(57)【要約】【課題】分解能を大きく向上させたクロマトグラフィー用カラムを提供する。【解決手段】クロマトグラフィー用カラム１３は、一対の側壁２３および底壁を有し、その内部に移動相を流すことが可能な流路１２と、所定の間隔を空けてそれぞれ規則的に配置される複数の柱部３１、３２とを備える。ここで、各柱部３１、３２の外形面は、曲面を含んでいる。側壁２３は、柱部３１の外形面に沿った曲面をその一部に含む。ここで、移動相の流れ方向において、最も側壁２３に近い位置に設けられている柱部３１、３２と側壁２３との最短距離は、柱部３１、３２同士の最短距離と同じである。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向して配置される一対の側壁、および前記一対の側壁に連なって前記一対の側壁の底側に配置される底壁を有し、その内部に移動相を流すことが可能な流路と、前記底壁から前記側壁に沿う方向に延びるようにして設けられ、所定の間隔を空けてそれぞれ規則的に配置される複数の柱部とを備え、前記複数の柱部を固定相として、前記移動相によって移動させられる複数種類の成分を含む混合試料の各成分を分離可能なクロマトグラフィー用カラムであって、
前記各柱部の外形面は、曲面を含んでおり、
前記側壁は、前記柱部の外形面に沿った曲面をその一部に含み、
前記移動相の流れ方向において、最も前記側壁に近い位置に設けられている柱部と前記側壁との最短距離は、前記柱部同士の最短距離と同じである、クロマトグラフィー用カラム。
【請求項２】
前記複数の柱部は、円筒状であり、
前記複数の柱部は、前記柱部の延びる方向に直交する平面で前記柱部を切断した断面において、前記各柱部の中心の座標が最密充填構造における配置となるように設けられており、
前記断面において、前記側壁は、最も前記側壁に近い位置に設けられている第一の柱部の中心を中心として前記第一の柱部に隣り合う第二の柱部の外形線と接する仮想の円の外形線の一部、およびその径が前記柱部の径と同じであり、その中心を前記第一および第二の柱部のそれぞれの中心とを結んだ際に正三角形が形成されるような位置とする仮想の柱部の外形線の一部を連ねた線で構成される凹凸形状を前記移動相の流れ方向において繰り返した形状である、請求項１に記載のクロマトグラフィー用カラム。
【請求項３】
前記複数の柱部は、前記柱部の延びる方向に直交する平面で前記柱部を切断した断面において、断面楕円形状であって、前記各柱部の中心の座標が最密充填構造における配置となるように設けられており、
前記断面において、前記側壁は、最も前記側壁に近い位置に設けられている第一の柱部の中心を中心として前記第一の柱部に隣り合う第二の柱部の外形線と接し、前記楕円と相似形の仮想の楕円の外形線の一部、およびその円弧が前記柱部を構成する円弧と同じであり、その中心を前記第一および第二の柱部のそれぞれの中心とを結んだ際に二等辺三角形が形成されるような位置とする仮想の柱部の外形線の一部を連ねた線で構成される凹凸形状を前記移動相の流れ方向において繰り返した形状である、請求項１に記載のクロマトグラフィー用カラム。
【請求項４】
対向して配置される一対の側壁、および前記一対の側壁に連なって前記一対の側壁の底側に配置される底壁を有し、その内部に移動相を流すことが可能な流路と、前記底壁から前記側壁に沿う方向に延びるようにして設けられ、所定の間隔を空けてそれぞれ規則的に配置される複数の柱部とを備え、前記各柱部の外形面は、曲面を含んでおり、前記側壁は、前記柱部の外形面に沿った曲面をその一部に含み、前記移動相の流れ方向において、最も前記側壁に近い位置に設けられている柱部と前記側壁との最短距離は、前記柱部同士の最短距離と同じであり、前記複数の柱部を固定相として、前記移動相によって移動させられる複数種類の成分を含む混合試料の各成分を分離可能なクロマトグラフィー用カラムの製造方法であって、
略平板状の被エッチング部材を準備し、
前記被エッチング部材に対して、前記複数の柱部および前記側壁の外形形状に該当する領域にマスキングを行なう工程と、
前記マスキングを行なった前記被エッチング部材に対して、エッチングを施して、前記複数の柱部間および前記柱部と前記一対の側壁との間に前記流路を形成する工程とを含む、クロマトグラフィー用カラムの製造方法。
【請求項５】
対向して配置される一対の側壁、および前記一対の側壁に連なって前記一対の側壁の底側に配置される底壁を有し、その内部に移動相を流すことが可能な流路と、前記底壁から前記側壁に沿う方向に延びるようにして設けられ、所定の間隔を空けてそれぞれ規則的に配置される複数の柱部とを備え、前記各柱部の外形面は、曲面を含んでおり、前記側壁は、前記柱部の外形面に沿った曲面をその一部に含み、前記移動相の流れ方向において、最も前記側壁に近い位置に設けられている柱部と前記側壁との最短距離は、前記柱部同士の最短距離と同じであり、前記複数の柱部を固定相として、前記移動相によって移動させられる複数種類の成分を含む混合試料の各成分を分離可能なクロマトグラフィー用カラムと、
前記流路の上流側に配置され、前記移動相と共に前記混合試料を前記流路内に導入させるポンプと、
前記流路の下流側に配置され、前記クロマトグラフィー用カラムによって分離された各成分を検出する検出部とを備える、分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、クロマトグラフィー（Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ）用カラム（以下、単に「カラム」ということがある。）、その製造方法、および分析装置に関するものであり、特に、固定相として複数の柱部をその流路内に設けたクロマトグラフィー用カラム、その製造方法、およびこのようなクロマトグラフィー用カラムを備える分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
