(57)【要約】クロマトグラフィカラムは、カラムの上流端部に永久的に取り付けられ且つカラムを通したボアの１つの端部を遮る保持プラグを有する。プラグは、その中を通る流体通路を有する。通路の上流端部は、好ましくは、しかし任意選択的に、通路の下流端部よりも直径が大きい。保持プラグの上流の上流多孔質部材は、上流エンドキャップによって保持され、且つプラグに向かって付勢される。クロマトグラフィ媒体は、上流多孔質部材から、保持プラグ内の通路を通して、下流エンドキャップによって保持された下流多孔質部材に延びる。保持プラグと下流多孔質部材との間の媒体は、圧縮下にあり、充填媒体の床を形成する。
2020532724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クロマトグラフィカラムであって、反対にある上流端部及び下流端部を有する管状本体を有し、上流端部取付具及び下流端部取付具は、管状本体に接続されており、管状本体は、管状本体及び前記カラムの長手方向軸線に沿って延びる内部ボアを有し、前記カラムは、
前記ボアの上流端部を遮る保持プラグであって、保持プラグの上流端部と下流端部との間に延び、且つクロマトグラフィ媒体を充填される通路を有する保持プラグと、
前記ボアの下流端部を遮る下流多孔質部材であって、前記ボアは、前記保持プラグと前記下流多孔質部材との間に連続的な壁を有する、下流多孔質部材と、
前記保持プラグ及び前記下流多孔質部材によって前記ボア内に圧縮保持されるクロマトグラフィ媒体のスラリー充填床と
を含む、クロマトグラフィカラム。
【請求項２】
前記通路は、多孔質媒体を含み、且つ前記ボアを通した前記少なくとも１つの通路への流体の流れをろ過するために配置されている、前記保持プラグの上流に位置する上流多孔質部材を更に含む、請求項１に記載のクロマトグラフィカラム。
【請求項３】
前記通路は、前記保持プラグの上流端部における第１の直径と、前記保持プラグの下流端部における第２の直径とを有し、第１の直径は、第２の直径よりも大きい、請求項２に記載のクロマトグラフィカラム。
【請求項４】
前記第１の直径は、前記第２の直径と同じであり、前記通路は、前記第１の直径及び前記第２の直径よりも小さい介在直径を有する、請求項３に記載のクロマトグラフィカラム。
【請求項５】
前記第１の直径は、曲線壁を有する、請求項３に記載のクロマトグラフィカラム。
【請求項６】
前記通路の第１の上流直径は、前記通路の第２の下流直径よりも大きく、前記通路は、長手方向軸線に沿って延び、前記保持部材は、前記管状本体に永久的に締結される、請求項１に記載のクロマトグラフィカラム。
【請求項７】
前記上流端部取付具は、前記上流多孔質部材を長手方向軸線に沿って上流方向に移動しないように保持する、請求項３に記載のクロマトグラフィカラム。
【請求項８】
前記流体通路は、前記保持プラグの上流端部に円錐状部分を有し、円錐状部分は、より小さい直径へと下流方向に収束する、請求項３に記載のクロマトグラフィカラム。
【請求項９】
前記円錐状部分は、前記保持プラグの上流端部から下流端部に延びる、請求項８に記載のクロマトグラフィカラム。
【請求項１０】
前記流体通路は、前記円錐状部分の下流に位置する円筒状部分を有し、前記円錐状部分は円筒状部分の上流端部に接合する、請求項８に記載のクロマトグラフィカラム。
【請求項１１】
前記流体通路は、前記リテーナプラグの下流端部に向かって直径が拡大する、広がる円錐状部分を有する、請求項１０に記載のクロマトグラフィカラム。
【請求項１２】
前記円錐状部分は、前記保持プラグの下流端部における凹状のくぼみと流体連通し、前記くぼみは、前記クロマトグラフィ媒体に当接する、請求項８に記載のクロマトグラフィカラム。
【請求項１３】
前記流体通路は、凹状のくぼみを含む、請求項３に記載のクロマトグラフィカラム。
【請求項１４】
前記凹状のくぼみは、放物線形状又は円形形状の１つを有する、長手方向軸線に沿って取られた断面を有するくぼみを含む、請求項１３に記載のクロマトグラフィカラム。
【請求項１５】
前記流体通路の下流端部は、前記ボアの直径の約１／５〜約１／３の開口部を有する、請求項１に記載のクロマトグラフィカラム。
【請求項１６】
それぞれ最小通路直径を有する複数の流体通路がある、請求項１に記載のクロマトグラフィカラム。
【請求項１７】
前記クロマトグラフィ媒体は、多孔質粒子の床を含む、請求項３に記載のクロマトグラフィカラム。
【請求項１８】
前記クロマトグラフィ媒体は、表面多孔質粒子の床を含む、請求項３に記載のクロマトグラフィカラム。
【請求項１９】
前記クロマトグラフィ媒体は、非多孔質粒子の床を含む、請求項３に記載のクロマトグラフィカラム。
【請求項２０】
前記クロマトグラフィ媒体は、ポリマー粒子を含む、請求項３に記載のクロマトグラフィカラム。
【請求項２１】
前記クロマトグラフィ媒体は、シリカゲル又は修飾シリカゲルを含む、請求項３に記載のクロマトグラフィカラム。
【請求項２２】
前記通路の第１の上流開口部は、第２の下流開口部よりも直径が小さい、請求項３に記載のクロマトグラフィカラム。
【請求項２３】
ボアを有する管状本体を有し、ボアは、ボアにわたって延びる下流多孔質部材と、上流保持プラグであって、管状本体の上流端部に締結され、且つ上流保持プラグを通した流体通路以外のボアを通る流れを遮る上流保持プラグとの間に位置するクロマトグラフィ媒体の充填床のための空間を画定する、クロマトグラフィカラムを充填する方法であって、
前記下流多孔質部材と前記保持プラグとの間にクロマトグラフィ媒体の充填床を形成するために、溶媒及びクロマトグラフィ粒子のスラリーを０．６８９４７６ＭＰａ（１００ｐｓｉ）超の所定の充填圧力下で前記流体通路に通す工程であって、前記流体通路は、前記保持プラグの上流面上における上流開口部及び前記保持プラグの下流面上における下流開口部を有し、上流開口部及び下流開口部は、前記管状本体の長手方向軸線を中心にして配置され、前記保持プラグは、前記管状本体に永久的に締結される、工程と、
前記クロマトグラフィ媒体が前記流体通路内及び前記保持プラグの上流にある状態で前記スラリー及び溶媒の流れを停止する工程であって、前記保持プラグは、前記床の少なくともいくらかの膨張を抑制し、前記床は、前記流体通路の下流開口部内に膨張する、工程と、
前記スラリーの流れが停止された後、上流多孔質部材を、前記保持プラグの上流で前記ボアの上に、且つ上流多孔質部材と隣接する前記クロマトグラフィ媒体との間に空隙がない状態で前記クロマトグラフィ媒体と接触して置く工程と、
前記上流多孔質部材を前記カラムに締結する工程と
を含む方法。
【請求項２４】
前記上流開口部は、前記下流開口部よりも直径が大きい、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記下流開口部は、前記管状本体を通した前記ボアよりも小さく、前記下流開口部に隣接する前記保持プラグの部分は、長手方向軸線に沿った方向における前記充填クロマトグラフィ床の少なくとも一部の床膨張を抑制する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記充填圧力は、約６８．９４７５７ＭＰａ（１０，０００ｐｓｉ）〜約１７２．３６８９３ＭＰａ（２５，０００ｐｓｉ）である、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記クロマトグラフィ媒体は、少なくとも２ｎｍの細孔径を有する多孔質媒体を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
前記クロマトグラフィ媒体は、表面多孔質粒子又は多孔質粒子を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
前記充填クロマトグラフィ床は、空隙容量を有しない、請求項２３に記載の方法。
【請求項３０】
前記配置する工程前及び前記締結する工程後、前記保持プラグの頂面の上方に押し出された任意の媒体をかき取る工程を更に含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項３１】
請求項２３に記載の方法によって充填されたクロマトグラフィカラム。
【請求項３２】
請求項２３に記載の方法によって充填されたクロマトグラフィカラムであって、前記充填媒体は、少なくとも２ｎｍの細孔径を有する多孔質シリカ粒子を含む、クロマトグラフィカラム。
【請求項３３】
請求項２３に記載の方法によって充填されたクロマトグラフィカラムであって、前記充填媒体は、ポリマー粒子を含む、クロマトグラフィカラム。
【請求項３４】
請求項２３に記載の方法によって充填されたクロマトグラフィカラムであって、前記充填媒体は、シリカゲル、表面修飾シリカゲル又は有機／無機ハイブリッド粒子を含む、クロマトグラフィカラム。
【請求項３５】
請求項２３に記載の方法によって充填されたクロマトグラフィカラムであって、前記充填媒体は、完全多孔質粒子を含む、クロマトグラフィカラム。
