(57)【要約】      （修正有）【課題】極微量の試料を分析装置に短時間で再現性よく、導入する試料導入装置および試料導入方法を提供する。【解決手段】溶離液９を送液する送液ポンプと、溶離液を送液する流路と、送液ポンプにより送液された溶離液に試料を導入する試料導入部と、試料導入装置で試料が導入された液体を分離する分離カラムと、分離カラムから送液される液体中の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、試料導入部は、試料を液滴として吐出する液滴吐出部と、試料を流路内に導入するニードル１２を備え、液滴吐出部２０１から吐出された複数の液滴試料を、ニードル内部に導入し、ニードル内部に蓄積された試料を流路内に導入することを特徴とする液体クロマトグラフ装置。【選択図】図１３
2014048248.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶離液を送液する送液ポンプと、前記溶離液を送液する流路と、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試料導入部と、前記試料導入装置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、
前記試料導入部は、
前記試料を液滴として吐出する液滴吐出部と、前記試料を前記流路内に導入するニードルを備え、
前記液滴吐出部から吐出された複数の液滴試料を、前記ニードル内部に導入し、
前記ニードル内部に蓄積された前記試料を前記流路内に導入すること
を特徴とする液体クロマトグラフ装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記試料導入部は、前記液滴を撮像する撮像装置と、前記試料の温度を測定する温度センサを備えることを特徴とする液体クロマトグラフ装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記撮像装置で前記複数の液滴を撮像し、前記液滴の平均液適量を求め、前記流路に導入する前記試料の量と前記平均液適量に基づいて、前記液滴吐出部を制御することを特徴とする液体クロマトグラフ装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記液滴吐出部は、圧電素子を備え、前記圧電素子の電圧と周波数により吐出する液滴量を制御する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１において、
前記液滴吐出部で吐出された液滴吐出回数と、前記液滴の総和量との関係を示す情報を記憶した記憶装置を備え、前記情報に基づいて、必要な液滴個数を前記液滴吐出部から吐出することを特徴とする液体クロマトグラフ装置。
【請求項６】
溶離液を送液する送液ポンプと、前記溶離液を送液する流路と、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第一のニードルと、前記試料導入装置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、
前記試料を吸引する第二のニードルと、当該第二のニードルに備えられた微量吐出機構を備え、
前記微量吐出機構により前記第二のニードルから複数の液滴試料を吐出して前記第一のニードル内部に導入し、
前記第一のニードル内部に蓄積された前記試料を前記流路内に導入すること
を特徴とする液体クロマトグラフ装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記液滴吐出機構で吐出された液滴吐出回数と、前記液滴の総和量との関係を示す情報を記憶した記憶装置を備え、前記情報に基づいて、必要な液滴個数を前記液滴吐出部から吐出することを特徴とする液体クロマトグラフ装置。
【請求項８】
溶離液を送液する送液ポンプと、前記溶離液を送液する流路と、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試料導入部と、前記試料導入装置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、
前記試料導入部は、
前記液滴を吐出する液滴吐出部と、前記試料を前記流路内に導入するニードルを備え、前記ニードルと前記液滴吐出部を前記溶離液を内部に有する流路で接続し、
前記ニードルと前記試料が保管された試料容器に挿入した状態で前記液滴吐出部を駆動し、
前記液滴吐出部から吐出された前記溶離液と同量の試料を前記ニードル内部に吸引することを特徴とする液体クロマトグラフ装置。
【請求項９】
請求項８において、
前記液滴吐出部は、圧電素子を備え、前記圧電素子の電圧と周波数により吐出する液滴量を制御することを特徴とする液体クロマトグラフ装置。
【請求項１０】
請求項８において、
