(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の連絡が互いに遮断され、大気圧とは異なる圧力で反応混合物を収容する容器と、
前記反応混合物をかき混ぜるための撹拌システムと、
大気圧とは異なる圧力で各容器内に流体を導入するために、一の容器から他の容器に移動可能な流体輸送プローブを含む注入システムと、
を含み、
前記注入システムは、前記流体輸送プローブにより流体を導入する間及び前記流体輸送プローブが他の容器に移動した後に、加圧下での各容器からの流体の漏れを防ぐことが可能である、ことを特徴とする加圧下での反応混合物の並列処理装置。
【請求項２】
前記注入システムは、
流体を輸送するために一の充填ポートから他のポートに移動可能な前記プローブが装着された充填ポートと、
充填ポート及び各容器に接続された導管と、
前記導管を開放してプローブから大気圧とは異なる圧力で各容器に流体の輸送を可能とし、前記輸送後に導管を閉鎖する弁と、
をさらに含む、ことを特徴とする請求項１に記載の並列処理装置。
【請求項３】
各充填ポートには前記プローブの挿入部が形成され、
さらに、プローブが充填ポートに挿入されたときプローブを密封するシールが充填ポートに形成される、ことを特徴とする請求項２に記載の並列処理装置。
【請求項４】
前記弁は各充填ポートから前記導管の下流側に配置され、各弁はプローブが各充填ポートから完全に引き抜かれる前に閉鎖可能である、ことを特徴とする請求項２または３に記載の並列処理装置。
【請求項５】
さらに、前記プローブが前記容器間を移動するための自動システムを含む、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の並列処理装置。
【請求項６】
さらに、外面から内方に延びる一連のウェルを有する反応器ブロックと、
前記外面と向かい合うように反応器ブロックに取り外し可能に取り付けられ、反応器ブロック中のウェルを規定する開口を有する取り外し可能なプレートと、
前記取り外し可能なプレートに取り付けられ、取り外し可能なプレートとともに取り外し可能であり、取り外し可能なプレートの開口を通って各ウェル内に延び、前記反応混合物を撹拌する撹拌機構と、
取り外し可能なプレートが反応器ブロックに固定されたときに、前記取り外し可能なプレートの開口を通じて反応混合物が漏れることを防ぐために密封するシールとを含む、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の並列処理装置。
【請求項７】
各容器は、１ｍｌ〜１００ｍｌの体積を有する、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の並列処理装置。
【請求項８】
（１）複数の容器を大気圧以上の圧力に加圧し、
（２）前記複数の容器の第１の容器に通じる反応器の複数の充填ポートの一の充填ポートに流体輸送プローブを挿入し、
（３）開放された弁を通じて、前記流体輸送プローブから加圧された第１の容器に所定量の流体を注入し、
（４）前記流体を注入した後、弁を閉鎖し、
（５）弁を閉鎖した後、前記充填ポートから前記流体輸送プローブを引き抜き、
（６）前記複数の容器の第２の容器に対して工程（２）〜（５）を繰り返す、
ことを特徴とする並列反応器の複数の加圧された容器に流体を導入する方法。
【請求項９】
さらに、前記所定量の流体を注入する前に前記流体輸送プローブと前記充填ポートとの間をシールし、前記弁が閉鎖されるまでシールを維持する、ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記流体を１ｍｌ〜１００ｍｌ注入する、ことを特徴とする請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
前記容器を約１０ｐｓｉｇよりも高い圧力に加圧する、ことを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
さらに、気相及び液相の反応物を前記各容器に充填し、液相の反応物中の気相の反応物の濃度に関して、約１０ｐｓｉｇよりも高い圧力で前記反応物を平衡させ、
前記注入工程（３）は、所定量の触媒流体を注入することを含み、
前記閉鎖工程（４）は、前記触媒流体を注入した後に弁を閉鎖することを含む、
ことを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体輸送プローブを用いて容器内に流体を導入する並列処理装置、及びその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本出願は、１９９９年１月２９日に出願された米国出願第09/239,223号、及び１９９８年１２月１４日に出願された米国出願第09/211,892号の部分継続出願である。後者の出願は、１９９８年８月１３日に出願された米国仮出願第60/096,603号の利益を主張する同年１０月２２日に出願された米国出願第09/177170 号の部分継続出願である。４件の継続中の出願全ては、本明細書に援用することにより一体に組み込まれる。
【０００３】
コンビナトリアルケミストリーの分野において、多くの候補物質は、比較的少数の前駆体物質から作られ、続いて特別な用途への適正が評価される。現在実施されているように、コンビナトリアルケミストリーは、候補物質を作り評価する速度を劇的に早めることにより、科学者が候補物質の構造バリエーションの影響を体系的に探求することを許容している。従来の発見方法と比較して、組み合わせ手法は、各々の候補物質を調製し、スクリーニングすることに関わる費用を大きく低減する。
【０００４】
コンビナトリアルケミストリーは、薬の発見過程に革命的な変化をもたらした。誰でも次の二段階プロセスにより薬の発明を理解することができる。研究室での合成や天然物の収集により、候補物質を入手し、引き続いて効率的に評価・スクリーニングを行う。薬理学研究者達は、多年にわたり天然物の治療効果の評価と合成・カタログ化された化合物のライブラリーの評価を素早く行うために、長い間高スループットクリーニング（ＨＴＳ）プロトコルを使用してきた。しかしながら、ＨＴＳプロトコルに比較して、化学的合成は、歴史的観点から、ゆっくりとした骨の折れるプロセスである。組み合わせ方法の到来にともない、科学者達は、今やＨＴＳプロトコルを用いて、標準的なペースで有機分子の膨大なライブラリを創設することが可能である。
【０００５】
最近になって、コンビナトリアルケミストリーのアプローチは、薬とは関係のないプログラムの発明に利用されるようになってきた。例えば、ある科学者達は、コンビナトリアル戦術は、高温超伝導体、磁気抵抗物質、蛍光物質、触媒物質などの無機化合物の発見にも有効であることを認識した。例として、同時継続中の米国出願第08/327,513号“新規化合物のコンビナトリアル合成”（WO98/11878として公開）、及び同時継続中の米国出願第08/898,715号“有機金属化合物及び触媒のコンビナトリアル合成並びに分析”（WO98/03251として公開）が、本明細書に援用される。
【０００６】
薬の発見におけるボトルネックの解消という点での成功のために、多くの研究者達は、構造的な相違を作り出す道具として、コンビナトリアル方法を狭く考案するようになった。合成の間の温度、圧力、イオン強度の変更やその他の処理条件が、ライブラリメンバーの特性に強く影響を及ぼすと、科学者達は強調している。例えば、反応条件は、系統的化学においては特に重要であり、異なる反応条件や濃度の下で、生成物の物性に及ぼす影響を決定するために、一群の成分を組み合わせている。
【０００７】
さらに、材料科学における性能基準は、しばしば薬理学研究におけるものとは異なるために、多くの作業者達は、プロセス変数が合成中及び合成後のライブラリメンバーを区別するために利用可能であることに気づかなかった。例えば、反応混合物の粘度は、一定のポリマー濃度では、溶液粘度が高いほど合成されるポリマーの分子量が大きくなるという、溶液相重合反応の触媒性能に基づいて、ライブラリメンバーの区別に用いることができる。さらに、発熱反応中に観測される放出全熱量及び／又はピーク温度は、触媒のランク付けに利用可能である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
一方、流体輸送プローブにより容器に流体を導入する並列処理装置においては、加圧容器からの流体の漏れを防止する必要がある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一般的に反応混合物の並列処理装置を提供する。装置は、反応混合物を収容する容器、攪拌システム、大気圧とは異なる圧力で各容器内に流体を導入する注入システムを含んでいる。装置は、モノリスの反応器ブロックから構成され、複数の容器または反応器ブロックモジュールの集合体を含んでいる。自動物質輸送システムは、自動的に出発物質を容器に搬入するのに利用できる。注入システムは、１つの容器から他の容器に移動可能な流体輸送プローブを含み、流体輸送プローブにより流体を導入する間及び流体輸送プローブが他の容器に移動した後に、加圧下で各容器からの流体の漏れを防止することができる。攪拌システムは、一般的に、翼、棒等の各容器に装着された攪拌部材、及び機械または磁気駆動機構を備えている。トルク及び回転速度は、ひずみゲージ、相遅れ測定及び速度センサにより制御・監視できる。
【００１０】
装置は、反応混合物の材料特性評価システムを任意に付加することも可能である。このシステムは、容器内に機械的発振器を備えている。可変周波数信号によりシミュレートされると、機械的発振器は、反応混合物の物性に依存した応答信号を生成する。較正を通じて、機械的発振器は、反応混合物の分子量、比重、弾性率、誘電定数、電気伝導度、及びその他の物性の監視に利用できる。
【００１１】
本発明の１つの態様は、反応混合物の気相成分の生成速度ないしは消費速度（消費量）の監視装置を提供する。この装置は、一般的に、反応混合物を収容する密閉容器、攪拌システム、温度制御システム及び圧力制御システムから構成される。圧力制御システムは、容器に装着された圧力センサ及び容器からの気相生成物を排気させるバルブを有している。更に、反応中に気相の反応物が消費される場合には、バルブは反応物源へのアクセスを提供する。生成物の排気または反応物の充填と結合した容器の圧力監視は、作業者に生成速度と消費速度をそれぞれ決定させることを許容する。
【００１２】
本発明の別の態様は、気相反応物の消費速度を監視する装置を提供する。この装置は、一般的に、反応混合物を収容する容器、攪拌システム、温度制御システム及び圧力制御システムから構成される。圧力制御システムは、容器に装着された圧力センサ及び容器に流入する反応物の流速を監視するフローセンサを含んでいる。反応物の消費速度は、反応物の流速と注入時間により決定できる。
【００１３】
本発明の他の態様は、複数の物質を製造し、特徴付ける方法を提供する。この方法は、出発物質を容器に供給して反応混合物を形成する工程、容器内に反応混合物を閉じ込めて反応を生じさせる工程、少なくとも一部の閉じ込め工程中に反応混合物を攪拌する工程を含む。この方法は、さらに少なくとも一部の閉じ込め工程中に、反応混合物の少なくとも１つの特性を追跡して反応混合物を評価する工程を含んでいる。評価工程中に、温度、熱伝達率、出発物質の転化、転化率、所定の攪拌速度でのトルク、失速振動数、粘度、分子量、比重、弾性率、誘電定数、電気伝導度等の様々の特性ないしは物性を監視できる。
【００１４】
本発明の１つの態様は、気相の反応物の消費速度を監視する方法を提供する。この方法は、出発物質を容器に入れて反応混合物を形成する工程、容器内に反応混合物を閉じ込めて反応を生じさせる工程、少なくとも一部の閉じ込め工程中に反応混合物を攪拌する工程を含む。この方法は、さらに、容器中のガス圧力が、上限圧力ＰＨ  を上回るまで気相反応物を容器に注入すること、かつ容器内の圧力が下限圧力ＰＬ  を下回ることを含んでいる。容器中のガス圧力は、反応物の添加と消費が行われている間、監視及び記録される。このプロセスは最低一回繰り返され、反応混合物中の気相反応物の消費速度は、圧力−時間記録から決定される。
【００１５】
本発明の別の態様は、気相生成物の生成速度の監視方法を提供する。この方法は、出発物質を容器に入れて反応混合物を形成する工程、容器内に反応混合物を閉じ込めて反応を生じさせる工程、少なくとも一部の閉じ込め工程中に反応混合物を攪拌する工程を含む。この方法は、また、容器中のガス圧力が、上限圧力ＰＨ  を上回ることを許容し、容器内の圧力が下限圧力ＰＬ  を下回るまで容器を排気する工程を含んでいる。容器中のガス圧力は、気相成分の生成中とその後の容器の排気中に監視及び記録される。このプロセスは、最低一回繰り返され、気相生成物の生成速度を圧力−時間記録から算出することができる。
【００１６】
本発明の他の態様は、反応混合物を収容する容器、反応混合物を攪拌する攪拌システム、バルブを制御する材料処理自動システム及び流体注入システムから構成される反応混合物の並列処理装置を提供する。上記容器は容器内外からの予期しないガスの流通を最小限にするために密封されており、流体注入システムは大気圧と異なる圧力での液体の容器への導入を許容する。流体注入システムは、シリンジやピペット等の液体輸送プローブを装着するために適合した充填ポートを有し、また、導管、弁（バルブ）、円筒状注入器を有する。導管は、充填ポートとバルブの間、及びバルブと注入器の間に流体接続を提供する。注入器は、容器内に位置し、反応混合物中または反応混合物上方の容器頭部の空間に流体の注入が必要であるかどうかに依存して、その長さを変えることができる。一般に、材料処理自動システムは、流体輸送プローブを操作し、かつバルブを制御する。注入システムは、気体、液体、例えば固形支持体に担持された触媒等のスラリーを輸送するのに用いることができる。
【００１７】
本発明の１つの態様は、密閉容器と、温度制御システムと、１つの容器内に完全に含まれるスピンドルと外部駆動機構を連結する磁気貫通装置を持つ攪拌システムとから構成される反応混合物の並列処理装置を提供する。磁気貫通装置は、圧力障壁の基板に沿って開口する円筒状の内面を有する剛性の圧力障害を含んでいる。圧力障壁の基板は容器に取り付けられて、圧力障壁の内面と容器が密閉チャンバーを画定している。磁気貫通装置は、さらに剛性の圧力障壁上に回転可能に取り付けられた磁気駆動部と圧力障壁内に回転可能に取り付けられた磁気従動部を有する。駆動機構は機械的に磁気駆動部に連結され、スピンドルの一端は容器頭部空間に延在する磁気従動部の脚部に取り付けられている。磁気駆動部と従動部は磁気的に結合しているので、磁気駆動部の回転は磁気従動部及びスピンドルの回転を伴う。
【００１８】
本発明の別の態様は、密閉容器、温度制御システム、一部が容器内に含まれる多数本のスピンドルを含む攪拌システムから構成される反応混合物の並列処理装置を提供する。各々のスピンドルは、駆動機構に機械的に連結する上部スピンドル部、容器の１つに含まれる取り外し可能な攪拌機、及び取り外し可能な攪拌機を上部スピンドル部に対し可逆的に取り付けられるカプラーを有している。取り外し可能な攪拌機は、ポリエチルエチルケトン（ＰＥＥＫ）やポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の耐薬品性のプラスチック材料で作られており、典型的には使用後に廃棄される。
【００１９】
並列処理の特徴の厳密な組み合わせは、発明の実施の態様に依存する。幾つかの態様において、本発明は、密閉容器と注入システムとから構成される反応混合物の並列処理装置を提供する。本発明は、また、密閉容器、注入システム及び攪拌システムから構成される反応混合物の並列処理装置を提供する。本発明の態様として、温度制御システム及び攪拌システムを有する容器から構成される反応混合物の並列処理装置を提供する。また、密閉容器と圧力制御システムとから構成される反応混合物の並列処理装置を提供する。さらに、密閉容器と、注入システムと、物性ないしは特性の監視システムとから構成される反応混合物の並列処理装置を提供する。
【００２０】
本発明の１つの態様は、また、並列化学反応の進行と特性を監視するコンピュータプログラム及びコンピュータ実行方法を提供する。この態様では、コンビナトリアルケミストリーの反応をモニターする方法に特徴を有する。この方法は、（ａ）複数の反応容器の各々の内容物と関連した測定値を受け取る工程、（ｂ）測定値を表示する工程、及び（ｃ）コンビナトリアルケミストリーの反応の進行過程中に工程（ａ）と（ｂ）を複数回繰り返す工程を含む。
【００２１】
本発明の実施は、次の有利な特徴の一つ又はそれ以上を含むことが可能である。測定値は、反応容器の各々に関連した多くの反応条件に対する一連の値を含んでいる。工程（ｃ）は、予め定められたサンプリング速度で実行される。この方法は、予め定められた設定点に反応容器を維持するために、測定値に応答して反応容器の１つに関連する反応パラメータを変更することも含んでいる。反応パラメータは、温度、圧力、モーター（撹拌）速度を含む。この方法は、また、反応容器の内容物に関連する測定値に応答して１つの反応容器中での反応を停止することも含んでいる。この方法は、さらに測定値を用いて、１つの反応容器に対する実験変数または実験値を算出することも含んでいる。実験変数の例としては、温度または圧力の変動速度、出発物質の転化率及び粘度が挙げられる。上記方法は、また実験変数を表示することも含んでいる。
【００２２】
一般に、本発明の態様において、各々が反応環境を含む多数の反応容器を含むコンビナトリアルケミストリーの反応器の制御方法に特徴を有する。この方法は、各容器の反応環境に関連した物性に対する設定点を受け取ること、各容器の特性に関する一連の実験値を測定すること、一連の実験値を表示すること、さらに設定点と一連の実験値の１つ以上の変化に応答して、複数の反応容器のうちの一つ以上の容器内の反応環境を変更することを含む。例えば、この方法は、目標の転化率（設定点）に到達したことを示す、反応物の転化率（実験値）に応答して反応を停止する（反応環境を変化させる）ことが可能である。反応中、多くの場合は、ヒストグラムとして一連の実験値のグラフが表示される。
【００２３】
一般に、本発明の別の態様において、コンビナトリアルケミストリーの反応をモニターするためのコンピュータ読み取り可能な媒体上のコンピュータプログラムに特徴を有する。このプログラムは、（ａ）複数の反応容器のそれぞれの内容物に関連する測定値を受け取る命令、（ｂ）測定値を表示する命令、及び（ｃ）コンビナトリアルケミストリーの反応の進行中に工程（ａ）と（ｂ）を複数回繰り返す命令を含む。上記コンピュータプログラムは、測定値に応答して、予め定められた設定点に反応容器の１つに関連する反応パラメータを変更して、反応容器を維持する命令を含む。
【００２４】
一般に、本発明の他の態様において、並列化学反応を監視・制御する反応器制御システムに特徴を有する。この反応器システムは、多数の反応容器、混合モニター制御システム、温度モニター制御システム、及び圧力モニター制御システムを含む並列化学反応器に制御信号を供給するシステム制御モジュールを含む。上記反応器システムは、また、並列化学反応器からの一連の測定値を受け取り、かつ、各々の反応器に対する一つ以上の計算値を算出するデータ解析モジュールを含む。さらに、反応器制御システムは、反応パラメータを受け取り、一連の測定値と計算値を表示するユーザーインターフェースモジュールを含んでいる。
【００２５】
