イオンクロマトグラフ装置
【課題】 試料の濃縮を行なうイオンクロマトグラフ装置において、濃縮カラムを備えた従来の装置が有する、濃縮カラムに起因するバックグランドノイズの問題、試料の濃縮工程に時間がかかる問題、高精度な耐圧ポンプを必要とする問題、などを最大限に解決可能なイオンクロマトグラフ装置を提供すること。
【解決手段】 溶離液を送液する送液手段と、試料を濃縮する濃縮液を充填可能なループと前記ループに濃縮液を充填する濃縮液充填手段とを設け前記濃縮液充填手段で濃縮液を前記ループに充填可能な状態と前記ループに充填した濃縮液を前記送液手段で送液された溶離液により送液可能な状態とを切り替え可能な流路切り替え手段と、試料を充填可能なループと前記ループに試料を充填する試料充填手段とを前記濃縮液を充填可能なループに備えた試料導入手段と、分析カラムと、検出器と、を備えたイオンクロマトグラフ装置により、前記課題を解決する。
【解決手段】 溶離液を送液する送液手段と、試料を濃縮する濃縮液を充填可能なループと前記ループに濃縮液を充填する濃縮液充填手段とを設け前記濃縮液充填手段で濃縮液を前記ループに充填可能な状態と前記ループに充填した濃縮液を前記送液手段で送液された溶離液により送液可能な状態とを切り替え可能な流路切り替え手段と、試料を充填可能なループと前記ループに試料を充填する試料充填手段とを前記濃縮液を充填可能なループに備えた試料導入手段と、分析カラムと、検出器と、を備えたイオンクロマトグラフ装置により、前記課題を解決する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料中に微量に含まれる各種イオンの濃度を分離／分析するためのイオンクロマトグラフ装置に係り、特に本発明の装置は、従来試料を濃縮する際必要であった濃縮カラムを備えることなく試料の濃縮および分析が可能な装置である。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造業界や環境分析等で要求される、液体試料中に含まれる微量イオン成分の分析において、イオンクロマトグラフ装置が広く用いられている。また、液体試料中に含まれるイオン濃度が検出器の感度より低い場合、自動的に液体試料を濃縮して分析することが可能な、濃縮イオンクロマトグラフ装置も提案されている（たとえば特許文献１参照）。特許文献１を含め、従来からある濃縮イオンクロマトグラフ装置は、図２に示す装置のように、分析カラム（７１）とは別に濃縮カラム（７２）を装置に備えており、試料は濃縮カラム（７２）により一旦濃縮してから、流路切り替えバルブ（４２）のスイッチングにより濃縮カラム（７２）と分析カラム（７１）とを直列に連結し、分析を行なうことが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−０３３２３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図２に示す、濃縮カラムを備えた従来の濃縮イオンクロマトグラフ装置においては、濃縮カラムに起因するバックグランドノイズの問題が存在する（特許文献１参照）。また、試料の濃縮工程に時間がかかること、濃縮カラムの抵抗に抗して安定的な濃縮工程を推進するための高精度な耐圧ポンプが必要であること、などの課題がある。
【０００５】
環境分析の分野で、前記従来の濃縮イオンクロマトグラフ装置を適用する場合、試料中に含まれる環境由来の成分も濃縮され、検出されることから、目的イオンとの迅速な分離に適したステップグラジエントによる溶出法を併用することがある（たとえば、図１４に示す装置）。しかしながら、図１４に示すような装置では、溶離液の切り替えが遅く、切り替えてからベースラインが再安定化するまでに長い時間を要する課題がある。
【０００６】
そこで本発明は、前記課題を最大限に解決可能な、試料の濃縮を行なうイオンクロマトグラフ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するためになされた本発明は、以下の態様を包含する。
【０００８】
本発明の第一の態様は、
溶離液を送液する送液手段と、
試料を濃縮する濃縮液を充填可能なループと前記ループに濃縮液を充填する濃縮液充填手段とを設け、前記濃縮液充填手段で濃縮液を前記ループに充填可能な状態と前記ループに充填した濃縮液を前記送液手段で送液された溶離液により送液可能な状態とを切り替え可能な、流路切り替え手段と、
試料を充填可能なループと前記ループに試料を充填する試料充填手段とを、前記濃縮液を充填可能なループに備えた、試料導入手段と、
分析カラムおよび検出器と、
を備えたイオンクロマトグラフ装置である。
【０００９】
本発明の第二の態様は、
第１の溶離液を送液する送液手段と、
試料を濃縮する濃縮液を充填可能なループと前記ループに濃縮液を充填する濃縮液充填手段とを設け、前記濃縮液充填手段で濃縮液を前記ループに充填可能な状態と前記ループに充填した濃縮液を前記送液手段で送液された第１の溶離液により送液可能な状態とを切り替え可能な、第１の流路切り替え手段と、
第ｎ（ｎは２以上）の溶離液を充填可能なループと前記ループに第ｎの溶離液を充填する第ｎの溶離液充填手段とを設け、前記第ｎの溶離液充填手段で第ｎの溶離液を前記ループに充填可能な状態と前記ループに充填した第ｎの溶離液を前記送液手段で送液された第１の溶離液により送液可能な状態とを切り替え可能な、第（ｎ−１）の流路切り替え手段に設けたループに備えた第ｎの流路切り替え手段と、
試料を充填可能なループと前記ループに試料を充填する試料充填手段とを、前記濃縮液を充填可能なループに備えた、試料導入手段と、
分析カラムおよび検出器と、
を備えたイオンクロマトグラフ装置である。
【００１０】
本発明の第三の態様は、第１の溶離液が有する、試料の溶出力が、第ｎの溶離液が有する、試料の溶出力より強い、前記第一または第二の態様に記載のイオンクロマトグラフ装置である。
【００１１】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１２】
本発明において、試料を濃縮する濃縮液とは、試料中の成分を分析カラム等に吸着保持させて通液し、前記成分の精製および濃縮に寄与する液体を意味し、水性試料に対しては純水が好ましく使用される。この意味で、濃縮液は前処理液とよぶこともできる。
【００１３】
本発明のイオンクロマトグラフ装置に備える、流路切り替え手段は、前記手段に設けた充填手段により前記手段に設けたループに溶離液または濃縮液を充填可能な状態（ＯＦＦ状態）と、前記ループに充填した溶離液または濃縮液を本発明のイオンクロマトグラフ装置に備えた送液手段により送液された（第１の）溶離液により分析カラムおよび検出器へ送液可能な状態（ＯＮ状態）と、を相互に切り替え可能な手段であればよい。本発明のイオンクロマトグラフ装置に備える、試料導入手段は、前記手段に設けた試料充填手段により前記手段に設けたループに試料を充填可能な状態（ＯＦＦ状態）と、充填した試料を本発明のイオンクロマトグラフ装置に備えた送液手段により送液された（第１の）溶離液により分析カラムおよび検出器へ送液可能な状態（ＯＮ状態）と、を相互に切り替え可能な手段であればよい。本発明のイオンクロマトグラフ装置に備える流路切り替え手段および試料導入手段の一例として、イオンクロマトグラフ装置で通常用いられる、二位置切り替え六方バルブがあげられる。
【００１４】
本発明のイオンクロマトグラフ装置に備える、（第１の）溶離液を送液する送液手段は、（第１の）流路切り替え手段がＯＦＦ状態の場合は、（第１の）溶離液を（第１の）流路切り替え手段出口側に備えた分析カラムおよび検出器へ直接導入可能な手段であり、（第１の）流路切り替え手段がＯＮ状態の場合は、（第１の）溶離液で押し出す形で、流路切り替え手段（本発明の第一の態様の場合）または第１から第ｎ（ｎは２以上）の流路切り替え手段（本発明の第二の態様の場合）に設けたループに充填した濃縮液または溶離液を（第１の）流路切り替え手段出口側に備えた分析カラムおよび検出器へ導入可能な手段である。前記送液手段の一例として、液体クロマトグラフ装置で通常用いられる、プランジャポンプがあげられる。
【００１５】
本発明のイオンクロマトグラフ装置の一態様を図３に示す。図３に示すイオンクロマトグラフ装置は、
溶離液Ａ（バッファＡ）（１１ａ）を送液する送液ポンプ（３１）と、
試料を濃縮する濃縮液（前処理液）（１２）を充填可能なループ（５２ａ、５２ｂ）とループ（５２ａ、５２ｂ）に濃縮液を充填する充填ポンプ（３２）とを設け、濃縮液を前記ループに充填可能な状態と前記ループに充填した濃縮液を溶離液Ａで押し出す形で後述の分析カラム（７１）へ送液可能な状態とを切替可能な流路切り替えバルブ（４２）と、
試料（サンプル）（２０）を充填可能なループ（５１）と、ループ（５１）に試料を充填する試料充填手段（不図示）を設けた、試料を導入する試料導入バルブ（４１）と、
流路切り替えバルブ（４２）出口側に備えた、分析カラム（７１）、サプレッサ（９０）および検出器（１００）と、
を備えている。なお、試料導入バルブ（４１）はループ（５２ａ）とループ（５２ｂ）との間に備えている。
【００１６】
図３に示すイオンクロマトグラフ装置を用いた試料分析について図５および図６を用いて詳細に説明する。
【００１７】
工程１ 濃縮液／試料充填工程（図５ａ）
流路切り替えバルブ（４２）および試料導入バルブ（４１）をＯＦＦ状態とし、流路切り替えバルブ（４２）に設けたループ（５２ａ、５２ｂ）に濃縮液を、試料導入バルブ（４１）に設けたループ（５１）に試料を、それぞれ充填手段を用いて充填する。なお、溶離液Ａは流路切り替えバルブ（４２）を経由し、分析カラム（７１）へ導入される。
【００１８】
工程２ 濃縮液／試料連結工程（図５ｂ）
試料導入バルブ（４１）をＯＮ状態にし、濃縮液を充填したループ（５２ａ、５２ｂ）と試料を充填したループ（５１）とを連結し、試料が濃縮液にサンドイッチされた液柱を形成させる。なお、本操作は低圧下（たとえば、大気圧下）で行なうため、操作に伴うループ（５２ａ、５１、５２ｂ）内の圧力変動は生じない。
【００１９】
工程３ 濃縮および分析工程（図６ｃ）
工程２の状態から、流路切り替えバルブ（４２）をＯＮ状態にし、溶離液Ａを送液する流路と、工程２で連結した濃縮液および試料を充填した流路（すなわちループ（５２ａ）、ループ（５１）、ループ（５２ｂ））とを連結する。これにより、溶離液Ａで押し出される形でループ（５２ａ）に充填した濃縮液、ループ（５１）に充填した試料、ループ（５２ｂ）に充填した濃縮液、溶離液Ａの順に分析カラム（７１）に導入される。試料の導入位置（試料導入バルブ（４１））を、ループ（５２ａ）とループ（５２ｂ）との間に設けることにより、分析カラム（７１）中の溶媒をループ（５２ａ）に充填した濃縮液で置換（コンディショニング）してから試料が導入される。ループ（５２ａ、５２ｂ）に充填した濃縮液は溶出力が極めて弱い。そのため、導入した試料は、ループ（５１）から分析カラム（７１）までの流路に残存した試料も含め、ループ（５２ｂ）に充填した濃縮液により分析カラム（７１）入口付近に集められ、吸着されたままの状態となるため、試料濃縮に寄与する。
【００２０】
本発明のイオンクロマトグラフ装置の別の態様を図１５および１６に示す。図１５および１６に示すイオンクロマトグラフ装置は、
溶離液Ｂ（バッファＢ）（１１ｂ）を送液する送液ポンプ（３１）と、
試料を濃縮する濃縮液（前処理液）（１２）を充填可能なループ（５２ａ、５２ｂ）とループ（５２ａ、５２ｂ）に濃縮液を充填する充填ポンプ（３２ａ）とを設け、濃縮液をループ（５２ａ、５２ｂ）に充填可能な状態とループ（５２ａ、５２ｂ）に充填した濃縮液を溶離液Ｂで押し出す形で後述の分析カラム（７１）へ送液可能な状態とを切り替え可能な第１の流路切り替えバルブ（４２ａ）と、
溶離液Ａ（バッファＡ）（１１ａ）を充填可能なループ（５３）とループ（５３）に溶離液Ａを充填する充填ポンプ（３２ｂ）とを設け、溶離液Ａをループ（５３）に充填可能な状態とループ（５３）に充填した溶離液Ａを溶離液Ｂで押し出す形で後述の分析カラム（７１）へ送液可能な状態とを切り替え可能な第２の流路切り替えバルブ（４２ｂ）と、
試料（２０）を充填可能なループ（５１）とループ（５１）に試料を充填する試料充填手段とを設けた、試料を導入する試料導入バルブ（４１）と、
第１の流路切り替えバルブ（４２ａ）出口側に備えた、分析カラム（７１）、サプレッサ（９０）および検出器（１００）と、
を備えている。なお、第２の流路切り替えバルブ（４２ｂ）はループ（５２ｂ）に備えており、試料導入バルブ（４１）はループ（５２ａ）とループ（５２ｂ）との間に備えている。
【００２１】
図１５および１６に示すイオンクロマトグラフ装置を用いた試料分析について前記図を用いて詳細に説明する。
