(57)【要約】【課題】固相抽出カラムに金属が充分に捕捉される通液速度を維持しながら、前処理時間の短縮化が可能な試料分離装置を実現する。【解決手段】コンディショニング溶液１が収容された収容容器はポンプ１０を介して送液管により六方バルブ２、３に接続される。六方バルブ２、３はポンプ１０に対して互いに並列に接続される。測定試料７が収容された収容容器はポンプ１２を介して送液管により六方バルブ２、３に接続される。ら六方バルブ２、３はポンプ１２に対して互いに並列に接続される。硝酸８が収容された収容容器はポンプ１１を介して送液管により六方バルブ２に接続される。コンディショニング溶液及び測定試料溶液の分離カラムへの供給の際、複数の分離カラムを並列に接続して供給されるので通液速度を金属が充分に捕捉される速度に維持しながら、前処理時間の短縮化が可能となる。【選択図】      図１
2006317307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
目的物質が混入した液体試料を、試料送液手段により分離カラムに通液して、上記目的物質を分離カラムに捕捉させ、溶離液送液手段により溶離液を分離カラムに通液して、捕捉された目的物質を分離カラムから溶離する試料分離装置において、
複数の分離カラムが、上記試料送液手段に対して、互いに並列に接続されていることを特徴とする試料分離装置。
【請求項２】
請求項１記載の試料分離装置において、コンディショニング溶液を分離カラムに通液するコンディショニング溶液送液手段を備え、上記複数の分離カラムが、上記コンディショニング溶液送液手段に対して、互いに並列に接続されていることを特徴とする試料分離装置。
【請求項３】
請求項２記載の試料分離装置において、上記複数の分離カラムを、上記試料送液手段及びコンディショニング溶液送液手段に対して、互いに並列に接続し、溶離液送液手段に対して、互いに直列に接続する第１の接続切り換え手段を備えることを特徴とする試料分離装置。
【請求項４】
請求項２記載の試料分離装置において、上記複数の分離カラムは、上記試料送液手段、コンディショニング溶液送液手段及び溶離液送液手段に対して、互いに並列に接続されていることを特徴とする試料分離装置。
【請求項５】
請求項２記載の試料分離装置において、上記溶離液送液手段に対して、上記複数の分離カラムを、互いに直列に接続するか、並列に接続するかを切り換える第２の接続切り換え手段を備えることを特徴とする試料分離装置。
【請求項６】
請求項２記載の試料分離装置において、互いに直列に接続された複数の分離カラムからなる直列組が、複数備えられ、これら複数の直列組が、上記試料送液手段に対して、互いに並列に接続されることを特徴とする試料分離装置。
【請求項７】
請求項６記載の試料分離装置において、上記複数の直列組を、上記試料送液手段及びコンディショニング溶液送液手段に対して、互いに並列に接続し、溶離液送液手段に対して、互いに直列に接続する第１の接続切り換え手段を備えることを特徴とする試料分離装置。
【請求項８】
請求項６記載の試料分離装置において、上記複数の直列組は、上記試料送液手段、コンディショニング溶液送液手段及び溶離液送液手段に対して、互いに並列に接続されていることを特徴とする試料分離装置。
【請求項９】
請求項６記載の試料分離装置において、上記溶離液送液手段に対して、上記複数の直列組を、互いに直列に接続するか、並列に接続するかを切り換える第２の接続切り換え手段を備えることを特徴とする試料分離装置。
【請求項１０】
目的物質が混入した液体試料を、試料送液手段により分離カラムに通液して、上記目的物質を分離カラムに捕捉させ、溶離液送液手段により溶離液を分離カラムに通液して、捕捉された目的物質を分離カラムから溶離し、溶離され多目的物質を分析する液体クロマトグラフ装置において、
複数の分離カラムが、上記試料送液手段に対して、互いに並列に接続されていることを特徴とする液体クロマトグラフ装置。
【請求項１１】
目的物質が混入した液体試料を、試料送液手段により分離カラムに通液して、上記目的物質を分離カラムに捕捉させ、溶離液送液手段により溶離液を分離カラムに通液して、捕捉された目的物質を分離カラムから溶離する試料分離方法において、
