析時間が長くなる。また、分析結果であるクロマトグラムのピークが低下し幅が拡がるため、分析精度や感度が低下する恐れがある。
　特許文献３に記載の液滴吐出装置は、質量分析計に接続し、試料中に存在する分子の質量数に関する情報を得るための情報取得方法であって、複数の試料を汚染や計量誤差の影響が少ない状態で混合、さらに混合による反応の調査を容易にしたものである。しかし、特許文献３に記載の試料導入装置は、界面張力により液溜め部の表面や導入流路内に液が残留するため噴霧量の正確性、再現性が悪くなり、分析精度が低下する恐れがある。また導入流路内に試料が残ってしまいデットボリュームがある。
　上記の課題を解決するために、本発明は以下の構成を備える。
　溶離液を送液する送液ポンプと、前記溶離液を送液する流路と、前記送液ポンプにより送液された溶離液に試料を導入する試料導入部と、前記試料導入装置で試料が導入された液体を分離する分離カラムと、前記分離カラムから送液される液体中の前記試料の成分を検出する検出器と、を備える液体クロマトグラフ装置において、前記試料導入部は、前記試料を液滴として吐出する液滴吐出部と、前記試料を前記流路内に導入するニードルを備え、前記液滴吐出部から吐出された複数の液滴試料を、前記ニードル内部に導入し、前記ニードル内部に蓄積された前記試料を前記流路内に導入することを特徴とする液体クロマトグラフ装置。
　本発明によれば、開放した流路に多数の液滴を集積した後に試料導入を行うことで各液滴の分注誤差を平均化され、試料導入量の再現性がよくなり、分析精度が向上する。
　その他の構成及びその効果については、発明を実施するための形態の欄で説明する。
本発明の液体クロマトグラフの概略構成図である。 本発明の実施例１の試料導入装置の動作フローである。 本発明の実施例１の液滴吐出部４０１の構成を説明する図である。 本発明の実施例１の液滴吐出機構５０１の構成を説明する図である。 本発明の実施例１の液滴量計測機構５０２の構成を説明する図である。 本発明の実施例１の液供給機構５０３の構成を説明する図である。 本発明の実施例１の液滴量調整部５０４の構成を説明する図である。 本発明の実施例１の初期状態を説明する図である。 本発明の実施例１の流体駆動手段の切り替えを説明する図である。 本発明の実施例１の試料吸引とニードル外壁洗浄を説明する図である。 本発明の実施例１の試料供給と背圧設定を説明する図である。 本発明の実施例１の液滴量調整を説明する図である 本発明の実施例１の液滴注入を説明する図である。 本発明の実施例１の液滴吐出装置の洗浄を説明する図である。 本発明の実施例１の試料導入を説明する図である。 本発明の実施例１の液滴画像を示す図である。 本発明の実施例１の立体的な構成を説明する図である。 本発明の実施例２の動作フローを説明する図である。 本発明の実施例２の液体クロマトグラフの初期状態の概略構成図である。 本発明の実施例２の流体駆動手段の切り替え時の動作を説明する図である。 本発明の実施例２の液滴吐出時の動作を説明する図である。 本発明の実施例２の試料吸引時の動作を説明する図である。 本発明の実施例２の試料導入時の動作を説明する図である。 本発明の実施例３の動作フローを説明する図である。 本発明の実施例３の液滴吐出装置の概略構成を説明する図である。 本発明の実施例３の液供給機構５０３を説明する図である。 本発明の実施例３の液滴量調整を説明する図である。 本発明の実施例３の液滴注入を説明する図である。
　先ず、図１の本発明の液体クロマトグラフの概略構成図で動作を説明する。
　液体クロマトグラフは、溶離液容器１と、送液ポンプ２と、試料導入装置３と、試料容器４と試料中の検出対象化学物質を分離する分離カラム５と、検出対象化学物質を検出する検出器６と、廃液容器７、配管１１１、データ処理装置１１２を備える。
　配管１１１は溶離液容器１から送液ポンプ２、試料導入装置３、分離カラム５、検出器６を通って廃液容器７に至る流路を結ぶ。溶離液９は溶離液容器１から廃液容器７まで前記した各要素を通じる流路に満たされており、送液ポンプ２により溶離液容器１側から廃液容器７側に送液される。試料１０は試料容器４から試料導入装置３によって前記流路に適宜注入され、溶離液９とともに流れる。なお、送液ポンプ２と、試料導入装置３と、検出器６の動作制御は、動作制御部（図示せず）により行われる。
　図２は本発明の実施例１の動作工程のフローである。
　本発明の試料導入装置は、液体クロマトグラフの流路１１１に溶離液が連続して流れている初期状態、流体駆動手段の切り替え、試料供給、液滴量調整、液滴注入、試料導入、洗浄の順で動作する。
　この動作が終わった後、液体クロマトグラフで分析が行われる。分析終了後、次の分析を行うまでに試料導入装置内の流路内圧力を高圧から大気圧にする圧力抜きを行い、次の試料導入動作に移る。
