专利名称：流路切换阀、使用该切换阀的高效液相色谱仪及分析方法
技术领域：
本发明涉及一种对样品中的各种化合物进行分离分析的高效液相色谱仪(High Performance Liquid Chromatography)及其分析方法，以及其所使用的流路切换阀。
背景技术：
对于生命科学(Life Science)领域中用来确定蛋白质或肽等的构造的质量分析计而言，为使其灵敏度变为最适，需要在成为其前驱阶段的HPLC(高效液相色谱仪)中使流量变得极低。
通常，对于普通的分析中所使用的HPLC而言，一般来说是向内径为4.6mm左右的柱(column)中输入流动相为1mL/min左右的液体来进行分析的，然而，对于质量分析计而言，向内径为0.3mm左右的柱中输入流量为5μL/min左右的液体的微米级(Micro)HPLC逐渐普及，而且，向内径为0.075mm的柱中输入流动相为200nL/min左右的液体的纳米级(Nano)HPLC也正逐渐趋于商品化。
在使用此种极低流量HPLC进行分析的情形下，有时会因系统内的容量(约100μL)而导致样品在分析过程中扩散，从而可能有损质量分析计的灵敏度。因此，使用自动进样器或手动进样器(manual injector)将样品注入系统内后，使样品吸附于与流路切换阀连接的陷柱内而予以浓缩。此后，切换流路切换阀，将分析用流动相液体输入到陷柱内，使吸附于陷柱(trap column)上的样品自陷柱脱离，用后段的分析柱进行分离，最终利用质量分析计进行质量分祈。
极低流量HPLC所使用的流路切换阀，因与上述相同的理由，也使用内部容量较小的流路切换阀。在流路切换阀中，一般来说，主要的构成部件是用于固定流路切换阀的配管的外罩盖、通过旋转来切换流路的转子、以及位于两者间用于保持液密性的定子。在极低流量HPLC中，为减少阀的内容量，一般使用使定子及外罩盖成为一体的流路切换阀。
图3是使用通常的流路切换阀的HPLC流路图，其中图3(A)表示浓缩样品时的流路，图3(B)表示分析样品时的流路。
流路切换阀21的各端口(port)，分别经过流路后连接于用于浓缩样品的陷柱5、将样品注入泵7与陷柱5之间的流路中的样品注入部9、为分离已由陷柱5浓缩的成分而输送分析用流动相液体的分析用输液泵11、以及分离已由陷柱5浓缩的成分的分析柱13。在分析柱13的下流连接有检测器14。
在流路切换阀21的转子上，形成有三个圆周状的转子槽21a～21c，如图3(A)、图3(B)所示，通过将转子旋转60°，可切换转子槽与所对应的端口的组合，从而可实行样品浓缩及样品分离·分析。
发明内容
在流路切换阀21中，对于连接陷柱5与阀21的配管，可使用内径为25μm、长度为50mm左右的配管，若加上入口及出口的容量则配管容量为50nL左右。
另外，转子槽21a～21c的节(pitch)圆之半径为5mm，宽度为0.1mm、深度为0.1mm左右，其转子槽容量为10nL。而且，定子流路的内径为0.1m、长度为1mm，其容量为15nL。因此，两个端口间的内部容量为25nL，加上配管容量(50nL)则为75nL左右。
而且，对于陷柱5而言，是使用内径为200μm、长度为30mm左右的填充柱等，系统容量(75nL)与陷柱容量的合计容量约为1μL。
如图3(A)所示，样品浓缩时陷柱5内的内部压力为1MPa左右，然而于使用纳米级LC进行分析的情形下，利用分析用输液泵11来送液后分析柱13所受的压力为5MPa左右。
如图3(B)所示，样品浓缩结束后流路切换阀21切换为样品分析时，由于陷柱5内的压力(1MPa)，使得分析用输液泵11的压力(5MPa)急剧下降。
此时，由于流路切换阀21的切换冲击，在分析柱13内的压力急剧下降，从而自分析用输液泵11输送流动相的液体时变得不流畅，影响保持时间的再现性。
因此，本发明的目的为，提供一种能够在切换流路时不会因压力变化而产生冲击的流路切换阀、以及使用该流路切换阀的高效液相色谱仪。
