(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フラクションコレクタ（１）において１つの容器（３）から次の容器（３’）へと切り換えるときの分画分取の際の液体損失を低減するための方法であって、フラクションコレクタ（１）が、液体を供給するための入力配管（６）と、入力配管（６）と流体連通しているとともにフラクションコレクタ（１）に設けられた容器（３，３’）に液体を放出するように構成された分注手段（５）とを備えており、当該方法が、
次の容器（３’）に放出すべき液体を一時的に保持するための液体保持手段（３１）をフラクションコレクタ（１）に設けるステップであって、該液体保持手段（３１）が、上記入力配管（６）からの液体を受容するために上記入力配管（６）と接続した入口開口部（４４）と、入口開口部（４４）を介して受容した液体を放出するために分注手段（５）と接続した出口開口部（４５）と、入口開口部（４４）と出口開口部（４５）の間の流路内の拡張可能なチャンバ（３４）とを有しているステップと、
上記１つの容器（３）から次の容器（３’）への切換時間の間に、上記拡張可能なチャンバ（３４）の移動可能な壁部（３７）を、該移動可能な壁部（３７）と接続した駆動ユニット（３６）によって変位させることによって拡張させるステップであって、移動可能な壁部（３７）を、上記分注手段（５）から液体が全く放出されないように上記入力配管（６）内での流速に対応した速度で変位させるステップと、
上記次の容器（３’）が上記分注手段（５）の下に位置しているときに、上記拡張可能なチャンバ（３４）に保持された液体と上記入力配管（６）から送られる液体とが上記次の容器（３’）に押し出されるように上記駆動ユニット（３６）からの上記移動可能な壁部（３７）の変位を制御することによって上記拡張可能なチャンバ（３４）内の容積を減少させるステップと
を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
液体を供給するための入力配管（６）と、入力配管（６）と流体連通しているとともにフラクションコレクタ（１）に設けられた容器（３，３’）に液体を放出するように構成された分注手段（５）とを備えるフラクションコレクタ（１）であって、当該フラクションコレクタ（１）が、フラクションコレクタ（１）において１つの容器（３）から次の容器（３’）へと切り換えるときの分画分取の際の液体損失を低減するための液体保持手段（３１）をさらに備えており、該液体保持手段（３１）が、
上記入力配管（６）からの液体を受容するために上記入力配管（６）と接続した入口開口部（４４）と、
入口開口部（４４）を介して受容した液体を放出するために分注手段（５）と接続した出口開口部（４５）と、
次の容器（３’）に放出すべき液体を一時的に保持するために、入口開口部（４４）と出口開口部（４５）の間の流路内の拡張可能なチャンバ（３４）であって、移動可能な壁部（３７）を有する拡張可能なチャンバ（３４）と、
上記１つの容器（３）から次の容器（３’）への切換時間の間に、上記拡張可能なチャンバ（３４）の移動可能な壁部（３７）を拡張させて、上記分注手段（５）から液体が全く放出されないように上記入力配管（６）内での流速に対応した速度で移動可能な壁部（３７）を変位させる駆動ユニット（３６）であって、上記次の容器（３’）が上記分注手段（５）の下に位置しているときに、上記拡張可能なチャンバ（３４）に保持された液体と上記入力配管（６）から送られる液体とが上記次の容器（３’）に押し出されるように上記移動可能な壁部（３７）の変位を制御することができる駆動ユニット（３６）と
を有することを特徴とするフラクションコレクタ。
【請求項３】
請求項２記載のフラクションコレクタ（１）を有する液体クロマトグラフィシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（本発明の技術分野）
本発明は、フラクションコレクタとともに用いる装置に関し、とりわけ、１つの分取容器から次のものへと移行するとき、こぼれないようにするための装置に関する。
【０００２】
