JP6331485B2

JP6331485B2 - 液体クロマトグラフ及び液体クロマトグラフ分析方法

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Publication number: JP6331485B2
Application number: JP2014041742A
Authority: JP
Inventors: 浩志大橋
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2014-03-04
Filing date: 2014-03-04
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2034-03-04
Also published as: US20150253294A1; US9841407B2; CN104897788A; JP2015166725A; CN104897788B

Description

本発明は、液体クロマトグラフに関し、特に、互いに異なる複数のカラムと複数の移動相を切り替えて使用する液体クロマトグラフ、及びそれを用いた液体クロマトグラフ分析方法に関する。

液体クロマトグラフは、液体の移動相（溶離液とも呼ぶ）と、該移動相中に注入した試料とをポンプなどによって加圧してカラムを通過させ、試料中の各成分をカラム中での固定相（充填剤とも呼ぶ）及び移動相との相互作用（吸着、分配、イオン交換、サイズ排除など）の差によって分離して検出する分析装置である。

液体クロマトグラフにおいて、１つの試料に対して様々な条件での分析を行って該試料に最適な分析条件を探索することがある（以下、これをメソッドスカウティングと呼ぶ）。メソッドスカウティングでは、移動相の種類、カラムの種類、ポンプの流量、カラムを加温するためのカラムオーブンの温度等をパラメータに設定する。そのため、メソッドスカウティングを実施する液体クロマトグラフは、これらパラメータを切り替え可能に構成されている（特許文献１参照）。

図４にこうした液体クロマトグラフの一例を示す。図４の液体クロマトグラフ１は、送液部１０、オートサンプラ２０、カラムオーブン３０、検出部４０、これら各部をそれぞれ制御するシステムコントローラ５０、システムコントローラ５０を介した分析作業の管理や検出部４０で得られたデータの解析・処理を行う制御装置６０、制御装置６０に接続されたキーボードやマウスから成る操作部７１、ディスプレイから成る表示部７２を備える。カラムオーブン３０内には複数のカラム３２ａ〜３２ｆが設けられ、流路切替部３１、３３によりこれら複数のカラム３２ａ〜３２ｆが切り替えられる。送液部１０は、水やこれに様々な塩類を添加した水溶液（水系の溶媒）が収容された溶媒容器１１ａ〜１１ｄやメタノール、アセトニトリル、ヘキサンなどの有機溶媒（有機系の溶媒）が収容された溶媒容器１２ａ〜１２ｄが、脱気ユニット１３、１４及び溶媒切替バルブ１５、１６を介して送液ポンプＰ_Ａ及びＰ_Ｂに接続されている。水系の溶媒と有機系の溶媒は、必要に応じてグラジエントミキサー１７で混合され、これにより所定の組成の移動相が調製される。

送液部１０で調製された所定の組成の移動相は、オートサンプラ２０を経てカラムオーブン３０内の複数のカラム３２ａ〜３２ｆのいずれか一つに流入する。その際、オートサンプラ２０により移動相中に試料が注入され、該試料は移動相の流れに乗ってカラムを通過する。その過程で試料中の各成分が時間的に分離され、フォトダイオードアレイ（ＰＤＡ）検出器などの検出器４１が設けられた検出部４０にて順次検出される。

様々な分析条件での多数の試料の分析は、コンピュータで具現化される制御装置６０によって制御され、自動的に処理される。前記様々な分析条件は、制御装置６０内の分析条件設定部６２が管理する「メソッドファイル」と呼ばれるファイルに記述され、制御装置６０内の記憶部６１に記憶される。制御装置６０内のスケジュールテーブル作成部６３は、どの分析条件をどのような順序で実施するかを記述した表である「スケジュールテーブル」と呼ばれるデータのファイルを作成する。スケジュールテーブルは、列方向に分析の時系列を、行方向に分析対象試料やその分析条件を記載したものであり、前記分析条件としては上述のメソッドファイルが引用される。制御装置６０内の分析制御部６４は、このスケジュールテーブルにしたがって、所定のタイミングで各分析条件での分析が実行されるように液体クロマトグラフ１の各部を制御する。制御装置６０内のデータ処理部６５は、各分析条件での分析結果を取得してクロマトグラムの作成等の処理を行う。