前記液滴吐出部で吐出された液滴吐出回数と、前記液滴の総和量との関係を示す情報を記憶した記憶装置を備え、前記情報に基づいて、必要な液滴個数を前記液滴吐出部から吐出することを特徴とする液体クロマトグラフ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分析装置及び試料導入装置に係り、特に液体クロマトグラフなどの分析装置に試料を導入するための試料導入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体クロマトグラフは、試料内の化学物質の含有量の測定や種類の同定を行う装置であり、生化学・医薬品・食品など多くの分野で化学物質の分析に使用されている。
【０００３】
液体クロマトグラフは、送液ポンプ、試料導入装置、分離カラム、検出器とそれらを結ぶ流路（細管）を備えている。流路の上流側に設置した送液ポンプで移動相である有機溶媒などの液体（溶離液）を送液し、途中に設けた試料導入装置から化学物質を含む試料を注入して、下流側に接続する分離カラム（ビーズなどを充填）に試料を導入する。試料内の検出対象化学物質がカラム内のビーズ表面での吸脱着を繰り返しながら、それぞれ固有の速度で流れていくため物質毎に分離カラム内での移動速度が異なり、濃度ピークが時間的に分離する。これを分離カラムの下流側に設けた検出器で吸光度測定する。
【０００４】
液体クロマトグラフの高速化に伴い、検出対象化学物質の検出時間を短くするために試料導入装置での試料の極微量注入が望まれている。また、生化学や医薬品で取り扱う試料は貴重で少量しか供与できない場合があり、試料を極微量に注入できる試料導入装置が望まれている。
【０００５】
特許文献１の様な従来の液体クロマトグラフの試料導入装置では、ニードルに吸引した試料を全量注入できるダイレクトインジェクション方式が主流となっている。
【０００６】
試料導入装置では試料のハンドリングにニードルを使用する。具体的には、試料にニードルを浸し、配管等を介してニードルに接続するシリンジポンプを駆動して、ニードル内に試料を所望量吸引するが、ダイレクトインジェクション方式では、ニードルとシリンジポンプ間の配管に切り替えバルブが存在し、シリンジ側の低圧流路からバルブを切り替えて、送液ポンプと分離カラム間の高圧流路にニードルを含む流路を挿入し吸引した試料を分離カラムへと送液する。
【０００７】
極微量液の発生手段としては、近年、インクジェット方式を採用した例が報告されている。
【０００８】
インクジェット方式は、液体の含まれる流路に圧電素子を取り付け、圧電素子に電圧を印加して流路を急激に変形させることにより、流路内の圧力を上昇させ、吐出口から液体を液柱にして吐出する。吐出された液柱は表面張力により括れて分裂し極微量の液滴を生じる。
【０００９】
特許文献２ではガスクロマトグラフの試料導入にインクジェット方式を採用している。
特許文献２は、試料を圧電素子によって吐出する液滴吐出装置と、液滴吐出装置から吐出された試料を受け取る試料入り口、受け取った試料を加熱して気化する加熱部、気化した試料を排出する排出口を持つインサートと、液滴吐出装置とインサートを位置決めするための基台と、基台のインサート加熱領域においてインサートを加熱するように配置されたヒータと、液滴吐出装置の試料吐出口およびインサートの試料入り口を共通の内部空間に含むように被いキャリアガスが供給されるキャリアガス供給口を持つ密閉容器と、インサートの排出口に接続された分離カラムと、分離カラムの下流に接続された検出器を備えている。
【００１０】
また、特許文献３に記載の質量分析計では、試料を供給する液滴吐出装置と、液滴吐出装置から吐出された液滴を受け止める液溜め部と、液溜め部の液を電圧の印加される部位に導く導入流路と、導入流路より電圧の印加される部位に導かれた液を静電噴霧する先鋭部と、液粒に熱を加え気化するヒータと、液体中に含まれていた分子のイオンを取り込むイオン取り込み口と、取り込まれたイオンを質量に基づいて分離する質量分析装置を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開2008-51746号公報
【特許文献２】ＷＯ2009/118825
【特許文献３】特開2007-033388号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明が解決しようとする課題は、液体クロマトグラフに極微量の試料を、正確かつ再現性よく注入することにより、分析精度を向上することである。
【００１３】
特許文献１に記載のダイレクトサンプリング方式では、シリンジポンプを用いた分注を行っている。シリンジポンプの再現性は、シリンジポンプのプランジャ駆動精度とシリンジ加工精度に影響を受け、ダイレクトサンプリング方式で０．１μＬオーダ以下の極微量液を液体クロマトグラフに再現性よく導入することは困難であった。
【００１４】
また、インクジェット方式を用いた微量液滴吐出装置は、吐出口から液体が液柱として吐出され、液柱が分裂して液滴となるため液柱の分裂位置が変動して、発生する液滴の大きさがばらつき、液量の再現性が良くなかった。
【００１５】
