(57)【要約】  本発明は、クロマトグラフィーおよび電気泳動において用いるための、もしくは、特に分析の予備段階において、サンプル混合物の特定の成分の選択的吸収に用いるための、改善された分離媒体を提供する。本発明による改善された媒体は、サンプル混合物の成分の１以上を保持することが可能な第１粒子および、この媒体の熱伝導率が第１粒子を単独で含む媒体よりも高くなるよう、第１粒子よりも高い熱伝導率を有するように選択される第２粒子を含む。この媒体は、クロマトグラフィー（特に、ナローフローＨＰＬＣ）用もしくはキャピラリ電気泳動用の充填もしくはキャピラリカラムに組み込むことができ、または基体上にコートすることができる。この媒体の特定の実施形態は、ケイ質ポリマーを含む第１粒子および金、ダイヤモンドもしくはグラファイトの第２粒子の混合物を含むことができる。これらを組み込むクロマトグラフィーカラムおよび装置も開示される。
2010527003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプル混合物のクロマトグラフィー分離において用いるための分離媒体であって、第１物質の第１粒子および第２物質の第２粒子を含み、前記第１粒子はサンプル混合物の成分の少なくとも１つを少なくとも一時的に保持することが可能であり、ならびに前記第２物質は前記第１物質よりも高い熱伝導率を有するように選択される分離媒体。
【請求項２】
前記第１物質が、シリカ、ガラス、グラファイト、ジルコニア（酸化ジルコニウム）、有機ポリマー、アルミナ（酸化アルミニウム）、ゲルおよびケイ質ポリマーを含む群より選択される、請求項１に記載の分離媒体。
【請求項３】
第１物質が、架橋スチレン、メタクリレートポリマーおよびポリアミドを含む群より選択される、請求項１に記載の分離媒体。
【請求項４】
前記第１物質がポリアクリルアミドゲルを含む、請求項１に記載の分離媒体。
【請求項５】
前記第１物質が式ＳｉＯ２／［Ｒ２ｐＲ４ｑＳｉＯｔ］ｎによって表されるケイ質ポリマーを含み、式中、Ｒ２およびＲ４は独立してＣ１−Ｃ１８脂肪族もしくは芳香族部分であり、ｐ＋ｑ＝０、１もしくは２であり、ただし、ｐ＋ｑ＝１である場合にはｔ＝１．５であり、およびｐ＋ｑ＝２である場合にはｔ＝１であり、およびｎは０．０３から１の数である、請求項１に記載の分離媒体。
【請求項６】
前記第１物質が式ＳｉＯ２／［Ｒ６（Ｒ２ｒＳｉＯｔ）ｍ］ｎによって表されるケイ質ポリマーを含み、式中、Ｒ２はＣ１−Ｃ１８脂肪族もしくは芳香族部分であり、Ｒ６は２個以上のケイ素原子を架橋する置換もしくは非置換Ｃ１−Ｃ１８アルキレン、アルキニレンもしくはアリーレン部分であり、ｒ＝０もしくは１であり、ただし、ｒ＝０である場合にはｔ＝１．５であり、およびｒ＝１である場合にはｔ＝１であり、ｍは≧２の整数であり、およびｎは０．０３から１の数である、請求項１に記載の分離媒体。
【請求項７】
前記第１物質が、
【化１】
2010527003.tif 000009
（上記開放原子価は末端水素、またはアルキレン、アルキニレンもしくはアリーレン基である、または示される構造のさらなる下位群に結合する。上で用いられる場合、ｘは１から無限大までの整数である。）
によって表される構造を有するケイ質ポリマーを含む、請求項１に記載の分離媒体。
【請求項８】
前記第１物質が、
【化２】
2010527003.tif 000010
（上記開放原子価は末端水素、またはアルキレン、アルキニレンもしくはアリーレン基である、または示される構造のさらなる下位群に結合する。上で用いられる場合、ｙは１から無限大までの整数である。）
によって表される構造を有するケイ質ポリマーを含む、請求項１に記載の分離媒体。
【請求項９】
前記第１粒子が、アルキル部分、フェニル部分、アリール部分もしくはカルバメート部分を含む群から選択される官能性部分で修飾された表面を含む、請求項２に記載の分離媒体。
【請求項１０】
前記第１粒子が、アルキル部分、フェニル部分、アリール部分もしくはカルバメート部分を含む群から選択される官能性部分で修飾された表面を含む、請求項３に記載の分離媒体。
【請求項１１】
前記第１粒子が、アルキル部分、フェニル部分、アリール部分もしくはカルバメート部分を含む群から選択される官能性部分で修飾された表面を含む、請求項５に記載の分離媒体。
【請求項１２】
前記第１粒子が、アルキル部分、フェニル部分、アリール部分もしくはカルバメート部分を含む群から選択される官能性部分で修飾された表面を含む、請求項６に記載の分離媒体。
【請求項１３】
前記第２物質が、０．１から０．５Ｗ．ｃｍ−１．°Ｋ−１、０．５から１．０Ｗ．ｃｍ−１．°Ｋ−１、１．０から１０．０Ｗ．ｃｍ−１．°Ｋ−１および１０から５０Ｗ．ｃｍ−１．°Ｋ−１を含む群から選択される範囲の熱伝導率を有する、請求項１に記載の分離媒体。
【請求項１４】
前記第２物質が、銀、銅、アルミニウム、金、タングステン、モリブデン、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化チタン、炭化ケイ素、酸化ジルコニウム、ダイヤモンドおよびグラファイトを含む群から選択される、請求項１に記載の分離媒体。
【請求項１５】
前記分離媒体中に含まれる第２粒子の割合が１％から２５％である、請求項１に記載の分離媒体。
【請求項１６】
前記分離媒体中に含まれる第２粒子の割合が５％から２０％である、請求項１に記載の分離媒体。
【請求項１７】
前記分離媒体中に含まれる第２粒子の割合が約１０％である、請求項１に記載の分離媒体。
【請求項１８】
前記第２物質が金、ダイヤモンドおよびグラファイトを含む群から選択され、および前記第１粒子がアルキル部分、フェニル部分、アリール部分およびカルバメート部分を含む群から選択される官能性部分で修飾された表面を含む、請求項５に記載の分離媒体。
【請求項１９】
前記第２物質が金、ダイヤモンドおよびグラファイトを含む群から選択され、および前記第１粒子がアルキル部分、フェニル部分、アリール部分およびカルバメート部分を含む群から選択される官能性部分で修飾された表面を含む、請求項６に記載の分離媒体。