昨今のクロマトグラフィーについては、移動相によって移動させられる混合試料の各成分の分離に用いられるクロマトグラフィー用カラムにおいて、固定相として筒状のカラム内に充填され、所定の粒径を有する複数の粒子の代わりに、カラムの流路内に無数の柱部（ピラー）を設け、この無数の柱部を固定相として適用するものがある。すなわち、カラムは、対向して配置される一対の側壁、および一対の側壁に連なって一対の側壁の底側に配置される底壁を有し、その内部に移動相を流すことが可能な流路と、底壁から側壁に沿って延び、それぞれが所定の間隔を空けて設けられる複数の柱部とを備える構成である。そして、移動相を用いて流路の一方端部側から混合試料を導入して、混合試料を下流側に移動させる際に、柱部の間を通過する成分毎の移動速度差を利用して、混合試料における各成分の分離を行なうものである。このようなクロマトグラフィー用カラムは、化学分離チップとも呼ばれる。混合試料の成分や用いる移動層等に応じて、柱部の表面に化学修飾が適宜施される。
【０００３】
このようなクロマトグラフィー用カラムに関する技術が、Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｖｏｌ．７６，Ｎｏ．１５，Ａｕｇｕｓｔ  １，２００４（非特許文献１）に開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｖｏｌ．７６，Ｎｏ．１５，Ａｕｇｕｓｔ  １，２００４（Ｆｉｇｕｒｅ  １．（ｂ）、Ｆｉｇｕｒｅ  １．（ｃ））
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、カラムの流路内において、混合試料に含まれる各成分の移動状態について考える。流路内を移動する混合試料の各成分は、流路内の移動方向において多少の広がりを持って移動していく。このような移動状態において、同一成分における移動方向の幅は、分解能の向上の観点から、できるだけ狭い方が好ましい。すなわち、流路内における移動方向において、同一成分のものについては、中央領域を移動する移動速度と、端部領域、具体的には、側壁に近い領域を移動する移動速度とが、できるだけ等しいことが望まれる。
【０００６】
ここで、非特許文献１には、流れ方向に真直ぐに延びる側壁に対して、柱部が配置される部分を略半円形状に突出させた側壁形状を有するカラム、および流れ方向に真直ぐに延びる側壁形状を有するカラムが記載されている。しかし、このようなカラムの形状では、中央領域と端部領域との移動速度差が大きく、分解能としては不十分である。これは、混合試料を分離する際の非特許文献１に開示の側壁形状における多数の流路拡散や分子拡散等の影響であると考えられる。
【０００７】
この発明の目的は、分解能を大きく向上させたクロマトグラフィー用カラムを提供することである。
【０００８】
この発明の他の目的は、分解能を大きく向上させたクロマトグラフィー用カラムを精度よく、かつ効率的に製造することができるクロマトグラフィー用カラムの製造方法を提供することである。
【０００９】
この発明のさらに他の目的は、分析精度を向上させた分析装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係るクロマトグラフィー用カラムは、対向して配置される一対の側壁、および一対の側壁に連なって一対の側壁の底側に配置される底壁を有し、その内部に移動相を流すことが可能な流路と、底壁から側壁に沿う方向に延びるようにして設けられ、所定の間隔を空けてそれぞれ規則的に配置される複数の柱部とを備える。そして、複数の柱部を固定相として、移動相によって移動させられる複数種類の成分を含む混合試料の各成分を分離可能である。ここで、各柱部の外形面は、曲面を含んでおり、側壁は、柱部の外形面に沿った曲面をその一部に含む。また、移動相の流れ方向において、最も側壁に近い位置に設けられている柱部と側壁との最短距離は、柱部同士の最短距離と同じである。
【００１１】
このように構成することにより、流路内の中央領域において隣り合う柱部同士の間隔と、流路内の側壁に近い領域における柱部と側壁との間隔とを等しくして、流路内を流れる移動層の移動方向において、中央領域における移動速度と側壁に近い端部領域の移動速度との差を小さくすることができる。すなわち、各領域における移動速度の差を小さくすることができる。この場合、柱部の外形面は曲面を含んでおり、側壁は、柱部の外形面に沿った曲面をその一部に含むため、側壁に近い領域における移動相の流れを円滑にすることができる。したがって、このような構成のクロマトグラフィー用カラムは、混合試料を各成分に分離する際の流路拡散等の影響を低減して、分解能の向上を図ることができる。
【００１２】
好ましくは、複数の柱部は、円筒状である。また、複数の柱部は、柱部の延びる方向に直交する平面で柱部を切断した断面において、各柱部の中心の座標が最密（細密）充填構造における配置となるように設けられている。ここで、上記した断面において、側壁は、最も側壁に近い位置に設けられている第一の柱部の中心を中心として第一の柱部に隣り合う第二の柱部の外形線と接する仮想の円の外形線の一部、およびその径が柱部の径と同じであり、その中心を第一および第二の柱部のそれぞれの中心とを結んだ際に正三角形が形成されるような位置とする仮想の柱部の外形線の一部を連ねた線で構成される凹凸形状を移動相の流れ方向において繰り返した形状である。
【００１３】
こうすることにより、上記した断面において、円弧を構成する線で側壁を連ねて形成することができ、端部領域における移動相の滞留の発生を効率的に抑制して、流路内における滑らかな移動相の移動が可能となる。
