(57)【要約】  溶媒圧縮率の効果を補償する毛細管ブリッジ粘度計の改良版が開示される。従来の毛細管ブリッジ粘度計設計に対する、新規の、しかし単純で安価な変更によって、当該粘度計のポンプパルス除去能力を１桁よりも大きく向上させることができる。これによってデータ品質が向上し、より安価なポンプの使用が可能となる。サンプルがパルス補償容量を流れることなくパルス補償容量が差圧トランスデューサに圧力を伝達するように、パルス補償容量が追加される。圧力補償容量によって、毛細管ブリッジ粘度計におけるポンプパルスの交絡効果の相殺が可能となる。
2018519529.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
毛細管ブリッジ粘度計であって、
Ａ）  溶媒を受けるためのブリッジを備え、前記ブリッジは、
ａ．  第１の対の直列接続された検出毛細管を含む第１のアームと、
ｂ．  第２の対の直列接続された検出毛細管を含む第２のアームとを含み、前記第２のアームは前記ブリッジの前記第１のアームと並列に接続されており、前記第２のアームはさらに、前記第２の対の直列接続された検出毛細管同士の間に直列接続された遅延容量を含み、前記ブリッジはさらに、
ｃ．  前記第１および第２のアームにわたって接続された第１の差圧トランスデューサを含み、前記第１のアームへの接続は、前記第１の直列接続された検出毛細管の各々同士の間の接合部にあり、前記第２のアームへの接続は、前記第２の直列接続された検出毛細管のうちの１つと前記遅延容量との間の接合部にあり、前記ブリッジはさらに、
ｄ．  前記第１のアーム内の前記第１の対の直列接続された検出毛細管の各々同士の間の点において接続された圧力補償容量を含み、前記毛細管ブリッジ粘度計はさらに、
Ｂ）  前記第１および第２の対の直列接続された流体配管アームと並列に接続された第２の差圧トランスデューサを備える、毛細管ブリッジ粘度計。
【請求項２】
前記圧力補償容量はある長さの配管を含む、請求項１に記載の毛細管ブリッジ粘度計。
【請求項３】
前記ある長さの配管はステンレス鋼製である、請求項２に記載の毛細管ブリッジ粘度計。
【請求項４】
前記ある長さの配管はＰＥＥＫ製である、請求項２に記載の毛細管ブリッジ粘度計。
【請求項５】
前記圧力補償容量は遅延カラムを含む、請求項１に記載の毛細管ブリッジ粘度計。
【請求項６】
前記圧力補償容量は、前記第１のアームの前記検出毛細管と前記第１の差圧トランスデューサとの間に直列接続されている、請求項１に記載の毛細管ブリッジ粘度計。
【請求項７】
前記圧力補償容量の一端は、前記第１のアームの前記検出毛細管同士の間の点においてＴ結合を介して接続されている、請求項１に記載の毛細管ブリッジ粘度計。
【請求項８】
弁をさらに備え、前記弁は、前記圧力補償容量に接続されることによって、前記容量を前記第１のアームを通過する流体によって流すことを可能にする、請求項７に記載の毛細管ブリッジ粘度計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景
ポンプパルスが比粘度の測定において果たす役割を理解するためには、図１に示すような単一毛細管粘度計をまず考えることが有益である。ポンプ１０１はリザーバ１０２から流体を引込んで検出毛細管１０３に流体を通す。差動トランスデューサ１０４が毛細管の両端の圧力を測定する。測定圧力は、流量およびサンプル粘度に比例している。まず溶媒を毛細管に流して圧力Ｐ0を測定し、その後にサンプルを注入する場合、比粘度は単純に
【０００２】
【数１】
2018519529.tif 000003
【０００３】
である。クロマトグラフィ分離の溶離の場合と同様に、サンプル組成が時間とともに変化する場合は、時間の関数としての比粘度は単純に
【０００４】
【数２】
2018519529.tif 000004
【０００５】
である。
【背景技術】
【０００６】
