(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と、単結晶シリコン又は多結晶シリコンを含む第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置される第１の加熱要素とを備える、第１のカラム加熱装置と、
第３の基板と、単結晶シリコン又は多結晶シリコンを含む第４の基板と、前記第３の基板と前記第４の基板との間に配置される第２の加熱要素とを備える、第２のカラム加熱装置と、
を備え、
ガスクロマトグラフィカラムが、前記第１のカラム加熱装置の前記第２の基板と、前記第２のカラム加熱装置の前記第４の基板との間に挟まれるように配置され、
前記第１の基板及び前記第３の基板はそれぞれ、単結晶シリコン又は多結晶シリコンを含む、ガスクロマトグラフィ加熱装置。
【請求項２】
前記第１の加熱要素は前記第１の基板及び前記第２の基板から電気的に絶縁され、前記第２の加熱要素は前記第３の基板及び前記第４の基板から電気的に絶縁される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１の加熱要素及び前記第２の加熱要素はそれぞれ、フォイルヒータ又はワイヤヒータを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
少なくとも１つの加熱要素と少なくとも１つの基板との間に配置される１つ又は複数の介在層を更に備える、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
第１の基板と、単結晶シリコン又は多結晶シリコンを含む第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置される第１の加熱要素とを備える、第１のカラム加熱装置と、
第３の基板と、単結晶シリコン又は多結晶シリコンを含む第４の基板と、前記第３の基板と前記第４の基板との間に配置される第２の加熱要素とを備える、第２のカラム加熱装置と、
を備え、
前記第１の加熱要素と前記第１の基板との間に配置されるスペーサ層を更に備え、該層は、前記加熱要素と前記第１の基板との間に実質的に均一な圧力を与えるように構成され、
ガスクロマトグラフィカラムが、前記第１のカラム加熱装置の前記第２の基板と、前記第２のカラム加熱装置の前記第４の基板との間に挟まれるように配置される、ガスクロマトグラフィ加熱装置。
【請求項６】
第１の基板と、単結晶シリコン又は多結晶シリコンを含む第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置される第１の加熱要素とを備える、第１のカラム加熱装置と、
第３の基板と、単結晶シリコン又は多結晶シリコンを含む第４の基板と、前記第３の基板と前記第４の基板との間に配置される第２の加熱要素とを備える、第２のカラム加熱装置と、
を備え、
前記第２の加熱要素と前記第３の基板との間に配置されるスペーサ層を更に備え、該層は、前記加熱要素と前記第３の基板との間に実質的に均一な圧力を与えるように構成され、
ガスクロマトグラフィカラムが、前記第１のカラム加熱装置の前記第２の基板と、前記第２のカラム加熱装置の前記第４の基板との間に挟まれるように配置される、ガスクロマトグラフィ加熱装置。
【請求項７】
第１の基板と、第２の基板であって、以下の属性、すなわち、２５℃において
【数１】
0006677716.tif 000031
より低い体積熱容量と、２５℃において
【数２】
0006677716.tif 000032
より高い熱伝導率と、２５℃において
【数３】
0006677716.tif 000033
より大きい、熱伝導率と熱膨張係数との比と、１００ＧＰａより高いヤング率との全てを含む第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置される第１の加熱要素とを備える、第１のカラム加熱装置と、
第３の基板と、第４の基板であって、以下の属性、すなわち、２５℃において
【数４】
0006677716.tif 000034
より低い体積熱容量と、２５℃において
【数５】
0006677716.tif 000035
より高い熱伝導率と、２５℃において
【数６】
0006677716.tif 000036
より大きい、熱伝導率と熱膨張係数との比と、１００ＧＰａより高いヤング率との全てを含む第４の基板と、前記第３の基板と前記第４の基板との間に配置される第２の加熱要素とを備える、第２のカラム加熱装置とを備え、
ガスクロマトグラフィカラムが、前記第１のカラム加熱装置の第２の基板と前記第２のカラム加熱装置の第４の基板との間に、挟まれるように配置され、
前記第２の基板及び前記第４の基板は、ダイヤモンド、タングステン、モリブデン、タングステン合金、モリブデン合金又はその組み合わせのうちの１つを含む、ガスクロマトグラフィ加熱装置。
【請求項８】
前記第１の加熱要素は前記第１の基板及び前記第２の基板から電気的に絶縁され、前記第２の加熱要素は前記第３の基板及び前記第４の基板から電気的に絶縁される、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記第１の加熱要素及び前記第２の加熱要素はそれぞれ、フォイルヒータ又はワイヤヒータを含む、請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１の基板及び前記第３の基板は、以下の属性、すなわち、２５℃において
【数７】
0006677716.tif 000037
より低い体積熱容量と、２５℃において
【数８】
0006677716.tif 000038
より高い熱伝導率と、２５℃において
【数９】
0006677716.tif 000039
より大きい、熱伝導率と熱膨張係数との比と、１００ＧＰａより高いヤング率との全てを含む、請求項７に記載の装置。
【請求項１１】
前記第１の加熱要素と前記第１の基板との間に配置される層を更に備え、前記層は前記加熱要素と前記第１の基板との間に実質的に均一な圧力を与えるように構成される、請求項７に記載の装置。
【請求項１２】
前記第２の加熱要素と前記第３の基板との間に配置される層を更に備え、該層は、前記加熱要素と前記第３の基板との間に実質的に均一な圧力を与えるように構成される、請求項７に記載の装置。
【請求項１３】
第１の基板と、第２の基板であって、ダイヤモンド、タングステン、モリブデン、タングステン合金、モリブデン合金又はその組み合わせのうちの１つを含む第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置される第１の加熱要素とを含む、第１のカラム加熱装置と、
第３の基板と、第４の基板であって、ダイヤモンド、タングステン、モリブデン、タングステン合金、モリブデン合金又はその組み合わせのうちの１つを含む第４の基板と、前記第３の基板と前記第４の基板との間に配置される第２の加熱要素とを含む第２のカラム加熱装置とを備え、
ガスクロマトグラフィカラムが、前記第１のカラム加熱装置の第２の基板と前記第２のカラム加熱装置の第４の基板との間に挟まれるように配置される、ガスクロマトグラフィ加熱装置。
【請求項１４】
前記第２の基板及び前記第４の基板における前記タングステン合金又は前記モリブデン合金は銅を含む、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記第１の加熱要素は前記第１の基板及び前記第２の基板から電気的に絶縁され、前記第２の加熱要素は前記第３の基板及び前記第４の基板から電気的に絶縁される、請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
前記第１の加熱要素及び前記第２の加熱要素はそれぞれ、フォイルヒータ又はワイヤヒータを含む、請求項１３に記載の装置。
【請求項１７】
前記第１の基板及び第３の基板はそれぞれ、ダイヤモンド、タングステン、モリブデン、タングステン合金、モリブデン合金又はその組み合わせを含む、請求項１３に記載の装置。
