JP4067685B2

JP4067685B2 - インジェクション装置

Info

Publication number: JP4067685B2
Application number: JP08485299A
Authority: JP
Inventors: 喜八郎大倉; 繁夫向井; 邦彦藤井
Original assignee: 山善株式会社
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 1999-03-26
Publication date: 2008-03-26
Anticipated expiration: 2019-03-26
Also published as: JP2000275228A; US6415670B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インジェクション装置に関し、特に高効率での分取が可能な液体クロマトグラフに用いられるインジェクション装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
移動相として液体の溶媒（溶離液）を用いる液体クロマトグラフにおいては、固定相が充填されたカラム内に試料液と溶媒とを順次送出する必要があり、そのためにインジェクターと称される容器を用いるのが一般的である。通常は試料液と溶媒とがそれぞれ充填された２つのインジェクターを用い、これらを交互にカラムやポンプに接続するという煩雑な作業が必要である。
【０００３】
かかる煩雑な作業を軽減することが可能なインジェクターとして、本出願人による実公平１−４１４７３号公報のものが知られている。このインジェクターは、上方から固定栓、遊走栓および可動栓の３つの栓をシリンダ内に設けるとともに、シリンダの内壁面にリング状の凹部を設けたものである。このインジェクターによると、遊走栓が上昇するにつれて遊走栓の上方にある試料液が送出され、遊走栓が凹部位置にまで移動するとこれらの間隙を通って遊走栓の下方にある溶媒が送出されることになる。そのため、１本のインジェクターにより、煩雑な作業を行なう必要なくしかも迅速に、試料と溶媒とを順次カラム内に送出することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に記載のインジェクターを用いた場合であっても、複数種類の試料液をカラムに導入して分離するためには、各試料液が充填されたインジェクターを複数本使用して、１つのインジェクターの送出が終わるごとに次のインジェクターに順次交換するという作業が必要になる。これらの作業は煩雑であるとともに、交換作業にも非常に長い時間を要する。そのため複数種類の試料液をクロマトグラフにより効率よく分取または分析することができないという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明の主たる目的は、複数のインジェクターに充填された試料液をクロマトグラフにより効率よく分取または分析するためのインジェクション装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１のインジェクション装置は、複数のインジェクターの一端側とそのいずれかを選択可能に接続される第１の切換弁と、前記複数のインジェクターの他端側とそのいずれかを選択可能に接続される第２の切換弁と、前記第２の切換弁に接続されているとともに、複数のカラムの一端側とそのいずれかを選択可能に接続される第３の切換弁と、前記複数のカラムの他端側とそのいずれかを選択可能に接続される第４の切換弁とを備えていることを特徴とするものである。
【０００７】
請求項１のインジェクション装置によると、第１の切換弁と第２の切換弁との間にそのいずれかを選択可能に複数のインジェクターを接続することができるので、これら２つの弁を切り換えることにより、複数のインジェクターのうちの任意の１つを上流側および第３の切換弁と接続することができる。また、第３の切換弁と第４の切換弁との間にそのいずれかを選択可能に複数のカラムを接続することができるので、これら２つの弁を切り換えることにより、複数のカラムのうちの任意の１つを第２の切換弁および下流側と接続することができる。従って、第１〜第４の切換弁を適宜切り換えることにより、複数のインジェクター内の試料液を順次任意のカラムに導入することができる。
【０００８】
