WO2014097731A1 - 試料導入装置 - Google Patents

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liquid
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flow path
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伊藤　伸也
茂雄 武藤
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株式会社 日立ハイテクノロジーズ
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    • G01N30/7266—Nebulising, aerosol formation or ionisation by electric field, e.g. electrospray

Definitions

  • the present invention relates to a sample introduction device for introducing a sample into a mass spectrometer, and more particularly to a sample introduction device for a mass spectrometer by a flow injection method for introducing a sample solution using a liquid-sending solvent.
  • MS mass spectrometer
  • LC-connected to a sample introduction device online with a separation means such as high performance liquid chromatography (High Liquid Chromatography, HPLC) or capillary electrophoresis (Capillary Electrophoresis, CE) MS or CE-MS is frequently used.
  • separation means such as LC and CE
  • the sample solution is introduced into the flow path through which the solvent continuously flows.
  • the target chemical species in the sample solution is introduced into the MS after being separated from the contaminating components in the separation section at the subsequent stage of the flow path.
  • the chemical species introduced into the MS are ionized by the ion source and separated and detected based on the mass.
  • an atmospheric pressure ionization method typified by electrospray ionization (ESI) is used as an ion source for ionizing target chemical species by MS.
  • ESI electrospray ionization
  • MS connected on-line with these separation means can perform analysis with high sensitivity and high accuracy since the target chemical species is separated from the contaminating components.
  • the sample solution When analyzing a biological sample, the sample solution is often a very small amount.
  • introducing a small amount of sample liquid into the LC-MS there is a method that uses a small sample loop to fill the sample loop with the sample liquid and weighs it. In this case, a sample liquid several times the sample loop volume is required.
  • the method of measuring the sample solution using a syringe installed in the sample introduction device and introducing it into the sample loop is also used, but it is diluted with the solvent before and after the sample solution in the introduction process, and the measurement component The amount of liquid that contains is increased. This lowers the concentration of the measurement component, which not only leads to a decrease in detection sensitivity for a concentration-sensitive detector such as MS, but also increases the measurement time.
  • FIA Flow Injection Analysis
  • a reaction reagent solution is steadily flowed into a thin tube of about 0.5 mm, a solution sample is injected into the continuous flow, and a target chemical species that is a reaction product is detected by a detector installed downstream.
  • a target chemical species that is a reaction product is detected by a detector installed downstream.
  • the analyzer can be configured at low cost, can be quickly and highly sensitively measured with a simple operation, and can be easily automated.
  • FIA-MS In many cases, an absorptiometer is used for detection, but FIA-MS using MS is also used in the environmental field requiring high-sensitivity analysis or measurement of biological components.
  • FIA-MS As a method of introducing a small amount of liquid sample by FIA, for example, in Patent Document 3, sample liquid and air are alternately arranged in a thin tube and introduced into a flow cell as a detection unit, thereby diffusing the sample liquid generated during the introduction. And dilution with cleaning solution.
  • JP 62-50659 A Japanese Patent Publication No. 2573678 JP-A-7-159415
  • An object of the present invention is to realize a method for introducing a sample into an MS that achieves both the introduction of the entire amount of a small amount of sample liquid and the reduction of measurement time.
  • the present invention provides a sample aspirating apparatus comprising a sample aspirating means, a sample loop, a flow path switching means, and a solvent transporting means for introducing a sample into a detector in a solvent flow. This is realized by sometimes introducing the sample into the sample loop with the air layer sandwiched between the front and back of the sample, and introducing the entire sample into the detector together with the front and back air layers.
  • the present invention by sandwiching the sample between the air layers, sample diffusion in the flow path is suppressed, and the signal strength of the sample at the detection unit is increased. Further, by detecting a change in signal intensity due to the air layer, it is possible to facilitate the transition to the cleaning process and to shorten the time required for measurement.
  • Configuration diagram of an automatic analyzer showing an embodiment of the present invention Flow path diagram of sample introduction part showing one embodiment of the present invention Schematic diagram inside the sample loop with the extracted sample liquid and air layer introduced Measurement results using one embodiment of the present invention Measurement result by conventional method
  • Configuration diagram of an automatic analyzer showing another embodiment of the present invention Flow path diagram of sample introduction section showing another embodiment of the present invention
  • An automatic analyzer according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Specifically, in order to automatically and continuously analyze trace components contained in biological samples such as serum and urine, a solid-phase extraction mechanism that performs pretreatment by solid-phase extraction and sample introduction that delivers the extracted sample
  • a solid-phase extraction mechanism that performs pretreatment by solid-phase extraction and sample introduction that delivers the extracted sample
  • An example of analysis of the immunosuppressive agent tacrolimus which is an automatic analyzer comprising an apparatus and an MS equipped with an ESI ion source, more specifically, will be described.
  • the automatic analyzer shown in FIG. 1 performs a process for sequentially performing a solid phase extraction process using a sample placement unit 102 in which a sample container 101 into which a biological sample to be subjected to a solid phase extraction process is dispensed and a solid phase extraction cartridge 103 are disposed.
  • Unit 104 reagent placement unit 106 for placing various reagent containers 105 such as a cleaning solution 203 and an eluate used for extraction processing, and a sample fraction for dispensing biological samples dispensed in these sample containers 101 into a solid phase extraction cartridge 103
  • An extraction container in which an injection mechanism 107, a reagent dispensing mechanism 108 for dispensing various reagents in the reagent container 105 to the solid phase extraction cartridge 103, a solid phase extraction processing unit 109 for performing solid phase extraction processing, and an extraction container 110 are disposed.
  • 111, a solid-phase extraction cartridge 103 and an installation part 112 for consumables such as an extraction container 110, and an extraction sample in the extraction container 110 are dispensed to the ion source 114.
