(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内面および外面を持つ壁、並びに第１の端部および第２の端部を有し、前記内面が液体試料を受けるためのチャンバを画定し、内径５μｍから１８０μｍを有する、第１のシリンダと、
内面および外面を持つ壁、並びに第１の端部および第２の端部を有する第２のシリンダであって、前記第２のシリンダの前記第２の端部の前記内面が前記第１のシリンダの前記第１の端部の前記外面に固定され、前記第２のシリンダの前記壁が厚さを有し、前記第２のシリンダは、前記第１のシリンダの一部が前記第２のシリンダによって覆われないように前記第１のシリンダ上の位置を占め、前記第２のシリンダは、前記第１のシリンダの前記第１の端部と前記第２のシリンダの前記第１の端部とが同一点で終端するように前記第１のシリンダ上に位置し、前記第２のシリンダの前記壁の前記外面がフィッティングアセンブリを受けるためのものである、第２のシリンダと、
内面および外面を持つ壁、並びに第１の端部および第２の端部を有する第３のシリンダであって、前記第３のシリンダの前記第１の端部の前記内面が前記第１のシリンダの前記第２の端部の周りで前記第１のシリンダの前記外面に固定され、前記第３のシリンダの壁が厚さを有し、前記第３のシリンダは、前記第１のシリンダの一部が前記第２のシリンダによって覆われないように前記第１のシリンダ上の位置を占め、前記第３のシリンダは、前記第１のシリンダの前記第２の端部から外側に突き出て、輸送管を受けるための前記第３のシリンダの前記第２の端部の内面を露出させている、第３のシリンダと、
内面および外面を持つ壁、並びに第１の端部および第２の端部を有する第４のシリンダであって、前記第４のシリンダの前記内面が前記第２のシリンダの前記外面および前記第３のシリンダの前記外面に固定されて、前記シリンダ間の関係を維持し流体輸送手段への連結部を支える厚さを提供することによって前記第１、第２、および第３のシリンダを安定させ支持する第４のシリンダとを備えており、
前記第１のシリンダおよび前記第４のシリンダが第２のシリンダおよび第３のシリンダよりも柔軟である、液体を輸送するための装置。
【請求項２】
前記第３のシリンダが前記第１のシリンダの前記第２の端部から外側に突き出て、第５のシリンダを受けるように前記第３のシリンダの前記第２の端部の内面を露出する請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記装置が第５のシリンダをさらに備え、前記第５のシリンダが、内面および外面を持つ壁、並びに第１の端部および第２の端部を有し、前記内面が液体を受ける導管を画定し、前記第５のシリンダの前記第１の端部が前記第３のシリンダの前記第２の端部内に受けられる請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記導管が径を有し、前記チャンバが径を有し、前記導管の前記径が前記チャンバの前記径以下である請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記導管の前記径が前記チャンバの前記径よりも小さい請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記第１のシリンダの外径および前記第５のシリンダの外径が実質的に同一である請求項３に記載の装置。
【請求項７】
前記第１のシリンダの前記第２の端部および前記第５のシリンダの前記第１の端部が前記第３のシリンダによって互いに密接に突き合わされた関係で保持される請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記第１のシリンダの前記第２の端部が前記第３のシリンダのほぼ中点に位置付けられる請求項２に記載の装置。
【請求項９】
前記第２および第３のシリンダが前記第１および第４のシリンダよりも剛性である請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記第２のシリンダの前記壁の前記外面がフィッティングアセンブリを受けるためのものである請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記第２のシリンダが前記第１のシリンダ上に位置付けられて、前記シリンダの前記第１の端部が一直線に並ぶようになされる請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記第１のシリンダの前記チャンバがクロマトグラフ媒体を含む請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記第１のシリンダの一端にフリットが形成され、前記フリットが前記チャンバ内の前記クロマトグラフ媒体を含むように位置付けられる請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記第２のシリンダが前記第１のシリンダの外径とほぼ等しい内径を有する請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記第３のシリンダが前記第１のシリンダの外径とほぼ等しい内径を有する請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記第４のシリンダが前記第２のシリンダの外径および前記第３のシリンダの外径とほぼ等しい内径を有する請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記第４のシリンダが熱収縮可能な材料で構成される請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
熱収縮前の前記第４のシリンダの内径が前記第２のシリンダの外径および前記第３のシリンダの外径とほぼ等しく、熱収縮後の前記第４のシリンダの内径が、前記第２および第３のシリンダを圧縮し、前記第１のシリンダの外径よりも大きい請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