【請求項３６】
請求項２３に記載の方法によって充填されたクロマトグラフィカラムであって、前記充填媒体は、表面多孔質粒子を含む、クロマトグラフィカラム。
【請求項３７】
管状本体であって、反対にある上流端部及び下流端部と、上流端部と下流端部との間で管状本体の長手方向軸線に沿って延びる円筒状のボアとを有する管状本体と、
前記管状本体の上流端部に隣接する前記ボアに流体密状態で永久的に取り付けられた外周部を有する保持プラグであって、保持プラグを通して延びる流体通路を有し、流体通路は、上流開口部及び下流開口部を有する、保持プラグと、
前記管状本体の下流端部に隣接する前記ボアにわたって延びる下流多孔質部材であって、液体及びガスが下流多孔質部材を通ることを可能にする一方、クロマトグラフィ媒体の通過を遮るように構成された下流多孔質部材と、
前記下流多孔質部材を前記管状本体の下流端部に接続する下流エンドキャップと
を含むクロマトグラフィカラム。
【請求項３８】
前記流体通路の下流端部は、前記流体通路の上流端部の直径よりも小さい直径を有し、前記流体通路は、長手方向軸線に沿って延びる、請求項３７に記載のクロマトグラフィカラム。
【請求項３９】
前記管状本体は、金属で作製され、及び前記流体通路は、前記下流開口部よりも直径が大きい上流開口部を有する、請求項３７に記載のクロマトグラフィカラム。
【請求項４０】
前記保持プラグは、前記管状本体の上流端部と面一の上面を有する、請求項３７に記載のクロマトグラフィカラム。
【請求項４１】
前記保持プラグは、前記管状本体のボア内に延びる下流部分と、前記管状本体の端部の上に延び、且つ前記端部に永久的に締結される上流部分とを有する帽子形の断面を有する、請求項３７に記載のクロマトグラフィカラム。
【請求項４２】
前記保持プラグの上流にあり、且つ前記多孔質プラグに向かってフリットリテーナを付勢する上流エンドキャップによって前記保持プラグに向かって付勢される上流多孔質部材を更に含む、請求項３７に記載のクロマトグラフィカラム。
【請求項４３】
前記流体通路は、クロマトグラフィ媒体を充填され、前記下流多孔質部材と前記保持プラグとの間の前記ボアは、圧縮下のクロマトグラフィ媒体を充填される、請求項３７に記載のクロマトグラフィカラム。
【請求項４４】
前記カラムは、シリカゲル又はシリカゲルベースのクロマトグラフィ媒体を充填される、請求項４３に記載のクロマトグラフィカラム。
【請求項４５】
前記カラムは、ポリマークロマトグラフィ媒体を充填される、請求項４３に記載のクロマトグラフィカラム。
【請求項４６】
前記カラムは、多孔質クロマトグラフィ媒体を充填される、請求項４３に記載のクロマトグラフィカラム。
【請求項４７】
前記カラムは、非多孔質クロマトグラフィ媒体を充填される、請求項４３に記載のクロマトグラフィカラム。
【請求項４８】
前記カラムは、表面多孔質クロマトグラフィ媒体を充填される、請求項４３に記載のクロマトグラフィカラム。
【請求項４９】
前記流体通路は、曲線壁を有する上流入口を有する、請求項４３に記載のクロマトグラフィカラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、媒体を有する高圧液体クロマトグラフィ（ＨＰＬＣ：ｈｉｇｈ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｌｉｑｕｉｄ  ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ）カラムに特に適すると考えられる、管状カラムにクロマトグラフィ媒体を充填するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧液体クロマトグラフィ（ＨＰＬＣ）カラムは、カラム内に床を形成するクロマトグラフィ媒体を収容し、床は、典型的には、ガラス、セラミック若しくは金属製のスクリーン又はフリットなどの２つの多孔質部材間に位置する。媒体床は、充填されても又は充填されなくてもよい。（特許文献１）は、毎回の使用前に媒体を手動で振盪させるための十分なヘッドボリュームをカラムが有する非充填カラムの例である。
【０００３】
ＨＰＬＣ及びＵＨＰＬＣカラムにおいて、クロマトグラフィ床内の空隙及び床の不均一性は、カラムの性能を低下させるおそれがある。ＨＰＬＣ及びＵＨＰＬＣカラムでは、空隙容量のない充填床が特に望ましく、床を圧縮することは、そのような空隙容量の低減に役立つ。充填媒体床は、１つの端部に第１の多孔質部材を有するカラムを取り、第１の多孔質部材によって拘束される媒体をカラムに充填し、媒体の他の端部に第２の多孔質部材を配置し、ラム又は他の圧縮機構を使用して２つの多孔質部材間の媒体を物理的に圧縮することによって形成され得る。（特許文献２）は、カラム内に充填ピストン及び機構を保持する軸方向圧縮充填の一例である。この充填方法は、高価なハードウェアがカラム内に残る不必要に長く且つ重いカラムを生じさせ、これらは、全て望ましくない。
【０００４】
媒体のクロマトグラフィ床を圧縮するための軸方向圧縮の使用は、非多孔質基材ではかなり良好に機能するが、非多孔質媒体の圧縮強さを欠く多孔質媒体及び表面多孔質（コアシェル）媒体では不十分に機能する場合がある。これは、十分に高い圧縮圧力下で押しつぶされ、充填クロマトグラフィ床を通る流れの不均一性を生じさせるか又はカラムの下流多孔質部材を詰まらせる可能性のある破片又は微粉を生成するシリカ媒体に特に当てはまる。多孔質及び表面多孔質クロマトグラフィ粒子は、多くの場合、スラリー充填を用いて充填され、スラリー充填では、第１の多孔質部材（例えば、フリット）は、カラムの下流端部に配置され、流体キャリア（好ましくは溶媒）中に懸濁されたクロマトグラフィ媒体のスラリーは、カラムの反対にある開端部に流れ、キャリア流体は、下流多孔質部材を通過し、スラリーの流れ及びキャリア流体の圧力によって充填された媒体でカラムを満たす。カラムが所望の程度まで満たされると、スラリーの流れ及び流体の流れが停止され、第２の多孔質部材がカラムの上流端部に配置される。
【０００５】
クロマトグラフィ粒子は、多孔質部材を通過しないため、スラリー充填中、上流多孔質部材は、取り外されており、スラリー充填が完了した後に充填クロマトグラフィ床に対して配置される。残念ながら、流体充填圧力が解放されると、圧縮床は、膨張するため、カラムに上流多孔質部材を付加することができる前に床が膨張し、スラリー充填圧力によって得られた圧縮の少なくともいくらかを解放する。これは、（特許文献３）に記載されており、そこでは、カラムの端部を越えて押し出された媒体を除去し、多孔質部材に隣接する床をわずかに圧縮するために段付き多孔質部材を付加する。この特許及びその他は、スラリー充填を使用して床膨張の悪影響を低減する試行すべき様々な手法を記載しているが、カラム床を充填するためのより簡単であり、より迅速であり、且つより一貫した手法が依然として必要とされている。したがって、様々な理由から、充填クロマトグラフィ床の床膨張を低減及び保持するためのより簡単であり、より迅速であり、且つより安価な手法が非常に望ましい。
【０００６】
スラリー充填に関するこれらの困難のいくつかに対処するために、（特許文献４）と同様に、スラリー充填を使用するものの、カラム内にピストンのみを保持し、充填機構の大半をカラムの外部に残す充填方法及びこれにより得られるカラムが開発された。しかし、この充填機構は、圧力を解放することなく充填床に対してピストンを保持するために多くの部品及び固定システムを必要とする。したがって、クロマトグラフィ床の望ましい圧縮を維持し、充填床の密度を増加しながらも、これらのカラムにクロマトグラフィ媒体を一貫して充填するためのシンプルでより安価な手法が依然として必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第５１８６８２６号明細書
【特許文献２】米国特許第５８９３９７１号明細書
【特許文献３】米国特許第７３３９４１０号明細書
【特許文献４】米国特許第７６７４３８３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記した懸案を鑑みてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