【請求項２０】
サンプル混合物をクロマトグラフィー分離するための装置であって、流体が進入することができる導入口および流体を排出することができる排出口を有する管状部材を含み、前記管状部材は前記導入口および前記排出口の間に配置される内部空間を有し、前記内部空間内に第１物質の第１粒子および第２物質の第２粒子を含む分離媒体が配置され、前記第１粒子は前記サンプル混合物の少なくとも１つの成分を少なくとも一時的に保持することが可能であり、前記第２物質は前記第１物質よりも高い熱伝導率を有するように選択される装置。
【請求項２１】
前記第１物質が、シリカ、ガラス、グラファイト、ジルコニア（酸化ジルコニウム）、有機ポリマー、アルミナ（酸化アルミニウム）、ゲルおよびケイ質ポリマーを含む群より選択される、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記第２物質が、銀、銅、アルミニウム、金、タングステン、モリブデン、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化チタン、炭化ケイ素、酸化ジルコニウム、ダイヤモンドおよびグラファイトを含む群から選択される、請求項２０に記載の装置。
【請求項２３】
前記第１物質が式ＳｉＯ２／［Ｒ２ｐＲ４ｑＳｉＯｔ］ｎによって表されるケイ質ポリマーを含み、式中、Ｒ２およびＲ４は独立してＣ１−Ｃ１８脂肪族もしくは芳香族部分であり、ｐ＋ｑ＝０、１もしくは２であり、ただし、ｐ＋ｑ＝１である場合にはｔ＝１．５であり、およびｐ＋ｑ＝２である場合にはｔ＝１であり、およびｎは０．０３から１の数である、請求項２０に記載の装置。
【請求項２４】
前記第１物質が式ＳｉＯ２／［Ｒ６（Ｒ２ｒＳｉＯｔ）ｍ］ｎによって表されるケイ質ポリマーを含み、式中、Ｒ２はＣ１−Ｃ１８脂肪族もしくは芳香族部分であり、Ｒ６は２個以上のケイ素原子を架橋する置換もしくは非置換Ｃ１−Ｃ１８アルキレン、アルキニレンもしくはアリーレン部分であり、ｒ＝０もしくは１であり、ただし、ｒ＝０である場合にはｔ＝１．５であり、およびｒ＝１である場合にはｔ＝１であり、ｍは≧２の整数であり、およびｎは０．０３から１の数である、請求項２０に記載の装置。
【請求項２５】
前記第２物質が金、ダイヤモンドおよびグラファイトを含む群から選択される、請求項２３に記載の装置。
【請求項２６】
前記第２物質が金、ダイヤモンドおよびグラファイトを含む群から選択される、請求項２４に記載の装置。
【請求項２７】
サンプル混合物の少なくとも１つの成分を分離媒体で選択的に吸収するための装置であって、前記サンプル混合物を含む流体を前記分離媒体に適用するための手段を含み、前記分離媒体は第１物質の第１粒子および第２物質の第２粒子を含み、前記第１粒子は前記サンプル混合物の少なくとも１つの成分を少なくとも一時的に保持することが可能であり、および前記第２物質は前記第１物質よりも高い熱伝導率を有するように選択される装置。
【請求項２８】
前記第１物質が、シリカ、ガラス、グラファイト、ジルコニア（酸化ジルコニウム）、有機ポリマー、アルミナ（酸化アルミニウム）、ゲルおよびケイ質ポリマーを含む群より選択される、請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
前記第２物質が、銀、銅、アルミニウム、金、タングステン、モリブデン、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化チタン、炭化ケイ素、酸化ジルコニウム、ダイヤモンドおよびグラファイトを含む群から選択される、請求項２７に記載の装置。
【請求項３０】
前記第１物質が式ＳｉＯ２／［Ｒ２ｐＲ４ｑＳｉＯｔ］ｎによって表されるケイ質ポリマーを含み、式中、Ｒ２およびＲ４は独立してＣ１−Ｃ１８脂肪族もしくは芳香族部分であり、ｐ＋ｑ＝０、１もしくは２であり、ただし、ｐ＋ｑ＝１である場合にはｔ＝１．５であり、およびｐ＋ｑ＝２である場合にはｔ＝１であり、およびｎは０．０３から１の数である、請求項２７に記載の装置。
【請求項３１】
前記第１物質が式ＳｉＯ２／［Ｒ６（Ｒ２ｒＳｉＯｔ）ｍ］ｎによって表されるケイ質ポリマーを含み、式中、Ｒ２はＣ１−Ｃ１８脂肪族もしくは芳香族部分であり、Ｒ６は２個以上のケイ素原子を架橋する置換もしくは非置換Ｃ１−Ｃ１８アルキレン、アルキニレンもしくはアリーレン部分であり、ｒ＝０もしくは１であり、ただし、ｒ＝０である場合にはｔ＝１．５であり、およびｒ＝１である場合にはｔ＝１であり、ｍは≧２の整数であり、およびｎは０．０３から１の数である、請求項２７に記載の装置。
【請求項３２】
前記第２物質が金、ダイヤモンドおよびグラファイトを含む群から選択される、請求項３０に記載の装置。
【請求項３３】
前記第２物質が金、ダイヤモンドおよびグラファイトを含む群から選択される、請求項３１に記載の装置。
【請求項３４】
前記第１物質が、架橋スチレン、メタクリレートポリマー、ポリアミドおよびポリアクリルアミドゲルを含む群より選択される、請求項２７に記載の装置。
【請求項３５】
前記第２物質が、銀、銅、アルミニウム、金、タングステン、モリブデン、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化チタン、炭化ケイ素、酸化ジルコニウム、ダイヤモンドおよびグラファイトを含む群から選択される、請求項３４に記載の装置。
【請求項３６】
１以上の構成要素を含むサンプル混合物を分析するための請求項２０に記載の装置であって、高圧ポンプ、サンプル注入装置および前記サンプル混合物の少なくとも１つの構成要素に応答する検出器をさらに含む装置。
【請求項３７】
前記第１物質が、シリカ、ガラス、グラファイト、ジルコニア（酸化ジルコニウム）、有機ポリマー、アルミナ（酸化アルミニウム）、ゲルおよびケイ質ポリマーを含む群より選択され、および前記第２物質が、銀、銅、アルミニウム、金、タングステン、モリブデン、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化チタン、炭化ケイ素、酸化ジルコニウム、ダイヤモンドおよびグラファイトを含む群から選択される、請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】
