(57)【要約】      （修正有）【課題】  電気浸透流か不安定になることを防ぐ。【解決手段】  接続部分で接触する二つ以上の電気浸透流素子を含む電気浸透流システムであって、電気浸透流素子の少なくとも一つが大きな電荷比を有する電気浸透流システム。電気浸透流素子は整合する流束比を有する。電気浸透流素子の末端部は、接続部分で液に露出される表面積を増大するような形状であってもよい。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）第一の末端部分Ａ１および第二の末端部分Ａ２を有する第一の電気浸透流（ＥＯＦ）素子と、
（Ｂ）第一の末端部分Ｂ１および第二の末端部分Ｂ２を有する第二の電気浸透流（ＥＯＦ）素子と、
（Ｃ）第二の末端部分Ａ２および第一の末端部分Ｂ１が配置され、それによって第一および第二のＥＯＦ素子が電気的におよび液体によって接続される接続部分と、
を含む新規な電気浸透流システムであって、以下の特徴の内の少なくとも一つを有するシステム：
（ｉ）第一のＥＯＦ素子の流束比と第二のＥＯＦ素子の流束比との間の差の大きさが０．５より小さい、
（ｉｉ）第一および第二のＥＯＦ素子の少なくとも一方の電荷比の大きさが０．０１より大きい、
（ｉｉｉ）第一および第二のＥＯＦ素子の一方中の液体が第一の流速を有し、他方のＥＯＦ素子中の液体が第二の流速を有し、第一の流速が第二の流速の１０％より小さい、
（ｉｖ）第一および第二のＥＯＦ素子の一方で第一の電圧降下があり、他方のＥＯＦ素子で第二の電圧降下があり、第一の電圧降下が第二の電圧降下より大幅に小さい、
（ｖ）末端部分Ａ２と末端部分Ｂ１との間の距離が末端部分Ａ２および末端部分Ｂ１の少なくとも一つの最大寸法より小さい、
（ｖｉ）接続部分を通る流れの平均流線が末端部分Ａ２およびＢ１の少なくとも一方の接線方向に大きな成分を有する、
（ｖｉｉ）第一および第二のＥＯＦ素子の少なくとも一方において、第一および第二の末端部分の少なくとも一方を通る電流束が、第一の末端部分と第二の末端部分との間の最大電流束より大幅に小さい、
（ｖｉｉｉ）末端部分Ａ２およびＢ１の少なくとも一方が、ＥＯＦ素子の有効断面積より大幅に大きな、接続液体と接触する表面積を有する、
（ｉｘ）末端部分Ａ２およびＢ１の少なくとも一方が、素子の最小断面積の少なくとも２倍である、接続液体と接触する表面積を有する、
（ｘ）末端部分Ａ２およびＢ１の少なくとも一方が接続液体と接触するセレーションを備える、
（ｘｉ）第一および第二のＥＯＦ素子の少なくとも一方の第一および第二の末端部分の少なくとも一方が第一の電荷比を有する第一の物質で構成され、ＥＯＦ素子の残りの少なくとも一部分が第二の電荷比を有する第二の物質で構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、開示全体が参照によって本明細書中に組み込まれる２００２年５月１日出願の本出願人らによる出願第１０／１３７，２１５号（手続き書番号１４１２９）の一部継続出願である。
【０００２】
本発明は、電気化学システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
電気浸透流システム（以下ＥＯＦシステムと称する）においてはイオンを含む液体に電場が印加され、これによって液体が流れる。ＥＯＦシステムを含む多くの電気化学システムでは、システムの異なる部分を物理的に隔離してイオン的に接続するために、たとえば電極および電極成生物を作業液から分離するために、ブリッジが使用される。たとえば、米国特許第３，９２３，４２６号明細書（Ｔｈｅｅｕｗｅｓ）、「キャピラリー電気泳動用電気化学検出法」（博士論文、Ｂ．Ｓ．Ｓｅｏｕｌ、カンザス大学、１９９６年、１３６−１４１頁、電気泳動（Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ）、２０巻、５２５−５２８頁（１９９９年）、Ｄｅｓｉｄｅｒｉｏ他、「ミクロ全分析システム２０００（Ｍｉｃｒｏ  Ｔｏｔａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ２０００）」、Ａ．ｖａｎ  ｄｅｎ  Ｂｅｒｇ編（Ｋｌｕｗｅｒ  Ａｃａｄｅｍｉｃ）、Ｄｏｒｄｒｅｃｈｔ、オランダ、２０００年、２１３−２１６頁（Ｒａｍｓｅｙ他）、５８３−５９０頁（Ｐａｕｌ他）、および３５５−３５８頁（Ｗａｌｌｅｎｂｏｒｇ他）、Ｔａｌａｎｔａ５１巻、６６７−６７５頁（２０００年）、Ｇａｎ他にそのようなブリッジが開示されている。Ｇａｎらの論文は中国特許第ＺＬ９７２１２１２６．９号明細書（１９９８年）、米国特許第６，０１２，９０２号明細書（Ｐａｒｃｅ）、ＷＯ９９／１６１６２号明細書（Ｐａｒｃｅ）、ケミカル・エンジニアリング・コミュニケーションズ（Ｃｈｅｍ．Ｅｎｇ．Ｃｏｍｍｕｎ．）、３８巻、９３−１０６頁（１９８５年）、Ａｎｄｅｒｓｏｎ他、および米国特許第５，５７３，６５１号明細書（Ｄａｓｇｕｐｔａ他）を引用している。これらの出版物の開示全体はあらゆる目的による参照によってそれぞれ本明細書中に組み込まれる。
【０００４】
一般にＥＯＦシステムは一つ以上の電気浸透流素子（以下ＥＯＦ素子と呼ぶ）を備え、各ＥＯＦ素子にはかなりのサイズがあり、電荷比はほぼ０である。そのようなシステムは動作中に不安定になることはない。電荷比の大きさがゼロより大幅に大きな単一のＥＯＦ素子を含む既知のシステムも存在し、そのようなシステムでは電気浸透流が不安定になることがある。参照により開示全体が本明細書中に取り込まれるジャーナル・オブ・ケミカル・フィジックス（Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．）、４０巻、２２１２‐２２２２頁（１９６４年）、Ｋｏｂａｔａｋｅ等を参照すること。
【発明の開示】
【０００５】
たとえばサイズが非常に小さいために、および／または非常に微細な細孔径を有する物質を使用しているために大きな電荷比を有するＥＯＦ素子を備えるＥＯＦシステムが必要なことがある。多くの場合、そのようなシステムは動作中、不安定である。本発明者らは、本発明に従って、互いに組み合わされた二つ以上のＥＯＦ素子を備える電気浸透流システムにおいて、ＥＯＦ素子の流束比間の差を低減することによって、不安定な流動の起因になるいかなる傾向をも制御できることを発見した。本発明は、少なくとも一つのＥＯＦ素子の電荷比が大きいときに特に有用である。ＥＯＦ素子の一方または両方がＥＯＦシステムの異なる部分、たとえば電極を含む液溜めとＥＯＦシステムの残りの部分との間のブリッジであってもよい。
【０００６】
我々はさらに本発明によって、ＥＯＦシステムを含むが、ＥＯＦシステムには限定されない電気化学システムにおいて、たとえばブリッジとして有用な新規な複数の構造を発見した。これらの新規な構造の多くは、ＥＯＦ素子の一方または両方の末端部分における電流束が、末端部分の間の素子中の最大電流束よりかなり小さくなるように設計される。
【０００７】
第一の態様においては、本発明は
（Ａ）第一の末端部分Ａ１および第二の末端部分Ａ２を有する第一の電気浸透流（ＥＯＦ）素子、
（Ｂ）第一の末端部分Ｂ１および第二の末端部分Ｂ２を有する第二の電気浸透流（ＥＯＦ）素子、
（Ｃ）第二の末端部分Ａ２および第一の末端部分Ｂ１が配置され、それによって第一および第二のＥＯＦ素子が電気的におよび液体によって接続される接続部分、
を含む新規な電気浸透流システムであって、以下の特徴
