特開2021-21585(P2021-21585A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ 株式会社日立ハイテクの特許一覧
<>
  • 特開2021021585-カラム、クロマトグラフ装置 図000003
  • 特開2021021585-カラム、クロマトグラフ装置 図000004
  • 特開2021021585-カラム、クロマトグラフ装置 図000005
< >
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2021-21585(P2021-21585A)
(43)【公開日】2021年2月18日
(54)【発明の名称】カラム、クロマトグラフ装置
(51)【国際特許分類】
   G01N 30/60 20060101AFI20210122BHJP
【FI】
   G01N30/60 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】OL
【全頁数】9
(21)【出願番号】特願2019-136768(P2019-136768)
(22)【出願日】2019年7月25日
(71)【出願人】
【識別番号】501387839
【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク
(74)【代理人】
【識別番号】110002572
【氏名又は名称】特許業務法人平木国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】清水 祐輔
(72)【発明者】
【氏名】富田 将司
(72)【発明者】
【氏名】橋本 雄一郎
(57)【要約】
【課題】配管とカラムとの間の境界面を確実にシールするとともに、カラム内部におけるデッドボリュームを抑制することができる技術を提供する。
【解決手段】本発明に係るカラムは、カラム内流路と移動相配管との間の境界面をシールするシール部材を備え、前記シール部材は、一端において前記流路の入口と接し、他端において前記配管の出口と接する。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
クロマトグラフ装置において用いる固定相を充填したカラムであって、
前記固定相を充填した流路、
前記カラムに対して移動相を供給する配管と、前記カラムとの間の境界面を封止するシール部材、
を備え、
前記シール部材は、第1中空部を有し、
前記第1中空部は、前記流路に対して前記移動相を導入する流路入口と接する第1端部を有し、
前記第1中空部はさらに、前記配管が前記移動相を放出する配管出口と接する第2端部を有する
ことを特徴とするカラム。
【請求項2】
前記シール部材は、前記配管を挿入する第2中空部を有し、
前記第1中空部と前記第2中空部は、互いに連通しており、
前記第2中空部の径は、前記第1中空部の径よりも大きい
ことを特徴とする請求項1記載のカラム。
【請求項3】
前記シール部材は、前記第1中空部を内部に有する第1柱部と、前記第2中空部を内部に有する第2柱部とを有し、
前記シール部材はさらに、前記第1柱部と前記第2柱部との間において、前記第2柱部から前記第1柱部に向かって先細る第1テーパ部を有する
ことを特徴とする請求項2記載のカラム。
【請求項4】
前記カラムは、前記第1柱部を嵌合する嵌合穴を有し、
前記カラムはさらに、前記カラムに対して前記配管を導入する入口から前記流路入口に向かって先細る第2テーパ部を有し、
前記第1テーパ部のテーパ角は、前記第2テーパ部のテーパ角よりも小さい
ことを特徴とする請求項3記載のカラム。
【請求項5】
前記カラムはさらに、前記シール部材を前記カラム内に固定するシールホルダを備え、
前記シールホルダは、
前記配管を挿入する中空部、
前記シール部材を挿入する挿入穴、
前記挿入穴に対して挿入した前記シール部材と嵌合する第1ねじ溝、
を備える
ことを特徴とする請求項1記載のカラム。
【請求項6】
前記シールホルダは、第3柱部と第4柱部を有し、
前記第4柱部の径は、前記第3柱部の径よりも大きく、
前記第3柱部は、前記カラムの内壁と嵌合する第2ねじ溝を有する
ことを特徴とする請求項5記載のカラム。
【請求項7】
前記シール部材は、弾性材料を用いて構成されている
ことを特徴とする請求項1記載のカラム。
【請求項8】
前記カラムは、前記シール部材を嵌合する嵌合穴を有し、
前記流路の延伸方向に沿った前記シール部材の長さは、前記カラムに対して前記配管を挿入するカラム入口から前記流路入口までの長さよりも短い
ことを特徴とする請求項1記載のカラム。
【請求項9】
請求項1記載のカラムを備えたことを特徴とするクロマトグラフ装置。
【請求項10】
前記クロマトグラフ装置はさらに、前記配管を前記シール部材に対して押し付ける押圧機構を備える
ことを特徴とする請求項9記載のクロマトグラフ装置。
【請求項11】
前記クロマトグラフ装置はさらに、前記押圧機構が前記配管を前記シール部材に対して押し付けた状態で前記配管と前記シール部材との間の位置関係を固定する位置固定機構を備える
ことを特徴とする請求項10記載のクロマトグラフ装置。
【請求項12】
前記押圧機構は、
弾性復元力によって前記配管を前記シール部材に対して押し付けるばね部材、