【００２２】
工程１ 濃縮液／試料／溶離液Ａ充填工程（図１５ａ）
流路切り替えバルブ（４２ａ、４２ｂ）および試料導入バルブ（４１）をＯＦＦ状態とし、第１の流路切り替えバルブ（４２ａ）に設けたループ（５２ａ、５２ｂ）に濃縮液を、第２の流路切り替えバルブ（４２ｂ）に設けたループ（５３）に溶離液Ａを、試料導入バルブ（４１）に設けたループ（５１）に試料を、それぞれ充填手段を用いて充填する。なお、溶離液Ｂは第１の流路切り替えバルブ（４２ａ）を経由し、分析カラム（７１）へ導入される。
【００２３】
工程２ 濃縮液／試料／溶離液Ａ連結工程（図１５ｂ）
第２の流路切り替えバルブ（４２ｂ）および試料導入バルブ（４１）をＯＮ状態にし、濃縮液を充填したループ（５２ａ、５２ｂ）と試料を充填したループ（５１）と溶離液Ａを充填したループ（５３）とを連結し、試料が濃縮液にサンドイッチされた液柱を形成させる。なお、本操作は低圧下（たとえば、大気圧下）で行なうため、操作に伴うループ（５２ａ、５１、５２ｂ、５３）内の圧力変動は生じない。
【００２４】
工程３ 濃縮および分析工程（図１６ｃ）
工程２の状態から、第１の流路切り替えバルブ（４２ａ）をＯＮ状態にし、溶離液Ｂを送液する流路と、工程２で連結した濃縮液、試料および溶離液Ａを充填した流路（すなわち、ループ（５２ａ）、ループ（５１）、ループ（５２ｂ）、ループ（５３））とを連結する。これにより、溶離液Ｂで押し出される形でループ（５２ａ）に充填した濃縮液、ループ（５１）に充填した試料、ループ（５２ｂ）に充填した濃縮液、ループ（５３）に充填した溶離液Ａ、溶離液Ｂの順に分析カラム（７１）に導入される（第１の流路切り替えバルブ（４２ａ）から第２の流路切り替えバルブ（４２ｂ）までの流路は濃縮液が充填されているが、その量は僅かであり無視できる）。なお、溶離液Ａが分析カラム（７１）に導入されているときに、必要に応じて第１の流路切り替えバルブ（４２ａ）をＯＦＦ状態に切り替えることで、溶離液Ａによる分析時間（溶離液Ａの分析カラム（７１）への導入時間）の調整が行なえる。溶離液Ａと溶離液Ｂの組成および／または濃度が異なる場合、本工程で、試料の濃縮ならびに溶離液Ａおよび溶離液Ｂによるステップグラジエント分析を行なうことができる。なお、前記場合において、溶離液Ｂが有する試料の溶出力を、溶離液Ａが有する試料の溶出力より強くすると好ましい。
【００２５】
図１５および図１６に示すイオンクロマトグラフ装置において、ステップグラジエント分析に用いる溶離液の種類を増やす場合は、第ｎ（ｎは２以上）の流路切り替えバルブを、第（ｎ−１）の流路切り替えバルブに設けたループに備える形で連結すればよい。例えば、図１５および図１６に示すイオンクロマトグラフ装置において、溶離液Ａ、溶離液Ｂおよび溶離液Ｃによるステップグラジエント分析を行なおうとする場合、図１５および図１６に示すイオンクロマトグラフ装置のうち、溶離液Ｃを充填可能なループと前記ループに溶離液Ｃを充填する充填手段とを設けた第３の流路切り替えバルブを第２の流路切り替えバルブ（４２ｂ）に設けたループ（５３）に備えればよい。なお、前記場合において、溶離液が有する試料の溶出力の強さは、溶離液Ｂ（強い）、溶離液Ｃ（中間）、溶離液Ａ（弱い）の順にするとよい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明のイオンクロマトグラフ装置は、
溶離液を送液する送液手段と、
試料を濃縮する濃縮液を充填可能なループと前記ループに濃縮液を充填する濃縮液充填手段とを設け、前記濃縮液充填手段で濃縮液を前記ループに充填可能な状態と前記ループに充填した濃縮液を前記送液手段で送液された溶離液により送液可能な状態とを切り替え可能な、流路切り替え手段と、
試料を充填可能なループと前記ループに試料を充填する試料充填手段とを、前記濃縮液を充填可能なループに備えた、試料導入手段と、
分析カラムおよび検出器と、
を備えたイオンクロマトグラフ装置であり、従来の試料濃縮を行なうイオンクロマトグラフ装置には必要であった濃縮カラムを備える必要がなく、かつ濃縮液の充填を低圧下（たとえば、大気圧下）で行なうことができる。したがって、従来の装置では必要であった濃縮液を送液するための高精度な耐圧ポンプが不要になる。さらに、本発明のイオンクロマトグラフ装置は、試料を濃縮する操作と濃縮試料を分析カラムに導入する操作とを同時に行なうため、試料濃縮に要する時間を大幅に短縮することができる。
【００２７】
本発明のイオンクロマトグラフ装置において、分析カラムに濃縮液を導入する時間は濃縮液を充填可能なループの容量と濃縮液の流速とで決定し、その後試料が自動で導入される。そのため、見た目の初期化時間（すなわち、試料導入前に濃縮液を送液する時間）を変化させても実際の初期化時間は常に一定になる。そのため、濃縮液による必要以上の試料濃縮はなく、分析結果の再現性が向上する。
【００２８】
本発明のイオンクロマトグラフ装置の別の態様である、
第１の溶離液を送液する送液手段と、
試料を濃縮する濃縮液を充填可能なループと前記ループに濃縮液を充填する濃縮液充填手段とを設け、前記濃縮液充填手段で濃縮液を前記ループに充填可能な状態と前記ループに充填した濃縮液を前記送液手段で送液された第１の溶離液により送液可能な状態とを切り替え可能な、第１の流路切り替え手段と、
第ｎ（ｎは２以上）の溶離液を充填可能なループと前記ループに第ｎの溶離液を充填する第ｎの溶離液充填手段とを設け、前記第ｎの溶離液充填手段で第ｎの溶離液を前記ループに充填可能な状態と前記ループに充填した第ｎの溶離液を前記送液手段で送液された第１の溶離液により送液可能な状態とを切り替え可能な、第（ｎ−１）の流路切り替え手段に設けたループに備えた第ｎの流路切り替え手段と、
試料を充填可能なループと前記ループに試料を充填する試料充填手段とを、前記濃縮液を充填可能なループに備えた、試料導入手段と、
分析カラムおよび検出器と、
を備えたイオンクロマトグラフ装置は、低圧グラジエント分析を利用した従来のイオンクロマトグラフ装置と比較し、溶離液（または濃縮液）の切り替えを短時間かつスムーズに行なうことができる。これにより、溶離液切り替え後のベースラインの安定が早く、その後に溶出するイオンの定性／定量精度を向上させることできる。また、溶離液の切り替えも短時間で済むことから、総分析時間の短縮にもつながる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】試料の濃縮を行なわないイオンクロマトグラフ装置の従来からある態様を示した図である。
【図２】試料の濃縮を行なうイオンクロマトグラフ装置の従来からある態様を示した図である。ａは試料濃縮工程、ｂは分析工程における流路構成をそれぞれ示している。
【図３】本発明のイオンクロマトグラフ装置の一態様を示した図である。
【図４】図３に示す装置を用いた分析における、分析カラムに導入する液体の組成変化を示した図である。
【図５】図３に示す装置を用いて試料を分析する際の流路構成を示した図である。ａは濃縮液／試料充填工程を、ｂは濃縮液／試料連結工程をそれぞれ示している。
【図６】図３に示す装置を用いて試料を分析する際（濃縮および分析工程）の流路構成を示した図である。
【図７】図３に示す装置を用いた分析における、分析カラム内の液体の組成変化を示した図である。
【図８】図３に示す装置または図１に示す装置を用いて試料を分析したときのクロマトグラムである。ａは試料３００μＬを図３に示す装置を用いて分析したときの、ｂは試料１５７０μＬを図３に示す装置を用いて分析したときの、ｃは試料３０μＬを図１に示す装置を用い分析したときのクロマトグラムをそれぞれ示す。
【図９】図３に示す装置を用いて試料を分析したときに得られた、各イオンのピーク高さ比（濃縮比）およびピーク面積比（濃縮比）を示した図である。ａは試料３００μＬを導入したときの、ｂは試料１５７０μＬを導入したときの結果をそれぞれ示す。
【図１０】図３に示す装置における分析再現性を示したクロマトグラムである。
【図１１】図２に示す装置における分析再現性を示したクロマトグラムである。
【図１２】図２に示す装置または図３に示す装置を用いて試料を分析したときのクロマトグラムである。ａは図２に示す装置を用いて試料を分析したときの、ｂは図３に示す装置を用いて試料を分析したときのクロマトグラムをそれぞれ示す。
【図１３】図２に示す装置または図３に示す装置を用いて試料を分析したときの初期化時間の影響をみたクロマトグラムである。ａは図２に示す装置を用いて試料を分析したときの、ｂは図３に示す装置を用いて試料を分析したときのクロマトグラムをそれぞれ示す。
【図１４】試料の濃縮を行ない、かつステップグラジエント法により分析するイオンクロマトグラフ装置の従来からある態様を示した図である。ａは濃縮工程の流路構成を、ｂは分析工程の流路構成をそれぞれ示す。
【図１５】本発明のイオンクロマトグラフ装置のうち、ステップグラジエント法により分析する装置の一態様を示した図である。ａは濃縮液／試料／溶離液充填工程を、ｂは濃縮液／試料／溶離液連結工程の流路構成をそれぞれ示す。
【図１６】本発明のイオンクロマトグラフ装置のうち、ステップグラジエント法により分析する装置の一態様を示した図であり、濃縮および分析工程における流路構成を示した図である。
【図１７】図１５および図１６に示す装置を用いた分析における、分析カラムに導入する液体の組成変化および流路切り替えバルブの切り替えを示した図である。
【図１８】図１５および図１６に示す装置を用いた分析における、分析カラム内の液体の組成変化を示した図である。
【図１９】図３に示す装置または図１５および図１６に示す装置を用いて試料を分析したときのクロマトグラムである。ａは図３に示す装置を用い溶離液Ａによるアイソクラティック分析を行なったときの、ｂは図３に示す装置を用い溶離液Ｂによるアイソクラティック分析を行なったときの、ｃは図１５および図１６に示す装置を用いて溶離液Ａから溶離液Ｂへのステップグラジエント分析を行なったときのクロマトグラフをそれぞれ示す。
【図２０】図１５および図１６に示す装置における分析再現性を示したクロマトグラムである。
【図２１】図１４に示す装置における分析再現性を示したクロマトグラムである。
【図２２】図１４に示す装置または図１５および図１６に示す装置を用いて試料を分析したときのクロマトグラムである。ａは図１４に示す装置を用いて試料を分析したときの、ｂは図１５および図１６に示す装置を用いて試料を分析したときのクロマトグラムをそれぞれ示す。
【実施例】
【００３０】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３１】
実施例１
本実施例で検討したイオンクロマトグラフ装置の流路図を図１および図３に示す。図１は試料の濃縮を行なわないイオンクロマトグラフ装置の流路図であり、図３は試料の濃縮が可能かつ濃縮カラムを備えない、本発明のイオンクロマトグラフ装置の流路図である。図３に示す装置は、図１の装置のうち、試料（２０）を充填可能なループ（５１）とループ（５１）に試料を充填する試料充填手段（不図示）を設けた試料導入バルブ（４１）を、
濃縮液（前処理液）（１２）を充填可能なループ（５２ａ、５２ｂ）と、ループ（５２ａ、５２ｂ）に濃縮液を充填する充填ポンプ（３２）と、を設けた流路切り替えバルブ（４２）と、
試料（サンプル）（２０）を充填可能なループ（５１）とループ（５１）に試料を充填する試料充填手段（不図示）を設けた、ループ（５２ａ）とループ（５２ｂ）との間に備えた試料導入バルブ（４１）と、
を備えた流路系に置き換えた装置である。
【００３２】
図３に示す装置のうち、流路切り替えバルブ（４２）は、
ループ（５２ａ、５２ｂ）が送液ポンプ（３１）からの流路および分析カラム（７１）への流路と切り離された状態で、充填ポンプ（３２）により濃縮液（１２）をループ（５２ａ、５２ｂ）に充填／保持可能な保持状態（ＯＦＦ状態）と、
ループ（５２ａ、５２ｂ）が送液ポンプ（３１）からの流路および分析カラム（７１）への流路と連結された状態で、送液ポンプ（３１）で送液された溶離液Ａ（バッファＡ）（１１ａ）により、ループ（５２ａ、５２ｂ）に充填した濃縮液を分析カラム（７１）へ導入可能な導入状態（ＯＮ状態）と、
を切り替え可能なバルブである。また、試料導入バルブ（４１）は、
ループ（５１）がループ（５２ｂ）からの流路およびループ（５２ａ）への流路と切り離された状態で、試料充填手段（不図示）により試料（２０）をループ（５１）に充填／保持可能な保持状態（ＯＦＦ状態）と、
ループ（５１）がループ（５２ｂ）からの流路およびループ（５２ａ）への流路と連結された状態（ＯＮ状態）と、
を切り替え可能なバルブである。
【００３３】