本発明の実施において見られる利点は、次の１つ以上のものを含む。プロセス変数は、化学反応の進行として、コンビナトリアルライブラリ中の多数の要素に対して監視・制御することが可能である。データは、選択されたライブラリ要素に対して限られた数のデータ点のみ抽出するのではなく、各ライブラリ要素に対して反応の進行中に繰り返しかつ並列に抽出することが可能である。各ライブラリ要素に対して反応の進行中に計算と修正が、各利用可能なデータ点に自動的に適用される。各ライブラリ要素に対する全データ群から１つの実験値を算出することが可能である。
【００２６】
本発明は、また、並列反応器の複数の加圧された容器に流体を導入する方法を提供する。この方法は、（１）複数の容器を大気圧以上の圧力に加圧し、（２）複数の容器の第１の容器に通じる反応器の複数の充填ポートの一の充填ポートに流体輸送プローブを挿入し、（３）開放された弁を通じて、流体輸送プローブから加圧された第１の容器に所定量の流体を注入し、（４）流体を注入した後、弁を閉鎖し、（５）弁を閉鎖した後、前記充填ポートから流体輸送プローブを引き抜き、（６）複数の容器の第２の容器に対して工程（２）〜（５）を繰り返す。
【００２７】
本発明の性質と利点のさらなる理解は、以下の明細書、図面、請求の範囲の項を参照することにより、明らかになるであう。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明は、インシチュの多数の反応を行う加圧下での反応混合物の並列処理装置、及び並列反応器の複数の加圧された容器に流体を導入する方法を提供する。
本発明は、例えば少量の混合物の使用に起因する利点がある。この利点は貴重な反応物が保存されるだけでなく、サンプルサイズを小さくすると、個々の反応容器内の体積に対する表面積が増大する。これは、反応混合物の均質性と多相反応における気液交換を向上させ、サンプルと反応容器の熱転移を増加させる。大きなサンプルは系の条件の変化に対してはるかに遅く対応するので、小さなサンプルの使用は、インシチュでのモニタリングおよびプロセス制御に加えて、時間依存的な処理と特徴付けを可能にする。
【００２９】
本発明の並列反応器は、化学反応、触媒、プロセスの研究開発に有用である。同種の反応を各容器で行ってもよく、または、異なる反応を各容器で行うこともできる。従って、各反応容器は実験中にその内容物に関して異なってもよい。各反応容器は、触媒量（体積、モル、重量）、出発成分の割合、反応時間、反応温度、反応圧力、反応への反応物の添加割合、反応雰囲気、反応撹拌速度、触媒または反応物あるいは他の成分（例えば、反応停止剤）の注入、及び当業者が認識する他の条件を含むプロセス条件により、異なってもよい。各反応容器は、存在する化学物質により、例えば、２つ以上の容器で異なる反応物または触媒を使用することにより、異なっていてもよい。
【００３０】
例えば、本発明の並列反応器は、体積が異なる反応容器から構成されていてもよい。反応容器の体積は、約０．１ｍｌ〜約５００ｍｌ、より具体的には約１ｍｌ〜約１００ｍｌ、さらに具体的には約５ｍｌ〜約２０ｍｌの範囲で異なっていてもよい。これらの反応容器のサイズは、適切な攪拌を機能的に考慮した範囲内で反応物の体積が考慮される（例えば、１５ｍｌの反応容器では、反応物体積として約２〜１０ｍｌが見込まれる）。また、本発明の並列反応器は、各容器が略大気圧〜約５００ｐｓｉの範囲、より具体的には大気圧〜３００ｐｓｉの範囲の圧力で、容器と容器、モジュールとモジュール、セルとセルで反応器の圧力が異なっていてもよい。また、他の実施形態では、反応器の温度は、各容器が約−１５０℃〜約２５０℃、より具体的には−１００℃〜約２００℃の範囲の温度で、容器と容器、モジュールとモジュール、セルとセルで異なっていてもよい。攪拌速度も、各容器が約０〜約３０００回転／分（ｒｐｍ）、より具体的には約１０〜約２０００ｒｐｍ、さらに具体的には約１００〜約１０００ｒｐｍの速度で機械的攪拌により攪拌されるように、容器と容器、モジュールとモジュール、セルとセルで異なっていてもよい。別の実施形態において、本発明の並列反応器では、反応容器が反応圧力にある状態で（詳しくは後述する）、反応物または他の成分（触媒等）の注入が考慮される。一般に、反応物または成分の注入により、例えば、所定の時間頻度または転化頻度で反応停止剤を添加することにより、反応条件を容器と容器で異なるようにできる。反応時間は、実施される実験に依存して異なるが、１分未満〜約４８時間、より具体的には約１分〜約２４時間、さらに具体的には約５分〜約１２時間の範囲にある。
【００３１】
（並列反応器の概要）
本発明の並列反応器システムは、化学および材料科学分野の組み合わせ研究を有効にする統合プラットフォームである。統合された並列反応器システムは、研究分野に適した規模で、典型的にはベンチスケールまたは小規模（例えば、ミニ反応器やマイクロ反応器）で、並列に運転可能な複数の反応器から構成される。このような統合システムの反応器は、典型的には、しかし必ずしも必須ではないが、共通の基板に形成、統合または結合され、共通の平面内に、好ましくは空間的に均一に配置され、及び／又は共通の支持構造またはハウジングを共有することができる。統合並列反応器システムは、また、完全にまたは部分的に一体化された、１つ以上の制御及びモニタリングシステムも含む。
【００３２】
図１は、並列反応器システム１００の一実施形態を示す。反応器システム１００は反応物を受け入れれるための取り外し可能な容器１０２を含む。反応器ブロック１０６に形成されたウェル１０４は、容器１０２を含む。ウェル１０４は反応容器として働くが、取り外し可能な容器１０２またはライナはいくつかの利点を提供する。例えば、反応と予備テスト（スクリーニング）に続いて、容器１０２のサブセットをさらに詳しく特徴付けるために反応器ブロック１０６から取り出すことができる。取り外し可能な容器１０２を使用する場合、所定の群の反応物、生成物、反応条件のために適当な材料でできた容器１０２を選択することも可能である。意義ある投資の対象である反応器ブロック１０６と異なり、容器１０２は使用後に損傷があれば廃棄可能である。最後に、反応器ブロック１０６を市販の容器に順応するように設計することにより、システム１００のコストを低減させ、標準化されたサンプルの調製及び試験装置との両立を確実にすることができる。
【００３３】
図１に示すように、各容器１０２は攪拌翼１０８を含む。一実施形態では、各攪拌翼１０８は略同一速度で回転し、容器１０２内の各反応混合物が同じように混合される。反応生成物は、混合強度に影響され得るので、均一な回転速度により、生成物のいかなる違いも混合の変化によるものではない、ということが確実になる。他の実施形態では、各攪拌翼１０８の回転速度は、後述するように個別に変えてもよく、反応生成物の粘度および分子量の特徴付けに用いることもでき、または、反応に関する混合速度の影響の研究に用いることもできる。
【００３４】
出発物質の性質、反応の種類や、反応生成物及び反応速度の特徴付けに用いる方法に依存して、反応器ブロック１０６をチャンバ１１０内に閉じこめることが望ましい。チャンバ１１０は排気するかまたは好適な気体で満たしてもよい。ある場合には、容器１０２に出発材料を入れる間だけチャンバ１１０を用いて、サンプル調製中の汚染を最小とするよう、例えば、酸素感受性触媒の被毒を防止することができる。また、他の場合には、チャンバ１１０は反応プロセスまたは特徴付け段階の間に使用され、１種以上の気体を容器１０２の全てに同時に供給する従来の方法を提供することができる。このようにして、気体状反応物を一度に容器１０２の全てに添加することができる。しかし、留意すべきことに、例えば、転化率を決定する際に、気体状反応物の消失速度をモニターすることがしばしば必要であり、このような場合、後述するように、容器１０２はそれぞれシールされ、個々に気体源に接続される。
【００３５】
図２は、モジュラー反応器ブロック１３２を含んで構成される並列反応器システム１３０の透視図を示す。図２に示すモジュラー反応器ブロック１３２は、６個のモジュール１３４より構成され、各モジュール１３４は８個の容器を含む（図示せず）。しかし、留意すべきことに、モジュール１３４の数およびモジュール１３４内の容器の数は変えることができる。幾つかの実施形態では、モジュール１３４は、成分セル（図示せず）、例えば、反応容器１０２を保持する１つのウェル１０４を含む各セルを用いて分割されていてもよい。従って、モジュールが８個の反応容器を含むならば、８個のセルがあることになり、製造コストの低減だけでなく、損傷または摩耗したセルの取り替えも容易になる。モジュール１つ当たりのセルの数はいくつでもよく、例えば、セル１つ当たり２つの反応容器を有するようなセルも可能である。
【００３６】
モジュール１３４の使用には、モノリシックな反応器ブロックを超えるいくつかの利点がある。例えば、反応器ブロック１３２のサイズは反応物の数またはコンビナトリアルライブラリのサイズにより、容易に調節することができる。また、比較的小さいモジュール１３４は、単一の大きな反応器ブロックよりも、操作、搬送、組立が容易である。損傷したモジュールは素早く予備のモジュールに取り替えることができ、これは修理コストと稼働休止時間を最小化する。最後に、モジュール１３４の使用は、反応パラメータの制御を改善する。例えば、各容器の攪拌速度、温度、圧力はモジュール間で変えることができる。
【００３７】
図２の実施形態では、各モジュール１３４は、前部１３８と後部１４０を有する基板１３６に設置されている。モジュール１３４は、基板１３６の表面に位置するチャネル１４２に設けたガイド（図示せず）を用いて基板１３６に結合されている。ガイドはモジュール１３４の横方向の動きを妨げるが、基板１３６の前部１３８から後部１４０に向かって延びるチャネル１４２に沿った直線的な移動を許容する。基板１３６の前部１３８近くのチャネル１４２内に位置するストッパ１４４は、モジュール１３４の動きを制限する。従って、１つ以上のモジュール１３４は基板１３６の前部１３８方向に可動であり、他のモジュール１３４が自動充填を受けている間個々の容器にアクセスすることができる。他の実施形態では、モジュール１３４はボルト、クリップ、または他の締め具を用いて基板１３６に強固に取り付けられる。
【００３８】
図２に示すように、従来の自動物質操作システム１４６は通常、容器に出発物質を充填するのに使用される。自動システム１４６は、計測した量の液体を各容器内に分配するピペットまたはプローブ１４８から構成される。自動システム１４６は３軸移動システム１５０を用いてプローブ１４８を操作する。プローブ１４８は可撓性の管１５４を通して液体試薬のソース１５２に接続されている。可撓性の管１５４に沿って位置するポンプ１５６は、ソース１５２からプローブ１４８への液体試薬の移送に使用される。好適なポンプ１５６には蠕動ポンプやシリンジポンプが含まれる。ポンプ１５６の下流に位置する多ポートバルブ１５８は、ソース１５２から容器に分配するプローブ１４８にいずれの液体試薬を送るのかを選択する。
【００３９】
自動流体操作システム１４６はプロセッサ１６０により制御される。図２に示す実施形態では、ユーザは最初にソフトウェアインタフェースを使用して操作パラメータをプロセッサ１６０に供給する。典型的な操作パラメータは、各容器の座標および個々の容器内における反応混合物の初期組成を含む。初期組成は、各ソース１５２からの液体試薬のリストとして、または、特定の容器に対する種々の液体試薬の添加増分として特定化することが可能である。
【００４０】
（温度制御およびモニタリング）
個々の反応容器をモニターし、温度を制御する能力は、本発明の重要な態様である。合成の間、温度は反応生成物の構造と性質に大きな影響を与える。例えば、有機分子の合成において、収量および選択性は強く温度に依存することが多い。同様に、重合反応では、分子量、粒子径、モノマーの転化、微細構造等のポリマーの構造および性質は、反応温度により影響され得る。コンビナトリアルライブラリのスクリーニングまたは特徴付けの間、ライブラリメンバーの温度制御およびモニタリングは、メンバー間の有意な比較を行うには必須であることが多い。最後に、温度はスクリーニングの基準として使用することができ、または、有用なプロセスと生成物の変化を計算するために使用することができる。例えば、発熱反応の触媒は、ピーク反応温度及び／又は反応全体にわたって放出された全熱量に基づいて評価され、そして、温度測定は反応速度と転化率の計算に使用することができる。
【００４１】
図３は、温度モニタリングシステム１８０の一実施形態を例示し、これは個々の容器１０２と熱的に接触している温度センサ１８２を含んで構成される。温度モニタリングシステム１８０をわかりやすくするため、図１のモノリシック反応器ブロック１０６を参照して示したが、この開示は図２のモジュラー反応器ブロック１３２にも同等に適用可能である。好適な温度センサ１８２は、被覆または非被覆の熱伝対（ＴＣ）、抵抗温度測定装置（ＲＴＤ）、およびサーミスタを含む。温度センサ１８２は、温度モニター１８４とつながっており、温度モニター１８４は、温度センサ１８２から受け取った信号を標準温度目盛りに変換する。オプションのプロセッサ１８６は、温度モニター１８４から温度データを受け取る。プロセッサ１８６はこのデータについて演算を行い、これには、異なる容器１０２間のウォールコレクションおよび単純比較だけでなく、後述する熱量計算等のより複雑な演算も含まれる。実験の試行の間、温度データは典型的にはストレージ１８８に送られ、後に分析のため引き出すことができる。
【００４２】
図４は、統合温度センサ容器アセンブリ２００の断面図を示す。温度センサ２０２は反応容器２０６の壁２０４内に埋め込まれている。温度センサ２０２の表面２０８は、容器の内壁２１０に隣接して位置し、容器２０６の内容物と温度センサ２０２の間の良好な熱的接触を確実にする。図３に示すセンサの配置は、反応容器２０６の内容物を障害の無い状態に保持することが必要な場合に有用である。そのような必要が生じるのは、例えば、磁気攪拌棒等の支持構造を持たない混合装置を使用する場合である。しかしながら、留意すべきことは、図４に示すような統合温度センサの製作は、特にガラスの反応容器を使用する場合には、高価であり、時間がかかる可能性がある。
【００４３】
従って、別の実施形態では、温度センサは反応混合物に浸漬される。容器内の反応環境は温度センサをすぐに損なうことがあるので、温度センサはフッ化熱可塑性材料のような不活性材料で被覆される。低コストに加えて、直接浸漬により、迅速な反応および精度の向上を含めた、他の利点が提供される。別の実施の形態では、温度センサは、図４に示す反応容器の外壁２１２に配置される。反応容器の熱伝導性が公知である限り、比較的正確でかつ迅速な温度測定を行うことができる。
【００４４】
図５に示す赤外線システムを用いて、温度を遠隔的にモニターすることができる。赤外線モニタリングシステム２３０は、オプションの隔離チャンバ２３２を含んで構成され、これは反応器ブロック２３４と容器２３６を含む。チャンバ２３２の頂部２３８は、赤外線を透過する窓２４０が取り付けられている。隔離チャンバ２３２の外部に位置する赤外線カメラ２４２は窓２４０を通過する赤外線強度を検知し、記録する。赤外線放射強度は放射源温度に依存するので、高温の容器と低温の容器とを区別して使用することができる。好適なキャリブレーションにより、赤外線強度は温度に変換することができ、いかなる時でも、カメラ２４２は反応器ブロック２３４の表面２４４に沿った温度の「スナップショット」をもたらす。図５に示す実施形態では、容器２３６の頂部２４６は赤外線透過キャップに取り付けられている（図示せず）。留意すべきことは、攪拌中、温度は特定の容器内で均一であり、それ故、赤外線放射により測定された容器の表面温度は容器内に浸漬されたＴＣまたはＲＴＤにより測定されるバルク温度と一致することになる。
【００４５】
反応器の容器およびブロックの温度は、制御されると同時にモニターされる。用途により、各容器は、実験の間、同じ温度または異なる温度に維持することができる。例えば、触媒活性を目的として化合物をスクリーニングする場合、まず、別々の容器内で各化合物を共通の出発物質と組み合わせ、これらの混合物を次に均一温度で反応させることができる。次いで、有望な触媒を多数の容器内でスクリーニング段階で用いたのと同一の出発物質と組み合わせることにより、さらに特徴付けることができる。それから混合物を異なる温度で反応させ、触媒性能（速度、選択性）に関する温度の影響を測る。多くの場合、処理の間、容器の温度を変化させる必要がある。例えば、可逆的な発熱反応が起こっている混合物の温度を低下させて、転化を最大限にすることができる。あるいは、特徴付け段階で反応生成物の温度を上昇させて相転移（溶融範囲、ガラス転移温度）を検出することができる。最後に、反応器ブロックを一定温度に維持しつつ、後述するように反応間の容器内の温度変化をモニタリングして熱量測定データを得ることができる。
【００４６】
図６は有用な温度制御システム２６０を示し、これは別個の加熱部材２６２及び温度センサ２６４から構成される。図６に示す加熱部材２６２は、その放出熱がフィラメント抵抗とフィラメントを通る電流の二乗の積に比例する、従来の薄フィラメント抵抗ヒータである。加熱部材２６２は、反応容器２６６の周囲にコイル状に巻くように示されており、確実に容器２６６の内容物を半径方向および軸方向に均一に加熱するようにする。温度センサ２６４はＴＣ、ＲＴＤ等が用いられる。加熱部材２６２は、プロセッサ２６８とつながり、温度モニタリングシステム２７０を介して温度センサ２６４から受け取った情報に基づいて、加熱部材２６２の熱放出を増加または低下させる。ヒータ制御システム２７２は、加熱部材２６２とプロセッサ２６８の間の導通路に位置し、加熱を増加（低下）させるプロセッサ２６８の信号を、加熱部材２６２を通る電流の増加（低下）に転換する。一般に、図１または図３に示す並列反応器システム１００の各容器１０４には、加熱部材２６２と１つ以上の温度センサ２６４が設けられており、これは中央ヒータ制御システム２７２、温度モニタリングシステム２７０、及びプロセッサ２６８とつながり、これにより容器１０４の温度は個別に制御することができる。
【００４７】
他の実施形態では、容器２６６内に加熱部材２６２と温度センサ２６４が配置され、これにより容器２６６の内容物のより正確な温度のモニタリングおよび制御がもたらされ、また、単一のパッケージで温度センサと加熱部材が組み合わされている。サーミスタは組み合わされた温度センサとヒータの一例であり、サーミスタの抵抗が温度依存性であることから、これは温度のモニタリングと制御の両方に使用可能である。
【００４８】
図７は、他の温度制御システムを示し、反応器ブロック１０６の液体冷却および加熱を含む。反応器ブロック１０６の温度の調整には多くの利点がある。例えば、全ての反応容器１０２内でほとんど均一な温度に維持する簡単な方法がある。反応混合物の体積に対する容器１０２の表面積は大きいため、反応器ブロック１０６の冷却により、非常に発熱的な反応も実施することができる。個々の容器１０２の温度制御に伴って、反応器ブロック１０６の能動的な冷却により、室温以下での処理が可能となる。さらに、個々の容器１０２または容器１０２群の温度制御と組み合わされた、反応器ブロック１０６の能動的な加熱または冷却は、温度制御フィードバックの応答時間も低減する。個々の容器１０２または容器１０２群の温度は、小型の熱輸送装置を用いて制御することができ、これはそれぞれ図６と図８に示すような電気抵抗加熱部材または熱電装置を含む。反応器ブロックの冷却はモノリシック反応器ブロック１０６を参照して示したが、同様に、図２に示すモジュラー反応器ブロック１３２の個々のモジュール１３４を個別に加熱または冷却してもよい。
【００４９】
