(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャピラリクロマトグラフィ分析用の液体クロマトグラフィカラムにおいて、
第一の板及び第二の板を備えるハウジング構造体にして、該第一の板が第一及び第二の端部と長手方向軸とを有する内部チャネルを備える、ハウジング構造体と、
前記内部チャネルの前記長手方向軸に沿って整列された１つ又は複数のくぼみと、
前記内部チャネル内に配置された充填材料であって、互いに略同等の寸法を有する複数の粒子ビーズを備え、前記１つ又は複数のくぼみの直径が前記粒子ビーズの直径の約１／２である、前記充填材料と、
を備える液体クロマトグラフィカラム。
【請求項２】
請求項１の液体クロマトグラフィカラムにおいて、前記ハウジング構造体を形成するために使用される適切な材料が、切削またはモールド成形によりその内部にチャネルを形成することができ、また、ＨＰＬＣ圧力及び溶剤に耐えることのできる任意の材料である、液体クロマトグラフィカラム。
【請求項３】
請求項２の液体クロマトグラフィカラムにおいて、前記ハウジング構造体を形成するために使用される前記適切な材料が、溶融二酸化けい素、ガラス及び重合系材料から成る群から選ばれる、液体クロマトグラフィカラム。
【請求項４】
請求項３の液体クロマトグラフィカラムにおいて、前記重合系材料がＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）である、液体クロマトグラフィカラム。
【請求項５】
請求項１の液体クロマトグラフィカラムにおいて、前記カラムの長さが１乃至２５ｃｍの範囲にある、液体クロマトグラフィカラム。
【請求項６】
請求項１の液体クロマトグラフィカラムにおいて、前記充填材料が、二酸化けい素、アルミニウム及び有機質系ポリマーか成る群から選ばれる、液体クロマトグラフィカラム。
【請求項７】
請求項１の液体クロマトグラフィカラムにおいて、前記粒子ビーズの前記直径が１００乃至５００μｍの範囲にある、液体クロマトグラフィカラム。
【請求項８】
請求項１の液体クロマトグラフィカラムにおいて、前記第一及び第二の板が一緒になって１つのチャネルを備える、液体クロマトグラフィカラム。
【請求項９】
ハウジング構造体を備える軸勾配キャピラリカラムにおいて、該ハウジング構造体が、第一の板と第二の板とを備え、該第一の板が、第一及び第二の端部と長手方向軸とを有する内部チャネルを更に備え、
１つ又は複数のくぼみにより画成され、前記内部チャネルの前記長手方向軸に沿って整列させた１つ又は複数の粒子ビーズ位置と、
１つ又は複数の位置に配置された、互いに異質な充填材料であって、互いに同等の直径を有するが、界面化学的機能が相違する粒子ビーズを含む、前記異質な充填材料と、
を備え、
前記内部チャネルの前記長手方向軸に沿った前記界面化学的機能の勾配を促進させるような仕方にて、前記粒子ビーズが前記１つ又は複数の粒子ビーズ位置に配置されており、前記１つ又は複数のくぼみの直径が前記粒子ビーズの前記既知の直径の約１／２である、軸勾配キャピラリカラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
本発明は、単分散状態の粒子を含むキャピラリ（毛管）液体クロマトグラフィカラムに関する。
【０００２】
【背景】