（ｉ）第一のＥＯＦ素子の流束比と第二のＥＯＦ素子の流束比との間の差の大きさが０．５より小さい、好ましくは０．２５より小さい、とくに０．１より小さい、とくに０．０１より小さい、とくにほぼゼロである、
(ｉｉ）第一および第二のＥＯＦ素子の少なくとも一方の電荷比の大きさ（すなわち符号を無視した値）が０．０１より大きい、たとえば０．１より大きい、０．２より大きい、または０．３より大きい、
（ｉｉｉ）第一のＥＯＦ素子の電荷比と第二のＥＯＦ素子の電荷比との差（符号の変化があればそれを考慮して）が、０．４より小さい、好ましくは０．２より小さい、とくに０．１より小さい、とくに０．０５より小さい、および／または第一のＥＯＦ素子の電荷比と第二のＥＯＦ素子の電荷比とが同じ符号を有し、第一のＥＯＦ素子の電荷比が第二のＥＯＦ素子の電荷比の０．９から１．１倍、好ましくは０．９５から１．０５倍、たとえば０．９７倍から１．０３倍である、
（ｉｖ）第一および第二のＥＯＦ素子の一方で第一の電圧降下があり、他方のＥＯＦ素子で第二の電圧降下があり、第一の電圧降下が第二の電圧降下より大幅に小さい、たとえば第二の電圧降下の１０％より小さい、
（ｖ）末端部分Ａ２と末端部分Ｂ１との間の距離が末端部分Ａ２および末端部分Ｂ１の少なくとも一方、好ましくは両方の最大寸法より小さい、たとえば最大寸法の０．２倍より小さい、
（ｖｉ）接続部分を通る流れの平均流線が、末端部分Ａ２およびＢ１の少なくとも一方の接線方向に大きな成分、たとえば少なくとも８０％の成分を有する、
（ｖｉｉ）第一および第二のＥＯＦ素子の少なくとも一方において、第一および第二の末端部分の少なくとも一方を通る電流束が第一の末端部分と第二の末端部分との間の最大電流束よりかなり小さい、たとえば０．５倍より小さい、または０．１倍より小さい、
（ｖｉｉｉ）末端部分Ａ２およびＢ１の少なくとも一方が、ＥＯＦ素子の有効断面積より大幅に大きい、好ましくは少なくとも１．５倍、とくに少なくとも２倍または少なくとも３倍、たとえば５から１０倍である、接続液体と接触する表面積を有する、
（ｉｘ）末端部分Ａ２およびＢ１の少なくとも一方が、素子の最小断面積の少なくとも２倍、好ましくは少なくとも５倍、とくに少なくとも１０倍、とくに少なくとも２０倍、たとえば５から１００倍、または１０から８０倍、または１０から５０倍、または２０から５０倍、または２０から４０倍である接続液体と接触する表面積を有する、
（ｘ）末端部分Ａ２およびＢ１の少なくとも一方が接続液体と接触するセレーションを備え、セレーションが好ましくは約０．２５より大きく、好ましくは約４より小さいアスペクト比を有する、
（ｘｉ）第一および第二のＥＯＦ素子の少なくとも一方の第一および第二の末端部分の少なくとも一方が第一の電荷比を有する第一の物質で構成され、ＥＯＦ素子の残りの少なくとも一部分が第二の電荷比を有する第二の物質で構成され、第一および第二の電荷比が好ましくは以下の条件
（ａ）第一および第二の電荷比の少なくとも一方が０．０１より大きい、たとえば０．１より大きい、
（ｂ）第一および第二の電荷比が同じ符号を有する、
（ｃ）第一の電荷比が第二の電荷比の０．２５から０．７５倍、たとえば約０．５倍である、
の少なくとも一つを満たす、
（ｘｉｉ）第一および第二のＥＯＦ素子の一方を通る液体が第一の流速を有し、他方のＥＯＦ素子を通る液体が第二の流速を有し、第一の流速が第二の流速の１０％より小さい、たとえば１％より小さい、たとえば実質的にゼロである、
の少なくとも一つを有するシステムを提供する。
【０００８】
第二の態様においては、本発明は電気浸透流システムでの使用に適する装置であって、
（Ａ）第一の末端部分Ａ１および第二の末端部分Ａ２を有する第一の電気浸透流（ＥＯＦ）素子、
（Ｂ）第一の末端部分Ｂ１および第二の末端部分Ｂ２を有する第二のＥＯＦ素子、および
（Ｃ）第二の末端部分Ａ２および第一の末端部分Ｂ１が配置された接続部分、
を含む装置であって、実質的に２２℃において定常状態条件下で動作し、本質的に
（ａ）第一の電気浸透流（ＥＯＦ）素子、
（ｂ）第一のＥＯＦ素子の第一の末端部分Ａ１に接続された第一の液溜め、
（ｃ）第一の液溜め中の第一の電極、
（ｄ）第二のＥＯＦ素子の第二の末端部分Ｂ２に接続された第二の液溜め、
（ｅ）第二の液溜め中の第二の電極、
（ｆ）第一および第二の電極に接続された電源、および
（ｇ）システムを満たし、以下「本明細書中に挙げる試験溶液」と称する下記
１）ｐＨ８．５、イオン強度２０ｍＭのＴＲＩＳ／ＨＣｌ、
２）ｐＨ８．５、イオン強度２ｍＭのＴＲＩＳ／ＨＣｌ、
３）ｐＨ８．５、イオン強度２０ｍＭのＴＲＩＳ／ソルビン酸、
４）ｐＨ８．５、イオン強度２ｍＭのＴＲＩＳ／ソルビン酸、
５）ｐＨ８．５、イオン強度２０ｍＭのカリウム／ＨＥＰＥＳ、
６）ｐＨ８．５、イオン強度２ｍＭのカリウム／ＨＥＰＥＳ、
７）ｐＨ４．５、イオン強度２０ｍＭのＢＩＳ‐ＴＲＩＳ／ギ酸、
８）ｐＨ４．５、イオン強度２ｍＭのＢＩＳ‐ＴＲＩＳ／ギ酸、
９）ｐＨ４．５、イオン強度２０ｍＭのＴＲＩＳ／ソルビン酸、
１０）ｐＨ４．５、イオン強度２ｍＭのＴＲＩＳ／ソルビン酸、
１１）ｐＨ４．５、イオン強度２０ｍＭのカリウム／ＴＭＢＡ、
１２）ｐＨ４．５、イオン強度２ｍＭのカリウム／ＴＭＢＡ、
１３）ｐＨ６．５、イオン強度２０ｍＭのＢＩＳ‐ＴＲＩＳ／ＨＣｌ、
１４）ｐＨ６．５、イオン強度２ｍＭのＢＩＳ‐ＴＲＩＳ／ＨＣｌ、
１５）ｐＨ６．５、イオン強度２０ｍＭのＢＩＳ‐ＴＲＩＳ／ＴＭＢＡ、
１６）ｐＨ６．５、イオン強度２ｍＭのＢＩＳ‐ＴＲＩＳ／ＴＭＢＡ、
１７）ｐＨ６．５、イオン強度２０ｍＭのカリウム／ＭＥＳ、
１８）ｐＨ６．５、イオン強度２ｍＭのカリウム／ＭＥＳ、
１９）ｐＨ６．５の５ｍＭナトリウム／ＭＥＳ緩衝液、および
２０）ｐＨ約８．２５の１ｍＭ  ＴＲＩＳ／ＨＣｌ、
に挙げる試験溶液から選ばれた水溶液、
からなる電気浸透流試験システムの一部分とされると、試験システムが以下の特徴
（ｉ）第一のＥＯＦ素子の流束比と第二のＥＯＦ素子の流束比との間の差の大きさが０．５より小さい、好ましくは０．２５より小さい、とくに０．１より小さい、とくに０．０１より小さい、とくにほぼゼロである、
（ｉｉ）第一および第二のＥＯＦ素子の少なくとも一方の電荷比の大きさが０．０１より大きい、たとえば０．１より大きい、０．２より大きい、または０．３より大きい、
（ｉｉｉ）第一および第二のＥＯＦ素子の一方中の液体が第一の流速を有し、他方のＥＯＦ素子中の液体が第二の流速を有し、第一の流速が第二の流速の１０％より小さい、たとえば１％より小さい、たとえばゼロ流速である、
（ｉｖ）第一および第二のＥＯＦ素子の一方で第一の電圧降下があり、他方のＥＯＦ素子で第二の電圧降下があり、第一の電圧降下が第二の電圧降下より大幅に小さい、たとえば第二の電圧降下の１０％より小さい、
（ｖ）末端部分Ａ２と末端部分Ｂ１との間の距離が末端部分Ａ２および末端部分Ｂ１の少なくとも一方、好ましくは両方の最大寸法より小さく、たとえば最大寸法の０．２倍より小さい、
（ｖｉ）接続部分を通る平均流線が、末端部分Ａ２およびＢ１の少なくとも一方の接線方向に大きな成分、たとえば少なくとも２５％、好ましくは５０％、たとえば少なくとも８０％の成分を有する、
（ｖｉｉ）第一および第二のＥＯＦ素子の少なくとも一方において、第一および第二の末端部分の少なくとも一方を通る電流束が第一の末端部分と第二の末端部分との間の最大電流束より大幅に小さい、たとえば０．１倍より小さい、
（ｖｉｉｉ）末端部分Ａ２およびＢ１の少なくとも一方が、それを含むＥＯＦ素子の有効断面積よりかなり大きい、好ましくは少なくとも１．５倍、とくに少なくとも２倍または少なくとも３倍、たとえば５から１０倍である、接続液体と接触する露出された表面積を有する、
