(57)【要約】  流体空間12および気体空間16を有し、これらの空間は半透性分離層20によって分離されており、流体空間12は液体試料用の供給ライン14を有し、気体空間16は、ガスクロマトグラフと接続することができる出口18を有する、ガスクロマトグラフ用の液体試料を調製するための装置10が開示されている。流体空間12は加熱要素34と関連付けられている。半透性分離層20と加熱要素34との間の相互作用により、少量であっても液体試料の調製が可能になる。
2020530573.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスクロマトグラフ用の液体試料を調製するための装置であって、流体空間(12)および気体空間(16、54、104)を有し、前記流体空間(12)および前記気体空間(16、54、104)は半透性の分離層(20、32、38、46、58、94、108)によって分離されており、前記流体空間(12)は前記液体試料のための供給ライン(14)を含み、前記気体空間(16、54、104)は、前記ガスクロマトグラフ(76)と接続することができる出口(18)を有し、前記流体空間(12)および/または前記気体空間(16、54、104)は、少なくとも1つの加熱要素(34、35、56、106)と関連付けられている、装置。
【請求項２】
前記分離層(20、32、38、46、58、94、108)は少なくとも一方の側(22、48)から選択的に透過性であることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
【請求項３】
前記分離層(20、32、38、46、58、94、108)は0.05から5μmの間のサイズを有する孔(24)を有することを特徴とする、請求項1または2に記載の装置。
【請求項４】
前記分離層(20、32、38、46、58、94、108)は膜であることを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記膜は以下の材料、すなわち、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエステル、ポリスルホン、セルロース誘導体、ポリアミド、ポリアクリレート、またはポリプロピレンのうちの1つからなることを特徴とする、請求項4に記載の装置。
【請求項６】
前記膜は引き延ばされていることを特徴とする、請求項4または5に記載の装置。
【請求項７】
前記分離層(20、32、38、46、58、94、108)は少なくとも2つの層(40、42)を含むことを特徴とする、請求項1から6のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記分離層(20、32、38、46、58、94、108)は、疎水性である少なくとも1つの層(40)を含むことを特徴とする、請求項1から7のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記分離層(20、32、38、46、58、94、108)は10〜300μmの厚さを有することを特徴とする、請求項1から8のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記気体空間(54)は前記液体空間(12)より大きいことを特徴とする、請求項1から9のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記気体空間(54)において循環を生成するポンプ装置(100)を特徴とする、請求項1から10のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体試料用の供給ラインを有する流体空間、およびガスクロマトグラフと接続することができる出口を有する気体空間を含む、ガスクロマトグラフ用の液体試料を調製するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、ガスクロマトグラフにおいて、溶媒残留物または他の有機成分を求めて検査されようとしている液体試料が分析される。液体試料はインジェクタ内へ直接注入され、ここで急速に蒸発する。試料、またはその一部は、次いでガスクロマトグラフィー分離のために分離カラムに供給される。試料のさまざまな成分は、中を流れながら分離され、続いて検出器に送られて、ここで分析することができる電気信号に変換される。しかしながら、頻繁に、試料は、インジェクタ、分離カラム、または検出器を損傷する、またはこれらを誤動作させる可能性があるために直接注入することができない成分を含むことがある。この場合、ヘッドスペースエバポレータとしても知られている別の容器において、より大量の試料を抽出し蒸発させる。これは、分析されようとしている試料、または「分析物」の成分が液体を離れて気相において濃縮され得るように、封止および加熱されるガラスである。これは一般に、分析物の沸点の範囲、またはこれより上で起こる。気相において平衡に達した場合、試料がそこから抽出されてガスクロマトグラフ内へ注入される。試料の妨害成分は一般に、液体(または「キャリア液」)に残る。ヘッドスペースエバポレータにおいて試料を調製するには、通常、1〜10mlの試料量が要求されるが、ガスクロマトグラフ内への直接注入には約1〜10μlの試料量で十分である。
【０００３】
特許文献１は、膜による連続的な流体抽出および分析のための方法および装置に関する。この目的のため、2つの流体チャンバが半透性構造によって分離されている。抽出されるべき物質を含む流体は一方のチャンバを流れ、抽出用流体は他方を流れる。この物質は、ガスクロマトグラフに供給されるべき気体であってもよい。好ましい膜は疎水性であり、シリコーンまたはポリプロピレンからなる。チャンバは、隣接する直方体として、または同心円筒として形成することができる。
【０００４】
特許文献２は、特に薄いシリコーンフィルムで被覆されたポリマーから異方性膜を製造する方法を記載している。さまざまな有機溶媒および気体をこれらの複合膜で分離することができる。たとえば、これらは、第2のより小さな流体チャンバから分離するために第1の流体チャンバを有する装置において用いることができる。流体混合物が、焼結多孔質金属板によって支持されている複合膜によって通され、このプロセスにおいて、混合物からの流体の1つが膜を貫通して分離され得る。
【０００５】
特許文献３は、液体から気体を分離するための装置を開示している。この装置は、供給部および排出部を備えた細長い円筒状スリーブからなるリザーバチューブを含む。チューブの内壁には、一本の線として形成することができるコイルが設けられている。リザーバチューブ内には、ふるい状の開口を備えた分離チューブが配置されている。液体中に存在する気体が通過して吸引され得る疎水性フィルムが、これらの開口部の上を覆っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第5,492,838号明細書
【特許文献２】米国特許第4,590,098号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第26 04 003号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の1つの目的は、より小さな試料量を扱うことができるガスクロマトグラフ用の液体試料を調製するための装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、ガスクロマトグラフ用の液体試料を調製するための装置において、流体空間および気体空間を提供し、これらの空間は半透性分離層によって分離されており、流体空間は液体試料用の供給ラインを有し、気体空間は、ガスクロマトグラフと接続することができる出口を有し、流体空間および/または気体空間は、少なくとも1つの加熱要素と関連付けられていることによって達成される。
【０００９】
本発明の1つの利点は、液体、特にキャリア液による半透性分離層の貫通が防止、または少なくとも低減される一方、加熱要素によって生成することができる、たとえば溶媒の蒸気は、半透性分離層を容易に通過することができるということである。このため、ヘッドスペース分析に約10〜30μlという小さな試料量が要求されるのみであるので、放射性医薬品のような貴重で希少な試料でも経済的な方法で分析することができる。分離層により、たとえば水溶液からの放射性物質が気相に移動するのを回避することが可能になる。このように、それらは液体中に残り、ガスクロマトグラフには入らない。これにより、ガスクロマトグラフおよびその環境の汚染が防止される。加えて、加熱要素により、低い周囲温度でも分析物が半透性分離層を通過することが可能になり、したがって、短時間で、任意の加熱相を実行し、安定平衡に達することが可能になる。結果として、水溶液の場合において形成される水蒸気が少なくなり、したがってガスクロマトグラフの構成要素、たとえば半導体構造が水蒸気によって損傷を受ける危険性が最小化される。調製された試料は、気体空間の出口を介してガスクロマトグラフに直接渡すことができ、したがって従来の方法において別の容器から試料を抽出するときに起こる可能性のある試料のいかなる汚染も防止される。1つまたは複数の加熱要素は、流体空間および/または気体空間と関連付けられている。1つまたは複数の加熱要素が流体空間と関連付けられていれば、液体試料を加熱することができ、したがって気相における安定平衡にさらに迅速に達するように試料の蒸発を加速させる。加えて、またはあるいは、気体空間がそこに配置された少なくとも1つの加熱要素によって加熱されれば、気体分析物を輸送するキャリアとして役立つその中に含まれる気体は、液体試料からより大量の気体を吸収することが可能になり、したがってより大量の調製された試料をガスクロマトグラフに渡すことが可能になる。特に、液体試料を調製するためのこの装置は、マイクロガスクロマトグラフに接続することもできる一方、先行技術のヘッドスペースエバポレータとマイクロガスクロマトグラフとの組み合わせは、ヘッドスペースエバポレータのサイズおよびエネルギー要件を考えると有利ではないであろう。