  • a sample introduction unit 113 that supplies liquid and a mass analysis unit 115 that performs mass analysis on components ionized by the ion source 114 are configured.
  • a predetermined amount is dispensed into the solid phase extraction cartridge 103 by the sample dispensing mechanism 107.
  • the solid phase extraction cartridge 103 into which the biological sample has been dispensed moves to the position of the solid phase extraction processing unit 109 as the processing unit 104 rotates.
  • a liquid-dispersed sample is passed through the solid-phase extraction cartridge 103 into which the sample has been dispensed, so that the dispensed sample passes through the solid-phase extraction cartridge, and the component to be measured is solid-phase extracted.
  • the solid phase of the cartridge 103 is held.
  • the washing liquid 203 prepared in the reagent container 105 is dispensed to the solid phase extraction cartridge 103 by the reagent dispensing mechanism 108, and the solid phase extraction cartridge 103 is washed by performing a liquid passing process.
  • the eluate is dispensed by the reagent dispensing mechanism 108 to the solid phase extraction cartridge 103 into which the sample has been dispensed, and the measurement is held on the solid phase of the solid phase extraction cartridge 103 by performing a liquid passing treatment.
  • the target component is eluted and collected in the extraction container 110 as an extraction sample solution.
  • the extraction container 110 that collects the extracted sample solution is moved to the position of the sample introduction part 113 by the rotation of the extraction container installation part 111.
  • the extracted sample solution in the extraction container 110 is introduced into the ion source 114 by the sample introduction unit 113.
  • the component to be measured is ionized by the ion source 114, and the component is detected by the mass analyzer 115.
  • the sample introduction unit 113 sucks the extraction sample liquid and the cleaning liquid 203, sucks the extraction sample liquid and the cleaning liquid 203 in the extraction container 110, the liquid feeding pump 202 that transports the liquid transmission solvent 201, and sends it to the flow path.
  • the needle 205, the sample loop 206 that stores the extracted sample liquid that has been sucked, the liquid feed pump 202, the syringe pump 204, both ends of the needle 205, the sample loop 206, and the ion source 114 are connected, and the extracted sample liquid stored in the sample loop 206 is ionized.
  • FIG. 2 also shows a mass analysis unit 115 that detects components ionized by the ion source 114.
  • the flow path switching valve 207 has 6 flow path connection portions, and can switch the flow path so as to be connected to any of the two adjacent positions.
  • a flow path indicated by a solid line in FIG. 2 is Inject.
  • the liquid feed pump 202 and the sample loop 206, the sample loop 206 and the ion source 114, and the needle 205 and the syringe pump 204 are connected to each other.
  • a flow path indicated by a dotted line in FIG. 2 is Load.
  • the needle 205 moves and immerses its tip in either the extracted sample liquid or the cleaning liquid 203 collected in the extraction container 110, and sucks the liquid into the needle 205 by the operation of the syringe pump 204. Alternatively, the needle 205 moves to the position of the waste liquid receiver 208 and discharges the needle 205 and the liquid in the flow path.
  • the operation of the sample introduction unit 113 in this embodiment will be described with reference to FIGS.
  • the solution feeding pump 202 sends the solution sending solvent 201 to the ion source 114 at a predetermined constant flow rate.
  • the flow path of the flow path switching valve 207 is at the Inject position, and the liquid sending solvent 201 passes through the sample loop 206 and is sent to the ion source 114.
  • the syringe pump 204 repeatedly sucks the cleaning liquid 203 and discharges it to the waste liquid receiver 208, thereby filling the flow path from the syringe pump 204 to the needle 205 with the liquid (cleaning liquid 203) and removing the air.
  • the sample injection operation to the sample introduction unit 113 is started.
  • the flow path of the flow path switching valve 207 is switched from Inject to Load (dotted line in FIG. 2).
  • the syringe pump 204 and the needle 205 are connected with the sample loop 206 interposed therebetween.
  • the needle 205 moves to a place where there is no liquid above the extraction container 110, and air is introduced from the tip of the needle 205 by the syringe pump 204 performing a suction operation (first air layer). .
  • FIG. 3 is a schematic diagram of the inside of the sample loop 206 after the sample injection operation is performed.
  • the extraction sample liquid is sent to the ion source 114 by the operation of the liquid feed pump 202 by switching the flow path of the flow path switching valve 207 from Load to Inject.
  • the ion source 114 each component in the extracted sample solution is ionized and sent to the mass analyzer 115.
  • the mass analyzer 115 the ionized components are separated and detected for each mass to charge (m / z).
  • FIG. 4 shows the time change of the signal intensity detected by the mass spectrometer 115 using the present embodiment.
  • the horizontal axis in FIG. 4 is the time after the flow path of the flow path switching valve 207 is switched to Inject, and the vertical axis is the signal intensity of ionized tacrolimus.
  • a 70% methanol aqueous solution containing 10 mmol / L ammonium acetate was used as the liquid delivery solvent 201, the flow rate of the liquid delivery pump 202 was 100 ⁇ L per minute, the capacity of the sample loop 206 was 60 ⁇ L, and the first inside the sample loop 206 5 ⁇ L of the air layer, 10 ⁇ L of the extraction sample liquid injection amount, 15 ⁇ L of the second air layer, and 30 ⁇ L of 2-propanol as the cleaning solution 203 were introduced by the sample injection operation.
  • the signal intensity rapidly increased or decreased because the extraction sample liquid was sandwiched between two air layers, so that the extraction sample liquid did not intersect with the liquid sending solvent 201 or the cleaning liquid 203, and as a result, the extraction sample liquid was not diluted. This is because.
  • the air layer was being sent to the ion source 114, the extracted sample liquid was not present in the ion source 114, so that the signal intensity decreased to 0 count.