フラクションコレクタは、液体クロマトグラフィの技術分野などの数々の用途で広く用いられている。フラクションコレクタは、数多くの容器に液体のフローを分注するために用いられる。この容器は、一般に、ラックに取り付けられた試験管またはプレート上に設けられた凹部で構成されている。フラクションコレクタに関して、２つの動作原理を大別でき、すなわち、容器が回転動作により分注手段に向かって供給される回転可能コレクタと、容器が１方向または２方向の直線的な動きにより分注手段にに向かって供給されるＸ−Ｙコレクタに大別される。当然のことながら、分注手段が動いて、容器が静止するという観点からすれば、フラクションコレクタのこれらの原理は同じものである。
【０００３】
容器またはフラクションコレクタの動作原理に関係なく、個別の容器の間には常に距離がある。したがって、とりわけ、液体フローが本質的に連続的である場合、１つの容器から次の容器に切り換えるとき、分注される液体がしばしばこぼれる。このように、こぼれることが好ましくない理由は数多くある。すなわち、さまざまな物質を含む可能性があり、健康上の障害が生じる惧れがあり、そして、作業場所が汚れる。
【０００４】
こぼれないようにする方法が知られている。例えば、ギルソン（Gilson）らの米国特許第４，０７７，４４４号において、バルブとバルブオペレータにより、分注管が所定位置間を移動する際、管からこぼれないように、分注管を通る液体フローを中断することが記載されている。しかし、高精度液体クロマトグラフィなどの特定の用途においては、待機時間中に液体フローを中断させることは好ましくない。待機時間中、分注手段付近の管内に保持された液体体積中の組成物が拡散するために、液体クロマトグラフィ装置の性能に悪影響を与える。
【０００５】
容器を変える間、液体フローを廃棄側に導くシャントバルブを用いることが知られいている。この方法は、貴重な物質が廃棄フロー内に含まれながら、無駄になる可能性があるので、明らかに好ましくない。
【０００６】
したがって、フラクションコレクタ内の１つの分取容器から次の分取容器へと移るとき、こぼれないようにする方法と装置に対する要請がある。
【０００７】
（発明の要約）
第１の態様において、本発明の目的は、フラクションコレクタ内の１つの分取容器から次の分取容器へと移るとき、こぼれないようにする方法を提供することにある。
【０００８】
この目的は、添付した特許請求の範囲の請求項１に記載の方法を用いて実現することができる。
【０００９】
本発明の方法によれば、容器を切り換えるときに必要な時間間隔において分注されるはずの液体容積が拡張可能なチャンバ内に保持される。次の容器が液体を受容するために適正に移動するとき、拡張可能なチャンバに保持された液体容積が、フラクションコレクタを介して容器内に分注される進行中の液体フローに付加される。
【００１０】
本発明の第２の態様において、添付の特許請求の範囲の請求項４に記載されたように、フラクションコレクタの１つの分取容器から次の容器へと切り換えるとき、零れないようにする装置が提供される。
【００１１】
本発明の第３の態様において、添付の特許請求の範囲の請求項５に記載されたように、１つの分取容器から次の容器へと切り換えるとき、零れないようにする装置を有するフラクションコレクタが提供される。
【００１２】
本発明の第４の態様において、添付の特許請求の範囲の請求項６に記載されたように、１つの分取容器から次の容器へと切り換えるとき、零れないようにする装置を有する液体クロマトグラフィが提供される。
【００１３】
本発明のさらなる用途範囲が、ここに開示される詳細な説明から明らかとなる。しかし、詳細な説明および特定の実施例は、本発明の好適な実施形態を示すものであるが、説明のためだけのものであることを理解されたい。本発明の精神および範疇に含まれる多様な変更例および変形例が、当業者ならば、以下の詳細な説明から明白となるであろう。
【００１４】
とりわけ、本発明の方法および装置の用途は、液体クロマトグラフィの分野において説明された。しかし、１つの分取容器から次の容器へと切り換えるとき、零れないようにするフラクションコレクタを用いたい場合、本発明は、任意の他の用途において有用である。
【００１５】
（好適な実施形態の詳細な説明）