【請求項１８】
前記第１、第２、第３、及び第４の基板における前記タングステン合金又は前記モリブデン合金は銅を含む、請求項１７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、発明者としてPaul Dryden他の名前で、２０１４年１０月２３日に出願された米国仮特許出願第６２／０６７，９２４号及び発明者としてSammye Traudt他の名前で、２０１４年９月１３日に出願された米国仮特許出願第６２／０５０，１２５号の優先権を主張する。米国仮特許出願第６２／０５０，１２５号及び第６２／０６７，９２４号の開示全体が引用することにより本明細書の一部をなすものとする。
【背景技術】
【０００２】
ＧＣシステムでは、化合物が分離カラム（「カラム」）の全長を横切るのに必要とされる時間の長さが、その保持時間として知られている。化合物の保持時間に寄与する１つの要因が、分離カラムの温度である。カラムの温度を分析ごとに正確に制御することは、特定の化合物、すなわち、被分析物のための保持時間の再現性を与えるのに有益である。さらに、サンプル被分析物がカラムの中を移動している間にカラム温度をプログラムで変更することにより、有利なことに、分析時間を短縮し、ピークの広がりを抑えることができる。
【０００３】
多種多様なカラム径及び長さに対応するだけの十分に大きい空間内で均一で、かつ再現可能な熱環境を与えることができることから、既知のシステムでは、多くの場合に、カラムは空気対流オーブンを用いて加熱される。カラムは通常、開いた柱体を作り出す支持構造上に配置される。これにより、加熱された空気が全てのカラム表面に到達できるようになり、結果として、カラムの全長にわたって均一な温度が生成される。空気対流オーブンは有用であるが、その使用は、明らかな不都合を伴う。例えば、対流オーブンは、加熱するのに大量のエネルギー及び長い時間を必要とし、冷却するのに長い時間を必要とする。この結果、当然、数ある不都合の中でも、比較的長いサイクル時間及び高い電力消費量が生じる。さらに、温度プログラム条件によって迅速に分析を行うことができるのは、空気対流オーブンを使用するときに限られる。
【０００４】
それゆえ、上記で論じられた既知のＧＣカラムヒータの少なくとも短所を克服する装置が必要とされている。
【０００５】
本教示は、添付の図面とともに読まれるときに、以下の詳細な説明から最も良く理解される。それらの特徴は必ずしも縮尺通りに描かれていない。実用的なときはいつでも、類似の参照符号は類似の特徴を指している。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】代表的な実施形態による、ＧＣシステムの簡略化されたブロック図である。
【図２Ａ】代表的な実施形態による、ＧＣカラムを加熱するための装置の組立分解図である。
【図２Ｂ】代表的なカラム取付手法による代表的な組立後の図２ＡのＧＣカラムを加熱するための装置を示す図である。
【図３Ａ】代表的な実施形態による、カラム加熱装置の組立分解図である。
【図３Ｂ】代表的な実施形態による、カラム加熱装置の組立分解図である。
【図３Ｃ】代表的な実施形態による、カラム加熱装置の組立分解図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本明細書において用いられる用語は、特定の実施形態を説明することのみが目的であり、限定を意図していないことが理解される。定義される用語は、本教示の技術分野において一般に理解され受け入れられている定義済みの用語の技術的意味及び科学的意味に加えられる。
【０００８】
本明細書及び添付の特許請求の範囲において用いられるとき、「１つの（a、an）」及び「その（the）」という語は、別段の指定がない限り、単数及び複数の双方の指示対象を含む。このため、例えば「デバイス（a device）」は１つのデバイス及び複数のデバイスを含む。
【０００９】
本明細書及び添付の特許請求の範囲において用いられるとき、「実質的」又は「実質的に」という語は、その通常の意味に加えて、受け入れ可能な限界又は度合いの範囲内にあることを指す。例えば、「実質的にキャンセルされた」は、当業者であれば、そのキャンセルが受け入れ可能であると見なすことを意味する。
【００１０】
本明細書及び添付の特許請求の範囲において用いられるとき、「概ね」という語は、その通常の意味に加えて、当業者に受け入れ可能な限界又は量の範囲内にあることを指す。例えば、「概ね同じ」は、当業者であれば、比較される複数のアイテムを同じであると見なすことを意味する。
【００１１】
以下の詳細な説明において、本教示を十分に理解してもらうために、限定ではなく、説明のために、具体的な細部を開示する代表的な実施形態が記述される。例示的な実施形態の説明を分かりにくくするのを避けるために、既知のシステム、デバイス、材料、動作方法及び製造方法の説明は省略される場合がある。それにもかかわらず、当業者の理解の範囲内にあるシステム、デバイス、材料及び方法は、代表的な実施形態に従って用いることができる。
【００１２】
添付の図面において示されるような、種々の要素の互いの関係を説明するために、「上方」、「下方」、「最上部」、「最下部」、「上側」及び「下側」等の相対語を用いることができる。これらの相対語は、図面において示される向きに加えて、デバイス及び／又は要素の異なる向きも包含することが意図される。例えば、デバイスが図面における見方に対して反転された場合、例えば、別の要素の「上方にある」と説明された要素は、その時点で、その要素の「下方に」存在することになる。同様に、デバイスが図面内の見方に対して９０度だけ回転した場合、別の要素の「上方にある」又は「下方にある」と説明された要素は、今度は、この他方の要素に「隣接している」ことになり、「隣接している」は、この他方の要素に当接しているか、又はそれらの要素間に１つ若しくは複数の層、材料、構造等を有するかのいずれかを意味する。本明細書において用いられるとき、別の要素の「上に配置される」又は「下方に配置される」要素は、その要素が、この別の要素に「隣接している」ことを意味する。「直に隣接している」は、この別の要素に当接していることを意味する。
【００１３】
図１は、代表的な実施形態による、ＧＣシステム１００の簡略化されたブロック図である。ＧＣシステム１００の数多くの態様が、当業者に知られている。したがって、ＧＣシステム１００の或る特定の既知の構成要素の細部は省略される。或る特定の事例では、実現される場合がある既知の構成要素の代表的な例が言及されるが、例示のために提示されており、限定することは全く意図していない。
【００１４】
ＧＣシステム１００は、サンプル入口１０１を備える。サンプル入口１０１は、汚染物質トラップ１０２に流体的に結合される。汚染物質トラップ１０２はカラム１０３に流体的に結合され、カラム１０３は、ガスクロマトグラフィにおいて有用な様々のカラムのうちの１つとすることができる。一実施形態では、汚染物質トラップ１０２は、同時に出願された、同一所有者の米国特許出願第１４／０５７，０２２号（２０１３年１０月１８日出願）において記述されるのと同様とすることができ、その開示は特に引用することにより本明細書の一部をなすものとする。汚染物質トラップ１０２は、サンプル入口１０１からのサンプル内の汚染物質を捕捉し、捕捉された汚染物質がカラム１０３に達するのを防ぐように構成されるマイクロ流体汚染物質トラップである。汚染物質トラップ１０２を含むことは単なる例示であり、本教示は、汚染物質トラップを備えないＧＣシステム、又は上記で引用されたばかりの出願において記述されるようなマイクロ流体汚染物質トラップを備えないＧＣシステムにおいて使用する場合も考えられることに留意されたい。
【００１５】
カラム１０３は化学サンプルの成分を分離する。カラム１０３は、１つの溶融シリカ又は金属管（図示せず）を備えるキャピラリカラムとすることができ、化学サンプルの成分を分離するために、管の内部がコーティングされているか、サンプル入口１０１からのサンプルと相互作用する粒子を充填されている。