  • an integrated value of signal intensity that is, a peak area is usually used.
  • the flow rate of the liquid delivery solvent 201 is increased by increasing the flow rate of the liquid delivery pump 202, and the time required for cleaning the flow path is shortened. Is possible.
  • the flow rate of the liquid feed pump 202 changes, so the ionization efficiency in the ion source 114 changes, so the signal intensity obtained by the mass analyzer 115 varies, but the signal intensity becomes 0 count for peak area calculation. Since only the signal intensity from the point (air layer) to the point where the signal intensity is reduced to 0 count is used, the quantitative result is not affected.
  • the sample injection method according to the conventional method in which two air layers are eliminated from the measurement conditions of this embodiment that is, the extraction sample solution is brought into contact with the extraction solution in a state where the extraction sample solution, the liquid feeding solvent 201 and the cleaning solution 203 are in contact
  • strength when liquid feeding to 114 is shown.
  • the signal intensity gradually increased from about 10 seconds after switching the flow path, and shows a peak waveform with the maximum after about 24 seconds, and no signal was detected after about 45 seconds.
  • the result of FIG. 4 which is the present example shows that the signal intensity is more than twice as large, and the time until the signal intensity of the component is not detected is shortened by about 10 seconds. It was done.
  • FIG. 6 shows a solid phase extraction mechanism for performing pretreatment by solid phase extraction in order to automatically and continuously analyze a trace component contained in a biological sample such as serum and urine, and a sample introduction device for feeding the extracted sample.
  • a biological sample such as serum and urine
  • a sample introduction device for feeding the extracted sample.
  • the configuration of the sample introduction unit 301 is different, and the configuration other than the sample introduction unit 301 is the same as that of the first embodiment.
  • FIG. 7 shows details of the sample introduction unit 301.
  • the sample introduction unit 301 includes a liquid feeding pump 202 that transports the liquid feeding solvent 201, a syringe pump 204 that sucks the extraction sample liquid and the cleaning liquid 203 in the extraction container 110, and an extraction sample liquid and the cleaning liquid 203 in the liquid.
  • the needle 205 to be sent, the sample loop 206 for storing the aspirated extracted sample liquid, the liquid feed pump 202, the syringe pump 204, the needle 205, the sample loop 206, and the ion source 114 are connected, and the extracted sample liquid stored in the sample loop 206 is ionized.
  • a flow path switching valve 207 capable of switching the flow path to supply liquid to the source 114, a waste liquid receiver 208 for recovering the liquid when the liquid in the needle 205 is discharged, a cleaning pump 303 for transporting the cleaning liquid 302, Connects the flow path of the liquid pump 202, the cleaning pump 303, and the flow path switching valve 207 That three-way joint 304, consists of.
  • FIG. 7 also shows a mass analysis unit 115 that detects components ionized by the ion source 114.
  • the configuration of the flow path switching valve 207 is the same as that of the first embodiment.
  • the solution feed pump 202 sends the solution delivery solvent 201 to the ion source 114 at a predetermined fixed flow rate.
  • the cleaning pump 303 is stopped in a state where the cleaning liquid 302 fills the flow path to the three-way joint 304.
  • the liquid sending solvent 201 passes through the sample loop 206 and is sent to the ion source 114.
  • the syringe pump 204 repeats the suction of the cleaning liquid 203 and the discharge to the waste liquid receiver 208, thereby filling the flow path from the syringe pump 204 to the needle 205 with the liquid and removing the air.
  • the sample injection operation is started.
  • the flow path of the flow path switching valve 207 is switched from Inject (solid line in FIG. 7) to Load (dotted line in FIG. 7).
  • the syringe pump 204 and the needle 205 are connected with the sample loop 206 interposed therebetween.
  • the needle 205 moves to a place where there is no liquid above the extraction container, and the syringe pump 204 performs a suction operation of a certain amount, so that air is introduced from the tip of the needle 205 (first air layer).
  • the needle 205 is lowered to move the tip into the extracted sample solution, and the syringe pump 204 performs a suction operation of a certain amount, whereby the extracted sample solution is introduced from the tip of the needle 205.
  • the needle 205 is raised to move the tip out of the extracted sample solution, and the syringe pump 204 performs a suction operation of a certain amount, whereby air is introduced from the tip of the needle 205 (second air layer).
  • the tip of the needle 205 is moved into the cleaning liquid 203, and a fixed amount of the syringe pump 204 is sucked so that air is introduced from the tip of the needle 205, and at the same time, an extraction sample liquid sandwiched between two air layers. Is introduced into the sample loop 206.
  • the flow path of the flow path switching valve 207 is switched from Load to Inject, and the extraction sample liquid is sent to the ion source 114 by the operation of the liquid feed pump 202.
  • the ion source 114 each component in the extracted sample solution is ionized and sent to the mass analyzer 115.
  • the mass analyzer 115 the ionized components are separated and detected for each mass to charge (m / z).
  • the extracted sample liquid is sent to the ion source 114 while being sandwiched between two air layers. Therefore, as shown in FIG. 4, the signal intensity rapidly increases when the ion source shifts from the air layer to the extracted sample solution as shown in FIG. 4, and after a certain period of time, the signal intensity rapidly changes from the extracted sample solution to the air layer. To drop.
  • cleaning of the flow path is started. That is, the cleaning liquid 302 is supplied by operating the cleaning pump 303.
  • the cleaning liquid 302 reaches the ion source 114 through the flow path switching valve 207 and the sample loop 206.
  • the cleaning liquid 302 it is desirable to use a solvent that has a strong dissolving power for contaminating components and drugs in the whole blood contained in the extracted sample liquid.
