(57)【要約】【課題】流れ方向の濃度ムラを減少・安定化する液体混合装置、および液体混合装置を用いた液体クロマトグラフを提供する。【解決手段】第一溶離液が通過する第一の導入路と、第二溶離液が通過する第二の導入路と、第一の導入路上に配置され、第一溶離液を分岐する第一の分岐点と、第二の導入路上に配置され、第二溶離液を分岐する第二の分岐点と、第一の分岐点から分岐した第一溶離液と第二の分岐点から分岐した第二溶離液とが合流する第一の合流部及び第二の合流部と、前記第一の合流部で合流した第一及び第二溶離液の混合液が通過する第一の合流路と、前記第二の合流部で合流した第一及び第二溶離液の混合液が通過する第二の合流路と、第一の合流路と第二の合流路が合流する第三の合流部と、を備え、第一の合流路での混合液の第二の合流路での混合液の通過時間が異なることを特徴とする混合装置。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一溶離液が通過する第一の導入路と、
第二溶離液が通過する第二の導入路と、
第一の導入路上に配置され、第一溶離液を分岐する第一の分岐点と、
第二の導入路上に配置され、第二溶離液を分岐する第二の分岐点と、
第一の分岐点から分岐した第一溶離液と第二の分岐点から分岐した第二溶離液とが合流する第一の合流部及び第二の合流部と、
前記第一の合流部で合流した第一及び第二溶離液の混合液が通過する第一の合流路と、
前記第二の合流部で合流した第一及び第二溶離液の混合液が通過する第二の合流路と、
第一の合流路と第二の合流路が合流する第三の合流部と、
を備え、第一の合流路での混合液の第二の合流路での混合液の通過時間が異なることを特徴とする混合装置。
【請求項２】
請求項１の混合装置において、
前記第一の分岐点で分岐した第一溶離液が通過する流路の流体抵抗がそれぞれ等しく、
前記第二の分岐点で分岐した第二溶離液が通過する流路の流体抵抗がそれぞれ等しく、
第一の合流路と第二の合流路の流体抵抗がそれぞれ等しいことを特徴とする混合装置。
【請求項３】
請求項１の混合装置において、
前記第三の合流部の下流にさらに分岐点、分岐流路及び合流点を備え、前記混合液の分岐と合流を行うことを特徴とする混合装置。
【請求項４】
溶離液を送液する送液ポンプと、前記送液ポンプにより送液された溶離液に試料を導入するオートサンプラと、前記オートサンプラで試料が導入された液体を分離する分離カラムと、前記分離カラムから送液される液体中の前記試料の成分を検出する検出器と、を備える液体クロマトグラフ装置において、
第一溶離液が通過する第一の導入路と、
第二溶離液が通過する第二の導入路と、
第一の導入路上に配置され、第一溶離液を分岐する第一の分岐点と、
第二の導入路上に配置され、第二溶離液を分岐する第二の分岐点と、
第一の分岐点から分岐した第一溶離液と第二の分岐点から分岐した第二溶離液とが合流する第一の合流部及び第二の合流部と、
前記第一の合流部で合流した第一及び第二溶離液の混合液が通過する第一の合流路と、
前記第二の合流部で合流した第一及び第二溶離液の混合液が通過する第二の合流路と、
第一の合流路と第二の合流路が合流する第三の合流部と、
を備え、第一の合流路での混合液の第二の合流路での混合液の通過時間が異なる混合装置を備えたことを特徴とする液体クロマトグラフ装置。
【請求項５】
請求項４の液体クロマトグラフ装置において、
前記第一の分岐点で分岐した第一溶離液が通過する流路の流体抵抗がそれぞれ等しく、
前記第二の分岐点で分岐した第二溶離液が通過する流路の流体抵抗がそれぞれ等しく、
第一の合流路と第二の合流路の流体抵抗がそれぞれ等しいことを特徴とする液体クロマトグラフ装置。
【請求項６】
請求項４記載の液体クロマトグラフにおいて、前記送液ポンプの駆動周期が、前記分岐点の後の流路の液体通過時間の差に応じて決定されることを特徴とする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、液体を混合する液体混合装置、および液体混合装置を用いた液体クロマトグラフに関する。
