(57)【要約】  液体又は超臨界流体クロマトグラフィー流出液に１種以上の反応を行い、続いて、適切な検出器によって検出される分子を生成する装置を含むシステムを提供する。これによって、検出限界を高め、有機分子を全て検出可能にするために、液体クロマトグラフィーからの有機分子を検出及び定量する方法を行うことが可能になる。線形ダイナミックレンジ及び分子応答は、以前に利用可能であったものよりも良好である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体クロマトグラフィーフィードからの有機分析種に１種以上の触媒反応を行う装置。
【請求項２】
酸化剤が反応に使用される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記酸化剤が、空気、過酸化水素、過塩素酸塩、オゾン、酸素、硝酸又は硫酸である、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記酸化剤が過酸化水素を含む、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
Ｒｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｆｅ、Ｉｒ、又はＣｕの１種以上から構成される触媒を使用して酸化を行う、請求項２に記載の装置。
【請求項６】
前記装置が０．０１ｃｍから１．３ｃｍの内径を有する内部チャネルを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記装置の前記内部チャネルの全体積が０．０５ｃｍ３から４ｃｍ３である、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記酸化から得られる生成物が還元反応器に移される、請求項２に記載の装置。
【請求項９】
前記還元触媒が、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｒｈ、及び／又はＦｅ還元触媒、又はそれらの組み合わせから構成される、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記反応器が、幅０．５から２インチ（１．２５から５ｃｍ）、長さ１から３インチ（２．５から７．６ｃｍ）、及び高さ０．１から１インチ（０．２５から２．５ｃｍ）である、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記反応器が２００から８００℃に加熱される、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
（ｉ）反応器中で、液体クロマトグラフィーからの流出液を受け取ること、及び
（ｉｉ）前記流出液を前記反応器で反応させること、
を含む方法。
【請求項１３】
過酸化水素を使用して前記流出液を酸化する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
二酸化炭素が前記酸化から得られ、続いて還元されてメタンを形成する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記メタンを水素炎イオン化型検出器に移すことを更に含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記反応器が、三次元印刷、即ち付加的製造法を使用して作製された、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
液体クロマトグラフィーからの有機分子を検出及び定量するためのシステムであって、
液体クロマトグラフィーからの注入口と、
前記液体クロマトグラフィー流出液から、メタノール及び／又はアセトニトリルを除去する半透膜を含有する装置と、
酸化反応装置と、
還元反応装置と、
を含むシステム。
【請求項１８】