  • the contaminating components of whole blood are mainly lipids, and tacrolimus is a highly lipid-soluble drug. Therefore, an organic solvent such as 2-propanol or acetone can be used for the cleaning liquid 302.
  • the flow rate of the cleaning liquid 302 is increased with respect to the flow path after the three-way joint 304. It can be expected that the cleaning time can be shortened by increasing the flow rate of the liquid feeding pump 202 in 1 to increase the cleaning liquid feeding speed.
  • the ionization efficiency in the ion source 114 changes, so the signal intensity obtained by the mass analyzer 115 varies, but the peak area Since only the signal intensity from the point where the signal intensity is 0 count (air layer) to the point where the signal intensity is reduced to 0 count is used for the calculation, the quantitative result is not affected.
  • the three-way joint 304 is installed between the liquid feed pump 202 and the flow path switching valve 207.
  • the ion source 114 is a place where impurities or chemicals remain, the three-way joint 304 is used.

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Abstract

本発明の目的は、微量な試料液の全量導入と測定時間短縮を両立する、ＭＳへの試料導入装置を実現することである。本発明の試料導入装置は、ニードル（２０５）とサンプルループ（２０６）と流路切り替えバルブ（２０７）及び送液ポンプ（２０２）を備えており、試料液の前後を空気層で挟んでサンプルループ（２０６）内に導入し、前後の空気層ごと試料液全量を検出器（１１５）に導入する。本発明によれば、試料液の前後を空気層で挟むことにより、流路内での試料液拡散が抑えられ、検出器（１１５）での試料の信号強度が増加する。そして、空気層が検出器（１１５）に導入されるときに生じる検出信号の強度変化により、データ収集の開始・終了を判定し、送液速度を上げることで測定時間を短縮する。さらに、空気層の後に洗浄液（２０３）を導入しておき、洗浄効率を上げることで洗浄にかかる時間を短縮する。

Description

試料導入装置
　本発明は、質量分析計に試料を導入する試料導入装置に関するものであり、特に試料液を送液溶媒を用いて導入するフローインジェクション法による質量分析計の試料導入装置に関する。
　質量分析計（Ｍａｓｓ　Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ，ＭＳ）は、液体あるいは気体成分中の微量化学種成分を高感度に測定できる分析装置である。生体試料（血清、尿、組織抽出液など）、環境試料（河川水、工業排水など）など、様々な試料液中の微量化学種の定性および定量分析に利用されている。
　一般に溶液試料をＭＳを用いて測定する場合、試料導入装置に高速液体クロマトグラフ（Ｈｉｇｈ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈ，　ＨＰＬＣ）やキャピラリー電気泳動（Ｃａｐｉｌｌａｒｙ　Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ，　ＣＥ）のような分離手段とオンラインで接続するＬＣ－ＭＳあるいはＣＥ－ＭＳが多用される。ＬＣやＣＥなどの分離手段では、連続的に溶媒が流れる流路内に試料液を導入する。試料液中の目的とする化学種は、流路の後段にある分離部で夾雑成分と分離された後にＭＳに導入される。ＭＳに導入された化学種は、イオン源にてイオン化され、質量に基づいて分離検出される。またＭＳで目的化学種をイオン化するイオン源には、エレクトロスプレーイオン化法（Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｒａｙ　Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ，　ＥＳＩ）に代表される大気圧イオン化法が用いられる。これら分離手段とオンラインで接続されたＭＳは、目的化学種は夾雑成分と分離されるため、高感度かつ精度の高い分析が可能である。
　生体試料を分析する場合、試料液は微量であることが多い。微量の試料液をＬＣ－ＭＳに導入する場合、容量の小さなサンプルループを用いて試料液でサンプルループを満たして計量する方法があるが、この場合はサンプルループ容量の数倍の試料液を必要とする。また試料導入装置に設置されたシリンジを用いて試料液を計量して、サンプルループに導入する方法も用いられるが、導入する過程で試料液前後にある溶媒と混ざって希釈されてしまい、測定成分が含まれる液量が増加してしまう。これは測定成分の濃度が低くなるため、ＭＳのような濃度感応型の検出器にとって検出感度の低下につながるだけでなく、測定時間もそれだけ長くなる。