【００１６】
カラム１０３は、代表的な実施形態に関連して以下で更に十分に説明されることになるカラム温度制御装置１０４と接触するように与えられる。カラム温度制御装置１０４によって、被分析物のための保持時間が制御され、一方、カラム１０３の加熱の均一性が比較的改善される。カラム温度制御装置１０４のこれらの利点及び他の利点が、代表的な実施形態に関連して以下で更に十分に説明される。
【００１７】
カラム１０３は、検出器１０５に接続され、検出器１０５は、カラム１０３によって分離される成分の存在を、そして多くの場合にその量を検出する。一般的に、検出器１０５は、炎イオン化検出器（ＦＩＤ）、質量分析計検出器（ＭＳＤ）、熱伝導度検出器（ＴＣＤ）、電子捕獲検出器（ＥＣＤ）、窒素リン検出器（ＮＰＤ）、硫黄化学発光検出器（ＳＣＤ）、窒素化学発光検出器（ＮＣＤ）、パルス型炎光光度検出器（ＰＦＰＤ）、ヘリウムイオン化検出器（ＨＩＤ）又は炎光光度検出器（ＦＰＤ）等の既知のＧＣ検出器である。
【００１８】
また、ＧＣシステム１００は、コントローラ１０６及び電源１０７を備える。コントローラ１０６は、ＧＣシステム１００の複数のコントローラ（図示せず）のうちの１つとすることができるか、又はＧＣシステムの唯一のコントローラとすることができる。ここでは、カラム温度制御装置１０４によってカラム１０３の加熱を保持することに関するコントローラ１０６の機能が説明される。コントローラ１０６又は他のコントローラの他の機能は、本教示に関連しないので、説明されない。
【００１９】
一般的に、コントローラ１０６は、本明細書において論じられる種々の機能を実行するために数多くのやり方（例えば、専用のハードウェアを備える等）で実現することができる。「プロセッサ」はコントローラの１つの例であり、コントローラは、本明細書において論じられる種々の機能を実行するためにソフトウェア（例えば、マイクロコード）を用いてプログラミングすることができる１つ又は複数のマイクロプロセッサを利用する。コントローラ１０６は、プロセッサを利用して、又は利用することなく実現することができ、幾つかの機能を実行する専用のハードウェアと、他の機能を実行するプロセッサ（例えば、１つ又は複数のプログラミングされたマイクロプロセッサ及び関連する回路）との組み合わせとして実現することもできる。本開示の種々の実施形態において利用することができるコントローラ構成要素の例は、限定はしないが、従来のマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を含む。
【００２０】
種々の実施態様において、コントローラ１０６は１つ又は複数の記憶媒体（本明細書では包括的に「メモリ」と呼ばれ、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、プログラム可能リードオンリーメモリ（ＰＲＯＭ）、電気的プログラム可能リードオンリーメモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能プログラム可能リードオンリーメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ドライブ、フロッピーディスク、コンパクトディスク、光ディスク、磁気テープ等の揮発性及び不揮発性コンピュータメモリ）に関連付けられる場合がある。幾つかの実施態様では、記憶媒体は、コントローラ１０６上で実行されるときに、本明細書において論じられる機能のうちの少なくとも幾つかを実行する１つ又は複数のプログラムで符号化される場合がある。種々の記憶媒体がコントローラ１０６内に固定される場合があるか、又は持ち運び可能な場合があり、本明細書において論じられる本教示の種々の態様を実現するために、その記憶媒体上に記憶された１つ又は複数のプログラムをプロセッサ又はコントローラにロードできるようにする。「プログラム」又は「コンピュータプログラム」という用語は、コントローラ１０６をプログラミングするために利用することができる任意のタイプのコンピュータコード（例えば、ソフトウェア又はマイクロコード）を指す一般的な意味において本明細書において使用される。
【００２１】
コントローラ１０６は、温度センサ（図１には示されない）からの温度データを受信するように構成され、また温度データに基づいて、電源１０７に制御信号を与えるように構成される。電源１０７は、幾つかの既知の電源のうちの１つであり、カラム１０３の温度を概ね所望の温度に保持するために、カラム温度制御装置１０４の電力を調整するように構成される。
【００２２】
図２Ａは、代表的な実施形態による、ＧＣカラム２０３を加熱するためのカラム温度制御装置２００（「装置」と呼ばれる場合もある）の組立分解図を示す。カラム温度制御装置２００は第１のカラム加熱装置２０１と、第２のカラム加熱装置２０２とを備える。とりわけ、本実施形態のカラム温度制御装置２００は、上記のＧＣシステム１００におけるカラム温度制御装置１０４として使用する場合が考えられる。
【００２３】
任意選択の第１の絶縁層２０４が第１のカラム加熱装置２０１の下方に配置され、任意選択の第２の絶縁層２０５が第２のカラム加熱装置２０２の上方に配置される。ＧＣカラム２０３は、第１のカラム加熱装置２０１の上面２０６の上方、及び第２のカラム加熱装置２０２の下面２０７の下方に配置され、第２のカラム加熱装置２０２の下面２０７は第１のカラム加熱装置２０１の上面２０６と向かい合って位置する。以下で更に十分に説明されるように、熱は第１のカラム加熱装置２０１の上面２０６及び第２のカラム加熱装置２０２の下面２０７を通って流れ、最終的にはＧＣカラム２０３に伝達される。
【００２４】
第１のカラム加熱装置２０１及び第２のカラム加熱装置２０２はそれぞれグロメット（grommet）２１１を含み、グロメットは、第１のカラム加熱装置２０１及び第２のカラム加熱装置２０２の種々の層を固定するために使用される。具体的には、グロメット２１１はステンレス鋼を含む。ブラケット、クリップ等の、層を固定するための他の手段も考えられる。グロメット又は他の固定手段の要件は、高い温度（例えば、４５０℃）に耐えることができ、依然として、第１のカラム加熱装置２０１及び第２のカラム加熱装置２０２にかかる十分な圧力を保持できることである。高温金属が好ましい材料である。
【００２５】
ＧＣカラム２０３は、実質的に螺旋形に巻かれ、カラムの他の部分の上方に「積み重ねられた」カラムの部分を有することができる。本明細書において説明される所望の目的を果たすために、ＧＣカラム２０３がいかに「積み重ねられる」場合があるか、又は「巻かれる」場合があるかを当業者であれば理解されよう。積み重ねられたか、又は巻かれたときに、ＧＣカラム２０３は、その断面において複数の層を有することができる。ＧＣカラムは、それぞれが螺旋形に巻かれた２つ以上の独立したカラムを互いに積み重ねることによって形成することもできる。ここでも、この結果として、ＧＣカラム２０３は、その断面において複数の層を有することになる。ＧＣカラム２０３の一方の側が加熱要素との接触を通して能動的に加熱され、別の側が加熱されない場合に、ＧＣカラムが単層アルキメデス螺旋の形をとる場合であっても、ＧＣカラムの加熱は不均一になる可能性がある。この不均一性によって、ＧＣカラムにわたって熱勾配が形成される可能性がある。この影響は、ＧＣカラムが、断面において複数の層に巻かれるか、又は「積み重ねられる」ときに悪化する可能性がある。第１のカラム加熱装置２０１及び第２のカラム加熱装置２０２の第１の面２０６第２の面２０７の実質的に平坦な表面間に存在するＧＣカラム２０３の「上部」及び「下部」の両方に熱を与えることによって、サンプル実行中にＧＣカラム２０３をより均一に加熱することができる。同様に、両側において能動的な加熱を与えることによって、ＧＣカラム２０３が互いに重なり合う１組の２つ以上のカラムであるとき、各カラムは、熱勾配の影響をより受けにくくなり、より類似した熱環境におかれることになる。