前記管状部材が各々バッファ溶液を収容するリザーバおよび前記バッファ溶液が前記環状部材を通して流動するように前記リザーバ間に電位差を適用するための高電圧電源の間に配置される、請求項２０に記載の装置。
【請求項３９】
前記第１物質が、シリカ、ガラス、グラファイト、ジルコニア（酸化ジルコニウム）、有機ポリマー、アルミナ（酸化アルミニウム）、ゲルおよびケイ質ポリマーを含む群より選択され、前記第２物質が、銀、銅、アルミニウム、金、タングステン、モリブデン、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化チタン、炭化ケイ素、酸化ジルコニウム、ダイヤモンドおよびグラファイトを含む群から選択される、請求項３８に記載の装置。
【請求項４０】
高電圧電源をさらに含む請求項２７に記載の装置であって、および前記分離媒体が基体上に配置され、および前記高電圧電源は前記基体を横切る電位差を提供し、それにより前記サンプル混合物の成分を電気泳動によって分離することができる装置。
【請求項４１】
前記第１物質が、シリカ、ガラス、グラファイト、ジルコニア（酸化ジルコニウム）、有機ポリマー、アルミナ（酸化アルミニウム）、ゲルおよびケイ質ポリマーを含む群より選択され、および前記第２物質が、銀、銅、アルミニウム、金、タングステン、モリブデン、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化チタン、炭化ケイ素、酸化ジルコニウム、ダイヤモンドおよびグラファイトを含む群から選択される、請求項４０に記載の装置。
【請求項４２】
前記管状部材に沿う軸方向のあらゆる温度勾配を最小化するための手段をさらに含む、請求項２２に記載の装置。
【請求項４３】
あらゆる温度勾配を最小化するための前記手段が、前記管状部材を取り巻く、および少なくとも１つのヒータおよび少なくとも１つの温度センサが取り付けられたジャケット、並びに前記少なくとも１つの温度センサからの信号に応答する温度制御器を含み、前記温度制御器は前記少なくとも１つのヒータに電力を供給および制御するためのものである、請求項４２に記載の装置。
【請求項４４】
あらゆる温度勾配を最小化するための前記手段が、前記管状部材を取り巻く、および少なくとも１つの冷却装置および少なくとも１つの温度センサが取り付けられたジャケット、並びに前記少なくとも１つの温度センサからの信号に応答する温度制御器を含み、前記温度制御器は前記少なくとも１つの冷却装置に電力を供給および制御するためのものである、請求項４２に記載の装置。
【請求項４５】
前記冷却装置がペルティエ効果装置を含む、請求項４４に記載の装置。
【請求項４６】
前記管状部材が水浴に浸される、請求項４２に記載の装置。
【請求項４７】
前記管状部材に空気流を施す、請求項４２に記載の装置。
【請求項４８】
サンプル混合物をクロマトグラフィー分離するための装置であって、流体が浸入することができる導入口および流体が退出することができる排出口を有する管状部材を含み、前記管状部材は前記導入口および前記排出口の間に配置される内部空間を有し、前記内部空間内に第１物質の第１粒子および第２物質の第２粒子を含む分離媒体が配置され、前記第１粒子は前記サンプル混合物の少なくとも１つの成分を少なくとも一時的に保持することが可能であり、および前記第２物質は前記第１物質よりも少なくとも１０倍高い熱伝導率を有するように選択され、および前記第２物質は１から２５体積パーセントの濃度で存在し、前記第１物質は、シリカ、ガラス、グラファイト、ジルコニア（酸化ジルコニウム）、有機ポリマー、アルミナ（酸化アルミニウム）、ゲルおよびケイ質ポリマーからなる群より選択され、および前記第２物質は、銀、銅、アルミニウム、金、タングステン、モリブデン、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化チタン、炭化ケイ素、酸化ジルコニウム、ダイヤモンドおよびグラファイトを含む群から選択される装置。
【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２００７年５月８日出願のＵｎｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅｓ  Ｐｒｏｖｉｓｉｏｎａｌ  Ｐａｔｅｎｔ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ６０／９１６，６１１からの優先権を主張する。これらの出願の内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
（連邦政府の支援に関する宣言）
本発明は連邦政府の支援なしになされた。
【０００３】
本発明はクロマトグラフィー分離媒体および、特に分析の目的で、特定の化学種を選択的に吸収するための媒体に関する。この媒体は液体クロマトグラフィー、超臨界液体クロマトグラフィーおよび電気クロマトグラフィーもしくは電気泳動において、特に、高速液体クロマトグラフィーおよび５，０００ポンド毎平方インチ（ＰＳＩ）を上回る極度の圧力でのクロマトグラフィー、ナノフローＬＣ並びにマイクロボアＬＣのタイプに有用である。
【背景技術】
【０００４】
異なる化学構造を有する成分を含む混合物は、しばしば分析もしくは調製の目的でクロマトグラフィーによって分離される。このような混合物のアリコートを移動相（これは気体、液体もしくは超臨界流体であり得る。）に導入する。移動相は分離媒体を含む固定相を通して流動させる。混合物の成分は分離媒体とそれぞれに相互作用し、それによって異なる期間保持され得る。従って、成分は異なる時間で分離媒体から溶離し、関心のある成分の選択された特性に応答するあらゆる手段によって収集もしくは検出することができる。本明細書で用いられる場合、「サンプル」という用語は関心のある１以上の成分を決定するために分析される溶液および混合物に向けられる。
