(57)【要約】  本発明の解決すべき課題は装置の置かれた環境温度変化に関わらず、きわめて高い温度安定性を維持することのできるカラムオーブンを提供することにある。  外室１２と、該外室１２内に配置された内室１４と、を有し、前記内室１４内にカラム１６が配置されるカラムオーブン１０であって、前記外室内にはヒーター１８と、該ヒーター１８により熱せられた空気を循環する外室ファン２０と、外室内温度を検出する外室温度センサー２２とが備えられ、前記内室１４内には内室ファン２４と、内室内温度を検出する内室温度センサー２６が備えられ、前記内室外壁は、外室内壁と離隔しており、前記内室温度センサー２６の検出温度に基づき外室内温度の目標温度が設定され、外室温度センサー２２の検出温度によりヒーター１８の通電制御を行う温度制御器２８が設けられていることを特徴とするカラムオーブン。
2008102872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外室と、該外室内に配置された内室と、を有し、前記内室内にカラムが配置されるカラムオーブンであって、
前記外室内にはヒーターと、該ヒーターにより熱せられた空気を循環する外室ファンと、外室内温度を検出する外室温度センサーとが備えられ、
前記内室内には内室ファンが備えられ、
外室温度センサーの検出温度によりヒーターの通電制御を行う温度制御器が設けられていることを特徴とするカラムオーブン。
【請求項２】
外室と、該外室内に配置された内室と、を有し、前記内室内にカラムが配置されるカラムオーブンであって、
前記外室内にはヒーターと、該ヒーターにより熱せられた空気を循環する外室ファンと、外室内温度を検出する外室温度センサーとが備えられ、
前記内室内には内室ファンと、内室内温度を検出する内室温度センサーが備えられ、
前記内室温度センサーの検出温度に基づき外室内温度の目標温度が設定され、外室温度センサーの検出温度と外室目標温度の比較によりヒーターの通電制御を行う温度制御器が設けられていることを特徴とするカラムオーブン。
【請求項３】
請求項１または２記載のカラムオーブンにおいて、内室内にはサンプルカラムとリファレンスカラムが設置され、示差屈折計を備えた液体クロマトグラフ装置に設置されることを特徴とするカラムオーブン。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のカラムオーブンにおいて、外室及び内室は、それぞれ弾性体により連結された扉を有し、外室扉の開放に伴い内室扉も開放され、外室扉を閉じることにより、内室扉は外室扉と隔離した状態で閉じることを特徴とするカラムオ−ブン。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、２００７年  ２月２３日付け出願の日本国特許出願２００７−０４４３７９号の優先権を主張しており、ここに折り込まれるものである。
【技術分野】
【０００２】
本発明はカラムオーブン、特にその温度制御機構の改良に関する。
【背景技術】
【０００３】
ガスクロマトグラフ、液体クロマトグラフなど各種クロマトグラフにはカラムオーブンが用いられ、分析、分取の対象となる成分の分離を適切に行うためカラムの温度制御を行っている。すなわち、カラムに充填される充填剤への各主成分の吸脱着は、カラム温度に大きく依存するため、効率的な成分分離、及び高い再現性を得るためには必然的に高精度の温度制御が要求される。【０００４】
このため、カラムオーブンを二重室構造にしたり（特許文献１、特許文献２）、或いは外部空気の導入に際し予備加熱を行っていた（特許文献３）。【０００５】
特に混合溶媒と示差屈折計を使用する液体クロマトグラフは、サンプル用とリファレンス用の複数のカラムを用い、しかもカラム流出液の温度自体が屈折率に影響を与える為、各カラムの温度の微小な変化、或いはカラム間の温度差がノイズとしてベースラインの安定性に影響を与え、不安定化しやすい。
しかしながら、従来のカラムオーブンによっては充分な温度安定性が得られておらず、最近の高感度検出器の能力を充分に発揮させることが困難であった。【０００６】
この点につき、本発明者等が示差屈折計を備えた液体クロマトグラフ装置を用いて検証したところ、ヒーターのＯＮ／ＯＦＦ、オーブン内の温度分布、装置の設置される環境温度の変化がこれらの不安定化の大きな要因となっていることが明らかとなった。特に、カラム室内の温度分布は、カラム室外の０．１℃単位での温度変化及び温度分布によっても大きな影響を受ける。