水素炎イオン化型検出器が前記排出口で利用される、請求項１７に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）又は超臨界流体クロマトグラフィー（ＳＦＣ）とも称される、液体クロマトグラフィー（ＬＣ）は、液体中の分子を分離し、定量するのに使用される技術である。分析種は、分離媒体を充填したカラム上に注入され、分離後に、１つ以上の検出器を使用して検出される。様々な検出原理で動作する多くの異なる種類の検出器が存在し、これには、屈折率（ＲＩ）、紫外−可視光（ＵＶ−ＶＩＳ）、蒸発光散乱（ＥＬＳＤ）及び質量分析（ＭＳ）の検出器が含まれる。単一の検出器によって、全ての有機分子を検出することはできず、多くの検出器が、それらの使用を特定の種類の化合物及び／又は濃度範囲に制限するという大きな限界を有している。例えば、ＵＶ−ＶＩＳ検出器は、発色団を有し、特定の波長の光を吸収する分子に高い感度を有する。ＲＩ検出器は、感度が低く、溶媒の屈折率とは異なる屈折率を有する化合物に対してのみ感度を有する。ＭＳ検出器は、溶媒の影響が大きいため、定量に用いるのは困難で、また、ＬＣ流に含まれる緩衝液に非常に高い感度を有する。これらの理由から、通常は、様々な検出器が、頑強な化学分析（ｒｏｂｕｓｔ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ａｎａｌｙｓｉｓ）に使用される。広範な有機化合物に対して非常に高い感度を有する検出器によると、分析は非常に簡素化され、且つ多数の検出器スキームのコストは削減されることになるであろう。
水素炎イオン化型検出器（ＦＩＤ）は、良好な線形応答を有し、多くの炭素含有化合物を高感度で検出可能な技術である。ＦＩＤは、ガスクロマトグラフィー用の最も普通の検出器であるが、不揮発性化学種の場合、炎中に試料導入することが困難なため、今のところ、ＬＣ−ＦＩＤ技術は市販されていない。加えて、一般的なＬＣ流中にある大量の有機溶媒によって、ＦＩＤが飽和されて検出が低下するか又は極僅かになる可能性がある。
【０００２】
ＦＩＤに試料導入する方法は、幾つか知られており、この中には、カラム流出液を移動基質に適用し、その移動相を蒸発させる設計がある。次に、分析種は、その移動基質によって加熱ゾーンに運ばれて、沸騰、気相酸化又は気相分解反応のいずれかによって揮発される。これらの設計には、移動ベルト（Ｐｒｉｖｅｔｔ、Ｏ．Ｓ．；Ｅｒｄａｈｌ、Ｗ．Ｌ．、Ａｎａｌ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．１９７８年、８４：４４９）、ワイヤー（Ｌａｐｉｄｕｓ、Ｂ．Ｍ．；Ｋａｒｍｅｎ、Ａ．、Ｊ．Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒ．Ｓｃｉ．１９７２年、１０：１０３−１０６）、チェーン（Ｋａｒｍｅｎ、Ａ．、Ｊ．Ｓｅｐ．Ｓｃｉ．１９６７年、２：３８７−３９７）及び回転ディスク（Ｄｕｂｓｋｙ、Ｈ．、Ｊ．Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒ．１９７２年、７１：３９５−３９９；ＵＳ３７８８４７９Ａ）が含まれる。感度と信頼性との問題で現在は中断されているが、２つの市販バージョンが、Ｐｙｅ  Ｕｎｉｃａｍ  ＬｔｄとＴｒａｃｏｒ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓとによって販売された。加えて、直接カラム接続器（Ｇｕｉｌｌｅｍｉｎ、ＣＬ；Ｍｉｌｌｅｔ、Ｊ．Ｌ．；Ｄｕｂｏｉｓ、Ｊ．、Ｊ．Ｈｉｇｈ  Ｒｅｓｏｌｕｔ．Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒ．１９８１年、４：２８０；Ｍｉｌｌｅｒ、Ｄ．Ｊ．；Ｈａｗｔｈｏｒｎｅ、Ｓ．Ｂ．、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．１９９７年、６９：６２３−６２７）及び噴霧器（Ｙｏｕｎｇ、Ｅ．；Ｓｍｉｔｈ、Ｒ．Ｍ．；Ｓｈａｒｐ、Ｂ．Ｌ．；Ｂｏｎｅ、Ｊ．Ｒ．、Ｊ．Ｃｈｒｏｍ．Ａ、２０１２年、１２３６：１６−２０；ＷＯ２００２０１８９３９Ａ２；ＵＳ８９２０６５８Ｂ２；ＵＳ８６９５８１３Ｂ２；ＥＰ２０８９１２８Ａ４；ＥＰ２０８９１２８Ａ１）を使用して、ＬＣ流をＦＩＤに直接注入する方法が幾つか説明されているが、これらの方法は、分離に有機溶媒を使用しない小集団（言い換えると、超高温水クロマトグラフィー、即ちＳＨＷＣ）のＬＣユーザーに限定され、それらの方法は、しばしば、分析種の移動効率が低く、そして、大量の水によって、炎が不安定性になる可能性を有する。ＬＣ流出液をＦＩＤに導入する方法の改善が、継続して求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、液体クロマトグラフィー又は超臨界流体クロマトグラフィーの流出液に、１種以上の触媒反応を行う反応器／装置に関する。