【００１４】
また、複数の柱部は、柱部の延びる方向に直交する平面で柱部を切断した断面において、断面楕円形状であって、各柱部の中心の座標が最密充填構造における配置となるように設けられており、上記した断面において、側壁は、最も側壁に近い位置に設けられている第一の柱部の中心を中心として第一の柱部に隣り合う第二の柱部の外形線と接し、上記した楕円と相似形の仮想の楕円の外形線の一部、およびその円弧が柱部を構成する円弧と同じであり、その中心を第一および第二の柱部のそれぞれの中心とを結んだ際に二等辺三角形が形成されるような位置とする仮想の柱部の外形線の一部を連ねた線で構成される凹凸形状を移動相の流れ方向において繰り返した形状であってもよい。
【００１５】
この発明の他の局面において、クロマトグラフィー用カラムの製造方法は、対向して配置される一対の側壁、および一対の側壁に連なって一対の側壁の底側に配置される底壁を有し、その内部に移動相を流すことが可能な流路と、底壁から側壁に沿う方向に延びるようにして設けられ、所定の間隔を空けてそれぞれ規則的に配置される複数の柱部とを備え、各柱部の外形面は、曲面を含んでおり、側壁は、柱部の外形面に沿った曲面をその一部に含み、移動相の流れ方向において、最も側壁に近い位置に設けられている柱部と側壁との最短距離は、柱部同士の最短距離と同じであり、複数の柱部を固定相として、移動相によって移動させられる複数種類の成分を含む混合試料の各成分を分離可能なクロマトグラフィー用カラムの製造方法である。ここで、クロマトグラフィー用カラムの製造方法は、略平板状の被エッチング部材を準備し、被エッチング部材に対して、複数の柱部および側壁の外形形状に該当する領域にマスキングを行なう工程と、マスキングを行なった被エッチング部材に対して、エッチングを施して、複数の柱部間および柱部と一対の側壁との間に流路を形成する工程とを含む。
【００１６】
このようなクロマトグラフィー用カラムの製造方法によると、分解能の高いクロマトグラフィー用カラムを精度よくかつ効率的に製造することができる。
【００１７】
この発明のさらに他の局面において、分析装置は、対向して配置される一対の側壁、および一対の側壁に連なって一対の側壁の底側に配置される底壁を有し、その内部に移動相を流すことが可能な流路と、底壁から側壁に沿う方向に延びるようにして設けられ、所定の間隔を空けてそれぞれ規則的に配置される複数の柱部とを備え、各柱部の外形面は、曲面を含んでおり、側壁は、柱部の外形面に沿った曲面をその一部に含み、移動相の流れ方向において、最も側壁に近い位置に設けられている柱部と側壁との最短距離は、柱部同士の最短距離と同じであり、複数の柱部を固定相として、移動相によって移動させられる複数種類の成分を含む混合試料の各成分を分離可能なクロマトグラフィー用カラムと、流路の上流側に配置され、移動相と共に混合試料を流路内に導入させるポンプと、流路の下流側に配置され、クロマトグラフィー用カラムによって分離された各成分を検出する検出部とを備える。
【００１８】
このような分析装置によれば、分析精度の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１９】
このようなクロマトグラフィー用カラムによると、流路内の中央領域において隣り合う柱部同士の間隔と、流路内の側壁に近い領域における柱部と側壁との間隔とを等しくして、流路内を流れる移動層の移動方向において、中央領域における移動速度と側壁に近い端部領域の移動速度との差を小さくすることができる。すなわち、各領域における移動速度の差を小さくすることができる。この場合、柱部の外形面は曲面を含んでおり、側壁は、柱部の外形面に沿った曲面をその一部に含むため、側壁に近い領域における移動相の流れを円滑にすることができる。したがって、このような構成のクロマトグラフィー用カラムは、混合試料を各成分に分離する際の流路拡散等の影響を低減して、分解能の向上を図ることができる。
【００２０】
また、このようなクロマトグラフィー用カラムの製造方法によると、分解能の高いクロマトグラフィー用カラムを精度よく、かつ効率的に製造することができる。
【００２１】
また、このような分析装置によれば、分析精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明に係る分析装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】この発明に係るカラムのうちの流路の外観の一部を示す拡大写真である。
【図３】図２中のＩＩＩで示す部分の拡大写真である。
【図４】この発明に係るカラムの外形形状を示す概略断面図である。
【図５】この発明に係るカラムのうちの流路の一部を示す概略断面図である。
【図６】図５中のＶＩで示す部分の拡大図である。
【図７】図６中のＶＩＩで示す部分の拡大図である。
【図８】従来における第一のカラムの流路の構成を示す図である。
【図９】図８中のＩＸで示す部分の拡大図である。
【図１０】従来における第二のカラムの流路の構成を示す図である。
【図１１】図１０中のＸＩで示す部分の拡大図である。
【図１２】従来における第一のカラムにおいて、所定時間経過した後の混合試料の流れ方向の分布状態を示す解析図である。
【図１３】従来における第二のカラムにおいて、所定時間経過した後の混合試料の流れ方向の分布状態を示す解析図である。
【図１４】この発明に係るカラムにおいて、所定時間経過した後の混合試料の流れ方向の分布状態を示す解析図である。
【図１５】柱部同士の間隔を２μｍ、柱部と側壁との間隔を１μｍとしたカラムにおいて、所定時間経過した後の混合試料の流れ方向の分布状態を示す解析図である。