そのような流れシステムに起因する問題は、ポンプが完全に安定していない場合、サンプル粘度の変化と同一の圧力パルスが現われることである。従来の粘度計の出力は圧力に正比例しているため、そのような装置の感度は使用するポンプの品質によって制限される。高品質のクロマトグラフィ溶媒送達システムは一般に、圧力パルスが０．１％未満の溶媒を提供するので、比粘度測定能力はこのレベルに制限される。しかし、ViscoStar（登録商標）（ワイアット・テクノロジー・コーポレイション、カリフォルニア州サンタバーバラ）などの高品質粘度計は３桁小さい１Ｅ−６までの比粘度を常に測定可能であり、したがって、これらのような高品質粘度計からの向上した測定感度は、入手可能な最も優れたポンプを採用するクロマトグラフィシステムでさえも、当該システムからのポンプパルスのノイズで失われてしまう。
【０００７】
単一毛細管粘度計の出力の例として、図２に示すクロマトグラフィ溶離を考えてみる。２ｍｇのウシ血清アルブミン（ＢＳＡ）を、０．６６６７ｍｌ／分の流量でタンパク質カラム（ワイアット・テクノロジー、カリフォルニア州サンタバーバラ）上に注入した。溶媒はリン酸緩衝食塩水であった。ポンプはAgilent（登録商標）１１００シリーズのポンプ（アジレント・テクノロジーズ、カリフォルニア州サンタバーバラ）であった。検出器はカラムの後に位置決めされるので、ポンプパルスがさらに減衰される。当該粘度計と直線に並んで次にあるのは、結果として生じる溶離の示差屈折率２０１を測定するOptilab（登録商標）rEX濃度検出器（ワイアット・テクノロジー・コーポレイション、カリフォルニア州サンタバーバラ）であった。高品質のクロマトグラフィポンプを用いたという事実にも係わらず、粘度データ２０２において明白であるようにポンプパルスが性能を制限している。
【０００８】
ポンプパルスがサンプルピークを装うという問題を改善する１つの方法は、米国特許番号第４，４６３，５９８号において１９８２年にHaneyによって記載されているような毛細管ブリッジ粘度計を用いることである。毛細管ブリッジ粘度計は、４本の毛細管がブリッジ構成で接続されており下側ブリッジアームのうちの１本の内部に大きい流体リザーバがある、伝統的なホイートストンブリッジ電気回路の流体の類似物である。遅延容量によって、サンプルがブリッジに導入されるとブリッジが確実に不均衡になる。サンプルが遅延カラムから現われるまでデータを取ることができ、サンプルが遅延カラムから現われると、カラムが溶媒で再充填されるのを待ってから別のサンプルを注入しなければならない。不均衡な圧力は差圧トランスデューサ（ＤＰ）によって測定され、ブリッジの上から下までの圧力は別個のトランスデューサ（ＩＰ）によって測定される。これら２つの信号同士を組合せて、式
【０００９】
【数３】
2018519529.tif 000005
【００１０】
によって比粘度ηspを求めることができ、式中、ηsはサンプル粘度であり、η0は溶媒粘度である。流体をシステム内に駆動するポンプが完全に安定していない場合、システム圧力、および流量は周期的に変動する。ＤＰトランスデューサの両側が同じ圧力パルスを経験することによってトランスデューサの差動の性質が圧力パルスを相殺すると仮定される。ブリッジが純溶媒で充填されると、ＤＰ信号は常にゼロに等しいはずである。
【００１１】
一方、ＩＰトランスデューサはそのような相殺を経験しない。これは、図３に示すような、ブリッジと関連付けられたテブナン等価回路を考えてみると明らかである。このブリッジは、インピーダンスＲの２つの直列毛細管（ブリッジの右側）と並列のインピーダンスＲの２つの直列毛細管（ブリッジの左側）であるように見える。ＩＰトランスデューサによって見られるような結果として生じる回路は単純に、インピーダンスＲの単一毛細管である。したがって、ＩＰトランスデューサは事実上、単一毛細管粘度計として作用し、ポンプパルス増加のすべての問題を有する。
【００１２】