【００２６】
さらに、第１のカラム加熱装置２０１及び第２のカラム加熱装置２０２の第１の面２０６及び第２の面２０７の実質的に平坦な表面間に存在するＧＣカラム２０３の「上部」及び「下部」の両方に熱を与えることによって、ＧＣカラム２０３の両面が、温度制御される表面になるので、既知のＧＣ加熱構成（例えば、単一ヒータ構成）に比べて、熱環境除去（thermal ambient rejection）も著しく改善される。ＧＣカラム２０３が第１のカラム加熱装置２０１の上方にのみ配置され、図２Ａの代表的な実施形態において示されるように第１のカラム加熱装置２０１と第２のカラム加熱装置２０２との間に「挟まれ」ない場合、ＧＣカラム２０３の一方の面が第１の表面と接触するのに対し、他方は第１の絶縁層２０４と接触するか、又は単に空気に曝露されるかのいずれかである。第１の絶縁層２０４は空気と接触しているので、いずれの場合も、空気の周囲温度が、第１のカラム加熱装置２０１と直に接触していないＧＣカラム２０３の部分の温度に影響を及ぼす。分析中に周囲温度の変化がカラム温度に影響を及ぼす結果として、被分析物の保持時間がシフトし、被分析物を識別するのを難しくするか、又は分析の再現性を低下させる可能性がある。ＧＣカラム２０３を第１のカラム加熱装置２０１と第２のカラム加熱装置２０２との間に設けることによって、ＧＣカラム２０３の熱環境を周囲温度から隔離することができ、それゆえ、被分析物の保持時間がより良好に制御される。
【００２７】
図２Ｂは、別の代表的な実施形態による、その上方に配置されるＧＣカラム２０３を有する、図２Ａの温度制御装置２００を示す（第２のカラム加熱装置２０２又は絶縁層２０５、２０４は図示されない）。理解できるように、図２Ｂの第１のカラム加熱装置２０１は、上記で図２Ａに関連して説明された第１のカラム加熱装置２０１と共通の幾つかの態様、細部及び特徴を共有する。多くの場合に、そのような共通の態様、特徴及び細部は繰り返されない。上記で言及されたように、ＧＣカラム２０３は、比較的平坦な螺旋巻きに向けられ、第１のカラム加熱装置２０１の上面２０６の上方に配置され、上面２０６と熱的に接触する。ここでも、代表的な実施形態におけるＧＣカラム２０３のコイリングは、上記のように、ＧＣカラム２０３が実質的に平坦である第１のカラム加熱装置２０１及び第２のカラム加熱装置２０２と熱的に接触するように、１回又は複数回「積み重ねられた」実質的に平坦な螺旋巻きとすることができる。図示される代表的な実施形態によれば、ＧＣカラム２０３は、ＧＣカラムブラケット２１２に取り付けられるＧＣカラム支持体２１３によって、第１の面２０６の上方の適所に保持される。具体的には、ＧＣカラム支持体２１３は、アルミニウム、ニッケル又はステンレス鋼等の金属の細いストリップから構成することができる。より一般的には、ＧＣカラム支持体２１３は、上面２０６上にＧＣカラム２０３を支持し、温度曝露（最大４５０℃）に耐えることができる材料から形成することができる。ＧＣカラムブラケット２１２は、ＧＣカラム２０３のための構造要素としての役割を果たし、再現可能なクロマトグラフィ性能を得るために上面２０６上にＧＣカラム２０３を再現可能に位置決めするのを確実にする。ＧＣカラムブラケット２１２は、限定はしないが、ねじ、クランプ及び磁石（図示せず）を含む、様々な既知の要素のうちの１つ又は複数を用いてＧＣシステム内に取り付けることができる。とりわけ、ＧＣカラムブラケット２１２及び支持体２１３は、代替的には、第２のカラム加熱装置２０２とともに使用する場合が考えられる。
【００２８】
図３Ａは、代表的な実施形態による、ＧＣカラム（図示せず）を加熱するための第１のカラム加熱装置２０１の組立分解図を示す。
【００２９】
第１のカラム加熱装置２０１は、実質的に平坦である第１の基板３０１を備える。任意選択で、第１の基板３０１の上方に、又は第１の基板３０１に隣接して第１のスペーサ層３０２が配置される。第１のスペーサ層３０２内に第１の凹部３０３が設けられ、第１の温度センサ３０４を受け入れるように構成される。
【００３０】
第１のカラム加熱装置２０１は、任意選択の第１の介在層３０６と任意選択の第２の介在層３０７との間に配置される第１の加熱要素３０５を備える。第１の介在層３０６及び第２の介在層３０７は一般的に同じ材料から形成される。
【００３１】
第１の加熱要素３０５は実質的に均一な一連の配線として示されるが、それらの配線は実質的に不均一であり、非対称であり、及び／又は不規則な場合があることも考えられる。一例として、第１の加熱要素３０５の外縁は外部環境への曝露が大きいので、アセンブリの内側部分に比べて、外縁において温度の低下が生じる場合がある。その縁において第１の加熱要素３０５の配線の密度を高くし、及び／又は幅を変更することによって、外縁付近の第１の加熱要素３０５の電力密度が高められ、言及された温度低下として現れる、加熱要素の内側部分と外縁との間の温度差を小さくすることができるか、又は解消することができる。さらに、配線の厚さを変更することによっても、本明細書において説明されるような所望の特性を有することができる。（とりわけ、図３Ｂに示されるように、第２の加熱要素３０５’の場合に、第１の加熱要素３０５に関連して説明される、配線の不均一、非対称及び／又は不規則な分布も考えられる。）
【００３２】
第１の介在層３０６及び第２の介在層３０７は、第１の加熱要素３０５と、第１の基板３０１及び第２の基板３０８との間の電気絶縁体としての役割を果たすように選択することができる。第１の基板３０１と同様に、第２の基板３０８も実質的に平坦である。第２の基板３０８は、ＧＣカラム（図３Ａには示されない）が第２の基板３０８と熱的に接触するように構成される。ＧＣカラムは、熱を伝達するために、直に接触するか、又は極めて近接するようにして第２の基板３０８と熱的に接触している。代替的には、第２の基板３０８は、ＧＣカラムと第２の基板３０８との間に介在層（図示せず）が存在するにもかかわらず、ＧＣカラムと熱的に接触することができる。介在層は、例えば、ＧＣカラムへの熱伝導を改善する熱伝導材料の層とすることができる。具体的には、ＧＣカラムは第１のカラム加熱装置２０１の第１の面２０６に隣接し、第１のカラム加熱装置２０１からの熱が第２の基板３０８を通してＧＣカラムに伝達される。図３Ａを見直すことから理解することができるように、第１の面２０６は実質的に平坦である。
【００３３】
第１の基板３０１及び第２の基板３０８は、単一の層、又は同じ若しくは異なる材料の複数の層を備えることができる。以下で更に十分に説明されるように、第１のカラム加熱装置２０１は、第１の面２０６において第２の基板３０８に接触しているＧＣカラムを実質的に均一に加熱する。
【００３４】
空気対流オーブン等の既知のＧＣヒータでは、オーブンは、３０℃／分〜６０℃／分の温度プログラミングレートを可能にするために、大量の電力（最大で２０００Ｗ）を必要とする場合がある。対照的に、以下で更に十分に説明されるように、第１のカラム加熱装置２０１は、有益なことに、１００Ｗより著しく低い電力において、同様の温度プログラミングレートを与える。さらに、第１のカラム加熱装置２０１は、はるかに速い（例えば、既知のＧＣヒータの電力要件の２５％で、既知のＧＣヒータより最大で５倍〜１０倍速い）温度プログラミングレートを可能にし、結果として、クロマトグラフィ分析が迅速に行われる。また、既知のＧＣヒータが４５０℃から５０℃まで冷却するのに６分以上を要する場合があるが、第１のカラム加熱装置２０１は、３分未満で動作することができ、それにより、分析間のサイクル時間を早めることができるようになる。第１のカラム加熱装置２０１は、第２の基板３０８、又は第１の基板３０１及び第２の基板３０８の材料特性を低熱質量になるように規定することによって、機械的剛性、小さな熱勾配、及び熱変形に対する耐性を保持しながら、これらの性能改善を実現する。
【００３５】
