(57)【要約】本発明は、液体クロマトグラフィカラムのための液体ディストリビューターまたはコレクター（好ましくは円形状の液体ディストリビューターまたはコレクター）に関している。かかる液体ディストリビューターまたはコレクターは、充填高さよりも大きい直径を有したカラムに特に適している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クロマトグラフィカラムのための液体ディストリビューターおよび液体コレクターであって、
少なくとも１つの流入用または流出用開口部、および、前記流入用または流出用開口部と、カラム充填部へと開口した等間隔に設けられた開口部とを接続する液体通路（フローチャンネル）を有して成り、
液体ディストリビューターまたは液体コレクターにおける流入から流出までに要する流れ時間が、異なる前記液体通路（フローチャンネル）を介した場合でも同一であることを特徴とする液体ディストリビューターおよび液体コレクター。
【請求項２】
各々の開口部における質量流量が実質的に等しいことを特徴とする、請求項１に記載の液体ディストリビューターおよび液体コレクター。
【請求項３】
液体通路（フローチャンネル）の幾つかが対称的なＴ分岐形状を有しており、残りの液体通路（フローチャンネル）が非対称なＴ形状を有していることを特徴とする、請求項１または２に記載の液体ディストリビューターおよび液体コレクター。
【請求項４】
各々の開口部に対するカラム充填部の断面積が５０〜５０００ｍｍ２であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の液体ディストリビューターおよび液体コレクター。
【請求項５】
液体通路（フローチャンネル）が１つの平面上に配置されている、請求項１〜４のいずれかに記載の液体ディストリビューターおよび液体コレクター。  
【請求項６】
液体ディストリビューターまたは液体コレクターの断面が円形または矩形となっている、請求項１〜５のいずれかに記載の液体ディストリビューターおよび液体コレクター。
【請求項７】
金属またはプラスチックから成るワークピースを機械加工して液体通路（フローチャンネル）および開口部を設け、
数値流動シミュレーションを用いて滞留時間および体積流量が等しいフローチャンネルを設計することを特徴とする、請求項１に記載の液体ディストリビューターおよび液体コレクターを製造する方法。
【請求項８】
請求項１に記載の液体ディストリビューターおよび液体コレクターを有して成るクロマトグラフィカラム。
【請求項９】
分析クロマトグラフィーおよび分取クロマトグラフィーのための、請求項１〜７のいずれかに記載の液体ディストリビューターおよび液体コレクターまたは請求項８に記載のクロマトグラフィカラムの使用。
【請求項１０】
請求項１〜７のいずれかに記載の液体ディストリビューターおよび液体コレクターにおいて均一な分配を向上させるためのフリットの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体クロマトグラフィカラムのための液体ディストリビューターおよびコレクターに関する。より詳細には、本発明は、充填高さに対して断面積の大きいカラムに特に適した液体ディストリビューターおよびコレクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
カラムクロマトグラフィでは、所望の分離性能を得るために、流れ断面に液体を均一に分配して収集する液体ディストリビューターおよびコレクターが使用されている。
【０００３】
カラムでより多くのフィードを精製するのに必要とされる吸着剤が収容されるように、カラム直径を大きくする開発が行われている。カラム長さでなくカラム直径を大きくする理由は、圧力降下および最小限度の滞留時間または処理時間の点で、カラム長さを大きくするには限度があるからである。充填高さに対して断面積の大きいカラムにおいて、より満足のいく分離性能を得るには、均一に分配を行う新しいタイプの液体ディストリビューターおよびコレクターが必要である。
【０００４】
既知の液体ディストリビューターおよびコレクターは、スロット構造を有している。国際公開第０３／００５０１８Ａ１号、同０２／０９３１５９Ａ２号および同９８／５５１９８号参照のこと。かかる文献に記載された技術では、中央開口部を介して流入および流出が行われており、開口部と充填部との間に設けられた狭いスロット部を介して均一な分配を行っている。流れ断面（またはフロー断面積）が大きくなると、流路の長さが異なるために（開口部から中央部までの流路長さと、開口部から充填部断面のエッジ部までの流路長さが異なるために）、分配の均一性が減少する。更なる取り組みとしては、幾つかの開口部を用いて、充填部に向かって液体を分配および収集することが行われている（国際公開第８９／１１９０１号および同９９／４８５９９号）。開口部の各々が同じ体積流量となり、かつ、流路の各々の滞留時間が同じとなることによって、等しい分配が理想的に達成される。構造的な観点から言えば、同じフローチャンネル長さで同じ流れ抵抗（圧力降下）の条件で、等しい分配が理想的に達成される。開口部の数が増加すると（３２個よりも多くなると）、全ての基準を同時に満たすことはできなくなる。その結果、フローチャンネルを複雑な形状にするか、または、ある体積流量に対してのみ分配が均一になるような形状にする必要がある。