図７に戻ると、水、蒸気、シリコーン流体、フルオロカーボン等の熱流体２９０は、均一温度貯留器２９２から反応器ブロック１０６に定速または可変速ポンプ２９４を用いて移送される。熱流体２９０は入口ポート２９８を介してポンプの出口導管２９６から反応器ブロック１０６に入る。入口ポート２９８から、熱流体２９０は反応器ブロック１０６内に形成された流路３００を通って流れる。流路は一本または並列のチャネルで構成されてもよい。図７に示すように、流路３００は、容器１０２の列の間の路を進む一本のチャネルで構成され、最終的に出口ポート３０２で反応器ブロック１０６から出る。熱流体２９０は、反応器ブロックの出口ポート３０４を介して貯留器２９２に戻る。熱ポンプ３０６は、熱輸送コイル３０８を介して熱を付加または除去して、貯留器２９２内の熱流体２９０の温度を制御する。反応器ブロック１０６と貯留器２９２内に位置する温度センサ（図示せず）からの信号に応じて、プロセッサ３１０はコイル３０８を介して熱流体２９０に与えられるか、または、それから除かれる熱の量を調節する。流路３００を通って流れる熱流体２９０の流速を調節するため、プロセッサ３１０は溜出口導管３１４中に位置するバルブ３１２とつながっている。反応器ブロック１０６、貯留器２９２、ポンプ２９４、導管２９６、３０４、３１４を断熱して、反応器ブロック１０６の温度制御を向上させることも可能である。
【００５０】
反応器ブロック１０６は、典型的には、金属または高い熱伝導性を有する他の材料でできているので、一本のチャネル流路３００で通常十分にブロック１０６の温度を室温の上下数度に維持できる。反応器ブロック１０６内の温度の均一性を向上させるため、流路は入口ポート２９８の直下で並行するチャネル（図示せず）に分けることができる。図７に示す一本のチャネル流路３００と比較して、それぞれの並行するチャネルは、反応器ブロック１０６を出る前に容器１０２の一本の列の間を通過する。この並行した流れ配置により、入口２９８と出口３０２の間の温度勾配が低くなる。温度の均一性と容器１０２とブロック１０６の間の熱交換をさらに向上させるため、流路３００を大きくして、ウェル１０４が熱流体２９０を含むキャビティ内に突出するようにすることもできる。また、反応器ブロック１０６を完全に除いて、容器１０２を熱流体２９０を含む浴内に吊したり、浸漬してもよい。
【００５１】
図８は、個々の容器を加熱・冷却するための熱電装置の使用を示す。熱電装置は装置を流れる電流の流れを逆にすることにより、ヒータまたはクーラとして機能することができる。電力を熱に転換する抵抗ヒータと異なり、熱電装置はペルティエ効果を利用して装置の一面から他の面に熱を輸送する熱ポンプである。典型的な熱電アセンブリはサンドイッチ状であり、この中で、熱電装置の前面は冷却（加熱）される対象と熱的に接触していて、装置の後面は熱シンク（源）と熱的に接触している。熱シンクまたは熱源が大気である場合、装置の後面は典型的には熱伝導性フィンの列を有し、熱輸送範囲を増やしている。熱シンクまたは熱源は液体が好ましい。気体と比較して、液体はより高い熱伝導度と熱容量を有し、故に、装置の後面を通じてより良好な熱輸送を可能にする。しかし、熱電装置は通常むき出しの金属接触部でできており、これらは液体の熱シンクまたは熱源から物理的に絶縁しなければならない場合がある。
【００５２】
例えば、図８は液体の熱シンクまたは熱源を用いて反応容器３３８を加熱・冷却するために、熱電装置３３０を使用する方法の一つを示す。図８に示す配置では、熱電装置３３０は反応器ブロック３３４と熱輸送プレート３３６にサンドイッチされている。反応容器３３８は反応器ブロック３３４に形成されたウェル３４０内に備えられている。ウェル３４０の底部の薄壁３４２は、容器３３８を熱電装置から隔てて、良好な熱的接触を確実にしている。図８に示すように、各容器３３８は一つの熱電装置３３０と熱的に接触し、一方で、熱電装置は、容器３３８の一つを加熱または冷却することができる。熱電装置３３０は、熱輸送プレート３３６の内部キャビティ３４４を通って循環する熱流体から熱を獲得し、あるいは、熱流体に熱を捨てる。熱流体は入口ポート３４６と出口ポート３４８を通って熱輸送プレート３３６に出入りし、そしてその温度は図７に示すのと同様の方法で制御される。実験の間、熱流体の温度は典型的には一定に保たれ、一方で、容器３３８の温度は電流の調節、すなわち熱電装置３３０を介した熱輸送により制御される。図８には示していないが、容器３３８の温度は図６に示すキスームと同様の方法で制御される。容器３３８に隣接して位置し、熱輸送プレートのキャビティ３４４内に位置する温度センサは、温度モニターを介してプロセッサとつながっている。温度センサからの温度データに応じて、プロセッサは熱電装置３３０へ、または、これからの熱の流れを増減させる。熱電装置３３０とプロセッサの間の導通路に位置する熱電装置制御システムは、プロセッサからの信号に応じて各熱電装置を通る電流の流れの大きさと方向を調節する。
【００５３】
（熱量データの測定および使用）
温度測定により、反応の動力学および転化の量的な情況がわかり、故に、ライブラリメンバーのスクリーニングに使用することができる。例えば、経時的な温度変化の度合いは、各容器内で達するピーク温度とともに、触媒の評価に使用することができる。典型的には、発熱反応の最良の触媒は、一連の反応物を組み合わせた場合、最も短時間に最大の熱生成をするものである。
【００５４】
スクリーニングの道具としての使用に加えて、適当な熱管理および反応器システムの設計と組み合わせて、温度測定は、量的な熱量測定データを得るためにも使用することができる。このようなデータから、科学者は、例えば、即時的な転化率と反応速度を算出し、反応生成物の相転移（融点、ガラス転移温度）を突き止めるか、または潜熱を計測して、結晶度や分枝度を含むポリマー物質の構造情報を導出することができる。
【００５５】
図９は、正確な熱量データを得るのに使用可能な反応器ブロック３６０の部分断面図を示す。各容器３６２は攪拌翼３６４を含んで構成され、確実に容器３６２の内容物３６６がよく混合され、容器３６２の全ての温度Ｔｊ  が均一であるようにする。各容器３６２はサーミスタ３６８を含み、これがＴｊ  を測定し、容器の内容物３６６を加熱する。容器３６２の壁３７０はガラス製であるが、比較的低い熱伝導性で、同様の機械的強度と耐薬品性を有するいかなる材料も使用可能である。容器３６２は反応器ブロック３６０内に形成されたウェル３７２内に保持され、各ウェル３７２は絶縁材料３７４と接続されて、容器３６２への、または、容器３６２からの熱輸送をさらに低下させる。有用な絶縁材料３７４にはガラスウール、シリコーンゴム等が含まれる。反応器ブロック３６０と容器３６２との間のより良好な熱的接触が望ましい（良好な熱的接触が必要な）場合、例えば、等温条件下での発熱反応を調べる場合には、絶縁材料３７４は削除するか、または熱ペーストに置き換えることができる。反応器ブロック３６０はアルミニウム、ステンレス、真鍮等の高い熱伝導性を有する材料でできている。高い熱伝導性は、上述のどの方法による能動的加熱または冷却においても、反応器ブロック３６０全体にわたって均一な温度Ｔｏ  を維持するのに役立つ。ブロック温度センサ３７６を用いた、各容器３６２近傍のブロック３６０の温度Ｔｏ  ｊ  の測定により、反応器ブロック３６０内の不均一温度を明らかにすることができる。このような場合、Ｔｏ  ｊ  が、Ｔｏ  の代わりに以下に示す熱量の計算に用いられる。
【００５６】
一つの容器３６２（ｊ番目の容器）の内容物３６６に関わるエネルギー収支は、反応熱（ΔＨｒ，  ｊ）および容器内容物３６６の比熱（ＣＰ，  ｊ）が既知であり、当該温度範囲にわたって一定であると仮定した場合、ある時間（ｔ）での鍵となる反応物の部分転化率（Ｘｊ  ）の式を与える。
Ｍｊ  ＣＰ，  ｊ  ｄＴｊ／ｄｔ ＝ ｍｏ  ｊ  ΔＨｒ，  ｊ  ｄＸｊ  ／ｄｔ＋Ｑｉ  ｎ，  ｊ  −  Ｑｏｕｔ，  ｊ                  Ｉ
式Ｉ中、Ｍｊ  はｊ番目の容器の内容物３６６の重量であり；Ｍｏ  ｊ  は鍵となる反応物の初期重量であり；Ｑｉｎ，  ｊ  は、反応以外のプロセス、例えば、サーミスタ３６８の抵抗加熱によるｊ番目の容器への熱移動率である。 Ｑｏｕｔ，  ｊ  はｊ番目の容器からの熱移動率であり、これは下記の式から決定することができる。
Ｑｏｕｔ，  ｊ＝Ｕｊ  Ａｊ（Ｔｊ−Ｔｏ）＝ Ｕｊ  Ａｊ  ΔＴｊ          II
式中、Ａｊ  は熱移動面積、つまり、ｊ番目の容器の表面積であり、Ｕｊ  は熱移動係数であって、これは容器３６２およびその内容物３６６の性質、ならびに攪拌速度に依存する。Ｕｊ  は既知の熱流入に対応する温度上昇ΔＴｊ  により決定することができる。
【００５７】
式ＩとIIは少なくとも２つの方法での熱量測定データから転化率を決定するのに使用することができる。第１の方法では、反応器ブロック３６０の温度は一定に保たれ、十分な熱が、ΔＴｊ  の一定値を維持するよう、サーミスタ３６８を介して各容器３６２に加えられる。このような条件のもと、式ＩとIIを組み合わせた後、転化率を以下の式から算出可能である。
【００５８】
【数１】
0003618295.tif 000002
【００５９】
式中、積分は、実験の長さｔｊ  にわたるサーミスタ３６８の電力消費を積分して数値的に決定可能である。この方法は、等温条件下での反応の熱流出を計測するのに使用可能である。
【００６０】
第２の方法では、反応器ブロック３６０の温度は再度一定に保持されるが、Ｔｊ  は反応で生成または消費される熱量に応じて上下する。式ＩおよびIIは以下のような関係になる。
【００６１】
【数２】
0003618295.tif 000003
【００６２】
式IV中、積分は数値的に決定可能であり、Ｔｆ，  ｊ  とＴｉ，  ｊ  はそれぞれ、反応の開始と終了時点でのｊ番目の容器内の反応混合物の温度である。従って、Ｔｆ，  ｊ  がＴｉ，  ｊ  に等しければ、放出される熱量は、
【数３】
0003618295.tif 000004
に比例する。この方法は、個々の容器の温度制御を必要としないので、等温方法よりも実施が簡便である。しかし、この方法は、反応による各反応容器３６２内の温度変化が、研究されている反応に有意な影響を与えない場合にのみ用いることができる。
【００６３】
ｊ番目の容器内の鍵となる反応物の即時的な消失速度−ｒｊ  は、式Ｉ、IIまたはIVを用いて算出可能であるが、これは、−ｒｊ  が、定容積反応に有効な、以下の関係式を介した転化率に関係しているからである。
−ｒｊ  ＝Ｃｏ，  ｊ  ｄＸｊ  ／ｄｔ                      Ｖ
定数Ｃｏ，  ｊ  は鍵となる反応物の初期濃度である。
【００６４】
（攪拌システム）
混合の変数、例えば、攪拌翼のトルク、回転速度、ジオメトリは、反応の進行に影響を及ぼし、よって、反応生成物の性質に影響する可能性がある。例えば、反応混合物の全体的熱移動係数および粘性の消散は、攪拌翼の回転速度に依存することがある。従って、多くの場合、均一な攪拌を確実とするよう、各反応混合物の攪拌速度をモニターし、制御することが重要である。また、適用したトルクは、反応混合物の粘度を測定するためにモニターすることもある。次項で述べるように、溶液粘度の測定は重合反応生成物の平均分子量を算出するために使用することができる。
【００６５】
図１０は、図２に示すタイプのモジュラー反応器ブロックの単一モジュール３９０用の攪拌システムの分解透視図を示す。モジュール３９０は取り外し可能な反応容器３９６を含む８個のウェル３９４を有するブロック３９２から構成される。ウェル３９４と反応容器３９６の数は可変である。取り外し可能な下部プレート４００の上面３９８は、各ウェル３９４の基盤として機能し、ブロック３９２の底部４０２を通した反応容器３９６の取り外しを可能とする。ネジ４０４は下部プレート４００をブロック３９２の底部４０２に固定する。ブロック３９２の頂部４０８に載る上部プレート４０６は、細長の攪拌機４１０を支持し、容器３９６の内部へ直接向ける。各攪拌機４１０は、スピンドル４１２と、各スピンドル４１２の下端に取り付けられた回転可能な攪拌部材または攪拌翼４１４で構成される。ギア４１６は各スピンドル４１２の上端に取り付けられている。組立てると、各ギア４１６は、ギア列（図示せず）を形成し、隣接するギア４１６とかみ合うことにより、各攪拌機４１０は同一速度で回転する。ＤＣステッパモータ４１８が攪拌機４１０を回転するためのトルクを与えるが、空力モータ、定速ＡＣモータ、変速ＡＣモータを代わりに使用することもできる。一対の駆動ギアはモータ４１８とギア列を結合している。取り外し可能なカバー４２２によりギア列へのアクセスがもたらされ、カバー４２２はネジ付きの留め具４２４によりブロック３９２に固定されている。ギア列の他に、ベルト、チェーン、スプロケット、あるいは他の駆動機構を用いてもよい。他の実施形態では、各攪拌機４１０は別々のモータに結合されるので、各攪拌機４１０の速度またはトルクは個別に可変であり、モニター可能である。さらに、単一のモータとギア列、あるいは個別のモータを使用する駆動機構は、ブロック３６２の下方に設置可能である。このような場合、容器３９６内に位置する磁気攪拌翼は、ギア列スピンドルまたはモータシャフトに取り付けられた永久磁石を用いて駆動機構に結合される。
【００６６】
攪拌システムの他に、図１０に示す他の部材が考察に値する。例えば、上部プレート４０６は、大気圧と異なる圧力での処理を可能とする容器シール４２６を含んでいてもよい。さらに、シール４２６により容器３９６内の圧力を経時的にモニターできる。後述するように、このような情報は、気体反応物の縮合種への転化率を算出するのに使用される。各スピンドル４１２はシール４２６を貫通し、またはギア４１６に取り付けられた上部スピンドル部材（図示せず）に磁気的に結合される。また、図１０は、各ウェル３９４に隣接するブロック３９２内に埋設された温度センサ４２８を示す。センサ４２８は上述の温度モニタリングおよび制御システムの一部である。
【００６７】
別の実施形態では、電磁石のアレイが、支持されていない攪拌部材または磁気攪拌棒を回転させ、これにより図１０に示す機械的駆動システムの必要がなくなる。電磁石は、電流が流れたときに磁場を形成する導電体である。典型的には、電導体は、軟鉄や軟鋼等の比較的高い透過率を有する材料でできた固体コアの周囲に巻かれたワイヤコイルである。
【００６８】
図１１は電磁攪拌アレイ４４０の一実施形態を概略的に示す。アレイ４４０に付属する電磁石４４２またはコイルは、図１０の反応器モジュール３９０の下部プレート４００内に配置され、その軸は容器３９６の中心線に略平行である。電磁石を容器３９６の中心線に直角な軸に配置することにより、より強い磁場強度を達成できるが、このような設計は容器３９６間に電磁石を配置することが必要となるので実施はより困難である。図１１の８個の十字または容器部分４４４は図１０の各容器３９６のそれぞれのおよその中心位置、そして、磁気攪拌棒（図示せず）の回転軸のおよその位置を示す。図１１に示すアレイ４４０中で、４個の電磁石４４２は各容器部分４４４を取りまいているが、これより多いまたは少ない電磁石を使用してもよい。容器部分一つ当たりの最小の電磁石数は２個であるが、このようなシステムでは初期攪拌が困難であり、通常攪拌棒を失速させる。電磁石のサイズおよび可能な充填密度が基本的に最大電磁石数を制限する。
【００６９】
図１１に示すように、アレイ４４０の末端４４６での部分を除いて、各容器部分４４４は、４個の電磁石４４２を２つの隣接する容器部分で共有している。こうして共有することにより、図１１の曲がった矢印で示すように磁気攪拌棒は隣接する容器部分で反対方向に回転し、失速することになる。他のアレイ配置も可能である。例えば、図１２は、容器部分４６４の数が増すにつれて、電磁石４６２と容器部分４６４の比が１：１に達するアレイ４６０の一部を示す。各容器部分４６４が電磁石４６２のまわりの容器部分と共有するため、隣接した容器部分での磁気攪拌棒は、曲がった矢印４６６で示すように、反対方向に回転する。反対に、図１３は、容器部分の数が増大するにつれて電磁石４７２と容器部分４７４の比が２：１に達するアレイ４７０の一部を示す。電磁石４７２の数が容器部分４７４よりも比較的大きいため、全ての磁気攪拌棒を同一方向４７６に回転させることができ、これにより失速が最小化する。同様に、図１４は電磁石４８２に対する容器部分４８４の数が４：１であるアレイ４８０を示す。各磁気攪拌子は同方向４８６に回転する。
【００７０】
図１５は電磁攪拌システム５００のさらなる部材を示す。わかりやすくするため、図１５では４個の電磁石５０４を含んで構成される四辺形の電磁石アレイ５０２を示すが、図１２乃至図１４に示すようなより大きいアレイも使用可能である。各電磁石５０４は高い透過性を持つ固体コア５０８の周囲に巻かれたワイヤ５０６から構成される。四辺形状アレイ５０２の対角状に位置する一対の電磁石５０４は、連続して接続されて、第１の回路５１０と第２の回路５１２を形成する。第１の回路５１０と第２の回路５１２は駆動回路５１４に接続され、これはプロセッサ５１６により制御される。電流は、パルスでもシヌソイドでも、駆動回路５１４およびプロセッサ５１６により２つの回路５１０、５１２内で個々に可変である。各回路５１０、５１２内で、電流は、コア５０８の周囲のワイヤ５０６を反対方向に流れることに留意すべきである。このように、それぞれの回路５１０、５１２内の各電磁石５０４は反対の磁極性を有する。電磁石５０４の軸５１８は反応容器５２２の中心線５２０に略平行である。磁気攪拌棒５２４は操作前に容器５２２の底部上に載る。電磁石５０４は、軸５１８を容器の中心線５２０に直交して配置してもよいが、並行の配列の方が充填密度は高い。
【００７１】
図１６は、図１５の磁気攪拌棒５２４の一回転中の、４つの異なる時点における、２ｘ２の電磁石アレイの磁場方向を示し、ここで、攪拌子５２４はωラジアン・ｓ−１の一定振動数で回転している。図１６では、プラスの記号のついた円５３２は、電磁石が第１の方向に磁場を形成することを示す。マイナスの記号のついた円５３４は、電磁石が第１の方向と反対の方向に磁場を形成することを示す。記号のついていない円５３６は、電磁石が磁場を形成していないことを示す。時間ｔ＝０で、電磁石５３０は、容器部分で第１の矢印５３８で表される方向を有する全体磁場を形成する。時間ｔ＝π／２ωで、電磁石５４０は第２の矢印５４２で示される方向を有する全体磁場を形成する。磁気攪拌棒５２４（図１５）は全体磁場の方向で自ら整列しようとするので、第１の方向から第２の方向に時計回りに９０度回転する。時間ｔ＝π／ωで、電磁石５４４は第３の矢印５４６で表される方向を有する全体磁場を形成する。再び、磁気攪拌棒５２４は全体磁場の方向に自ら整列し、さらに９０度時計回りに回転する。時間ｔ＝３π／２ωで、電磁石５４８は、第４の矢印５５０で示される方向を有する全体磁場を形成し、磁気攪拌棒５２４をもう９０度時計回りに回転する。時間ｔ＝２π／ωで、電磁石５３０は第５の矢印で示される方向を有する全体磁場を形成し、磁気攪拌棒５２４を時間ｔ＝０での位置まで回転する。
【００７２】
図１７は、３ｘ３の磁気攪拌棒アレイの一回転中の、５つの異なる時点における、４ｘ４の電磁石アレイの磁場方向を示す。図１７に示すように、プラス記号のついた円５７０、マイナス記号のついた円５７２、または記号のついていない円は、個々の電磁石の磁場方向を示し、一方、矢印５７６は容器部分での全体磁場の方向を示す。図示のように、１６個の電磁石が９個の磁気攪拌棒を回転するのに必要である。しかし、図１８に示すように、多数の磁気攪拌棒による電磁石の共有のため、磁場の回転方向は不均一である。従って、５つの場は時計回りの方向５９０に回転し、一方、残りの４つの場は反時計回り方向５９２に回転する。
【００７３】
