JP5644187B2

JP5644187B2 - カラムオーブン

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Publication number: JP5644187B2
Application number: JP2010124915A
Authority: JP
Inventors: 圭祐磯; 孝夫岡戸
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2010-05-31
Filing date: 2010-05-31
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2030-05-31
Also published as: CN102262138B; JP2011252719A; CN102262138A; US20110290233A1; US9310343B2

Description

本発明は、液体クロマトグラフ用のカラムを温調するためのカラムオーブンに関するものであり、特にヒートブロック方式のカラムオーブンに関する。

液体クロマトグラフ（ＬＣ）分析では、カラムの成分保持特性が温度の影響を受けるほか、移動相の粘性等も温度の影響を受けるため、高い分析再現性を実現するにはカラム温度を一定に保つことが重要である。また、同一試料に対して複数のＬＣ装置で得られる分析結果（クロマトグラム）の同一性を確保するには、カラム温度制御の正確性が重要である。こうしたことから、一般に、ＬＣ分析（特に現在主流であるＨＰＬＣ分析）では、カラムを温調するためにカラムオーブンが利用されている（特許文献１など参照）。

カラムオーブンの温調方式には、大別して、ヒートブロック方式、空気循環方式、液体循環方式などがある。このうち、ヒートブロック方式は、図１１（ａ）に示すように、アルミニウムなどの熱伝導率の高い金属から成るブロック（ヒートブロック６０）をカラム９０に接触させ、このヒートブロック６０をヒータ７１により温調するものである（例えば特許文献１を参照）。

こうしたヒートブロック方式のカラムオーブンによってカラムの温調を行う際には、ヒータ７１の近傍に取り付けた温度センサ８１によりヒートブロック６０の現在の温度を測定し、その現在温度に応じてヒータ７１へ供給する電力を調整するような制御が行われる。

特開2000-111536号公報

上記従来のヒートブロック方式のカラムオーブンでは、図１１（ａ）又は図１２（ａ）に示すように、ヒートブロック６０の中央又は左右一方に取り付けられた一組のヒータ７１及び温度センサ８１によって温調が行われる。そのため、図１１（ｂ）又は図１２（ｂ）に示すように、ヒータ７１の取り付け位置の近傍ほどヒートブロック６０の温度が高く、該取り付け位置から離れた位置ほどヒートブロック６０の温度が低いという、長さ方向（即ち移動相の流通方向）に沿った温度の不均一が生じる。その結果、該ヒートブロック６０によって温調されるカラム９０にも長さ方向に沿った温度の不均一が生じることとなる。

また、ＬＣ分析の実行中、カラム９０には常に移動相液体が流れており、このとき、該カラム９０の流入口側には温調されていない（即ち比較的低温の）移動相が流れ込んでくる。そのため、図１３（ｂ）に示すように、カラム９０の流出口側と流入口側でカラム温度に大きな差が発生する。

このように、従来のヒートブロック方式のカラムオーブンでは、カラムの長さ方向に沿った温度不均一が生じやすいため、安定したリテンションタイム（保持時間）の確保が困難であり、分析精度の更なる改善を阻む一要因となっている。

本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、ヒートブロックを最適な温度分布とし、カラムの温度均一性を高めることのできるカラムオーブンを提供することにある。

上記課題を解決するために成された本発明に係るカラムオーブンは、カラムに接触させた、該カラムの流入口から流出口に至る長さを有する１つのヒートブロックを加熱又は冷却し、該ヒートブロックからの伝熱によって前記カラムを温調するカラムオーブンであって、
a)前記カラムと直接接触しない位置に、且つ、前記ヒートブロックの長さ方向に互いに離間して配置され、該ヒートブロックを加熱又は冷却する複数の温調体と、
b)前記各温調体の近傍における前記ヒートブロックの温度を測定する複数の温度センサと、
c)前記各温度センサの測定温度に基づいて対応する温調体を独立に制御する制御手段と、
を有することを特徴としている。

本発明のカラムオーブンでは、例えば、図１（ａ）に示すように、ヒートブロック１０上に複数のヒータ２１、２２を配置し、各ヒータ２１、２２を各々の近傍に取り付けた温度センサ３１、３２の測定温度に基づいて個別に制御する。これにより、ヒートブロック１０を最適な温度分布（例えば、図１（ｂ）に示すような均一な温度分布）とすることができる。