【０００５】
流路断面が大きい比較的多くの開口部に液体を分配させるには、対称的なＴ型ディストリビューターに基づいてフローチャンネルを分岐させている（米国特許第４５３７２１７号、国際公開第９９／４８５９９号）。フローチャンネルの長さが等しく、形状が似ていると、流れ抵抗が同じになるので、体積流量および滞留時間が等しくなる。しかしながら、流れ断面が大きくなると、全ての断面形状について、上述の流れ条件を全て同時に満たすことはできない。即ち、流れ断面が大きいと、流れ断面が正方形状の場合にしか、等しいフローチャンネル長さおよび等しい流れ抵抗を達成できない（米国特許第４５３７２１７号）。また、フローチャンネルを複雑な三次元構成にして、厳密な分岐形状にしないと、各々の開口部における体積流量を相互に等しくできない（国際公開第９９／４８５９９号）。
【０００６】
充填高さよりも大きい直径を有するクロマトグラフィカラムのための液体ディストリビューターおよびコレクターの設計のなかでも、フローチャンネルにおける液体滞留時間に関する事項は今まで知られていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
かかる従来技術を鑑みて、本発明の目的は、流れ断面積が大きい場合でも設計することができるような、均一な分配によって満足のいく分離性能が得られる条件を満たす液体ディストリビューターおよびコレクターであって、形状に関して制限がなく非常に簡易な手法で製造することができる液体ディストリビューターおよびコレクターを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は、本発明のフロー・ディストリビューターおよびコレクター(または液体分配器および液体収集器、flow distributor and collector)によって達成される。本発明のフロー・ディストリビューターおよびコレクターでは、対称的なＴ−分岐形状（symmetrical T-distributor shape）のフローチャンネル（即ち、長さおよび断面積が各々等しいフローチャンネル）に加えて、非対称的なＴ−分岐形状（asymmetrical T-distributor shape）のフローチャンネル（即ち、フローチャンネルの長さおよび断面積が異なり得るフローチャンネル）が用いられている。いずれの流出部を介した流出であっても液体ディストリビューターおよびコレクターでの流入から流出までに要する流れ時間が同じとなるように、フローチャンネルの形態および寸法が選択されている。また、いずれの流入部を介した流入であっても液体ディストリビューターおよびコレクターでの流入から流出までに要する流れ時間が同じとなるように、フローチャンネルの形態および寸法が選択されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
フローチャンネルの形態および寸法に起因して、各々の開口部における質量流量は実質的に同じになっている。
【００１０】
流れ断面にて液体を均一に分配する主たる基準として「同一の流れ時間」を用いると、液体ディストリビューターおよびコレクターの開口部を多く設けることができるので、流れ断面を大きくできる。また、液体ディストリビューターおよびコレクターを１つの平面において１つの要素から簡易に製造することができる。断面形状には制限はないので、大部分のクロマトグラフィカラムに合うように液体ディストリビューターおよびコレクターを円形にすることができ、いずれの直径にでも適用させることができる。その結果、液体ディストリビューターおよびコレクターを実験室規模から工業生産規模まで種々な規模に対応させることができる。同じ条件に付される同じ形状の従来のクロマトグラフィカラムと比べて、本発明の液体ディストリビューターおよびコレクターを用いたクロマトグラフィカラムは分離性能が向上する点で利点を有している。
【００１１】
本発明の液体ディストリビューターおよびコレクターでは、非常に多くに開口部が相互に等間隔（または等距離間隔）で設けられているので、大きい流れ断面でも液体が均一に分配される。１つの開口部に対するカラム充填部断面積は５０〜５０００ｍｍ２、好ましくは２００〜８００ｍｍ２、より好ましくは３００〜４００ｍｍ２となっている。
【００１２】
本発明の液体ディストリビューターおよびコレクターは、１つの平面に液体通路（フローチャンネル）が配置されており、その断面が必要に応じて好ましくは円形または矩形状（より好ましくは円形）となっている点で更に特徴を有している。
【００１３】