直動アクチュエータ、
回転動作を直進動作に変換する機構、
のうちいずれかによって構成されている
ことを特徴とする請求項10記載のクロマトグラフ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、試料を分析するクロマトグラフ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
クロマトグラフィーは、カラムを用いて試料を分析する分析方法である。カラムは、円筒状の細長い容器に、シリカゲルやポリマーゲルなどの母材とともに、各種官能基が結合した粒子の充填材を高圧で充填したものである。クロマトグラフィーは、物質が固定相とこれに接して流れる移動相との間の親和力(相互作用)の違いに起因して一定の比率で分布し、その比率が物質によって異なることを利用して各物質を分離する方法である。
【0003】
液体クロマトグラフィーは、移動相として液体を用いる。一般的に液体クロマトグラフィーにおいてピーク形状のよい結果を得るためには、分離に関係しない空間であるデットボリュームを低減する必要がある。カラムの入口・出口両端は、液体を流す配管と接続される。液体は高い圧力を伴って流れるので、配管とカラムとの間の接続部はシールされる。この部分を完全にシールし、デットボリュームを抑制することにより、配管およびカラム内での試料の拡散が抑えられ、保持時間が短くなる。これにより、ピーク形状のよい結果を得ることができる。配管とカラムをシールする一般的な方法は、フェルールまたはスリーブと呼ばれるテーパ状のシール材を、フィティングを介して締めこむことである。
【0004】
下記特許文献1記載の技術は、フェルール内を貫通する可動配管を設けることにより、シール時に稼働配管の先端がカラムの流路端面に接する構造を設けている。これにより、デットボリュームを低減することを図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】US Patent 5525303
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献1においては、配管とカラムとの間の境界面は、フェルールのテーパ部によってシールされている。したがって流路を流れる流体をシールすることは可能である。しかしフェルールの先端部分とカラム内流路との間に、流路とは別の空間が存在しているので、この部分においてデッドボリュームが生じる。
【0007】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、配管とカラムとの間の境界面を確実にシールするとともに、カラム内部におけるデッドボリュームを抑制することができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明に係るカラムは、カラム内流路と移動相配管との間の境界面をシールするシール部材を備え、前記シール部材は、一端において前記流路の入口と接し、他端において前記配管の出口と接する。
【発明の効果】
【0009】
本発明に係るカラムによれば、シール部材と配管との間の境界面をシールするとともに、シール部材とカラム内流路との間の境界面をシールすることができる。これにより、カラム内流路と配管との間の領域はその両端をシールされることになるので、余分な空間を抑制することができる。すなわちデッドボリュームを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1】実施形態1に係るカラム101と配管105との間の接続部の構造を示す断面図である。
図2】配管105をカラム101内部に挿入した状態を示す断面図である。
図3】カラム101を備えるクロマトグラフ装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
<実施の形態1>
一般的な液体クロマトグラフィー(HPLC:High Performance Liquid Chromatography)は、固定相を充填したカラムに対して、移動相を流す配管を接続する。カラムと配管との間は、従来は特許文献1のようにフェルールなどを用いてシール接続されている。本発明の実施形態1では、カラムと配管との間をシールする従来とは異なる構造について説明する。
【0012】
図1は、本実施形態1に係るカラム101と配管105との間の接続部の構造を示す断面図である。カラム101は、クロマトグラフ装置において固定相を充填するカラムである。カラム101は、ステンレス製のカラムボディ102を有し、その内部に内径0.5mmの流路を有している。流路内には、シリカゲルやポリマーゲル等を母材として、各種官能基が結合した粒子の充填材103が充填されている。流路の入口には、充填材103が流路外へ流出することを防ぎかつ充填材103の粒子を越える大きさの不純物による詰まりを防ぐため、フィルタ104が配置されている。カラムボディ102の材料はステンレスに限らず、耐薬品性で錆びない材料であればよい。
【0013】
フィルタ104よりも配管側は、流路が配管入口に向かって次第に太くなるテーパ形状を有している。これはカラム内流路よりも配管105のほうが太いことによる。カラムボディ102はテーパ部106の最大径よりも大きい径を有する。