クロマトグラフィカラムであって、反対にある上流端部及び下流端部を有する管状本体を有し、上流端部取付具及び下流端部取付具は、管状本体に接続されている、クロマトグラフィカラムが提供される。管状本体は、管状本体及びカラムの長手方向軸線に沿って延びる内部ボアを有する。カラムは、管状本体の上流端部に永久的に取り付けられた保持プラグであって、ボアの１つの端部を塞いで、保持プラグを越える流体の通過を阻止する保持プラグを含む。保持プラグは、好ましくは、保持プラグを通して長手方向軸線に沿って延びる単一の流体通路を有するが、通路は、このように配置されるか又はこのような数に限定される必要はない。保持プラグは、反対にある上流端部及び下流端部を有し、流体通路は、保持プラグの上流端部における第１の直径及びプラグの下流端部における第２の直径の開口部を有する。カラムは、保持プラグの上流にあり、且つボアにわたって延びる上流多孔質部材も有する。カラムは、管状本体の下流端部に隣接する位置でボアにわたって延びる下流多孔質部材を有する。管状本体は、保持プラグと下流多孔質部材（例えば、フリット）との間に連続的な壁を有し、それにより、ボアは、保持プラグと下流多孔質部材（例えば、フリット）との間に流路を画定する。クロマトグラフィ媒体は、上流多孔質部材から保持プラグ内の通路を通して下流多孔質部材に延び、クロマトグラフィ媒体中に空隙はない。保持プラグと下流多孔質部材との間のクロマトグラフィ媒体の部分は、圧縮下にあり、且つ充填媒体の床を形成する。
【００１０】
流体通路の多くの変更形態が利用可能である。流体通路の第１の直径は、第２の直径と同じであり得る。しかし、通路の第１の上流直径は、有利には、通路の第２の下流直径よりも大きい。上流端部取付具は、上流多孔質部材を、長手方向軸線に沿って上流方向に移動しないように保持し得る。流体通路は、好ましくは、保持プラグの上流端部に円錐状部分を有し、この円錐状部分は、より小さい直径へと下流方向に収束する。更に、円錐状部分は、保持プラグの上流端部から下流端部に延び得る。流体通路は、任意選択的に、円錐状部分の下流に位置する円筒状部分を有し得、円錐状部分は円筒状部分の上流端部に接合する。流体通路は、リテーナプラグの下流端部に向かって直径が拡大する、広がる円錐状部分（ｄｉｖｅｒｇｉｎｇ  ｃｏｎｉｃａｌ  ｐｏｒｔｉｏｎ）を有し得る。円錐状部分は、保持プラグの下流端部における凹状のくぼみと流体連通し得、このくぼみは、クロマトグラフィ媒体に当接する。流体通路は、凹状のくぼみを含み得る。凹状のくぼみは、放物線形状又は円形形状の１つを含む、長手方向軸線に沿って取られた断面を有するくぼみを含み得る。通路の第１の上流開口部は、第２の下流開口部よりも直径が小さいことができるが、通路の上流端部に通路の大きい方の開口部を有することが好ましいと考えられる。
【００１１】
更なる変更形態では、流体通路の下流端部は、直径が最大で約１４ｍｍの開口部に関して、ボアの直径の約１／５〜約１／３の開口部を有し得る。流体通路の下流端部は、代わりに、ボアの直径の約１／２〜３／４の開口部を有し得る。保持部材は、任意選択的に、それぞれ最小通路直径を有する複数の流体通路を有し得、この最小直径は、好ましくは、しかし任意選択的に同じである。クロマトグラフィ媒体は、多孔質粒子の床、又は表面多孔質粒子の床、又は非多孔質粒子の床、又はポリマー粒子の床、又はシリカ粒子の床、又はハイブリッド有機／無機粒子の床を更に含み得る。
【００１２】
ボアを有する管状本体を有し、ボアは、ボアを通る全ての流れをろ過し、且つ好ましくはボアにわたって延びる下流多孔質部材と、上流保持プラグであって、管状本体の上流端部に締結され、且つ保持プラグを通した流体通路以外のボアを通る流れを遮る上流保持プラグとの間に位置するクロマトグラフィ媒体の充填床のための空間を画定する、クロマトグラフィカラムを充填する改良された方法も有利に提供される。方法は、下流多孔質部材と保持プラグとの間にクロマトグラフィ媒体の充填床を形成するために、溶媒及びクロマトグラフィ粒子のスラリーを０．６８９４７６ＭＰａ（１００ｐｓｉ）超の所定の充填圧力下で流体通路に通す工程を含み得る。流体通路は、好ましくは、保持プラグの上流面上における上流開口部及び保持プラグの下流面上における下流開口部を有し、上流開口部及び下流開口部は、管状本体の長手方向軸線を中心にして配置される。保持プラグは、管状本体に永久的に締結される。
【００１３】
方法は、保持プラグと下流多孔質部材との間に圧縮クロマトグラフィ媒体床が形成されるとき、且つ圧縮された媒体粒子が流体通路及び場合により保持プラグの上流のカラムの任意の部分を満たすとき、スラリー及び溶媒の流れを停止する工程も含む。スラリー及び溶媒の流れが停止されると、床は、流体通路の下流開口部内に膨張し得る。スラリーの流れが停止された後、上流多孔質部材は、保持プラグの上流の位置でボアの上に、且つ上流多孔質部材と隣接するクロマトグラフィ媒体との間に空隙がない状態でクロマトグラフィ媒体と接触して置かれる。方法は、上流多孔質部材をカラムに締結する工程も含む。保持プラグは、プラグの下流の床の膨張を抑制し、及び上流多孔質部材は、通路内の媒体の膨張を抑制する。
【００１４】
方法の更なる変更形態では、締結する工程は、好ましくは、上流多孔質部材に対してフリットリテーナを付勢する工程と、その多孔質部材の動きを抑制するために管状本体にフリットリテーナを締結する工程とを含む。変更形態は、下流開口部よりも直径が大きい上流開口部を有する保持プラグを使用することも含む。下流開口部は、管状本体を通したボアよりも小さく、及び下流開口部に隣接する保持プラグの部分は、好ましくは、長手方向軸線に沿った方向における充填クロマトグラフィ床の少なくとも一部の床膨張を抑制する。充填圧力は、好ましくは、約６８．９４７５７ＭＰａ（１０，０００ｐｓｉ）〜約１７２．３６８９３ＭＰａ（２５，０００ｐｓｉ）である。方法において使用されるクロマトグラフィ媒体は、少なくとも２ｎｍの細孔径を有する多孔質媒体、又は表面多孔質粒子、又は多孔質粒子を含み得る。クロマトグラフィ床は、好ましくは、空隙容量を有しない。
【００１５】
方法は、配置する工程前及び締結する工程後、保持プラグの頂面の上方に押し出された任意の媒体をかき取る工程を更に含み得る。
上記方法の１つ以上によって充填されたクロマトグラフィカラムも提供される。このような充填カラムは、保持プラグのない状態で充填されたカラムと比較して充填クロマトグラフィ床の向上した密度を有すると考えられ、クロマトグラフィ媒体の向上したかみ合い及び本明細書中に記載される他の利点も有すると考えられる。充填カラムは、少なくとも２ｎｍの細孔径を有する多孔質シリカ粒子の充填クロマトグラフィ床を含み得るか、又は充填カラムは、充填されたポリマー粒子、若しくは充填されたシリカ粒子、若しくは多孔質粒子の充填床、若しくは表面多孔質粒子の充填床を含み得る。
【００１６】
管状本体であって、反対にある上流端部及び下流端部と、上流端部と下流端部との間で管状本体の長手方向軸線に沿って延びる円筒状のボアとを有する管状本体を含むクロマトグラフィカラムも提供される。外周部を有する保持プラグは、管状本体の上流端部に隣接するボアに流体密状態で永久的に取り付けられる。保持プラグは、保持プラグを通して且つ長手方向軸線に沿って延びる単一の流体通路を有し得る。流体通路は、上流開口部及び下流開口部を有する。カラムは、管状本体の下流端部に隣接するボアにわたって延びる下流多孔質部材も有する。下流多孔質部材は、液体及びガスが下流部材を通ることを可能にする一方、クロマトグラフィ媒体の通過を遮るように構成される。カラムは、管状本体の下流端部に下流多孔質部材を接続する下流エンドキャップも含む。
【００１７】
更なる変更形態では、管状本体の全体は、好ましくは、金属である。流体通路は、流体通路の下流端部が、通路の上流端部の直径よりも小さい直径を有する構成を含む様々な構成を有し得る。即ち、上流開口部は、下流開口部よりも直径が大きい。保持プラグは、好ましくは、管状本体の上流端部と面一の上面を有する。保持プラグは、管状本体のボア内に延びる下流部分と、管状本体の端部の上に延び、且つ端部に永久的に締結される上流部分とを有する帽子形の断面も有し得る。カラムは、保持プラグの上流にあり、且つ多孔質プラグに向かってフリットリテーナを付勢する上流エンドキャップによって保持プラグに向かって付勢される上流多孔質部材を有し得る。流体通路は、好ましくは、クロマトグラフィ媒体を充填され、及び下流多孔質部材と保持プラグとの間のボアは、好ましくは、圧縮下のクロマトグラフィ媒体を充填される。カラムは、好ましくは、シリカクロマトグラフィ媒体、又はポリマークロマトグラフィ媒体、又は多孔質クロマトグラフィ媒体、又は表面多孔質クロマトグラフィ媒体を充填される。
【００１８】
本発明のこれらの及び他の利点及び特徴は、全体を通して同様の番号が同様の部品を意味する以下の図面及び記載に鑑みてよりよく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】充填クロマトグラフィ床の１つの端部におけるくぼみ内に保持プラグを有するクロマトグラフィカラムの断面図である。
【図２】充填クロマトグラフィ床の１つの端部にＴ字形の保持プラグを有するクロマトグラフィカラムの断面図である。
【図３】図２の断面３−３に沿って取られた拡大図である。
【図４】図１の断面４−４に沿って取られた拡大図である。
【図５Ａ】保持プラグ内の通路の異なる形状を示す保持プラグの断面図である。
【図５Ｂ】保持プラグ内の通路の異なる形状を示す保持プラグの断面図である。
【図５Ｃ】保持プラグ内の通路の異なる形状を示す保持プラグの断面図である。
【図５Ｄ】保持プラグ内の通路の異なる形状を示す保持プラグの断面図である。