【０００５】
移動相は、この圧力（気体もしくは超臨界流体の場合）により、ポンピングにより、もしくは電界の作用（電気クロマトグラフィーもしくはキャピラリ電気泳動において）により、分離媒体を通して流動させることができる。これらのプロセスの組み合わせを用いることもできる。
【０００６】
関連技術において、複合混合物を、表面上に支持された分離媒体（典型的にはゲル）の上にこれを堆積させ、この混合物中に含まれる成分を電界によって媒体を通して移動させることにより分離することができる。次に、所与の時間場を印加した後、異なる技術の様々を用いて媒体中の異なる成分の位置をマークすることができる。複合混合物中の特定の成分を、不必要な成分からこれらを分離するため、分離媒体上に選択的に吸収させた後、他の技術、例えば質量分析もしくは他の分光技術を用いて分析することもできる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
クロマトグラフィー分離媒体には、（通常はステンレス鋼もしくは溶融シリカで製造される）管状カラムに充填された小粒子が含まれ、もしくはキャピラリ管の内壁上のコーティングが含まれ得る。幾つかの現行のカラムは１ミクロンという小ささの粒子を含み、１５，０００から１００，０００ｐｓｉ（およそ１００から６９０ＭＰａ）という高さの圧力で作動する。これらのカラムは、一般に、より大きな粒子を含むカラムよりも高い分離効率を示すが、用いられる高圧により適する分離媒体を用いることによってさらにより高い効率が実現可能であるものと考えられる。
【０００８】
一般に、すべてのこのような分離技術の効率は分離媒体の性質にある程度依存する。本発明は、クロマトグラフィー移動相の非常に高い圧力での使用に特に適するが、他の技術の様々において複合混合物中の成分の分離の改善に有利に用いることもできる、改良された分離媒体に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、特に非常に高い圧力で実施されるクロマトグラフィー分離の場合において、分離媒体の従来のタイプの熱伝導率を増加させ、もしくは高熱伝導率の物質を分離媒体に添加することで、この媒体の分離効率が改善されることを見出している。従って、本発明は、サンプル混合物のクロマトグラフィー分離において用いるための改善された分離媒体を提供する。この分離媒体は第１物質の第１粒子および第２物質の第２粒子を含む。第１粒子は、少なくとも一時的に、サンプル混合物の少なくとも１つの成分を保持することが可能である。第２物質は前記第１物質よりも高い熱伝導率を有するように選択される。
【００１０】
本発明のさらなる実施形態は、サンプル混合物をクロマトグラフィー分離するための装置であって、流体が浸入することができる導入口および流体が退出することができる排出口を有する管状部材を含む装置に関する。この管状部材は導入口および排出口の間に配置された内部空間を有し、このような内部空間には第１物質の第１粒子および第２物質の第２粒子を含む分離媒体が配置される。第１粒子は、少なくとも一時的に、サンプル混合物の少なくとも１つの成分を保持することが可能である。第２物質は第１物質よりも高い熱伝導率を有するように選択される。
【００１１】
本発明の別の実施形態は、サンプル混合物の少なくとも１つの成分を分離媒体で選択的に吸収するための装置に関する。この装置は流体を供給するための手段を含み、この流体はサンプル混合物である、もしくはサンプル混合物を分離媒体に搬送する。分離媒体は第１物質の第１粒子および第２物質の第２粒子を有する。第１粒子は、少なくとも一時的に、サンプル混合物の少なくとも１つの成分を保持することが可能であり、第２物質は第１物質よりも高い熱伝導率を有するように選択される。
【００１２】
好ましくは第１物質の第１粒子はクロマトグラフィーカラムの従来タイプにおいて従来用いられる物質、例えばシリカ、有機ポリマー、ケイ質ポリマー（ｓｉｌｉｃｅｏｕｓ  ｐｏｌｙｍｅｒｓ）、グラファイトの粒子を含む。これらの粒子はコートされる、もしくはコートされない。本明細書で用いられる場合、「コーティング」という用語は、官能性部分を化学的に結合する、層もしくは化学剤との粒子表面の反応生成物を指す。このような部分には、例えばアルキル、アリール、フェニルもしくはカルバメート基または分離媒体の従来タイプにおいて用いられる他の基が含まれ得る。第１粒子は多孔性である、もしくは非多孔性である。第１粒子は１ミクロンから１００ミクロンのサイズであるが、最も好ましくは１から１０ミクロンである。第１粒子は不規則形状を含むあらゆる形状であるが、好ましくはほぼ球形である。
【００１３】
第２粒子は、第１粒子が含まれる物質よりも高い熱伝導率を有する第２物質を含む。好ましくは第２物質は金属；例えば金、銀、アルミニウム、銅、タングステンおよびモリブデン；炭素同素体、特に、ダイヤモンドの様々な形態；並びにセラミック、例えばアルミナ、窒化アルミニウム、炭化チタン、炭化ケイ素もしくは酸化ジルコニウムである。
【００１４】
好ましくは第２物質は０．５Ｗ．ｃｍ−１．°Ｋ−１を上回り、最も好ましくは１Ｗ．ｃｍ−１．°Ｋ−１を上回る熱伝導率を有する。好ましくは第２物質の熱伝導率は第１物質のものよりもほぼ１０倍高い。
【００１５】
好ましくは第１および第２粒子はほぼ同じサイズである。第１粒子は、通常、第１物質のみを含む分離媒体の従来タイプを調製するのに用いることができる粒子としてのサイズである。
【００１６】
好ましくは分離媒体の約１％および２５％が第２粒子を含む。分離媒体の残りが第１粒子である。より好ましい範囲は分離媒体の５％から２０％が第２粒子であり；より好ましくは約１０％である。
【００１７】
好ましくは第１粒子は分離媒体によるサンプルの成分の少なくとも一時的な保持の原因である。第２粒子は、主として、基体の熱伝導率を第１粒子単独のものを上回る値まで増加させるために添加される。しかしながら、当業者は、第２粒子もサンプルの成分と相互作用し、これらの成分のうちの少なくとも幾つかは第２粒子によって少なくとも一時的に保持されることを認める。