特開２０１３−０２４６０３号公報

同一試料であっても移動相の種類によって得られるクロマトグラムが異なる。そのため、例えば、前回の分析とは移動相の種類を変えて試料分析を行うような場合に、カラム内に前回の移動相が残存していては正確な分析ができない。そのため、このような場合は、分析条件が安定し、分析を開始できる状態になるまで、「カラムの平衡化」と呼ばれる作業が必要になる。

「カラムの平衡化」は、カラム内の全体が同じ移動相で満たされた状態となるようにすることであり、カラム内に残存する前回の移動相の量が無視できる程度となるように数分〜数十分間、試料を含まない移動相をカラムに流し続ける。

液体クロマトグラフによるメソッドスカウティングのように、連続的に分析を行う場合では、分析に使用するカラムの種類や移動相の種類を変更する時点で「カラムの平衡化」の時間が確保される。その際、「カラムの平衡化」に要する時間は、従来、一律の時間とされていた。これは、「カラムの平衡化」に関する設定を簡略化し、ユーザを多数の分析条件の設定に集中させることに資するものである。

メソッドスカウティングで使用するカラムの種類や移動相の種類が少ない場合には、カラムの平衡化の実行回数も少なくて済むため、前記カラムの平衡化に要する時間は特に問題とならない。しかしながら、多数の種類のカラムや移動相を用いてメソッドスカウティングを行う場合には、カラムの平衡化の実行回数も多くなるため、該カラムの平衡化に要する時間がメソッドスカウティング全体の実行時間に及ぼす影響が大きくなり、これが分析時間を長大化させる一因となっていた。

本発明は上記の点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、多数の種類のカラムや移動相を用いてメソッドスカウティングのように連続的に分析を行う場合であっても、該分析に要する時間の長大化を抑えることのできる液体クロマトグラフ分析方法及び液体クロマトグラフを提供することにある。

上記課題を解決するために成された本発明に係る液体クロマトグラフ分析方法は、
複数のカラム及び複数の移動相を切り替える機能を備えた液体クロマトグラフを使用し、複数回の分析についてその分析条件及び実行順序を記述したスケジュールテーブルに従って試料の分析を行う液体クロマトグラフ分析方法であって、
a) 前記複数のカラムそれぞれの平衡化時間を記憶部に記憶させるステップと、
b) 前記スケジュールテーブルにおいて、連続して実行される二つの分析の間で使用するカラム又は移動相が異なる場合に、後の分析に使用するカラムの平衡化時間を前記記憶部から読み出すステップと、
c) 前記後の分析を行う直前に該分析に使用するカラムの平衡化を前記記憶部から読み出した平衡化時間に亘って行うステップと、
を有することを特徴とする。

また、上記課題を解決するために成された本発明に係る液体クロマトグラフは、
複数回の分析についてその分析条件及び実行順序を記述したスケジュールテーブルに従って試料の分析を行う液体クロマトグラフであって、
a) 複数の移動相の中から分析に使用する移動相を切り替える移動相切替手段と、
b) 複数のカラムの中から分析に使用するカラムを切り替えるカラム切替手段と、
c) 前記複数のカラムそれぞれの平衡化時間を記憶する記憶部と、カラムの平衡化を制御する平衡化制御部を含む制御手段と、
を備え、
前記スケジュールテーブルにおいて、連続して実行される二つの分析の間で使用するカラム又は移動相が異なる場合に、前記平衡化制御部が、後の分析に使用するカラムの平衡化時間を前記記憶部から読み出し、前記後の分析を行う直前に該分析に使用するカラムの平衡化を前記記憶部から読み出した平衡化時間に亘って行うことを特徴とする。

前記平衡化制御部は、前記後の分析に使用するカラムの平衡化時間の読み出しに失敗した場合に、該カラムの平衡化時間をデフォルトの値に設定するものとしてもよい。

上記構成から成る本発明に係る液体クロマトグラフ分析方法及び液体クロマトグラフによれば、カラム毎に予め記憶された平衡化時間だけカラムの平衡化を行うため、カラムの平衡化時間が必要最低限の時間となり、従来のような一律のカラムの平衡化時間を確保する場合に比べ、全体の分析時間を短縮することができる。