なお、ここではヒートブロックを加熱する場合を例に挙げて説明したが、本発明は、ペルチェ素子等によってヒートブロックを冷却する場合にも同様に適用可能である。また、図１ではヒートブロック１０上に２組の温調体及び温度センサを設ける例を示したが、３組以上の温調体及び温度センサを設けた構成としてもよい。

上記本発明に係るカラムオーブンは、更に、
d)少なくとも、分析に適用されるカラムオーブンの温度と移動相の流量とを含む分析条件に基づいて前記各温調体の設定温度をそれぞれ決定する温度決定手段、
を有し、
前記制御手段が、前記温度センサによる測定温度が前記各温調体の設定温度となるように各温調体を制御するものとすることが望ましい。

これにより、カラムオーブンの温度や移動相の流量などの分析条件に応じた最適な設定温度で各温調体を制御することができる。

上記本発明に係るカラムオーブンは、前記温度決定手段が、前記複数の温調体により前記ヒートブロックを加熱する場合において、前記カラムの流入口に近い位置に配置された温調体ほど設定温度が高くなるように前記各温調体の設定温度を決定するものとすることが望ましい。

一般的に、カラムの流入口には温調されていない移動相が流入するため、流入口側では移動相に奪われる熱量がより多くなる。そのため、流入口付近と他の部分とを同じように加熱した場合、流入口側のカラム温度が低くなることがある（図２）。これに対し、上記構成から成る本発明のカラムオーブンでは、例えば、図３に示すように、流入口側に配置されたヒータ２２の設定温度Ｔ２_ｓｅｔを流出口側に設けられたヒータ２１の設定温度Ｔ１_ｓｅｔよりも高くすることにより、カラム４０の流入口近傍により多くの熱を与えることができる。このため、前記のような流入口近傍でのカラム温度の低下を防止し、カラム全体を図３（ｂ）に示すような均一な温度分布とすることができる。

また、本発明に係るカラムオーブンは、前記温度決定手段が、前記複数の温調体により前記ヒートブロックを冷却する場合において、前記カラムの流入口に近い位置に配置された温調体ほど設定温度が低くなるように前記各温調体の設定温度を決定するものとしてもよい。

また、本発明に係るカラムオーブンは、前記温度決定手段が、前記分析条件に基づいて各温調体の設定温度差の限界値を求め、該限界値内に納まるように前記各温調体の設定温度を決定するものとすることが望ましい。

例えば、図３に示した例において、流入口側ヒータの設定温度Ｔ２_ｓｅｔを高くしすぎると、流入口側のヒータ２２によりヒートブロック１０に与えられた熱がヒートブロック１０やカラム４０を介して流出口側に伝わり、図４（ｂ）に示すように、流出口側のブロック温度が流出口側ヒータの設定温度Ｔ１_ｓｅｔよりも高くなるおそれがある。この場合、流出口側のヒータ２１への供給電力を調節しても流出口側の温度センサ３１の測定温度を設定温度Ｔ１_ｓｅｔにすることができなくなる。そこで、上記構成から成る本発明のカラムオーブンでは、図５に示すように流出口側におけるヒートブロック１０の温度が設定温度を超えないような設定温度差の限界値ΔＴ_ｍａｘを予め求めておき、これに基づいて流出口側及び流入口側の温調体の設定温度を決定する。なお、カラムを冷却する場合は、流出口側におけるヒートブロックの温度が設定温度Ｔ１_ｓｅｔを下回らないような設定温度差の限界値ΔＴ_ｍａｘを定めておき、これに基づいて流出口側及び流入口側の温調体の設定温度を決定する。

また、上記本発明に係るカラムオーブンは、前記温度決定手段が、前記分析条件として更に、室温、移動相の比熱、移動相の熱伝導率、カラムの太さ、カラム充填剤の種類、カラムの長さのうち、少なくともいずれかを加味して前記各温調体の設定温度を決定するものとすることが望ましい。