本发明的流路切换阀，通过形成有多个转子槽的转子的旋转，来切换与转子槽连接的端口，其特征在于所述转子槽中有一个是具备能够同时连接三个端口的长度的长转子槽，所述转子在该长转子槽连接三个端口、与仅连接两个端口时的这两个位置之间切换。
本发明的高效液相色谱仪具备陷柱，用于浓缩样品；浓缩用输液泵，将浓缩用流动相的液体送入所述陷柱中；样品注入部，在所述浓缩用输液泵与所述陷柱之间的流路上，将样品注入所述浓缩用流动相液体内；分析柱，分离样品的成分；分析用输液泵，以分析用流动相，将已经过所述陷柱浓缩的成分输入到所述分析柱内；以及检测器，利用所述分析柱加以分离，以检测溶出的成分。另外，所述陷柱、所述分析用输液泵及所述分析柱如以下方式邻接配置与本发明的流路切换阀的三个端口连接，且在分析用输液泵的端口两侧分别是陷柱的端口及分析柱的端口，通过旋转所述转子，可切换所述长转子槽所达成的下述各连接，即，陷柱、分析用输液泵与分析柱之间的连接，分析用输液泵与陷柱之间的连接，以及分析用输液泵与分析柱之间的连接。
利用分析柱分离时必需高压，所述分析用输液泵的送液压力高于所述浓缩用输液泵。
本发明的高效液相色谱仪分析方法中，使用本发明的高效液相色谱仪，依次包含以下工序(A)～(E)。
(A)浓缩工序，使转子旋转角度作为使样品注入部的流路与陷柱连接时的角度，将样品导入陷柱内，浓缩样品中的成分；(B)高压化工序，使转子旋转角度作为通过所述长转子槽使陷柱、分析用输液泵与分析柱连接时的角度，从而消除陷柱与分析柱的压力差；(C)溶出工序，使转子旋转角度作为通过所述长转子槽而使分析用输液泵与陷柱连接、且通过其他转子槽而使陷柱与分析柱连接时的角度，从而溶出已在陷柱内浓缩的成分；(D)分离工序，使转子旋转角度作为使分析用输液泵与分析柱连接时的角度，且利用分析柱分离出已从陷柱溶出的成分；以及(E)检测工序，使用检测器检测已从分析柱溶出的成分。
转子槽中有一个是具有能够同时连接三个端口的长度的长转子槽，转子在该长转子槽连接三个端口、及仅连接两个端口时的这两个位置间进行切换，因此，可抵消三个端口间所产生的压力差。
分析用输液泵，是以其端口可经由长转子槽而同时连接于陷柱的端口以及分析柱的端口的方式而与这两者邻接配置的，因此，可以达到抵消陷柱与分析柱间的压力差的状态，可从分析用输液泵中流畅地输送流动相液体，因此，可以获得较高的保持时间的再现性。
实行以下工序将样品导入陷柱内且对样品中的成分进行浓缩的浓缩工序，消除陷柱与分析柱间的压力差的高压化工序，连接分析用输液泵与陷柱、且溶出已由陷柱浓缩的成分的溶出工序，使用分析柱分离已从陷柱溶出的成分的分离工序，及使用检测器检测出已从分析柱溶出的成分的检测工序；因此，可从分析用输液泵流畅地输送流动相液体，这样可获得较高的保持时间的再现性。
图1表示流路切换阀的一个实施例，其中，图1(A)是立体图，图1(B)是外罩盖的平面图，图1(C)是转子的平面图，图1(D)是图1(B)沿X-X’线的剖面图。
图2是表示本发明的HPLC的一个实施例的流路图，其中，图2(A)表示浓缩样品时的流路，图2(B)表示压力差抵消时的流路，图2(C)表示分离、检测样品时的流路。
图3是使用先前的流路切换阀的HPLC流路图，图3(A)表示浓缩样品时的HPLC流路，图3(B)表示分析样品时的HPLC流路。
1、21流路切换阀1a～1b转子槽1c长转子槽 2外罩盖3a～3f端口 4转子5陷柱 7浓缩泵9样品注入部11分析用输液泵13分析柱 14检测器具体实施方式
以下，详细说明本发明的一个实施例。
图1表示流路切换阀，其中，图1(A)是立体图，图1(B)是外罩盖的平面图，图1(C)是转子的平面图，图1(D)是图1(B)沿X-X’线的垂直剖面图。流路切换阀1是由转子4及外罩盖2组合而成的，所述转子4是用于切换流路的旋转子，所述外罩盖2兼具用来保持转子4旋转的液密性的定子的功能。在本实施例中，为减小阀1内的容量，外罩盖2兼作定子。
