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制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(shù)：
在生命科學(xué)領(lǐng)域中用于確定蛋白質(zhì)或肽等的結(jié)構(gòu)的質(zhì)量分析儀中，為了使測定靈敏度最優(yōu)化，業(yè)界現(xiàn)正努力將成為其前驅(qū)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，在用于普通分析的HPLC中，一般是在內(nèi)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(jìn)行分析，但是在質(zhì)量分析儀中，一般采用在內(nèi)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(nèi)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(dāng)使用這類極低流量HPLC進(jìn)行分析時，在分析中由于系統(tǒng)內(nèi)的容積(約100μL)而使得分析對象物產(chǎn)生擴(kuò)散，從而有時會損及質(zhì)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(tǒng)內(nèi)，然后使分析對象物吸附于安裝于臨時流路切換閥中的離子阱管柱(Trap Column)中進(jìn)行濃縮，然后切換流路切換閥而將分析用流動相輸送至離子阱管柱中，再將吸附于離子阱中的分析對象物質(zhì)以離子阱管柱進(jìn)行脫離，以后段分析柱進(jìn)行分析，最終以質(zhì)量分析儀進(jìn)行質(zhì)量分析。
極低流量HPLC中所使用的流路切換閥，由于與上述相同原因而使用內(nèi)部容積較小的流路切換閥。流路切換閥，一般來說，主要構(gòu)件是固定進(jìn)入流路切換閥的配管的機架蓋、以旋轉(zhuǎn)方式切換流路的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子即轉(zhuǎn)子53、與轉(zhuǎn)子53接觸而保持與轉(zhuǎn)子53間的液體密封的定子55、以及設(shè)置有用于保持定子55并且與外部流路連接的端口51a～51f的機架蓋59。閥50被以虛線表示的閥支持部支持、驅(qū)動。端口51a～51f之中，其中2個端口為分析用流動相的入口側(cè)端口51a及出口側(cè)端口51b，另外2個端口為濃縮用流動相的入口側(cè)端口51c及出口側(cè)端口51d，此外其他端口為用于連接離子阱管柱57的端口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(fā)明內(nèi)容
在上述流路切換閥50中，進(jìn)入離子阱管柱57的配管，經(jīng)常使用內(nèi)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(zhuǎn)子53的轉(zhuǎn)子溝槽的節(jié)距圓(pitch circle)的長度為5mm、寬度為0.1mm、深度為0.1mm左右，其轉(zhuǎn)子溝槽容積約為10nL。此外，定子流路的內(nèi)徑為0.1nm、長度為1mm、其容積約為15nL。因此，在2個端口間的內(nèi)部容積約為25nL，如果加上配管容積(50nL)則系統(tǒng)容積變?yōu)?5nL左右。
當(dāng)系統(tǒng)容積為75nL時，如果閥的流量為200nL/min，那么通過流路切換閥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(kuò)散開來，從而有時無法期待用質(zhì)量分析儀進(jìn)行高靈敏度分析。
本發(fā)明的目的在于減小具有離子阱功能的流路的無效體積。
本發(fā)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端口；及轉(zhuǎn)子，其在對應(yīng)于端口的位置形成連通2個端口間的轉(zhuǎn)子溝槽，在至少1個轉(zhuǎn)子溝槽中填充吸附劑，與上述機架蓋密著并且旋轉(zhuǎn)，由此而切換端口。
為了減小閥內(nèi)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(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的流路切換閥的其他實施方式具有轉(zhuǎn)子，其形成多個成為流路的轉(zhuǎn)子溝槽作為貫通孔，在至少1個轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子的方式對置，且在對應(yīng)于上述轉(zhuǎn)子溝槽的位置設(shè)置與流路連接的端口。并且通過轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)來切換兩機架蓋間的連接。
當(dāng)具有離子阱功能時，過去至少需要6個端口現(xiàn)在也可以變?yōu)?個。
上述吸附劑的優(yōu)選的一例是形成獨石結(jié)構(gòu)的吸附劑。
本發(fā)明的高速液相色譜儀具有將經(jīng)流路切換閥選擇的樣品成分進(jìn)行濃縮的離子阱功能。而且流路切換閥使用本發(fā)明的流路切換閥，并將填充于轉(zhuǎn)子溝槽中的吸附劑作為離子阱。
根據(jù)本發(fā)明的流路切換閥，將填充有吸附劑的轉(zhuǎn)子溝槽連通并且切換端口，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(zhuǎn)子溝槽容積就消失了，所以作為系統(tǒng)容積所必需的機架蓋內(nèi)的容積僅為15nL，從而可以減少無效體積。因此，當(dāng)以200nL/min流速輸送液體時，通過系統(tǒng)內(nèi)需5秒左右，因而抑制分析對象物的擴(kuò)散，從而將分析對象物通過系統(tǒng)內(nèi)的時間控制到最小極限。
如果機架蓋兼作為將與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)保持為液體密封性的定子，則可以進(jìn)一步減小目前為止作為定子內(nèi)部容積所必要的無效體積。
