(57)【要約】【課題】送液ポンプの脈動に起因するノイズの少ない測定値を直接得られるダブルフロータイプの示差屈折計を用いた液体クロマトグラフ装置を提供する。【解決の手段】試料セルおよび参照セルを有する示差屈折計と、試料セルおよび参照セルに独立して溶媒を送液する送液ポンプであって、プランジャーの往復運動により溶媒を吸引・吐出する送液ポンプ２台と、前記プランジャーの往復運動の位相を検知する位相検知手段と、位相検知手段からの位相に由来する信号により、２台のプランジャーの往復運動の位相を整数倍の周波数比をもって同期させる制御手段と、を備えた液体クロマトグラフ装置を用いる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料セルおよび参照セルを有する示差屈折計と、前記試料セルおよび参照セルに独立して溶媒を送液する送液ポンプであって、プランジャーの往復運動により溶媒を吸引・吐出する送液ポンプ２台と、前記プランジャーの往復運動の位相を検知する位相検知手段と、前記位相検知手段からの前記位相に由来する信号により、前記２台のプランジャーの往復運動の位相を整数倍の周波数比をもって同期させる制御手段と、を備えた液体クロマトグラフ装置。
【請求項２】
２台のプランジャーの往復運動の位相を同じ周波数比をもって同期させる制御手段を備えることを特徴とする請求項１記載の液体クロマトグラフ装置。
【請求項３】
送液ポンプが、カム方式および／またはスクリュー方式ポンプであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の液体クロマトグラフ装置。
【請求項４】
位相検知手段が、カム方式送液ポンプの動力伝達手段の動きと一緒に回転するスリットの位置を検出するものであることを特徴とする請求項３記載の液体クロマトグラフ装置。
【請求項５】
送液ポンプのモーターとしてステッピングモーターを用いたものであることを特徴とする請求項３記載の液体クロマトグラフ装置。
【請求項６】
位相検知手段が、スクリュー方式送液ポンプのプランジャーの一部に設けられた突起部の位置を検出するものであることを特徴とする請求項３又は請求項５記載の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、液体クロマトグラフ装置に係るものであり、とくに示差屈折計を備えた液体クロマトグラフ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体クロマトグラフ装置における示差屈折計は広範囲の試料を検出できる汎用性の高い検出器である。示差屈折計は送液溶媒の状態に敏感に応答し、ベースラインが変動しやすい。このため、試料溶液を送液する試料セルと参照溶液としての溶媒を送液する参照セルとを測光検出部に設け、二つの独立した送液系を用いてそれらのセルに連続的に試料または溶媒を送液することによって検出器出力信号を安定させるいわゆるダブルフロータイプの手法が知られている。その一般的な装置構成を図１に示す。溶媒瓶１内の溶液を、一方は試料溶液側の移動相溶媒として送液ポンプ２で、他方は参照溶液として送液ポンプ３で送液する。試料溶液は注入バルブ４で試料を注入してから、分析カラム５を通して示差屈折計７内の試料セルＳに導入する。一方、参照溶液はリファレンスカラム６を通して参照セルＲに導入する。通常は分析カラム５とリファレンスカラム６はカラム恒温槽内に配置する。試料注入はオートサンプラを用いることが多い。
【０００３】
示差屈折計を検出器に用いる場合は、屈折率が液体の密度に依存するので、検出器ノイズを抑えるために液体の密度変化を低減させる必要がある。密度変化の要因は、主に送液ポンプの脈動に由来するため、送液ポンプの脈動を抑えることが示差屈折計のノイズを低減することにつながる。２台の送液ポンプを用いて示差屈折計の試料セルおよび参照セルに独立に溶媒を送液する場合、それぞれのポンプ単体の脈動幅を抑えるために、独立の制御で脈動を低減するのが一般的である。一方、２台の送液ポンプを１つのモーターで駆動させる場合もある。
【０００４】
クロマトグラムから送液ポンプの脈動に起因する周期的ノイズを取り除く方法は、多くの特許文献に以下のように記載されている。これらは、いずれもノイズを含んだ検出信号を取得後に電気的にデータ処理する方法であり、データ処理によって本来の測定ピークが歪められるおそれがあり、ノイズの少ない測定値を直接得ることのできる方法ではない。
【０００５】
特許文献１および２は脈動ノイズパルスを微分回路および保持回路によって周期的にカットする手法を開示している。特許文献３は送液ポンプ下流に設置した圧力センサからの信号パターンをクロマトグラムと電気的に重ね合わせて相殺することによって脈動ノイズを低減する方法を開示している。特許文献４は示差屈折計に限らないが、ベースラインの脈動パターンをクロマトグラムに逆位相で加えることによって脈動ノイズを低減する方法を開示している。特許文献５は、圧力センサ出力と検出器出力とを互いに反転／非反転、増幅／減衰、加算／減算するなどして脈動を除去することを記載している。特許文献６は帯域遮断フィルタを検出器の下流に設置して脈動周波数を選択的に除去する手法を開示している。特許文献７はスペクトルアナライザとデジタルフィルタを用いて脈動周波数をカットする手法を開示している。
