(57)【要約】  本開示の例示の実施形態は、加圧フローシステム、例えばＣＯ２ベースのクロマトグラフィーシステムにおける流れまたは組成の変化に起因する圧力の変化を調整する動的圧力調整器と、力平衡ニードルとを備えたシステムおよび方法に関する。
2015509608.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クロマトグラフィーシステムにおける移動相の圧力を制御するための方法であって、
ニードルと、孔を画定するシートとを備える調整器のヘッド部分上のポートより移動相を投入し、それにより前記ポートと前記シートの間で前記ヘッド部分内に位置する第１の圧力を生成し、前記移動相は、前記ニードルと前記孔の縁部の間の隙間によって制限され、それにより前記シート内へと延出する前記ニードルの一部に第２の圧力を生成するステップと、
前記ニードルの後方部分と連通するように位置決めされた力アクチュエータに制御信号を加え、それによりアクチュエータ力を生成し、前記アクチュエータ力が、前記ニードルの前方部分に対する前記第１および第２の圧力を実質的に打ち消すステップ
とを含み、
前記制御信号の変化によって前記ニードルの移動が生じ、それにより前記アクチュエータ力と、前記第１の圧力掛ける第１の制御領域と前記第２の圧力掛ける第２の制御領域の和に等しいニードル先端力、とを平衡させる、
方法。
【請求項２】
前記ニードルの移動が、およそ０．００１からおよそ０．０５インチの範囲である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記力アクチュエータが、作動行程を通してほぼ一定の力を提供する、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記力アクチュエータが、ボイスコイルまたは力平衡ソレノイドから選択される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
クロマトグラフィーシステムにおける移動相の圧力を制御するための方法であって、
前記クロマトグラフィーシステムの圧力調整器のヘッド部分に移動相を投入し、前記圧力調整は、力アクチュエータと連通するニードルを含み、それにより制限的な隙間を変化させるステップと、
前記力アクチュエータに制御信号を加え、それにより前記力アクチュエータから前記ニードルに加えられる既知のほぼ一定の力を生成し、それにより前記圧力調整器の出口を出る前記移動相の圧力を設定するステップ
とを含む、方法。
【請求項６】
前記力アクチュエータが、作動行程を通してほぼ一定の力を提供する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記力アクチュエータが、ボイスコイルまたは力平衡ソレノイドから選択される、請求項５または６に記載の方法。
【請求項８】
クロマトグラフィーシステムにおける移動相の圧力を制御するための方法であって、
入口ポートにおいて前記クロマトグラフィーシステムの圧力調整器のヘッド部分に移動相を投入し、前記圧力調整器は、力アクチュエータによって駆動されるニードルを含み、それにより制限的な隙間を変化させるステップと、
前記力アクチュエータに制御信号を加え、それにより前記力アクチュエータから前記ニードルに加えられる既知のほぼ一定の力を生成し、それにより前記圧力調整器の前記入口ポートの上流の前記移動相の圧力を制御するステップ
とを含む、方法。
【請求項９】
前記力アクチュエータが、作動行程を通してほぼ一定の力を提供する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記力アクチュエータが、ボイスコイルまたは力平衡ソレノイドから選択される、請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
圧力調整器システム内の圧力を制御するための方法であって、
ニードルと、孔を画定するシートとを備える調整器のヘッド部分上のポートよりキャリアフローを投入し、それにより前記ポートと前記シートの間で前記ヘッド部分内に位置する第１の圧力を生成し、前記キャリアフローは、前記ニードルと前記孔の縁部の間の隙間によって制限され、それにより前記シート内へと延出する前記ニードルの一部に第２の圧力を生成するステップと、
前記ニードルの後方部分と連通するように位置決めされた力アクチュエータに制御信号を加え、それによりアクチュエータ力を生成し、前記アクチュエータ力は、前記ニードルの前方部分に対する前記第１および第２の圧力を実質的に打ち消すステップ
とを含み、
前記キャリアフローの特性の変化によって前記シートに対する前記ニードルの移動が生じ、それにより前記アクチュエータ力と、前記第１の圧力掛ける第１の制御領域と前記第２の圧力掛ける第２の制御領域との和に等しいニードルの先端力、との平衡を維持し、および前記ニードルの移動は、前記アクチュエータ力の調節なしに生じる、
方法。
【請求項１２】
前記ニードルの移動が、およそ０．００１からおよそ０．０５インチの範囲である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記力アクチュエータが、作動行程を通してほぼ一定の力を提供する、請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記力アクチュエータが、ボイスコイルまたは力平衡ソレノイドから選択される、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
請求項１１から１４のいずれか一項に記載の方法であって、前記出力圧力が、前記調整器の前記ヘッド部分において生成される圧力にほぼ等しくなるように前記キャリアフローの出力圧力を設定するステップをさらに含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、２０１２年３月７日に提出された米国仮出願番号６１／６０７，９３５号に対して優先権を主張しており、これはこの全体が参照により本明細書に組み込まれている。
【０００２】
本開示は、加圧フローシステム、例えばＣＯ２ベースのクロマトグラフィーシステムにおける流れまたは組成の変化に起因する圧力の変化を調整する動的逆圧弁調整器と、力平衡ニードルとを利用するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
クロマトグラフィー技術は、複合試料の識別および分離のための重要なツールである。クロマトグラフィー技術を成す基本原理は、移動する流体の中の混合物を保持媒体を介して搬送することによって混合物を個々の構成要素に分離することである。移動流体は典型的には、移動相と呼ばれ、保持媒体は典型的には、固定相と呼ばれる。混合物の様々な成分の分離は、移動相と固定相の分配差に基づいている。構成要素の分配係数における差は、固定相に対する保持の差につながり、結果として分離が生じる。
【０００４】
従来よりクロマトグラフィー分離に関する選択の方法は、気体クロマトグラフィー（ＧＣ）と、液体クロマトグラフィー（ＬＣ）であった。ＧＣとＬＣの１つの主な違いは、ＧＣにおける移動相が気体であるのに対して、ＬＣにおける移動相は液体であることである。例えば、ＧＣでは、不活性キャリア気体（移動相）の供給は、多孔質の吸着媒体（固定相）を包含する加熱されたカラムを通るストリームとして連続して通過する。対象の混合物の試料が、移動相ストリームへと注入され、カラムを通って進み、この場合、混合物の分離は主として、カラムの温度における各々の試料構成要素の揮発特性の差に起因するものである。カラムの出口端部に位置決めされた検出器が、分離された構成要素がカラムから出る際それぞれを検出する。ＧＣは典型的には、影響を受けやすい分析の方法であり、ＧＣに必要とされる高い温度によって、この方法は生化学では頻繁に遭遇する高分子量のバイオポリマーまたはタンパク質（熱がこれらの性質を変える。）にとって不適切なものになる。