特許文献２の試料導入装置は、インクジェット技術を用いて液滴を一滴ずつ移動流体であるガスの中に注入し蒸発させて流路に流す。この構成では、移動流体を溶離液として考えた場合、溶離液の流れに個別の液滴が間隔を持って流れるため流路内で試料が広い範囲で拡散してしまうと考えられる。これにより検出対象化学物質の流れ方向の拡がりが大きくなり、検出対象化学物質が検出器に流入して流出するまでの時間が長くなり、分析時間が長くなる。また、分析結果であるクロマトグラムのピークが低下し幅が拡がるため、分析精度や感度が低下する恐れがある。
【００１６】
特許文献３に記載の液滴吐出装置は、質量分析計に接続し、試料中に存在する分子の質量数に関する情報を得るための情報取得方法であって、複数の試料を汚染や計量誤差の影響が少ない状態で混合、さらに混合による反応の調査を容易にしたものである。しかし、特許文献３に記載の試料導入装置は、界面張力により液溜め部の表面や導入流路内に液が残留するため噴霧量の正確性、再現性が悪くなり、分析精度が低下する恐れがある。また導入流路内に試料が残ってしまいデットボリュームがある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の課題を解決するために、本発明は以下の構成を備える。
【００１８】
溶離液を送液する送液ポンプと、前記溶離液を送液する流路と、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試料導入部と、前記試料導入装置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、前記試料導入部は、前記試料を液滴として吐出する液滴吐出部と、前記試料を前記流路内に導入するニードルを備え、前記液滴吐出部から吐出された複数の液滴試料を、前記ニードル内部に導入し、前記ニードル内部に蓄積された前記試料を前記流路内に導入することを特徴とする液体クロマトグラフ装置。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、開放した流路に多数の液滴を集積した後に試料導入を行うことで各液滴の分注誤差を平均化され、試料導入量の再現性がよくなり、分析精度が向上する。
【００２０】
その他の構成及びその効果については、発明を実施するための形態の欄で説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の液体クロマトグラフの概略構成図である。
【図２】本発明の実施例１の試料導入装置の動作フローである。
【図３】本発明の実施例１の液滴吐出部４０１の構成を説明する図である。
【図４】本発明の実施例１の液滴吐出機構５０１の構成を説明する図である。
【図５】本発明の実施例１の液滴量計測機構５０２の構成を説明する図である。
【図６】本発明の実施例１の液供給機構５０３の構成を説明する図である。
【図７】本発明の実施例１の液滴量調整部５０４の構成を説明する図である。
【図８】本発明の実施例１の初期状態を説明する図である。
【図９】本発明の実施例１の流体駆動手段の切り替えを説明する図である。
【図１０】本発明の実施例１の試料吸引とニードル外壁洗浄を説明する図である。
【図１１】本発明の実施例１の試料供給と背圧設定を説明する図である。
【図１２】本発明の実施例１の液滴量調整を説明する図である
【図１３】本発明の実施例１の液滴注入を説明する図である。
【図１４】本発明の実施例１の液滴吐出装置の洗浄を説明する図である。
【図１５】本発明の実施例１の試料導入を説明する図である。
【図１６】本発明の実施例１の液滴画像を示す図である。
【図１７】本発明の実施例１の立体的な構成を説明する図である。
【図１８】本発明の実施例２の動作フローを説明する図である。
【図１９】本発明の実施例２の液体クロマトグラフの初期状態の概略構成図である。
【図２０】本発明の実施例２の流体駆動手段の切り替え時の動作を説明する図である。
【図２１】本発明の実施例２の液滴吐出時の動作を説明する図である。
【図２２】本発明の実施例２の試料吸引時の動作を説明する図である。
【図２３】本発明の実施例２の試料導入時の動作を説明する図である。
【図２４】本発明の実施例３の動作フローを説明する図である。
【図２５】本発明の実施例３の液滴吐出装置の概略構成を説明する図である。
【図２６】本発明の実施例３の液供給機構５０３を説明する図である。
【図２７】本発明の実施例３の液滴量調整を説明する図である。
【図２８】本発明の実施例３の液滴注入を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２２】
先ず、図１の本発明の液体クロマトグラフの概略構成図で動作を説明する。
【００２３】
液体クロマトグラフは、溶離液容器１と、送液ポンプ２と、試料導入装置３と、試料容器４と試料中の検出対象化学物質を分離する分離カラム５と、検出対象化学物質を検出する検出器６と、廃液容器７、配管１１１、データ処理装置１１２を備える。
【００２４】
