液體色譜儀中使用的流路單元的制作方法
【專利摘要】一種能夠提高從試樣分離出來的成分的分析精度的液體色譜儀中使用的流路單元。在第1支撐板(2)與第2支撐板(3)的接合部(4)中形成色譜柱容納部(11)，此處保持有色譜柱(20)。從液體導入口(12)通至色譜柱容納部(11)的導入流路(13)具有微細直徑的第1流路(13a)和內容積放大的第2流路(13b)。第2流路(13b)的內表面為半球面，色譜柱容納部(11)的半徑R與所述半球面的半徑R一致，從色譜柱(20)的流入端(20a)到第1流路(13a)與第2流路(13b)的邊界(13c)的距離(L2)與所述R一致。其結果，色譜柱的各截面中的液體的流速、壓力的差變小，能夠高精度地獲得各成分的檢測峰值。
【專利說明】液體色譜儀中使用的流路單元
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種容納了液體色譜儀用的固定相的色譜柱支撐于支撐體的流路單
J Li o
【背景技術】
[0002]液體色譜儀從具有多孔質體等固定相的色譜柱的流入端將作為移動相的洗脫液與試樣一起注入，試樣的成分在固定相內按各成分被分離。
[0003]以下的專利文獻I所記載的液體色譜儀中，包含單塊型多孔質有機材料等的色譜柱以及與所述色譜柱的流入端和流出端相鄰的一對過濾器保持于2片基板的接合部。在所述基板的接合部中形成有與流入側的過濾器相通的微細流路以及與排出側的過濾器相通的微細流路。
[0004]專利文獻I所記載的液體色譜儀在微細流路中將液體試樣與洗脫液進行混合，經由過濾器注入到色譜柱的流入端。液體試樣所包含的各成分按該各成分通過色譜柱內的多孔質有機材料等反復進行吸附和脫離，以按各成分被分離的狀態從色譜柱的排出端通過過濾器排出至微細流路。在流出色譜柱內被分離并洗脫的各成分按成分通過檢測器，在檢測器中對被排出的流體提供光，由此獲得按成分具有峰值波形的檢測信號。
[0005]專利文獻1:日本特開2005-241456號公報
[0006]液體色譜儀中使用的色譜柱是微細的，但是其所包含的多孔質體等固定相具有某種程度的截面積。因此，如果從色譜柱的流入端進入固定相的內部的流體的流入定時、流入壓力在色譜柱的截面內不均勻，則在色譜柱的內部移動的流體的移動距離按截面的各點而不同。其結果，在由檢測器檢測的檢測信號中無法以尖銳的波形獲得與各成分對應的峰值。
[0007]色譜柱的截面的各點處的液體的流入定時、流入壓力的偏差根據微細流路與色譜柱的流入端的接合條件、微細流路的截面與色譜柱的直徑之差等各種條件而發生變化。因此，在用于獲得理想的檢測信號的峰值的液體色譜儀的設計上存在困難。
[0008]所述專利文獻I所記載的液體色譜儀在色譜柱的流入端設置有過濾器。該液體色譜儀是在色譜柱內填充微粒而構成多孔質體，所述過濾器是為了防止色譜柱內的微粒向外泄漏而設置的。因此，即使使用該過濾器，也難以使液體的流入定時、流入壓力在色譜柱內的截面的各點處均勻化。

【發明內容】

[0009]本發明是為了解決上述以往的問題而完成的，其目的在于提供一種能夠使包含試樣的洗脫液在色譜柱的截面內以均勻的狀態流入、從而能夠在所述截面的各點處均勻的條件下進行試樣所包含的成分的吸附及分離的流路單元。
[0010]本發明的一種流路單元，設置有:具有液體色譜儀用的固定相的色譜柱；以及保持所述色譜柱的支撐體，該流路單元的特征在于，在所述支撐體中形成有:色譜柱容納部，保持所述色譜柱；液體導入口和液體排出口 ；導入流路，從所述液體導入口通至所述色譜柱的流入端；以及排出流路，從所述色譜柱的排出端通至所述液體排出口，所述導入流路具有:第I流路，該第I流路的截面積均勻；以及第2流路，從與所述第I流路的邊界朝向所述色譜柱的所述流入端，該第2流路的截面積逐漸變大，所述色譜柱容納部的與其軸中心正交的截面為圓形，所述第2流路的內表面為凹形狀，從所述邊界到所述流入端的距離與所述色譜柱容納部的所述截面的半徑一致。