本発明の液体ディストリビューターおよびコレクターは、金属、ガラスまたは他のいずれの適当なプラスチック（例えば、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリメチルメタクリレート）からでも形成することができる。好ましくは、本発明の液体ディストリビューターおよびコレクターは金属から形成され、より好ましくは耐食性金属から形成され、最も好ましくはステンレス鋼から形成される。本発明の液体ディストリビューターおよびコレクターの製造に際しては、材料の機械加工（例えばドリル加工、ミル加工）によってフローチャンネルを設けてもよいものの、注型（例えばガラスまたはプラスチックの注型）によって液体ディストリビューターおよびコレクターを製造してもよい。
【００１４】
液体ディストリビューターおよびコレクターは、適当に処理された複数のパーツ（例えば、溶接、ハンダ付け、接着剤接合またはネジ接続よって処理された複数のパーツ）から構成されていてよく、あるいは、単一のワークピースから構成されていてもよい。
【００１５】
本発明の液体ディストリビューターおよびコレクターの製作（または製造）に際して、特に好ましい態様では、ステンレス鋼から成る単一のワークピースに対してミル処理やドリル加工することによって、適当なフローチャンネルおよび開口部を設ける。
【００１６】
本発明の液体ディストリビューターおよびコレクターのフローチャンネルの形態および寸法は次の通りである：
【００１７】
実験室規模および／またはパイロット規模の液体ディストリビューターおよびコレクターの１つの開口部に割り当てることができる最適な流れ断面積を決定するために、カラム断面積の異なること以外同一の条件の幾つかのカラムに対してパルス（pulse）を加え、検出器から得られるクロマトグラフから保持時間、段数、対称性およびピーク分解能を評価する。このような評価を通じて、満足のいく分離性能を満たした最も大きい流れ断面を、最適な流れ断面積として選択する。
【００１８】
液体コレクターおよびディストリビューターに必要とされる開口部の最適な数は、製造規模でのカラム充填部の流れ断面積と実験室規模で決められる最適流れ断面積との割合（比率）から得ることができる。
【００１９】
フロー・コレクターおよびフロー・ディストリビューターの開口部は、製造規模で使用されるカラムに基づいて予め規定された流れ断面に対して等間隔に配置されている。個々の開口部は、対称的なＴ形状分岐のネットワーク（または繋がり）を構成しているフローチャンネルによって相互に接続されている。隣接する開口部およびチャンネルは、チャンネルによって各々接続されている。フローチャンネルの位置および個々のフローチャンネルの寸法（高さおよび幅）は、各々の開口部につながる流路での滞留時間が略等しくなるように、幾何学的な考察および過去のデータに基づいて第１次近似（first approximation）によって調整されている。その結果、長さおよび断面（または断面積）が同じとなるフローチャンネル領域と、長さおよび／または断面（または断面積）が異なるフローチャンネル領域とが形成されている。更に、個々の開口部における体積流量は非常に似ている（または略同一である）。例えば、数値流動シミュレーションを用いることによって（そのほかの近似手法およびシミュレーション手法も可能である）、滞留時間および体積流量について設計を行うことができる。例えば、それぞれ選択された複数の流れ断面の間の流路に沿った１次元流れのエネルギー収支または運動収支に基づいて、第１次近似で滞留時間および体積流量を決定することができる。液体ディストリビューターおよびコレクターのコンピューター支援モデルが構築されることにより、流体シミュレーションに基づいて滞留時間および体積流量が決められる。そして、モデル形状の変動に基づいて、上述の条件を満たすように液体ディストリビューターおよびコレクターの形状が決定される。一般的に、反復手法（または逐次手法）が行われ、少なくとも２回のサイクルが行われる。
【００２０】
液体ディストリビューターおよびコレクターを試験に付すことによって、場合によっては形状の改良を更に行うことができる。実験室規模またはパイロット規模における手法と同様、カラムに対してパルスが加えられ、得られるクロマトグラムから保持時間、段数、対称性およびピーク分解能を求めて、実験室規模またはパイロット規模で得られる数値と比較する。透明材料から要素が作製される場合では、色試験（即ち、ディストリビューターおよびコレクターにおける充填部での着色された液体先端部（colored liquid front）の進行試験）が可能である。
【００２１】
開口部の数が一定の場合、フローチャンネルの元のサイズ比を保持しつつ、液体ディストリビューターおよびコレクターの直径を技術的に可能ないずれの大きさにも変えることができる。所定の液体ディストリビューターおよびコレクターのフローチャンネルに対して決められた寸法（即ち、開口部間の相互の距離、フローチャンネルの長さ、高さおよび幅）には、基本的な形状構成を維持しつつ目的パラメーターを得るファクターが備えられている。