【図５Ｅ】保持プラグ内の通路の異なる形状を示す保持プラグの断面図である。
【図５Ｆ】保持プラグ内の通路の異なる形状を示す保持プラグの断面図である。
【図５Ｇ】保持プラグ内の通路の異なる形状を示す保持プラグの断面図である。
【図５Ｈ】保持プラグ内の通路の異なる形状を示す保持プラグの断面図である。
【図５Ｉ】保持プラグ内の通路の異なる形状を示す保持プラグの断面図である。
【図６Ａ】圧縮端部取付具を有するクロマトグラフィカラムの断面図である。
【図６Ｂ】図６Ａの６Ｂ−６Ｂに沿って取られた拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１〜図４を参照すると、長手方向軸線１１を有する管状本体９と、管状本体９の、反対にある第１の端部及び第２の端部上の任意の雄ねじ１２とを有するクロマトグラフィカラム１０である。本明細書で使用する場合、上流方向及び下流方向とは、カラムの充填中の流れに対する方向を意味する。使用時の充填カラム１０の流れの方向は、充填剤の流れの方向と異なり得る。上及び下、上部及び下部、上方及び下方、頂部及び底部の相対方向は、充填中、カラム１０が、その上流端部が地面と逆の方に向いた状態で垂直方向にあるときの部品の方向を意味する。
【００２１】
充填カラム１０は、管状本体及びカラムの対応する第１の（上流）及び第２の（下流）端部に第１及び第２の多孔質部材１４、１６を有する。保持プラグ１８は、管状本体９の内部に示され、管９の第１の端部に固定されており、様々な可能な形状（後述するような）を有する流体通路２６がプラグ１８内に延びる。第１の端部取付具２０は、第１の多孔質部材１４を所定の位置に保持し、好ましくは本体９上のねじ山１２に係合することにより、保持プラグ１８の上流端部に向かって多孔質部材１４を好ましくは付勢し、固定された保持プラグ１８に向かってその端部取付具及び多孔質部材を移動させる。第２の端部取付具２２は、管９の第２の下流端部上の対応するねじ山に係合する。第１及び第２の端部取付具２０、２２は、好ましくは、カラム１０と、各種のクロマトグラフィ関連機器、分析機器及び充填設備との間に流体接続を設ける。流体の漏れを防ぐために、適切なシールリング２８、典型的にはＯリング２８は、必要に応じて任意選択的に使用され得、分析設備及び場合により充填設備などの設備との流体接続を容易にするために、フリットリテーナ３０は、典型的には、各端部取付具２０、２２の内部の所定の位置に保持される。端部取付具２０、２２も典型的には金属である。
【００２２】
多孔質部材１４、１６は、典型的には、液体及びガスが通ることを可能にするが、クロマトグラフィ粒子の通過を阻止する金属、ガラス若しくはセラミックフィルタ又はフリットである。保持プラグ１８は、典型的には、２つの一般的なタイプのものであり、第１のタイプは、図１及び図４に示され、反対にある平らな上面及び下面を画定し、円盤形の部品をもたらすほぼ円形の外周部を有する。得られる円盤形は、図１、図４、図５Ａ〜図５Ｅ及び図５Ｇ〜図５Ｉのような管状本体９の上流端部にある相手側円筒状くぼみに嵌合する。第２の一般的なタイプは、Ｔ字形の断面形状（図２、図４及び図５Ｆ）であり、大径が上にあり、小径が下にあり、２つの周辺側部を接合する平らな肩部２１（図５Ｆ）を有する段階的直径の円盤形の部品を生じる。使用時、得られた段階的形状の円盤は、小径の下流円盤が本体９の上流端部の相手側円筒状くぼみに嵌合し、円盤の大径部分は、管状本体９の端部上又は図２及び図３のように本体９の端部の段付きくぼみ（図示せず）内に延びる。保持プラグ１８の１つ以上の隅部は、鋭利な隅部を取り除き、相手側くぼみ及び隣接表面との滑らかな嵌合を確実にするために破壊又は面取りされ得る。
【００２３】
流体通路２６は、保持プラグ１８内に軸方向に延び得、ボア９及びカラム１０と流体連通し、且つボア９及びカラム１０の軸線１１と好ましくは軸方向に整列する。保持プラグ１８の下にクロマトグラフィ床２４を形成するために通路２６の少なくとも一部に且つ通路２６の少なくとも一部内に媒体２３が充填されると、カラム１０は、スラリー充填媒体床２４に当接する保持プラグ１８を有し、第１の多孔質部材１４及び保持プラグ１８は、そのスラリー充填媒体床２４の軸方向膨張を抑制する。床２４からのいくらかの媒体は、充填圧力が除去されると、通常、流体通路２６内に押し出され、通路２６内の媒体も充填圧力から解放されると膨張する。第１の多孔質部材１４は、保持プラグ１８の上流にあり、部材１４が所定の位置に保持されているときに通路２６内の媒体２３の膨張を抑制する。スラリー充填媒体床２４の主な及び主要部分は、保持プラグ１８と第２の下流多孔質部材１６との間にあり、媒体床２４は、下流多孔質部材１６及び保持プラグ１８によってカラム内で圧縮保持される。媒体の床の圧縮は、大気圧を含まない。流体通路２６は、クロマトグラフィ媒体２３も充填されるが、この充填は、典型的には、充填床２４と同じ圧力におけるものではない。いくつかの構成では、保持プラグ１８の頂面の上流に位置する管状本体９の非常に短い距離もクロマトグラフィ媒体で満たすことが可能であるが、これは、通路２６と同じ低い圧密圧力におけるものである。媒体粒子２３は、シリカ又はポリマー粒子であり得、及び非多孔質粒子、表面多孔質（コアシェル）粒子、又は多孔質粒子、シリカゲル、又は修飾シリカゲル、表面修飾シリカゲル、シリカゲルベースのクロマトグラフィ媒体、又は有機／無機ハイブリッド粒子であり得る。本明細書で使用する場合、多孔質媒体とは、完全に多孔質であり、コアシェル媒体又は表面多孔質媒体を含まない媒体を意味する。
【００２４】
管状本体９は、保持プラグ１８と下流多孔質部材１４との間に連続的な側壁を有する。したがって、本体９内のボアは、保持プラグ１８と下流多孔質部材１４との間の流路の外周部を画定する。換言すると、カラムは、好ましくは、保持プラグ１８と下流多孔質部材１４との間のいかなる位置においても、カラム９内のボアに流体連通する側方流体路を有しない。したがって、充填床２４を形成する全てのクロマトグラフィ媒体は、保持プラグ１８の通路２６を通過する。充填されると、上流多孔質部材１４である。
【００２５】
クロマトグラフィ媒体中の空隙は、望ましくないため、通路２６内のクロマトグラフィ媒体及び保持プラグ１８の上流の任意のそのような媒体に当接し、少なくともわずかに圧縮するが、好ましくは媒体を破壊すること及び微粉を発生させることのない上流多孔質部材１４を有することが好ましい。クロマトグラフィ媒体２３を破損させる圧力は、媒体タイプ及び使用される特定の媒体の性質によって異なるため、保持プラグ１８の上部と多孔質部材１４の底部との間の媒体の量は、異なる。したがって、任意の充填媒体２３が保持プラグ１８の上流表面と上流多孔質部材１４の下流表面との間に位置する場合、得られる保持プラグ１８の上部と上流多孔質部材１４の底部との間の距離は、異なり得る。
【００２６】
多孔質媒体は、表面多孔質媒体よりも低い圧縮強度を有し、表面多孔質媒体は、非多孔質媒体よりも低い圧縮強度を有する。例えば、ポリマー媒体は、シリカ媒体よりも圧縮性が高く、そのため、ポリマー媒体の圧縮床は、同程度の粒径のシリカ媒体の床よりも大きく圧縮し且つ大きく膨張し得るため、媒体の基本材料も圧縮強さ及び生じる床膨張に影響を及ぼす。多孔質媒体の細孔径が大きくなるほど圧縮強度が低下する。シェルの厚さ、細孔容積及び細孔の大きさ（表面多孔質材料のシェル内の粒子によって形成される）も表面多孔質粒子の圧縮強度に影響を及ぼす。充填圧力も異なり、より小径の粒子を充填するために、且つ充填媒体床２４内のより高い密度を実現するためにより高い圧力が使用される。
【００２７】
有利には、保持プラグ１８の上部又は上流端部は、好ましくは、カラム１０の管状本体９の上部又は上流端部と面一である。スラリー充填プロセスでは、通常、過剰なクロマトグラフィ媒体２３を供給する。カラムの上流端部の上方の過剰媒体は、かき取ることができ、多孔質プラグ１４及び端部取付具２０は、カラム１０及び本体９に取り付けることができるか、又は多孔質プラグの上流端部が本体９の端部と面一である場合、押し出された媒体は、充填床の更なる押し出し及び圧力の損失を抑制するために多孔質部材１４が媒体及び通路２６上に取り付けられる前に側方にかき取ることができる。これは、通常、カラム１０の本体９のねじ山１２上に端部取付具２０をねじ止めし、クロマトグラフィ媒体に多孔質部材１４を押し付け、取付具２０を締め付ける際に通路２６内及び／又は保持プラグ１８の上方の媒体を多くの場合にわずかに圧縮することによって実施される。多孔質部材１４が所定の位置に移動したときの上流多孔質部材１４と保持プラグ１８の上部との間の距離は、保持プラグ１８によって作成された充填圧力をできるだけ多く維持するためにできるだけ小さく、容認できない量、又は体積、又は数の微粉を発生させないことが望ましいと考えられる。ときに、多孔質部材１４は、ボアの大きさの円盤として、又は小径がボア内に嵌合し、大径が管状本体上の肩部に当接する２直径円盤の段付き部分として、管状本体９のボア内のみに嵌合するような大きさにされる。
【００２８】
