流路切換閥及使用該流路切換閥的高速液相色譜儀的製作方法
2023-09-20 09:21:40
專利名稱：流路切換閥及使用該流路切換閥的高速液相色譜儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及具有將樣品成分濃縮等的離子阱功能的高速液相色譜儀、以及使用該高速液相色譜儀的離子阱用流路切換閥。
背景技術：
在生命科學領域中用於確定蛋白質或肽等的結構的質量分析儀中，為了使測定靈敏度最優化，業界現正努力將成為其前驅階段的HPLC(HighPerformance Liquid Chromatography，高效液相色譜儀)中的流量極低流量化。
通常，在用於普通分析的HPLC中，一般是在內徑為4.6mm左右的色譜柱中以1mL/min左右流速輸送流動相而進行分析，但是在質量分析儀中，一般採用在內徑為0.3mm左右的色譜柱中以5μL/min左右的流速輸送液體的微米HPLC；此外，在內徑為0.075mm的色譜柱中以200nL/min左右流速輸送流動相的納米HPLC也已商品化。
當使用這類極低流量HPLC進行分析時，在分析中由於系統內的容積(約100μL)而使得分析對象物產生擴散，從而有時會損及質量分析儀的靈敏度。因此，使用自動取樣器(autosampler)或手動注射器(manual injector)將分析對象物注入系統內，然後使分析對象物吸附於安裝於臨時流路切換閥中的離子阱管柱(Trap Column)中進行濃縮，然後切換流路切換閥而將分析用流動相輸送至離子阱管柱中，再將吸附於離子阱中的分析對象物質以離子阱管柱進行脫離，以後段分析柱進行分析，最終以質量分析儀進行質量分析。
極低流量HPLC中所使用的流路切換閥，由於與上述相同原因而使用內部容積較小的流路切換閥。流路切換閥，一般來說，主要構件是固定進入流路切換閥的配管的機架蓋、以旋轉方式切換流路的轉子、以及在兩者間保持液體密封的定子，但是視情況有時機架蓋也兼作為定子。
圖4A、圖4B表示通常所使用的流路切換閥。圖4A是概略剖面圖、圖4B是概略平面圖。
流路切換閥50包括切換流路的旋轉子即轉子53、與轉子53接觸而保持與轉子53間的液體密封的定子55、以及設置有用於保持定子55並且與外部流路連接的埠51a～51f的機架蓋59。閥50被以虛線表示的閥支持部支持、驅動。埠51a～51f之中，其中2個埠為分析用流動相的入口側埠51a及出口側埠51b，另外2個埠為濃縮用流動相的入口側埠51c及出口側埠51d，此外其他埠為用於連接離子阱管柱57的埠51e、51f(參照日本專利特開平01-307575號公報、日本專利特開平09-288098號公報)。
發明內容
在上述流路切換閥50中，進入離子阱管柱57的配管，經常使用內徑為25μm、長度為50mm左右的配管，如果將入口與出口合計則配管容積約為50nL。
另外，形成轉子53的轉子溝槽的節距圓(pitch circle)的長度為5mm、寬度為0.1mm、深度為0.1mm左右，其轉子溝槽容積約為10nL。此外，定子流路的內徑為0.1nm、長度為1mm、其容積約為15nL。因此，在2個埠間的內部容積約為25nL，如果加上配管容積(50nL)則系統容積變為75nL左右。
當系統容積為75nL時，如果閥的流量為200nL/min，那麼通過流路切換閥50與離子阱管柱57之間需要約20秒左右的時間，但是在此期間被離子阱管柱57濃縮的分析對象物被擴散開來，從而有時無法期待用質量分析儀進行高靈敏度分析。
本發明的目的在於減小具有離子阱功能的流路的無效體積。
本發明的流路切換閥的一個實施方式是具有機架蓋，其具有與流路連接的多個埠；及轉子，其在對應於埠的位置形成連通2個埠間的轉子溝槽，在至少1個轉子溝槽中填充吸附劑，與上述機架蓋密著並且旋轉，由此而切換埠。
為了減小閥內的無效體積，上述機架蓋亦可兼作為定子，液體密封地保持著上述機架蓋與轉子的旋轉。