図１および図３に示す装置は、ともに東ソー製イオンクロマトグラフ装置ＩＣ−２００１を一部改良して組み立てた。試料導入バルブ（４１）および流路切り替えバルブ（４２）は、ともにレオダイン社製７０１０または７１２５を使用した。充填ポンプ（３２）は、安価なダイアフラム式ポンプ（ＫＮＦ製 Ｓｏｌｅｎｏｉｄ ｄｉａｐｈｒａｇｍ ｍｅｔｅｒｉｎｇ ｐｕｍｐ ＦＭＭ２０）を使用した。溶離液Ａ（バッファＡ）（１１ａ）は１．９ｍｍｏｌ／Ｌ炭酸水素ナトリウム＋３．２ｍｍｏｌ／Ｌ炭酸ナトリウムを使用し、濃縮液（１２）は純水を使用した。分析カラム（７１）は東ソー製分析用陰イオン交換カラム（ＴＳＫ−ＧＥＬ ＳｕｐｅｒＩＣ−ＡＺ 内径：４．６ｍｍ、長さ：１５ｃｍ、粒径：４μｍ）を使用した。ループ（５２ａ）は内径１．０ｍｍ×長さ２００ｃｍのＳＵＳチューブ（容量：１５７０μＬ）を使用し、ループ（５２ｂ）は内径１．０ｍｍ×長さ１００ｃｍのＳＵＳチューブ（容量：７９０μＬ）を使用した。
【００３４】
試料（２０）として、和光純薬工業製イオンクロマトグラフ用陰イオン混合標準液Ｉ（Ｆ：２０ｍｇ／Ｌ、Ｃｌ：２０ｍｇ／Ｌ、ＮＯ２：１００ｍｇ／Ｌ、Ｂｒ：１００ｍｇ／Ｌ：ＮＯ３：１００ｍｇ／Ｌ、ＰＯ４：２００ｍｇ／Ｌ、ＳＯ４：１００ｍｇ／Ｌ）を純水にて１０００倍希釈したものを使用し、様々な量の前記試料を図２および図３の装置に導入し、イオンクロマトグラフィーによる分析を行なった。なお、溶離液Ａ（１１ａ）の流速は毎分０．８ｍＬである。
【００３５】
図３の装置を用いたイオンクロマトグラフィー分析について図５から図７を用いて詳細に説明する。
（Ａ）流路切り替えバルブ（４２）および試料導入バルブ（４１）がＯＦＦ状態にあるとき（図５ａ）は、送液ポンプ（３１）により送液される溶離液Ａ（１１ａ）は直接分析カラム（７１）へ送液される。図５ａの状態では、ループ（５２ａ、５２ｂ）には濃縮液（１２）が、ループ（５１）には試料（２０）がそれぞれ充填手段により充填される。
（Ｂ）一定時間後、試料導入バルブ（４１）をＯＦＦ状態からＯＮ状態にし、濃縮液を充填したループ（５２ａ）−試料を充填したループ（５１）−濃縮液を充填したループ（５２ｂ）を大気圧下で連結する（図５ｂおよび図７ａ）。
（Ｃ）次に、流路切り替えバルブ（４２）をＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替え、送液ポンプ（３１）からの流路と（Ｂ）で接続したループ（５２ａ）−ループ（５１）−ループ（５２ｂ）と分析カラム（７１）への流路とを連結し、分析を開始する（図６ｃおよび図７ｂ）。
（Ｄ）まず、濃縮液がループ（５２ａ）の容量分だけ分析カラム（７１）に導入される（図７ｃ）。
（Ｅ）その後、試料がループ（５１）の容量分だけ分析カラム（７１）に導入される（図７ｄ）。
（Ｆ）続いて、濃縮液がループ（５２ｂ）の容量分だけ分析カラム（７１）に導入された後、送液ポンプ（３１）で送液された溶離液Ａが分析カラム（７１）に導入され、試料が分離される（図７ｅ）。なお、本実施例の分析系では、濃縮液（純水）による試料溶出は全くない。
【００３６】
前記（Ａ）から（Ｆ）の操作により、まずループ（５２ａ）の容量分だけ濃縮液（純水）が分析カラム（７１）に導入されることで、分析カラム（７１）が純水で置換され初期化される。続いてループ（５１）の容量分だけ試料が分析カラム（７１）に導入されるが、溶出は行なわれず、試料が分析カラム（７１）の入り口付近に濃縮される。その後、ループ（５２ｂ）の容量分だけ濃縮液（純水）が分析カラム（７１）に導入されるが、濃縮液（純水）による試料の溶出はないため、試料は分析カラム（７１）の入り口付近に濃縮されたままである。最後に試料分離用の溶離液Ａが送液され、この時点から試料の分離／分析が開始される。
【００３７】
本実施例では、最初の約２分間（１５７０［μＬ］／０．８［ｍＬ／分］）がカラムの初期化に費やされ、試料導入後約１分間（７９０［μＬ］／０．８［ｍＬ／分］）試料濃縮に費やされ、その後分離／分析を行なう（図４）。
【００３８】
図３に示すイオンクロマトグラフ装置に、容量３００μＬまたは容量１５７０μＬのループ（５１）を取り付け、取り付けたループ（５１）の容量分の試料を分析カラム（７１）に導入したときのクロマトグラムを図８ａおよび図８ｂに示す。なお、図８ａは容量３００μＬのループを取り付けたときの、図８ｂは容量１５７０μＬのループを取り付けたときのクロマトグラムである。また比較例として、図１に示すイオンクロマトグラフ装置に、試料３０μＬを濃縮せずに導入したときのクロマトグラムを図８ｃに示す。
【００３９】
本発明のイオンクロマトグラフ装置（図３、濃縮あり）で分析したとき、および従来のイオンクロマトグラフ装置（図１、濃縮なし）で分析したときの、各種イオンのピーク高さおよびピーク面積、ならびに本発明のイオンクロマトグラフ装置での分析値と従来のイオンクロマトグラフ装置での分析値とのピーク高さ比およびピーク面積比（濃縮率）を表１に示す。
【００４０】
【表１】
図８に示すように、本発明のイオンクロマトグラフ装置（図３）は、３００μＬまたは１５７０μＬといった大量の試料を導入した場合であっても、良好なクロマトグラムが得られることがわかる。また、ピーク高さ比やピーク面積比も、濃縮を行なわない分析（図１）と比較し、３００μＬ導入時で約１０倍、１５７０μＬ導入時で約４０から５０倍と、試料導入量にほぼ比例した値が得られている（図９および表１）。
【００４１】
実施例２
図３に示す本発明のイオンクロマトグラフ装置の分析再現性を確認した。
【００４２】
本実施例において、溶離液Ａ（１１ａ）は７．５ｍｍｏｌ／Ｌ炭酸水素ナトリウム＋１．１ｍｍｏｌ／Ｌ炭酸ナトリウムを使用し、ループ（５１）は内径１．０ｍｍ×長さ４００ｃｍのＳＵＳチューブ（容量３１４０μＬ）を使用し、その他条件は、実施例１と同様とした。実施例１で使用した試料を３１４０μＬずつ１０回、本発明のイオンクロマトグラフ装置（図３）に導入し、測定した。
【００４３】
結果のクロマトグラムを図１０に示す。図１０において、縦軸のＣＭ（ｍＶ）は電気伝導度計の出力信号を表し（以下同じ）、横軸のＲ．Ｔｉｍｅ（ｍｉｎ）は保持時間（分）を表す（以下同じ）。また、各種イオンの溶出時間およびピーク面積を集計した結果を表２に示す。溶出時間のＣｖ（変動係数）は０．０２０から０．０４４％、ピーク面積のＣｖも０．３０２から１．３５６％と非常に良好な値が得られた。
【００４４】
【表２】
比較のため、図２に示す、従来からある、濃縮カラムを備えたイオンクロマトグラフ装置の分析再現性を確認した。
【００４５】
図２の装置は、東ソー製イオンクロマトグラフ装置ＩＣ−２００１に東ソー製液体クロマトグラフ用ポンプＤＰ−８０２０を組み合わせて、組み立てた。分析カラム（７１）は、東ソー製分析用陰イオン交換カラム（ＴＳＫ−ＧＥＬ ＩＣ−Ａｎｉｏｎ ＡＺ 内径：４．６ｍｍ、長さ：１５ｃｍ）を使用した。濃縮カラム（７２）は、東ソー社製ＴＳＫｇｅｌ ＩＣ−Ａｎｉｏｎ ＰＷＸＬ（内径：４．６ｍｍ、長さ：７．５ｃｍ）を使用した。なお、分析カラム（７１）および濃縮カラム（７２）は分析中４０℃に保っている。溶離液Ａ（バッファＡ）（１１ａ）は、７．５ｍｍｏｌ／Ｌ炭酸水素ナトリウム＋１．１ｍｍｏｌ／Ｌ炭酸ナトリウムを使用した。濃縮液（前処理液）（１２）は純水を使用した。なお、溶離液Ａ（１１ａ）の流速は毎分０．８ｍＬであり、濃縮液（１２）の流速は毎分０．５ｍＬである。
【００４６】
流路切り替えバルブ（４２）がＯＦＦ状態のときに実施例１で使用した試料を濃縮カラム（７２）へ３１４０μＬ導入し、１５分間濃縮操作を行なった後、流路切り替えバルブ（４２）をＯＮ状態に切り替えることで濃縮カラム（７２）と分析カラム（７１）とを連結し試料分析した。前記操作を１０回行なった。
【００４７】
結果のクロマトグラムを図１１に示す。また、各イオンの溶出時間およびピーク面積を集計した結果を表３に示す。溶出時間のＣｖは０．１２６から０．２７０％、ピーク面積のＣｖも１．０３６から３．２５２％と、本発明のクロマトグラフ装置（図３）と比較し正確性に乏しいことが分かる。
【００４８】
【表３】
従来からある、濃縮カラムを備えたイオンクロマトグラフ装置（図２）、および本発明のクロマトグラフ装置（図３）で試料を分析したときの代表的なクロマトグラムを図１２に示す。図１２のうち、ａが従来からある、濃縮カラムを備えたイオンクロマトグラフ装置（図２）で分析したときの、ｂが本発明のクロマトグラフ装置（図３）で分析したときの、代表的なクロマトグラムである。従来からある、濃縮カラムを備えたイオンクロマトグラフ装置（図２）では、濃縮カラム（７２）のみが濃縮液で置換されるため、分析開始後のウォーターディップは小さい。一方、本発明のイオンクロマトグラフ装置（図３）では、分析カラム（７１）が濃縮液で置換されるため、分析開始後のウォーターディップが大きくなるものの、フッ化物イオン（Ｆ）との分離は十分であり定量／同定に問題はない。
【００４９】
従来からある、濃縮カラムを備えたイオンクロマトグラフ装置（図２）、および本発明のクロマトグラフ装置（図３）で試料を分析したときの、初期化時間（試料注入前に濃縮液を送液する時間）の影響を示したクロマトグラムを図１３に示す。図１３のうち、ａが従来からある、濃縮カラムを備えたイオンクロマトグラフ装置（図２）で分析したときの、ｂが本発明のクロマトグラフ装置（図３）で分析したときの、クロマトグラムである。
【００５０】
従来からある、濃縮カラムを備えたイオンクロマトグラフ装置（図２）では、フッ化物イオン（Ｆ）と塩化物イオン（Ｃｌ）との間に未知ピーク（ＵＮ Ｐｅａｋ）が存在し、濃縮カラム（７２）の初期化時間を長くするにつれ未知ピークの高さが高くなっている。また塩化物イオン（Ｃｌ）のピーク高さも、初期化時間を長くするにつれ、徐々に高くなっている。その理由として、初期化工程で濃縮カラム（７２）に濃縮液が導入される際に、濃縮液に僅かに混入している成分も濃縮カラム（７２）に濃縮されるためである。そのため、従来からある、濃縮カラムを備えたイオンクロマトグラフ装置（図２）では、濃縮液は高純度な溶媒を用いる必要があり、測定間隔も常に一定にするなど煩雑な管理が必要となり、初期化を長時間行なった場合は正確な測定をするために一度濃縮カラム（７２）を洗浄する必要がある。
【００５１】
一方、本発明のイオンクロマトグラフ装置（図３）では、前記現象は発生しない。その理由として、見た目の初期化時間を（試料導入バルブ（４１）をＯＦＦ状態にする時間）を変化させても実際の初期化時間（濃縮液を導入する時間）はループ（５２ｂ）の容量と濃縮液の流速で決定するため常に一定であり、必要以上に濃縮液成分が濃縮されることはないためである。そのため、本発明のイオンクロマトグラフ装置（図３）では、濃縮液の純度管理はあまり気にする必要はなく、どのようなバルブ状態からでも直ちに分析可能である。
【００５２】
以上をまとめると、本発明のイオンクロマトグラフ装置は、濃縮カラムを必要とせず、かつ濃縮液充填も低圧下で行なえるため、濃縮液充填ポンプとしてダイアフラムポンプやペリスタポンプ（チューブポンプ）といった安価なポンプを使用することができる。また、濃縮操作における初期化時間、濃縮時間は濃縮液を充填するループの容量と濃縮液の流速で決まるため、環境中の不要成分を必要以上に濃縮することもなく、濃縮工程の時間管理も不要である。よって、ラフな分析操作でも精度よく、試料中に含まれる微量イオンの定性分析および定量分析が可能となる。
【００５３】
実施例３
本発明のイオンクロマトグラフ装置を、溶離液を複数切り替えて分離を行なうステップグラジエント分析に適用した装置を用いて分析を行なった。本実施例で使用した装置を図１５および図１６に示す。図１５および図１６に示す装置は、図３に示す装置に、さらに溶離液を充填可能なループ（５３）とループ（５３）に溶離液を充填する充填ポンプ（３２ｂ）とを設けた第２の流路切り替えバルブ（４２ｂ）を、ループ（５２ｂ）に備えており、２種類の溶離液（バッファ）を分析カラム（７１）に導入できるようにしている。
【００５４】
図１５および図１６に示す装置は、東ソー製イオンクロマトグラフ装置ＩＣ−２００１を一部改良して組み立てた。試料導入バルブ（４１）および流路切り替えバルブ（４２ａ、４２ｂ）は、レオダイン社製７０１０または７１２５を使用した。充填ポンプ（３２ａ、３２ｂ）は、安価なダイアフラム式ポンプ（ＫＮＦ製 Ｓｏｌｅｎｏｉｄ ｄｉａｐｈｒａｇｍ ｍｅｔｅｒｉｎｇ ｐｕｍｐ ＦＭＭ２０）を使用した。溶離液Ａ（バッファＡ）（１１ａ）は４ｍｍｏｌ／Ｌ炭酸水素ナトリウム＋０．５ｍｍｏｌ／Ｌ炭酸ナトリウムを使用し、溶離液Ｂ（バッファＢ）（１１ｂ）は１２．５ｍｍｏｌ／Ｌ炭酸水素ナトリウム＋２．５ｍｍｏｌ／Ｌ炭酸ナトリウムを使用した。濃縮液（前処理液）（１２）は純水を使用した。分析カラム（７１）は東ソー社製分析用陰イオン交換カラム（ＴＳＫ−ＧＥＬ ＳｕｐｅｒＩＣ−ＡＺ 内径：４．６ｍｍ、長さ：１５ｃｍ、粒径：４μｍ）を使用した。ループ（５２ａ）は内径１．０ｍｍ×長さ２００ｃｍのＳＵＳチューブ（容量：１５７０μＬ）を使用し、ループ（５２ｂ）は内径１．０ｍｍ×長さ１００ｃｍのＳＵＳチューブ（容量：７９０μＬ）を使用し、ループ（５１）は内径１．０ｍｍ×長さ４００ｃｍのＳＵＳチューブ（容量：３１４０μＬ）を使用し、ループ（５３）は内径２ｍｍ×長さ４００ｃｍのＳＵＳチューブ（容量：１２５７０μＬ）を使用した。
