特許 6604387 送液装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6604387

(24)【登録日】2019年10月25日

(45)【発行日】2019年11月13日

(54)【発明の名称】送液装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 30/32 20060101AFI20191031BHJP

【ＦＩ】

   G01N30/32 C

   G01N30/32 A

【請求項の数】6

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2017-561074(P2017-561074)

(86)(22)【出願日】2016年1月12日

(86)【国際出願番号】JP2016050611

(87)【国際公開番号】WO2017122259

(87)【国際公開日】20170720

【審査請求日】2018年3月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001993

【氏名又は名称】株式会社島津製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100205981

【弁理士】

【氏名又は名称】野口 大輔

(72)【発明者】

【氏名】今村 信也

【審査官】 赤坂 祐樹

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第０５１４２８７５（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開平０７−０８３８９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−３１８６１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２９２３９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１０５８７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−２１８４８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００３／０２１５３４１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ３０／００−３０／９６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ポンプボディ、前記ポンプボディの先端に設けられ内部にポンプ室を有するポンプヘッド、前記ポンプボディ側から前記ポンプヘッド側へ伸びて先端が前記ポンプ室内に挿入されたプランジャ、及び前記プランジャの基端を保持して前記プランジャの軸方向へ前記プランジャを往復動させる駆動機構を有するプランジャポンプと、
前記プランジャポンプを収容する筐体であって、前記ポンプボディを収容するポンプボディ収容部、及び前記ポンプヘッドを収容するポンプヘッド収容部を有し、前記ポンプヘッド収容部が断熱部材により囲われて前記筐体の外部及び前記ポンプボディ収容部とは熱的に分離されている筐体と、を備え、
前記筐体は、前記ポンプヘッド収容部の開閉を行なうための開閉カバーを有し、前記開閉カバーの少なくとも内側面が前記断熱部材により構成されている、送液装置。

【請求項2】

前記プランジャポンプを複数台備え、それらのプランジャポンプのポンプ室が流路を介して互いに接続されており、
前記各プランジャポンプのポンプ室内の圧力を検出する圧力センサを有し、それらの前記圧力センサが前記ポンプヘッド収容部内に収容されている請求項１に記載の送液装置。

【請求項3】

前記駆動機構は前記ポンプボディの外側に設けられたモータを含み、
前記ポンプボディは前記モータとは熱的に分離された空間内に配置されている請求項１に記載の送液装置。

【請求項4】

分析流路と、
前記分析流路において移動相を送液する送液装置と、
前記分析流路上における前記送液装置の下流側に接続された試料注入部と、
前記分析流路上における前記試料注入部の下流側に接続された分析カラムと、
前記分析流路上における前記分析カラムの下流側に接続された検出器と、を備え、
前記送液装置は、
ポンプボディ、前記ポンプボディの先端に設けられ内部にポンプ室を有するポンプヘッド、前記ポンプボディ側から前記ポンプヘッド側へ伸びて先端が前記ポンプ室内に挿入されたプランジャ、及び前記プランジャの基端を保持して前記プランジャの軸方向へ前記プランジャを往復動させる駆動機構を有するプランジャポンプと、
前記プランジャポンプを収容する筐体であって、内部に、前記ポンプボディを収容するポンプボディ収容部、及び前記ポンプヘッドを収容するポンプヘッド収容部を有し、前記ポンプヘッド収容部が断熱部材により囲われて前記筐体の外部及び前記ポンプボディ収容部とは熱的に分離されている筐体と、を備え、
前記筐体は、前記ポンプヘッド収容部の開閉を行なうための開閉カバーを有し、前記開閉カバーの少なくとも内側面が前記断熱部材により構成されている、液体クロマトグラフ。

【請求項5】

前記プランジャポンプを複数台備え、それらのプランジャポンプのポンプ室が流路を介して互いに接続されており、
前記各プランジャポンプのポンプ室内の圧力を検出する圧力センサを有し、それらの前記圧力センサが前記ポンプヘッド収容部内に収容されている請求項４に記載の液体クロマトグラフ。