【０００５】
反対に、ＬＣは、移動相が液体であり、試料の揮発を必要としない分離技術である。一般に小さい充填粒子および中程度の高圧を利用する液体クロマトグラフィーは、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）と呼ばれるのに対して、一般に極めて小さい充填粒子および高圧を利用する液体クロマトグラフィーは、超高速液体クロマトグラフィー（ＵＨＰＬＣ）と呼ばれる。ＨＰＬＣおよびＵＨＰＬＣでは試料は、液体（移動相）によって高圧で強制的に、不規則にまたは球状に成形された粒子、多孔質の一体式の層または多孔質の膜から成る固定相によって充填されたカラムの中を通るようにされる。
【０００６】
ＬＣは、移動層として液体を利用するため、ＬＣ技術は、より高分子量の化合物を分析することが可能であり、一部のケースでは、ＬＣは、精製されたタンパク質の大規模なバッチを準備するのに利用される場合もある。しかしながら、対照的に、ＧＣ技術は典型的には、より影響を受けやすく、単一のキラル物質の分離を容易に可能にする。よって、ＧＣは従来より例えば、粒子試料の鏡像体過剰率（％ｅｅ）またはジアステレオマー過剰率（％ｄｅ）を測定することによって、関係する純度のキラル化合物を切り離し特定するのに利用されてきた。ほとんどのクロマトグラフィー技術でのように、ＧＣおよびＬＣの両方における制約要因は、純粋な試料分離を実現するおよび／または再現する能力であり、これらは各々典型的には、利用される装置、方法および条件、例えば流量、カラムサイズ、カラム充填物質、溶媒の勾配に左右される。
【０００７】
超臨界流体クロマトグラフィーは別のクロマトグラフィー技術であり、この技術は典型的には、準備としての用途で利用されてきた。全ての液体物質に関して、たとえどのくらいの圧力が加えられようとも、この温度を超えると、物質がもはや液体として存在することができない温度というものが存在している。同様に、たとえどのくらい温度が上昇しようとも、この圧力を超えると、物質がもはや気体として存在することができない圧力というものもある。これらの地点は、超臨界温度および超臨界圧力と呼ばれ、純粋な物質に関する相図における境界を画定する（図１）。この地点では、液体と蒸気は、同一の濃度を有し、圧力を上げることによって流体を液化させることはできない。この地点を超えると、相変化は起らず、物質は超臨界流体（ＳＦ）として作用する。よってＳＦは、臨界温度を超えるように加熱し、臨界圧力を超えるように圧縮することによって得られる流体として記載することができる。一定の圧力で温度を上げることによって液体からＳＦへの、または一定の温度で圧力を増加させることによって気体からＳＦへの連続転移が生じる。
【０００８】
用語ＳＦＣは、典型的には超臨界流体クロマトグラフィーを表しているが、超臨界条件が、分離の間に実現される、もしくは分離を通して維持されることを必要とする、またはこれを意味するものではない。即ち、カラムは、常に移動相の臨界範囲で作動される必要はない。例えば、移動相が、変性剤を含む場合（例えば、変性剤としてのＣＯ２およびメタノール）、移動相が、この超臨界範囲内にあることが多い（例えば、超臨界流体ではなく高度に圧縮された気体または圧縮可能液体）。実際には、Ｇｕｉｏｃｈｏｎ等が、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ  Ａ，１２１８（２０１１）１０３７−１１１４：「Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ  ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ  ａｎｄ  ｏｐｐｏｒｔｕｎｉｔｉｅｓ  ｆｏｒ  ｐｒｅｐａｒａｔｉｖｅ  ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ  ｆｌｕｉｄ  ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ」というタイトルの彼らの調査記事のセクション２．３において指摘するように、「ＳＦＣは、超臨界条件の下にあることが極めて多く、超臨界条件下でも作動することは明らかである。従って、用語ＳＦＣは、超臨界条件を必要とする工程に制限されるものではない。
【０００９】
ＳＦＣは典型的にはＣＯ２を使用するため、ＳＦＣ工程は費用が安く、無害であり、環境に優しく、毒性がない。典型的には揮発性の溶剤（例えばヘキサン）を使用する必要がない。最終的に、ＳＦＣ工程における移動相（例えば、ＳＦとしてのいずれかの変性剤／添加剤、高度に圧縮された気体または圧縮可能液体と併せたＣＯ２）は、典型的には、液体溶剤に対してより高い拡散定数と、より低い粘性とを有する。粘性が低いことは、所与の流量の場合にカラムの両端での圧力降下が大きく減少することを意味する。拡散率が高いことは、より大きなカラム長を使用することができることを意味している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ  Ａ，１２１８（２０１１）１０３７−１１１４：「Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ  ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ  ａｎｄ  ｏｐｐｏｒｔｕｎｉｔｉｅｓ  ｆｏｒ  ｐｒｅｐａｒａｔｉｖｅ  ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ  ｆｌｕｉｄ  ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ」
【発明の概要】
【００１１】
本開示の例示の実施形態は、加圧フローシステム、例えばＣＯ２ベースのクロマトグラフィーシステムにおける移動相の流れの変化または組成の変化を最小限にするための動的圧力調整器と、力平衡ニードルの利用に向けられている。本開示の例示の実施形態は、駆動機構とシステム圧力の間に動的圧力調整器と、力平衡ニードルとを備える。本明細書に記載される組立体および方法は、加圧フローシステム、例えばＣＯ２ベースのクロマトグラフィーにおいて移動相を投入する際および／または移動相の圧力調整を通して生じる可能性のある圧力降下または圧力関連の不一致によって生じる作用を抑制することができる。
【００１２】
例示の実施形態は、ソレノイドまたは他のタイプのアクチュエータによって駆動されるニードル弁を備える。一般に、組立体および方法は、例えば調整器によってニードルの最適な位置を判定するステップを含むことで、ソレノイドの内圧と、移動相の投入により生じる内圧とが合わさることから生じる小さな差異や圧力変動がニードルによって打ち消されるまたは補償される。一実施形態において、ニードル弁およびソレノイドは、安定性を高めるように設計されており、作動行程を通して最小限にしか力が変化しない（例えばおおよそ１インチの０．０１０）。ソレノイドに対する制御信号（例えば電流）が、ソレノイドがニードルに加える力を制御し、移動相流れからニードルに対する圧力が、ソレノイドに反力を与える。一実施形態において、ニードルは独りで圧力による力と、ソレノイド力が平衡する位置を見つけるため、ソレノイドからの力が所望の圧力を与えるように命じることによって圧力を直接設定することができる。