分子の分離は、液体クロマトグラフィを利用して行うことができる。典型的な液体クロマトグラフィシステムは、分析物質の分離が行われるカラムと、溶剤及び試料をカラムを通じて移動させる１つ又はより多くのポンプ装置と、カラムから出る排出分を監視する１つ又はより多くの検出器と、これら検出器からデータを捕集し且つ分析するために使用されるデータ処理システムとから成っている。全ての液体クロマトグラフィシステムにおいて、１つの重要な構成部品は、所定の試料中に含まれた色々な分析物質の分離を容易にするために使用されるカラムである。液体クロマトグラフィカラムは、それらのカラム内に、カラムの静止相を構成する界面化学的機能物質を保持している。例えば、幾つかのカラムは、イオン系部分を保持する炭化水素のような帯電分子から成る静止相を有している。特定な場合、これらのイオン基は、カチオンとし、これにより、アニオン系分析物質と溶剤により分配されたアニオンとのアニオン交換を容易にすることができる。逆相カラムのような、その他の範疇の液体クロマトグラフィカラムも存在する。これらのカラムは、典型的には、炭化水素機能部分を含む静止相を保持している。
【０００３】
１つの試料中の分析物質は、カラムを横断し且つカラムから出る溶剤流を介してカラム内に導入される。１つの特別な分析物質及び静止相の界面化学的機能に基づいて、分析物質と静止相との間に特定の相互作用を生じさせることができる。この相互作用に関係する１つの重要なパラメータは、カラムを通じて試料を運ぶ液体媒質を提供する溶剤の状態である。この溶剤は、分析物質と静止相との間の特定の相互作用を容易にする環境を提供するか又は、かかる相互作用を阻止することができる。カラムの静止相に対して比較的高い親和力を有するこれらの分析物質は、カラム上に保持されるが、親和力の低い分析物質は、静止相の界面化学的機能と僅かに相互作用する。あるいはまた、殆ど親和力のない分析物質は、カラムの静止相との相互作用が最小又は零の状態でカラムを縦断し且つカラムから出る。異成分からなる試料において、典型的には、個々の分析物質と所定のカラムの静止相との間において、ある範囲の相互作用が可能である。
【０００４】
キャピラリ液体クロマトグラフィは、従来の液体クロマトグラフィを極小形態としたものである。従来の液体クロマトグラフィについてそうであるように、キャピラリ液体クロマトグラフィにて使用されるカラムは、それ自身、極めて重要である。これらのカラムは、典型的には、溶剤の消費量が少なく且つ分析に必要な試料の量が少なくてよい。これらの状態は、より高度の分離効率につながる。キャピラリ液体クロマトグラフィシステムは、典型的には、マイクロポンプ装置と、キャピラリカラムと、検出器と、データ処理システムとを備えている。
【０００５】
キャピラリ液体クロマトグラフィカラムは、典型的には、溶融二酸化けい素、ステンレススチール、又は重合系組成物を使用して製造される。キャピラリの管腔は、接合した二酸化けい素の粒子のような分離試料を含む充填材料で充填されている。典型的には、キャピラリカラムの内径は５０乃至５００μｍの範囲にある。現在のカラム製造方法では、カラムごとに寸法形態に大きな差が出る可能性がある。そのため、カラムごとのクロマトグラフィ再現性に顕著な悪影響を与えることになる。例えば、１つのカラムを充填するために使用される充填材料にて使用される粒子は、一般に、カラムの全体に亙って単分散状態ではなく、典型的には、キャピラリカラムの全体に亙って粒子の寸法がある分布状態にある。
【０００６】
【発明の概要】
本発明は、カラムにおける分離効率を向上させ且つ製造されたカラムごとの再現性を向上させる、単分散状態のキャピラリ液体クロマトグラフィカラムを提供するものである。この、キャピラリカラムごとの再現性の忠実度が増すということは、信頼性が高く且つ意義あるキャピラリクロマトグラフィを行うことができるということであり、それを行う医者の能力を向上させることに極めて役立つものである。
【０００７】