【請求項6】

前記駆動機構は前記ポンプボディの外側に設けられたモータを含み、
前記ポンプボディは前記モータとは熱的に分離された空間内に配置されている請求項４に記載の液体クロマトグラフ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、液体クロマトグラフにおける移動相の送液等に使用され、予め設定された一定の流量で送液を行なう送液装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

液体クロマトグラフによる分析では、分析流路中に導入された分析対象の試料を移動相によって分析カラムへ導き、分析カラムにおいて分離され溶出した試料成分を検出器で検出する。検出器で得られた検出信号により、分析カラムからの溶出時間に基づいた成分の同定やクロマトグラムのピーク面積による成分濃度の算出が行われる。かかる分析を再現性よく行なうためには、移動相の送液流量を正確に制御することが重要である。

【0003】

液体クロマトグラフ用の送液装置として、プランジャの往復動により液の吸入と吐出を連続的に行なうプランジャポンプを利用したものが一般に用いられる（特許文献１参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２−３２３５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

液体クロマトグラフ用の送液装置は、プランジャポンプが筐体内に収容されてユニット化されていることが一般的である。送液装置の筐体内には、プランジャを駆動するためのモータも収容されており、そのモータで発生した熱がこもらないように、筐体内に外気が取り込まれる構造になっていることが多い。

【0006】

しかし、筐体内に外気が取り込まれるようにすると、外気の温度が変化したときに筐体内のポンプヘッドがその影響を受けやすい。ポンプヘッド内に設けられているポンプ室は、液体クロマトグラフ全体の内部容量のうちの大きな割合を占める部分である。かかる部分が外気の温度変化の影響を受けると、移動相が熱膨張又は熱収縮を起こし、分析カラム内の移動相の流量が変化するという問題がある。特に、検出器として質量分析計を用いる場合など、移動相を１００μＬ／ｍｉｎ以下の微少流量で送液する場合に、移動相の送液流量に変動が生じると、分析カラムの保持時間の再現性が悪化するなど分析結果に与える影響が大きい。

【0007】

そこで、本発明は、微少流量での送液を高精度に行なうことができる送液装置を提供することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係る送液装置は、ポンプボディ、ポンプボディの先端に設けられ内部にポンプ室を有するポンプヘッド、ポンプボディ側からポンプヘッド側へ伸びて先端がポンプ室内に挿入されたプランジャ、及びプランジャの基端を保持してプランジャの軸方向へ当該プランジャを往復動させる駆動機構を有するプランジャポンプと、前記プランジャポンプを収容する筐体と、を備えたものである。筐体は、ポンプボディを収容するポンプボディ収容部とポンプヘッド収容部を有する。ポンプヘッド収容部は断熱部材により囲われており、前記筐体の外部及び前記ポンプボディ収容部とは熱的に分離されている。

【0009】

プランジャポンプでは、ポンプヘッドにおけるプランジャとプランジャシールとの間の摩擦による発熱が考えられる。しかし、本願発明者らは、特に１００μＬ／ｍｉｎ以下の微少流量で送液する場合には、ポンプヘッドにおける発熱が送液に与える影響はほとんどなく、それよりも積極的に取り込まれる外気の温度変動が移動相の送液流量に影響を与えることを見出した。

【0010】

本発明に係る液体クロマトグラフは、分析流路と、分析流路において移動相を送液する上記送液装置と、分析流路上における送液装置の下流側に接続された試料注入部と、分析流路上における試料注入部の下流側に接続された分析カラムと、分析流路上における分析カラムの下流側に接続された検出器と、を備えたものである。

【発明の効果】

【0011】

本発明に係る送液装置では、プランジャポンプを収容する筐体は、ポンプボディを収容するポンプボディ収容部とポンプヘッド収容部を有し、ポンプヘッド収容部は断熱部材により囲われており、前記筐体の外部及び前記ポンプボディ収容部とは熱的に分離されているので、ポンプヘッド内が外部の温度変化の影響やモータの発熱の影響を受けにくく、熱膨張や熱収縮による流量変化が起こりにくい。これにより、移動相の送液を微少流量で行なう場合にも、外気の温度変化による分析結果への影響を小さくすることができる。