液体を輸送するための装置を作製する方法であって、
内面および外面を持つ壁、並びに第１の端部および第２の端部を有し、前記内面が液体試料を受けるためのチャンバを画定し、内径５μｍから１８０μｍを有する、第１のシリンダを提供するステップと、
内面および外面を持つ壁、並びに第１の端部および第２の端部を有する第２のシリンダを配置するステップであって、前記第２の端部の前記内面が前記第１のシリンダの前記第１の端部の前記外面に固定され、前記壁が厚さを有し、前記第２のシリンダは、前記第１のシリンダの一部が前記第２のシリンダによって覆われないように前記第１のシリンダ上の位置を占め、前記第２のシリンダは、前記第１のシリンダの前記第１の端部と前記第２のシリンダの前記第１の端部とが同一点で終端するように前記第１のシリンダ上に位置し、前記第２のシリンダの前記壁の前記外面がフィッティングアセンブリを受けるためのものであるステップと、
内面および外面を持つ壁、並びに第１の端部および第２の端部を有する第３のシリンダを配置するステップであって、前記第３のシリンダの前記第１の端部の前記内面が前記第１のシリンダの前記第２の端部の前記外面に固定され、前記壁が厚さを有し、前記第３のシリンダは、前記第１のシリンダの一部が前記第２のシリンダによって覆われないように前記第１のシリンダ上の位置を占め、前記第３のシリンダは、前記第１のシリンダの前記第２の端部から外側に突き出て、輸送管を受けるための前記第３のシリンダの前記第２の端部の内面を露出させているステップと、
内面および外面を持つ壁、並びに第１の端部および第２の端部を有する第４のシリンダを配置するステップであって、前記第４のシリンダの前記内面が前記第２のシリンダの前記外面および前記第３のシリンダの前記外面に固定され、前記シリンダ間の関係を維持し流体輸送手段への連結部を支える厚さを提供することによって前記第１、第２、および第３のシリンダを安定させ支持するステップとを含んでおり、
前記第１のシリンダおよび前記第４のシリンダが第２のシリンダおよび第３のシリンダよりも柔軟である、前記方法。
【請求項２０】
前記第３のシリンダが前記第１のシリンダの前記第２の端部から外側に突き出て、第５のシリンダを受けるように前記第３のシリンダの前記第２の端部の内面を露出する請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
液体を受ける導管を画定する内面および外面を持つ壁、並びに第１の端部および第２の端部を有する第５のシリンダを配置するステップをさらに含み、前記第５のシリンダの前記第１の端部が前記第３のシリンダの前記第２の端部内に受けられる請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記導管が径を有し、前記チャンバが径を有し、前記導管の前記径が前記チャンバの前記径以下である請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第３のシリンダが、加熱されると変形可能になる材料で形成され、前記方法が、前記第３のシリンダを軟化してから前記第５のシリンダを前記第３のシリンダの前記第２の端部内に配置するステップをさらに含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記第２のシリンダの前記外側壁がフィッティングアセンブリを受けるためのものである請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
前記第４のシリンダが熱収縮可能な材料で構成される請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
前記第４のシリンダを加熱することにより前記第４のシリンダを前記第２および第３のシリンダの周囲で変形させ、前記第４のシリンダの前記内面を前記第１のシリンダの前記外面により近接させるステップをさらに含む請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
クロマトグラフ法で使用するためのサイズおよび寸法であり、第１のカラム端部および第２のカラム端部と共に内部空洞を画定する壁、並びに長手方向軸を有するカラムと、
前記カラムの第１の端部の周りに配置され、第１の端部および第２の端部を有し、前記カラムの強化される第１の領域を形成する第１の円柱形要素と、
前記カラムの第２の端部の周りに配置された第２の円柱形要素と、
前記カラム、第１の円柱形要素、および第２の円柱形要素の周りに配置され、前記第１の円柱形要素および前記第２の円柱形要素に対して保持され、第１の円柱形要素および第２の円柱形要素と比べて大きい柔軟性を保ちカラムの死空間を最小限に抑えて液体クロマトグラフィー機器に直接結合される準備ができている液体クロマトグラフィーカラムを安定させる第３の円柱形要素とを備える液体クロマトグラフィーカラム。
【請求項２８】
前記カラムが内径５μｍから１８０μｍを有する請求項２７に記載のカラム。
【請求項２９】
前記壁がカラムの製造中にカラムに塗布される任意の保護被覆を含む請求項２７に記載のカラム。
【請求項３０】
前記カラムの第２の端部が、前記第２の円柱形要素の中点で終端する請求項２７に記載のカラム。
【請求項３１】
細管空洞を画定する壁構造を有する輸送管をさらに備え、前記細管の第１の端部が前記第２の円柱形要素の内部の前記カラムの第２の端部と突合せ関係に配置された前記細管の長手方向軸に対して垂直であり、前記カラム第２の端部および前記輸送管の第１の端部が前記第２の円柱形要素によって共に保持される請求項２７に記載のカラム。
【請求項３２】
前記第１のカラム端部および前記第１の円柱形要素の前記第１の端部が前記長手方向軸に対して垂直の平面内で共に終端する請求項２７に記載のカラム。
【請求項３３】