複数の分離カラムを、上記試料送液手段に対して、互いに並列に接続し、上記試料の供給を上記複数の分離カラムに対して、ほぼ同時に開始することを特徴とする試料分離方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の試料分離方法において、コンディショニング溶液を分離カラムに通液するコンディショニング溶液送液手段に対して、上記複数の分離カラムを、互いに並列に接続し、上記コンディショニング溶液の供給を上記複数の分離カラムに対して、ほぼ同時に開始することを特徴とする試料分離方法。
【請求項１３】
請求項１１記載の試料分離方法において、上記複数の分離カラムを、上記試料送液手段及びコンディショニング溶液送液手段に対して、互いに並列に接続し、溶離液送液手段に対して、互いに直列に接続して、上記試料、コンディショニング溶液、及び溶離液を上記複数の分離カラムに供給することを特徴とする試料分離方法。
【請求項１４】
請求項１１記載の試料分離方法において、上記複数の分離カラムを、上記試料送液手段、コンディショニング溶液送液手段及び溶離液送液手段に対して、互いに並列に接続して、上記試料、コンディショニング溶液、及び溶離液を上記複数の分離カラムに供給することを特徴とする試料分離方法。
【請求項１５】
請求項１１記載の試料分離装置において、上記溶離液送液手段に対して、上記複数の分離カラムを、互いに直列に接続するか、並列に接続するかを切り換えて、溶離液を上記複数の分離カラムに供給することを特徴とする試料分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固相抽出法を用いた試料分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体クロマトグラフ装置等に用いられる試料分離装置において、河川水中の微量金属を固相抽出法で前処理するときの例を説明する。
【０００３】
前処理を行う河川水試料に酢酸アンモニウムを添加し、硝酸あるいはアンモニアで目的金属が固相抽出剤に捕捉されるのに最適なｐＨに調整する。そして、固相抽出カラムを有機溶媒（アセトン、アセトニトリルなど）、超純水、硝酸、超純水の順にコンディショニングや洗浄を行う。
【０００４】
ここに、先に調製した試料溶液を一定の通液速度で流し、固相抽出剤に目的金属を捕捉させる。試料通液後、超純水等の洗浄液を通液することで洗浄を行い、最後に硝酸を通液し、捕捉された金属を溶離させ前処理を施した試料溶液とする。
【０００５】
特許文献１記載に技術においては、多量の検体中の少量の試料を分離解析するために、２つの分離カラムが互い直列に接続されている。
【０００６】
また、特許文献２記載の技術においては、高濃度の目的成分を大量に、かつ高速に分離するために、低圧カラムと高圧カラムとが互いに直列に接続されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平２−１４１６５９号公報
【特許文献２】特開昭６２−１９１７６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
液体クロマトグラフ装置に用いられる試料分離装置にあっては、固相抽出法により試料を前処理する場合、固相抽出を行う上で最適になるように試料の液性（ｐＨなど）を調整し、固相抽出カラムに一定速度で通液する。この通液速度は固相抽出カラムに金属が充分に捕捉される速度とする必要がある。
【０００９】
したがって、試料が大容量の場合、前処理時間が長くなり、その結果、試料の分析処理時間が長くなってしまう。
【００１０】
また、前処理時間が長くなると、前処理室などに存在する塵埃が試料に混入し、金属の汚染が起こる可能性が高くなる。この場合、前処理後の測定試料の分析値の信頼性が低下してしまう。
【００１１】
また、大容量の試料をカラムに通液する場合、捕捉された金属が通液する試料自身により溶離する現象を起こす金属（Ａｌ、Ｍｏなど）があり、目的金属の回収率が低下し、分析結果が真値よりも低くなることがあった。
