(57)【要約】本発明は、微細加工技術を用いてガスクロマトグラフ器具を小型化する分野に関する。特に、本発明はガスクロマトグラフカラムを提供する。ガスクロマトグラフカラムは、少なくとも２つの蓋層とチャネル層とを備え、これら層のそれぞれはガスクロマトグラフに適したコンパクト材料を含み、チャネル層は両面に微細加工チャネルを備え、微細加工チャネルと蓋層の面とが少なくとも２つのキャピラリーを形成し、少なくとも２つのキャピラリーはチャネル層内の穴を通して互いに接続されて一体化キャピラリーを形成し、一体化キャピラリーは、入口および出口として働く２つの最外部の蓋層の穴を介して両端部で外部雰囲気と通じている。
2006509191.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスクロマトグラフカラムであって、該カラムは、少なくとも２つの蓋層とチャネル層とを備え、前記層のそれぞれはガスクロマトグラフに適したコンパクト材料を含み、該チャネル層は両面に微細加工チャネルを含み、該微細加工チャネルと該蓋層の面とが少なくとも２つのキャピラリーを形成し、該少なくとも２つのキャピラリーは該チャネル層内の穴を通して互いに接続されて一体化キャピラリーを形成し、該一体化キャピラリーは、入口および出口として働く２つの最外部の蓋層の穴を介して両端部で外部雰囲気と通じている、ガスクロマトグラフカラム。
【請求項２】
２つより多い蓋層と１つより多いチャネル層とを備え、該蓋層およびチャネル層のすべてを通して一体化キャピラリーが形成される、請求項１に記載のガスクロマトグラフカラム。
【請求項３】
３つの蓋層と２つのチャネル層とを備え、該蓋層およびチャネル層のすべてを通して一体化キャピラリーが形成される、請求項１に記載のガスクロマトグラフカラム。
【請求項４】
前記コンパクト材料は、金属、ポリマー、セラミック、シリコン、石英、ガラスおよびこれらの組み合わせよりなる群から選択される、請求項１に記載のガスクロマトグラフカラム。
【請求項５】
前記蓋層と前記チャネル層とは同じかまたは異なるコンパクト材料を含む、請求項１に記載のガスクロマトグラフカラム。
【請求項６】
前記蓋層は約１〜約１００ｃｍ２の範囲の面積をもつ、請求項１のガスクロマトグラフカラム。
【請求項７】
前記チャネル層は約１〜約１００ｃｍ２の範囲の面積をもつ、請求項１のガスクロマトグラフカラム。
【請求項８】
前記蓋層および前記チャネル層は同じかまたは異なる面積をもつ、請求項１のガスクロマトグラフカラム。
【請求項９】
前記蓋層および前記チャネル層は、約０．１〜約５ｍｍの範囲の厚さをもつ、請求項１のガスクロマトグラフカラム。
【請求項１０】
前記微細加工チャネルは、約１〜約１，０００ミクロンの範囲の幅をもつ、請求項１のガスクロマトグラフカラム。
【請求項１１】
前記微細加工チャネルは、約３〜約５００ミクロンの範囲の深さをもつ、請求項１のガスクロマトグラフカラム。
【請求項１２】
前記微細加工チャネルはウェットエッチング法によって形成される、請求項１に記載のガスクロマトグラフカラム。
【請求項１３】
前記微細加工チャネルはドライエッチング法によって形成される、請求項１に記載のガスクロマトグラフカラム。
【請求項１４】
前記一体化キャピラリーは少なくとも４メートルの全長をもつ、請求項１に記載のガスクロマトグラフカラム。
【請求項１５】
前記一体化キャピラリーは、台形、方形、円形、半円形、扇形およびこれらの組み合わせよりなる群から選択される断面形状をもつ、請求項１に記載のガスクロマトグラフカラム。
【請求項１６】
前記一体化キャピラリーの断面は、約５〜約２５０，０００平方ミクロンの範囲の面積をもつ、請求項１のガスクロマトグラフカラム。
【請求項１７】
前記一体化キャピラリーはその長さに沿って同じまたは異なる断面積をもつ、請求項１のガスクロマトグラフカラム。
【請求項１８】
前記一体化キャピラリーは蛇状または螺旋状のパターンをもつ、請求項１のガスクロマトグラフカラム。
【請求項１９】
前記一体化キャピラリーの壁は固定相の薄膜でコートされる、請求項１のガスクロマトグラフカラム。
【請求項２０】
前記固定相は堆積法、ダイナミックライニング法またはスタティックライニング法によって塗布される、請求項１９のガスクロマトグラフカラム。
【請求項２１】
前記固定相は前記層が互いに接着される前または後に塗布される、請求項１９のガスクロマトグラフカラム。
【請求項２２】
前記チャネル層の穴および前記蓋層の穴は正方形または円形の形状をもつ、請求項１のガスクロマトグラフカラム。
【請求項２３】
前記チャネル層の穴および前記蓋層の穴は、レーザ切除、微細機械加工またはエッチングによって形成される、請求項１のガスクロマトグラフカラム。