このとき、インジェクション装置に複数のインジェクターおよびカラムを一旦取り付けると、後は第１〜第４の切換弁を自動的に切換動作させることが可能である。そのため、作業が比較的簡易であるとともに、インジェクターおよびカラム交換の時間が節約できるので、短時間で効率のよい分析および分取が可能である。
【０００９】
なお、本発明のインジェクション装置を用いるにあたって、１つのインジェクターと１つのカラムとを対応させて、インジェクターを代えるごとにカラムを代える必要は必ずしもなく、複数のインジェクターに１つのカラムを対応させてもよい。
【００１０】
また、本発明で用いるインジェクターとしては、上述した実公平１−４１４７３号公報のものを用いることができる。この公報のインジェクターを用いることにより、１本のインジェクター内に試料液と溶媒とをインジェクターを取りかえることなく順次充填することができるので、これらの送出が効率よく行われるからである。インジェクターは２本以上あればよいが、実際には５〜１５本程度が取り扱いのしやすさや経済性に優れた最適な本数である。
【００１１】
また、切換弁としては、本出願人による特願平１０ー２０５０８号に記載のロータリバルブを用いるのが好ましい。このロータリバルブは、接触しながら回動するステータとロータとからなり、ステータには中央に１本の貫通孔が、周辺の同一円周上には複数の貫通孔が設けられており、ロータには中央に１つ、周辺に１つの開口が設けられており、両開口がロータ内部またはその下方で連通されたものである。この回動バルブを用いることにより、通常の切換弁を用いるよりもロータとステータの接触面における接液面積を小さくすることができるので、コンタミネーションの発生を抑制することができる。
【００１２】
また、請求項２のインジェクション装置は、前記第２の切換弁と前記第３の切換弁との間に、少なくとも１つの液体センサが設けられていることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項２のインジェクション装置によると、１つの液体センサが液体を検出している場合のみ、第２の切換弁および第３の切換弁を切り換えて、インジェクターの液体をカラムに送出することができる。これによってカラム内に空気が導入されることがほとんどなくなるので、カラム内で試料を良好に分離することができるようになる。ここで、液体の間に空気が挟まれて送出される場合など、１つの液体センサを用いるだけでは空気をカラムから完全に排除することが困難であるので、２つまたはそれ以上の液体センサを用いることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な一実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
図１は、本実施の形態のインジェクション装置を、これに接続されたインジェクターおよびカラムとともに示す概略的な模式図である。図１に示すインジェクション装置１は、６つのロータリバルブ（切換弁）ＲＶ１〜ＲＶ６を備えている。
【００１６】
６つのロータリバルブ（切換弁）ＲＶ１〜ＲＶ６は、図２及び図３に示すような構造をそれぞれ有している（図２および図３には、一例としてロータリバルブＲＶ１を示すが、他のロータリバルブＲＶ２〜ＲＶ６も周部貫通孔の数を除いて構造は同様である。すなわち、ロータリバルブＲＶ１、ＲＶ４では周部貫通孔が１２個あり、ロータリバルブＲＶ２、ＲＶ５では周部貫通孔が１１個あり、ロータリバルブＲＶ３、ＲＶ６では周部貫通孔が２つである）。ロータリバルブＲＶ１は、二つの円柱を上下にかさねたような形状であり、固定板であるステータ５１と、回転板であるロータ５２とにより構成されている．ステータ５１には、中央に１つの中央貫通孔５４が、周辺に複数（図２では図示を簡単にするために６つ、実際は１２個）の周部貫通孔５５が同一円周上にそれぞれ設けられている。中央貫通孔５４および周部貫通孔５５には、接続管Ｔがそれぞれ接続されている。また、ロータ５２上面には、中央及び周辺にそれぞれ１つずつ開口が設けられている。これらの開口は、ロータ５２内部で連通する連絡路５６の両端となっている。
【００１７】
従って、ステータ５１とロータ５２とを相対的に回動させることにより、連絡路５６を介して中央貫通孔５４と周部貫通孔５５のいずれか１つとが連結されることになる。ロータ５２が１／６（実際には１／１２）回転する毎に中央貫通孔５４と連通する周部貫通孔５５は隣の周部貫通孔５５に移ってゆくことになる。なお、図１および図２では、ステータ５１とロータ５２は離反して描出されているが、当然ながら両者は接触している。