前記強化された第１の領域の一部が前記フィッティングの第１の側面から突き出ており、前記強化された第１の領域のより大きい部分が前記フィッティングの下に前記カラムの一部に沿って延びるように、前記カラムの前記強化された第１の領域の周囲に固定されて配置されたフィッティングをさらに備える請求項３２に記載の液体クロマトグラフィーカラム。
【請求項３４】
前記フィッティングがフェルール部分およびナット部分を備える請求項３３に記載の液体クロマトグラフィーカラム。
【請求項３５】
前記ナット部分が、前記第１の円柱形要素の外面上を自由に摺動する請求項３４に記載の液体クロマトグラフィーカラム。
【請求項３６】
前記ナット部分が、前記第１の円柱形要素の頂部に配置された前記第３の円柱形要素上に嵌らない請求項３５に記載の液体クロマトグラフィーカラム。
【請求項３７】
前記フィッティングがＶａｌｃｏ（登録商標）フィッティングである請求項３６に記載の液体クロマトグラフィーカラム。
【請求項３８】
前記カラムが融解石英で作られたシリカベースのナノカラムである請求項２７に記載の液体クロマトグラフィーカラム。
【請求項３９】
前記第１の円柱形要素がＰＥＥＫ（登録商標）で作られる請求項２７に記載の液体クロマトグラフィーカラム。
【請求項４０】
前記第２の円柱形要素がＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ＦＥＰ材料で作られる請求項２７に記載の液体クロマトグラフィーカラム。
【請求項４１】
前記第３の円柱形要素が熱収縮性材料で作られる請求項２７に記載の液体クロマトグラフィーカラム。
【請求項４２】
前記第１のシリンダの一部が前記第２のシリンダまたは前記第３のシリンダのいずれによっても覆われない請求項１に記載の装置。
【請求項４３】
前記第１のシリンダの前記壁が、製造中に第１のシリンダに塗布される任意の保護被覆を含む請求項１に記載の装置。
【請求項４４】
前記フリットが前記第１のシリンダの前記第２の端部に形成される請求項１３に記載の装置。
【請求項４５】
前記第１のシリンダが、長さ５０ｍｍから２５０ｍｍを有する請求項１に記載の装置。
【請求項４６】
前記第５のシリンダの前記第１の端部を前記第１のシリンダの前記第２の端部と密接に突き合わせた関係に配置するステップをさらに含む請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、参照によりその内容全体を明確に本明細書に組み込む、２００３年３月７日に出願の米国特許出願第６０／４５２，７４２号の優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明は、カラムを含むことができる毛管構造に関し、より詳細には、液体クロマトグラフィーの適用分野で使用しやすくするため、毛管を安定させるアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００３】
カピラリー液体クロマトグラフィー（ＬＣ）は、伝統的な液体クロマトグラフィーのマイクロバージョンである。カピラリーＬＣカラムは、溶媒の消費量が極端に少なく、分析に極少量の試料しか必要とされないため、高効率の分離を行うことができる。ナノＬＣは、カピラリーＬＣのさらに小さいバージョンであり、通常内径が５μｍから１８０μｍの毛管を使用する。より小さい寸法のナノカラムは、分析に必要とされる溶媒および試料がさらに少ない。ナノＬＣカラムからの出力は非常に少量であり、質量分析計で分析すべき試料の提供に適している。ナノＬＣシステムは、主にナノポンプ、ナノカラム、ナノカラムの連結機構、検出器、およびデータ処理能力で構成される。連結機構は、システムの重要な部分である。なぜなら、連結機構は、こうした量が結果として得られる分析におけるバンドスプレッドを招くミスマッチの状況を示すからである。
【０００４】
融解石英、ステンレス鋼、およびポリマーなど様々なタイプの材料が毛管カラムに使用されている。融解石英の毛管は、その独特の特徴から、ナノＬＣカラムの作成には最も一般的である。製造中に融解石英の毛管の大きさを制御することは簡単であり、毛管はパックされても変形しない。さらに、融解石英の毛管の壁は滑らかであり、それが少量の流体の輸送に非常に望ましい。
【０００５】
しかし、融解石英の毛管には幾つかの制約がある。最大の制約は、毛管が作成されるガラス様材料の脆く壊れやすい性質から生じる。薄い融解石英管の壊れやすい性質により、パッキング、出荷、および取扱いが難しくなる。通常、ポリイミド層が融解石英毛管の外側に保護のために被覆される。しかし、ポリイミド層が製造または取り扱い中にたとえ小さい傷を負っても保護効果が失われ、柔らかな接触でも毛管が壊れることがある。
【０００６】
従来技術では、質量分析計で使用すべき毛管カラムは、パックされたナノ毛管で構成されたシステムとして輸送され、ナノ毛管は、質量分析計に連結するための輸送管に結合されている。結合剤は、通常、フルオロポリマー樹脂のスリーブユニオンである。こうしたカラムシステムは、通常、入口フィルタがカラムとは別にパックされるが、カラム内にフリットを組み込んだものではない。フィルタが必要かどうか、フィルタをカラムに取り付けるかどうかの決定はユーザに委ねられる。カラムをシステムに組み立てるには、ユーザは、使用されるＨＰＬＣ機器の注射器に合うフィッティング内でカラムの入力端部を組み立てる。これは、フィルタをフィッティング内に配置し、カラムおよびフィルタをフィッティングに対して整列させて空所を残さないようにし、次いでアセンブリを締め付ける必要がある。当業者は、カラムの一部を壊さずに、または性能に悪影響を与えるバンドスプレッドを招く死空間をもたらさずにこの端部を組み立てなければならない。この操作中に、輸送管が結合済み接合部に応力を加え、接合部に死空間がもたらされる可能性がある。
【０００７】
輸送管は、ナノＬＣカラムの出力部を質量分析計のエレクトロスプレー源に連結する必要がある。従来技術のカラムの出口は、対合する毛管の外径を圧縮して流路を形成する細管の小片を有する輸送細管に連結されている。この接合部は非常に弱く、壊れやすく、追加のバンドスプレッドを受けやすい。
【０００８】