したがって、好ましくは、上部又は上流多孔質部材１２と保持プラグ１８の上部との間に媒体２３がなく、上流多孔質部材１２と下流多孔質部材１４との間の任意の媒体が圧縮され、クロマトグラフィ床２４は、通路２６内の媒体よりも保持プラグ１８によってより大きく圧縮した状態に維持される。保持プラグの下流対向表面は、クロマトグラフィ床２４の塊が軸方向上流に移動することを抑制し、いくらかの媒体は、通路２６の下流開口部を通してその通路内に押し出される。通路２６内の媒体は、上流保持部材１２と充填床２４との間において、充填床２４よりも低い圧力、又は圧縮力、又は密度で圧縮されると考えられる。
【００２９】
保持プラグ１８の頂面は、管状本体９の上端部の下流にあり得、そうである場合、好ましくは、上端部の数ミリメートル以内にある。好ましくは、頂面は、本体９の端部と面一であるため、媒体２３の除去は、簡略化され、押し出された媒体を片側にかき取ることによって実施される。本体９の上端部と面一であるか、又は本体９のその上端部からわずかに下流に凹設されたリテーナプラグ１８を有するいずれの構成においても、保持プラグ１８の上方の媒体２３の任意の層（存在する場合）の厚さは、好ましくは、上流多孔質部材１４を配置するために第１の上流端部取付具２０を締め付けることで保持プラグ１８の上方及び上流多孔質部材１４の下方のあらゆる媒体２３を押しつぶさず、そのため、微粉を形成しないようなものである。有利には、上流多孔質部材１４は、保持プラグ１８の頂面に当接し、任意選択的に、上流多孔質部材１４は、通路２６の上流開口部のわずかに内側に嵌合するように構成及び配置される。
【００３０】
保持プラグ１８内の通路２６は、媒体２３で満たされ、その通路の大きさ及び形状は、上流多孔質部材１４がカラム１０に取り付けられるときにその通路内の媒体にかかる圧力に影響を及ぼし得る。充填床の膨張を最小限にするために、床２４及び通路２６にかかる十分な圧力を維持しつつ、つぶれる媒体２３の粒子ができるだけ少なく、且つ発生させる微粉ができるだけ少ないことが望ましい。保持プラグ１８の軸方向長さをできるだけ短くすることも望ましいと考えられる。
【００３１】
図５Ａ〜図５Ｉを参照すると、保持プラグ１８内の通路２６は、様々な構成を有し得、特定の構成は、通路２６ａ〜２６ｉと称し、保持プラグは、概して、保持プラグ１８と称する。保持プラグ１８内の通路２６は、好ましくは、その上流端部が広く、その下流端部が狭い。これは、空隙がなく且つプラグ１８が使用されない場合よりも高密度に充填された床を有する充填媒体床２４を形成するために使用される高圧充填中に通路を詰まらせることなく、保持プラグ１８内に媒体２３を通すためである。したがって、通路２６の壁は、傾斜しても円錐状通路２６ａ（図５Ａ）のように直線である必要はなく、代わりに、通路２６ｇ及び図５Ｇのように曲線（凸状又は凹状）であり得る。この通路２６ａの最小断面積は、保持プラグ１８の下流端部における円錐状通路２６ａの最小直径の面積によって決定される。
【００３２】
通路２６の直線側壁は、作製がより簡単なために製造の観点から好ましいと考えられるが、球面研削機の制御された動きによって得られる曲線壁も好適と考えられる。通路２６の壁は、好ましくは、高圧充填中に通路内におけるスラリーの通過を容易にするために滑らかであり、壁は、ＲＡ０．２０３２マイクロメートル（８マイクロインチ）未満の表面仕上げに研磨されることが望ましいと考えられる。
【００３３】
保持プラグ１８の上流表面からそのプラグの下流表面まで延びる円錐状通路２６を有することが好ましいと考えられる。通路２６について以下で更に説明するが、一例として、軸線１１に沿って測定した保持プラグ１８が長さ約１．５〜３ｍｍであり、カラムの直径が約４．６ｍｍである場合、約２０°の挟角を有する円錐部２６ａが好適と考えられる。保持プラグの軸線１１に沿って測定した長さが約１．５ｍｍであるとき、円錐状通路２６ａの大きい方の上流直径は、約３ｍｍであり、円錐部の小さい方の下流直径は、約１．５ｍｍである。５μ以下の粒子サイズを使用するほとんどのスラリーでは、約２５ｍｍ（約１インチ）未満の直径に対する通路２６の最小開口部直径は、約１．５ｍｍであると考えられる。
【００３４】
カラム１０を作製するために、流体通路２６を有する保持プラグ１８は、管状本体９のボア内の所定の位置に後に取り付けられる、好ましくは所定の位置に永久的に取り付けられる別個の部品として形成され得る。保持プラグ１８は、好ましくは、管状本体９と同じ材料のもの、典型的にはステンレス鋼であるが、代替的に、通路２６の変形のリスクを冒すことのない融解した金属による永久結合を容易にするために、本体９よりも高温で融解する金属を含み得る。しかし、プラグ１８は、チタンを含む他の金属で作製され得、いくつかの用途ではＰＥＥＫなどのポリマーであり得る。金属製保持プラグ１８では、円筒又は円盤は、典型的には、所望の外部表面仕上げを伴って所望の直径に形成され、流体通路２６は、保持プラグ１８内に機械加工及び／又は研削され、その後、好ましくはＲＡ０．２０３２マイクロメートル（８マイクロインチ）未満の所望の滑らかさに研磨される。保持プラグ１８は、プラグが所望の長さに既に切断されている場合には機械加工、ドリル加工及び／若しくは研削され得るか、又はプラグは、流体通路２６がドリル加工及び／若しくは研削又は研磨された後に長い円筒状のロッドから所定の長さに切断され得る。流体通路２６を形成するための他の製造順序が用いられ得、通路の壁の滑らかな表面を実現するために化学仕上げを含む機械研磨以外の他の手法が用いられ得る。保持プラグ１８がポリマーである場合、通路２６は、１つの鋳造又は成形操作でプラグの形成と一体に成形され得る。
【００３５】
保持プラグ１８が形成されると、プラグ１８が動かず、且つカラムが充填されてクロマトグラフィ床２４が形成されたときから充填床２４がもはや使用されなくなるか又は必要とされなくなるまで動くことができないように、保持プラグ１８は、管状本体９に取り付けられる。カラム１０は、典型的には、ステンレス鋼であり、カラムの軸線１１に沿って延びる研磨された内部ボアを有する。保持プラグ１８は、保持プラグ１８が締まり嵌めによって所定の位置に保持されるようにカラムの上流端部に圧入され得る。締まり嵌めは、カラムと保持プラグ１８の周縁部との間において、漏れることなくカラムの動作圧力及び充填圧力に耐えるのに十分なシールも提供し、これらの圧力は、シリカゲル及び他の粒子に関して後述するように数千ｐｓｉ若しくはｋｐａであり得るか、又はポリマー粒子では数百ｐｓｉであり得る。
【００３６】
保持プラグ１８と管状本体９との間の流体密封を確実にするための付加的な工程として、プラグ１８が所定の位置に圧入される前に現場硬化型接着剤又はシーラントがプラグ１８の外側にコーティングされ得る。保持プラグ１８が管状本体９内の所定の位置に配置されると現場硬化する適切な接着剤（本明細書ではエポキシを含む）のみを用いて、管状本体９内の所定の位置に保持プラグ１８を保持させることが可能と考えられる。接着剤を用いる任意の締結機構は、カラムの寿命を継続させるのに適した頑丈且つ耐久性のある接着剤及びカラムの用途に適合する接着剤を必要とする。接着剤は、充填若しくは使用中の漏れに対する更なるバリアを提供するために、且つ／又は動きに対する追加的な締結機構を提供するために任意の機械的な締結機構とともに使用され得る。
【００３７】
保持プラグ１８はまた、摩擦溶接を含め、所定の位置に溶接又はろう付けされ得る。軸線１１に沿う溶接又はろう付けされた金属の接触長さは、好ましくは、保持プラグ１８の全長であるが、それ未満であり得る。しかし、好ましくは、０．１２７ｍｍ（０．００５インチ）以上である。管状本体９上の雌ねじ又は雄ねじを保持プラグ１８上の対応して位置するねじ山と嵌合させることは、可能であるが、あまり望ましくないと考えられ、好ましくは少なくとも２つの全ねじ山が係合し、より好ましくは保持プラグの外側全体にねじ山が設けられ、カラム上の対応するねじ山と係合する。ねじ付き接続部は、他の種類の接続部と同様に、充填圧力に適応するように構成されていなければならず、例えば疲労破壊によってカラムの寿命を減少させることなく圧力を使用する。ねじ付き接続部が使用される場合、接続部は、好ましくは、本体９に対してプラグ１８を固定するための干渉ねじを含むか、又はプラグの外端部は、部品を互いに取り付けるために変形させ得る（例えば、つぶされるか又は杭が打たれる）。カラム９の端部は、好ましくは、軸線１１に対して平らであり、必要に応じて、端部は、クロマトグラフィ用途で機能するように研削され得るか又は必要に応じて仕上げられ得る。任意のねじ付き接続部の漏れないシールを更に確実とするために、又は更にカラムに対してプラグを配置し、取り付けるために、接着剤を使用することも好適と考えられる。
【００３８】
