JPH0755782A - 液体クロマトグラフにおける移動相の温度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】カラムからの熱に起因する測定結果の不正確さ
を解消し得る液体クロマトグラフにおける移動相の温度
制御装置を提供する。 【構成】注入器とカラム３の入口に連接される流入用細
管１と、カラムの出口と検出器に連接される流出用細管
２とを、一部において互いに熱接触するように配置し、
カラムから出て検出器に導入される高温（又は低温）の
液体の熱を、注入器から入る低温（又は高温）の液体に
伝導して、検出器における測定の正確さを阻害する熱を
除去すると共に、カラムに流入する液体を最適な分離温
度に近づけて、該液体の温度調整に必要な加熱（又は冷
却）用電力を減少する。このカラム３は、該カラムに熱
的に連接されたレシービィングピース７、及び該ピース
の底面に設けられ、温度制御ユニット１３で供給電力の
制御がなされる加熱体（又は冷却体）によって加熱（又
は冷却）されて、温度調整される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液体クロマトグラフに
おける移動相を温度制御するための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及びその問題点】液体クロマトグラフのカ
ラム中での分離工程は温度依存性である、言い換えれ
ば、分析されるサンプル物質のクロマトグラフ保持時間
は温度の関数である。また、クロマトグラフの分離能
力、すなわち種々のサンプル物質に対応するクロマトグ
ラムにおける様々なピークの分離は、温度の関数である
から、特定の分離問題についての最良の条件を調整する
ために温度の選択を系統的に利用することができる。再
現性のあるクロマトグラフの結果を確実に得るために
は、分離工程を通じて温度が一定に維持されることが好
ましい。カラム床における温度勾配がクロマトグラフ的
に乱されるのを最低限にするために、入ってくる溶媒流
の温度をカラムの温度に適合させる手段を備えたクロマ
トグラフが知られている。多くのクロマトグラフの適用
においては２５℃〜１００℃の範囲の温度が利用され
る。

【０００３】液体クロマトグラフにおける移動相を温度
制御するための装置は、ＥＰ−Ａ１００４３９４６によ
って知られている。この公知の装置においては、分離カ
ラムは熱絶縁材料よりなるハウジング中に配置されてお
り、このハウジング内ではファンによって空気が循環さ
る。ハウジング中で循環される空気は、電気的加熱体を
通過するときに加熱され、この後、カラムを通過してカ
ラムの温度を上昇させる。カラム中に流入する液体の予
熱を行うために、カラムの入口に連接された流入細管の
一部が加熱体の内側に配置される。分離されたサンプル
物質と共にカラムから流出する溶媒流は次に適当な検出
器、例えば吸光度検出器に導かれる。

【０００４】液体クロマトグラフィーに主として利用さ
れる検出器は、温度に対して敏感なので、測定の正確さ
が温度効果によって阻害される虞れがある。例えば、普
通に起こる問題は、溶媒と検出器のセルとの温度差によ
って生じる屈折率の変動である。これらの変動は不都合
なことに測定された吸光度シグナルにノイズをもたら
し、この妨害ノイズのレベルは温度差の増大とともに高
くなる。

【０００５】クロマトグラフの選択性と分離能力を悪化
させる外部へのバンドの広がりを小さく保持しなければ
ならないことを考慮すると、カラムの出口と検出器との
間の通路はできるだけ短いことが必要である。この短い
通路のために、高温で操作されるカラムからの溶媒は検
出器に大量の熱負荷を伝導することとなり、前述の問題
は非常に有害となる。この問題に対処するための公知の
方法は、熱の少なくとも一部を検出器の周囲の空気に放
散させることによって温度差が減少するような特別の熱
交換器を検出器に備えることである。しかし、このアプ
ローチは、結果としてより高い外部へのバンドの広がり
を生じさせる、特別の細管を必要とし、機器をより複雑
で高価なものにする。

【０００６】

【発明の目的】本発明は、上述の問題を解決する液体ク
ロマトグラフの分離カラムの温度制御装置を提供するこ
とを目的とする。本発明の装置は、設計が比較的簡単
で、少なくとも小型化し、広い応用範囲にわたり、カラ
ムからの熱の伝導に関する前述の問題を解決する。