【００５５】
試料（２０）として、和光純薬工業製イオンクロマトグラフ用陰イオン混合標準液Ｉ（Ｆ：２０ｍｇ／Ｌ、Ｃｌ：２０ｍｇ／Ｌ、ＮＯ２：１００ｍｇ／Ｌ、Ｂｒ：１００ｍｇ／Ｌ、ＮＯ３：１００ｍｇ／Ｌ、ＰＯ４：２００ｍｇ／Ｌ、ＳＯ４：１００ｍｇ／Ｌ）を純水にて１０００倍希釈したものを使用し、前記試料を図１５および図１６に示す装置に導入し、イオンクロマトグラフィーによる分析を行なった。なお、流速は毎分０．８ｍＬである。
【００５６】
図１５および図１６の装置を用いたイオンクロマトグラフィー分析について図１５、図１６および図１８を用いて詳細に説明する。
（Ａ）第１の流路切り換えバルブ（４２ａ）、第２の流路切り替えバルブ（４２ｂ）および試料導入バルブ（４１）がＯＦＦ状態にあるとき（図１５ａ）は、送液ポンプ（３１）により送液される溶離液Ｂ（１１ｂ）は直接分析カラム（７１）へ送液される。図１５ａの状態では、ループ（５２ａ、５２ｂ）には濃縮液（１２）が、ループ（５１）には試料（２０）が、ループ（５３）には溶離液Ａ（１１ａ）がそれぞれ充填手段により充填される。
（Ｂ）一定時間後、第２の流路切り替えバルブ（４２ｂ）および試料導入バルブ（４１）をＯＦＦ状態からＯＮ状態にし、濃縮液を充填したループ（５２ａ）−試料を充填したループ（５１）−濃縮液を充填したループ（５２ｂ）−溶離液Ａを充填したループ（５３）を大気圧下で連結する（図１５ｂおよび図１８ａ参照）。
（Ｃ）次に、第１の流路切り替えバルブ（４２ａ）をＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り換え、送液ポンプ（３１）からの流路と（Ｂ）で接続したループ（５２ａ）−ループ（５１）−ループ（５２ｂ）−ループ（５３）と分析カラム（７１）への流路とを連結し、分析を開始する（図１６ｃ、図１８ｂ参照）。
（Ｄ）まず、濃縮液がループ（５２ａ）の容量分だけ分析カラム（７１）に導入される（図１８ｃ）。
（Ｅ）その後、試料がループ（５１）の容量分だけ分析カラム（７１）に導入される（図１８ｄ）。
（Ｆ）続いて、濃縮液がループ（５２ｂ）の容量分だけ分析カラム（７１）に導入された後、ループ（５３）に充填された溶離液Ａが分析カラム（７１）に導入され、試料が溶離液Ａにより分離される（図１８ｅ）。なお、本実施例の分析系では、濃縮液（純水）による試料の溶出は全くない。
（Ｇ）そして、送液ポンプ（３１）で送液された溶離液Ｂが分析カラム（７１）に導入され、溶離液Ｂによる試料の分離を行なう（図１８ｆ）。なお、第１の流路切り替えバルブ（４２ａ）から第２の流路切り替えバルブ（４２ｂ）までの流路は濃縮液が充填されているが、その量は僅かであり無視できる。
【００５７】
前記（Ａ）から（Ｇ）の操作により、まずループ（５２ａ）の容量分だけ濃縮液（純水）が分析カラムに導入されることで、分析カラムが純水で置換され初期化される。続いて、ループ（５１）の容量分だけ試料が分析カラムに導入されるが、溶出は行なわれず、試料が分析カラムの入り口付近に濃縮される。その後、ループ（５２ｂ）の容量分だけ濃縮液（純水）が送液されるが、濃縮液（純水）による試料の溶出はないため、試料は分析カラムの入り口付近に濃縮されたままである。最後に試料分離用の溶離液Ａおよび溶離液Ｂが送液され、この時点から試料の分離／分析が開始される。
【００５８】
本実施例では、最初の約２分間（１５７０［μＬ］／０．８［ｍＬ／分］）がカラムの初期化に費やされ、試料導入に約４分間（３１４０［μＬ］／０．８［ｍＬ／分］）費やされた後、約１分間（７９０［μＬ］／０．８［ｍＬ／分］）試料濃縮に費やされる。その後、溶離液Ａによる最大１５．７分間（１２５７０［μＬ］／０．８［ｍＬ／分］）の１段階目の分離が行なわれ、引き続き溶離液Ｂによる２段階目の分離が行なわれる（図１７参照）。なお、溶離液Ａから溶離液Ｂへの切り替え時間（溶離液Ａの送液時間）は、第２の流路切り替えバルブ（４２ｂ）をＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替えることで調整することができる。
【００５９】
図１５および図１６に示すイオンクロマトグラフ装置を用いて試料を分離したときのクロマトグラムを図１９ｃに示す。なお、図１９ｃでは分析開始２３分後に溶離液Ａから溶離液Ｂへの切り替え（第２の流路切り替えバルブ（４２ｂ）をＯＮ状態からＯＦＦ状態への切り替え）を行ない、分析開始２８分後に切り替えに伴うベースライン変動の補正を行なっている。なお、比較例として、図３に示す装置を用いて溶離液Ａのみによるアイソクラティック分析で試料を分離したときのクロマトグラムを図１９ａに、図３に示す装置を用いて溶離液Ｂのみによるアイソクラティック分析で試料を分離したときのクロマトグラムを図１９ｂに、それぞれ示す。溶離液Ａのみによるアイソクラティック分析（図１９ａ）では溶出に４５分から５５分要した、リン酸イオン（ＰＯ４）および硫酸イオン（ＳＯ４）が、図１５および図１６に示すイオンクロマトグラフ装置を用いることで、３０分から３３分に溶出できることがわかる。
【００６０】
実施例４
図１５および図１６に示す本発明のイオンクロマトグラフ装置の再現性を確認した。本実施例で使用した装置および分析条件は実施例３と同様である。
【００６１】
結果のクロマトグラムを図２０に示す。また、各種イオンの溶出時間およびピーク面積を集計した結果を表４に示す。溶出時間のＣｖは０．０３３から０．２１０％、ピーク面積のＣｖは０．７２３から１．４０５％と非常に良好な値が得られた。
【００６２】
【表４】
比較のため、図１４に示す、一般的な低圧ステップグラジエント分析を行なう、従来からある、濃縮カラムを備えたイオンクロマトグラフ装置の再現性を確認した。
【００６３】
図１４に示す装置は、図２の装置のうち、溶離液Ａを送液する送液ポンプ（３１ａ）の入口側に溶離液Ａと溶離液Ｂとを切り替え可能な三方電磁弁（４３）をさらに備えた装置である。分析カラム（７１）は、東ソー製陰イオン交換分析用カラム（ＴＳＫｇｅｌ ＩＣ−Ａｎｉｏｎ ＡＺ 内径：４．６ｍｍ、長さ：１５ｃｍ）を使用した。濃縮カラム（７２）は、東ソー製ＴＳＫｇｅｌ ＩＣ−Ａｎｉｏｎ ＰＷＸＬ（内径：４．６ｍｍ、長さ：７．５ｃｍ）を使用した。なお、分析カラム（７１）および濃縮カラム（７２）は分析中４０℃に保っている。溶離液Ａ（バッファＡ）（１１ａ）は４ｍｍｏｌ／Ｌ炭酸水素ナトリウム＋０．５ｍｍｏｌ／Ｌ炭酸ナトリウムを使用し、溶離液Ｂ（バッファＢ）（１１ｂ）は１２．５ｍｍｏｌ／Ｌ炭酸水素ナトリウム＋２．５ｍｍｏｌ／Ｌ炭酸ナトリウムを使用した。濃縮液（前処理液）（１２）は純水を使用した。なお、溶離液Ａ（１１ａ）の流速は毎分０．８ｍＬであり、濃縮液（１２）の流速は毎分０．５ｍＬである。
【００６４】
流路切り替えバルブ（４２）がＯＦＦ状態のときに実施例３で使用した試料を濃縮カラム（７２）に３１４０μＬ導入し、１５分間濃縮操作を行なった（図１４ａ）後、流路切り替えバルブ（４２）をＯＮ状態に切り替えることで濃縮カラム（７２）と分析カラム（７１）とを連結し（図１４ｂ）、試料分析した。
【００６５】
前記条件において、分析開始後２３．４分後に電磁弁（４３）を切り替えることで溶離液Ａから溶離液Ｂへの切り替えを行ない、測定を１０回行なったときのクロマトグラムを図２１に示す。また、各イオンの溶出時間およびピーク面積を集計した結果を表５に示す。溶出時間のＣｖは０．０３３から０．０６６％、ピーク面積のＣｖは０．１８９から３．０３９％であった。
【００６６】
【表５】
本発明のイオンクロマトグラフ装置の結果（表４）と濃縮カラムを備えた従来のイオンクロマトグラフ装置の結果（表５）とを比較したところ、溶離液Ｂで溶出する２価イオン（ＰＯ４、ＳＯ４）の溶出時間の再現性は、濃縮カラムを備えた従来のイオンクロマトグラフ装置の方が精度が高いものの、その他のイオン（Ｆ、Ｃｌ、ＮＯ２、Ｂｒ、ＮＯ３）の溶出時間の再現性は両装置でほぼ同等の精度であった。また、ピーク面積の再現性は全てのイオンについて両装置でほぼ同等の精度であった。
【００６７】
図１５および図１６に示す本発明のイオンクロマトグラフ装置を用いて測定を行なったときと、図１４に示す濃縮カラムを備えた従来のイオンクロマトグラフ装置を用いて測定を行なったときとでクロマトグラムのベースラインを比較した図を図２２に示す。図２２ａは図１４に示す装置を用いた測定におけるクロマトグラムを、図２２ｂは図１５および図１６に示す本発明の装置を用いた測定におけるクロマトグラムを、それぞれ示しており、各クロマトグラムの溶離液切り替え時付近を拡大している。
【００６８】
図１４に示す装置は、電磁弁（４３）から分析カラム（７１）までに、送液ポンプ（３１ａ）など種々の部品が存在する。そのため、実際に分離が寄与するまで時間を要するとともに、溶離液の切り替えもなだらかである（図２２ａ）。一方、図１５および図１６に示す本発明の装置は、第１の流路切り替えバルブ（４２ａ）から分析カラム（７１）までの流路が比較的短く、溶離液界面を乱す部品が存在しない。そのため、実際に分離が始まるまでの時間が短く、溶離液の切り替えも鋭くなる（図２２ｂ）。また、図１４に示す装置を用いた測定では、ベースラインが安定するまで長い時間がかかるが、図１５および図１６に示す本発明の装置を用いた測定ではベースラインが短時間で安定する（図２２ｂ）ため、本発明の装置は流路切り替え後に溶出するイオンの定性精度および定量精度の向上が期待できる。
【００６９】
さらに、分析カラムとして内径４．６ｍｍのカラムを用いる場合、濃縮カラムを備えない従来のイオンクロマトグラフ装置（図１）ではカラムへの導入量は最大でも数十μＬであるのに対し、本発明のイオンクロマトグラフ装置（図１５および図１６）では数百μＬから数千μＬといった大量の試料を分析カラムに導入することができるため、試料中に含まれるイオンが微量であっても分析を容易に行なうことができる。
【００７０】
以上をまとめると、図１５および図１６に示す本発明のイオンクロマトグラフ装置は、濃縮カラムを備えた従来のイオンクロマトグラフ装置と比較し、溶離液の切り替えが短時間でスムーズに行なうことができるため、溶離液切り替え後のベースラインの安定が早く、これ以降に溶出するイオンの定性精度および定量精度を向上させることが可能できる。また、溶離液の切り替わりが短時間のため、総分析時間の短縮も可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１１：溶離液（バッファ）
１２：濃縮液（前処理液）
２０：試料（サンプル）
３１：送液ポンプ
３２：充填ポンプ
４１：試料導入バルブ
４２：流路切り替えバルブ
４３：電磁弁
５１、５２、５３：ループ
６０：プレヒートコイル
７１：分析カラム
７２：濃縮カラム
８０：カラム恒温槽
９０：サプレッサ
１００：検出器
１１０：抵抗管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料中に微量に含まれる各種イオンの濃度を分離／分析するためのイオンクロマトグラフ装置に係り、特に本発明の装置は、従来試料を濃縮する際必要であった濃縮カラムを備えることなく試料の濃縮および分析が可能な装置である。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造業界や環境分析等で要求される、液体試料中に含まれる微量イオン成分の分析において、イオンクロマトグラフ装置が広く用いられている。また、液体試料中に含まれるイオン濃度が検出器の感度より低い場合、自動的に液体試料を濃縮して分析することが可能な、濃縮イオンクロマトグラフ装置も提案されている（たとえば特許文献１参照）。特許文献１を含め、従来からある濃縮イオンクロマトグラフ装置は、図２に示す装置のように、分析カラム（７１）とは別に濃縮カラム（７２）を装置に備えており、試料は濃縮カラム（７２）により一旦濃縮してから、流路切り替えバルブ（４２）のスイッチングにより濃縮カラム（７２）と分析カラム（７１）とを直列に連結し、分析を行なうことが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−０３３２３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図２に示す、濃縮カラムを備えた従来の濃縮イオンクロマトグラフ装置においては、濃縮カラムに起因するバックグランドノイズの問題が存在する（特許文献１参照）。また、試料の濃縮工程に時間がかかること、濃縮カラムの抵抗に抗して安定的な濃縮工程を推進するための高精度な耐圧ポンプが必要であること、などの課題がある。