図４は、サイズ排除カラムによって分別されたウシ血清アルブミン（ＢＳＡ）のクロマトグラフィ溶離から取られた単一毛細管粘度計からのデータを表わす。ＤＰ信号４０１にはポンプパルスがほとんどないが、ＩＰ信号４０２はそうではない。図４に見られる大幅なポンプパルス減少に伴う主な問題は、見られる利点の大半がブリッジ相殺によるものではないことである。そうではなく、ポンプパルスが抑制されている理由は、ＤＰセンサが非常に遅い時定数（〜９秒）を有しており、ローパスフィルタとして作用しているので、高品質粘度計から期待される高分解能のメリットを提供していないためである。
【００１３】
システム内のセンサの時定数は単純な実験を行なうことによって求めることができる。図５は、０．５ｍｌ／分から１．０ｍｌ／分の適用流量の急激な変化に対する計器の反応を示す。ＩＰ信号５０１は予想通りに５．５ｐｓｉから１１ｐｓｉに急上昇し、約０．５秒の時定数で新たな値に平衡する。対照的に、ＤＰ信号５０２は初期摂動を有しており、９秒の時定数で新たな平衡値に平衡する。
【００１４】
低速センサから起こるローパスフィルタリングは、圧力振動が基本的なピークの特徴的な時間尺度よりもはるかに速い場合にパルスを取除くようにうまく機能する。図６に示す例では、Validyne圧力トランスデューサ（バリダイン・エンジニアリング、カリフォルニア州ノースリッジ）が装備された標準的なViscoStar（登録商標）ＩＩ粘度計（ワイアット・テクノロジー・コーポレイション、カリフォルニア州サンタバーバラ）を用いてサンプルピークを測定した。ピークは、粘度計に直接注入した２ｍｇ／ｍｌのＢＳＡの１００μｌで構成されていた。流量は０．６６６７ｍｌ／分であった。当該粘度計は、サンプル実行をわずか数分に短縮するように短い遅延カラムのみを用いて構成されていた。Validyneトランスデューサの時定数は約９秒であり、この流量におけるポンプパルスの基本周期は１．８５秒（周波数＝０．５４Ｈｚ）である。ピーク幅は３０秒である。ポンプパルスはセンサ時定数よりもはるかに速いため、ポンプパルスを抑制することは間違いなく効果的である。
【００１５】
低速センサの使用と高速センサの使用との性能差を考えみる。図７は、ＤＰ８６トランスデューサ（メジャメント・スペシャリティーズ、カリフォルニア州フリーモント）を用いて構成された同じシステムを用いて取られたデータを示す。測定値は、これらのトランスデューサの時定数はこのシステムにおいて約０．２秒であったことを示している。図７に見られるように、ポンプパルスは非常に明らかである。したがって、パルスは常に存在していたが、Validyneトランスデューサはその反応が遅いためにパルスを抑制していたと推論できる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
低速センサまたはローパスフィルタを用いることによってポンプパルスを抑制することに伴う問題は、サンプルピークも歪んでしまうことである。これを明確にするために、図７のデータを９秒の移動平均フィルタに掛けて低速トランスデューサの効果をシミュレートした。この結果を図８に示す。生信号８０１をフィルタリングしたデータ８０２と対比してみる。予想通り、フィルタリングしたデータにはポンプパルスがほとんどないが、基本的なピークが歪んでいる。これは、歪んだデータから導出されるいずれかの結果の精度に悪影響を及ぼす。さらに、クロマトグラフィ業界における最近の傾向はピーク分解能の向上に向けて努力し、実行時間を短縮することである。新世代のｕＰＬＣクロマトグラフィシステムのピークはわずか１０秒幅（またはそれ以下）である。ピークが狭くなるにつれて、測定信号は次第にさらに歪んでいく。明らかに、低速センサを用いてポンプパルスを抑制することはうまく釣り合いが取れない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】単一毛細管粘度計を示す図である。サンプルがポンプと粘度計との間に注入され、毛細管の両端の圧力降下が差圧トランスデューサで測定される。
