(57)【要約】  本発明はより簡易にカラムを交換するためのカラム交換装置及びそれに適したカラムを提供するものである。  本発明の構成は、両端に内ねじを有するカラムと、前記カラムの端を固定する第一の接合部と、第二の接合部を備えるカラム交換機構であって、前記第一の接合部と第二の接合部は前記カラムの端と接合するネジ部を備え、前記第一の接合部が有するネジ部のネジを回すと閉まる方向と、前記第二の接合部が有するネジ部のネジを回すと閉まる方向は、逆方向であることを特徴とするカラム交換機構である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端に内ねじを有するカラムと、
前記カラムの端を固定する第一の接合部と、第二の接合部を備えるカラム交換機構であって、
前記第一の接合部と第二の接合部は前記カラムの端と接合するネジ部を備え、
前記第一の接合部が有するネジ部のネジを回すと閉まる方向と、前記第二の接合部が有するネジ部のネジを回すと閉まる方向は、逆方向であることを特徴とするカラム交換機構。
【請求項２】
請求項１記載のカラム交換機構において、
前記カラムの両端が有する内ねじの関係は、ネジを回すと閉まる方向が逆となることを特徴とするカラム交換機構。
【請求項３】
請求項２記載のカラム交換機構において、
さらに前記カラムを回転させるモーターと、
前記第一の接合部および/または第二の接合部を固定する固定具と、
を備えることを特徴とするカラム交換機構。
【請求項４】
請求項３記載のカラム交換機構において、
さらに、前記第一の接合部および/または第二の接合部を前記カラムに近付けるモーターを備えることを特徴とするカラム交換機構。
【請求項５】
請求項４記載のカラム交換機構において、
前記カラムに装着するキャップを備えることを特徴とするカラム交換機構。
【請求項６】
請求項４記載のカラム交換機構において、
カラム交換時にカラムから前記第一の接合部および/または第二の接合部が固着し外れない場合、警告を表示することを特徴とするカラム交換機構。
【請求項７】
請求項４記載のカラム交換機構において、
カラム交換後にカラム内の圧力が一定圧力に到達しない場合は、送液ポンプを停止させることを特徴とするカラム交換機構。
【請求項８】
請求項４記載のカラム交換機構において、
カラムに識別良識を付し、前回のカラムのデータを参照することを特徴とするカラム交換機構。
【請求項９】
請求項８記載のカラム交換機構において、
カラムに使用した履歴がある場合には、その使用圧力を基準とした一定の範囲内に入っていない場合、警告を表示することを特徴とするカラム交換機構。
【請求項１０】
請求項８記載のカラム交換機構において、
カラムに使用した履歴が無い場合には、そのカラム種類及びカラムサイズなどより設定された圧力範囲データを参照し、一定の範囲内に入っていない場合、警告を表示することを特徴とするカラム交換機構。
【請求項１１】
請求項４記載のカラム交換機構において、
カラム内の温度が一定温度に達したことを確認、もしくは一定温度に達した後に一定時間その温度を維持していることを確認した後に分析を開始することを特徴とするカラム交換機構。
【請求項１２】
請求項４記載のカラム交換機構において、
カラム内圧を圧力計にてモニタリングし、カラム圧力が低下した後にカラムを外すことを特徴とするカラム交換機構。
【請求項１３】
請求項８記載のカラム交換機構において、
外されたカラムが分析結果より再使用可能と判断されている場合にはカラムを保管し、再使用不可と判断されて外された場合は廃棄することを特徴とするカラム交換機構。
【請求項１４】
請求項８記載のカラム交換機構において、
使用中のカラムの性能が低下し、仕様を外れることが予想される場合に、次に取り付けられるカラムの温度調節を交換前に開始することを特徴とするカラム交換機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はカラム交換装置、及びそれに適したカラムを提供する。
【背景技術】
【０００２】