このように様々な分析条件を考慮することにより、一層適切な温調制御を行うことが可能となる。

以上で説明したように、本発明のカラムオーブンによれば、ヒートブロックを最適な温度分布とすることができ、該ヒートブロックによって温調されるカラムの長さ方向の温度均一性を高めることができる。その結果、分離カラム内での試料成分の分離が安定して行われることとなり、ＬＣ分析の再現性向上に寄与することができる。

本発明に係るカラムオーブンを説明する図であり、（ａ）は、ヒートブロック上におけるヒータ及び温度センサの配置を示す模式図、（ｂ）はヒートブロックの温度分布を示すグラフである。流入口側でカラム温度が低下することを説明する図であり、（ａ）は、ヒートブロック上におけるヒータ及び温度センサの配置を示す模式図、（ｂ）はヒートブロック及びカラムの温度分布を示すグラフである。流入口側の設定温度を高くする例を説明する図であり、（ａ）は、ヒートブロック上におけるヒータ及び温度センサの配置を示す模式図、（ｂ）はヒートブロック及びカラムの温度分布を示すグラフである。流出口側のブロック温度が設定温度を上回る場合を示す図であり、（ａ）は、ヒートブロック上におけるヒータ及び温度センサの配置を示す模式図、（ｂ）はヒートブロック及びカラムの温度分布を示すグラフである。流出口側と流入口側の設定温度差に限界値を設ける例を示す図であり、（ａ）は、ヒートブロック上におけるヒータ及び温度センサの配置を示す模式図、（ｂ）はヒートブロック及びカラムの温度分布を示すグラフである。本発明の一実施例に係るカラムオーブンを含む液体クロマトグラフ装置を示す概略構成図。同実施例に係るヒートブロックを示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は背面図である。同実施例のカラムオーブンにおける各ヒータの設定温度の決定手順を示すフローチャート。１つのペルチェ素子で冷却を行う従来のカラムオーブンを説明する図であり、（ａ）は、ヒートブロック上におけるペルチェ素子及び温度センサの配置を示す模式図、（ｂ）はヒートブロック及びカラムの温度分布を示すグラフである。複数のペルチェ素子で冷却を行う本発明のカラムオーブンを説明する図であり、（ａ）は、ヒートブロック上におけるペルチェ素子及び温度センサの配置を示す模式図、（ｂ）はヒートブロック及びカラムの温度分布を示すグラフである。従来のカラムオーブンを説明する図であり、（ａ）は、ヒートブロック上におけるヒータ及び温度センサの配置を示す模式図、（ｂ）はヒートブロックの温度分布を示すグラフである。従来のカラムオーブンの別の例を説明する図であり、（ａ）は、ヒートブロック上におけるヒータ及び温度センサの配置を示す模式図、（ｂ）はヒートブロックの温度分布を示すグラフである。従来のカラムオーブンにおいて流入口側でカラム温度が低下することを説明する図であり、（ａ）は、ヒートブロック上におけるヒータ及び温度センサの配置を示す模式図、（ｂ）はカラムの温度分布を示すグラフである。

本発明の一実施例によるカラムオーブンについて図面を参照しつつ説明する。図６は、本実施例に係るカラムオーブンを含む液体クロマトグラフ装置の要部の構成図である。

この液体クロマトグラフ装置において、送液ポンプ２００は移動相容器１００に貯留されている移動相を吸引し、オートサンプラ３００を介して一定流量でカラム４０へと送給する。オートサンプラ３００はインジェクタを含み、予め用意された多数の試料の中から指定された試料を選択して移動相中に試料を注入する。注入された試料は移動相に乗ってカラム４０に導入され、カラム４０を通過する間に時間方向に分離されて溶出する。カラム４０はカラムオーブン４００に収容されており、カラムからの溶出液は、例えば吸光分光光度計等の検出器５００に導入され、溶出液中の各試料成分に応じた検出信号が時間経過に伴って取り出される。

カラムオーブン４００の内部には、図７に示すようなヒートブロック１０が配設されている。ヒートブロック１０は、熱伝導性のよい金属から成る断面略コの字型のブロックであり、前記コの字の凹部空間内には支持ブロック１１ａ、１１ｂと板バネ１２ａ、１２ｂが設けられている。支持ブロック１１ａ、１１ｂの上面にはカラム４０を嵌め込むための溝が形成されており、該支持ブロック１１ａ、１１ｂ及び板バネ１２ａ、１２ｂによってカラム４０を上下から挟持することによりヒートブロック１０の凹部空間内にカラム４０が固定される。