【請求項２４】
前記層は、陽極接合、超音波溶接、熱接合または膠付けによって互いに接着される、請求項１に記載のガスクロマトグラフカラム。
【請求項２５】
ガスクロマトグラフの動作中に前記一体化キャピラリー内の固定相材料を電気加熱するために該一体化キャピラリーの外表面に置かれるヒータワイヤをさらに備えた、請求項１に記載のガスクロマトグラフカラム。
【請求項２６】
ガスクロマトグラフカラムであって、該カラムは、少なくとも２つの蓋層と少なくとも２つのチャネル層とを備え、該層のそれぞれはガスクロマトグラフに適したコンパクト材料を含み、該チャネル層は面上に微細加工チャネルを含み、該微細加工チャネルと該蓋層またはチャネル層の面とが少なくとも２つのキャピラリーを形成し、該少なくとも２つのキャピラリーは該チャネル層および／または蓋層内の穴を通して互いに接続されて一体化キャピラリーを形成し、該一体化キャピラリーは、入口および出口として働く２つの最外部の蓋層の穴を介して両端部で外部雰囲気と通じている、ガスクロマトグラフカラム。
【請求項２７】
前記チャネル層のうちの少なくとも一層は片方の面に微細加工チャネルを備え、該チャネル層の他方の面は別のチャネル層の微細加工チャネルに直接面してキャピラリーを形成する、請求項２６に記載のガスクロマトグラフカラム。
【請求項２８】
前記チャネル層のうちの少なくとも一層は両面に微細加工チャネルを備え、該微細加工チャネルと前記蓋層の面とが少なくとも２つのキャピラリーを形成する、請求項２６に記載のガスクロマトグラフカラム。
【請求項２９】
ガスクロマトグラフシステムであって、該システムは、
ａ）キャリアガス中にサンプルガスを含む移動相を導入するガス注入器と、
ｂ）ガスクロマトグラフに適した固定相を備え、該サンプルガス中の分析物を分離するために、該ガス注入器からの該移動相を受け取るように機械的に接続された請求項１に記載のガスクロマトグラフカラムと、
ｃ）該サンプルガスの該分離された分析物を電子手段で分析するために該カラムに機械的に接続された検出器と、
を備える、ガスクロマトグラフシステム。
【請求項３０】
ガスクロマトグラフシステムであって、該システムは、
ａ）キャリアガス中にサンプルガスを含む移動相を導入するガス注入器と、
ｂ）ガスクロマトグラフに適した固定相を備え、該サンプルガス中の分析物を分離するために、該ガス注入器からの該移動相を受け取るように機械的に接続された請求項２６に記載のガスクロマトグラフカラムと、
ｃ）該サンプルガスの該分離された分析物を電子手段で分析するために該カラムに機械的に接続された検出器と、
を備える、ガスクロマトグラフシステム。
【請求項３１】
サンプル中の分析物を分析する方法であって、該方法は、
ａ）請求項２９に記載のガスクロマトグラフシステムを提供することと、
ｂ）サンプルを気相へと蒸発させることと、
ｃ）キャリアガス中の該サンプルガスを該ガスクロマトグラフシステムに注入することと、
ｄ）該ガスクロマトグラフシステム内で該サンプル中の分析物の分離および検出を行って、該サンプル中での該分析物の存在、非存在、または量を評価することと、
を包含する、方法。
【請求項３２】
前記分析物は分子あるいはその集合体または複合体である、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記分子は、無機分子、有機分子およびこれらの複合体よりなる群から選択される、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記有機分子は、メタン、クロロホルム、ベンゼンおよび酪酸よりなる群から選択される、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記分析物は、化合物、化合物の代謝産物およびその複合体よりなる群から選択される、請求項３１に記載の方法。
【請求項３６】
前記サンプルは哺乳動物のサンプルである、請求項３１に記載の方法。
【請求項３７】
前記哺乳動物は、ウシ、ヤギ、ヒツジ、ウマ、ウサギ、モルモット、マウス、ヒト、ネコ、サル、イヌおよびブタよりなる群から選択される、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記サンプルは臨床サンプルである、請求項３１に記載の方法。
【請求項３９】
前記臨床サンプルは、血清、血漿、全血、痰、脳脊髄液、羊水、尿、胃腸内容物、髪、唾液、汗、歯肉スクレーピング屑および生検からの組織よりなる群から選択される、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記臨床サンプルはヒトの臨床サンプルである、請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