【０００６】
【特許文献１】実開昭５２−９３５８９号公報
【０００７】
【特許文献２】特開昭５２−１１５２９４号公報
【特許文献３】特開昭６０−１１３１５１号公報
【特許文献４】特開昭６０−２０５３６２号公報
【特許文献５】特開平１−１２６５４５号公報
【特許文献６】特開平５−２１５７３８号公報
【特許文献７】特開平５−３３３０１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
２台の送液ポンプの脈動を独立に制御して低減しようとする場合、独立したそれぞれのポンプ単体の脈動幅は低減されるものの、示差屈折計のノイズレベルが低減されるとは限らない。ポンプ２台のプランジャーの往復運動の位相差があると、試料セルおよび参照セルのなかの液体に圧力変動が不均衡に伝わり、同じ測定条件でもノイズレベルが変化するからである。また、２台のポンプを一つのモーターで駆動させる場合には、試料溶液と参照溶液の流量を任意に変更することができない。
【０００９】
本発明はダブルフロータイプの示差屈折計を用いた液体クロマトグラフ装置において、送液ポンプの脈動に起因するノイズの少ない測定値を直接得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために鋭意検討した結果、２台の送液ポンプの位相を同期させることで、送液ポンプの脈動に由来する溶媒の密度変化を試料セルと参照セルの間で相殺できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち本発明は、試料セルおよび参照セルを有する示差屈折計と、前記試料セルおよび参照セルに独立して溶媒を送液する送液ポンプであって、プランジャーの往復運動により溶媒を吸引・吐出する送液ポンプ２台と、前記プランジャーの往復運動の位相を検知する位相検知手段と、前記位相検知手段からの前記位相に由来する信号により、前記２台のプランジャーの往復運動の位相を整数倍の周波数比をもって同期させる制御手段と、を備えた液体クロマトグラフ装置を提供する。
【００１２】
本発明の代表的な形態を図２に表す。２台のポンプの位相に関するそれぞれの情報は位相検知手段２３，３３から制御手段８に送られる。制御手段８は２台のポンプの位相に関する情報に基づいて、すなわち位相に由来する信号により両方の位相が同期するようにモーター２１，３１の動作をコントロールする。使用するポンプはプランジャー往復運動型のポンプであればよく、それぞれモーター２１，３１からプランジャー２４，３４への動力伝達手段２２，３２として、カム方式のものやスクリュー方式のものが例示できる。モーターとしては制御に適したステッピングモーターが好適である。位相検知手段２３，３３としては、プランジャーの往復運動またはモーターの回転運動を検知し、位相に関する情報を制御手段８に送信できればよく、例えばパルス信号として制御手段に送信するなど、その装置に適した公知の方法を採用すればよい。
【００１３】
たとえば、図３に示すカム方式のポンプであれば、それぞれのポンプにカムの角度を検知する機構を設ける。すなわち、モーター２１（３１）のシャフトに、動力伝達手段２２（３２）としてのカムと一緒に回転するスリット付き回転監視用円盤１３を、カム角度とポンプの位相位置があうように取り付けるなどし、フォトセンサ１４でスリット１７の位置を検出することで、カムの特定の角度すなわち位相に関する情報を検知することができる。ロータリエンコーダによって回転角度を測定してもよい。
【００１４】
たとえば、図４に、スクリュー方式のポンプでプランジャー位置を検知する機能を有するポンプの概略図を示す。すなわち、スクリュー１８を反転可能なステッピングモーター２１（３１）に接続し、プランジャー２４（３４）を往復運動させる。プランジャーの一部に突起部１５を設け、フォトセンサ１４でプランジャーの位置を検知する機構を設ける。あるいは、ポテンショメータによってプランジャーの直線運動を測定してもよい。
【００１５】
つぎに本発明の運転の仕方および作用を説明する。２台のポンプで送液開始する際に、たとえば低速でポンプを動かし、制御手段を作動させて両ポンプを同一の位相で一旦停止させる。そのあと、両ポンプの流速が等しい場合は試料送液ポンプと参照溶液ポンプを同一の制御信号で作動させることで、プランジャーの位相すなわち吐出タイミングが同じ周波数比をもって完全に同期する。全流路中での溶媒の密度変化は、ポンプの吐出周期と同期するため、結果として示差屈折計セル内での試料側と参照側溶媒の密度変化を完全に相殺する。よって、液体の密度変化に由来する屈折率変化が常に最小となるため、脈動由来のノイズレベルを常に最小に保つことができる。
【００１６】