【００１０】
好ましい実施形態において、分離層は少なくとも一方の側から選択的に透過性であり、したがってこれをそれぞれの試料に適合させることが可能になる。これにより、キャリア液からの分析物の特に効果的な分離が提供される。分離層の選択的透過性は、好ましくは適切な材料の選択によって、またはコーティングによって提供することができる。
【００１１】
好ましくは、分離層は0.05から5μmの間のサイズの孔を有する。これにより、液体試料中の分析物をキャリア液から特に効果的に分離することが可能になる。
【００１２】
有利には、分離層は膜である。このような分離層は特に薄いが安定しており、したがって装置の全体サイズを最小化することが可能になる。
【００１３】
好ましい実施形態において、膜は以下の材料、すなわち、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエステル、ポリスルホン、セルロース誘導体、ポリアミド、ポリアクリレート、またはポリプロピレンのうちの1つからなる。これらの材料は、良好な耐化学性を有し、容易に滅菌され、好ましくは疎水性であり、したがって可能な限りほとんど水蒸気を通過させない。
【００１４】
有利には、膜は引き延ばされている。このような膜は、特に高い機械的強度を有する。より好ましくは、膜は引き延ばされたPTFEからなり、したがって膜に良好な疎水性および耐化学特性を追加で提供する。
【００１５】
好ましくは、分離層は少なくとも2つの層を含み、これらもそれぞれ膜として形成することができる。これにより、分離層の機械的強度を高めることが可能になる。少なくとも2つの層はそれぞれ、たとえば孔のサイズまたは材料の点で異なって実施することができる。これにより、さまざまな物質について透過性を左右することが可能になる。
【００１６】
有利には、分離層は、疎水性である少なくとも1つの層を含む。これにより、特にキャリア液として水が用いられるとき、水による分離層の透過が防止または低減される。これにより、水が気体空間に入り、そこからガスクロマトグラフに達して損傷を与えることを防止することができる。
【００１７】
好ましくは、分離層は10〜300μm、より好ましくは100〜150μmの厚さを有する。このような分離層の厚さにより、分析物が迅速に通過することが可能になる一方、それでも装置の製造および動作に十分な安定性を有する。
【００１８】
有利には、気体空間は液体空間より大きい。これにより、より少量の、キャリア液に特に溶けやすい試料および分析物でも十分な分析物濃度が得られ、そのため、希少で高価な試料でも効率的に分析することができる。さらに、これにより装置の合計サイズを最小化することが可能になる。
【００１９】
好ましくは、装置は、気体空間において循環を生成するポンプ装置を有する。これにより、分析物を含む気体の容量を気体空間において定義することが可能になる。加熱要素の効果、すなわち安定平衡により迅速に達し、および/または液体試料からより多量の気体を吸収することができるということを、ポンプ装置によってさらに増強することができる。
【００２０】
好ましい例示的な実施形態を参照することによって、本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第1の例示的な実施形態によるガスクロマトグラフ用の液体試料を調製するための装置を示す図である。
【図２】第2の例示的な実施形態によるガスクロマトグラフ用の液体試料を調製するための装置を示す図である。
【図３】第3の例示的な実施形態によるガスクロマトグラフ用の液体試料を調製するための装置を示す図である。
【図４】第4の例示的な実施形態によるガスクロマトグラフ用の液体試料を調製するための装置を示す図である。
【図５】第5の例示的な実施形態によるガスクロマトグラフ用の液体試料を調製するための装置を示す図である。
【図５ａ】図5からの分離層の構造を示す図である。
【図５ｂ】一代替実施形態における分離層の構造を示す図である。
【図６】第6の例示的な実施形態によるガスクロマトグラフ用の液体試料を調製するための装置を示す図である。
【図７】第7の例示的な実施形態によるガスクロマトグラフ用の液体試料を調製するための装置を示す図である。
【図８】試料を分析するためのシステムにおける第1の例示的な実施形態による装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図1は、第1の例示的な実施形態によるガスクロマトグラフ用の液体試料を調製するための装置10を示している。装置10は、液体試料用の供給ライン14を備えた流体空間12と、出口18を備えた気体空間16と、を含む。出口18は、ガスクロマトグラフ(図8参照)と接続することができ、したがって調製された試料をガスクロマトグラフに直接供給することが可能になる。流体空間12と気体空間16との間には半透性分離層20が配置されている。分離層20は、試料を液相と気相とに分離する。流体空間12内へ挿入された試料から、分析が意図された試料の成分の気体が、いくつかの場合においては溶媒とともに、安定平衡に達して飽和が生じるまで、分離層20を通過して気体空間16内へ入る。分離層20は、液体、特に分析のための試料の成分(「分析物」)が輸送されるキャリア流体が通過することを防止する。加熱要素(図示せず)を気体空間16および/または流体空間12に配置することができる。
【００２３】
分析物の例は、エタノール、アセトニトリル、アセトン、メタノール、および2-プロパノールの溶媒残留物を含む。一般的に、キャリア液は、水、生理食塩水、またはたとえばリン酸緩衝液または酢酸緩衝液のようなpH緩衝液、またはアスコルビン酸などの安定剤のような添加物を含む生理食塩水からなる。ガスクロマトグラフはキャリア液および添加物によって損傷を受ける可能性があるため、本明細書で提案するエバポレータは、それらがそこへ入ることを防止する。特に、キャリア液としての水中の食卓塩のような添加物により、特に極性溶媒中のキャリア液からの分析物の分離が容易になる。本発明は、たとえば、水溶液中に存在し得る放射性医薬品を用いる分析に特によく適している。分離層は、これらの溶液中の放射性物質が気体空間に入り、そこからガスクロマトグラフに達することを防止する。これにより、ガスクロマトグラフおよびその環境の汚染が防止される。
【００２４】
分離層に適した材料は、たとえば、ポリマーまたはセラミックを含む。分離層がポリマー膜として実施されれば、次の材料、すなわち、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエステル、ポリスルホン、セルロース誘導体、ポリアミド、ポリアクリレート、またはポリプロピレンが好まれる。特に、以下で議論するすべての実施形態において、引き延ばされたPTFEフィルムの膜を含む、またはこれからなる分離層が特に効果的であることが判明した。好ましくは、分離層は、少なくとも一方の側22から選択的に透過性である。これは、適切なポリマーを選択することによって達成することができる。分離層は、特に、放射性物質の気体空間内への通過を防止するのに適している。好ましくは、分離層は、少なくとも流体空間12に面する側22で疎水性であり、したがって液体がそこから分離層20を通過して気体空間内16へ入り、そこからガスクロマトグラフ内へ入ることをさらに効果的に防止する。ここに記載の実施形態において、分離層は孔24を有し、これらは好ましくは約0.05から約5μmの間の直径を有し得る。図1〜図6に示す例示的な実施形態において、分離層の厚さは好ましくは、良好な機械的強度を提供するため、約10から約300μmの間にある。孔サイズと膜厚との両方の製造関連の変動が可能である。
【００２５】
図1に示す分離層20は、たとえば、良好な疎水特性を備えたポリテトラフルオロエチレン膜である。あるいは、この例において、膜はポリフッ化ビニリデンからなり得る。図1に示す例において、孔24のサイズは約0.2μmであり、膜厚は約120μmである。しかしながら、いくつかの変形例において、孔サイズは約0.5μmであってもよく、厚さは150μmの範囲であってもよい。