【０００５】
環境分析の分野で、前記従来の濃縮イオンクロマトグラフ装置を適用する場合、試料中に含まれる環境由来の成分も濃縮され、検出されることから、目的イオンとの迅速な分離に適したステップグラジエントによる溶出法を併用することがある（たとえば、図１４に示す装置）。しかしながら、図１４に示すような装置では、溶離液の切り替えが遅く、切り替えてからベースラインが再安定化するまでに長い時間を要する課題がある。
【０００６】
そこで本発明は、前記課題を最大限に解決可能な、試料の濃縮を行なうイオンクロマトグラフ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するためになされた本発明は、以下の態様を包含する。
【０００８】
本発明の第一の態様は、
溶離液を送液する送液手段と、
試料を濃縮する濃縮液を充填可能なループと前記ループに濃縮液を充填する濃縮液充填手段とを設け、前記濃縮液充填手段で濃縮液を前記ループに充填可能な状態と前記ループに充填した濃縮液を前記送液手段で送液された溶離液により送液可能な状態とを切り替え可能な、流路切り替え手段と、
試料を充填可能なループと前記ループに試料を充填する試料充填手段とを、前記濃縮液を充填可能なループに備えた、試料導入手段と、
分析カラムおよび検出器と、
を備えたイオンクロマトグラフ装置である。
【０００９】
本発明の第二の態様は、
第１の溶離液を送液する送液手段と、
試料を濃縮する濃縮液を充填可能なループと前記ループに濃縮液を充填する濃縮液充填手段とを設け、前記濃縮液充填手段で濃縮液を前記ループに充填可能な状態と前記ループに充填した濃縮液を前記送液手段で送液された第１の溶離液により送液可能な状態とを切り替え可能な、第１の流路切り替え手段と、
第ｎ（ｎは２以上）の溶離液を充填可能なループと前記ループに第ｎの溶離液を充填する第ｎの溶離液充填手段とを設け、前記第ｎの溶離液充填手段で第ｎの溶離液を前記ループに充填可能な状態と前記ループに充填した第ｎの溶離液を前記送液手段で送液された第１の溶離液により送液可能な状態とを切り替え可能な、第（ｎ−１）の流路切り替え手段に設けたループに備えた第ｎの流路切り替え手段と、
試料を充填可能なループと前記ループに試料を充填する試料充填手段とを、前記濃縮液を充填可能なループに備えた、試料導入手段と、
分析カラムおよび検出器と、
を備えたイオンクロマトグラフ装置である。
【００１０】
本発明の第三の態様は、第１の溶離液が有する、試料の溶出力が、第ｎの溶離液が有する、試料の溶出力より強い、前記第一または第二の態様に記載のイオンクロマトグラフ装置である。
【００１１】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１２】
本発明において、試料を濃縮する濃縮液とは、試料中の成分を分析カラム等に吸着保持させて通液し、前記成分の精製および濃縮に寄与する液体を意味し、水性試料に対しては純水が好ましく使用される。この意味で、濃縮液は前処理液とよぶこともできる。
【００１３】
本発明のイオンクロマトグラフ装置に備える、流路切り替え手段は、前記手段に設けた充填手段により前記手段に設けたループに溶離液または濃縮液を充填可能な状態（ＯＦＦ状態）と、前記ループに充填した溶離液または濃縮液を本発明のイオンクロマトグラフ装置に備えた送液手段により送液された（第１の）溶離液により分析カラムおよび検出器へ送液可能な状態（ＯＮ状態）と、を相互に切り替え可能な手段であればよい。本発明のイオンクロマトグラフ装置に備える、試料導入手段は、前記手段に設けた試料充填手段により前記手段に設けたループに試料を充填可能な状態（ＯＦＦ状態）と、充填した試料を本発明のイオンクロマトグラフ装置に備えた送液手段により送液された（第１の）溶離液により分析カラムおよび検出器へ送液可能な状態（ＯＮ状態）と、を相互に切り替え可能な手段であればよい。本発明のイオンクロマトグラフ装置に備える流路切り替え手段および試料導入手段の一例として、イオンクロマトグラフ装置で通常用いられる、二位置切り替え六方バルブがあげられる。
【００１４】
本発明のイオンクロマトグラフ装置に備える、（第１の）溶離液を送液する送液手段は、（第１の）流路切り替え手段がＯＦＦ状態の場合は、（第１の）溶離液を（第１の）流路切り替え手段出口側に備えた分析カラムおよび検出器へ直接導入可能な手段であり、（第１の）流路切り替え手段がＯＮ状態の場合は、（第１の）溶離液で押し出す形で、流路切り替え手段（本発明の第一の態様の場合）または第１から第ｎ（ｎは２以上）の流路切り替え手段（本発明の第二の態様の場合）に設けたループに充填した濃縮液または溶離液を（第１の）流路切り替え手段出口側に備えた分析カラムおよび検出器へ導入可能な手段である。前記送液手段の一例として、液体クロマトグラフ装置で通常用いられる、プランジャポンプがあげられる。
【００１５】
本発明のイオンクロマトグラフ装置の一態様を図３に示す。図３に示すイオンクロマトグラフ装置は、
溶離液Ａ（バッファＡ）（１１ａ）を送液する送液ポンプ（３１）と、
試料を濃縮する濃縮液（前処理液）（１２）を充填可能なループ（５２ａ、５２ｂ）とループ（５２ａ、５２ｂ）に濃縮液を充填する充填ポンプ（３２）とを設け、濃縮液を前記ループに充填可能な状態と前記ループに充填した濃縮液を溶離液Ａで押し出す形で後述の分析カラム（７１）へ送液可能な状態とを切替可能な流路切り替えバルブ（４２）と、
試料（サンプル）（２０）を充填可能なループ（５１）と、ループ（５１）に試料を充填する試料充填手段（不図示）を設けた、試料を導入する試料導入バルブ（４１）と、
流路切り替えバルブ（４２）出口側に備えた、分析カラム（７１）、サプレッサ（９０）および検出器（１００）と、
を備えている。なお、試料導入バルブ（４１）はループ（５２ａ）とループ（５２ｂ）との間に備えている。
【００１６】
図３に示すイオンクロマトグラフ装置を用いた試料分析について図５および図６を用いて詳細に説明する。
【００１７】
工程１ 濃縮液／試料充填工程（図５ａ）
流路切り替えバルブ（４２）および試料導入バルブ（４１）をＯＦＦ状態とし、流路切り替えバルブ（４２）に設けたループ（５２ａ、５２ｂ）に濃縮液を、試料導入バルブ（４１）に設けたループ（５１）に試料を、それぞれ充填手段を用いて充填する。なお、溶離液Ａは流路切り替えバルブ（４２）を経由し、分析カラム（７１）へ導入される。
【００１８】
工程２ 濃縮液／試料連結工程（図５ｂ）
試料導入バルブ（４１）をＯＮ状態にし、濃縮液を充填したループ（５２ａ、５２ｂ）と試料を充填したループ（５１）とを連結し、試料が濃縮液にサンドイッチされた液柱を形成させる。なお、本操作は低圧下（たとえば、大気圧下）で行なうため、操作に伴うループ（５２ａ、５１、５２ｂ）内の圧力変動は生じない。
【００１９】
工程３ 濃縮および分析工程（図６ｃ）
工程２の状態から、流路切り替えバルブ（４２）をＯＮ状態にし、溶離液Ａを送液する流路と、工程２で連結した濃縮液および試料を充填した流路（すなわちループ（５２ａ）、ループ（５１）、ループ（５２ｂ））とを連結する。これにより、溶離液Ａで押し出される形でループ（５２ａ）に充填した濃縮液、ループ（５１）に充填した試料、ループ（５２ｂ）に充填した濃縮液、溶離液Ａの順に分析カラム（７１）に導入される。試料の導入位置（試料導入バルブ（４１））を、ループ（５２ａ）とループ（５２ｂ）との間に設けることにより、分析カラム（７１）中の溶媒をループ（５２ａ）に充填した濃縮液で置換（コンディショニング）してから試料が導入される。ループ（５２ａ、５２ｂ）に充填した濃縮液は溶出力が極めて弱い。そのため、導入した試料は、ループ（５１）から分析カラム（７１）までの流路に残存した試料も含め、ループ（５２ｂ）に充填した濃縮液により分析カラム（７１）入口付近に集められ、吸着されたままの状態となるため、試料濃縮に寄与する。
【００２０】
本発明のイオンクロマトグラフ装置の別の態様を図１５および１６に示す。図１５および１６に示すイオンクロマトグラフ装置は、
溶離液Ｂ（バッファＢ）（１１ｂ）を送液する送液ポンプ（３１）と、
試料を濃縮する濃縮液（前処理液）（１２）を充填可能なループ（５２ａ、５２ｂ）とループ（５２ａ、５２ｂ）に濃縮液を充填する充填ポンプ（３２ａ）とを設け、濃縮液をループ（５２ａ、５２ｂ）に充填可能な状態とループ（５２ａ、５２ｂ）に充填した濃縮液を溶離液Ｂで押し出す形で後述の分析カラム（７１）へ送液可能な状態とを切り替え可能な第１の流路切り替えバルブ（４２ａ）と、
溶離液Ａ（バッファＡ）（１１ａ）を充填可能なループ（５３）とループ（５３）に溶離液Ａを充填する充填ポンプ（３２ｂ）とを設け、溶離液Ａをループ（５３）に充填可能な状態とループ（５３）に充填した溶離液Ａを溶離液Ｂで押し出す形で後述の分析カラム（７１）へ送液可能な状態とを切り替え可能な第２の流路切り替えバルブ（４２ｂ）と、
試料（２０）を充填可能なループ（５１）とループ（５１）に試料を充填する試料充填手段とを設けた、試料を導入する試料導入バルブ（４１）と、
第１の流路切り替えバルブ（４２ａ）出口側に備えた、分析カラム（７１）、サプレッサ（９０）および検出器（１００）と、
を備えている。なお、第２の流路切り替えバルブ（４２ｂ）はループ（５２ｂ）に備えており、試料導入バルブ（４１）はループ（５２ａ）とループ（５２ｂ）との間に備えている。
【００２１】
図１５および１６に示すイオンクロマトグラフ装置を用いた試料分析について前記図を用いて詳細に説明する。
【００２２】
工程１ 濃縮液／試料／溶離液Ａ充填工程（図１５ａ）
流路切り替えバルブ（４２ａ、４２ｂ）および試料導入バルブ（４１）をＯＦＦ状態とし、第１の流路切り替えバルブ（４２ａ）に設けたループ（５２ａ、５２ｂ）に濃縮液を、第２の流路切り替えバルブ（４２ｂ）に設けたループ（５３）に溶離液Ａを、試料導入バルブ（４１）に設けたループ（５１）に試料を、それぞれ充填手段を用いて充填する。なお、溶離液Ｂは第１の流路切り替えバルブ（４２ａ）を経由し、分析カラム（７１）へ導入される。
【００２３】
工程２ 濃縮液／試料／溶離液Ａ連結工程（図１５ｂ）
第２の流路切り替えバルブ（４２ｂ）および試料導入バルブ（４１）をＯＮ状態にし、濃縮液を充填したループ（５２ａ、５２ｂ）と試料を充填したループ（５１）と溶離液Ａを充填したループ（５３）とを連結し、試料が濃縮液にサンドイッチされた液柱を形成させる。なお、本操作は低圧下（たとえば、大気圧下）で行なうため、操作に伴うループ（５２ａ、５１、５２ｂ、５３）内の圧力変動は生じない。
【００２４】
工程３ 濃縮および分析工程（図１６ｃ）
工程２の状態から、第１の流路切り替えバルブ（４２ａ）をＯＮ状態にし、溶離液Ｂを送液する流路と、工程２で連結した濃縮液、試料および溶離液Ａを充填した流路（すなわち、ループ（５２ａ）、ループ（５１）、ループ（５２ｂ）、ループ（５３））とを連結する。これにより、溶離液Ｂで押し出される形でループ（５２ａ）に充填した濃縮液、ループ（５１）に充填した試料、ループ（５２ｂ）に充填した濃縮液、ループ（５３）に充填した溶離液Ａ、溶離液Ｂの順に分析カラム（７１）に導入される（第１の流路切り替えバルブ（４２ａ）から第２の流路切り替えバルブ（４２ｂ）までの流路は濃縮液が充填されているが、その量は僅かであり無視できる）。なお、溶離液Ａが分析カラム（７１）に導入されているときに、必要に応じて第１の流路切り替えバルブ（４２ａ）をＯＦＦ状態に切り替えることで、溶離液Ａによる分析時間（溶離液Ａの分析カラム（７１）への導入時間）の調整が行なえる。溶離液Ａと溶離液Ｂの組成および／または濃度が異なる場合、本工程で、試料の濃縮ならびに溶離液Ａおよび溶離液Ｂによるステップグラジエント分析を行なうことができる。なお、前記場合において、溶離液Ｂが有する試料の溶出力を、溶離液Ａが有する試料の溶出力より強くすると好ましい。
【００２５】
図１５および図１６に示すイオンクロマトグラフ装置において、ステップグラジエント分析に用いる溶離液の種類を増やす場合は、第ｎ（ｎは２以上）の流路切り替えバルブを、第（ｎ−１）の流路切り替えバルブに設けたループに備える形で連結すればよい。例えば、図１５および図１６に示すイオンクロマトグラフ装置において、溶離液Ａ、溶離液Ｂおよび溶離液Ｃによるステップグラジエント分析を行なおうとする場合、図１５および図１６に示すイオンクロマトグラフ装置のうち、溶離液Ｃを充填可能なループと前記ループに溶離液Ｃを充填する充填手段とを設けた第３の流路切り替えバルブを第２の流路切り替えバルブ（４２ｂ）に設けたループ（５３）に備えればよい。なお、前記場合において、溶離液が有する試料の溶出力の強さは、溶離液Ｂ（強い）、溶離液Ｃ（中間）、溶離液Ａ（弱い）の順にするとよい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明のイオンクロマトグラフ装置は、