【００２２】
構造および製造の点で制限を加えることによって、実用的な性能の点で、理論的な分配からのズレを小さくすることができる
【００２３】
本発明の液体ディストリビューターおよびコレクターは、液体クロマトグラフィー（ＬＣ）、超臨界流体クロマトグラフィー（ＳＬＣ）および高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）に用いるクロマトグラフィカラムの製造に用いることができる。好ましくは、
本発明の液体ディストリビューターおよびコレクターは、充填高さよりも大きい直径を有するクロマトグラフィカラムの製造に用いることができ、その結果、分析クロマトグラフィー、分取クロマトグラフィー、プロセスクロマトグラフィー、溶出クロマトグラフィー、吸着クロマトグラフィー（ＬＳＣ）、置換クロマトグラフィー、キラルクロマトグラフィー、順相クロマトグラフィー、逆相クロマトグラフィー（ＲＰＣ）、イオン交換クロマトグラフィー（ＩＥＣ）、イオン対クロマトグラフィー（ＩＰＣ）、イオン排除型クロマトグラフィー、ゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）、ゲル濾過クロマトグラフィー（ＧＦＣ）、サイズ排除型クロマトグラフィー（または分子ふるいクロマトグラフィー、ＳＥＣ）、疎水性相互作用クロマトグラフィー（ＨＩＣ）、ハイドロキシアパタイトクロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィー、固定化金属アフィニティークロマトグラフィー（ＩＭＡＣ）において用いることができ、また、バッチ式クロマトグラフィーおよび連続式クロマトグラフィー（例えば、環状クロマトグラフィー、擬似移動床（ＳＭＢ）クロマトグラフィー）の双方で用いることができる。好ましくは、分取クロマトグラフィーに使用され、より好ましくは、分取キラルクロマトグラフィー、順相クロマトグラフィー、逆相クロマトグラフィー（ＲＰＣ）、イオン交換クロマトグラフィー（ＩＥＣ）、ゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）、疎水性相互作用クロマトグラフィー（ＨＩＣ）、ハイドロキシアパタイトクロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィー、固定化金属アフィニティークロマトグラフィー（ＩＭＡＣ）で用いられ、更には、バッチ式クロマトグラフィーおよび連続式クロマトグラフィー（擬似移動床（ＳＭＢ）クロマトグラフィー）の双方で用いられる。
【００２４】
分析クロマトグラフィーおよび分取クロマトグラフィーに用いるカラムおよびそれらの使用法も、同様に本発明を成している。
【００２５】
好ましくは金属、セラミック、プラスチック、ガラスから成るフリット（frit）、好ましくはステンレス鋼金属のフリット、金属繊維のフリット（より好ましくは多層金属繊維フリット（公称幅：５〜５００μｍ）、孔の粗い排出可能な繊維のフリット（公称幅：０．５ｍｍ〜５ｍｍ）を用いることによって、液体ディストリビューターおよびコレクターの均一な分配特性を更に向上させることができる。
【００２６】
本発明の液体ディストリビューターおよびコレクターは、ある表面に設けられた所定の数の開口部（そのような表面には、開口部に対応してベッセルが配置され得る）へと液体を均一に分配させる他の目的に対しても用いることができる。考えられ得る用途としては、例えば、ハイスループット・スクリーニングなどのサンプル用途である。
【００２７】
添付図面には本発明の態様が例示的に表されている。
【実施例】
【００２８】
図１には、カラム充填部と対向する側の液体ディストリビューターおよびコレクターの側面図が示されている。等間隔に設けられた９６個の開口部が円形の流路断面に均一に配置されている。開口部は円形である。図２には、カラム充填部と対向していない側の液体ディストリビューターおよびコレクターの側面図が示されている。液体ディストリビューターおよびコレクターの中央部には入口（流入口）または出口（流出口）が設けられている。フローチャンネルが対称的なＴ−分岐形状および非対称的なＴ−分岐形状で示されている。Ｔの先端部には、カラム充填部と対向する開口部（またはカラム充填部へと開口した開口部）が各々設けられている。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、カラム充填部と対向する側の液体ディストリビューターおよびコレクターの側面図である。
【図２】図２は、カラム充填部と対向していない側の液体ディストリビューターおよびコレクター（入口または出口、およびフローチャンネルが設けられている）の側面図である。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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