[0011]本發明中，將第2流路的內表面設為凹形狀，使從第I流路與第2流路的邊界到色譜柱的流入端的距離與色譜柱容納部的半徑相等，由此，對于色譜柱的截面的各點的液體的流入定時、流入壓力容易變得均勻，能夠以尖銳的峰值獲得由檢測器獲得的各成分的檢測信號。
[0012]本發明中，優選的是，用包括所述色譜柱容納部的軸中心的任意的截面切斷時的所述第2流路的內表面的截面形狀為半圓形，更優選的是，所述第2流路的內表面為半球面。
[0013]或者，用包括所述色譜柱容納部的軸中心的任意的截面切斷時的所述第2流路的內表面的截面形狀也可以是等腰三角形，所述第2流路的內表面還可以是圓錐面。
[0014]在本發明中，從所述邊界到所述流入端的距離與所述半徑一致是指，從所述邊界到所述流入端的距離相對于所述色譜柱容納部的所述半徑為0.9倍以上且1.1倍以下。
[0015]本發明中，優選的是，所述半徑是所述第I流路的直徑的5倍以上。
[0016]例如本發明中，所述液體色譜儀用的固定相是單塊構造的燒結陶瓷的多孔質體。另外，所述多孔質體是多孔質二氧化硅。
[0017]發明效果
[0018]本發明的流路單元將第2流路的內表面設為凹形狀，使從第I流路與第2流路的邊界到色譜柱的流入端的距離與色譜柱容納部的半徑相等，由此，對于色譜柱的截面的各點的液體的流入定時、流入壓力容易變得均勻。其結果，能夠以尖銳的峰值獲得由檢測器獲得的各成分的檢測信號。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發明的第I實施方式的流路單元的俯視圖。
[0020]圖2是將圖1所示的流路單元的色譜柱的流入部分放大的局部放大俯視圖。
[0021]圖3是用II1-1II線切斷圖2的剖視圖。
[0022]圖4是用IV-1V線切斷圖2的剖視圖。
[0023]圖5是表示色譜柱的構造的剖視圖。
[0024]圖6表示本發明的第2實施方式的流路單元，是與圖3相當的剖視圖。
[0025]圖7是表示第I實施方式的流路單元中的流體模擬的結果的說明圖。
[0026]圖8是表示第2實施方式的流路單元中的流體模擬的結果的說明圖。
[0027]圖9是表示與本發明的實施方式不同的形狀的流路單元中的流體模擬的結果的說明圖。
[0028]圖10是表示與本發明的實施方式不同的形狀的流路單元中的流體模擬的結果的說明圖。
[0029]圖11是表示實施例1的檢測信號的線圖。[0030]圖12是表示比較例I的檢測信號的線圖。
[0031]圖13是表示比較例2的檢測信號的線圖。
[0032]圖14是表示實施例2的檢測信號的線圖。
[0033]圖15是表示比較例3的檢測信號的線圖。
[0034]附圖標記說明
[0035]1:流路單元
[0036]2:第I支撐板
[0037]3:第2支撐板
[0038]4:接合部
[0039]11:色譜柱容納部
[0040]12:液體導入口
[0041]13:導入流路
[0042]13a:第 I 流路
[0043]13b:第 2 流路
[0044]13c:邊界
[0045]14:液體排出口
[0046]15:排出流路
[0047]20:色譜柱
[0048]20a:流入端
[0049]20b:排出端
[0050]21:玻璃管
[0051]22:固定相
[0052]24:被覆層
【具體實施方式】
[0053]在圖1至圖4所示的流路單元I中，第I支撐板2和第2支撐板3在板厚方向上重疊而構成支撐體。
[0054]第I支撐板2和第2支撐板3由相同的合成樹脂材料形成。優選的合成樹脂材料是具有對藥品的耐性、且熒光性低的環狀聚烯烴樹脂(C0P)。但是，能夠根據要使用的流體的物性等自由地選擇所述合成樹脂。
[0055]第I支撐板2和第2支撐板3具有相同的厚度尺寸。厚度尺寸是0.3?3.0mm左右。