（ｉｘ）末端部分Ａ２およびＢ１の少なくとも一方がセレーションを備え、セレーションが好ましくは約０．２５より大きく、好ましくは約４より小さい、たとえば１から３のアスペクト比を有する、および
（ｘ）第一および第二のＥＯＦ素子の少なくとも一方の第一および第二の末端部分の少なくとも一方が第一の電荷比を有する第一の物質で構成され、それを含むＥＯＦ素子の残りの少なくとも一部分が第二の電荷比を有する第二の物質で構成され、第一および第二の電荷比が好ましくは以下の条件
（ａ）第一および第二の電荷比の少なくとも一方の大きさが０．０１より大きい、たとえば０．１より大きい、
（ｂ）第一および第二の電荷比が同じ符号を有する、
（ｃ）第一の電荷比が第二の電荷比の０．２５から０．７５倍、たとえば約０．５倍である、
の少なくとも一つを満たす、
の少なくとも一つを有するような装置。
【０００９】
第三の態様においては、本発明は末端に第一および第二の末端部分を有する導管を含む電気浸透流（ＥＯＦ）素子であって、末端部分の少なくとも一方が以下の特徴
（ａ）ＥＯＦ素子の有効断面積より大幅に大きい、好ましくは少なくとも１．５倍、とくに少なくとも２倍または少なくとも３倍、たとえば５から１０倍より大きな、露出された表面積を有する、
（ｂ）セレーションを備え、セレーションが好ましくは約０．２５より大きく、好ましくは約４より小さいアスペクト比を有する、
（ｃ）第一の電荷比を有する第一の物質で構成され、ＥＯＦ素子の残りの少なくとも一部分が第二の電荷比を有する第二の物質で構成され、第一および第二の電荷比が好ましくは以下の条件
（ｃｉ）第一および第二の電荷比の少なくとも一方が０．０１より大きい、たとえば０．１より大きい、
（ｃｉｉ）第一および第二の電荷比が同じ符号を有する、
（ｃｉｉｉ）第一の電荷比が第二の電荷比の０．２５から０．７５倍、たとえば約０．５倍である、
の少なくとも一つを満たし、
（ｄ）素子の最小断面積の少なくとも２倍、好ましくは少なくとも５倍、とくに少なくとも１０倍、とくに少なくとも２０倍、たとえば５から１００倍、または１０から８０倍、または１０から５０倍、または２０から５０倍、または２０から４０倍の表面積を有する、
の少なくとも一つを有するＥＯＦを提供する。
【００１０】
第四の態様においては、本発明は電気浸透流システムでの使用に適する装置であって、
（Ａ）第一の末端部分Ａ１および第二の末端部分Ａ２を有する第一の電気浸透流（ＥＯＦ）素子、
（Ｂ）第一の末端部分Ｂ１および第二の末端部分Ｂ２を有する第二のＥＯＦ素子、および
（Ｃ）第二の末端部分Ａ２および第一の末端部分Ｂ１が配置される接続部分、
を含み、以下の特徴
（ｉ）末端部分Ａ２とＢ１との間の距離が末端部分Ａ２および末端部分Ｂ１の少なくとも一方、好ましくは両方の最大寸法より小さい、たとえば最大寸法の０．２倍より小さい、
（ｉｉ）末端部分Ａ２およびＢ１の少なくとも一方が、それを含むＥＯＦ素子の有効断面積より大幅に大きい、好ましくは少なくとも１．５倍、とくに少なくとも２倍または少なくとも３倍、たとえば５から１０倍の、露出された表面積を有する、
（ｉｉｉ）末端部分Ａ２およびＢ１の少なくとも一方が、素子の最小断面積の少なくとも２倍、好ましくは少なくとも５倍、とくに少なくとも１０倍、とくに少なくとも２０倍、たとえば５から１００倍、または１０から８０倍、または１０から５０倍、または２０から５０倍、または２０から４０倍の、露出された表面積を有する、
（ｉｖ）少なくとも末端部分Ａ２およびＢ１の一方がセレーションを備え、末端部の表面積がそれを含むＥＯＦ素子の有効断面積より大幅に大きく、好ましくはセレーションが約０．２５より大きく、好ましくは約４より小さいアスペクト比を有する、
（ｖ）第一および第二の末端部分の少なくとも一方が第一の電荷比を有する第一の物質で構成され、それを含むＥＯＦ素子の残りの少なくとも一部分が第二の電荷比を有する第二の物質で構成され、第一および第二の電荷比が好ましくは以下の条件
（ａ）第一および第二の電荷比の少なくとも一方が０．０１より大きい、たとえば０．１より大きい、
（ｂ）第一および第二の電荷比が同じ符号を有する、
（ｃ）第一の電荷比が第二の電荷比の０．２５から０．７５倍まで、たとえば約０．５倍である、
の少なくとも一つを満たす、
の少なくとも一つを有する装置を提供する。
【００１１】
第五の態様においては、本発明はＥＯＦシステムが動作中に不安定な状態に陥る可能性があるかどうかを決定する方法であって、同じ接続部分に接続された各ＥＯＦ素子対間の流束比の差の大きさを決定することを含む方法を提供する。
【００１２】
添付の図面中で本発明を例示する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
上記の課題を解決するための手段およびここで説明する発明を実施するための最良の形態、以下の例および請求項において、本発明の特定の特徴を記載する。本明細書中の本発明の開示がそのような特定の特徴の全ての適切な組合せを含むことは明らかである。たとえば、本発明の特定の態様または実施態様、または特定の図、または特定の請求項の状況で特定の特徴が開示される場合には、本発明のその他の特定の態様および実施態様ならびに本発明全般との組み合わせおよび／または、本発明のその他の特定の態様および実施態様ならびに本発明全般の状況で適切な程度にその特徴を使用することができる。
【００１４】
本明細書においては、用語「含む」および文法的にそれと同等な言葉は、用語「含む」の後にとくに列挙される構成部品（単数および複数）、原料（単数および複数）、工程（単数および複数）に加えて、その他の構成部品、原料、工程が任意に存在することを意味するために使用される。本明細書においては、後に数が続く用語「少なくとも」は、その数で始まる範囲（定義される変数によって、上限を有する範囲のこともあり上限のない範囲のこともある）の開始を示すために使用される。たとえば、「少なくとも１」は１以上を意味し、「少なくとも８０％」は８０％以上を意味する。本明細書においては、後に数が続く用語「最大」は、その数で終わる範囲（定義される変数によって、下限として１または０を有することもあり、下限のない範囲のこともある）の終了を示すために使用される。たとえば、「最大４」は４以下を意味し、「最大４０％」は４０％以下を意味する。本明細書においては、ある範囲が「（第一の数）から（第二の数）」または「（第一の数）−（第二の数）」のように指定されるとき、これは下限が第一の数であり上限が第二の数である範囲を意味する。
【００１５】
一般的な形状の素子の有効断面積を決定するためには、導管中の多孔質媒体の若干の性質についての知識が必要である。既知の明確な形状の断面積ＡＲＲおよび長さＬＲＲの多孔性媒体の試料を導管内で使用して、それらの性質を決定することができる。この試験試料の形状係数は既知の規定によりｇＲＲ＝１／ｓｒＲＲである。電気伝導率ｓの試験液を使用すると、同じ多孔質媒体で満たされた一般的形状の素子の形状係数はｇ＝１／ｓｒである。この素子の長さはＬであり、素子の局所的軸に沿って測った一方の末端から他方の末端までの距離である。すると、素子の有効面積は次式で与えられる。
Ａ有効＝ＡＲＲ（Ｌ／ＬＲＲ）ｒＲＲ／ｒ）
一般的形状の素子が多孔質物質を含まない場合には、この定義は簡略化され、Ａ有効＝ＬｓｒＲＲとなる。
【００１６】