【００１８】
本発明者らは、記述される分離媒体の使用により、特に、高速液体クロマトグラフィーの性能を著しく改善できることを見出している。例えば第１粒子のみを含む分離媒体を用いてでは不十分にしか分解されない２つのクロマトグラフィーピーク間の分離を、第１粒子に加えて高熱伝導率第２粒子を含む分離媒体を用い、他は同様のクロマトグラフィー条件を用いて、著しく改善することができる。
【００１９】
理論によって拘束されることを望むものではないが、本発明者らは、本発明による分離媒体の使用が非常に高い圧力で生じるものと考えられる摩擦加熱（ｆｒｉｃｔｉｏｎａｌ  ｈｅａｔｉｎｇ）の有害作用を減少させ得るものと信じる。第１粒子単独よりも高い熱伝導率を有する分離媒体の使用は、おそらくはこの加熱によって生じる、移動相の熱勾配を減少させることができ、このようにすることで、分離の解像度を高めることができるものと推測される。
【００２０】
本発明の他の特徴および利点は、詳細な説明を読み、以下の図面を見ることで、当業者には明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
ここで本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【図１】本発明による分離媒体の一実施形態の模式図である。
【図２】本発明によるクロマトグラフィーカラムの図である。
【図３】本発明による混合物のクロマトグラフィー分離のための装置の一実施形態の図である。
【図４】本発明による混合物の電気泳動分離のための装置の一実施形態の図である。
【図５】本発明によるキャピラリカラムの図である。
【図６】サンプル混合物中に含まれる少なくとも１つの成分を選択的に吸収するための、本発明による装置の一実施形態の図である。
【図７】周囲温度条件下で作動する様々なクロマトグラフィーカラムの効率の、これらが収容するダイヤモンド粒子のパーセンテージに対するプロットである。
【図８】断熱温度条件下で作動する様々なクロマトグラフィーカラムの効率の、これらが収容するダイヤモンド粒子のパーセンテージに対するプロットである。
【図９】ダイヤモンド粒子を異なるパーセンテージで含む２つのクロマトグラフィーカラムの効率の、移動相の流速に対するプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の実施形態を、分離媒体を特徴とする好ましい装置、製造物品および方法について詳細に説明する。本明細書で用いられる場合、文脈が他を必要としない限り、「カラム」という用語は、カラムカートリッジおよびキャピラリを含めて、分離媒体が配置される導管を有するすべての分離装置を指す。当業者は、本発明の好ましい実施形態の修正および変更が可能であり、本説明が限定するものと理解されるべきではないことを認める。
【００２３】
ここで図１を見ると、全体として数字１によって示される、本発明による分離媒体が図示される。分離媒体１は（白抜きの円によって表される）第１粒子２および（黒塗りの円によって表される）第２粒子３の混合物を含む。第２粒子３は第１粒子２よりも高い熱伝導率を有する。好ましくは第２粒子を含む物質の熱伝導率は第１粒子を含む物質よりも１０倍高い。例えば第２粒子３の物質の熱伝導率は、好ましくは０．１Ｗ．ｃｍ−１．°Ｋ−１を上回るように選択され、それに対して第１粒子２の物質の熱伝導率は、典型的には、約０．０１Ｗ．ｃｍ−１．°Ｋ−１である。第１粒子の物質は分析物に対するこの親和性で選択される。第２粒子の物質は熱伝導率で選択される。第２粒子３の第１粒子２への添加は分離媒体１の熱伝導率を第１粒子２単独のものを越えて増加させる。
【００２４】
本発明によって提供される分離媒体は、サンプル混合物の成分のクロマトグラフィーもしくは電気泳動分離についての、または典型的には別の分析技術による吸収された成分の分析に先立つ、基体上への混合物の１以上の成分の選択的吸収についての有用性を有する。好ましくは第１粒子は、異なる化学種のクロマトグラフィー分離もしくは選択的吸収に従来用いられる粒子である。例えば第１粒子が製造される第１物質は以下のリストから選択することができる。
【００２５】
ｉ．シリカ；
ｉｉ．ガラス；
ｉｉｉ．グラファイト；
ｉｖ．ジルコニア（酸化ジルコニウム）；
ｖ．有機ポリマー、例えば架橋スチレン、メタクリレートポリマー、ポリアミドなど；
ｖｉ．アルミナ（酸化アルミニウム）；
ｖｉｉ．ゲル、例えばポリアクリルアミドおよびこれらの誘導体；
ｖｉｉｉ．ケイ質ポリマー、例えばポリエトキシシランおよび以下に記載される他のもの；
ｉｘ．チタニア（二酸化チタン）；
ｘ．官能基の様々なもの、例えばアルキルＣ８もしくはＣ１８基を含む炭化水素基、フェニル、アリールもしくはカルバメート基で修飾された表面を有する、上に列挙される粒子。
【００２６】
上記リストは例としてだけのものであり、混合物の成分を保持もしくは選択的に吸収することが可能な他の物質を含む第１物質を提供する本発明の範囲内にある。
【００２７】
第１粒子は１から１００μｍのサイズの直径を有する。クロマトグラフィー実施形態、例えば逆相液体クロマトグラフィーでは、第１粒子は１から１０μｍである。極度の圧力用途では、第１粒子は２μｍ未満のサイズである。これらの粒子は不規則形状を含むあらゆる形状であり得る。好ましくはこれらの粒子はほぼ球形である。第１粒子は多孔性もしくは非多孔性であり、好ましくは多孔性である。
【００２８】
第２粒子が製造される第２物質は第１粒子が製造される第１物質よりも高い熱伝導率を有するように選択される。典型的には、第２物質は０．１から５０Ｗ．ｃｍ−１．°Ｋ−１の範囲の熱伝導率を有することができる。第２物質の熱伝導率は、好ましくは第１粒子の物質の熱伝導率よりも１０倍高くなるように選択される。好ましい範囲は１から１０Ｗ．ｃｍ−１．°Ｋ−１から１から５０Ｗ．ｃｍ−１．°Ｋ−１である。
【００２９】
