(57)【要約】高速液体クロマトグラフィシステム（３５０）のためのポンプ装置が開示されている。このポンプ装置は、ポンプ作動チャンバ（３）内で往復運動するためのピストン（１）を備えており、それにより、ポンプ作動チャンバ（３）内の液体が、該液体の圧縮率が顕著にあるような高圧に圧縮される。ピストン（１）及びポンプ作動チャンバ（３）の少なくとも一方は、少なくとも部分的にシリコンカーバイドコーティングされているか又はシリコンカーバイドからなっている。
2010518312.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高速液体クロマトグラフィシステム（３５０）のためのポンプ装置であって、
ポンプ作動チャンバ（３）内での、該ポンプ作動チャンバ（３）内の液体を当該液体の圧縮率が顕著となるような高い圧力に圧縮するための往復運動のためのピストン（１）を備えており、
前記ピストン（１）及び前記ポンプ作動チャンバ（３）の少なくとも一方が、少なくとも部分的にシリコンカーバイドでコーティングされているか又はシリコンカーバイドからなっている、ポンプ装置。
【請求項２】
前記シリコンカーバイドが、焼結シリコンカーバイド材料である、請求項１に記載のポンプ装置。
【請求項３】
前記ポンプ作動チャンバ（３）に連結されている弁を備えており、これにより、液体の流れを一方向のみにでき、前記弁が、好ましくは入口弁（１３）である、請求項１又は２に記載のポンプ装置。
【請求項４】
前記ピストン（１）を往復運動させるための駆動ユニットを備えており、該駆動ユニットが、好ましくは、前記ピストン（１）が取り付けられるピストンホルダ（６）を備えている、請求項１から３のいずれか１項に記載のポンプ装置。
【請求項５】
前記ピストン（１）がシリコンカーバイドでコーティングされており、当該ピストンが、サファイア、セラミックス、タングステンカーバイド、金属、鋼からなる群の材料からなる、請求項１から４のいずれか１項に記載のポンプ装置。
【請求項６】
前記ピストン（１）がシリコンカーバイドでコーティングされており、該コーティングが、０．１〜１０、好ましくは０．２〜５マイクロメートルの厚みを有する、請求項１から５のいずれか１項に記載のポンプ装置。
【請求項７】
前記高圧の範囲が、２００〜２０００バール、特に６００〜１２００バールであること、
前記液体が、選択可能な流量でポンピングされること、
前記ポンプ作動チャンバ（３）が、入口ポート（４’）及び出口ポート（５’）を有すること
の少なくとも１つを有する、請求項１から６のいずれか１項に記載のポンプ装置。
【請求項８】
第１のポンプ装置（２００Ａ；３００）としての、請求項１から７のいずれか１項に記載のポンプ装置であって、
第２のポンプ装置（２００Ｂ、３１０）、好ましくは請求項１から７のいずれか１項に記載のものをさらに備えており、
前記両ポンプ装置が、
−  前記第１のポンプ装置（２００Ａ）の出口が前記第２のポンプ装置（２００Ｂ）の入口に連結されており、前記第２のポンプ装置（２００Ｂ）の出口が前記ポンプの出口を提供している、直列方式（図２）で、又は
−  前記第１のポンプ装置（３００）の入口が前記第２のポンプ装置（３１０）の入口に連結し且つ前記第１のポンプ装置（３００）の出口が前記第２のポンプ装置（３１０）の出口に連結して前記ポンプの出口を提供している、並列方式（図３）で連結しており、
前記第１のポンプ装置の液体出口が、前記第２のポンプ装置の液体出口に対して、好ましくは本質的に１８０度で位相シフトされている、ポンプ装置。
【請求項９】
移動相中の試料流体の化合物を分離するための固定相を備えている分離装置（５１０）、及び
前記分離装置を介して前記移動相を駆動するようになっている、請求項１から８のいずれか１項に記載のポンプ装置
を備えている、高速液体クロマトグラフィシステム（３５０）。
【請求項１０】
前記試料流体を前記移動相に導入するようになっているサンプリングユニット（５２０）、
試料流体の分離された化合物を検出するようになっている検出器（５３０）、