【００２６】
図1に示す装置10は、アルミニウムからなるとともに流体空間12および気体空間16を含むハウジングを有する。アルミニウムハウジングは、特に良好な熱伝導を提供し、水性試料に対してほとんど不活性である。図2〜図6を参照して他の例示的な実施形態において説明する装置も好ましくはアルミニウムハウジングを有する。アルミニウムの代替として、たとえば、ステンレス鋼または鋼、真鍮、銅、ニッケル表面コーティングを施した青銅、スズ、亜鉛、ロジウム、クロム、プラチナ、または金をハウジングに用いることも可能である。
【００２７】
液体試料は、室温、すなわち約20℃またはわずかに上の温度で多かれ少なかれ蒸発することができる。代替実施形態において、図2を参照することによって以下で説明するように、液体試料は、気体空間16における分析物の濃縮を加速させるため、わずかに加熱することもできる。
【００２８】
図2は、第2の例示的な実施形態によるガスクロマトグラフ用の液体試料を調製するための装置30を示している。装置30は、第2の例示的な実施形態における分離層32がポリプロピレン膜であるという点で図1の装置10とは異なる。あるいは、膜は、ポリカーボネートを含む、たとえば、ポリエステルからなり得る。ここで説明する例において、孔24のサイズは約0.05μmであり、膜32の厚さは約30μmである。いくつかの変形例において、ポリエステル膜の孔サイズは約0.1μmであってもよく、厚さは約40μmであってもよい。
【００２９】
装置30は加えて、試料液を流体空間から排出、または流体空間12から発散することができるオーバーフロー26を有する。好ましくは濾過され、気体試料をガスクロマトグラフに輸送することができるキャリアガス用の入口28が、気体空間16に配置されている。
【００３０】
加えて、装置30の流体空間12は、図2に示す例示的な実施形態における加熱要素34と関連付けられている。加熱要素34は、流体空間12における液体試料を加熱し、したがって分析物の蒸発および分離層32を通るその通過を加速させ、気相における安定平衡に短期間で達することを可能にする。この目的のため、液体試料は加熱要素34によって約40〜45℃に加熱される。あるいは、液体試料は、より高い温度、たとえば、ジメチルスルホキシド(DMSO)およびジメチルホルムアミド(DMF)のような蒸発が困難な溶媒を検出しなければならない場合に必要となり得る、たとえば60から100℃の間の温度に加熱することもできる。液体試料を加熱することができる最高温度は一般に、分離層32の材料についての最大許容温度、および液体と気体とについての関係に依存する。
【００３１】
代替実施形態において、気体空間に追加の加熱要素を配置することができる。これは、たとえば、調製された試料のためのキャリアガスを加熱するために用いることができる。このように、キャリアガスは、分離層を通過する、より多量の気体試料を吸収してそれをガスクロマトグラフに送ることができ、したがってより多量の試料を分析に利用可能にする。より小さなコンパクトな装置のため、装置の熱伝導率のために流体空間も加熱されることになるため、加熱要素は気体空間にのみ配置することができる。
【００３２】
図3は、本発明の第3の実施形態による装置36を示している。装置36は、流体空間12と気体空間16との間に2つの層40、42を含む分離層38を含む。気体空間16および/または流体空間12に加熱要素(図示せず)を配置することもできる。二層分離層38は、セルロース誘導体、たとえば酢酸セルロースおよび/または硝酸セルロースおよび/または酢酸セルロースおよび硝酸セルロースからなる混合ポリマーの2つの層40、42からなり、同じ厚さの一層分離層より大きな圧縮強度を有する。分離層38は、1枚の二層40、42膜として形成されても、または2枚の膜から形成されてもよく、この1枚の膜、またはこれら2枚の膜の少なくとも1枚は、追加で引き延ばすことができる。第1の層40における孔24のサイズは1.2の範囲、第2の層42においては約1.0μmである。このように、キャリア液を出るいくつかの物質は、第1の層40を通過できることになるが、より小さな孔サイズのために第2の層42を通過することができないので、分離層38の透過性が左右される。ここで層の厚さは約50μmである。いくつかの変形例において、約60μmであってもよい。2つの層は同じ厚さでも異なる厚さでもよい。代替実施形態において、分離層38の層40、42はまた、同じ材料または異なるポリマー分類の材料からなり得る。PTFE、PVDF、PA、ポリスルホン、ポリアクリレート、またはポリプロピレンのような他の材料も、分離層の1つまたは複数の層に用いることができる。たとえば、第1の層40は、孔サイズが0.5μmの引き延ばされたPTFEからなる膜であってもよい。第2の層42は、PTFE膜が積層されるポリプロピレン層であってもよい。二層分離層の厚さは約120μmであり得る。あるいは、分離層はまた、2より多くの層、たとえば3、4、または5層からなり得る。これらはそれぞれ同じ材料または異なる材料からなり得る。好ましくは、代替実施形態において、分離層の少なくとも1つの層40、42、より好ましくは流体空間により近くに面する層40が疎水性であり、そのため、水性キャリア液の場合において可能な限り水蒸気が気体空間内へほとんど入らないようになる。
【００３３】
図4は、本発明の第4の例示的な実施形態による装置44を示している。流体空間12と気体空間16との間に配置された分離層46は、ポリアミド、たとえばナイロンからなる膜である。いくつかの変形例において、膜はまた、ポリスルホン、たとえばポリエーテルスルホンからなり得る。流体空間12に面する分離層46の側48の表面は、分離層46をこの側48から選択的に透過性にするコーティング50を有する。これの目的は、特定の物質のみが分離層46の孔24を通過して気体空間16内へ入ることを可能にすることである。このように、装置44は、複数の蒸発物質を含む液体試料を調製するために用いることができ、したがって液体試料から特定の物質の標的濾過が可能になる。選択的コーティング50は、たとえば、シリコーン、ポリウレタン、シリカゲル、アルミナ、モレキュラーシーブ(ゼオライト)、ゾルゲル、または活性炭からなり得る。たとえば、選択的コーティング50は、膜の材料より疎水性があり得る。代替実施形態において、選択的コーティングは親水性であってもよい。このようなコーティングは、たとえば疎水性膜における材料欠陥のため、膜を通過した望ましくない水残留物を吸収することができる。ガスクロマトグラフにおける調製した試料の分析に続いて、水は、たとえば加熱することによって膜コーティングから除去、および排出することができる。図4の装置44は、気体空間16に配置された加熱要素35を含む。コンパクトな設計のため、ここに示す加熱要素35は気体空間16を加熱するだけでなく、むしろ、熱は流体空間12に伝達され、したがって液体試料もたとえば約40〜45℃に加熱し、分析物の気相への移行を加速させる。
【００３４】
この例において、分離層46を形成する被覆された膜の孔24は、1.5μmの範囲の直径を有する。いくつかの変形例において、約2μmのサイズを有してもよい。設計に応じて、被覆されていない膜の厚さは約90または100μmである一方、選択的コーティング50は、好ましい実施形態において被覆されていない膜より薄い。これらの好ましい実施形態において、被覆された膜の厚さは100μm未満である。
【００３５】
図5は、第5の実施形態による装置92を示している。この実施形態において、流体空間12と気体空間16との間に、引き延ばされた疎水性PTFEの2つの膜96からなる分離層94があり、それぞれポリプロピレン層98が一方の側に積層されている。加熱要素(図示せず)を気体空間16および/または流体空間12に配置することができる。分離層94の構造を、部分Aに沿って孔のない簡素化された様式で図5aに示している。これにより、個々の膜96がより硬くなり、製造中の良好な取り扱いが可能になる。この例において、膜96の孔サイズはそれぞれ0.5μmであり、被覆された膜96の厚さは、それぞれ約120μmである。4層構造により、気体空間16において望ましくない試料成分、たとえば水性エアロゾルについての保持特性が向上する。代替実施形態において、膜96の1つの代わりに、または2つの膜96に加えて、たとえば酢酸セルロース、混合セルロースエステル、被覆された酢酸セルロース、またはポリカーボネートからなる親水性膜を流体空間12と気体空間16との間に配置することができる。単一のPTFE膜96、ポリプロピレンコーティング98、および支持構造を形成することもできる親水性膜99を有する分離層94の構造を、図5bに簡素化した形で示している。このような膜99はたとえば、ポリプロピレン層98上にあり、気体空間16の方に向けることができる。親水性膜99はまた、フィルムとして適用されても、または格子として設計されてもよい。他の変形例において、膜96の1つおよび/または親水性膜99に加えて、またはその代わりに、流体空間12と気体空間16との間に、たとえば厚さが0.1〜0.6mmの範囲のファイバーグラス層、および1mmまでの厚さを有する石英繊維層を配置して、分離層94のための支持構造を形成することができる。他の代替実施形態は、1つより多い親水性膜99を含むこともできる。全部で、4つの層の代わりに、分離層は、5、6、7、8、9、10またはそれ以上の層を含むこともできる。