在外罩盖2上设有用来与外部流路连接的6个端口3a～3f。端口3a、3b是朝向陷柱的IN(输入)侧端口及OUT(输出)侧端口，端口3c是浓缩用流动相液体连接用端口，端口3d是排液口连接用端口，端口3e及3f是分析用流动相液体的IN侧端口及OUT侧端口。
在转子4的与外罩盖2相对向的表面上，形成有连接在两个端口间的圆弧状转子槽1a、1b，及连接在三个端口间的圆弧状长转子槽1c。转子槽1a、1b所形成的一个节圆，例如，半径为2.5mm，内角为60度，宽度为0.1mm，深度为0.1mm左右，其容量约为40nL。长转子槽1c的节圆，例如，半径为2.5mm，内角为120度，宽度为0.1mm，深度为0.1mm左右，其容量约为40nL。转子槽1a～1c，例如，可通过机械加工而形成。
接着，说明该实施例的动作。
转子4的转子槽1a、1b是自中心轴分别旋转60°而形成的，因此，使转子槽1a、1b与端口连接而成为流路时，通过将转子4旋转60°，可以切换转子槽1a～1c与端口3a～3f间的组合。
例如，转子槽1a位于端口3b、3d间，转子槽1b位于端口3a、3c间，长转子槽1c位于端口3e、3f间，在所述状态下将转子4顺时针旋转60°，则转子槽1b位于端口3a、3b间，转子槽1a位于端口3d、3f间，长转子槽1c位于端口3c、3e间。
另外，长转子槽1c是以120°的旋转角度而形成的，因此，可以同时连接以60°的旋转角度而形成的三个端口。
例如，转子槽1a位于端口3b、3d间，转子槽1b位于端口3a、3c间，长转子槽1c位于端口3e、3f间，在所述状态下将转子4顺时针旋转30°，则长转子槽1c位于端口3c、3e、3f间，端口3d位于转子槽1a内，端口3a位于转子槽1b内。此时端口3b并不在任一个转子槽内。
图2是表示本发明的HPLC的一个实施例的流路图，图2(A)表示浓缩工序，图2(B)表示高压化工序，图2(C)表示溶出工序及分离、检测工序。
流路切换阀1的各端口(3a～3f)，分别经过流路后连接于浓缩样品的陷柱5，将样品注入浓缩泵7与陷柱5之间的流路的样品注入部9，为了以分析用流动相来对已由陷柱5浓缩的成分进行分离而输送液体的分析用输液泵11，对在陷柱5内受到分离的分离成分进行检测的分析柱13，以及排液口。在分析柱13的下流连接有检测器14。
如图1所示，在流路切换阀1的转子上，形成有3个圆周状的转子槽(1a～1c)，从而可以通过旋转该转子来切换转子槽与所对应的端口间的组合。
转子槽是以下述方式而形成的，即，两个转子槽(1a、1b)的内角是60°，另一个长转子槽1c的内角是120°。
(A)浓缩样品时，长转子槽1c使分析用输液泵11及分析柱13相连接而成为流路，转子槽1a、1b与浓缩泵7、样品注入部9、陷柱5及排液口连接而成为流路。由此，从样品注入部9注入的样品在陷柱5内受到浓缩，浓缩时所使用的浓缩流动相从排液口排出。
(B)样品浓缩结束后，将流路切换阀1的转子向顺时针方向旋转30°，则长转子槽1c使分析用输液泵11、分析柱13以及陷柱5相连接。陷柱5另一端的端口3d与转子槽1a连接，但是，该转子槽1a并未与其他流路连接，所以，分析用流动相液体并没有流过陷柱5。
另外，与浓缩泵7相连的端口3a并未与任意转子槽连接，因此，在旋转该流路切换阀1的转子之前，必须将浓缩泵的流量设定为0mL/min。由此，陷柱5的压力上升至与分析柱13的压力相同后达到稳定，从而抵消了两个柱5、13间的压力差。
(C)两个柱5、13间的压力差稳定后，进一步将转子向顺时针方向旋转30°，由此，使陷柱5与分析柱13串列连接，利用分析柱13分离已在陷柱内浓缩的样品。此时，因分析用输液泵11中不会产生压力冲击，所以，分析用流动相液体可顺畅地输送，从而可以确保具有良好的样品保持时间再现性。