ヒートブロック１０の背面側には２つのヒータ２１、２２がヒートブロック１０の長さ方向（即ち移動相の流通方向）に離間して埋設されており、各ヒータ２１、２２の近傍にはそれぞれ温度センサ３１、３２が埋設されている。以下、これらの２組のヒータ及び温度センサの内、カラム４０の流入口に近い方を流入口側ヒータ２２及び流入口側温度センサ３２と呼び、カラム４０の流出口に近い方を流出口側ヒータ２１及び流出口側温度センサ３１と呼ぶことがある。なお、各温度センサ３１、３２は、各ヒータに隣接する位置のうち、他方のヒータから遠い側に設けることが望ましい。これにより、他方のヒータの発熱による測定温度への影響を低減することができる。

カラムオーブン４００には、前記流入口側ヒータ２２及び流出口側ヒータ２１による加熱を制御するための温調制御部４１０が付設されている。この温調制御部４１０は、前記の流入口側温度センサ３２及び流出口側温度センサ３１で得られた温度情報を受け取ると共に、流入口側ヒータ２２及び流出口側ヒータ２１にそれぞれ加熱電力を供給するものであり、各温度センサ３１、３２による検出温度Ｔ１、Ｔ２と各ヒータ２１、２２についての設定温度Ｔ１_ｓｅｔ、Ｔ２_ｓｅｔ（後述する）に基づいて各ヒータに供給する加熱電力を調節する。

また、本実施例における液体クロマトグラフ装置には、ＬＣ分析を実行するために各部を統括的に制御すると共に、検出器５００から検出信号を受け取って処理する制御・処理部６００が設けられ、この制御・処理部６００には分析条件などをユーザが指定するための入力部７００と、設定された分析条件や分析の遂行状況、或いは分析結果などを表示するための表示部８００とが接続されている。前記制御・処理部６００は、流出口側ヒータ２１及び流入口側ヒータ２２についての設定温度Ｔ１_ｓｅｔ、Ｔ２_ｓｅｔを決定する温度決定部４２０（本発明の温度決定手段に相当）を機能的に備えている。一般的に、制御・処理部６００はパーソナルコンピュータを中心に構成され、該コンピュータにインストールされた専用の制御・処理プログラムを実行することにより、制御や処理を実施することができる。

上記温度決定部４２０による流出口側ヒータ２１の設定温度Ｔ１_ｓｅｔと流入口側ヒータ２２の設定温度Ｔ２_ｓｅｔの決定手順について図８のフローチャートを参照しつつ説明する。

まず、ＬＣ分析を開始するにあたり、ユーザが入力部７００を操作して該ＬＣ分析に適用する分析条件を指定する。ここで、前記分析条件には、少なくともカラムオーブンの温度（以下、オーブン温度Ｔと呼ぶ）と移動相の流量Ｆの値が含まれる。なお、これらの分析条件は、ユーザが数値入力などにより直接指定してもよく、予め制御・処理部６００に記憶されている複数の分析メソッド（ある分析を行うための１セットの分析条件を記述したデータファイル）から適当なものを選択するなどにより間接的に指定してもよい。後者の場合、ユーザが選択した分析メソッドに含まれるオーブン温度Ｔや移動相流量Ｆの値が、これから行うＬＣ分析におけるオーブン温度Ｔ、移動相流量Ｆとして指定されたことになる。

続いて、温度決定部４２０が、ユーザが指定した各種分析条件のうち、オーブン温度Ｔと移動相流量Ｆの値を取得する（ステップＳ１１）。そして、該オーブン温度Ｔを流出口側ヒータの設定温度Ｔ１_ｓｅｔとして決定する（ステップＳ１２）。

次に、温度決定部４２０は、オーブン温度Ｔと移動相流量Ｆをパラメータとする所定の計算式を用いて流入口側ヒータの設定温度の最適値Ｔ２_ｏを算出する（ステップＳ１３）。ここで、前記流入口側ヒータの設定温度の最適値Ｔ２_ｏとは、カラム４０の流入口付近の温度をオーブン温度Ｔとほぼ同一にする（即ちカラム４０全体を均一な温度とする）ために必要な流入口側ヒータ２２の設定温度である。上述の通り、カラム４０の流入口側では温調されていない移動相の流入によってより多くの熱が奪われるため、前記流入口側ヒータの設定温度の最適値Ｔ２_ｏはオーブン温度Ｔよりも大きな値となる。また、前記移動相流量Ｆが大きいほど移動相によって奪われる熱量が多くなるため、前記流入口側ヒータの設定温度の最適値Ｔ２_ｏの値も大きくなる。