下記の本発明の説明および請求項においては、以下の略号および定義（すでに説明したものに加えて）を使用する。特に明記しない限りこれらの量の単位は下記のものである。
Ａ          面積                        ｍ２
Ｌ          軸の長さ                    ｍ
Ｆ          ファラデー定数              ９．６５×１０４クーロン／モル
ＦＮ        生成係数                    無次元
ρ          電気抵抗                    オーム
σ          電気伝導率                  モー（ｍｈｏ）／ｍ
Ｒｆ         液体流束比                  無次元
ｅ          単位電荷                    １．６０２×１０−１９クーロン
ε          液体誘電率、液体の比誘電率
とε０との積                  ファラド／ｍ
ε０         自由空間の誘電率            ８．８５４×１０−１２ファラド／ｍ
ｋｂ         Ｂｏｌｔｚｍａｎ定数      １．３８×１０−２３ジュール／ケルビン
Ｔ          絶対温度                    ケルビン
μ          液体の動粘度                パスカル‐秒
ζ          ゼータ電位                  ボルト
Ｅ          電場                        ボルト／ｍ
Ｊ          電流束                      アンペア／ｍ２
ＪＤ         溶質置換流束                アンペア／ｍ２
Ｒ          電流束比                      無次元
λ          デバイ長さ                  ｍ
Λ          動的細孔スケール            ｍ
ｎ          イオン移動度                ｍ２／ボルト‐秒
Ｑ          流速                        リットル／秒
Ｃ          濃度                        数／ｍ３
Ｉ          電流                        アンペア
ν          電気浸透移動度              ｍ２／ボルト‐秒
ｃｒ        電荷比                      無次元
ｇ          形状係数（＝Ａ／ＬＦｎ）    ｍ
ｋ          流れコンダクタンス（＝ＭΛ２ｇ／μ）    リットル／秒‐パスカル
Ｍ          細孔形状係数                無次元
Ｐ          圧力                        パスカル
Ｖ          電圧                        ボルト
Ｋ          負荷係数                    無次元
ＴＲＩＳ    トリス‐ヒドロキシメチル‐アミノメタン
ＭＥＳ      ２‐モルホリノエタンスルホン酸
ＢＩＳ-ＴＲＩＳ  ビス‐２‐ヒドロキシエチル−イミノ‐トリス‐ヒドロキシメチル‐アミノメタン
ＨＥＰＥＳ  ４‐２‐ヒドロキシエチル‐ピペラジン‐１‐エタンスルホン酸
ＨＣｌ      塩酸
ＴＭＢＡ    トリ‐メトキシ安息香酸
【００１７】
流束比
流束比は、ＥＯＦ素子を通る単位電流束あたりのイオン化溶質種の変位流束である。適切な計算および実測によって、任意の個々のＥＯＦ素子の流束比を求めることができる。しかし本発明の目的のためには、下記で図１を参照して説明するように、好ましくは特定の変数を測定し、続いて適切な計算をすることによって、動作中のＥＯＦシステム内の同じ接続部分に接続された二つのＥＯＦ素子の流束比の間の差の大きさを求める。個別のＥＯＦ素子の流束比が取り得る範囲は−１から＋１までである。下記に示す計算によると、流束比の間の差の大きさ（すなわち絶対差）が求められ、理論的に可能な範囲は０から２までである。
【００１８】
図１は、第一および第二のＥＯＦ素子１および２、受動流れ素子３、液溜め６、および直流電源５に接続された電極７２および８２をそれぞれ含む電極液溜め７および８を備えるＥＯＦシステムの断面図である。システムはイオン性の液体４で満たされ、イオン性の液体中をイオン電流が流れる。ＥＯＦ素子１は多孔質媒質１４を囲む壁１３を備え、第一および第二の末端部分１１および１２を有する。ＥＯＦ素子２は多孔質媒質２４を囲む壁２３を含み、第一および第二の末端部分２１および２２を有する。素子３は開放導管形状を形成する壁３３を有し、末端部分３１および３２を有する。末端部分１２、２１および３１は、濃度Ｃ９の液体４を含む接続部分９に通じている。接続部分９を通る電流はＩｊであり、ＥＯＦ素子１からＥＯＦ素子２に向かって流れるとき正である。末端部分１１は、濃度Ｃ７の液体４を含む電極液溜め７に通じる。末端部分２２は、濃度Ｃ８の液体４を含む電極液溜め８に通じる。末端部分３２は、濃度Ｃ６の液体４を含む液溜め６に通じる。液体４は、素子１を通って速度Ｑ１で流れ、素子２を通って速度Ｑ２で流れ、素子３を通って速度Ｑ３で流れる。
【００１９】
二つのＥＯＦ素子の流束比の間の差の大きさ（Ｒ１−Ｒ２）は式
Ｒ１−Ｒ２＝３ＱｋＣｋ＊Ｆ／Ｉｊ
から計算することができる。ここで、
３ＱｋＣｋは、接続部分に流れ込む量Ｑｋ＊Ｃｋの各ＥＯＦ素子に関する総和であり、Ｑｋは分あたりマイクロリットルで表した流速、Ｃｋは（ｉ）ミリモル／リットルで表した接続部分から遠いＥＯＦ素子末端部分における濃度と（ｉｉ）ミリモル／リットルで表した接続部分における濃度との間の差、Ｆはファラデー定数（９．６５×１０４クーロン／モル）、Ｉｊはマイクロアンペアで表した接続部分を通る電流である。この量の符号は電流の符号に依存する。しかし、本発明の目的のためには、流束比の間の差の大きさは上記の計算から得られる量の符号に依存しない。
【００２０】
下の表は、イオン性の液体が溶媒に溶けた単純な塩であるとき、図１のＥＯＦシステム中の種々の可能な流れの方向（「内向き」は接続部分９の方へ向かい、「外向き」は接続部分９から遠ざかる）に対して、二つのＥＯＦ素子の間の流束比の差の大きさをどのように計算するかを示す。Ｑ３がゼロのとき、この計算は受動流れ素子３のないシステムにも適用できる。Ｑ１がゼロのとき、この計算はＥＯＦ素子１がブリッジであるシステムに適用できる。
2006267117.tif 000002
例えば、上の表の最下段に示す状況では、Ｑ２が分あたり２マイクロリットル、Ｃ８が５ミリモル／リットル、Ｃ９が４．５ミリモル／リットル、Ｉｊが−４マイクロアンペアとすると、（Ｒ１−Ｒ２）の値は約−０．４０２であり、「流束比の間の差の大きさ」は０．４０２である。
【００２１】
電流を運ぶ三つ以上のＥＯＦ素子が一つの接続部分に接続されるとき、対応する式はＥＯＦ素子の異なる対の間の流束比の差の大きさに対する別々の項を含む。順番にＥＯＦ素子の各対が電流を運ぶ唯一の素子であるようにシステムを調節することによって、素子の各対の間の流束比の差を決定することができる。あるいは、二つ以上の組の値におけるシステムを流れる電流による種々の変数の値を測定することによって、二つ以上の連立方程式を立て、これらを解いてＥＯＦ素子の異なる対の間の流束比の差の大きさを計算することができる。当業者は、自身の知識および本明細書の開示を考慮すれば、そのような計算を容易に行うことができる。