図１９および図２０は、各容器部分が四辺形のサブアレイの４つの角により画定される４つの電磁石の間に位置する、電磁石アレイの配線配列を示す。各容器部分に対して、両配線配列は、所定のサブアレイ対角上に位置する電磁石間の電気的接続をもたらす。図１９に示す配線配列６１０では、対角列に置き換えている電磁石６１２は互いに一緒に配線され、二列の電磁石６１２を形成する。破線と実線はそれぞれ、第１の列６１４および第２の列６１６の電磁石間の電気的接続を示す。プラス記号６１８およびマイナス記号６２０は、第１の列６１４と第２の列６１６の電流が同期している場合の、ある時間ｔでの個々の電磁石６１２の極性（磁場方向）を示す。図２０は電磁石６３２の別の配線配列６３０を示し、また、ここで、破線と実線は電磁石６３２の第１の列６３４と第２の列６３６の間の電気的接続を示し、プラス記号６３８とマイナス記号６４０は磁極性を示す。
【００７４】
両配線配列６１０、６３０について、第１の列６１４、６３４の電磁石６１２、６３２間の接続を通る電流の振幅は等しいが、第１の列６１４、６３４の電磁石６１２、６３２の極性は同一ではないことに留意すべきである。電磁石６１２、６３２の第２の列６１６、６３６についても、同じことがあてはまる。電磁石６１２、６３２のコアの周囲の電流方向を逆にすることにより、電磁石６１２、６３２の第１の列６１４、６３４または第２の列６１６、６３６に反対の極性を達成できる。例えば、図１５を参照。図１９および図２０の２つの配線配列６１０、６３０では、４つの隣接する電磁石６１２、６３２の各四辺形のアレイは磁気攪拌棒が回転するための部分を画定し、各４つの隣接する電磁石６１２、６３２の対角メンバーは、電磁石６１２、６３２の第１の列６１４、６３４および第２の列６１６、６３６に属する。さらに、４つの隣接する電磁石６１２、６３２のどの組においても、同一の列に属する電磁石６１２、６３２の対はそれぞれ反対の極性を有する。図１９および図２０の２つの配線配列６１０、６３０は、図１２乃至図１４に示すいかなるアレイ４６０、４７０、４８０を用いても使用できる。
【００７５】
図１９および図２０の複雑な配線配列６１０、６３０はプリント回路盤にも配置可能であり、電磁石６１２、６３２の機械的支持体、配列据え付け具の両方として機能する。プリント回路盤は電磁石６１２、６３２の迅速な内部接続を可能とし、組立の時間とコストを大幅に削減し、数百という個々の接続を手動ではんだ付けすることに伴う配線間違いを除く。スイッチは、個々の容器列の攪拌のオンオフに使用することができる。別個の駆動回路を容器の各列に対して用いることもでき、これにより、実験の間、使用される攪拌速度を可変のものとすることができる。
【００７６】
図２１は、電流対時間のプロット６５０であり、シヌソイドソース電流ＩＡ  （ｔ）６５２およびＩＢ  （ｔ）６５４の間の位相関係を示し、これらはそれぞれ図１９および図２０に示す電磁石６１２、６３２の第１の列６１４、６３４および第２の列６１６、６３６を駆動する。２つのソース電流６５２、６５４のピーク振幅および振動数ωＤ  は等しいが、ＩＡ（ｔ）６５２はＩＢ（ｔ）６５４とπ／２ラジアン遅れている。この位相関係のために、図１２に示す電磁石アレイ４６０を使用した場合、隣接する攪拌棒が反対方向に回転するにも関わらず、図１９および図２０の４つの隣接する電磁石６１２、６３２のいずれかにより画定される回転部分に位置する磁気攪拌棒は、それぞれ角振動数ωＤ  で回転する。しかし、図１３および図１４に示すアレイ４７０、４８０を使用した場合、隣接する攪拌棒は同一方向に回転する。他の実施形態では、正弦波のデジタル近似を用いることができる。
【００７７】
図２２は電磁石アレイ６７２の電源６７０のブロック図である。個々の電磁石６７４は、例えば、図１９および図２０に示すように第１の列および第２の列で一緒に配線されている。電磁石６７４の第１および第２の列は、電源６７６に接続され、位相からπ／２ラジアンのシヌソイド駆動電流を持った２つの系を与える。通常、２つの駆動電流の振幅は同一であり、振動数に依存しない。プロセッサ６７８は駆動電流の振幅および振動数の両方を制御する。
【００７８】
（粘度および関連する測定）
本発明は、粘度および関連する特性のインシチュでの測定を提供する。後述するように、このようなデータは、例えば、反応物転化のモニター、そして分子量または粒子径に基づいた物質の評価または特徴付けに使用可能である。
ポリマー溶液の粘度はポリマーの分子量および溶液濃度に依存する。「半希釈制限」より十分低いのポリマー濃度、すなわち、溶媒和したポリマーが互いにオーバーラップを始める濃度に対して、溶液粘度ηは、以下の式でポリマー濃度Ｃが０に近づく極限でのポリマー濃度に関連する（式中、ηｓは溶媒の粘度である）。
η＝（１＋Ｃ［η］）ηｓ                      VI
基本的に、ポリマーを溶媒に添加すると、ポリマー濃度に比例した量の分、溶媒の粘度は増加する。比例定数［η］は固有粘度として知られ、以下の式によりポリマー分子量Ｍと関連づけられる（式中、［ηｏ］およびαは実験定数である）。
［η］＝ ［ηｏ］Ｍα                          ＶII
式ＶIIは、マーク・フーヴィンク・サクラダ（ＭＨＳ）関係式として知られ、式VIとともに粘度測定から分子量の決定に用いることができる。
【００７９】
式VIは別のソースからの濃度データを必要とする。重合反応に関して、ポリマー濃度はモノマーの転化率に直接関係する。本発明では、このようなデータは反応中に放出された熱の計測（式III または式IVを参照）、または、後述するように、反応中に消費された気体反応物の量の測定により求めることができる。ＭＨＳ関係式における定数は、温度、ポリマー組成、ポリマー構造、ポリマー−溶媒相互作用の質の関数である。実験定数［ηｏ  ］およびαは、種々のポリマー−溶媒の組について計測されているものであり、文献に表にされている。
【００８０】
式VIおよびＶIIは分子量の概算に用いることができるが、本発明のインシチュでの粘度測定は、分子量の関数として反応生成物の評価に主に用いられる。多くの状況下で、式VIの濃度要件を満たすのに必要な溶媒量は、反応速度を許容できないレベルに低下させる。従って、ほとんどの重合は半希釈限界より高いポリマー濃度で実施され、ここで、分子量算出のために式VIおよび式ＶIIを使用すると、大きな間違いにつながるであろう。それにも関わらず、反応中の粘度の増加は一般にポリマーの濃度、分子量、あるいはその両方の増加を反映するので、粘度は半希釈限界より高い濃度においても反応生成物の評価に用いることができる。必要であれば、最初に粘度と分子量を関連づける温度に基づく較正曲線を用意して、比較的高いポリマー濃度での粘度測定から分子量を正確に決定することができる。しかし、これらの曲線を生成するポリマー−溶媒対それぞれに対して得る必要があり、これは新規のポリマー物質のスクリーニングを目的とする使用には重荷となる。
【００８１】
反応のランク付けに加えて、粘度測定は、固定された数の濃度で粘度が粒子径とともに増加する不溶性粒子の希薄懸濁液 − ポリマーエマルジョンまたは不均一触媒の多孔性支持体 − のスクリーニングまたは特徴付けにも使用可能である。ポリマーエマルジョンの場合、粘度はエマルジョンの質の尺度として役立ち得る。例えば、長時間一定である溶液粘度は、より優れたエマルジョン安定性を示し、また、特定範囲内にある粘度は所望のエマルジョン粒子径に関係することがある。多孔性支持体を用いて、粘度測定は活性触媒の同定に用いることができる。多くの場合、触媒支持体は、多孔性支持体内の不溶性生成物の形成により反応中に膨潤する。
【００８２】
本発明によれば、反応混合物の粘度または関連する物性は、攪拌翼の回転にかかる粘性力の効果の測定によりモニターされる。粘度は剪断力に対する流体の抵抗の尺度である。この剪断力は、攪拌翼の一定の角速度を維持するのに必要な負荷されたトルクΓに等しい。反応混合物と負荷されたトルクの関係式は以下の式で表すことができる。
Γ＝Ｋω（ω，Ｔ）η                      VIII
式中、Ｋω  は攪拌子の角振動数ω、反応混合物の温度、反応容器および攪拌翼のジオメトリに依存する比例定数である。Ｋω  は粘度の知られている溶液の較正曲線によって得ることができる。
【００８３】
重合反応の間、反応混合物の粘度は、反応生成物の分子量またはポリマー濃度あるいは両方の上昇により経時的に上昇する。この粘度の変化は、負荷されたトルクを測定し、式VIIIを用いて測定データを粘度に変換することによりモニターすることができる。多くの場合、粘度の実際の値は不必要であり、転化段階で行うことができる。例えば、攪拌速度、温度、容器ジオメトリ、攪拌翼ジオメトリが各反応混合物とほぼ同一である限り、負荷トルクのインシチュ測定は分子量または転化率に基づく反応生成物の評価に用いることができる。
【００８４】
図２３は負荷トルクを直接測定するための装置７００を示す。装置７００は剛性の駆動スピンドル７０６を介して駆動モータ７０４に結合された攪拌翼７０２から構成される。攪拌翼７０２は反応容器７１０に含まれる反応混合物７０８に浸漬される。上部支持体７１２および下部支持体７１４は、攪拌翼７０２の作動中に、駆動モータ７０４および容器７１０が回転しないようにする。簡略化のため、下部支持体７１４は永久磁石であってもよい。上部支持体７１２と駆動モータ７０４の間に設けられたトルクまたは歪みゲージ７１６は、攪拌翼７０２上のモータ７０４の平均トルクを測定する。他の実施形態では、歪みゲージ７１６は駆動スピンドル内に挿入するか、または容器７１０と下部支持体７１４の間に配置する。駆動スピンドル内に位置する場合、ブラシまたは整流器のシステム（図示せず）が、回転歪みゲージとの接続のために設けられる。図１０に示すもののような多くの攪拌システムは、単一のモータにより複数の攪拌翼を駆動するので、容器７１０と下部支持体７１４の間の歪みゲージ７１６の配置が最良のオプションである。
【００８５】
図２４は、図１０に示す反応器モジュール３９０の下部プレート４００と同様に、基盤プレート７３２の一部にある歪みゲージ７３０の配置を示す。歪みゲージ７３０の下端７３４は基盤プレートにしっかりと取り付けられている。第１の永久磁石７３６は歪みゲージ７３０の頂部７３８上に設けられ、第２の永久磁石７４０は反応容器７４４の底部７４２に取り付けられている。容器７４４を基盤プレート７３２に挿入すると、第１の磁石７３６と第２の磁石７４０の間の磁石結合が、容器７４４の回転を防ぎ、歪みゲージ７３０にトルクを伝達する。
【００８６】
歪みゲージを使用するほかに、負荷トルクに関連する駆動モータの電力消費をモニターすることも可能である。図２３をまた参照すると、この方法は攪拌翼７０２の回転速度のモニタリングと制御が必要であり、これは駆動スピンドル７０６に隣接するセンサ７１８の設置により達成することができる。好適なセンサ７１８は光学検出器を含み、これは反射の測定による駆動スピンドル上のスポットの通過を記録するか、または、駆動スピンドル７０６上に設けた障害物による光線の遮蔽を記録し、または、駆動スピンドル７０６上または共に回転する障害物上のスロットを通る光線の通過を見分ける。他の好適なセンサ７１８には、スピンドル７０６に取り付けられた永久磁石の回転を感知する磁場検知器が含まれる。磁場センサの操作の詳細は位相ラグ検知の考察において後述する。エンコーダ、レゾルバー、ホール効果センサ等のセンサが通常モータ７０４に組み込まれている。外部のプロセッサ７２０は駆動モータ７０４に供給される電力を調節して、スピンドル７０６の回転速度を一定に維持する。粘度の知られている一連の液体に対して必要とされる電力を較正することにより、未知の反応混合物の粘度を決定することができる。
【００８７】
直接測定の他に、トルクは、攪拌翼と駆動力またはトルクの間の位相角度または位相ラグの計測により間接的に決定することができる。間接的な計測には、駆動トルクと攪拌翼の間の結合が「柔軟で」、有意の計測可能な位相ラグが発生することが必要である。
【００８８】
磁気攪拌については、「柔軟な」結合は自動的に発生する。攪拌棒のトルクは、攪拌棒の磁気モーメントμ、および、攪拌棒の回転を駆動する磁場の振幅Ηと以下の式を通じて関係づけられる。
Γ＝μΗｓｉｎθ                        IX
式中、θは攪拌棒（磁気モーメント）の軸と磁場の方向との角度である。所定の角振動数で、そして既知のμとΗで、位相角度θはこの振動数で必要なトルク量を与えるのに必要な値に自動的に調節される。振動数ωでの攪拌に必要なトルクが溶液粘度と攪拌振動数（考察に有用な概算値）に比例するならば、粘度は以下の式を用いて位相角度から算出可能である。
Γ＝μΗｓｉｎθ＝ａηω                Ｘ
式中、ａは、温度、容器および攪拌翼のジオメトリに依存する比例定数である。実際、トルクが粘度−振動数の積に線形で依存しないならば、式VIIIまたは同様の式Ｘにおける右側の経験式を用いてもよい。
【００８９】
図２５は、位相角度または位相ラグθを計測するための誘導感知コイルシステム７６０を示す。システム７６０は、磁気攪拌棒７６４を駆動する４つの電磁石７６２、標準ロックイン増幅器（図示せず）等の位相感知検出器から構成される。勾配コイル７６６の構造が攪拌棒７６４の動きを感知するのに用いられるが、多くの他に知られている誘導感知コイル構造が使用可能である。勾配コイル７６６は、第１の感知コイル７６８および第２の感知コイル７７０から構成され、これらは直列に接続され、第１の電磁石７７２の周囲に反対方向に巻いてある。これらは反対の極性を有するため、２つの感知コイル７６８、７７０に誘導されたいかなる電圧の差も、端子７７４間の電圧差として現れ、これはロックイン増幅器で検出される。攪拌棒７６４がないならば、第１の電磁石７７２の磁場の変更は、２つのコイル７６８、７７０のそれぞれでほぼ等しく誘導され（第１の電磁石７７２に関して対称に配置したと仮定した場合）、端子７７４間の総電圧はほぼ０となる。磁気攪拌棒がある場合、回転する磁石７６４の動きは、２つの感知コイル７６８、７７０のそれぞれの電圧を誘導する。しかし、攪拌棒７６４により近い第１のコイル７６８によって誘導される電圧は第２のコイル７７０によって誘導される電圧よりもはるかに大きく、端子７７４間の電圧は０ではない。よって、周期信号が検知コイル７６８、７７０に誘導され、これがロックイン増幅器で計測される。
【００９０】
図２６および図２７は、図２５に示す誘導感知コイルシステム７６０からの典型的な出力７９０、８１０を示し、これはそれぞれ低および高粘度溶液の磁気攪拌に関わる位相ラグを示す。感知コイル７６８、７７０からの周期信号７９２、８１２を電磁石の駆動に用いられるシヌソイド参照信号７９４、８１４とともにプロットしている。周期信号７９２、８１２と参照信号７９４、８１４の間の時間遅延Δｔ７９６、８１６は位相角度とθ＝ωΔｔにより関連づけられる。２つの出力７９０、８１０を視覚的に比較すると、高粘度溶液に関する位相角度は、低粘度溶液に関する位相角度よりも大きいことを示す。
【００９１】
図２７は振幅と位相角度が、粘度が低い値から攪拌棒を止まらせるほど十分な値に増加するにつれて、反応間で変化する様子を示す。感知コイルからの波形または信号８２０は、駆動回路のシヌソイド電流を位相および振動数参照信号８２４として使用して、ロックイン増幅器８２２に入力される。ロックイン増幅器８２２は感知コイル信号８２０の振幅８２６、および参照信号８２４に関連する位相角度８２８または位相ラグを出力する。式Ｘに示すように、トルクはθのさらなる低下とともに減少し、図２５の攪拌棒７６４のスリップをもたらすので、最大の位相角度はπ／２である。従って、反応中に粘度が増加するにつれて、位相位相角度８２８または位相ラグは攪拌棒が止まるまで増加し、振幅８２６は急激に０に落ちる。これは図２７に描かれており、これは、参照信号および位相角度の振幅をそれぞれ示し、多数回の攪拌棒の回転にわたって平均した、Ａ８３０およびθ８３２のプロットを示す。位相角度８２８の計測の感度は、磁場の振幅および振動数の適当な選択により最適化可能である。
【００９２】
隣接する攪拌棒による干渉を最小とするために、理想的には各勾配コイルは一本の攪拌棒の動きを感知すべきであり、各容器は隣接する容器で共有されていない電磁石が設けられる。例えば、図１４に示す４：１の磁石アレイは、それぞれ図１３および図１２に示す２：１または１：１の磁石アレイの代わりに使用すべきである。アレイの全ての容器から表示データを得るため、マルチプレクサーを使用して各容器からロックイン増幅器に信号を連続的に送ることもできる。通常、位相角度の正確な計測は、攪拌棒の数十回の回転後に得ることができる。１０〜２０Ｈｚの回転振動数に関して、この時間は１容器当たり数秒の次元である。従って、容器の全アレイに関する位相角度の計測は、容器の数、攪拌棒の振動数、そして所望の精度によって、典型的には数分毎に行うことができる。計測プロセスを加速するために、多チャンネル信号検出を用いて一度に１つ以上の容器内の攪拌棒の位相角度を計測してもよい。他の検出方法では、高速マルチプレクサー及び／又はアナログ−デジタル変換器を使用してコイルの出力波形をデジタル化して、その後記憶した波形を分析して振幅および位相角度を決定する。
【００９３】
位相角度の計測は図２５の誘導コイルシステム７６０を用いて、非磁気的な、機械的攪拌駆動で行うこともできる。例えば、攪拌翼と駆動モータをねじれ的に柔らかく、柔軟なコネクタで結合して、これらの間に十分な位相ラグを達成してもよい。また、駆動装置は、剛性のギア駆動よりも、弾力性のベルト駆動を用いて計測可能な位相ラグを形成してもよい。攪拌翼はその磁気モーメントが回転軸と平行でないように配向する永久磁石から構成されなければならない。感度を最大化するために、攪拌翼の磁気モーメントは回転平面内に存在すべきである。非磁気的攪拌駆動を使用する利点の一つは、位相角度に上限がないことであることに留意すべきである。
【００９４】
トルクを直接または間接的に計測するほかに、トルクが不十分であるために攪拌棒が止まるまで、駆動振動数ωＤ  を増加させるか、または、磁場強度を低下させるかして粘度を検出してもよい。攪拌棒が回転を止める時点は、位相角度の計測のために図２５に示すものと同一の機構を用いて検出可能である。駆動振動数（磁場強度）を上げる（下げる）間、ロックイン増幅器の出力の大きさは、攪拌棒が止まると、急激に大幅に落ちる。攪拌棒が止まる時点での振動数または磁場強度は粘度に関連づけられる。停止が起こる振動数が低いかまたは磁場強度が高いほど、反応混合物の粘度は大きい。
【００９５】
適当な較正により、この方法は絶対粘度データを与えることができるが、一般に、この方法は反応のランク付けに用いられる。例えば、多数の反応混合物をスクリーニングする場合、すべての容器を振動数または磁場強度のいずれか一連の工程に変更させ、一方で、工程の変更後にどの攪拌棒が止まったかを記録してもよい。より高い粘度を有する混合物に浸漬された攪拌棒は早期に止まるので、攪拌棒が止まる順序は反応混合物の相対粘度を示す。トルクおよび停止頻度に関するデータを与えるほかに、図２５の誘導感知コイルシステム７６０および同様の装置は、磁気攪拌棒が反応中に止まったかどうかを示す診断手段として使用可能であることに留意すべきである。
【００９６】
（機械的発振器）
圧電石英共振器または機械的発振器が、反応混合物の粘度、ならびに、分子量、比重、弾性、誘電率、導電性等の他の主要な物性の評価に使用することができる。典型的な適用では、数ｍｍの長さ程度に小さくてもよい機械的発振器を反応混合物に浸漬する。発振器の励磁信号に対する応答は、入力信号振動数の範囲で得られ、反応混合物の組成および性質に依存する。十分に特徴付けられた一連の液体標準を用いた較正により、反応混合物の物性を機械的発振器の応答から決定することができる。物質の特性を測定するための圧電石英共振器の使用に関しては、同時係属中の米国特許第09/133,171号「機械的発振器を用いた物質の特徴付け方法および装置」（１９９８年８月１２日出願、本明細書に援用する）にさらに詳細に記載されている。