【００１３】
現行の技術の例示の方法および組立体は、多くの利点を提供する。例えば、現行の技術を組み込むことによって、溶剤の変化（例えば、濃度、粘性）または流れの変化（例えば流量）に関連する圧力変化が最小限になる。結果として、圧力は、ソレノイドの力とソレノイドの行程との任意の勾配によってのみ影響を受ける。これに加えて、本明細書に記載される制御装置は、条件の変化に適応するためにほとんど動作する必要がない。即ち、所与の電流が、アクチュエータの許容誤差によってのみ変動する特有の逆圧を提供する。結果として、高度な制御を実現することができる。さらに、現行の技術の力平衡手法は、流れまたは組成の変動に起因する圧力の変化を相殺する。従って、現行技術は、変化する条件に対してより最適な圧力制御を実現する（例えばＣＯ２を含む移動相の濃度の変化）。
【００１４】
本開示の実施形態によると、クロマトグラフィーシステムにおける移動相の圧力を制御するための方法は、ニードルと、孔を画定するシートとを備える調整器のヘッド部分上のポートより移動相を投入し、それにより前記ポートと前記シートの間で前記ヘッド部分内に位置する第１の圧力を生成し、前記移動相は、前記ニードルと前記孔の縁部の間の隙間によって制限され、それにより前記シート内へと延出する前記ニードルの一部に第２の圧力を生成するステップと、前記ニードルの後方部分と連通するように位置決めされた力アクチュエータに制御信号を加え、それによりアクチュエータ力を生成し、前記アクチュエータ力が、前記ニードルの前方部分に対する前記第１および第２の圧力を実質的に打ち消すステップとを含み、前記制御信号の変化によって前記ニードルの移動が生じ、それにより前記アクチュエータ力と、前記第１の圧力掛ける第１の制御領域と前記第２の圧力掛ける第２の制御領域の和に等しいニードル先端力、とを平衡させることを含む。
【００１５】
上記に記載される実施形態による方法は、１つ以上の以下の特徴を含むことができる。アクチュエータ力およびニードル先端力と釣り合うニードルの移動が小さい。幾つかの実施形態において、この移動は、およそ０．００１からおよそ０．０５インチの範囲である。複数の実施形態において、力アクチュエータは、作動行程を通してほぼ一定の力を提供する。幾つかの実施形態において、力アクチュエータは、ボイスコイルである。特定の実施形態において、力アクチュエータは、力平衡ソレノイドである。
【００１６】
本開示の他の実施形態によると、クロマトグラフィーシステムにおける移動相の圧力を制御するための方法は、クロマトグラフィーシステムの圧力調整器のヘッド部分に移動相を投入するステップであって、圧力調整が、力アクチュエータと連通するニードルを含むことで制限的な隙間を変化させるステップと、アクチュエータに制御信号（例えば電流）を加えることで、力アクチュエータからニードルに加えられる既知のほぼ一定の力を生成して圧力調整器の出口を出る移動相の圧力を設定するステップとを含む。
【００１７】
本開示の方法の他の実施形態によると、クロマトグラフィーシステムにおける移動相の圧力を制御するための方法は、入口ポートにおいてクロマトグラフィーシステムの圧力調整器のヘッド部分に移動相を投入するステップであって、圧力調整器が、ニードルを含む力アクチュエータと連通することで制限的な隙間を変化させるステップと、アクチュエータに制御信号を加えることで、力アクチュエータからニードルに加えられる既知のほぼ一定の力を生成し、圧力調整器の入口ポートの上流の移動相の圧力を制御するステップとを含む。
【００１８】
上記の方法の実施形態は、１つ以上の以下の特徴を含むことができる。幾つかの実施形態において、力アクチュエータは、作動行程を通してほぼ一定の力を提供する。幾つかの実施形態において、力アクチュエータは、ボイスコイルである。特定の実施形態において、力アクチュエータは、力平衡ソレノイドである。
【００１９】
本開示の他の実施形態によると、圧力調整器システム内の圧力を制御するための方法は、ニードルと、孔を画定するシートとを備える調整器のヘッド部分上のポートよりキャリアフローを投入し、それにより前記ポートと前記シートの間で前記ヘッド部分内に位置する第１の圧力を生成し、前記キャリアフローは、前記ニードルと前記孔の縁部の間の隙間によって制限され、それにより前記シート内へと延出する前記ニードルの一部に第２の圧力を生成するステップと、前記ニードルの後方部分と連通するように位置決めされた力アクチュエータに制御信号（例えば電流）を加え、それによりアクチュエータ力を生成し、前記アクチュエータ力は、前記ニードルの前方部分に対する前記第２の圧力を実質的に打ち消すステップとを含み、前記キャリアフローの特性の変化によって前記シートに対する前記ニードルの移動が生じ、それにより前記アクチュエータ力と、前記第１の圧力掛ける第１の制御領域と前記第２の圧力掛ける第２の制御領域との和に等しいニードルの先端力、との平衡を維持し、および前記ニードルの移動は、前記アクチュエータ力の調節なしに生じる方法を含む。
【００２０】
上記の方法の実施形態はさらに、１つ以上の以下の特徴を含む。複数の実施形態において、本明細書に記載されるニードルの移動は、およそ０．００１からおよそ０．０５インチの範囲である。一部の実施形態では、本明細書に記載される力のアクチュエータは、作動行程を通してほぼ一定の力を提供する。他の実施形態では、本明細書に記載される力アクチュエータは、ボイスコイルである。特定の実施形態において、力アクチュエータは、力平衡ソレノイドである。複数の実施形態において、本明細書に記載される方法はさらに、キャリアフローの出力圧力を設定することで、出力圧力が、調整器の前記ヘッド部分において生成される圧力にほぼ等しくなるステップを含む。
【００２１】
本開示によって提供される上述のおよび他の特徴および利点は、添付の図面と併せて読むことで、例示の実施形態の以下の記載からより完全に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】物質に関連する温度と圧力に関するこの物質の物理的状態の一例のグラフである。
【図２】一例の加圧フローシステムのブロック図である。
【図３】図２のシステムの一実施形態の一例の配列のブロック図である。
【図４】図２のシステムの一実施形態の別の例示の配列のブロック図である。
【図５】加圧フローシステムの一例の実施形態のシステム管理部を通る移動相のフロー図である。
【図６】加圧システムの一例の実施形態における一例の動的圧力調整器のための弁組立体の断面図である。
【図７】加圧フローシステムの一例の実施形態の作動を制御するために実装することができる一例の制御システムのブロック図である。
【図８】図６の一部の一例の実施形態を表しており、動的圧力調整器の一部の断面図である。
【図９Ａ】逆圧調整器の一例の実施形態におけるニードルとシートの一部の断面図である。
【図９Ｂ】フォワード圧力調整器の一例の実施形態におけるニードルとシートの一部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
ＳＦＣは、ＨＰＬＣとＧＣ装置とのハイブリッドとして適合することができ、この場合、最も有力な改善は、液体または気体移動相を例えばＣＯ２などの超臨界流体（または超臨界流体に近い）移動相で置き換えることである。ＳＦＣでは、移動相は、液体または気体として最初に送り込まれ、カラムに入る前に移動相をこの超臨界温度／圧力を超えるまで加熱または加圧することによって超臨界範囲に至る。移動相が注入弁を通過する際、試料が超臨界ストリームに投入され、この混合物はこの後、カラムに送られる。混合物は、カラムを通過し（超臨界または液体状態で）、検出器へと入る。
