(57)【要約】高い混合圧力で運転し、かつ複数の加圧溶剤貯蔵器、例えば各が組み合わせられた溶剤を実質的に一定の圧力に維持しているポンプを有する高処理能力高性能クロマトグラフィーシステムである。複数の流量制御弁が貯蔵器の下流又は上流に連結され、それぞれのカラム内への溶剤の流量を制御する。貯蔵器の数は、溶剤の数に等しい。従って、このシステムは、所要のポンプ数を減らし、これにより費用及び空間を節約する。更に、このシステムはサンプル処理能力を大きくし、方法の開発を加速し、更に有機廃棄物を最小にする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高い混合圧力において作動する高処理能力高性能のクロマトグラフィーシステムであって、
組み合わせられた溶剤を実質的に一定の圧力に維持している少なくも１個の加圧溶剤貯蔵器てあり、その数が溶剤の数と等しい前記貯蔵器、
前記貯蔵器の下流に連結された複数の流量制御弁、及び
前記貯蔵器の下流に連結された少なくも１個のカラムであり、前記弁がそれぞれのカラム内への溶剤の流量を制御している前記カラム
を備えたシステム。
【請求項２】
吸光度を測定するためのｓ字状のサンプル検知セルを更に備える請求項１によるシステム。
【請求項３】
前記溶媒貯蔵器が、ポンプ及びアキュムレーターピストンの一方を備える請求項１によるシステム。
【請求項４】
各流量制御弁が、弁及び流量計を備える請求項１によるシステム。
【請求項５】
各流量制御弁が、パルス幅変調を使用して制御される高圧電磁石及び希望の流量範囲を計量するための流量計を備える請求項１によるシステム。
【請求項６】
各カラムと組み合わせられた流量制御弁の数が溶剤の数と等しい請求項１によるシステム。
【請求項７】
各流量制御弁が、実質的に一定の溶剤流量を維持する請求項１によるシステム。
【請求項８】
少なくも２個の前記流量制御弁からの溶剤出力を混合するために各カラムと組み合わせられた混合装置を更に備える請求項１によるシステム。
【請求項９】
システムが、液体、ガス、流体、マイクロボア、毛管、プレパラティブ、及び電気式のクロマトグラフィーシステムの一つである請求項１によるシステム。
【請求項１０】
各カラムについての傾斜が、独立して特定し得る請求項１によるシステム。
【請求項１１】
複数のカラムが、各流量制御弁の下流で連結され、前記流量制御弁がそれぞれのカラム内への溶剤の流量を制御している請求項１によるシステム。
【請求項１２】
複数のカラムが、各流量制御弁の上流で連結され、前記流量制御弁がそれぞれのカラムからの溶剤の流量を制御している請求項１によるシステム。
【請求項１３】
複数のカラムが、各流量制御弁の上流及び下流の一方で連結され、前記流量制御弁がそれぞれのカラムからの溶剤の流量を制御している請求項１によるシステム。
【請求項１４】
各レーンと組み合わせられた流量制御弁の数が、組み合わせられたカラムにおける傾斜を形成するために混合すべき種々の溶剤の最大数に等しい請求項１によるシステム。
【請求項１５】
加圧溶剤貯蔵器と流量制御弁との間で各レーンに配置された溶剤選択弁を備えている請求項１によるシステム。
【請求項１６】
吸光度を測定するためのｓ字状のサンプル検知セル
を備えた検知システム。
【請求項１７】
検知セルを支持するための取付け用ブロックを更に備える請求項１６による検知システム。
【請求項１８】
取付け用ブロックの反対側に配置された光ファイバーを更に備える請求項１７による検知システム。
【請求項１９】
高処理能力高性能クロマトグラフィーシステムを使用するための方法であって、
少なくも１種の溶剤を実質的に一定の圧力に維持し、更に
流量制御弁を使用してそれぞれのカラム内への溶剤の流量を制御する
諸段階を含む方法。
【請求項２０】
各カラムについて特定された傾斜を受け入れることを更に含む請求項１９による方法。
【請求項２１】
各カラムについての傾斜を独立して調整する段階を更に含む請求項２０による方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［発明の分野］
本発明は、クロマトグラフィーシステム、特に高処理能力解析クロマトグラフィーシステム及びこれをサンプル処理能力を増加させるように運転する方法及び方法の開発に関する。
【０００２】
［従来技術の説明］