当業者によって理解されるべきであるように、物体の「熱質量」は、熱エネルギー（すなわち、熱）を蓄積する能力の指標である。したがって、比較的低い熱質量を有する材料は、比較的高い熱質量の材料より、温度を変更するのに必要とする熱が少ない。以下で更に十分に説明されるように、迅速に加熱及び冷却できるようにするために、第１の基板３０１及び第２の基板３０８並びに第１のカラム加熱装置２０１のために選択される材料は低い熱質量を有する。
【００３６】
熱質量（単位Ｊ／Ｋ）は、材料の比熱ｃｐと物体の質量ｍとの積である。便宜上、質量は、材料の密度ρと、表面積Ａｓと、表面積に対して垂直な厚さｔとの積として更に規定することができる。組み合わせると、熱質量は、
熱質量＝（ρｃｐｔＡｓ）
と表すことができる。
【００３７】
第１のカラム加熱装置２０１の表面積は、加熱されるカラムのサイズに基づいて一定であるので、ここで論じられる場合、表面積は定数と見なされる。残りの項が更に検討される。項ρｃｐは、材料の体積熱容量としても知られており、材料固有の特性である。熱質量を最小化するために、この項は最小化されるべきである。代表的な実施形態では、第２の基板３０８、又は第１の基板３０１及び第２の基板３０８のための材料は、２５℃において、約
【数１】
0006677716.tif 000002
未満の体積熱容量を有する。
【００３８】
第２の基板３０８、又は第１の基板３０１及び第２の基板３０８のための材料の選択は、機械的剛性、低い熱勾配及び熱変形に対する耐性によって更に限度が設けられる。これらの限度は、第２の基板３０８、又は第１の基板３０１及び第２の基板３０８のために必要とされる材料の最小厚を決定する際に特に重要である。熱質量とともに、これらは完全に独立した特性ではないので、材料の選択は、それらの全てを考慮して行われる。最終的な目的は、より迅速に加熱及び冷却できるようにするために、第１の基板３０１及び第２の基板３０８の場合に相対的に低い熱質量を達成しながら、第２の基板３０８の第１の面２０６にわたって低い熱勾配を達成することである。
【００３９】
第２の基板３０８、又は第１の基板３０１及び第２の基板３０８にわたる熱勾配は、基板の異なる部分が異なる熱環境にあることから生じる。例えば、第１の加熱要素３０５は、完全に均質な熱プロファイルを有するわけではない。さらに、第１の基板３０１及び第２の基板３０８の外縁は通常、周囲温度環境に対して、より大きく曝露されることになる。したがって、第１の基板３０１及び第２の基板３０８にわたって熱勾配が存在する可能性がある。第１の基板及び第２の基板のための選択された材料が、熱流に対して低い耐性を有する、すなわち、高い熱伝導率ｋを有するときに、勾配は低減される。それゆえ、ＧＣカラムと接触している第１の面２０６が温度に関して実質的に均一であるように、特に第２の基板３０８の場合に比較的高い熱伝導率を有する材料を有することが望ましい。代表的な実施形態によれば、第２の基板３０８、又は第１の基板３０１及び第２の基板３０８のための材料は、２５℃において約
【数２】
0006677716.tif 000003
より高い熱伝導率を有する。
【００４０】
第１の基板３０１及び第２の基板３０８は、第１のカラム加熱装置２０１のための機械的構造を与える。とりわけ、第１の基板３０１及び第２の基板３０８は、第１のスペーサ層３０２及び第１の温度センサ３０４だけでなく、相対的に硬質でない第１のカラム加熱要素３０５、任意選択の層３０６及び３０７も支持する。有益なことに、第１の基板３０１及び第２の基板３０８のために選択される材料は、十分な支持を与えるほど十分に硬質である。材料の剛性は、その弾性率（又はヤング率）Ｅに関連付けられる。材料が高い弾性率を有する場合には、低い弾性率を有する材料と同じ剛性を与えるのに必要な断面厚が小さい。それゆえ、十分な剛性を達成するのに必要とされる材料の（熱）質量が少ないように、高い弾性率を示す材料を有することが有益である。代表的な実施形態によれば、第１の基板３０１及び第２の基板３０８のための材料は、約１００ＧＰａより大きいヤング率を有する。剛性に加えて、第１の基板３０１及び第２の基板３０８は、ヒータ及びカラムを、第１の面２０６と直に接触させておくか、又は第１の面２０６と間接的に（すなわち、ＧＣカラム２０３と第１の面２０６との間にある上述の介在層（図示せず）と）接触させておくために、表面平坦性を保たなければならない。平坦性に関する問題は、急速な温度変化からの変形又は「バックリング（buckling）」に起因して生じる場合がある。例えば、構成要素が非対称に冷却されるときのように、その構成要素内に大きな熱勾配が存在する場合には、構成要素の複数の部分が、他の部分が一定のままであろうとする一方で、熱膨張に起因して大きくなろうとする。最悪の場合、これは、バックリング又は破損を引き起こす可能性がある。
【００４１】
熱膨張に起因して機械的に変形する可能性は、高い熱伝導率ｋ、低い熱膨張係数α又はその両方を有する材料を選択することによって最小化することができる。高い熱伝導率を有する材料は、材料内の大きな熱勾配の形成に耐える。低い熱膨張を有する材料は、著しい熱勾配下にあっても、あまり大きくならない。高い熱伝導率、低い熱膨張係数又はその両方を有する材料を選択することによって、バックリングへの十分な耐性を与えながら、より少ない材料（例えば、より薄い部品）を、それゆえ、より低い熱質量を使用できるようになる。代表的な実施形態によれば、第２の基板３０８、又は第１の基板３０１及び第２の基板３０８のための材料は、２５℃において、約
【数３】
0006677716.tif 000004
より大きい、熱伝導率と熱膨張係数との比を有する。
【００４２】
第２の基板３０８、又は第１の基板３０１及び第２の基板３０８のための材料の選択に関する別の検討事項は、材料の電気絶縁特性である。材料は、この機能を果たすために、積み重ねられた第１のカラム加熱装置２０１及び第２のカラム加熱装置２０２内に更なる材料を追加しなければならないのを回避するために実質的に電気的に絶縁性であることが有益である。
【００４３】
最後に、約４５０℃より高い温度において、第１のカラム加熱装置２０１及び第２のカラム加熱装置２０２内で有効である、第２の基板３０８、又は第１の基板３０１及び第２の基板３０８のための材料を選択することが重要である。
【００４４】
表１は、第２の基板３０８、又は第１の基板３０１及び第２の基板３０８のための材料を選択する際に考慮されるべき要因のうちの幾つかの要約を提示する。
【００４５】
【表１】
0006677716.tif 000005
【００４６】
代表的な実施形態では、第２の基板３０８はシリコンを含む。シリコンは、単結晶シリコン又は多結晶シリコンとすることができる。一般的に、第２の基板３０８を形成するシリコン層は、約０．３ｍｍ〜１．５ｍｍの厚さを有する。具体的には、第２の基板３０８は約０．６７５ｍｍの厚さを有する＜１，０，０＞Ｓｉを含む。代表的な実施形態では、第１の基板３０１は、約０．６７５ｍｍの厚さを有する＜１，０，０＞Ｓｉウェハを含み、第２の基板３０８は、それぞれ約０．６７５ｍｍの厚さを有する２つの＜１，０，０＞Ｓｉウェハを含む。第２の基板３０８のために２つのウェハを使用することによって、幾分改善された保持時間再現性を与えることがわかった。とりわけ、第２の基板３０８は、特殊な研磨又はドーピングを必要としない。さらに、そして不可欠ではないが、第１の基板３０１は、第２の基板３０８と同じ材料から、そして同じ仕様に形成することができる。
【００４７】
第２の基板３０８、又は第１の基板３０１及び第２の基板３０８のためのシリコンの使用は例示にすぎないことに留意されたい。より一般的には、第２の基板３０８、又は第１の基板３０１及び第２の基板３０８のために選択される材料は、２５℃において約
【数４】
0006677716.tif 000006
より低い体積熱容量（ρｃｐ）と、２５℃において約
【数５】
0006677716.tif 000007
より高い熱伝導率（ｋ）と、２５℃において約
【数６】
0006677716.tif 000008
より大きい、熱伝導率と熱膨張係数との比（ｋ／α）と、約１００ＧＰａより高いヤング率（Ｅ）とを有するように選択される。
