特許 7524737 クロマトグラフィ検出器用フローセルアセンブリの構造およびキャピラリの製造方法

(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】

(24)【登録日】2024-07-22

(45)【発行日】2024-07-30

(54)【発明の名称】クロマトグラフィ検出器用フローセルアセンブリの構造およびキャピラリの製造方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 30/74 20060101AFI20240723BHJP

   G01N 21/05 20060101ALI20240723BHJP

【ＦＩ】

G01N30/74 E

G01N21/05

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020196806

(22)【出願日】2020-11-27

(65)【公開番号】P2022085229

(43)【公開日】2022-06-08

【審査請求日】2023-03-31

(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】100108523

【弁理士】

【氏名又は名称】中川 雅博

(74)【代理人】

【識別番号】100098305

【弁理士】

【氏名又は名称】福島 祥人

(74)【代理人】

【識別番号】100125704

【弁理士】

【氏名又は名称】坂根 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100187931

【弁理士】

【氏名又は名称】澤村 英幸

(72)【発明者】

【氏名】藤次 陽平

【審査官】草川 貴史

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２００３／００７６４９１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－０４１０２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／２１７３５６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０１８－５３５４２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－１２９００３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／００９１６９３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－１６９９０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第３６５７９００（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ３０／００－３０／９６

Ｂ０１Ｊ ２０／２８１－２０／２９２

Ｇ０６Ｑ ２０／００

Ｇ０１Ｎ ２１／０３－２１／１５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料のクロマトグラムの生成に用いられるクロマトグラフィ検出器用フローセルアセンブリの構造であって、
一方向に延びるキャピラリと、
前記キャピラリの少なくとも一部が収容されるハウジングと、
前記キャピラリを前記ハウジングに保持するフェルールとを備え、
前記キャピラリは、
水の屈折率よりも低い屈折率を有する材料により形成される内管と、
前記内管の材料よりも高い強度を有する材料により形成され、５ｍｍ以下の外径を有する外管とを含み、
前記内管の外周面と前記外管の内周面とは密着し、前記内管の内部に試料を含む移動相が流れる流路が形成される、クロマトグラフィ検出器用フローセルアセンブリの構造。

【請求項2】

前記一方向における前記キャピラリの長さは１０ｍｍよりも大きい、請求項１記載のクロマトグラフィ検出器用フローセルアセンブリの構造。

【請求項3】

前記一方向における前記キャピラリの長さは３０ｍｍ以上である、請求項２記載のクロマトグラフィ検出器用フローセルアセンブリの構造。

【請求項4】

前記内管は、フッ素樹脂により形成される、請求項１～３のいずれか一項に記載のクロマトグラフィ検出器用フローセルアセンブリの構造。

【請求項5】

前記外管は、ステンレスにより形成される、請求項１～４のいずれか一項に記載のクロマトグラフィ検出器用フローセルアセンブリの構造。

【請求項6】

前記外管は、前記キャピラリの全長にわたって一定の外径を有し、
前記キャピラリの全長にわたって前記内管の外周面の全面と前記外管の内周面の全面とは密着している、請求項１～５のいずれか一項に記載のクロマトグラフィ検出器用フローセルアセンブリの構造。

【請求項7】

試料のクロマトグラムの生成に用いられるクロマトグラフィ検出器用フローセルアセンブリのキャピラリの製造方法であって、
水の屈折率よりも低い屈折率を有する材料により形成されかつ一方向に延びる内管を準備するステップと、
前記内管の材料よりも高い強度を有する材料により形成され、前記一方向に延びかつ前記内管の周囲を取り囲むように配置された外管を準備するステップと、
前記外管にスウェージング加工を行うことにより、前記内管の外周面と前記外管の内周面とを密着させるステップとを含み、
前記内管の内部に試料を含む移動相が流れる流路が形成される、キャピラリの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、クロマトグラフィ検出器用フローセルアセンブリの構造およびキャピラリの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

試料に含まれる物質を異なる成分ごとに分離する装置として、液体クロマトグラフが知られている。例えば、特許文献１に記載されたＨＰＬＣ（高性能液体クロマトグラフィ）システムにおいては、溶媒と試料とがカラムに供給される。カラムを通過した試料は、試料成分ごとに分離され、検出器のフローセルの光路に導入される。