分離科学は、大多数の科学者に便利な万能的技術である。クロマトグラフィーによる分離は、希望の製品を生む反応物の量を決定するため、不純物及び溶解物のプロフィルを監視するため、及び薬品の劣化過程を調査するための手段を提供する。クロマトグラフィー分離は、約１時間までの解析時間を要する比較的長くかつ退屈な処理であることが欠点である。通常のクロマトグラフィー分離に伴う別の問題は、方法開発時間である。最適の分離を達成するための多くのカラム、材料及び装置のスクリーニングは労働集約的である。
【０００３】
これまで、通常の解析ＨＰＬＣ分離装置は、体積流量の溶剤傾斜を管理するための流量計測ポンプよりなる。傾斜を作るために、低圧混合又は高圧混合のいずれかが使用される。名前が示すように、低圧混合及び高圧混合は、それぞれ、ポンプより前方又は後方における傾斜の形成を指す。システムの容量を大きくするには、数個のカラムを平行運転できる装置を建設することが望ましい。例えば、８個のカラムの平行処理のためには、通常の検知器が８個必要であり、かつ傾斜の形成方法に応じて、低圧混合及び高圧混合に対して８個又は１６個のポンプが必要である。この建設に必要なポンプ及び検知器の数の増加は、費用を大きくし、かつ相当大きい空間を占めるであろう。
【０００４】
従って、より費用効果があり、建設空間が小さく、かつオペレーターによる使用に便利で容易な平行処理式のクロマトグラフィー分離システムを開発することが望まれる。結果として、方法開発時間が減少するため、時間当たりサンプル処理数が増加するであろう。
【０００５】
［発明の概要］
本発明の目的に対して、総称的用語「高処理能力高性能クロマトグラフィー（ＨＴ−ＨＰＣ）」は、高処理能力高性能の液体、ガス、毛管、マイクロボア、プレパラティブ（ｐｒｅｐａｒａｔｉｖｅ）、電気、及び超限界流式のクロマトグラフィーシステムを含むとして定義される。
【０００６】
本発明は、通常の逐次式システム及び技術に組み合わせられた上述の問題及び欠点を解決するＨＴ−ＨＰＣシステム及び方法に向けられる。
【０００７】
本発明は、流量制御弁を介してカラムアレイ内への流量の独立制御を提供するＨＴ−ＨＰＣシステムに向けられる。流量制御弁は、共通の加圧溶剤貯蔵器からの多くの分離を同時に行うための、即ち平行処理するための通常の手段である。弁のため、高圧混合モードのカラムのマニホルドで解析することができる。高圧混合モードは、傾斜滞留時間が短く、かつ続いてより迅速な平衡及び解析時間を許し有利である。
【０００８】
本発明により、ＨＴ−ＨＰＣシステム及び技術は、その平行構成のため、解析及び方法開発時間をより少ししか必要とせず、より効率的である。従って、本発明によるシステム及び方法は、通常のシステムを使用して１個のサンプルを処理するに要する時間と同じ時間で多くのサンプルを処理できるため、より短時間で結果を得ることができる。
【０００９】
本発明のＨＴ−ＨＰＣシステムの別の利点は、比較的短い傾斜滞留時間のための高圧混合のデザインである。
【００１０】
本発明は、複数の加圧溶剤貯蔵器、例えば、組み合わせられた溶剤を実質的に一定の圧力に維持しているポンプを有し、高混合圧力で運転する高処理能力高性能クロマトグラフィーシステムに向けられる。各カラム内への溶剤の流量を制御するために、複数の流量制御弁が加圧溶剤貯蔵器の下流に連結される。加圧溶剤貯蔵器の数は、溶剤の数と等しい。従って、システムは、加圧溶剤貯蔵器の所要数を減らし、これにより費用及び空間を節約する。更に、システムは、サンプル処理量を大きくし、方法開発を加速し、更に有機廃棄物を最小にする。別の実施例においては、１個のカラムと組み合わせられた各弁の代わりに、アレイを形成するように複数のカラムが各弁の下流に連結され、これにより、或る特定のレーンに組み合わせられた弁が、そのレーンに組み合わせられたカラム内への溶剤の流量を制御する。これは、装置の分離平衡についての別の特徴を加え、これにより方法開発及びサンプル処理量に対して非常に融通性のある装置を提供する。追加の大きさは、希望のようにシステムに追加し得ることができる。
【００１１】
本発明による別の実施例は、サンプルの吸光度の測定のためのｓ字状サンプル検知セルを提供する。セルは、２個のティーを介して流れに連結された管の部分を備える。光ファイバーは、セルに光を送り、そして送られた光をセルから検知器に向ける。全ての平行処理されたチャンネルについて１個の検知器を使用することができ、これにより費用を少なくしかつ空間を節約する。
【００１２】
更に別の実施例は、上述の高処理能力高性能クロマトグラフィーシステムを使用する方法を明らかにする。１種又はそれ以上の溶剤が、組み合わせられた加圧溶剤貯蔵器を使用して実質的に一定圧力に維持される。それぞれのカラム内への溶剤の流量は、各加圧溶剤貯蔵器の下流に連結された流量制御弁を使用して制御される。各カラムの傾斜は、独立的に調整することができる。