【００２４】
一般に、ＳＦＣ行程における移動相は、物質担体として（ＧＣにおける移動相のように）作用する能力と、物質を容易に溶解する（ＬＣにおいて使用される溶剤のように）ように作用する能力の両方を有する。特定の気体のものと同様の低い粘性と、より優れた拡散特性を概ね有する他に、ＳＦＣ行程における移動相は一般に、特定の液体のものと同様に高い濃度と、溶解能力も有する。例えばＳＦの高い濃度（０．２−０．５ｇｍ／ｃｍ３）は、大きな不揮発性分子を溶解するこの際立った能力を提供し、例えば超臨界または超臨界に近いＣＯ２は、ｎ−アルカン、ジ−ｎ−アルキルフタレートおよび多環芳香化合物を容易に溶解する。ＳＦＣ移動相における溶質の拡散は、液体におけるものよりおよそ１０倍大きいため（気体の場合よりおよそ３倍低い。）、これによりカラム内での物質移動のための抵抗が弱まることになり高速の高分解能の分離が可能になる。また、ＳＦＣ行程における移動相の溶媒化力は、流体の濃度に直接関係する。よって、固体の溶解度は、温度と、圧力をわずかに変化させることによって容易に操作することができる。
【００２５】
ＳＦＣ行程における移動相の別の重要な特性は、ずっと低い温度でも高分解能のクロマトグラフィーを実現することである。例えば、超臨界ＣＯ２において溶解した検体は、圧力を低下させることによって回収することができ、試料が周辺実験室条件の下で気化することを可能にする。このような特性は、熱的に不安定な検体、例えば高分子量バイポリマーまたはタンパク質などを処理する際に有益である。
【００２６】
ＳＦＣ自体の固有の特性と組み合わせたＳＦＣ機器（例えばＣＯ２ベースのクロマトグラフィー機器）に対する１つ以上の機械的なまたはカラムの変更を組み合わせることで、キラルおよびアキラル化合物の両方を分離することが可能になり、これは、薬剤の発見および開発に関する予備的な分離の分野においてますます主流となってきている。ＳＦＣ技術における大きな進歩にも関わらず、ＳＦＣの利用法を改善する革新的な方法および装置を開発しようとする要望がある。１つ以上の行程によってＳＦＣ機器における圧力を制御し安定化すること、および／またはシステムの１つ以上の機器の特徴を改善することは恐らく、とりわけ化合物の分離および効率を高めることにつながる。
【００２７】
例えば、分解能をより最適にし、流量を増大させることは、サイクルタイムを短縮することになり（即ち、より短いサイクルタイム）、キラルおよびアキラル化合物の両方の分離を改善することを可能にし、実験室の効率を全体的に高めることにつながり、速度および処理量の増加は、ＳＦＣに関連する溶剤の量およびコストの額を下げ、ＳＦＣを他の検出法、例えば質量分析法（ＭＳ）、水素炎イオン化検出器（ＦＩＤ）および紫外線／可視（ＵＶ）検出器などとさらに統合する機能は、迅速で完璧および感度のよい検体の分析のための環境に優しく、さらに効果的である代替の方法としてＣＯ２を含む移動相を使用するＳＦＣの主流の用途を改善することになる。
【００２８】
本開示の例示の実施形態は、加圧フローシステム、例えばＣＯ２ベースのクロマトグラフィーシステムにおける流れまたは組成の変化に起因する圧力の変化を調整する動的圧力調整器と、力平衡ニードルとに向けられている。例示の実施形態は、動的圧力調整器と、力平衡ニードルとを利用する１つ以上のシステム、装置および／または方法を実装することができる。複数の実施形態において、力平衡ニードルは、移動相を投入することにより生じる圧力の変動を最小限にするように、アクチュエータと連通するように位置決めされる。力平衡ニードルは本質的に、移動相の投入によって被る圧力の変化や増減を相殺する。従って、現行の技術によって、加圧フローシステム、例えばＣＯ２ベースのクロマトグラフィーシステムによってより一貫した圧力と流れが実現する。
【００２９】
本明細書で使用するように、「下流」および「上流」という用語は、システムの流れにおける相対的な位置を指しており、この場合上流は、システムの流れのより後ろの部分と比較してシステムの流れのより先の部分に関連することを指しており、下流は、システムの流れのより先の部分と比較してシステムの流れのより後の部分に関連することを指している。
【００３０】
図２は、一例の加圧フローシステムのブロック図であり、本実施形態では、このシステムは、ＣＯ２ベースのクロマトグラフィーシステム１０（以後システム１０）として実装されている。本実施形態は、超臨界条件において、またはこれに近い状態で作動されるＣＯ２ベースのクロマトグラフィーシステムの例証であるが、当業者は、本開示の例示の実施形態を本開示の加圧フローシステムとして実装することができ、本開示の１つ以上のシステムの構成要素を本開示の加圧システムの構成要素として実装することもできることを認識するであろう。システム１０は、クロマトグラフィー分離を利用して試料の試料構成要素を検出するように構成することができ、この場合試料は、固定相を通過する移動相の中に取り込まれる。システム１０は、移動相の物理的状態の管理、システム１０の圧力の管理、移動相へと試料の投入、試料の構成要素への分離、および／または試料構成要素の検出、ならびに試料および／または移動相をシステム１０から逃がす作用を管理するおよび／または容易にするために１つ以上のシステム構成要素を含むことができる。
【００３１】
本実施形態において、システム１０は、溶剤送達システム１２と、試料送達システム１４と、試料分離システム１６と、検出システム１８（例えばＰＤＡ検出器）と、システム／収束管理部２０とを含むことができる。幾つかの実施形態において、システム構成要素は、１つ以上のスタック内に配列させることができる。一例として、一実施形態において、システム１０のシステム構成要素は、単一の垂直スタック内に配列される場合がある（図３）。別の例として、システム１０のシステム構成要素は、複数のスタック内に配列される場合もある（図４）。当業者は、システム１０の構成要素の他に配列が可能であることを認識するであろう。さらに、システム１０の実施形態は、システム構成要素１２、１４、１６、１８および２０を含めるように例示されているが、当業者は、システム１０の実施形態は、単一の一体式のユニットとして実装される場合もあり、１つ以上の構成要素が組み合わされる場合、および／または他の構成が可能な場合もあることを認識するであろう。
【００３２】
溶剤送達システム１２は、１つ以上のポンプ２２ａ、２２ｂを含むことができ、これらのポンプは、１つ以上の溶剤２４、例えば移動相媒体２３（例えば二酸化炭素）および／または変性剤媒体２５（即ち、補助溶剤、例えばメタノール、エタノール、２−メトキシエタノール、イソプロピルアルコールまたはジオキサンなど）を所定の流量でシステム１０を通るように送り込むように構成されている。例えば、ポンプ２２ａは、変性剤媒体２５と連通してポンピング作用を行なうことで、変性剤媒体２５をシステム１０を通るように送り込むことができ、ポンプ２２ｂは、移動相媒体２３と連通するようにポンピング作用を行なうことで、移動相媒体２３をシステム１０を通るように送り込むことができる。ポンプ２２ａの出力は、トランスデューサ２６ａによって監視することができ、ポンプ２２ｂの出力は、トランスデューサ２６ｂによって監視することができる。トランスデューサ２６ａ、２６ｂは、ポンプ２２ａ、２２ｂからの溶剤２４の出力に関連する圧力および／または流量をそれぞれ感知するように構成することができる。
【００３３】