【００９７】
現在、多種の機械的発振器が存在するが、いくつかは液体溶液の特性の測定にさほど有用ではない。例えば、超音波変換器または発振器は、回折効果および反応容器内に発生する一定の音（圧縮）波のため、すべての液体に使用することはできない。これらの効果は、通常、発振器および容器のサイズが音波の特性波長よりもあまり大きくない場合に起こる。従って、数センチの次元での反応容器の直径に関しては、機械的発振器の振動数は１ＭＨｚ以上でなければならない。不幸なことに、ポリマー溶液を含む複雑な液体や混合物は、これらの高振動数では弾性ゲルのような挙動を示し、不正確な共振器の応答につながる。
【００９８】
典型的な超音波変換器に関連するいくつかの問題を回避するために、剪断モード変換器ならびに種々の表面波変換器をしばしば使用することができる。これらの振動方法のため、ねじれモード変換器では音波の代わりに粘性の剪断波（Ｓ波）を発生する。粘性のＳ波はセンサ表面からの距離に対して指数関数的に減衰するので、このようなセンサは測定容積のジオメトリに関しては非感受性である傾向があり、ほとんどの回折および反射の問題は排除される。不幸なことに、これらのセンサの作動振動数も高く、上記のようにこれらの使用は単純な液体に制限される。さらに、高い振動数では、センサと液体との間の相互作用はセンサ表面付近の薄い液体層に限られる。溶液成分の吸着によるセンサ表面のいかなる修正も、共振器の応答における劇的な変化につながることがある。
【００９９】
それぞれ図２８および図２９に示す音叉８４０およびバイモルフ／ユニモルフ共振器８５０は、超音波変換器にまつわる多くの欠点を克服した。そのサイズの小ささから、音叉８４０およびバイモルフ／ユニモルフ共振器８５０は音波を発生することは難しく、典型的にはそのサイズの何倍もの波長を有する。さらに、図２８に示す振動モードに基づく他のものが考えられるかもしれないが、音叉８４０は実質的に音波は発生しない。発生した場合、音叉８４０の歯８３２はそれぞれ別々の音波発生器として働くが、歯８３２は反対の方向および位相で発振するので、それぞれの歯８３２の起こした波はお互いに打ち消し合う。上述の剪断モード変換器のように、バイモルフ／ユニモルフ共振器８５０は主に粘性の波を生み出し、故に測定容積のジオメトリには非感受性である傾向がある。しかし、剪断モード変換器とは異なり、バイモルフ／ユニモルフ共振器８５０ははるかに低い振動数で作動し、それ故ポリマー溶液の物性の測定に用いることができる。
【０１００】
図３０は機械的発振器８７２を用いた反応混合物の物性の測定システム８７０を概略的に示す。システム８７０の重要な利点は、これが反応の進行のモニタリングに使用可能なことである。発振器８７２は反応容器８７６の内壁８７４に取り付けられる。また、発振器８７２は容器８７６の底部８７８に沿って取り付けられてもよく、または、反応混合物８８０内に支持されずにおかれてもよい。各発振器８７２はネットワーク分析器（例えば、ＨＰ８７５１Ａ分析器）に接続され、これは可変振動数励磁信号を発生する。各発振器８７２は、また、受信機として働き、処理のために応答信号をネットワーク分析器８８２に送り返す。ネットワーク分析器８８２は、振動数の関数として発振器８７２の応答を記録し、このデータをストレージ８８４に送る。発振器８７２の出力信号は、ネットワーク分析器の広帯域受信機８８８による計測の前に、高インピーダンスバッファ増幅器８８６を通過する。
【０１０１】
他の共振器の設計を用いてもよい。例えば、音波の抑制を改善するため、４本の歯を持った音叉共振器が使用可能である。振動数を掃引するＡＣ源の代わりに、電圧きょく波を使用して共振器の発振を起こすこともできる。電圧きょく波により、振動数応答の代わりに、共振器の自由な発振の減衰が記録される。当業者には周知の種々の信号処理技術が共振器の応答の識別に用いることができる。
【０１０２】
他の実施形態を図２に示す並列反応器システム１３０を参照して説明することができる。単一の共振器（図示せず）が３軸移送システム１５０に取り付けられている。移送システム１５０はプロセッサ１６０の方向で、当該反応容器内に共振器を配置する。共振器の応答の読み取りを行って、較正曲線と比較し、これは粘度、分子量、比重、または他の物性に対する応答に関する。別の実施形態では、反応容器から、例えば、液体操作システム１４６を用いて反応混合物の一部を取り出し、共振器を含む別個の容器に移す。共振器の応答を計測し、較正データと比較する。図３０に示すシステム８７０はインシチュでの溶液の物性をモニターするのにより適しているが、上記実施形態の二例は、後特徴付けの道具として使用可能であり、はるかに実施が簡便である。
【０１０３】
機械的発振器の他に、他のセンサを用いて物質の特性を評価することができる。例えば、インターディジテイテッド電極を用いて反応混合物の誘電特性を計測することができる。
【０１０４】
（圧力制御システム）
反応の動力学を評価する別の手法は、反応中の様々な気体の生成または消費による圧力変化をモニターすることである。この手法の一実施形態を図３１に示す。並列反応器９１０は反応容器９１２の群から構成される。気密キャップ９１４は各容器９１２を封止し、容器９１２への意図しない気体の出入りを防ぐ。キャップ９１４を閉める前に、各容器９１２には、図２に示す液体操作システム１４６を用いて液体反応物、溶媒、触媒、および他の縮合相の反応成分が導入される。ソース９１６からの気体反応物を気体入口９１８を通じて各容器９１２に導入する。バルブ９２０はコントローラ９２２に接続され、反応前に要求量の気体反応物で反応容器９１２を満たすよう使用される。圧力センサ９２４はキャップ９１４内に位置するポート９２６を介して容器頭部の空間、すなわち、キャップ９１４を液体成分から分離する各容器９１２内の空間につながっている。圧力センサ９２４はプロセッサ９２８に結合され、データを操作し、格納する。反応中、一定温度における頭部空間の圧力のいかなる変化も頭部空間に存在する気体量の変化を反映する。この圧力データは、定温での理想気体に関する下記の式により、気体成分のモル生成または消費速度ｒｉ  の決定に用いることができる。
ｒｉ  ＝（１／ＲＴ）（ｄｐｉ／ｄｔ）               XI
式中、Ｒは気体定数であり、ｐｉ  はｉ番目の気体成分の分圧である。温度センサ９３０はモニター９３２を介してプロセッサ９２８とつながっていて、頭部空間での温度の変数による圧力の変化の説明に用いることができるデータを与える。理想気体の法則または同様の状態方程式を用いて圧力補正を算出することができる。
【０１０５】
他の実施形態では、バルブ９２０は、気相成分のモル数が全体で減少している場合の反応における気体反応物の消費を補うために使用される。バルブ９２０はバルブコントローラ９２２により調整され、プロセッサ９２８とつながっている。反応初期に、バルブ９２０は開き、高圧の気体ソース９１６からの気体を各容器９１２に導入する。各容器９１２内の圧力をセンサ９２４で読んで、所定の圧力ＰＨ  に達すれば、プロセッサ９２８はバルブ９２０を閉じる。特定の容器９１２内の圧力が所定値ＰＬ  より下に落ちると、プロセッサ９２８はこの容器９１２に関わるバルブ９２８を開いて、ＰＨ  まで再加圧する。このプロセス、すなわち、各容器９１２をソース９１６の気体でＰＨ  まで充填し、頭部空間圧力をＰＬ  以下まで低下させ、そして容器９１２をソース９１６の気体でＰＨ  まで再充填する、というプロセスは、反応の進行中通常何度も繰り返される。さらに、各容器９１２の頭部空間内の全圧力は、気体充填−圧力減少サイクルの間、連続的にモニターし、記録される。
【０１０６】
同様の方法を気相成分が全体として増加する場合の反応の研究に用いることができる。反応初期に、反応物質全てを容器９１２に導入し、バルブ９２０を閉じる。反応の進行とともに、気体の生成は頭部空間の圧力の上昇をもたらし、これをセンサ９２４およびプロセッサ９２８がモニターし、記録する。特定の容器９１２内の圧力がＰＨ  に達すると、プロセッサ９２８はコントローラ９２２に適当なバルブ９２０を開くよう指示を出し、容器９１２を減圧する。バルブ９２０は、マルチポートバルブであり、気体を頭部空間から排気ライン９３４を介して排出する。頭部空間の圧力がＰＬ  以下に落ちると、プロセッサ９２８はコントローラ９２２にバルブ９２０を閉じるよう指令を出す。全体の圧力は気体増加−排気サイクルの間、連続的にモニターし、記録される。
【０１０７】
気体消費（生成）速度は種々の方法による全圧データから概算できる。簡略化のために、これらの方法は単一容器９１２およびバルブ９２０に関して説明するが、これらは並列容器９１２およびバルブ９２０から構成される並列反応器９１０にも十分等しく適用される。気体消費（生成）の概算は、バルブが閉じた場合に得られる圧力（減少）曲線の傾きから行うことができる。これらのデータは反応の化学量論に基づいて全圧を分圧に変換した後、式XIに代入して、モル消費（生成）速度ｒｉ  を算出できる。また、固定量の気体が各バルブサイクル中で容器に入る（から出る）と仮定して、概算することができる。反応器が再加圧される（減圧される）頻度は従って気体消費（生成）速度に比例する。さらに、バルブを通る気体流速を既知と仮定して、より正確な概算が可能になる。この値とバルブが開放されている時間と掛けることにより、特定のサイクル中に容器から出入する気体の量の概算値が得られる。この積を次のバルブサイクル中の時間、すなわち、容器の頭部空間内の圧力がＰＨ  からＰＬ  に落ちるのにかかる時間で割ることにより、特定のバルブサイクルに関する容積上の気体消費（生成）速度の平均値が得られる。すべてのサイクル中での添加量の合計は、反応中で消費（生成）される気体の全量に等しい。
【０１０８】
バルブ中を流れる気体の量を直接測定することにより、最も正確な結果が得られる。これはバルブ開放中に起こる圧力変化を記録することにより行うことができ、すなわち、理想気体の法則を用いてこの変化を容器に出入りする気体の量に変換することができる。この量を特定のバルブサイクル間の時間で割ることにより、このサイクルに関する容積上の平均気体消費（生成）速度を得る。各サイクルの容積変化を合計して、反応中で消費（生成）された全容積を得る。
【０１０９】
図３１に示す別の実施形態では、気体消費速度は、フローセンサ９３６をバルブ９２０の下流に入れるか、または、バルブ９２０をフローセンサ９３６に置き換えることにより、直接測定される。フローセンサ９３６により、気体入口９１８を通って各容器９１２に入る気体の量的な流速を継続的にモニタリングできる。確実に実験間の意味のある比較ができるように、ソース９１６の気体圧力は実験の間中ほぼ一定に維持すべきである。フローセンサ９３６により、バルブ９２０を循環する必要がなくなるが、この実施形態の最低検出可能流速は圧力循環を用いたものよりも低い。しかし、フローセンサ９３６は、一般に、容器９１２への反応物の流速がフローセンサ９３６の感度閾値よりも大きく、速い反応に好ましく用いられる。
【０１１０】
（分子量測定を目的とする機械的発振器の較正の例）
機械的発振器がポリスチレンおよびトルエンを含む反応混合物の特徴付けに用いられた。共振器の応答をポリスチレンの分子量に関連づけるために、図３０に示すシステム８７０を、トルエンに溶解させた既知の分子量を有するポリスチレン標準を用いて較正した。各ポリスチレン−トルエン溶液は同一濃度であり、図２８に示すのと同様の音叉圧電石英共振器を用いて別々の（独立した）容器内で試行を行った。各共振器の振動数応答曲線を約１０〜３０秒の間隔で記録した。
【０１１１】
較正の試行により、一組の共振器の応答を得、これを用いて反応混合物に浸漬した発振器８７２からの出力をポリスチレンの分子量に関連づけた。図３２は、ポリスチレン−トルエン溶液に関する較正の試行９７０の結果を示す。曲線は、ポリスチレンを含まないもの（９５２）と、２．３６ｘ１０３（９５４）、１３．７ｘ１０３（９５６）、１１４．２ｘ１０３（９５８）、１．８８ｘ１０６（９６０）の重量平均分子量（Ｍｗ  ）を有するポリスチレン標準を含むポリスチレン−トルエン溶液に関する較正の試行９７０のプロットである。
【０１１２】
図３３は、図３２に示すトルエン９５２及び各ポリスチレン溶液９５４、９５６、９５８、９６０の振動数応答曲線間の距離とポリスチレン標準のＭｗ  を相関させることによって得られる較正曲線９７０を示す。この距離は以下の式を用いて求めた。
【０１１３】
【数４】
0003618295.tif 000005
【０１１４】
式中、ｆ０  およびｆ１  は応答曲線のそれぞれ低い振動数および高い振動数である。Ｒ０  はトルエン中の共振器の振動数応答であり、Ｒ１  は特定のポリスチレン−トルエン溶液中の共振器応答である。未知のポリスチレン−トルエン溶液と純粋トルエンに関する応答曲線（図３２）から、２つの曲線間の距離は式ＸIIから決定することができる。得られるｄｉを較正曲線９７０に沿って探し、未知のポリスチレン−トルエン溶液に関するＭｗ  を決定することができる。
【０１１５】
（圧力のモニタリングおよび制御による気相反応物消費の計測の例）
図３４は、エチレンのポリエチレンへの溶液重合中に記録された圧力を示す。この反応は図３１に示すのと同様の装置で行った。エチレンガス源を用いて反応で消費されたエチレンを補った。バルブはプロセッサでの制御の下、エチレンの消費のために容器の頭部空間の圧力がＰＬ  ≒１６．１ｐｓｉｇ未満に落ちるとエチレンガスを反応容器に送った。サイクルの気体充填期間中、バルブは、頭部空間の圧力がＰＬ  ≒２０．３ｐｓｉｇを超えるまで開放された。
【０１１６】
図３５および３６は、それぞれ時間の関数としたエチレン消費速度およびエチレン消費速度の関数とした生成ポリエチレン量を示す。平均エチレン消費速度 −ｒＣ２，  ｋ（ａｔｍ・ｍｉｎ−１）は、以下の式から求められる。
−ｒＣ２，  ｋ  ＝（ＰＨ−ＰＬ）ｋ  ／（Δｔｋ）          XIII
式中、下付のｋは特定のバルブサイクルを指し、Δｔｋ  は現在のサイクルのバルブ閉鎖と次サイクルの開始時点でのバルブ開放の間の時間間隔である。図３５に示す遅い時間でエチレン消費速度が一定になるのは、エチレンの重合触媒に起因する。プロセス初期の高いエチレン消費速度は、基本的には、液相中で平衡エチレン濃度に達する前にエチレンが触媒溶液に移ることによる。図３６は反応で消費されるエチレン量の関数として生成するポリエチレン量を示す。生成ポリエチレン量は反応生成物の重量を量ることにより決定し、反応により消費されるエチレン量は、一定の平均消費速度と全反応時間と掛けることにより概算した。これらのデータに線形最小二乗法を適用し、理想気体の法則および反応温度と気体（反応中における生成物の容器の頭部空間とバルブサイクル数）の占める全容積に関する知識から予測される値に対応する傾きを得る。
【０１１７】
（自動高圧注入システム）
図３７は、図１０に示すタイプの、８つの反応容器からなるモジュール１０００の透視図を示し、これにはオプションの液体注入システム１００２が備えられている。液体注入システム１００２により液体を加圧容器に添加することができ、これは後述するように、触媒予備充填容器に関連する問題を排除する。さらに、液体注入システム１００２は、スクリーニング反応を液相触媒毒の添加で選択的に停止させることにより、触媒の同時分析を向上させる。
【０１１８】
液体注入システム１００２は、気体モノマーの液相触媒重合に関する問題の解決に役立つ。図１０に示す反応器モジュール３９０を用いて重合触媒をスクリーニングまたは特徴付ける場合、各容器は通常反応前に触媒および溶媒で充填される。封止した後、特定の圧力で気相モノマーを各容器に導入して重合を開始する。実施例１で説明したように、反応の初期段階の間、溶液中のモノマー濃度は気相のモノマーが溶媒中に溶解するにつれて増加する。モノマーは最終的に溶媒中で平衡濃度に達するが、平衡前にモノマー濃度を変えて触媒活性を作用させてもよい。さらに、反応初期にモノマーを溶媒に溶解させ、追加の気体モノマーを添加して、容器の頭部空間の圧力を保持する。これは、液相中の重合による容器内の圧力変化と、平衡濃度に達するためのモノマーの溶媒中への移動による圧力変化の区別を困難にする。触媒は、モノマーが液相中で平衡濃度に達した後に容器に導入することができるので、これらの分析上の困難さは、液体注入システム１００２を用いて避けることができる。
【０１１９】
図３７の液体注入システム１００２は、また、図１０に示す反応器モジュール３９０を用いて気体および液体コモノマーの触媒共重合反応を調べる場合に起きる問題を解決するのに役立つ。反応前に各容器に触媒と液体コモノマーを充填する。容器を封止した後、気体コモノマーを各容器に導入し、共重合反応を開始する。しかし、液体成分の充填と気体コモノマーとの接触の間にかなりの時間が経過するので、触媒は液体コモノマーのかなりの部分をホモ重合してしまう。さらに、気体コモノマーが液相に溶解するにつれ、液相中のコモノマーの相対濃度は反応の初期段階の間に変化する。触媒は容器内の気体および液体コモノマーの平衡濃度を達成した後に容器内に導入することができるので、どちらの影響も分析上困難となるが、液体注入システム１００２を用いることにより上記困難を避けることのできる。このように、触媒は同時に２種のコモノマーと接触する。
【０１２０】
図３７に示す液体注入システム１００２により、ユーザは液相触媒毒の添加により異なった時間で反応を停止させることができ、これは、広い範囲の触媒活性を示す物質のスクリーニングを向上させる。図１０の反応器モジュール３９０を用いて、触媒性能に関してライブラリメンバーを同時的に評価する場合、ユーザはライブラリメンバーの相対活性についてほとんど情報を持たない。全ての反応を同一時間進行させる場合、もっとも活性のある触媒は過剰量の生成物を生成し、これは反応後の分析および反応器のクリーンアップを妨げる。逆に、最も活性の低い触媒は、特徴付けに不十分な量の生成物を生成する。例えば、機械的発振器または位相ラグ計測の使用によって、各容器の生成物の量をモニターすることにより、所定の添加を達成した時、ユーザは容器内に触媒毒を注入して特定の反応を停止することができる。従って、同一反応器内かつ同一実験内において、低いおよび高い活性を有する触媒はそれぞれ比較的長いおよび短い時間の反応を行い、どちらの触媒群もほぼ同一量の生成物を生成する。
【０１２１】
図３７を再び参照すると、液体注入システム１００２はインジェクタマニホルド１００６に取り付けられた充填ポート１００４から構成される。反応器モジュール１０００の上部プレート１０１０とブロック１０１２の間に挟まれたインジェクタアダプタプレート１００８は、インジェクタマニホルド１００６とブロック１０１２内の各ウェルまたは容器（図示せず）の間の液流導管を形成する。インジェクタマニホルド１００６に取り付けられ、充填ポート１００４とアダプタプレート１００８内の導管をつなぐ流路に沿って配置された、化学的に不活性なバルブ１０１４を用いて、充填ポート１００４と容器またはウェルの間の液体の流れを確立または阻害する。通常、液体注入システム１００２はプローブ１０１６を用いて充填ポート１００４を通じてアクセスされ、ここでプローブ１０１６は図２に示す自動物質操作システム１４６のような自動液体輸送システムの一部である。しかし、ピペット、シリンジ、または同様の液体輸送装置を用いて液体を容器内に充填ポート１００４を通じて手動で注入することも可能である。通常の高圧液体クロマトグラフィーのループインジェクタを、充填ポート１００４として用いることができる。他の有用な充填ポート１００４を図３８および図３９に示す。