【０００７】

【発明の概要】本発明によれば、液体クロマトグラフの
注入器から来てカラムの入口に連接される流入用細管
と、カラムの出口に連接されて検出器に導かれる流出用
細管とが、２つの細管の間で熱交換を行うことができる
ように、その長さの部分に沿って互いに熱接触するよう
に配置されている。このようにして、高温においてカラ
ムから出てくる液体が伝導する熱の大部分を発散させ、
測定の正確さを阻害する有害な熱を避けるか、少なくと
も実質的に減少させる。同時に、カラムに流入する溶媒
がカラムから流出する液体によって予熱され、本発明に
関連するその他の効果と相俟って、移動相を所望の温度
にするのに必要な加熱電力を、従来技術の温度制御装置
に比して減少する。

【０００８】本発明によれば、カラムは、温度に影響を
及ぼす手段によって所望の温度にまで加熱することがで
きるレシービィングピースと熱的接触状態に保持され
る。そして上記の流入用細管と流出用細管との間の熱的
結合（thermal coupling）のために、カラムに流入する
液体は予熱される。

【０００９】本発明の実施態様によれば、２つの通常の
円形細管の壁面同士を結合することによって熱交換器を
実現することができる。この実施態様は、製造するのが
簡単で、かつ特殊な部品を必要としないという利点を有
する。もう１つの実施態様によれば、細管は熱交換部分
の接触面積が増大するように長い横断面形状を有する。

【００１０】本発明は、クロマトグラフ分析の作動温度
範囲を拡張し、温度を下げるためにカラムを冷却すると
きにも、特別の利点がある。代表的な冷却体、例えばペ
ルチェ体（Peltier elments）は比較的効率が低いの
で、電力の消費を保持し、かつ電力に関する要求を小さ
くするためには、冷却電力の回収が特別に重要である。

【００１１】移動相が加熱されるような本発明の応用に
おいては、温度に影響を及ぼす手段はレシービィングピ
ースに結合されたフラット−フォイル加熱体であればよ
く、この加熱体は温度制御装置の設計を機械的に簡単に
するのに寄与する。温度に影響を及ぼす手段は、レシー
ビィングピースに接触した温度センサーを備えた制御ル
ープと、測定された温度と所望の温度との差異に応答し
て抵抗加熱体に出力電流を供給する制御可能な電源とを
備えていればよい。本発明の実施態様においては、抵抗
加熱体に供給される電流の制御は、電力消費量を減少さ
せる利点を有するパルス幅変調を利用して行われる。

【００１２】入ってくる移動相に熱エネルギーをより効
率的に伝導させるために、流入用細管を、レシービィン
グピースの凹部に配置することができ、この場合、細管
を備えた凹部を補足的にハンダで充填する。移動相の温
度の高速応答制御を確実にするために、流入用細管に密
接して、好ましくは細管が配置されている凹部の上に温
度センサーを配置する。

【００１３】本発明の構成概念を要約すると、流入用及
び流出用細管をその長さのある部分に沿って互いに接触
するように配置することによって効率的な熱交換を実現
することができ、しかもこの熱交換はいずれにしても液
体クロマトグラフで必要な構成部品、すなわち流入用細
管と流出用細管を利用する非常に簡単な構成となってい
る。本発明によれば、それ以外の配管は不要であり、こ
のため外部へのバンドの広がりはそれ以上にはならな
い。本発明による温度制御装置は、いくつかの理由によ
って非常に効率的な熱交換を提供する。この理由の第１
は、本発明における液体（流入する液体と流出する液
体）の間の熱交換は通常の温度制御装置における液体と
空気の間の熱交換よりもずっと効率的なことであり、第
２の理由は、小さい内径を有する細管の利用が細管の壁
面から移動相への熱伝導を実質的に向上させる結果にな
ることである。

【００１４】

【実施例】図１は、液体クロマトグラフにおける移動相
を温度制御するための本発明の第１の実施態様を示して
いる。円筒形状の分離カラム３は、Ｕ字型の断面を有す
る長いレシービィングピース７中に配置されている。レ
シービィングピース７は、良好な熱伝導性を有する材
料、例えばアルミニウムで作られている。代表的には金
属、例えばステンレス鋼製の外管よりなるカラム３は、
レシービィングピース７と良好な熱接触をするように配
置されている。金属製のレシービィングピース７は、オ
ペレーターがカラムを容易に取り外すことができるよう
に、凹部１２を備えている。