配管１１１は溶離液容器１から送液ポンプ２、試料導入装置３、分離カラム５、検出器６を通って廃液容器７に至る流路を結ぶ。溶離液９は溶離液容器１から廃液容器７まで前記した各要素を通じる流路に満たされており、送液ポンプ２により溶離液容器１側から廃液容器７側に送液される。試料１０は試料容器４から試料導入装置３によって前記流路に適宜注入され、溶離液９とともに流れる。なお、送液ポンプ２と、試料導入装置３と、検出器６の動作制御は、動作制御部（図示せず）により行われる。
【００２５】
図２は本発明の実施例１の動作工程のフローである。
【００２６】
本発明の試料導入装置は、液体クロマトグラフの流路１１１に溶離液が連続して流れている初期状態、流体駆動手段の切り替え、試料供給、液滴量調整、液滴注入、試料導入、洗浄の順で動作する。
【００２７】
この動作が終わった後、液体クロマトグラフで分析が行われる。分析終了後、次の分析を行うまでに試料導入装置内の流路内圧力を高圧から大気圧にする圧力抜きを行い、次の試料導入動作に移る。
【００２８】
従来と異なる点は、液滴吐出装置４０１が存在し、液滴注入工程において液滴吐出装置４０１から吐出した液滴をニードル１２内に複数滴導入することである。
【００２９】
図３に液滴吐出装置４０１の概略構成を示す。
【００３０】
液滴吐出装置４０１は、液滴吐出機構５０１、液滴量計測機構５０２、液供給機構５０３、液滴量調整部５０４からなる。液滴吐出機構５０１と液滴量計測機構５０２と液供給機構５０３と液滴量調整部５０４は、制御装置５０５に配線５０６−５０９で接続し、制御される。
【００３１】
図４(a)に液滴吐出機構５０１を示す。
【００３２】
液滴吐出機構５０１は、液滴吐出部２０１、液滴吐出部２０１をＺ軸方向に動かすＺステージ２０２、液滴吐出部２０１をＹ軸方向（紙面に垂直方向）に動かすＹステージ２０３、Ｘ軸方向に動かすＸステージ２１１、液体導入口２１２、位置合わせ機構２２３、液吐出口２２５を備える。
【００３３】
図４（ｂ）に液滴吐出部２０１の断面図を示す。
【００３４】
液滴吐出部２０１は液体導入口２１２と液吐出口２２５を流路１１０３で接続している。流路１１０３には圧電素子１１０１が取り付けてあり、圧電素子１１０１に電圧を印加し流路１１０３の一部を変形することにより液吐出口２２５から流路内部の液体を吐出する。
【００３５】
図５に液滴量計測機構５０２を示す。
【００３６】
液滴量計測機構５０２は、吐出された液滴を撮像ためのカメラ２０５、光源２０６と、両者をＸ方向に動かすＸステージ２１１とカメラ２０５をＹＺ方向に動かすＹステージ２１５、Ｚステージ２１４と、光源２０６をＹＺ方向に動かすＹステージ２１７、Ｚステージ２１６を備える。
【００３７】
図６に試料供給機構５０３を示す。
【００３８】
試料供給機構５０３は、試料供給用ニードル２０８、試料供給用ニードル２０８を支えるＹステージ２１０、Ｘステージ２１１と、Ｚステージ２３１と、シリンジポンプ２０９、洗浄液２２２の入った洗浄液容器２２１、切り替えバルブ２２０、切り替えバルブ内の流路６４、６７、試料供給用ニードル２０８に接続する配管６３とシリンジポンプ２０９に接続する配管６５を備える。
【００３９】
図７に液滴量調整部５０４を示す。
【００４０】
液滴量調整部５０４は、液量調整する液滴を受け取る液滴量調整場所２０４と、試料供給装置内の温度を感知する温度センサ２２６を備える。液滴の体積は温度にも影響を受けるため、温度センサ２２６は、液滴が生成される部分の温度を測定する。なお、温度センサ２２６は、液滴が生成される試料供給装置付近の温度が測定できれば他の場所、例えば液滴吐出部２０１に取り付けられていても構わない。
【００４１】
以下に動作の詳細を説明する。
【００４２】
図８は初期状態における流路接続状態を示す。
【００４３】
試料導入装置３は切り替えバルブ１９、２０、試料を吸引するためのニードル１２、注入ポート１３、洗浄ポート１７、ドレイン１８、シリンジポンプ２１、洗浄液２２、洗浄液容器２４、配管１１、１４、１５、１６、２３、３７、３８、４１を備える。
【００４４】
切り替えバルブ１９は、液体が出入りする６つのポート（Ｐ１−Ｐ６）を備えた円盤状のステータと、片面に溝状の流路３１、３２、３３を備えた円盤状のロータを備え、固定したステータに対してロータを６０度刻みで密着回転することによりポートと流路間の連結状態を変えるものである。また、切り替えバルブ２０は６つのポート（Ｐ１１−Ｐ１６）を備えたステータと、流路３４、３５、３６を備えたロータからなり、ロータを４５度ずつ回転し流路を切り替える。初期状態では、送液ポンプ２、配管２５、切り替えバルブ１９のＰ６、流路３１、切り替えバルブのＰ１、配管２６、分離カラム５が接続し、試料導入装置３をバイパスして送液が行われている（図中の太線）。
【００４５】
図９に示す様に、次の流体駆動手段の切り替え時には、初期状態から切り替えバルブ２０を反時計回りに４５度回転し、流体駆動手段であるシリンジポンプ２１とニードル１２間の流路を接続する（図中の太線）。
【００４６】
次に、液滴吐出装置４０１への試料供給からニードル１２への試料導入までの動作について説明する。
【００４７】
図１０、図１１は試料供給動作を説明する図であり、関連する要素のみを抜き出している。図１０は前段の試料吸引とニードル外壁洗浄を示し、図１１はニードルから液滴吐出装置への試料供給と液滴吐出装置への背圧設定を示す。