【0003】

また、フローセルの光路に沿って光ファイバから光が出射されることにより、光路を流れる試料に光が照射される。試料を通過した光が検出アセンブリにより検出されることにより、検出強度に応じた出力信号が生成される。出力信号に所定の処理が行われることにより、液体クロマトグラムが生成される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許３６５７９００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１には、ベールの法則に従って、フローセルの光路長を長くすることにより検出器の感度を向上させることが可能であることが記載されている。また、近年、液体クロマトグラフの分離性能を向上させるため、フローセルの光路の径は小さくされる傾向にある。しかしながら、特許文献１の検出器では、加工性の問題からフローセルの光路の径を小さくしつつ光路長を十分に長くすることは困難である。そのため、検出器の感度を十分に向上させることができない。

【0006】

本発明の目的は、検出器の感度を向上させることが可能なクロマトグラフィ検出器用フローセルアセンブリの構造およびキャピラリの製造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様は、試料のクロマトグラムの生成に用いられるクロマトグラフィ検出器用フローセルアセンブリの構造であって、一方向に延びるキャピラリと、前記キャピラリの少なくとも一部が収容されるハウジングと、前記キャピラリを前記ハウジングに保持するフェルールとを備え、前記キャピラリは、水の屈折率よりも低い屈折率を有する材料により形成される内管と、前記内管の材料よりも高い強度を有する材料により形成され、５ｍｍ以下の外径を有する外管とを含み、前記内管の外周面と前記外管の内周面とは密着し、前記内管の内部に試料を含む移動相が流れる流路が形成される、クロマトグラフィ検出器用フローセルアセンブリの構造に関する。

【0008】

本発明の他の態様は、試料のクロマトグラムの生成に用いられるクロマトグラフィ検出器用フローセルアセンブリのキャピラリの製造方法であって、水の屈折率よりも低い屈折率を有する材料により形成されかつ一方向に延びる内管を準備するステップと、前記内管の材料よりも高い強度を有する材料により形成され、前記一方向に延びかつ前記内管の周囲を取り囲むように配置された外管を準備するステップと、前記外管にスウェージング加工を行うことにより、前記内管の外周面と前記外管の内周面とを密着させるステップとを含み、前記内管の内部に試料を含む移動相が流れる流路が形成されるキャピラリの製造方法に関する。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、検出器の感度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の一実施の形態に係るクロマトグラフィ検出器用フローセルアセンブリを含むクロマトグラフの構成を示す図である。

【図2】検出器の構成を示す模式図である。

【図3】図２のフローセルアセンブリの構造を示す模式的部分断面図である。

【図4】キャピラリの製造工程を示す模式的工程断面図である。

【図5】キャピラリの製造工程を示す模式的工程断面図である。

【図6】キャピラリの製造工程を示す模式的工程断面図である。

【図7】図６のキャピラリのＡ－Ａ線断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

（１）クロマトグラフの構成
以下、本発明の実施の形態に係るクロマトグラフィ検出器用フローセルアセンブリの構造およびキャピラリの製造方法について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係るクロマトグラフィ検出器用フローセルアセンブリの構造を含むクロマトグラフの構成を示す図である。本実施の形態においては、クロマトグラフ１００は、液体クロマトグラフである。

【0012】

図１に示すように、クロマトグラフ１００は、移動相容器２０、移動相供給部３０、試料供給部４０、分離カラム５０、検出器６０および処理装置７０を備える。移動相容器２０は、水溶液または有機溶媒を移動相として貯留する。移動相供給部３０は、例えば送液ポンプであり、移動相容器２０に貯留された移動相を圧送する。

【0013】

試料供給部４０は、例えばインジェクタであり、分析対象の試料を移動相供給部３０により供給された移動相とともに分離カラム５０に導入する。分離カラム５０は、図示しないカラム恒温槽の内部に収容され、所定の一定温度に調整される。分離カラム５０は、導入された試料を化学的性質または組成の違いにより成分ごとに分離する。検出器６０は、例えば吸光度検出器であり、分離カラム５０により分離された試料の成分を検出する。検出器６０の詳細については後述する。

【0014】

処理装置７０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）およびメモリ、またはマイクロコンピュータ等を含み、移動相供給部３０、試料供給部４０、分離カラム５０（カラム恒温槽）および検出器６０の各々の動作を制御する。また、処理装置７０は、検出器６０による検出結果に基づいて、例えば各成分の保持時間と検出強度との関係を示すクロマトグラムを生成する。