【００１５】レシービィングピース７は、金属製のレシ
ービィングピース７自体及び金属製のカラム３を周囲温
度より高いか、あるいは低い所望の温度に調節するため
に、温度に影響を及ぼすシステムに連接されている。本
発明の１つの実施態様においては、温度に影響を及ぼす
システムは、Ｕ字型金属レシービィングピース７の中間
部分の底面に配置されている電気抵抗加熱器及び薄いフ
ォイルに埋め込まれた導電路を有する平坦なフォイル加
熱体を含んでいる。

【００１６】この抵抗加熱器によってレシービィングピ
ース７中で造り出される温度は、温度制御ユニット１３
からライン１４を経由して抵抗加熱器に供給される電流
によって制御することができる。ユニット１３からの電
流の供給は、金属レシービィングピース７に接触してい
る温度センサー１５によって測定される金属レシービィ
ングピース７の実際の温度に応答して行われる。所望の
温度値は、入力手段１７を経由してユーザーによって調
節することができる。この所望の温度値に対応するシグ
ナルが、ライン１６を経由して供給される実際の測定温
度を示すシグナルと、温度制御ユニット１３によって比
較される。そして所望の温度と実際の温度との差異に対
応して抵抗加熱器に供される電流が制御される。本発明
の１つの好ましい実施態様によれば、温度制御ユニット
１３は、パルス幅制御モードで作動する。すなわち、周
波数は一定であるが、パルス幅が変動するパルスとして
電流が抵抗加熱器に供給される。パルス幅は、金属レシ
ービィングピース７の温度が所望の数値に維持されるよ
うに、制御ユニット１３によって調節される。実例によ
れば、パルスは、３２マイクロ秒までのパルス幅で、３
０ＫＨｚの一定速度で発生する。パルス幅制御モード
は、他の制御モードと比較して電力の消費が低いという
利点を有している。

【００１７】本発明のもう１つの実施態様によれば、周
囲温度よりも高い温度及び低い温度を調節することが可
能で、冷却体が例えばペルチェ体であり、金属レシービ
ィングピース７に熱接触している加熱と冷却を組み合わ
せたシステムを提供することができる。

【００１８】図１に示されるように、カラム３は細管１
及び２をそれぞれカラムに連接するための端部取付け部
材８及び９を有する。細管１は、クロマトグラフィーに
よって分析される溶媒及びサンプルをカラムに導入する
流入用細管であり、細管２は溶媒とクロマトグラフィー
によって分離されたサンプルを流出させて検出器、例え
ば光検出器、蛍光検出器、電気化学的検出器又は屈折率
検出器に供給する流出用細管である。図１に示される流
入用細管１は、図３（ｂ）及び図３（ｃ）を参照して更
に詳細に説明すると、金属レシービィングピース７の底
面と良好な熱接触を行って配置されている。

【００１９】本発明の重要な態様によれば、２つの細管
１及び２は、領域４において互いに接触しており、この
ため２つの細管の間の良好な熱伝導が可能である。図示
する実施態様では、２つの細管は互いに接触され、ハン
ダによって連結される。細管が互いに接触している領域
４は、一般には約１３ｃｍの長さを有する。従って、移
動相が加熱されるようなクロマトグラフの応用において
は、流出用細管２によりカラム３から流出する液体が、
流入用細管１によりカラムに流入する液体に対して熱を
放散する。このように、カラムに入る液体が予熱される
ので、金属レシービィングピース７の電気的加熱に必要
な電力が少なくてすむ。その上、カラムから出ていく液
体の温度が低下するので、検出器に伝導される熱量が減
少する。

【００２０】図２は、領域４における２つの細管の連接
を説明するために、細管の長軸に垂直な平面Ａに沿った
断面を示している。図示する細管１及び２は、円形の断
面を有し、互いの外面に接触している。本発明の実施例
における細管は、約０．１７ｍｍの内径と、０．６ｍｍ
の外径を有する。細管の間の間隙は、ハンダ５で充填さ
れている。ハンダ５は、細管の間の固定のために役立つ
が、同時にそれらの間の熱的結合を増大させる。細管
は、領域４において互いに平行に配置されるか、あるい
は全長にわたって２〜３ひねり捩じられる。細管はステ
ンレス鋼で作られ、代替材料はチタン又はタンタルであ
ってもよい。