【００１２】
本発明の目的は、固相抽出カラムに金属が充分に捕捉される通液速度を維持しながら、前処理時間の短縮化が可能な試料分離装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明においては、試料が大容量の場合の前処理時間短縮あるいは試料自身による捕捉金属の溶出抑制を行うため、複数の分離カラム（固相抽出カラム）を、コンディショニング溶液の供給、測定試料の供給に際して、互いに並列に接続する。
【００１４】
これにより、一つの分離カラムに通液される試料量は、カラムが２本であれば１／２、３本であれば１／３となり、１本あたりの試料量を少なくすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、分離カラムに金属が充分に捕捉される通液速度を維持しながら、前処理時間の短縮化が可能な試料分離装置を実現することができる。
【００１６】
また、試料自身により捕捉金属の溶離される現象を抑えることができ、より回収率の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。  
図１〜図３は、本発明の第１の実施形態である試料分離装置の概略構成図である。
【００１８】
この第１の実施形態においては、２つの分離カラム（固相抽出カラム）５、６は、測定試料の供給及びコンディショニング溶液の供給に対しては、互いに並列に接続され、金属溶離液の供給に対しては、互いに直列に接続される。
【００１９】
図１は、固相抽出カラムのコンディショニングを行なう状態を示している。図１において、コンディショニング溶液１が収容された収容容器は、ポンプ１０を介して送液管により、六方バルブ２及び３に接続される。これら六方バルブ２、３は、ポンプ１０に対して互いに並列に接続されている。
【００２０】
また、測定試料７が収容された収容容器は、ポンプ１２を介して送液管により、六方バルブ２及び３に接続される。これら六方バルブ２、３は、ポンプ１２に対して互いに並列に接続されている。
【００２１】
また、溶離液として硝酸８が収容された収容容器は、ポンプ１１を介して送液管により、六方バルブ２に接続される。
【００２２】
また、六方バルブ２は、分離カラム５、六方バルブ３、分離カラム６を介して六方バルブ４に接続されている。
【００２３】
上記構成において、まず、制御装置（図示せず）の動作により、コンディショニング用の溶液１をポンプ１０を用いて、カラム５、６に通液できるように六方バルブ２、３、４を回転させ、ポンプ１０と分離カラム５、６とを接続し、カラム５から廃液され、カラム６からも廃液されるように設定する。
【００２４】
上述したように、ポンプ１０に対して、六方バルブ２、３は互いに並列に接続されているので、カラム５、６のコンディショニングを、互いに独立して、同時に行うことができる。
【００２５】
ここで、コンディショニングとは、固相抽出カラム５、６に、有機溶媒（アセトン、アセトニトリルなど）、超純水、硝酸、超純水を通過させ、目的金属の捕捉の準備を行なうことをいう。
【００２６】
図１に示したコンディショニングが行なわれた後に、サンプルロードが行われる。図２は、サンプルロードを行なう状態を示している。
【００２７】
図２において、制御装置（図示せず）の動作により、予め、ｐＨなどを最適に調整した測定試料７をポンプ１２を用いて、カラム５、６に通液できるように六方バルブ２、３、４を回転させ、ポンプ１２と分離カラム５、６とを接続し、カラム５、６のそれぞれから廃液されるように設定する。
【００２８】
上述したように、ポンプ１２に対して、六方バルブ２、３は互いに並列に接続されているので、カラム５、６の測定試料の供給（サンプルロード）を、互いに独立して、同時に行うことができる。
【００２９】
なお、カラム５、６に捕捉されない成分を分析する場合は、容器などに溶出した試料溶液を確保する、あるいはその成分を分析することができる装置に導入し分析を行う。
【００３０】
また、図示した例では、カラムの数は２であるが、それ以上の数のカラムを並列に連結させる数により前処理時間を変えることができる。
