JPH0273152A - 液体クロマトグラフ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、液体クロマトグラフに係り、特に小さな分析
部を有し微量試料を分離分析するに好適な液体クロマト
グラフに関する。

〔従来の技術〕

従来の液体クロマトグラフは、キャリヤ液送液部、試料
注入部、分離カラム、検出器等がそれぞれ個別に構成さ
れ、各ユニットが管を介して接続される構造となってい
た。しかし、このような構造では分析装置のミクロ化を
進めるために種々の技術的に困難な問題を解決しなけれ
ばならない。

一方、ガスクロマトグラフの分野では、ミクロ化のため
のいくつかの提案がなされている。例えば、アイ・イー
・イー・イー、トランザクションオン　エレクトロン　
デバイシズ、イー　デー２６　（１９７９年）第１８８
０頁〜第１８８６頁（ＩＥＥＥ、Ｔｒａｎｓ、Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅｓ、　Ｅ　Ｄ　−２６（１９７
９）ＰＰ１８８０〜１８８６）においては、シリコン基
板上にキャピラリカラムを形成したガスクロマトグラフ
が示されている。また、特開昭６１−２６２６５９号は
シリコン・ウェハー上に熱伝導映出装置を形成したガス
クロマトグラフを示している。

〔発明が解決しようとする課題〕 液体クロマトグラフでは、分離カラムに試料を導入する
ときに溶離液流路を切換える必要があるので、上述した
従来技術に示されているガスクロマトグラフの構成をそ
のまま適用しても分析部のミクロ化が達成し難く、流路
構成も複雑となる。

本発明の目的は、試料成分分離機能を備えた分析部を極
めて小形に構成できるにもかかわらず、取扱いの容易な
液体クロマトグラフを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明では、基板にキャピラリ流路を形成し、このキャ
ピラリ流路の下流側に検出部を配置し。

上記キャピラリ流路の入口端および出口端が開口するよ
うにキャピラリ流路を被って分析部チップを構成し、こ
の分析部チップを試料導入路、溶離液Ｉ導入路および液
体排出路を備えた枠体の中に運動可能に配置したことを
特徴とする。

〔作用〕

本発明では、試料成分分離機能と検出機能を有する分析
部チ°ツブを枠体の中で運動し得るように配設したこと
により、分析部自体が一切貫弁の働きを兼ねることがで
き、流路の切換えが簡単に行える。また１分析部の構成
が簡単になることに伴つて小形化も容易に達成される。

〔実施例〕

本発明の望ましい実施例では、シリコン又はガラスから
なる基板上に、試料導入領域、分離カラムおよび検出部
を設け、試料導入領域および分離カラムを形成するキャ
ピラリー流路はエツチング処理した溝で構成する。この
溝は基板上に平板を接合することによって流路とする。

基板と平板からなる分析部チップは、好ましくは円盤状
に形成された剛体によって両側面が挟み込まれる。チッ
プと剛体が一体化された集合体は、ロータリ式切換弁の
ロータと同様に動作させることができる。

分析部チップを剛体で挟んでロータを構成したことによ
り、分析部チップの機械的脆弱さを保護することができ
る。分析部チップのキャピラリカラム溝が剛体の流路を
連通した状態で分析部チップと剛体とは固着又は一体化
されている。ロータは固定設置される枠体の中に配設さ
れるので、枠体を介して外部の送液装置等と流路接続す
ることができる。このような構成では、送液装置等との
配管が容易になる。

以下図面を参照して本発明の実施例について説明する。

まず、第９図によって本発明を適用する液体クロマトグ
ラフの全体流路の概念を説明する。

第９図において、試料導入部２２の一部、キャピラリカ
ラム流路２１及び検出部２３はシリコンあるいはガラス
からなる基板を備えたチップ２０中に形成されている。

Ｕ字形の試料導入部２２の２つの端部のうちの一端には
溶離液３０１と試料３００を選択的に導入するための切
換え弁５０ａが接続され、他の一端には開放配管１２６
ａと封止配管１２６ｂを選択的に接続する切換弁５０ｂ
が接続される。分離された成分の検出端である検出部２
３には、制御装置８１とデータプロセサー等の出力装置
８０が配線されている。試料３００はシリンジ又は注射
器９０によって流路内に導入され、余分な試料は開放配
管１２６ａから排出される。溶離液３０１は、送液ポン
プ６０によって送液され、チューブ１２６を経てチップ
２０内の流路を通ったあと、ドレイン５５から排出され
る。