【0015】

図２は、検出器６０の構成を示す模式図である。図２に示すように、検出器６０は、クロマトグラフィ検出器用フローセルアセンブリ１０（以下、フローセルアセンブリ１０と略記する。）、投光部６１、集光レンズ６２、分光部６３および受光部６４を含む。フローセルアセンブリ１０は、一方向に延びる流路１５を有する。図１の分離カラム５０を通過した試料を含む移動相は、フローセルアセンブリ１０の流路１５に導入される。フローセルアセンブリ１０の詳細については後述する。

【0016】

投光部６１は、広帯域の光を出射する光源であり、本例では紫外光を出射する重水素ランプを含む。投光部６１は、タングステンランプまたはＬＥＤ（発光ダイオード）等の他の光源を含んでもよいし、異なる波長の光を出射する複数の光源を含んでもよい。集光レンズ６２は、投光部６１により出射された光を集光し、フローセルアセンブリ１０の一端部から流路１５を流れる移動相中の試料に照射する。

【0017】

試料に照射された光は、試料を透過することにより試料と相互作用した後、フローセルアセンブリ１０の他端部から分光部６３に入射される。分光部６３は、例えば反射型の回折格子であり、入射された光を波長ごとに異なる角度で反射するように分光する。受光部６４は、例えば複数のフォトダイオードが一次元状に配列されたフォトダイオードアレイである。受光部６４は、分光部６３により分光された各波長の光を受光し、受光量を示す信号を検出結果として図１の処理装置７０に出力する。

【0018】

（２）フローセルアセンブリの構成
図３は、図２のフローセルアセンブリ１０の構造を示す模式的部分断面図である。図３に示すように、フローセルアセンブリ１０は、キャピラリ１１、一対のハウジング１２、一対のフェルール１３および一対の窓部材１４を含む。キャピラリ１１は、一方向に延びるように形成される。キャピラリ１１の内部に流路１５が形成される。以下、キャピラリ１１が延びる方向を軸方向と呼ぶ。また、軸方向において移動相が流れる方向を下流と呼ぶ、その反対方向を上流と呼ぶ。軸方向におけるキャピラリ１１の長さは、１０ｍｍよりも大きくてもよく、例えば３０ｍｍ以上であってもよいが、３０ｍｍ未満であってもよい。

【0019】

キャピラリ１１は、内管１１ａおよび外管１１ｂを含む。本例では、内管１１ａはポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂（具体的にはテフロン（登録商標）ＡＦ）により形成される。この場合、内管１１ａの屈折率を水の屈折率よりも容易に低くすることができる。内管１１ａは、水の屈折率よりも低い屈折率を有しかつ耐薬品性を有する他の材料により形成されてもよい。内管１１ａは、軸方向に延び、円筒形状または楕円筒形状を有する。内管１１ａの内径は、例えば０．１ｍｍ以下であるが、例えば０．３ｍｍ以下であってもよいし、０．３ｍｍよりも大きくてもよい。内管１１ａの内部の空間が流路１５となる。

【0020】

外管１１ｂは、軸方向に延び、円筒形状または楕円筒形状を有する。内管１１ａの外周面と、外管１１ｂの内周面とは密着する。本例では、外管１１ｂはステンレスにより形成される。この場合、外管１１ｂの外径を小型化しつつ、内管１１ａの変形を容易に防止することができる。外管１１ｂは、内管１１ａよりも高い強度を有しかつ耐薬品性を有する他の材料により形成されてもよい。外管１１ｂの外径は、５ｍｍ以下である。

【0021】

以下の説明では、一対のハウジング１２を区別する場合は、一方および他方のハウジング１２をそれぞれハウジング１２Ａ，１２Ｂと呼ぶ。同様に、一対のフェルール１３を区別する場合は、一方および他方のフェルール１３をそれぞれフェルール１３Ａ，１３Ｂと呼ぶ。一対の窓部材１４を区別する場合は、一方および他方の窓部材１４をそれぞれ窓部材１４Ａ，１４Ｂと呼ぶ。

【0022】

各ハウジング１２は、例えばステンレス等の耐薬品性を有する金属により形成される。各ハウジング１２には、軸方向に貫通する開口部１２ａが形成される。軸方向におけるキャピラリ１１の一端部および他端部は、ハウジング１２Ａ，１２Ｂの開口部１２ａ内にそれぞれ挿入される。また、各ハウジング１２には、外周面から開口部１２ａに貫通する孔部１２ｂが形成される。ハウジング１２Ａの孔部１２ｂは、キャピラリ１１の一端部よりも上流に位置する。ハウジング１２Ｂの孔部１２ｂは、キャピラリ１１の他端部よりも下流に位置する。