ポンプ２２ａ、２２ｂの出力は、アキュムレータ２８ａおよび２８ｂの入力にそれぞれ作動可能に結合させることができる。アキュムレータ２８ａおよび２８ｂは、ポンプ２２ａおよび２２ｂの出力によってそれぞれ補給され、ポンプ２２ａ、２２ｂの下流の流量および／または圧力における望ましくない増減を抑える特定のアルゴリズムを含むことができ、このアルゴリズムは、システム１０に対するノイズの検出および／またはエラーの分析をもたらすことができる。アキュムレータ２８ａの出力は、トランスデューサ３０ａによって監視することができ、アキュムレータ２８ｂの出力は、トランスデューサ３０ｂによって監視することができる。トランスデューサ３０ａ、３０ｂは、アキュムレータ２８ａ、２８ｂの出力における圧力および／または流量をそれぞれ感知するように構成することができる。アキュムレータ２８ａ、２８ｂの出力は、多孔弁３２に作動可能に結合させることができ、これらの弁は、ポンプ２２ａ、２２ｂによって送り込まれる溶剤２４（例えば移動相媒体２３および変性剤媒体２５）を逃がすように、および／または溶剤２４を混合機３４に対して出力するように制御することができる。混合機３４は、ポンプ２２ａ、２２ｂからそれぞれ出力された変性剤媒体２５と、移動相媒体２３を混ぜ合わせることができ（例えば、アキュムレータ２８ａ、２８ｂを最初に通過した後）、移動相媒体２３と変性剤媒体２５の混合物を出力することでシステム１０を通って流れる溶剤ストリーム（即ち、移動相）を形成することができる。混合機３４の出力は、以下により詳細に考察するようにシステム／収束管理部２０に作動可能に結合させることができる。
【００３４】
例示の実施形態において、溶剤送達システム１２は、多孔溶剤選択弁３６および／またはデガッサー３８を含むことができる。溶剤選択弁３６および／またはデガッサー３８は、ポンプ２２ａの入力と、溶剤源、例えば溶剤コンテナ４０との間に作動可能に配設されることで、溶剤選択弁３６および／またはデガッサー３８は、ポンプ２２ａの上流に位置決めされる。溶剤選択弁３６は、１つ以上の溶剤コンテナ４０からシステム１０によって使用されるべき変性剤媒体２３を選択するように制御することができ、デガッサー３８は、媒体変性剤２３がシステム１０を通るように送り込まれる前に、媒体変性剤２３から溶解した気体を取り除くように構成することができる。
【００３５】
例示の実施形態において、溶剤送達システム１２は、ポンプ２２ｂの入力と、溶剤源、例えば溶剤コンテナ４１との間に配設された事前冷却器４２を含むことができ、事前冷却器は、ポンプ２２ｂの入力の上流に、溶剤コンテナ４１の下流に配設される。事前冷却器４２は、移動相媒体２３が、ポンプ２２ｂを介してシステム１０を通るように送り込まれる前に移動相媒体２３の温度を下げることができる。本実施形態では、移動相媒体２３は、二酸化炭素であってよい。事前冷却器は、二酸化炭素の温度を下げることができるため、二酸化炭素がシステム１０の少なくとも一部を通るように送り込まれる際、これは液体状態（即ち、気体状態ではない。）に維持される。二酸化炭素を液体の状態で維持することにより、指定された流量でシステム１０を通る二酸化炭素の効率的な計測作用を促進することができる。
【００３６】
ポンプ２２ａおよび２２ｂがシステム１０を通るように溶剤２４を送り込むことで、システム１０を指定された圧力まで加圧することができ、この圧力は、システム／収束管理部２０によって少なくとも一部が制御されてよい。例示の実施形態において、システム１０は、およそ７００ｐｓｉからおよそ１８，０００ｐｓｉまたはおよそ１，４００ｐｓｉからおよそ８，０００ｐｓｉの間の圧力まで加圧することができる。一実施形態において、システム１０は、およそ６，０００ｐｓｉの圧力まで加圧される場合がある。システム１０をこのような圧力レベルに加圧することによって（例えば上記に記載した圧力レベル）、加圧溶剤ストリームの温度を上げることによって達成することができるカラム内でのクロマトグラフィー分離のための超臨界流体状態または超臨界状態に近い状態（例えば、高度の圧縮された気体または圧縮可能な液体）に転移しないうちは溶剤ストリーム（即ち、移動相）を液体状態に維持することができる。
【００３７】
試料送達システム１４は、クロマトグラフィー分離および検出のためにシステム１０を通過すべき１つ以上の試料を選択することができる。試料送達システム１４は、試料選択および注入部材４４と、多孔弁４５とを含むことができる。試料選択および注入部材４４は、試料をシステム１０へと注入させることができるニードルを含むことができる。多孔弁４５は、試料選択および注入部材４４をシステム／収束管理部２０に作動可能に結合させるように構成することができる。
【００３８】
試料分離システム１６は、試料送達システム１４から分離され検出されるべき試料を受け取り、同様に溶剤送達システム１２から加圧溶剤ストリームを受け取ることができ、システム１０を通過する試料の構成要素を分離することで、検出システム１８を使用する試料の検出を促進させることができる。試料分離システム１６は、入口弁４８と出口弁５０の間に配設された１つ以上のカラム４６を含むことができる。１つ以上のカラム４６は、空洞を形成する略円筒形状を有することができるが、当業者は、１つ以上のカラムの他の形状および構成も可能であることを認識するであろう。カラム４６の空洞は、少なくとも部分的に保持媒体、例えばＣ８またはＣ１８などの加水分解シリカ、またはいずれかの炭化水素などで満たすことができる特定の空間を有することで、システム１０の固定相を形成し、試料の構成要素の分離を促進することができる。入口弁４８は、１つ以上のカラムの上流に配設され、あるとすれば試料を受け取る１つ以上のカラム４６を選択するように構成することができる。出口弁５０は、１つ以上のカラム４６の下流に配設されることで、１つ以上のカラム４６からの出力を受け取り、選択された１つ以上のカラム４６の出力を検出システム１８に通すことができる。カラム４６は、弁４８と５０の間に取り外し可能に配設されることで、使用後に１つ以上のカラム４６を新しいカラムに交換しやすくすることができる。幾つかの実施形態において、複数の試料分離システム１６がシステム１０内に含まれることで、システム１０による用途に利用可能なカラム４６の数量の拡大を実現することができる（図４）。
【００３９】
例示の実施形態において、試料分離システム１６は、加圧溶剤ストリーム２４が１つ以上のカラム４６を通過する前、および／またはこの間、加圧溶剤ストリーム２４を加熱するための加熱器４９を含むことができる。加熱器４９は、加圧溶剤が液体状態から超臨界流体状態に転移する温度まで加圧溶剤ストリームを加熱することができることにより、加圧溶剤ストリームは、超臨界流体として１つ以上のカラム４６を通過する。
【００４０】
再び図２を参照すると、検出システム１８は、１つ以上のカラム４６によって試料から分離された構成要素を受け取り、この後の分析のためにこの構成要素の組成を検出するように構成することができる。一例の実施形態において、検出システム１８は、試料構成要素の１つ以上の特徴を感知するように構成された１つ以上の検出器５１を含むことができる。例えば一実施形態において、検出器５１は、１つ以上のフォトダイオードアレイとして実装される場合もある。
【００４１】
システム／収束管理部２０は、試料送達システム１４からの試料を溶剤送達システム１２から流れる加圧された加圧溶剤ストリームへと投入し、溶剤ストリームおよび試料を試料分離システム１６へと通すように構成することができる。本実施形態において、システム／収束管理部２０は、多孔補助弁５２を含むことができ、この弁は、第１の入口ポートを介して試料送達システム１４によって注入された試料を受け取り、第２の入口ポートを介して溶剤送達システム１２から加圧溶剤ストリームを受け取る。補助弁５２は、試料と溶剤ストリームを混ぜ合わせ、多孔補助弁５２の出口ポートを介して試料および溶剤ストリームを試料分離システム１６の入口弁４８の入口ポートへと出力することができる。