本発明の一実施例に係る液体クロマトグラフを説明する図。本実施例に係る液体クロマトグラフの分析順序を説明するフローチャート。本実施例において作成されるスケジュールテーブルを示す図。従来の液体クロマトグラフを説明する図。

以下、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

本実施例の液体クロマトグラフとそれを用いた分析方法を図１〜図３を参照しつつ説明する。図４と同じ構成要素については、同一の符号を付し、繰り返しの説明を省略する。

本実施例の液体クロマトグラフ１００は、従来の液体クロマトグラフ１と同様に、送液部１０、オートサンプラ２０、カラムオーブン３０、検出部４０、システムコントローラ５０、制御装置６０、操作部７１、及び表示部７２を備える。制御装置６０は、従来の液体クロマトグラフ１と同様に、記憶部６１、分析条件設定部６２、スケジュールテーブル作成部６３、分析制御部６４、及びデータ処理部６５を有することに加え、平衡化制御部６６を有する。送液部１０内の溶媒容器１１ａ〜１１ｄ、１２ａ〜１２ｄ及び溶媒切替バルブ１５、１６が本発明における移動相切替手段に相当する。また、流路切替部３１、３３が本発明におけるカラム切替手段に相当し、制御装置６０が本発明における制御手段に相当する。

本実施例の液体クロマトグラフ１００によるメソッドスカウティングを行う際には、予め複数のカラム３２ａ〜３２ｆそれぞれの平衡化時間を本実施例の液体クロマトグラフ１００の記憶部６１に記憶させておく。前記平衡化時間は、カラムの容量、カラム内の充填剤の種類などの情報から計算により設定した時間でも良いし、標準試料の測定を行って実験的に設定した時間でもよい。このようにして記憶部６１に記憶されるカラムの平衡化時間は、カラムの種類毎に異なるものとなる。

また、記憶部６１には、様々な分析条件を記述した複数のメソッドファイルが記憶されている。該メソッドファイルには、液体クロマトグラフ１００の各部の動作パラメータ、例えば分析に使用するカラムの種類や移動相の種類、ポンプの流量、及びカラムオーブンの温度等が記述されており、事前に操作部７１を介したユーザの指示に基づいて分析条件設定部６２で作成され、記憶部６１に記憶される。

メソッドスカウティングの実行に際しては、まず、スケジュールテーブル作成部６３が表示部７２の画面上に所定の設定画面（図示略）を表示し、ユーザによる操作部７１を介した入力を受け付ける。ユーザは、メソッドスカウティングで実行する複数回の分析のそれぞれについて、分析対象とする試料名とその注入量、並びに分析に用いるメソッドファイル名及び分析結果を保存する際のデータファイル名などを入力する（ステップＳ２１）。

スケジュールテーブル作成部６３は、ステップＳ２１でのユーザの入力に基づき、前記複数回の分析の実行順序を記述したスケジュールテーブルを作成する（ステップＳ２２）。これにより、例えば図３のようなスケジュールテーブルが作成される。

スケジュールテーブルが作成されると、メソッドスカウティングが開始され、スケジュールテーブルの分析番号１に記載された分析から順次、指定されたメソッドファイルに従った分析が実行される（ステップＳ２３）。

平衡化制御部６６は、スケジュールテーブルに記載された一連の分析において分析条件の変更時にカラム又は移動相の切り替えが必要か否かを確認する（ステップＳ２４）。分析に使用するカラムや移動相の情報は、スケジュールテーブルには直接的に記載されておらず、スケジュールテーブルが引用するメソッドファイル中に記載されている。そのため、平衡化制御部６６は各メソッドファイルにアクセスして分析に使用するカラムや移動相の確認を行う。

分析条件の変更が、サンプル試料の変更だけであるなど、カラム又は移動相の切り替えが必要ない場合、すなわち連続して実行される二つの分析で使用するカラム及び移動相が同じ場合には、カラムの平衡化が必要ないため、平衡化に関わる後述のステップＳ２５〜ステップＳ２７の処理を省略し、直ちにステップＳ２８へと進んで試料の分析を行う。