第２物質は少ないクロマトグラフィー効果を有するように選択される。第２物質のタイプの添加は、分離もしくは吸収に用いられる条件下で第２物質が比較的不活性である場合を除いて、ピーク形状に影響を及ぼし得る。ピーク形状に対する潜在的な有害作用は、熱伝導率の利点を享受しながら、第２粒子の濃度を可能な限り低く維持することによって取り組む。
【００３０】
下記表１は、本発明の第２物質として用いることを考慮することができる幾つかの物質をこれらのおおよその熱伝導率と共に列挙する。このリストは限定的なものではないが、他の物質も適するものであり得る。
【００３１】
【表１】
2010527003.tif 000003
【００３２】
これらの熱伝導率を、下記表２において列挙される、第１粒子に用いることができる幾つかの通常用いられるクロマトグラフィー分離物質の値と比較することができる。
【００３３】
【表２】
2010527003.tif 000004
【００３４】
表１および２から、表１から選択される第２粒子を表２に列挙されるものに添加することで、特に第２物質が非常に高い熱伝導率を有する、例えばダイヤモンド、金もしくはグラファイトの特定の形態であるとき、得られる媒体の熱伝導率が顕著に増加し得ることがわかる。
【００３５】
クロマトグラフィー分離に適する本発明による分離媒体の実施形態は、例えば第２粒子１体積％から２５体積％および実質的に第１粒子を含む残部を含む、第１および第２粒子の混合物を含む。好ましくは第２粒子は分離媒体の５％から２０％を構成する。分離媒体の約１０％の第２粒子の濃度が、熱勾配の減少および適切な十分に定義されたピークの提供の利点に関して、合理的な妥協点である。
【００３６】
好ましい分離媒体はハイブリッドケイ質ポリマーの第１粒子および金、ダイヤモンドもしくはグラファイトの第２粒子を有する。ハイブリッドケイ質粒子はメチルポリエトキシシラン（下記構造Ｉ）もしくはポリエトキシシラン（下記構造ＩＩ）であり得る。
【００３７】
構造Ｉ
【００３８】
【化１】
2010527003.tif 000005
【００３９】
構造ＩＩ
【００４０】
【化２】
2010527003.tif 000006
【００４１】
上の開放原子価は末端水素、またはアルキレン、アルキニレンもしくはアリーレン基である、または図示される構造のさらなる下位群に結合する。上で用いられる場合、ｘおよびｙは１から無限大までの整数である。
【００４２】
その代わりに、これらは、米国特許６，６８６，０３５（この内容は参照により本明細書に組み込まれる。）に記載されるポリマーのいずれをも含むことができる。これらのポリマーは式ＳｉＯ２／［Ｒ２ｐＲ４ｑＳｉＯｔ］ｎおよびＳｉＯ２／［Ｒ６（Ｒ２ｒＳｉＯｔ）ｍ］ｎによって表すことができ、式中、Ｒ２およびＲ４は独立してＣ１−Ｃ１８脂肪族もしくは芳香族部分であり、Ｒ６は２個以上のケイ素原子を架橋する置換もしくは非置換Ｃ１−Ｃ１８アルキレン、アルキニレンもしくはアリーレン部分である。以下も適用される。
【００４３】
ａ．ｐ＋ｑ＝０、１もしくは２；
ｂ．ｐ＋ｑ＝１である場合、ｔ＝１．５；
ｃ．ｐ＋ｑ＝２である場合、ｔ＝１；
ｄ．ｒ＝０もしくは１；
ｅ．ｒ＝０である場合、ｔ＝１．５；
ｆ．ｒ＝１である場合、ｔ＝１；
ｇ．ｍは整数≧２；
ｈ．ｎは０．０３から１の数。
【００４４】
これらのケイ質粒子はコートされている、もしくはコートされていない。本明細書で用いられる場合、「コートされている」という用語は１以上の官能基に結合した表面を有することを指す。これらの官能基は実施しようとするクロマトグラフィー分離のために選択される。例えばこれらの表面を、アルキルＣ８もしくはＣ１８基を含む炭化水素基、フェニル、アリールまたはカルバメート基で修飾することができる。これらのケイ質ポリマー粒子を調製およびコートする方法は上で参照される特許ＵＳ  ６，６８６，０３５に開示される。
【００４５】
構造Ｉおよび５μｍから２５μｍのサイズの粒子は、ＭＡ、ＭｉｌｆｏｒｄのＷａｔｅｒｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから「ＸＴｅｒｒａ（商標）」クロマトグラフィーカラムの形態で入手可能である。構造ＩＩおよび１．７μｍのサイズの粒子もＷａｔｅｒｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから「ＡＣＱＵＩＴＹ  ＵＰＬＣ（登録商標）」もしくは「ＸＢｒｉｄｇｅ（商標）」クロマトグラフィーカラムの形態で入手可能である。粒子の両タイプは有機官能性コーティングを様々に備えて入手可能である。
【００４６】
本発明によるケイ質ポリマー分離媒体は、上述のポリマー粒子を上記表２から選択される同様のサイズの粒子と混合することによって製造する。第２粒子の物質としては金、グラファイトおよびダイヤモンドが好ましい。
【００４７】
媒体は第２粒子１から２５％を含むことができる。しかしながら、約１０％の金もしくはダイヤモンドが良好な結果をもたらすことが見出されている。
【００４８】
本発明による分離媒体における使用に適するダイヤモンド粒子には、天然ダイヤモンドまたは、ＲＦ、マイクロ波、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）などによって誘導される化学蒸着（ＣＶＤ）により、もしくはイオンスパッタリング法により製造される、高圧合成ダイヤモンドが含まれる。適切なダイヤモンド粒子は、例えばオランダ国Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｓｉｘから、商業的に入手可能である。
【００４９】
図２を見ると、混合物をクロマトグラフィー分離するための装置、数字４によって全体として示されるクロマトグラフィーカラムが図示される。カラム４は上述の分離媒体５が充填されたステンレス鋼管状部材６を含む。分離媒体５は管状部材６の導入口１１および排出口１２にそれぞれ位置する多孔性フリット７および８によって管状部材６内に閉じ込められる。このカラムを他の点では従来の液体クロマトグラフィー装置に取り付けることを可能にするため、パイプ接続１０が管状部材６の各端部に用意される。