【特許文献１】特開平５−８７７９３号公報
【特許文献２】特開２００５−１４０５０５号公報
【特許文献３】特開２００１−１３１２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は前記従来技術に鑑みなされたものであり、その目的は装置の置かれた環境温度変化に関わらず、きわめて高い温度安定性を維持することのできるカラムオーブンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明にかかるカラムオーブンは、外室と、該外室内に配置された内室と、を有し、前記内室内にカラムが配置されており、
前記外室内にはヒーターと、該ヒーターにより熱せられた空気を循環する外室ファンと、外室内温度を検出する外室温度センサーとが備えられ、
前記内室内には内室ファンが備えられ、
外室温度センサーの検出温度によりヒーターの通電制御を行う制御器が設けられていることを特徴とする。【０００９】
また、本発明にかかるカラムオーブンは、外室と、該外室内に配置された内室と、を有し、前記内室内にカラムが配置されており、
前記外室内にはヒーターと、該ヒーターにより熱せられた空気を循環する外室ファンと、外室内温度を検出する外室温度センサーとが備えられ、
前記内室内には内室ファンと、内室内温度を検出する内室温度センサーが備えられ、
前記内室温度センサーの検出温度に基づき外室内温度の目標温度が設定され、外室温度センサーの検出温度と外室目標温度の比較によりヒーターの通電制御を行う温度制御器が設けられていることを特徴とする。【００１０】
また、前記カラムオーブンにおいて、内室内にはサンプルカラムとリファレンスカラムが設置され、示差屈折計を備えた液体クロマトグラフ装置に設置されることが好適である。【００１１】
また、前記カラムオーブンは、外室及び内室はそれぞれ弾性体により連結された扉を有し、外室扉の開放に伴い内室扉も開放され、外室扉を閉じることにより、内室扉は外室扉と隔離した状態で閉じることを特徴とする。【００１２】
本発明にかかるカラムオーブンは前述したように外室と内室を備え、外室にヒーターを備えることとしたので、カラムが配置される内室の外周、すなわち外室内が比較的一定の温度に保たれ、オーブン外域の温度変化の影響を受けることが少なく、高い温度精度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態にかかるカラムオーブンの説明図である。
【図２】図１に示したカラムオーブンの温度安定化効果の説明図である。
【図３】二重室カラムオーブンの内箱に設置されたヒーターにより温度制御された装置と、本発明にかかる装置との、示差屈折計のベースラインの変動を示す図である。
【図４】本発明のカラムオーブンと、内箱のない従来のカラムオーブンとの、環境温度変化に対する示差屈折計のベースラインの変動を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態にかかる示差屈折計を備えた液体クロマトグラフ装置の構成説明図である。
【図６】ニードル先端に液面後退がある場合と、液面後退のない場合の測定結果の説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面に基づき本発明の好適な実施形態について説明する。
【実施例】
【００１５】
実施形態１
図１は本発明の一実施形態にかかるカラムオーブン１０の概略構成が示されている。
同図に示すオーブン１０は、外室１２と、該外室１２内に配置された内室１４とを備え、外室壁と内室壁は少なくとも空気の流動が可能な程度に離隔されている。
そして、内室１４内には昇温対象であるカラム１６が設置されている。
外室１２内には昇温用のヒーター１８と、該ヒーター１８により熱せられた空気を循環するファン２０と、外室内温度、すなわち内室外域温度を検出する温度センサー２２が設置されている。
一方、内室１４内には、前記カラム１６のほか、内室内の空気を循環するファン２４と、内室内温度を検出する温度センサー２６が設置されている。
前記外室温度センサー２２及び内室温度センサー２６の検出信号は温度制御器２８に送出され、該温度制御器２８の制御によりヒーター１８の発熱制御が行われる。【００１６】