前記サンプルは体液サンプルである、請求項３１に記載の方法。
【請求項４２】
前記サンプルは、大気、水、土、薬物または爆発性サンプルである、請求項３１に記載の方法。
【請求項４３】
前記キャリアガスは不活性ガスである、請求項３１に記載の方法。
【請求項４４】
前記不活性ガスは、窒素、水素、ヘリウムおよびアルゴンよりなる群から選択される、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記サンプルがキャリアガス中で蒸発される、請求項３１に記載の方法。
【請求項４６】
前記サンプルがキャリアガスの非存在下で蒸発され、次に前記ガスクロマトグラフシステムへの注入前または注入中に混合される、請求項３１に記載の方法。
【請求項４７】
サンプル中の分析物を分析する方法であって、該方法は、
ａ）請求項３０に記載のガスクロマトグラフシステムを提供することと、
ｂ）サンプルを気相へと蒸発させることと、
ｃ）キャリアガス中の該サンプルガスを該ガスクロマトグラフシステムに注入することと、
ｄ）該ガスクロマトグラフシステム内で、該サンプル中の分析物の分離および検出を行って、該サンプル中での該分析物の存在、非存在、または量を評価することと、
を包含する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、微細加工技術を用いてガスクロマトグラフ器具を小型化する分野に関する。特に、本発明は、ガスクロマトグラフカラムであって、少なくとも２つの蓋層とチャネル層とを備え、これらの層のそれぞれはガスクロマトグラフに適したコンパクト材料を含み、チャネル層は両面に微細加工チャネルを含み、微細加工チャネルと蓋層の面とが少なくとも２つのキャピラリーを形成し、これら少なくとも２つのキャピラリーはチャネル層内の穴を通して互いに接続されて一体化キャピラリーを形成し、一体化キャピラリーは、入口および出口として働く２つの最外部の蓋層の穴を介して両端部で外部雰囲気と通じている、ガスクロマトグラフカラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
（背景技術）
ガスクロマトグラフは様々な科学研究室および政府の法律執行機関によって材料サンプルの化学的組成を分析するために使用される。このような器具のいくつかは、成分濃度が１００万分の１ほどに低いサンプルを確実に分析することができる。従来の装置は有用な結果を提供することはできるが、このような装置は非常にかさばりまた損傷を受けやすいため持ち運び可能とはいえない。
【０００３】
ガスクロマトグラフは、一般に、３つの基本的な部分、すなわち注入器とカラムと検出器とを備えている。カラムは一般に固定相でコートされたチューブを含み、チューブを通ってキャリア相を移動させる。ガスサンプルは水素またはヘリウムなどのキャリアガスによってカラムへと運ばれる。分離効果は多くの要因によって決まるが、中でもカラム長さは非常に重要な要因である。
【０００４】
微細加工技術によって、実際に持ち運び可能なガスクロマトグラフを製造することが可能となっている。しかし従来技術は、微細加工ガスクロマトグラフカラムにより特定の液状サンプルの分析を行うことには成功していない。その主な理由は、微細加工ガスクロマトグラフカラムは、満足できる分離効果を与えるほどに十分に長くないことである。
【０００５】
当該分野では高感度で小型化されたガスクロマトグラフ器具が必要とされている。本発明は当該分野における上記のおよび他の関連する必要性に応えるものである。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（発明の開示）
１つの局面では、本発明は、ガスクロマトグラフカラムであって、少なくとも２つの蓋層とチャネル層とを備え、前記層のそれぞれはガスクロマトグラフに適したコンパクト材料を含み、前記チャネル層は両面に微細加工チャネルを含み、前記微細加工チャネルと前記蓋層の面とが少なくとも２つのキャピラリーを形成し、前記少なくとも２つのキャピラリーは前記チャネル層内の穴を通して互いに接続されて一体化キャピラリーを形成し、前記一体化キャピラリーは、入口および出口として働く２つの最外部の蓋層の穴を介して両端部で外部雰囲気と通じている、ガスクロマトグラフカラムを提供する。
【０００７】