管状本体９は、管状本体９内に位置停止部５６（図３）を形成することにより、カラムの軸線１１に沿った所定の位置に保持プラグ１８を配置するように構成され得る。同様に、管状本体９は、下流多孔質部材１６と保持プラグ１８との間の充填クロマトグラフィ床の長さを決定するために、軸線１１に沿った所定の位置に下流多孔質部材１６を配置するように構成され得る。図３〜図４に見られるように、この位置停止部は、好ましくは、カラムの１つ又は両方の反対端部にある環状段付きくぼみとして形成され、保持プラグを配置し、且つ充填床２４の長さを画定するために保持プラグ１８の下流端部が当接する肩部５６又は軸方向停止部を形成する。したがって、多孔質部材１８の位置停止部５６は、好ましくは、本体９内のボアに一致するように環状肩部をドリル加工又はリーマ加工することによって形成される。同じタイプの環状肩部又は軸方向停止部が下流多孔質部材２８に対して形成されるか、又は多孔質部材は、管状本体９の端部に押し付けられるか、若しくはそうでなければフリットリテーナ３０によって所定の位置に保持される外周部を有し得る。
【００３９】
図４及び図５Ｆを参照すると、保持プラグ１８は、本体９及びカラム１０のボアに嵌合する小径部分５８と、管状本体９の環状端部の少なくとも一部の上に延びる大径部分６０とを有する階段状の断面を有し、帽子形の断面又はＴ字形の断面を形成し得る。大径部分６０は、本体９の端部又は本体９の肩部に載り、下流端部に向かう軸線１１に沿った動きを制限することができるフランジ又は肩部２１を形成する。エンドキャップ２０及びフリットリテーナ３０などの保持機構は、上流多孔質部材１４が軸線１１に沿って上流方向に移動することを防止する。下流多孔質部材１６は、同様に、エンドキャップ２０及びフリットリテーナ３０などの保持機構を使用することにより、本体９のボア内部の所定の位置に保持されるか又は本体９の下流端部に押し付けられる。
【００４０】
保持プラグ１８が管状本体９に締結される手法に応じて、下流多孔質部材１６は、保持プラグ１８の前又はプラグ１８の後に取り付けられる必要があり得る。典型的には、ボアは、管状本体９内に形成され、その後、肩部５６を形成するために本体の各反対端部が機械加工される（例えば、ドリル加工、穴開け加工、エンドミル加工）。保持プラグ１８は、好ましくは、圧入又は本明細書中に記載される他の手法により、上流肩部５６に載るように挿入され、保持プラグを本体９に取り付ける。通常、本体９が、本体に取り付けられた保持プラグ１８を有する場合、下流多孔質部材２０は、本体に取り付けられる。下流多孔質部材１６は、本体９の下流端部から挿入されるため、下流肩部に載り、下流多孔質部材を所定の位置に保持するために下流フリットリテーナ３０及び下流エンドキャップ２０が取り付けられる。本体９に保持プラグ１８を締結することによって生じる任意のクリーニングは、下流多孔質部材が本体に接続される前に実施される。
【００４１】
充填前の空の管状本体９は、管状本体９のボア内に所定の長さの空の空間を画定する下流多孔質部材１６及び保持プラグ１８を有するカラム１０を有し、充填クロマトグラフィ床がプラグ１８と下流多孔質部材２８との間に形成される。充填のため、端部取付具２２は、カラムとの流体接続を形成するために、典型的にはカラムの外端部上のねじ山１２を使用して管状本体９に接続される。上流接続部は、端部取付具２０を用いて形成され得るが、典型的には別個の流体充填接続部が典型的には本体９の上流端部上のねじ山１２を使用してカラムの上流端部に接続される。溶媒及び充填媒体２３のスラリーは、保持プラグ１８の通路２６を通して強制的に送られ、下流多孔質部材１６は、媒体２３を保持する一方、溶媒は、下流多孔質部材を通過し、下流端部取付具２２の流体接続部から出ることができる。スラリーの充填圧力及び流れは、好ましくは、所定の量の媒体がカラム１０に供給されるまで維持される。典型的には、保持プラグ１８と下流多孔質部材１６との間の容積を充填し、多孔質部材１６とプラグ１８との間に所望の充填クロマトグラフィ床２４を形成するのに必要なものよりも多くの媒体２３が供給される。過剰媒体は、通路２６を充填し、任意選択的に、充填プロセスに応じて保持プラグ１８の上方に延在し得る。溶媒の流れは、媒体２３を含有するスラリーの流れが停止した後に継続し得る。溶媒の流れが停止し、スラリー充填接続部が取り外された後、本体９は、典型的には、管状本体９の端部の上方に押し出されたいくらかの媒体を有する。この過剰媒体は、かき取られ、上流端部取付具２０及び上流多孔質部材１４は、通常、本体部分上のねじ山１２と嵌合する端部取付具上のねじ山によって本体部分９に締結され、それによりクロマトグラフィ用途に好適な完成カラム１０を形成する。カラムの設計に応じて、端部取付具２０は、保持プラグ１８の頂面に対して、又は管状本体のボアのわずかに内側に、又は通路２６の上流開口部に若しくはそのわずかに内側に上流多孔質部材１４を配置するために締め付けられる。
【００４２】
充填スラリー及び溶媒の流れが停止されると、充填クロマトグラフィ床２４にかかる圧力も停止し、床が膨張する。通路２６の下流開口部を包囲及び画定する保持プラグ１８の下流端部は、この床膨張に逆らう。通路２６の下流開口部を包囲し、且つクロマトグラフィ媒体の充填床に当接する保持プラグの部分は、媒体に当接する保持プラグのその部分の軸方向下方にある充填クロマトグラフィ床の全て又は実質的に全ての軸方向膨張を停止させると考えられる。したがって、保持プラグ１８の下流開口部は、好ましくは、良好な充填密度及び速い充填のための十分に大きい開口部をなお可能にしつつ、できるだけ小さい。いくらかの媒体は、通常、通路２６の下流開口部を通して通路２６内に押し出されるが、その押し出された媒体の大部分は、下流開口部の軸方向下方の領域、場合により充填床２４に当接する保持プラグ１８の下流開口部の外側径方向距離の隣接する１０％〜１５％から到来すると考えられる。ボア直径の１０〜３５％の直径を有する下流開口部を有する、約１３ｍｍ以下のボアを有するカラムについて、通路２６内に押し出される実質的に全て（例えば、８０％超）の媒体粒子２３は、通路２６の下流開口部の軸方向下方の充填床の部分及びその下流開口部を包囲し、且つその開口部の真下にある領域から到来すると考えられる。ボア直径の約２０％の下流開口部が使用に適しており、充填床２４を維持し得ると考えられ、ボア直径の約１０％〜９５％の下流開口部は、充填カラム１０の性能における利点を提供すると考えられる。
【００４３】
管状本体９の内部円筒状壁は、かなり滑らかなため、充填床２４は、カラムの壁に沿って滑り、保持プラグ１８の下流側に対して膨張するか又はこれを押すと考えられる。管状本体９の円筒状のボア又は壁のそばのプラグ１８の隅部には、充填プロセスから生じる空隙がわずかながら存在すると考えられ、充填床２４の膨張は、充填中に生じ得るそのようなあらゆる空隙容量を満たすと考えられる。得られる充填カラムは、上流多孔質部材１４と下流多孔質部材１６との間に空隙を実質的に含まず、これらの多孔質部材間で圧縮下にあるのみならず、保持プラグ１８の底部又は下流端部と下流多孔質部材１６及びそれとの間でより高い圧縮下にあると考えられる。保持プラグ１８は、媒体床２４の充填圧力及びこれにより得られる圧縮を維持すると考えられるが、保持される圧縮の量は、数ある因子の中でもとりわけ、通路２６の下流開口部の大きさ及びカラムの直径に依存する。上流多孔質部材１４は、通路２６内の媒体及び保持プラグ上の任意の媒体の膨張を抑制すると考えられる。流体充填装置を取り外すと、通路２６内の媒体は、大気圧に達し、充填床２４の通路２６への膨張により、接続された端部取付具２０と多孔質部材１４とに対して媒体が押され、これにより膨張に抵抗し、通路内の充填圧力を決定するため、通路２６内の圧力は、多孔質部材１４とエンドキャップ２０とがどの程度速く接続されるかに大きく依存する。
【００４４】
充填床２４の圧縮は、充填床の密度にも反映される。５つのカラムに対する予備試験では、性能の向上が示された。５つの１５０×４．６ｍｍカラムに１．８μの多孔質媒体を充填し、約３ｍｍの上流開口部及び約１．５ｍｍの下流開口部及び約１．５〜３ｍｍの軸方向長さを有する円錐状通路２６ａの約２０°の挟角を有するリテーナプラグ１８を用いて充填した。これは、カラム９のボア直径の約２１％の直径を有する下流開口部をもたらした。これらのカラムを、プラグ１８のない状態で充填された５つのカラムと比較した。両方のタイプのカラムは、同じスラリー充填方法を使用して７５．８４２１９ＭＰａ（１１ｋｐｓｉ）で充填した。多孔質材料を用いた市販のカラムに使用されているものと同じ充填方法を使用して充填された１０個のカラムの比較では、保持プラグ１８のない５つのカラムと比較すると、保持用プラグ１８を用いた５つのカラムは、充填床２４の密度が３．５％の平均密度増加を有したことを示す。床密度の増加に加えて、保持プラグ１８を伴って充填されたカラムは、ピークの非対称性の顕著な向上及び効率の上昇を有した。
【００４５】