【００３１】
また、その場合、カラム１本当たりに通液される試料量を少なくすることができる為、捕捉された金属が試料溶液自身で溶離する現象を抑えることができる。
【００３２】
また、それぞれ二本以上のカラムを互いに直列に接続したものを、並列に接続すれば、二本目以降のカラムは補足率の悪い金属のバックアップにすることもできる。
【００３３】
図２に示したサンプルロードが行なわれた後に、金属溶離が行われる。図３は、金属溶離を行なう状態を示している。
【００３４】
図３において、制御装置（図示せず）の動作により、カラム５、６に捕捉された金属を溶離させるための溶液（硝酸）８をカラム５、６に通液するように六方バルブ２、３、４を回転させ、ポンプ１１と分離カラム５、６とを接続し、カラム５、６のそれぞれから、処理後試料９が排出され、バイアルなどの容器に捕集されるように設定する。あるいは直接、成分を検出・測定できる装置に処理後試料９を導入し分析を行う。
【００３５】
この金属溶離方法は、カラム５、６を互いに直列に結合された状態としているため、カラム１本分の硝酸の量で捕捉された金属を溶離することができる。
【００３６】
しかし、カラムを通液するごとに硝酸濃度が低下する為、カラムの本数が増えた場合、硝酸濃度を高くする必要がある。
【００３７】
図４〜図５は、本発明を適応して元素を回収した場合の回収率を示す表である。図４に示した表１は、固相抽出カラムを２本連結させ、３ｍｏｌ／Ｌ硝酸を通液し、捕捉された金属を溶離させ回収率を求めた３回の結果を示す。
【００３８】
金属を捕捉する固相抽出法の場合、一般的に回収率の許容範囲は１００±１０％と考えられるが、いずれの元素においても回収率が８８〜９４％となり良好な結果であった。
【００３９】
図５に示した表２は、固相抽出カラムを３本連結させ、３ｍｏｌ／Ｌ硝酸を通液し、捕捉された金属を溶離させ回収率を求めた３回の結果を示す。
【００４０】
回収率の許容範囲１００±１０％を考慮すると、回収率が５２〜７７％となり低下しているため許容範囲外となった。これは、カラム中に残っている水分により硝酸が希釈され充分に溶離が行われていない為と考えられる。
【００４１】
そこで、１２ｍｏｌ／Ｌ硝酸（濃硝酸）を用い同様に固相抽出カラム３本で回収率を求めた結果を、図６の表３に示す。
【００４２】
３ｍｏｌ／Ｌ硝酸では低かった回収率が１２ｍｏｌ／Ｌ硝酸（濃硝酸）を用いることにより、ほぼ回収率の許容範囲内の８９〜１１３％となり、充分な結果となった。
【００４３】
尚、洗浄に用いる硝酸の濃度は溶離液として用いる硝酸濃度以上とすることが重要である。複数のカラムを接続した場合に、硝酸濃度の希薄による回収率の損失を抑える為には、最後のカラムに流入する硝酸濃度が３ｍｏｌ／Ｌ以上であれば良いと考えられる。
【００４４】
次に、溶離液供給時における直列方式において連結することのできるカラム数の概算を説明する。
【００４５】
ただし、溶離液用硝酸濃度をＣ（ｍｏｌ／Ｌ）、溶離用硝酸の通液量をＶ（ｍＬ）、カラムｘ段目に残る硝酸の量をＹｘ（ｍＬ）、１〜ｘ段目までに残る硝酸の全量をＶｘとする。
【００４６】
なお、Ｙｘは、ｘの関数であり、段数を重ねる毎にカラムに含まれる水で硝酸が希釈され、濃度が変化するため、溶離用硝酸の濃度に換算した場合の量を示す。
【００４７】
Ｖｘは、次式（１）で表すことができる。ただし、条件としてカラム内の残る水分量は硝酸の通液前後で変化しないものとする。
【００４８】
【数１】
2006317307.tif 000003
【００４９】
また、ｘ＋１段目のカラムに流れ込む硝酸の濃度Ｃｘ＋１は次式（２）で表すことができる。
【００５０】
【数２】
2006317307.tif 000004
【００５１】
Ｃｘ＋１Ｃが３ｍｏｌ／Ｌ以上であれば、捕捉された金属の溶離が十分に行なえると考えられるので、次式（３）を満足する段数だけカラムを直列に接続できると考えられる。
【００５２】
【数３】
2006317307.tif 000005
【００５３】