【００１８】
ステータ５１およびロータ５２の対向部（即ちステータ５１の下部とロータ５２の上部）は、いずれもポリテトラフルオロエチレンの成形品であり、耐薬品性に優れ、摩擦係数の小さいものとなっている。
【００１９】
ロータリバルブＲＶ１は、ステータ５１及びロータ５２の対向面が平坦ではなく、図３に示すような凹凸のあるリング状となっている。即ち図４（ａ）のドットで示したヅーンが、ステータ５１とロータ５２の接触部分である。従って、従来のロータリバルブ回動バルブに比して、回転時に受ける摩擦抵抗力は小さなものとなる。
【００２０】
図４（ｂ）は、ロータリバルブＲＶ１の回転駆動時の接液ゾーンを示すものであり、図の斜線部がそれである。このようにロータリバルブＲＶ１における接液ゾーンは小さな面積となりコンタミネーションの発生の可能性は飛躍的に小さくなる。
【００２１】
また、図示した例では連絡路５６は、ロータ５２の内部に設けられていたが、成形加工性が容易ではないポリテトラフルオロエチレンを使用すると製造し難いということもあるので、図５のように、ロータ５７には２つの貫通孔を設け、これらをＵ字管５８で連結して連絡路としてもよい。
【００２２】
このようなロータリバルブＲＶ１を用いることにより、以下のような利点が得られる。すなわち、接液面積が小さくなるので、ステータとロータの間隙に付着する残留液量が少なくなり、コンタミネーションが発生しにくくなる。また、接液面積が小さくなるので、回転駆動時の摩擦抵抗低減により、駆動動力を小さくすることができる。さらに、Ｕ字管を連絡路に採用した場合には、製造が容易であり、また流路に急激な析曲点というものがないので、流体抵抗の変化が穏やかであり、送液時の液の流れはスムーズなものとなる。
【００２３】
ロータリバルブＲＶ１（第１の切換弁）は、その中央貫通孔がポンプを介して溶媒の混合装置（ともに図示せず）に接続されており、１２個の周部貫通孔のうちの１０個がインジェクター２１〜３０の一端側に接続されている。周部貫通孔の残りの２つは、ロータリバルブＲＶ２の周部貫通孔およびロータリバルブＲＶ６の周部貫通孔に接続されている。
【００２４】
ロータリバルブＲＶ２（第２の切換弁）は、その中央貫通孔がロータリバルブＲＶ３の中央貫通孔に接続されており、１１個の周部貫通孔のうちの１０個がインジェクター２１〜３０の他端側に接続されている。周部貫通孔の残りの１つは、ロータリバルブＲＶ１の周部貫通孔に接続されている。
【００２５】
ロータリバルブＲＶ１、ＲＶ２は、ステッピングモータＳＭ１によって回転駆動される。ステッピングモータＳＭ１は図示しない駆動回路を介して例えばパーソナルコンピュータである制御装置に接続されている。この制御装置によってステッピングモータＳＭ１を制御することで、ロータリバルブＲＶ１、ＲＶ２を介してその両側と連結される任意のインジェクターを選択することが可能となっている。
【００２６】
ロータリバルブＲＶ３は、その中央貫通孔がロータリバルブＲＶ４の中央貫通孔に接続されている。また、２個の周部貫通孔のうちの１個がロータリバルブＲＶ２の中央貫通孔に接続され、もう１個がドレイン槽に通じている。ロータリバルブＲＶ３は、図示しない駆動回路を介して制御装置に接続されたステッピングモータＳＭ２によって回転駆動される。
【００２７】
ロータリバルブＲＶ４（第３の切換弁）は、その中央貫通孔がロータリバルブＲＶ３の中央貫通孔に接続されており、１２個の周部貫通孔のうちの１０個がカラム３１〜４０の一端側に接続されている。周部貫通孔の残りの２つのうちの１つはロータリバルブＲＶ５の周部貫通孔に接続されており、もう１個がドレイン槽に通じている。
【００２８】
ロータリバルブＲＶ５（第４の切換弁）は、その中央貫通孔がロータリバルブＲＶ６の中央貫通孔に接続されており、１１個の周部貫通孔のうちの１０個がカラム３１〜４０の他端側に接続されている。周部貫通孔の残りの１つは、ロータリバルブＲＶ４の周部貫通孔に接続されている。
【００２９】
ロータリバルブＲＶ４、ＲＶ５は、ステッピングモータＳＭ３によって回転駆動される。ステッピングモータＳＭ３は図示しない駆動回路を介して例えばパーソナルコンピュータである制御装置に接続されている。この制御装置によってステッピングモータＳＭ３を制御することで、ロータリバルブＲＶ４、ＲＶ５を介してその両側と連結される任意のカラムを選択することが可能となっている。