【０１２２】
図３８は、Ｏリングシールを有して液漏れを最小化した充填ポート１００４’の第１の実施形態の断面図を示す。充填ポート１００４’は、一般に、第１の末端１０４２と第２の末端１０４４を有する円筒状の充填ポート本体１０４０から構成される。軸孔１０４６は充填ポート本体１０４０の長さを通る。弾性のＯリング１０４８は、急な狭部１０５０のある地点で軸孔１０４６内に取り付けられ、充填ポート本体１０４０の第１の末端１０４２へねじ込まれているスリーブ１０５２で保持される。スリーブ１０５２は、プローブ１０１６の最も広い部分に適合するような大きさにされた中央の穴１０５４を有する。スリーブ１０５２は典型的には耐薬品性のプラスチック、例えば、ポリエチルエチルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等でできており、液体注入の間のプローブ１０１６および充填ポート１００４’への損傷を最小とする。取り付けと取り外しを容易にするために、充填ポート１００４’は、充填ポート１００４’の第１の末端１０４２に隣接して位置する、節のついた第１の外部表面１０５６および充填ポート１００４’の第２の末端１０４２に隣接して位置する、ねじ付きの第２の外部表面１０５８を有する。
【０１２３】
図３８は、液体注入の間のプローブ１０１６の位置を示す。従来のピペットのように、プローブ１０１６は、液体輸送地点でプローブ１０１６の長さの大部分にわたる外径（ＯＤ）より小さいＯＤを有する円筒状のチューブである。その結果、プローブ先端１０６０付近では、プローブ１０１６のＯＤが狭まる中間地帯１０６２がある。Ｏリング１０４８の内径（ＩＤ）はプローブ先端１０６０のＯＤとほぼ同一なので、液体注入中に液密な封止がプローブの中間地帯に沿って形成される。
【０１２４】
図３９は充填ポート１００４”の第２の実施形態を示す。図３８に示す第１の実施形態のように、第２の実施形態は、第１の末端１０４２’および第２の末端１０４４’を有する一般に円筒状の充填ポート本体１０４０’から構成される。しかし、Ｏリングのかわりに、図３９に示す充填ポート１００４”は、テーパされた軸孔１０８２を有する挿入部１０８０が用いられ、この軸孔１０８２は差し込み部、すなわち注入中にプローブ先端部１０６０とテーパされた軸孔１０８２のＩＤの間にシールを形成する。挿入部１０８０は充填ポート１００４”の第１の末端１０４２’にねじ込み可能である。典型的には、挿入部１０８０は耐薬品性のプラスチック、例えば、ＰＥＥＫ、ＰＴＦＥ等で構成され、液体注入中のプローブ１０１６および充填ポート１００４”の損傷を最小とする。取り付けと取り外しを容易にするために、充填ポート１００４”は、充填ポート１００４”の第１の末端１０４２’に隣接して位置する節のついた第１の外部表面１０５６’、および充填ポート１００４”の第２の末端１０４４’に隣接して位置するねじ付きの第２の外部表面１０５８’を有する。
【０１２５】
図４０はインジェクタマニホルド１００６の透視正面図である。インジェクタマニホルド１００６はインジェクタマニホルド１００６の上面１１０２に沿って位置する一連の充填ポートシート１１００を含む。充填ポートシート１１００は図３８および図３９に示す充填ポート１００４’、１００４”の第２の末端１０４４、１０４４’を受けるような大きさとされる。インジェクタマニホルド１００６を通して延びる穴１１０４を配置することにより、インジェクタマニホルド１００６の前面に沿った図３７に示すバルブ１０１４を配置する。
【０１２６】
注入ポートを有して使用する、バルブ１０１４の他のデザインを図４０Ａ、４０Ｂに示す。図４０Ａにインジェクタマニホルド１００６を示し、図４０Ｂにその断面図を示す。他のバルブは基本的にポペット２００６下方のバネ２００５を有するチェックバルブ（逆止弁）である。非注入時には、反応容器の圧力によって補助されるバネ２００５はシール２００７に対してポペット２００６を圧し、反応容器をシールする。シールは、Ｏリングシール等の当業者には既知のシールでよい。注入時には、プローブ１０１６につながるポンプは、チャンバおよびバネ２００５の圧力に打ち勝ちつつ、圧力をかけて物質をポペット２００６に対して注入させ、注入された物質をモジュールのチャネルを介して反応容器内にポペットを通過させて流す。
【０１２７】
図４１は図４０の第１の切断線１１０６に沿ったインジェクタマニホルド１００６の断面図である。断面は第１の流路１１３０の群の一つを示す。第１の流路１１３０は充填ポートシート１１００から、インジェクタマニホルド１００６を介して、バルブ入口シート１１３２へと延びる。各バルブ入口シート１１３２は、図３７に示すバルブ１０１４の一つの入口ポート（図示せず）を受けるような大きさとする。第１の流路１１３０は、従って、図３７に示す充填ポート１００４とバルブ１０１４の間の液体の導通を提供する。
【０１２８】
図４２は図４０の第２の切断線１１０８に沿ったインジェクタマニホルド１００６の断面図を示す。断面図は第２の流路１１５０の群の一つを示す。第二の流路１１５０はバルブ出口シート１１５２から、インジェクタマニホルド１００６を介して、インジェクタマニホルド１００６の後面１１５６に沿って位置するマニホルド出口１１５４へと延びる。各バルブ出口シート１１５２は図３７に示すバルブ１０１４の一つの出口ポート（図示せず）を受けるような大きさとする。マニホルド出口１１５４はインジェクタアダプタプレート１００８上の液体導管とかみ合う。マニホルド出口１１５４を囲む輪状溝１１５８は、マニホルド出口１１５４とインジェクタアダプタプレート１００８の液体導管の間の液体の接続をシールするＯリングを受けるような大きさにされる。従って、第二の流路１１５０はバルブ１０１４とインジェクタアダプタプレート１００８の間の液体の導通を提供する。
【０１２９】
図４３はインジェクタアダプタプレート１００８の透視図を示し、これは、インジェクタマニホルド１００６と図３７に示す反応器モジュール１０００のブロック１０１２の間のインタフェースとして働く。インジェクタアダプタプレート１００８はブロック１０１２内の容器およびウェルへのアクセスを提供する穴１１８０から構成される。インジェクタアダプタプレート１００８は、また、アダプタプレート１００８の前端１１８４から底面に延びる導管１１８２より構成される。アダプタプレート１００８が反応器モジュール１０００に組み込まれると、導管１１８２の入口１１８６は図４２に示すマニホルド出口１１５４と流体接続する。
【０１３０】
図４４は図４３の切断線１１８８に沿ったインジェクタアダプタプレート１００８の側断面図であり、これに示すように、導管１１８２はインジェクタプレート１００８の底面１２１０上の導管出口１２１２で終わる。アダプタプレート１００８の底面１２１０は、図３７の反応器モジュール１０００のブロック１０１２内の各ウェルの上面を形成する。確実に反応容器内に適当に液体が輸送されるよう、以下の図４５および図４８に示すように、細長く延びたウェルインジェクタが導管出口１２１２に接続されている。
【０１３１】
図４５はウェルインジェクタ１２３０の一実施形態を示す。ウェルインジェクタ１２３０は、第１の末端１２３２および第２の末端１２３４を有する一般に円筒状のチューブである。ウェルインジェクタ１２３０は第１の末端１２３２近くにねじ付きの外部表面１２３６を有し、図４４に示すねじ付きの導管出口１２１２に取り付け可能である。ねじ付きの外部表面１２３６に隣接する平面１２３８はウェルインジェクタ１２３０の第１の末端１２３２を導管出口１２１２にねじり入れる助けとなる。ウェルインジェクタ１２３０の長さは可変である。例えば、ウェルインジェクタ１２３０の第２の末端１２３４は液体混合物中に延びていてもよい。また、インジェクタ１２３０の第２の末端１２３４は、その路の一部を容器頭部空間へ延ばしてもよい。典型的には、ウェルインジェクタ１２３０は耐薬品性のプラスチック、例えば、ＰＥＥＫ、ＰＴＦＥ等からなる。
【０１３２】
液体注入は図４６乃至図４８を参照して理解することができる。図４６は反応器モジュール１０００の上面図を示し、図４７および図４８はそれぞれ、図４６に示す第１のおよび第２の切断線１２６０、１２６２に沿った反応器モジュール１０００の断面図を示す。触媒または他の液体試薬の注入の前に、初期には第１の溶媒を含むプローブ１０１６は試薬源から所定量の液体試薬を引く。次に、プローブ１０１６は第２の溶媒源から所定量の第２の溶媒を引き、プローブ１０１６内の第１と第２の溶媒の間に懸濁された液体試薬のスラグを得る。一般に、プローブの操作は図２に示すタイプの自動物質操作システムを用いて行われ、第２の溶媒は第１の溶媒と同一である。
【０１３３】
図４７および図４８は、それぞれ液体注入の前または注入中のバルブ１０１４の入口および出口の路を示す。プローブ１０１６が必要量の液体試薬および溶媒を含むと、プローブ先端１０５８は充填ポート１００４に挿入され、例えば図３８および図３９に示すようなシールを形成する。次いでバルブ１０１４が開き第２の溶媒、液体試薬、第１の溶媒の一部を加圧下に反応器モジュール１０００に注入する。液体は、充填ポートシート１１００からバルブ入口シート１１３２へと延びる第１の流路１１３０を通じて、充填ポート１００４からインジェクタマニホルド１００６内に流入する。液体は入口ポート１２８０を通してバルブ１０１４に入り、バルブ流路１２８２を通って流れ、出口ポート１２８４を通じてバルブ１０１４を出る。バルブ１０１４を出た後、液体は第２の流路１１５０の一つを通ってマニホルド出口１１５４に流れる。マニホルド出口１１５４から、液体は液体導管１１８２の一つのインジェクタアダプタプレート１００８を流れ、ウェルインジェクタ１２３０を介して反応容器１２８６またはウェル１２８８に注入される。図４８に示す実施形態では、ウェルインジェクタ１２３０の第２の末端１２３４は容器の頭部空間１２９０には一部しか延びていない。他の場合、第２の末端１２３４は反応混合物１２９２内に延びていてもよい。
【０１３４】
液体試薬のスラグが反応容器１２８６に注入され、充填ポート１００４からウェルインジェクタ１２３０の第２の末端１２３４までの流路が第１の溶媒で満たされるまで、液体の注入を継続する。この時点で、バルブ１０１４は閉じ、プローブ１０１６は充填ポート１００４から引き抜かれる。
【０１３５】
（反応容器圧力シールと磁気貫通撹拌機構）
図４８は、反応容器１２８６中の圧力を大気圧以上に維持するための関連するシールと撹拌機構とを示している。直接駆動撹拌機構１３１０は、図１０に示したものと同様であり、羽根またはパドル１３１６を回転させるスピンドル１３１４に装着された歯車１３１２から構成される。動的なリップシール１３１８は、上部板１０１０が、回転するスピンドル１３１４と上部板１０１０の間のガスリークを防ぐことを確実にしている。新しく設置する場合には、リップシールは、約１００ｐｓｉｇの圧力を維持することが可能である。しかし、使用時には、Ｏリングや他の動的シールのようなリップシール１３１８は、摩擦摩耗によりリークするようになる。高い使用温度、圧力、撹拌速度は、動的シール摩耗を促進する。
【０１３６】
図４９は、動的シールに関連したガスリークを最小限に抑えることに役立つ磁気貫通撹拌機構１３４０の断面図を示している。磁気貫通撹拌機構１３４０は、キャップスクリュー１３４６または類似の固定具を使用した磁気駆動組立体１３４４に取り付けられた歯車１３４２から構成される。磁気駆動組立体１３４４は、円筒状の内面１３４８と一つ以上のベアリング１３５２を使用して、剛性の円筒状の圧力障壁１３５０上に回転可能なように装着されている。ベアリング１３５２は、圧力障壁１３５０の狭い頭部１３５６と磁気駆動組立体１３４４の内壁１３４８の間の環状のギャップ１３５４内に位置している。圧力障壁１３５０の基板部１３５８は、図４８に示す反応器モジュール１０００の上部プレート１０１０に固定され、その結果、圧力障壁１３５０の軸は、おおよそ反応容器１２８６またはウェル１２８８の中心線と一致している。圧力障壁１３５０は、円筒状の内面１３６０を有し、それは圧力障壁１３５０の基板部１３５８に沿ってのみ開口している。このため、圧力障壁１３５０の内面１３６０と反応容器１２８６またはウェル１２８８は、閉鎖チャンバーを形成している。
【０１３７】
図４９に見られるように、磁気貫通撹拌機構１３４０は、さらに第１のフランジベアリング１３６４と第２のフランジベアリング１３６６を使用して、圧力障壁１３５０内に回転可能に取り付けられた円筒状の磁気従動部１３６２から構成されている。第１のフランジベアリング１３６４及び第２のフランジベアリング１３６６は、圧力障壁１３５０の内面１３６０と磁気従動部の比較的狭い頭部１３７２と脚部１３７４とにより境界を画された第１の環状領域１３６８と第２の環状領域１３７０に位置している。保持部１３７６と保持クリップ１３７８は、第２の環状領域１３７０内に位置して、磁気従動部１３６２の軸方向の動きを最小限に抑えるのに役立つ第２のフランジベアリング１３６６に隣接している。スピンドル（図示せず）は、磁気従動部１３６２の脚部１３７４の自由端１３８０に取り付けられ、図４８に示した反応混合物１２９２に浸漬されたパドル１３１６に対し、トルクを伝達する。
【０１３８】
稼働中、回転歯車１３４２と磁気駆動組立体１３４４とは、剛性の圧力障壁１３５０を通して、円筒状の磁気従動部１３６２へトルクを伝達する。永久磁石（図示せず）が磁気駆動組立体１３４４に埋め込まれ、磁気駆動組立体１３４４と従動部１３６２の回転軸１３８２にほぼ垂直な面内に力ベクトルを持つ。これらの磁性体は、永久磁石（図示せず）に連結しており、それらは、同様に磁気従動部１３６２に平行に埋め込まれている。磁気カップリングにより、駆動組立体１３４４の回転は、従動部１３６２と図４８の撹拌羽根またはパドル１３１６との回転を誘起する。従動部１３６２とパドル１３１６は、磁気駆動組立体と同一周期で回転するが、おそらく測定可能な程度の位相遅れがある。
【０１３９】
（取り外し可能かつ廃棄可能な攪拌機）
図４８に示す撹拌機構１３１０は、上部スピンドル部１４００、カプラー１４０２及び取り外し可能な攪拌機１４０４から構成される複数分割されたスピンドル１３１４を含んでいる。複数分割されたスピンドル１３１４は、一体のスピンドルに対してある利点を有している。典型的には、上部駆動シャフト１４００とカプラー１４０２のみステンレス鋼のような高弾性率の物質から作られている。取り外し可能な攪拌機１４０４は、ＰＥＥＫ、ＰＴＦＥ等の耐薬品性を有し高価ではない樹脂から作られている。対照的に、一体のスピンドルは、おそらくＰＴＦＥで被覆されているけれども、一般的に相対的に高価な高弾性率の物質から作られ、それ故、通常は繰り返し使用される。しかしながら、一体のスピンドルは、しばしば使用後、特に重合反応後の洗浄が困難である。さらに、反応生成物は、洗浄中に消失する可能性があり、そのため反応収率の計算時に誤差を生じてしまうことになる。複数分割されたスピンドル１３１４を使用する場合、使用後に取り外し可能な攪拌機１４０４は廃棄され、洗浄工程を省略する。取り外し可能な攪拌機１４０４は、一体のスピンドルに比べかさばらないので、収率を決定するために生成物の重量を測定することを含む、後反応の特徴付けを含むことが可能である。
【０１４０】
図５０は、図４８の撹拌機構１３１０の透視図を示しており、複数分割されたスピンドル１３１４の詳細図を提供している。歯車１３１２は、複数分割されたスピンドル１３１４の上部スピンドル部１４００に取り付けられている。上部スピンドル１４００は、動的リップシールを含む圧力シール組立体１４２０を貫通しており、かつカプラー１４０２を使用して取り外し可能な攪拌機１４０４に取り付けられている。注意すべきことは、取り外し可能な攪拌機１４０４は、図４９に示した磁気貫通撹拌機構１３４０とともに使用可能ということである。そのような場合、上部スピンドル１４００は必要なく、円筒状の磁気従動部１３６２の脚部１３７４またはカプラー１４０２または両者は、従動部１３６２を取り外し可能な攪拌機１４０４に改造して取り付けられる。
【０１４１】
図５１は、カプラー１４０２の詳細図を示しており、それはカプラー１４０２の回転軸１４４４に沿って中心部に第１の孔１４４０と第２の孔１４４２を有する円筒体から構成される。第１の孔１４４０は、上部スピンドル１４００の円筒状の端部１４４６を受け入れる寸法になっている。上部スピンドル１４００の外縁に沿って形成された肩部１４４８は、第１の孔１４４０内に位置する環状のシール１４５０に対して載置されている。孔１４５２にねじ込まれたセットスクリュー（図示せず）は、上部スピンドル１４００とカプラー１４０２の相対的な軸方向の動きと回転を妨げる。
【０１４２】
図５０と図５１を参照して、カプラー１４０２の第２の孔１４４２は、取り外し可能な攪拌機１４０４の第１の端部１４５４を受け入れるような寸法になっている。ピン１４５６は、取り外し可能な攪拌機の第１の端部１４５４に埋め込まれており、カプラー１４０２と取り外し可能な攪拌機１４０４の相対的な回転を抑制するために、カプラー１４０２上に位置するロック機構１４５８と共働する。ロック機構１４５８は、カプラーの内面１４６２に形成された軸方向の溝１４６０から構成される。溝１４６０は、第２の孔１４４２の入口１４６４からカプラー１４０２の壁１４７０を通して、切り欠かれたスロット１４６８の側面部１４６６まで延びている。
【０１４３】
断面線１４７２に沿ってカプラー１４０２の断面図である図５２に示すように、スロット１４６８の側面部１４６６は、スロット１４６８の軸方向部１４７４に対し、カプラーの円周に沿って約６０度延びている。取り外し可能な攪拌機１４０４をカプラー１４０２に結合するために、取り外し可能な攪拌機１４０４の第１の端部１４５４は、第２の孔１４４２に挿入され、ピン１４５６が、軸方向の溝１４６０とスロット１４６８の側面部１４６６の中を動くように回転する。カプラー１４０２と取り外し可能な撹拌機１４０４の外周に形成された肩部１４７８の間に装着されたバネ１４７６は、ピン１４５６をスロット１４６８の軸部１４７４中に押し込む。
【０１４４】
複数分割されたスピンドル１３１４の他のデザインは図５０Ａに示されており、それは、上部スピンドル部１４００、カプラー１４０２と取り外し可能な撹拌機１４０４を有する。この他のデザインの詳細部分は、図５０Ｂに示されている。他のデザインは、本質的には取り外し可能な撹拌機１４０４を素早く取り外すためのバネロック機構である。取り外し可能な撹拌機１４０４は、一連のボール２００１によりカップリング機構中にロックされており、ボール２００１は、カプラー１４０２の一部であるカラー２００２により、取り外し可能な撹拌機１４０４の中の溝に保持されている。取り外し可能な撹拌機１４０４は、バネ２００３に対し、カラー２００２を引き戻し、ボール２００１がカラー２００２中のポケットに落ち、取り外し可能な撹拌機を離すことにより解放される。
【０１４５】
（並列反応容器制御と解析）
図５３は、インシチュの多数反応の進行と特性をその場でモニターするための、コンピュータベースのシステムの一実施を示している。反応器制御システム１５００は、反応器１５０６に制御データ１５０２を送り、かつ実験データ１５０４を受け取る。以下に詳細を述べるように、一実施例では、反応器１５０６は並列重合反応器であり、制御データ１５０２と実験データ１５０４は、温度、圧力、時間と撹拌速度に対する設定値及び温度と圧力に対する測定値を含んでいる。代替的には、他の実施例では反応器１５０６は、他の並列反応器や従来型の反応器であってもよく、データ１５０２、１５０４は、他の制御または実験データを含むことができる。システム制御モジュール１５０８は、表示モニター、キーボードまたはマウスのようなユーザー側のＩ／Ｏデバイス１５１０を通じて、ユーザーから得られたシステムパラメータに基づいて、制御データ１５０２を反応器１５０６に供給する。代替的には、システムモジュール１５０８は、記憶部１５１２から制御データ１５０２を検索することができる。