試料流体の分離された化合物を流出させるようになっている分画ユニット（５４０）
の少なくとも１つを備えている、請求項１から９のいずれか１項に記載の分離システム（５００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速液体クロマトグラフィシステム内のポンプ装置であって、液体の圧縮率が顕著となるような高圧で液体が圧縮されるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
高速液体クロマトグラフィ（ＨＰＬＣ）では、通常、液体を、極めてよく制御された流量（例えば、１分当たり数マイクロリットルからミリリットルの範囲で）で且つ液体の圧縮率が顕著に高くなるような高圧（典型的には２００〜１０００バール、それを超えて現在では２０００バールまでに至る）で供給しなくてはならない。ピストン又はプランジャポンプは、通常、対応するポンプ作動チャンバ内で往復運動を行うように配置されている１つ以上のピストンを備えており、それにより、ポンプ作動チャンバ内の液体が圧縮される。往復運動は、ポンプの寿命の間にわたり何千回と繰り返され、それにより、摩耗、摩滅、ひいてはピストンの材料及び表面の特性の変化が引き起こされる。
【０００３】
液体クロマトグラフィポンプシステムは、本願と同出願人のAgilent Technologiesによる欧州特許第０３０９５９６号明細書に記載されており、そこには、液体クロマトグラフィにおける溶媒送達のために高圧で液体を送達するためのデュアルピストンポンプシステム（dualpiston pump system）を備えているポンプ装置が示されている。
【０００４】
ＨＰＬＣでの利用において、ポンプ装置は、典型的には、水、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、メタノールからヘキサン若しくはｎ−ヘキサンにまでわたる多かれ少なかれ攻撃的な溶媒に曝される。分析用のＨＰＬＣは、約０．０１ｍｌ／分〜１０ｍｌ／分の流量で作動し、半分取用（semi-preparative）のＨＰＬＣは、大抵の場合、約０．５〜１００ｍｌ／分の流量で動作する。ＨＰＬＣ用途でのポンプ装置のピストンは、通常、酸化物セラミックス（例えばジルコニアＺｒＯ２）又は結晶サファイアＡｌ２Ｏ３からなっており、これらは、大抵のＨＰＬＣでの利用において、数十年にわたる優れた性質及び長寿命の挙動が立証されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、改善されたポンプ装置を提供することである。この課題は、独立請求項に記載の手段によって解決される。さらなる態様は、従属請求項に記載する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の態様によれば、特に、化学化合物又は生物化合物のための高速液体クロマトグラフィシステムにおいて、高圧下で液体を送達するように構成されているポンプ装置が記載されている。このポンプ装置は、１つ以上のピストンからなっており、各ピストンは、対応するポンプ作動チャンバ内に可動に配置されている。ピストンの運動は、好ましくはピストンホルダを有している駆動ユニットによって行うことができる。各ピストンは、各ポンプ作動チャンバ内の液体を、液体の圧縮率が顕著となるような高圧に圧縮する。
【０００７】
ＨＰＬＣ用途でのピストンは、酸化物セラミックス又は結晶サファイアからなっており、これらは、ＨＰＬＣ開発の数十年にわたって優れた性質及び長寿命の挙動が立証されているが、全く別の材料であるシリコンカーバイドが、ＨＰＬＣにおける過酷で厳しい要求、特に高圧及び攻撃性の溶媒に対しての驚くべき性質及び予期しなかった適性を有することが見出された。本発明の態様は、ピストン及び／若しくはポンプ作動チャンバ又はそれらの他の部材のための材料としてシリコンカーバイド（ＳｉＣ）を利用するものであり、このような化合物が、少なくとも部分的にコーティングされているか又は中実の材料として含まれる。好ましくは、シリコンカーバイドが、焼結シリコンカーバイド（ＳＳｉＣ）材料として使用される。