液体クロマトグラフィー（LC）は、食品、化学、製薬、臨床化学などの分野において広く利用されている分析装置である。この液体クロマトグラフィーは液体の移動相中に混在する分析対象と夾雑物を固体表面との相互作用の程度の違いを利用し、分離する装置である。性能を高めた液体クロマトグラフィーとして、高速液体クロマトグラフィー（High-performance liquid chromatography, HPLC）や超高速液体クロマトグラフィー（Ultra High-performance liquid chromatography, UHPLC）がある。これらの装置ではカラムに数MPaから100MPa以上の圧力がかかる。特許文献１では、この圧力に耐えるためにカラムはねじ込み方式で接合されている。エンドフィッティングとカラムボディとのねじ部には、カラムボディに雄ねじが切ってあり、エンドフィッティングに切られた雌ねじと直接的に接合している。また、エンドフィッティングには、カラムボディとの反対側に、配管に接続するためのねじ部としての雌ねじが切られている。【０００３】
さらに、HPLCでは、分離対象やカラム固体の変化などにより、カラム交換が必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１１４２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、HPLCにおけるカラム交換を手締め式とする部品も出てきたが、カラム交換の際はチューブとカラムの間に隙間ができない様に注意をして取り付ける必要がある。カラムを交換するにはスパナ等の工具を用いて、取り外すカラムのネジを外し、取りつけるカラムのネジを締めることにより行う。HPLCは操作やデータ処理に専門性が必要であり、その様な操作者にとってカラム交換の操作は特に難しいものではなかった。しかし、上述した通りカラム取り付け時はチューブとカラムの間に隙間ができない様注意が必要であるため、特許文献１のようなカラムを交換するにはカラムボディを固定し、カラムボディの両端の片側ずつ順々に取り外す必要があった。【０００６】
HPLCの長時間連続運転などでカラム交換を自動的に行うことが必要になった場合には、バルブにより流路を切り替える方法がとられる。2流路6方バルブを用いると2本のカラムが、1流路6方バルブを用いると6本のカラムが交換できる。しかしバルブを使う方法では、交換できるカラムの数が制限され、またバルブを通ることにより分離能の低下が問題となる。【０００７】
本発明はより簡易にカラムを交換するためのカラム交換装置及びそれに適したカラムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の構成は、両端に内ねじを有するカラムと、前記カラムの端を固定する第一の接合部と、第二の接合部を備えるカラム交換機構であって、前記第一の接合部と第二の接合部は前記カラムの端と接合するネジ部を備え、前記第一の接合部が有するネジ部のネジを回すと閉まる方向と、前記第二の接合部が有するネジ部のネジを回すと閉まる方向は、逆方向であることを特徴とするカラム交換機構である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、カラム交換作業が軽減でき、長時間の運転が可能となるという効果がある。さらに、カラム交換を自動化する際に簡易な装置構成でカラム交換を自動化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施例の全体図
【図２】カラム及び接続部の部品構成
【図３】カラム脱着の概略図
【図４】カラム脱着のフロー
【図５】逆ねじカラム及び接続部の部品構成
【図６】逆ねじカラム脱着の概略図
【図７】カラム及び接続部の部品構成
【図８】カラム脱着の概略図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下図面を用いて本発明の実施例を説明する。
【００１２】