【０１４６】
反応器制御システム１５００は、反応器１５０６からの実験データ１５０４を獲得し、かつユーザーインターフェースモジュール１５１６を通して、ユーザーの制御下に、システム制御モジュール１５０８とデータ解析モジュール１５１４中の実験データを処理する。反応器制御システム１５００は、ユーザーインターフェースモジュール１５１６とユーザーＩ／Ｏデバイス１５１０、オプションとしてのプリンター１５１８を通して、処理データを数値及びグラフ表示する。
【０１４７】
図５４は、圧力、温度、混合の強さを自動的に制御及びモニターする反応器１５０６の実施形態を図示している。反応器１５０６は、試薬を受け取るためにシールされた反応容器１５４２を含む、反応器ブロック１５４０を含む。一つの実施形態では、反応器ブロック１５４０は、各反応容器１５４２を含む単一ユニットである。それに代わるものとしては、反応器ブロック１５４０は多くの反応器ブロックモジュールを含むことができ、各反応器は多くの反応容器１５４２を有する。反応器１５０６は、混合制御・監視システム１５４４、温度制御・監視システム１５４６及び圧力制御・監視システム１５４８を含む。これらのシステムは、反応器制御システム１５００に接続している。
【０１４８】
混合制御・監視システム１５４４の詳細は図５５に図示されている。各反応容器１５４２は、容器内容物の混合のために撹拌機１５７０を有している。一つの実施形態では、撹拌機１５７０は、スピンドル１５７２上に装着された撹拌翼であり、モーター１５７４により駆動される。各モーター１５７４は、それぞれの撹拌機１５７０を制御することができる。代替的には、モーター１５７４は、独立した反応器ブロック中の反応容器１５４２に関連する撹拌機１５７０群を制御できる。別の実施形態においては、磁気撹拌棒または他の既知の撹拌機構を用いることができる。システム制御モジュール１５０８は、インターフェース１５７６，１５７８と一つ以上のモーターカードを介して、混合制御信号を撹拌機１５７０に供給する。インターフェース１５７６，１５７８は、市販のモーター駆動装置１５７６とモーターインターフェースソフトウェア１５７８を含むことが可能で、ソフトウェア１５７８は、モーターカード１５８０を初期化し、特定のモーターまたはモーター軸を制御し（各モーター１５８０は独立した反応器ブロックを制御する）、モーター速度と加速を設定し、特定のモーターまたはモーター軸を変更または停止する能力など、高度のモーター制御を更に備えている。
【０１４９】
混合制御・監視システム１５４４は、トルクモニター１５８２を含むことが可能であり、各反応容器１５４２に適用されるトルクをモニターする。好適なトルクモニター１５８２は、光学センサとスピンドル１５７２上に取り付けられた磁場センサを有しているか、あるいはひずみゲージ（図示せず）を含み、ひずみゲージは、適用されるトルクを直接測定し、システム制御モジュール１５０８とデータ解析モジュール１５１４にトルクデータを伝達する。モニター１５８２は、エンコーダ、レゾルバー、ホール効果センサまたは類似のものを含み、これらはモーター１５７４に結合することができる。これらのモニターは、適用するトルクに関するスピンドル１５７２を一定の回転数に維持するために必要な動力を測定する。
【０１５０】
図５６を参照することにより、温度制御・監視システム１５４６は、温度センサ１６００と各反応容器１５４２に関する加熱エレメント１６０２を含み、温度制御器１６０４により制御される。好適な加熱エレメント１６０２は、薄いフィラメント抵抗ヒーター、熱電デバイス、サーミスターあるいは他の容器温度を制御するデバイスを含むことが可能である。加熱エレメントは、反応容器１５４２を冷却・加熱するデバイスを含むことができる。システム制御ユニット１５０８は、インターフェース１６０６，１６０８と温度制御器１６０４を介して、加熱エレメント１６０２に温度制御信号を伝達する。インターフェース１６０６，１６０８は、ＲＳ２３２インターフェースのようなハードウェアを使用するために導入された市販の温度デバイス駆動装置と温度インターフェースソフトウェア１６０８を有しており、後者は、適当な伝達ポートを制御し、温度設定値を温度制御器１６０４に送り、温度制御器１６０４から温度データを受け取る能力など、高レベルの伝達を更に温度制御器に提供する。
【０１５１】
好適な温度センサ１６００は、熱電対、抵抗熱電デバイス、サーミスターや他の温度感知デバイスを含むことができる。温度制御器１６０４は、温度センサ１６００から信号を受け取り、反応制御システム１５００に温度データを伝達する。反応容器中の温度の上昇または低下が適当であるか判定する際には、システム制御モジュール１５０８は、ヒーター制御器１６０４を介して、加熱エレメント１６０２に温度制御信号を伝達する。この判定は、ユーザーインターフェースモジュール１５１６を介してユーザーにより入力された温度パラメータに基づくか、または記憶領域からシステム制御モジュール１５０８が検索したパラメータに基づくことが可能である。システム制御モジュール１５０８は、また、反応容器の温度上昇または低下が必要であるか否かを判定するために、温度センサ１６００から受け取る情報を使用することができる。
【０１５２】
図５７に示したように、圧力制御・監視システム１５４８は、各反応容器１５４２に関する圧力センサ１６３０を有している。各反応容器１５４２は、弁１６３４により制御されるガスの入口／出口１６３２を備えている。システム制御モジュール１５０８は、圧力インターフェース１６３６，１６３８と圧力制御器１６４０を介して、反応容器圧力を制御している。圧力インターフェース１６３６，１６３８は、ハードウェア、ソフトウェアまたは両者を組み合わせて実行することが可能である。ユーザーインターフェース１５１６を介して、ユーザーによりあるレベルに設定された反応容器の圧力に維持することが要求されるとき、圧力制御器１６４０は、弁１６３４に圧力制御信号を送り、入口／出口１６３２を通じて気体の反応容器への出入りを許容する。
【０１５３】
圧力センサ１６３０は、反応容器１５４２から圧力表示データを得て、圧力制御器１６４０とインターフェース１６３６，１６３８を介して、圧力データをシステム制御モジュール１５０８とデータ解析モジュール１５１４に伝達する。データ解析モジュール１５１４は、気体反応生成物の生成速度または気体反応物の消費速度を決定するなどの計算時に圧力データを使用するが、詳細は後述する。システム制御モジュール１５０８は、上述したごとく、反応容器圧力の調整が必要な時を判定するために圧力データを使用する。
【０１５４】
図５８は、反応器制御システム１５００の動作を説明するフロー図である。ユーザーは、温度、圧力、撹拌速度及び実験継続時間等の設定値、並びに実験用の適当なハードウェア構成を選択する初期反応変数（パラメータ）を設定することにより、反応器制御システム１５００を初期化する（ステップ１６６０）。ユーザーは、他の反応パラメータを設定することができ、例えば、共重合反応実験における液体コモノマー等の添加試薬を反応容器１５４２に加えるべき時間、あるいは触媒重合反応実験を終了させるために反応停止剤を添加すべき目標添加率などを含む。代替的には、反応器制御システム１５００は、記憶部１５１２から初期パラメータをロードすることができる。ユーザーは実験を開始する（ステップ１６６２）。反応器制御システム１５００は、反応器１１０に制御信号を送り、モーター、温度、圧力制御システム１５４４，１５４６、１５４８は反応容器１５４２を設定値レベルに到達させる（ステップ１６６４）。
【０１５５】
反応器制御システム１５００は、ユーザーにより入力されたサンプリング頻度で、混合監視システム１５４４、温度監視システム１５４６及び圧力監視システム１５４８を介してデータを採取する（ステップ１６６６）。反応器制御システム１５００は、初期パラメータに対して、採取された温度、圧力またはトルク値及び経過時間を含む実験データをテストすることによりプロセス制御を提供する（ステップ１６６８）。これらの入力に基づき、反応器制御システム１５００は、新しい制御信号を反応器１５０６の混合、温度、及び／又は圧力制御・監視システム１５０６に送る（ステップ１６７０，１６６４）。これらの制御信号は、以下に述べる経過時間または算出された転化率等の実験データに基づいて、一つ以上の反応容器に試薬または触媒停止剤等の物質を添加する物質操作ロボットへの命令を含んでいる。ユーザーは、また実験の進行中に、モーター速度の変更、温度または圧力の設定値、または実験時間や目標転化率等の停止制御パラメータなどの新しいパラメータを入力することができ（ステップ１６７２）、それにより反応器制御システム１５００は、反応器１５０６に新しい制御信号を送ることができる（ステップ１６７２，１６７０，１６６４）。
【０１５６】
データ解析モジュール１５１４は、以下に述べるように、採取データに基づいて適当な演算を実行し（ステップ１６７４）、結果はモニター１５１０上に表示される（ステップ１６７６）。演算値及び／又は採取データは、後の表示解析のためにデータ記憶部１５１２に保存することができる。反応器制御システム１５００は、例えば、実験時間が経過したか否かを判定することにより、実験が完結しているか否かを判定する（ステップ１６７８）。反応器制御システム１５００は、また、ステップ１６７４の演算に基づいて、一つ以上の反応容器内での反応が特定の転化率目標に到達したか否かを判定することができる。その場合、反応器制御システム１５００は、上述したような適合する反応器または反応器群に停止剤の添加を行い、その容器内の反応を停止させる。残りの全ての反応容器に対して、反応器制御システム１５００は、追加データを採取し（ステップ１６６６）、新しいサイクルを始める。反応器ブロック１５４０中の全ての反応容器１５４２が、特定の停止条件に到達した時に、実験は完了する（ステップ１６８０）。ユーザーは、またいつでも実験を中断することにより、反応を停止させることができる。図５８に示されたステップは、示された順序通りに実行する必要がないことを認識すべきである。その代わり、例えば、反応パラメータの変更等のユーザー側の事情あるいはシステムに発生する定期的な事情に対応して、反応器制御システム１５００の運転を稼働することになる。
【０１５７】
（実験データの解析）
データ解析モジュール１５１４（ステップ１６７４）により実行される演算方式は、実験の性質に依存する。上述したように、実験が進行している間は、反応器制御システム１５００は、定期的に温度、圧力及び／又はトルクデータをユーザーが設定したサンプリング頻度で反応器１５０６から受け取る（ステップ１６６６）。システム制御モジュール１５０８とデータ解析モジュール１５１４は、物質のスクリーニングに使用するために、あるいは、定量的な演算を実行するために、さらに図６３〜６４及び図６５に示されるような形式で、ユーザーインターフェースモジュール１５１６により表示するために、データを処理する。
【０１５８】
反応器制御システム１５００は、スクリーニング基準としてあるいは有効なプロセス変数と生成物変数を演算するために、温度センサ１６００からの温度測定を利用する。例えば、一つの実施においては、発熱反応の触媒は、各反応容器内での到達したピーク反応温度、時間に対する温度変化の度合い、または反応の経過中の全放出熱量に基づいてランク付けされる。典型的には、発熱反応の最良の触媒は、一連の反応物と組み合わされると、最短時間で最大の熱生成をもたらす。他の実施においては、反応器制御システム１５００は、反応速度と転化率を算出するために温度測定を利用する。
【０１５９】
スクリーニング手段として温度データ処理を行うのに加えて、別の実施においては、反応器制御システム１５００は、定量的な熱分析データを得るために、反応器システムの適当な温度管理と設計を組み合わせた温度測定を利用する。そのようなデータから、反応器制御システム１５００は、例えば、瞬時の転化率と反応速度を算出し、また反応生成物の相転移（例として、融点、ガラス転移温度）を突き止め、あるいは結晶度と分枝度を含む高分子物質の構造情報を推定するために、潜熱を測定することも可能である。熱分析データ測定と利用の詳細については、図９と式Ｉ−Ｖを参照されたい。
【０１６０】
反応器制御システム１５００は、また、反応混合物の粘度と関連する特性を決定するために、適用された撹拌翼のトルクのような混合変数のモニターを行うことができる。反応器制御システム１５００は、反応物の転化をモニターするために、あるいは分子量または粒子サイズに基づいた物質のランク付けと特性評価を行うために、そのようなデータを使用することができる。例えば、前述の式VI−VIIIの記述を参照されたい。
【０１６１】
反応器制御システム１５００は、また、反応中の種々の気体の生成や消費に起因する圧力変化をモニターすることにより、反応動力学を評価できる。反応器制御システム１５００は、反応容器の頭部空間の圧力変化を測定するために、圧力センサ１６３０を使用するが、各容器内の空間容積は、容器のシールキャップから液体試薬を分離している。反応中、頭部空間の圧力のいかなる変化も、一定温度では頭部空間に存在する気体の量的変化を反映している。上述したように（式XI）、反応器システム１５００は、モル生成量または気体組成物の消費速度ｒｉ  を決定するために、この圧力データを使用する。
【０１６２】
（反応器制御システムの操作）
図５９を参照して、反応器システム１５００は、モニター１５１０上に表示されるシステム構成窓１７００を介して、ユーザーからシステム構成情報を受け取る。システム構成窓１７００は、実験のための適当なハードウェアコンポーネントを特定させることをユーザーに許容する。例えば、ユーザーは、モーターカード１５８０とモーター区画１７０２中のカードごとの多くのモーター軸を選択することができる。温度制御区画１７０４は、ユーザーに別々の温度制御器１６０４の数と制御器ごとの反応容器の数（フィードバック制御ループ数）を選択することを許容する。圧力制御区画１７０６中で、ユーザーは反応器１５０６中の反応容器の数に対応した圧力チャンネルの数を設定することが可能である。ユーザーは、また、システム構成窓１７００を介して、モーター速度、温度と圧力に対する予め設定された安全限界を見ることができる。
【０１６３】
図６０に示したように、反応器システム１５００は、システムオプション窓１７３０を介して、ユーザーからデータ表示情報を受け取る。表示間隔ダイアログ１７３２は、ユーザーにデータ表示の新たな間隔を設定させる。ユーザーは、データポイント枠１７３４中のメモリーに保存される温度と圧力のデータポイントの数を設定することが可能である。
【０１６４】
実験前または実験中のいつでも、ユーザーは図６１に示した反応器立上げ窓１７６０を使用して、反応器ブロック１５４０中の各反応容器１５４２に対する反応パラメータを入力、変更することが可能である。モーター立上げ区画１７６２では、ユーザーは（いかなる既設定の安全限界に対して）モーター速度を設定可能であり、さらに単一または双方向のモーター操作を選択することができる。ユーザーは、温度立上げ区画１７６４中で、温度パラメータを特定することが可能である。これらのパラメータは、温度設定値１７６６、停止温度１７６８、サンプリング頻度１７７０及び温度測定と温度制御器操作モードのユニットを含む。勾配ボタン１７７２を選択することにより、ユーザーは、以下に述べるように、温度勾配を設定することができる。圧力設定値とサンプリング頻度を含む圧力パラメータは、圧力立上げ区画１７７４の中に設定される。区画１７６２，１７６４及び１７７４は、また、モーター速度、温度、圧力に対して、それぞれ安全限界を表示することができる。図６１で図示された値は、本発明を制限するものではなく、単なる説明のためのものである。反応器立上げ窓１７６０は、さらにユーザーに実験の継続時間を設定させる。反応器立上げ窓１７６０は、将来の使用のためのデフォルトとしてユーザーにあらゆる設定を保存させ、また予め保存された設定をロードさせる。
【０１６５】
図６２は、勾配ボタン１７７２を選択することにより開始される温度勾配の設定を図示している。勾配立上げ窓１８００中では、ユーザーは、多数のブロック反応器１５０６の各反応器ブロックモジュールに対して、異なる温度設定値１８０２を入力することにより、反応器１５０６の温度勾配を設定することが可能である。他の立上げパラメータについても同様に、上記温度勾配は反応器立上げ窓１７６０中に保存できる。
【０１６６】
図６３を参照して、ユーザーは反応窓１８３０中で実験をモニターできる。システム状態区画１８３２は、現在のシステム状態と同時に、システム構成窓１７００中で選択されたハードウェアコンポーネントの状態を表示する。設定区画１８３４と時間区画１８３６は、現行のパラメータの設定と反応器窓１７６０中で選択された時間、及び実験中の経過時間を表示する。実験結果は、反応器１５０６中の各反応容器１５４２に対応したデータ値の数値表示と、二次元配列１８４０中に表示されるデータ値の色表示に対するグラフ表示との２つの二次元配列１８４０を含むデータ表示区画１８３８中に表示される。色表示１８４２は、図６４に示すように、反応容器の二次元配列または３次元の色ヒストグラム１８７０の形式を取ることができる。グラフ表示１８４２とヒストグラム１８７０に対する色範囲は、凡例１８７２と１８７４中にそれぞれ表示される。データ表示区画１８３８は、温度データか前述した圧力測定から算出された転化率データのいずれかを表示することができる。いずれの場合も、表示されたデータは、システムオプション窓１７３０に設定された頻度で更新される。
【０１６７】
データ表示区画１８３８中で各々の反応容器１５４２を選択することにより、ユーザーは、図６５に示すように、その容器に対する詳細データ窓１９００を見ることができる。データ窓１９００は、例えば、実験の継続中のその容器の温度、圧力、転化率及び分子量データ等の実験結果のグラフ表示を提供する。
再度図６４を参照して、ツールバー１８７６は、ユーザーに（反応器立上げ窓１７６０を入力することにより）反応器パラメータ及びカラーディスプレイ１８４２と１８７０に対する色階調を設定させる。ユーザーは、さらにツールバー１８７６を使用して、実験の開始と終了、結果の保存、システム１５００の終了を行うことができる。ユーザーは、コメントボックス１８７８中にいかなる観察またはコメントを入力することができる。ユーザーのコメントと観察は、実験結果とともに保存される。
【０１６８】
図６６を参照して、ユーザーは色階調窓１９２０を介して、カラーディスプレイ１８４２と１８７０に対する色階調の設定を行うことが可能である。色階調窓１９２０は、ユーザーに色範囲区画１９２２中での温度または転化率に対応した色範囲を選択させる。ユーザーは、また色勾配区画１９２４を介して、線形か指数関数のどちらかの色勾配を設定できる。色階調窓１９２０は、色凡例１９２６中で選択された階調を表示する。
【０１６９】
本発明の実施形態では、デジタル電子回路中、またはコンピュータハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア中、あるいはこれらを組み合わせて実行することができる。本発明による装置は、プログラム可能なプロセッサーによる実行のための機械読出し可能な記憶デバイスにおいて実際に具体化されるコンピュータプログラム製品で実施することができる；そして、入力データと生成する出力を操作することによって、本発明の機能を実行する命令プログラムを実行するプログラム可能なプロセッサーにより、本発明の方法工程を実施することができる。本発明の実施形態では、また、一つまたはそれ以上のコンピュータプログラムにおいて有利に実行することが可能である。そのプログラムは、データ記憶領域、最低一つの入力デバイス及び最低一つの出力デバイスから、及びそれに対し、データと命令を受け取りまた伝達する最低一つのプログラム可能なプロセッサーを含むプログラム可能なシステム上で実行される。各コンピュータプログラムは、高度な手続言語またはオブジェクト指向の言語に組み込まれるか、あるいは所望であれば、アセンブル言語または機械言語に組み込むこともできる。いずれの場合も、言語は、コンパイル言語あるいは解釈された言語になる。