【００２１】本発明の１つの好ましい実施態様において
は、カラム３を取り付けたレシービィングピース７と領
域４において連接された細管１及び２は、液体クロマト
グラフ・モジュールのハウジング中に配置される。この
場合には、細管１及び２の開口端には、液体クロマトグ
ラフの注入器が細管１に連接できるように、また細管２
が適当な検出器に連接することができるように、取り付
け部材が設けられている。

【００２２】図３（ａ）は、注入器に連接するための入
側取り付け部材２０と、検出器に連接するための出側取
り付け部材２１を有する実施態様のレシービィングピー
ス７を示している。金属レシービィングピース７の左下
側及び右下側に配置されている取り付け部材２２及び２
３は、それぞれクロマトグラフの入口及び出口に連接さ
れる細管（図示しない）を受け入れる。出側取り付け部
材２１の後側に他端部で連接している細管２は、取り付
け部材２３の後側に連接されている。入側取り付け部材
２０の後側に連接している細管１は、取り付け部材２１
及び２３の間に示される或る距離に沿って細管２と熱接
触して配置されている。この２つの細管の間の熱接触の
領域は、図１に示される領域４に対応する。細管１は、
図１の領域４の細管２と熱接触された後、金属レシービ
ィングピース７の底面に沿って、該細管１が固定されて
いる取り付け部材２２の後側まで導かれている。

【００２３】図３（ｂ）に示される図３（ａ）のＡ−Ｂ
線断面図と、細部のＸの拡大図である図３（ｃ）は、細
管１がレシービィングピース７の底面にどのように配置
されるかを例示している。図３（ｃ）から明らかなよう
に、細管１はレシービィングピース７の凹部２５中に配
置されており、レシービィングピース７との良好な機械
的連接及び熱接触を実現するために凹部２５にハンダ２
７が充填されている。図３（ｂ）に示されるように平坦
なフォイル加熱体２６は、レシービィングピース７の底
面に熱接触して結合されている。フォイル２６は実質的
にレシービィングピース７の全長にわたって配置されて
いる。温度センサー１５は、細管１が配置されている凹
部２５の下側の加熱器フォイル２６の側に配置されてい
る。このように、温度センサー１５は、温度制御される
移動相が流れる箇所に近接しており、移動相の温度の高
速応答制御を確実なものとする。

【００２４】図４（ａ）〜図４（ｃ）は、領域４の２つ
の細管を連接するための３つの別の実施態様を示してお
り、３つの図面のそれぞれは図１に示す平面Ａの断面に
対応する。図４（ａ）によれば，細管１，２は細長い断
面形状を有しているので、細管の間の接触面積は円形の
断面を有する細管の場合よりも大きい。このため、細管
の間の熱交換をより効率的にするのに役立つ。２つの細
管の間の熱接触を改善するもう１つの方法を、図４
（ｂ）に示す。断面が円形の細管１及び２の管壁の一部
が取り除かれ、２つの細管がこの管壁が取り除かれた側
面同士で連接されている。この方法では、細管の間の接
触面積が増大すると共に、壁の厚みが減少するため、こ
れら両者により熱伝導が改善される。図４（ａ）及び図
４（ｂ）の実施態様において、細管の間の間隙にはハン
ダ５が充填されて、細管の連接を確実にして、その熱的
結合を改善している。図４（ｃ）の実施態様において
は、ハンダ５のような追加材料は不要であり、細管１及
び２は、例えばレーザー又は電子ビームによる溶接によ
って管壁同士が直接連接されている。