　そこで微量の試料液を効率よくＨＰＬＣあるいはＬＣ－ＭＳに導入する手段として、試料液の前後を気泡ではさみサンプルループに送ることで、溶媒による試料液の希釈を抑える方式が提案されている。例えば特許文献１および特許文献２では、試料液の前後に気泡を挟み、試料液のみをサンプルループに送るように設定することで、試料液の拡散による損失を減らしている。
　一方、分離を伴わずに短時間で分析可能な分析法として、フローインジェクション分析法（Ｆｌｏｗ　Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　Ａｎａｌｙｓｉｓ，　ＦＩＡ）がある。ＦＩＡは、０．５ｍｍ程度の細管に反応試薬溶液を定常的に流し、その連続した流れの中に溶液試料を注入し、下流に設置された検出器にて反応生成物である目的の化学種やその誘導体を検出する分析法である（例えば非特許文献１、非特許文献２など）。分析装置を安価に構成できる、簡単な操作で迅速な高感度測定が可能、自動化が容易などの特長を有する。検出には吸光光度計が用いられることが多いが、高感度分析を要する環境分野や、生体成分の測定などではＭＳを用いたＦＩＡ－ＭＳも用いられる。ＦＩＡで微量の液体試料を導入する方法として、例えば特許文献３では試料液と空気を細管内に交互に配置して検出部であるフローセルに導入することで、導入途中で発生する試料液の拡散や洗浄液による希釈を抑えている。
特開昭６２－５０６５９号 特許公報２５７３６７８号 特開平７－１５９４１５号
Ｈ．　Ｂ．　Ｋｉｍ　ｅｔ　ａｌ．；　Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，　１６，　８７１－８７６，　２０００． Ｋ．　Ｋａｍｅｙａｍａ　ｅｔ　ａｌ．；　Ｂｉｏｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｊｏｕｒｎａｌ，　９０，　２１６４－２１６９，　２００６．
　ＬＣ－ＭＳやＣＥ－ＭＳの場合、カラムによる成分分離や電気泳動を行う分離部に気泡が混入すると、分離能が低下し、電気泳動が正しく行えなくなるため、分析に支障が生じる。そのため、特許文献１あるいは特許文献２では、試料液の前後の気泡はサンプルループ内には留めず、分析を行う流路に気泡を入れないようにしている。これはすなわち、サンプルループの外側にも試料液の一部が存在するが、サンプルループ外側の試料液は分析には使われずに洗浄され、廃液として捨てられることになる。また特許文献３の場合、試料液の置換は効率的に行われているものの、空気層に挟まれた試料液はやはり分析には用いられず無駄になっている。
　本発明の目的は、微量な試料液の全量導入と測定時間短縮を両立する、ＭＳへの試料導入方法を実現することである。
　　上記目的を達成するために、本発明は、試料吸引手段とサンプルループと流路切り替え手段と溶媒輸送手段から構成され溶媒の流れに乗せて試料を検出器へ導入する試料導入装置において、試料吸引時に試料の前後を空気層で挟んでサンプルループ内に導入し、前後の空気層ごと試料全量を検出器に導入することにより実現したものである。
　本発明によれば、試料を空気層で挟むことにより、流路内での試料拡散が抑えられ、検出部での試料の信号強度が増加する。また空気層による信号強度変化を検知することで、洗浄工程への移行を容易にし、測定にかかる時間が短縮される。
本発明の一実施例を示す自動分析装置の構成図 本発明の一実施例を示す試料導入部の流路図 抽出試料液と空気層が導入されたサンプルループ内部の模式図 本発明の一実施例を用いた測定結果 従来法による測定結果 本発明の別の実施例を示す自動分析装置の構成図 本発明の別の実施例を示す試料導入部の流路図
　本発明の実施例を、以下に詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。
　本発明の一実施例に係る自動分析装置について図1を用いて説明する。具体的には、血清、尿などの生体試料中に含まれる微量成分を自動で連続的に分析するために、固相抽出による前処理を行う固相抽出機構、抽出試料を送液する試料導入装置、ＥＳＩイオン源を備えたＭＳ、からなる自動分析装置であり、より具体的には全血試料中に含まれる免疫抑制剤タクロリムスの分析例について説明する。
　図1に示す自動分析装置は、固相抽出処理を受ける生体試料が分注された試料容器１０１が配置される試料設置部１０２、固相抽出カートリッジ１０３を用いて順次固相抽出処理を行う処理部１０４、抽出処理に使用する洗浄液２０３や溶出液等の各種試薬容器１０５を配置する試薬配置部１０６、これら試料容器１０１に分注された生体試料を固相抽出カートリッジ１０３に分注する試料分注機構１０７、試薬容器１０５内の各種試薬を固相抽出カートリッジ１０３に分注する試薬分注機構１０８、固相抽出処理を行う固相抽出処理部１０９、抽出容器１１０が配置される抽出容器設置部１１１、固相抽出カートリッジ１０３および抽出容器１１０などの消耗品の設置部１１２、抽出容器１１０内の抽出試料を分注し、イオン源１１４への送液を行う試料導入部１１３、イオン源１１４でイオン化された成分を質量分析する質量分析部１１５、により構成される。
　次に、自動分析装置による生体試料分析の手順について説明する。試料容器１０１に分注された状態で試料設置部１０２に設置された生体試料から、あらかじめ設定された一定量を試料分注機構１０７により固相抽出カートリッジ１０３に分注する。生体試料が分注された固相抽出カートリッジ１０３は、処理部１０４の回転により固相抽出処理部１０９の位置に移動する。固相抽出処理部１０９では、試料が分注された固相抽出カートリッジ１０３に通液処理を行うことで、分注された試料が固相抽出カートリッジを通液し、測定対象成分を固相抽出カートリッジ１０３の固相に保持する。試薬分注機構１０８により試薬容器１０５に準備された洗浄液２０３を固相抽出カートリッジ１０３に分注し、通液処理を行うことで固相抽出カートリッジ１０３を洗浄する。洗浄後、同様に試薬分注機構１０８により溶出液を試料が分注された固相抽出カートリッジ１０３に分注し、通液処理を行うことで固相抽出カートリッジ１０３の固相に保持された測定対象成分を溶出させ、抽出試料液として抽出容器１１０に回収する。