【００４８】
図１０に示す試料吸引時には、試料供給用ニードル２０８を試料容器４上に移動しニードル先端を試料１０内に挿入し、シリンジポンプ２０９を駆動して吸引する。
【００４９】
次の外壁洗浄では試料供給用ニードル２０８を洗浄ポート１７に移動し、試料供給用ニードル２０８の外壁に付着した試料１０を洗い流す。
【００５０】
図１１に示す試料供給時には、液滴吐出部２０１が液滴量調整場所２０４に移動した後、試料１０を保持した試料供給用ニードル２０８が、液滴吐出部２０１の液体導入口２１２の上部に移動し、液滴吐出部２０１の液体導入口２１２に試料供給用ニードル２０８を挿入する。試料供給用ニードル２０８と液滴吐出部２０１の位置合わせは、液滴吐出部２０１の位置決め機構２２３により相互の位置を把握して、図３に示す制御装置５０５にてＹステージ２１０Ｘステージ２１１と、Ｚステージ２３１を動作させ行う。試料供給用ニードル２０８を液滴吐出部２０１に接続した後、シリンジポンプ２０９を駆動し、試料供給用ニードル２０８から液滴吐出部２０１に試料１０（図１７）を注入する。この状態のままでは試料供給用ニードル２０８からシリンジポンプ２０９までの流路が閉じており、液滴が吐出されないので次に示す背圧設定を行う。
【００５１】
背圧設定では、切り替えバルブ２２０が９０度時計回りに回転し、試料供給用ニードル２０８、配管６３、流路６７、配管６６を接続し、洗浄液２２２の入った洗浄液容器２２１に接続する。洗浄液容器２２１と洗浄液２２２の液面と液滴吐出部２０１の高さ関係は洗浄液容器２２１と液滴吐出部２０１を接続する配管６３の圧力が液滴の吐出が安定する位置に設置する。なお、適切な圧力を確認するため圧力センサを配管にとりつけて確認してもよい。
【００５２】
次に、液滴量調整を行う。図１２は、液滴吐出装置４０１から、液滴量調整に関連する液滴吐出機構５０１と液滴量計測機構５０２と液滴量調整部５０４（立体的な位置関係は図１７に示す）抽出したものである。図はカメラ２０５と光源２０６を移動し、液体吐出装置２０１から吐出される液滴２１３の観察位置に移動した状態を示す。カメラ２０５と光源２０６と液滴吐出部２０１の位置関係は制御装置５０５により制御する。位置関係は、あらかじめ設定してもよいし、液滴２１３を吐出後に変更してもよい。
【００５３】
本実施例では、液滴吐出部２０１にインクジェット方式を想定している。インクジェット方式では液体の含まれる流路に圧電素子を取り付け、圧電素子に電圧を印加して流路を急激に変形させることにより、流路内の圧力を上昇させ、吐出口から液体を吐出する。そのため、圧電素子に印加する電圧と周波数により液滴量を調整することができる。また、吐出される液滴量は吐出する液の物性、特に粘度の影響が大きく、粘度が温度により変化するため温度センサ２２６による雰囲気温度の情報も必要になる。液滴量調整工程ではカメラ２０５と光源２０６を用いて、液滴吐出部２０１から吐出された液滴２１３の画像（図１６）を取得し、データを制御装置５０５（図３）に送る。また温度センサ２２６による雰囲気温度の情報も制御装置５０５送る。制御装置５０５は、画像処理により画像データから液滴量を計算する。
【００５４】
図１６は、液滴画像を示す図である。中央付近に液滴が存在しており、カメラの倍率から液適量を得ることができる。液滴部を際立たせるためエッジ強調処理を画像に施せば、より明確に液適量を画像から求めることができる。
【００５５】
これらについてあらかじめ一定の粘度の標準液を使用し圧電素子に印加する電圧、周波数を変化させて複数回液滴吐出し平均液滴量と変動（再現性）を計測しデータベース化し、既知の液体を吐出する場合はそのデータベースから所望の液滴を吐出する様、電圧、周波数を設定しておく。
【００５６】
未知の液体の場合は粘度が明らかでないため、データベースから得られた水などの標準液での電圧、周波数条件で複数回吐出を行い、平均液滴量と変動を測定して、吐出する液滴量に設定する。
【００５７】
なお、液滴画像から液滴量を求め、必要試料注入量と１つあたりの平均液滴量から液滴の個数（液滴吐出回数）を求めたが、次のようなやり方でも構わない。すなわち、１つあたりの平均液滴量は固定にして、液滴の個数（液滴吐出回数）と溜まった試料との関係をデータベース化しておき、装置上の記憶装置に保存しておく。液滴の個数（液滴吐出回数）がある程度大きくなれば、液滴の個数と溜まった試料は比例関係にあるので、上記のデータベースと必要な注入試料量から、液滴の個数（液滴吐出回数）を求めることができる。この場合、カメラ２０５や光源２０６は不要となる。
【００５８】
次に図１３で液滴注入について説明する。
【００５９】
図は液滴吐出装置４０１（図３）から関係する液滴吐出機構５０１と液滴量計測機構５０２（図５）を抽出し、液体クロマトグラフへの試料導入用のニードル１２（立体的な位置関係は図１７に示す）との位置関係を示している。液滴吐出部２０１の液滴吐出口２２５とニードルの開放端が対向する形で配置する。ニードル１２はＹ軸ステージ２１９がθ方向に回転することで開放端を液滴吐出部２０１に対向する形に移動する。