【００２５】流入用細管と流出用細管の間におけるその
接触領域での良好な熱交換を得るためには、流入用液路
と流出用液路の間の熱抵抗を、可能な限り小さく保持す
ることが重要である。この目的を達成するのに役立つ１
つの尺度は、例えば細管のための熱伝導性の高い材料を
選択することである。しかし、全般的な機能に影響を及
ぼす二次的な熱伝導路、例えば周囲の空気を介しての熱
伝導又は熱輻射があるので、熱交換挙動は細管の周囲の
環境によっても影響を受ける。このような影響を軽減す
るために、流入用細管と流出用細管の接触領域４を周囲
の環境から熱的に絶縁するための手段を適用することが
できる。例えば、互いに接触する２つの細管を熱絶縁材
料中に埋め込んだり、あるいは空気による熱伝導を防止
すべく排気されたハウジング中に細管を配置したりする
ことができる。

【００２６】図５は、本発明の実施態様による温度制御
装置とカラムを通過する移動相とについての代表的な温
度曲線を示しており、この例では移動相が周囲温度以上
に加熱される場合を示している。横軸は細管システムの
中の移動相の位置を表し、縦軸はこの位置における移動
相の対応する温度を表している。移動相は、ポンプ及び
温度Ｔ１（Ｔ１は図３（ａ）の入側取り付け部材２０に
おける移動相の温度）における液体クロマトグラフの注
入器から温度制御装置に入る。細管システムの流入用細
管と流出用細管が互いに接触する区域（図１の区域４）
において、“熱回収領域”と名付けた曲線の部分によっ
て、図５に示すように、温度Ｔ１からＴ２まで連続的に
上昇する。“予熱”と名付けた曲線の部分は、レシービ
ィングピース７の凹部に配置された細管システムの区域
に対応し、この区域においては、移動相の温度はクロマ
トグラフのカラムの入口における最終値Ｔ３にまで上昇
する。移動相がカラムを通過する間は、温度は実質的に
一定値Ｔ３を維持する。次に、流出用細管が流入用細管
と接触する区域（図１の区域４）において、カラムから
出てくる移動相は熱を放出するので、温度はＴ３から移
動相が検出器に流入する温度Ｔ４まで低下する。

【００２７】

【発明の効果】本発明の装置によれば、サンプル液体や
溶媒などの流入用細管と流出用細管とを熱的に連接させ
て両細管内を通過するこれら液体の熱交換を行うことに
より、次のような効果を奏することができ。 分離カラムから流出して検出器に導入される液体が伝
導する熱であって、検出器の測定結果を不正確にする熱
を除去することができるため、検出器の測定結果を正確
にすることができる。 分離カラムに流入する上記液体の温度を予め調整する
ことができ、該液体の温度調整に必要な加熱又は冷却用
電力を低減することができる。

【００２８】また、このように本発明の装置は、移動相
の流入用細管と流出用細管とを熱的に連接させるだけで
あるので、装置構成が単純であり、小型化でき、廉価で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の温度制御装置の一実施例を、透視外観
において部分的に示す概要図である。

【図２】図１の平面Ａに沿った断面図である。

【図３】（ａ）は図１の一部を詳細に示す図であり、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ｂ線に沿った断面を示す図であ
り、（ｃ）は（ｂ）のＸの詳細を拡大して示す図であ
る。

【図４】（ａ）〜（ｃ）は図１の平面Ａにおける２つの
細管の連接の実施例を示す図である。

【図５】図１の装置における種々の箇所での移動相の代
表的な温度曲線である。

【符号の説明】

１ 流入用細管 ２ 流出用細管 ３ 分離カラム ４ 細管１と細管２との熱的接触領域 ５ ハンダ ７ レシービィングピース ８，９ 端部取り付け部材 １２ 凹部 １３ 温度制御ユニット １５ 温度センサー １７ 入力手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一端が分離カラムの入口に連接され、他端
   が液体クロマトグラフの注入器に連接された流入用細管
   と、 一端が分離カラムに連接され、他端が液体クロマトグラ
   フの検出器に連接された流出用細管と、からなる液体ク
   ロマトグラフであって、 前記分離カラムに熱的に連接されたレシービィングピー
   スと、 制御可能な方法によって該レシービィングピースを加熱
   又は冷却するための温度に影響を及ぼす手段とを有し、
   かつ前記流入用細管の一部と流出用細管の一部を、互い
   に熱的に連接させて、該流入用細管と流出用細管の間で
   熱交換が生じ得る領域を形成するように、配置してなる
   ことを特徴とする液体クロマトグラフにおける移動相の
   温度制御装置。