【００２２】
イオン性の液体が多価または複雑な電解質であると計算法は若干異なるが、当業者は本明細書の開示に関する自身の知識を考慮すればやはり容易にそのような計算を行うことができる。
【００２３】
電荷比
ＥＯＦ素子の電荷比は、バルク液体のイオン強度濃度で除した表面電荷の重み付き体積当量濃度である。電荷比はＥＯＦ素子が正味の電荷を有する表面をどの程度含むかの尺度である。ＥＯＦ素子のバルク液体中には等しい量の正および負の電荷があり、特定のイオンによって運ばれる電流の比率はその移動度に依存する。しかし、帯電した表面層では、どちらか一方の符号の電荷の過剰があり、任意の特定のイオンによって運ばれる電流の比率はその移動度およびそのイオンの過剰または不足の両方に依存する。この結果、異なる電荷比を有するＥＯＦ素子が直列に接続されると、素子間の接続部分においてイオン電流束中に不整合が起こる。その結果、接続部分において、ＥＯＦ素子と接続液体との間の界面で濃度／拡散層が形成され、接続液体中では一種類のイオンの濃度が連続的に増大し、他方の種類のイオンの濃度が連続的に減少する。これは多くの場合、たとえば電流および／または流速の不安定性の原因となる。小さな液溜めおよび接続部分体積を有するミクロ液体システム、とくに化学分析システム、および０．７ｋｇ／ｃｍ２（１０ｐｓｉ）より大きい、たとえば７ｋｇ／ｃｍ２（１００ｐｓｉ）より大きい、または７０ｋｇ／ｃｍ２（１０００ｐｓｉ）より大きい、たとえば７から７００ｋｇ／ｃｍ２まで（１００から１０００ｐｓｉまで）または３５から３５０ｋｇ／ｃｍ２（５００から５０００ｐｓｉ）の圧力差の下で動作するシステム中では、不整合はとくに深刻である（したがって本発明によって提供される解決策はとくに価値がある）。
【００２４】
二成分系一価電解質対によって満たされたＥＯＦ素子の場合には、電荷比（ｃｒ）は式
ｃｒ＝（−８λ／Λ）ｓｉｎｈ（ｅζ／２ｋｂＴ）
から計算することができる。ここでλはバルク液体中のデバイ長さ（メートル）、Λは動的細孔スケール（メートル）、ζはゼータ電位（ボルト）である。Λは、多孔質媒体中の流路の直径の特性を記述するために使用される。多孔性物質で満たされていない通常の導管の場合には、Λは水力学的直径に等しい。当業者はもっと複雑な電解質が使用されるときでも電荷比を計算することができる。電荷比の符号は正のこともあり、負のこともある。この式の変数の値が未知なら、以下の手順によって決定することができる。ＥＯＦ素子は既知のバルク伝導率σ（モー／ｍ）を有する液体で満たされている。液体で満たされた素子の電気抵抗（ρオーム）を決定する。形状係数（ｇ）は方程式
ｇ＝１／σρ
から計算する。素子に印加した電位ΔＶに対応して素子を流れる電気浸透流の流速Ｑｅｏを測定する。Ｑｅｏは次の式によって与えられる。
Ｑｅｏ＝εζΔＶｇ／μ
ここで、εは液体の誘電率であり、μは液体の動的粘度である。Ｑｅｏは下記の式によっても与えられる。
Ｑｅｏ＝εζＩ／μσ
ここで、Ｉは素子に印加した電位ΔＶによって素子を流れる電流である。この式および既に決定したＱｅｏ、ε、Ｉ、μおよびσの値を使用してゼータ電位ζを計算する。次に電位の代わりに圧力差ΔＰを素子に印加し、素子を流れる圧力駆動流速Ｑｐを測定する。Ｑｐは次の式で与えられる。
Ｑｐ＝Λ２ΔＰｇ／３２μ
この式および既に決定したＱｐ、ΔＰ、ｇ、およびμの値を使用して、動的細孔スケールΛを計算する。最後に、式
ｃｒ＝（−８λ／Λ）ｓｉｎｈ（ｅζ／２ｋｂＴ）を適用して、上記で求めたパラメータを使用して電荷比を計算する。
【００２５】
少なくとも一方のＥＯＦ素子の電荷比の大きさが０．０１より大きい、たとえば０．１より大きい、０．２より大きいまたは０．３より大きいとき、そのようなＥＯＦ素子は不安定な動作の原因となる傾向があるので、本発明はとくに有用である。本発明のＥＯＦシステムにおいては、あるいは本発明の第二の態様による装置を識別するために使用される試験システムにおいては、好ましくは、第一および第二のＥＯＦ素子の少なくとも一つの電荷比の大きさは０．０１より大きい、たとえば０．１より大きい、０．２より大きい、または０．３より大きい。
【００２６】
イオン性の液体
イオン性の液体は水性液体でもよく、有機液体でもよく、あるいは水性および有機液体の混合物でもよい。
【００２７】
多くの場合に、少なくとも一種類のイオンがＥＯＦシステムのいろいろな部分にあるすべてのイオン性の液体中に存在し、ＥＯＦシステムのいろいろな部分においてイオン性の液体の少なくともいくらか（たとえばすべて）が同じ（一般に濃度は変化するが）ことがある。しかし、従来のシステムのように、ブリッジを使用して異なるイオン性の液体の混合を制限または防いでもよい。
【００２８】
多くの場合に、本発明のＥＯＦシステムのための種々の変数の選択は、システム中を流れることになるイオン性の液体によって決定される。当業者は、自身の知識および本明細書中の開示を考慮すれば、種々の物質、ＥＯＦ素子、システム構成、電源その他の間で適当な選択を容易に行うことができる。一組の状況に対して設計されたシステムが他の多くの組の状況で使用可能ではあるが最適ではないこともある。
【００２９】
本発明の第三および第四の態様は、動作中のＥＯＦシステムの部分であるか否かにかかわらず本発明の範囲内に属し、本発明の範囲内にあるかどうかを決定するために作動中のＥＯＦシステムでの試験を必要としない、新規なＥＯＦ素子および装置を提供する。本発明の第二の態様には、本発明の範囲内にあるかどうかを決定するために試験を必要とする装置が含まれる。そのような装置を簡単に試験して、本発明の第二の態様中に開示した特徴（ｉ）−（ｘｉ）の一つ以上を有するかどうかを決定することができる。そのような試験の手順を下記に説明する。最初に、妥当な時間枠の中で測定ができる速度で電気浸透流を作るために適する試験液および電源など、装置を動作中のＥＯＦシステムに変換するために必要な部品を加える。試験液は本明細書中に挙げる２０の試験溶液の一つである。過渡的な始動条件が終わった後、試験システムを調べて本発明の第二の態様中に開示した特徴（ｉ）−（ｘｉ）の一つ以上を有するかどうかを調べる。試験システムは、本明細書中に指定する二十の試験液の二つ、あるいはそれよりもさらに多い、たとえば五つを使用する別々の試験においてそれらの特性の一つ以上を示す場合がある。
【００３０】
導管および多孔性物質
ＥＯＦ素子の一つ以上が「開放」導管、すなわち充填物質をまったく含まない導管であってもよい。しかし、一般にＥＯＦ素子は多孔性物質または複数の微細なチャンネルを部分的または全体的に取り囲む液体不透過性の壁を有する導管である。多くの場合に、適切な多孔性物質を選択することが満足すべき本発明のシステムを設計するために有用な因子である。導管中には二種類以上の多孔性物質が存在することがあり、その場合には異なる多孔性物質を長手方向および／または半径方向に分離してもよい。導管は直線状でも、あるいは規則的または不規則的な曲線状でもよい。導管の断面（すなわち流路の局所的な軸に対して直角な断面）は、たとえば円形、長方形（正方形を含む）または六角形などの閉じた断面、または溝状の断面などの開いた断面など任意の形状でよく、導管の長手方向に沿って形状および／または面積が一定であってもよく、変化してもよい。とくに以下で考察するように、末端部分を提供する目的で、導管の一方または両方の壁の末端を導管の中間部分とは異なる形状にしてもよい。導管の末端の形状は同じであってもよく、異なっていてもよい。