【００５０】
図３を見ると、数字１１１によって全体が示される、本発明の特徴を具現する高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）システムが図示される。ＨＰＬＣ分析システム１１１は以下の主要機素、高圧ポンプ１３、サンプル注入装置１４および検出器もしくは収集器１５を含む。このＨＰＬＣシステムはサンプル注入装置１４、高圧ポンプ１３および検出器もしくは収集器１５と液通するクロマトグラフィーカラム４を有する。
【００５１】
サンプル注入装置１４はサンプルをリザーバ２７からポンプ１３からの移動相流に導入するのに用いられる。（幾つかの溶媒および／もしくは添加物の混合物を含み得る）移動相の成分はリザーバシステム１６内に保存される。ポンプ１３はカラム４を通して移動相を汲み入れるために用意され、この組成が時間と共に変化する移動相をカラム４に提供し、例えば勾配溶出を行うことを可能にすることができ得る。カラム１４からの溶離液は検出器もしくは収集器システム１５が受け取る。
【００５２】
ＨＰＬＣシステム１１１は分析の目的もしくは調製の目的のいずれかに用いることができる。分析の目的に用いる場合、検出器システム１５は分析しようとするサンプル混合物中に含まれる成分の少なくとも１つに応答する検出器を含むことができる。適切な検出器には、ＵＶ吸収検出器、気化光散乱検出器、屈折率検出器、蛍光検出器、電気化学的検出器もしくは質量分析検出器が含まれる。サンプル混合物中に含まれる成分のサンプルを調製するのに装置を用いようとする場合、検出器システム１５は非破壊性検出器、例えばＵＶ吸収検出器および容器の幾つかもしくはウェルの幾つかを含むサンプルプレートを含むことができ、各々の容器もしくはウェルは特定の成分をこれがカラム４から溶出されるままに受け取るためのものである。
【００５３】
管状部材６の軸に沿う熱勾配を最少化する手段を用意することもでき、この熱勾配はそうでなければ分離媒体５を通過する移動相の流動によって生じ得るものである。ヒータおよび１以上の温度センサを含む絶縁ジャケット３０を管状部材６の周囲に配置することができる。温度制御器３１を用意してヒータに供給される電力を１以上の温度センサからの信号に応答して制御し、管状部材６の温度を少なくともこの長さの実質的な部分に沿ってほぼ一定に維持することもできる。その代わりに、分離される成分が感熱性である場合、ヒータを１以上の冷却装置（例えばペルティエ効果装置）に置き換え、温度制御器３１を管状部材６の温度を周囲未満に維持するように調整することもできる。
【００５４】
管状部材６に沿う温度勾配を最小化する代替法は、例として、限定されることなしに、管状部材６を温度制御された水浴に浸漬すること、もしくは管状部材６にファンからの加熱（もしくは冷却）空気を施すことを含む。
【００５５】
高解像分析分離を実施するためのＨＰＬＣシステム１１１は幾つかの供給元によって販売されており、例えばＷａｔｅｒｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｍｉｌｆｏｒｄ、ＭＡ）から入手可能なＡＬＬＩＡＮＣＥ（登録商標）およびＡＣＱＵＩＴＹ  ＵＰＬＣ（登録商標）システムがある。調製用途のためのＨＰＬＣシステム１１１は幾つかの供給元によって販売されており、例えばこれもＷａｔｅｒｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＤｅｌｔａ  ６００流体取扱ユニットがある。
【００５６】
図４は、数字１１２によって全体が示される、キャピラリ電気泳動装置の模式図である。本発明の分離媒体を収容するキャピラリカラム１９（以下で詳細に説明される。）が、各々バッファ溶液を収容する、リザーバ１８および２０の間に配置される。高電圧電源２１が示されるように接続され、カラム１９の端部を横切って３０ｋＶまでの電位差（バッファ溶液および分離媒体の性質に依存する。）をもたらす。この電位差がバッファ溶液をリザーバ２０からリザーバ１８まで検出器２２を介して流動させる電気移動力（ｅｌｅｃｔｒｏｍｉｇｒａｔｏｒｙ  ｆｏｒｃｅ）をもたらす。サンプル混合物は、これもバッファ溶液を収容する、第３リザーバ１７に導入される。サンプルを分析するため、電源２１のスイッチを切り、リザーバ１７（サンプルを収容する。）をリザーバ２０の代わりに置き換える。次に、電源２１のスイッチを入れ、サンプル坦持バッファ溶液をカラム１９上に押し出す。次いで、リザーバ１７をリザーバ２０（バッファ溶液のみを収容する。）で置き換える。分離を継続することで、やがてサンプルの成分が分離され、順番に検出器１９を通過する。
【００５７】
図４の装置における使用に適するカラム１９が図５に示される。溶融シリカキャピラリ管２３はコーティング２５が塗布される内面２４を有する。コーティング２５は説明されるような分離媒体を含むことができる。例えばコーティング２５はケイ質ポリマーの第１粒子およびダイヤモンドの第２粒子の混合物を含むことができる。コーティング２５は、本発明による分離媒体を用いる、キャピラリカラムのコーティングに従来用いられるあらゆる方法によって塗布することができる。キャピラリ管２３は長さ１０から１００ｃｍ、直径約２５から２５０μｍおよび外径２００から５００μｍである。典型的なキャピラリ管２３は７５μｍの内径および３７５μｍの外径を有する。
【００５８】
本発明の一実施形態は、図３に示される装置１１１に示されるカラム４の代わりに、図５に示されるキャピラリカラム１９に類似するキャピラリカラムを特徴とする。
【００５９】
サンプル混合物の１以上の成分を選択的に吸収するための本発明の一実施形態が図６に図示される。これはコーティング２７が塗布されるプレート基体２６を含む。コーティング２７は上で説明される分離媒体を含む。基体２６はあらゆる適切な材料、例えばガラス、石英、シリカ、ステンレス鋼、合成ダイヤモンド、セラミック材料、例えば炭化チタンもしくはプラスチック材料である。基体２６は図示されるようなプレートもしくは棒の形態またはあらゆる都合のよい形状の固形物である。プレート２６は１以上のウェル２８を有し、この内部はコーティング２７を有する。各々のウェル２８は流体サンプルを受けるように構築され、配置される。コーティング２７は本発明による分離媒体である。