【０００８】
例えば、焼結シリコンカーバイドの中実の材料からなるピストンは、ＨＰＬＣの要求条件のための、低摩擦係数、約９．５の硬度、約１０３Ωｍの導電性、１４０℃までの比較的高い温度であっても示す化学的不活性及び良好な機械的安定性を示すことが分かった。このようなＳＳｉＣピストンは、ＨＰＬＣポンプシステムに対する最も厳しい要求の１つを代表する、ｎ−ヘキサンを溶媒として使用する分取用ＨＰＬＣの利用にさえ適していることが立証された。
【０００９】
ＳＳｉＣは、脆弱材料である傾向があり、通常、高圧荷重には耐え得るが、大抵の脆弱材料がそうであるように、捻れ及び歪み（引張り）の下では制約を示す。荷重に応じて、コーティングＳＳｉＣ又は中実のＳＳｉＣのいずれかが有利となり得る。
【００１０】
ピストンのそれぞれの往復運動サイクルによって液体の圧縮が得られるが、複数の往復運動サイクルは、大きな材料抵抗（材料耐性）、特にピストンの摩耗に対する材料抵抗を必要とする。シリコンカーバイド（好ましくは焼結シリコンカーバイド）からなる又はそれによってコーティングされているピストン及び／若しくは作動チャンバ又はそれらの部材によって、ピストンの改善された摩耗抵抗及びより小さな摩滅が得られる。
【００１１】
一態様では、ポンプ装置は、別のポンプ装置に連結しており、その場合、両ポンプ装置が、同様に具現化されていてもよいし、異なっていてもよい。少なくとも１つの、好ましくは両方のポンプ装置は、本発明の態様に従って具現化されている。２つのポンプ装置を設けることは、本質的に連続的な液体の流れを可能にするものであり、これは、当分野で知られているように、上記の欧州特許第３０９５９６号明細書でも詳細に説明されている。このような、いわゆるデュアルポンプは、直列又は並列に配置された２つのポンプ装置を備えている。
【００１２】
直列式では、上記欧州特許第３０９５９６号明細書に記載のように、１つのポンプ装置の出口が、別のポンプ装置の入口に連結されている。この欧州特許第３０９５９６号明細書での、このような直列デュアルポンプの操作及び態様に関する教示は、参照によりここで援用されたい。第１のポンプ装置のポンプ体積は、第２のポンプ装置のポンプ体積より大きく（例えば２倍に）具現化されていてよく、これにより、第１のポンプ装置は、そのポンプ体積の一部をシステムに直接的に供給し、残りのポンプ体積を第２のポンプ装置に供給するので、第１のポンプ装置のインテーク（吸入）期にもシステムに供給が行われる。第２のポンプ装置に対する第１のポンプ装置のポンプ体積の比は、好ましくは２：１であるが、他の任意の有意義な比も適宜使用することができる。
【００１３】
並列式では、両ポンプ装置のそれぞれの入口及び出口が、互いに連結されている。入口は、好ましくは、液体供給源に並列に連結されており、出口は、好ましくは、高圧で液体を受容する後続のシステムに並列に連結されている。２つのポンプ装置は、例えば、実質的に１８０度の位相シフトで動作させることができ、それにより、１つのポンプ装置だけがシステムへの供給を行い、別のポンプ装置が液体を吸入する（例えば供給源から）ようになる。しかし、少なくとも特定の移行期の間は、例えばポンプ装置間のポンプサイクルのスムースな移行を得るために、両ポンプ装置を平行して（つまり同時に）動作させることもできることは明らかである。
【００１４】
直列及び並列の両方式では、２つのポンプ装置の動作は、通常、そして好ましくは約１８０度で位相シフトしている。この位相シフトは、液体の圧縮によって生じる液体の流れ中のパルス発生を補償するために変化させることができる。約１２０度の位相シフトを有する３つのピストンポンプを利用することも知られている。
【００１５】