【００３１】
本明細書中においては、導管の最小断面積を多孔性物質が占める最小断面の面積として定義する。本明細書中においては、１０ミクロンより短い長さを有する不規則構造をすべて無視して、多孔性物質を含む導管の末端部分の表面積を電流および／または流れが通る面の幾何学的な全面積として定義する。
【００３２】
導管が多孔性物質を含むとき、多孔性物質は導管から外へ伸びてもよく、導管の末端と同一平面上であってもよく、または導管内で終わってもよい。接続液体に露出される多孔性物質の面（一方または両方）は平面であってもよく、またはとくに以下で考察するように末端部分を提供する目的で形状を有してもよい。多孔性物質の末端区域の形状および配置は同じであってもよく、異なっていてもよい。
【００３３】
ＥＯＦ素子としての使用に適する導管および多孔性物質は当業者にはよく知られており、当業者は自身の知識および本明細書の開示を考慮すれば、容易に本発明のために適する導管および多孔性物質を選ぶことができる。たとえば、ジャーナル・オブ・マテリアルズ・サイエンス・レターズ（Ｊ．Ｍａｔ．Ｓｃｉ．Ｌｅｔｔ．）、第８巻、１３７１−１３７３頁（１９８９年）のジェイ・フィリップス（Ｐｈｉｌｉｐｓｅ，Ｊ．）、サイエンス（Ｓｃｉｅｎｃｅ）、第２８１巻、８０２−８０４頁（１９９８年）のウィンホーフェン（Ｗｉｊｎｈｏｖｅｎ）ら、キー・エンジニアリング・マテリアルズ（Ｋｅｙ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）、第１１５巻、１２５−１４６頁（１９９６年）のティー・ヤザワ（Ｔ．Ｙａｚａｗａ）、マイクロポラス・アンド・メソポラス・マテリアルズ（Ｍｉｃｒｏｐｏｒｏｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）、第３７巻、２４３−２５２頁（２０００年）のマー（Ｍａ）ら、ジャーナル・オブ・ノンクリスタリン・ソリッズ（Ｊ．Ｎｏｎ−ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｓｏｌｉｄｓ）、第１３９巻、１−１３頁（１９９２年）のナカニシ（Ｎａｋａｎｉｓｈｉ）ら、アナリティカル・ケミストリー（Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．）、第６９巻、３６４６−３６４９頁（１９９７年）のピーターズ（Ｐｅｔｅｒｓ）ら、ジャーナル・オブ・マイクロメカニクス・アンド・マイクロエンジニアリング(Ｊ．Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ．Ｍｉｃｒｏｅｎｇ．）、第７巻、１４−２３頁（１９９７年）のドロット（Ｄｒｏｔｔ）ら、ジャーナル・オブ・エレクトロケミカル・ソサイエティー（Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．）、第１４５巻、３７３５−３７４０頁（１９９８年）のジェッセンスキー（Ｊｅｓｓｅｎｓｋｙ）らの論文を参照することができる。多孔性物質は、たとえば、その開示全体が参照によって本明細書中に組み込まれる係属中の米国特許出願第０９／９４２，８８４号（発行第２００２０１８９９４７号）明細書中に説明されるように、その特性、たとえばサイズおよび／またはゼータ電位の大きさを改善するために修飾された物質であってもよい。多孔性物質は導管内で作製してもよく、あるいは作製して、機械加工または切断して、それから導管内に挿入または封じ込めてもよく、あるいはマイクロチャネルアレイの場合のように、アレイが機械加工される基板の壁によってチャンネルを作製して、あらためて作製するチャンネルをまったく必要としないように多孔性の誘電体物質を機械加工してもよい。導管（またはチャンネル）内への配置前または配置後に表面特性を変えてもよい。
【００３４】
ＥＯＦ素子中の多孔性物質の細孔径およびゼータ電位はＥＯＦ素子の流束比および／または電荷比を決定するうえで重要な因子であり、当業者は自身の知識および本明細書の開示を考慮すれば、容易にこれらおよびその他の変数（たとえば導管および多孔性物質の物理的寸法）を関連づけて、本発明によるシステムを提供することができる。
【００３５】
流速
本発明のいくつかの実施態様においては、ＥＯＦ素子の一つは一つの液体を含む電極を含む液溜めと、異なる液体（「作業液体」）を含むＥＯＦシステムの他の部分との間のブリッジである。とくにそのような実施態様においては、ブリッジを通る（電気浸透力および／または圧力差の結果として）液体の流量は、ＥＯＦシステムの残りの中の作業液体の最大流量の１０％より少ない、好ましくは１％より少ない、たとえば０．０１％より少ない、たとえば実質的に流速ゼロのことがある。
【００３６】
電圧降下
本発明のいくつかの実施態様においては、ＥＯＦ素子の一つは一つの液体を含む電極含有液溜めと、作業液体を含むＥＯＦシステムの他の部分との間のブリッジである。とくにそのような実施態様においては、ブリッジの電圧降下はシステム中のその他のＥＯＦ素子の少なくとも一つ、あるいはそれぞれの電圧降下のたとえば０．１倍より大幅に小さい。
【００３７】
末端部分の設計および配置
上記の電荷比の考察で明らかなように、大きな電荷比を有するＥＯＦ素子は接続液体と接触するＥＯＦ素子の面で濃度／拡散層を生じることがある。本発明によって、そのような任意の濃度／拡散層の厚さを減らし、ひいてはより安定したＥＯＦシステムの動作を提供するように、ＥＯＦ素子の末端部分を設計し、接続部分において種々の末端部分を互いに配置することができる。末端部分の好ましい特徴は以下を含む。
１．接続部分に配置された二つの（異なるＥＯＦ素子の）末端部分の間の最小距離は末端部分の少なくとも一方、好ましくは両方の最大寸法より小さい。
２．接続部分に配置された末端部分（異なるＥＯＦ素子の）は、接続部分を通る流れの平均流線が少なくとも一つの末端部分の接線方向に大きな成分を有するように設計され配置される。
３．ＥＯＦ素子の末端部分は、少なくとも一つの末端部分を通る電流束が末端部分間の最大電流束より大幅に小さくなるように設計される。
４．接続部分におけるＥＯＦ素子の少なくとも一方の末端部分が、そのＥＯＦ素子の有効断面積よりかなり大きい、好ましくは少なくとも１．５倍、とくに少なくとも２倍または少なくとも３倍、たとえば５から１０倍の、露出された表面積を有する。
５．接続部分に配置されたＥＯＦ素子の少なくとも一方の末端部分が、それを含むＥＯＦ素子の最小断面積の少なくとも２倍、好ましくは少なくとも５倍、とくに少なくとも１０倍、とくに少なくとも２０倍、たとえば５から１００倍または１０から８０倍、または１０から５０倍、または２０から５０倍、または２０から４０倍の表面積を有する。
６．末端部分がセレーションを備え、セレーションは好ましくは約０．２５より大きく、好ましくは約４より小さいアスペクト比を有する。
７．末端部分が第一の電荷比を有する第一の物質で構成され、ＥＯＦ素子の残りの少なくとも一部分が第二の電荷比を有する第二の物質で構成され、第一および第二の電荷比が好ましくは少なくとも以下の条件
（ｉ）第一および第二の電荷比の少なくとも一つは０．１より大きい、
（ｉｉ）第一および第二の電荷比が同じ符号を有する、
（ｉｉｉ）第一の電荷比が第二の電荷比の０．２５から０．７５倍、たとえば約０．５倍である、
の一つを満たす。
【００３８】