本發明的流路切換閥的其他實施方式具有轉子，其形成多個成為流路的轉子溝槽作為貫通孔，在至少1個轉子溝槽中填充吸附劑；以及一對機架蓋，這一對機架蓋以夾住上述轉子的方式對置，且在對應於上述轉子溝槽的位置設置與流路連接的埠。並且通過轉子旋轉來切換兩機架蓋間的連接。
當具有離子阱功能時，過去至少需要6個埠現在也可以變為4個。
上述吸附劑的優選的一例是形成獨石結構的吸附劑。
本發明的高速液相色譜儀具有將經流路切換閥選擇的樣品成分進行濃縮的離子阱功能。而且流路切換閥使用本發明的流路切換閥，並將填充於轉子溝槽中的吸附劑作為離子阱。
根據本發明的流路切換閥，將填充有吸附劑的轉子溝槽連通並且切換埠，因此，目前為止，流路切換閥與離子阱管柱間的配管所需要的約50nL配管容積及約10nL的轉子溝槽容積就消失了，所以作為系統容積所必需的機架蓋內的容積僅為15nL，從而可以減少無效體積。因此，當以200nL/min流速輸送液體時，通過系統內需5秒左右，因而抑制分析對象物的擴散，從而將分析對象物通過系統內的時間控制到最小極限。
如果機架蓋兼作為將與轉子的旋轉保持為液體密封性的定子，則可以進一步減小目前為止作為定子內部容積所必要的無效體積。
如果具有用以夾住轉子的一對機架蓋，且轉子溝槽成為與轉子旋轉方向直行的方向，那麼連接流路切換閥與配管的連接點部分夾住一對機架蓋而分成兩側，因此連接點部分的連接變得容易，從而可以防止加配管時的液漏等。
目前為止，當使用閥及離子阱管柱進行濃縮時，必須有至少6個埠，但是本發明中只要有4個埠即可進行，因此可將流路切換閥小型化。
如果吸附劑使用獨石結構的吸附劑，則可以將吸附劑無間隙地填充於轉子溝槽的壁面之間。
如果將本發明的流路切換閥用作高速液相色譜儀的離子阱及流路切換閥，則可提供減小對於目前為止配管容積等所必需的無效體積的高速液相色譜儀。
圖1A～圖1D表示流路切換閥的一實施例，圖1A為流路切換閥的透視圖，圖1B為機架蓋的平面圖，圖1C為轉子的平面圖，圖1D為圖1B的X-X』線的剖面圖。
圖2是表示使用相同實施例的流路切換閥的HPLC的一實施例的流路圖。
圖3A、圖3B表示流路切換閥的其他實施例，圖3A是概略剖面圖，圖3B是分解透視圖。
圖4A、圖4B是目前為止使用的流路切換閥，圖4A表示剖面圖，圖4B表示概略平面圖。
1流路切換閥 3、41轉子7a～7d、43a～43f埠9、42a、42b機架蓋11a、11b、44a～44c轉子溝槽20注入部 22a、22b分析用流動相24濃縮液 26送液泵28a、28b分析泵30攪拌器32脫氣裝置34分析柱
36檢測器45a、45b螺釘具體實施方式
以下詳細說明本發明的一實施例。
圖1A～圖1D表示流路切換閥，圖1A為流路切換閥的透視圖，圖1B為機架蓋的平面圖，圖1C為轉子的平面圖，圖1D為圖1B的X-X』線中垂直剖面圖。流路切換閥1組合有切換流路的旋轉子即轉子3、及兼作為用於將轉子3的旋轉保持為液體密封狀態的定子功能的機架蓋9。在本實施例中，為了減小閥1內的容積，機架蓋9兼作為定子。
在機架蓋9中，設置有用以與外部流路連接的4個埠7a～7d。其中2個埠是分析用流動相的入口側埠7a及出口側埠7b，另外2個埠是濃縮用流動相的入口側埠7c及出口側埠7d。
在與轉子3的機架蓋9相對的表面上，對應埠7a～7d的位置形成連通2個埠間的圓弧狀轉子溝槽11a、11b。轉子溝槽11a、11b的1個螺距(pitch)、例如半徑為2.5mm、內角為90度、寬度為0.1mm、深度為0.1mm左右，其容積約為40nL。轉子溝槽11a、11b，例如可以用機械加工方法形成。
在流路切換閥1的轉子溝槽11b內，填充有作為填充劑(bulking agent)的吸附劑(adsorbent)。由此，可以減小目前為止將離子阱管柱與流路切換閥外部連接所必要的轉子溝槽容積或配管容積的無效體積。