【００６０】
図示しない入力手段から入力された所望の試料注入量を、制御装置５０５（図３）で液滴量調整時に得た平均液滴量で割って液滴吐出回数を決める。
【００６１】
まず、ニードル１２を注入ポート１３から引き抜きＹ軸ステージ２１９を用いて設定した位置に移動する。次に制御装置５０５（図３）により液滴吐出機構５０１のステージ２１１（図４）、２０２、２０３を駆動して液滴吐出部２０１の液滴吐出口２２５をニードル１２の開放端の真上に移動する。この時、液滴吐出部２０１の位置合わせ機構２２３によりニードル１２の開放端と液滴吐出口２２５が接触せず、かつ液滴が直進する範囲に位置調整する。さらに、液滴量計測機構５０１をニードル１２の先端に対して対向するように移動する。ニードル１２の先端はガラスや樹脂などの透明部材により形成されており、内部が観察できるようになっている。
【００６２】
次に、光源２０６でニードル１２を照らし、カメラ２０５でニードル１２内を撮影し、得られた画像データからニードル内の溶離液９の液面とニードル１２の先端の距離を求め、あらかじめ設定していた液面−先端距離とニードル内体積の関係を記録したデータベースをもとに先端の空気部分の体積を求める。ニードル１２の空気部分が試料の所望量よりも少なかった場合は、シリンジポンプ２１を駆動しニードル１２内の溶離液９の液面を低下させ、液滴吐出部２０１からニードル１２内に試料を注入した時に試料液がニードル先端から溢れださないようにしておく。
【００６３】
その後、制御装置５０５により決定した吐出回数分、液滴吐出部２０１からニードル１２内に液滴２１３が吐出され、所望量がニードル１２内に分注される。分注の成否は溶離液面確認と同様にニードル１２を撮影し、得られた画像データから、制御装置５０５で分注前後の液面の変化を求め液量に換算し確認する。分注不足の場合は、不足分だけ液滴吐出部２０１から液滴を吐出し追加してもよい。最初に液滴量を調整しているので、分注前後の液面変化を求めて液量に換算する工程はなくてもよい。
【００６４】
液滴２１３を吐出する際、ニードル１２が鉛直になっており液滴は溶離液面に到達するとしたが、ニードル１２に僅かに傾きを加えることで、液滴２１３をニードル１２の内壁に当て、試料を注入してもよい。ニードル１２内に空気が含まれてもよい。
【００６５】
試料の液滴２１３が注入されたニードル１２は、Ｘ、Ｙ、Ｚステージ（２２４、２１９、２１８）に搭載されており、これらのステージを制御装置５０５で駆動し注入ポート１３に移動し、従来と同様に試料導入を行う。
【００６６】
次に、図１４を用いて、液滴吐出装置４０１の洗浄を説明する。
【００６７】
試料導入後、一体となっている液滴吐出部２０１と試料供給用ニードル２０８を、試料導入装置３の洗浄ポート１７に移動する。（立体的な位置関係は図１７に示す）
次に、切り替えバルブ２２０を時計回りに１３５度回転し、流路６４、配管６５、シリンジポンプ２０９と洗浄液容器２２１を接続し、洗浄液２２２を吸引する（洗浄液吸引、図上）。次に、切り替えバルブ２２０を反時計回りに４５度回転し、配管６３、６５、流路６４を接続しシリンジポンプ２０９を駆動して洗浄液２２２を押し出して、試料供給用ニードル２０８と液滴吐出部２０１の流路を洗浄する（洗浄）。廃液は洗浄ポート１７から廃棄する。
【００６８】
実施例１ではニードル１２を液滴吐出部２０１の液滴吐出口２２５の下に配置して液滴を注入していたが、液滴吐出口２２５の方向によらず、ニードル１２の開放端を液滴吐出口２２５に対向して、設置し液滴を注入すればよい。
【００６９】
図１５に示す様に、続く試料導入時には、ニードル１２を注入ポート１３に挿入し、切り替えバルブ１９を時計回りに６０度回転することにより、ニードル１２と配管１１からなる流路（試料を吸引保持）が、分析流路(配管２６、分離カラム５、検出器６)に挿入され（図の太線流路を形成する）、吸引した試料が溶離液により押し流され全量、分離カラムへと移動する。
【００７０】
最後の、圧力抜き時には、切り替えバルブ１９を反時計回りに６０度回転させて、図３に示す初期状態へと戻る（ニードル１２を含む流路が洗浄ポート１３に接続し圧力が大気圧に戻される）。
【００７１】
本発明の試料導入装置は、液滴吐出装置から吐出された液滴を集積する流路を持つために、液滴の大きさのばらつきを平均化し、再現性よく所望量の試料を導入できる。
【００７２】
また集積する流路と試料導入流路を兼ね、集積流路の他端に流体駆動手段を備える試料導入装置であるため、デッドボリュームがなく、導入した試料がすべて導入されるため、流路内に残留する試料がない。
【００７３】
次に液滴量調整でのニードル２０１への液滴注入量の再現性を向上する理由について具体的に説明する。
【００７４】
ダイレクトインジェクション方式ではニードル１２に入った試料が全て液体クロマトグラフで測定されるため試料注入量再現性が測定再現性に大きく影響する。本実施例では個々の液滴の液量再現性が十分でない時にさらに小さな液滴を複数回吐出しニードルに集積することで再現性を向上させる。また、多数の試料を測定する場合、測定時間も装置性能に対して重要なファクタとなるため測定時間も考慮に入れる。