図２−１０は本発明による末端部分を例示し、図１と同じ参照番号を使用する。図２および３においては、末端部分１２、２１および２２は、壁１３および２３から伸びる多孔性物質１４および２４によって提供される。末端部分１２は外にフレアを形成して露出された表面積を増大する。多孔性物質２４は、ＥＯＦ素子２の電圧降下を減らすために厚みを増してある。
【００３９】
図４においては、露出された表面積を増大するために外にフレアを付けられた多孔性物質１４、２４が末端部分１２、２１および２２をそれぞれ提供する。受動素子３１は短くて太い導管であり、そこでの圧力低下は無視できる。
【００４０】
図５および６においては、表面積を増大するために外にフレアを付けられた多孔性物質１４、２４が末端部分１２および２１をそれぞれ提供し、末端部分は互いに直接接触して末端部分の面で囲まれるバルク液体の体積を最小にする。
【００４１】
図７および８においては、多孔性物質１４、２４が末端部分１２および２１をそれぞれ提供し、露出された面はセレーションを施されている。図８に例示するように、セレーションは好ましくは上記で定義されたようであるセレーションのアスペクト比（Ｄ／Ｐ）のピッチＰおよび深さＤを有する。
【００４２】
図９においては、第一の電荷比を有する第一の多孔性物質１４２、２４１が末端部１２および２１を提供し、第一の電荷比に対して上記で定義されたように関連する第二の電荷比を有する第二の多孔性物質１４１、２４２がＥＯＦ素子の残りの部分を提供する。
【００４３】
図１０においては、ＥＯＦ素子１、２および３はＥＯＦ素子１の末端部分１２の露出された面がＥＯＦ素子２と受動流れ素子３との間を流れる液体によって接線方向で洗い流されるように配置される。
【００４４】
システム構成
選択肢として、ＥＯＦシステムは電気的な接地を共有して互いに並列に接続した二つ以上の直列システムを含む非常に多様な構成を有することができる。たとえば、システムは二つのブリッジ素子を備えてもよく、一つは二つの電極含有液溜めのそれぞれにつながり、一つ以上のＥＯＦ素子がブリッジ素子の間に直列に接続される。システムはまた、電流を運ばないが、液溜めからまたは液溜めに向かって液体が流れる一つ以上の受動素子を含んでもよい。たとえば、図１１は図１に示したものに類似しているが、ＥＯＦ素子２と、電極８２を含む液溜め、および第四の受動流れ素子１０４との間に置かれた第三のＥＯＦ素子１０１および接続部分１０２をさらに含むシステムを示す。
【００４５】
一般的な設計考慮事項
本発明の好ましい実施態様は以下の特徴の一つ以上を有する。
１．明確に定義され、したがって明確に挙動するゼータ電位に対する一価の対イオン（ゼータ電位の符号とは反対の符号を有するイオン）を使用すること。
２．ポンピング液体または輸送液体またはゼータ電位を低下させるかまたは除去する化合物を含まない作業液体を使用すること。
３．「最小」電気二重層重なりと同程度のイオン種最低濃度（すなわち動的細孔スケールの約５分の１より短い液体デバイ長さを与える濃度）を使用すること。
４．ポンピング液体または輸送液体のｐＨの確定および維持と適合する緩衝イオン種最低濃度を使用すること。
５．ポンピング液体または輸送液体または作業液体と適合し、ポンピング液体または輸送液体または作業液体に十分に溶解し、ポンピング液体または輸送液体または作業液体中で十分に解離しているイオン種を使用すること。
６．好ましくは単分散であり、多分散ならときに見られる大きな細孔または欠陥（たとえばクラックまたはボイド）を含まず、かなり小さな細孔をまったく含まないかまたは最小限しか含まない細孔径分布。
７．任意の添加物を含むポンピング液体または輸送液体または作業液体より導電性の低い多孔性誘電体物質を使用すること。
８．印加された電位に対して絶縁破壊せずに十分に耐える絶縁耐力を有する多孔性誘電体物質を使用すること。
９．圧縮および崩壊に耐える能力および隣接するチャンネルまたは導管の物質に結合し続ける能力の面で、印加されたかまたは生成した圧力にともに十分に耐える機械的に強い多孔性誘電体物質を使用すること。
１０．任意の添加物を含むポンピング液体または輸送液体または作業液体中で化学的に抵抗力があり、不溶性である多孔性誘電体物質を使用すること。
１１．絶縁体であるチャンネルまたは導管物質を使用すること、とくに物質は任意の添加物を含むポンピング液体または輸送液体または作業液体より導電性が低い方がよい。
１２．印加された電位に対して絶縁破壊せずに十分に耐える絶縁耐力を有するチャンネルまたは導管物質を使用すること。
１３．印加されたかまたは生成した圧力に十分に耐えるほど機械的に強く十分に厚いチャンネルまたは導管物質を使用すること。
１４．任意の添加物を含むポンピング液体または輸送液体または作業液体中で化学的に抵抗力があり、不溶性であるチャンネルまたは導管物質を使用すること。
１５．高い誘電率の値および低い動的粘度の値を有するポンピング液体または輸送液体または作業液体を使用すること。
１６．ポンピング液体または輸送液体または作業液体、表面化学およびゼータ電位の高い値を提供する添加剤イオン種化学の組合せを使用すること。
１７．純液体または純液体の非常に混合しやすい混合物であるポンピング液体または輸送液体または作業液体を使用すること。
【００４６】
その他の設計考慮事項には以下の事項
１．圧力駆動流フローとして素子を通って運ばれる全流速の比率。好ましくは、拡散層の厚さを制御するために有限な流れを提供する。
２．電気浸透的に駆動される流れとして素子を通って運ばれる全流量の比率。好ましくは、拡散層の厚さを制御するために有限な流れを提供する。
３．印加された全電位のうち素子の両端に表れる電位の比率。
をほぼ同じように最小にするようにブリッジまたはその他のＥＯＦ素子の物質、細孔径および形状を選択することが含まれる。当業者は自身の知識および本明細書中の開示を考慮すれば、適当な物質および寸法の選択によってこれらの目標を促進する手順を容易に開発することができる。図１１に示すような好例のシステムにおいては、素子１０４を通る流れの速度Ｑに対して下記の式を使用することができる。
Ｑ＝Ｑｐｆ（１−ｃｓ）／［（１＋２ａｓ）（１＋ｂ／ａ（１＋Ｋ））］
ここで、ａ＝ｇ２／ｇ３、ｂ＝Ｍ３Λ３２／Ｍ２Λ２２、ｃ＝ｖ３／ｖ２、Ｋ＝ｋ４／ｋ２およびｓ＝σ２／σ４、ここでσは液の有効電気伝導率（任意の有効電荷層によって増大したバルク液体の電気伝導率）である。量Ｋは「負荷」係数であり、第四の素子の圧力駆動フローコンダクタンスの第二の素子のそれに対する比である。Ｋは高い背圧下での動作の場合のゼロから、低い背圧負荷中への流れの場合の一よりはるかに大きい値の範囲の値を取る。この式の分子は第三の素子を通る電気浸透流に起因する損失を与え、分母の第一項は第一および第三の素子の電圧降下による損失を与え、分母の第二項は第三の素子中の圧力駆動フローによる損失を与える。これらの損失は現象論的に関連し、したがって、一般にこれらの損失の一つを減らすために取られる対策はその他の損失に影響することがある。たとえば、第一および第三の素子の形状係数ｇを第二の素子と比較して大きくすると、小さなａ値を生じる。これは第一および第三の素子中の電圧降下の効果を小さくするが、第三の素子中の圧力駆動損失の効果を増幅する。
【００４７】
したがって、負荷係数（Ｋ）約１の場合について考えられる一つの手順は、輸送液の種類および組成、目標理想圧および流速を考慮して設計問題を取り扱うことである。これらによってポンピング素子物質、物理的形状および多孔性媒質特性の仕様を決める。すると、上記の式を参照して
１．流速性能の比率が約１−３δより良くなるように小さな数δを選ぶ。