図1は本実施例の全体図である。装置は試料導入装置１、送液ポンプ２、移動相容器３、カラム恒温槽４、カラム５、検出器６、廃液容器７より構成され、それぞれチューブによりつながれている。移動相容器３や送液ポンプ２の数、検出器６の種類、カラム恒温槽４の有無など目的により構成に変更可能である。まず、移動相容器３中の移動相を、送液ポンプ２にて送液する。送液中に試料導入装置１より分析試料がカラム５に注入される。注入された試料はカラム５にて分離される。分離は温度に影響されるので、カラム恒温槽４により一定温度に保つ。分離された試料は検出器６で検出され、廃液容器７に排出される。検出器６は、紫外可視光分光光度計、ダイオードアレー検出器、蛍光検出器、質量分析装置などがある。カラムは円柱状の容器で中に固体微粒子の分離剤が入っており、移動相の入口と出口の２つの開口部をその両端に持つ構造となっている。分離性能を上げるためには、固体粒子を小さくすることが行われ、分離時間を短くするために移動相の流速を上げることが行われるが、何れもカラムでの圧力を上昇させる方向に働く。ネジ式カラムを自動に交換するための、１．取り付けてあるカラム(カラム１)の出口側と入口側の配管接続を外す  ２．カラム１を移動させる  ３．次に取りつけるカラム(カラム２)を所定の位置(カラム１が存在していた位置)に移動する  ４．カラム２の出口側と入口側の配管を接続する  という一連の動作を行う装置及びカラムを提供する。
【００１３】
カラム及びその接続部の部品構成は図２の様になっている。カラムはカラム管１５と、カラム管１５の両端に位置するカラムエンド１４、１６、から構成されている。カラム管１５の中には、分離を担う充填剤が充填されている。カラムエンド１４、１６には内ネジが切ってあり、フェラル１３、１７と配管１１、１９の一部が入る空間が確保されている。カラムの接続部は配管１１、１９と、ネジ１２、１８と、フェラル１３、１７から構成される。配管１１、１９はネジ１２、１８、及びフェラル１３、１７の内部を通り抜けている。ネジ１２、１８は保持部と外ネジ部に分かれており、内部には配管１１、１９が通る貫通孔がある。外ネジ部はカラムエンド１４、１６の内ねじと締め付け合うことができ、ネジ部の内部を通っている配管１１、１９とカラムエンド１４、１６の内ネジの間を密封する様に変形する。フェラル１３、１７は、配管１１、１９を押さえつける部品であり、内部に配管１１、１９が通る貫通孔がある。カラム管１５の内部の充填剤が漏れない様に、ネジ１２、１８の外ネジと、カラムエンド１４、１６の間にはフリットと呼ばれるフィルターが装着されている。本実施例では配管１１から１４をカラムに溶液を注入する入口側、１６から１９をカラムから溶液を出す出口側とする。
【００１４】
ネジは全て右ネジが一般的である。即ち、ネジ１２、１８に右ねじを用いた場合は、カラムを外す時にネジ１２は手前側下から上へ、カラムエンド１４は手前側上から下へ回転し、カラムエンド１６は手前側下から上へ、ネジ１８は手前側上から下へ回転する動作となる。カラムをつける時にはこの逆の回転となる。ネジ１２とカラムエンド１４、カラムエンド１６とネジ１８はそれぞれ双方が動いても良いし、どちらか一方、例えばカラムエンド１４は固定しネジ１２のみが動いても良い。カラムエンド１４とカラムエンド１６は逆回転となるが、一体化しているので入口側と出口側を同時に外す、若しくはつける動作はできない。カラムを回転させると、入口側を外す若しくはつける時に出口側の配管にねじれが生じる。従って、モーターを用いてカラム着脱の動作を自動化しようとすると、図３の様にカラム管１５を固定し、ネジ１２及びネジ１８を逆に回転させるモーター２２及びモーター２３と、ネジ１２及びネジ１８をカラムに接近させる若しくは引き離すモーター２１及びモーター２４を備える必要がある。ここで図４を用いて、カラム着脱のフローを説明する。カラムを接続部から外すときは、まずネジ１２、１８を、モーター２２、２３を用いて回転させて外す。ここで、ネジ１２、１８が何れも右ねじだった場合は、外すために回転させる方向が異なるため、ネジの片方ずつ外さなければならない。次に、モーター２１、２４を用いて、入口側接続部と出口側接続部をカラムから引き離す。このフローによって、カラムを接続部から取り外すことができる。なお、カラムを接続部に着ける場合は、図４の図を下から上に実施する。まず、モーター２１及びモーター２４を用いて、入口側接続部と出口側接続部をカラムにつける。次に、ネジ１２、１８を、モーター２２、２３を用いて回転させて締める。
【００１５】