【図２】示差屈折率と単一毛細管粘度計測定値との比較の図である。ポンプパルスによって圧力に高周波振動が生じている。
【図３】毛細管ブリッジのテブナン等価回路を示す図である。インピーダンスＲを有する単一毛細管と同様に、４つのインピーダンスがＩＰトランスデューサの方を向いている。
【図４】ＢＳＡ溶離からのＩＰおよびＤＰ信号について収集されたデータを示す図である。
【図５】０．５ｍｌ／分から１．０ｍｌ／分に変化する流量の結果を示す図である。ＩＰは０．５秒の時定数で新たな値に落ち着くのに対して、ＤＰ信号は初期摂動の後に９秒の時定数で新たな値に落ち着く。
【図６】短い遅延カラムが装備された標準的な粘度計によって測定された、シミュレートされたサンプルピークの図である。ポンプパルスの増加は明白ではない。
【図７】図６からのデータを生成するために用いられる構成と同じであるが、時定数が約０．２秒であるＤＰ８６トランスデューサを用いる構成からのデータを示す図である。ポンプパルスは非常に明らかである。
【図８】ポンプパルスを除去する際のローパスフィルタの効果を示す図である。ローパスフィルタリングはパルスを大幅に抑制するが、ピークの歪みを犠牲にする。
【図９】ＩＰＡおよびＤＰＡの定義をグラフで説明する図である。
【図１０】流量を０．５ｍｌ／分から０．６６６７ｍｌ／分に急に変化させた実験を示す図である。ＩＰ圧力は右軸上である。ＤＰ圧力は左軸上である。ＩＰは５．４ｐｓｉから７．２ｐｓｉに滑らかに変化する。ＤＰセンサはその最終圧力をオーバーシュートする。
【図１１】オーバーシュートイベント時の流量変化を示す図である。矢印は、ブリッジのさまざまな部分における流れの相対的な大きさを示す。
【図１２】流量ステップ時のＤＰトランスデューサの両側の絶対圧力を示す図である。ブリッジの左右両側は異なる速度で増加する。注：この図では、ＤＰ+およびＤＰ-が同じ最終値に達するようにブリッジが完全に均衡していると仮定している。不完全に均衡しているブリッジについては、全体的な結果は同じであるが最終値がわずかにオフセットしている。
【図１３】図１２に示す例の２つの信号同士の差を示す図である。
【図１４】上記の指数モデルの差に適合させた図１０の実験からの実際のオーバーシュートデータの図である。点がデータであり、重なり合っている線が適合である。
【図１５】４毛細管ブリッジ設計がパルス補償（ＰＣ）を含むようにする新規の変更を示す図である。
【図１６】０．０５０″のＩＤのステンレス鋼配管についてのＰＣ配管長さの関数として抑制比を示す図である。
【図１７】０．０３０″のＩＤのＰＥＥＫ配管についてのＰＣの長さの関数として抑制比を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
発明の詳細な説明
従来の粘度測定システムに対する新規の変更によって、従来の毛細管ブリッジ設計に固有の時定数不整合を補正することができる。可能な測定感度を旧来より制限しているポンプパルスを補償する付加的な容量がシステムに追加される。
【００１９】
低速トランスデューサまたはローパスフィルタリングに依拠してポンプパルスを抑制するよりも、そもそも何がブリッジのポンプパルス防止能力を制限しているのかを理解するほうがはるかに良い。ポンプパルス相殺の有効性を定量化するために、以下のメトリックを用いることにする。振幅抑制比は
【００２０】
【数４】
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【００２１】
と定義され、式中、ＩＰＡはＩＰトランスデューサが測定するポンプパルスの振幅であり、ＤＰＡはＤＰトランスデューサが測定するパルスの振幅である。
【００２２】