【図１６】柱部同士の間隔を２μｍ、柱部と側壁との間隔を３μｍとしたカラムにおいて、所定時間経過した後の混合試料の流れ方向の分布状態を示す解析図である。
【図１７】柱部同士の間隔を２μｍ、柱部と側壁との間隔を４μｍとしたカラムにおいて、所定時間経過した後の混合試料の流れ方向の分布状態を示す解析図である。
【図１８】各カラムにおいて、検出器で濃度を検出した場合の解析結果を示すグラフである。
【図１９】柱部同士の間隔および柱部と側壁との間隔を１μｍとした場合の解析結果を示す。
【図２０】柱部同士の間隔および柱部と側壁との間隔を３μｍとした場合の解析結果を示す。
【図２１】柱部同士の間隔および柱部と側壁との間隔を４μｍとした場合の解析結果を示す。
【図２２】この発明の他の実施形態に係るカラムのうちの流路の一部を示す概略断面図であり、柱部が幅方向に長い断面楕円形状の場合である。
【図２３】この発明のさらに他の実施形態に係るカラムのうちの流路の一部を示す概略断面図であり、柱部が流れ方向に長い断面楕円形状の場合である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。まず、この発明の一実施形態に係る分析装置の構成について説明する。図１は、この発明に係る分析装置の構成を概略的に示す図である。
【００２４】
図１を参照して、この発明に係る分析装置１１は、複数種類の成分が混合された混合試料について、クロマトグラフィーの原理を利用し、クロマトグラフィー用カラムを通して混合試料の各成分を分離し、分離した各成分をそれぞれ検出して分析するものである。このような分析装置１１は、例えば、複数の種類のタンパク質等が混合された生体液の混合試料における各成分の分析等に対して用いられる。
【００２５】
分析装置１１は、おおよそ真直ぐ一方方向に延び、その内部に移動相および混合試料を流すことが可能な流路１２を有し、移動相によって移動させられる複数種類の成分を含む混合試料の成分を分離するクロマトグラフィー用カラム１３と、移動相と共に混合試料をカラム１３に導入するポンプ１４と、カラム１３によって分離された試料の各成分を検出する検出器１５と、検出器１５の動作等を制御するコンピュータ１６とを備える。
【００２６】
ポンプ１４は、流路１２の上流側に配置されており、ポンプ１４とカラム１３とは、パイプ２０によって接続されている。ポンプ１４は、パイプ２０を介して、カラム１３のうち、流路１２の一方端部となる上流側から移動相および混合試料を導入する。検出器１５は、流路１２の下流側に配置されており、検出器１５とカラム１３とは、パイプ２１によって接続されている。混合試料は、カラム１３によって各成分に分離された後、カラム１３の他方端部となる下流側から排出され、パイプ２１を介して検出器１５内に導入される。検出器１５は、導入された各成分の検出、すなわち、各成分がどのような成分であるかの検出を行なう。なお、検出器１５には、検出し終えた各成分を含む移動相を検出器１５外、引いては分析装置１１外に排出するためのパイプ２２も設けられている。なお、移動相の流量や流速等については、要求されるカラム１３の性能、分解能、混合試料に含まれる成分の種類、混合試料の量等によって適宜選択される。また、移動相としては、例えば、液体が用いられる。
【００２７】
カラム１３は、略平板状のベース部１７と、ベース部１７全体を覆う略平板状のカバー部１８とから構成されている。上記した流路１２は、略平板状のベース部１７の一方側の面１９から凹むようにして設けられている。流路１２は、図１中の左側から右側に向かって、移動相および混合試料を流すことが可能な構成である。すなわち、図１中の流路１２の左側が上流側となり、図１中の流路１２の右側が下流側となる。
【００２８】
図２は、この発明に係るカラム１３の外観の一部を示す拡大写真である。図３は、図２中のＩＩＩで示す部分の拡大写真である。図４は、この発明に係るカラム１３の外形形状を示す概略断面図である。図４は、柱部２６の延びる方向に直交する平面でカラム１３を切断した場合の断面図である。
【００２９】
図１〜図４を参照して、流路１２は、対向する一対の側壁２３、２４と、一対の側壁２３、２４の底側に配置される底壁２５とを備える。理解の容易の観点から、図４においては、側壁２３、２４の形状を左右方向に真直ぐに延びるように図示しているが、正確には、側壁２３、２４の形状は、図５〜図７に示す通りである。なお、側壁２３、２４の具体的な形状については、後述する。
【００３０】
流路１２を構成する底壁２５から円柱状に延びる複数の柱部２６が設けられている。柱部２６は、底壁２５から上方向、すなわち、図２中の紙面上方向に真直ぐに延びるように設けられている。円柱状の柱部２６の先端は、ベース部１７上にカバー部１８が配置された際に、カバー部１８の下面に当接するよう構成されている。すなわち、ベース部１７上にカバー部１８が配置された際に、一対の側壁２３、２４、底壁２５、およびカバー部１８に囲われた空間内で、複数の柱部２６の間に位置する領域が、移動相および混合試料を流れるようにして移動させる流路１２となる。柱部２６の表面、すなわち、柱部２６の外形面は、曲面で構成されており、いわゆる化学修飾が可能なように構成されている。この複数の柱部２６が、クロマトグラフィーにおける固定相となる。なお、複数の柱部２６の具体的な配置構成については、後述する。
【００３１】
両側壁２３、２４は、柱部２６の延びる方向に沿って上方向に延びる形状である。流路１２のうち、上流側端部となり、移動相および混合試料が導入されるインレット２７の大きさ、具体的には、図４中におけるインレット２７の上下方向の幅は、下流側端部となり、各成分に分離された試料が排出されるアウトレット２８の上下方向の幅よりも小さく構成されている。両側壁２３、２４については、インレット２７から移動方向に真直ぐに延びた後、テーパ状にその幅を広げるようにして延びるように構成されている。このような構成とすることにより、効率的に流路１２内で混合試料を分離することができる。