【0012】

本発明に係る液体クロマトグラフでは、移動相を送液する送液装置として上記送液装置を備えているので、移動相の送液流量を１００ｍＬ／ｍｉｎ以下の低流量に設定した場合であっても、移動相の送液流量が室温の変化によって変動することが抑制され、分析カラムの保持時間の再現性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】送液装置の一実施例の外観を示す斜視図である。

【図2】同実施例において開閉カバーを取り外した状態を示す斜視図である。

【図3】同実施例の内部構造を概略的に示す断面図である。

【図4】送液装置の他の実施例の内部構造を概略的に示す断面図である。

【図5】液体クロマトグラフの一実施例を概略的に示す流路構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明に係る送液装置において、筐体が、ポンプヘッド収容部の開閉を行なうための開閉カバーを有し、その開閉カバーの少なくとも内側面が断熱部材により構成されていることが好ましい。そうすれば、プランジャポンプのメンテナンス性を確保しながら、開閉カバーを閉じたときにポンプヘッド収容部内を外部と熱的に遮断して、外部温度の変化による送液流量への影響を小さくすることができる。

【0015】

本発明に係る送液装置が、プランジャポンプを複数台備え、それらのプランジャポンプのポンプ室が流路を介して互いに接続されており、各プランジャポンプのポンプ室内の圧力を検出する圧力センサを有する場合には、それらの圧力センサがポンプヘッド収容部内に収容されていることが好ましい。

【0016】

圧力センサは内部容量が大きいため、ポンプ室内の圧力を検出する圧力センサが設けられている場合には、その圧力センサも液体クロマトグラフ全体の内部容量のうちの大きな割合を占める部分である。したがって、圧力センサが外部の温度変化の影響を受けると、移動相が熱膨張又は熱収縮を起こし、分析カラム内の移動相の流量が変化する。そこで、圧力センサも断熱部材によって囲われたポンプヘッド収容部内に収容し、圧力センサ内における移動相の熱膨張や熱収縮を防止することで、移動相の送液流量の変動を抑制することができる。

【0017】

本発明に係る送液装置において、プランジャを駆動する駆動機構はモータを含んでいるが、そのモータは前記ポンプボディの外側に設けられ、ポンプボディがモータとは熱的に分離された空間内に配置されていることが好ましい。そうすれば、モータで発生した熱がポンプボディに伝わりにくくなる。それによって、モータで発生した熱がポンプボディを介してポンプヘッドに伝わることが抑制され、ポンプヘッドの温度をより安定させることができる。

【0018】

以下、図面を用いて、送液装置及び液体クロマトグラフの一実施例について説明する。

【0019】

まず、送液装置の一実施例を、図１から図３を用いて説明する。

【0020】

まず、図１及び図２に示されているように、送液装置２は筐体４を有する。筐体４は、前面側（図１及び図２において左手前側）に操作パネル６と開閉カバー８を備えている。筐体４の内部には、２つのプランジャポンプ１０，１１が収容されている。プランジャポンプ１０，１１のそれぞれは、先端側にポンプヘッド１０ａ，１１ａを有し、そのポンプヘッド１０ａ，１１ａが前面側を向くように配置されている。

【0021】

筐体４は、プランジャポンプ１０，１１のポンプボディ１０ｄ，１１ｄ（図３参照）を収容するポンプボディ収容部１２、及びプランジャポンプ１０，１１のポンプヘッド１０ａ，１１ａを収容するポンプヘッド収容部１４を内部に備えている。開閉カバー８は、筐体４の前面側からポンプヘッド収容部１４を開閉することができるように、開閉可能又は着脱可能に設けられている。開閉カバー８を開くか又は取り外すと、プランジャポンプ１０，１１のポンプヘッド１０ａ，１１ａが前面側に露出するようになっている（図２参照）。