図９は、右軸上にプロットされたＩＰ９０１信号、および左軸上にプロットされたＤＰ信号９０２を示す。溶媒は、島津製作所のＬＣ−２０ＡＤ溶媒送達モジュール（株式会社島津製作所、京都）によってポンプ圧送され、０．６６６７ｍｌ／分で流れるＰＢＳであった。溶媒を１０フィートの０．００５″のＩＤのポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）配管に流した後に粘度計に流入させることによって、ポンプを安定化させた。これによって、ポンプに対して約１０００ｐｓｉの背圧が生じる。背圧とＰＥＥＫ配管の膨張との組合せは、単純なパルス緩衝装置として作用する。
【００２３】
抑制比をこのように定義すると、ブリッジがどれほど効果的にポンプパルスを抑制するかの定量的尺度が得られる。ブリッジが完全に働いている場合、抑制比は無限となる。図９に示す例では、ＩＰＡ＝６Ｅ−３ｐｓｉ  ９０３およびＤＰＡ＝８Ｅ−４ｐｓｉ  ９０４であるため、抑制比は７．５であり、つまり、ＤＰトランスデューサによって見られるようなポンプパルスはＩＰトランスデューサによって見られるようなポンプパルスよりも７．５小さい。
【００２４】
振幅抑制比はピーク間偏位を測定するが、抑制は周波数の関数であることは注目に値する。周波数依存抑制比は
【００２５】
【数５】
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【００２６】
と定義され、式中、ＩＰ（ω）およびＤＰ（ω）はそれぞれＩＰ（ｔ）およびＤＰ（ｔ）のフーリエ変換である。残りの説明では、抑制比ＳＲ（ω0）のみを考慮することにし、ω0は基本ポンプ周波数である。この定義を用いるメリットは、これは検出器および測定システムの固有ノイズに対する感度が低いことである。これは、基本的なブリッジのポンプパルス相殺能力の性能をより良く特徴付ける。
【００２７】
０．６６６７ｍｌ／分で実行されている、これらの実験で用いる島津製作所のポンプについて、基本周波数はω0＝０．５４Ｈｚである。図９のデータについては、ＳＲ（０．５４Ｈｚ）＝１７であり、つまり、このブリッジは、ポンプの基本周波数においてこの量だけポンプパルスを抑制している。ポンプ周波数における抑制比が振幅抑制比よりも高い理由は、高周波調波は基本周波数ほど大幅に抑制されないためである。残りの説明では、すべてのデータは０．６６７ｍｌ／分で取られたものであり、ＳＲはＳＲ（ω0）を指すものとする。
【００２８】
ブリッジ設計の１つの重要な特徴は、遅延カラムが、内部容量は大きいが、フローインピーダンスはほとんどゼロに等しいように設計されることである。これは、直径の大きいビードでカラムを充填することによって達成される。隙間が大きいため、フローインピーダンスは非常に低い。たとえば、ViscoStar粘度計（ワイアット・テクノロジー・コーポレイション、カリフォルニア州サンタバーバラ）は直径が０．４ｍｍのＺｒＳｉＯ２ビードを用いる。サンプル流体にアクセス可能なオープンスペースは８．１ｍｌである。これを、ＩＤが０．２５ｍｍで長さが６６０ｍｍであり、内部容量が３３μｌの個々の毛細管と比較することができる。遅延容量の両端の圧力降下は、測定毛細管の両端の圧力降下の１％未満である。ブリッジは、純溶媒が流れているときにＤＰトランスデューサの両端の圧力降下がほぼゼロに調整されるように設置されたカラムを用いて均衡している。カラムの両端の圧力降下の比粘度の計算に対する影響は無視できる程度であるが、以下に論じるように、遅延容量は、ブリッジのポンプパルス相殺能力を制限するのに予期せぬ役割を果たす。
【００２９】
カラムが分析において無視される場合、ブリッジは本質的に対称である。ＤＰトランスデューサの両側は等しくポンプパルスを見るはずである。ＤＰは差動センサであるので、ポンプパルスなどのいずれの共通モード信号も相殺され、抑制比は逸脱するはずである。実際の抑制比は約１７である。したがって、なぜポンプパルスはより良く相殺されないのかという質問をする必要がある。
【００３０】