上述のポンプ装置の態様は、好ましくは、移動相中の試料液体の化合物を分離するための固定相を有する分離装置、例えばクロマトグラフカラムを備えている液体分離システムで適用される。移動相は、ポンプ装置によって駆動される。このような分離システムは、試料流体を移動相中に導入するためのサンプリングユニット、試料流体の分離された化合物を検出するための検出器、試料流体の分離された化合物を流出させるための分画ユニット又はこのような液体分離システムで適用される他の任意の装置若しくはユニットの少なくとも１つをさらに備えている。
【００１６】
本発明の態様の他の課題及び付随する多くの利点は、以下の態様のより詳細な説明を、添付の図面に関連させて参照することによって容易により良く理解されるであろう。実質的に又は機能的に等しい又は類似の構造部は、同じ参照番号で示されている。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】コーティングされたピストンを備えているポンプ装置を概略的に示す。
【図２】デュアル直列ポンプ装置を示す。
【図３】デュアル並列ポンプ装置を示す。
【図４】液体分離システム５００を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
まず、高圧で液体を送達するためのポンプ装置を、より概括的に説明する。ピストンによって適用された圧力によって、注目に値する高い液体の圧縮率が得られる。ポンプ装置のピストンは、各液体を収容しているポンプ作動チャンバ内で往復運動する。ポンプ作動チャンバは、液体の流れを一方向のみにするための１つ以上の弁に接続されていてよい。ピストンの駆動は、ポンプ作動チャンバ内の液体を高圧に加圧する駆動ユニットによって行うことができる。有利には、シリコンカーバイド（好ましくは焼結された）が、ピストン及び／若しくはポンプ作動チャンバ又はそれらの部材のための材料として使用される。そのような構成要素は、少なくとも部分的にシリコンカーバイドでコーティングされているか、又はそればかりかシリコンカーバイドの中実の材料として構成されていてよい。
【００１９】
図１に、ポンプシリンダ体３の円筒形状の内孔によって形成されているポンプ作動チャンバ９において往復運動するピストン１を備えているポンプ装置の一態様を示す。このポンプ作動チャンバ９は、入口ポート４’及び出口ポート５’を有する。内孔４を有するキャピラリ５は、入口ポート４’に連結され、また、流入弁１３をポンプ作動チャンバ９にも連結して、これにより、ポンプ作動チャンバ９内への一方向のみの液体の流れを可能にしている。往復運動は、駆動ユニット（ここには図示せず、例えば上記欧州特許第３０９５９６号明細書に開示の通り）によって駆動されるが、この駆動ユニットは、スピンドル駆動方式で、例えばボール８（切欠１０内に埋設されている）及びピストンホルダ６を介して連結されているアクチュエータ７によって、ピストン１を作動させる。
【００２０】
ポンプ作動チャンバ９をシールするために、シール１１が、ピストン１がポンプ作動チャンバ９内へと移動する場所であるポンプシリンダ体３の開口に設けられている。よって、不都合な液体の流出（駆動部への）を防止することができる。ピストン１のポンプチャンバ９内への案内は、案内エレメント１２によって支持されていてよい。
【００２１】
ポンプ作動チャンバ９内の液体は、出口ポート５’及びキャピラリ５（内孔１５を有する）を介して液体受容装置（図１に図示せず）内へと送達される前に、高圧に圧縮される。
【００２２】
一般に、摩耗及び摩滅は、駆動ユニット、ポンプ及び別の装置における材料破損を生じる公知の現象である。ピストン１は、その寿命の間にわたり多様の往復運動を行い、摩擦負荷による摩滅に曝され、そのため、摩耗からの損傷を受けるリスクを負う。
【００２３】
さらに、作動チャンバ及びピストンは、移動相がポンプ装置によって圧縮される際、多かれ少なかれ攻撃性の溶媒に曝される。したがって、ピストン１及び／若しくはポンプ作動チャンバ９又はそれらの部材は、シリコンカーバイド、好ましくはＳＳｉＣからなっている且つ／又は少なくとも部分的にそれによってコーティングされている。図１の態様では、ピストン１は、ＳＳｉＣの中実の材料体である。