【0022】

ポンプボディ収容部１２とポンプヘッド収容部１４は断熱部材１８によって熱的に分離されている。開閉カバー８の内側側面には板状の断熱部材１６が設けられている。これにより、ポンプヘッド収容部１４は断熱部材１６，１８によって囲われた空間となっている。断熱部材１６，１８としては、例えば化学架橋ポリエチレン発泡体を用いることができる。

【0023】

ポンプヘッド１０ａの下方にチェック弁２２が設けられている。チェック弁２２には第１入口流路２０が接続されている。図示は省略されているが、入口流路２０は筐体４の一側面（例えば、背面）に設けられた入口ポートに通じている。入口ポートには、送液対象の溶媒を収容した容器に通じる流路が接続される。ポンプヘッド１０ａのチェック弁２２とは反対側に第１出口流路２４が接続されている。第１出口流路２４は圧力センサ２６に通じている。圧力センサ２６はポンプヘッド１０ａ，１１ａとともにポンプヘッド収容部１４内に収容されている。

【0024】

ポンプヘッド１１ａの下方にチェック弁３０が設けられている。チェック弁３０は第２入口流路２８によって圧力センサ２６と接続されている。ポンプヘッド１１ａのチェック弁３０とは反対側に第２出口流路３２が接続されている。図１及び図２では図示が省略されているが、第２出口流路３２は圧力センサ３４（図３を参照）を介して、筐体４の一側面（例えば、背面）に設けられた出口ポートに通じている。出口ポートには、分析カラムへ通じる流路が接続される。圧力センサ３４もポンプヘッド１０ａ，１１ａ及び圧力センサ２６とともにポンプヘッド収容部１４内に収容されている。

【0025】

プランジャポンプ１０，１１の具体的構造の一例について図３を用いて説明する。

【0026】

プランジャポンプ１０のポンプヘッド１０ａ内にポンプ室１０ｂが設けられている。ポンプ室１０ｂにはプランジャ１０ｃが先端側から挿入されている。プランジャ１０ｃの基端はポンプボディ１０ｄ内に収容されたクロスヘッド１０ｅの前面（図において左側の面）に固定されている。クロスヘッド１０ｅには、後面（図において右側の面）に開口をもつネジ穴が設けられている。このネジ穴は棒ネジ１０ｆと螺合する。棒ネジ１０ｆは、モータ１０ｇによって回転させられる。棒ネジ１０ｆの回転により、クロスヘッド１０ｅは棒ネジ１０ｆの軸方向に沿って移動し、それによってプランジャ１０ｃがその軸方向に沿って移動する。クロスヘッド１０ｅ、棒ネジ１０ｆ及びモータ１０ｇはプランジャ１０ｃを駆動する駆動機構を構成する。

【0027】

プランジャポンプ１１もプランジャポンプ１０と同様に、ポンプヘッド１１ａ内にポンプ室１１ｂが設けられている。ポンプ室１１ｂにはプランジャ１１ｃが先端側から挿入されている。プランジャ１１ｃの基端はポンプボディ１１ｄ内に収容されたクロスヘッド１１ｅの前面（図において左側の面）に固定されている。クロスヘッド１１ｅには、後面（図において右側の面）に開口をもつネジ穴が設けられている。このネジ穴は棒ネジ１１ｆと螺合する。棒ネジ１１ｆは、モータ１１ｇによって回転させられる。棒ネジ１１ｆの回転により、クロスヘッド１１ｅは棒ネジ１１ｆの軸方向に沿って移動し、それによってプランジャ１１ｃがその軸方向へ移動する。クロスヘッド１１ｅ、棒ネジ１１ｆ及びモータ１１ｇはプランジャ１１ｃを駆動する駆動機構を構成する。

【0028】

プランジャ１０ｃがポンプ室１０ｂから引き抜かれる方向（図において右方向。以下、吸入方向という。）に駆動されると、チェック弁２２が開き、入口流路２０を介して液がポンプ室１０ｂ内に吸入される。ポンプ室１０ｃ内に液が吸入された後、プランジャ１０ｃがポンプ室１０ｂに挿し込まれる方向（図において左方向。以下、吐出方向という。）に駆動されると、チェック弁２２が閉じ、ポンプ室１０ｃ内の液が第１出口流路２４、圧力センサ２６及び第２入口流路２８を介してポンプ室１１ｂ側へ吐出される。