ここで、本実施例の一つの形態ではネジ１２、カラムエンド１４若しくはカラムエンド１６、ネジ１８何れか一方のネジを左ネジとする。つまり、入り口側接続部のネジ１２と出口側接続部のネジ１８の関係を、ネジを回して閉まる方向が逆方向となる逆ねじの関係とする。さらに、カラムの両端のカラムエンドにある内ねじを逆ねじとする。図５に示す様に出口側接続部のカラムエンド３６、ネジ３８を左ネジとした場合、カラムを外す時にネジ１２は手前側下から上へ、カラムエンド１４は手前上側から下へ回転し、カラムエンド３６は手前側上から下へ、ネジ３８は手前側下から上へ回転する動作となる。カラムをつける時にはこの逆の回転となる。カラムの両端のカラムエンド１４とカラムエンド３６は着脱それぞれ同じ回転になり、カラムは手前上側から下へ回転し、ネジ１２及びネジ３８を回転させない様に固定すれば、入口側と出口側を同時に外すモーター１つによって容易にカラムの取り外しを実施することができる。図６にカラムの着脱を自動化する際のモーターの概略図を示す。まず、図６のカラム管１５をモーター４２で回転させ、入口接続部および出口接続部は回転しない様に固定具等で固定する。入口接続部および出口接続部をカラムに接近若しくは離すモーター４１、４３を用いても良いが、カラムが左右に移動できる様にすれば、モーター４１若しくは４３一方のモーターのみで脱着が可能となる。いずれにしても図３のカラムの両端に右ネジを用いるときと異なり、図５のカラムの両端に逆ねじカラムを用いるときはモーターの数を減らすことができる。さらに、これによって装置構成が簡易になり、ユーザーが使いやすい装置を提供することができる。また入口側のネジと出口側のネジを逆にすることにより、カラムの出口側・入口側を逆に置いた場合にはカラムは装着できない。従って、カラム方向を逆にしてカラムに接続することを防止する効果もある。これによって、カラムを常に一方向より充填することができ、分析時に同じ方向に流すことができ、再現性が高い結果が得られる。
【００１６】
なお、本実施例では接合部にネジ部を、カラムに内ねじを有する構成を説明したが、カラム側にネジ部を接合部側に内ねじを有する構成でもよい。
【００１７】
本実施例の別の形態ではネジのネジ山を無くし、押し付ける力でシールするものである。図７に示す様にネジのネジ山を無くし保持部５２、保持部５８とした場合、カラムの着脱は左右方向のみの移動で良くなる。モーターを用いてカラムの着脱を自動化しようとすると図８の様に、出口側の保持部５８を近づける若しくは離すモーター６３と、カラム管１５を左右に移動させるモーター６２で脱着が可能となる。
【００１８】
この時カラム交換が正しく行われたことを確認するため、以下の付加機能を加えることができる。
【００１９】
カラム２には保管中出口と入口にキャップを装着する。これによって、カラム内部の乾燥を防ぐことができる。
【００２０】
カラム交換時にカラム１のネジが固着し外れないなどの原因で、カラム１が所定の移動をしないことを検知し、警告を表示する。これによって操作者が適切に装置の不具合を把握し、処理をスムースに行うことができる。
【００２１】
カラム交換後にカラム２が一定圧力に到達しない場合は、カラムの接続が正しく行われないとして、送液ポンプを停止させる。この場合カラム接続部から移動相が漏れている場合が多いので、正しく分析が行われないことを防止する共に、移動相による装置の汚染を防ぐことができる。
【００２２】
更に、ポンプ停止後、再度カラム２を外す、取り付ける動作を繰り返す。これによって、自動的に復旧し分析を継続することができる。
【００２３】
カラム交換後にリークセンサ―が作動した場合は、カラムの接続が正しく行われないとして、ポンプを停止させる。
【００２４】
更に、ポンプ停止後、再度カラム２を外す、取り付ける動作を繰り返す。これによって、自動的に復旧し分析を継続することができる。
【００２５】
カラムにはICタグ、マイクロチップやバーコードなどによりカラムの個体管理を行う。これによって前回のデータを参照することで、ピーク溶出位置をより正確に知ることができ、分析以上を感知し易くなる。
【００２６】
取り付けられたカラム２に使用した履歴がある場合には、その使用圧力を基準とした一定の範囲内に入っていない場合、警告を表示する。