【００３６】
図6は、本発明の第6の実施形態による装置52を示している。ここに示す装置52において、気体空間54は流体空間12より大きい。これは、キャリア液に特に溶けやすく、したがって気体空間54内への上昇に抵抗する分析物にとって特に有利である。より大きな気体空間54のため、液体試料中の分析物の初期濃度が等しければ、安定平衡を達成するため、流体空間12と等しいサイズの気体空間の場合よりも高い濃度の分析物が形成される。たとえば、流体空間12の容量は約10μlとすることができ、気体空間54の容量は約10ml以上とすることができる。ここに示す例において、液体試料を約40℃に加熱して、分析物の気体空間54内への通過を加速させる加熱要素56が流体空間12に配置されている。加えて、装置52は、気体空間54において循環を生成するポンプ装置100を有する。これにより、分析物を含む気体の容量を気体空間54において定義することが可能になる。気体の均一性が向上し、ガスクロマトグラフへの移送中の気体の圧力低下または希釈が減少する。ポンプ装置100は、たとえば、吸引ポンプとすることができる。いくつかの変形例において、このポンプ装置100も、たとえば45℃を超える温度に加熱することができ、したがって気体空間における分析物の吸収を加速させるために循環ガスを加熱する。
【００３７】
流体空間12と気体空間54との間の分離層58は、上述の図からの分離層の1つのように実施することができる。たとえば、それぞれ、厚さが約170μmまたは約180μmおよび孔サイズが約3μmまたは約5μmのPTFEまたはポリアクリレート、たとえばアクリル共重合体からなる膜を分離層58として用いることができる。
【００３８】
図7は、本発明の第7の実施形態による装置102を示している。ここに示す装置102において、気体空間104は流体空間12より小さい。液体試料中の分析物濃度は、キャリア液によく溶解しない分析物、たとえばキャリア流体として水を含む非極性溶媒で特に変化し、したがって気体空間104内へ容易に上昇するが、気体空間104が小さく、流体空間12が比較的大きいとき、気体空間104内へはわずかしか上昇しない。このように、ほぼ一定の濃度を想定することができる。これは、試料液に関して追加の調査を実行すべき場合に特に有利である。このように、低温でも、気相において安定平衡が形成され、したがって流体空間用の加熱要素の必要性がなくなる。しかしながら、ここに示す例において、流体空間12に加熱要素106が配置されているが、これは、たとえば、より高い温度でのみ蒸発する分析物に用いることができる。流体空間12と気体空間104との間の分離層108は、上述の図からの分離層の1つのように実施することができる。たとえば、それぞれ、厚さが約70μmまたは約80μmおよび孔サイズが約3μmまたは約5μmのPTFEまたはポリアクリレート、たとえばアクリル共重合体からなる膜を分離層108として用いることができる。
【００３９】
図8は、試料を分析するためのシステム60を示している。このシステムにおいて、ガスクロマトグラフ用の液体試料を調製するため、容器62からライン64を通って本明細書で提案する装置68に液体試料が輸送される。矢印69は、液体試料の輸送方向を示している。
【００４０】
ここに示す例示的な実施形態において、液体試料を調製するための装置68は、図2に関して詳細に説明した加熱要素のない装置30に対応している。これは、流体空間12および気体空間16、ならびに流体空間12と気体空間16との間の分離層32を含む。代替システム60において、図3〜図5に示す装置の1つを用いて液体試料を調製することもできる。
【００４１】
気体空間16は、バルブ70から圧縮空気ライン72を介して輸送されるキャリアガスを受け取る。空気ならびにヘリウム、窒素、アルゴン、または他の不活性ガスまたはガス混合物をキャリアガスとして用いることができる。矢印71は、キャリアガスの流れの方向を示している。キャリアガスの圧力は圧力センサ74で監視され、キャリアガスはフィルタ(図示せず)を介して装置68の気体空間16に達する。装置68の流体空間12における加熱要素(図示せず)によって液体試料に含まれる分析物が蒸発し、分離層32の孔24を通過して気体空間16内へ入る。気相において安定平衡に達したら、気体試料は分析のために出口18を介してガスクロマトグラフ76内へ直接注入される。液体試料を調製するためのこの方法は「ストップフロー」法と呼ばれる。
【００４２】
液体試料を調製するための装置68、ならびに図1〜図5に示す装置10、30、36、44、52は、ストップフロー法の代わりに直流または向流で動作させることもできる。ストップフロー法とは異なり、これらのアプローチにおいて、液体試料は直流として装置を通過し、蒸発した分析物は分離層32を介して気体空間16内へ入る。気体空間16から、適切な量、たとえば1μlの調製した試料を、たとえば規則的な間隔で、または任意の時間で、濾過されたキャリアガスの流れによってガスクロマトグラフに渡すことができる。
【００４３】
ガスクロマトグラフ76は、そのサイズが小さいという点で古典的なガスクロマトグラフとは異なるマイクロガスクロマトグラフである。これまで、マイクロガスクロマトグラフは気体試料にのみ用いられてきた。液体試料を調製するために本明細書で提案する装置のサイズが小さく、必要とされる試料量はわずか10μl〜30μlと少ないため、1mlから10mlの容量で動作する古典的なヘッドスペースエバポレータと比較して、液体試料をマイクロガスクロマトグラフ用に調製して特に迅速かつ経済的に分析することができる。このように、本明細書で提案する装置は、放射性医薬品のような貴重で希少な試料によく適している。
【００４４】
代替実施形態において、調製された試料は、古典的なガスクロマトグラフに注入することもできる。
【００４５】
ライン82およびバルブ84を介してポンプ80によって過剰な試料材料およびキャリアガスをガスクロマトグラフ76から除去することができる。流体空間12に残っているキャリア液は、ライン88およびバルブ90を介して真空ポンプ86によって流体空間12から排出することができる。あるいは、試料は、ライン64における真空によって、またはポンプ86によって容器62に戻すことができる。装置68はこのとき、他の液体試料を調製する準備が整う。
【００４６】
ここに示すもの以外のガスクロマトグラフ用の液体試料を調製するための装置の他の実施形態も本発明と一致する。これらの実施形態において、分離層は、たとえば、上述のもの以外の他の透過特性を有してもよい。好ましくは、分離層は選択的に透過性である。分離層の細孔サイズも、前述のサイズから外れてもよい。好ましくは、孔サイズは0.05から5μmの間にあり、また、たとえば、分離層に用いられる材料に依存することがあり、上の例において列挙したもの以外の材料が分離層に許容可能である。このように、たとえば、1つ、2つ、またはそれ以上の引き延ばされた膜を分離層として用いることができる。加えて、またはあるいは、分離層は、1つ、2つ、3つ、4つまたはそれ以上の疎水性層を有してもよい。たとえば、用いられる膜のいくつかまたはすべてが、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエステル、ポリスルホン、セルロース誘導体、ポリアミド、ポリアクリレート、またはポリプロピレンのような材料からなり、被覆されていても被覆されていなくてもよい。
【符号の説明】
【００４７】
10  装置
12  流体空間
14  供給ライン
16  気体空間
18  出口
20  分離層
22  側
24  孔
26  オーバーフロー
28  入口
30  装置
32  分離層
34  加熱要素
35  加熱要素
36  装置
38  分離層
40  層
42  層
44  装置
46  分離層
48  側
50  選択的コーティング
52  装置
54  気体空間
56  加熱要素
58  分離層
60  システム
62  容器
64  ライン
68  装置
69  矢印(輸送方向)
70  バルブ
71  矢印(流れの方向)
72  圧縮空気ライン
74  圧力センサ
76  ガスクロマトグラフ
80  ポンプ
82  ライン
84  バルブ
86  真空ポンプ
88  ライン
90  バルブ
92  装置
94  分離層
96  膜
98  層
99  膜
100  ポンプ装置
102  装置
104  気体空間
106  加熱要素
108  分離層
A  部分
【図１】
2020530573.tif 000003
【図２】
2020530573.tif 000004
【図３】
2020530573.tif 000005
【図４】
2020530573.tif 000006
【図５】
2020530573.tif 000007
【図５ａ】