　抽出試料液を回収した抽出容器１１０を、抽出容器設置部１１１の回転により試料導入部１１３の位置に移動する。抽出容器１１０内の抽出試料液は試料導入部１１３によりイオン源１１４に導入される。イオン源１１４で測定対象成分がイオン化され、質量分析部１１５にて成分が検出される。
　試料導入部１１３の詳細について、図２を用いて説明する。試料導入部１１３は、送液溶媒２０１を輸送する送液ポンプ２０２、抽出容器１１０内の抽出試料液および洗浄液２０３を吸引するシリンジポンプ２０４、抽出試料液および洗浄液２０３を吸引し、流路に送るニードル２０５、吸引された抽出試料液を蓄えるサンプルループ２０６、送液ポンプ２０２とシリンジポンプ２０４とニードル２０５とサンプルループ２０６の両端とイオン源１１４を接続しサンプルループ２０６に蓄えた抽出試料液をイオン源１１４に送液するために流路を切り替えることが可能な流路切り替えバルブ２０７、ニードル２０５内部の液を吐出するときに液を回収する廃液受け２０８、から構成される。図２には、イオン源１１４にてイオン化された成分を検出する質量分析部１１５も記載してある。
　流路切り替えバルブ２０７は、６箇所の流路接続部を有し、隣接する２箇所のいずれかと接続するように流路を切り替えることが出来る。流路切り替えバルブ２０７内には切り替え可能な２種類の流路ＩｎｊｅｃｔとＬｏａｄがある。図２で実線で示す流路がＩｎｊｅｃｔである。流路をＩｎｊｅｃｔにすることにより、送液ポンプ２０２とサンプルループ２０６、サンプルループ２０６とイオン源１１４、ニードル２０５とシリンジポンプ２０４がそれぞれ接続された状態となる。同様に図２に点線で示す流路がＬｏａｄである。ニードル２０５は、抽出容器１１０に回収された抽出試料液あるいは洗浄液２０３のいずれかの液中に先端部を移動して浸し、シリンジポンプ２０４の動作により液をニードル２０５の内部に吸引させる。あるいは、ニードル２０５は、廃液受け２０８の位置に移動して、ニードル２０５および流路内の液を吐出させる。
　ここで、本実施例における試料導入部１１３の動作について、図２および図３を用いて説明する。試料導入部１１３に抽出試料液を回収した抽出容器１１０が送られる前は準備状態であり、送液ポンプ２０２はあらかじめ定められた一定の流速で送液溶媒２０１をイオン源１１４に送る。このとき流路切り替えバルブ２０７の流路はＩｎｊｅｃｔの位置にあり、送液溶媒２０１はサンプルループ２０６を通過してイオン源１１４に送られる。シリンジポンプ２０４は、洗浄液２０３の吸引と廃液受け２０８への吐出を繰り返すことで、シリンジポンプ２０４からニードル２０５までの流路を液体（洗浄液２０３）で満たし空気を除く。
　準備状態の試料導入部１１３に抽出試料液を回収した抽出容器１１０が送られると、試料導入部１１３への試料注入動作が開始される。はじめに、流路切り替えバルブ２０７の流路をＩｎｊｅｃｔからＬｏａｄ（図２の点線）に切り替える。これにより、シリンジポンプ２０４とニードル２０５は、その間にサンプルループ２０６を挟んで接続される。次に、ニードル２０５は抽出容器１１０の上方の液体の無い場所に移動し、シリンジポンプ２０４が一定量吸引動作をすることで、ニードル２０５の先端から空気が導入される（第一の空気層）。次に、ニードル２０５を下降させて先端を抽出試料液内に移動し、シリンジポンプ２０４が一定量吸引動作をすることで、ニードル２０５の先端から抽出試料液が導入される。次に、ニードル２０５を上昇させて先端を抽出試料液から外に移動し、シリンジポンプ２０４が一定量吸引動作をすることで、ニードル２０５の先端から空気が導入される（第二の空気層）。次に、ニードル２０５の先端を洗浄液２０３内に移動し、シリンジポンプ２０４を一定量吸引することで、ニードル２０５の先端から空気が導入されると同時に、二つの空気層に挟まれた抽出試料液がサンプルループ２０６に導入される。図３は試料注入動作が行われた後のサンプルループ２０６内部の模式図である。
　試料注入動作終了後、流路切り替えバルブ２０７の流路をＬｏａｄからＩｎｊｅｃｔに切換えることによって、送液ポンプ２０２の動作により抽出試料液がイオン源１１４に送られる。イオン源１１４では、抽出試料液中の各成分はイオン化されて質量分析部１１５に送られる。質量分析部１１５では、イオン化された成分は質量対電荷（ｍ／ｚ）毎に分離され検出される。
　図４に、本実施例を用いて質量分析部１１５にて検出された信号強度の時間変化を示す。図４の横軸は流路切り替えバルブ２０７の流路をＩｎｊｅｃｔに切り替えてからの時間、縦軸はイオン化されたタクロリムスの信号強度である。送液溶媒２０１には１０ｍｍｏｌ／Ｌ濃度の酢酸アンモニウムを含む７０％メタノール水溶液を用い、送液ポンプ２０２の流量は毎分１００μＬ、サンプルループ２０６の容量は６０μＬ、サンプルループ２０６の内部には第一の空気層５μＬ，抽出試料液の注入量１０μＬ、第二の空気層１５μＬ，洗浄液２０３として２－プロパノール３０μＬが試料注入動作により導入された。
　流路切り替えバルブ２０７の流路を切り替えてから、抽出試料液中に含まれるタクロリムスが質量分析部１１５で最初に検出されるまでに約１６秒かかり、信号強度はほぼ垂直に増加した。流路切り替え約２１秒後に、信号強度は急速に低下し一旦０カウントにまで低下した。その後すぐに再度信号が検出され、約１０秒かけて信号は徐々に低下し、流路切り替え約３５秒後に信号は検出されなくなった。流路切り替え後１６秒から２１秒の６秒間は、二つの空気層に挟まれた抽出試料液由来の信号が検出されており、流路切り替え後２２秒以降は、サンプルループ２０６やイオン源１１４および配管に残留した抽出試料液が洗浄液２０３により洗い流されたものが検出されたものである。