【００４２】
システム／収束管理部２０はまた、システム１０の圧力を制御し、システム１０からの溶剤の冷却作用、加熱作用および／またはベント作用を促進させるように構成することができ、ベント弁５４と、遮断弁５６と、逆圧調整器５８と、トランスデューサ５９とを含むことができる。ベント弁５４は、検出システム１８の下流に配設させることができ、溶剤がシステム１０を通過した後、システム１０から溶剤を逃がすことによってシステム１０の圧力を下げるように構成することができる。遮断弁５６は、溶剤送達システムのポンプ２２ｂの入口からの溶剤の供給を切り離すことで、溶剤がシステム１０を通るように送り込まれるのを阻止するように構成することができる。
【００４３】
逆圧調整器５８は、システム１０の逆圧を制御することで、カラムを通る移動相と試料の流れを制御し、移動相が試料分離システム１６の１つ以上のカラム４６を通過する際に移動相を超臨界流体状態（または、一部の実施形態では、超臨界に近い状態、高度に圧縮された気体または圧縮可能な液体など）に維持する、および／または逆圧が、移動相を１つ以上のカラム４６を通る流れの方向を強制的に逆向きにするのを阻止することができる。逆圧調整器５８の実施形態が、システム１０の圧力を調整するように構成されることで、溶剤ストリーム（即ち、移動相）の物理的状態が、逆圧調整器５８の上流および／またはこの中で制御不能な程に変化することはない。トランスデューサ５９が、システム１０の圧力を感知するために逆圧調整器５８の上流に配設される圧力センサであってよい。トランスデューサ５９は、処理装置にフィードバック信号を出力することができ、この処理装置は、この信号を処理することで処理装置からのアクチュエータ制御信号の出力を制御することができる。
【００４４】
例示の実施形態において、図５に示されるように、逆圧調整器５８は、動的圧力調整器５７と、静的圧力調整器６１と、加熱器６３とを含むことができる。静的圧力調整器６１は、逆圧調整器５８の上流で所定の圧力を維持するように構成することができる。動的圧力調整器５７は、静的圧力調整器６１の上流に配設することができ、システムの圧力を静的調整器６１によって維持される所定の圧力より上に設定するように構成することができる。加熱器６３は、動的圧力調整器５７の下流に配設することができ、静的圧力調整器６１に近接して配設されることで、溶剤ストリームが、静的圧力調整器６１を通過する際、これを加熱することで、溶剤が静的圧力調整器を通過する際のこの物理的状態の制御を助けることができる。逆圧調整器５８、静的圧力調整器および／または動的調整器の構造、機能および／または作動は、以下でより詳細に記載する。
【００４５】
概説すると、システム１０の一例の作動は、溶剤ストリーム（即ち、移動相）としてシステム１０を通る指定された流量で移動相媒体２３と、変性剤媒体２５を送り込むことができ、システム１０を指定された圧力まで加圧することで試料分離システム１６に入るまでは溶剤ストリームが液体状態を維持することができる。試料を試料送達システム１４によって加圧溶剤ストリーム内に注入することができ、加圧溶剤ストリームによって運ばれる試料は、試料分離システム１６を通過することができ、試料分離システムは、加圧溶剤ストリームを加熱することで、加圧溶剤ストリームを液体状態から超臨界流体状態に転移させることができる。試料および超臨界流体溶剤ストリームは、試料分離システム１６内の１つ以上のカラム４６の少なくとも１つを通過することができ、カラム４６は、試料の構成要素を互いから分離することができる。分離された構成要素は、分離した構成要素を検出システム１８へと通すことができ、検出システム１８は、この後の分析のために試料の１つ以上の特徴を検出することができる。分離された試料および溶剤が検出システム１８を通過した後、溶剤および試料は、システム／収束管理部２０によってシステム１０から逃がすことができる。
【００４６】
他の実施形態において、本明細書に記載されるシステム１０は、準備としての方法および分離の目的で使用される場合もある。典型的なパラメータ、上記に記載したものなどを操作することで、効果的な準備のための分離を実現することができる。例えば本明細書に記載されるシステム１０は、より高い流量、より大きなカラムおよびカラム充填サイズを発揮する利点を与えるものであり、この各々が、準備としての分離および機能の実現に貢献しており、この一方で、このそれぞれの分析方法および分離と比べて全体のピーク形状、ピークサイズおよび／または保持時間はほとんどまたは全く変動しないまま維持する。よって一実施形態において、本開示は、ＣＯ２ベースのクロマトグラフィーシステム１０を提供し、このシステムは、高い効率と、分析的作動との相関関係によって準備としての方法および分離に修正することが可能である。
【００４７】
図６は、動的圧力調整器５７の動的圧力調整器の長手方向軸Ｌに沿った一例の実施形態の断面図である。動的圧力調整器５７は、近位ヘッド部分７２と、中間本体部分７４と、遠位アクチュエータ部分７６とを含む弁組立体として実装することができる。弁組立体のヘッド部分７２は、加圧溶剤ストリームを受けるための入口７８と、ここを通って加圧溶剤ストリームが出力されることで溶剤ストリームがヘッド部分を通って入口７８から出口８０まで流れる出口８０とを含むことができる。ヘッド部分７２内にシート８２を配設することができ、ここを通って溶剤ストリームがヘッドの入口７８から出口８０に流れることができる孔８４を含むことができる。
【００４８】
ニードル８６が弁組立体の本体部分７４からシール８８を通ってヘッド部分７２へと延出している。ニードル８６の位置が、シート８２に対して制御されることで、入口７８から出口８０への溶剤ストリームの流れを選択的に制御することができる。例示の実施形態において、ニードル８６の位置を利用してシート８２の孔８４を通る流れを制限することで、システム１０の圧力を増大させることができ、シート８２に完全に係合することによって弁を選択式に閉鎖することで入口７８と出口８０の間の流れを中断することができる。ニードル８６の位置に基づいてヘッド部分を通る溶剤ストリームの流れを制御することによって、システム１０の圧力を増大させたり低下させたりすることができる。例えばシステム１０の圧力は一般に、ニードル８６が長手方向軸Ｌに沿ってシート８２に向かって移動する際に増大し、ニードル８６が長手方向軸Ｌに沿ってシート８２から離れるように移動する際に一般に低下する可能性がある。
【００４９】
アクチュエータ部分７６は、アクチュエータ９０、例えばソレノイド、ボイスコイルおよび／または他の好適な電気機械作動装置を含むことができる。本実施形態では、アクチュエータ９０は、本体９２と、シャフト９４とを有するソレノイドを使用して実装することができる。シャフト９４は、長手方向軸Ｌに沿って延在することができ、ニードル８６の遠位端に係合することで、ニードル８６とシャフトが弁部材を形成することができる。シャフト９４の位置は、長手方向軸Ｌに沿って本体９２に対して調節可能であってよく、本体９２のコイル（図示せず）によって制御することができ、このコイルは、コイルを通過する電流と、シャフトに加えられる負荷に見合った磁場を生成する。コイルを通過する電流は、アクチュエータ９０によって受信されたアクチュエータ制御信号に応じて制御することができる。幾つかの実施形態において、アクチュエータ制御信号は、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号であってよい、および／またはアクチュエータ制御信号は、圧力トランスデューサ５９のフィードバック信号によって少なくとも一部を判定することができる。
