JP4470797B2 - 自動試料導入装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体クロマトグラフ等の分析装置に試料を導入するための自動試料導入装置（オートサンプラ）に関する。

自動試料導入装置は、サンプルラックに並べられた試料瓶から試料液を吸引し、分析装置の流路中に注入するための装置である。このような自動試料導入装置における試料の注入方式としては、吸引した試料液の全量を上記流路に注入する全量注入方式と、吸引した試料液の一部を上記流路に注入する部分注入方式の２種類がある（非特許文献１参照）。

全量注入方式は先端にサンプリングニードルを備えたサンプリングループを計量ポンプに接続して所定量の試料液を吸引した後、該サンプリングニードルをカラム等の上流に接続された注入ポート（インジェクションポート）に挿入し、更に、流路の切り替えを行って該サンプリングループを液体クロマトグラフの移動相用送液ポンプ等の下流に接続することによって、上記サンプリングループ内に充填された試料液の全量を注入ポートに注入するものである。一方、部分注入方式は、移動相が流れる流路（移動相流路）とは独立した流路に設けられたサンプリングニードルによって試料液を吸引し、その一部を注入ポートに注入するものである。

上記全量注入方式は試料のロスが少なく、注入精度や注入直線性に優れているという利点があるが、その構造上、試料の濃縮・希釈・混合等の前処理のような試料ハンドリングには適していない。一方、部分注入方式は、サンプリングニードルが移動相流路外にあるため、分析中であってもニードルの移動や試料計量が可能であることから、試料の前処理が必要な分析や、並列に設けられた複数のシステムへ試料を注入するパラレル制御分析などに適しているが、試料計量時の動作工程が多いために、全量注入方式に比べて計量精度が劣るという問題がある。

株式会社島津製作所、"HPLC//LCtalk46号TEC オートサンプラの注入方式（全量注入方式と部分注入方式の比較）"、[online]、[平成17年4月4日検索],インターネット<URL:http://www.an.shimadzu.co.jp/support/lib/lctalk/46/46tec.htm>

このように、これら２つの注入方式にはそれぞれ長所・短所があるため、分析目的等に応じて使い分けることが望ましい。しかし、一般に自動試料導入装置は、その試料注入方式によって装置構成が大きく異なっており、各注入方式に応じた制御プログラムによって制御されているため、一台の装置では一種類の注入方式しか使用することができなかった。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、一台の装置で複数の方式による試料の注入を行うことができる自動試料導入装置を提供することである。

上記課題を解決するために成された本発明に係る自動試料導入装置は、分析装置に試料を自動的に供給するための自動試料導入装置において、
a) 全量注入方式、部分注入方式、及び全量注入が可能であり且つ複数の洗浄液でサンプリングループを洗浄可能な注入方式の内、２以上の試料注入方式に対応した流路構成を切り替え可能な試料導入部と、
b) 前記試料導入部の現在の流路構成を判定する流路構成判定手段と、
c) 試料注入に係る各ステップの動作内容を記述した注入動作制御サブルーチンと、該注入動作制御サブルーチンの組み合わせによって試料注入動作の全体を記述した注入動作制御ルーチンとに基づいて、上記試料導入部を制御する注入動作制御手段と、
を備え、前記注入動作制御手段において、前記注入動作制御ルーチンが前記流路構成判定手段によって判定された前記試料導入部の現在の流路構成に対応した注入動作制御サブルーチンを適宜呼び出すことによって、該流路構成に応じた適切な注入動作の制御を行うことを特徴とする。

なお、上記流路構成判定手段は、上記試料導入部に現在の流路構成を検出するためのセンサ等を設け、該センサ等からの検出信号に基づいて現在の流路構成を自動的に判定するものとしてもよく、あるいは操作者に現在の流路構成に関する情報を入力させ、該情報に基づいて現在の流路構成を判定するものとしてもよい。後者の場合、操作者が現在の流路構成に関する情報を入力するための方法としては、例えば、上記試料導入部に設けられた機械的なスイッチを操作する方法や、自動試料導入装置の本体に設けられたコンソール、又は自動試料導入装置に接続されたパーソナルコンピュータの入力部等を用いる方法などとすることができる。