[0056]在第I支撐板2與第2支撐板3的接合部4中形成有色譜柱(Column)容納部11。如圖1和圖3所示，色譜柱容納部11的沿著軸中心O的方向的長度尺寸是L0，如圖4所示，在長度LO的全長上，色譜柱容納部11在與軸中心O正交的截面上的截面形狀為正圓形，截面積一定。所述接合部4通過色譜柱容納部11的中心軸0，即色譜柱容納部11是相對于接合部4呈對稱的形狀。
[0057]如圖1和圖3所示，在第2支撐板3中形成有貫穿板厚方向的液體導入口 12。在第I支撐板2與第2支撐板3的接合部4中形成有導入流路13，色譜柱容納部11與液體導入口 12經由導入流路13相連通。所述接合部4通過導入流路13的截面的中心。S卩，導入流路13是相對于接合部4呈對稱的形狀。
[0058]如圖2和圖3所示，導入流路13的沿著接合部4的方向的長度是LI，該LI比色譜柱容納部11的沿著軸中心O的方向的長度尺寸LO短。導入流路13在長度LI的范圍內劃分為第I流路13a和第2流路13b。在圖2和圖3中，用符號13c表示第I流路13a與第2流路13b的邊界。第I流路13a與液體導入口 12相連通，第2流路13b與色譜柱容納部11相通。
[0059]第I流路13a的與軸中心O正交的截面的形狀為正圓形狀，在其全長上所述截面的形狀和面積一定。第2流路13b其內表面的形狀為凹形狀，在圖2和圖3所示的實施方式中為凹曲面形狀。優選的是，在色譜柱容納部11的包括軸中心O的至少一個截面中，第2流路13b的內表面的形狀為半圓形。更優選的是，第2流路13b的整體的內表面為半球面。
[0060]在第I實施方式的流路單元I中，第2流路13b的內表面為半球面，半球面的半徑R與色譜柱容納部11的半徑R —致。在此，第2流路13b的內表面的半球面的半徑R與色譜柱容納部11的半徑R—致是指，兩個半徑R在設計上以及制造上所允許的公差的范圍內一致。
[0061]第2流路13b的內表面的半球面的半徑R是第I流路13a的截面上出現的正圓的直徑的5倍以上，導入流路13在從第I流路13a經過邊界13c而到達第2流路13b時，其截面急劇擴大。
[0062]如圖1所示，在第2支撐板3中形成有液體排出口 14，在第I支撐板2與第2支撐板3的接合部4中形成有將液體排出口 14與色譜柱容納部11相連通的排出流路15。液體排出口 14貫穿第2支撐板3而形成，其長度尺寸和截面的形狀以及截面積與液體導入口12相同。
[0063]排出流路15被劃分為第I流路15a和第2流路15b，具有兩個流路的邊界15c。第I流路15a與液體排出口 14相連通，其長度尺寸和截面的形狀以及截面積與導入流路13的第I流路13a相同。排出流路15的第2流路15b其內表面的形狀與導入流路13的第2流路13b相同。第2流路15b是半球面形狀，其半徑R與色譜柱容納部11的半徑R —致。
[0064]在色譜柱容納部11的內部容納有色譜柱20。
[0065]如圖4和圖5所示，色譜柱20具有由氟樹脂構成的管21以及在其內部所容納的液體色譜儀用的固定相22。固定相22具有進行對于通過此處的試樣的各成分的吸附和脫離來使成分彼此分離的功能，由多孔質體、微粒的集合體形成。
[0066]固定相22能夠根據通過此處的試樣的種類、要分離的成分的種類從各種陶瓷、高分子等進行選擇。在該實施方式中，作為固定相22使用單塊(Monolith)構造的燒結陶瓷的多孔質體，特別是使用由株式會社Kyoto Monotech制作的整體由一體的娃膠形成的二氧化娃單塊(Silica monolith)。
[0067]在管21的表面形成有被覆層24。被覆層24由具有與第I支撐板2和第2支撐板3相同的光學特性的樹脂材料形成，優選的是由環狀聚烯烴樹脂(COP)的薄膜形成。在管21的外周面與被覆層24的界面形成有粘接層23，管21與被覆層24通過形成所述粘接層23的粘接劑相互固定。