別の局面では、本発明は、ガスクロマトグラフカラムであって、少なくとも２つの蓋層と少なくとも２つのチャネル層とを備え、前記層のそれぞれはガスクロマトグラフに適したコンパクト材料を含み、前記チャネル層は面上に微細加工チャネルを含み、前記微細加工チャネルと前記蓋層またはチャネル層の面とが少なくとも２つのキャピラリーを形成し、前記少なくとも２つのキャピラリーは前記チャネル層および／または蓋層内の穴を通して互いに接続されて一体化キャピラリーを形成し、前記一体化キャピラリーは、入口および出口として働く２つの最外部の蓋層の穴を介して両端部で外部雰囲気と通じている、ガスクロマトグラフカラムを提供する。
【０００８】
さらに別の局面では、本発明は、ガスクロマトグラフシステムであって、ａ）キャリアガス中にサンプルガスを含む移動相を導入するガス注入器と、ｂ）ガスクロマトグラフに適した固定相を備え、前記サンプルガス中の分析物を分離するために、前記ガス注入器からの前記移動相を受け取るように機械的に接続された請求項１に記載のガスクロマトグラフカラムと、ｃ）前記サンプルガスの前記分離された分析物を電子手段で分析するために前記カラムに機械的に接続された検出器とを備えたガスクロマトグラフシステムを提供する。
【０００９】
さらに別の局面では、本発明は、サンプル中の分析物を分析する方法であって、ａ）請求項２９に記載のガスクロマトグラフシステムを提供することと、ｂ）サンプルを気相へと蒸発させることと、ｃ）キャリアガス中の前記サンプルガスを前記ガスクロマトグラフシステムに注入することと、ｄ）前記ガスクロマトグラフシステム内で前記サンプル中の分析物の分離および検出を行って前記サンプル中に前記分析物が存在しているか否かまたはその量を評価することとを包含する方法を提供する。
【００１０】
（発明を実行する形態）
本発明の詳細な説明を以下に示す小セクションに分けて行うが、これは開示を明確にするためであって、本発明を制約するものではない。
【００１１】
（Ａ．定義）
特に定義のない限り、本明細書で用いるすべての技術および科学用語は、本発明が属する分野において通常の技能を有する者によって一般に理解されるものと同じ意味を持つ。本明細書において言及するすべての特許、特許出願、公開出願および他の出版物はそれらの全体が本明細書において参考として援用される。本セクションで示す定義が、本明細書において参考として援用される特許、特許出願、公開出願および他の出版物に示されている定義に反するかもしくはこれに矛盾する場合は、本セクションで示す定義が参考として援用される定義に勝る。
【００１２】
本明細書において「単数扱いの名詞（“ａ”または“ａｎ”）」は「少なくとも１つ」または「１つ以上」を意味する。
【００１３】
本明細書において「クロマトグラフィ」は、混合物から成分を分離、同定または調製する方法をいう。
【００１４】
本明細書において「カラムクロマトグラフィ」は、細かく分割された固体または液体、すなわち「固定相」によって充填またはコートされたカラムを用いるタイプのクロマトグラフィをいう。分離すべき材料の混合物をカラムの上端に置き、適切な液体、溶離剤またはキャリアガス、すなわち「移動相」と共に下向きに移動させる。混合物が分解すると、各分子は流動する液体またはキャリアガス中で搬送され、固定の固体または液体に吸着する。各種類の分子はその被吸着性向に依存してカラム内に留まる時間が異なる。従って、各成分は異なる速度でカラムを降下する。
【００１５】
本明細書において「ガスクロマトグラフィ」とは、ガス状の移動相が固定相を含有するカラムを通って通過するようにするタイプのクロマトグラフィをいう。
【００１６】
本明細書において「サンプル」とは、本発明のカラム、システムおよび／または方法を用いて分離、単離、調製および／または分析される分析物を含有し得るものをいう。
【００１７】
本明細書において「評価」とは、サンプル中に存在する分析物の定量および／または定性測定を含み、またサンプル中の分析物のレベルを示す指標、比率、百分率、目視またはその他の値を得るように意図される。評価は直接でも間接でもよく、実際に検出される化学種は当然ながら分析物自体である必要はなく、例えばその誘導体または何かさらに進んだ物質であってもよい。
【００１８】
（Ｂ．ガスクロマトグラフカラムおよびシステム）
１つの局面では、本発明は、ガスクロマトグラフカラムであって、少なくとも２つの蓋層およびチャネル層を含み、これらの層のそれぞれがガスクロマトグラフに適したコンパクト材料を含み、チャネル層は両面に微細加工チャネルを含み、微細加工チャネルおよび蓋層の面は少なくとも２つのキャピラリーを形成し、これら少なくとも２つのキャピラリーはチャネル層内の穴を通して互いに接続されて一体化キャピラリーを形成し、一体化キャピラリーは、入口および出口として働く２つの最外部の蓋層の穴を介して両端部で外部雰囲気と通じている、ガスクロマトグラフカラムを提供する。