上記構成を有する本発明の自動試料導入装置によれば、分析目的等に応じて試料導入部の流路構成を変更し、該試料導入部の現在の流路構成に対応した適切なサブルーチンを組み合わせることによって一連の試料注入動作の制御を行うことができるため、一台の装置で複数の方式による試料の注入を行うことが可能となる。

以下、実施例を用いて本発明を実施するための最良の形態について説明する。
［実施例］
図１〜３に本実施例の自動試料導入装置の概略構成を示す。本実施例の自動試料導入装置は液体クロマトグラフ分析装置に対して試料の導入を行うものであり、試料の導入動作を行う試料導入部１０と、試料導入部１０を制御する制御部２０、及び制御部２０に対して試料導入部１０の流路構成やその他の条件等を入力するための操作キーと所定の情報を表示するためのディスプレイとを備えたコンソール３０で構成される。

制御部２０は所定のプログラムに基づいて試料導入部１０の各構成要素を制御するものであり、ＣＰＵや前記プログラムを含むファームウェアを記憶した記憶装置等から成るマイクロコンピュータで構成される。

試料導入部１０は、試料液等を収容したバイアル瓶を並べるためのサンプルラック１１、試料液等を計量して吸引・吐出動作を行うための計量ポンプ１２、試料液等を吸引するためのサンプリングニードル１３、吸引した試料液を保持するためのサンプリングループ１４、試料液を移動相中に導入するための注入ポート１５、サンプリングニードル１３やサンプリングループ１４等を洗浄するための洗浄ポート１６を備えており、これらの内、サンプルラック１１以外のものは、それぞれ合成樹脂から成る着脱自在なチューブ状配管によって、２つのロータリーバルブ１７、１８のいずれかに接続される。

ロータリーバルブ１７、１８は、ステッピングモータ等の駆動源を備え、バルブ内の回転部材（ロータ）を回転させることによって該バルブに接続された各流路の連通状態を切り替えることができるものである。本実施例の自動試料導入装置においては、２つのロータリーバルブの内、高圧流路側のバルブ（高圧バルブ）１７は６ポート２ポジションバルブであり、低圧流路側のバルブ（低圧バルブ）１８は、ロータ等の部品を交換することで６ポート２ポジションバルブ及び６ポジションバルブのいずれとしても使用することができるものとなっている。

また、本実施例の液体クロマトグラフ分析装置には、更に、上記ロータリーバルブ１７、１８を含む流路とは別に、洗浄液容器・送液ポンプ・ニードル洗浄ポート及びこれらを接続する配管から成るニードル外側洗浄用流路１９が設けられている。

本実施例の自動試料導入装置は、上記のような試料導入部１０の構成要素を変更することなく、各構成要素間の配管接続の変更やロータリーバルブの一部の部品交換を行うだけで、「全量注入方式」、「部分注入方式」、及び「全量注入が可能であり且つ複数の洗浄液でサンプリングループを洗浄可能な注入方式」の３つの試料注入方式に対応した流路構成を取り得るものである。以下、各注入方式における流路構成及び動作について説明する。

１．全量注入方式
図１は、全量注入方式を用いる場合の概略流路構成図である。高圧バルブ１７及び低圧バルブ１８はいずれも６ポート２ポジションバルブであり、それぞれ、ロータを回転させることによって、隣り合うポート間の連通状態を切り替えることができる。

高圧バルブ１７のポートａには移動相溶液用リザーバ４０に接続された送液ポンプ４１が、ポートｂにはサンプリングニードル１３を備えたサンプリングループ１４が、ポートｃには計量ポンプ１２が、ポートｄには低圧バルブ１８のポートｇが、ポートｅには注入ポート１５が、ポートｆにはカラムがそれぞれ接続されている。また、低圧バルブ１８のポートｇには高圧バルブ１７のポートｄが、ポートｉには計量ポンプ１２が、ポートｊには洗浄ポート１６が、ポートｋにはドレインが、ポートｌには洗浄液を貯留したリザーバ５０がそれぞれ接続されている。

上記のような流路構成において、試料の注入を行う際には、まず、高圧バルブ１７及び低圧バルブ１８を図１（ａ）に示す状態とする（ロード状態）。これにより、高圧バルブ１７及び低圧バルブ１８を介して、サンプリングループ１４と計量ポンプ１２が接続される。続いて、サンプリングニードル１３をサンプルラック１１上の所定の試料瓶の位置に移動させ、計量ポンプ１２によって所定量の試料液を吸引してサンプリングループ１４内に充填する。