【００６０】
分離媒体は説明される形態のいずれかであるが、この考察では、分離媒体は、所望の化学種の選択的吸収を提供するため、化学的に修飾されているものとして説明する。例えば抗体を表面に結合するため、リンカー部分が当分野において公知の様式で用意される。抗体は、しばしばタンパク質である、選択されたハプテンに対する特異的親和性を有し、従って、免疫学的相互作用によって特定のタンパク質をコーティング上に保持することができる。この実施形態は、分析もしくは調製の目的で、複合混合物から特定の化学種を、もしくは特定の分子さえをも、抽出するのに用いることができる。コーティングのより高い熱伝導率は熱エネルギーの分配および散逸を可能にする。プレート２６はマトリックス支援レーザー脱離イオン化（ｍａｔｒｉｘ  ｌａｓｅｒ  ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ）（ＭＡＬＤＩ）法に用いられる。
【００６１】
その代わりに、コーティング２７は、この装置をゲル電気泳動に用いることを可能にするゲル、例えばポリアクリルアミドゲルである。このような実施形態においては、本発明の第１粒子がポリアクリルアミドを含み、そこに金もしくはダイヤモンドの第２粒子を添加してゲルの熱伝導率を高めることができる。
【００６２】
図６の装置の基体２６は、特にこの材料が本発明の第１および第２粒子並びに、その上、充填剤もしくは結合剤を含む場合、コーティング２７に用いられるものと同じ材料から製造することができる。
【００６３】
図６による本発明の実施形態は、本発明によるプレートの改善された熱伝導率が特に有益であるものと見出されている、ＭＡＬＤＩもしくはレーザー脱離質量分析（ｌａｓｅｒ  ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｍａｓｓ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）に用いることができる。これらは、特に多ウェルプレートとして構成されるとき、組み合わせ化学実験において有用なサンプル容器として用いることもできる。
【００６４】
その代わりに、本発明による固形基体２６は化学的に修飾された表面を有する粒状もしくは粉末形態で製造され、この表面はこれらの粒子が化学種の特定のタイプを選択的に吸収することを可能にする。これらの実施形態は、複合混合物からこれらに選択的に吸収される種を抽出するのに用いることができる。
【実施例】
【００６５】
下記表３に列挙される４本の長さ５０ｍｍのクロマトグラフィーカラムに、下方スラリー充填法を用いて、「ＡＣＱＵＩＴＹ  ＵＰＬＣ（登録商標）」１．７μｍ  ＢＥＨ粒子（上記構造ＩＩ、ＭＡ、ＭｉｌｆｏｒｄのＷａｔｅｒｓ  ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能）および非多孔性、不規則形状の１．５から２．５μｍダイヤモンド粒子の様々な割合の混合物を充填した。
【００６６】
【表３】
2010527003.tif 000007
【００６７】
以下の実験には６５％アセトニトリル、３５％水を含む移動相を用いた。９．６μｇ／ｍｌチオ尿素、０．７７ｍｇ／ｍｌトルエン、９６μｇ／ｍｌナフタレン、３８４μｇ／ｍｌアセナフテン、５００μｇ／ｍｌベンゼン、０．１μｌ／ｍｌヘプタノフェノンおよび３μｌ／ｍｌアミルベンゼンを含む試験サンプルを用いて以下に列挙される結果を得た。２μｌ体積のサンプルループを用い、検出は２５４ｎｍに合わせたＵＶ吸収検出器によるものであった。Ｗａｔｅｒｓ  ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ「ＡＣＱＵＩＴＹ  ＵＰＬＣ（登録商標）」ポンプシステムを用いた。
【００６８】
４本のカラムの性能に関するデータを表４に列挙する。表４における数字は試験サンプル中のヘプタノフェノン成分に関するものである。「周囲」操作に関連するデータは周囲空気と接触するカラムの外表面で得たものであり、これに対して「断熱」データはガラス繊維テープの層によって周囲から絶縁されたカラムで得たものである。列挙される保持因子はカラム以外の寄与について修正されている。
【００６９】
【表４】
2010527003.tif 000008
【００７０】
図７および８は、それぞれ周囲および断熱条件の下での、カラム１から４のダイヤモンド粒子のパーセンテージに対する（理論段数の数によって表される）カラム効率のプロットである。これらおよび表４における他の数字は、カラム内でのダイヤモンド粒子の増加パーセンテージに伴う、特に「周囲」条件下で作動するカラム（図７）の、より高いカラム効率の明瞭な傾向を示す。
【００７１】
図９は、「周囲」条件下で作動するカラム番号１（ダイヤモンド粒子を含まない。）およびカラム番号４（１０％ダイヤモンド粒子を含む。）の結果の分析に基づく、移動相の流速に伴う（理論段数の数によって表される）カラム効率の変動を示すプロットである。最低流速を除くすべてでカラム４の効率がカラム１のものよりも高いことが明瞭である。
【００７２】
図７および８は、カラムが「断熱」条件下よりも「周囲」温度条件下で作動するときにカラム効率の大きい増加が得られることをも示す。
【図１】
2010527003.tif 000011
【図２】
2010527003.tif 000012
【図３】
2010527003.tif 000013
【図４】
2010527003.tif 000014
【図５】
2010527003.tif 000015
【図６】
2010527003.tif 000016
【図７】
2010527003.tif 000017
【図８】
2010527003.tif 000018
【図９】
2010527003.tif 000019
【国際調査報告】
2010527003.tif 000020