　従来と異なる点は、液滴吐出装置４０１が存在し、液滴注入工程において液滴吐出装置４０１から吐出した液滴をニードル１２内に複数滴導入することである。
　　図３に液滴吐出装置４０１の概略構成を示す。
　液滴吐出装置４０１は、液滴吐出機構５０１、液滴量計測機構５０２、液供給機構５０３、液滴量調整部５０４からなる。液滴吐出機構５０１と液滴量計測機構５０２と液供給機構５０３と液滴量調整部５０４は、制御装置５０５に配線５０６－５０９で接続し、制御される。
　図４(a)に液滴吐出機構５０１を示す。
　液滴吐出機構５０１は、液滴吐出部２０１、液滴吐出部２０１をＺ軸方向に動かすＺステージ２０２、液滴吐出部２０１をＹ軸方向（紙面に垂直方向）に動かすＹステージ２０３、Ｘ軸方向に動かすＸステージ２１１、液体導入口２１２、位置合わせ機構２２３、液吐出口２２５を備える。
　図４（ｂ）に液滴吐出部２０１の断面図を示す。
　液滴吐出部２０１は液体導入口２１２と液吐出口２２５を流路１１０３で接続している。流路１１０３には圧電素子１１０１が取り付けてあり、圧電素子１１０１に電圧を印加し流路１１０３の一部を変形することにより液吐出口２２５から流路内部の液体を吐出する。
　図５に液滴量計測機構５０２を示す。
　液滴量計測機構５０２は、吐出された液滴を撮像ためのカメラ２０５、光源２０６と、両者をＸ方向に動かすＸステージ２１１とカメラ２０５をＹＺ方向に動かすＹステージ２１５、Ｚステージ２１４と、光源２０６をＹＺ方向に動かすＹステージ２１７、Ｚステージ２１６を備える。
　図６に試料供給機構５０３を示す。
　試料供給機構５０３は、試料供給用ニードル２０８、試料供給用ニードル２０８を支えるＹステージ２１０、Ｘステージ２１１と、Ｚステージ２３１と、シリンジポンプ２０９、洗浄液２２２の入った洗浄液容器２２１、切り替えバルブ２２０、切り替えバルブ内の流路６４、６７、試料供給用ニードル２０８に接続する配管６３とシリンジポンプ２０９に接続する配管６５を備える。
　図７に液滴量調整部５０４を示す。
　液滴量調整部５０４は、液量調整する液滴を受け取る液滴量調整場所２０４と、試料供給装置内の温度を感知する温度センサ２２６を備える。液滴の体積は温度にも影響を受けるため、温度センサ２２６は、液滴が生成される部分の温度を測定する。なお、温度センサ２２６は、液滴が生成される試料供給装置付近の温度が測定できれば他の場所、例えば液滴吐出部２０１に取り付けられていても構わない。
　以下に動作の詳細を説明する。
　図８は初期状態における流路接続状態を示す。
　試料導入装置３は切り替えバルブ１９、２０、試料を吸引するためのニードル１２、注入ポート１３、洗浄ポート１７、ドレイン１８、シリンジポンプ２１、洗浄液２２、洗浄液容器２４、配管１１、１４、１５、１６、２３、３７、３８、４１を備える。
　切り替えバルブ１９は、液体が出入りする６つのポート（Ｐ１－Ｐ６）を備えた円盤状のステータと、片面に溝状の流路３１、３２、３３を備えた円盤状のロータを備え、固定したステータに対してロータを６０度刻みで密着回転することによりポートと流路間の連結状態を変えるものである。また、切り替えバルブ２０は６つのポート（Ｐ１１－Ｐ１６）を備えたステータと、流路３４、３５、３６を備えたロータからなり、ロータを４５度ずつ回転し流路を切り替える。初期状態では、送液ポンプ２、配管２５、切り替えバルブ１９のＰ６、流路３１、切り替えバルブのＰ１、配管２６、分離カラム５が接続し、試料導入装置３をバイパスして送液が行われている（図中の太線）。
　図９に示す様に、次の流体駆動手段の切り替え時には、初期状態から切り替えバルブ２０を反時計回りに４５度回転し、流体駆動手段であるシリンジポンプ２１とニードル１２間の流路を接続する（図中の太線）。
　次に、液滴吐出装置４０１への試料供給からニードル１２への試料導入までの動作について説明する。
　図１０、図１１は試料供給動作を説明する図であり、関連する要素のみを抜き出している。図１０は前段の試料吸引とニードル外壁洗浄を示し、図１１はニードルから液滴吐出装置への試料供給と液滴吐出装置への背圧設定を示す。
　図１０に示す試料吸引時には、試料供給用ニードル２０８を試料容器４上に移動しニードル先端を試料１０内に挿入し、シリンジポンプ２０９を駆動して吸引する。
　次の外壁洗浄では試料供給用ニードル２０８を洗浄ポート１７に移動し、試料供給用ニードル２０８の外壁に付着した試料１０を洗い流す。