【００４８】
これらの物理的特性は、低い熱質量、機械的剛性、低い熱勾配及び変形への耐性を含む、幾つかの限度内で第１のカラム加熱装置２０１のより迅速な加熱及び冷却を達成するために望ましい。表２は、或る材料範囲にわたってこれらの４つの特性を比較する。
【００４９】
【表２】
0006677716.tif 000009
【００５０】
上記に基づいて、第２の基板３０８、又は第１の基板３０１及び第２の基板３０８のために選択される材料は優先的には、２５℃において約
【数７】
0006677716.tif 000010
より低い体積熱容量を有する。それゆえ、銅、アルミナ、ニクロム、ステンレス鋼、ニッケル、サファイア、窒化シリコン、炭化タングステン、酸化ベリリウム、黄銅、青銅、アルミニウム黄銅、鉄及びベリリウムは、第２の基板３０８、又は第１の基板３０１及び第２の基板３０８のための好ましい材料ではない。
【００５１】
第２の基板３０８、又は第１の基板３０１及び第２の基板３０８のために選択される材料は、２５℃において約
【数８】
0006677716.tif 000011
より高い熱伝導率を有するべきである。それゆえ、パイレックス（登録商標）ガラス、雲母、チタン、石英ガラス、ガリウムヒ素、ゲルマニウム、窒化ホウ素、酸化ジルコニウム、炭化ホウ素、インジウムリン、ニオブ、レニウム及びタンタルは一般的に、第２の基板３０８、又は第１の基板３０１及び第２の基板３０８のための好ましい材料ではない。
【００５２】
第２の基板３０８、又は第１の基板３０１及び第２の基板３０８のために選択される材料は更に、（２５℃において）２５℃において約
【数９】
0006677716.tif 000012
より大きい、熱伝導率ｋと熱膨張係数αとの比を有するべきである。それゆえ、表に示されているアルミニウムと同様に、マグネシウム、銀、亜鉛及び金は、第２の基板３０８、又は第１の基板３０１及び第２の基板３０８のための好ましい材料ではない。
【００５３】
第２の基板３０８、又は第１の基板３０１及び第２の基板３０８のために選択される材料は更に、約１００ＧＰａより高いヤング率を有するべきである。それゆえ、グラファイトは、第２の基板３０８、又は第１の基板３０１及び第２の基板３０８のための好ましい材料ではない。
【００５４】
上記の分析に基づいて、第２の基板３０８、又は第１の基板３０１及び第２の基板３０８のために使用することができ、全ての好ましい材料特性を満たすことができる例示的な材料は、シリコン、窒化アルミニウム、ダイヤモンド、炭化シリコン、タングステン、モリブデン、タングステン合金（特に銅との合金）、モリブデン合金（特に銅との合金）及びその組み合わせを含む。
【００５５】
第１の加熱要素３０５は、任意選択の第１の介在層３０６と任意選択の第２の介在層３０７との間に配置することができる。第１の介在層３０６及び第２の介在層３０７は一般的に同じ材料から形成され、それぞれ第２の比較的低い熱質量を有する。さらに、第１の介在層３０６及び第２の介在層３０７はそれぞれ、電気的に絶縁性である材料から形成される。とりわけ、第１の基板３０１及び第２の基板３０８が電気的に絶縁性である場合には、第１の介在層３０６及び第２の介在層３０７はなくすことができる。しかしながら、比較的高い温度において材料がより高い導電率になることができる場合（例えば、シリコン）、第１の基板及び第２の基板がシリコンであるときには、加熱要素と第１の基板３０１及び第２の基板３０８との間に電気絶縁が必要とされる。したがって、第１の基板及び第２の基板がシリコンである代表的な実施形態では、第１の介在層３０６及び第２の介在層３０７が必要とされる。しかしながら、とりわけ、別の代表的な実施形態では、この絶縁機能を果たすために、第１の介在層３０６及び第２の介在層３０７を含むのではなく、加熱要素に面する第１の基板３０１及び第２の基板３０８の面をガラス又は他の誘電体の層でコーティングすることができる。
【００５６】
第１の加熱要素３０５は具体的には、ワイヤヒータ又はフォイルヒータ等の抵抗性加熱要素である。他のタイプの加熱要素も考えられる。加熱要素はかなり薄く、それゆえ、第１のカラム加熱装置２０１及び第２のカラム加熱装置２０２の各層の所望の平坦性を実質的に妨げないことが有益であることは理解されたい。既知の薄膜製造方法によれば、当業者の理解し得る範囲内にあるそのような比較的薄い加熱要素が考えられる。
【００５７】
第１の基板３０１及び第２の基板３０８の比較的低い熱質量と同様に、任意選択の第１の介在層３０６及び第２の介在層３０７の比較的低い熱質量は、それらの層が比較的迅速に熱くなり、熱をあまり保持しないのを確実にする。したがって、カラム加熱装置２０１は、その表面にわたって迅速に加熱することができ、ヒータにおいて多くの場合に使用される他の材料ほど熱を保持しないであろう。ここでも、前者の属性は最終的には、第２の基板３０８の第1の面２０６の上方に配置されるＧＣカラムが比較的非常に迅速に加熱され、それにより分析時間を改善するのを確実にする。後者の属性は、第１のカラム加熱装置２０１から熱を相対的に迅速かつ効率的に完全に散逸させることができ、それにより、サイクル時間を短縮し、保持時間再現性を改善できるようにする。
【００５８】
代表的な実施形態では、第１の介在層３０６及び第２の介在層３０７はそれぞれ雲母を含み、それは層状ケイ酸塩（フィロケイ酸塩）鉱物から構成される。一般的に、雲母材料は、Ｘ２Ｙ４−６Ｚ８Ｏ２０（ＯＨ，Ｆ）４であり、ただし、ＸはＫ、Ｎａ又はＣａであるか、又は頻度は低いが、Ｂａ、Ｒｂ又はＣｓであり、ＹはＡｌ、Ｍｇ又はＦｅであるか、又は頻度は低いがＭｎ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｌｉ等であり、Ｚは主にＳｉ又はＡｌであるが、Ｆｅ３＋又はＴｉを含むこともできる。第１の介在層３０６及び第２の介在層３０７のための雲母の使用は、例示にすぎず、雲母に類似の熱質量、導電率、及び急速な温度変化に起因する機械的歪みへの耐性を有する他の材料も考えられる。例えば、ガラス繊維等の織布（fabrics）及び玄武岩が、所望の特性を与える。
【００５９】
一般的に、第１のカラム加熱装置２０１の任意選択の第１の介在層３０６及び第２の介在層３０７を形成する雲母層はそれぞれ、約０．３ｍｍの厚さを有する。より一般的には、第１のカラム加熱装置２０１の第１の介在層３０６及び第２の介在層３０７のために選択される材料は、約１×１０＾１２Ω・ｍ〜約１×１０＾１４Ω・ｍ以上の電気抵抗率を有する。雲母は、シリコンと同様に、比較的低い熱膨張係数（ＣＴＥ）を有するので、加熱又は冷却されるときに膨張せず、機械的な歪みを受けないであろう。さらに、雲母は本質的に平坦であり、基板と加熱要素との間の密着をもたらす。雲母の代わりに電気絶縁体としての役割を果たすことができる他の材料は、例えば、窒化アルミニウム、石英、ガラス、炭化シリコン及び前述の織布である。前述の織布のようなコンプライアント材料は、密着を達成するために圧縮することができるので、それほど平坦である必要はない。
【００６０】
任意選択で、カラム加熱装置２０１の第１の基板３０１の上方、かつ第１の介在層３０６の下方に第１のスペーサ層３０２が配置される。第１のスペーサ層３０２は、第１の温度センサ３０４を収容するスペーサである。具体的には、第１のスペーサ層３０２は、ガラス繊維材料等のコンプライアント材料である。第１のスペーサ層３０２は、有益なことに、第１の加熱要素３０５の任意選択の第１の介在層３０６と、第１の基板３０１との間の実質的に均一な圧力を保持する。とりわけ、第１の温度センサ３０４を含む場合、第１のスペーサ層３０２が存在しない場合には、実質的に均一な圧力を損なうおそれがある。カラム加熱装置２０１の第１の介在層３０６と第１の基板３０１との間の圧力が非均一であることの結果として、第１のカラム加熱装置２０１の全体的な「平坦性」が低下し、それにより、熱勾配及び「ホットスポット」が生じる可能性があり、それゆえ、ＧＣカラムの性能を劣化させる可能性がある。
【００６１】