加えて、保持プラグ１８を伴って充填されたカラムは、同じ媒体及びスラリー充填方法を使用して充填された同じ寸法の同等のカラムと比べて安定性能の顕著な向上を有すると考えられる。安定試験用のカラムは、上記のカラム、媒体及び１つの試験カラムの場合、リテーナプラグ１８を使用して７２．３９４９５２ＭＰａ（１０，５００ｐｓｉ）の圧力で充填された。試験では、１００ｍＭリン酸ナトリウム（ｐＨ６．８）及び９０／１０ｖ／ｖの１００ｍＭリン酸ナトリウム（ｐＨ６．８）／イソプロパノールを２つの異なる流速、０．３５ｍＬ／ｍｉｎ及び０．４８ｍＬ／ｍｉｎで使用した。全てのカラムで同じ手順が使用され、この手順は、以下のように開始及び終了した。１００ｍＭリン酸ナトリウム（ｐＨ６．８）を０．３５ｍＬ／ｍｉｎで２０分間、９０／１０ｖ／ｖの１００ｍＭリン酸ナトリウム（ｐＨ６．８）／イソプロパノールを異なる流速で４４１分間流し、これに続いて、１００ｍＭリン酸ナトリウム（ｐＨ６．８）による流速の０．４８〜０．３５ｍＬ／ｍｉｎの直線的な増加を伴う１０分間の方法及び２０／８０ｖ／ｖのメタノール／水でのカラムの１０分間のフラッシュを行い、その後、手順を終了し、続いて流れを８時間にわたって除去した。この手順中、様々な箇所で２４回の注入を行った。この試験手順を１０５時間の合計カラム時間にわたって１２回繰り返した。試料は、２．５０ｍｇ／ｍＬのチログロブリン、５．００ｍｇ／ｍｌの免疫グロブリンＧ、２．５０ｍｇ／ｍＬのオバルブミン、１．２５ｍｇ／ｍＬのミオグロビン、１１ｍｇ／ｍＬの水に溶解させたウリジンであり、注入量は、０．７μＬであった。背圧がある状態のウリジンピークの効率を、全体を通して記録した。カラムは、このピークの本来の効率の２５％を超える損失があれば試験不合格とみなした。標準的なカラムは、２０カラム時間後に不合格になり、保持プラグ１８を有するカラムは、約９０時間耐久した。
【００４６】
粒子充填媒体２３は、充填床２４を形成する際にかみ合い、軸方向に圧縮された粒子の横方向のかみ合いによって床が単一のユニットとして移動することも考えられ、そのため、保持プラグ１８がカラムの壁又はボアから十分に遠く内側に延びる場合、充填床２４の外周部がカラム内の滑らかな壁又はボアの周りで軸方向膨張することを抑制することは、床全体の拘束に役立つ。通路２６の下流開口部の大きさが小さくなるほどかみ合いが大きくなり、充填クロマトグラフィ床２４の軸方向膨張に対する抵抗が大きくなると考えられる。充填床２４は、充填床２４の一部が軸線１１に沿って且つ通路２６内に押し出されるように、通路２６が位置する場所の上流で半球状に隆起し得るが、充填床２４全体の大部分は、圧縮されたままであり、それ自体は、通路２６内に押し出されない。
【００４７】
充填床２４から通路２６内に媒体２３が押し出される単位時間当たりの速度は、急速に減少するが、スラリーの濃度、媒体粒子２３のサイズ、床２４の圧密圧力及びスラリー充填圧力、充填床２４の直径並びに充填クロマトグラフィ床２４に当接する通路２６の開口部の大きさに応じて減少した速度で継続し得る。
【００４８】
充填クロマトグラフィ床２４から通路２６内への媒体粒子２３の押し出しをできるだけ早く停止すると有利である。この押し出しの停止は、上流多孔質部材１４（例えば、上流フリット）及び使用される機構を問わずその上流多孔質部材を所定の位置に保持することによって達成される。保持プラグ１８は、床を顕著な膨張から保持し、上流多孔質部材は、充填床２４の粒子２３がその保持プラグ１８内の通路２６内に徐々に押し出されることを停止するために使用される。
【００４９】
上流端部取付具２０が取り外され（存在する場合）、流体充填用の接続部が取り外され、押し出されたあらゆる媒体がかき取られるか又は他の手法で除去された後、次いで、上流多孔質部材１４は、通路２６内に延びる充填物２３の軸方向の動きを停止し、したがって通路２６への粒子２３の押し出しによって生じる漸進的な床膨張を制限及び停止するためにカラム上に配置される。多孔質部材１４は、有利には、上流端部取付具２２によって所定の位置に保持され、上流端部取付具２２は、カラムのねじ山１２と嵌合するねじ山（又は他の締付及び締結機構）によって締め付けられ、上流多孔質部材１４は、保持プラグ１８の上方の媒体２３に押し付けられ、保持プラグ１８の上流及び上流多孔質部材１４の下流における媒体２３の膨張を停止及び／又は制限する。要するに、端部取付具２０は、多孔質プラグ１８内及び多孔質プラグ１８の上方において多孔質部材１４を媒体２３に押し付け、通路２６内における充填床２４及び媒体２３の押し出しを停止する。多孔質プラグ１８が床膨張の大部分を停止し、上流多孔質部材１４が床膨張の漸進的な低減を停止すると、部品は、協働して床圧縮を固定し、床膨張を停止する。保持プラグ１８は、圧縮されるクロマトグラフィ床２４が流体充填中に受ける圧縮の一部、好ましくは大部分を固定する。プラグ１８の下流開口部は、固定された圧縮が、プラグ１８及び通路２６の構成に依存する程度まで徐々に解放されることを可能にする。上流多孔質部材１４は、床が通路２６に押し出されることを停止し、通路２６を通じた床圧縮の損失を停止及び制限し、通路２６内の充填密度を実質的に超える充填密度を有する圧縮床２４をもたらすと考えられる。
【００５０】
上記のように、充填クロマトグラフィ床２４は、クロマトグラフィカラムの滑らかなボアに沿って滑ると考えられるため、保持プラグ１８は、床の上流端部の全体にわたって延びて、通路２６内の床の押し出しによって低減される床圧縮の全て又はほぼ全てを抑制する必要は必ずしもない。抑制プラグ１８の底面による周辺抑制の量は、抑制プラグ１８の下流端部における通路２６の開口部の大きさに関係する。上記のように、通路２６の開口部の大きさは、とりわけ、スラリー及び溶媒の組成、粒子サイズ、粒子タイプ、粒子のかみ合い、ボア直径及び充填圧力を含む多くの因子に依存する。通路２６は、詰まることなく通路内にスラリーを通さなければならないか又は導かなければならないが、軸方向の床膨張にできるだけ耐えるために、抑制プラグ１８の残部による十分な軸方向抑制を可能にする。
【００５１】
通路２６の下流開口部の大きさは、好ましくは、管状本体９内のボアの直径又は保持プラグ１８の外径の約１／５〜１／３であると考えられる。直径が大きくなるほどより速い充填及びスラリーのより少ない詰まりを可能にするが、軸方向の床膨張に対する抑制が低下するとともに、粒子２３の潜在的な押し出しのためのより大きい開口部がもたらされ、床圧縮が低減される。それでもなお、通路２６の下流端部の開口部は、使用中、管状本体９のボア直径の９５％ほども含み得ると考えられるが、これは、通路２６への望ましくない量の押し出し及び付随する床膨張をもたらすと考えられるため、好ましくない。通路２６の下流端部の大きさがカラム内のボアの直径の約０．５〜０．７倍であるとより好ましいと考えられる。より好ましくは、通路２６の下流端部の大きさが管状本体９内のボアの直径の約０．３〜０．５倍であると考えられる。また、理想的には、カラムの直径の約０．２〜０．３５倍の下流通路の開口部の直径が好適であると考えられる。直径が小さいほど好適と考えられるが、カラムのボア直径が５ｍｍ未満である場合、媒体２３の濃度の高いスラリー又は大きい粒子によって詰まるリスクを被る。直径が２５．４ｍｍ（１インチ）を超えるボアを有する大きいカラム１０では、約１３ｍｍ以上の開口部直径を有する通路２６は、詰まりを防ぐために好適と考えられるが、ボア直径にわたる床の均一な充填を確実にするには小さすぎる可能性がある。クロマトグラフィ媒体粒子２３を含有するスラリーは、充填クロマトグラフィ床２４を形成するように選択された充填圧力下でこれらの様々な大きさの開口部を通過する。
【００５２】
約５ｍｍのボア直径を有するカラム内に直径約２ミクロンの多孔質媒体粒子２３を使用する１つの好適な実施形態において、通路２６の上流入口開口部は、通路の下流出口開口部の直径よりも約２〜２．５倍大きく、各々の直径は、約３〜１．５ｍｍである。軸線１１に沿った厚さが１０ｍｍ未満である保持プラグ１８では、通路２６の上流入口開口部が通路２６の下流出口開口部の直径の約２〜５倍であることが望ましいと考えられる。
【００５３】
図１〜図４を参照すると、軸線１１に沿って測定したカラム１０の本体９内の保持プラグ１８の位置は、既知の長さの媒体床２４を有するカラムの作製を可能にするために好ましくは既知であり、且つ一定である。そのようなカラムの有効長は、保持プラグ１８の下流表面と下流多孔質部材１６の上流表面との間の距離に相当する、クロマトグラフィ媒体２４の充填床の距離によって典型的には決定される。多孔質部材１４、１６は、典型的には、平らな円盤である。保持プラグ１８の下流端部は、好ましくは、平らであるが、図５Ａ〜図５Ｉ及び図６に示すような及び本明細書中に記載されるような他の形状を有し得る。
【００５４】
通路２６の上流部分の傾斜角について、流体充填中における通路内及び保持プラグ１８の上方の媒体粒子２３の損傷を回避する観点から部分的に上述した。円錐状通路２６の最適な傾斜角は、媒体タイプ、媒体サイズ、スラリー（濃い又は薄い）、溶媒、通路２６の下流開口部の大きさ、充填圧力及び軸線１１に沿ったプラグ１８の厚さによって異なる。直径約２ミクロンの多孔質媒体粒子２３を使用する、少なくとも直径が約１〜５ｍｍ、長さが約２〜４ｍｍのボアについて、円錐状通路２６の挟角は、約１０〜１２０度が好適と考えられ、約１５〜４０度の角度がより望ましいと考えられ、約２０度の角度が好ましいと考えられる。