背景技術として、図１は、通常のフラクションコレクタの基本的構成部品を概略的に示している。コレクタ１は、（矢印で図示したように）中心の周りを回転するトレイ２を有する。トレイ２は、試験管（tube）３などの容器を格納するためのラックを有している。延長アーム４は、通常、注射針やプラスチック管などの分注手段５を保持している。分注手段は、入力配管（tubing）６からなる供給ラインと流体連通しており、フラクションコレクタの複数の試験管に分注される液体は、液体クロマトグラフィカラムなどの任意に選択された装置（図示せず）から供給される。
【００１６】
動作中、トレイ２が回転して、第１の試験管３が分注手段５の真下に移動する。配管６を通り、分注手段５を介して供給される液体は、試験管内に放出される。試験管３が液体の１分画量を受容すると、トレイ２が所定角度回転して、１分画量を受容させるために、分注手段の真下に第２の試験管３が移動する。これらのステップを選択された回数反復する。
【００１７】
回転可能なトレイを有する従来式のフラクションコレクタの構成部品、および動作手順に関する上述の一般的な説明は、この種のフラクションコレクタに対する本発明を意図的に限定するものではないことに留意されたい。当業者には容易に理解されることではあるが、本発明は、他のすべての種類の一般的なフラクションコレクタに対して有用である。例えば、直線的に移動して、試験管を分注手段の真下に移動するフラクションコレクタ、またはマイクロタイタプレートなどの試験管以外の種類の容器を有するフラクションコレクタが用いられる。
【００１８】
フラクションコレクタの種類に関係なく、第１の容器が分注手段から放出される液体フローから離れた後、次の容器が液体フローを受容するために所定位置に移動するまでに、時間間隔Ｔが経過する。流速がＦＲ（ｔ）であるとすると、ｔは、流速が時間に依存して変化することを意味し、何の手段も講じられない場合、容器切換時に容積Ｖが流失する。この容積は次の等式を用いて計算できる。
【数１】
0004659987.tif 000002
【００１９】
こぼれないようにするための一般的なアプローチは、中断バルブを用いて、分注手段を通るフローを止めることである。こうすると、液体が失われることはないが、中断させることにより、フラクションコレクタの上流側の装置が悪影響を受け、全体に分割の精度が落ちる。
【００２０】
別の一般的なアプローチは、図２を用いて説明し、図示したように、３方向バルブを用いて、管を切り換えている間、液体フローを入力配管６から配管１３を介して廃棄物に搬送する。試験管を切り換えた後、分注手段５を介して、液体を試験管に導入する。このアプローチによれば、フラクションコレクタ上にこぼれることは避けられるが、貴重な合成物を含む可能性のある容量を無駄にすることになる。
【００２１】
本発明の第１の態様によれば、液体が零れないようにするとともに、液体が失われないようにし、次のステップにより実現される。
１）  第１容器から第２容器に切り換えるための時間間隔において、分注手段に搬送される液体を拡張可能なチャンバに装填するステップと、
２）  前記ステップの間、拡張可能なチャンバ内に収集された液体を第２の容器に移すステップである。
【００２２】
本発明の方法を実行するための装置が図３Ａおよび図３Ｂに図示されている。フラクションコレクタの容器に分注される液体は、入力配管６を介して第１の３方向バルブ１２に供給される。第１の３方向バルブ１２の第１の出口は、配管１５を介して第２の３方向バルブ１３と流体連通している。また、第１の３方向バルブ１２の第２の出口は、配管１８を介してＴ字型連結部２０の入力ポートと流体連通している。第２の３方向バルブ１３の出口は、配管１６を介して液体保持手段１６と流体連通し、第２の３方向バルブ１３の第２の出口は、配管１７を介してＴ字型連結部２０の入力ポートと流体連通している。Ｔ字型連結部２０の共通の出口ポートが分注手段５と流体連通している。
【００２３】
本発明の方法の第１のステップにおいて、図３Ａに示すように、第１の３方向バルブ１２と第２の３方向バルブ１３は、加圧された液体を搬送する配管６と、配管１５を介して液体保持手段１６の間を液体連通する。この状態において、入力配管６からの液体は、液体保持手段１１内のチャンバ２４に搬送される。これついては以下に詳述する。これと同時に、配管１７，１８および分注手段５は、入力配管６からの液体供給が中断されるため、本質的に、分注手段５から液体は放出されない。チャンバ２４は、拡張可能で、容器切換時間Ｔにおいて供給される全容積Ｖを受容する。