【００２４】
別の態様では、ピストン１は、サファイア、セラミックス、タングステンカーバイド又は金属（例えば鋼）のような材料からなる中実の材料を有し、（少なくとも部分的に）シリコンカーバイドでコーテティングされている。本発明の態様では、ＳｉＣコーティングは、例えばピストンの基材及びピストンの典型的な用途に応じて、０．１〜１０マイクロメートルの厚みを有し、好ましい厚み範囲は０．２〜５マイクロメートルである。
【００２５】
図１に示すポンプ装置で使用される典型的な溶媒は、水、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、メタノール、ヘキサン又はＨＰＬＣで使用される他の任意の溶媒であってよい。
【００２６】
図２の直列式のデュアルポンプでは、第１のポンプ装置２００Ａが、その入口で液体供給源２０５に連結されており、その出口は、第２のポンプ装置２００Ｂの入口に連結されている。少なくとも１つの、好ましくは両方のポンプ装置２００Ａ及び２００Ｂが、上述の態様に従って具体化されている。液体の連続的な流れを得るために、第１のポンプ装置２００Ａのポンプ体積は、第２のポンプ装置２００Ｂのポンプ体積より大きく構成することができ、それにより、第１のポンプ装置２００Ａは、そのポンプ体積の一部を直接的にシステム２１０に供給し、残りの体積を第２のポンプ装置２００Ｂに供給するので、これにより、第１のポンプ装置２００Ａのインテーク期の間にわたりシステムに供給がもたらされる。第２のポンプ装置２００Ｂに対する第１のポンプ装置２００Ａのポンプ体積の比は、好ましくは２：１であるが、他の任意の比を適宜適用することができる。さらに、このようなデュアル直列ポンプの作動モードの詳細は、上述の欧州特許第３０９５９６号明細書に開示されており、それは参照によりここで援用される。
【００２７】
図３の並列デュアルポンプでは、第１のポンプ装置３００及び第２のポンプ装置３１０の入口は、液体供給源２０５に並列に連結されており、２つのポンプ装置２００Ｃ及び２００Ｄの出口は高圧で液体を受容するシステム２１０に並列に連結されている。２つのポンプ装置３００及び３１０は、通常、実質的に１８０度の位相シフトで作動し、これにより、一方のポンプ装置のみがシステムに供給を行いながら、もう一方の装置が、供給源２０５から液体を吸入する。しかし、両ポンプ装置３００及び３１０を、例えばポンプ装置間でのポンプサイクルのスムースな移行を得るために、少なくとも特定の移行期にわたって並列に（つまり同時に）作動させることができることは明らかである。
【００２８】
図４に、液体分離システム３５０を示す。ポンプ４００は、図１〜３に示すように構成することができるものであり、固定相を有する分離装置５１０（例えばクロマトグラフカラム）を介して移動相を駆動する。サンプリングユニット５２０は、ポンプ４００と分離装置５１０との間に設けられており、それにより、試料流体が移動相に導入される。分離装置５１０の固定相は、試料液体の化合物を分離するようになっている。検出器５３０は、試料流体の分離された化合物を検出するために設けられている。分画ユニット５４０は、試料流体の分離された化合物を流出させるために設けることができる。
【００２９】
さらに、そのような液体分離システム５００の詳細は、参照によりここに援用されるwww.agilent.comに、いずれも出願人であるAgilent Technologiesによって提供されるAgilent 1200 Series Rapid Resolution ＬＣシステム又はAgilent 1100 HPLC seriesに関連して開示されている。
【図１】
2010518312.tif 000003
【図２】
2010518312.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2010518312.tif 000007
2010518312.tif 000008
2010518312.tif 000009