本発明によれば、単分散状態の粒子から成るキャピラリカラムは、適当な基層を使用して形成される。このキャピラリカラムは、第一の板と、第二の板とを有するハウジングから形成される。第一の板にはチャネルが形成されている。チャネルの寸法（例えば、直径）は、チャネルを満たすのに使用される単分散状態の粒子ビーズの寸法（例えば、直径）に等しい。チャネルは、キャピラリカラムの管腔（ルーメン）を構成する。一組のくぼみが、カラムを充填するために使用される粒子ビーズの直径の約１／２に相応する間隔にて、キャピラリカラムのチャネルの内側長手方向軸に沿って配置されている。これらのくぼみは、粒子ビーズが一度びチャネル中に配置されたならば、該粒子ビーズの位置決め状態を安定化させるために使用される。少なくとも１つの粒子ビーズが一組のくぼみの間に配置されている。カバー板、すなわち、第二の板が第一の板の管腔すなわちチャネルを確実に覆うような仕方にて配置され且つ第一の板に接合されている。別の実施の形態において、第一及び第二の板は、１つのチャネルを形成する内部キャビティを備えている。
【０００８】
本発明の別の実施の形態は、軸勾配キャピラリカラムを含む。本発明のこの実施の形態において、界面化学的機能が互いに相違する粒子ビーズを使用してキャピラリカラムを満たす。例えば、Ｃ18界面化学的機能を有する粒子ビーズが、キャピラリカラムすなわちチャネルの内側長手方向軸に沿って位置づけられた１つ又は複数のくぼみ内に配置され、次いで、同一のチャネルに沿って位置づけられた１つ又は複数のくぼみ内を、Ｃ8界面化学的機能を有する粒子ビーズが占める。説明をわかりやすくするために、ここでは２組の界面化学的機能を有する粒子ビーズだけを使用した例で説明するが、軸勾配キャピラリカラムを形成するにあたっては、３組以上の界面化学的機能を有する粒子ビーズを採用することができる。
【０００９】
本発明の更なる１つの実施の形態においては、キャピラリカラムのチャネルの直径を「ｎｄ」まで増大させる。ここで、「ｎ」は整数、「ｄ」はビーズの直径である。例えば、ｎ＝２であるならば、粒子ビーズは２：１：２：１等の幾何学的形態を形成してチャネル内に配置される。具体的に言うと、２つのビーズが第一の位置を占め、その後に、１つのビーズが第一の板のチャネルの長手方向軸に沿って次の位置を占め、その後これを繰り返す。チャネルが、チャネル内のビーズの幾何学的形態に対して１対１の寸法から１対２以上の寸法まで増大することにより、半径勾配および軸勾配キャピラリカラムを構成できることになる。半径勾配は、例えば、Ｃ18界面化学的機能のビーズの隣りにＣ8界面化学的機能ビーズをチャネルの長手方向軸に対し垂直に付与することにより形成することができる。かかる形態は、可動相の放物面状流れプロフィールを集束させ、平坦な流れプロフィールを形成する。これにより、カラムの効率を増大させることになる。本発明の特徴は、容易に再現可能である単分散状態カラムを提供することを含む。
【００１０】
【詳細な説明】
先ず、図１を参照すると、本発明は、単分散状態粒子を含むキャピラリカラム１０に関するものである。該キャピラリカラム１０は適切な基層を使用して形成される。図１参照。該キャピラリカラム１０は、ハウジング構造体（又は単に「ハウジング」）を備え、該ハウジング構造体は第一の板１２及び第二の板１８をに備えている。第一の板１２は、該第一の板１２内には管腔すなわちチャネル１４が形成されており、これがキャピラリカラム１０の内部キャビティ１４となっている。第一の板１２は、第一の端部２０と、第二の端部２２と、長手方向軸１６とを備えている。チャネル１４の直径（横断面における幅寸法）は、第一の板１２のチャネル１４を充填するために使用される充填粒子ビーズ３２の直径に近似する。図２参照。第一の板１２のチャネル１４の長手方向軸１６に沿ってくぼみ３０が配置されている。くぼみ３０の直径は、カラム１０を充填するために使用される粒子ビーズ３２の直径の１／２に近い。くぼみ３０は、粒子ビーズ３２が一度びくぼみ３０内に配置されたならば安定するように、粒子ビーズ３２の直径の約１／２に相応する位置に配置される。次に、カバー板すなわち第二の板１８を配置し且つこれを第一の板１２に確実に接合する。
【００１１】