この反応では、一般的に、流出液中に存在する有機化合物は、後で水素炎イオン化型検出器等の適切な検出器によって検出可能な分子に転化される。本発明の反応器及び方法によると、検出限界を高め、且つ有機分子を全て検出可能にするために、液体クロマトグラフィーから受け取った有機分子の検出及び定量の方法が実施可能になる。線形ダイナミックレンジ及び分子応答は、以前に利用可能であったものよりも良好である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一実施形態では、液体クロマトグラフィーから供給された有機分析種に、１種以上の触媒反応を行う装置／反応器が提供される。一実施形態では、反応は、過酸化水素等の酸化剤の存在下で行われる触媒酸化である。別の実施形態では、反応は、水素等の還元剤の存在下で行われる触媒還元である。別の実施形態では、酸化反応と還元反応の両方が、装置／反応器内で行われる。更に別の実施形態では、反応は、酸化剤又は還元剤の添加を必要としない。
【０００５】
別の実施形態では、液体クロマトグラフィーからの流出液を受け取ること、及びそれを触媒的に酸化することを含む方法が提供される。次に、その酸化生成物を還元することができ、次に、還元生成物を、ＦＩＤ等の適切な検出器に移すことができる。一実施形態では、酸化は、酸化剤として過酸化水素を使用して行われる。別の実施形態では、酸化反応によって、生成物として二酸化炭素を生じ、次に、二酸化炭素は、還元されて、メタンを生じる。
【０００６】
一実施形態では、液体クロマトグラフィー、本発明の反応器装置、及びＦＩＤを含むシステムが提供される。液体クロマトグラフィーからの流出液は、反応器装置に移され、そこで、流出液中の有機分析種に１種以上の触媒反応が行われる。次に、その反応からの生成物は、検出のためにＦＩＤに移る。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】酸化反応装置及び還元反応装置を含む本発明の一実施形態を示す。
【０００８】
【図２】物理的寸法を示す本発明の一実施形態の図を示す。
【０００９】
【図３】酸化反応装置を含む本発明の一実施形態を示す。
【００１０】
【図４】還元反応装置を含む本発明の一実施形態を示す。
【００１１】
【図５】反応装置を含む本発明の一実施形態を示す。
【００１２】
【図６】ノズル及び酸化反応装置を含む本発明の一実施形態の図を示す。
【００１３】
【図７】分離のための半透膜装置を含む本発明の一実施形態を示す。
【００１４】
【図８】分離、酸化及び還元を行うシステムを含む本発明の一実施形態を示す。
【００１５】
【図９】触媒反応を行うシステム及び水素炎イオン化型検出器を含む本発明の一実施形態を示す。
【００１６】
詳細な説明
本発明は、液体クロマトグラフィーカラムの流出液（非限定的に、超臨界液相を含む）中に存在する有機化合物を、後でＦＩＤ等の検出器に導入するために、二酸化炭素、一酸化炭素、メタン、水及び他の非炭素質副生成物に触媒的に転化する装置である。この装置は、触媒粒子を含有する小さい内部チャネルを有する反応器であり、軸方向の分散及び逆混合を最小にするように設計されており、これにより、ピークの広がりの影響を低減する。この装置又はこのような装置の集合体によって、ＦＩＤへの、液体クロマトグラフィー流からの炭素の定量的な移動を可能にし、前例のない感度で、多くの炭素化合物の殆どの検出を可能にすることが分かった。固定反応器によって、信頼性の問題及び可動部品（例えば、チェーン、ワイヤ及びディスク）の移動による非効率性が排除される。多数の装置を配置することによって、溶媒の除去及び有機溶媒の使用が可能になる。その装置では、移動効率が高く、且つ感度が高いことが見出される。
【００１７】
一実施形態では、ＬＣカラムの流出液を過酸化水素と混合し、触媒を含有する加熱された金属チャネルに供給して、炭素種を二酸化炭素に酸化する。この反応の流出液を水素と混合し、触媒を含有する別の加熱された金属チャネルに供給して、二酸化炭素をメタンに還元する。混合物は、任意選択的に水を除去する処理をされて、ＦＩＤに供給される。
【００１８】
別の実施形態では、使用される酸化剤は空気である。他の実施形態では、酸化剤は、組成１から１００％の酸素、オゾン、過塩素酸塩、硝酸又は硫酸である。
【００１９】
幾つかの実施形態では、金属チャネルは、３Ｄ印刷を使用して製造される。他の実施形態では、チャネルは、従来の製造又はリソグラフィーによる管又は他の設計である。
【００２０】
特定の実施形態では、触媒は、特定の分子のみが反応するように設計される。