また、試料溶液と参照溶液とで流速が異なる場合は、設定流速により参照溶液の整数倍の信号で制御することにより位相を同期させる。この場合、常にノイズが最小とはならないが、位相のずれによってノイズ幅が変化することはない。
【００１７】
このような運転態様以外にも、例えば、送液開始／停止の指示を１つにし、ポンプの位相を検知して常に一定位相位置で停止／開始させてもよい。また、２台のポンプの内、一方のポンプ（Ａ）だけが動いている状態でもう一方のポンプ（Ｂ）を送液開始する場合には、ポンプ（Ａ）の位相位置を検知し、同期したタイミングでポンプ（Ｂ）を低速で送液開始し、常に位相の周波数比の整数倍となる信号で制御しながら設定流速まで上げていくようにしてもい。さらに、２台のポンプが設定流速に達した段階で、一方のポンプ（Ａ）の位置を検知し、もう一方のポンプ（Ｂ）の位置検知タイミングが同期するまでポンプ（Ｂ）のモータ回転速度を微調整して同期させてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
従来の装置では、図５に模式的に示すように、試料溶液用送液ポンプの脈動の位相４２と参照溶液用送液ポンプの脈動の位相４３が同期せず、示差屈折計の信号４４には二つの脈動が合成されたノイズが発生する。しかし、本発明によるプランジャー位相の同期機能を搭載したポンプでは、図６に模式的に示すように、試料溶液用送液ポンプの脈動の位相４５と参照溶液用送液ポンプの脈動の位相４６を完全に同期させ、示差屈折計の信号４７での脈動由来のノイズをより確実に最小化することができる。
【００１９】
従って、本発明によれば、ダブルフロータイプの示差屈折計を用いた液体クロマトグラフ装置において、送液ポンプの脈動に起因するノイズの少ない測定値を直接得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図３に示すカム方式のポンプを使用し、図２に示す構成を有する本発明に係る液体クロマトグラフ装置において、試料側と参照溶液側の位相を同期させるように制御したときと制御しなかったときの示差屈折計出力のベースラインを図７の（ｂ）および（ａ）にそれぞれ示す。ベースラインは、試料側および参照側に水を流し、流速をともに０．６ｍＬ／ｍｉｎとして１０分間、示差屈折計の出力を観測したものである。同期制御したときのノイズの振幅（ｂ）は制御しないときのそれ（ａ）に比べて半分以下に抑えられていることがわかる。なお、図７はノイズの振幅を比較するため（ａ）および（ｂ）を同じチャートに表したものであり、ノイズ（ｍＶ）のドリフト方向には意味はない。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】示差屈折計を検出器に用いるダブルフロータイプの液体クロマトグラフの一般的な装置構成を示す図である。
【図２】本発明に係る液体クロマトグラフの装置構成を示す図である。
【図３】カム方式の送液ポンプにおいてカム角度の検知方式の一例および制御手段との関係を示す図である。送液ポンプの構成は、試料側と参照溶液側とで同等であってよいので、片側だけ示す。
【図４】スクリュー方式のポンプでプランジャー位置検知方式の一例および制御手段との関係を示す図である。送液ポンプの構成は、試料側と参照溶液側とで同等であってよいので、片側だけ示す。
【図５】本発明に係る液体クロマトグラフを搭載しない場合の、２台のポンプ脈動位相と示差屈折計信号との関係を示す模式図である。
【図６】本発明に係る液体クロマトグラフを搭載した場合の、２台のポンプ脈動位相と示差屈折計信号との関係を示す模式図である。
【図７】本発明を実施したとき（ｂ）と、実施しなかったとき（ａ）との示差屈折計出力のベースラインノイズを比較した図であり、図中、横軸は時間（分）、縦軸は電圧（ｍＶ）を示す。
【符号の説明】
【００２２】
１：溶媒瓶
２：試料溶液用送液ポンプ
３：参照溶液用送液ポンプ
４：注入バルブ
５：分析カラム
６：リファレンスカラム
７：示差屈折計；Ｓ＝試料側、Ｒ＝参照側
８：制御手段
１３：回転監視用円盤
１４：フォトセンサ
１５：プランジャー位置検知用突起部
１７：カム角度検知用スリット
１８：スクリュー
２１：モーター（試料側）
２２：動力伝達手段（試料側）
２３：位相検知手段（試料側）
２４：プランジャー（試料側）
３１：モーター（参照溶液側）
３２：動力伝達手段（参照溶液側）
３３：位相検知手段（参照溶液側）
３４：プランジャー（参照溶液側）
４２：試料溶液用送液ポンプ脈動の位相
４３：参照溶液用送液ポンプ脈動の位相
４４：示差屈折計信号
４５：試料溶液用送液ポンプ脈動の位相
４６：参照溶液用送液ポンプ脈動の位相
４７：示差屈折計信号
【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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【図７】
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