2020530573.tif 000008
【図５ｂ】
2020530573.tif 000009
【図６】
2020530573.tif 000010
【図７】
2020530573.tif 000011
【図８】
2020530573.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】令和1年7月9日(2019.7.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロガスクロマトグラフに、対応する気体試料を直接注入するための液体試料を調製するための装置であって、流体空間(12)および気体空間(16、54、104)を有し、前記流体空間(12)および前記気体空間(16、54、104)は半透性の分離層(20、32、38、46、58、94、108)によって分離されており、前記流体空間(12)は前記液体試料のための供給ライン(14)を含み、前記気体空間(16、54、104)は、ガスクロマトグラフ(76)と接続することができる出口(18)を有し、前記流体空間(12)および/または前記気体空間(16、54、104)は、少なくとも1つの加熱要素(34、35、56、106)と関連付けられている、装置において、
約10μlから30μlの試料量を吸収するように構成され、前記分離層(20、32、38、46、58、94、108)は、10μmから300μmの厚さと、0.05μmから5μmの間の大きさを有する孔(24)と、を有することを特徴とする、装置。
【請求項２】
前記分離層(20、32、38、46、58、94、108)は少なくとも一方の側(22、48)から選択的に透過性であることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
【請求項３】
前記分離層(20、32、38、46、58、94、108)は膜であることを特徴とする、請求項1または2に記載の装置。
【請求項４】
前記膜は以下の材料、すなわち、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエステル、ポリスルホン、セルロース誘導体、ポリアミド、ポリアクリレート、またはポリプロピレンのうちの1つからなることを特徴とする、請求項3に記載の装置。
【請求項５】
前記膜は引き延ばされていることを特徴とする、請求項3または4に記載の装置。
【請求項６】
前記分離層(20、32、38、46、58、94、108)は少なくとも2つの層(40、42)を含むことを特徴とする、請求項1から5のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記分離層(20、32、38、46、58、94、108)は、疎水性である少なくとも1つの層(40)を含むことを特徴とする、請求項1から6のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記気体空間(54)は前記流体空間(12)より大きいことを特徴とする、請求項1から7のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記気体空間(54)において循環を生成するポンプ装置(100)を特徴とする、請求項1から8のいずれか一項に記載の装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体試料用の供給ラインを有する流体空間、およびガスクロマトグラフと接続することができる出口を有する気体空間を含む、ガスクロマトグラフ用の液体試料を調製するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、ガスクロマトグラフにおいて、溶媒残留物または他の有機成分を求めて検査されようとしている液体試料が分析される。液体試料はインジェクタ内へ直接注入され、ここで急速に蒸発する。試料、またはその一部は、次いでガスクロマトグラフィー分離のために分離カラムに供給される。試料のさまざまな成分は、中を流れながら分離され、続いて検出器に送られて、ここで分析することができる電気信号に変換される。しかしながら、頻繁に、試料は、インジェクタ、分離カラム、または検出器を損傷する、またはこれらを誤動作させる可能性があるために直接注入することができない成分を含むことがある。この場合、ヘッドスペースエバポレータとしても知られている別の容器において、より大量の試料を抽出し蒸発させる。これは、分析されようとしている試料、または「分析物」の成分が液体を離れて気相において濃縮され得るように、封止および加熱されるガラスである。これは一般に、分析物の沸点の範囲、またはこれより上で起こる。気相において平衡に達した場合、試料がそこから抽出されてガスクロマトグラフ内へ注入される。試料の妨害成分は一般に、液体(または「キャリア液」)に残る。ヘッドスペースエバポレータにおいて試料を調製するには、通常、1〜10mlの試料量が要求されるが、ガスクロマトグラフ内への直接注入には約1〜10μlの試料量で十分である。
【０００３】
特許文献１は、膜による連続的な流体抽出および分析のための方法および装置に関する。この目的のため、2つの流体チャンバが半透性構造によって分離されている。抽出されるべき物質を含む流体は一方のチャンバを流れ、抽出用流体は他方を流れる。この物質は、ガスクロマトグラフに供給されるべき気体であってもよい。好ましい膜は疎水性であり、シリコーンまたはポリプロピレンからなる。チャンバは、隣接する直方体として、または同心円筒として形成することができる。
【０００４】
特許文献２は、特に薄いシリコーンフィルムで被覆されたポリマーから異方性膜を製造する方法を記載している。さまざまな有機溶媒および気体をこれらの複合膜で分離することができる。たとえば、これらは、第2のより小さな流体チャンバから分離するために第1の流体チャンバを有する装置において用いることができる。流体混合物が、焼結多孔質金属板によって支持されている複合膜によって通され、このプロセスにおいて、混合物からの流体の1つが膜を貫通して分離され得る。
【０００５】
特許文献３は、液体から気体を分離するための装置を開示している。この装置は、供給部および排出部を備えた細長い円筒状スリーブからなるリザーバチューブを含む。チューブの内壁には、一本の線として形成することができるコイルが設けられている。リザーバチューブ内には、ふるい状の開口を備えた分離チューブが配置されている。液体中に存在する気体が通過して吸引され得る疎水性フィルムが、これらの開口部の上を覆っている。
【０００６】
特許文献４は、請求項1のプリアンブルによる装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第5,492,838号明細書
【特許文献２】米国特許第4,590,098号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第26 04 003号明細書
【特許文献４】英国特許出願公開第2 392 114号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の1つの目的は、より小さな試料量を扱うことができるマイクロガスクロマトグラフに、対応する気体試料を直接注入するための液体試料を調製するための装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的は、ガスクロマトグラフ用の液体試料を調製するための装置において、流体空間および気体空間を提供し、これらの空間は半透性分離層によって分離されており、流体空間は液体試料用の供給ラインを有し、気体空間は、ガスクロマトグラフと接続することができる出口を有し、流体空間および/または気体空間は、少なくとも1つの加熱要素と関連付けられていることによって達成される。
【００１０】
本発明の1つの利点は、液体、特にキャリア液による半透性分離層の貫通が防止、または少なくとも低減される一方、加熱要素によって生成することができる、たとえば溶媒の蒸気は、半透性分離層を容易に通過することができるということである。このため、ヘッドスペース分析に約10〜30μlという小さな試料量が要求されるのみであるので、放射性医薬品のような貴重で希少な試料でも経済的な方法で分析することができる。分離層により、たとえば水溶液からの放射性物質が気相に移動するのを回避することが可能になる。このように、それらは液体中に残り、ガスクロマトグラフには入らない。これにより、ガスクロマトグラフおよびその環境の汚染が防止される。加えて、加熱要素により、低い周囲温度でも分析物が半透性分離層を通過することが可能になり、したがって、短時間で、任意の加熱相を実行し、安定平衡に達することが可能になる。結果として、水溶液の場合において形成される水蒸気が少なくなり、したがってガスクロマトグラフの構成要素、たとえば半導体構造が水蒸気によって損傷を受ける危険性が最小化される。調製された試料は、気体空間の出口を介してガスクロマトグラフに直接渡すことができ、したがって従来の方法において別の容器から試料を抽出するときに起こる可能性のある試料のいかなる汚染も防止される。1つまたは複数の加熱要素は、流体空間および/または気体空間と関連付けられている。1つまたは複数の加熱要素が流体空間と関連付けられていれば、液体試料を加熱することができ、したがって気相における安定平衡にさらに迅速に達するように試料の蒸発を加速させる。加えて、またはあるいは、気体空間がそこに配置された少なくとも1つの加熱要素によって加熱されれば、気体分析物を輸送するキャリアとして役立つその中に含まれる気体は、液体試料からより大量の気体を吸収することが可能になり、したがってより大量の調製された試料をガスクロマトグラフに渡すことが可能になる。特に、液体試料を調製するためのこの装置は、マイクロガスクロマトグラフに接続することもできる一方、先行技術のヘッドスペースエバポレータとマイクロガスクロマトグラフとの組み合わせは、ヘッドスペースエバポレータのサイズおよびエネルギー要件を考えると有利ではないであろう。