後述するように、チップを有するロータと枠体とが切換
弁５０ａ、５０ｂの働きをする。

次に第１図〜第８図を参照して本発明の一実施例を説明
する。

第１図は、分析部チップ２０が一体的に組み込まれた円
盤状集合体ロータ１０を有する分析計本体の概略分解図
である。ベース１１１、ボディ１１４、ボディ１１６．
ステータ１１２が枠体を構成しており、固定設置される
。ロータ１０と枠体とが第９図に示す切換弁５０ａ、５
０ｂの働きをする。送液ポンプ６０は枠体の外に設置さ
れる。

チップ２０とそれも挟むように一体化された剛体で構成
された円盤状の集合体ロータ１ｏは、ベース１１１とロ
ータ受け１１３の間に設置され、第１のボディ１１６、
締付調製リング１１５．第２のボディ１１４、およびベ
ース１１１が、固定ネジ１２０によって固定される。ス
テータ１１２はベース１１１に固定設置される。ロータ
１ｏはロータ受け１１３を介してシャフト１１７に固定
される。ロータ１０は、ヘッド１２２及びヘッドつまみ
１２３に加えられた回転力をシャフト１１７及びロータ
受け１１３を介して受は回転する。シャフトピン１２１
はシャフト１１７とロータ受け１１３が滑らないように
接続するものである。円盤状集合体１０とステータ１１
２との間に加えられる力はスプリング１１８、締付調整
リング１１５と固定ネジ１２０により加減できる。第１
のボディ１１６の内部には、ロータ受け１１３が回転し
やすいようにベアリング１１９が入っている。また、シ
ャフト１１７とヘッド１２２の固定にはヘッド取付ネジ
１２４を用いる。

溶離液及び分析試料はベース１１１に設けられた４つの
配管用継手１２５ａ〜１２５ｄ及び配管１２６を経由し
てステータ１１２に流入し、円盤状集合体１０に到る。

これらの継手は第７図に示すＩ〜■の数字に対応する。

試料はシリンジ等によりマニュアル操作で配管用継手１
２５ａより注入してもよいし、オートサンプラと組み合
せてもよい。

第２図は、第１図の実施例に用いられる円盤状集合体ロ
ータ１０の中に組込まれる分析部チップ２０の平面図を
示し、第３図は、分析部チップ２０における基板２０ａ
と平板２０ｂによって形成されるキャピラリ流路の状態
を説明するための断面図である。

第２図において、シリコン板又はガラス板からなるＪｉ
Ｆｉ２０ａの表面には、キャピラリ溝２１が渦巻状に形
成されており、キャピラリ溝２１の上流側には、試料導
入部２２の一部を形成する試料受入領域２２ａとなるキ
ャピラリ溝が設けられており、キャピラリ溝２１の下流
側には、導電率計（電気伝導度検出器）又は電気化学的
検出器等の検出端からなる検出部２３がキャピラリ溝２
１に沿って配置されている。キャピラリ溝２１の大部分
の領域は試料の成分分離用カラムとして作用する。これ
らの溝は、半導体素子の製造時に通常用いられているリ
ソグラフィーとエツチングにより形成される。基板２０
ａの溝２１が形成された表面上には基板とほぼ同じ大き
さの平板が接合され、流路が構成される。

第３図に示すように、キャピラリ溝２１には基板２０ａ
と平板２０ｂを接合する前に熱酸化等によりシリコンの
酸化物！！ｊ２１０を形成した後、シリコンあるいはガ
ラス基板等からなる平板２０ｂを陽極結合法等により接
合することで分析部チップ２０を作製する。その後、通
常の液体クロマトグラフで使用される固定相２１１を液
相法あるいは気相法でキャピラリ２１内面に形成する。

第４図は、第２図における検出部２３の部分拡大図を示
しており、第４図（Ａ）が平面部分断面図、第４図（Ｂ
）がそのＢ−Ｂ断面図であるにこでは、電気伝導度検出
器の例を示した。電極３００は、キャピラリ溝２１の端
部に近い下流側に設けられる。例示した３個の電ｔＩ３
００は、いずれも平板２０ｂに形成されている。この例
では、平板上にプラチナを蒸着したあとリソグラフィー
により形成した。プラチナは化学的に安定であること及
び触媒作用を有することなどから選択したが、化学的に
安定であればこれに限るものではない。電極表面積は検
出部のキャパシタンスと関係するため、各電極チャンネ
ルの幅は５〜１０μｍ、作用電極の表面積は１００〜２
００μ−にするのが良い。この時の検出器の容量は０．
５〜１６２ＰＱとなる。