融解石英毛管は、非常に壊れやすく、作業を行うのが難しい。カラムを取り扱い、ＨＰＬＣシステムに連結する場合は、細心の注意を払わなければならない。従来技術の毛管にスリーブを追加して、毛管カラムの入口端部に端部フィッティングを締め付け、スェージングすることができるようにしなければならない。毛管のサイズを補償する柔軟性スリーブが使用されるが、それは通常のフィッティングには細すぎるものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、毛管カラムを保護し、細心の注意を払わなくても取り付けることができるユーザに優しいパッケージを形成することができる装置が求められている。この液体輸送毛管は、壊れやすい融解石英毛管の他の欠点を補う必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明により作成される装置は、上記の問題を解決するものである。この装置は、中央ナノ毛管と中央ナノカラムの両方を収容するように構成される。
【００１１】
本発明の一実施形態は、ナノスケールの毛管を介した液体の輸送に使用される装置を対象とする。この装置は、壁を有する第１のシリンダの周囲に作成される。壁は、内面および外面を有する。この第１のシリンダは、通常入口機構に連結される第１の端部、および通常出口システムに連結される第２の端部を有する。内面に包囲された第１のシリンダの内部容積は、液体試料を受けるためのチャンバを画定する。第２のシリンダは、第１のシリンダの第１の端部上に配置される。この第２のシリンダは、内面および外面を持つ壁を有し、シリンダは第１の端部および第２の端部を有する。第２のシリンダが第１のシリンダの第１の端部の周囲に同心に配置された場合、第２のシリンダの第２の端部の内面は、第１のシリンダの外面に固定される。第２のシリンダの壁は、得られたアセンブリの端部が第１のシリンダよりも厚くなるような厚さを有する。第２の壁が弾性材料で作成される場合、第２の壁を使用してフィッティングを装置に固定することができる。第２のシリンダは、第２のシリンダが第１のシリンダの一部だけを覆う位置を占めるようなサイズである。液体クロマトグラフィーでは、第１および第２のシリンダは、その第１の端部が整列するように位置付けられることが好ましいが、端部を適用分野に最適になるように互いに位置付けることもできる。
【００１２】
第３のシリンダは、第１のシリンダの第２の端部上に配置される。第３のシリンダは、内面および外面を持つ壁を有し、第３のシリンダは第１の端部および第２の端部を有する。第３のシリンダが第１のシリンダの第２の端部の周囲に同心に配置された場合、第３のシリンダの第１の端部の内面は、第１のシリンダの外面に固定される。第３のシリンダの壁は、得られたアセンブリの端部が第１のシリンダよりも厚くなるような厚さを有する。それによって、輸送管などさらなるシリンダと対合する表面が扱いやすくなる。第３のシリンダは、第３のシリンダが第１のシリンダの一部だけを覆う位置を占めるようなサイズである。第３のシリンダの第２の端部を第１のシリンダの第２の端部の限度を超えて延長することができるが、この関係は連結の目的に応じて変えることができる。好ましい一実施形態では、第３のシリンダの第２の端部は第１のシリンダの第２の端部から外側に突き出て、輸送管を受けるポケットを提供する。第１のシリンダの一部は、第２のシリンダまたは第３のシリンダによって覆われていないことを留意されたい。好ましい一実施形態では、第１のシリンダの大部分が覆われていない。
【００１３】
第４のシリンダは、第１、第２、および第３のシリンダのアセンブリを覆う。第４のシリンダは、内面および外面を持つ壁を有する。第４のシリンダの第１の端部は、第１のシリンダ／第２のシリンダのアセンブリの一部に重ねられて締結され、第２の端部は第１のシリンダ／第３のシリンダのアセンブリに重ねられて締結される。好ましい一実施形態では、第４のシリンダの第２の端部は、第３のシリンダが第１のシリンダを覆う領域を覆い、第３のシリンダの第２の端部まで、場合によっては第２の端部を超えて延びる。このように連結された第４のシリンダは、第１、第２、および第３のシリンダを一定の関係に保ち、流体輸送手段への連結部を支える厚さを提供することによって、これらのシリンダを安定させ支持する。
【００１４】
上記の装置は、この分野で達成可能な耐性よりも高い耐性を有するアセンブリを作成することができるため、ナノスケールの流体輸送システムに搭載されると優れた動作特性を有するものである。さらに、装置のスケールは、比較的簡単に取り扱いがなされ、技術者が、より簡単に装置を取り付けることができるものである。この装置は、知られている連結構成を収容するように作成され、その結果得られる連結部の死空間を最小限に抑えることができる。
【００１５】
好ましい一実施形態では、第１のシリンダはカラムとして実施され、チャンバにクロマトグラフ媒体が充填される。フリットを第１のシリンダの片方の端部または両端に形成して、媒体をチャンバ内に確保し、カラムに出入りする液体をろ過することができる。中心カラムを有する装置は、使用されるＨＰＬＣ機器に適合したフィッティングに取り付けるのに適している。さらに、第３のシリンダの開放端は、カラムの第２の端部と同じ高さで突合せる（ｂｕｔｔ）ことができる輸送管を受ける準備ができている。
【００１６】
さらなる実施形態では、第５のシリンダが上記の装置に追加される。液体を輸送することができる第５のシリンダを通る導管は、内面によって画定される。第５のシリンダの第１の端部が、第３のシリンダの第２の端部の内部に配置される場合、外面は第３のシリンダの内面と係合する。死空間を制限するため、第５のシリンダの第１の端部は、その間にいかなる空間も残さないように第１のシリンダの第２の端部と突き合わせられる。最良の性能では、第５のシリンダの外径は第１のシリンダの外径と実質的に等しく、導管の外径は第１のシリンダのチャンバの径以下である。液体クロマトグラフィーの適用分野では、導管の径がチャンバの径よりも小さいことが好ましい。第５のシリンダを、他のシリンダよりも実質的に長くして、たとえば質量分析計への輸送管として機能させることができる。