【００２１】
特定の実施形態では、一酸化炭素及び／又は二酸化炭素は検出器に供給される。
【００２２】
幾つかの実施形態では、流出液は、反応の前、その間又はその後に、特定の分子を吸着することによって処理される。
【００２３】
幾つかの実施形態では、ガスは、注入口、排出口、又は反応流から選択的に除去される。
【００２４】
図１は、本発明の一実施形態を示す。この実施形態では、装置には、酸化反応装置［３］への注入口［１］が含まれる。注入口には、液体クロマトグラフィーからの流出液が含まれる。注入口［１］における液体クロマトグラフィーからの流出液（ここでは、「移動相」として定義される。）は、主に、断続的に濃縮又は希釈された分析種を含む水であり得る。あるいは、分析種は、連続的に、希釈又は濃縮されて、流れ得る。更に、注入口［１］における流出液は、例えば、メタノール、アセトニトリル、又は二酸化炭素を含む、任意の有機溶媒であり得る。任意の量の任意の他の分子を含む、液体クロマトグラフィーに使用される他の溶媒もまた、流出液中に存在し得る。
【００２５】
酸化剤は、導管［２］によって注入口に導入される。酸化剤は、空気、純酸素、過酸化水素、過塩素酸塩、オゾン、硝酸、硫酸又は別の酸化剤であり得る。酸化剤を添加する１つの目的は、完全酸化又は部分酸化（即ち、有機分析種のＣＯ２への完全酸化又はその分析種のＣＯへの部分酸化）を行うのに十分な酸素を得ることである。酸化剤を添加する別の目的は、液体フィード中の分析種を溶媒和することであり得る。特別な利点のうち、過酸化水素は、有機分析種が装置内に保持されないように、それらを溶媒和及び酸化するのを助ける。過酸化水素がない場合、グルコースに似た分子が装置内に保持されることが観察されたが、これは望ましくない。過酸化水素等の溶媒和酸化剤を使用することによって、システム内の詰まりの可能性も低減される。
【００２６】
酸化反応装置［３］には、酸化触媒が含まれる。適切な触媒の例には、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｆｅ、Ｉｒ、Ｃｕ、又はこれらの元素の組み合わせを含む触媒が含まれる。一実施形態では、触媒はＰｔである。触媒の目的は、酸化反応をスピードアップさせて、有機分析種のＣＯ２への完全燃焼、又はＣＯへの部分燃焼を確実にすることである。
【００２７】
酸化反応は、上記の触媒を充填したチャネルで生じ得る。チャネルは、任意のサイズの内径を有し得るが、０．０１ｃｍから１．３ｃｍが好ましい。内部チャネルの全体積は、０．０５ｃｍ３より小さくても又は４ｃｍ３より大きくてもよいが、０．０５ｃｍ３から４ｃｍ３が好ましい。チャネルは、良好なクロマトグラフィーを保持するために、直径及び体積を小さくして、ピークの広がりを最小にする。酸化触媒用の担体は、チタニア、アルミナ、シリカ、又はシリカ−アルミナであり得るが、約０．２５ｍｍの粒径を有する非多孔質シリカ担体が最も好ましい。酸化反応装置の出口には、一般的に、分析種の酸化から生じるＣＯ２及び／又はＣＯが含有される。酸化反応装置に入る全ての有機化合物が、完全に（＞９９％）ＣＯ２及び／又はＣＯに転化されるのが理想的である。
【００２８】
還元剤注入［４］は、水素ガスが好ましいが、他の還元剤を使用してもよい。水素ガスの流速は、５ｃｍ３／分より遅くても、また、１００ｃｍ３／分より早くてもよいが、５ｃｍ３／分から１００ｃｍ３／分が好ましく、４０ｃｍ３／分が理想的である。還元反応装置［５］は、一般的に、（非制限的に、）Ｒｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｒｈ又はＦｅ還元触媒、又はこれらの元素の組み合わせを含み得る還元触媒を含む。一実施形態では、還元触媒はＲｕである。Ｒｕは、メタン生成に必要な水素添加ターンオーバー速度又はＣ−Ｏ結合破壊反応速度が最も高い。メタンは、水素炎イオン化型検出器（ＦＩＤ）に移送され、続いて、これによって高感度で検出され得るので、メタンが望ましい。還元反応装置に入る全てのＣＯ及びＣＯ２がメタンにほぼ完全に（＞９９％）転化されるのが理想的である。液体クロマトグラフィー流出液から入る全ての有機分析種が、装置の排出口［６］ではメタンに完全に転化されているのが望ましい。
【００２９】
還元反応装置のチャネルは、任意のサイズの内径を有し得るが、０．０１ｃｍから１．３ｃｍが好ましい。内部チャネルの全体積は、０．０５ｃｍ３より小さくても、また、４ｃｍ３より大きくてもよいが、０．０５ｃｍ３から４ｃｍ３が好ましい。チャネルは、良好なクロマトグラフィーを保持するために、直径及び体積を小さくして、ピークの広がりを最小にする。