　図１１に示す試料供給時には、液滴吐出部２０１が液滴量調整場所２０４に移動した後、試料１０を保持した試料供給用ニードル２０８が、液滴吐出部２０１の液体導入口２１２の上部に移動し、液滴吐出部２０１の液体導入口２１２に試料供給用ニードル２０８を挿入する。試料供給用ニードル２０８と液滴吐出部２０１の位置合わせは、液滴吐出部２０１の位置決め機構２２３により相互の位置を把握して、図３に示す制御装置５０５にてＹステージ２１０Ｘステージ２１１と、Ｚステージ２３１を動作させ行う。試料供給用ニードル２０８を液滴吐出部２０１に接続した後、シリンジポンプ２０９を駆動し、試料供給用ニードル２０８から液滴吐出部２０１に試料１０（図１７）を注入する。この状態のままでは試料供給用ニードル２０８からシリンジポンプ２０９までの流路が閉じており、液滴が吐出されないので次に示す背圧設定を行う。
　背圧設定では、切り替えバルブ２２０が９０度時計回りに回転し、試料供給用ニードル２０８、配管６３、流路６７、配管６６を接続し、洗浄液２２２の入った洗浄液容器２２１に接続する。洗浄液容器２２１と洗浄液２２２の液面と液滴吐出部２０１の高さ関係は洗浄液容器２２１と液滴吐出部２０１を接続する配管６３の圧力が液滴の吐出が安定する位置に設置する。なお、適切な圧力を確認するため圧力センサを配管にとりつけて確認してもよい。
　次に、液滴量調整を行う。図１２は、液滴吐出装置４０１から、液滴量調整に関連する液滴吐出機構５０１と液滴量計測機構５０２と液滴量調整部５０４（立体的な位置関係は図１７に示す）抽出したものである。図はカメラ２０５と光源２０６を移動し、液体吐出装置２０１から吐出される液滴２１３の観察位置に移動した状態を示す。カメラ２０５と光源２０６と液滴吐出部２０１の位置関係は制御装置５０５により制御する。位置関係は、あらかじめ設定してもよいし、液滴２１３を吐出後に変更してもよい。
　本実施例では、液滴吐出部２０１にインクジェット方式を想定している。インクジェット方式では液体の含まれる流路に圧電素子を取り付け、圧電素子に電圧を印加して流路を急激に変形させることにより、流路内の圧力を上昇させ、吐出口から液体を吐出する。そのため、圧電素子に印加する電圧と周波数により液滴量を調整することができる。また、吐出される液滴量は吐出する液の物性、特に粘度の影響が大きく、粘度が温度により変化するため温度センサ２２６による雰囲気温度の情報も必要になる。液滴量調整工程ではカメラ２０５と光源２０６を用いて、液滴吐出部２０１から吐出された液滴２１３の画像（図１６）を取得し、データを制御装置５０５（図３）に送る。また温度センサ２２６による雰囲気温度の情報も制御装置５０５送る。制御装置５０５は、画像処理により画像データから液滴量を計算する。
　図１６は、液滴画像を示す図である。中央付近に液滴が存在しており、カメラの倍率から液適量を得ることができる。液滴部を際立たせるためエッジ強調処理を画像に施せば、より明確に液適量を画像から求めることができる。
　これらについてあらかじめ一定の粘度の標準液を使用し圧電素子に印加する電圧、周波数を変化させて複数回液滴吐出し平均液滴量と変動（再現性）を計測しデータベース化し、既知の液体を吐出する場合はそのデータベースから所望の液滴を吐出する様、電圧、周波数を設定しておく。
　未知の液体の場合は粘度が明らかでないため、データベースから得られた水などの標準液での電圧、周波数条件で複数回吐出を行い、平均液滴量と変動を測定して、吐出する液滴量に設定する。
　なお、液滴画像から液滴量を求め、必要試料注入量と１つあたりの平均液滴量から液滴の個数（液滴吐出回数）を求めたが、次のようなやり方でも構わない。すなわち、１つあたりの平均液滴量は固定にして、液滴の個数（液滴吐出回数）と溜まった試料との関係をデータベース化しておき、装置上の記憶装置に保存しておく。液滴の個数（液滴吐出回数）がある程度大きくなれば、液滴の個数と溜まった試料は比例関係にあるので、上記のデータベースと必要な注入試料量から、液滴の個数（液滴吐出回数）を求めることができる。この場合、カメラ２０５や光源２０６は不要となる。
　次に図１３で液滴注入について説明する。
　図は液滴吐出装置４０１（図３）から関係する液滴吐出機構５０１と液滴量計測機構５０２（図５）を抽出し、液体クロマトグラフへの試料導入用のニードル１２（立体的な位置関係は図１７に示す）との位置関係を示している。液滴吐出部２０１の液滴吐出口２２５とニードルの開放端が対向する形で配置する。ニードル１２はＹ軸ステージ２１９がθ方向に回転することで開放端を液滴吐出部２０１に対向する形に移動する。
　図示しない入力手段から入力された所望の試料注入量を、制御装置５０５（図３）で液滴量調整時に得た平均液滴量で割って液滴吐出回数を決める。