【００１３】
［発明の詳細な記述］
本発明の以上及びその他の特徴は、本発明の図解実施例の以下の詳細な説明及び図面からより容易に明らかとなるであろう。図面においては、全図を通して同様な番号は同様な要素を指す。
【００１４】
図１ａは、各カラムへの流入流量を調整するためにポンプではなくて流量制御弁を使用した本発明による高処理能力高性能クロマトグラフィー（ＨＴ−ＨＰＣ）システム１００の例である。ＨＴ−ＨＰＣシステム１００は、２個の加圧溶剤貯蔵器１０５、１１０を備え、これらは、それぞれ溶剤Ａ及びＢを実質的に一定の圧力でマニホルドを経て８個全てのカラム１１５に給送する。加圧溶剤貯蔵器１０５、１１０は、注入ポンプ又は往復ポンプのような高圧を作り得る適宜の通常のポンプとすることができる。或いは、アキュムレーターピストンのような実質的に一定の圧力の溶剤源を提供し得る適宜の装置を使うことができる。本発明は、８個のカラム及び２種の溶剤ＡとＢとを有するクロマトグラフィー装置に関して説明されるが、適宜の希望数のカラム及び／又は溶剤を有する装置を使用することは本発明の意図された範囲内である。
【００１５】
各カラムに関する構成は同じであるので、第１のカラム１１５と組み合わせられた配列のみが、詳細に説明されるであろう。加圧溶剤貯蔵器１０５、１１０は、配管１４２、１４２’によりカラム１１５に連結される。本発明によるＨＴ−ＨＰＣシステムは、カラム内への溶剤の流量がポンプにより調整される通常のＨＴ−ＨＰＣとは異なり、カラム１１５内への溶剤Ａ及びＢの流量を調整するために、それぞれ、自動流量制御弁１２０、１２０’を使用する。好ましい実施例においては、計量弁は、Ｂｒｏｏｋｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，Ｉｎｃ．製造のＱＵＡＮＴＩＭ質量流量計のような毎分１ミリリットル以下の流量を制御し得る計量弁が使用される。流量制御弁１２０、１２０’は、次の３種の基本的な構成要素、即ち、流量計、弁、及び弁を作動させるためのソフトウエア／ハードウエアを備える。通常の流量計は、タービン式、温度式、圧力式、及び質量式の計器である。一体化された流量計と弁とは、流量制御弁として市場において入手可能である。この一体化された流量制御弁は、比較的高価である。或いは、パルス幅変調を使って制御される低費用の高圧電磁石、ソフトウエア及び希望の流量範囲を測定し得る流量計を使うことができる。通常ＨＴ−ＨＰＣシステムにおけるように、ポンプの代わりに弁を使用することは、幾つかの点で便利である。ポンプを使ったときは非現実的であった実質的に一様でかつパルスなしの流量を、弁の使用により実現することができる。弁は実質的に一定の流量源を作るため、浪費の少ない状態で、流量についての正確でかつ洗練された制御が可能である。更に、流量制御に弁を使用することにより、１個又は複数個の共通の加圧溶剤貯蔵器からの溶剤の流れを分割させ、そして各レーンについて使用者定義の傾斜を作るように、独立して一緒に混合させることができる。
【００１６】
高圧混合ティー又は傾斜混合室１２５は、自動流量計量弁１２０、１２０’からの出力に接続され、そして２種の溶剤Ａ及びＢを、これらがカラム１１５に入るより前に一緒に混合する。サンプルをカラム１１５内に導くために、インジェクター１３０が混合ティー１２５とカラム１１５との間に配置される。カラム１１５の下流に、各カラムからの吸光度データを検知するために、サンプル検知セル１３５、例えば紫外線検出器がある。
【００１７】
図１ａに示された８チャンネル平行処理式のＨＴ−ＨＰＣ装置は、図１ｂに示されるような８×８アレイのＨＰＣカラムに変更することができる。８×８アレイは、溶剤Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ用の４個の加圧溶剤貯蔵器１０５、１１０、１４０、１４５を持つ。各レーンに溶剤選択弁１５０が配置される。このアレイは、より多くのカラムを同じランで解析し得るという用途の大きな万能性を提供する。図１ｂには８×８アレイが示されるが、Ｍ及びＮが１より大きいとしてＭ×Ｎアレイを構成することは、本発明の意図された範囲内である。各レーンに僅か２個の流量制御弁１２０、１２０’が提供されるだけであるため、各カラム内への傾斜は最大で２種の異なった溶剤を含むことができる。４種又はそれ以下の溶剤の混合物である傾斜を作るために、各レーンに４個の流量制御弁を使用することができる。或いは、図１ｃに示されるように、流量計及び圧力仕様の数を最小にするために、流れの中の２個の異なった位置に流量計１２７及び流量制御弁１２０を置くことができる。