通常在離子阱管柱等中，使用將粒徑5μm左右大小的粒子狀的矽膠ODS(十八烷基矽烷)化的吸附劑，將不鏽鋼或樹脂填充於玻璃柱中，但較合適的是在填充於本發明的流路切換閥1的轉子溝槽11b中的吸附劑中使用將3維網狀骨架與其空隙成為一體的獨石型矽膠。
該獨石型矽膠，具有與骨架共連接結構的特徵。該共連接結構，是在烷氧基矽烷及聚乙二醇(PEG)的醋酸水溶液中，基於旋節線分解，將由相分離所生成的過渡性有序結構以伴有溶膠-凝膠轉移的有機矽烷水解-縮聚反應而凍結的結構。
以下說明相同實施例的運作。
轉子3的轉子溝槽11a、11b，與中心軸相對各形成90度，因此通過將轉子3旋轉180°，可切換轉子溝槽11a、11b與埠7a～7d的組合。
例如，如果轉子溝槽11a位於埠7a、7b間，轉子溝槽11b位於埠7c、7d之間，自該狀態使轉子3旋轉180°，則轉子溝槽11b位於埠7a、7b之間。
接著，圖2說明使用本發明的流路切換閥的HPLC的一實施例。
在極低流量HPLC中，為了減少主要由於以自動取樣器為起因的系統全體容積的影響而導致分析時的峰擴散，現使用離子阱注入方式。即，以自動取樣器等通過濃縮用流動相輸送注入系統內的樣品，以填充入流路切換閥內的轉子溝槽11b內的吸附劑進行濃縮，然後切換流路切換閥後使分析用流動相流入轉子溝槽11b的吸附劑中，使被吸附劑濃縮的樣品脫離，以分析柱進行分離分析。
在本發明的HPLC中，通過流路將流路切換閥1與送液入其中的泵或各種流動相等相連接。
在濃縮用流動相的入口側埠7c處，從上流側依次設置有濃縮液24、用於輸送濃縮液24的樣品搬送泵26、以及通過自動取樣器注入樣品的注入部20。
濃縮用流動相的出口側埠7d與排液管相連接。
在分析用流動相的入口側埠7a處，自上流側起順序設置有溶出捕獲成分的分析用流動相22a、22b，去除流動相中所含有的氣泡的脫氣裝置(degasser)32，用於輸送這些分析用流動相22a、22b的分析泵28a、28b，以及混合分析用流動相22a、22b的攪拌器30。若控制分析泵28a、28b的流量，改變流動相的組成，則可以進行梯度分析(gradient analysis)。
在分析用流動相的出口側埠7b處，將分析管柱34與檢測器36相連接。
在流路切換閥1內的轉子溝槽11b中，填充用於濃縮的吸附劑，並使轉子旋轉，由此將轉子溝槽11b的連接切換至分析用流動相22a、22b，或者濃縮液24。
以下說明相同實施例的操作。
樣品是投有測定對象成分的動物的血液或尿、藥物等，將採集的這些生物體樣品進行離心分離而使不溶成分沉澱。然後，使用過濾器將上清液過濾直至達到分析上無問題的水平，再置於自動取樣器中進行分析。或者，將這些生物體樣品直接置於自動取樣器中進行分析。
於圖2中，將濃縮液24從泵26輸送到注入部20中。注入部20自樣品瓶等中吸入樣品(圖示略)，將被吸入的樣品與已送入的濃縮液24同時導入到流路切換閥1中。通過在轉子溝槽11b中的吸附劑中捕捉樣品中的目標成分而將其濃縮。
圖2中，將來自攪拌器30的分析用流動相22a、22b導入到流路切換閥1中。此時，閥1的轉子3旋轉180°。通過被導入的分析用流動相22a、22b，將捕捉於轉子溝槽11b的吸附劑中的測定對象成分從吸附劑中溶出，與分析用流動相22a、22b一同導入到分析柱34中，分離出各成分，以檢測器36進行檢測。
接著，於圖3A、圖3B中表示本發明的流路切換閥的其他實施例。
圖3A是流路切換閥的概略剖面圖、圖3B是分解透視圖。
該流路切換閥40，通過機架蓋42a、42b將切換流路的旋轉子即轉子41夾在中間。
在機架蓋42b的中心軸上，設置有將轉子41固定為可以旋轉的圓筒狀突起部47a，在轉子41的中心，設置有植入有突起部47a的貫通孔47b。