更に、温度決定部４２０は、オーブン温度Ｔと移動相流量Ｆをパラメータとする別の計算式を用いて流出口側ヒータと流入口側ヒータの設定温度差の限界値ΔＴ_ｍａｘを算出する（ステップＳ１４）。例えば、流入口側ヒータ２２の設定温度Ｔ２_ｓｅｔを高くしすぎると、該流入口側ヒータ２２の発熱がカラム４０及びヒートブロック１０を伝導し、流出口側温度センサ３１の検出温度が流出口側ヒータの設定温度Ｔ１_ｓｅｔを超えてしまい、流出口側ヒータ２１による温度制御が行えなくなる。これを防止するため、本実施例のカラムオーブンでは、流出口側ヒータの設定温度Ｔ１_ｓｅｔと流入口側ヒータの設定温度Ｔ２_ｓｅｔの差に限界値ΔＴ_ｍａｘが定められる。例えば、前記オーブン温度Ｔの値が小さい場合には、比較的小さなヒータ出力でヒートブロック１０の温度がオーブン温度Ｔに達するため、前記流出口側ヒータと流入口側ヒータの設定温度差の限界値ΔＴ_ｍａｘは小さくなる。また、移動相流量Ｆが大きい場合には、流入口側ヒータ２２の発熱の大部分が移動相に奪われるため、前記流出口側ヒータと流入口側ヒータの設定温度差の限界値ΔＴ_ｍａｘは大きくなる。なお、上記の各計算式は予備実験等によって予め求めておき、制御・処理部６００に記憶させておく。

そして、前記流出口側ヒータの設定温度Ｔ１_ｓｅｔに前記流出口側ヒータと流入口側ヒータの設定温度差の限界値ΔＴ_ｍａｘを加算することにより、流入口側ヒータの設定温度の上限値Ｔ２_ｍａｘが算出される（ステップＳ１５）。

続いて、温度決定部４２０は、以上により算出された流入口側ヒータの設定温度の最適値Ｔ２_ｏと流入口側ヒータの設定温度の上限値Ｔ２_ｍａｘを比較し、低い方を流入口側ヒータの設定温度Ｔ２_ｓｅｔとして決定する（ステップＳ１６）。

以上により各ヒータ２１、２２の設定温度Ｔ１_ｓｅｔ、Ｔ２_ｓｅｔが決定されると、制御・処理部６００は、これらの値を温調制御部４１０に送出して温調制御の開始を指示する。これにより、温調制御部４１０による各ヒータ２１、２２への電力供給が開始される。ここで、温調制御部４１０は流出口側温度センサ３１によって取得されるヒートブロックの現在温度Ｔ１と、前記設定温度Ｔ１_ｓｅｔとの差に応じて流出口側ヒータ２１に供給する加熱電力を調節すると共に、流入口側温度センサ３２によって取得されるヒートブロックの現在温度Ｔ２と、前記設定温度Ｔ２_ｓｅｔとの差に応じて流入口側ヒータ２２に供給する加熱電力を調節する。

その後、温調制御部４１０は、温度センサ３１、３２による検出温度Ｔ１、Ｔ２がそれぞれ設定温度Ｔ１_ｓｅｔ、Ｔ２_ｓｅｔに到達した時点でその旨を示す信号を制御・処理部６００に送出し、該信号を受け取った制御・処理部６００が液体クロマトグラフ装置の各部を制御してＬＣ分析を開始させる。

なお、上記の例ではユーザが指定したオーブン温度と移動相流量に基づいて各ヒータの設定温度を決定する例を示したが、その他に、例えば以下のような分析条件を加味して各ヒータの設定温度を決定する構成としてもよい。その場合も下記の分析条件をパラメータとした計算式を予備実験等によって作成しておき、該計算式を用いて各ヒータの設定温度を決定することができる。