試料導入部２２よりキャピラリカラム溝２１に導びかれ
た試料は、キャリアである溶離液とともにキャピラリ内
を移動しながら、各成分ごとに分殖され検出部２３に到
達する。この時、プラチナ電接３００間に溶離液中の電
解質組成に応じた高周波交流電圧を印加しておくと、イ
オンの濃度に比例した電流が流れる。この電流は、レコ
ーダ上にイオンの濃度に比例したクロマトグラムとして
記録される。また、′電極の１本をリファレンスとする
と電気化学的検出器としても使用可能である。

第５図および第６図は、第１図の実施例で使用される円
盤状集合体ロータ１０の具体化例を示しており、第５図
はロータの縦断面図であり、第６図は第５図において底
板１１および４本のネジ１５を除いたときの平面図であ
る。

第５図および第６図において、円盤状集合体１０は、ス
テンレス鋼あるいはセラミックス等の剛体からなる円盤
状の底板１１及び２［の上板１２．１３とこれに挟みこ
まれた基板２０ａと平板２０ｂの接合体からなるチップ
２０より構成される。チップ２０及び円盤状の２層の上
板１２゜１３には、試料受入領域２２ａと連通ずるため
の流路１４が形成される。また、チップ２０にはチップ
２０内に設けられた検出器への電源及び出力コード４０
が接続され、円盤状上板１３にはステータ１１２、ベー
ス１１１を介して接続される配管と連通ずる孔１，２，
３．４が面上に開いている。このうち、孔１及び２は流
路１４と連通しているが、孔３及び４は互いに連通しバ
イパス９を形成している。底板１１、チップ２０、上板
１２及び１３はネジｌ　５　Ｑ　”　ｄにより固定され
る。

底板１１、上板１２．１３を固定するためのネジ１５　
ａ　〜１５　ｄに対応するネジ穴ＩＧａ〜１６ｄが各板
に設けられている。分析部チップ２０内の検出部２３へ
の電源コード４０ａと出力コード４０ｂが平板２０ｂ側
に接続されている。

第７図は、第１図の実施例における溶離液および分析試
料の流れを模式的に示したものである。

第７図において、■〜■の数字は流路切換え弁等のベー
ス１１１に設けられる継手の番号を示しており、■には
試料導入配管、■には末端が開放の配管、■には溶離液
導入配管が接続され、■は封止される。また１〜４の数
字は円盤状集合体ロータ１０の上板１３の面上に開けら
れた孔であり、孔１及び２はチップ２０の試料導入部２
２、キャピラリ２１と通じている。第７図（ａ）は試料
導入配管と孔１と、開放配管と孔２とが接続した状態で
ある。この状態で、大気圧よりやや高い圧力でＩの試料
導入配管より試料を注入する。試料は孔１より流入し１
円盤状集合体１０内の流路１４及びチップ２０内の試料
導入部２２を満たし、■の開放配管から滴下する。

しかし、この状態では低圧であるため試料はキャピラリ
２１までは侵入できない。

円盤状集合体１０を反時計方向に４５゛回転すると第７
図−（ｂ）のようになり、さらに４５゛回転すると第７
図−（ｃ）に示す状態となる。この時には、円盤状集合
体１０の孔１は■の溶離液導入配管と、孔２は■の封止
部と接続する。この状態で、■の溶離液導入配管に、瞬
間的に圧力をかけて溶離液を導入すると孔２は封止され
ているためチップ２０内の試料導入部２２内を満たして
いる試料は、試料導入部２２と連通しているキャピラリ
溝２１に、１部侵入する。この後、さらに反時計方向に
４５゛回転し、第７図−（ｂ）に示す状態にし、■の溶
離液導入配管より溶離液を送液する。こうすることで、
チップ２０内の試料受入領域２２ａ及び流路１４に残存
している試料を孔１を経由して、開放配管■より流出さ
せる。

次に１円盤状集合体１０を時計方向に４５°戻すと第７
図−（ｅ）に示すようになる。この状態は上記した第７
図−（ｃ）と同じである。■の溶離液導入配管より、キ
ャピラリ′ａ２１の流路抵抗での圧力損失よりも大きい
圧力で溶離液を送液すると、溶離液は試料受入領域２２
ａを経てキャピラリ溝２１に流れ込み、試料とともにキ
ャピラリカラム溝内を移動し、検出部２３を経てギヤピ
ラノ２１末端より排出される。この、キャピラリ２１の
移動中に試料中の各成分は分離される。分離された各成
分は検出器２３に到達し、検出器２３からは各成分の濃
度に応じた信号が信号コード４０ｂを介して出力される
。