【０１７０】
モジュール１５０８と１５１４における好適なコンピュータプログラムは、次の表に示されるクラスに組み込まれている。（名前の接頭辞”ｏ”は、対応する特性がユーザー定義オブジェクトであることを示し、接頭辞”ｃ”は、集合体（群）であることを示している。）
【０１７１】
【表１】
１．アプリケーションクラス
特性表
0003618295.tif 000006
【０１７２】
【表２】
方式表
0003618295.tif 000007
【０１７３】
【表３】
２．色階調クラス
親階級：アプリケーション
特性表
0003618295.tif 000008
【０１７４】
【表４】
方式表
0003618295.tif 000009
【０１７５】
【表５】
３．凡例色クラス
親階級：色階調
特性表
0003618295.tif 000010
【０１７６】
【表６】
方式表
0003618295.tif 000011
【０１７７】
【表７】
４．システムクラス
特性表
0003618295.tif 000012
【０１７８】
【表８】
方式表
0003618295.tif 000013
【０１７９】
【表９】
５．実験時期クラス
親階級：システム
特性表
0003618295.tif 000014
【０１８０】
【表１０】
方式表
0003618295.tif 000015
【０１８１】
【表１１】
６．表示タイミング階級
親階級：システム
特性表
0003618295.tif 000016
【０１８２】
【表１２】
方式表
0003618295.tif 000017
【０１８３】
【表１３】
７．警告クラス
親階級：システム
特性表
0003618295.tif 000018
【０１８４】
【表１４】
方式表
0003618295.tif 000019
【０１８５】
【表１５】
８．モータークラス
親階級：システム
特性表
0003618295.tif 000020
【０１８６】
【表１６】
方式表
0003618295.tif 000021
【０１８７】
【表１７】
９．モーター軸クラス
親階級：モーター
特性表
0003618295.tif 000022
【０１８８】
【表１８】
方式表
0003618295.tif 000023
【０１８９】
【表１９】
１０．モーターパラメータクラス
親階級：モーター
特性表
0003618295.tif 000024
【０１９０】
【表２０】
方式表
0003618295.tif 000025
【０１９１】
【表２１】
１１．ヒータークラス
親階級：システム
特性表
0003618295.tif 000026
【０１９２】
【表２２】
方式表
0003618295.tif 000027
【０１９３】
【表２３】
１２．ヒーター制御クラス
親階級
特性表
0003618295.tif 000028
【０１９４】
【表２４】
方式表
0003618295.tif 000029
【０１９５】
【表２５】
１３．ヒーターパラメータクラス
親階級：ヒーター制御
特性表
0003618295.tif 000030
【０１９６】
【表２６】
方式表
0003618295.tif 000031
【０１９７】
【表２７】
１４．ヒーターデータクラス
親階級：ヒーター
特性表
0003618295.tif 000032
【０１９８】
【表２８】
方式表
0003618295.tif 000033
【０１９９】
【表２９】
１５．圧力クラス
親階級：システム
特性表
0003618295.tif 000034
【０２００】
【表３０】
方式表
0003618295.tif 000035
【０２０１】
【表３１】
１６．圧力パラメータクラス
親階級：圧力
特性表
0003618295.tif 000036
【０２０２】
【表３２】
方式表
0003618295.tif 000037
【０２０３】
【表３３】
１７．圧力データクラス
親階級：圧力
特性表
0003618295.tif 000038
【０２０４】
【表３４】
方式表
0003618295.tif 000039
【０２０５】
【表３５】
１８．エラー処理クラス
特性表
0003618295.tif 000040
【０２０６】
【表３６】
方式表
0003618295.tif 000041
【０２０７】
好適なプロセッサーは、一例として、汎用と特殊な目的のマイクロプロセッサーの両者を含む。一般に、プロセッサーは、読込専用メモリー（ＲＯＭ）及び／又はランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）から命令を受け取る。コンピュータプログラムの命令とデータを明確に具体化するのに適した記憶デバイスは、例えて言えば、EPROM、EEPROMやフ ラッシュメモリー等の半導体メモリーデバイス、即ち、内部ハードディスクや出入自在のディスクのような磁気ディスク、磁気光学ディスク及びＣＤ−ＲＯＭディスクを含む不揮発性メモリー型式を全て含んでいる。前述の全ては、ＡＳＩＣｓ（特定用途向けＩＣ）により付属することができるかまたは組み込むことができる。
【０２０８】
ユーザーとの相互作用に供するために、本発明の実施形態では、ユーザーに情報を表示するためのモニターまたはＬＣＤスクリーンのような表示デバイス、ユーザーがコンピュータシステムに入力を行うことができるキーボード及びマウスやトラックボールのようなポイントデバイスを有するコンピュータシステム上で実行することが可能である。上記コンピュータシステムは、プログラム化して、コンピュータプログラムがユーザーと相互対話するグラフィカルユーザーインターフェースを提供することが可能である。
【０２０９】
そのようなコンピュータの一例を図６７に示す。同図には、本発明の装置または方法を導入し、実行するために適したプログラム可能な処理システム１９５０のブロック図を示している。このシステム１９５０は、プロセッサー１９５２、ランダムアクセスメモリー（RAM）１９５４、プログラムメモリー１９５６（例えば、フラッシュROMのような書込可能な読取り専用メモリー(ROM））、ハードディスク駆動コントローラ１９５８、及びプロセッサー（CPU）バス１９６２に接続された入出力（I/O）コントローラ１９６０を含む。例えば、ＲＯＭにおいて、上記システム１９５０は、予備プログラムすることが可能であるか、または別のソース（例えば、フロッピーディスク、ＣＤ−ＲＯＭや別のコンピュータ）からプログラム（予備プログラム）することが可能である。
【０２１０】
ハードディスク駆動コントローラ１９５８は、本発明の実施形態を具体化するプログラムを含む実行可能なコンピュータプログラムと、イメージ、マスク、低減されたデータ値、及び本発明の実施形態において使用され生成した計算結果を含むデータとを保存するに好適なハードディスク１９６４に接続している。I/O コントローラ１９６０は、I/O バス１９６６によりI/Oインターフェース１９６８に接続している。I/Oインターフェース１９６８は、シリアル結合、ローカルエリア結合、無線結合及びパラレル結合等の通信結合を介して、アナログまたはデジタル型式でデータを受け取りまた転送する。さらにディスプレー１９７０及びキーボード１９７２がI/O バス１９６６に接続している。これに替わるものとしては、別々の接続（別々のバス）を I/Oバス１９６６、ディスプレイー１９７０及びキーボード１９７２に利用することが可能である。
【０２１１】
本発明は、特別な実施形態に関して述べてきた。他の実施形態は、請求の範囲の範囲内にある。発明の要素は、ソフトウェアを実行することに関して記述されているが、本発明の実施形態においては、ソフトウェア、ハードウェア、もしくはファームウェアで、またはこれらを組み合わせて実行することが可能である。
【０２１２】
さらに、上述の記述は、説明を意図したものであり、本発明を限定するものではない。ここに掲げた実施例以外の多くの実施形態や応用が、前述の記述を読むことにより、当該分野の通常の知識を有する者に明白になるであろう。本発明の範囲は、それ故、前記記述を参照して決定すべきものではなく、その代わりに請求の範囲から与えられる均等物の全範囲と共に請求の範囲を参照して決定されるべきである。特許出願と刊行物を含む全ての説明及び参考文献の開示は、全ての目的に対して本明細書に援用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による並列反応器システムを示す。
【図２】自動液体輸送システムを有するモジュラー反応器ブロックの透視図を示す。
【図３】温度モニタリングシステムを示す。
【図４】統合温度センサ−容器アセンブリの断面図を示す。
【図５】赤外線温度測定システムの側面図を示す。
【図６】反応容器の温度監視・制御システムを示す。
【図７】反応器ブロックの液体冷却と加熱を含む別の温度制御システムを示す。
【図８】反応器ブロックと熱伝達板の間に挟まれた熱電デバイスの断面図である。
【図９】熱量データを得るのに有効な反応器ブロックの部分断面図である。
【図１０】図２に示したタイプのモジュラー反応器ブロックの単一モジュールに対する撹拌システムの分解透視図である。
【図１１】電磁撹拌システムの模式図である。
【図１２】容器の数が多くなるように、容器部分に対する電磁石の比率を１：１に近付けた電磁撹拌アレーの部分模式図である。
【図１３】容器の数が多くなるように、容器部分に対する電磁石の比率を１：２に近付けた電磁撹拌アレーの部分模式図である。
【図１４】容器に対する電磁石の比率が４：１の電磁撹拌アレーの模式図である。
【図１５】駆動回路とプロセッサーを含む電磁撹拌システムの付加要素を示す。
【図１６】磁気撹拌子が一回転する間に、４つの異なる時点での２ｘ２の電磁配列を持つ磁場方向を示す。
【図１７】磁気撹拌子の３Ｘ３のアレーが完全に一回転する間に、５つの異なる時点における４ｘ４の電磁配列を持つ磁場方向を示す。
【図１８】図１７に示した磁気撹拌子の３ｘ３のアレーの回転方向を示す。
【図１９】電磁撹拌システムの配線構成図を示す。
【図２０】電磁撹拌システムの別の配線構成図を示す。
【図２１】図１９と図２０に示した２つの電磁石を駆動するシヌソイドソース電流 IＡ(t)とＩＢ(t)の間の位相関係を示す。
【図２２】電磁撹拌システムへの電力供給のブロック図である。
【図２３】撹拌システムに適用されたトルクを直接測定する装置を示す。
【図２４】図１０に示した反応器モジュールの下部プレートに類似した一部の基板中に設置されたひずみゲージを示す。
【図２５】回転を検出し、磁気撹拌翼または攪拌棒の位相角度を測定する誘起感知コイルを示す。
【図２６】誘起感知コイルの出力の典型例を示し、低粘度溶液と高粘度溶液の磁気撹拌に関連する位相遅れを表す。
【図２７】粘度が低い値から撹拌子を失速させるに十分な値まで増加する間に、振幅と位相角度がいかに変化するかを示す。
【図２８】音叉の曲げモードとバイモルフ／ユニモルフ共振器を示す。
【図２９】音叉の曲げモードとバイモルフ／ユニモルフ共振器を示す。
【図３０】機械的発振器を用いた反応混合物の特性を測定するシステムを模式的に示す。
【図３１】反応中に種々の気体が生成または消費することによる圧力変化を監視することに基づく反応の動力学を評価する装置を示す。
【図３２】機械的発振器を用いて、ポリスチレン−トルエン溶液に対する較正操作の結果を示す。
【図３３】トルエンと図３２の各ポリスチレン溶液の周波数応答曲線間の距離とポリスチレン標準物質の重量平均分子量ＭＷを相関させることにより、得られた較正曲線を示す。
【図３４】図３４は、エチレンからポリエチレンへの溶液重合中に記録された圧力を描いている。
【図３５】時間を関数としたエチレン消費速度を示す。
【図３６】消費されたエチレンを関数とした生成ポリエチレン量を示す。
【図３７】液体注入システムを備えた図１０に示すタイプの８つの反応容器からなる反応器モジュールの透視図を示す。
【図３８】液漏れを最小限に抑えるためにＯ−リングシールを有する充填ポートの第一の具体例の断面図を示す。
【図３９】充填ポートの第二の具体例を示す。
【図４０】インジェクタマニホールドの疑似透視正面図を示す。
【図４０Ａ】インジェクタマニホールド１００６の透視図を示す。
【図４０Ｂ】図４０Ａに示すインジェクタマニホールドの断面図を示す。
【図４１】図４０に示す第１の切断線に沿ったインジェクタマニホールドの断面図を示す。
【図４２】図４０に示す第２の切断線に沿ったインジェクタマニホールドの断面図を示す。
【図４３】アダプタプレートがインジェクタマニホールドと図３７に示す反応器モジュールのブロック間のインターフェースとして作用するインジェクタアダプタプレートの疑似上面図を示す。
【図４４】図４３に示す切断線に沿ったインジェクタアダプタプレートの側断面図である。
【図４５】ウェルインジェクタの具体例を示す。
【図４６】反応器モジュールの上面図を示す。
【図４７】流体注入前の注入システム弁の閉鎖状態を示す。
【図４８】流体注入前の注入器のシステム弁の開放状態を示し、撹拌機構と反応容器内を大気圧以上に維持するための関連するシールとを示す。
【図４９】動的シールに関連するガスリークを最小限に抑えるのに役立つ磁気貫通撹拌機構の断面図である。
【図５０】図４８に示す撹拌機構の透視図であり、多数の部品からなるスピンドルの詳細を提供する。
【図５０Ａ】スピンドルの別の図面である。
【図５０Ｂ】スピンドルの他の詳細な図面である。
【図５１】多数の部品からなるスピンドルのカプラー部分の詳細を示す。
【図５２】図５１に示すカプラーの断面図である。
【図５３】本発明の実施形態を示すデータ処理システムのブロック図である。
【図５４】本発明の実施形態の並列反応器の模式図を示す。
【図５５】本発明の実施形態の並列反応器の模式図を示す。
【図５６】本発明の実施形態の並列反応器の模式図を示す。
【図５７】本発明の実施形態の並列反応器の模式図を示す。
【図５８】並列化学反応の制御・解析方法のフロー図である。
【図５９】システム構成情報のユーザー入力用ダイアログウインドウを示す。
【図６０】データ表示情報のユーザー入力用ダイアログウインドウを示す。
【図６１】並列反応器パラメータのユーザー入力用ダイアログウインドウを示す。
【図６２】並列反応器中の反応器ブロックの温度勾配のユーザー入力用ダイアログウインドウを示す。
【図６３】システム状態と並列反応器の実験結果を表示するウインドウを示す。
【図６４】システム状態と並列反応器の実験結果を表示するウインドウを示す。
【図６５】一つの反応容器の実験結果を表示するウインドウを示す。
【図６６】色階調パラメータのユーザー入力用ダイアログウインドウを示す。
【図６７】本発明の実施形態のデータ処理システムを実行ために好適なコンピュータプラットフォームの模式図である。
【図１】
0003618295.tif 000042
【図２】
0003618295.tif 000043
【図３】
0003618295.tif 000044
【図４】
0003618295.tif 000045
【図５】
0003618295.tif 000046
【図６】
0003618295.tif 000047
【図７】
0003618295.tif 000048
【図８】
0003618295.tif 000049
【図９】
0003618295.tif 000050
【図１０】
0003618295.tif 000051
【図１１】
0003618295.tif 000052
【図１２】
0003618295.tif 000053
【図１３】
0003618295.tif 000054
【図１４】
0003618295.tif 000055
【図１５】
0003618295.tif 000056
【図１６】
0003618295.tif 000057
【図１７】
0003618295.tif 000058
【図１８】
0003618295.tif 000059
【図１９】
0003618295.tif 000060
【図２０】
0003618295.tif 000061
【図２１】
0003618295.tif 000062
【図２２】
0003618295.tif 000063
【図２３】
0003618295.tif 000064
【図２４】
0003618295.tif 000065
【図２５】
0003618295.tif 000066
【図２６】
0003618295.tif 000067
【図２７】
0003618295.tif 000068
【図２８】
0003618295.tif 000069
【図２９】
0003618295.tif 000070
【図３０】
0003618295.tif 000071
【図３１】
0003618295.tif 000072
【図３２】
0003618295.tif 000073
【図３３】
0003618295.tif 000074
【図３４】
0003618295.tif 000075
【図３５】
0003618295.tif 000076
【図３６】
0003618295.tif 000077
【図３７】
0003618295.tif 000078
【図３８】
0003618295.tif 000079
【図３９】
0003618295.tif 000080
【図４０】
0003618295.tif 000081
【図４０Ａ】
0003618295.tif 000082
【図４０Ｂ】
0003618295.tif 000083
【図４１】
0003618295.tif 000084
【図４２】
0003618295.tif 000085
【図４３】
0003618295.tif 000086
【図４４】
0003618295.tif 000087
【図４５】
0003618295.tif 000088
【図４６】
0003618295.tif 000089
【図４７】
0003618295.tif 000090
【図４８】
0003618295.tif 000091
【図４９】
0003618295.tif 000092
【図５０】
0003618295.tif 000093
【図５０Ａ】
0003618295.tif 000094
【図５０Ｂ】
0003618295.tif 000095
【図５１】
0003618295.tif 000096
【図５２】
0003618295.tif 000097
【図５３】
0003618295.tif 000098
【図５４】
0003618295.tif 000099
【図５５】
0003618295.tif 000100
【図５６】
0003618295.tif 000101
【図５７】
0003618295.tif 000102
【図５８】
0003618295.tif 000103
【図５９】
0003618295.tif 000104
【図６０】
0003618295.tif 000105
【図６１】
0003618295.tif 000106
【図６２】
0003618295.tif 000107
【図６３】
0003618295.tif 000108
【図６４】
0003618295.tif 000109
【図６５】
0003618295.tif 000110
【図６６】
0003618295.tif 000111
【図６７】
0003618295.tif 000112