当然のことながら、ブリッジの左側の遅延カラムの存在によって対称性が破れる。本開示の主な目標の１つは、これがどのようにデータに影響を与えるか、およびそれをどのように補正できるかを理解することである。ブリッジの左右対称性を破るとポンプパルス相殺が損なわれるいくつかの可能性のあるメカニズムを想定することができる。この質問の解決に役立つ以下の観察を考えてみる。
【００３１】
第１は、ポンプパルスはＩＰトランスデューサによって見られる信号と正の相関関係にあることである。ＩＰ信号が高ければ、ＤＰ信号も高い。しかし、ブリッジが真に対称である場合は、ＤＰ＋側とＤＰ−側を区別するものはない。ブリッジの実現はどのようなものであっても正の相関関係にあるときもあり、負の相関関係にあるときもあると予想されるが、そうではなく、それらは常に正の相関関係にある。ＤＰトランスデューサを逆にする（＋側ポートと−側ポートとを切替える）と、効果は逆になる。これは、遅延カラムと反対の側がＩＰと相関関係にあることを意味する。異なる販売業者のトランスデューサを用いても、効果は持続し、効果はどういうわけかトランスデューサの内部で生成されていないことを示す。
【００３２】
次の観察は、より小さい遅延カラムを入れると、抑制比が増加することである。遅延容量を小さくすることによってシステムはより対称になるため、これは意外なことではない。遅延容量が取除かれる限界において、抑制比は１桁よりも大きく上昇する。しかし、遅延容量は比粘度を測定するために用いられるシステムに必要であるため、これは学問的関心事項である。
【００３３】
最後の観察は、流量を急に変化させた場合に何が起こるかを考えることである。図１０は、流量を０．５ｍｌ／分から０．６６６７ｍｌ／分に急に変化させた場合のベースラインの変化を示す。ＩＰトランスデューサ信号１００１は約５．４ｐｓｉから７．２ｐｓｉに滑らかに増加する。この変化の時間尺度は、ポンプが流量をどれほど急速に変化させることができたかと、トランスデューサの時定数との組合せによるものと思われる。より興味深いのは、ＤＰ信号１００２に何が起こるかである。ベースラインは０．０５１ｐｓｉから０．０６０ｐｓｉに変化する。４ブリッジ毛細管が完全に釣り合っている場合、ベースラインはすべての流量についてゼロとなる。この場合のように、このシステムがやや不均衡である場合、ベースラインの変化は適用流量に比例する。しかし、重要な点は、信号が新たなベースラインをオーバーシュートすることである。これがブリッジ内の流れに対して有する影響を考えてみる。
【００３４】
図１１は、ＤＰトランスデューサ１１０１の両側の圧力変化の単純なモデルを表わす。流量を段階的に増やすにつれて、ＤＰトランスデューサ１１０１の両側の絶対圧力は増加するはずである。負側の圧力をＤＰ-（ｔ）１１０２と表わし、正側の圧力をＤＰ+（ｔ）１１０３と表わすことにする。オーバーシュートイベント時、ＤＰ（ｔ）＝ＤＰ+（ｔ）−ＤＰ-（ｔ）はその最終平衡値よりも大きいことが分かっている。したがって、トランスデューサの正側１１０３の圧力は負側１１０２の圧力よりも高い。したがって、影響は、左上の毛細管１１０４上の圧力差、およびしたがって流量が右上の毛細管１１０５上よりも高いことである。これは、図１１において白抜きの矢印の厚みによって示されている。同様に、遅延容量１１０７の後の左下の毛細管１１０６の中の流れは、右下の毛細管１１０８の中の流れよりも低い。概略的に、ブリッジの両側の圧力は図１２においてＤＰ+（ｔ）１２０１およびＤＰ-（ｔ）１２０２のトレースによって示されている。図１２に示す２つの信号同士の差は図１３に示すオーバーシュートを有する。
【００３５】
図１０に示すデータは、不完全なブリッジ均衡を表わすオフセットを含むモデルに適合させることができる。この結果を図１４に示す。オーバーシュート１４０１の時間尺度は約３秒であり、振幅１４０２は０．００４ｐｓｉである。測定した圧力データにはモデルへの適合が重ね合わせられており、
【００３６】
【数６】
2018519529.tif 000008