分析が終了した後、円盤状集合体１０を時計方向に９０
°回転すると、第７図−（ｆ）の中間段階を経て第７図
−（ａ）初期段階に戻る。このようにして、円盤状集合
体１ｏを回転することにより次々と試料を分析できる。

本実施例装置を、オートサンプラ、ソレノイドあるいは
空気力駆動流路切換え弁と組合せることにより全自動の
分析装置を構成できる。

第８図は、本発明の実施例で使用されるパルス圧注入法
による分離カラムへの試料導入方法を模式的に示したも
のである。

第８図において、（ａ）は試料導入部２２の両端を開放
し、一端からポンプあるいはシリンジ等を用いて試料導
入部２２内に試料３００を注入し、満たした状態を示し
ている。次に、試料導入部２２の一端を閉じておき、他
端から試料を短時間加圧すると、試料３００は圧力と時
間の積に比例した量だけキャピラリカラム流路２１内に
注入される。（ｂ）はこの状態を示している。さらに。

第８図（ｃ）のように試料導入部２２の両端を開放し、
他の一端からキャリア液３０１を注入して、試料導入部
２２内に残存する試料を洗い出す。この時には、試料３
００はキャピラリ流路２１０入口付近に滞留した状態で
ある。最後に、第８図（ｄ）のように試料導入部２２の
一端を閉じ、他端よりキャリア液３０１を圧入すると、
キャリア液３０１はキャピラリ流路２１内に浸入し、試
料３００とともにキャピラリカラム流路２１の出口に向
かって移動することになる。

次に、本発明の第２の実施例について第１０図を参照し
て説明する。第１０図では分析部を含んだ円盤状集合体
ロータ１ｏを示しており、他の構成は第１図の実施例と
同様の構成であるので図示を省略しである。

第１０図において、分析部チップ２０は、セラミックあ
るいはプラスチックのようなモールド材４１でモールド
されロータ１０内に埋め込まれた構造となっている。モ
ールド材にはチップ２ｏの試料受入領域２２ａと連通ず
るための流路１４が形成される。本実施例によれば１円
盤状集合体１０を半導体素子等の製造工程と同様にして
製造できるので、円盤状集合体１０間のバラツキを小さ
くできる効果がある。

第１１図および第１２図は、本発明の第３の実施例にお
ける円盤状集合体ロータの構成を示している。この例で
もロータ１０以外は第１図の実施例と同様の構成である
。第１１図は縦断面図、第１２図はその平面図である。

円盤状上板１３に設けられた連通孔１〜４は、円盤状上
板１３の側面に開いている。本実施例によれば小形で機
械的に脆弱なチップを円盤状の剛性体が保護するため、
取扱いが容易になる。

第１３図〜第１５図を参照して本発明の第４の実施例を
説明する。第１３図は本実施例における円盤状集合体１
０の断面図であり、第１４図はその平面図である。第１
４図では上板１２’、１３’を除いて示しである。本実
施例における円盤状集合体１０は固定用のネジ穴１６ａ
〜１６ｄを除いて左右対称形となっており、連通孔１ａ
及び１ｂが、円盤状上板１２．１２’　を貫通して開口
した構造となっている。流路１４はチップ２０の試料導
入部２２と直列に接続される。

本実施例における連通孔１ａ、ｌｂはロータ１０上では
１対だけ設けである。

第１５図は第１３図に示した実施例の円盤状集合体ロー
タ１０を切換弁として組み込んだ場合の、溶離液と試料
の流れを模式的に示したものである。

第１５図においてＩ〜■の数字は流路切換弁等のベース
１１１に設けられる継手の番号を示しており、Ｉａ及び
Ｉｂにはそれぞれ試料の導入管と排出管が、Ｉ［ａには
溶離液の導入管が接続され、ｎｂは封止される。ｎｌａ
及びｍｂには溶離液等の導入管と排出管が、ｌＶａには
溶離液の導入管が接続され、■ｂは封止される。

まず、第１５図−（ａ）に示す状態で、試料導入管Ｉａ
から、試料を大気圧よりやや高い圧力で封入し、流路１
４及びチップ２０内の試料注入部２２内を満たす。この
時、試料はキャピラリの流路抵抗のためにキャピラリ２
１内には侵入しない。

その後、円盤状集合体１０を時計方向に４５°回転させ
、第１５図−（ｂ）に示す状態にする。円盤状集合体の
孔１ａは溶離液の導入管１１ａと接続され、孔１ｂは封
止される。この状態で、溶離液を瞬間的に高圧で送液す
ると、試料は試料４人部２２と連通しているキャピラリ
２１に一部侵入する。