（１）室温
室温が低いほど、ヒートブロック１０の放熱量が大きくなり、流入口側ヒータ２２による熱が流出口側まで伝わりにくくなるため、流出口側と流入口側の設定温度差を大きく取ることができる。そこで、室内温度を測定するための温度センサを別途設け、該センサの測定値を加味して前記流出口側ヒータと流入口側ヒータの設定温度差の限界値ΔＴ_ｍａｘを算出する構成とすることにより、より最適な温調制御を実現することができる。但し、室温が低く且つユーザが指定したオーブン温度Ｔの値が大きい場合、流出口側と流入口側の設定温度差を大きくしすぎると（即ち、流入口側ヒータ２２の設定温度Ｔ２_ｓｅｔを高くし過ぎると）、流入口側ヒータ２２の出力を常時最大にしても、設定温度Ｔ２_ｓｅｔに到達できなくなるおそれがある。そこで、ユーザが指定したオーブン温度と室内温度との差を考慮して前記流出口側ヒータと流入口側ヒータの設定温度差の限界値ΔＴ_ｍａｘを算出する構成とすることがより望ましい。

（２）移動相の比熱
移動相の比熱が大きいほどヒートブロック１０の熱は移動相に費やされる。その結果、流入口付近でカラム温度が低下しやすくなるため、流入口側ヒータ２２の設定温度をより高くする必要がある。即ち、移動相の比熱の違いにより、流入口側ヒータの設定温度の最適値Ｔ２_ｏが異なってくる。そこで、前記流入口側ヒータの設定温度の最適値Ｔ２_ｏを決定する際に、こうした移動相の比熱を加味することで、カラム４０の温度分布をより均一にすることができる。また、移動相の比熱が大きいほどヒートブロック１０の放熱量が大きくなるため、流出口側と流入口側の設定温度差を大きく取ることができる。そのため、移動相の比熱を加味して前記流出口側ヒータと流入口側ヒータの設定温度差の限界値ΔＴ_ｍａｘを算出することにより、一層最適な温調制御を実現することができる。

（３）カラムの太さ、充填剤の種類
カラムの太さや充填剤の種類により、該カラムの温調に要する熱量は変化する。そこで、前記流入口側ヒータの設定温度の最適値Ｔ２_ｏ及び流出口側ヒータと流入口側ヒータの設定温度差の限界値ΔＴ_ｍａｘを算出する際に、これらを加味する構成とすれば、より最適な温調制御を実現することができる。

（４）カラムの長さ
カラムの長さによっても該カラムの温調に要する熱量が変化する。そのため、カラムの長さを考慮して前記流入口側ヒータの設定温度の最適値Ｔ２_ｏ及び流出口側ヒータと流入口側ヒータの設定温度差の限界値ΔＴ_ｍａｘを算出することが望ましい。なお、カラムの長さはユーザが数値等で直接入力するようにしてもよいが、カラムの長さを自動計測する手段をカラムオーブン内に設けることが望ましい。このような計測手段としては、例えば、図７に示すようなヒートブロック１０において、カラム４０の長さに応じて支持ブロック１１ａ、１１ｂをスライドできる構成とし、制御・処理部６００が２つの支持ブロック１１ａ、１１ｂの間隔を取得してその値からカラム４０の長さを求めるようにすることが考えられる。

（５）移動相の熱伝導率
移動相の熱伝導率も、上記他のパラメータと同様に前記流入口側ヒータの設定温度の最適値Ｔ２_ｏ及び流出口側ヒータと流入口側ヒータの設定温度差の限界値ΔＴ_ｍａｘに影響する。そこで、これらの値を決定する際に移動相の熱伝導率を加味することでより最適な温調制御が可能となる。