在機架蓋42a中，設置有用以與外部流路連接的3個埠43a～43c。其中2個埠是分析用流動相的進口側埠43a及濃縮用流動相的出口側埠43b。在機架蓋42b中，也設置有用以與外部流路連接的3個埠，其中2個埠為分析用流動相的出口側埠43d及濃縮用流動相的進口側埠43e。埠43a～43c分別通過公螺帽(male nut)48a與外部流路連接，埠43d～43f分別通過公螺帽48b與外部流路連接。
在轉子41中，形成用以將機架蓋42a側的埠與機架蓋42b側的埠間連通的轉子貫通孔(轉子溝槽)44a～44c。在轉子溝槽44b中，填充有於上述實施例中所說明的獨石型矽膠作為吸附劑。
在機架蓋42a、42b中，形成有用於使螺釘45a、45b貫通的貫通孔46a、46b及螺孔46c、46d，在轉子41中，形成有可旋轉以避開螺釘45a、45b的圓弧狀溝孔46e、46f。通過緊固螺釘45a、45b，可在機架蓋42a、42b間將轉子41固定為可旋轉的狀態。
以如此方式，將轉子貫通孔44a～44c保持於與轉子41的旋轉方向垂直的方向，公螺帽48a、48b將轉子41夾住存在於其左右，因此提高配管的操作性。另外，進入到機架蓋42a、42b的流路細孔的加工也變簡單，從而也可實現減小閥內容積及減小機架蓋的加工成本。
接著說明相同實施例的運作。
將濃縮流動相依次送入至埠43b、轉子溝槽44b、埠44e，通過轉子溝槽44b內的吸附劑捕捉目標成分。
然後，轉子溝槽44b使轉子41旋轉直至到達對應於與埠43c，43f連接的軸的位置。將分析用流動相依次送入到埠43f、轉子溝槽44b、埠43c，將測定對象成分從吸附劑中溶出。
本發明並不局限於上述實施例，在權利要求範圍內皆可實施。
本發明可以應用於填充有吸附劑等的流路切換閥。
權利要求
1.一種流路切換閥，其特徵在於包括機架蓋，該機架蓋具有與流路連接的多個埠；以及轉子，該轉子在對應於上述埠的位置形成連通2個埠間的轉子溝槽，在至少1個轉子溝槽中填充吸附劑，與上述機架蓋密著並且旋轉，由此切換上述埠。
2.根據權利要求1所述的流路切換閥，其特徵在於其中所述的機架蓋兼作為定子，液體密封地保持著上述機架蓋與上述轉子的旋轉。
3.一種流路切換閥，其特徵在於包括轉子，在該轉子中形成多個成為流路的轉子溝槽作為貫通孔，在至少1個轉子溝槽中填充有吸附劑；以及一對機架蓋，這一對機架蓋以夾住上述轉子的方式對置，且在對應於上述轉子溝槽的位置上設置與流路連接的埠，通過轉子的旋轉切換兩機架蓋的埠間的連接。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的流路切換閥，其特徵在於其中所述的流路切換閥具有4個上述埠。
5.根據權利要求1至3中任一權利要求所述的流路切換閥，其特徵在於其中所述的吸附劑形成為獨石結構。
6.根據權利要求4所述的流路切換閥，其特徵在於其中所述的吸附劑形成為獨石結構。
7.一種高速液相色譜儀，其特徵在於在具有將經流路切換閥選擇的樣品成分濃縮的離子阱的高速液相色譜儀中，上述流路切換閥是使用如權利要求1至5中任一項所述的流路切換閥，將填充入轉子溝槽的吸附劑作為上述離子阱。
全文摘要
本發明的課題是減小具有離子阱(trap)功能的流路中的無效體積(deadvolume)。流路切換閥(1)是由旋轉子即轉子(3)、設置有用於和外部流路連接的4個埠(7a)～(7d)的機架蓋(9)所構成。其中2個埠是分析用流動相(mobile phase)的進口側埠(7a)及出口側埠(7b)、另外2個埠是濃縮用流動相的進口側埠(7c)及出口側埠(7d)。在轉子(3)中，在對應於埠(7a)～(7d)的位置，形成2個連通埠間的圓弧狀轉子溝槽(11a)、(11b)。在轉子溝槽(11b)內填充吸附劑。
文檔編號G01N30/00GK1955522SQ20061014999
公開日2007年5月2日 申請日期2006年10月25日 優先權日2005年10月28日
發明者巖田庸助 申請人:株式會社島津製作所