【００３７】
であり、式中ａ，ｂ，ｃ1，ｃ2およびｄは調整可能なパラメータである。
このモデルは、左上の毛細管内の流量が左下の毛細管内の流量よりも高いと仮定している。２本の毛細管同士は直列であるため、これは矛盾であるように見える。しかし、モデルへの適合はこれが真であることを示唆している。
【００３８】
オーバーシュートイベント時に流体が遅延容量内に蓄積すると仮定すれば、これは矛盾ではない。これが起こり得る可能性のあるシナリオは２つある。第１のシナリオは、遅延カラム内部の容量が圧力増加に応答して変化している場合である。第２のシナリオは、流体が圧力変化に応答して圧縮している場合である。これら２つの仮説の相対的な重要性を評価するために、図１４に示すオーバーシュートのサイズを見ることによって、どれほどの流体が蓄積されるかを推定することができる。蓄積流体の容量はおよそΔｖ＝ＱｔΔｐ／ｐであり、式中、Ｑは毛細管の中の容量流量（〜０．２５ｍｌ／分）であり、ｔは時間（〜３秒）であり、Δｐはオーバーシュートの振幅（〜０．００４ｐｓｉ）であり、ｐは局部圧力（〜２．５ｐｓｉ）である。これらをすべて合計することによって、大まかな推定Δｖ≒２０ｎＬが得られる。
【００３９】
遅延カラムの容量変化は、加圧シリンダの膨張についての周知の式
【００４０】
【数７】
2018519529.tif 000009
【００４１】
によって求めることができ、式中、Δｖは容量の変化であり、Δｐは圧力の変化であり、ｄは管の内径であり、Ｔは壁の厚みであり、Ｅはヤング率であり、νはポアソン比である。遅延容量内の配管について評価した場合、結果はΔｖ＝６ｎＬであり、これは予想される効果よりも小さい。
【００４２】
同様に、溶媒がどれほど圧縮するかを評価することができる。水の圧縮率は４．６×１０-10Ｐａ-1と非常に低い。遅延カラムの内部容量は約８．１ｍＬであり、圧力変化は約０．８５ｐｓｉ（＝６ｋＰａ）であるので、結果として生じる容量変化は約ΔＶ〜２０ｎＬであり、これは予想される効果の大きさと一致している。結論として、オーバーシュートは、圧力変化がＤＰトランスデューサの両側で平衡するための時定数の不整合に起因する。この時定数不整合の原因は、溶媒圧縮率と配管膨張との組合せである。
【００４３】
幸いにも、この時定数不整合は、毛細管ブリッジ設計の変更で補正することができる。付加的なパルス補償容量１５０１が新規に追加された毛細管ブリッジ粘度計システム内の本発明の実施形態を表わす、図１５に示すブリッジを考えてみる。これは、遅延カラム内の流体の圧縮率を均衡させることを意図している大容量の流体である。
【００４４】
パルス補償（ＰＣ）容量１５０１は、測定毛細管と直列に配置すると粘度測定に影響を及ぼすため、測定毛細管と直列に配置することができない。ＰＣ容量１５０１を、ＤＰ＋１５０２と、Ｒ２とＲ４とを接続するＴ結合１５０３との間に配置することによって、サンプルはＰＣ容量１５０１をまったく通過しなくなる。ＰＣ容量１５０１は単に圧力をセンサに伝達する。ＰＣ内の容量は、遅延カラム１５０４からの容量に一致するまで調整可能である。弁Ｖ２およびＶ３が起動されると（ＤＰパージ）、ＰＣ容量１５０１はＤＰトランスデューサの内部とともに流される。ＰＣをトランスデューサと直列に配置する必要はなく、ＰＣをＲ２とＲ４との間の別個のＴ接続上に配置することができるが、この位置では、ＰＣ容量１５０１を流して、気泡および閉じ込められた流体を取除くために追加の弁が必要となる。ＰＣは、左アーム内の遅延カラムのような遅延カラムの形態を取ることもできるが、サンプルはＰＣを決して流れないため、長い毛細管でも良好に働く。実際、長い毛細管配管を用いる方が安価で小型である。
【００４５】