【００１７】
上記の装置の有利な一実施形態では、第４のシリンダは熱収縮可能な材料の管である。収縮前の第４のシリンダの内径は、第２および第３のシリンダの外径とほぼ同じであり、第２および第３のシリンダの外径はほぼ等しい。それによって、第４のシリンダが第１、第２、および第３のシリンダのアセンブリ上を簡単に摺動することができるようになる。熱収縮性の第４のシリンダの内径は、収縮した後は収縮前の径のほぼ半分である。好ましい一構成では、収縮済みの第４のシリンダの内径は、第１のシリンダの外径よりも大きく、第４のシリンダが第１のシリンダの柔軟性を制限することなく第１のシリンダを保護することができる。第４のシリンダの収縮作用によって、シリンダはそのアセンブリの固定関係が保たれ、アセンブリ全体が衝撃および破損を受けにくくなる。第４のシリンダがアセンブリ上にねじ込まれる前に、第５のシリンダまたは輸送管がシリンダのアセンブリに接合された場合、第４のシリンダは第３のシリンダの第２の端部を超えて延びることができる。好ましい一実施形態では、第１と第５のシリンダは同じ外径を有し、熱収縮済みシリンダは第５のシリンダの外面を把持せず、第１と第５のシリンダの間の突合せ接合部の支持を提供する。
【００１８】
一実施形態では、本発明は、クロマトグラフ法で使用されるサイズおよび寸法のカラムを有する液体クロマトグラフィーカラム装置として実施される。カラム要素は、第１および第２の端部を持つ内部空洞、並びに長手方向軸を有する。第１の円柱形要素は、カラムの第１の端部の周りに配置され、強化されるカラムの第１の領域を形成する。第２の円柱形要素は、カラムの第２の端部の周りに配置される。第３の円柱形要素は、第１の円柱形要素上に同心に配置された第１の端部および第２の円柱形要素上に同心に配置された第２の端部を有する。第３の円柱形要素は、包囲される円柱形要素に固定されることによって、液体クロマトグラフィーカラムを安定させる一方で、カラムが柔軟性を維持できるようにする。このように組み立てられたカラム装置は、カラムの死空間を最小限に抑えて、液体クロマトグラフィー機器に直接結合される準備ができている。
【００１９】
このカラム装置は、カラムが、ナノスプレー適用例に使用されるものなど、ナノサイズの場合に好ましいものである。カラムは、一部の実施形態では、カラムの土台である毛管の製造中にカラムに塗布される保護被覆によって覆われた壁の外面を有する。一部の実施形態では、同心の第１のカラムの端部および第１の円柱形要素の端部が、バンドスプレッドを増加させずに注射器に取り付けることができる平坦な表面を提供する長手方向軸に垂直の平面内で共に終端する。
【００２０】
一実施形態では、カラムの第２の端部は、第２の円柱形要素の中点で終端する。それによって、その領域内に挿入すべき輸送管用のソケットが設けられる。あるいは、カラムは、第２の円柱形要素の第２の端部内に設けられた細管空洞を画定する壁構造を有する輸送管を備えて作成される。カラム装置の製造中に輸送管を取り付けることによって、取付具を使用してバンドスプレッドを最小限に抑え、細管の第１の端部とカラム要素の第２の端部が突合せ関係で配置されカラム要素の長手方向軸に対して垂直であることを保証することができるようになる。一実施形態では、第２の円柱形要素はカラム要素および細管を共に保持する。
【００２１】
さらなる実施形態では、上記の液体クロマトグラフィーカラムは、カラム要素の強化される第１の領域の周りに配置され固定されたフィッティングも備える。フィッティングは、強化された第１の領域の一部がフィッティングの第１の側面から突き出ており、強化された第１の領域のより大きい部分がフィッティングの下にカラムの一部に沿って延びるように取り付けられる。フィッティングの製造者は、通常、カラム要素がフィッティングから突き出る範囲を指定する。使用される一フィッティングは、フェルール部分およびナット部分を備える。フェルール部分は、強化された第１の領域に圧着され、ナット部分は、第１の円柱形要素の外面上を自由に摺動する。ナットは、第１の円柱形要素の第２の端部の周りに配置されナットの下を通過するには大きすぎる径をもたらす第３の円柱形要素によって保持される。一実施形態では、カラム要素の毛管は融解石英で作成され、第１の円柱形要素は（ＰＥＥＫ（登録商標））材料などポリエーテルエーテルケトン樹脂で作成され、第２の円柱形要素はＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ＦＥＰ材料などフルオロポリマー樹脂で作成され、第３の円柱形要素は熱収縮性の管で作成される。
【００２２】
本発明の本質および利点をより完全に理解するには、添付の図面と併せて詳細な説明を参照されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明を、液体を輸送し、クロマトグラフィーを行い、一例として質量分析計を含む他の機器を液体クロマトグラフにリンクするための装置として詳細に記載する。しかし、これらは好ましい実施形態であり、本発明は当業者には理解される他の方法で適用することもできることを理解されたい。
【００２４】
本発明の好ましい実施形態は、ナノスケールの毛管を介した液体の輸送に使用される。図１Ａは、この装置８の基本的なバージョンを示す。この装置は、壁１２を有する第１のシリンダ１０の周りに作成される。壁１２は、内面１４および外面１６を有する。この第１のシリンダは、通常は入口機構に連結される第１の端部１８、および通常は出口システムに連結される第２の端部２０を有する。内面１４に包囲された第１のシリンダ１０の内部体積は、液体試料を受けるためのチャンバ２２を画定する。
【００２５】