【0023】

各フェルール１３は、例えばＥＴＦＥ（Ethylene Tetra Fluoro Ethylene）等の耐薬品性を有する樹脂により形成される。各フェルール１３は、円環状を有する。フェルール１３Ａは、キャピラリ１１の一端部を取り囲みつつハウジング１２Ａの開口部１２ａ内でキャピラリ１１の一端部をハウジング１２Ａに保持する。これにより、キャピラリ１１の一端部の外周面とハウジング１２Ａの内周面との間がシールされる。フェルール１３Ｂは、キャピラリ１１の他端部を取り囲みつつハウジング１２Ｂの開口部１２ａ内でキャピラリ１１の他端部をハウジング１２Ｂに保持する。これにより、キャピラリ１１の他端部の外周面とハウジング１２Ｂの内周面との間がシールされる。

【0024】

各窓部材１４は、例えば石英等の耐薬品性を有しかつ透光性を有する材料により形成される。窓部材１４Ａは、ハウジング１２Ａの開口部１２ａの上流端を閉塞するようにハウジング１２Ａの開口部１２ａ内に設けられる。窓部材１４Ｂは、ハウジング１２Ｂの開口部１２ａの下流端を閉塞するようにハウジング１２Ｂの開口部１２ａ内に設けられる。

【0025】

分離カラム５０（図１）を通過した試料を含む移動相は、ハウジング１２Ａの孔部１２ｂからキャピラリ１１内の流路１５に導入される。移動相は、流路１５を下流方向に流れ、流路１５から導出された後、ハウジング１２Ｂの孔部１２ｂからハウジング１２の外部に排出される。

【0026】

また、投光部６１（図２）から出射された光は、窓部材１４Ａからキャピラリ１１内の流路１５に入射する。ここで、キャピラリ１１の内管１１ａの屈折率は、水の屈折率よりも低い。そのため、水、または水の屈折率よりも高い屈折率を有する有機溶媒が移動相として使用される場合には、流路１５に入射した光は、内管１１ａの内壁面で全反射を繰り返しながら流路１５を伝搬する。流路１５を伝搬した光は、移動相中の試料と相互作用した後、窓部材１４Ｂを通過して受光部６４（図２）により受光される。

【0027】

（３）キャピラリの製造方法
図３のキャピラリ１１の製造方法について説明する。図４、図５および図６は、キャピラリ１１の製造工程を示す模式的工程断面図である。図７は、図６のキャピラリ１１のＡ－Ａ線断面図である。まず、図４に示すように、内管１１ａと、内管１１ａの周囲を取り囲む外管１１ｂとを準備する。

【0028】

次に、図５に示すように、複数のスウェージングダイス２を有する工具１を用いて外管１１ｂにスウェージング加工を行う。具体的には、図５に矢印Ａで示すように、各スウェージングダイス２を外管１１ｂの周囲で回転させつつ、図５に矢印Ｂで示すように、各スウェージングダイス２を外管１１ｂの径方向に振動させることにより外管１１ｂの外周面を繰り返し叩く。この状態で、図５に矢印Ｃで示すように、工具１を外管１１ｂの一端部から他端部に向けて移動させる。

【0029】

これにより、図６に示すように、内管１１ａと外管１１ｂとからなるキャピラリ１１が完成する。この製造方法によれば、外管１１ｂの外径を小型化しつつ、図７に示すように、内管１１ａの外周面と外管１１ｂの内周面とを密着させることができる。

【0030】

（４）効果
本実施の形態に係るフローセルアセンブリ１０の構造においては、内管１１ａと外管１１ｂとを含みかつ軸方向に延びるキャピラリ１１の両端部がハウジング１２Ａ，１２Ｂに収容される。キャピラリ１１の両端部は、フェルール１３Ａ，１３Ｂによりハウジング１２Ａ，１２Ｂに保持される。内管１１ａは、水の屈折率よりも低い屈折率を有する材料により形成される。外管１１ｂは、内管１１ａの材料よりも高い強度を有する材料により形成される。内管１１ａの外周面と外管１１ｂの内周面とは密着する。外管１１ｂの外径は５ｍｍ以下であり、内管１１ａの内部に試料を含む移動相が流れる流路１５が形成される。

【0031】

この構成によれば、内管１１ａの変形を防止しつつ、軸方向においてキャピラリ１１の長さを容易に大きくすることができる。そのため、流路１５の径が小さい場合でも、流路１５を容易に長くすることができる。具体的には、軸方向におけるキャピラリ１１の長さは１０ｍｍよりも大きくてもよく、３０ｍｍ以上であってもよい。この場合、流路１５が長いため、検出器６０の感度を向上させることができる。