【００３０】
ＦＩＤは、高感度であり、メタン濃度の応答の線形が７桁を超える大きさであるため、一般的にメタンを含有している排出流［６］を、メタン検出のためにＦＩＤに送ることができる。あるいは、代わりに、排出流を、メタン又は反応の別の副生成物に対して十分に高い感度を有する別の検出器に送ることができる。ＦＩＤと組み合わせたこの装置の利点には、液体クロマトグラフィーにおける分析種の検出に使用する他の装置と比較して、有機分析種を全て検出できること、その感度が高いこと、及び分析種濃度の線形性が７桁を超えることが含まれる。
【００３１】
図２は、本発明の一実施形態の本体［１０］の３Ｄ図を示す。装置の長さは、１から３インチ（２．５から７．６ｃｍ）、幅は０．２から２インチ（１．２５から５ｃｍ）、高さは０．１から１インチ（０．２５から２．５ｃｍ）であり得る。装置の一実施形態における理想的なサイズは、図２に示すように、２インチ×１インチ×０．５インチ（５ｃｍ×２．５ｃｍ×１．２５ｃｍ）である。ステンレス鋼管を反応器に溶接して、ガス流用の導管を提供する。存在し得る導管は、液体クロマトグラフィー流出液［７］、酸化剤注入［８］、還元剤注入［１１］、及び排出口［１２］である。導管及び／又は反応器は、分子が管の内側に付着又は反応するのを防ぐために、シリコンコーティングでコーティングすることができる。触媒粒子は、内部チャネルの形状のために装置内に保持される。装置内の触媒には、以下の元素：Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｃｕ及び／又はＲｈの１種以上が含有され得る。触媒担体は、チタニア、アルミナ、シリカ−アルミナ、シリカの粉末、又はそれらの繊維が含まれ得る。装置は、硬いステンレス鋼ブロック、又はインコネル、ハステロイ、チタン等の他の適切な材料内に完全に包含されており、抵抗ヒーターで２００から８００℃に加熱される。一実施形態では、温度は、３００から５００℃の範囲である。温度は、熱電対又は抵抗温度検出器（ＲＴＤ）で測定できる。
【００３２】
図３は、本発明の別の実施形態を示す。この実施形態では、装置には、液体クロマトグラフィーからの流出液を含有する注入口［１３］、酸化剤注入［１４］、反応器本体［１６］、酸化反応装置［１５］、及び排出口［１７］が含まれる。液体クロマトグラフィーからの流出液を含有する注入口［１３］は、主に、断続的に濃縮又は希釈された分析種を含む水であり得る。あるいは、分析種は、連続的に、希釈又は濃縮されて、流れ得る。更に、注入口は、メタノール、アセトニトリル、二酸化炭素を含む任意の他の溶媒、又は任意の量の任意の他の分子を含む、液体クロマトグラフィーで通常使用される別の溶媒であり得る。特に、この装置は、ＣＯ２が移動相であり、メタノールが、分析種の分離及び溶出を助けるモディファイヤーとして使用される、超臨界流体クロマトグラフィー（ＳＦＣ）と結合させて使用することができる。あるいは、この装置は、移動相中に水及びメタノールを有するシステムと結合させて使用することができる。酸化剤［１４］は、空気、純酸素、過酸化水素、過塩素酸塩、オゾン、又は別の酸化剤であり得る。酸化剤を添加する１つの目的は、完全酸化又は部分酸化（即ち、有機分析種のＣＯ２への完全酸化又はその分析種のＣＯへの部分酸化）を行うのに十分な酸素を得ることである。酸化剤を添加する別の目的は、液体フィード［１３］中の分析種を溶媒和することであり得る。例えば、過酸化水素は、有機分析種が装置内に保持されないように、それらを溶媒和及び酸化するのを助ける。過酸化水素がない場合、グルコースに似た分子が装置内に保持されることが観察されたが、これは望ましくない。
【００３３】
酸化反応装置［１５］には、一般的に、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｆｅ、Ｉｒ、Ｃｕ、又はこれらの元素の組み合わせから構成される酸化触媒が含まれる。最も好ましい触媒はＰｔである。触媒の目的は、酸化反応をスピードアップさせて、有機分析種のＣＯ２への完全燃焼、又はＣＯへの部分燃焼を確実にすることである。酸化反応は、前記触媒を充填したチャネル内で生じ得る。チャネルは、任意のサイズの内径を有し得るが、０．０１ｃｍから１．３ｃｍが好ましい。内部チャネルの全体積は、０．０５ｃｍ３より小さくても、また、４ｃｍ３より大きくてもよいが、０．０５ｃｍ３から４ｃｍ３が好ましい。チャネルは、良好なクロマトグラフィーを保持するために、直径及び体積を小さくして、ピークの広がりを最小にする。酸化触媒用の担体は、チタニア、アルミナ、シリカ、又はシリカ−アルミナであり得るが、約０．２５ｍｍの粒径を有する非多孔質シリカ担体が最も好ましい。