【００２４】
容器切換の後に行われる第２のステップにおいて、第１の３方向バルブ１２は、配管１８とＴ字型連結器２０を介して、入力配管６から分注手段５に液体を搬送するように配置され、第２の３方向バルブ１３は、配管１７とＴ字型連結器２０を介して、液体保持手段１３から分注手段５に液体を搬送するように配置される。
【００２５】
こうして、第２のステップにおいて、分注手段５の真下にある容器が入力配管６から送出される液体を受容する。これと同時に、この容器は、管切換時間間隔Ｔにおいて収集された液体を液体保持手段１１から受容する。
【００２６】
それぞれ３方向バルブ１２，１３からの供給される個別の分注手段を用いることができる。しかし、装置を簡素化するためには、１つの共通の分注手段が好ましい。
【００２７】
本発明による液体保持手段の実施形態は、上述の装置に用いられ、図４に図示されている。液体保持手段１１は、中空の円筒状の本体部を有し、その一方の端部は端部プレート２５により閉じている。端部に開口部２６が設けられているため、配管１６とチャンバ２４の間で液体連通することができる。チャンバ２４は、円筒状の本体部２０の内壁と、端部プレート２５と、円筒状本体部の軸方向に往復運動可能なピストン部材２１とから構成されている。フランジ２７は、ピストン部材２１の円筒状の表面に設けられ、円筒本体部の内壁と気密封止する。圧縮ばね２２は、ピストン部材２１と円筒状本体部２０の上側部分に固定されたばね実装手段２３の間に設けられている。
【００２８】
圧縮ばね２２のばねの強さは、本発明の方法の第１ステップにおいて、分注手段５の出口が中断されたとき、ピストンの濡れた側に蓄積される圧力よりも少し小さい力をピストンに与えるように選択される。
【００２９】
こうして、チャンバ２４内に侵入する液体内に圧力が蓄積され、円筒状の本体部２０が軸方向に収縮することにより、入力配管６を介して連続的に供給される液体を保持することができる。
【００３０】
本発明による方法の第２のステップにおいて、分注手段５の出口が開いたとき、チャンバ２４内の圧力が解放される。したがって、圧縮ばね２２は、液体保持装置の端部プレート２５の方へピストン部材２１を圧縮するように作用し、これにより、液体をチャンバから配管１６を通って、第２のバルブ１３を介し、分注手段５を通って、分注手段の真下に移動する容器に送出される。これと同時に、液体は、入力配管６から第１のバルブ１２を通って容器内に分注される。
【００３１】
チャンバ２４が空になると、ピストン部材２１は、次の容器に切り換わるまで、静止した状態にあり、そして、この方法の第１のステップが繰り返される。
【００３２】
本発明の方法とともに用いられる装置の第２の好適な実施形態が図５Ａないし図５Ｃ、図６および図７に図示されている。図５Ａないし図５Ｃは、液体保持手段３１の第２の好適な実施形態を含む装置が図示されている。
【００３３】
図６に示すように、液体保持手段の第２の実施形態は、拡張可能なチャンバ３４が中空の円筒状の本体部４１の内壁と、端部プレート４９と、ピストン部材３７とから構成される点において、上述の第１の実施形態と類似している。
【００３４】
しかしながら、端部プレート４９は、入口開口部４４と出口開口部４５の２つの開口部を有する。さらに、第１の実施形態のばねの代わりにシャフト３５が設けられ、このシャフト３５は、制御可能で、円筒状本体部４１の軸方向に往復移動できる。シャフト３５とピストン部材３７は、例えば、ねじ止めすることにより、互いに固定され、１つのユニットとして移動することができる。
【００３５】
駆動ユニット３６（図５Ａないし図５Ｃで図示する）、例えば、マイクロプロセッサで制御される直線移動するステップモータは、シャフト３１、ひいてはピストン部材３７の変位を制御する。
【００３６】
ピストン部材３７は、その円筒表面において、円筒状本体部４１の内壁を気密封止するフランジ４２を有する。
【００３７】
ピストン部材３７の濡れた側面には、図６および図７に示すように、環状の同心状の溝部４３が設けられている。ピストン部材２１が最も左側の配置位置にあって（図６参照）、端部プレート４９の濡れた側面４６が端部プレート４９に接触するとき、入口開口部４４から流れ込む液体が溝部４３を介して出口開口部４５に流れるように、溝部４３の直径および幅と、入口および出口開口部４４，４５の幅と配置位置が選択される。