本発明にかかるカラムオーブン１０は概略以上のように構成され、以下にその動作について説明する。
まず、オーブン１０の内室１４内にカラム１６を設置する。本実施形態にかかるオーブン１０は外室壁前面１２ａ（図中右側）及び内室壁前面１４ａが相互に密着しないように弾性体３０ａ，３０ｂにより連結され、図示を省略した装置前面扉とともに図中Ａ−Ａ線部分で右方向に退避させることができる。
この結果、装置前面側に内室１４が開放され、カラム１６の設置が容易に行える。
カラム１６の設置及びそれに伴う配管作業が終了したら、装置前面扉を閉じると、これに連動して外室壁前面１２ａ及び内室壁前面１４ａもそれぞれ図１に示す位置に復帰し、外室１２が外部と隔離されるとともに、内室壁前面１４ａも内室本体壁１４ｂに弾性体３０により圧着され、内室は外室と隔離される。この状態で、外室壁と内室壁のいずれの部分においても相互に密着はしていない。【００１７】
そして、制御器２８の操作により測定に対応した昇温プログラムを作動させる。
制御器２８はカラム１６を所望の温度（例えば４０℃）に上昇させる為、ヒーター１８に電力を供給し発熱させる。ヒーター18により加熱された空気はファン２０により外室12内を循環し、外室壁面とは離隔している内室１４をその外周全体から均質に加熱する。そして、内室１４内に配置されたファン３０ａ，３０ｂはそれぞれ内室１４内の空気を循環し、内室１４内の各所を均質な温度とするとともに、カラム１６を加熱する。【００１８】
本発明者等が検討した結果、示差屈折率の測定結果に影響を与える可能性のあるカラム温度への影響因子として、
・ヒーターのＯＮ／ＯＦＦ
・装置が置かれた環境温度の変化
・オーブン内の温度ムラ
が挙げられる。
そして、ヒーターのＯＮ／ＯＦＦの影響については、内室壁が障壁となり、外室内温度の微小な変化は内室へ伝達されないため、排除される。【００１９】
一方、外室１２の外周は、装置が設置されている部屋の温度の影響を直接、或いは間接的に受け、外室壁には多かれ少なかれ温度ムラを生じる。従来、この温度ムラがオーブン１０内の温度ムラ、ひいてはカラム１６の温度ムラを生じていた。特にサンプルカラムとリファレンスカラムを要求するような示差屈折計を用いた分析装置などでは、サンプルカラムとリファレンスカラムの設置位置の相違によっても温度差を生じ、これが測定結果にノイズとして重畳される。これに対し、本実施形態にかかるカラムオーブンによれば外室１２内には従来と同様に若干の温度ムラを生じることがあるが、内室１４は外室１２内の循環空気により、その全面から均質に熱伝達され、内室１４内もファンによる温度均質化が行われるため、カラムの設置位置による温度差はほとんど生じない。【００２０】
この結果、示差屈折率などを測定する場合にも、複数のカラム間の温度差もなく、きわめて安定性の高い温度制御を行うことができ、しかもベースラインの安定性も高い。
なお、本実施形態において、内室１４の壁面材質は、アルミニウム、或いはステンレスなどが用い得るが、外室１２の微小な温度変化を伝えにくくする為、熱伝達性が小さく、また、耐食性に優れたステンレス等の材質とすることが好適である。【００２１】
また、本実施形態においては、内室温度センサーを設けているが、外室温度センサーのみによっても、やや時間はかかるものの内室内温度の安定化は達成される。
また、本実施形態においては、内室内にはヒーターを設けていないが、安定化前にのみ使用し、測定時には使用しない予熱ヒーターを内室内に設け、内室温度の迅速な向上を図るようにしてもよい。【００２２】
図２は外箱１２内の温度分布と内箱１４内の温度分布を測定した結果である。
同図において、カラムオーブン１０の設定温度が４０℃の場合、外室１２内の温度の高い部分と低い部分の差、すなわち温度ムラは約０．６℃であったが、内室１４内の温度ムラは０．０５℃まで縮小した。また、ヒーターＯＮ／ＯＦＦにともなうと思われる各部位の温度変化は、外室内では０．０５℃であったが、内室内では０．０１℃以下となった。さらに、室温が２５℃の場合と３0℃の場合を比較すると、外室内では０．５℃の影響を受けたが内室内では０．０５℃に縮小した。
このように、本実施形態にかかるカラムオーブンによれば、きわめて高い温度安定性、精密性を達成することができる。【００２３】