【００３０】
ロータリバルブＲＶ６は、その中央貫通孔がロータリバルブＲＶ５の中央貫通孔に接続されている。また、２個の周部貫通孔のうちの１個がロータリバルブＲＶ１の周部貫通孔に接続され、もう１個が紫外線検出器を経てフラクションクレクタに接続されている。ロータリバルブＲＶ６は、図示しない駆動回路を介して制御装置に接続されたステッピングモータＳＭ４によって回転駆動される。
【００３１】
次に、本実施の形態のインジェクション装置に用いられるインジェクター２１〜３０の構造について図６を参照して説明する。
【００３２】
図６は、インジェクター２１の概略構造を示す模式図である。他のインジェクター２２〜３０についても構造は同一である。インジェクター２１においては、円筒形のシリンダー６の上部に凹部７が設けられ、中央部に遊走栓８、下部に可動栓９を有している。凹部７の大きさは遊走栓８がちょうど凹部７に入ったとき、遊走栓８の外側を通って溶媒が上部に通過できる程度のものである。可動栓９にはその中央部に透孔１０が設けられ、透孔１０はチューブ（図示せず）に通じている。また固定栓１１は、上部を大気開放した状態のインジェクター２１に試料液（原料溶液）Ａを導入した後固着されるものである。
【００３３】
固定栓１１が固着された後、シリンダー６内の空気をできるだけ排出するために、可動栓９を移動させる。排出完了後には、可動栓９は移動させず溶媒Ｂを圧入する。それによって遊走栓８は移動することになる。遊走栓８が凹部７に到達するまではこの遊走栓８はビストンの役目だけでなく、パッキンの役目をも果たし、原料溶液Ａと溶媒Ｂとが混ざるのを防止している。このような遊走栓８を設けたのは、原料溶液Ａと溶媒Ｂとが混ざると、カラムでの分析による成分特性が拡がってしまい原料溶液を良好に分離できなくなるからである。
【００３４】
そして遊走栓８が凹部７に達すると、遊走栓８とシリンダー６内壁の間に空瞭ができることになる。この段階以隆は、溶媒Ｂは上方に移動することになりィンジェクター２から排出されることになる。
【００３５】
このようなインジェクター２１を用いることにより、インジェクター１つで原料溶枝、溶媒等を混合させずに送出することができるので、分取作薬が非常に効率よく行なえるという利益が得られる。
【００３６】
本実施の形態のインジェクション装置１において、ロータリバルブＲＶ２とロータリバルブＲＶ３との間、および、ロータリバルブＲＶ３とロータリバルブＲＶ４との間には、液体センサ６１、６２がそれぞれ設けられている。液体センサ６１、６２は、例えば液体と空気との屈折率の違いを利用して、パイプ内に液体があるかどうかを検出するものである。
【００３７】
このような液体センサ６１、６２を設けることにより、カラム３１〜４０内に空気が侵入するのを防ぐことが可能である。従って、本実施の形態のインジェクション装置１によると、カラム内への空気の侵入に起因した分離性能の劣化が生じない。
【００３８】
次に、本実施の形態のインジェクション装置１の動作について説明する。まず、分析および／または分取する一または複数の試料液をそれぞれ別のインジェクターに充填し、インジェクション装置１に接続する。本実施の形態の場合、インジェクターは１０本設けられているので、最大１０種類の試料液の連続分取作業が可能となっている。また、カラムについても、必要な数をインジェクション装置１に接続する。例えば、１個のインジェクターについてそれぞれ別のカラムを用いるのであれば、１０本のカラムを接続する。
【００３９】
そして、ステッピングモータＳＭ１を制御することによりロータリバルブＲＶ１、ＲＶ２を駆動し、インジェクター２１をロータリバルブＲＶ１、ＲＶ２の中央貫通孔側とそれぞれ接続するとともに、ステッピングモータＳＭ３を制御することによりロータリバルブＲＶ４、ＲＶ５を駆動し、カラム３１をロータリバルブＲＶ４、ＲＶ５の中央貫通孔とそれぞれ接続する。さらに、ステッピングモータＳＭ２を制御することにより、ロータリバルブＲＶ３の中央貫通孔がロータリバルブＲＶ２の中央貫通孔側と接続されるようにし、ステッピングモータＳＭ４を制御することにより、ロータリバルブＲＶ６の中央貫通孔が検出器側と接続されるようにする。
【００４０】