【００１９】
本ガスクロマトグラフカラムは、少なくとも２つの蓋層と少なくとも１つのチャネル層とを備えるべきである。１つの例では、本ガスクロマトグラフカラムは２つより多い蓋層と１つより多いチャネル層とを備え、すべての蓋層およびチャネル層を通して一体化キャピラリーが形成される。別の例では、本ガスクロマトグラフカラムは３つの蓋層と２つのチャネル層とを備え、すべての蓋層およびチャネル層を通して一体化キャピラリーが形成される。
【００２０】
本ガスクロマトグラフカラムでは任意の適切なコンパクト材料を使用することができる。例えば、コンパクト材料は、金属、ポリマー、セラミック、シリコン、石英、ガラスおよびこれらの組み合わせであり得る。好ましくは、コンパクト材料は非多孔性材料である。蓋層およびチャネル層のコンパクト材料は同じであっても異なるものであってもよい。
【００２１】
蓋層およびチャネル層は任意の適切なサイズまたは形状とすることができる。１つの例では、蓋層は約１〜約１００ｃｍ２の範囲の面積をもつ。別の例では、チャネル層は約１〜約１００ｃｍ２の範囲の面積をもつ。蓋層およびチャネル層の面積は同じであっても異なってもよい。さらに別の例では、蓋層およびチャネル層は約０．１〜約５ｍｍの範囲の厚さとすることができる。
【００２２】
チャネル層上の微細加工チャネルは任意の適切なサイズまたは形状とすることができる。１つの例では、微細加工チャネルは約１〜約１，０００ミクロンの範囲の幅とすることができる。別の例では、微細加工チャネルは約３〜約５００ミクロンの範囲の深さとすることができる。
【００２３】
微細加工チャネルは任意の適切な方法によってチャネル層上に形成することができる。１つの例では、微細加工チャネルは、ＨＦ、ＨＮＯ３およびＣＨ３ＣＯＯＨの混合物を用いるウェットエッチング法によって形成される。別の例では、微細加工チャネルはドライエッチング法、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって形成される。
【００２４】
形成された一体化キャピラリーは任意の適切なサイズまたは形状とすることができる。１つの例では、一体化キャピラリーは全長が少なくとも４メートルである。別の例では、一体化キャピラリーは、台形、方形、円形、半円形、扇形またはこれらの組み合わせの断面をもつ。一体化キャピラリーの断面は約５〜約２５０，０００平方ミクロンの範囲の面積とすることができる。一体化キャピラリーはその長さ方向に断面積が同じであっても異なってもよい。一体化キャピラリーは蛇状または渦巻状パターンとすることができる。
【００２５】
一体化キャピラリーの壁は固定相の薄膜でコートすることができる。固定相は任意の適切な方法によって塗布することができる。例えば、固定相は堆積法（例えばＬｅｈｍａｎｎら、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ  Ｓｅｎｓｏｒ  ‘９７，１５１−１５３参照）、ダイナミックライニング法（例えばＳｃｈｏｍｂｕｒｇおよびＨｕｓｍａｎｎ、Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｉａ，８：５１７−５３０（１９７５）参照）またはスタティックライニング法（例えばＪａｎａｋら、Ｊ．Ｈｉｇｈ  Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ  ＆  Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，８：８４３−８４７（１９８５）参照）によって塗布することができる。固定相は層を互いに接着させる前に塗布しても接着後に塗布してもよい。
【００２６】
チャネル層の穴および蓋層の穴は任意の適切なサイズまたは形状とすることができる。例えば、チャネル層の穴および蓋層の穴は正方形または円形の形状とすることができる。チャネル層の穴および蓋層の穴は任意の適切な方法によって形成することができる。例えば、チャネル層の穴および蓋層の穴はレーザ切除（例えば、Ｄｉｒｋら、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，１５０：１８５−１８９（１９９９）参照）、微細機械加工（例えばＤｉｅｐｏｌｄおよびＯｂｅｒｍｅｉｅｒ、Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ  Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，２１１−２１６（１９９６）参照）またはエッチング（例えばＴｅｒｒｙら、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅｓ，ＥＤ−２６（Ｎｏ．１２）：１８８０−１８８６（１９７９）参照）によって形成することができる。