　まず、ニードル１２を注入ポート１３から引き抜きＹ軸ステージ２１９を用いて設定した位置に移動する。次に制御装置５０５（図３）により液滴吐出機構５０１のステージ２１１（図４）、２０２、２０３を駆動して液滴吐出部２０１の液滴吐出口２２５をニードル１２の開放端の真上に移動する。この時、液滴吐出部２０１の位置合わせ機構２２３によりニードル１２の開放端と液滴吐出口２２５が接触せず、かつ液滴が直進する範囲に位置調整する。さらに、液滴量計測機構５０１をニードル１２の先端に対して対向するように移動する。ニードル１２の先端はガラスや樹脂などの透明部材により形成されており、内部が観察できるようになっている。
　次に、光源２０６でニードル１２を照らし、カメラ２０５でニードル１２内を撮影し、得られた画像データからニードル内の溶離液９の液面とニードル１２の先端の距離を求め、あらかじめ設定していた液面－先端距離とニードル内体積の関係を記録したデータベースをもとに先端の空気部分の体積を求める。ニードル１２の空気部分が試料の所望量よりも少なかった場合は、シリンジポンプ２１を駆動しニードル１２内の溶離液９の液面を低下させ、液滴吐出部２０１からニードル１２内に試料を注入した時に試料液がニードル先端から溢れださないようにしておく。
　その後、制御装置５０５により決定した吐出回数分、液滴吐出部２０１からニードル１２内に液滴２１３が吐出され、所望量がニードル１２内に分注される。分注の成否は溶離液面確認と同様にニードル１２を撮影し、得られた画像データから、制御装置５０５で分注前後の液面の変化を求め液量に換算し確認する。分注不足の場合は、不足分だけ液滴吐出部２０１から液滴を吐出し追加してもよい。最初に液滴量を調整しているので、分注前後の液面変化を求めて液量に換算する工程はなくてもよい。
　液滴２１３を吐出する際、ニードル１２が鉛直になっており液滴は溶離液面に到達するとしたが、ニードル１２に僅かに傾きを加えることで、液滴２１３をニードル１２の内壁に当て、試料を注入してもよい。ニードル１２内に空気が含まれてもよい。
　試料の液滴２１３が注入されたニードル１２は、Ｘ、Ｙ、Ｚステージ（２２４、２１９、２１８）に搭載されており、これらのステージを制御装置５０５で駆動し注入ポート１３に移動し、従来と同様に試料導入を行う。
　次に、図１４を用いて、液滴吐出装置４０１の洗浄を説明する。
　試料導入後、一体となっている液滴吐出部２０１と試料供給用ニードル２０８を、試料導入装置３の洗浄ポート１７に移動する。（立体的な位置関係は図１７に示す）
　次に、切り替えバルブ２２０を時計回りに１３５度回転し、流路６４、配管６５、シリンジポンプ２０９と洗浄液容器２２１を接続し、洗浄液２２２を吸引する（洗浄液吸引、図上）。次に、切り替えバルブ２２０を反時計回りに４５度回転し、配管６３、６５、流路６４を接続しシリンジポンプ２０９を駆動して洗浄液２２２を押し出して、試料供給用ニードル２０８と液滴吐出部２０１の流路を洗浄する（洗浄）。廃液は洗浄ポート１７から廃棄する。
　実施例１ではニードル１２を液滴吐出部２０１の液滴吐出口２２５の下に配置して液滴を注入していたが、液滴吐出口２２５の方向によらず、ニードル１２の開放端を液滴吐出口２２５に対向して、設置し液滴を注入すればよい。
　図１５に示す様に、続く試料導入時には、ニードル１２を注入ポート１３に挿入し、切り替えバルブ１９を時計回りに６０度回転することにより、ニードル１２と配管１１からなる流路（試料を吸引保持）が、分析流路(配管２６、分離カラム５、検出器６)に挿入され（図の太線流路を形成する）、吸引した試料が溶離液により押し流され全量、分離カラムへと移動する。
　最後の、圧力抜き時には、切り替えバルブ１９を反時計回りに６０度回転させて、図３に示す初期状態へと戻る（ニードル１２を含む流路が洗浄ポート１３に接続し圧力が大気圧に戻される）。
　本発明の試料導入装置は、液滴吐出装置から吐出された液滴を集積する流路を持つために、液滴の大きさのばらつきを平均化し、再現性よく所望量の試料を導入できる。
　また集積する流路と試料導入流路を兼ね、集積流路の他端に流体駆動手段を備える試料導入装置であるため、デッドボリュームがなく、導入した試料がすべて導入されるため、流路内に残留する試料がない。
　次に液滴量調整でのニードル２０１への液滴注入量の再現性を向上する理由について具体的に説明する。
　ダイレクトインジェクション方式ではニードル１２に入った試料が全て液体クロマトグラフで測定されるため試料注入量再現性が測定再現性に大きく影響する。本実施例では個々の液滴の液量再現性が十分でない時にさらに小さな液滴を複数回吐出しニードルに集積することで再現性を向上させる。また、多数の試料を測定する場合、測定時間も装置性能に対して重要なファクタとなるため測定時間も考慮に入れる。