【００７５】
実施例１の液滴量調整工程で一滴の平均液滴量ｖ［μＬ］、再現性（液滴量の標準偏差を平均液滴量で割った値）ｒ［％］、一滴あたりの吐出に要する時間ｔ（周波数の逆数）［ｓ］が与えられているとする。ユーザが要求する再現性をＲ［％］、液滴吐出に許される時間をＴ0［ｓ］、測定試料の目標とする量（液滴目標注入量）をＶ0［μＬ］とする。また、吐出回数をＮとする。
【００７６】
実際の液滴注入量Ｖは、（式１）である。実際の再現性をＲとすると中心極限定理から、（式２）であり、実際の分注時間Ｔとすると（式３）で、ユーザの要求から、（式４）でなければならない。要求の再現性Ｒを実現し液滴吐出時間Ｔｏの上限を越えない吐出回数Ｎの範囲は式（式２）、（式３）、（式４）より、（式５）が得られる。
【００７７】
【数１】
2014048248.tif 000003
【００７８】
【数２】
2014048248.tif 000004
【００７９】
【数３】
2014048248.tif 000005
【００８０】
【数４】
2014048248.tif 000006
【００８１】
【数５】
2014048248.tif 000007
【００８２】
また、ユーザの要求を満たすことが可能な測定試料の量（液滴目標注入量）Ｖ0の範囲は、（式６）で与えることができる。（式５）から、一滴の平均液滴量ｖは、（式７））の範囲でなくてはならない。また、再現性ｒは（式８）の範囲でなくてはならない。
【００８３】
【数６】
2014048248.tif 000008
【００８４】
【数７】
2014048248.tif 000009
【００８５】
【数８】
2014048248.tif 000010
【００８６】
データ処理装置は所有するデータベースや液滴量調整により得られた一滴の平均液滴量ｖと、データからユーザが設定した液滴吐出に許される時間Ｔ0、目標再現性Ｒ、（式６）より導いた、液滴目標注入量Ｖ0が達成する電圧・周波数などの液滴吐出部の駆動条件を選び、液滴注入を実行する。
【００８７】
また、（式５）、（式６）、（式７）、（式８）の式を参照し、吐出回数Ｎ、液滴目標注入量Ｖ0、再現性Ｒが、範囲外の値をデータ処理装置にユーザが入力した場合は、データ処理装置はエラーを出す。エラーが出た場合、求める再現性Ｒの出る分析が行える所望量と分析時間を提示することもできる。またユーザが入力した所望量（液滴目標注入量Ｖ0）でもっともよい再現性Ｒを達成する条件を提示することもできる。
【００８８】
通常は、ユーザがデータ処理装置に指定した所望量と、制御装置５０５の（式５）〜（式８）により、一滴の平均液滴量ｖと分注液滴数（吐出回数Ｎ）を算出し決定する。その後決定した一滴の平均液滴量ｖが吐出するような、液滴吐出部２０１の電圧と周波数を制御装置５０５のデータベースを参照することにより決定し、流路内に液滴を吐出する。通常、再現性は最良の値に設定されている。
【００８９】
本実施例によれば、ユーザの要求する時間、再現性に従って、装置の吐出回数の設定を自動でできるため装置の稼働率が上がる。また、液滴吐出装置の最適な駆動条件（電圧、周波数、吐出回数）を提示できるため再現性の良い測定が可能になる。
【実施例２】
【００９０】
次に本実施例２について説明する。
【００９１】
図１８に動作フローを示す。
【００９２】
本実施例の試料導入装置は、初期状態、流体駆動手段の切り替え、試料吸引、ニードル洗浄、試料導入の順で動作する。
【００９３】
図１９は本実施例の液体クロマトグラフの概略構成図である。本実施例では実施例１と異なり、配管７１、液滴吐出装置７２、廃液容器７３、制御装置２３０１を備え、液滴吐出装置４０１が存在しない。その他の構成や流路の切り替えは実施例１と同様なため説明を省略する。
【００９４】
図２０に流体駆動手段の切り替え時の動作を説明する。
【００９５】
図２０に示すように、図２１の状態から切り替えバルブ２０を反時計回りに４５度回転させて、液滴吐出装置７２、配管７１、流路３４、配管１５、流路３３と配管１１とニードル１２が接続する（図の太線）。  
図２１に液滴吐出時の動作を示す。
【００９６】
液滴吐出時には、まず図２０の状態から、ニードル１２を注入ポート１３から引き抜いた後、液滴吐出装置７２から廃液容器７３に向けて、流路内の溶離液２３０３を所望量吐出して、流路他端のニードル１２に所望量の空気を吸い込む（液滴吐出装置７２のコントロールは配線２３０２により接続する制御装置２３０１により行う）。
【００９７】
図２２に試料吸引時の動作を示す。
【００９８】
先ず、試料容器４の試料１０にニードル１２を浸し、液滴吐出装置７２から溶離液を吐出してニードル１２に所望量の試料１０を進入させる。
【００９９】
次に洗浄ポート１７にてニードル１２の外壁を洗浄する（図示しない）。
【０１００】
最後に図２２に示す試料導入を行う。
【０１０１】