【0014】
シール部材108は、カラム内流路の入口と配管105の出口との間に配置され、(a)カラム内流路の入口とシール部材108との間の境界面を封止するとともに、(b)配管105の出口とシール部材108との間の境界面を封止し(詳細は図2で後述)、これによりカラム内流路と配管105との間をシール接続する。シール部材108は、2段階の外径(小外径柱部109と大外径柱部110)を有する2段円柱形状を有する。2つの円柱間の部分はテーパ部111となっている。シール部材108の内部は、2段階の内径(小内径中空部112と大内径中空部113)を有する2段中空構造となっている。両中空部は連通しており、各段の間の境界平面は平らになっている。シール部材108の材料は、弾性体かつ変位しやすい樹脂が望ましいが、それ以外の弾性体であってもよい。
【0015】
シールホルダ114は、シール部材108をカラム101内に固定するための部材である。シールホルダ114は、2段階の外径(小外径柱部115と大外径柱部116)を有する2段円柱形状を有する。小外径柱部115はオスねじ加工されており、これが端部107の内壁に形成されたメスねじ部と嵌合することにより、シールホルダ114がカラム101に固定される。シールホルダ114は配管105が通る中空構造を有する。小外径柱部115の内壁と、シール部材108の大外径柱部110の外壁は、それぞれねじ加工されており、これらが嵌合することにより、シールホルダ114がシール部材108を固定する。
【0016】
図2は、配管105をカラム101内部に挿入した状態を示す断面図である。配管ガイド117によって中心軸上に可動された配管105の先端が、シール部材108内の小内径中空部112と大内径中空部113との間の境界面に接触し、配管105がその境界面をカラム内流路に向かって押圧する。これにより、シール部材108が弾性変形して直線方向に弾性力が作用するので、配管105の出口とシール部材108との間の境界面がシールされることになる。さらに押圧力によってシール部材108とカラム内流路の入口が接触し、シール部材108とカラム内流路の入口との間の境界面においても同様の弾性力が作用するので、この境界面もシールされることになる。
【0017】
シール部材108の両端面を確実にシールするためには、配管105をシール部材108に向かって押す押圧力を、できる限り配管105の延伸方向に沿った直線方向に作用させることが望ましい。そこでテーパ部111のテーパ角は、テーパ部106のテーパ角よりも小さいことが望ましい。これによってテーパ部111と106との間に空間が生じ、両テーパ部が接触しないようにすることができる。すなわち押圧力が両テーパ部を介して拡散しないようにし、配管105の延伸方向に沿った押圧力をできる限り確保することができる。
【0018】
シール部材108の2段階構造(中空部と柱部)について補足する。シール部材108に対して配管105を押し付けることにより、シール部材108の両端面(図2の矢印部分)においてシール作用が生じるので、本実施形態1の目的を果たすことができる。その限りにおいては、シール部材108は必ずしも2段柱形状と2段中空部を有していない(すなわち1段円柱と1段中空部)形状であってもよい。
【0019】
ただし、配管105内の流路からシール部材108内の中空部を介してカラム内流路に至る経路は、連続している必要がある。換言すると、配管105とシール部材108を軸合わせする必要がある。配管105をシール部材108に対して押し付けるとき、シール部材108が変形するなどによってこの軸合わせが困難になる可能性がある。そこでシール部材108自身が配管105を内部に収容して固定保持するために、大内径中空部113を設けた。この部分に配管105を収容することにより、シール部材108自身が配管105を固定保持できる。これにより配管105とシール部材108を軸合わせするための保持部材などを別途設ける必要がなくなるので、カラム101自身は簡易な構造で本実施形態1の目的を達成できる点が有利である。
【0020】
図3は、カラム101を備えるクロマトグラフ装置の構成図である。図3にしたがって、配管105を押圧する機構について説明する。円柱状のカラム101は、直方体のカートリッジ302に包装される。直方体のカートリッジ302をステージ303に設置することにより、カラム101/配管105/出口配管305が同軸上に配置される。出口配管305は出口配管ガイド306によって拘束され、出口配管ガイド306は、圧縮ばね307により一定程度の保持力を維持する。カートリッジ302をステージ303に設置すると、圧縮ばね307は伸縮し、カラム側に復元力が働く。つまり出口配管305が押圧され、カラム101の出口側と出口配管305が接続される。
【0021】
配管105は入口配管ガイド308に拘束され、入口配管ガイド308は中心軸方向に可動する直動ガイド309上に配置される。ハンドルレバー310により直動ガイド309は可動し、レバーの固定位置において直動ガイド309は拘束される。入口配管ガイド308は、出口側同様に圧縮ばね311により、一定程度の保持力を維持する。カートリッジ302をステージ303に設置し、ハンドルレバー310により固定位置に拘束すると圧縮ばね311は伸縮し、カラム側に復元力がはたらく、つまり配管105が押圧され、カラム101の入口側と配管105が接続される。