溶離液を送液する送液手段と、
試料を濃縮する濃縮液を充填可能なループと前記ループに濃縮液を充填する濃縮液充填手段とを設け、前記濃縮液充填手段で濃縮液を前記ループに充填可能な状態と前記ループに充填した濃縮液を前記送液手段で送液された溶離液により送液可能な状態とを切り替え可能な、流路切り替え手段と、
試料を充填可能なループと前記ループに試料を充填する試料充填手段とを、前記濃縮液を充填可能なループに備えた、試料導入手段と、
分析カラムおよび検出器と、
を備えたイオンクロマトグラフ装置であり、従来の試料濃縮を行なうイオンクロマトグラフ装置には必要であった濃縮カラムを備える必要がなく、かつ濃縮液の充填を低圧下（たとえば、大気圧下）で行なうことができる。したがって、従来の装置では必要であった濃縮液を送液するための高精度な耐圧ポンプが不要になる。さらに、本発明のイオンクロマトグラフ装置は、試料を濃縮する操作と濃縮試料を分析カラムに導入する操作とを同時に行なうため、試料濃縮に要する時間を大幅に短縮することができる。
【００２７】
本発明のイオンクロマトグラフ装置において、分析カラムに濃縮液を導入する時間は濃縮液を充填可能なループの容量と濃縮液の流速とで決定し、その後試料が自動で導入される。そのため、見た目の初期化時間（すなわち、試料導入前に濃縮液を送液する時間）を変化させても実際の初期化時間は常に一定になる。そのため、濃縮液による必要以上の試料濃縮はなく、分析結果の再現性が向上する。
【００２８】
本発明のイオンクロマトグラフ装置の別の態様である、
第１の溶離液を送液する送液手段と、
試料を濃縮する濃縮液を充填可能なループと前記ループに濃縮液を充填する濃縮液充填手段とを設け、前記濃縮液充填手段で濃縮液を前記ループに充填可能な状態と前記ループに充填した濃縮液を前記送液手段で送液された第１の溶離液により送液可能な状態とを切り替え可能な、第１の流路切り替え手段と、
第ｎ（ｎは２以上）の溶離液を充填可能なループと前記ループに第ｎの溶離液を充填する第ｎの溶離液充填手段とを設け、前記第ｎの溶離液充填手段で第ｎの溶離液を前記ループに充填可能な状態と前記ループに充填した第ｎの溶離液を前記送液手段で送液された第１の溶離液により送液可能な状態とを切り替え可能な、第（ｎ−１）の流路切り替え手段に設けたループに備えた第ｎの流路切り替え手段と、
試料を充填可能なループと前記ループに試料を充填する試料充填手段とを、前記濃縮液を充填可能なループに備えた、試料導入手段と、
分析カラムおよび検出器と、
を備えたイオンクロマトグラフ装置は、低圧グラジエント分析を利用した従来のイオンクロマトグラフ装置と比較し、溶離液（または濃縮液）の切り替えを短時間かつスムーズに行なうことができる。これにより、溶離液切り替え後のベースラインの安定が早く、その後に溶出するイオンの定性／定量精度を向上させることできる。また、溶離液の切り替えも短時間で済むことから、総分析時間の短縮にもつながる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】試料の濃縮を行なわないイオンクロマトグラフ装置の従来からある態様を示した図である。
【図２】試料の濃縮を行なうイオンクロマトグラフ装置の従来からある態様を示した図である。ａは試料濃縮工程、ｂは分析工程における流路構成をそれぞれ示している。
【図３】本発明のイオンクロマトグラフ装置の一態様を示した図である。
【図４】図３に示す装置を用いた分析における、分析カラムに導入する液体の組成変化を示した図である。
【図５】図３に示す装置を用いて試料を分析する際の流路構成を示した図である。ａは濃縮液／試料充填工程を、ｂは濃縮液／試料連結工程をそれぞれ示している。
【図６】図３に示す装置を用いて試料を分析する際（濃縮および分析工程）の流路構成を示した図である。
【図７】図３に示す装置を用いた分析における、分析カラム内の液体の組成変化を示した図である。
【図８】図３に示す装置または図１に示す装置を用いて試料を分析したときのクロマトグラムである。ａは試料３００μＬを図３に示す装置を用いて分析したときの、ｂは試料１５７０μＬを図３に示す装置を用いて分析したときの、ｃは試料３０μＬを図１に示す装置を用い分析したときのクロマトグラムをそれぞれ示す。
【図９】図３に示す装置を用いて試料を分析したときに得られた、各イオンのピーク高さ比（濃縮比）およびピーク面積比（濃縮比）を示した図である。ａは試料３００μＬを導入したときの、ｂは試料１５７０μＬを導入したときの結果をそれぞれ示す。
【図１０】図３に示す装置における分析再現性を示したクロマトグラムである。
【図１１】図２に示す装置における分析再現性を示したクロマトグラムである。
【図１２】図２に示す装置または図３に示す装置を用いて試料を分析したときのクロマトグラムである。ａは図２に示す装置を用いて試料を分析したときの、ｂは図３に示す装置を用いて試料を分析したときのクロマトグラムをそれぞれ示す。
【図１３】図２に示す装置または図３に示す装置を用いて試料を分析したときの初期化時間の影響をみたクロマトグラムである。ａは図２に示す装置を用いて試料を分析したときの、ｂは図３に示す装置を用いて試料を分析したときのクロマトグラムをそれぞれ示す。
【図１４】試料の濃縮を行ない、かつステップグラジエント法により分析するイオンクロマトグラフ装置の従来からある態様を示した図である。ａは濃縮工程の流路構成を、ｂは分析工程の流路構成をそれぞれ示す。
【図１５】本発明のイオンクロマトグラフ装置のうち、ステップグラジエント法により分析する装置の一態様を示した図である。ａは濃縮液／試料／溶離液充填工程を、ｂは濃縮液／試料／溶離液連結工程の流路構成をそれぞれ示す。
【図１６】本発明のイオンクロマトグラフ装置のうち、ステップグラジエント法により分析する装置の一態様を示した図であり、濃縮および分析工程における流路構成を示した図である。
【図１７】図１５および図１６に示す装置を用いた分析における、分析カラムに導入する液体の組成変化および流路切り替えバルブの切り替えを示した図である。
【図１８】図１５および図１６に示す装置を用いた分析における、分析カラム内の液体の組成変化を示した図である。
【図１９】図３に示す装置または図１５および図１６に示す装置を用いて試料を分析したときのクロマトグラムである。ａは図３に示す装置を用い溶離液Ａによるアイソクラティック分析を行なったときの、ｂは図３に示す装置を用い溶離液Ｂによるアイソクラティック分析を行なったときの、ｃは図１５および図１６に示す装置を用いて溶離液Ａから溶離液Ｂへのステップグラジエント分析を行なったときのクロマトグラフをそれぞれ示す。
【図２０】図１５および図１６に示す装置における分析再現性を示したクロマトグラムである。
【図２１】図１４に示す装置における分析再現性を示したクロマトグラムである。
【図２２】図１４に示す装置または図１５および図１６に示す装置を用いて試料を分析したときのクロマトグラムである。ａは図１４に示す装置を用いて試料を分析したときの、ｂは図１５および図１６に示す装置を用いて試料を分析したときのクロマトグラムをそれぞれ示す。
【実施例】
【００３０】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３１】
実施例１
本実施例で検討したイオンクロマトグラフ装置の流路図を図１および図３に示す。図１は試料の濃縮を行なわないイオンクロマトグラフ装置の流路図であり、図３は試料の濃縮が可能かつ濃縮カラムを備えない、本発明のイオンクロマトグラフ装置の流路図である。図３に示す装置は、図１の装置のうち、試料（２０）を充填可能なループ（５１）とループ（５１）に試料を充填する試料充填手段（不図示）を設けた試料導入バルブ（４１）を、
濃縮液（前処理液）（１２）を充填可能なループ（５２ａ、５２ｂ）と、ループ（５２ａ、５２ｂ）に濃縮液を充填する充填ポンプ（３２）と、を設けた流路切り替えバルブ（４２）と、
試料（サンプル）（２０）を充填可能なループ（５１）とループ（５１）に試料を充填する試料充填手段（不図示）を設けた、ループ（５２ａ）とループ（５２ｂ）との間に備えた試料導入バルブ（４１）と、
を備えた流路系に置き換えた装置である。
【００３２】
図３に示す装置のうち、流路切り替えバルブ（４２）は、
ループ（５２ａ、５２ｂ）が送液ポンプ（３１）からの流路および分析カラム（７１）への流路と切り離された状態で、充填ポンプ（３２）により濃縮液（１２）をループ（５２ａ、５２ｂ）に充填／保持可能な保持状態（ＯＦＦ状態）と、
ループ（５２ａ、５２ｂ）が送液ポンプ（３１）からの流路および分析カラム（７１）への流路と連結された状態で、送液ポンプ（３１）で送液された溶離液Ａ（バッファＡ）（１１ａ）により、ループ（５２ａ、５２ｂ）に充填した濃縮液を分析カラム（７１）へ導入可能な導入状態（ＯＮ状態）と、
を切り替え可能なバルブである。また、試料導入バルブ（４１）は、
ループ（５１）がループ（５２ｂ）からの流路およびループ（５２ａ）への流路と切り離された状態で、試料充填手段（不図示）により試料（２０）をループ（５１）に充填／保持可能な保持状態（ＯＦＦ状態）と、
ループ（５１）がループ（５２ｂ）からの流路およびループ（５２ａ）への流路と連結された状態（ＯＮ状態）と、
を切り替え可能なバルブである。
【００３３】
図１および図３に示す装置は、ともに東ソー製イオンクロマトグラフ装置ＩＣ−２００１を一部改良して組み立てた。試料導入バルブ（４１）および流路切り替えバルブ（４２）は、ともにレオダイン社製７０１０または７１２５を使用した。充填ポンプ（３２）は、安価なダイアフラム式ポンプ（ＫＮＦ製 Ｓｏｌｅｎｏｉｄ ｄｉａｐｈｒａｇｍ ｍｅｔｅｒｉｎｇ ｐｕｍｐ ＦＭＭ２０）を使用した。溶離液Ａ（バッファＡ）（１１ａ）は１．９ｍｍｏｌ／Ｌ炭酸水素ナトリウム＋３．２ｍｍｏｌ／Ｌ炭酸ナトリウムを使用し、濃縮液（１２）は純水を使用した。分析カラム（７１）は東ソー製分析用陰イオン交換カラム（ＴＳＫ−ＧＥＬ ＳｕｐｅｒＩＣ−ＡＺ 内径：４．６ｍｍ、長さ：１５ｃｍ、粒径：４μｍ）を使用した。ループ（５２ａ）は内径１．０ｍｍ×長さ２００ｃｍのＳＵＳチューブ（容量：１５７０μＬ）を使用し、ループ（５２ｂ）は内径１．０ｍｍ×長さ１００ｃｍのＳＵＳチューブ（容量：７９０μＬ）を使用した。
【００３４】
試料（２０）として、和光純薬工業製イオンクロマトグラフ用陰イオン混合標準液Ｉ（Ｆ：２０ｍｇ／Ｌ、Ｃｌ：２０ｍｇ／Ｌ、ＮＯ２：１００ｍｇ／Ｌ、Ｂｒ：１００ｍｇ／Ｌ：ＮＯ３：１００ｍｇ／Ｌ、ＰＯ４：２００ｍｇ／Ｌ、ＳＯ４：１００ｍｇ／Ｌ）を純水にて１０００倍希釈したものを使用し、様々な量の前記試料を図２および図３の装置に導入し、イオンクロマトグラフィーによる分析を行なった。なお、溶離液Ａ（１１ａ）の流速は毎分０．８ｍＬである。
【００３５】
図３の装置を用いたイオンクロマトグラフィー分析について図５から図７を用いて詳細に説明する。
（Ａ）流路切り替えバルブ（４２）および試料導入バルブ（４１）がＯＦＦ状態にあるとき（図５ａ）は、送液ポンプ（３１）により送液される溶離液Ａ（１１ａ）は直接分析カラム（７１）へ送液される。図５ａの状態では、ループ（５２ａ、５２ｂ）には濃縮液（１２）が、ループ（５１）には試料（２０）がそれぞれ充填手段により充填される。
（Ｂ）一定時間後、試料導入バルブ（４１）をＯＦＦ状態からＯＮ状態にし、濃縮液を充填したループ（５２ａ）−試料を充填したループ（５１）−濃縮液を充填したループ（５２ｂ）を大気圧下で連結する（図５ｂおよび図７ａ）。
（Ｃ）次に、流路切り替えバルブ（４２）をＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替え、送液ポンプ（３１）からの流路と（Ｂ）で接続したループ（５２ａ）−ループ（５１）−ループ（５２ｂ）と分析カラム（７１）への流路とを連結し、分析を開始する（図６ｃおよび図７ｂ）。
（Ｄ）まず、濃縮液がループ（５２ａ）の容量分だけ分析カラム（７１）に導入される（図７ｃ）。
（Ｅ）その後、試料がループ（５１）の容量分だけ分析カラム（７１）に導入される（図７ｄ）。
（Ｆ）続いて、濃縮液がループ（５２ｂ）の容量分だけ分析カラム（７１）に導入された後、送液ポンプ（３１）で送液された溶離液Ａが分析カラム（７１）に導入され、試料が分離される（図７ｅ）。なお、本実施例の分析系では、濃縮液（純水）による試料溶出は全くない。