【００１１】
好ましい実施形態において、分離層は少なくとも一方の側から選択的に透過性であり、したがってこれをそれぞれの試料に適合させることが可能になる。これにより、キャリア液からの分析物の特に効果的な分離が提供される。分離層の選択的透過性は、好ましくは適切な材料の選択によって、またはコーティングによって提供することができる。
【００１２】
本発明によれば、この装置は、約10μlから30μlの試料量を吸収するように構成されている。
【００１３】
本発明によれば、分離層は0.05から5μmの間のサイズの孔を有する。これにより、液体試料中の分析物をキャリア液から特に効果的に分離することが可能になる。
【００１４】
有利には、分離層は膜である。このような分離層は特に薄いが安定しており、したがって装置の全体サイズを最小化することが可能になる。
【００１５】
好ましい実施形態において、膜は以下の材料、すなわち、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエステル、ポリスルホン、セルロース誘導体、ポリアミド、ポリアクリレート、またはポリプロピレンのうちの1つからなる。これらの材料は、良好な耐化学性を有し、容易に滅菌され、好ましくは疎水性であり、したがって可能な限りほとんど水蒸気を通過させない。
【００１６】
有利には、膜は引き延ばされている。このような膜は、特に高い機械的強度を有する。より好ましくは、膜は引き延ばされたPTFEからなり、したがって膜に良好な疎水性および耐化学特性を追加で提供する。
【００１７】
好ましくは、分離層は少なくとも2つの層を含み、これらもそれぞれ膜として形成することができる。これにより、分離層の機械的強度を高めることが可能になる。少なくとも2つの層はそれぞれ、たとえば孔のサイズまたは材料の点で異なって実施することができる。これにより、さまざまな物質について透過性を左右することが可能になる。
【００１８】
有利には、分離層は、疎水性である少なくとも1つの層を含む。これにより、特にキャリア液として水が用いられるとき、水による分離層の透過が防止または低減される。これにより、水が気体空間に入り、そこからガスクロマトグラフに達して損傷を与えることを防止することができる。
【００１９】
本発明によれば、分離層は10〜300μm、より好ましくは100〜150μmの厚さを有する。このような分離層の厚さにより、分析物が迅速に通過することが可能になる一方、それでも装置の製造および動作に十分な安定性を有する。
【００２０】
有利には、気体空間は液体空間より大きい。これにより、より少量の、キャリア液に特に溶けやすい試料および分析物でも十分な分析物濃度が得られ、そのため、希少で高価な試料でも効率的に分析することができる。さらに、これにより装置の合計サイズを最小化することが可能になる。
【００２１】
好ましくは、装置は、気体空間において循環を生成するポンプ装置を有する。これにより、分析物を含む気体の容量を気体空間において定義することが可能になる。加熱要素の効果、すなわち安定平衡により迅速に達し、および/または液体試料からより多量の気体を吸収することができるということを、ポンプ装置によってさらに増強することができる。
【００２２】
好ましい例示的な実施形態を参照することによって、本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第1の例示的な実施形態によるガスクロマトグラフ用の液体試料を調製するための装置を示す図である。
【図２】第2の例示的な実施形態によるガスクロマトグラフ用の液体試料を調製するための装置を示す図である。
【図３】第3の例示的な実施形態によるガスクロマトグラフ用の液体試料を調製するための装置を示す図である。
【図４】第4の例示的な実施形態によるガスクロマトグラフ用の液体試料を調製するための装置を示す図である。
【図５】第5の例示的な実施形態によるガスクロマトグラフ用の液体試料を調製するための装置を示す図である。
【図５ａ】図5からの分離層の構造を示す図である。
【図５ｂ】一代替実施形態における分離層の構造を示す図である。
【図６】第6の例示的な実施形態によるガスクロマトグラフ用の液体試料を調製するための装置を示す図である。
【図７】第7の例示的な実施形態によるガスクロマトグラフ用の液体試料を調製するための装置を示す図である。
【図８】試料を分析するためのシステムにおける第1の例示的な実施形態による装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図1は、第1の例示的な実施形態によるガスクロマトグラフ用の液体試料を調製するための装置10を示している。装置10は、液体試料用の供給ライン14を備えた流体空間12と、出口18を備えた気体空間16と、を含む。出口18は、ガスクロマトグラフ(図8参照)と接続することができ、したがって調製された試料をガスクロマトグラフに直接供給することが可能になる。流体空間12と気体空間16との間には半透性分離層20が配置されている。分離層20は、試料を液相と気相とに分離する。流体空間12内へ挿入された試料から、分析が意図された試料の成分の気体が、いくつかの場合においては溶媒とともに、安定平衡に達して飽和が生じるまで、分離層20を通過して気体空間16内へ入る。分離層20は、液体、特に分析のための試料の成分(「分析物」)が輸送されるキャリア流体が通過することを防止する。加熱要素(図示せず)が、気体空間16および/または流体空間12に配置される。
【００２５】
分析物の例は、エタノール、アセトニトリル、アセトン、メタノール、および2-プロパノールの溶媒残留物を含む。一般的に、キャリア液は、水、生理食塩水、またはたとえばリン酸緩衝液または酢酸緩衝液のようなpH緩衝液、またはアスコルビン酸などの安定剤のような添加物を含む生理食塩水からなる。ガスクロマトグラフはキャリア液および添加物によって損傷を受ける可能性があるため、本明細書で提案するエバポレータは、それらがそこへ入ることを防止する。特に、キャリア液としての水中の食卓塩のような添加物により、特に極性溶媒中のキャリア液からの分析物の分離が容易になる。本発明は、たとえば、水溶液中に存在し得る放射性医薬品を用いる分析に特によく適している。分離層は、これらの溶液中の放射性物質が気体空間に入り、そこからガスクロマトグラフに達することを防止する。これにより、ガスクロマトグラフおよびその環境の汚染が防止される。
【００２６】
分離層に適した材料は、たとえば、ポリマーまたはセラミックを含む。分離層がポリマー膜として実施されれば、次の材料、すなわち、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエステル、ポリスルホン、セルロース誘導体、ポリアミド、ポリアクリレート、またはポリプロピレンが好まれる。特に、以下で議論するすべての実施形態において、引き延ばされたPTFEフィルムの膜を含む、またはこれからなる分離層が特に効果的であることが判明した。好ましくは、分離層は、少なくとも一方の側22から選択的に透過性である。これは、適切なポリマーを選択することによって達成することができる。分離層は、特に、放射性物質の気体空間内への通過を防止するのに適している。好ましくは、分離層は、少なくとも流体空間12に面する側22で疎水性であり、したがって液体がそこから分離層20を通過して気体空間内16へ入り、そこからガスクロマトグラフ内へ入ることをさらに効果的に防止する。ここに記載の実施形態において、分離層は孔24を有し、これらは好ましくは約0.05から約5μmの間の直径を有し得る。図1〜図6に示す例示的な実施形態において、分離層の厚さは好ましくは、良好な機械的強度を提供するため、約10から約300μmの間にある。孔サイズと膜厚との両方の製造関連の変動が可能である。
【００２７】
図1に示す分離層20は、たとえば、良好な疎水特性を備えたポリテトラフルオロエチレン膜である。あるいは、この例において、膜はポリフッ化ビニリデンからなり得る。図1に示す例において、孔24のサイズは約0.2μmであり、膜厚は約120μmである。しかしながら、いくつかの変形例において、孔サイズは約0.5μmであり、厚さは150μmの範囲であってもよい。