　実施例１の液滴量調整工程で一滴の平均液滴量ｖ［μＬ］、再現性（液滴量の標準偏差を平均液滴量で割った値）ｒ［％］、一滴あたりの吐出に要する時間ｔ（周波数の逆数）［ｓ］が与えられているとする。ユーザが要求する再現性をＲ［％］、液滴吐出に許される時間をＴ0［ｓ］、測定試料の目標とする量（液滴目標注入量）をＶ0［μＬ］とする。
また、吐出回数をＮとする。
　実際の液滴注入量Ｖは、（式１）である。実際の再現性をＲとすると中心極限定理から、（式２）であり、実際の分注時間Ｔとすると（式３）で、ユーザの要求から、（式４）でなければならない。要求の再現性Ｒを実現し液滴吐出時間Ｔｏの上限を越えない吐出回数Ｎの範囲は式（式２）、（式３）、（式４）より、（式５）が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　また、ユーザの要求を満たすことが可能な測定試料の量（液滴目標注入量）Ｖ0の範囲は、（式６）で与えることができる。（式５）から、一滴の平均液滴量ｖは、（式７））の範囲でなくてはならない。また、再現性ｒは（式８）の範囲でなくてはならない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　データ処理装置は所有するデータベースや液滴量調整により得られた一滴の平均液滴量ｖと、データからユーザが設定した液滴吐出に許される時間Ｔ0、目標再現性Ｒ、（式６）より導いた、液滴目標注入量Ｖ0が達成する電圧・周波数などの液滴吐出部の駆動条件を選び、液滴注入を実行する。
　また、（式５）、（式６）、（式７）、（式８）の式を参照し、吐出回数Ｎ、液滴目標注入量Ｖ0、再現性Ｒが、範囲外の値をデータ処理装置にユーザが入力した場合は、データ処理装置はエラーを出す。エラーが出た場合、求める再現性Ｒの出る分析が行える所望量と分析時間を提示することもできる。またユーザが入力した所望量（液滴目標注入量Ｖ0）でもっともよい再現性Ｒを達成する条件を提示することもできる。
　通常は、ユーザがデータ処理装置に指定した所望量と、制御装置５０５の（式５）～（式８）により、一滴の平均液滴量ｖと分注液滴数（吐出回数Ｎ）を算出し決定する。その後決定した一滴の平均液滴量ｖが吐出するような、液滴吐出部２０１の電圧と周波数を制御装置５０５のデータベースを参照することにより決定し、流路内に液滴を吐出する。通常、再現性は最良の値に設定されている。
　本実施例によれば、ユーザの要求する時間、再現性に従って、装置の吐出回数の設定を自動でできるため装置の稼働率が上がる。また、液滴吐出装置の最適な駆動条件（電圧、周波数、吐出回数）を提示できるため再現性の良い測定が可能になる。
　次に本実施例２について説明する。
　図１８に動作フローを示す。
　本実施例の試料導入装置は、初期状態、流体駆動手段の切り替え、試料吸引、ニードル洗浄、試料導入の順で動作する。
　図１９は本実施例の液体クロマトグラフの概略構成図である。本実施例では実施例１と異なり、配管７１、液滴吐出装置７２、廃液容器７３、制御装置２３０１を備え、液滴吐出装置４０１が存在しない。その他の構成や流路の切り替えは実施例１と同様なため説明を省略する。
　図２０に流体駆動手段の切り替え時の動作を説明する。
　図２０に示すように、図２１の状態から切り替えバルブ２０を反時計回りに４５度回転させて、液滴吐出装置７２、配管７１、流路３４、配管１５、流路３３と配管１１とニードル１２が接続する（図の太線）。　
　図２１に液滴吐出時の動作を示す。
　液滴吐出時には、まず図２０の状態から、ニードル１２を注入ポート１３から引き抜いた後、液滴吐出装置７２から廃液容器７３に向けて、流路内の溶離液２３０３を所望量吐出して、流路他端のニードル１２に所望量の空気を吸い込む（液滴吐出装置７２のコントロールは配線２３０２により接続する制御装置２３０１により行う）。
　図２２に試料吸引時の動作を示す。
　先ず、試料容器４の試料１０にニードル１２を浸し、液滴吐出装置７２から溶離液を吐出してニードル１２に所望量の試料１０を進入させる。
　次に洗浄ポート１７にてニードル１２の外壁を洗浄する（図示しない）。
　最後に図２２に示す試料導入を行う。
　試料導入では、図２３の状態からニードル１２を注入ポート１３に移動して、注入ポート１３にニードル１２を挿入する。その後、切り替えバルブ１９を図２２に示す状態から反時計回り６０度回転させることにより、配管１１、ニードル１２、注入ポート１３、配管１４が分析流路（配管２５、切り替えバルブ１９のＰ６、流路３１、切り替えバルブ１９のＰ１、配管２６）に組み込まれる（図の太線）。
　その後、ニードル１２および配管内に保持された試料は、ポンプ２によって溶離液９とともに分離カラム５へと供給される。