第２のシリンダ２４は、第１のシリンダ１０の第１の端部１８の周りに配置される。この第２のシリンダ２４は、内面２８および外面３０を持つ壁２６を有し、シリンダ２４は第１の端部３２および第２の端部３４を有する。第２のシリンダ２４が第１のシリンダ１０の第１の端部１８の周囲に同心に配置された場合、第２のシリンダ２４の内面２８は第１のシリンダ１０の外面１６に、当業者には知られている接着または圧着（ｃｒｉｍｐ）などの方法で固定される。第２のシリンダ２４の壁２６は、結果として得られるアセンブリの端部が、第１のシリンダ１０よりも厚くなるような厚さを有する。第２の壁２６が弾性材料で作成される場合、壁２６を使用してフィッティング（図示せず）など端部を装置に固定することができる。第２のシリンダ２４は、第２のシリンダ２４が第１のシリンダ１０の一部だけを覆う位置を占めるようなサイズである。第１および第２のシリンダ１０、２４は、図１で示したように、その第１の端部１８、３２が整列している。あるいは、端部を適用分野に最適となるように互いに位置付けることもできる。しかし、適用分野が液体クロマトグラフィーの場合は、端部を整列させることが好ましい。
【００２６】
第３のシリンダ３６は、第１のシリンダ１０の第２の端部２０上に配置される。このシリンダ３６は、内面４０および外面４２を有する壁３８を有し、第３のシリンダ３６は第１の端部４６および第２の端部４４を有する。第３のシリンダ３６が第１のシリンダ１０の第２の端部２０の周囲に同心に配置された場合、第３のシリンダ３６の内面４０は第１のシリンダ１０の外面１６に、接着、圧着などの方法で、または第３のシリンダの材料の弾性によって固定される。第３のシリンダ３６の壁３８は、得られたアセンブリの端部が第１のシリンダ１０よりも厚くなるような厚さを有する。それによって、輸送管などさらなるシリンダと対合する表面が扱いやすくなる。第３のシリンダ３６は、第３のシリンダ３６が第１のシリンダ１０の一部だけを覆う位置を占めるようなサイズである。図１では、第３のシリンダ３６の第２の端部４４が、第１のシリンダ１０の第２の端部２０の限度を超えて延びているところが示されているが、この関係は連結の目的に応じて変えることができる。好ましい一実施形態では、第３のシリンダ３６の第２の端部４４は第１のシリンダ１０の第２の端部２０から外側に突き出て、輸送管を受けるポケットを提供する。第１のシリンダ１０の一部２３は、第２のシリンダ２４または第３のシリンダ３６によって覆われていないことを留意されたい。好ましい一実施形態では、第１のシリンダ１０の大部分が覆われていない。
【００２７】
第４のシリンダ４８は、第１、第２、および第３のシリンダ１０、２４、３６のアセンブリを覆う（ｓｈｅａｔｈ）。第４のシリンダ４８は、内面５２および外面５４を持つ壁５０を有する。第４のシリンダの第１の端部５６は、第２のシリンダ２４の一部に重ねられて締結され、第２の端部５８は第３のシリンダ３６に重ねられて締結される。好ましい一実施形態では、第４のシリンダ４８の第２の端部５８は、第３のシリンダ３６が第１のシリンダ１０を覆う領域を覆い、ほぼ第３のシリンダ３６の第２の端部４４まで延びる。このように連結された第４のシリンダ４８は、第１、第２、および第３のシリンダを一定の関係に保ち、流体輸送手段への連結部を支える厚さを提供することによって、これらのシリンダを安定させて支持する。
【００２８】
上記の装置は、この分野で達成可能な耐性よりも高い耐性を有するアセンブリを作成することができるため、ナノスケールの流体輸送システムに搭載されると優れた動作特性を有するものである。さらに、装置のスケールが比較的大きく扱いやすいため、技術者がより簡単に取り付けることができる。この装置を、部位の連結構成を収容するように作成し、その結果得られる連結部の死空間を最小限に抑えることができる。流体輸送管をその領域内に取り付ける場合、第３および第４のシリンダ３６、４８を透明の材料で作成して、技術者が輸送管と第１のシリンダ１０の間の接合部（合流接合部）の品質を見て、死空間を最小限に抑えることができるようにすることが好ましい。
【００２９】
図１Ｂで示した好ましい一実施形態では、第１のシリンダ１０’はカラムとして実施され、当業界で知られているように、チャンバ２２にＨＰＬＣパッキング材料が充填される。フリット６０を第１のシリンダ１０’の片方の端部または両端に形成して、媒体をチャンバ２２内に確保し、カラム１０’に出入りする液体をろ過することができる。中心カラム１０’を有する装置８’は、使用されるＨＰＬＣ機器に適合したフィッティングに取り付けるのに適している。さらに、第３のシリンダの開放端４４は、カラム１０’の第２の端部２０と同じ高さに接合することができる輸送管を受ける準備ができている。
【００３０】
さらなる実施形態では、図２で示したように、第５のシリンダ６２が上記の装置８’に追加されている。第５のシリンダ６２は、内面６４および外面６６を有する壁６８を有し、この第５のシリンダは第１の端部７０および第２の端部６８を有する。液体を輸送することができる第５のシリンダ６８を通る導管７２は、内面６４によって画定される。第５のシリンダ６８の第１の端部７０が、第３のシリンダ３６の第２の端部４４の内部に配置される場合、外面６６は第３のシリンダ３６の内面４０と係合する。死空間を制限するため、第５のシリンダ６８の第１の端部７０は第１のシリンダ１０’の第２の端部２０に、その間にいかなる空間も残さないように突き合わせられる。最良の性能では、第５のシリンダ６２の外径８０は第１のシリンダ１０’の外径７８と実質的に等しく、導管７２の径７６は第１のシリンダ１０’のチャンバ２２の径７４以下である。導管７２の径７６は、チャンバ２２の径７４よりも小さいことが好ましい。第５のシリンダ６２を、他のシリンダよりも実質的に長くして、たとえば質量分析計への輸送管として機能させてもよい。
【００３１】