【００３６】
前記（Ａ）から（Ｆ）の操作により、まずループ（５２ａ）の容量分だけ濃縮液（純水）が分析カラム（７１）に導入されることで、分析カラム（７１）が純水で置換され初期化される。続いてループ（５１）の容量分だけ試料が分析カラム（７１）に導入されるが、溶出は行なわれず、試料が分析カラム（７１）の入り口付近に濃縮される。その後、ループ（５２ｂ）の容量分だけ濃縮液（純水）が分析カラム（７１）に導入されるが、濃縮液（純水）による試料の溶出はないため、試料は分析カラム（７１）の入り口付近に濃縮されたままである。最後に試料分離用の溶離液Ａが送液され、この時点から試料の分離／分析が開始される。
【００３７】
本実施例では、最初の約２分間（１５７０［μＬ］／０．８［ｍＬ／分］）がカラムの初期化に費やされ、試料導入後約１分間（７９０［μＬ］／０．８［ｍＬ／分］）試料濃縮に費やされ、その後分離／分析を行なう（図４）。
【００３８】
図３に示すイオンクロマトグラフ装置に、容量３００μＬまたは容量１５７０μＬのループ（５１）を取り付け、取り付けたループ（５１）の容量分の試料を分析カラム（７１）に導入したときのクロマトグラムを図８ａおよび図８ｂに示す。なお、図８ａは容量３００μＬのループを取り付けたときの、図８ｂは容量１５７０μＬのループを取り付けたときのクロマトグラムである。また比較例として、図１に示すイオンクロマトグラフ装置に、試料３０μＬを濃縮せずに導入したときのクロマトグラムを図８ｃに示す。
【００３９】
本発明のイオンクロマトグラフ装置（図３、濃縮あり）で分析したとき、および従来のイオンクロマトグラフ装置（図１、濃縮なし）で分析したときの、各種イオンのピーク高さおよびピーク面積、ならびに本発明のイオンクロマトグラフ装置での分析値と従来のイオンクロマトグラフ装置での分析値とのピーク高さ比およびピーク面積比（濃縮率）を表１に示す。
【００４０】
【表１】
図８に示すように、本発明のイオンクロマトグラフ装置（図３）は、３００μＬまたは１５７０μＬといった大量の試料を導入した場合であっても、良好なクロマトグラムが得られることがわかる。また、ピーク高さ比やピーク面積比も、濃縮を行なわない分析（図１）と比較し、３００μＬ導入時で約１０倍、１５７０μＬ導入時で約４０から５０倍と、試料導入量にほぼ比例した値が得られている（図９および表１）。
【００４１】
実施例２
図３に示す本発明のイオンクロマトグラフ装置の分析再現性を確認した。
【００４２】
本実施例において、溶離液Ａ（１１ａ）は７．５ｍｍｏｌ／Ｌ炭酸水素ナトリウム＋１．１ｍｍｏｌ／Ｌ炭酸ナトリウムを使用し、ループ（５１）は内径１．０ｍｍ×長さ４００ｃｍのＳＵＳチューブ（容量３１４０μＬ）を使用し、その他条件は、実施例１と同様とした。実施例１で使用した試料を３１４０μＬずつ１０回、本発明のイオンクロマトグラフ装置（図３）に導入し、測定した。
【００４３】
結果のクロマトグラムを図１０に示す。図１０において、縦軸のＣＭ（ｍＶ）は電気伝導度計の出力信号を表し（以下同じ）、横軸のＲ．Ｔｉｍｅ（ｍｉｎ）は保持時間（分）を表す（以下同じ）。また、各種イオンの溶出時間およびピーク面積を集計した結果を表２に示す。溶出時間のＣｖ（変動係数）は０．０２０から０．０４４％、ピーク面積のＣｖも０．３０２から１．３５６％と非常に良好な値が得られた。
【００４４】
【表２】
比較のため、図２に示す、従来からある、濃縮カラムを備えたイオンクロマトグラフ装置の分析再現性を確認した。
【００４５】
図２の装置は、東ソー製イオンクロマトグラフ装置ＩＣ−２００１に東ソー製液体クロマトグラフ用ポンプＤＰ−８０２０を組み合わせて、組み立てた。分析カラム（７１）は、東ソー製分析用陰イオン交換カラム（ＴＳＫ−ＧＥＬ ＩＣ−Ａｎｉｏｎ ＡＺ 内径：４．６ｍｍ、長さ：１５ｃｍ）を使用した。濃縮カラム（７２）は、東ソー社製ＴＳＫｇｅｌ ＩＣ−Ａｎｉｏｎ ＰＷＸＬ（内径：４．６ｍｍ、長さ：７．５ｃｍ）を使用した。なお、分析カラム（７１）および濃縮カラム（７２）は分析中４０℃に保っている。溶離液Ａ（バッファＡ）（１１ａ）は、７．５ｍｍｏｌ／Ｌ炭酸水素ナトリウム＋１．１ｍｍｏｌ／Ｌ炭酸ナトリウムを使用した。濃縮液（前処理液）（１２）は純水を使用した。なお、溶離液Ａ（１１ａ）の流速は毎分０．８ｍＬであり、濃縮液（１２）の流速は毎分０．５ｍＬである。
【００４６】
流路切り替えバルブ（４２）がＯＦＦ状態のときに実施例１で使用した試料を濃縮カラム（７２）へ３１４０μＬ導入し、１５分間濃縮操作を行なった後、流路切り替えバルブ（４２）をＯＮ状態に切り替えることで濃縮カラム（７２）と分析カラム（７１）とを連結し試料分析した。前記操作を１０回行なった。
【００４７】
結果のクロマトグラムを図１１に示す。また、各イオンの溶出時間およびピーク面積を集計した結果を表３に示す。溶出時間のＣｖは０．１２６から０．２７０％、ピーク面積のＣｖも１．０３６から３．２５２％と、本発明のクロマトグラフ装置（図３）と比較し正確性に乏しいことが分かる。
【００４８】
【表３】
従来からある、濃縮カラムを備えたイオンクロマトグラフ装置（図２）、および本発明のクロマトグラフ装置（図３）で試料を分析したときの代表的なクロマトグラムを図１２に示す。図１２のうち、ａが従来からある、濃縮カラムを備えたイオンクロマトグラフ装置（図２）で分析したときの、ｂが本発明のクロマトグラフ装置（図３）で分析したときの、代表的なクロマトグラムである。従来からある、濃縮カラムを備えたイオンクロマトグラフ装置（図２）では、濃縮カラム（７２）のみが濃縮液で置換されるため、分析開始後のウォーターディップは小さい。一方、本発明のイオンクロマトグラフ装置（図３）では、分析カラム（７１）が濃縮液で置換されるため、分析開始後のウォーターディップが大きくなるものの、フッ化物イオン（Ｆ）との分離は十分であり定量／同定に問題はない。
【００４９】
従来からある、濃縮カラムを備えたイオンクロマトグラフ装置（図２）、および本発明のクロマトグラフ装置（図３）で試料を分析したときの、初期化時間（試料注入前に濃縮液を送液する時間）の影響を示したクロマトグラムを図１３に示す。図１３のうち、ａが従来からある、濃縮カラムを備えたイオンクロマトグラフ装置（図２）で分析したときの、ｂが本発明のクロマトグラフ装置（図３）で分析したときの、クロマトグラムである。
【００５０】
従来からある、濃縮カラムを備えたイオンクロマトグラフ装置（図２）では、フッ化物イオン（Ｆ）と塩化物イオン（Ｃｌ）との間に未知ピーク（ＵＮ Ｐｅａｋ）が存在し、濃縮カラム（７２）の初期化時間を長くするにつれ未知ピークの高さが高くなっている。また塩化物イオン（Ｃｌ）のピーク高さも、初期化時間を長くするにつれ、徐々に高くなっている。その理由として、初期化工程で濃縮カラム（７２）に濃縮液が導入される際に、濃縮液に僅かに混入している成分も濃縮カラム（７２）に濃縮されるためである。そのため、従来からある、濃縮カラムを備えたイオンクロマトグラフ装置（図２）では、濃縮液は高純度な溶媒を用いる必要があり、測定間隔も常に一定にするなど煩雑な管理が必要となり、初期化を長時間行なった場合は正確な測定をするために一度濃縮カラム（７２）を洗浄する必要がある。
【００５１】
一方、本発明のイオンクロマトグラフ装置（図３）では、前記現象は発生しない。その理由として、見た目の初期化時間を（試料導入バルブ（４１）をＯＦＦ状態にする時間）を変化させても実際の初期化時間（濃縮液を導入する時間）はループ（５２ｂ）の容量と濃縮液の流速で決定するため常に一定であり、必要以上に濃縮液成分が濃縮されることはないためである。そのため、本発明のイオンクロマトグラフ装置（図３）では、濃縮液の純度管理はあまり気にする必要はなく、どのようなバルブ状態からでも直ちに分析可能である。
【００５２】
以上をまとめると、本発明のイオンクロマトグラフ装置は、濃縮カラムを必要とせず、かつ濃縮液充填も低圧下で行なえるため、濃縮液充填ポンプとしてダイアフラムポンプやペリスタポンプ（チューブポンプ）といった安価なポンプを使用することができる。また、濃縮操作における初期化時間、濃縮時間は濃縮液を充填するループの容量と濃縮液の流速で決まるため、環境中の不要成分を必要以上に濃縮することもなく、濃縮工程の時間管理も不要である。よって、ラフな分析操作でも精度よく、試料中に含まれる微量イオンの定性分析および定量分析が可能となる。
【００５３】
実施例３
本発明のイオンクロマトグラフ装置を、溶離液を複数切り替えて分離を行なうステップグラジエント分析に適用した装置を用いて分析を行なった。本実施例で使用した装置を図１５および図１６に示す。図１５および図１６に示す装置は、図３に示す装置に、さらに溶離液を充填可能なループ（５３）とループ（５３）に溶離液を充填する充填ポンプ（３２ｂ）とを設けた第２の流路切り替えバルブ（４２ｂ）を、ループ（５２ｂ）に備えており、２種類の溶離液（バッファ）を分析カラム（７１）に導入できるようにしている。
【００５４】
図１５および図１６に示す装置は、東ソー製イオンクロマトグラフ装置ＩＣ−２００１を一部改良して組み立てた。試料導入バルブ（４１）および流路切り替えバルブ（４２ａ、４２ｂ）は、レオダイン社製７０１０または７１２５を使用した。充填ポンプ（３２ａ、３２ｂ）は、安価なダイアフラム式ポンプ（ＫＮＦ製 Ｓｏｌｅｎｏｉｄ ｄｉａｐｈｒａｇｍ ｍｅｔｅｒｉｎｇ ｐｕｍｐ ＦＭＭ２０）を使用した。溶離液Ａ（バッファＡ）（１１ａ）は４ｍｍｏｌ／Ｌ炭酸水素ナトリウム＋０．５ｍｍｏｌ／Ｌ炭酸ナトリウムを使用し、溶離液Ｂ（バッファＢ）（１１ｂ）は１２．５ｍｍｏｌ／Ｌ炭酸水素ナトリウム＋２．５ｍｍｏｌ／Ｌ炭酸ナトリウムを使用した。濃縮液（前処理液）（１２）は純水を使用した。分析カラム（７１）は東ソー社製分析用陰イオン交換カラム（ＴＳＫ−ＧＥＬ ＳｕｐｅｒＩＣ−ＡＺ 内径：４．６ｍｍ、長さ：１５ｃｍ、粒径：４μｍ）を使用した。ループ（５２ａ）は内径１．０ｍｍ×長さ２００ｃｍのＳＵＳチューブ（容量：１５７０μＬ）を使用し、ループ（５２ｂ）は内径１．０ｍｍ×長さ１００ｃｍのＳＵＳチューブ（容量：７９０μＬ）を使用し、ループ（５１）は内径１．０ｍｍ×長さ４００ｃｍのＳＵＳチューブ（容量：３１４０μＬ）を使用し、ループ（５３）は内径２ｍｍ×長さ４００ｃｍのＳＵＳチューブ（容量：１２５７０μＬ）を使用した。
【００５５】
試料（２０）として、和光純薬工業製イオンクロマトグラフ用陰イオン混合標準液Ｉ（Ｆ：２０ｍｇ／Ｌ、Ｃｌ：２０ｍｇ／Ｌ、ＮＯ２：１００ｍｇ／Ｌ、Ｂｒ：１００ｍｇ／Ｌ、ＮＯ３：１００ｍｇ／Ｌ、ＰＯ４：２００ｍｇ／Ｌ、ＳＯ４：１００ｍｇ／Ｌ）を純水にて１０００倍希釈したものを使用し、前記試料を図１５および図１６に示す装置に導入し、イオンクロマトグラフィーによる分析を行なった。なお、流速は毎分０．８ｍＬである。
【００５６】
図１５および図１６の装置を用いたイオンクロマトグラフィー分析について図１５、図１６および図１８を用いて詳細に説明する。
（Ａ）第１の流路切り換えバルブ（４２ａ）、第２の流路切り替えバルブ（４２ｂ）および試料導入バルブ（４１）がＯＦＦ状態にあるとき（図１５ａ）は、送液ポンプ（３１）により送液される溶離液Ｂ（１１ｂ）は直接分析カラム（７１）へ送液される。図１５ａの状態では、ループ（５２ａ、５２ｂ）には濃縮液（１２）が、ループ（５１）には試料（２０）が、ループ（５３）には溶離液Ａ（１１ａ）がそれぞれ充填手段により充填される。
（Ｂ）一定時間後、第２の流路切り替えバルブ（４２ｂ）および試料導入バルブ（４１）をＯＦＦ状態からＯＮ状態にし、濃縮液を充填したループ（５２ａ）−試料を充填したループ（５１）−濃縮液を充填したループ（５２ｂ）−溶離液Ａを充填したループ（５３）を大気圧下で連結する（図１５ｂおよび図１８ａ参照）。
（Ｃ）次に、第１の流路切り替えバルブ（４２ａ）をＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り換え、送液ポンプ（３１）からの流路と（Ｂ）で接続したループ（５２ａ）−ループ（５１）−ループ（５２ｂ）−ループ（５３）と分析カラム（７１）への流路とを連結し、分析を開始する（図１６ｃ、図１８ｂ参照）。
（Ｄ）まず、濃縮液がループ（５２ａ）の容量分だけ分析カラム（７１）に導入される（図１８ｃ）。
（Ｅ）その後、試料がループ（５１）の容量分だけ分析カラム（７１）に導入される（図１８ｄ）。
（Ｆ）続いて、濃縮液がループ（５２ｂ）の容量分だけ分析カラム（７１）に導入された後、ループ（５３）に充填された溶離液Ａが分析カラム（７１）に導入され、試料が溶離液Ａにより分離される（図１８ｅ）。なお、本実施例の分析系では、濃縮液（純水）による試料の溶出は全くない。