【００３８】
図５Ａは、図６および図７に示す装置のピストン部材３７が最も左側にある第１の状態を図示し、このとき、入力配管６を介して供給される液体が溝部４３および分注手段５を介して容器３に放出される。
【００３９】
図５Ｂは、容器３から容器３’に切り換える時間に生じる第２の状態を概略的に示す。この第２の状態において、ピストン部材３７は、ピストンシャフト３５を作動する駆動ユニット３６により後方へ引っ張られる。入力配管６から入ってくる液体は、こうして、液体保持手段３１の拡張するチャンバ３４内に吸収され、液体は分注手段５から放出されない。
【００４０】
図５Ｃは、次の容器３’が分注手段５の真下に移動した後の第３の状態を概略的に図示する。第３の状態において、ピストン部材３７は、ピストンシャフト３５を駆動する駆動ユニット３６により前方方向に押される。先にチャンバ３４内に保持された液体が、出口開口部４５を介し、分注手段５を通って、次の容器３’に押し出される。これと同時に、入力配管６から侵入して供給される液体は、チャンバ３４および分注手段５を介して、次の容器３’へ放出される。この第３の状態は、ピストン部材が最も左側の位置に戻るまで続く。そして、図５Ａに示す第１の状態に戻る。
【００４１】
第２の実施形態は、入力配管６と分注手段５の間の流路内の不要な容積を最小限に抑えることができるので好ましい。この不要な容積は、実際には、ゼロに近い。
【００４２】
本発明の液体保持手段を設計するとき、デバイスの異なる構成部品の寸法および構成材料は、当業者には自明であるが、用意できる用途に応じた条件に基づいて選択する必要がある。ただし、本発明による第２の実施形態の装置を設計するとき、特定の原則を考慮に入れなければならない。
【００４３】
すなわち、ピストン部材３７は、入力配管６内の流速に相関付けられた速さで引っ張り出す必要があり、入力配管を介して供給される単位時間当たりの液体容積は、（上述の等式［１］で計算されるように、）拡張チャンバ３４内に形成される容積と実質的に同じか、あるいはそれより幾分少ない。さもなければ、分注手段から液体が流れ出ることになる。
【００４４】
さらに、入力配管からのフローが実質上阻害されることなくチャンバ３４を通過するとともに、先にチャンバ内に保持された液体容量が分注手段に放出されるように、ピストン部材３７は、出口開口部４５のフロー流出容量に加えて、入力配管６内の圧力に相関付けられた速さで前方に押し出す必要がある。さもなければ、液体内で分離した物質の分析に悪影響を与えることがある。
【００４５】
図示しないが、第１の実施形態において、２つの分注手段、すなわち、保持装置の液体を受容容器に分注するための別の分注手段を用いることができる。ただし、これは、ほとんどの用途において、必要以上に複雑であると評価される。
【００４６】
本発明による装置に加え、フラクションコレクタを含む液体クロマトグラフィなどの本発明に係る方法を利用したシステムは、同様に、液体保持手段およびフラクションコレクタの動作と相関付ける制御手段を有する必要がある。こうした制御手段は、当業者には広く知られた適当なインターフェイス回路を有するパーソナルコンピュータなどの任意の適当な手段を用いて構成することができる。
【００４７】
トレイの回転軸の周りの円形パターン上に試験管を保持する回転可能トレイを有し、上述の第２の実施形態による液体保持手段を備えたフラクションコレクタを用いたとき、こうした制御手段が実行する制御ステップを図示するフローチャートが図８に示されている。当業者ならば、当然に、他の任意の種類のフラクションコレクタに対するフローチャート変更でき、あるいは上述のように、液体保持装置の第１の実施形態のバルブを制御するために必要なステップに変更することができる。
【００４８】
例えば、容器内の液体レベルの検出、供給される液体容積の計算、液体内に含まれる物質に関して意義のある特性をモニタすることなど、用途に依存して、容器切替を開始する際の異なる種類の基準を用いることができる。
【００４９】