試料導入では、図２３の状態からニードル１２を注入ポート１３に移動して、注入ポート１３にニードル１２を挿入する。その後、切り替えバルブ１９を図２２に示す状態から反時計回り６０度回転させることにより、配管１１、ニードル１２、注入ポート１３、配管１４が分析流路（配管２５、切り替えバルブ１９のＰ６、流路３１、切り替えバルブ１９のＰ１、配管２６）に組み込まれる（図の太線）。
【０１０２】
その後、ニードル１２および配管内に保持された試料は、ポンプ２によって溶離液９とともに分離カラム５へと供給される。
【０１０３】
本発明の試料導入装置は、液滴吐出装置から吐出された液滴を集積する流路を持つために、液体の大きさのばらつきを平均化し、再現性よく所望量の試料を導入できる。
【０１０４】
また、デッドボリュームがなく、導入した試料がすべて導入されるため、流路内に残留する量がない。
【０１０５】
本実施例の実施例２によれば、また、液滴吐出装置を流れる液体が既知の溶離液であるために、液滴吐出装置の複雑な制御が不要なため、簡便な装置になる。
【実施例３】
【０１０６】
次に本発明の実施例３について説明する。
【０１０７】
本実施例では試料供給用ニードル２０８にニードル周囲を覆う円筒形の圧電素子３１０１を備え液滴吐出機構が液供給機構に一体化している。（図２６）その他の構成や流路の切り替えは従来のダイレクトインジェクションと同様なため説明を省略する。
【０１０８】
動作フローを図２４に示す。  
本実施例の液滴吐出装置４０１では試料吸引、ニードル洗浄、液滴量調整、液滴注入、試料導入を行う。
【０１０９】
図２５に液滴吐出装置４０１の概略構成を示す。
【０１１０】
液滴吐出装置４０１は、液滴量計測機構５０２、液供給機構５０３、液滴量調整部５０４からなる。液滴量計測機構５０２と液供給機構５０３と液滴量調整部５０４は、制御装置５０５に配線５０６−５０９で接続し、制御される。
【０１１１】
図２６に液供給機構５０３の構成を示す。
【０１１２】
試料供給用ニードル２０８にニードル周囲を覆う円筒形の圧電素子３１０１を加え、図示しない制御装置にて制御する。制御装置から圧電素子３１０１に電圧を印加することにより圧電素子３１０１に接するニードル２０８が変形しニードル２０８内の体積が変化する。これによりニードル内の液をニードル先端から押し出し液滴として吐出する。試料吸引、ニードル洗浄、背圧操作は、実施例１の液供給機構と同様のため説明を省略する。
【０１１３】
図２７で液滴量調整について説明する。
【０１１４】
試料供給機構５０３と液滴量計測機構５０２の位置関係を示す。試料供給機構から吐出される液滴の量の制御方法は実施例２と同様である。
【０１１５】
図２８で液滴注入について説明する。
【０１１６】
試料供給機構５０３がニードル１２の上部にくるように駆動させる。ニードル２０８先端はニードル１２の先端と対向し、接触せず液滴が直進する程度の距離まで近づけて液滴を吐出しニードル１２内に所望量になるまで液滴を導入する。
【０１１７】
本発明の試料導入装置は、液滴吐出装置から吐出された液滴を集積する流路を持つために、液体の大きさのばらつきを平均化し、再現性よく所望量の試料を導入できる。また集積する流路と試料導入流路を兼ね、集積流路の他方に流体駆動手段を備える試料導入装置であるため、デッドボリュームがなく、導入した試料がすべて導入されるため、流路内に残留する量がない。さらに、ニードルに直接圧電素子が取り付けられているため、吐出に必要な試料を少なくすることができる。
【符号の説明】
【０１１８】
９  溶離液
１１  配管
１２  ニードル
１９  切り替えバルブ
２０１  液滴吐出部
２０５  カメラ
２０６  光源
４０１  液滴吐出装置
５０１  液滴吐出機構
５０２  液滴量計測機構
５０３  試料供給機構
５０４  液滴量調整部
５０５  制御装置
【図１】
2014048248.tif 000011
【図２】
2014048248.tif 000012
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2014048248.tif 000020
【図１１】
2014048248.tif 000021
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2014048248.tif 000025
【図１６】
2014048248.tif 000026
【図１７】
2014048248.tif 000027
【図１８】
2014048248.tif 000028
【図１９】
2014048248.tif 000029
【図２０】
2014048248.tif 000030
【図２１】
2014048248.tif 000031
【図２２】
2014048248.tif 000032
【図２３】
2014048248.tif 000033
【図２４】
2014048248.tif 000034
【図２５】
2014048248.tif 000035
【図２６】
2014048248.tif 000036
【図２７】
2014048248.tif 000037
【図２８】
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