２．ε√（１＋Ｋ）より小さい比Λ１，３／Λ２を選ぶ。
３．ζ１、３σ１，３／ζ２σ２の値が約δになるようにζ１，３の値を選ぶ。
４．工程（２）との適合を維持してΛ１，３の値を再調整する。これによってζ１，３についてもシステム中の変位流束中の最小値、および好ましくは無視できるほど小さい差（すなわち、Ｒ２−Ｒ１，３の値を最小にする）を探して、工程（３）を満足する新しい付随値を求める。ある範囲の溶液を見つけ、利用できる物質にもとづいて溶液を選ぶ。
５．形状比ｇ２／ｇ１，３をほぼδとなるように選ぶ。
【００４８】
負荷係数（Ｋ）が大きな値を有する場合に考えられる別の手順は以下の工程を含む。
１．流速性能が約１−３εより良くなるように小さな数εを選ぶ。
２．一より小さい比Λ１，３／Λ２を選ぶ。
３．ζ１，３σ１，３／ζ２σ２の値がほぼδとなるようにζ１，３の値を選ぶ。
４．工程（２）との適合を維持してΛ１，３の値を再調整する。これによってζ１，３についてもシステム中の変位流束中の最小値、および好ましくは無視できるほど小さい差（すなわち、Ｒ２−Ｒ１，３の値を最小にする）を探して、工程（３）を満足する新しい付随値を求める。ある範囲の溶液を見つけ、利用できる物質にもとづいて溶液を選ぶ。
５．ｃより小さく、好ましくは実際的な範囲でできるだけ小さい形状比ｇ２／ｇ１，３を選ぶ。
【００４９】
ＥＯＦ素子の不整合が許される程度（すなわち流束比および／または電荷比の間の差の許容される最大の大きさ）は、ある場合には作業液体の組成の変動に対するシステムの許容できる限界に関連する。たとえば、組成中の４％の変化が許容できるなら、流束比を２％以内に整合させれば十分であろう。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】ＥＯＦシステムの断面図である。
【図２】本発明によるＥＯＦシステムの一部分の断面図である。
【図３】図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩでの断面図である。
【図４】本発明による別のＥＯＦシステムの一部分の断面図である。
【図５】本発明による別のＥＯＦシステムの一部分の断面図である。
【図６】図５の線ＶＩ−ＶＩでの断面図である。
【図７】本発明による別のＥＯＦシステムの一部分の断面図である。
【図８】図７の部分拡大図である。
【図９】本発明による別のＥＯＦシステムの一部分の断面図である。
【図１０】本発明による別のＥＯＦシステムの部分の断面図である。
【図１１】別のＥＯＦシステムの図である。
【手続補正書】
【提出日】平成18年5月31日(2006.5.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）第一の末端部分Ａ１および第二の末端部分Ａ２を有する第一の電気浸透流（ＥＯＦ）素子と、
（Ｂ）第一の末端部分Ｂ１および第二の末端部分Ｂ２を有する第二の電気浸透流（ＥＯＦ）素子と、
（Ｃ）第二の末端部分Ａ２および第一の末端部分Ｂ１が配置され、それによって第一および第二のＥＯＦ素子が電気的におよび液体によって接続される接続部分と、
を含む新規な電気浸透流システムであって、以下の特徴を有するシステム：
（ｉ）第一のＥＯＦ素子の流束比と第二のＥＯＦ素子の流束比との間の差の大きさが０．５より小さい。
（ｉｉ）第一および第二のＥＯＦ素子の少なくとも一方の電荷比の大きさが０．０１より大きい。
【請求項２】
（ｉ）第一のＥＯＦ素子と第二のＥＯＦ素子との流束比の間の差の大きさが０．１より小さく、
（ｉｉ）第一と第二のＥＯＦ素子の少なくともどちらか一方の電荷比の大きさが０．１より大きい、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
以下の特徴の内の少なくとも一つを有する請求項１または２に記載のシステム。
（ｉ）少なくとも末端部分Ａ２とＢ１のうち１つは接続液体と接触する表面領域を有し、該表面領域は素子の最小断面積の少なくとも２倍である。
（ｉｉ）末端部分Ａ２およびＢ１の少なくとも一方が接続液体と接触するセレーションを備える。
（ｉｉｉ）第一および第二のＥＯＦ素子の少なくとも一方の第一および第二の末端部分の少なくとも一方が第一の電荷比を有する第一の物質で構成され、ＥＯＦ素子の残りの少なくとも一部分が第二の電荷比を有する第二の物質で構成される。
（ｉｖ）第一および第二のＥＯＦ素子がそれぞれ多孔性物質を含む導管であり、多孔性物質が第一および第二の末端部分をそれぞれ提供する。
【請求項４】
以下の特徴の内の少なくとも一つを有する請求項１から３の何れかに記載のシステム。
（ｉ）第一および第二のＥＯＦ素子の一方の中の液体が第一の流速比を有し、他方のＥＯＦ素子中の液体が第二の流速比を有し、第一の流速比が第二の流速比の１０％より小さい。
（ｉｉ）第一および第二のＥＯＦ素子の一方で第一の電圧降下があり、他方のＥＯＦ素子で第二の電圧降下があり、第一の電圧降下が第二の電圧降下より大幅に小さい。
（ｉｉｉ）末端部分Ａ２と末端部分Ｂ１との間の距離が末端部分Ａ２および末端部分Ｂ１の少なくとも一つの最大寸法より小さい。
（ｉｖ）接続部分を通る流れの平均流線が末端部分Ａ２およびＢ１の少なくとも一方の接線方向に大きな成分を有する。
（ｖ）第一および第二のＥＯＦ素子の少なくとも一方において、第一および第二の末端部分の少なくとも一方を通る電流束が、第一の末端部分と第二の末端部分との間の最大電流束より大幅に小さい。
【請求項５】
（ｉ）イオンを含有する液体を含む液溜め、
（ｉｉ）液溜め中の液体と直接接触する電極であって、第一のＥＯＦ素子の第一の末端部分が液溜め中に配置され、それによって第一のＥＯＦ素子が液溜めと第二のＥＯＦ素子との間のブリッジ素子となる電極、
をさらに含む、請求項１から４のいずれかの一つに記載のシステム。
【請求項６】
電気浸透流システム中での使用に適する装置であって、
（Ａ）第一の末端部分Ａ１および第二の末端部分Ａ２を有する第一の電気浸透流（ＥＯＦ）素子と、
（Ｂ）第一の末端部分Ｂ１および第二の末端部分Ｂ２を有する第二のＥＯＦ素子と、
（Ｃ）第二の末端部分Ａ２および第一の末端部分Ｂ１が配置される接続部分と、
を含む装置であって、実質的に２２℃における定常状態条件下で動作し、本質的に
（ａ）第一の電気浸透流（ＥＯＦ）素子、
（ｂ）第一のＥＯＦ素子の第一の末端部分Ａ１に接続された第一の液溜め、
（ｃ）第一の液溜め中の第一の電極、
（ｄ）第二のＥＯＦ素子の第二の末端部分Ｂ２に接続された第二の液溜め、
（ｅ）第二の液溜め中の第二の電極、
（ｆ）第一および第二の電極に接続された電源、および
（ｇ）システムを満たし、本明細書中に挙げた試験溶液から選ばれた水溶液、
からなる電気浸透流試験システムの一部分とされると、試験システムが以下の特性を有するようなものである装置：
（ｉ）第一のＥＯＦ素子の流束比と第二のＥＯＦ素子の流束比との間の差の大きさが０．５より小さい、および
（ｉｉ）第一および第二のＥＯＦ素子の少なくとも一方の電荷比の大きさが０．０１より大きい。
【手続補正書】
【提出日】平成18年6月30日(2006.6.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【外国語明細書】
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2006267117000002.pdf
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