【００２７】
取り付けられたカラム２に使用した履歴が無い場合には、そのカラム種類及びカラムサイズなどより設定された圧力範囲データを参照し、一定の範囲内に入っていない場合、警告を表示する。これによってカラムの異常を早期に検知し、誤った分析データを提示することを防ぎ、また誤分析による時間の損失を減らす。
【００２８】
カラム２を取り付けた後、一定時間移動相を流した後に、規定の分析化合物を分析し、分析結果が仕様に入ることを確認する。これによってカラムの異常を早期に検知し、誤った分析データを提示することを防ぎ、また誤分析による時間の損失を減らす。
【００２９】
更に、仕様外の場合には再度他のカラムに交換する。これによって、自動的に復旧し分析を継続することができる。
【００３０】
圧力が規定値より高くなったためにカラム交換を行い、カラム交換後においても規定値より高くなった場合、カラム以外の流路が詰った等装置の保守が必要な旨を警告、表示する。これによって操作者が適切に装置の不具合を把握し、処理をスムースに行うことができる。
【００３１】
取り付けたカラム２が一定温度に達したことを確認、もしくは一定温度に達した後に一定時間その温度を維持していることを確認した後に分析を開始する。これによって溶出の再現性が良くなる。
【００３２】
カラム１を外す時には移動相の送液を停止した後に一定時間を置くことにより、カラム内圧が低下した後にカラムを外す。これによって、カラム内の圧力変化を緩和でき、圧力の急変によるカラムの劣化を抑制できる。
【００３３】
更にこのとき、カラム内圧を圧力計にてモニタリングし、カラム圧力が低下した後にカラムを外す。これによって、カラム内の圧力変化の緩和を確実に行え、圧力の急変によるカラムの劣化を抑制できる。
【００３４】
カラムはICタグやバーコードなどにより個体管理され、外されたカラムが分析結果より再使用可能と判断されている場合にはカラムを保管し、再使用不可と判断されて外された場合は廃棄される。これによって、カラムの再利用が促進される。
【００３５】
更に、再使用可能と判断されたカラムに対して、カラムの出口と入口にキャップを装着する機能。これによって、カラムの乾燥による劣化を抑制することができる。
【００３６】
カラムを廃棄する場合でかつカラムが50℃以上の温度で使用されていた場合、カラムの温度が低下することを温度センサで検知若しくは一定時間放置することにより担保するまで、人が直接触れない状態を維持する。これによって、操作者の火傷を防ぐことができる。
【００３７】
使用中のカラム１の性能が低下し、仕様を外れることが予想される場合に、次に取り付けられるカラム２の温度調節を交換前に開始し、交換後のカラムのコンディショニング時間を短縮する。これによって、カラム交換による分析時間の損失を減ずることができる。
【００３８】
分析シークエンスによりカラム交換が予定される場合に、次に取り付けられるカラム２の温度調節を交換前に開始し、交換後のカラムのコンディショニング時間を短縮する。これによって、カラム交換による分析時間の損失を減ずることができる。
【００３９】
液体クロマトグラフィーにおいて１．取り付けてあるカラム(カラム１)の出口側と入口側の配管接続を外す  ２．カラム１を移動させる  ３．次に取りつけるカラム(カラム２)を所定の位置(カラム１が存在していた位置)に移動する  ４．カラム２の出口側と入口側の配管を接続する  という一連の動作を自動的に行う装置。
液体クロマトグラフィーでネジにより接続しているカラムを使用している場合において１．取り付けてあるカラム(カラム１)の出口側と入口側の配管のネジを外す  ２．カラム１を移動させる  ３．次に取りつけるカラム(カラム２)を所定の位置(カラム１が存在していた位置)に移動する  ４．カラム２の出口側と入口側の配管のネジを締めて接続する  という一連の動作を自動的に行う装置。図に示す様にカラムの出口側と入口側には、それぞれ接続配管のネジを回すモーターと、接続配管をカラムに近付ける/離すためのモーターを有し、カラム１とカラム２を交換するため、カラム１とカラム２を移動するモーターの計５個のモーターにより、この動作を行う。