【００３４】
酸化反応装置の排出口［１７］には、一般的に、移動相及び／又は分析種の酸化から生じるＣＯ２及び／又はＣＯが含有される。システムにおいて、全ての分析種が、ＣＯ又はＣＯ２に転化されなければ、有利であり得る。この場合、移動相にはＣＯに転化されるメタノールが含有され得るが、分析種はＣＯに転化されない。このような装置の利点は、ＦＩＤはＣＯを検出しないので、ＦＩＤ検出器を使用する場合、移動相のメタノールからのベースライン信号が低減されることである。そのとき、分析種は、ＣＯに完全には転化されず、依然として、ＦＩＤによって検出可能なＣＨ部分を含有しているので、分析種をＦＩＤによって分析することができる。あるいは、分析種の全てをＣＯ又はＣＯ２に転化し、ＦＩＤ以外の、赤外線センサ、質量分析計、又はＣＯ又はＣＯ２に十分に高い感度を有する別の検出器等の装置によって検出することができる。
【００３５】
図４は、本発明の別の実施形態を示す。この実施形態では、装置には、液体クロマトグラフィーからの流出液を含有する注入口［１８］、還元剤注入［１９］、反応器本体［２１］、還元反応装置［２０］、及び排出口［２２］が含まれる。液体クロマトグラフィーからの流出液を含有する注入口［１８］は、主に、断続的に濃縮又は希釈された分析種を含む水であり得る。あるいは、分析種は、連続的に、希釈又は濃縮されて、流れ得る。更に、注入口は、メタノール、アセトニトリル、二酸化炭素を含む任意の他の溶媒、又は任意の量の他の分子を含む、液体クロマトグラフィーにおいて通常使用される他の溶媒であり得る。還元反応装置［２０］には、還元触媒が含まれる。一実施形態の触媒には、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｒｈ又はＦｅ還元触媒、又はこれらの元素の組み合わせから構成される還元触媒が含まれる。Ｒｕは、メタンＣＨ４生成に必要な水素添加、Ｃ−Ｏ結合破壊反応を行うこれらの元素のうち最も高い能力を有するので、最も好ましい還元触媒はＲｕである。メタンは、水素炎イオン化型検出器（ＦＩＤ）によって検出することができるので、メタンが望ましい。還元反応装置に入る全てのＣＯ及びＣＯ２がメタンにほぼ完全に（＞９９％）転化されるのが理想的である。液体クロマトグラフィー流出液から入る全ての有機分析種が、装置の排出口［２２］では、メタンに完全に転化されているのが望ましい。
【００３６】
還元反応装置のチャネルは、任意のサイズの内径を有し得るが、０．０１ｃｍから１．３ｃｍが好ましい。内部チャネルの全体積は、０．０５ｃｍ３より小さくても又は４ｃｍ３より大きくてもよいが、０．０５ｃｍ３から４ｃｍ３が好ましい。チャネルは、良好なクロマトグラフィーを保持するために、直径及び体積を小さくして、ピークの広がりを最小にする。ＦＩＤは、高感度であり、メタン濃度の応答の線形が７桁を超える大きさであるため、メタンを含有している排出流［６］を、メタン検出のためにＦＩＤに送ることができる。あるいはその代わりに、排出流を、メタン、又はその反応の別の副生成物に対して十分に高い感度を有する別の検出器に送ることができる。
【００３７】
図５は、本発明の別の実施形態を示す。この実施形態では、装置には、液体クロマトグラフィーからの流出液を含有する注入口［２３］、反応装置［２４］、反応器本体［２５］、及び装置からの排出口［２６］が含まれる。上記の実施形態とは異なり、この実施形態には、酸化剤又は還元剤の注入は含まれない。この装置に最も関連する液体クロマトグラフィー流出液は、ＣＯ２及びメタノールの流れであるが、他の液体流であることができる。このような組成は、超臨界流体クロマトグラフィーを実施する装置の場合に見られる。超臨界流体クロマトグラフィーが、従来の方法でＦＩＤと組み合わされている場合、ＦＩＤはメタノールからの信号によって飽和されるので、当該システムは、移動相に有機物の改質剤（例えば、メタノール）がない場合にのみ使用することができる。従って、メタノールは、除去されるか又はＦＩＤで応答しない分子に選択的に転化されなければならない。この実施形態では、反応装置［２４］は、メタノールをＣＯに選択的に転化する。反応は、メタノール分解として説明することができ、反応スキームは次の通り：ＣＨ３ＯＨ→ＣＯ＋２Ｈ２である。その触媒及び条件は、他の分子の分解を最小にするか又は防止するように選択される。例えば、イブプロフェン（イソブチルフェニルプロパン酸）の分子式はＣ１３Ｈ１８Ｏ２である。この分子から生成し得るＣＯ分子の最大数は２である。反応後、ＣＨ部分の少なくとも１１個の炭素原子が残り、ＦＩＤ検出器中で信号を出す。