図３Ｂは、代表的な実施形態による、ＧＣカラム（図３Ｂには示されない）を加熱するための第２のカラム加熱装置２０２の組立分解図を示す。とりわけ、第２のカラム加熱装置２０２は、本明細書において説明される第１のカラム加熱装置２０１と実質的に同じであり、第１のカラム加熱装置２０１の同じ構成要素を備える。したがって、第２のカラム加熱装置の種々の構成要素の共通の細部が多くの場合に繰り返されない。
【００６２】
第２のカラム加熱装置２０２は、実質的に平坦である第３の基板３０１’を備える。任意選択で、第３の基板３０１’に第２のスペーサ層３０２’が隣接する。第２のスペーサ層３０２’内に第２の凹部３０３’が設けられ、第２の温度センサ３０４’を受け入れるように構成される。
【００６３】
第２のカラム加熱装置２０２は、任意選択の第３の層３０６’と任意選択の第４の層３０７’との間に配置される第２の加熱要素３０５’を備える。第３の層３０６’及び第４の層３０７’は、第２の加熱要素３０５’と、第３の基板３０１’及び第４の基板３０８’との間の電気絶縁体としての役割を果たすように選択することができる。第３の基板３０１’と同様に、第４の基板３０８’も実質的に平坦である。第４の基板３０８’は、ＧＣカラム（図３Ｂには示されない）が第４の基板３０８’と直に接触するように構成される。代替的には、第４の基板３０８’は、ＧＣカラムと第４の基板３０８’との間に介在層（図示せず）を有することによって、ＧＣカラムが第４の基板３０８’と間接的に接触するように構成することができる。介在層は、例えば、ＧＣカラムへの熱伝導を改善する熱伝導材料の層とすることができる。
【００６４】
とりわけ、動作時に、図３Ｂに示される第２のカラム加熱装置２０２は、ＧＣカラム２０３が第２のカラム加熱装置２０２の下面２０７の下方に配置され、第２のカラム加熱装置２０２からの熱が第４の基板３０８’を通ってＧＣカラムに伝達されるように、１８０度だけ（すなわち、図２Ａに示されるように）回転する。図３Ｂを見直すことから理解することができるように、第２の面２０７は実質的に平坦である。
【００６５】
第３の基板３０１’及び第４の基板３０８’は、同じ材料又は異なる材料の単一の層又は複数の層を備えることができる。以下で更に十分に説明されるように、第２のカラム加熱装置２０２は、第２のカラム加熱装置２０２の下面２０７において第４の基板３０８’と接触しているＧＣカラムを実質的に均一に加熱する。
【００６６】
上記で示唆されたように、コントローラ１０６は、第１の温度センサ３０４から温度データを受信し、それらのデータに基づいて、電源１０７に制御信号を与える。同様に、コントローラ１０６は、第２のカラム加熱装置２０２内に設けられる第２の温度センサ３０４’から温度データを受信し、それらのデータに基づいて、電源１０７に制御信号を与える。コントローラ１０６からの制御信号に基づいて、電源１０７は、何らかの所望の反復可能なプログラムに従って、ＧＣカラムの温度を実質的に一定の値に保持するために、又はＧＣカラムの温度を変更させるために、第１のカラム加熱装置２０１及び第２のカラム加熱装置２０２への電力を調整する。
【００６７】
図３Ｃは、別の代表的な実施形態による、第１のカラム加熱装置２０１の組立分解図を示す。本実施形態の第１のカラム加熱装置２０１の多くの態様が上記の態様に類似である。したがって、図３Ａの代表的な実施形態の第１のカラム加熱装置２０１に共通する種々の特徴の多くの細部は繰り返されない。とりわけ、第１のカラム加熱装置２０１及び第２のカラム加熱装置２０２の共通の要素の種々の特性は同じである。図３Ｃは、第１の加熱要素３０５に隣接する第１の基板３０１を備える第１のカラム加熱装置２０１の代表的な実施形態を表しており、任意選択のスペーサ並びに第１の介在層及び第２の介在層は省かれる。
【００６８】
第１の加熱要素３０５は、具体的には、ワイヤヒータ又はフォイルヒータ等の抵抗性加熱要素である。他のタイプの加熱要素も考えられる。第１の加熱要素３０５はかなり薄く、それゆえ、第１のカラム加熱装置２０１の各層の所望の平坦性を実質的に妨げないことが有益であることは理解されたい。既知の薄膜製造方法によれば、当業者の理解し得る範囲内にあるそのような比較的薄い加熱要素が考えられる。
【００６９】
また、第１のカラム加熱装置２０１は、第１の加熱要素３０５に隣接する第２の基板３０８も備える。第２の基板３０８は、ＧＣカラム２０３（図３Ｃに示されない）が第２の基板３０８と熱的に接触するように構成される。具体的には、ＧＣカラムは第２の基板３０８の上面２０６の上方に配置され、第１の加熱要素３０５からの熱が、図２及び図３Ａの代表的な実施形態に関連して上記で説明されたように、第２の基板３０８を通して伝達される。第１の基板３０１及び第２の基板３０８は、同じ材料又は異なる材料の単一の層又は複数の層を備えることができる。上記の第２の基板３０８の熱分配を通して、第１のカラム加熱装置２０１は、第２の基板３０８と接触しているＧＣカラムを実質的に均一に加熱する。
【００７０】
本開示の観点から、本教示を踏まえて、それらの方法及びデバイスを実現できることに留意されたい。さらに、種々の構成要素、材料、構造及びパラメータは説明及び例示としてのみ含まれており、制限する意味は全くない。本開示の観点から、本教示は、添付の特許請求の範囲内にとどまりながら、他の適用例において実現することができ、これらの適用例を実現するために必要とされる構成要素、材料、構造及び装置を決定することができる。
【００７１】
例示的な実施形態
ここで開示されている主題により提供される例示的な実施形態は、特許請求の範囲及び以下の実施形態を含むが、これらに限定されない。
【００７２】
Ａ１．第１の基板と、シリコンを含む第２の基板と、第１の基板と第２の基板との間に配置される第１の加熱要素とを備える、第１のカラム加熱装置と、
第３の基板と、シリコンを含む第４の基板と、第３の基板と第４の基板との間に配置される第２の加熱要素とを備える、第２のカラム加熱装置と、
を備える、ガスクロマトグラフィ加熱装置。
Ａ２.第２の基板は、以下の属性、すなわち、２５℃において
【数１０】
0006677716.tif 000013
より低い体積熱容量と、２５℃において
【数１１】
0006677716.tif 000014
より高い熱伝導率と、２５℃において約
【数１２】
0006677716.tif 000015
より大きい、熱伝導率と熱膨張係数との比と、１００ＧＰａより高い機械的剛性との全てを含み、
第４の基板は、以下の属性、すなわち、２５℃において
【数１３】
0006677716.tif 000016
より低い体積熱容量と、２５℃において
【数１４】
0006677716.tif 000017
より高い熱伝導率と、２５℃において約
【数１５】
0006677716.tif 000018
より大きい、熱伝導率と熱膨張係数との比と、１００ＧＰａより高い機械的剛性との全てと、第３の基板と第４の基板との間に配置される第２の加熱要素とを含む、実施形態Ａ１に記載のガスクロマトグラフィ加熱装置。
Ａ３.第２の基板は、窒化アルミニウム、ダイヤモンド、炭化シリコン、タングステン、モリブデン、タングステン合金、モリブデン合金又はその組み合わせのうちの１つと、第１の基板と第２の基板との間に配置される第１の加熱要素とを含み、
第４の基板は、窒化アルミニウム、ダイヤモンド、炭化シリコン、タングステン、モリブデン、タングステン合金、モリブデン合金又はその組み合わせのうちの１つと、第３の基板と第４の基板との間に配置される第２の加熱要素とを含む、実施形態Ａ１又はＡ２に記載のガスクロマトグラフィ加熱装置。
Ａ４.第１の基板及び第３の基板は、以下の属性、すなわち、２５℃において
【数１６】
0006677716.tif 000019
より低い体積熱容量と、２５℃において
【数１７】
0006677716.tif 000020
より高い熱伝導率と、２５℃において約
【数１８】
0006677716.tif 000021
より大きい、熱伝導率と熱膨張係数との比と、１００ＧＰａより高い機械的剛性との全てを含む、先行する実施形態のいずれか一項に記載の装置。