为了测定并确认两个柱5、13间的压力差，也可以在连接两个柱5、13的流路中设置压力计。
此后，从分析柱13溶出的成分是由检测器14来检测出。
另外，若流量为HPLC中一般所使用的1mL/min等，则与流量相比，陷柱的容量足够小，因此，此种压力冲击的影响较小，因此可以忽略其对保持时间再现性的影响。
另外，在6向阀中较适当的旋转角度是30°及60°，但是，转子的旋转角度并未限定于此，也适用于在8向阀等其他形态的阀。
本发明可以用于对样品中的各种化合物进行分离分析的高效液相色谱仪中、以及其分析方法中。
权利要求
1.一种流路切换阀，通过形成有多个转子槽的转子的旋转来切换与转子槽连接的端口，其特征在于，所述转子槽中有一个是具有可同时连接3个端口的长度的长转子槽，所述转子可在该长转子槽连接三个端口、及仅连接两个端口时的这两个位置之间进行切换。
2.一种高效液相色谱仪，其包括浓缩样品的陷柱、将浓缩用流动相液体输送至所述陷柱中的浓缩用输液泵、在所述浓缩用输液泵与所述陷柱之间的流路上将样品注入所述浓缩用流动相液体中的样品注入部、分离样品的成分的分析柱、以分析用流动相将已在所述陷柱内经过浓缩的成分输送到所述分析柱中的分析用输液泵、以及对于已利用所述分析柱加以分离而溶出的成分进行检测的检测器，该高效液相色谱仪的特征在于，所述陷柱、所述分析用输液泵以及所述分析柱是以下述方式邻接配置的与权利要求1的流路切换阀的三个端口连接，且在分析用输液泵的端口两侧分别是陷柱的端口及分析柱的端口，且通过旋转所述转子，来切换所述长转子槽所达成的下述各连接，即，陷柱、分析用输液泵与分析柱之间的连接、分析用输液泵与陷柱之间的连接、以及分析用输液泵与分析柱之间的连接。
3.如权利要求2所述的高效液相色谱仪，其特征在于，所述分析用输液泵是以大于所述浓缩用输液泵的压力来送液的。
4.一种高效液相色谱仪分析方法，其特征在于，使用权利要求2或3所述的高效液相色谱仪，依次包括以下工序(A)～(E)(A)浓缩工序，使转子的旋转角度作为使自样品注入部的流路与陷柱连接时的角度，从而将样品导入陷柱内，对样品中的成分进行浓缩；(B)高压化工序，使转子旋转角度作为通过所述长转子槽而使陷柱、分析用输液泵与分析柱连接时的角度，从而消除陷柱与分析柱的压力差；(C)溶出工序，使转子旋转角度作为通过所述长转子槽而使分析用输液泵与陷柱连接、通过其他转子槽而使陷柱与分析柱连接时的角度，从而溶出陷柱内经过浓缩的成分；(D)分离工序，使转子的旋转角度作为连接分析用输液泵及分析柱的角度，利用分析柱分离出已自陷柱溶出的成分；以及(E)检测工序，利用检测器检测出自分析柱溶出的成分。
5.如权利要求1所述的流路切换阀，其特征在于可抵消三个端口间所产生的压力差。
6.如权利要求2所述的高效液相色谱仪，其特征在于分析用输液泵是以其端口可经由长转子槽而同时连接于陷柱的端口以及分析柱的端口的方式而与这两者邻接配置的。
全文摘要
本发明提供一种能够在切换流路时不会因压力变化而产生冲击的流路切换阀。A.转子槽1c使分析用输液泵(11)及分析柱(13)相连接而成为流路(浓缩工序)。B.将流路切换阀(1)的转子向顺时针方向旋转30°，则转子槽1c使分析用输液泵(11)、分析柱(13)以及陷柱(5)相连接。陷柱(5)内的压力上升至与分析柱(13)内的压力相同后稳定，两个柱(5)、(13)间的压力差(高压化工序)相抵消。C.两个柱(5、13)间的压力充分稳定后，使转子再旋转30°，由此，陷柱(5)与分析柱(13)串列连接，从而可以进行样品分析。(溶出工序以及检测工序)。
文档编号G01N30/02GK101063495SQ200710087359
公开日2007年10月31日 申请日期2007年3月14日 优先权日2006年4月26日
发明者岩田庸助 申请人:株式会社岛津制作所