【００３８】
反応装置［２４］には、（非制限的に、）Ｃｕ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｒｈ、又はＦｅ還元触媒、又はこれらの元素の組み合わせを含み得る触媒が含まれる。反応に最も好ましい触媒はＣｕで、この反応に活性が最も高く、副生成物を抑制するからである。反応装置のチャネルは、任意のサイズの内径を有し得るが、０．０１ｃｍから１．３ｃｍが好ましい。内部チャネルの全体積は、０．０５ｃｍ３より小さくても、また、４ｃｍ３より大きくてもよいが、０．０５ｃｍ３から４ｃｍ３が好ましい。チャネルは、良好なクロマトグラフィーを保持するために、直径及び体積を小さくして、ピークの広がりを最小にする。ＦＩＤは、高感度であり、分析種濃度の応答の線形が多数の桁を越える大きさであるので、非酸化分子を含有している排出流［２６］を、有機分子の検出のためにＦＩＤに送ることができる。あるいはその代わりに、排出流を、有機分子又は反応副産物に対して十分に高い感度を有する別の検出器に送ることができる。
【００３９】
図６は、酸化反応装置の特定の設計の一実施形態を示す。この装置には、液体クロマトグラフィーからの流出液を含有する注入口［２８］、酸化剤注入口［２７］、液体及び／又は気体を噴霧するためのノズル［２９］、追加的なキャリアガス又は酸化剤の注入口［３０］、ベント排出口［３１］、酸化触媒［３２］、及び排出口［３３］が含まれる。液体クロマトグラフィー流出液［２８］は、本明細書で前記したもののいずれかであり得る。酸化剤注入口［２７］には、本明細書に記載の任意の酸化剤分子が含有され得る。ノズルは、触媒床［３２］に接触する液滴を生成するのを助ける注入管［２８］の狭窄部であり得る。追加的なキャリアガス又は酸化剤の注入口［３０］を、ヘリウム、アルゴン、窒素等の不活性キャリアガスに使用することができる。あるいは、それを酸化剤に使用することができる。ベント排出口［３１］は、ベントに分割されるか、又は装置の排出口［３３］に分割される、注入流の割合を制御するのに使用され、装置の排出口［３３］近くに配置することもできる。触媒［３２］は、本明細書に記載した任意の酸化触媒からなることができる。他の設計と比較した場合の、この酸化反応装置の利点は、液体が高温の触媒と直接接触可能であることである。例えば、単純な管の場合には、内壁に付着した分析種によってファウリングを生じる可能性がある。この設計の場合、注入管［２９］をより低温に維持しながら、液体は高温の触媒と直接接触することが可能になるので、ファウリングは最小限に抑えられる。
【００４０】
図７は、前記の装置のいずれかと結合させて使用することができる分離装置の一実施形態を示す。この装置には、液体クロマトグラフィー又は反応器流出液からの注入口［３４］、排出口［３７］、半透膜［３６］、流体注入口［３８］及び流体排出口［３５］が含まれる。この装置の目的は、反応及び検出前に、メタノール、アセトニトリル、ＣＯ２、ＣＯ、Ｈ２Ｏ及び他の小さい分子を液体クロマトグラフィー流出液流から除去することである。流出液［３４］からの小さい分子は、膜［３６］を通過するので、その分子は、高濃度から低濃度に流体［３８］中で拡散する。抽出流体［３５］は、液体クロマトグラフィー流出液よりも、除去する標的分子（例えば、メタノール及びアセトニトリル）の濃度が低い。むしろ、膜を通る分子運動の運動力を作り出すのに、高い圧力を使用し得る。向流設計は、例えば、並流と比較して、分離能力が改善されるので、好ましい設計である。半透膜は、標的分子は通過して拡散可能であるが、目的の分析種は通過して拡散するのを阻止可能であるものが最適である。このような膜は、典型的には、逆浸透圧法又はナノフィルトレーション用途のために設計された膜であってもよく、１から２０Åの範囲の細孔径を有する。これらの膜を製造する企業の例としては、Ｅｖｏｎｉｋ、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍｅｍｂｒａｎｅｓ  Ｉｎｃ．、Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ／Ｔｈｅ  ＦｉｌｍＴｅｃ  Ｃｏｒｐ．