一方、カラム又は移動相の切り替えが必要な場合、すなわち連続して実行される二つの分析で使用するカラム又は移動相が異なる場合、平衡化制御部６６は、前記二つの分析のうち後に実行される方で使用するカラム（以下これを「選択カラム」と呼ぶ）の平衡化時間を記憶部６１から読み出す（ステップＳ２５）。例えば、図３に示したスケジュールテーブルにおいて、分析番号１及び２でそれぞれ引用されたメソッドファイルである「ファイル１」及び「ファイル２」では分析に使用するカラムとしてカラム３２ａが記述され、分析番号３で引用されたメソッドファイルである「ファイル３」では分析に使用するカラムとしてカラム３２ｂが記述されていた場合、分析番号２の分析条件から分析番号３の分析条件に切り替わる時に、分析に使用するカラムの切り替え（カラム３２ａ→カラム３２ｂ）が必要となる。そのため、平衡化制御部６６は、カラム３２ｂの平衡化時間を記憶部６１から読み出す。例えば、カラム３２ａの平衡化時間が１０分、カラム３２ｂの平衡化時間が８分と記憶されていた場合、選択カラムの平衡化時間である８分が記憶部６１から読み出される。

選択カラムの平衡化時間が記憶部６１に記憶されていない等の理由で選択カラムの平衡化時間の読み出しに失敗した場合、平衡化制御部６６は、選択カラムの平衡化時間をデフォルトの値に設定する（ステップＳ２６）。デフォルトの値としては、例えば、本実施例の液体クロマトグラフ１００で使用可能なカラムの平衡化時間の中で最長のもの（例えば２０分）を用いる。このように読み出しに失敗した場合の対策が施されていることにより、スケジュールテーブルに記載された様々な分析を停止させることなく連続処理できる。

平衡化制御部６６は、切り替えのタイミングで前記選択カラムの平衡化を前記選択カラムについて定められた平衡化時間に亘って行う（ステップＳ２７）。図３に示したスケジュールテーブルでは、分析番号２の分析が終了し、分析番号３の分析に切り替わるタイミングで、カラム３２ｂの平衡化を該カラム３２ｂについて定められた平衡化時間である８分間に亘って行う。従来設定されていた一律のカラムの平衡化時間が２０分であるとすると、このステップで一連の分析に要する時間が１２分短縮される。

選択カラムの平衡化が完了すると、分析制御部６４の制御の下に、該選択カラムを使用する新たな分析条件での試料分析が開始される（ステップＳ２８）。

試料分析が完了すると、分析制御部６４は、スケジュールテーブルに記載された全ての分析が完了したか否かを判定し（ステップＳ２９）、全ての分析が完了していなければ、ステップＳ２４に戻って上記各ステップを繰り返し実行する。一方、全ての分析が完了した場合は、スケジュールテーブルに従った一連の分析を終了する。

このように、本実施例の液体クロマトグラフ１００は、スケジュールテーブルに記載された一連の分析においてカラム又は移動相の切り替えが必要な場合、カラムの種類に応じて予め定められた時間に亘ってカラムの平衡化を行うため、カラムの平衡化時間が必要最低限の時間となり、一律のカラムの平衡化時間を確保する場合に比べ、全体の分析時間を短縮することができる。また、カラムの平衡化の間に使用される移動相が無駄に費やされることがない。さらに、カラムの使用時間を短くすることができるため、カラムの消耗を防ぐことができる。

また、メソッドスカウティングのためにスケジュールテーブルに記載される分析条件が多くなるほど、上述のようにカラムの平衡化の際に短縮される時間の総和は大きくなるため、メソッドスカウティングに要する時間の長大化を抑えることができる。

本実施例では、スケジュールテーブルに記載された一連の分析においてカラムの切り替えが必要な場合を説明したが、移動相の切り替えが必要な場合も同様である。例えば、図３に示したスケジュールテーブルに記載された一連の分析において、同じカラム３２ａを使用しつつ、移動相の切り替え（溶媒容器１１ａの移動相→溶媒容器１１ｂの移動相）が必要な場合に、平衡化制御部６６は、カラム３２ａの平衡化時間（１０分）を記憶部６１から読み出し、該平衡化時間に亘ってカラム３２ａの平衡化を行う。この場合においても、従来設定されていた一律のカラムの平衡化時間が２０分であるとすると、このステップで一連の分析に要する時間が１０分短縮される。