【００５０】
シャフト９４の位置を利用して、ニードル８６をシート８２に向けて、またはそこから離れるように移動させることで、圧力をそれぞれ増大させたり低下させたりすることができる。例示の実施形態において、シート８２に対するシャフト９４の位置、およびこれによりシート８２に対するニードル８６の位置は、ソレノイドを通って流れる一定量の電流に基づいて制御および／または判定することができる。例えば、電流が大きくなるほど、ニードル８６およびシャフト９４はシートから近くなり、システム１０内の圧力は低下する。シャフト９４の位置とコイル内を流れる電流との関係は、アクチュエータ９０の特徴付けによって確立することができる。ソレノイドに対する負荷によって課される力は、磁場に比例することができる。同様に磁場は、ソレノイドのコイル内を流れる電流（即ち、制御信号）に比例することができる。アクチュエータ制御信号がＰＷＭ制御信号として実装される実施形態の場合、圧力調整器５７内の圧力（例えば、ニードル８６とシャフト９４の間の力の平衡）は、ＰＷＭ制御信号のデューティーサイクルに対する相関関係、例えば「オン」状態に相当するデューティーサイクルのパーセンテージによって設定することができる。
【００５１】
圧力調整器５７内の圧力を設定するためにアクチュエータ９０によって課される力は、圧縮ばね９６を含めることによって力を制御する目的で操作することができる。シャフト９４を位置決めするためにソレノイドアクチュエータ９０によって課される力は、圧縮ばね９６を含めることによって力を制御する目的で操作することができる。ばね９６は、鍔９８によって圧縮されて、外側シャフトライナー９９を通ってアクチュエータ９０に対して正常化する力を加える。この正常化する力は、アクチュエータ９０のサイクルを通してライナー負荷（例えば一定の力）を与えるのを助ける。一般に、商業的に入手可能なソレノイド（即ち、本明細書に記載されるように修正されていないソレノイド、例えばばね９６のないもの）は、それぞれの作動行程に沿って非線形の力を与えるため、この利用を制御する目的に関して望ましくないものにする。これに加えて、アクチュエータ／ソレノイド９０は、負のばね定数を有するため、シャフト９４は、アクチュエータ９０が停止状態にあるとき、出口８０と反対の方向に押しやられることで、ソレノイドの行程が増大するため力は減少する。この力を補償するために、圧縮ばね９６は、シャフト９４に一定の圧力を加えることで、アクチュエータ９０の負のばね定数を打ち消す。幾つかの実施形態において、圧縮ばね９６によって選択されたばね定数は、打ち消すだけでなく、正のばね定数を適用することでシャフト９４が、出口８０に向かって特定の方向に移動する値を有する。これに加えて、シム（例えば非磁性のシム、例えばプラスチックシム、非磁性の金属シムまたは空間）が、本体９２の中に位置決めされることで、力の変動を最小限にする目的で一定の距離または隙間９５を形成する（例えばソレノイドからほぼ一定の力をさらに生成する。）。即ち、隙間９５は、アクチュエータ９０が完全に閉鎖した状態にならないようにしている。隙間９５は、ソレノイドの行程の範囲における最初の非線形の力の領域（即ち、生成された力が線形からは程遠い完全に閉鎖した状態に近い行程の部分）を占めている。隙間９５は、制御する目的でソレノイドの行程から極度の非線形の領域（例えば完全に閉鎖した状態に近い領域）の作用を取り除く。圧縮ばね９６のばね定数と、隙間９５の距離を判定するために、ソレノイドがまず特徴付けられることで、適切なばね（例えば、作動領域において力を正常化するためのばねのばね速度定数の値）およびシム９５の隙間の距離／厚さ（例えば非線形の力の反応を提供するソレノイド行程の最初の部分またはこの距離）を、ソレノイドからほぼ一定のまたは一定に近い力を提供するように選択することができる。
【００５２】
図７は、システム１０の圧力を制御するために実装することができる一例の制御システム１００のブロック図である。制御システム１００は、記憶装置１０４（例えばメモリ／他のコンピュータ読み取り可能記憶媒体）と電気通信する制御装置１０２を含むことができる。制御装置１０２は、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）および／または他の処理装置として実装することができる。記憶装置１０４は、例えば磁気記憶ディスク、光ディスク、フラッシュまたはソリッドステート記憶装置を含めた持続性コンピュータ読み取り可能媒体、ならびに／もしくは例えばＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＥＤＯ  ＲＡＭ、ＭＲＡＭなどのランダムアクセスメモリを含めた任意の他の不揮発性または揮発性の記憶媒体として実装することができる。記憶装置１０６は、ＣＯ２ベースのクロマトグラフィーシステム１０および／またはこの構成要素に対応する情報を記憶することができる。記憶装置１０６はまた、動的逆圧調整器５７の作動を含めたシステム１０の作動を制御するために制御装置１０２によって実行可能である指示を記憶することもできる。制御装置１０２はまた、１つ以上のポンプ２２ａ、２２ｂ、１つ以上のトランスデューサ２６ａ、２６ｂ、３０ａ、３０ｂ、５９、注入部材４４、動的圧力調整器５７、入力装置１１０および／またはディスプレイ１１２と通信することもできる。この実施形態では、ポンプ２２ａ、２２ｂは、ポンプ制御装置１０８ａ、１０８ｂとそれぞれ対応付けることができ、動的圧力調整器５７のアクチュエータ９０は、アクチュエータ制御装置１１４と対応付けることができる。
【００５３】
制御装置１０２は、トランスデューサ２６ａ、２６ｂ、３０ａ、３０ｂ、５９、注入部材４４、ポンプ制御装置１０８ａ、１０８ｂ、１つ以上の入力装置１１０、例えばキーボード、マウスまたは他の好適な入力装置、ディスプレイ１１２およびアクチュエータ制御装置１１４ならびに／もしくは他の装置、例えば他の制御装置（例えば処理装置）、コンピュータ装置（例えばラップトップ、ＰＣ、メインフレーム）、ネットワークデバイス（例えばサーバー、データベース）などから信号を受信する、および／またはこれらに信号を送信することができ、これらは例えば通信インターフェース１１６を介して制御装置１０２に通信可能に結合させることができる。例示の実施形態において、制御装置１０２は、受信した信号を処理することができ、信号に応じてポンプ２２ａ、２２ｂ、注入部材４４および／またはアクチュエータ９０の作動を制御することができる。
【００５４】
システム１０の圧力は、逆圧調整器５７において動的に調整される。図８は、上記に記載され図６に示されるように近位ヘッド部分７２の実施形態を例示している。本開示の実施形態によると、移動相、例えばＣＯ２が、入口７８からヘッド部分に進入し、これにより入口７８とシート８２の間でヘッド部分７２内に最初の圧力を形成する。移動相は、ニードル８６とシート８２の間の隙間によって制限され、この結果第２の圧力が、ニードルの前方部分２８０に形成される。アクチュエータ（例えば改造されていないソレノイド、力平衡ソレノイド、例えば図６に示される圧縮ばね９６によって改造された商業的に入手可能なソレノイド、またはボイスコイル）は、シャフト９４を介してニードル８６ニードルの後方部分２５０に一定の力を加えることで、ニードルが、シート８２に対して適切な位置に設定されることで制御装置１０２を介して進入する圧力を形成する。
【００５５】