【００２８】
図1に示す装置10は、アルミニウムからなるとともに流体空間12および気体空間16を含むハウジングを有する。アルミニウムハウジングは、特に良好な熱伝導を提供し、水性試料に対してほとんど不活性である。図2〜図6を参照して他の例示的な実施形態において説明する装置も好ましくはアルミニウムハウジングを有する。アルミニウムの代替として、たとえば、ステンレス鋼または鋼、真鍮、銅、ニッケル表面コーティングを施した青銅、スズ、亜鉛、ロジウム、クロム、プラチナ、または金をハウジングに用いることも可能である。
【００２９】
液体試料は、室温、すなわち約20℃またはわずかに上の温度で多かれ少なかれ蒸発することができる。代替実施形態において、図2を参照することによって以下で説明するように、液体試料は、気体空間16における分析物の濃縮を加速させるため、わずかに加熱される。
【００３０】
図2は、第2の例示的な実施形態によるガスクロマトグラフ用の液体試料を調製するための装置30を示している。装置30は、第2の例示的な実施形態における分離層32がポリプロピレン膜であるという点で図1の装置10とは異なる。あるいは、膜は、ポリカーボネートを含む、たとえば、ポリエステルからなり得る。ここで説明する例において、孔24のサイズは約0.05μmであり、膜32の厚さは約30μmである。いくつかの変形例において、ポリエステル膜の孔サイズは約0.1μmであってもよく、厚さは約40μmであってもよい。
【００３１】
装置30は加えて、試料液を流体空間から排出、または流体空間12から発散することができるオーバーフロー26を有する。好ましくは濾過され、気体試料をガスクロマトグラフに輸送することができるキャリアガス用の入口28が、気体空間16に配置されている。
【００３２】
加えて、装置30の流体空間12は、図2に示す例示的な実施形態における加熱要素34と関連付けられている。加熱要素34は、流体空間12における液体試料を加熱し、したがって分析物の蒸発および分離層32を通るその通過を加速させ、気相における安定平衡に短期間で達することを可能にする。この目的のため、液体試料は加熱要素34によって約40〜45℃に加熱される。あるいは、液体試料は、より高い温度、たとえば、ジメチルスルホキシド(DMSO)およびジメチルホルムアミド(DMF)のような蒸発が困難な溶媒を検出しなければならない場合に必要となり得る、たとえば60から100℃の間の温度に加熱することもできる。液体試料を加熱することができる最高温度は一般に、分離層32の材料についての最大許容温度、および液体と気体とについての関係に依存する。
【００３３】
代替実施形態において、気体空間に追加の加熱要素を配置することができる。これは、たとえば、調製された試料のためのキャリアガスを加熱するために用いることができる。このように、キャリアガスは、分離層を通過する、より多量の気体試料を吸収してそれをガスクロマトグラフに送ることができ、したがってより多量の試料を分析に利用可能にする。より小さなコンパクトな装置のため、装置の熱伝導率のために流体空間も加熱されることになるため、加熱要素は気体空間にのみ配置することができる。
【００３４】
図3は、本発明の第3の実施形態による装置36を示している。装置36は、流体空間12と気体空間16との間に2つの層40、42を含む分離層38を含む。気体空間16および/または流体空間12に加熱要素(図示せず)が配置される。二層分離層38は、セルロース誘導体、たとえば酢酸セルロースおよび/または硝酸セルロースおよび/または酢酸セルロースおよび硝酸セルロースからなる混合ポリマーの2つの層40、42からなり、同じ厚さの一層分離層より大きな圧縮強度を有する。分離層38は、1枚の二層40、42膜として形成されても、または2枚の膜から形成されてもよく、この1枚の膜、またはこれら2枚の膜の少なくとも1枚は、追加で引き延ばすことができる。第1の層40における孔24のサイズは1.2の範囲、第2の層42においては約1.0μmである。このように、キャリア液を出るいくつかの物質は、第1の層40を通過できることになるが、より小さな孔サイズのために第2の層42を通過することができないので、分離層38の透過性が左右される。ここで層の厚さは約50μmである。いくつかの変形例において、約60μmであってもよい。2つの層は同じ厚さでも異なる厚さでもよい。代替実施形態において、分離層38の層40、42はまた、同じ材料または異なるポリマー分類の材料からなり得る。PTFE、PVDF、PA、ポリスルホン、ポリアクリレート、またはポリプロピレンのような他の材料も、分離層の1つまたは複数の層に用いることができる。たとえば、第1の層40は、孔サイズが0.5μmの引き延ばされたPTFEからなる膜であってもよい。第2の層42は、PTFE膜が積層されるポリプロピレン層であってもよい。二層分離層の厚さは約120μmであり得る。あるいは、分離層はまた、2より多くの層、たとえば3、4、または5層からなり得る。これらはそれぞれ同じ材料または異なる材料からなり得る。好ましくは、代替実施形態において、分離層の少なくとも1つの層40、42、より好ましくは流体空間により近くに面する層40が疎水性であり、そのため、水性キャリア液の場合において可能な限り水蒸気が気体空間内へほとんど入らないようになる。
【００３５】
図4は、本発明の第4の例示的な実施形態による装置44を示している。流体空間12と気体空間16との間に配置された分離層46は、ポリアミド、たとえばナイロンからなる膜である。いくつかの変形例において、膜はまた、ポリスルホン、たとえばポリエーテルスルホンからなり得る。流体空間12に面する分離層46の側48の表面は、分離層46をこの側48から選択的に透過性にするコーティング50を有する。これの目的は、特定の物質のみが分離層46の孔24を通過して気体空間16内へ入ることを可能にすることである。このように、装置44は、複数の蒸発物質を含む液体試料を調製するために用いることができ、したがって液体試料から特定の物質の標的濾過が可能になる。選択的コーティング50は、たとえば、シリコーン、ポリウレタン、シリカゲル、アルミナ、モレキュラーシーブ(ゼオライト)、ゾルゲル、または活性炭からなり得る。たとえば、選択的コーティング50は、膜の材料より疎水性があり得る。代替実施形態において、選択的コーティングは親水性であってもよい。このようなコーティングは、たとえば疎水性膜における材料欠陥のため、膜を通過した望ましくない水残留物を吸収することができる。ガスクロマトグラフにおける調製した試料の分析に続いて、水は、たとえば加熱することによって膜コーティングから除去、および排出することができる。図4の装置44は、気体空間16に配置された加熱要素35を含む。コンパクトな設計のため、ここに示す加熱要素35は気体空間16を加熱するだけでなく、むしろ、熱は流体空間12に伝達され、したがって液体試料もたとえば約40〜45℃に加熱し、分析物の気相への移行を加速させる。
【００３６】
この例において、分離層46を形成する被覆された膜の孔24は、1.5μmの範囲の直径を有する。いくつかの変形例において、約2μmのサイズを有してもよい。設計に応じて、被覆されていない膜の厚さは約90または100μmである一方、選択的コーティング50は、好ましい実施形態において被覆されていない膜より薄い。これらの好ましい実施形態において、被覆された膜の厚さは100μm未満である。
【００３７】
図5は、第5の実施形態による装置92を示している。この実施形態において、流体空間12と気体空間16との間に、引き延ばされた疎水性PTFEの2つの膜96からなる分離層94があり、それぞれポリプロピレン層98が一方の側に積層されている。加熱要素(図示せず)が、気体空間16および/または流体空間12に配置される。分離層94の構造を、部分Aに沿って孔のない簡素化された様式で図5aに示している。これにより、個々の膜96がより硬くなり、製造中の良好な取り扱いが可能になる。この例において、膜96の孔サイズはそれぞれ0.5μmであり、被覆された膜96の厚さは、それぞれ約120μmである。4層構造により、気体空間16において望ましくない試料成分、たとえば水性エアロゾルについての保持特性が向上する。代替実施形態において、膜96の1つの代わりに、または2つの膜96に加えて、たとえば酢酸セルロース、混合セルロースエステル、被覆された酢酸セルロース、またはポリカーボネートからなる親水性膜を流体空間12と気体空間16との間に配置することができる。単一のPTFE膜96、ポリプロピレンコーティング98、および支持構造を形成することもできる親水性膜99を有する分離層94の構造を、図5bに簡素化した形で示している。このような膜99はたとえば、ポリプロピレン層98上にあり、気体空間16の方に向けることができる。親水性膜99はまた、フィルムとして適用されても、または格子として設計されてもよい。他の変形例において、膜96の1つおよび/または親水性膜99に加えて、またはその代わりに、流体空間12と気体空間16との間に、たとえば厚さが0.1〜0.6mmの範囲のファイバーグラス層、および1mmまでの厚さを有する石英繊維層を配置して、分離層94のための支持構造を形成することができる。他の代替実施形態は、1つより多い親水性膜99を含むこともできる。全部で、4つの層の代わりに、分離層は、5、6、7、8、9、10またはそれ以上の層を含むこともできる。