【0022】
<実施の形態1:まとめ>
本実施形態1に係るカラム101は、配管105とカラム101との間を封止するシール部材108を備え、シール部材108内の小内径中空部112は、一端がカラム内流路の入口と接触し、他端が配管105の出口と接触する。これにより図2に示すように、シール部材108の両端面がシールされることになる。これにより、カラム内流路と配管105との間の領域はシール部材108によってその両端をシールされることになるので、余分な空間を抑制することができる。すなわちデッドボリュームを抑制しつつ、カラム101と配管105を接続することができる。
【0023】
本実施形態1に係るカラム101において、シール部材108は2段の中空部を有し、配管105は大内径中空部113に対して挿入される。これにより、配管105内の流路からカラム内流路までに至る一連の流路を容易に軸合わせすることができる。
【0024】
本実施形態1に係るカラム101が備えるテーパ部106のテーパ角は、シール部材108のテーパ部111よりも大きい。これにより配管105の押圧力がカラム101の内壁に向かって拡散しないようにすることができる。したがって配管105を押圧することにより、シール部材108の両端面を確実にシールすることができる。
【0025】
本実施形態1に係るカラム101は、シール部材108を嵌合する穴を有し、配管105の延伸方向に沿ったシール部材108の長さは、カラム内配管の入口からカラム101の入口までの距離よりも短い。すなわちシール部材108は、カラム101内部に完全に収容することができる。カラム101自体は定期的に交換する消耗品であるので、カラム101を交換するときシール部材108がカラム101内部に収容されていれば、カラム101とシール部材108をまとめて交換することができる。例えばカートリッジ302を着脱自在に構成することにより、カートリッジ302単位でカラム101を交換することができる。これによりクロマトグラフ装置のメンテナンス性が向上する。
【0026】
<実施の形態2>
実施形態1においては、各配管の変位を拘束し、ばねによる弾性復元力で各配管を押圧することを説明したが、その他の手段によって配管を押圧してもよい。例えばエアシリンダや油圧シリンダなどの直動アクチュエータにより押圧することもできるし、 モータとボールネジなどのような回転機構を直動に変換するアクチュエータにより押圧することもできる。その他適当な手段によって配管を押圧してもよい。
【0027】
<本発明の変形例について>
以上の実施形態において、シール部材108が弾性体部材ではない場合であっても、配管105をシール部材108に対して押し付けることにより、シール部材108の両端面をそれぞれカラム内配管と配管105に対して密着することができるのであれば、相応のシール効果を発揮することができることを付言しておく。
【0028】
以上の実施形態において、一般的にカラム101は温度管理することが望ましいので、ステージ303にヒータやペルチェ素子などの加熱冷却素子と温度センサを配置してもよい。これによりカラム101の温度管理が容易に可能となる。
【0029】
実施形態1〜2においては、カラム101に対して配管105を導入する入口側に可動部位を設けたが、出口側に可動部位を設けてもよい。いずれにおいても、押圧力によってシール部材108の両端面をシールすることができればよい。
【0030】
以上の実施形態において、配管105は例えば、内径0.1mm、外径1/16インチ(≒1.59mm)のステンレス製とすることができる。もちろんこの大きさと材質に限らず、その他適当な大きさと材料を用いることができる。
【0031】
以上の実施形態において、カラム101としては例えば、シリカゲルを母材とし、官能基として逆相クロマトグラフィモードであるODSカラム(内径0.5mm、長さ50mm、粒子径2.6μL)を用いることができる。カラム101の分離モードは他のものでもよく、例えば、順相クロマトグラフィモード、HILICクロマトグラフィモード、イオン交換クロマトグラフィモード、ゲルろ過クロマトグラフィモード、アフィニティクロマトグラフィモード、イムノアフニティクロマトグラフィモードでもよい。その他、ガスクロマトグラフィー用のカラムにも本発明を適応可能である。
【0032】
以上の実施形態はHPLCを主な対象としているが、本発明は分析装置全般に適用可能なものである。本発明は、例えば、ガスクロマトグラフィー、超高速液体クロマトグラフィー、HPLC/MS(質量分析計)、カラム分離部を備える臨床検査装置、などに対して適用することができる。
【符号の説明】
【0033】
101:カラム
102:カラムボディ
103:充填材
104:フィルタ
105:配管
106:テーパ部
107:端部
108:シール部材
109:小外径柱部
110:大外径柱部
111:テーパ部
112:小内径中空部
113:大内径中空部
114:シールホルダ
115:小外径柱部
116:大外径柱部
302:カートリッジ
303:ステージ
305:出口配管
306:出口配管ガイド
307:圧縮ばね
308:入口配管ガイド
309:直動ガイド
310:ハンドルレバー
311:圧縮ばね
図1
図2
図3