平衡が破れる際、アクチュエータに対する制御信号が変化する際、または入口７８から進入する流れから流れ特性が変化する際（例えば流動的な流量、濃度の変化または粘性の変化）、ニードル８６が移動することで、ニードル８６の後方部分２５０において力アクチュエータによって加えられる圧力と、ニードルの前方部分２８０に対して形成される圧力（即ち、第１の圧力と第２の圧力）との力の平衡を維持する。平衡が破れる、または条件が変化した後も平衡を維持するために、ニードル８６が、シート８２内へとさらに前方に移動する（即ち、出口８４に向かって）、または後方に緩む（即ち、シャフト９４に向かって）ように移動することで、アクチュエータに近接した状態を維持する。ニードル８６のこのような自動移動は、相対的に小さなものである（例えば、およそ０．００１からおよそ０．０５インチまで）。
【００５６】
上記で考察した実施形態では、移動相は入口ポート７８に進入し、出口ポート８０から出る。しかしながら別の実施形態において、移動相は、ポート８０に進入しポート７８から出る場合もある。即ち、圧力調整器５７の入口と出口は入れ替えられる。いずれの実施形態においても、圧力調整器５７内の圧力は、図９Ａに示されるように、ニードル８６とシート８２の孔８４の縁部３０４との間の制限された隙間を介して低下する。制限される前にニードル８６に対して作用する圧力は、上流圧力領域を形成し、制限された後にニードル８６に対して作用する圧力は、下流圧力領域を形成する。ニードル８６に対して作用する圧力による力の半径方向の成分によって、突出する半径方向の領域にわたってゼロネットの半径方向の力が生じることに留意されたい。しかしながらニードル８６に対する圧力による力の軸方向の成分は、突出する軸方向の領域にわたって相殺されることはなく、この結果、移動相によって形成されるニードルに対して作用する圧力の軸方向の成分は、制御領域として定義することができる。例えば、圧力調整器が逆圧調整器であり、ポート７８が圧力調整器へと移動相の入口である（流れの矢印３３３）実施形態では、第１の制御領域または上流制御領域は３１０として示され、第２の制御領域または下流制御領域が３２０として示されている。ニードルの前方部分２８０に対して作用する力は、ニードル先端力と呼ばれる場合があり、制限的な隙間の上流の圧力に第１の制御領域３１０を掛けたものに、制限的な隙間の下流の圧力に第２の制御領域３２０を掛けたものを足したものに等しい。移動の入口ポートを７８から８０に変更することは、逆圧力調整器の作動を変えることはないが、制御領域を変化させることになることにさらに留意されたい。即ち、移動相の流れ源がポート８０に進入する（流れの矢印３３５）実施形態では、制御領域３２０が第１の制御領域／上流制御領域になり、制御領域３１０は第２の制御領域／下流制御領域になる。
【００５７】
圧力調整器５７が、まさに上記に記載したように逆圧調整器として作動する間、下流圧力は、事実上一定であり、この一方で上流圧力は、アクチュエータ９０に対して送信された制御信号を基準にして変化する。他の実施形態において圧力調整器５７は、フォワード圧力調整器として作動する場合もある。一般に、逆圧力調整器は、流れ源と共に使用されることで（しかしながら幾つかの実施形態では圧力源も可能である。）、移動相を送達し、制約条件を拡大することによって、流れ源と調整器の間の圧力を制御する。フォワード圧力調整器および流れ調整器は典型的には、圧力源と共に使用され、制約条件（ニードル８６と孔８４の縁部３０４の間の隙間）を変えることによって、圧力源からの流れを変化させることによって調整器の下流の圧力または流れを制御する。図９Ｂは、フォワード圧力調整器として作動する圧力調整器の断面図であり、この場合、圧力源移動相入口８０（圧力の矢印３４３）が、第１の制御領域３５０と、第２の制御領域３６０を形成する。圧力源移動相入口がポート７８矢印３４５に位置する場合（ポート８０は出口ポートである。）、このとき第１の制御領域は、領域３６０であり、第２の制御領域は３５０である。圧力調整器５７および現行の技術による圧力調整器は、逆圧力調整器、フォワード圧力調整器または流れ調整器として作動することができる。
【００５８】
力平衡の観点から考察する場合、アクチュエータ９０によってニードルの後方２５０に加えられる力と、入口から圧力調整器へと届く圧力によってニードルの前方部分２８０に加えられる力（即ち、ニードル先端力）は平衡している。平衡が破れる際、アクチュエータへの制御信号が変化する際、または入口７８から進入する流れからの流れ特性が変化する際（例えば流動的な流量、濃度の変化または粘性の変化）、力は平衡がくずれることになる。これは主に、ニードル８６とシート８２（例えば孔８４の縁部３０４における。）の隙間によって形成される制約によって制御される。圧力が増大した場合、ニードルに対する力が増大し、これをシートから離れるように押すため、制約によって形成される圧力が再度アクチュエータ力と等しくなるまで制約を緩める。圧力が低下した場合、ニードルの端部に対する力が低下し、アクチュエータがこれをシートに当たるように押すため、制約によって形成された圧力が再度アクチュエータ力と等しくなるまで制約を高める。
【００５９】
上述の図面および開示において記載したように、本明細書の組立体および方法は、安定するように設計されており、アクチュエータ９０の作動行程を通して最小限の力の変化を有する。上記のように、ソレノイドに対する制御信号（例えば電流）が、組立体がニードル８６に加える力を制御し、移動相流れから調整器５７のヘッド部分を通るニードル８６に対する圧力が、ソレノイド組立体に対する反力を提供する。ニードルは本質的に（例えば自動的に）圧力による力とソレノイド力が平衡する位置を見つける。この手法の利点は、例えば移動相における変化に対応する圧力の変化または流れの変化が最小限であること、制御装置が、条件の変化に適応するためにほとんど動作する必要がないこと、所与の制御信号が特有の逆圧を提供すること、および力平衡手法が本質的に、流れまたは組成の変動に起因する圧力の変化を相殺することを含める。
【００６０】
例示の実施形態の記載において、明確にする目的で特有の技術用語が使用されている。説明する目的で、各々特有の用語は、同様の目的を達成するために同様のやり方で作動する少なくとも全ての技術的および機能的な等価物を含むことが意図されている。これに加えて、特定の例示の実施形態が、複数のシステム要素、デバイス構成要素または方法ステップを含む一部の例では、これらの要素、構成要素またはステップは、単一の要素、構成要素またはステップと置き換えられる場合もある。同様に、単一の要素、構成要素またはステップが、同様の目的と果たす複数の要素、構成要素またはステップと置き換えられる場合もある。さらに例示の実施形態が、この特定の実施形態を参照して示され記載されてきたが、当業者は、形態および詳細の種々の代用形態および代替形態が、本発明の範囲から逸脱することなくそこに行なわれる場合があることを理解するであろう。さらに、他の機能および利点も本発明の範囲内にある。
【図１】
2015509608.tif 000003
【図２】
2015509608.tif 000004
【図３】
2015509608.tif 000005
【図４】
2015509608.tif 000006
【図５】
2015509608.tif 000007
【図６】
2015509608.tif 000008
【図７】
2015509608.tif 000009
【図８】
2015509608.tif 000010
【図９Ａ】
2015509608.tif 000011
【図９Ｂ】
2015509608.tif 000012
【国際調査報告】
2015509608.tif 000013
2015509608.tif 000014