液体クロマトグラフィーでネジにより接続しているカラムを使用している場合において、更にカラムの両端のネジが右ネジと左ネジである場合において、１．取り付けてあるカラム(カラム１)の出口側と入口側の配管のネジを外す  ２．カラム１を移動させる  ３．次に取りつけるカラム(カラム２)を所定の位置(カラム１が存在していた位置)に移動する  ４．カラム２の出口側と入口側の配管のネジを締めて接続する  という一連の動作を自動的に行う装置。図に示す様にカラムの出口側と入口側には、カラムを回すモーターと、接続配管をカラムに近付ける/離すためのモーターを有し、カラム１とカラム２を交換するため、カラム１とカラム２を移動するモーターの計３個のモーターにより、この動作を行う。
液体クロマトグラフィーで圧着により接続しているカラムを使用している場合において１．取り付けてあるカラム(カラム１)の出口側と入口側に接続している配管を、移動させることにより接続を解く  ２．カラム１を移動させる  ３．次に取りつけるカラム(カラム２)を所定の位置(カラム１が存在していた位置)に移動する  ４．カラム２の出口側と入口側の配管を圧着することにより接続する  という一連の動作を自動的に行う装置。図に示す様にカラムの片側に、接続配管をカラムに近付ける/離すためのモーターを有し、カラム１とカラム２を交換するため、カラム１とカラム２を移動するモーターとの計２個のモーターにより、この動作を行う。
【００４０】
カラムの一端が逆ネジになったカラムを着脱する装置。カラムを回転させるモーターを有し、配管側のネジは回転せず、但し平行方向には動くように固定してある。モーターの回転により、入口側と出口側の配管が同時に着脱できる。モーターにはトルクセンサーをつけ、一定の強さで絞められた時、若しくは一定時間一定の強さに達しなかった時には着脱が終了したとして、モーターの回転を停止する機構を有する。
【００４１】
カラムの一端が逆ネジになったカラムを着脱する装置。カラムを回転させるモーターを有し、配管側のネジは回転せず、但し平行方向には動くように固定してある。さらにカラム装着をする時に、入口側のネジが、出口側のネジより先に接触し接続を開始する様に設定してある。これにより、入口側の接続の方が出口側よりも強くなる。HPLC分析では移動相がカラム充填剤を通る時に圧力が生じ、入口側の方が出口側よりも高圧にさらされる。入口側の接続を強くすることにより、液漏れのリスクを減少させることができる。
【００４２】
カラムの一端が逆ネジになったカラムを着脱する装置。入口側の外ネジを回転させるモーターを有し、カラムは平行方向には動くように固定してあり、出口側のネジは回転も平行方向への移動もしない様に固定してある。この時、カラムは回転する若しくはしない様に任意に設定できる。さらにカラム装着をする時に、入口側のネジが、出口側のネジより先に接触し接続を開始する様に設定してある。まずカラムは回転しない様に固定してあり、入口側のネジが回転することにより入口側が接続される。一定の強さに達した時、カラムの回転をできるようにし、出口側へ水平移動することにより、出口側の接続を行う。出口側の接続の終了は、入口側の接続を終了したモーターの回転トルクよりも低いトルクで終了とする。カラムを外すときには、カラムは回転する状態で入口側外ネジに接続したモーターを逆回転させる。出口側の方が入口側よりも弱いトルクで締めつけてあるため、まず出口側が外れ、カラムが空回転する。一定時間トルクが一定値よりも弱い状態を感知し、カラムの回転を停止するよう固定具等で固定する。これにより、モーターの力は入口側のネジを外すのに用いられ、一定時間トルクが一定値よりも弱い状態を感知することにより、カラムを外すことが終了したことを感知し、モーターを停止する。
【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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【図８】
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【国際調査報告】
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