【００３２】
なお、流路１２の具体的な寸法については、以下の通りである。すなわち、いわゆるカラム長さとして、図４中の長さ寸法Ａ１で示すインレット２７からアウトレット２８までの長さは、約３００μｍである。図４中の長さ寸法Ａ２で示すインレット２７の幅は、約２０μｍである。図４中の長さ寸法Ａ３で示すアウトレット２８の幅は、約５０μｍである。この発明に係るカラム１３は、このようなスケール、すなわち、マイクロメートルオーダーのものである。なお、図４等からも把握できるように、カラム１３は、左右方向、すなわち、横方向に長い形状である。
【００３３】
次に、カラム１３の具体的な構成について説明する。図５は、この発明に係るカラム１３の一部を示す概略断面図である。図６は、図５中のＶＩで示す部分の拡大図である。図７は、図６中のＶＩＩで示す部分の拡大図である。図５〜図７は、柱部２６の延びる方向に直交する平面でカラム１３を切断した断面に相当する。なお、図５〜図７において、長さ方向とは、図５〜図７において紙面左右方向で表されるカラム長さ方向を示し、幅方向とは、図５〜図７において紙面上下方向で表されるカラムの幅方向を示す。また、移動相および混合試料の移動方向については、図５〜図７中、矢印Ｖで示す。
【００３４】
図５〜図７を参照して、まず、複数の柱部２６の具体的な配置構成について説明する。図５〜図７において、円柱状の柱部２６は、その外形線が円となる。複数の柱部２６は、各柱部２６の中心の座標が最密充填構造における配置となるように、所定の間隔を空けてそれぞれ規則的に配置されている。すなわち、各柱部２６において、隣り合う柱部２６との最短距離は、それぞれ等しい構成である。ここでは、幅方向に７つに並ぶ柱部２６が設けられた第一の列２９と、幅方向に６つに並ぶ柱部２６が設けられた第二の列３０とが、長さ方向において交互に配置された構成である。そして、第一および第二の列２９、３０に跨って隣り合う３つの柱部２６のうち、図５等に示す断面において、３つの柱部２６のそれぞれの中心を直線で結んだ形状は、正三角形となる。なお、この実施形態において、例えば、図６中に示される柱部２６間の最短距離Ａ４は、上記した所定の間隔であって、２μｍとしている。また、柱部２６同士の間を移動相および混合試料が移動する領域を中央領域となり、柱部２６と側壁２３、２４との間を移動相および混合試料が移動する領域を端部領域となる。
【００３５】
次に、流路１２を構成する一対の側壁２３、２４のうち、一方側の側壁２３の具体的な形状について説明する。所定の間隔を空けて設けられる複数の柱部２６のうち、上記した第一の列２９において側壁２３に最も近い位置にある柱部２６を第一の柱部３１とし、第二の列３０において側壁２３に最も近い位置にある柱部２６を第二の柱部３２とする。第一および第二の柱部３１、３２は、移動方向にずれて隣り合った構成であり、幅方向において、第一の柱部３１は、第二の柱部３２よりも外側、すなわち、流路１２の幅方向の中心から遠い位置に設けられている。
【００３６】
そして、第一の柱部３１の中心３３を中心として、第二の柱部３２の外形線３４と接する仮想の円を描く。図７において、仮想の円の外形線３５は、点線で示している。また、その中心と第一および第二の柱部３１、３２のそれぞれの中心３３、３６とを結んだ線が正三角形となるような中心３７を有し、その径が柱部２６の径と同じである仮想の柱部３８を描く。仮想の柱部３８の外形線３９は、一点鎖線で示している。また、それぞれの中心３３、３６、３７を結んで作成される正三角形も、一点鎖線で示している。なお、仮想の柱部３８は、側壁２３がなければ、最密充填構造における配置パターンで流路に形成されていた柱部となる。なお、いずれの外形線３５、３９も、円弧状である。
【００３７】
ここで、側壁２３は、上記した断面、すなわち、例えば、図７に示す断面において、描いた仮想の円の外形線３５の一部、および描いた仮想の柱部３８の外形線３９の一部を連ねた線で構成される凹凸形状を移動相の流れ方向において繰り返した形状である。この側壁２３を構成する線は、図７において、太い実線４０で示している。
【００３８】
詳しく説明すると、図７に示す断面において、第二の柱部３２に近い領域、具体的には、仮想の円の外形線３５と仮想の柱部３８の外形線３９との交点４１から、第二の柱部３２にさらに移動方向に隣り合う第三の柱部４２において、第三の柱部４２の中心４３を中心として第二の柱部３２の外形線３４に接する仮想の円の外形線４４と第二の柱部３２の外形線３４との交点４５までの長さ方向の領域においては、側壁２３を構成する線は、仮想の柱部３８の外形線３９となる。この第一の柱部３１に近い領域、具体的には、交点４１から交点４５までの長さ方向の領域において、側壁２３は、柱部３１の外形面に沿った曲面となる。また、交点４１の下流側であって第一の柱部３１に近い領域では、側壁２３を構成する線は、仮想の円の外形線３５に沿った線となる。交点４１の上流側であって第三の柱部４２に近い領域においては、側壁２３を構成する線は、仮想の円の外形線４４に沿った線となる。そして、仮想の柱部３８の中心３７を通り、長さ方向に真直ぐに延びる線を図７中の二点鎖線で示す基準線４６とすると、図７に示す断面において側壁２３を構成する線は、この基準線４６に対して凹凸を繰り返す形状、すなわち、流路１２の中心側、この場合、図７における紙面上方向に向かって基準線４６から突出する部分と、流路１２の中心から離れる側、この場合、図７における紙面下方向に向かって基準線４６から凹む部分とが、長さ方向において交互に繰り返し出現する形状である。繰り返す側壁形状の単位については、描いた仮想の円の外形線３５と同様にして作図される仮想の柱部の外形線（図示せず）との交点４７から交点４５までの長さ方向の領域Ａ５が繰り返す側壁形状の単位であり、この領域において形成される側壁形状を、設けられる複数の柱部２６の数に応じて繰り返す形状となる。