別の実施の形態においては、第一の板１２及び第二の板１８の双方がチャネル１４を有しており、その内部に粒子ビーズ３２が配置される。この実施の形態においては、これら板の一方又は双方が、粒子ビーズ３２を安定化させるためのくぼみ３０を備えている。この実施の形態のものもまた、２つの端部１２、２２を備えており、両端部の直径がチャネル１４の管腔の他の部分の直径よりも小さいため、フリット（ｆｒｉｔ）は不要である。粒子ビーズ３２をそれぞれの位置に配置した後に、第一の板１２及び第二の板１８を互いに接合させる。
【００１２】
第一の板１２の、第二の板１８への接合は、これら２つの板の間に液密シールを形成し得るような仕方にて行う。これは、２つの板を共に確実に接合する、当該技術分野の当業者に既知の任意の手段により行うことができる。チャネル１４内のそのそれぞれの粒子ビーズ位置に粒子ビーズ３２を配置した後に、２つの板どうしの接合が為される。粒子ビーズをそのそれぞれの位置に配置する手段は、当該技術分野の当業者に周知である。第一の板１２及び第二の板１８を互いに接合する前に、シーラー（密封剤）を使用することができる。接合手段には、接着剤を使用すること、２つの板をねじ及びナットの形態を使用して固着すること又はこれらと同等の方法を含むが、これらに限定されるものではない。
【００１３】
液体クロマトグラフィのキャピラリカラムのハウジング構造体を形成するために使用される適切な基層は、溶融二酸化けい素及びガラスのような溶融二酸化けい素系材料、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）のような重合系材料又は高速液体クロマトグラフィ（ＨＰＬＣ）システムの圧力及び溶剤に耐えることができる任意のプラスチック材料を含む。キャピラリカラム１０を形成するためのキャピラリ材料の実際の操作については、当該技術分野の当業者に周知である。キャピラリカラム１０の長さは約１乃至約２５ｃｍの範囲である。キャピラリカラム１０の管腔１４（すなわちチャネル）の直径は、カラム１０を充填するために使用すべき粒子ビーズ３２の直径に対応して一致する。本発明は、約１００乃至約５００μｍの直径を有する粒子ビーズ３２を対象とするものを包含するものである。
【００１４】
本発明におけるキャピラリカラム１０は、チャネル１４内の所定の位置にて第一の板１２の長手方向軸１６に沿って位置する１つ又は複数のくぼみ３０を備えている。第一の板１２の長手方向軸１６は、第一の端部２０と第二の端部２２との間に位置する軸によって画成される。くぼみ３０の配置位置は、カラム１０内で使用すべき粒子ビーズ３２の直径の約１／２の値によって画定される。くぼみ３０は、使用すべき粒子ビーズ３２の直径の約１／２の値を使用して計算された間隔に配置され、一つのくぼみ３０と後続のくぼみ３０との間の距離が、カラム１０を占めるために使用される粒子ビーズ３２の直径の約１／２の値となるようにする。本発明の粒子ビーズ３２のそれぞれは、実質的に均一（且つ同等）寸法であり、このため、複数のくぼみ３０は略均一な間隔に配置される。くぼみ３０を形成するために使用される方法は、当該技術分野の当業者に周知である。これらのくぼみ３０は、粒子ビーズ３２が一度びそのそれぞれの位置に配置されたならば、該粒子ビーズ３２の位置が安定化するようにさせるために使用される。これらのくぼみは、管腔１４の内面から立上り且つ管腔（すなわちチャネル）１４内に伸びている。
【００１５】
カラムのチャネル１４の長手方向内側軸１６に沿って配置された所定のくぼみ３０を有するキャピラリカラム１０を製造するために、当該技術分野の当業者に周知の予成形方法を採用することができる。本発明の１つの実施の形態において、キャピラリカラム１０の入口及び出口の双方の直径がキャピラリカラム１０の残りの管腔１４の部分よりも僅かに小さいため、入口又は出口フリットは全く不要である。図３参照。
【００１６】