【００１８】
本発明による分離システムは、図１ａ、１ｂ、及び１ｃにおいては、２種以上の溶剤が傾斜を形成する傾斜溶出のためのものが示されたが、実質的に一定組成の１種の溶剤を使用するアイソクラティック溶出用のＨＴ−ＨＰＣシステムを使用することは本発明の意図された範囲内である。図１ｄは、アイソクラティック溶出を使用する８チャンネル高処理能力高性能クロマトグラフィーシステム６００の例である。実質的に一定組成の単一溶剤が使用されるため、各レーンに対してただ１個の加圧溶剤貯蔵器１０５及び１個の計量弁１２０が必要であるだけである。
【００１９】
図１ａ，１ｂ、１ｃ、及び１ｄの各カラム内への溶剤の流量は、流量制御弁により制御される。前述のように、流量制御弁は３個の基本的構成要素、即ち、流量計、弁、及び弁を作動させるためのソフトウエア／ハードウエアを備える。通常の流量計は、タービン式、温度式、圧力式、及び質量式の流量計である。図２は、圧力式流量計、段階的に駆動される弁及びコンピューターを有する流量制御弁の例である。図２に示された構成は、単一チャンネル装置である。この構成は、図１ａ−１ｄのカラムアレイのアレイ１１５と組み合わせることができる。同じ流量制御弁構成が、アレイ内の８個のカラムの各について使用される。加圧溶剤貯蔵器１０５、１１０からの溶剤は、それぞれ配管１４２、１４２’を通ってカラム１１５に流れる。第１の対の圧力変換器１４０、１４５及び１４０’、１４５’が、それぞれ管路１４２、１４２’に沿って配置される。圧力変換器の各対は、管路の所定長さの両端におけるそれぞれの圧力差を測定する。体積流量Ｑは、次のハーゲン・ポアズイユの式を使って圧力低下の測定値から誘導することができる。
【００２０】
Ｑ＝ΔＰ（ｄｃ）４π／１２８Ｌη
ここに、
Ｌ  ：配管の所定長さ
ΔＰ：配管の所定長さに沿って測定された圧力差又は圧力低下
ｄｃ：配管の直径
η  ：溶剤の粘度
である。
【００２１】
圧力差ΔＰと流量Ｑとは直接関係するので。流量Ｑは、提案されたＦＭＳを使って間接的に測定することができる。従って、２個の圧力変換器を使って配管の或る長さにわたる圧力差ΔＰを監視することにより、ＦＭＳがカラム内に入る溶剤の流量を間接的に測定又は計算する。流量制御弁１２０、１２０’は、溶剤Ａ、Ｂの圧力差、従って流量Ｑを制御するために、モーター１２０、１２０’により調整される。上述のように、閉ループシステムは、希望の流量の終局の制御ができるであろう。
【００２２】
使用者は、アレイの各カラムについて、希望の傾斜組成、例えば、６０：４０
Ａ：Ｂをコンピューター１６０において入力する。コンピューターはアナログ信号を作り、これを電子回路１５５、１５５’に送り、これが、コンピューターにおいて使用者が入力した希望の傾斜組成が圧力変換器により測定された圧力差に基づく溶剤の流量に適合するように、モーター１５２、１５２’を制御する。特定の溶剤についての圧力差ΔＰが高すぎ、従って流量Ｑが大き過ぎる場合は、ステップモーターが始動して、目標圧力差ΔＰに達するまで組み合わせられた弁を閉じるであろう。
【００２３】
流量制御計量弁において適宜の通常の流量計及び弁を使用することは本発明の意図された範囲内である。
【００２４】
本発明の平行処理クロマトグラフィーシステムは、使用者が各カラムについて傾斜を独立して特定できることが有利である。そこで、使用者は１回の実験について種々の傾斜を定めることができ、次いで  続く実験において全ての傾斜を同じにすることにより、サンプル処理に対してシステムを再構成することができる。或いは、１回の実験中に異なった静止相を各カラムにおいて試験することができ、この場合も、方法開発時間を短縮することができる。本発明による平行処理はサイクル時間を減らすために有効な方法である。現在の方法は１カ月までかかることがあり得るが、本発明は、この時間を１／１０に減らす能力を持つ。
【００２５】
通常の検知システムと比較してより長い経路長を有するサンプル検知セル１３５を開発することも望ましい。より長い経路長は、検知限度をより小さくすることができる。図３は、図１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの光ファイバー式サンプル検知セル１３５の等角図である。サンプル検知セル１３５は、２個のティー継手３１５の間に配置された取付け用ブロック３０５内に支持される。光ファイバー３１０がサンプル検知セル１３５に光を送りかつこれから光を集める。サンプル検知セルのｓ字状の構成が、通常の検知セルよりより長い流路長を提供しかつより小さな空間しか必要としない。