【００３９】
この実施形態においては、図６中の長さ寸法Ａ６で示す第一の柱部３１と側壁２３との最短距離、および長さ寸法Ａ７で示す第二の柱部３２と側壁２３との最短距離は、共に２μｍとなる。なお、側壁２３のうち、テーパ状の領域についても、図５で示すように、同様の形状で構成されている。
【００４０】
なお、他方側の側壁２４の形状についても、上述した一方側の側壁２３の形状と同様の構成であるため、その説明を省略する。
【００４１】
このような構成のカラム１３によると、流路１２内の中央領域において隣り合う柱部２６同士の間隔と、流路１２内の側壁２３に近い領域における柱部３１、３２と側壁２３との間隔とを等しくして、流路１２内を流れる移動層の移動方向において、中央領域における移動速度と側壁２３に近い端部領域の移動速度との差を小さくすることができる。すなわち、各領域における移動速度の差を小さくすることができる。この場合、柱部２６の外形面は曲面を含んでおり、側壁２３は、柱部２６の外形面に沿った曲面をその一部に含むため、側壁２３に近い領域における移動相の流れを円滑にすることができる。したがって、このような構成のカラム１３は、混合試料を各成分に分離する際の流路拡散等の影響を低減して、分解能の向上を図ることができる。
【００４２】
また、この場合、円弧を構成する線で側壁２３を連ねて形成することができ、端部領域における移動相の滞留の発生を効率的に抑制して、流路内における滑らかな移動相の移動が可能となる。
【００４３】
次に、このような形状を有するカラムを製造する方法の一例について説明する。まず、シリコン（Ｓｉ）等を素材とする略平板状のベース部を準備する。そして、ベース部の板厚方向の一方側の面となる主表面に対して、後に柱部となる部分および側壁となる部分に対して、マスキングを行なう。すなわち、複数の柱部および側壁の外形形状に該当する領域にマスキングを行う。この場合、例えば、半導体素子の製造等において用いられるフォトリソグラフィーの技術を応用してもよい。その後、エッチングにより、マスキングした領域を残存させ、それ以外の領域を底壁に該当する部分に至るまで削るようにしてエッチング処理を行う。すなわち、マスキングを行なった非エッチング部材に対して、エッチングを施して、複数の柱部間および柱部と一対の側壁との間に流路を形成する。このようにして、この発明に係る流路を形成し、カラムを製造する。
【００４４】
このような製造方法によれば、分解能の高いクロマトグラフィー用カラムを精度よく、かつ効率的に製造することができる。特に、上記したようなスケールにおいて、カラムの微細な構造、具体的には、上記した柱部および側壁の形状をより忠実に再現して製造する際に、精度よく、かつ効率的に行なうことができる。
【００４５】
次に、この発明に係るカラムと、従来におけるカラムとの差について説明する。図８は、従来における第一のカラムの流路の構成を示す図である。図９は、図８中のＩＸで示す部分の拡大図である。図８は、図５に対応し、図９は、図６に対応する。図８および図９は、非特許文献１のＦｉｇｕｒｅ  １．（ｂ）に開示された流路のモデルである。具体的には、従来の第一のカラム５１は、側壁５２が設けられる位置において、柱部を半分に切った半円筒状の柱部が設けられた構成である。図９中で示す第一の柱部に該当する柱部５３と側壁５２との最短距離である幅方向の長さ寸法Ｂ１は、１μｍであり、図９中で示す第二の柱部に該当する柱部５４と側壁５２との最短距離である幅方向の長さ寸法Ｂ２は、２μｍである。なお、柱部間の最短距離は、２μｍである。
【００４６】
また、図１０は、従来における第二のカラムの流路の構成を示す図である。図１１は、図１０中のＸＩで示す部分の拡大図である。図１０は、図５に対応し、図１１は、図６に対応する。図１０および図１１は、非特許文献１のＦｉｇｕｒｅ  １．（ｃ）に開示された流路のモデルである。具体的には、従来の第二のカラム５６は、側壁５７を長さ方向に真直ぐ連ねた構成である。図１１中で示す第一の柱部に該当する柱部５８と側壁５７との最短距離である幅方向の長さ寸法Ｃ１は、１μｍであり、図１１中で示す第二の柱部に該当する柱部５９と側壁５７との最短距離である幅方向の長さ寸法Ｃ２は、４μｍである。なお、柱部間の最短距離は、２μｍである。
【００４７】
なお、この発明に係るカラム１３の流路１２の構成は、図５〜図７に示す通りであり、第一の柱部３１と側壁２３との幅方向の長さ寸法、および第二の柱部３２と側壁２３との幅方向の長さ寸法は、共に２μｍである。なお、柱部２６間の最短距離についても、２μｍである。
【００４８】
図１２は、従来における第一のカラム５１において、所定時間経過した後の混合試料の流れ方向の分布状態を示す解析図である。図１３は、従来における第二のカラム５６において、所定時間経過した後の混合試料の流れ方向の分布状態を示す解析図である。図１４は、この発明に係るカラム１３において、所定時間経過した後の混合試料の流れ方向の分布状態を示す解析図である。ここで、解析の入力条件については、柱部の径を５μｍ、フローレートを５２２６６μｍ３／秒、拡散係数を５００μｍ２／秒、溶液の濃度を２０μＭ（Ｍｏｌ）とし、クーラン数（Ｃ）を０．５よりも小さくして、クーラン数（Ｃ）＜０．５としている。ここで、クーラン数とは、解析時において、時間刻みを決める指標であり、解析結果の安定性を示す指標でもある。なお。通常、Ｃ＜１で解析を行なうことで、解析結果の信頼性が向上すると言われている。
【００４９】