（Ｇ）そして、送液ポンプ（３１）で送液された溶離液Ｂが分析カラム（７１）に導入され、溶離液Ｂによる試料の分離を行なう（図１８ｆ）。なお、第１の流路切り替えバルブ（４２ａ）から第２の流路切り替えバルブ（４２ｂ）までの流路は濃縮液が充填されているが、その量は僅かであり無視できる。
【００５７】
前記（Ａ）から（Ｇ）の操作により、まずループ（５２ａ）の容量分だけ濃縮液（純水）が分析カラムに導入されることで、分析カラムが純水で置換され初期化される。続いて、ループ（５１）の容量分だけ試料が分析カラムに導入されるが、溶出は行なわれず、試料が分析カラムの入り口付近に濃縮される。その後、ループ（５２ｂ）の容量分だけ濃縮液（純水）が送液されるが、濃縮液（純水）による試料の溶出はないため、試料は分析カラムの入り口付近に濃縮されたままである。最後に試料分離用の溶離液Ａおよび溶離液Ｂが送液され、この時点から試料の分離／分析が開始される。
【００５８】
本実施例では、最初の約２分間（１５７０［μＬ］／０．８［ｍＬ／分］）がカラムの初期化に費やされ、試料導入に約４分間（３１４０［μＬ］／０．８［ｍＬ／分］）費やされた後、約１分間（７９０［μＬ］／０．８［ｍＬ／分］）試料濃縮に費やされる。その後、溶離液Ａによる最大１５．７分間（１２５７０［μＬ］／０．８［ｍＬ／分］）の１段階目の分離が行なわれ、引き続き溶離液Ｂによる２段階目の分離が行なわれる（図１７参照）。なお、溶離液Ａから溶離液Ｂへの切り替え時間（溶離液Ａの送液時間）は、第２の流路切り替えバルブ（４２ｂ）をＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替えることで調整することができる。
【００５９】
図１５および図１６に示すイオンクロマトグラフ装置を用いて試料を分離したときのクロマトグラムを図１９ｃに示す。なお、図１９ｃでは分析開始２３分後に溶離液Ａから溶離液Ｂへの切り替え（第２の流路切り替えバルブ（４２ｂ）をＯＮ状態からＯＦＦ状態への切り替え）を行ない、分析開始２８分後に切り替えに伴うベースライン変動の補正を行なっている。なお、比較例として、図３に示す装置を用いて溶離液Ａのみによるアイソクラティック分析で試料を分離したときのクロマトグラムを図１９ａに、図３に示す装置を用いて溶離液Ｂのみによるアイソクラティック分析で試料を分離したときのクロマトグラムを図１９ｂに、それぞれ示す。溶離液Ａのみによるアイソクラティック分析（図１９ａ）では溶出に４５分から５５分要した、リン酸イオン（ＰＯ４）および硫酸イオン（ＳＯ４）が、図１５および図１６に示すイオンクロマトグラフ装置を用いることで、３０分から３３分に溶出できることがわかる。
【００６０】
実施例４
図１５および図１６に示す本発明のイオンクロマトグラフ装置の再現性を確認した。本実施例で使用した装置および分析条件は実施例３と同様である。
【００６１】
結果のクロマトグラムを図２０に示す。また、各種イオンの溶出時間およびピーク面積を集計した結果を表４に示す。溶出時間のＣｖは０．０３３から０．２１０％、ピーク面積のＣｖは０．７２３から１．４０５％と非常に良好な値が得られた。
【００６２】
【表４】
比較のため、図１４に示す、一般的な低圧ステップグラジエント分析を行なう、従来からある、濃縮カラムを備えたイオンクロマトグラフ装置の再現性を確認した。
【００６３】
図１４に示す装置は、図２の装置のうち、溶離液Ａを送液する送液ポンプ（３１ａ）の入口側に溶離液Ａと溶離液Ｂとを切り替え可能な三方電磁弁（４３）をさらに備えた装置である。分析カラム（７１）は、東ソー製陰イオン交換分析用カラム（ＴＳＫｇｅｌ ＩＣ−Ａｎｉｏｎ ＡＺ 内径：４．６ｍｍ、長さ：１５ｃｍ）を使用した。濃縮カラム（７２）は、東ソー製ＴＳＫｇｅｌ ＩＣ−Ａｎｉｏｎ ＰＷＸＬ（内径：４．６ｍｍ、長さ：７．５ｃｍ）を使用した。なお、分析カラム（７１）および濃縮カラム（７２）は分析中４０℃に保っている。溶離液Ａ（バッファＡ）（１１ａ）は４ｍｍｏｌ／Ｌ炭酸水素ナトリウム＋０．５ｍｍｏｌ／Ｌ炭酸ナトリウムを使用し、溶離液Ｂ（バッファＢ）（１１ｂ）は１２．５ｍｍｏｌ／Ｌ炭酸水素ナトリウム＋２．５ｍｍｏｌ／Ｌ炭酸ナトリウムを使用した。濃縮液（前処理液）（１２）は純水を使用した。なお、溶離液Ａ（１１ａ）の流速は毎分０．８ｍＬであり、濃縮液（１２）の流速は毎分０．５ｍＬである。
【００６４】
流路切り替えバルブ（４２）がＯＦＦ状態のときに実施例３で使用した試料を濃縮カラム（７２）に３１４０μＬ導入し、１５分間濃縮操作を行なった（図１４ａ）後、流路切り替えバルブ（４２）をＯＮ状態に切り替えることで濃縮カラム（７２）と分析カラム（７１）とを連結し（図１４ｂ）、試料分析した。
【００６５】
前記条件において、分析開始後２３．４分後に電磁弁（４３）を切り替えることで溶離液Ａから溶離液Ｂへの切り替えを行ない、測定を１０回行なったときのクロマトグラムを図２１に示す。また、各イオンの溶出時間およびピーク面積を集計した結果を表５に示す。溶出時間のＣｖは０．０３３から０．０６６％、ピーク面積のＣｖは０．１８９から３．０３９％であった。
【００６６】
【表５】
本発明のイオンクロマトグラフ装置の結果（表４）と濃縮カラムを備えた従来のイオンクロマトグラフ装置の結果（表５）とを比較したところ、溶離液Ｂで溶出する２価イオン（ＰＯ４、ＳＯ４）の溶出時間の再現性は、濃縮カラムを備えた従来のイオンクロマトグラフ装置の方が精度が高いものの、その他のイオン（Ｆ、Ｃｌ、ＮＯ２、Ｂｒ、ＮＯ３）の溶出時間の再現性は両装置でほぼ同等の精度であった。また、ピーク面積の再現性は全てのイオンについて両装置でほぼ同等の精度であった。
【００６７】
図１５および図１６に示す本発明のイオンクロマトグラフ装置を用いて測定を行なったときと、図１４に示す濃縮カラムを備えた従来のイオンクロマトグラフ装置を用いて測定を行なったときとでクロマトグラムのベースラインを比較した図を図２２に示す。図２２ａは図１４に示す装置を用いた測定におけるクロマトグラムを、図２２ｂは図１５および図１６に示す本発明の装置を用いた測定におけるクロマトグラムを、それぞれ示しており、各クロマトグラムの溶離液切り替え時付近を拡大している。
【００６８】
図１４に示す装置は、電磁弁（４３）から分析カラム（７１）までに、送液ポンプ（３１ａ）など種々の部品が存在する。そのため、実際に分離が寄与するまで時間を要するとともに、溶離液の切り替えもなだらかである（図２２ａ）。一方、図１５および図１６に示す本発明の装置は、第１の流路切り替えバルブ（４２ａ）から分析カラム（７１）までの流路が比較的短く、溶離液界面を乱す部品が存在しない。そのため、実際に分離が始まるまでの時間が短く、溶離液の切り替えも鋭くなる（図２２ｂ）。また、図１４に示す装置を用いた測定では、ベースラインが安定するまで長い時間がかかるが、図１５および図１６に示す本発明の装置を用いた測定ではベースラインが短時間で安定する（図２２ｂ）ため、本発明の装置は流路切り替え後に溶出するイオンの定性精度および定量精度の向上が期待できる。
【００６９】
さらに、分析カラムとして内径４．６ｍｍのカラムを用いる場合、濃縮カラムを備えない従来のイオンクロマトグラフ装置（図１）ではカラムへの導入量は最大でも数十μＬであるのに対し、本発明のイオンクロマトグラフ装置（図１５および図１６）では数百μＬから数千μＬといった大量の試料を分析カラムに導入することができるため、試料中に含まれるイオンが微量であっても分析を容易に行なうことができる。
【００７０】
以上をまとめると、図１５および図１６に示す本発明のイオンクロマトグラフ装置は、濃縮カラムを備えた従来のイオンクロマトグラフ装置と比較し、溶離液の切り替えが短時間でスムーズに行なうことができるため、溶離液切り替え後のベースラインの安定が早く、これ以降に溶出するイオンの定性精度および定量精度を向上させることが可能できる。また、溶離液の切り替わりが短時間のため、総分析時間の短縮も可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１１：溶離液（バッファ）
１２：濃縮液（前処理液）
２０：試料（サンプル）
３１：送液ポンプ
３２：充填ポンプ
４１：試料導入バルブ
４２：流路切り替えバルブ
４３：電磁弁
５１、５２、５３：ループ
６０：プレヒートコイル
７１：分析カラム
７２：濃縮カラム
８０：カラム恒温槽
９０：サプレッサ
１００：検出器
１１０：抵抗管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶離液を送液する送液手段と、
試料を濃縮する濃縮液を充填可能なループと前記ループに濃縮液を充填する濃縮液充填手段とを設け、前記濃縮液充填手段で濃縮液を前記ループに充填可能な状態と前記ループに充填した濃縮液を前記送液手段で送液された溶離液により送液可能な状態とを切り替え可能な、流路切り替え手段と、
試料を充填可能なループと前記ループに試料を充填する試料充填手段とを、前記濃縮液を充填可能なループに備えた、試料導入手段と、
分析カラムおよび検出器と、
を備えたイオンクロマトグラフ装置。
【請求項２】
第１の溶離液を送液する送液手段と、
試料を濃縮する濃縮液を充填可能なループと前記ループに濃縮液を充填する濃縮液充填手段とを設け、前記濃縮液充填手段で濃縮液を前記ループに充填可能な状態と前記ループに充填した濃縮液を前記送液手段で送液された第１の溶離液により送液可能な状態とを切り替え可能な、第１の流路切り替え手段と、
第ｎ（ｎは２以上）の溶離液を充填可能なループと前記ループに第ｎの溶離液を充填する第ｎの溶離液充填手段とを設け、前記第ｎの溶離液充填手段で第ｎの溶離液を前記ループに充填可能な状態と前記ループに充填した第ｎの溶離液を前記送液手段で送液された第１の溶離液により送液可能な状態とを切り替え可能な、第（ｎ−１）の流路切り替え手段に設けたループに備えた第ｎの流路切り替え手段と、
試料を充填可能なループと前記ループに試料を充填する試料充填手段とを、前記濃縮液を充填可能なループに備えた、試料導入手段と、
分析カラムおよび検出器と、
を備えたイオンクロマトグラフ装置。
【請求項３】
第１の溶離液が有する、試料の溶出力が、第ｎの溶離液が有する、試料の溶出力より強い、請求項１または２に記載のイオンクロマトグラフ装置。
【請求項１】
溶離液を送液する送液手段と、
試料を濃縮する濃縮液を充填可能なループと前記ループに濃縮液を充填する濃縮液充填手段とを設け、前記濃縮液充填手段で濃縮液を前記ループに充填可能な状態と前記ループに充填した濃縮液を前記送液手段で送液された溶離液により送液可能な状態とを切り替え可能な、流路切り替え手段と、
試料を充填可能なループと前記ループに試料を充填する試料充填手段とを、前記濃縮液を充填可能なループに備えた、試料導入手段と、
分析カラムおよび検出器と、
を備えたイオンクロマトグラフ装置。
【請求項２】
第１の溶離液を送液する送液手段と、
試料を濃縮する濃縮液を充填可能なループと前記ループに濃縮液を充填する濃縮液充填手段とを設け、前記濃縮液充填手段で濃縮液を前記ループに充填可能な状態と前記ループに充填した濃縮液を前記送液手段で送液された第１の溶離液により送液可能な状態とを切り替え可能な、第１の流路切り替え手段と、
第ｎ（ｎは２以上）の溶離液を充填可能なループと前記ループに第ｎの溶離液を充填する第ｎの溶離液充填手段とを設け、前記第ｎの溶離液充填手段で第ｎの溶離液を前記ループに充填可能な状態と前記ループに充填した第ｎの溶離液を前記送液手段で送液された第１の溶離液により送液可能な状態とを切り替え可能な、第（ｎ−１）の流路切り替え手段に設けたループに備えた第ｎの流路切り替え手段と、
試料を充填可能なループと前記ループに試料を充填する試料充填手段とを、前記濃縮液を充填可能なループに備えた、試料導入手段と、
分析カラムおよび検出器と、
を備えたイオンクロマトグラフ装置。
【請求項３】
第１の溶離液が有する、試料の溶出力が、第ｎの溶離液が有する、試料の溶出力より強い、請求項１または２に記載のイオンクロマトグラフ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２０１２−１２７８０４（Ｐ２０１２−１２７８０４Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７９５６１（Ｐ２０１０−２７９５６１）
【出願日】平成２２年１２月１５日（２０１０．１２．１５）
【出願人】（０００００３３００）東ソー株式会社 (1,901)
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１５日（２０１０．１２．１５）
【出願人】（０００００３３００）東ソー株式会社 (1,901)
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