この状態で、図示しないポンプからロータリバルブＲＶ１を介してインジェクター２１に溶媒が注入される。これにより、インジェクター２１から押し出された試料液は、ロータリバルブＲＶ２、ＲＶ３、ＲＶ４を介してカラム３１に送出される。しかる後、試料液の送出が完了すると、続いて溶媒が同様にしてカラム３１内に送出される。試料液はカラム３１において成分に分離され、その成分が順次ロータリバルブＲＶ５、ＲＶ６を経て検出器に送られ、さらにフラクションコレクタによって分取される。このとき、試料のカラム通過速度を上昇させるために、溶媒の濃度は適宜変更することが好ましい。
【００４１】
このとき、液体センサ６１、６２のいずれかで空気が検出されると、ロータリバルブＲＶ４の中央貫通孔がドレイン槽と結ばれるようにステッピングモータＳＭ３が制御される。従って、空気は外部に排出されることになり、カラム３１内に空気が侵入するのを高い確率で防止することができる。
【００４２】
インジェクター２１内に充填された試料液の分離が終了すると、ロータリバルブＲＶ１〜ＲＶ６を切り換えて、流路および必要ならばカラム３１の洗浄工程が行われる。このとき、ロータリバルブＲＶ１がインジェクター２１〜３０を介することなくロータリバルブＲＶ２と接続されるように制御される。そして、以下同様にしてインジェクター２２〜３０についての分離を行うことが可能である。この際、カラムは同じものを用いてもよいし、違うカラムを用いてもよい。
【００４３】
このように、本実施の形態のインジェクション装置１によると、ロータリバルブＲＶ１〜ＲＶ６を適宜切り換えることにより、複数のインジェクター２１〜３０内の試料液を順次任意のカラムに導入することができる。従って、インジェクション装置１に複数のインジェクター２１〜３０およびカラム３１〜４０を一旦取り付けると、後は自動的に動作させることが可能である。そのため、作業が比較的簡易であるとともに、インジェクターおよびカラム交換の時間が節約できる。よって、短時間で効率のよい分析および分取が可能である。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１によると、第１〜第４の切換弁を適宜切り換えることにより、複数のインジェクター内の試料液を順次任意のカラムに導入することができる。このとき、インジェクション装置に複数のインジェクターおよびカラムを一旦取り付けると、後は自動的に動作させることが可能である。そのため、作業が比較的簡易であるとともに、インジェクターおよびカラム交換の時間が節約できるので、短時間で効率のよい分析および分取が可能である。
【００４５】
例えば、多種或いは大量の試料液を分取する場合であっても、次々とインジェクターを代えて液送出ができるので、インジェクターの取り外しその他の作業にのために分取が途中でストッブすることがない。そのため、一旦運転を開始すると、無人での動作が可能であり、省力化に著しい効果がある。
【００４６】
また、請求項２によると、カラム内に空気が導入されることがほとんどなくなるので、カラム内で試料を良好に分離することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のインジェクション装置を、これに接続されたインジェクターおよびカラムとともに示す概略的な模式図である。
【図２】図１のインジェクション装置に用いられるロータリバルブの一部を切欠した概略分解斜視図である。
【図３】図１のインジェクション装置に用いられるロータリバルブの概略断面図である。
【図４】図１のインジェクション装置に用いられるロータリバルブにおいて、ロータとステータとの接触部分を示す概略平面図である。
【図５】図１のインジェクション装置に用いられる別のロータリバルブの概略断面図である。
【図６】図１のインジェクション装置に用いられるインジェクターの概略構造を示す模式図である。
【符号の説明】
１インジェクション装置
２１〜３０インジェクター
３１〜４０カラム
６１、６２液体センサ

Claims

複数のインジェクターの一端側とそのいずれかを選択可能に接続される第１の切換弁と、
前記複数のインジェクターの他端側とそのいずれかを選択可能に接続される第２の切換弁と、
前記第２の切換弁に接続されているとともに、複数のカラムの一端側とそのいずれかを選択可能に接続される第３の切換弁と、
前記複数のカラムの他端側とそのいずれかを選択可能に接続される第４の切換弁とを備えていることを特徴とするインジェクション装置。
前記第２の切換弁と前記第３の切換弁との間に、少なくとも１つの液体センサが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のインジェクション装置。