【背景技術】
【０００２】
液体クロマトグラフにおけるグラジエント溶出法では、複数の溶離液の混合液（移動相と呼ばれる）を得るためにミキサと呼ばれる液体混合装置が用いられる。液体混合装置の構造には、小さな粒状のビーズを充填したものや、基板上に孔や溝を形成して流路としたものがある。このうち、後者の流路構造タイプの液体混合装置は、比較的小さい内部体積で溶離液を混合できるため、混合時間が短く、グラジエントの分解能が高いという特徴がある。
【０００３】
特許文献１、２は、移動相の流れ方向濃度ムラ（液体混合装置に流入する各溶離液の混合比の時間変化）を低減する液体混合装置、および液体混合装置を用いた液体クロマトグラフに関するもので、上流側から導入路、導入路から分岐する複数本の分岐流路、複数本の分岐流路が合流する合流部、導出路からなる混合流路ユニットにより構成されている。前記複数の分岐流路は、幅、深さ、長さ、屈曲などの流路形状により、それぞれの液体通過時間が異なるよう形成されている。そのため、合流部で合流した複数の移動相の流れ方向濃度ムラは、打ち消し合い（特許文献１の場合）、平均化（特許文献２の場合）し、減少すると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】WO2011158430A1
【特許文献２】US2011/0192217
【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において高圧グラジエント溶出法を実施する場合、混合すべき複数の溶離液を複数の送液ポンプに吸引し高圧にして吐出し、Ｔ字形の流体コネクタを介して１本のチューブ（流路）に合流し、さらにチューブから別の流体コネクタを介して液体混合装置の導入路に接続する。この時、それぞれの送液ポンプの動作ばらつきなどに起因する流量脈動があるため、混合液に含まれる各溶離液の比率が時間変化し流れ方向濃度ムラを生じる。
さらに、複数の溶離液は、合流部で完全に混合せず、溶離液それぞれに流路断面内で偏りを生じ濃度ムラ（断面内の位置による濃度変化、以下、径方向濃度ムラと呼ぶ）となる。通常、コネクタから液体混合装置に至るチューブの長さを十分とり分子拡散により径方向濃度ムラを低減するが、チューブが長くなると、流れ方向の拡散が大きくなりグラジエントの分解能が低下する。また、溶離液の種類や流量、流量比により径方向濃度ムラの状態が変化する。
上記特許文献１、２に記載の液体混合装置のように複数の分岐流路を有する場合、混合液が分岐流路に分流するときに、それぞれの分岐流路に入る混合液の断面内範囲がそれぞれ異なるので、流れ方向の濃度ムラが無い場合でも径方向濃度ムラが変動すると、各分岐流路に入る溶離液組成が変動する。これにより、複数の分岐流路が下流側で合流した時に径方向の濃度ムラが流れ方向濃度ムラに変換される。また、流量比が大きい時、流量の小さな方の液体が流路を偏って流れ、一方の分岐流路のみに流入する可能性があり、その場合、装置による流れ方向の濃度ムラ低減効果が期待できなくなる。また、チューブと液体混合装置の導入路は流体コネクタで接続されるが、チューブと導入路間の軸周りの取り付け角度が一定とは限らないので、液体混合装置交換や装置により分岐流路各々に入る混合液の範囲が変化し溶離液組成が変化する可能性がある。
そのため、検出器に流入する混合液には、予測し難い流れ方向濃度ムラを生じる場合がある。また、液体混合装置やチューブの交換・組直しにより軸周りの取り付け角度が変わることにより流れ方向の濃度ムラの状態が変化し、流れ方向濃度ムラのみを考慮した設計の効果が減じる恐れがある。その結果、例えば検出器に吸光度測定を用いる場合、検出される吸光度には混合液の濃度ムラの分だけ変動が生じ、また、濃度ムラが予測し難いため信号処理による補正も困難なため測定精度を低下させる恐れがある。