[0068]說明用于在第I支撐板2與第2支撐板3之間容納色譜柱20的制造方法。[0069]首先，對表面卷上被覆層24的色譜柱20進行加熱并加壓，成形為使外周面近似于圓筒面的形狀。
[0070]在對第I支撐板2和第2支撐板3各自的接合表面提供真空紫外光之后，在第I支撐板2與第2支撐板3之間的色譜柱容納部11設置色譜柱20。然后，對第I支撐板2和第2支撐板3進行加熱并加壓，不使用粘接劑而使第I支撐板2與第2支撐板3貼緊地接
入
口 ο
[0071]如圖4所示，在第2支撐板3中形成從色譜柱容納部11向側方延長的延長間隙IlaUla,在第I支撐板2和第2支撐板3被加壓時，使被覆層24的一部分向該延長間隙IlaUla的內部避開，由此能夠提高色譜柱20的表面的被覆層24與色譜柱容納部11的內表面的貼緊性。
[0072]如圖2和圖3所示，色譜柱20的流入端20a位于色譜柱容納部11與導入流路13的第2流路13b的邊界部。在此，色譜柱20的流入端20a是指設置于色譜柱20的固定相22的端面。從色譜柱20的流入端20a即固定相22的端面到導入流路13的第I流路13a與第2流路13b的邊界13c的距離L2與第2流路13b的內表面即半球面的半徑R —致，與色譜柱容納部11的半徑R —致。
[0073]在此，所述距離L2與半徑R—致是指，如前所述，距離L2與半徑R在設計上以及制造上所允許的公差的范圍內一致。并且，在本發明中，距離L2為半徑R的0.9倍以上且
1.1倍以下的情況也包含在所述距離L2與半徑R—致的范圍內，優選的是，距離L2為半徑R的0.95倍以上且1.05倍以下的情況也包含在所述距離L2與半徑R —致的范圍內。
[0074]如圖1所示，色譜柱20具有排出端20b。排出端20b是指保持在色譜柱20中的固定相22的端面。從排出流路15中的第I流路15a與第2流路15b的邊界15c到排出端20b的距離與所述半徑R —致。
[0075]接著,說明包括流路單元I的液體色譜儀的動作。
[0076]要分析的試樣與洗脫液被混合的液體從液體導入口 12經過導入流路13而提供至色譜柱20的流入端20a。
[0077]供給至導入流路13的液體通過窄的截面積的第I流路13a的內部。由于第I流路13a的截面為圓形，因此流速以如下方式分布:在第I流路13a的軸中心成為最高速度，在與壁內表面相接的部分成為最低速度。當該液體轉移到截面積大的第2流路13b時，由于流路的體積變得非常大，因此流體的壓力大幅降低。流體在第2流路13b的內部的整個區域充滿之后在色譜柱20的流入端20a從固定相22的端面向固定相22的內部浸透。
[0078]在此，如果第2流路13b的內表面為半球面，則從充滿第2流路13b的流體作用于第2流路13b的內表面的壓力在半球面的各個點處容易變得均勻。通過作用于半球面的內表面的各點的壓力的反作用，流體對色譜柱20的流入端20a加壓，因此作用于固定相22的圓形的端面的各個點的流體壓力之差變小。特別是，如果從固定相22的端面到邊界13c的距離與半球面的半徑R—致，則與固定相22的端面相接的第2流路13b成為完全的半球形狀，因此作用于半球面的內表面的壓力容易變得均勻，其結果，作用于固定相22的圓形的端面的各點的壓力也容易變得均勻。
[0079]其結果，當液體在軸向上在色譜柱20內移動時，在色譜柱20的截面的各點處，流體的流入定時、流體的浸透壓力以及流速之差變小。[0080]在色譜柱20內的固定相22中，流體中所包含的試樣按成分進行吸附并脫離，因此到達色譜柱20的排出端20b的時間按成分而發生變化，能夠使試樣按成分分離。被分離的各成分從排出流路15經過液體排出口 14而提供至檢測器。在檢測器中，向流出的液體提供光，獲得按各成分出現峰值的檢測信號。