以上のように、本発明の第１の実施形態によれば、コンディショニング溶液及び測定試料溶液の分離カラムへの供給の際、複数の分離カラムを並列に接続して供給するように構成したので、コンディショニング溶液及び測定試料溶液の分離カラムへの通液速度を金属が充分に捕捉される速度に維持しながら、前処理時間の短縮化が可能となる。
【００５４】
また、この試料分離装置を用いた液体クロマトグラフ装置を実現することができる。
【００５５】
次に、本発明の第２の実施形態について、図７〜図９を参照して説明する。
【００５６】
図７〜図９は、本発明の第２の実施形態である試料分離装置の概略構成図である。
【００５７】
この第２の実施形態においては、３つの分離カラム（固相抽出カラム）１６、１７、１８は、測定試料の供給、コンディショニング溶液の供給、溶離液の供給の全てに対して、互いに並列に接続される。
【００５８】
図７は、固相抽出カラムのコンディショニングを行なう状態を示している。図７において、コンディショニング溶液１３収容された収容容器は、ポンプ２２を介して送液管により、六方バルブ１４に接続される。
【００５９】
また、測定試料１９が収容された収容容器は、ポンプ２３を介して送液管により、六方バルブ１４に接続される。
【００６０】
また、溶離液として硝酸２０が収容された収容容器は、ポンプ２４を介して送液管により、六方バルブ１４に接続される。
【００６１】
また、六方バルブ１４は、分離カラム１６、１７、１８を介して六方バルブ１５に並列に接続されている。なお、六方バルブ１４とカラム１６、１７、１８との間には、並列接続されるカラムの数だけ分岐できるアダプタが設置されている。
【００６２】
上記構成において、まず、制御装置（図示せず）の動作により、コンディショニング用の溶液１３ポンプ２２を用いて、カラム１６、１７、１８に通液できるように六方バルブ１４を回転させ、ポンプ２２と分離カラム１６、１７、１８とを接続し、六方バルブ１５を介して廃液されるように設定する。
【００６３】
上述したように、ポンプ２２に対して、カラム１６、１７、１８は互いに並列に接続されているので、コンディショニングを、互いに独立して、同時に行うことができる。
【００６４】
図７に示したコンディショニングが行なわれた後に、サンプルロードが行われる。図８は、サンプルロードを行なう状態を示している。
【００６５】
図８において、制御装置（図示せず）の動作により、予め、ｐＨなどを最適に調整した測定試料１９をポンプ２３を用いて、カラム１６、１７、１８に通液できるように六方バルブ１４を回転させ、ポンプ２３と分離カラム１６、１７、１８とを接続し、カラム１６、１７、１８から廃液されるように六方バルブ１５を設定する。
【００６６】
上述したように、ポンプ２３に対して、カラム１６、１７、１８は互いに並列に接続されているので、カラム１６、１７、１８の測定試料の供給（サンプルロード）を、互いに独立して、同時に行うことができる。
【００６７】
なお、カラム１６、１７、１８に捕捉されない成分を分析する場合は、容器などに溶出した試料溶液を確保する、あるいはその成分を分析することができる装置に導入し分析を行う。
【００６８】
また、カラムを並列させる数を変更することにより前処理時間を変えることができる。また、カラムを並列させるか図を増加すれば、カラム１本当たりに通液される試料量も少なくなる為、捕捉された金属が試料溶液自身で溶離する現象を抑えることができる。
【００６９】
また、カラム１６、１７、１８のそれぞれについて二本以上のカラムを直列に接続したものを用いれば、つまり、直並列の状態とすれば、二本目以降のカラムは補足率の悪い金属のバックアップにすることもできる。
【００７０】
図８に示したサンプルロードが行なわれた後に、金属溶離が行われる。図９は、金属溶離を行なう状態を示している。
【００７１】
図９において、制御装置（図示せず）の動作により、カラム１６、１７、１８に捕捉された金属を溶離させるための溶液（硝酸）２０をカラム１６、１７、１８に通液するように六方バルブ１４を回転させ、ポンプ２４と分離カラム１６、１７、１８とを接続し、処理後試料２１としてバイアルなどの容器に捕集されるようにバルブ１５を設定する。あるいは直接、成分を検出・測定できる装置に処理後試料２１を導入し分析を行う。
【００７２】