【０００６】
本発明の目的は、各分岐流路への溶離液分配比の変化やチューブと液体混合装置の取り付け条件による混合液の径方向の濃度ムラの変化を低減することにより、流れ方向の濃度ムラを減少・安定化する液体混合装置、および液体混合装置を用いた液体クロマトグラフを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題に鑑み、本願発明は以下の構成を有する。第一溶離液が通過する第一の導入路と、第二溶離液が通過する第二の導入路と、第一の導入路上に配置され、第一溶離液を分岐する第一の分岐点と、第二の導入路上に配置され、第二溶離液を分岐する第二の分岐点と、第一の分岐点から分岐した第一溶離液と第二の分岐点から分岐した第二溶離液とが合流する第一の合流部及び第二の合流部と、前記第一の合流部で合流した第一及び第二溶離液の混合液が通過する第一の合流路と、前記第二の合流部で合流した第一及び第二溶離液の混合液が通過する第二の合流路と、第一の合流路と第二の合流路が合流する第三の合流部と、を備え、第一の合流路での混合液の第二の合流路での混合液の通過時間が異なることを特徴とする混合装置。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の実施態様によれば、各分岐流路への溶離液分配比の変化やチューブと液体混合装置の取り付け条件による混合液の径方向の濃度ムラの変化を低減することにより、流れ方向の濃度ムラを減少・安定化する液体混合装置、および液体混合装置を用いた液体クロマトグラフを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】高圧グラジエント溶出法向け液体クロマトグラフの主要構成図
【図２】液体混合装置の流路構成図
【図３】濃度ムラ低減の説明図
【図４】流路条件の説明図
【図５】液体混合装置の流路構成図
【図６】液体混合装置の流路構成図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を用いて、本発明の実施例を説明する。
【００１１】
図１は、高圧グラジエント溶出法向け液体クロマトグラフの主要構成を示す図である。図１の液体クロマトグラフは、各構成要素を流体的に接続する配管３６と配管３６を流れる２種類の溶離液Ａ１３、溶離液Ｂ１４、それぞれの溶離液を駆動し２台の送液ポンプ１１、１２、各送液ポンプの下流側で配管３６１、３６２から２種の溶離液が流入混合する液体混合装置２０、混合した溶離液に測定対象であるサンプル液１６を挿入するオートサンプラ３１、サンプル液中の化学成分の吸着・脱着速度の違いにより各成分のピークを時間分離する分離カラム３２、分離カラムで分離された化学成分を検出する検出器３３、各構成要素を制御するコントローラ３４、各構成要素とコントローラ３４を電気的に接続する配線３５を備える。
【実施例１】
【００１２】
図２に本発明の実施例を示す。図２は液体混合装置２０内の流路ユニット（破線ブロックで示す）で図の白丸（○）で示す部分は流路ユニットの出入り口、流路の分岐部、合流部を示し、それ以外の点で流路を示す２本の線が交わる場合は、それぞれの線は３次元的に分離しているとみなす。送液ポンプ１１、１２を経て配管３６１、３６２から液体混合装置の入口２１１、２１２に達した溶離液Ａ１３、溶離液Ｂ１４はそれぞれ導入路２２１、２２２を経て分岐部２３１、分岐部２３２に達する。
導入路２２１は分岐部２３１で分岐流路２４１、分岐流路２４２に枝分かれし、導入路２２１を流れてきた溶離液Ａ１３がそれぞれの分岐流路に分流する。また、導入路２２２は分岐部２３２で分岐流路２４３、分岐流路２４４に枝分かれし、導入路２２２を流れてきた溶離液Ｂ１４がそれぞれの分岐流路に分流する。分岐流路２４１と分岐流路２４３は合流部２５１で接続し溶離液Ａ１３と溶離液Ｂ１４が合流混合する。また、同様に分岐流路２４２と分岐流路２４４は合流部２５２で接続し溶離液Ａ１３と溶離液Ｂ１４が合流混合する。