【００２６】
図４は、図１ａの８個のカラムアレイに対する検知システム例を示す。水銀灯のような光源４０５からの光は、波長及び帯域幅の選択を許すために、単色フィルター４１０を通過させられる。濾波された光は光ファイバーの束を通過して、全てのサンプル検知セル１３５を照らす。ｃｃｄ又はホトダイオードアレイのような共通の検知器４２０が８個のカラム全部からの吸光度データを集め、そして８個のクロマトグラムを作る。
【００２７】
ここに提案されたシステムの便益は、傾斜を形成するために、８個に分離するために伝統的に要求されたように、高圧混合に対して１６個のポンプを使用し、或いは低圧混合に対して８個のポンプを使用する代わりに、２個の加圧溶剤貯蔵器の使用により傾斜を形成し得ることである。このデザインは、８個の装置を組み合わせることにより金額を節約してこれにより費用と空間とを節約するだけでなく、８個のクロマトグラムを一度に作ることにより方法開発及びサンプル作製の時間を速くすることもできる。前述のように、これは、サンプル作製及び方法開発の時間を少なくも１／１０に減らすことが期待できる。
【００２８】
纏めれば、本発明により提案されたＨＴ−ＨＰＣは、サンプル処理能力を大きくし、方法開発を加速し、更に有機廃棄物を最小にする。本発明によるＨＴ−ＨＰＣ平行処理は、移動相の最適化、ｐＨ最適化、カラムスクリーニング、サンプル処理能力、及びプレパラティブクロマトグラフィーに対しても適している。
【００２９】
従って、本発明の基本的な新規な特徴がその好ましい実施例に適用されたとして図示され説明され指摘されたが、図示された装置の形式及び詳細における、及びその作動における種々の省略、代置、及び変更は、本技術熟練者により、本発明の精神及び範囲から離れることなく、なし得ることが理解されたであろう。例えば、これら構成要素及び／又は実質的に同じ機能を実質的に同じ方法で同じ結果を達成するように遂行する段階の全ての組合せが本発明の範囲内であることは明確に意図される。一つの説明された構成要素を別の部材で置き換えることも完全に意図され是認される。図面は必ずしも縮尺により描かれたものでなく、実際は単に抽象的のものであることも理解すべきである。従って、特許請求の範囲によって示されたように限定されるだけであることが趣旨である。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】
傾斜溶出を使用した８チャンネルの本発明による高処理能力高性能クロマトグラフィーシステムの例を示す。
【図１ｂ】
本発明による８×８の高処理能力高性能クロマトグラフィーアレイの例である。
【図１ｃ】
本発明による８×８の高処理能力高性能クロマトグラフィーアレイの別の例である。
【図１ｄ】
本発明による８チャンネルの高処理能力高性能クロマトグラフィーアレイのアイソクラティック溶出用の建設の例である。
【図２】
図１ａ−１ｄの流量計測システムの例である。
【図３】
本発明によるサンプル検知用流量セルの例の等角図である。
【図４】
検知システムの例である。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図１ｄ】
2004523744.tif 000006
【図２】
2004523744.tif 000007
【図３】
2004523744.tif 000008
【図４】
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【国際公開パンフレット】
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2004523744.tif 000011
2004523744.tif 000012
2004523744.tif 000013
2004523744.tif 000014
2004523744.tif 000015
2004523744.tif 000016
2004523744.tif 000017
2004523744.tif 000018
2004523744.tif 000019
2004523744.tif 000020
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