上記の装置の有利な一実施形態では、第４のシリンダ４８は熱収縮可能な材料の管である。収縮前の第４のシリンダ４８の内径７５は、第２のシリンダ２４の外径７７とほぼ同じであり、外径７７は第３のシリンダ３６の外径７９とほぼ等しい。それによって、第４のシリンダが第１、第２、および第３のシリンダアセンブリの上を簡単に摺動することができるようになる。熱収縮済み第４のシリンダ４８の内径７５は、収縮前の径のほぼ半分である。好ましい一構成では、収縮済み第４のシリンダ４８の内径は、第１のシリンダ１０’の外径７８よりも大きく、第４のシリンダ４８が第１のシリンダの柔軟性を制限することなく第１のシリンダを保護することができるようになされている。第４のシリンダの収縮作用によって、シリンダ１０’、２４、および３６のアセンブリの固定関係が保たれ、アセンブリ全体が衝撃および破損を受けにくくなる。第４のシリンダ４８がアセンブリ上にねじ込まれる前に、第５のシリンダ６２が装置８’に接合された場合、第４のシリンダ４８は第３のシリンダ３６の第２の端部４４を超えて延びることができる。好ましい一実施形態では、第１と第５のシリンダ１０’、６２は同じ外径を有し、熱収縮済みシリンダは第５のシリンダ６２の外面６６を把持せず、第１と第５のシリンダ１０’と６２の間の突合せ接合部８１の支持を提供する。
【００３２】
大抵の実施形態では、第１のシリンダ１０および第５のシリンダ６２は、ナノ径の石英ガラスで構成されており、非常に柔軟である。第２のシリンダ２４および第３のシリンダ３６は、比較的大きい内径を有しており、比較的小さい柔軟性を示す。この柔軟性の低減によって、第１および第５のシリンダ１０、６２、並びに第２および第３のシリンダ２４、３６によって囲まれた接合部全てに支持が提供される。
【００３３】
図３は、合流接合部８１を改良するための選択肢を示す。第１のシリンダ１０の第２の端部２０の壁１２の厚さは、加熱などによって減少されて、第１のシリンダ１０の第２の最端部２０の外径８２が小さくなるようになされている。この操作によって、第２の端部２０に外接する径にステップダウンがもたらされる。第３のシリンダ３６が第１のシリンダの通常の径８０の周りにぴったり嵌るサイズであれば、第３のシリンダ３６が軟化されて第１のシリンダ１０’を第３のシリンダ３６を通してねじ込むことができるようになった場合に、ステップダウンした領域に軟化した材料が埋め戻される可能性がある。埋め戻された材料は、第５のシリンダ６２が挿入されたときに第５のシリンダ６２を接着するのに使用可能であり、第３のシリンダ３６を軟化されたままにすることができる。埋め戻された材料およびぴったり嵌まる第３のシリンダ３６は、第１と第５のシリンダ１０’と６２の間の接合部の強度を大幅に増す。
【００３４】
図４は、第１のシリンダにＨＰＬＣパッキング材料が充填される場合、合流接合部８１の改良点を第１のシリンダ１０’内にフリット６０を設けることと組み合わせることができることを示す。カラム１０の端部２０にフリット６０を形成する一方法では、ＨＰＬＣパッキング材料を処理してから処理済みのＨＰＬＣパッキング材料を加熱する。最後のステップで、フリット６０の最端部８５を焼結する。焼結ステップ中、壁１２の厚さが長さ８４にわたって減少される。このステップによって、内蔵型フリット６０が設けられ、上記で論じたように、構造に接合部８１の周りの結合の改良がもたらされる。
【００３５】
図５は、第３のシリンダ３６の領域内の代替アセンブリを示す。第４のシリンダ４８を収縮する間、第１および第５のシリンダ１０’、６２を加熱の影響からさらに遮断することが望まれる場合、第３のシリンダが取り付けられる前に、熱保護管８６、８８をそれぞれ第１および第５のシリンダの周りに配置する。第３のシリンダが取り付けられた場合、したがって第３のシリンダ３６は、液体を坦持する第１および第５のシリンダ１０’、６２から間隔を置いて配置される。第３のシリンダを取り付けて接合部８１を形成しやすくする前に、第３のシリンダが軟化される適用例では、熱保護管８６、８８は、軟化した材料がシリンダの液体坦持部分に入るのを阻止する。さらに、第４のシリンダ４８が加熱されて収縮した場合、管８６、８８は、第１および第５のシリンダ１０’、６２をその熱から遮断する。
【００３６】
図６は、挿入可能な装置１０２を作成するナノ毛管輸送装置８上へのフィッティング９０の取付けを示す。図で示したフィッティングは、当技術分野で知られているフェルール９２およびナット９４を有する。選択されたフィッティングの仕様は、使用される機器のポートに合うように作成される。フェルール９２は、３つの構成要素、すなわちフェルール９２、第２のシリンダ２４、および第１のシリンダ１０を連結する結合作用で第２のシリンダ２４上に共に、または第１および第２のシリンダ１０、２４が接合された後に別の操作でスェージングされる。フェルール９２の前縁部１００とシリンダ１８、３２の端部との間隔は、フィッティング９０ごとに指定され、挿入可能な装置１０２はこうした仕様に正確に一致するように作成され、それによって死空間が制限される。第４のシリンダ４８を取り付ける場合、第４のシリンダ４８は、フィッティング９０に届かないところで終端し、空間９６を設けてナット９４をフェルール９２から引き込めることができるようにする。
【００３７】
図７では、挿入可能な装置１０２は、第５のシリンダ６２を挿入可能な装置に連結することによって、さらに取り付けやすくする。第１と第５のシリンダ１０と６２の間の合流接合部８１は、状態が制御されくり返し可能な工場で形成される。装置１０４を作成する際、第４のシリンダ４８は、第５のシリンダ６２が挿入可能な装置１０２に接合されるまで配置されないため、不透明材料を第４のシリンダ４８に使用することができる。それによって、合流接合部８１の結合を顕微鏡下で行い、死空間を最小限に抑えることができるようになる。Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）ＦＥＰは、透明であり接合を視覚的に監視することができるため、第３のシリンダ３６に好ましい一材料である。図７は、第３のシリンダ３６の端部に届かないところで終端する第４のシリンダ４８を示しているが、第４のシリンダ４８を第５のシリンダ６２の長さよりも少しの距離だけ下に延ばして支持を提供することが好ましい。
【００３８】
図８は、上記の装置１０４と同様に作成されたフリット６０を組み込んだカラム１０’を備えた装置１０６を示す。フィッティング９０は装置１０６を挿入可能にし、一方、第４のシリンダ４８によってシリンダをユニットに一体化することで、細心の注意でなく妥当な注意でも装置を安全に取り扱うことができるようになる。