次に、サンプリングニードル１３を注入ポート１５に移動させ、高圧バルブ１７を図１（ｂ）に示す状態にする（インジェクション状態）。これにより、送液ポンプ４１によって送液された移動相が、サンプリングループ１４を経由してカラムに至る流路が形成され、サンプリングループ１４内に充填された試料が注入ポート１５を介してカラムへ導入される。このように、本方式による試料の注入を行った場合、ニードル１３で吸引した試料の全量がカラムに導入されるため、高い計量精度が得られる。

２．全量注入が可能であり且つ複数の洗浄液でサンプリングループを洗浄可能な注入方式
試料を移動相に注入する前に希釈などの前処理を行う場合、試料液と希釈液等をハンドリングすることによってこれらの混合を行うが、その際に、サンプリングニードル１３内及びサンプリングループ１４内を洗浄する必要がある。しかし、上記のような全量注入方式の場合、ニードル１３内部を洗浄液で洗浄する際に、サンプリングループ１４内が洗浄液で満たされることになり、この洗浄液の一部は移動相流路に注入されるおそれがある。また、洗浄液と移動相の組成が異なる場合、ニードル１３内部を十分に洗浄することが困難となる。そこで、全量注入方式において、サンプリングニードル１３及びサンプリングループ１４内を複数の液で洗浄できるようにすることで、試料の前処理を可能としたものを以下に示す。

本方式における流路構成の概略を図２に示す。本方式では、低圧バルブ１８は、ロータの回転により、共通ポートｍをその他のポートｇ〜ｌのいずれかと選択的に連通させることが可能な６ポジションバルブとする。

高圧バルブ１７のポートａには移動相溶液用リザーバ４０に接続された送液ポンプ４１が、ポートｂにはサンプリングニードル１３を備えたサンプリングループ１４が、ポートｃには低圧バルブ１８のポートｋが、ポートｅには注入ポート１５が、ポートｆにはカラムがそれぞれ接続されており、ポートｄは閉鎖されている。また、低圧バルブ１８のポートｇには洗浄液Ａを貯留したリザーバ５０が、ポートｈには別の種類の洗浄液Ｂを貯留したリザーバ６０が、ポートｉには計量ポンプ１２が、ポートｊには洗浄ポート１６が、ポートｋには高圧バルブ１７のポートｃが、ポートｌには移動相溶液用リザーバ４０がそれぞれ接続されており、共通ポートｍに接続された計量ポンプ１２によって、複数の試料液及び移動相溶液を吸引できる構成になっている。

上記のような流路構成において、試料の希釈による前処理及び移動相への導入を行う場合の動作について説明する。まず、予めサンプルラック１１上に、試料液を収容した試料瓶、該試料液を希釈するための希釈液を収容した試薬瓶、及び該試料液と希釈液とを混合させる際に使用する混合瓶（空き瓶）とを三本一組として分析を行う試料の数だけ並べておく。続いて、高圧バルブ１７を図２（ａ）に示すロード状態とし、低圧バルブ１８の共通ポートｍとポートｋを連通させる。これにより、高圧バルブ１７及び低圧バルブ１８を介して、サンプリングループ１４と計量ポンプ１２が接続される。この状態で、サンプリングニードル１３を試料瓶に挿入し、所定量の試料液を吸引した後、該ニードル１３を所定の混合瓶の位置に移動させ、吸引した試料液を該混合瓶に吐出させる。

その後、低圧バルブ１８の共通ポートｍをポートｇと連通させ、計量ポンプ１２に洗浄液Ａを吸引させる。続いて、ニードル１３を洗浄ポート１６に移動させた上で、低圧バルブ１８の共通ポートｍとポートｋを連通させ、吸引した洗浄液Ａをサンプリングループ１４及びサンプリングニードル１３を介して洗浄ポート１６に吐出させることで洗浄を行う。同様にして、移動相溶液用リザーバ４０に貯留された移動相を計量ポンプ１２に吸引させ、ニードル１３から吐出させることによって、ニードル１３及びサンプリングループ１４内を移動相溶液で置換し、その後、サンプリングニードル１３をニードル外側洗浄用流路１９の洗浄ポートに移動させてニードル１３の外側を洗浄する。