なお、グラジエント分析を行う場合には、時間経過に伴う移動相の混合比率の変更に応じてカラムに流入する移動相の比熱や熱伝導率が変化する。そのため、これに応じて分析の実行中に各ヒータ２１、２２の設定温度Ｔ１_ｓｅｔ、Ｔ２_ｓｅｔを変化させることが望ましい。このためには、例えば、移動相毎に設けられた送液ポンプの動作状態を制御・処理部６００が所定の時間間隔で取得すると共に、該動作状態と予め入力された各移動相の情報から現時点における移動相の比熱や熱伝導率を求め、それに応じて前記流入口側ヒータの設定温度の最適値Ｔ２_ｏ及び流出口側ヒータと流入口側ヒータの設定温度差の限界値ΔＴ_ｍａｘを算出して各ヒータ２１、２２の設定温度Ｔ１_ｓｅｔ、Ｔ２_ｓｅｔを変更することが考えられる。また例えば、２種類の移動相Ａ、Ｂの組成比を徐々に変化させる場合において、移動相Ａのみの状態、移動相Ａ、Ｂの組成比が１：１の状態、及び移動相Ｂのみの状態など、複数の状態における移動相の比熱や熱伝導率を予め論理的又は実験的に求めて制御・処理部６００に記憶させておき、分析時間の経過に伴ってヒータの設定温度Ｔ１_ｓｅｔ、Ｔ２_ｓｅｔを前記の各状態に適した値に段階的に変化させるようにしてもよい。

以上、実施例を用いて本発明を実施するための形態について説明を行ったが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲で適宜変更が許容される。例えば、上記実施例では、ヒータによってヒートブロックを加熱する場合を例に挙げて説明を行ったが、本発明は温調体として例えばペルチェ素子等を使用してヒートブロックを冷却する場合にも同様に適用可能である。なお、一般的にカラムを冷却する場合には、図９に示すように流入口側においてカラム温度がヒートブロックの温度よりも高くなる傾向がある。そのため、本発明のカラムオーブンにおいてカラムを冷却する場合には、図１０（ａ）に示すように、流入口側に配置されたペルチェ素子５２の設定温度Ｔ２_ｓｅｔを流出口側に設けられたペルチェ素子５１の設定温度Ｔ１_ｓｅｔよりも低くすることが望ましい。これにより、カラムを図１０（ｂ）に示すような均一な温度分布とすることができる。

続いて、本発明の効果を確認するために行った実験について説明する。

表１に、従来のカラムオーブン及び本発明のカラムオーブンを使用して各種分析条件におけるブロック温度、カラム温度を測定した結果を示す。

実験例１、２は、図１１に示すように、ヒートブロック６０の中央部１箇所に設けたヒータ７１及び温度センサ８１によって温調を行ったものであり、従来技術に相当する。実験例３、４は、図３に示すように、ヒートブロック１０の流出口側と流入口側の２箇所にそれぞれ設けたヒータ２１、２２及び温度センサ３１、３２によって温調を行い、且つ流入口側ヒータ２２と流出口側ヒータ２１の設定温度に差を設けたものである。

表中の「カラム温度（左）」、「カラム温度（中央）」、「カラム温度（右）」はそれぞれカラム９０、４０の流入口側付近、中央部、流出口側付近における該カラムの表面温度を意味している。実験例１、２では、「設定温度１」、「ブロック温度１」がそれぞれヒータ７１の設定温度、温度センサ８１の検出温度である。実験例３、４では、「設定温度１」、「ブロック温度１」は、それぞれ流出口側ヒータ２１の設定温度、流出口側温度センサ３１の検出温度であり、「設定温度２」、「ブロック温度２」は、流入口側ヒータ２２の設定温度、流入口側温度センサ３２の検出温度を意味する。なお、実験例１〜４の実験は、いずれも室温２５℃で行った。

この表から明らかなように、２点で温調を行い且つ流入口側の設定温度を流出口側より高くしたもの（実験例３、４）では、従来のように１点のみで温調を行ったもの（実験例１、２）に比べて、カラム温度の均一性が向上していることが確認された。

表２に、本発明のカラムオーブンを使用して各種分析条件におけるブロック温度、カラム温度を測定した結果を示す。

実験例５〜１８は、いずれもヒートブロックの上流側と下流側の２箇所にそれぞれ設けたヒータ及び温度センサによって温調を行い、且つ流入口側ヒータ２２と流出口側ヒータ２１の設定温度に差を設けたものであり、このうち実験例１４〜１８は、図５に示すように流出口側ヒータと流入口側ヒータの設定温度差に限界値ΔＴ_ｍａｘを設けたものである。