　信号強度が急速に増加あるいは減少したのは、抽出試料液を二つの空気層で挟んだために抽出試料液が送液溶媒２０１あるいは洗浄液２０３と交わらず、その結果として抽出試料液が希釈されなかったためである。空気層がイオン源１１４に送られているとき、抽出試料液はイオン源１１４に存在していないため、信号強度は０カウントにまで低下した。質量分析で得られる信号から成分の定量分析をする場合、信号強度の積算値すなわちピーク面積を用いることが通常である。本実施例で得られた信号強度の波形から、信号強度が０カウントに低下した点を判定基準としてピーク面積を用いることにすることで、測定時間の更なる短縮化が実現できる。すなわち、信号強度が０カウントに低下したことを判定した時点から、送液ポンプ２０２の流量を大きくすることで送液溶媒２０１の送液速度を上げ、流路の洗浄にかかる時間を短縮することが可能である。送液ポンプ２０２の流量が変化すると、イオン源１１４でのイオン化効率が変化するため、質量分析部１１５で得られる信号強度は変動するが、ピーク面積の計算には信号強度が０カウントになっている点（空気層）から、信号強度が０カウントに低下した点までの信号強度のみ用いるため定量結果には影響を与えない。
　図５に比較として、本実施例の測定条件から二つの空気層を無くした従来法による試料注入方法、すなわち抽出試料液と送液溶媒２０１および洗浄液２０３が接触した状態で抽出試料液をイオン源１１４まで送液したときの信号強度の時間変化を示す。図５では、流路切り替え約１０秒後から徐々に信号強度が増加し、約２４秒後を最大としたピーク波形を示し、約４５秒後に信号が検出されなくなった。ここで図４と図５の測定結果を比較すると、本実施例である図４の結果は、信号強度が２倍以上大きく、また成分の信号強度が検出されなくなるまでの時間は約１０秒短縮された。
　本発明による別の実施例を、図６および図７を用いて説明する。
　図６は、血清、尿などの生体試料中に含まれる微量成分を自動で連続的に分析するために、固相抽出による前処理を行う固相抽出機構、抽出試料を送液する試料導入装置、ＥＳＩイオン源を備えたＭＳ、からなる自動分析装置であり、より具体的には全血試料中に含まれる免疫抑制剤タクロリムスの分析例である。試料導入部３０１の構成が異なり、試料導入部３０１以外の構成は実施例１と同様である。
図７は、試料導入部３０１の詳細を示したものである。試料導入部３０１は、送液溶媒２０１を輸送する送液ポンプ２０２、抽出容器内１１０の抽出試料液および洗浄液２０３を吸引するシリンジポンプ２０４、抽出試料液および洗浄液２０３を吸引するときに液中に送られるニードル２０５、吸引された抽出試料液を蓄えるサンプルループ２０６、送液ポンプ２０２とシリンジポンプ２０４とニードル２０５とサンプルループ２０６とイオン源１１４を接続しサンプルループ２０６に蓄えた抽出試料液をイオン源１１４に送液するために流路を切り替えることが可能な流路切り替えバルブ２０７、ニードル２０５内部の液を吐出するときに液を回収する廃液受け２０８、洗浄液３０２を輸送する洗浄ポンプ３０３、送液ポンプ２０２と洗浄ポンプ３０３と流路切り替えバルブ２０７の流路を接続する三方ジョイント３０４、から構成される。図７には、イオン源１１４にてイオン化された成分を検出する質量分析部１１５も記載してある。流路切り替えバルブ２０７の構成は実施例１と同様である。
　ここで、本実施例における試料導入部３０１の動作について説明する。試料導入部１１３に抽出試料液を回収した抽出容器１１０が送られる前は準備状態であり、送液ポンプ２０２はあらかじめ定められた一定の流量で送液溶媒２０１をイオン源１１４に送る。洗浄ポンプ３０３は洗浄液３０２を三方ジョイント３０４までの流路を満たした状態で停止している。このとき流路切り替えバルブ２０７の流路はＩｎｊｅｃｔにすることによって、送液溶媒２０１はサンプルループ２０６を通過してイオン源１１４に送られる。シリンジポンプ２０４は、洗浄液２０３の吸引と廃液受け２０８への吐出を繰り返すことで、シリンジポンプ２０４からニードル２０５までの流路を液体で満たし空気を除く。
　準備状態の試料導入部３０１に抽出試料液１１０が送られると、試料注入動作が開始される。はじめに、流路切り替えバルブ２０７の流路をＩｎｊｅｃｔ（図７の実線）からＬｏａｄ（図７の点線）に切り替える。これにより、シリンジポンプ２０４とニードル２０５は、その間にサンプルループ２０６を挟んで接続される。次に、ニードル２０５は抽出容器上方の液体の無い場所に移動し、シリンジポンプ２０４が一定量吸引動作をすることで、ニードル２０５の先端から空気が導入される（第一の空気層）。次に、ニードル２０５を下降させて先端を抽出試料液内に移動し、シリンジポンプ２０４が一定量吸引動作をすることで、ニードル２０５の先端から抽出試料液が導入される。次に、ニードル２０５を上昇させて先端を抽出試料液から外に移動し、シリンジポンプ２０４が一定量吸引動作をすることで、ニードル２０５の先端から空気が導入される（第二の空気層）。次に、ニードル２０５の先端を洗浄液２０３内に移動し、シリンジポンプ２０４を一定量吸引することで、ニードル２０５の先端から空気が導入されると同時に、二つの空気層に挟まれた抽出試料液がサンプルループ２０６に導入される。
　試料注入動作が終了すると、流路切り替えバルブ２０７の流路をＬｏａｄからＩｎｊｅｃｔに切換え、送液ポンプ２０２の動作により抽出試料液がイオン源１１４に送られる。イオン源１１４では、抽出試料液中の各成分はイオン化されて質量分析部１１５に送られる。質量分析部１１５では、イオン化された成分は質量対電荷（ｍ／ｚ）毎に分離され検出される。