以上のように本発明の第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００７３】
なお、並列方式であれば金属溶離用の硝酸２０は、各カラム１６、１７、１８に流れる為、カラムの本数に関わらず、硝酸濃度は３ｍｏｌ／Ｌで金属を溶離させることが可能である。
【００７４】
しかし、いずれのカラムに対しても、硝酸が通液するため、最終的な試料量がカラムの本数により変わり、濃縮率は直列方式よりも低下する。
【００７５】
そこで、金属溶離における、本発明の直列方式、並列方式の使い分けについて説明する。  
直列方式は、接続できるカラムの本数が限られるが、使用したカラムの数に関わらず最終的にカラム１本分の溶離硝酸量で捕捉された金属を溶出させることができる。
【００７６】
そのため、高い濃縮率で捕集を行いたい試料に最適である。
【００７７】
一方、並列方式は、接続したカラムのそれぞれに同時に溶離硝酸を通液する為、最終的に得られる試料量は接続したカラムの本数に比例して多くなる。
【００７８】
従って、直列方式ほどの濃縮率はできないものの、試料量が多く、濃縮率がさほど高くない試料に最適である。
【００７９】
これらの使い分けにより、すべての試料に対して応用することができる。
【００８０】
そこで、コンディショニング溶液及び測定試料の供給に対しては、複数のカラムに並列に接続されるが、溶離液の供給に対しては、複数のカラムは、互いに並列接続とするか直列接続とするかを切り換え可能に構成することもできる。
【００８１】
例えば、図１のポンプ１１と六方バルブ２との間の流路に、直並列切り換えバルブを配置し、この直並列切り換えバルブに対してカラム５と６とを並列に接続する。そして、溶離液のカラム５、６への供給の際、上記直並列切り換えバルブによる流路切り換えを行い、複数のカラムを、互いに並列接続とするか直列接続とするかを切り換え可能に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるコンディショニングの状態を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態におけるサンプルロードの状態を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における金属溶離の状態を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における溶離実行結果の一例を示す表である。
【図５】本発明の第１の実施形態における溶離実行結果の他の例を示す表である。
【図６】本発明の第１の実施形態における溶離実行結果のさらに他の例を示す表である。
【図７】本発明の第２の実施形態におけるコンディショニングの状態を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態におけるサンプルロードの状態を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態における金属溶離の状態を示す図である。
【符号の説明】
【００８３】
１、１３          コンディショニング溶液
２、３、４        六方バルブ
５、６            固相抽出カラム
７、１９          測定試料溶液
８、２０          金属溶離用硝酸
９、２１          前処理後試料
１０、１１、１２  ポンプ
１４、１５        六方バルブ
１６、１７、１８  固相抽出カラム
２２、２３、２４  ポンプ
【図１】
2006317307.tif 000006
【図２】
2006317307.tif 000007
【図３】
2006317307.tif 000008
【図４】
2006317307.tif 000009
【図５】
2006317307.tif 000010
【図６】
2006317307.tif 000011
【図７】
2006317307.tif 000012
【図８】
2006317307.tif 000013
【図９】
2006317307.tif 000014