選択された基準に関係なく、制御手段は、トレイの回転を開始する（１０１）ことにより、容器の切換を始める。駆動ユニット３６を駆動して、ピストン部材３７を引っ張ることにより、液体を拡張チャンバ内に吸収し、管位置検出手段を駆動する（１０３）。管位置検出手段（図示せず）は、この目的のために用いられる光電セルなどの一般的な装置であってもよい。
【００５０】
制御手段は、管位置検出手段からの信号を待って（１０４）、次の試験管が液体を受容するための適正な位置に移動したことを示す。この信号を受信すると、制御手段は、トレイの回転を止め（１０５）、管位置検出手段を停止させ（１０６）、駆動ユニット３６がピストン部材を引っ張ることを停止する。この瞬間において、入力配管６からの液体は、出口開口部４５を介して調剤手段５へ流れる。
【００５１】
次に、制御手段は、ピストンを押して、チャンバを圧縮するように駆動ユニットに指令を出す（１０８）。これにより、チャンバの内容物が出口開口部４５を介して放出される。さらに、制御手段は、ピストンが底の位置、つまりチャンバ３４が最小容積を有するとき反応するピストン端部位置検出手段（図示せず）を作動させる（１０９）。
【００５２】
制御手段は、ピストンが底位置に達したことを示す信号を検出するまで、ピストン端部位置検出手段をモニタする（１１０）。そして、先に収集された液体が放出される。このとき、駆動手段は、ピストンを押す駆動ユニットを止め（１１１）、ピストン端部位置検出手段を停止させる（１１２）。
【００５３】
本発明は、このように説明され、明らかに、数多くの方法で変更できる。こうした変更例は、本発明の精神と範疇から逸脱するものとは見なされず、すべての変形例は、当業者には明白なように、添付した請求の範囲に含まれるように意図されている。
【００５４】
当然のことながら、用いられる技術分野の好適な一例として、液体クロマトグラフィを用いたが、本発明の方法および装置の用途はこの分野に限定されない。
【００５５】
本発明は、ここに開示する詳細な説明および添付図面を参照すると、より十分に理解される。なお、これらの図面は、説明するためだけのものであって、本発明の限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、従来式のフラクションコレクタの概略斜視図である。
【図２】  図２は、従来式の方法によるフロー経路の概略図であって、容器切換時にこぼれないようにする。
【図３Ａ】  図３Ａは、本発明の実施形態によるフロー経路と装置が第１の動作位置にあるときの概略図であって、容器切換時にこぼれないようにする。
【図３Ｂ】  図３Ｂは、図３Ａに対応する図であって、第２の動作位置を示す。
【図４】  図４は、本発明の第１の実施形態による保持装置の詳細な断面図である。
【図５Ａ】  図５Ａは、本発明の第２の実施形態による流路と装置を示す概略図であって、動作位置を示す。
【図５Ｂ】  図５Ｂは、本発明の第２の実施形態による流路と装置を示す概略図であって、動作位置を示す。
【図５Ｃ】  図５Ｃは、本発明の第２の実施形態による流路と装置を示す概略図であって、動作位置を示す。
【図６】  図６は、本発明の第２の実施形態による保持装置の詳細な断面図である。
【図７】  図７は、軸方向に移動可能なチャンバ壁の正面図である。
【図８】  図８は、本発明によるフラクションコレクタと液体保持手段を制御する制御手段の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…フラクションコレクタ、２…トレイ、３，３’…試験管、４…延長アーム、５…分注手段、６…入力配管、１２…第１の３方向バルブ、１３…第２の３方向バルブ、１５，１６，１７，１８…配管、２０…Ｔ字型連結部、２２…圧縮ばね、２３…ばね実装手段、２４，３４…拡張可能なチャンバ、２５…端部プレート、２６…開口部、２７，４２…フランジ、３５…シャフト、３６…駆動ユニット、３７…ピストン部材、４１…本体部、４３…溝部、４４…入口開口部、４５…出口開口部、４９…端部プレート。
【図１】
0004659987.tif 000003
【図２】
0004659987.tif 000004
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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