　本発明の試料導入装置は、液滴吐出装置から吐出された液滴を集積する流路を持つために、液体の大きさのばらつきを平均化し、再現性よく所望量の試料を導入できる。
　また、デッドボリュームがなく、導入した試料がすべて導入されるため、流路内に残留する量がない。
　本実施例の実施例２によれば、また、液滴吐出装置を流れる液体が既知の溶離液であるために、液滴吐出装置の複雑な制御が不要なため、簡便な装置になる。
　次に本発明の実施例３について説明する。
　本実施例では試料供給用ニードル２０８にニードル周囲を覆う円筒形の圧電素子３１０１を備え液滴吐出機構が液供給機構に一体化している。（図２６）その他の構成や流路の切り替えは従来のダイレクトインジェクションと同様なため説明を省略する。
　動作フローを図２４に示す。　
　本実施例の液滴吐出装置４０１では試料吸引、ニードル洗浄、液滴量調整、液滴注入、試料導入を行う。
　図２５に液滴吐出装置４０１の概略構成を示す。
　液滴吐出装置４０１は、液滴量計測機構５０２、液供給機構５０３、液滴量調整部５０４からなる。液滴量計測機構５０２と液供給機構５０３と液滴量調整部５０４は、制御装置５０５に配線５０６－５０９で接続し、制御される。
　図２６に液供給機構５０３の構成を示す。
　試料供給用ニードル２０８にニードル周囲を覆う円筒形の圧電素子３１０１を加え、図示しない制御装置にて制御する。制御装置から圧電素子３１０１に電圧を印加することにより圧電素子３１０１に接するニードル２０８が変形しニードル２０８内の体積が変化する。これによりニードル内の液をニードル先端から押し出し液滴として吐出する。試料吸引、ニードル洗浄、背圧操作は、実施例１の液供給機構と同様のため説明を省略する。
　図２７で液滴量調整について説明する。
　試料供給機構５０３と液滴量計測機構５０２の位置関係を示す。試料供給機構から吐出される液滴の量の制御方法は実施例２と同様である。
　図２８で液滴注入について説明する。
　試料供給機構５０３がニードル１２の上部にくるように駆動させる。ニードル２０８先端はニードル１２の先端と対向し、接触せず液滴が直進する程度の距離まで近づけて液滴を吐出しニードル１２内に所望量になるまで液滴を導入する。
　本発明の試料導入装置は、液滴吐出装置から吐出された液滴を集積する流路を持つために、液体の大きさのばらつきを平均化し、再現性よく所望量の試料を導入できる。また集積する流路と試料導入流路を兼ね、集積流路の他方に流体駆動手段を備える試料導入装置であるため、デッドボリュームがなく、導入した試料がすべて導入されるため、流路内に残留する量がない。さらに、ニードルに直接圧電素子が取り付けられているため、吐出に必要な試料を少なくすることができる。
９　溶離液
１１　配管
１２　ニードル
１９　切り替えバルブ
２０１　液滴吐出部
２０５　カメラ
２０６　光源
４０１　液滴吐出装置
５０１　液滴吐出機構
５０２　液滴量計測機構
５０３　試料供給機構
５０４　液滴量調整部
５０５　制御装置

Claims (10)

  1. 　溶離液を送液する送液ポンプと、前記溶離液を送液する流路と、前記送液ポンプにより送液された溶離液に試料を導入する試料導入部と、前記試料導入装置で試料が導入された液体を分離する分離カラムと、前記分離カラムから送液される液体中の前記試料の成分を検出する検出器と、を備える液体クロマトグラフ装置において、
    　前記試料導入部は、
    　前記試料を液滴として吐出する液滴吐出部と、前記試料を前記流路内に導入するニードルを備え、
    　前記液滴吐出部から吐出された複数の液滴試料を、前記ニードル内部に導入し、
    　前記ニードル内部に蓄積された前記試料を前記流路内に導入すること
    を特徴とする液体クロマトグラフ装置。
  2. 請求項１において、
    前記試料導入部は、前記液滴を撮像する撮像装置と、前記試料の温度を測定する温度センサを備えることを特徴とする液体クロマトグラフ装置。
  3. 請求項２において、
    前記撮像装置で前記複数の液滴を撮像し、前記液滴の平均液適量を求め、前記流路に導入する前記試料の量と前記平均液適量に基づいて、前記液滴吐出部を制御することを特徴とする液体クロマトグラフ装置。
  4. 請求項１において、
    前記液滴吐出部は、圧電素子を備え、前記圧電素子の電圧と周波数により吐出する液滴量を制御することを特徴とする液体クロマトグラフ装置。
  5. 請求項１において、
    前記液滴吐出部で吐出された液滴吐出回数と、前記液滴の総和量との関係を示す情報を記憶した記憶装置を備え、前記情報に基づいて、必要な液滴個数を前記液滴吐出部から吐出することを特徴とする液体クロマトグラフ装置。