[0081]如上所述，在固定相22的圓形的截面的各點處流體的壓力差變小，因此在固定相22的內部被分離的各成分被送至檢測器的定時的延遲變小，作為檢測信號能夠獲得尖銳的峰值。
[0082](第2實施方式)
[0083]在圖6所示的本發明的第2實施方式的流路單元101中，導入流路113被劃分為第I流路113a和第2流路113b，用113c表示其邊界。第I流路113a的與中心軸O正交的截面的形狀為正圓形。
[0084]第2流路113b在用通過中心軸O的平面切斷的截面觀察時為三角形，是等腰三角形。另外，第2流路113b的立體形狀為圓錐形狀。另外，從邊界113c到色譜柱20的流入端20a的距離L2與色譜柱容納部20的和中心軸O正交的截面的半徑R —致。
[0085]在第2實施方式的流路單元101中，通過使半徑R與距離L2 —致，也能夠期待與第I實施方式的流路I相同的效果。
[0086](流體模擬)
[0087]圖7至圖10表示關于所述實施方式的流路單元以及實施方式以外的構造的流路單元使用了有限元法的流體模擬的結果。
[0088]圖7至圖10的各圖表示用通過中心軸O的平面切斷將液體流入導入流路13、113且液體到達色譜柱20的流入端20a的瞬間所得到的剖視圖。各圖的涂黑色的區域是液體。
[0089]圖7表示第I實施方式的流路單元I的導入流路13，圖8表示第2實施方式的流路單元101的導入流路113。圖9和圖10表示與本發明的實施方式不同的構造的導入流路。圖9中，第2流路具有圓筒形狀的空間，導入流路從與第I流路的邊界起立即變為與色譜柱20的流入端20a相同的截面積。圖10中，使第I實施方式的距離L2小于0.8mm。
[0090]在圖7和圖8中可知，在弟2流路的中央部和周邊部，液面到達流入端20a時的時間差小，作為檢體的流體在色譜柱20的流入端20a的各部分均勻地流入。
[0091 ] 而在圖9和圖10中，在弟2流路的中央部和周邊部，液面到達流入端20a時的時間差變大，處于作為檢體的流體不能在色譜柱20的流入端20a的各部分均勻地流入的狀態。即，在流入端20a的周邊部，與中央部相比，流體流入色譜柱20的時刻延遲。因此，分離性能降低。
[0092][實施例]
[0093](實施例1)
[0094]在圖1至圖5所示的第I實施方式的流路單元I中，將色譜柱容納部11和第2流路13b的內表面的半球面的半徑R設為1.0mm,將第I流路13a的截面的半徑設為0.1mm。
[0095]作為固定相22使用二氧化硅單塊，將色譜柱20的截面的半徑設為1.0mm，將軸向的長度尺寸LO設為50mm。
[0096]將從色譜柱20的流入端20a即固定相22的流入側的端面到第I流路13a與第2流路13b的邊界13c的距離L2設為1.0mm。[0097]從液體導入口 12以約3.4MPa的壓力注入試樣與洗脫液的混合液體。
[0098]圖11示出此時的液體色譜儀的檢測輸出。
[0099](比較例I)
[0100]使用與實施例1相同的支撐體和色譜柱20，將從色譜柱20的流入端20a即固定相22的流入側的端面到第I流路13a與第2流路13b的邊界13c的距離L2設為0.5mm。
[0101]使用與實施例1相同的試樣和洗脫液，從液體導入口 12以與實施例1相同的壓力進行注入。
[0102]圖12示出此時的液體色譜儀的檢測輸出。
[0103](比較例2)
[0104]使用與實施例1相同的支撐體和色譜柱20，將從色譜柱20的流入端20a即固定相22的流入側的端面到第I流路13a與第2流路13b的邊界13c的距離L2設為2.0mm。
[0105]使用與實施例1相同的試樣和洗脫液，從液體導入口 12以與實施例1相同的壓力進行注入。
[0106]圖13示出此時的液體色譜儀的檢測輸出。
[0107](實施例2)
[0108]將色譜柱容納部11和第2流路13b的內表面的半球面的半徑R設為0.5mm，將第I流路13a的截面的半徑設為0.5mm。