さらに、合流部２５１から延びる混合液流路２６１と合流路２５２から延びる混合液流路２６２は、混合液の合流部２５３で合流しそれぞれの混合液流路から流れてきた溶離液Ａ１３と溶離液Ｂ１４の混合液が合体して導出路２７１を経て出口２８１に至る。混合液流路２６１と混合液流路２６２は形状（例えば、断面積、長さ）が異なるようにし、上流側のそれぞれの混合部から入った混合液が合流部２５３に至るまでの時間を変える。これにより、溶離液Ａ１３と溶離液Ｂ１４の流量が変動した時の出口での液量比の変化が低減する。
例えば、図３のように平均流量ｑで流入する溶離液Ａ１３が２つの混合液流路にそれぞれｑ１、ｑ２（漏れが無いとしてｑ＝ｑ１＋ｑ２となる）の流量で分流したとき、流入液に生じた流量変化Δｑ（図のピーク）が、分流することにより各混合液流路でより小さな流量変化Δｑ１（Δｑ１＝Δｑ・ｑ１／ｑ）、Δｑ２（Δｑ２＝Δｑ・ｑ２／ｑ）に変わり、これらの変化が時間差（Ｔ１−Ｔ２）を持って溶離液Ｂ１４と合流するため、溶離液Ａ１３による流量変化のピークが小さくなる（溶離液Ｂ１４についても同様）。
なお、本実施例では溶離液は二種類であったが三種類以上の溶離液を混合する場合は、破線で示す様に溶離液毎に入口２１３、導入路２２３、分岐部２３３、分岐流路２４５、２４６を追加して合流部２５１、２５２に接続すればよい。また、入口流路ユニット２０１の下流側に液体の通過時間が異なる混合液流路２６３と混合液流路２６４を備えた混合流路ユニット２０２を接続してもよい（さらに下流側に新たな混合流路ユニットを接続してもよい）。
【００１３】
本実施例によれば、複数の液が個別の入口から液体混合装置に入り固定した流路内で合流混合するため、入口での流体コネクタなどの接続部の取り付け位置の違いによる濃度ムラの変化が防止できる。
【実施例２】
【００１４】
図４に本発明の他の実施例を示す。本実施例では図１の実施例で溶離液Ａ１３と溶離液Ｂ１４を混合液流路２６１、２６２に等分配するための流路の条件を示す。入口から流入する溶離液Ａ１３、溶離液Ｂ１４の流量をそれぞれｑ１、ｑ２とする。また、分岐流路２４１〜２４４の流体抵抗をＲ１３、Ｒ１４、Ｒ２３、Ｒ２４とし、流量をｑ１３、ｑ１４、ｑ２３、ｑ２４とする。また、混合液流路２６１、混合液流路２６２の流体抵抗をそれぞれＲ３、Ｒ４、流量をそれぞれｑ３５、ｑ４５とする。また、分岐部２３１、分岐部２３２、合流部２５１、合流部２５２での圧力（混合液の合流部２５３での圧力との差）をそれぞれＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４とする。
先ず、流量の条件から、
ｑ１＝ｑ１３＋ｑ１４  …（式１)
ｑ２＝ｑ２３＋ｑ２４  …（式２）
ｑ３５＝ｑ１３＋ｑ２３  …（式３）
ｑ４５＝ｑ１４＋ｑ２４  …（式４）
となる。また、各分岐流路の流体抵抗、流量、圧力の関係から、
Ｐ１−Ｐ３＝Ｒ１３・ｑ１３  …（式５）
Ｐ１−Ｐ４＝Ｒ１４・ｑ１４  …（式６）
Ｐ２−Ｐ３＝Ｒ２３・ｑ２３  …（式７）
Ｐ２−Ｐ４＝Ｒ２４・ｑ２４  …（式８）
となる。また、各混合液流路では、
Ｐ３＝Ｒ３・ｑ３５  …（式９）
Ｐ４＝Ｒ４・ｑ４５  …（式１０）
となる。上記式群から圧力を消去し展開することで、各分岐流路の流量ｑ１３、ｑ１４、ｑ２３、ｑ２４を各流路の流体抵抗と溶離液流量でそれぞれ（式１１）、（式１２）、（式１３）、（式１４）の様に表すことができる。
【００１５】
【数１】
2014042905.tif 000003
【００１６】
【数２】
2014042905.tif 000004
【００１７】
【数３】
2014042905.tif 000005
【００１８】
【数４】