また、比較例として、柱部同士の間隔および柱部と側壁との間隔を異ならせたものについても解析を行なった。図１５は、柱部同士の間隔を２μｍ、柱部と側壁との間隔を１μｍとしたカラムにおいて、所定時間経過した後の混合試料の流れ方向の分布状態を示す解析図である。図１６は、柱部同士の間隔を２μｍ、柱部と側壁との間隔を３μｍとしたカラムにおいて、所定時間経過した後の混合試料の流れ方向の分布状態を示す解析図である。図１７は、柱部同士の間隔を２μｍ、柱部と側壁との間隔を４μｍとしたカラムにおいて、所定時間経過した後の混合試料の流れ方向の分布状態を示す解析図である。なお、図１２〜図１７において、混合試料の同一成分については、同じハッチングで示しているが、その境界については、明確ではないものであり、理解の容易の観点から、実線として図示するものである。
【００５０】
図１２〜図１７を参照して、図１２に示す解析結果および図１３に示す解析結果によると、端部領域、すなわち、側壁に近い領域における移動速度が、幅方向の中央領域における移動速度よりも遅くなっていることが把握できる。すなわち、従来における第一および第二のカラム５１、５６においては、同一成分の移動方向の分布が、大きな略Ｖ字状となって移動している。また、図１５に示す解析結果によると、図１２および図１３の場合と同様に、同一成分の移動方向の分布が、大きな略Ｖ字状となって移動している。図１６および図１７に示す解析結果によると、側壁に近い領域における移動速度が、幅方向の中央領域における移動速度よりも速くなっていることが把握でき、同一成分の移動方向の分布が、上記した図１２、図１３、図１５の場合と略Ｖ字状の形状が逆となっている。すなわち、図１２、図１３、図１５、図１６、図１７の場合は、同一成分における移動方向の幅は、広くなっている。
【００５１】
これに対し、図１４に示す解析結果からすると、端部領域における移動速度と中心領域における移動速度とが、ほとんど変わらず、同一成分における移動方向の幅は、狭くなっている。すなわち、この発明に係るカラム１３においては、端部領域における移動速度と中心領域における移動速度とがほとんど等しく、その速度差は極めて小さいものであることが把握できる。
【００５２】
ここで、理論段高について考える。理論段高は、理論段高（Ｈ）＝σ２（バンド幅）／カラム長さ（Ａ１）によって算出され、カラムの分解能を示す一つの指標である。この理論段高の値が小さいほど、カラムの分解能が優れているといえるものである。なお、バンド幅については、分離された成分のうち、最も早く移動している成分の流れ方向の位置と最も遅く移動している成分の流れ方向の位置から算出されるものである。また、このようにして算出されるバンド幅は、通常４σとして算出されるものであるため、理論段高の計算においては、算出したバンド幅を４σの値として用いている。なお、バンド幅（４σ）については、図１３中の長さ寸法Ｄで示している。
【００５３】
各カラムにおける理論段高の値については、表１に示している。なお、算出に当って、カラム長さは、図４中の長さ寸法Ａ１の値であり、具体的には、２９５μｍという値を用いている。
【００５４】
【表１】
2011174856.tif 000003
【００５５】
表１を参照して、従来における第一のカラム５１の理論段高は、４．４９μｍであり、従来における第二のカラム５６の理論段高は、２．５２μｍである。これに対し、この発明に係るカラム１３の理論段高は、１．７５μｍであり、従来における第一および第二のカラム５１、５６の理論段高の値に対して、大幅に小さくなっている。このような結果からも、この発明に係るカラム１３の分解能の高さを把握することができる。
【００５６】
図１８は、上記した図１２〜図１４で解析を行なった各カラムにおいて、検出器で濃度を検出した場合の解析結果を示すグラフである。図１８において、横軸は、経過時間（秒）を示し、縦軸は、濃度変化（ｄｕＭ／ｄｔ）を示す。なお、経過時間については、測定開始、すなわち、混合試料をインレットに導入した時からの経過時間を示している。
【００５７】
図１８を参照して、四角印で示す従来における第一のカラム５１の場合、約０．１２秒経過後から濃度の値が上昇するように濃度の変化が表れ、約０．１８秒経過するまで濃度が減少して濃度変化が続いている。また、三角印で示す従来における第二のカラムの場合、約０．１２５秒経過後から濃度の変化が表れ、約０．１８秒経過するまで濃度変化が続いている。
【００５８】
これに対し、丸印で示すこの発明に係るカラムの場合、約０．１２５秒経過後から濃度変化が表れ、約０．１７秒経過後まで濃度変化が続いている。また、濃度変化のピークについても、この発明に係るカラムの場合の方が、従来における第一および第二のカラムの場合よりも高くなっている。すなわち、この発明に係るカラムの方が、従来における第一および第二のカラムよりも、よりシャープな濃度変化の分布になっており、このような結果からも、この発明に係るカラムの分解能の高さを把握することができる。
【００５９】
以上より、この発明に係るカラムおよび分析装置によれば、分解能を向上させることができる。
【００６０】
なお、上記の実施の形態においては、柱部同士の間隔および柱部と側壁との間隔を２μｍとしたが、これに限らず、柱部同士の間隔および柱部と側壁との間隔は、要求されるカラムの性能や混合試料の各成分の種類等に応じて任意に定められる。ここで、上記した柱部の径を５μｍ等とする解析の入力条件下においては、柱部同士の間隔および柱部と側壁との間隔を２μｍ以下とすることが好ましい。こうすることにより、より高い分解能の実現が可能になる。
【００６１】