【００３９】
図９は、上記で論じた特徴全てを組み込んだ装置１０８を示す。第１のシリンダ１０’は、その第２の端部２０で焼結されたフリット６０を有するカラムとして構成される。第１および第５のシリンダ１０’、６２は、死空間を残さない突合せ接合部８１で第３のシリンダ３６の中点で接合される。フィッティング９０は、ナット９４がフェルール９２から非係合になるための空間を有して、カラム１０’の第１の入口端部１８に取り付けられる。第４のシリンダは、熱収縮され、収縮済み状態４８’にあり、厚さが薄くなり第２および第３のシリンダ２４、３６を把持している。収縮済み第４のシリンダ４８’は外面１６を把持せずに第１のシリンダ１０’に近接することを留意されたい。
【００４０】
第１および第５のシリンダの内径は、５μｍから１８０μｍである。第５のシリンダ６２の径は、第１のシリンダ１０の径以下である。
【００４１】
装置１０８を作成する好ましい方法は、第１のナノ毛管１０にＨＰＬＣパッキング材料を充填することで開始される。ＨＰＬＣ充填材料の端部は、第１の毛管の端部にフリット６０が形成されるように処理される。出口端部２０は、端部２０の部分８４にわたって縮小された外径が形成されるように処理される。入口端部１８はこうしたことを行わずに処理される。化学薬品に対する耐性および弾性のために選択されたポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ（登録商標））で作成された第２のシリンダ２４は、第１の毛管１０’の第１の入口端部１８上で摺動する。同心の端部１８、３２は、使用すべきフィッティング９０に必要とされるように端部を整列させる取付具（図示せず）内に配置される。フィッティングフェルール９２は、第１および第２のシリンダ１０’、２４上および取付具内で摺動する。フェルール９２、第２のシリンダ２４、および第１の毛管１０’は、共にスェージングされて装置１０８の入口側を形成する。フィッティング９０のナット部分９４は、第１のシリンダ１０’および第１と第２のシリンダ強化セクション上で摺動して、フェルール９２付近に静置される。
【００４２】
第３のシリンダ３６は、好ましくは内径が第１のシリンダ１０’の外径より僅かに小さいＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ＦＥＰで作成され、軟らかく成形可能になるまで加熱される。第１のシリンダ１０’の第２の端部２０は、軟化した第３のシリンダ３６を通して押し込まれる。この端部２０の外径は縮小されているため、第１のシリンダ１０’内のチャンバを閉鎖する第３のシリンダ３６からの材料が無くても、端部２０は第３のシリンダ３６を簡単に通過する。しかし、第３のシリンダの内径は、端部２０の完全な径の部分の通過によって拡張される。端部２０は、第３のシリンダ３６の全長を通過した後、第３のシリンダの中点に引き込められる。第３のシリンダ３６の材料の一部は、第１のシリンダ１０’の径が変わるところに蓄積する。第１のシリンダ１０’の端部２０は顕微鏡下に置かれ、合流接合部８１が形成されるところに焦点が合わせられる。第５のシリンダ６２の第１の端部７０は、第１と第５のシリンダ１０’と６２が死空間をもたらさずに突合せられるまで第３のシリンダ３６内に挿入される。第３のシリンダを冷却することができ、第３のシリンダは、第３のシリンダを把持する包囲された第１と第５のシリンダ１０と６２の周囲で収縮する。
【００４３】
第４のシリンダ４８を形成するための熱収縮性の細管は、フィッティングナット９４の僅かに後から第１のカラム１０’の露出された長さに沿って第３のシリンダを覆って延びる長さに、かつ第５のシリンダの長さに沿った第２のシリンダ２４の長さと同じ距離に切断される。この細管の内径は、第２および第３のシリンダ１０’、６２の外径とほぼ等しく、またはそれよりも僅かに大きい。細管は加熱されるとその径が半分に収縮する。第４のシリンダ４８は、第５のシリンダ６２の第２の端部６８からフィッティングナット９４の僅かに前に位置するまで縫うように挿入され、シリンダを覆う。第４のシリンダ４８を収縮させるために熱が加えられる。第４のシリンダ４８は、第２および第３のシリンダ２４、３６の把持部を変形し、第１と第５のシリンダの付近に到る。
【００４４】
このアセンブリは組み立てが簡単であるが、部品を配置する際に高度の正確さを達成することができる。バンドスプレッドは、死空間が制御されるために最小限に抑えられる。結果として得られる装置は弾性であり、必要とされるのは、フィッティング９０を使用して入口端部１８を連結し、第５のシリンダ６２の第２の端部６８を（質量分析計用の）エレクトロスプレー源に連結することだけであり、この連結には正確な配置があまり重要ではない。
【００４５】
当業者には、上記の実施形態に基づく本発明のさらなる特徴および利点が理解されよう。したがって、本発明は、特許請求の範囲を除いて、具体的に図で示し記載したことによって限定されないものとする。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１Ａ】本発明による装置を示す断面図である。
【図１Ｂ】本発明によるフリットを備えた装置を示す断面図である。
【図２】本発明による輸送管を備えた装置を示す断面図である。
【図３】本発明による処理済みの中心シリンダを備えた装置を示す断面図である。
【図４】本発明による装置を示す断面図である。
【図５】本発明による熱保護具を備えた装置を示す断面図である。
【図６】本発明によるフィッティングを備えた装置を示す断面図である。
【図７】本発明によるフィッティングおよび輸送管を備えた装置を示す断面図である。
【図８】本発明によるフリットを備えた図７の装置を示す断面図である。
【図９】本発明による熱収縮済みの包囲するシリンダを備えた図８の装置を示す断面図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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