如果具有用以夾住轉(zhuǎn)子的一對機架蓋，且轉(zhuǎn)子溝槽成為與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向直行的方向，那么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(cè)，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(dāng)使用閥及離子阱管柱進(jìn)行濃縮時，必須有至少6個端口，但是本發(fā)明中只要有4個端口即可進(jìn)行，因此可將流路切換閥小型化。
如果吸附劑使用獨石結(jié)構(gòu)的吸附劑，則可以將吸附劑無間隙地填充于轉(zhuǎn)子溝槽的壁面之間。
如果將本發(fā)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，則可提供減小對于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(zhuǎn)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(zhuǎn)子7a～7d、43a～43f端口9、42a、42b機架蓋11a、11b、44a～44c轉(zhuǎn)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(xì)說明本發(fā)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(zhuǎn)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(zhuǎn)子即轉(zhuǎn)子3、及兼作為用于將轉(zhuǎn)子3的旋轉(zhuǎn)保持為液體密封狀態(tài)的定子功能的機架蓋9。在本實施例中，為了減小閥1內(nèi)的容積，機架蓋9兼作為定子。
在機架蓋9中，設(shè)置有用以與外部流路連接的4個端口7a～7d。其中2個端口是分析用流動相的入口側(cè)端口7a及出口側(cè)端口7b，另外2個端口是濃縮用流動相的入口側(cè)端口7c及出口側(cè)端口7d。
在與轉(zhuǎn)子3的機架蓋9相對的表面上，對應(yīng)端口7a～7d的位置形成連通2個端口間的圓弧狀轉(zhuǎn)子溝槽11a、11b。轉(zhuǎn)子溝槽11a、11b的1個螺距(pitch)、例如半徑為2.5mm、內(nèi)角為90度、寬度為0.1mm、深度為0.1mm左右，其容積約為40nL。轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子溝槽11b內(nèi)，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(zhuǎn)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硅膠ODS(十八烷基硅烷)化的吸附劑，將不銹鋼或樹脂填充于玻璃柱中，但較合適的是在填充于本發(fā)明的流路切換閥1的轉(zhuǎn)子溝槽11b中的吸附劑中使用將3維網(wǎng)狀骨架與其空隙成為一體的獨石型硅膠。
該獨石型硅膠，具有與骨架共連接結(jié)構(gòu)的特征。該共連接結(jié)構(gòu)，是在烷氧基硅烷及聚乙二醇(PEG)的醋酸水溶液中，基于旋節(jié)線分解，將由相分離所生成的過渡性有序結(jié)構(gòu)以伴有溶膠-凝膠轉(zhuǎn)移的有機硅烷水解-縮聚反應(yīng)而凍結(jié)的結(jié)構(gòu)。
以下說明相同實施例的運作。
轉(zhuǎn)子3的轉(zhuǎn)子溝槽11a、11b，與中心軸相對各形成90度，因此通過將轉(zhuǎn)子3旋轉(zhuǎn)180°，可切換轉(zhuǎn)子溝槽11a、11b與端口7a～7d的組合。
例如，如果轉(zhuǎn)子溝槽11a位于端口7a、7b間，轉(zhuǎn)子溝槽11b位于端口7c、7d之間，自該狀態(tài)使轉(zhuǎn)子3旋轉(zhuǎn)180°，則轉(zhuǎn)子溝槽11b位于端口7a、7b之間。
接著，圖2說明使用本發(fā)明的流路切換閥的HPLC的一實施例。
在極低流量HPLC中，為了減少主要由于以自動取樣器為起因的系統(tǒng)全體容積的影響而導(dǎo)致分析時的峰擴(kuò)散，現(xiàn)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(tǒng)內(nèi)的樣品，以填充入流路切換閥內(nèi)的轉(zhuǎn)子溝槽11b內(nèi)的吸附劑進(jìn)行濃縮，然后切換流路切換閥后使分析用流動相流入轉(zhuǎn)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(jìn)行分離分析。
在本發(fā)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(cè)端口7c處，從上流側(cè)依次設(shè)置有濃縮液24、用于輸送濃縮液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(cè)端口7d與排液管相連接。
在分析用流動相的入口側(cè)端口7a處，自上流側(cè)起順序設(shè)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，用于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(jìn)行梯度分析(gradient analysis)。
在分析用流動相的出口側(cè)端口7b處，將分析管柱34與檢測器36相連接。
在流路切換閥1內(nèi)的轉(zhuǎn)子溝槽11b中，填充用于濃縮的吸附劑，并使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，由此將轉(zhuǎn)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，將采集的這些生物體樣品進(jìn)行離心分離而使不溶成分沉淀。然后，使用過濾器將上清液過濾直至達(dá)到分析上無問題的水平，再置于自動取樣器中進(jìn)行分析。或者，將這些生物體樣品直接置于自動取樣器中進(jìn)行分析。