Ａ４.第１の加熱要素及び第２の加熱要素はそれぞれ、それぞれの基板から電気的に絶縁される、先行する実施形態のいずれか一項に記載の装置。
Ａ５.第１の加熱要素及び第２の加熱要素はフォイルヒータ又はワイヤヒータを含む、先行する実施形態のいずれか一項に記載の装置。
Ａ６.第１の基板及び第３の基板はそれぞれ、単結晶シリコン又は多結晶シリコンを含む、先行する実施形態のいずれか一項に記載の装置。
Ａ７.シリコンは単結晶シリコン又は多結晶シリコンである、実施形態Ａ１に記載の装置。
Ａ８.少なくとも１つの加熱要素と少なくとも１つの基板との間に配置される１つ又は複数の介在層を更に備える、先行する実施形態のいずれか一項に記載の装置。
Ａ９.第１の加熱要素と第１の基板との間に配置されるスペーサ層を更に備え、層は、加熱要素と第１の基板との間に実質的に均一な圧力を与えるように構成される、先行する実施形態のいずれか一項に記載の装置。
Ａ１０.第２の加熱要素と第３の基板との間に配置されるスペーサ層を更に備え、層は、加熱要素と第３の基板との間に実質的に均一な圧力を与えるように構成される、先行する実施形態のいずれか一項に記載の装置。
Ａ１１.第１の加熱要素及び第２の加熱要素はそれぞれ、それぞれの基板から電気的に絶縁される、先行する実施形態のいずれか一項に記載の装置。
Ａ１２.第１の加熱要素と第１の基板との間に配置される層を更に備え、層は加熱要素と第１の基板との間に実質的に均一な圧力を与えるように構成される、先行する実施形態のいずれか一項に記載の装置。
Ａ１３.第２の加熱要素と第３の基板との間に配置される層を更に備え、層は、加熱要素と第３の基板との間に実質的に均一な圧力を与えるように構成される、請求項９に記載の装置。
Ａ１４.第１の加熱要素及び第２の加熱要素はそれぞれ、それぞれの基板から電気的に絶縁される、先行する実施形態のいずれか一項に記載の装置。
Ａ１５.第１の基板及び第３の基板はそれぞれ、窒化アルミニウム、ダイヤモンド、炭化シリコン、タングステン、モリブデン、タングステン合金、モリブデン合金又はその組み合わせを含む、先行する実施形態のいずれか一項に記載の装置。
Ａ１６.タングステン合金又はモリブデン合金は銅を含む、実施形態Ａ３又はＡ１５に記載の装置。
なお、出願当初の特許請求の範囲の記載は以下の通りである。
請求項１：
第１の基板と、シリコンを含む第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置される第１の加熱要素とを備える、第１のカラム加熱装置と、
第３の基板と、シリコンを含む第４の基板と、前記第３の基板と前記第４の基板との間に配置される第２の加熱要素とを備える、第２のカラム加熱装置と、
を備える、ガスクロマトグラフィ加熱装置。
請求項２：
前記第１の加熱要素及び前記第２の加熱要素はそれぞれ、それぞれの基板から電気的に絶縁される、請求項１に記載の装置。
請求項３：
前記第１の加熱要素及び前記第２の加熱要素はそれぞれ、フォイルヒータ又はワイヤヒータを含む、請求項１に記載の装置。
請求項４：
第１の基板及び第３の基板はそれぞれ、単結晶シリコン又は多結晶シリコンを含む、請求項１に記載の装置。
請求項５：
前記シリコンは単結晶シリコン又は多結晶シリコンである、請求項１に記載の装置。
請求項６：
少なくとも１つの加熱要素と少なくとも１つの基板との間に配置される１つ又は複数の介在層を更に備える、請求項１に記載の装置。
請求項７：
前記第１の加熱要素と前記第１の基板との間に配置されるスペーサ層を更に備え、該層は、前記加熱要素と前記第１の基板との間に実質的に均一な圧力を与えるように構成される、請求項１に記載の装置。
請求項８：
前記第２の加熱要素と前記第３の基板との間に配置されるスペーサ層を更に備え、該層は、前記加熱要素と前記第３の基板との間に実質的に均一な圧力を与えるように構成される、請求項１に記載の装置。
請求項９：
前記第２の基板は、以下の属性、すなわち、２５℃において
【数１９】
0006677716.tif 000022
より低い体積熱容量と、２５℃において
【数２０】
0006677716.tif 000023
より高い熱伝導率と、２５℃において約
【数２１】
0006677716.tif 000024
より大きい、熱伝導率と熱膨張係数との比と、１００ＧＰａより高い機械的剛性との全てを含み、
前記第４の基板は、以下の属性、すなわち、２５℃において
【数２２】
0006677716.tif 000025
より低い体積熱容量と、２５℃において
【数２３】
0006677716.tif 000026
より高い熱伝導率と、２５℃において約
【数２４】
0006677716.tif 000027
より大きい、熱伝導率と熱膨張係数との比と、１００ＧＰａより高い機械的剛性との全てを含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
請求項１０：
前記第１の加熱要素及び前記第２の加熱要素はそれぞれ、それぞれの基板から電気的に絶縁される、請求項９に記載の装置。
請求項１１：
前記第１の加熱要素及び前記第２の加熱要素はそれぞれ、フォイルヒータ又はワイヤヒータを含む、請求項９に記載の装置。
請求項１２：
第１の基板及び第３の基板は、以下の属性、すなわち、２５℃において
【数２５】
0006677716.tif 000028
より低い体積熱容量と、２５℃において
【数２６】
0006677716.tif 000029
より高い熱伝導率と、２５℃において約
【数２７】
0006677716.tif 000030
より大きい、熱伝導率と熱膨張係数との比と、１００ＧＰａより高い機械的剛性との全てを含む、請求項９に記載の装置。
請求項１３：
前記第１の加熱要素と前記第１の基板との間に配置される層を更に備え、前記層は前記加熱要素と前記第１の基板との間に実質的に均一な圧力を与えるように構成される、請求項９に記載の装置。
請求項１４：
前記第２の加熱要素と前記第３の基板との間に配置される層を更に備え、該層は、前記加熱要素と前記第３の基板との間に実質的に均一な圧力を与えるように構成される、請求項９に記載の装置。
請求項１５：
前記第２の基板は、窒化アルミニウム、ダイヤモンド、炭化シリコン、タングステン、モリブデン、タングステン合金、モリブデン合金又はその組み合わせのうちの１つと、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置される第１の加熱要素とを含み、
前記第４の基板は、窒化アルミニウム、ダイヤモンド、炭化シリコン、タングステン、モリブデン、タングステン合金、モリブデン合金又はその組み合わせのうちの１つと、前記第３の基板と前記第４の基板との間に配置される第２の加熱要素とを含む、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の装置。
請求項１６：
前記タングステン合金又は前記モリブデン合金は銅を含む、請求項１５に記載の装置。
請求項１７：
前記第１の加熱要素及び前記第２の加熱要素はそれぞれ、それぞれの基板から電気的に絶縁される、請求項１５に記載の装置。
請求項１８：
前記第１の加熱要素及び前記第２の加熱要素はそれぞれ、フォイルヒータ又はワイヤヒータを含む、請求項１５に記載の装置。
請求項１９：
前記第１の基板及び第３の基板はそれぞれ、窒化アルミニウム、ダイヤモンド、炭化シリコン、タングステン、モリブデン、タングステン合金、モリブデン合金又はその組み合わせを含む、請求項１５に記載の装置。
請求項２０：
前記タングステン合金又は前記モリブデン合金は銅を含む、請求項１９に記載の装置。
【図１】
0006677716.tif 000040
【図２Ａ】
0006677716.tif 000041
【図２Ｂ】
0006677716.tif 000042
【図３Ａ】
0006677716.tif 000043
【図３Ｂ】
0006677716.tif 000044
【図３Ｃ】
0006677716.tif 000045