　抽出試料液は２つの空気層で挟まれた状態でイオン源１１４に送られる。そのため、信号強度は図４に示したようにイオン源において空気層から抽出試料液に移行した際急速に信号強度が急速に増加し、一定時間後、抽出試料液から空気層に移行したところで急速に低下する。信号強度が急速に低下したことを信号処理により判断することで、流路の洗浄を開始する。すなわち、洗浄ポンプ３０３を動作させることで洗浄液３０２の送液を行う。洗浄液３０２は流路切り替えバルブ２０７、サンプルループ２０６を通りイオン源１１４に到達する。洗浄液３０２には、抽出試料液に含まれる全血中の夾雑成分や薬剤に対して溶解力の強い溶媒を用いることが望ましい。本実施例において全血の夾雑成分は脂質が主であり、またタクロリムスは脂溶性の高い薬剤であるため、洗浄液３０２には２－プロパノールあるいはアセトンなどの有機溶媒が使用可能である。
　流路の途中から洗浄ポンプ３０３と三方ジョイント３０４を用いて洗浄液３０２を導入することで、三方ジョイント３０４以降の流路に対して流量が大きくなることから洗浄液３０２の送液速度が上がり、実施例１における送液ポンプ２０２の流量を大きくすることによって洗浄液送液速度を上げることと同じ洗浄時間の短縮が期待できる。洗浄液３０２と送液溶媒２０１とが混合されてイオン源１１４に導入されると、イオン源１１４でのイオン化効率が変化するため、質量分析部１１５で得られる信号強度は変動するが、ピーク面積の計算には信号強度が0カウントになっている点（空気層）から、信号強度が0カウントに低下した点までの信号強度のみ用いるため定量結果には影響を与えない。
　本実施例では三方ジョイント３０４を送液ポンプ２０２と流路切り替えバルブ２０７の間に設置したが、夾雑成分あるいは薬剤が残留する個所がイオン源１１４であることが明確な場合は、三方ジョイント３０４を流路切り替えバルブ２０７とイオン源１１４の間に設置することで、洗浄に要する時間をより短縮することもできる。
１０１・・・試料容器
１０２・・・試料設置部
１０３・・・固相抽出カートリッジ
１０４・・・処理部
１０５・・・試薬容器
１０６・・・試薬配置部
１０７・・・試料分注機構
１０８・・・試薬分注機構
１０９・・・固相抽出処理部
１１０・・・抽出容器
１１１・・・抽出容器設置部
１１２・・・設置部
１１３・・・試料導入部
１１４・・・イオン源
１１５・・・質量分析部
２０１・・・送液溶媒
２０２・・・送液ポンプ
２０３・・・洗浄液
２０４・・・シリンジポンプ
２０５・・・ニードル
２０６・・・サンプルループ
２０７・・・流路切り替えバルブ
２０８・・・廃液受け
３０１・・・試料導入部
３０２・・・洗浄液
３０３・・・洗浄ポンプ
３０４・・・三方ジョイント

Claims (14)

  1. 試料導入装置において
    送液溶媒を流路内に吸引する溶媒輸送手段
    　検出器に試料を導入する試料導入装置であって、
    　液体を保持するサンプルループと、
    　送液溶媒を収容する収容部と、
    　サンプルを吸引する吸引部と、
    　液体を送液する送液部と、
    　送液溶媒とサンプルループを繋ぐ第１の流路、吸引部とサンプルループを繋ぐ第２の流路を切り替える、流路切替部、を備え、
    　両端に空気層を挟んだサンプルを送液部によりサンプルループから空気層ごと検出器へ導入するように制御する、試料導入装置。
  2. 　請求項１において、
    　サンプルを検出器へ導入するとき、空気層の後に洗浄液を配置させ、洗浄液ごと検出器へ導入することを特徴とする、試料導入装置。
  3. 　請求項１において、
    　検出器から空気層を検出した信号を基に、送液部の送液速度を上げることを特徴とする、試料導入装置。
  4. 　請求項１において、
    　検出器は、質量分析器であることを特徴とする、試料導入装置。
  5. 　検出器と、検出器に試料を導入する試料導入装置とを備えた自動分析装置であって、
    　液体を保持するサンプルループと、
    　送液溶媒を収容する収容部と、
    　サンプルを吸引する吸引部と、
    　液体を送液する送液部と、
    　送液溶媒とサンプルループを繋ぐ第１の流路、吸引部とサンプルループを繋ぐ第２の流路を切り替える、流路切替部、を備え、
    　両端に空気層を挟んだサンプルを送液部によりサンプルループから空気層ごと検出器へ導入するように制御する、自動分析装置。
  6. 　請求項５において、
    　サンプルを検出器へ導入するとき、空気層の後に洗浄液を配置させ、洗浄液ごと検出器へ導入することを特徴とする、自動分析装置。
  7. 　請求項５において、
    　検出器が空気層を検出した信号を基に、送液部の送液速度を上げることを特徴とする、自動分析装置。
  8. 　請求項５において、
    　検出器は、質量分析器であることを特徴とする、自動分析装置。
  9. 　請求項５において、
    　検出器が空気層を検出した信号を基に、データ収集の開始および終了を判定する、自動分析装置。
  10. 　検出器に試料を導入する試料導入方法であって、
    　両端に空気層を挟んだ試料を空気層ごと検出器へ導入することを特徴とする、試料導入方法。
  11. 　請求項１０において、
    　サンプルを検出器へ導入するとき、空気層の後に洗浄液を配置させ、洗浄液ごと検出器へ導入することを特徴とする、試料導入方法。
  12. 　請求項１０において、
    　検出器から空気層を検出した信号を基に、送液部の送液速度を上げることを特徴とする、試料導入方法。
  13. 　請求項１０において、
    　検出器が空気層を検出した信号を基に、データ収集の開始および終了を判定する、試料導入方法。
  14. 　請求項１０において、
    　サンプルループに空気層を挟んだサンプルを配置させ、流路を切替バルブを用いて、流路を切り替え、上記サンプルを洗浄液を用いて検出器側へ送液することを特徴とする、試料導入方法。
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