次に本発明者等は、二重室カラムオーブンの内箱に設置したヒーターにより温度制御を行った比較例装置と、前記実施形態にかかる装置（図１）とで、示差屈折計のベースラインの変動を確認した。【００２４】
内箱に設置したヒーターにより温度制御を行う装置として、内箱のない従来のカラムオーブン（恒温室内の温度制御がカラムオーブン外箱の温度制御に相当する）を恒温室内に設置して用いた。また、本実施形態にかかる装置として、図１に示す装置を用いた。
これら両装置で示差屈折計のベースラインの変動をとった結果を図３に示す。内箱内のヒーターにより温度制御を行った装置では、内箱のヒーターのＯＮ／ＯＦＦによる微小な温度変化がカラムに直接伝わるため、示差屈折計のベースラインにも細かな変動がみられた（図３実線Ａ）のに対し、本実施形態にかかる装置では、外室のヒーターのＯＮ／ＯＦＦによる温度の微小な変化が内室には伝達されないため、内箱にヒーターを設置した装置と比較し、示差屈折計のベースライン変動を抑えることができた（図３実線Ｂ）。【００２５】
さらに本発明者等は、二重室構造をした本願発明のカラムオーブン（図１）と、内箱のない従来のカラムオーブンとで、環境温度変化に対する示差屈折計のベースラインの変動を確認した。
両カラムオーブンに対し、環境温度を２０分周期で５℃変動させたときの、示差屈折計のベースラインの変動をとった結果を図４に示す。内箱のない従来のカラムオーブンでは、図２の外室での結果に示すように、環境温度の変化に伴い、カラムオーブン室内の温度も変化するため、示差屈折計のベースラインにも変動がみられた（図４実線Ａ）のに対し、本願発明のカラムオーブンでは、カラムオーブン内室内の温度変化が、内箱のない従来のカラムオーブンと比較し小さいため（図２）、示差屈折計のベースラインの変動も低く抑えることができた（図４実線Ｂ）。【００２６】
図５には本実施形態にかかるカラムオーブンが適用された液体クロマトグラフ装置の構成が示されている。
同図に示す液体クロマトグラフ装置１００は、脱気機構１０２と、パージ機構１０４と、ポンプオーブン機構１０６と、カラムオーブン機構１０８と、示差屈折率測定機構１１０と、インジェクション機構１１２と、ドレイン機構１１４とを備え、さらに必要によりUV検出機構１１６などがオプションとして設置される。【００２７】
そして、溶媒槽１１８からの溶媒は、脱気機構１０２により脱気され、さらにパージ機構１０４を介してポンプオーブン１０６に向かう。該ポンプオーブン１０６でプレヒートされた溶媒はサンプルルートとリファレンスルートに二分割され、カラムオーブン機構１０８内のサンプルカラム、リファレンスカラムをそれぞれ通過して示差屈折率測定機構１１０により屈折率が測定される。なお、前記サンプルルートには前記インジェクション機構１１２によりサンプルが注入されている。測定が終了したサンプル溶液及びリファレンス溶液はそれぞれドレイン機構１１４を介して廃棄ないし回収されるように構成することもできる。【００２８】
前記脱気機構１０２は、脱気チャンバ１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃを有し、チャンバ内の多孔質配管を通過する溶媒は、定圧制御された真空ポンプ１２２により減圧、脱気される。なお、脱気チャンバ１２０は樹脂のものもあるが、有機溶媒を用いる場合には一般的にアルミニウムを用いることが多い。しかしながら、クロロフォルムなどハロゲン系溶媒を用いる場合は、アルミニウムでは腐食を生じることがあり、ステンレスを用いて形成することが好適である。【００２９】
また、前記ポンプオーブン機構１０６は、溶媒のプレヒートコイル１２４と、サンプル用送液ポンプ１２６ａ，リファレンス用送液ポンプ１２６ｂと、ブルドン管型アキュムレータ１２８ａ，１２８ｂと、圧力計及びフィルタ１３０ａ，１３０ｂとを有し、ポンプオーブン機構１０６内は一定の温度に保たれている。そして、脱気された溶媒は、プレヒートコイル１２４により一定温度まで昇温された後、サンプルルートとリファレンスルートに二分割され、それぞれ送液ポンプ１２６、アキュムレータ１２８及び圧力計１３０を介して送出される。