2014042905.tif 000006
【００１９】
溶離液Ａ１３と溶離液Ｂ１４を混合液流路２６１、２６２に等分配する条件は、分岐流路２４１の流量ｑ１３と分岐流路２４２の流量ｑ１４が等しく、分岐流路２４３の流量ｑ２３と分岐流路２４４の流量ｑ２４が等しいということであるから、（式１５）、（式１６）が成り立ち、溶離液Ａ１３、溶離液Ｂ１４はそれぞれ独立に流れるから、（式１５）、（式１６）のｑ１とｑ２の係数が０となり、Ｒ１３＝Ｒ１４、Ｒ２３＝Ｒ２４、Ｒ３＝Ｒ４とすれば、等分配が実現する。
【００２０】
【数５】
2014042905.tif 000007
【００２１】
【数６】
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【００２２】
すなわち、「溶離液Ａ１３が流れる分岐流路２４１と分岐流路２４２の流体抵抗が等しい」、「溶離液Ｂ１４が流れる分岐流路２４３と分岐流路２４４の流体抵抗が等しい」、「混合液流路２６１と混合液流路２６２の流体抵抗が等しい」の３条件を満たす流路とするということである。
なお、上記の条件は溶離液の種類が増えて、図１で示す破線の流路が追加されても同様の条件が成り立つことは明らかである。また、混合液流路がさらに増えても同様の条件が成り立つことは明らかである。
本実施例によれば、複数の混合液流路に複数種の液が等量分配されて流れるため混合液流路出口で時間差を持って合流した混合液の濃度ムラが低減する。
【実施例３】
【００２３】
図５と図６に本発明の他の実施例を示す。本実施例は導入路２１１、２２２から多数の分岐流路が分岐し、多数の合流部から多数の混合液流路を経て最終の合流部に至る液体混合装置を示す。本実施例では平板または円盤状の基板３０の両面に流路を形成している。図５と図６は基板３０の異なる面（図５の面を表、図６の面を裏とする）の流路を示している。図５で図示しない配管から溶離液Ａが入口２１１に入る。溶離液Ａは導入路２２１を経て分岐部２３１で放射状に多数の分岐流路２４００〜２４１０に分流する。
【００２４】
各分岐流路は下流側にそれぞれ合流部２５０１〜２５１０と最終合流部２５３０を持つ。一方、溶離液Ｂは図示しない配管から入口２１２に至る。入口２１２から基板を貫通し、図６に示す裏側の入口連結部２１３に達し、導入路２２２から分岐部２３２に至り、放射状に配置した分岐流路２４１０〜２４２０に分流する。さらに基板３０を貫通して表側の合流部２５０１〜２５１０と最終合流部２５３０にそれぞれ連結する連結部２５１０〜２５２０を通り溶離液Ａに合流する。
それぞれの分岐流路を経て合流した溶離液Ａと溶離液Ｂの混合液は、それぞれ通過時間の異なる混合液流路２６０１〜２６１０を経て混合液の合流部２５３１〜２５３９で順次合流し最終合流部２５３０に至り、チップから図示しない外部流路に接続する。
【００２５】
本実施例によれば通過時間の異なる多数の混合液流路を通して溶離液が分割されて時間差を持って混合するので流れ方向の混合ムラが時間方向に広がることにより変動が低減する。
【符号の説明】
【００２６】
１１、１２  送液ポンプ
１３  溶離液Ａ
１４  溶離液Ｂ
１６  サンプル
２０  液体混合装置
３１  オートサンプラ
３２  分離カラム
３３  検出器
３４  コントローラ
３５  配線
３６  配管
２０１  入口流路ユニット
２１１、２１２  入口
２２１、２２２  導入路
２３１、２３２  分岐部
２４１、２４２、２４３、２４４  分岐流路
２５１、２５２  合流部
２５３  混合液の合流部
２６１、２６２  混合液流路
２７１  導出路
２８１  出口
３６１、３６２  配管
【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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