【００２７】
蓋層およびチャネル層は任意の適切な方法によって互いに接着させることができる。例えば、これらの層は陽極接合（例えばＴｈｏｍａｓら、Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ，８６：１０３−１０７（２０００）参照）、超音波溶接（例えばｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｏｐｓ−ｍａｔｅ．ｃｏｍ／ｕｗｍ＿ｉｎｔｒｏ．ｈｔｍ参照）、熱接合（例えばＰａｕｌｕｓら、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ＳＰＩＥ  Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，３５１５：９４−１０３（１９９８）参照）または膠付け（例えばＲｏｂｅｒｔｓら、Ａｎａｌｙｔｉｃ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，６９：２０３５−２０４２（１９９７）参照）によって互いに接着させることができる。
【００２８】
本ガスクロマトグラフカラムは任意の適切な追加の構成要素を備えることができる。例えば、本ガスクロマトグラフカラムはさらに一体化キャピラリーの外表面にヒーターワイヤを配置して、ガスクロマトグラフの動作中に一体化キャピラリー内の固定相材料を電気加熱することができる。
【００２９】
別の局面では、本発明はガスクロマトグラフシステムであって、ａ）キャリアガス中にサンプルガスを含む移動相を導入するガス注入器と、ｂ）ガスクロマトグラフに適した固定相を備え、サンプルガス中の分析物を分離するために、ガス注入器からの移動相を受け取るように機械的に接続された上述のガスクロマトグラフカラムと、ｃ）サンプルガスの分離した分析物を電子手段で分析するためにカラムに機械的に接続された検出器とを備えた、ガスクロマトグラフシステムを提供する。
【００３０】
さらに別の局面では、本発明はガスクロマトグラフカラムであって、少なくとも２つの蓋層と少なくとも２つのチャネル層とを備え、これらの層のそれぞれがガスクロマトグラフに適したコンパクト材料を含み、チャネル層はその面に微細加工チャネルを備え、微細加工チャネルおよび蓋層の面は少なくとも２つのキャピラリーを形成し、これら少なくとも２つのキャピラリーはチャネル層および／または蓋層の穴を通して互いに接続されて一体化キャピラリーを形成し、一体化キャピラリーは、入口および出口として働く２つの最外部の蓋層の穴を介して両端部で外部雰囲気と通じている、ガスクロマトグラフカラムを提供する。
【００３１】
好ましくは、チャネル層のうちの少なくとも一層は片方の面に微細加工チャネルを備え、同じチャネル層の他方の面は別のチャネル層の微細加工チャネルに直接面してキャピラリーを形成する。また好ましくは、チャネル層のうちの少なくとも一層は両面に微細加工チャネルを備え、これら微細加工チャネルと蓋層の面とが少なくとも２つのキャピラリーを形成する。
【００３２】
本ガスクロマトグラフカラムは任意の適切なガスクロマトグラフシステムにおいて使用することができる。例えば米国特許第５，５８３，２８１号および第６，０６８，７８０号参照。移動相は気相でなければならない。また固定相は固体キャリアに吸着された液体かまたは固体のいずれかである。液体の固定相を用いるときは、分析される混合物は固定相の液体と別個の液状移動相との間で分割または分配されるため、プロセスは分配クロマトグラフィと呼ばれる。固定相が固体のときは、プロセスは吸着クロマトグラフィとして知られる。分離される混合物の分子は、分子の移動度、温度および関連する結合力に応じた速度で移動相と固定相との間を何度も通過する。各種類の分子が移動相内で過ごす時間によって、搬送速度の相違が生じ、そして物質の分離が得られる。
【００３３】
吸着剤の例としてはシリカゲルおよびアルミナがあり、これらは多くの場合、最適流量に対して直径０．０５〜０．２ｍｍ（０．００２〜０．０８インチ）の間の粒子へと粉砕される。適切な吸着剤を選択し、粉末に液体を含浸させると、非常に異なる特性をもつ固定相を得ることができて、多くの異なる混合物を分離することができる。
【００３４】