  6. 　溶離液を送液する送液ポンプと、前記溶離液を送液する流路と、前記送液ポンプにより送液された溶離液に試料を導入する第一のニードルと、前記試料導入装置で試料が導入された液体を分離する分離カラムと、前記分離カラムから送液される液体中の前記試料の成分を検出する検出器と、を備える液体クロマトグラフ装置において、
    　前記試料を吸引する第二のニードルと、当該第二のニードルに備えられた微量吐出機構を備え、
    　前記微量吐出機構により前記第二のニードルから複数の液滴試料を吐出して前記第一のニードル内部に導入し、
    　前記第一のニードル内部に蓄積された前記試料を前記流路内に導入すること
    を特徴とする液体クロマトグラフ装置。
  7. 請求項６において、
    前記液滴吐出機構で吐出された液滴吐出回数と、前記液滴の総和量との関係を示す情報を記憶した記憶装置を備え、前記情報に基づいて、必要な液滴個数を前記液滴吐出部から吐出することを特徴とする液体クロマトグラフ装置。
  8. 　溶離液を送液する送液ポンプと、前記溶離液を送液する流路と、前記送液ポンプにより送液された溶離液に試料を導入する試料導入部と、前記試料導入装置で試料が導入された液体を分離する分離カラムと、前記分離カラムから送液される液体中の前記試料の成分を検出する検出器と、を備える液体クロマトグラフ装置において、
    　前記試料導入部は、
    　前記液滴を吐出する液滴吐出部と、前記試料を前記流路内に導入するニードルを備え、前記ニードルと前記液滴吐出部を前記溶離液を内部に有する流路で接続し、
    　前記ニードルと前記試料が保管された試料容器に挿入した状態で前記液滴吐出部を駆動し、
    　前記液滴吐出部から吐出された前記溶離液と同量の試料を前記ニードル内部に吸引することを特徴とする液体クロマトグラフ装置。
  9. 請求項８において、
    前記液滴吐出部は、圧電素子を備え、前記圧電素子の電圧と周波数により吐出する液滴量を制御することを特徴とする液体クロマトグラフ装置。
  10. 請求項８において、
    前記液滴吐出部で吐出された液滴吐出回数と、前記液滴の総和量との関係を示す情報を記憶した記憶装置を備え、前記情報に基づいて、必要な液滴個数を前記液滴吐出部から吐出することを特徴とする液体クロマトグラフ装置。
PCT/JP2013/068203 2012-09-04 2013-07-03 分析装置及びその試料導入装置 WO2014038275A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012193679A JP2014048248A (ja) 2012-09-04 2012-09-04 分析装置及びその試料導入装置
JP2012-193679 2012-09-04

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014038275A1 true WO2014038275A1 (ja) 2014-03-13

Family

ID=50236898

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2013/068203 WO2014038275A1 (ja) 2012-09-04 2013-07-03 分析装置及びその試料導入装置

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2014048248A (ja)
WO (1) WO2014038275A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109253947A (zh) * 2018-10-19 2019-01-22 西北工业大学 一种负压环境下高温熔融金属液滴碰壁实验装置及方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230052987A (ko) * 2017-10-10 2023-04-20 반알엑스 파마시스템즈 인크. 무균 환경에서 컨테이너를 유체 의약으로 충전하는 것을 모니터링하고 제어하기 위한 장치 및 방법
JP7342741B2 (ja) * 2020-03-11 2023-09-12 株式会社島津製作所 試料注入装置、および、液体クロマトグラフ

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5786756A (en) * 1980-09-30 1982-05-29 Erba Strumentazione Method of and apparatus for sampling gromatographic test piece