于圖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(dǎo)入到流路切換閥1中。通過在轉(zhuǎn)子溝槽11b中的吸附劑中捕捉樣品中的目標(biāo)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(dǎo)入到流路切換閥1中。此時，閥1的轉(zhuǎn)子3旋轉(zhuǎn)180°。通過被導(dǎo)入的分析用流動相22a、22b，將捕捉于轉(zhuǎn)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(dǎo)入到分析柱34中，分離出各成分，以檢測器36進(jìn)行檢測。
接著，于圖3A、圖3B中表示本發(fā)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(zhuǎn)子即轉(zhuǎn)子41夾在中間。
在機架蓋42b的中心軸上，設(shè)置有將轉(zhuǎn)子41固定為可以旋轉(zhuǎn)的圓筒狀突起部47a，在轉(zhuǎn)子41的中心，設(shè)置有植入有突起部47a的貫通孔47b。
在機架蓋42a中，設(shè)置有用以與外部流路連接的3個端口43a～43c。其中2個端口是分析用流動相的進(jìn)口側(cè)端口43a及濃縮用流動相的出口側(cè)端口43b。在機架蓋42b中，也設(shè)置有用以與外部流路連接的3個端口，其中2個端口為分析用流動相的出口側(cè)端口43d及濃縮用流動相的進(jìn)口側(cè)端口43e。端口43a～43c分別通過公螺帽(male nut)48a與外部流路連接，端口43d～43f分別通過公螺帽48b與外部流路連接。
在轉(zhuǎn)子41中，形成用以將機架蓋42a側(cè)的端口與機架蓋42b側(cè)的端口間連通的轉(zhuǎn)子貫通孔(轉(zhuǎn)子溝槽)44a～44c。在轉(zhuǎn)子溝槽44b中，填充有于上述實施例中所說明的獨石型硅膠作為吸附劑。
在機架蓋42a、42b中，形成有用于使螺釘45a、45b貫通的貫通孔46a、46b及螺孔46c、46d，在轉(zhuǎn)子41中，形成有可旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子41固定為可旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)。
以如此方式，將轉(zhuǎn)子貫通孔44a～44c保持于與轉(zhuǎn)子41的旋轉(zhuǎn)方向垂直的方向，公螺帽48a、48b將轉(zhuǎn)子41夾住存在于其左右，因此提高配管的操作性。另外，進(jìn)入到機架蓋42a、42b的流路細(xì)孔的加工也變簡單，從而也可實現(xiàn)減小閥內(nèi)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端口43b、轉(zhuǎn)子溝槽44b、端口44e，通過轉(zhuǎn)子溝槽44b內(nèi)的吸附劑捕捉目標(biāo)成分。
然后，轉(zhuǎn)子溝槽44b使轉(zhuǎn)子41旋轉(zhuǎn)直至到達(dá)對應(yīng)于與端口43c，43f連接的軸的位置。將分析用流動相依次送入到端口43f、轉(zhuǎn)子溝槽44b、端口43c，將測定對象成分從吸附劑中溶出。
本發(fā)明并不局限于上述實施例，在權(quán)利要求范圍內(nèi)皆可實施。
本發(fā)明可以應(yīng)用于填充有吸附劑等的流路切換閥。
權(quán)利要求
1.一種流路切換閥，其特征在于包括機架蓋，該機架蓋具有與流路連接的多個端口；以及轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子在對應(yīng)于上述端口的位置形成連通2個端口間的轉(zhuǎn)子溝槽，在至少1個轉(zhuǎn)子溝槽中填充吸附劑，與上述機架蓋密著并且旋轉(zhuǎn)，由此切換上述端口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流路切換閥，其特征在于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(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)。
3.一種流路切換閥，其特征在于包括轉(zhuǎn)子，在該轉(zhuǎn)子中形成多個成為流路的轉(zhuǎn)子溝槽作為貫通孔，在至少1個轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子的方式對置，且在對應(yīng)于上述轉(zhuǎn)子溝槽的位置上設(shè)置與流路連接的端口，通過轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)切換兩機架蓋的端口間的連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的流路切換閥，其特征在于其中所述的流路切換閥具有4個上述端口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的流路切換閥，其特征在于其中所述的吸附劑形成為獨石結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的流路切換閥，其特征在于其中所述的吸附劑形成為獨石結(jié)構(gòu)。
7.一種高速液相色譜儀，其特征在于在具有將經(jīng)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(quán)利要求1至5中任一項所述的流路切換閥，將填充入轉(zhuǎn)子溝槽的吸附劑作為上述離子阱。
全文摘要
本發(fā)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(zhuǎn)子即轉(zhuǎn)子(3)、設(shè)置有用于和外部流路連接的4個端口(7a)～(7d)的機架蓋(9)所構(gòu)成。其中2個端口是分析用流動相(mobile phase)的進(jìn)口側(cè)端口(7a)及出口側(cè)端口(7b)、另外2個端口是濃縮用流動相的進(jìn)口側(cè)端口(7c)及出口側(cè)端口(7d)。在轉(zhuǎn)子(3)中，在對應(yīng)于端口(7a)～(7d)的位置，形成2個連通端口間的圓弧狀轉(zhuǎn)子溝槽(11a)、(11b)。在轉(zhuǎn)子溝槽(11b)內(nèi)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(yōu)先權(quán)日2005年10月28日
發(fā)明者巖田庸助 申請人:株式會社島津制作所