【００３８】
図6は、本発明の第6の実施形態による装置52を示している。ここに示す装置52において、気体空間54は流体空間12より大きい。これは、キャリア液に特に溶けやすく、したがって気体空間54内への上昇に抵抗する分析物にとって特に有利である。より大きな気体空間54のため、液体試料中の分析物の初期濃度が等しければ、安定平衡を達成するため、流体空間12と等しいサイズの気体空間の場合よりも高い濃度の分析物が形成される。たとえば、流体空間12の容量は約10μlとすることができ、気体空間54の容量は約10ml以上とすることができる。ここに示す例において、液体試料を約40℃に加熱して、分析物の気体空間54内への通過を加速させる加熱要素56が流体空間12に配置されている。加えて、装置52は、気体空間54において循環を生成するポンプ装置100を有する。これにより、分析物を含む気体の容量を気体空間54において定義することが可能になる。気体の均一性が向上し、ガスクロマトグラフへの移送中の気体の圧力低下または希釈が減少する。ポンプ装置100は、たとえば、吸引ポンプとすることができる。いくつかの変形例において、このポンプ装置100も、たとえば45℃を超える温度に加熱することができ、したがって気体空間における分析物の吸収を加速させるために循環ガスを加熱する。
【００３９】
流体空間12と気体空間54との間の分離層58は、上述の図からの分離層の1つのように実施することができる。たとえば、それぞれ、厚さが約170μmまたは約180μmおよび孔サイズが約3μmまたは約5μmのPTFEまたはポリアクリレート、たとえばアクリル共重合体からなる膜を分離層58として用いることができる。
【００４０】
図7は、本発明の第7の実施形態による装置102を示している。ここに示す装置102において、気体空間104は流体空間12より小さい。液体試料中の分析物濃度は、キャリア液によく溶解しない分析物、たとえばキャリア流体として水を含む非極性溶媒で特に変化し、したがって気体空間104内へ容易に上昇するが、気体空間104が小さく、流体空間12が比較的大きいとき、気体空間104内へはわずかしか上昇しない。このように、ほぼ一定の濃度を想定することができる。これは、試料液に関して追加の調査を実行すべき場合に特に有利である。このように、低温でも、気相において安定平衡が形成され、したがって流体空間用の加熱要素の必要性がなくなる。しかしながら、ここに示す例において、流体空間12に加熱要素106が配置されているが、これは、たとえば、より高い温度でのみ蒸発する分析物に用いることができる。流体空間12と気体空間104との間の分離層108は、上述の図からの分離層の1つのように実施することができる。たとえば、それぞれ、厚さが約70μmまたは約80μmおよび孔サイズが約3μmまたは約5μmのPTFEまたはポリアクリレート、たとえばアクリル共重合体からなる膜を分離層108として用いることができる。
【００４１】
図8は、試料を分析するためのシステム60を示している。このシステムにおいて、ガスクロマトグラフ用の液体試料を調製するため、容器62からライン64を通って本明細書で提案する装置68に液体試料が輸送される。矢印69は、液体試料の輸送方向を示している。
【００４２】
ここに示す例（特許請求されない）において、液体試料を調製するための装置68は、図2に関して詳細に説明した加熱要素のない装置30に対応している。これは、流体空間12および気体空間16、ならびに流体空間12と気体空間16との間の分離層32を含む。代替システム60において、図3〜図5に示す装置の1つを用いて液体試料を調製することもできる。
【００４３】
気体空間16は、バルブ70から圧縮空気ライン72を介して輸送されるキャリアガスを受け取る。空気ならびにヘリウム、窒素、アルゴン、または他の不活性ガスまたはガス混合物をキャリアガスとして用いることができる。矢印71は、キャリアガスの流れの方向を示している。キャリアガスの圧力は圧力センサ74で監視され、キャリアガスはフィルタ(図示せず)を介して装置68の気体空間16に達する。装置68の流体空間12における加熱要素(図示せず)によって液体試料に含まれる分析物が蒸発し、分離層32の孔24を通過して気体空間16内へ入る。気相において安定平衡に達したら、気体試料は分析のために出口18を介してガスクロマトグラフ76内へ直接注入される。液体試料を調製するためのこの方法は「ストップフロー」法と呼ばれる。
【００４４】
液体試料を調製するための装置68、ならびに図1〜図5に示す装置10、30、36、44、52は、ストップフロー法の代わりに直流または向流で動作させることもできる。ストップフロー法とは異なり、これらのアプローチにおいて、液体試料は直流として装置を通過し、蒸発した分析物は分離層32を介して気体空間16内へ入る。気体空間16から、適切な量、たとえば1μlの調製した試料を、たとえば規則的な間隔で、または任意の時間で、濾過されたキャリアガスの流れによってガスクロマトグラフに渡すことができる。
【００４５】
ガスクロマトグラフ76は、そのサイズが小さいという点で古典的なガスクロマトグラフとは異なるマイクロガスクロマトグラフである。これまで、マイクロガスクロマトグラフは気体試料にのみ用いられてきた。液体試料を調製するために本明細書で提案する装置のサイズが小さく、必要とされる試料量はわずか10μl〜30μlと少ないため、1mlから10mlの容量で動作する古典的なヘッドスペースエバポレータと比較して、液体試料をマイクロガスクロマトグラフ用に調製して特に迅速かつ経済的に分析することができる。このように、本明細書で提案する装置は、放射性医薬品のような貴重で希少な試料によく適している。
【００４６】
代替実施形態において、調製された試料は、古典的なガスクロマトグラフに注入することもできる。
【００４７】
ライン82およびバルブ84を介してポンプ80によって過剰な試料材料およびキャリアガスをガスクロマトグラフ76から除去することができる。流体空間12に残っているキャリア液は、ライン88およびバルブ90を介して真空ポンプ86によって流体空間12から排出することができる。あるいは、試料は、ライン64における真空によって、またはポンプ86によって容器62に戻すことができる。装置68はこのとき、他の液体試料を調製する準備が整う。
【００４８】
ここに示すもの以外のガスクロマトグラフ用の液体試料を調製するための装置の他の実施形態も本発明と一致する。これらの実施形態において、分離層は、たとえば、上述のもの以外の他の透過特性を有してもよい。好ましくは、分離層は選択的に透過性である。分離層の細孔サイズも、前述のサイズから外れてもよい。本発明によれば、孔サイズは0.05から5μmの間にあり、また、たとえば、分離層に用いられる材料に依存することがあり、上の例において列挙したもの以外の材料が分離層に許容可能である。このように、たとえば、1つ、2つ、またはそれ以上の引き延ばされた膜を分離層として用いることができる。加えて、またはあるいは、分離層は、1つ、2つ、3つ、4つまたはそれ以上の疎水性層を有してもよい。たとえば、用いられる膜のいくつかまたはすべてが、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエステル、ポリスルホン、セルロース誘導体、ポリアミド、ポリアクリレート、またはポリプロピレンのような材料からなり、被覆されていても被覆されていなくてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
10  装置
12  流体空間
14  供給ライン
16  気体空間
18  出口
20  分離層
22  側
24  孔
26  オーバーフロー
28  入口
30  装置
32  分離層
34  加熱要素
35  加熱要素
36  装置
38  分離層
40  層
42  層
44  装置
46  分離層
48  側
50  選択的コーティング
52  装置
54  気体空間
56  加熱要素
58  分離層
60  システム
62  容器
64  ライン
68  装置
69  矢印(輸送方向)
70  バルブ
71  矢印(流れの方向)
72  圧縮空気ライン
74  圧力センサ
76  ガスクロマトグラフ
80  ポンプ
82  ライン
84  バルブ
86  真空ポンプ
88  ライン
90  バルブ
92  装置
94  分離層
96  膜
98  層
99  膜
100  ポンプ装置
102  装置
104  気体空間
106  加熱要素
108  分離層
A  部分
【国際調査報告】
2020530573.tif 000013
2020530573.tif 000014
2020530573.tif 000015
2020530573.tif 000016
2020530573.tif 000017