ガスクロマトグラフィは、ガス−液体クロマトグラフィ（ＧＬＣ）およびこれより一般的ではないガス−固体（ＧＳＣ）法を含む。固定相は固体支持体上の液体であり得る。移動相は不活性ガス、通常は窒素、水素、ヘリウムまたはアルゴンであり得、加熱されたカラムに通される。サンプル混合物をカラムに注入し直ちに蒸発させることができる。その構成物質は分離してキャリアガスと共に異なる速度で流れる。検出器をカラムの終端部に配置し、検出器は、一連の検出器最大値をもつガスクロマトグラムの形で信号を記録器に出力する。各ピークがサンプルガス中の特定の物質を表している。
【００３５】
（Ｃ．ガスクロマトグラフを用いて分析物を分析する方法）
さらに別の局面では、本発明はサンプル中の分析物を分析する方法であって、ａ）上述のガスクロマトグラフシステムを提供することと、ｂ）サンプルを気相へと蒸発させることと、ｃ）キャリアガス中のサンプルガスをガスクロマトグラフシステムに注入することと、ｄ）ガスクロマトグラフシステム内でサンプル中の分析物の分離および検出を行ってサンプル中に分析物が存在しているか否かまたはその量を評価することとを包含する方法を提供する。
【００３６】
本方法は任意の適切な分析物を分析するのに使用することができる。例えば、４００℃より低い温度で分解せずに蒸発させることができる任意の分析物を本方法によって分析することができる。本方法は、分子もしくはその集合体または複合体を分析するために使用することができる。分子は無機分子、有機分子およびそれらの複合体であり得る。有機分子の例としては、炭化水素または炭化水素をバックボーンとして持つ任意の分子がある。１つの特定の実施形態では、本発方法は化合物、化合物の代謝産物およびこれらの複合体を分析するために使用することができる。
【００３７】
本方法は任意の適切なサンプルを分析するために用いることができる。例えば、本方法は、哺乳動物のサンプル、例えばウシ、ヤギ、ヒツジ、ウマ、ウサギ、モルモット、マウス、ヒト、ネコ、サル、イヌまたはブタのサンプルを分析するために用いることができる。別の例では、本方法は臨床サンプルを分析するために用いることができる。臨床サンプルの例としては、血清、血漿、全血、痰、脳脊髄液、羊水、尿、胃腸内容物、髪、唾液、汗、歯肉スクレーピング屑および生検からの組織がある。好ましくは、臨床サンプルはヒトの臨床サンプルである。また好ましくは、本方法は体液サンプルを分析するために用いることができる。さらに好ましくは、本方法は、大気、水、土、薬物または爆発性サンプルを分析するために用いることができる。所望であればまたは必要であれば、サンプルはガスクロマトグラフィ分析を行う前に前処理を行うことができる。
【００３８】
本方法では任意の適切なキャリアを使用することができる。好ましくは、キャリアガスは不活性ガス、例えば窒素、水素、ヘリウムおよびアルゴンである。
【００３９】
サンプルを任意の適切な方法によって蒸発させることができる。例えば、サンプルをキャリアガス中で蒸発させることができる。もしくは、サンプルをキャリア無しで蒸発させ、次にガスクロマトグラフシステムに注入する前または注入中に混合することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
（Ｄ．例示的実施形態）
この特定の実施形態の目的は、広く使用されている従来の溶解シリカキャピラリーカラムと同じ位長い微細加工ガスクロマトグラフカラムを実現することである。この特定の実施形態の別の目的は、従来の微細加工ガスクロマトグラフカラムよりさらにコンパクトな構造を実現することである。
【００４１】
簡単に述べれば、本実施形態の微細加工ガスクロマトグラフカラムは、２つより多い層を互いに接着させるによって製造される。層のいくつかをエッチングすることによってマイクロチャネルを形成し、次にこれらマイクロチャネルを他のいくつかの層によって覆って一体化キャピラリーを形成する。各層は少なくとも１つの機能、すなわち、チャネルを形成することか、またはチャネルを覆って一体化キャピラリーを形成すること、もしくはこれら両方の機能をもつ。異なる層内の互いに隣り合った２つのキャピラリーの端部を接続するために、２つのキャピラリーの間の層に貫通穴を形成する。従って、すべてのキャピラリーが互いに接続されて全体として長いキャピラリーを形成する。この全体として長いキャピラリーは、上層および底層の貫通穴によって両端部で個別に大気に通じており、これらの穴がキャリアガスのための入口または出口として機能する。すべての層を互いに接着させて全体として長いキャピラリーを形成すると、クロロホルムに溶解したＳＥ−３０などの、有機溶剤中にある種の固定相が溶解した溶液を注入して、全体として長いキャピラリーを満たす。次にクロロホルムをゆっくりと蒸発させて固定相を付着物として残す。固定相でコートする別の方法としては、層を互いに接着させる前に、形成される予定のキャピラリーの壁に固定相を堆積させる。