上記と同様に、試薬瓶から所定量の希釈液を吸引して混合瓶に吐出し、該混合瓶内の試料液及び希釈液をサンプリングニードル１３で数回吸引・吐出することでこれらを混合する。混合した試料を移動相流路に導入する際には、該混合瓶から混合液を吸引し、サンプリングニードル１３を注入ポート１５に移動させ、高圧バルブ１７を図２（ｂ）に示すインジェクション状態にする。これにより、送液ポンプ４１によって送液された移動相が、サンプリングループ１４を経由してカラムに至る流路が形成され、サンプリングループ１４内に充填された前処理済み試料が注入ポート１５を介してカラムへ導入される。

以上のように、本方式によれば、サンプリングニードル１３及びサンプリングループ１４を複数の洗浄液によって洗浄できると共に、流路内を移動相と同じ組成の溶液で置換することができるため、試料の前処理が必要な分析においても試料の全量注入を行うことが可能となる。

３．部分注入方式
図３に、部分注入方式による試料の導入を行う場合の流路構成の概略を示す。該構成においては、上記２方式とは異なり、ニードル１３が移動相流路から独立した構成となっている。高圧バルブ１７及び低圧バルブ１８はいずれも６ポート２ポジションバルブである。高圧バルブ１７のポートａには移動相溶液用リザーバ４０に接続された送液ポンプ４１が、ポートｂにはサンプリングループ１４の上流側が、ポートｃにはドレインが、ポートｄには注入ポート１５が、ポートｅにはサンプリングループ１４の下流側が、ポートｆにはカラムがそれぞれ接続されている。また、低圧バルブ１８のポートｈには洗浄液を貯留したリザーバ５０が、ポートｉには計量ポンプ１２が、ポートｊにはサンプリングニードル１３を備えた配管がそれぞれ接続されており、その他のポートは閉鎖されている。

上記流路構成において、試料液の導入を行う際には、まず、高圧バルブ１７を図３（ａ）に示すロード状態とすると共に、低圧バルブ１８をポートｉとｊが連通された状態とする。これにより、サンプリングループ１４が移動相流路から独立した状態となると共に、サンプリングニードル１３と計量ポンプ１２とが連通される。この状態でサンプリングニードル１３を試料瓶に挿入し、計量ポンプ１２に試料液を吸引させる。続いて、ニードル１３を注入ポート１５に挿入して所定量の試料をサンプリングループ１４内に充填する。次に、高圧バルブ１７を図３（ｂ）に示すインジェクション状態に切り替える。これにより、送液ポンプ４１によって送液された移動相が、サンプリングループ１４を経由してカラムに至る流路が形成され、サンプリングループ１４内に充填された試料液がカラムへ導入される。

以上のように、本実施例の自動試料導入装置に係る試料導入部１０は、一台の装置において上記のような異なる試料注入方式に対応した複数の流路構成を構築することができるものとなっている。

次に、本実施例の自動試料分析装置に係る制御部２０に組み込まれたファームウェアの構成について図４を用いて説明する。該ファームウェアは初期化やＩＯアクセス等の基本機能を担うカーネル部１００と、時間計測などの割り込み処理を実行するための割り込み処理ルーチン１１０、自動試料導入装置本体に接続されたパーソナルコンピュータとの通信を制御するための通信制御部１２０、装置本体に設けられたコンソール３０に対して画面表示処理や入力処理等を行うためのコンソール処理ルーチン１３０、及び上述のような試料導入部１０の動作を制御するためのシーケンス制御部１４０を備えている。

シーケンス制御部１４０には上記試料導入部１０による試料注入動作を制御するための注入動作制御ルーチン１４１と注入動作制御サブルーチン１４２、及びペルチェ素子（図示略）によるサンプルラック１１の温調を制御するための温調制御ルーチン１４５が組み込まれている。

注入動作制御サブルーチン１４２は試料注入に係る各ステップ（ニードルの移動、試料の吸引・吐出、各バルブの切り替え等）の動作を記述したものであり、各ステップ毎に注入方式に応じて動作内容の異なる複数のサブルーチンが設けられている。注入動作制御ルーチン１４１は試料注入動作全体の流れを記述したものであり、注入動作の各ステップ毎に状況に応じたサブルーチン１４２を読み出すための命令が記載されている。従って、注入動作制御ルーチン１４１で呼び出すサブルーチン１４２の組み合わせを変えることによって、各流路構成に対応した異なる注入動作を実現することができる。