図１６は、ＰＣ容量として用いられる０．０５０″のＩＤの毛細管配管の長さを変える効果を示す。毛細管の長さが増加するにつれて、抑制比は最大約２３フィートに達するまで成長し、その時点でＰＣの容量は８．４ｍＬである。ブリッジの左下側の遅延カラムの総内部容量は２２．５ｍＬであるが、それらは球状ビードの充填粉末で満たされている。流体がアクセス可能なスペースはビードがどれほど堅く充填されているかに依存するが、最適なランダムの最密球体は６４％を充填し、３６％を流体のために開けたままにしておく。したがって、遅延カラム内の全容量は約２２．５ｍＬ＊０．３６＝８．１ｍＬである。これは下限を表わす。ビードが完全に充填されていない場合、実際の容量はやや高くなり得る。したがって、ピーク抑制比が起こるのは、ＰＣ容量が遅延容量内のオープンスペースと一致しているときである。ピーク抑制比は標準的なブリッジよりも約２桁高く、ポンプパルスからの寄生ノイズは本質的に取除かれる。これが本発明の主な目標である。この改良設計によってシステム感度が増大し、同時に、より安価なポンプの使用が可能となる。
【００４６】
前項で提示したデータは、パルス補償配管が溶媒の圧縮率を均衡させ、さらに、程度は低くなるが、遅延容量配管の容量膨張を均衡させることを強く主張している。この仮定をテストする別の方法は、圧縮率が異なる溶媒に切替えることによって、システムが均衡し続けるか否かを確認することである。上記の主張が示唆するように、主な効果が溶媒圧縮率によるものであり、遅延容量および毛細管の膨張によるものでなければ、溶媒を変更してもシステムは均衡を保ち続けることになる。そのために、溶媒を水からトルエンに切替え、抑制比を再測定した。データは同じ流量（０．６６６７ｍｌ／分）で取ったが、異なるポンプシステムを用いた。ポンプによって設定される基本パルス周波数は０．３８４Ｈｚであった。そうであっても、ポンプ周波数においてその抑制比は６４８であり、これは水中で測定されるその値に近い。これは、ＰＣ容量が溶媒圧縮率を補償しており、配管の膨張が小さい役割を果たしているという考えを支持している。また、これは、溶媒毎にシステムを再調整しなくてもよいことを意味する。
【００４７】
配管膨張がポンプパルスの増加においてそもそも役割を果たしているのか否かを調べるために、ＰＣ容量にＰＥＥＫ毛細管配管を用いて一連の実験を行なった。ＰＥＥＫは、ステンレス鋼よりもヤング率がはるかに低いため、同等のステンレス鋼配管よりもはるかに膨張する。当該配管の膨張は、溶媒圧縮率からの役割に加えて役割を果たすと予想される。したがって、システムを均衡させるためにはＰＣ内の容量を小さくする必要があると予測される。図１７は、抑制比の測定の結果を水溶液中の配管長さの関数として示す。曲線のピークは、長さ１７フィートの０．０３０″のＩＤのＰＥＥＫ配管に対応する。内部容量は、ステンレス鋼毛細管を用いる場合に必要であった８．４ｍＬと比較して２．４ｍＬである。より柔軟な配管を用いる場合に予想される通り、溶媒圧縮率ははるかに低い容量で均衡する。
【００４８】
４毛細管ブリッジ粘度計は、オンラインクロマトグラフィ検出器として長年用いられてきた。しかし、多くの研究者が、ポンプパルスからの増加および他の寄生ノイズ源に起因する感度の制限に悩んできた。これまで、ポンプパルスを除去するブリッジ設計の基本的な見込みは部分的にしか実現されていない。ブリッジ設計に対するこの革新的で安価な改良によって、安価なポンプを用いる場合でも低濃度、低粘度サンプルに対する感度を高めることができ、高品質データを達成し続けることができる。
【００４９】
粘度測定、高分子キャラクタリゼーション、およびクロマトグラフィの当業者にとって明白であるように、実践のために列挙した基本的な要素から逸脱しない本発明の方法および装置の多くの明らかな変形例が存在するが、そのような変形例はすべて上に記載した発明の明らかな実現であり、添付の本発明の請求項を参照することにより包含されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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