次に、円盤状集合体１ｏをさらに時計方向に４５°回転
させ第１５図−（ｃ）に示すようにする。この状態では
孔１ａ及び１ｂは溶離液の導入、排出管ＩＩｒａ及びｍ
ｂと接続されるので、溶離液を送液し、流路１４及び試
料導入部２２に残存している試料を洗い出す。さらに、
円盤集合体１０を４５°回転させ、第１Ｓ図−（ｄ）に
示す状態にする。この鋳孔１ａは溶離液導入管ｒＶａと
接続され、１ｂは封止される。この時、溶離液をキャピ
ラリ２１の流路抵抗よりも高い圧力で送液すると、溶煎
液は試料導入部２２を経てキャピラリ２１に流入する。

試料は溶離液とともにキャピラリ２１内を移動し、分離
・検出される。このような第１３図の実施例によれば円
盤状集合体に液体を導く孔がｌａ、ｌｂだけで良いため
、構造が簡単になるという効果がある。

第１６図は、試料導入から測定までを自動的に行うとき
の構成例を示す図である。分析部チップ２０が組み込ま
れた流路切換弁方式の分析計本体３ｏは、チップ２０を
含む流路切換え弁３０は、モータ３１及び図示しないモ
ータ駆動・制御用基盤を内蔵したハウジング４０に固定
される。そして、分析計本体３０のシャフト１１７はモ
ータ３１の軸３２と連結される。モータ３１は回転方向
及び回転角度が図示しない回路により駆動制御されるた
め、オートサンプラと組み合せることにより自動化がで
きる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、分析部を小形にで
き、取扱いも容易な液体クロマトグラフを実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の分析部の慨略分解図、第２
図は第１図の実施例に用いられる分析部チップを説明す
るための平面図、第３図はキャピラリ流路の断面図、第
４図は分析部チップ内の検出部の拡大図、第５図は円盤
状集合体ロータの断面図、第６図は第５図の平面図、第
７図は第１図の実施例における液体の流れの模式図、第
８図はパルス圧注入法を説明するための模式図、第９図
は液体クロマトグラフの全体流路概念図、第１０図は本
発明の第２の実施例のロータの説明図、第１１図は本発
明の第３の実施例のロータの断面図、第１２図は第１１
図の平面図、第１３図は本発明の第４の実施例のロータ
の断面図、第１４図は第１３図の平面図、第１Ｓ図は第
４の実施例における液体の流れを示す模式図、第１６図
は本発明を適用した液体クロマトグラフを自動化したと
きの構成例を示す図である。 １０・・・円盤状集合体ロータ、１１・・・底板、１２
゜１３・・・上板、２０・・・分析部チップ、２０ａ・
・・基板、２０ｂ・・・平板、２１・・・キャピラリ溝
、２２・・・試料導入部、２３・・・検出部、１１１・
・・ベース、１１２第 困 第４日 墓 λ 図 ０ＣＬ （（Ｌ） （ｂン （Ｃ） （よ） 高１０図 墓 １１図 第 １′Ｌ図 ｂ 高 ｑ図 高 ３図 率 ４日 」↓

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板にキャピラリ流路を形成し、このキャピラリ流
   路の下流側に検出部を配置し、上記キャピラリ流路の入
   口端および出口端が開口するように上記キャピラリ流路
   を被つて分析部チップを構成し、この分析部チップを試
   料導入路、溶離液導入路および液体排出路を備えた枠体
   の中に運動可能に配置したことを特徴とする液体クロマ
   トグラフ。 ２、溶離液を流通し得るキャピラリ溝を形成し検出部を
   設けた基板に、上記キャピラリ溝を被う被覆板を接合し
   て分析部チップを構成し、上記分析部チップを枠体の中
   に配置し、溶離液送液装置を上記枠体の外に配置したこ
   とを特徴とする液体クロマトグラフ。 ３、特許請求の範囲第２項記載の液体クロマトグラフに
   おいて、上記分析部チップを円盤状に形成した剛体で挟
   んで一体化したロータを設け、このロータを上記枠体の
   中で回動可能に配置し、この回動動作によつて流路を切
   り換えることを特徴とする液体クロマトグラフ。 ４、特許請求の範囲第２項又は第３項記載の液体クロマ
   トグラフにおいて、上記キャピラリ溝は試料成分の分離
   に適した表面処理が施されていることを特徴とする液体
   クロマトグラフ。 ５、特許請求の範囲第２項又は第３項記載の液体クロマ
   トグラフにおいて、上記検出部は電気化学的検出器又は
   電気伝導度検出器の検出端であることを特徴とする液体
   クロマトグラフ。