、及びＧＥ  Ｏｓｍｏｎｉｃｓが挙げられる。膜は、フィルム、中空繊維、又は他の形状であってもよい。この装置によって、排出口［３７］におけるメタノール及びアセトニトリルの濃度をゼロ又は１ｐｐｍ未満に減少させるのが理想的である。このような装置の利点は、ＦＩＤ又は他の検出器における溶媒から得られるベースライン信号を低減又は排除できることである。ベースライン信号が低い程、検出限界が高くなり、最終的に優れたクロマトグラフィーの結果が得られる。抽出用流体は、純水、水と過酸化水素との混合物、又は別の液体、気体、液体混合物、若しくは気体混合物であり得る。過酸化水素は、有機分子を溶媒和させ、ファウリングを防止するのを助けるので、過酸化水素が望ましい。
【００４１】
図８は、液体クロマトグラフィー流出液注入口［３９］、流体排出口［４０］、半透膜［４１］、分離装置の排出口［４２］、流体注入口［４３］、酸化剤注入口［４４］、酸化反応装置［４５］、還元剤注入口［４６］、還元反応装置［４７］、及び排出口［４８］を含むシステムの一実施形態を示す。このような装置は、液体クロマトグラフィー流出液から有機溶媒を除去し、有機分析種をＣＯ又はＣＯ２に酸化し、続いて、（有機分析種に由来する）ＣＯ及びＣＯ２をＣＨ４に還元することができる。最終的に、このシステムによると、ＦＩＤ又はメタン又はＮ２、ハロゲン、及び硫黄等の反応副生成物を検出するのに十分に高い感度を有する別の検出器と組み合わせた場合、液体クロマトグラフィーシステムに由来する殆どの有機分析種を高感度で検出可能である。
【００４２】
図９は、液体クロマトグラフィーからの注入口［４９］、有機分析種に１種以上の触媒反応（単数又は複数）を行う装置［５０］、反応装置の排出口［５１］、ＦＩＤ検出器［５２］、及びＦＩＤ検出器の排出口を含むシステムの一実施形態を示す。このシステムは、有機分析種全てに高い感度を有するので、このシステムは、他の液体クロマトグラフィー検出システムよりも優れている。
【００４３】
三次元金属印刷、即ち付加的製造法を、前記装置のいずれか又は全てを作製するのに使用することができる。この技術によると、内部形状を正確に制御することが可能である。本発明の一実施形態で必要とされる小さくて複雑な形状は、機械加工等の代替的な反応器作製方法によっては作製できないであろう。三次元印刷に使用される選択的レーザー焼結システムは市販されている。このような選択的レーザプリンターを販売するこのような会社の１つに、３Ｄシステムがある。一実施形態で記載した反応器本体は、レイヤー・バイ・レイヤープリンターによって作製されており、これは、複雑な内部構造を作り出す。印刷プロセスの後、又はその間に、触媒は、反応器に、機械的な力を使用して充填されるか、又はスラリーとして注入される。装置のサイズが小さいので、既存のクロマトグラフィーハードウェア内に簡単に配置して統合することができ、装置の熱応答が高められる。シームレス構造の結果として、装置の温度分布が均一になる。装置の内部の体積及び形状は、デッドボリューム及び軸方向分散を排除して、クロマトグラフィーの分離で既に存在する軸方向分散への追加を確実に最小にさせるように選択される。
【００４４】
ＦＩＤ等の検出器と組み合わせるこの反応システムは、典型的なＬＣ検出器の分析範囲、感度及び困難さを改善する。更に、装置を小型化した要因によって、既存のＬＣ機器内で、改変することなく、容易に配置可能である。装置の単純さによって、このシステムは、ＬＣシステムの代替的な検出器に匹敵するか、又はより安い価格で販売可能になる。密閉装置によって、健康危害をもたらすことが知られている触媒に、意図せず環境又はユーザーが暴露されないことを確実にする。
【００４５】
本発明の前記説明によって、当業者は、最良の形態であるとこの時点で考えられるものを製造し、使用することが可能になるが、当業者であれば、本発明に、特定の実施形態、方法及び実施例の、変形、組み合わせ及び等価物が存在することを理解し、認識するであろう。従って、本発明は、前記の実施形態、方法、及び実施例によってではなく、本発明の範囲及び趣旨内にある全ての実施形態及び方法によって限定されるものである。
【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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【国際調査報告】
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