液体クロマトグラフィのキャピラリカラムのために適切な充填材料は二酸化けい素、アルミニウム及び有機質系ポリマーを含む。本発明は直径が約１００乃至約５００μｍの範囲の粒子ビーズ３２を対象としてものを包含する。本発明において、粒子ビーズ３２は、単分散状態にある、すなわち、カラム１０を占める粒子ビーズ３２はそれぞれ略同等の寸法である。これらの粒子ビーズ３２は、カラム１０の管腔区画部１４に沿って配置されたくぼみ３０内に配置されている。粒子ビーズ３２は、均質な機能群を有するものとすることができ、例えば、１つの粒子ビーズの界面化学的機能（すなわち機能群の要素成分）をＣ18部分とすることができる。
【００１７】
図４に図示した本発明の別の実施の形態においては、軸勾配キャピラリカラム４６が開示されている。界面化学的機能が互いに相違する粒子ビーズが、異なる位置４８、５０にそれぞれ配置されている。例えば、Ｃ18界面化学的機能を有する粒子ビーズをカラムの１つ又は複数の位置４８に配置することができる。そして、Ｃ18ビーズに加えて、例えば、Ｃ8ビーズをその他の位置５０に配置することができる。粒子の界面化学的機能が互いに相違するビーズを配置することは、関係する特定の界面化学的機能に関して、勾配をつけたような構成状態とすることを容易にする。例えば、この図示実施例において、疎水性環境が増大する（又は長手方向軸に沿った粒子の配置状態によっては「減少する」）勾配が確立される。本発明において、軸勾配キャピラリカラム４６を形成するとき、互いに相違する２つ以上の界面化学的機能を利用することができる。
【００１８】
本発明の更に別の実施の形態においては、チャネルの直径は、粒子ビーズを半径方向すなわちチャネルの横方向に並列配置し得るように増大され、これにより、半径（方向）勾配及び軸（方向）勾配キャピラリカラムとなることが許容される。このチャネルの直径は、「ｎｄ」として表示され、ここで、「ｎ」は整数、「ｄ」はカラム内で使用される粒子ビーズの直径である。例えば、ｎ＝２であるならば、ビーズは、２：１：２：１等の形態を形成してチャネルを占める。なお、これらの数字は粒子ビーズの数を表わす。この特別な形態において、２つの粒子ビーズが第一の位置を占め、その後に、１つのみのビーズが後続の位置を占め、その後も同様にして続く。「ｎ」は、「２」に限定する必要はなく、その他の整数とすることができる。この一例としての実施の形態において、「ｎ」の項は、約１乃至約２０の範囲とすることができることを理解すべきである。例えば、ｎ＝３であるならば、粒子は３：２：３：２等の幾何学的形態を形成してチャネル内に配置される。この実施の形態において、２方向勾配のキャピラリカラムが確立される。この実施の形態において、軸勾配と共に半径勾配の形態とすることができる。例えば、Ｃ18界面化学的機能のビーズに近接してＣ8界面化学的機能のビーズを、チャネルの長手方向軸に対し横方向すなわち垂直に配置することができる。これにより、２方向勾配が確立される。かかる形態は、放物面状プロフィールを集束させ、平坦な流れプロフィールを形成することになり、これによりカラムの効率が向上される。
【００１９】
本発明は、その実施の形態に関して特に図示し且つ説明したが、特許請求の範囲に記載した本発明の精神及び範囲から逸脱せずに、形態及び細部の点にて色々な変更を加え得ることが当該技術分野の当業者に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ２つの板を備えるキャピラリカラムの図である。
【図２】  １つのチャネルを保持する第一の板の図である。
【図３】  チャネルの一端の図である。
【図４】  本発明による軸勾配キャピラリカラムの図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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