【0032】

（５）他の実施の形態
上記実施の形態において、検出器６０は吸光度検出器であるが、実施の形態はこれに限定されない。検出器６０は他の分光光度計であってもよい。

【0033】

また、上記実施の形態において、ハウジング１２はキャピラリ１１の一部を収容するが、実施の形態はこれに限定されない。ハウジング１２はキャピラリ１１の全体を収容してもよい。

【0034】

（６）態様
上記の複数の例示的な実施の形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。

【0035】

（第１項）一態様に係るクロマトグラフィ検出器用フローセルアセンブリの構造は、
試料のクロマトグラムの生成に用いられるクロマトグラフィ検出器用フローセルアセンブリの構造であって、
一方向に延びるキャピラリと、
前記キャピラリの少なくとも一部が収容されるハウジングと、
前記キャピラリを前記ハウジングに保持するフェルールとを備え、
前記キャピラリは、
水の屈折率よりも低い屈折率を有する材料により形成される内管と、
前記内管の材料よりも高い強度を有する材料により形成され、５ｍｍ以下の外径を有する外管とを含み、
前記内管の外周面と前記外管の内周面とは密着し、前記内管の内部に試料を含む移動相が流れる流路が形成されてもよい。

【0036】

このクロマトグラフィ検出器用フローセルアセンブリの構造においては、内管の変形を防止しつつ、一方向においてキャピラリの長さを容易に大きくすることができる。そのため、流路の径が小さい場合でも、流路を容易に長くすることができる。これにより、クロマトグラフィ検出器の感度を向上させることができる。

【0037】

（第２項）第１項に記載のクロマトグラフィ検出器用フローセルアセンブリの構造において、
前記一方向における前記キャピラリの長さは１０ｍｍよりも大きくてもよい。

【0038】

この場合、流路が長いため、クロマトグラフィ検出器の感度が向上する。

【0039】

（第３項）第２項に記載のクロマトグラフィ検出器用フローセルアセンブリの構造において、
前記一方向における前記キャピラリの長さは３０ｍｍ以上であってもよい。

【0040】

この場合、流路が十分に長いため、クロマトグラフィ検出器の感度が十分に向上する。

【0041】

（第４項）第１項～第３項のいずれか一項に記載のクロマトグラフィ検出器用フローセルアセンブリの構造において、
前記内管は、フッ素樹脂により形成されてもよい。

【0042】

この場合、内管の屈折率を水の屈折率よりも容易に低くすることができる。

【0043】

（第５項）第１項～第４項のいずれか一項に記載のクロマトグラフィ検出器用フローセルアセンブリの構造において、
前記外管は、ステンレスにより形成されてもよい。

【0044】

この場合、外管の外径を小型化しつつ、内管の変形を容易に防止することができる。

【0045】

（第６項）他の態様に係るキャピラリの製造方法は、
試料のクロマトグラムの生成に用いられるクロマトグラフィ検出器用フローセルアセンブリのキャピラリの製造方法であって、
水の屈折率よりも低い屈折率を有する材料により形成されかつ一方向に延びる内管を準備するステップと、
前記内管の材料よりも高い強度を有する材料により形成され、前記一方向に延びかつ前記内管の周囲を取り囲むように配置された外管を準備するステップと、
前記外管にスウェージング加工を行うことにより、前記内管の外周面と前記外管の内周面とを密着させるステップとを含み、
前記内管の内部に試料を含む移動相が流れる流路が形成されてもよい。

【0046】

このキャピラリの製造方法によれば、内管の変形を防止しつつ、一方向においてキャピラリの長さを容易に大きくすることができる。そのため、流路の径が小さい場合でも、流路を容易に長くすることができる。これにより、クロマトグラフィ検出器の感度を向上させることができる。

【符号の説明】

【0047】

１…工具，２…スウェージングダイス，１０…フローセルアセンブリ，１１…キャピラリ，１１ａ…内管，１１ｂ…外管，１２，１２Ａ，１２Ｂ…ハウジング，１２ａ…開口部，１２ｂ…孔部，１３，１３Ａ，１３Ｂ…フェルール，１４，１４Ａ，１４Ｂ…窓部材，１５…流路，２０…移動相容器，３０…移動相供給部，４０…試料供給部，５０…分離カラム，６０…検出器，６１…投光部，６２…集光レンズ，６３…分光部，６４…受光部，７０…処理装置，１００…クロマトグラフ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】