JP2008051746A (ja) * 2006-08-28 2008-03-06 Hitachi High-Technologies Corp 液体クロマトグラフ装置及び試料導入装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5786756A (en) * 1980-09-30 1982-05-29 Erba Strumentazione Method of and apparatus for sampling gromatographic test piece
JP2008051746A (ja) * 2006-08-28 2008-03-06 Hitachi High-Technologies Corp 液体クロマトグラフ装置及び試料導入装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109253947A (zh) * 2018-10-19 2019-01-22 西北工业大学 一种负压环境下高温熔融金属液滴碰壁实验装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2014048248A (ja) 2014-03-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6615764B2 (ja) 液体をイオン源に送達するためのシステムおよび方法
US8968561B2 (en) Preparative separation/purification system
JP6035603B2 (ja) 試料導入装置
US20070031285A1 (en) Separation analyzer
JP5736457B2 (ja) 固相抽出装置
CN110869760B (zh) 自动取样器以及液相色谱仪
CN103238066A (zh) 液体色谱仪、液体色谱仪用试样导入装置以及液体色谱仪用试样导入装置的清洗方法
CN108351333B (zh) 气相色谱仪及试样注入方法
WO2014038275A1 (ja) 分析装置及びその試料導入装置
WO2005011832A2 (en) A simultaneous multi-colum liquid chromatograph for direct sampling of an array of liquid samples
US6484560B1 (en) In Situ concentration of an analyte
CN113396328A (zh) 分析装置
CN106053693B (zh) 馏分收集器
CN102171560A (zh) 分析装置及其控制方法
NL2011009C2 (en) Method and device for receiving a droplet.
JP2014106213A (ja) 液体クロマトグラフ用オートサンプラ
JPS6197567A (ja) 試料の前処理方法
US11385251B2 (en) Pretreatment method for specimen held in microchannel, pretreatment apparatus for performing pretreat method, and analysis system provided with pretreatment apparatus
EP4229669A1 (en) Exhaust flow boosting for sampling probe for use in mass spectrometry systems and methods
CN114981919A (zh) 质量分析方法-控制opp操作溶剂的粘度
JPWO2009151096A1 (ja) 液体クロマトグラフ及びグラディエント送液装置
JP2009014396A (ja) 液体クロマトグラフ分析装置
JP7357787B2 (ja) 自動分析装置の制御方法
US11680929B2 (en) Dead volume-free fraction collection apparatus
JPH07311187A (ja) 液体クロマトグラフィ装置における試料注入方法及び注入装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13834608

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13834608

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1