【0029】

プランジャポンプ１０が上記吐出動作を行なっている間、プランジャポンプ１１では、プランジャ１１ｃをポンプ室１１ｂから引き抜く方向（吸入方向）へ駆動して吸入動作を行なう。これにより、チェック弁３０が開き、ポンプ室１０ｂから吐出された液がポンプ室１１ｂに流入する。プランジャポンプ１１の吸入流量はプランジャポンプ１０の吐出流量よりも小さくなるように、プランジャ１０ｃと１１ｃの駆動速度が調節される。したがって、プランジャポンプ１０の吐出流量からプランジャポンプ１１の吸入流量を差し引いた流量が第２出口流路３２を通じて出口ポート側へ出力する送液流量となる。

【0030】

プランジャポンプ１０は、吐出動作が終了した後、再び吸入動作に切り替わる。このタイミングで、プランジャポンプ１１は、プランジャ１１ｃがポンプ室１１ｂへ挿し込む方向（吐出方向）へ駆動され、吐出動作を開始する。このとき、ポンプ室１０ｂと１１ｂの圧力差によってチェック弁３０が閉じ、ポンプ室１０ｂに貯留された液が第２出口流路３２を通じて出口ポート側へ出力される。

【0031】

圧力センサ２６はポンプ室１０ｂ内の圧力をモニタしており、圧力センサ３４はポンプ室１１ｂ内の圧力をモニタしている。圧力センサ２６及び３４の出力信号は、モータ１０ｇ及び１１ｇの駆動を制御する制御部（図示は省略）に取り込まれる。当該制御部は、圧力センサ２６及び３４の出力信号に基づいて、プランジャポンプ１０，１１の吸入動作と吐出動作との切替時における脈動の発生を防止するように、モータ１０ｇ及び１１ｇの駆動を制御している。

【0032】

この実施例では、プランジャポンプ１０，１１のポンプヘッド１０ａ，１１ａのほか、圧力センサ２６，３４が断熱部材１６，１８によって囲われたポンプヘッド収容部１４内に収容されているので、これらの温度が一定に維持される。ポンプ室１０ｂ，１１ｂや圧力センサ２６，３４は、液体クロマトグラフの分析カラムまでの系の内部容量において大きな割合を占める部分であるため、この部分の温度が一定に維持されれば、液体クロマトグラフの周囲温度が変化した場合にも、熱膨張又は熱収縮を起こす移動相の割合が小さくなる。したがって、分析カラムを流れる移動相の流量を安定させることができ、分析カラムの保持時間の再現性を向上させることができる。

【0033】

また、断熱材にスリットを設けることで、入口流路２０や出口流路を取り外すことなく、開閉カバー１６を開くか又は取り外すことにより、ポンプヘッド収容部１４内のポンプヘッド１０ａ，１１ａを送液装置２の前面側に露出させることができるため、ポンプ室１０ｂ，１１ｂからの液漏れを防止するプランジャシールの交換等のメンテナンスを容易に行なうことができる。

【0034】

また、ポンプヘッド１０ａはポンプボディ１０ｄと連結され、ポンプヘッド１１ａはポンプボディ１１ｄと連結されていることから、ポンプボディ１０ｄ，１１ｄの温度が変化すれば、その影響を受けてポンプヘッド１０ａ，１１ａの温度が変化する。そして、ポンプボディ１０ｄ，１１ｄはモータ１０ｇ，１１ｇと同じポンプボディ収容部１２内に収容されていることから、モータ１０ｇ，１１ｇで発生した熱の影響によりポンプボディ１０ｄ，１１ｄの温度が変化することが考えられる。