表中の「設定温度１」、「設定温度２」、「ブロック温度１」、「ブロック温度２」が意味する内容は、表１の実験例３、４と同じであり、「ヒータ出力１」は流出口側ヒータ２１の出力を、「ヒータ出力２」は流入口側ヒータ２２の出力を意味している。

実験例５〜８のように、設定温度が室温に近い場合にはヒータの出力を殆ど必要としないため、流入口側ヒータの設定温度を高くしすぎると（即ち、流出口側と流入口側の設定温度差を大きくしすぎると）、流出口側のブロック温度が流入口側の温度の影響により設定温度よりも高くなってしまう。この場合、流出口側ヒータの出力は０％となり、流出口側ヒータによる温調制御が行えなくなる。実験例１４、１５は、これらのデータを基に、流出口側ヒータと流入口側ヒータの設定温度差に限界値ΔＴ_ｍａｘを設定したものであり、これにより室温と設定温度が近い場合でもヒータの出力が０％にならず、両方のヒータによる温調制御が可能となっていることが分かる。

また、上述のように室温に対してユーザが指定するオーブン温度（ここでは流出口側ヒータの設定温度と同じ）が高すぎる場合には、流出口側ヒータと流入口側ヒータの設定温度差を大きくすると、流入口側ヒータの出力を１００％としても設定温度に到達できないおそれがある。そこで、実験例１７、１８は室温とオーブン温度の差を加味して流出口側ヒータと流入口側ヒータの設定温度差の限界値ΔＴ_ｍａｘを決定し、これを適用して流入口側ヒータの設定温度を定めたものである。この例によれば、こうした限界値を適用しない場合（実験例１１、１２、１３）に比べて流入口側ヒータの出力が抑えられていることが分かる。

１０、６０…ヒートブロック
２１、２２、７１…ヒータ
３１、３２、８１…温度センサ
４０、９０…カラム
５１、５２、５３…ペルチェ素子
１００…移動相容器
２００…送液ポンプ
３００…オートサンプラ
４００…カラムオーブン
４１０…温調制御部
４２０…温度決定部
５００…検出器
６００…制御・処理部
７００…入力部
８００…表示部

Claims

カラムに接触させた、該カラムの流入口から流出口に至る長さを有する１つのヒートブロックを加熱又は冷却し、該ヒートブロックからの伝熱によって前記カラムを温調するカラムオーブンであって、
a)前記カラムと直接接触しない位置に、且つ、前記ヒートブロックの長さ方向に互いに離間して配置され、該ヒートブロックを加熱又は冷却する複数の温調体と、
b)前記各温調体の近傍における前記ヒートブロックの温度を測定する複数の温度センサと、
c)前記各温度センサの測定温度に基づいて対応する温調体を独立に制御する制御手段と、
を有することを特徴とするカラムオーブン。
更に、
d)少なくとも、分析に適用されるカラムオーブンの温度と移動相の流量とを含む分析条件に基づいて前記各温調体の設定温度をそれぞれ決定する温度決定手段、
を有し、
前記制御手段が、前記温度センサによる測定温度が前記各温調体の設定温度となるように各温調体を制御することを特徴とする請求項１に記載のカラムオーブン。
前記温度決定手段が、前記複数の温調体により前記ヒートブロックを加熱する場合において、前記カラムの流入口に近い位置に配置された温調体ほど設定温度が高くなるように前記各温調体の設定温度を決定することを特徴とする請求項２に記載のカラムオーブン。
前記温度決定手段が、前記複数の温調体により前記ヒートブロックを冷却する場合において、前記カラムの流入口に近い位置に配置された温調体ほど設定温度が低くなるように前記各温調体の設定温度を決定することを特徴とする請求項２に記載のカラムオーブン。
前記温度決定手段が、前記分析条件に基づいて各温調体の設定温度差の限界値を求め、該限界値内に納まるように前記各温調体の設定温度を決定することを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載のカラムオーブン。
前記温度決定手段が、前記分析条件として更に、室温、移動相の比熱、移動相の熱伝導率、カラムの太さ、カラム充填剤の種類、カラムの長さのうち、少なくともいずれかを加味して前記各温調体の設定温度を決定することを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載のカラムオーブン。
前記各温度センサが、前記各温調体に隣接する位置のうち、該隣接する温調体以外の温調体から遠い側に配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のカラムオーブン。