サンプルルートに送出された溶媒に対し、インジェクション機構１１２は所定量のサンプルを注入する。すなわち、インジェクション機構１１２はサンプリングバルブ１３２、インジェクションバルブ１３４及びシリンジ１３６を備える。インジェクションバルブ１３４は、その隣接する２ポートでサンプルルートを直結することが可能に構成されている。そして、サンプルポンプ１２６ａ−インジェクションバルブ１３４−サンプルループ１３８−インジェクションバルブ１３４−サンプルカラム１４６を連結した状態から、インジェクションバルブ１３４の切替によりサンプルループ１３８−インジェクションバルブ１３４−サンプリングバルブ１３２−圧抜き瓶１４４を連結してサンプルループ１３８内の圧力を開放し、次いで、インジェクションバルブ１３４の切替によりシリンジ１３６−サンプリングバルブ１３２−インジェクションバルブ１３４−サンプルループ１３８−インジェクションバルブ１３４を連結し、シリンジ１３６の吸引操作によりサンプルをサンプルループ１３８内に充填する。次いで、インジェクションバルブ１３４の切替によりサンプルポンプ１２６ａ−インジェクションバルブ１３４−サンプルループ１３８−インジェクションバルブ１３４−サンプルカラム１４６を連結し、サンプルループ１３８内のサンプルをサンプルルート内に注入する。【００３０】
なお、シリンジ１３６への溶媒充填は、バルブ１３２の操作により、溶媒槽１１８の溶媒を、脱気機構１０２を介してシリンジ１３６で吸引することにより行う。また、サンプル吸引ニードル１４０を洗浄する際には、ニードル洗浄ポート１４２に洗浄用溶媒を満たし、ニードル１４０先端を浸漬させることにより行う。【００３１】
前記カラムオーブン機構１０８は、サンプルカラム１４６、リファレンスカラム１４８及びカラム切替バルブ１５０を有し、前記サンプルルートを流れてきたサンプル及び溶媒をサンプルカラム１４６へ、リファレンスルートを流れてきた溶媒をリファレンスカラム１４８へ供給する。なお、カラム切替バルブ１５０の操作により、サンプルカラム１４６とリファレンスカラム１４８の切り替えを行うことができる。【００３２】
ここで、本図示例におけるカラムオープンは前記図１に示すものが用いられており、外室１２および内室１４を有する。外室１２内にはインジェクションバルブ１３４も設置され、定温化されたサンプル注入を可能としている。
そして、サンプルカラム１４６、リファレンスカラム１４８を通過した液は示差屈折率測定機構１１０に送られて所望の測定が行われ、ドレイン機構１１４に送出される。【００３３】
ドレイン機構１１４はドレインポート１５４と、ドレインビン１５６を備え、ドレインポート１５４で測定機構１１０より流れてきた液を排出する。その際、排出口を固定して水圧の変化を防止するとともに、液滴が発生しないよう壁面を伝って排出される構造とし、背圧の変化を防止している。【００３４】
さらに本実施形態において、パージ機構１０４はシリンジ１５８とストップバルブ１６０を備えている。そして、流路洗浄時など、各配管内の液を排出した後に、溶媒を置換する際、ポンプ１２６の吸引のみでは溶媒槽１１８からの溶媒吸引に極めて長い時間がかかる場合がある。そこで本実施形態では、ストップバルブ１６０の操作によりシリンジ１５８−ストップバルブ１６０−脱気機構１０２−溶媒槽１１８を連結し、シリンジ１５８の吸引操作により溶媒を吸い上げ、ストップバルブ１６０の再操作によりシリンジ１５８−プレヒートコイル１２４−ポンプ１２６を連結し、シリンジ１５８の押出操作により溶媒をポンプ１２６にまで充填する。このパージ時にはポンプ１２６等が溶媒槽１１８にまで連結されてしまうことはなく、充填中の溶媒の逆流を防止できる。なお、パージ時にはドレインバルブ１６２の操作によりポンプ１２６の排出側をドレインポート１５４に連結することが好ましい。
また、本実施形態において、測定間隔があいた際には、ニードル１４０内の溶媒揮発の影響を排除するために、測定に先立ち溶媒で洗浄動作を実施することが好ましい。【００３５】
その結果、図６（Ａ）に示されるように、同一サンプルを複数回にわたって同一量吸引し測定した場合にも、初回のみ検出値が大きくなるのである。
この点、初回測定前にニードル先端を溶媒に接触させ、液面後退分の補充を行うことで、優れた再現性を得ることができる（図６（Ｂ））。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
2008102872.tif 000009
2008102872.tif 000010
2008102872.tif 000011
2008102872.tif 000012