[0109]作為固定相22使用二氧化硅單塊，將色譜柱20的截面的半徑設為0.5mm，將軸向的長度尺寸LO設為50mm。
[0110]將從色譜柱20的流入端20a即固定相22的流入側的端面到第I流路13a與第2流路13b的邊界13c的距離L2設為0.5mm。
[0111]從液體導入口 12以約7.1MPa的壓力注入試樣與洗脫液的混合液體。
[0112]圖14示出此時的液體色譜儀的檢測輸出。
[0113](比較例3)
[0114]使用與實施例2相同的支撐體和色譜柱20，將從色譜柱20的流入端20a即固定相22的流入側的端面到第I流路13a與第2流路13b的邊界13c的距離L2設為0.25mm。
[0115]使用與實施例1相同的試樣和洗脫液，從液體導入口 12以與實施例1相同的壓力進行注入。
[0116]圖15示出此時的液體色譜儀的檢測輸出。
[0117](比較例4)
[0118]使用與實施例2相同的支撐體和色譜柱20，將從色譜柱20的流入端20a即固定相22的流入側的端面到第I流路13a與第2流路13b的邊界13c的距離L2設為1.0mm。
[0119]使用與實施例1相同的試樣和洗脫液，從液體導入口 12以與實施例1相同的壓力進行注入。
[0120]此時的液體色譜儀的檢測輸出雖然未圖示，但是與圖13同樣，分離的程度非常差。
[0121]圖11和圖14所示的檢測信號中檢測出各個成分的峰值變尖銳。而在圖12和圖15中，可知峰值的檢測精度降低，在圖13中，成分的分離的檢測精度顯著下降。
[0122]根據以上的實施例，優選的是，從邊界13c到色譜柱20的流入端20a的距離相對于所述色譜柱容納部的半徑以及第2流路13b的內表面的半徑R為0.9倍以上且1.1倍以下。
【權利要求】
1.一種流路單元，設置有:具有液體色譜儀用的固定相的色譜柱；以及保持所述色譜柱的支撐體，該流路單元的特征在于， 在所述支撐體中形成有: 色譜柱容納部，保持所述色譜柱； 液體導入口和液體排出口； 導入流路，從所述液體導入口通至所述色譜柱的流入端；以及 排出流路，從所述色譜柱的排出端通至所述液體排出口， 所述導入流路具有: 第I流路，該第I流路的截面積均勻；以及 第2流路，從與所述第I流路的邊界朝向所述色譜柱的所述流入端，該第2流路的截面積逐漸變大， 所述色譜柱容納部的與其軸中心正交的截面為圓形，所述第2流路的內表面為凹形狀，從所述邊界到所述流入端的距離與所述色譜柱容納部的所述截面的半徑一致。
2.根據權利要求1所述的流路單元，其特征在于， 用包括所述色譜柱容納部的軸中心的任意的截面切斷時的所述第2流路的內表面的截面形狀為半圓形。
3.根據權利要求2所述的流路單元，其特征在于， 所述第2流路的內表面為半球面。
4.根據權利要求1所述的流路單元，其特征在于， 用包括所述色譜柱容納部的軸中心的任意的截面切斷時的所述第2流路的內表面的截面形狀為等腰三角形。
5.根據權利要求4所述的流路單元，其特征在于， 所述第2流路的內表面為圓錐面。
6.根據權利要求1所述的流路單元，其特征在于， 從所述邊界到所述流入端的距離相對于所述色譜柱容納部的所述半徑為0.9倍以上且1.1倍以下。
7.根據權利要求1所述的流路單元，其特征在于， 所述半徑是所述第I流路的直徑的5倍以上。
8.根據權利要求1所述的流路單元，其特征在于， 所述液體色譜儀用的固定相是單塊構造的燒結陶瓷的多孔質體。
9.根據權利要求8所述的流路單元，其特征在于， 所述多孔質體是多孔質二氧化硅。
【文檔編號】G01N30/60GK103575838SQ201310341763
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年8月7日 優先權日:2012年8月10日
【發明者】伊藤淳子, 水口博義 申請人:阿爾卑斯電氣株式會社