図１９は、柱部同士の間隔および柱部と側壁との間隔を１μｍとした場合の解析結果を示し、図２０は、柱部同士の間隔および柱部と側壁との間隔を３μｍとした場合の解析結果を示し、図２１は、柱部同士の間隔および柱部と側壁との間隔を４μｍとした場合の解析結果を示す。解析の入力条件については、図１２等に示す場合と同様である。図１９〜図２１および図１４を参照して、上記した解析の入力条件においては、柱部同士の間隔および柱部と側壁との間隔を広げれば、バンド幅が大きくなる傾向にある。したがって、上記した解析の入力条件に近いモデルについては、柱部同士の間隔および柱部と側壁との間隔を２μｍ以下とすれば、高い分解能で混合試料を分離することができる。
【００６２】
なお、上記の実施の形態において、カラムに設けられる流路は、左右方向に真直ぐに延びる形状としたが、これに限らず、例えば、略Ｕ字状に折り返すような形状としてもよく、さらには、流路の折り返しを複数回行なった蛇行形状としてもよい。この場合の流路の折り返しの数は、一方側の側壁における移動速度と他方側の側壁における移動速度とをアウトレットの位置において等しくするためにも、一方側への折り返し数と他方側への折り返し数とを同数とすることが好ましい。
【００６３】
また、上記の実施の形態においては、柱部は、円筒状であることとしたが、これに限らず、柱部の形状は、その外形面が曲面を含んでいれば良く、例えば、上から見た場合に長さ方向に長手方向を有する楕円形状や、幅方向に長手方向を有する楕円形状を備える構成としてもよい。なお、柱部の数等についても、要求されるカラムの性能等に応じて、任意に選択可能である。
【００６４】
柱部が断面楕円形状のカラムの構成について説明する。図２２は、カラムのうちの流路の一部を示す概略断面図であり、柱部が幅方向、ここでは、紙面上下方向に長い断面楕円形状の場合である。なお、図２２に示す断面は、図７に示す断面に相当する。図２２を参照して、この発明の他の実施形態に係るカラム６１に備えられる第一および第二の柱部６２、６３は、柱部６２、６３の延びる方向に直交する平面で柱部６２、６３を切断した断面において、幅方向に長い断面楕円形状である。柱部６２、６３は、いわゆる楕円筒状である。そして、各柱部６２、６３の中心６４、６５の座標が最密充填構造における配置となるように設けられている。上記した断面において、側壁６６は、最も側壁６６に近い位置に設けられている第一の柱部６２の中心６４を中心として第一の柱部６２に隣り合う第二の柱部６３の外形線６７と接し、柱部６２の外形線６８で構成される楕円と相似形の仮想の楕円の外形線６９の一部、およびその円弧が柱部６２を構成する円弧と同じであり、その中心７０を第一および第二の柱部６２、６３のそれぞれの中心６４、６５とを結んだ際に図２２中の一点鎖線で示す二等辺三角形が形成されるような位置とする仮想の柱部７１の外形線７２の一部を連ねた線で構成される凹凸形状を移動相の流れ方向において繰り返した形状である。このような形状であっても良い。なお、二等辺三角形のうち、底辺に当たる線分は、中心６５と中心７０を結んだ線分となる。
【００６５】
さらに、柱部が、流れ方向、すなわち、紙面左右方向である移動方向に長い断面楕円形状であっても良い。図２３は、この場合のカラムの流路の一部を示す断面図である。図２３を参照して、この発明のさらに他の実施形態に係るカラム７６は、図２２に示すカラムと、楕円の形状が移動方向に長いことを除いては、同様の構成であるため、その説明を省略する。このような形状であっても良い。
【００６６】
また、上記の実施の形態においては、インレット側の幅を小さくし、アウトレット側の幅を大きくするよう構成することとしたが、これに限らず、例えば、インレット側の幅とアウトレット側の幅とを等しくするよう構成してもよい。
【００６７】
なお、上記の実施の形態においては、半導体素子の製造技術におけるエッチングを用いて、上記した構成のカラムを製造することとしたが、これに限らず、例えば、平板状のベース部に対して、上記した配置の柱部および側壁の位置に該当する領域を、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等により堆積させて、流路の底壁から延びるように構成させるようにして製造することにしてもよい。さらに、半導体素子の製造技術を応用せず、柱部間を削るような微細加工において、上記した構成のカラムを製造することにしてもよい。
【００６８】
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１１  分析装置、１２  流路、１３，５１，５６，６１，７６  カラム、１４  ポンプ、１５  検出器、１６  コンピュータ、１７  ベース部、１８  カバー部、１９  面、２０，２１，２２  パイプ、２３，２４，５２，５７，６６  側壁、２５  底壁、２６，３１，３２，３８，４２，５３，５４，５８，５９，６２，６３，７１  柱部、２７  インレット、２８  アウトレット、２９，３０  列、３３，３６，３７，４３，６４，６５，７０  中心、３４，３５，３９，４４，６７，６８，６９，７２  外形線、４０  実線、４１，４５，４７  交点、４６  基準線。
【図１】
2011174856.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
2011174856.tif 000007
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2011174856.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２】
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【図３】
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