なお、温調制御ルーチン１４５は、温度読み取り部１４７で読み取られたサンプルラック１１の温度に基づいて、前記ペルチェ素子を制御すると共に、エラー発生時にはエラー制御ルーチン１４８に記述された所定の処理を実行するものである。

本実施例の自動試料導入装置を用いて試料の導入を行う場合には、分析目的等に応じて配管接続の変更やロータリーバルブの部品交換を行うことによって、上記３つの注入方式のいずれかに対応した流路構成を構築し、該流路構成（又は注入方式）をコンソール３０の操作キー、又は自動試料導入装置に接続されたパーソナルコンピュータの入力部等を用いて制御部２０に入力する。制御部２０では注入動作制御ルーチン１４１に従って、入力された流路構成に対応したサブルーチン１４２が適宜呼び出される。モータ出力部１４３は、該サブルーチン１４２に記載された命令に従って、ロータリーバルブ１７、１８やニードル１３を移動させるための駆動部等に設けられたモータへの出力を制御することにより所定の動作を実行する。また、このとき、試料導入部１０に設けられたセンサ（図示略）によってロータリーバルブ１７やニードル１３の現在の動作状態が検出され、該検出信号に基づいてこれらの動作がフィードバック制御される。

このように本実施例の自動試料導入装置は、必要に応じて配管や部品を組み替えることで所望の流路構成を構築できるようにすると共に、装置に組み込まれたファームウェアを、サブルーチンの組み合わせによって一連の注入動作を実現する構成としたことにより、一台の装置で複数の方式による試料の注入を行うことが可能となっている。

本発明の一実施例に係る自動試料導入装置において、全量注入方式を用いる場合の流路構成を示す図、（ａ）ロード状態（ｂ）インジェクション状態。 同実施例に係る自動試料導入装置において、全量注入が可能であり且つ複数の洗浄液でサンプリングループを洗浄可能な注入方式を用いる場合の流路構成を示す図、（ａ）ロード状態（ｂ）インジェクション状態。 同実施例に係る自動試料導入装置において、部分注入方式を用いる場合の流路構成を示す図、（ａ）ロード状態（ｂ）インジェクション状態。 同実施例に係る自動試料分析装置におけるファームウェアの構成を示すブロック図。

符号の説明

１０…試料導入部
１１…サンプルラック
１２…計量ポンプ
１３…サンプリングニードル
１４…サンプリングループ
１５…注入ポート
１６…洗浄ポート
１７…高圧バルブ
１８…低圧バルブ
１９…ニードル外側洗浄用流路
２０…制御部
３０…コンソール
４０…移動相溶液用リザーバ
４１…送液ポンプ
５０、６０…洗浄液用リザーバ
１００…カーネル部
１１０…割り込み処理ルーチン
１２０…通信制御部
１３０…コンソール処理ルーチン
１４０…シーケンス制御部
１４１…注入動作制御ルーチン
１４２…注入動作制御サブルーチン
１４３…モータ出力部
１４４…センサ読み取り部
１４５…温調制御ルーチン
１４６…ペルチェ制御部
１４７…温度読み取り部
１４８…エラー制御ルーチン

Claims (1)

1. 分析装置に試料を自動的に供給するための自動試料導入装置において、
   a) 全量注入方式、部分注入方式、及び全量注入が可能であり且つ複数の洗浄液でサンプリングループを洗浄可能な注入方式の内、２以上の試料注入方式に対応した流路構成を切り替え可能な試料導入部と、
   b) 前記試料導入部の現在の流路構成を判定する流路構成判定手段と、
   c) 試料注入に係る各ステップの動作内容を記述した注入動作制御サブルーチンと、該注入動作制御サブルーチンの組み合わせによって試料注入動作の全体を記述した注入動作制御ルーチンとに基づいて、上記試料導入部を制御する注入動作制御手段と、
   を備え、前記注入動作制御手段において、前記注入動作制御ルーチンが前記流路構成判定手段によって判定された前記試料導入部の現在の流路構成に対応した注入動作制御サブルーチンを適宜呼び出すことによって、該流路構成に応じた適切な注入動作の制御を行うことを特徴とする自動試料導入装置。

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