【0035】

そこで、図４に示されているように、ポンプボディ１０ｄ，１１ｄの周囲を断熱部材１９で囲うことによって、ポンプボディ１０ｄ，１１ｄをモータ１０ｇ，１１ｇとは熱的に分離された空間内に配置するようにしてもよい。そうすれば、ポンプボディ１０ｄ，１１ｄにモータ１０ｇ，１１ｇで発生した熱が伝わりにくくなる。これにより、モータ１０ｇ，１１ｇで発生した熱がポンプボディ１０ｄ，１１ｄを介してポンプヘッド１０ａ，１１ａに伝わりにくくなり、ポンプヘッド１０ａ，１１ａの温度をより安定させることができる。

【0036】

この実施例の送液装置２を適用した液体クロマトグラフの一実施例について図５を用いて説明する。

【0037】

この実施例の液体クロマトグラフは、上記の送液装置２を２台備えている（それぞれを送液装置２−１，２−２とする。）。送液装置２−１と２−２の入口ポートは互に異なる溶媒（例えば、水とアセトニトリル）を貯留した容器に接続されている。送液装置２−１と２−２の出口ポートは共通のミキサ３６に接続されている。送液装置２−１と２−２により送液された溶媒はミキサ３６において混合され、移動相として分析流路３８を流れる。

【0038】

分析流路３８上には、上流側から試料注入部４０、分析カラム４２及び検出器４４が設けられている。試料注入部４０、分析カラム４２及び検出器４４は、送液装置２−１，２−２と同様に、それぞれが個別のユニットとして構成されており、各ユニットが配管によって接続されることで分析流路３８が構成されている。

【0039】

液体クロマトグラフでは、分析カラム４２を流れる移動相の流量が変動すると分析カラム４２の保持時間の再現性に影響を与える。送液装置２−１，２−２から分析カラム４２までの間の系において液の熱膨張や熱収縮が起こると、その影響で移動相の流量が変動する。そのため、送液装置２−１，２−２から分析カラム４２のまでの系全体を恒温槽に収容するなどして一定温度に維持することも考えられる。しかし、上述のように、液体クロマトグラフは複数のユニットによって構成されているものであるため、そのような手段を採ることは困難である。

【0040】

他方、送液装置２−１，２−２に設けられているプランジャポンプ１０，１１のポンプヘッド１０ａ，１１ａ（図３参照）や圧力センサ２６，３４（図３参照）の内部容量の合計は１００μＬ以上であることが一般的であるのに対し、送液装置２−１，２−２よりも下流側における分析カラム４２までの内部容量は、一般的に１０μＬ以下である。したがって、送液装置２−１，２−２におけるポンプヘッド１０ａ，１１ａや圧力センサ２６，３４の温度が一定に維持されれば、液の熱膨張や熱収縮による移動相の流量変動を大幅に抑制することができる。

【0041】

この実施例における送液装置２−１，２−２は、ポンプヘッド１０ａ，１１ａ（図３参照）や圧力センサ２６，３４（図３参照）が断熱部材で囲われたポンプヘッド収容部１４（図３参照）内に収容されているため、移動相の流量が液体クロマトグラフの周囲温度の変化による影響を受けにくく、分析カラム４２の保持時間の再現性を向上させることができる。

【符号の説明】

【0042】

２，２−１，２−２ 送液装置
４ 筐体
６ 操作パネル
８ 開閉カバー
１０，１１ プランジャポンプ
１０ａ，１１ａ ポンプヘッド
１０ｂ，１１ｂ ポンプ室
１０ｃ，１１ｃ プランジャ
１０ｄ，１１ｄ ポンプボディ
１０ｅ，１１ｅ クロスヘッド
１０ｆ，１１ｆ 棒ネジ
１０ｇ，１１ｇ モータ
１２ ポンプボディ収容部
１４ ポンプヘッド収容部
１６，１８，１９ 断熱部材
２０ 第１入口流路
２２，３０ チェック弁
２４ 第１出口流路
２６，３４ 圧力センサ
２８ 第２入口流路
３２ 第２出口流路
３６ ミキサ
３８ 分析流路
４０ 試料注入部
４２ 分析カラム
４４ 検出器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】