【００４２】
この特定の実施形態の利点は、カラムのキャピラリーを２つ以上の層へと配置して、従来の微細加工ガスクロマトグラフカラムよりさらにコンパクトな構造を提供することである。この特定の実施形態の別の利点は、層数の拡張が比較的容易であることである。
【００４３】
図１Ａおよび１Ｂは本実施形態の分解組立図である。この実施形態は３つの層（１、２および３）を備え、これらの層の材料はガラス、シリコン、石英、金属または任意の他のコンパクト材料であり得る。中間層（２）の両面でのエッチング、例えばＫＯＨまたはＨＦ−ＨＮＯ３の加熱水溶液を用いて、もしくはＤＲＩＥ（ディープ反応性イオンエッチング）などのドライエッチング法によって、２つのチャネル（５および８）を形成する。他の２つの層は、一体化キャピラリーを形成するためにチャネルを覆う蓋として機能する。層を互いに接着する方法は膠付け、超音波溶接、陽極接合または任意の他の実行可能な方法であり得る。中間層（２）には貫通穴（７）が、例えばドリリングまたはレーザ切除によって形成され、これらのチャネル（５および８）を端部同士で接続し全体として長いキャピラリーを形成する。全体として長いキャピラリーの長さは４〜５０メートルの範囲である。同じ方法で他に２つの穴を上層および下層（１および３）に別個に形成して、全体として長いキャピラリーを外部に接続する。
【００４４】
図２は図１Ａおよび１Ｂに示した中間層（２）の斜視図である。この視角からだと中間層（２）の一方の表面のチャネル（８）と中間層（２）の貫通穴（７）とをより明瞭に見ることができる。チャネルの幅は１〜５００ミクロンの範囲であり、深さは３〜５００ミクロンの範囲である。キャピラリーの配置パターンは蛇状に限らない。渦巻状またはいかなる他のパターンであってもよい。各層の厚さは０．２〜５ミリメートルの範囲であり、各層の面積は１〜１０，０００平方センチメートルの範囲である。面積が大きいほど長いキャピラリーを配置することができる。
【００４５】
図３は、本実施形態による３層から５層への拡張を示す図である。この拡張によって、全体として長いキャピラリーの長さは２倍になる。
【００４６】
キャピラリーの壁をコートするためには、従来のスタティックまたはダイナミックライニング法を用いることができる。従来のスタティックライニング法とは、キャピラリーを固定相の溶液、例えばクロロホルムに溶解したＳＥ−３０で満たして、次に溶剤を蒸発させて固定相を付着物として残すものである。従来のダイナミックライニング法とは、固定相の溶液を圧力で押してキャピラリー内に通し、少量の固定相を付着物として残すものである。キャピラリーの壁をコートするための新しい方法としては、層を互いに接着させる前にチャネルの壁および蓋層表面の対応する領域に固定相を堆積させるものがある。
【実施例】
【００４７】
（Ｅ．実施例）
（１．薬物試験）
ヒトの尿から抽出した物質をサンプルとしてガスクロマトグラフシステムに注入することができる。尿サンプルの成分は上述のようにカラムクロマトグラフィによって分離され、次に検出器によって検出されてユーザに報告される。尿サンプルの提供者が何らかの薬物を摂取している場合は、その薬物の代謝産物がサンプル中に検出され得る。
【００４８】
（２．農薬試験）
野菜を粉砕して粉砕片から抽出した物質をサンプルとしてガスクロマトグラフシステムに注入することができる。分析結果に従って、その野菜が農薬を含有しているかどうかを評価することができる。
【００４９】
上記の実施例は例示のために示されるのであって本発明の範囲を制限するためのものではない。上述の実施例に対して多くの変形例が可能である。上述の実施例に対する改変および変形は当業者には明らかであろう。従って、本発明は添付の請求項の範囲によってのみ制限されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１Ａおよび１Ｂは、微細加工ガスクロマトグラフカラムの一例の分解組立図である。
【図２】図２は、図１Ａおよび１Ｂに示した微細加工ガスクロマトグラフカラムの例の中間層（２）の斜視図である。
【図３】図３は、微細加工ガスクロマトグラフカラムの一例における３層から５層への拡張を示す。
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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