また、本実施例では、スケジュールテーブルに従った分析を開始した後、分析条件の変更毎に、カラムや移動相の切り替えの有無を確認する例を説明したが、カラムや移動相の切り替えを確認するタイミングはこれに限られない。例えば、スケジュールテーブルの作成時に、該スケジュールテーブルに記載された全ての分析で使用するメソッドファイルを確認し、各分析の前にカラムや移動相の切り替えが必要であるか確認してもよい。この場合、スケジュールテーブルの作成時にユーザが、平衡化時間が記憶部６１に記憶されていないカラムを用いるメソッドファイルを指定した時点で、その旨をユーザに警告する構成としてもよい。

１、１００…液体クロマトグラフ
１０…送液部
１１ａ〜１１ｄ、１２ａ〜１２ｄ…溶媒容器
１３、１４…脱気ユニット
１５、１６…溶媒切替バルブ
１７…グラジエントミキサー
２０…オートサンプラ
３０…カラムオーブン
３１、３３…流路切替部
３２ａ〜３２ｆ…カラム
４０…検出部
４１…検出器
５０…システムコントローラ
６０…制御装置
６１…記憶部
６２…分析条件設定部
６３…スケジュールテーブル作成部
６４…分析制御部
６５…データ処理部
６６…平衡化制御部
７１…操作部
７２…表示部

Claims

複数のカラム及び複数の移動相を切り替える機能を備えた液体クロマトグラフを使用し、複数回の分析についてその分析条件及び実行順序を記述したスケジュールテーブルに従って試料の分析を行う液体クロマトグラフ分析方法であって、
a)前記複数のカラムの種類それぞれに対応付けて、その種類のカラムを使用する際に必要な平衡化時間を記憶部に記憶させるステップと、
b)前記スケジュールテーブルにおいて、連続して実行される二つの分析の間で使用するカラム又は移動相の種類が異なる場合に、後の分析に使用するカラムの種類に対応する平衡化時間を前記記憶部から読み出すステップと、
c)前記後の分析を行う直前に該分析に使用するカラムの平衡化を、前記記憶部から読み出した該カラムの種類に対応する平衡化時間に亘って行うステップと、
を有することを特徴とする液体クロマトグラフ分析方法。
前記後の分析に使用するカラムの種類に対応する平衡化時間の読み出しに失敗した場合、前記カラムの平衡化時間をデフォルトの値に設定することを特徴とする請求項１に記載の液体クロマトグラフ分析方法。
前記平衡化時間は、前記カラムの容量又は前記カラム内の充填剤の種類の情報から計算により設定した時間、あるいは、標準試料の測定を行って実験的に設定した時間である、請求項１または２に記載の液体クロマトグラフ分析方法。
複数回の分析についてその分析条件及び実行順序を記述したスケジュールテーブルに従って試料の分析を行う液体クロマトグラフであって、
a)複数の移動相の中から分析に使用する移動相を切り替える移動相切替手段と、
b)複数のカラムの中から分析に使用するカラムを切り替えるカラム切替手段と、
c)前記複数のカラムの種類それぞれに対応付けて、その種類のカラムを使用する際に必要な平衡化時間を記憶する記憶部と、カラムの平衡化を制御する平衡化制御部を含む制御手段と、
を備え、
前記スケジュールテーブルにおいて、連続して実行される二つの分析の間で使用するカラム又は移動相の種類が異なる場合に、前記平衡化制御部が、後の分析に使用するカラムの種類に対応する平衡化時間を前記記憶部から読み出し、前記後の分析を行う直前に該分析に使用するカラムの平衡化を、前記記憶部から読み出した該カラムの種類に対応する平衡化時間に亘って行うことを特徴とする液体クロマトグラフ。
前記後の分析に使用するカラムの種類に対応する平衡化時間の読み出しに失敗した場合、前記カラムの平衡化時間をデフォルトの値に設定することを特徴とする請求項４に記載の液体クロマトグラフ。
前記平衡化時間は、前記カラムの容量又は前記カラム内の充填剤の種類の情報から計算により設定した時間、あるいは、標準試料の測定を行って実験的に設定した時間である、請求項４または５に記載の液体クロマトグラフ。