【００５５】
通路２６は、図５Ａの保持プラグ１８及び通路２６ａの軸方向厚さ全体にわたって延びる円錐形以外の適切な形状を有し得ると考えられる。通路２６に好適と考えられる様々な形状は、図５Ａ〜図５Ｉに示されるとともに、本明細書中に記載される。図５Ｂは、保持プラグ１８の下流側に好ましくは開口している円筒状の下流部分４２と流体連通し且つこれに接合する（下流方向に）収束する円錐形の上部又は入口４０を有する通路２６ｂを示す。この通路２６ｂの最小断面積は、円筒状の下流部分４２によって決定される。
【００５６】
図５Ｃは、流体通路２６ｃを有する保持プラグ１８を示し、流体通路２６ｃは、保持プラグを通る軸線１１に対して非常に小さい傾斜角を有する収束する円錐状入口４０を有し、円錐状入口４０の軸方向長さよりも大きく且つ軸線１１に沿ったプラグ１８の軸方向長さの大部分を超える軸方向長さを有する下流円筒状部分４２を有する。円筒状部分４２の軸方向長さの約２０〜４５％である円錐状入口４０の軸方向長さが好適と考えられ、円錐状入口部分４０では約５〜１０°の最小傾斜角が好適と考えられる。
【００５７】
図５Ｄは、非常に大きい直径及び保持プラグを通る軸線１１に対して約１４０°〜１７０°の非常に大きい傾斜角を有する収束する円錐状入口４０を有する流体通路２６ｄを有する保持プラグ１８を示す。下流円筒状部分４２は、円錐状入口４０の軸方向長さよりも大きい軸方向長さを有する。図示される実施形態では、入口部分４０は、浅く、出口部分４２の軸方向長さの約１／５の軸方向長さを有する。相対軸方向長さは、異なり得る。この通路２６ｅの最小断面積は、円筒状の下流部分４２によって決定される。
【００５８】
図５Ｅは、入口から出口までプラグ内の全体に延びる円筒状部分４２を有する流体通路２６ｅを有する保持プラグ１８を示す。この実施形態は、充填クロマトグラフィ床２４の膨張を抑制するのに好適と考えられるが、媒体２３がより破損しやすいか又は充填圧力が高いときにより低い充填圧力及び流速を要すると考えられる。なぜなら、通路２６ｅへの上流進入口における傾斜側面の欠如により、高流速及び高充填圧力下で媒体が損傷し、微粉を発生させると考えられるからである。
【００５９】
図５Ｅに示すような円筒状の上流部分は、本明細書中に記載される広がるする下流開口部のいずれかと、特に後述の図５Ｉに示される円錐形の下流開口部４４とを組み合わせるのに好適と考えられる。球面形状又は平らな底部を取り囲む丸みのある内側隅部を有する表面４６の修正された球面形状（図５Ｇ）又は表面４８の放物線形状（図５Ｈ）などの凹状の開口部を通路２６ｅの下流部分として使用することも好適と考えられる。したがって、図５Ｂ〜図５Ｄ及び図５Ｆ〜図５Ｈに示される抑制プラグを逆向きに、通路の円筒状部分が通路の上流端部を形成する状態で使用することも可能と考えられる。したがって、通路２６の上流開口部は、好ましくは、下流開口部よりも大きいが、通路２６の上流開口部は、下流開口部の直径よりも小さい直径のものであり得ると考えられる。しかし、本明細書中で述べる理由からあまり好ましくない。
【００６０】
図５Ｆは、保持プラグを通る軸線１１に対して比較的大きい傾斜角を有する収束する円錐状入口４０を有する流体通路２６ｆを有するＴ字形又は帽子形の保持プラグ１８を示す。下流円筒状部分４２は、円錐状入口４０の軸方向長さよりも大幅に小さい軸方向長さを有する。軸線１１に沿った保持プラグ厚さの軸方向長さの最大で約８０〜９０％である円錐状入口の軸方向長さが好適と考えられる。保持プラグ１８は、大径の上部部分６０と小径の下流部分又は底部部分５８とを有し、肩部又はフランジ２１を形成する。肩部２１は、使用中、管９の頂部又は管９内の内部肩部（図示せず）上に載る。肩部２１及び得られる保持プラグの大径は、カラム１０に保持プラグ１８を締結するための追加的な選択肢を提供する。この通路２６ｆの最小断面積は、円筒状の下流部分４２によって決定される。
【００６１】
図５Ｇは、曲線の下流隅部、好ましくは円形の隅部を有する凹状の入口部分４６を有し、より好ましくは入口部分４６が球面であり、円筒状の下流部分４２と交差する保持プラグ１８を示す。したがって、通路２６ｇの断面は、丸みのある隅部を有する入口部分又は球面状入口部分４６を有する。この通路２６ｇの最小断面積は、円筒状の下流部分４２の断面積によって決定される。
【００６２】
図５Ｈは、流体通路２６ｈ内に円筒状の下流部分４２を有する、放物線形状の入口部分４８を有利に形成する凹状のくぼみを有する保持プラグ１８を示す。したがって、通路２６ｈの断面は、入口４８に放物線形状を形成する。通路２６の他の変形形態と同様に、軸線１１に沿った上流部分と下流部分の相対長さは、異なり得る。
【００６３】
図５Ｉを参照すると、インサートプラグ１８は、収束する円錐状の入口通路４０と、下流（及び中間）円筒状通路４２と、更に下流の広がる円錐状の出口部分４４とを有する通路２６ｉを有する。この通路２６ｉの最小断面積は、円筒状通路４２の断面積によって決定される。広がる円錐状部分４４の表面仕上げは、好ましくは、収束する円錐状の入口通路４０及び中間部分４２の表面仕上げよりも粗く、少なくとも１０倍粗いことができるが、好ましくは流体充填中に乱流を形成するほど粗くなく、且つ媒体粒子２３の当接面を損傷し、微粉を発生させるほど粗くない。充填床２４に面する通路２６の部分の表面粗さの増加は、中間部分４２内における媒体床２４の膨張の低減に役立つと考えられ、上流に面する通路２６の部分のより滑らかな表面は、スラリーが通路２６内を流れ、管状本体９に入り、充填床２４を形成することを容易にすると考えられる。
【００６４】
収束する円錐状部分４０は、軸線１１に沿ったより短い距離に延びること以外にはほぼ上記のように構成されている。中間円筒状部分４２は、媒体粒子２３が保持プラグ３８を通過する際に媒体粒子２３を損傷する可能性のあるあらゆる鋭い縁を避けるのに役立つと考えられる。広がる円錐状部分４４は、媒体のスラリーを分散させ、カラム、特に大きいボア直径を有するカラムのより良好な充填を達成するのに役立つと考えられる。後述する複数の通路２６の使用は、単一の通路又は通路２６の形状によって生じる充填の問題を緩和するのに役立ち得る。広がる円錐状部分４４は、流体充填圧力が停止された後の充填床２４の膨張も低減すると考えられる。下流円錐状部分４４の傾斜面は、媒体粒子２３のかみ合いを増すために粒子を内方に案内する一方、軸線１１に沿った上流の動きに対する抵抗を与え、円錐状部分４４を詰まらせると考えられる。充填流体圧力が停止されたときの充填床２４の膨張を最小限にするために、下流円錐状部分４４は、軸方向に動かないことが重要である。充填中に通路２６を詰まらせることを避けるために、保持プラグ１８が塞がれず、充填のためにスラリー及び充填媒体２３の流れに対して開かれることも重要である。
【００６５】
各円錐状部分４０、４４の相対寸法は、円錐状通路２６に関して上述したものと同じパラメータに応じて異なる。中間部分４２の直径は、通路２６の下流開口部と同じ因子に依存すると考えられる。中間部分４２の直径は、好ましくは、通路２６の下流開口部とほぼ同じ大きさであるが、中間部分４２は、同じカラムの通路２６の下流開口部よりもわずかに小さいことができる（直径が５〜２０％小さい）と考えられる。下流円錐状部分４４の最大直径は、好ましくは、上流円錐状部分４０の最大直径よりも小さい。床膨張が軸線１１に沿って軸方向に媒体粒子２３を押すよりも多く軸線１１に向かって内方に媒体粒子２３を押し、それにより粒子のかみ合いが増し、通路３６を詰まらせるように、下流円錐状部分４４の傾斜角は、上流円錐状部分４０の傾斜角よりも大きくすべきであると考えられる。図示される実施形態では、上流円錐状部分４０は、約５０°の挟角で傾斜する対向壁を有し、下流円錐状部分４４は、約８０°の傾斜角で傾斜する対向壁を有する。下流壁が９０度を超える挟角で傾斜するとき、粒子が軸線１１に沿って軸方向に移動するよりも多く粒子が軸線１１に向かって内方に移動し、その増加した横移動が粒子のかみ合い及び通路２６の詰まりを増加させ得る。したがって、通路２６の任意の下流部分の挟角は、９０°又は９０°超であることが有利と考えられる。挟角が１８０°に近づくにつれて、軸線１１に向かう内方向の移動が減少する。通路２６の下流部分を形成する円錐状壁に関して、軸線１１に対する約４５°〜８０°の傾斜角が好適と考えられ、これは、約９０°〜１６０°の挟角に相当する。
【００６６】
圧縮される軸方向位置に床を固定し、床の軸方向膨張を抑制するために抑制プラグ１８を使用する概念は、直径が２５．４ｍｍ（１インチ）の数分の１（例えば、０．０４０インチ又は約１ｍｍ）の小さいボアから直径が数インチ（例えば、４インチ又は約１００ｍｍ）のカラムまで、直径が異なるカラム１０に適用できると考えられる。軸線１１に沿った保持プラグ１８の厚さは、約０．０１０１センチメートル（０．００４インチ）（数ｍｍの小さい直径のボア）〜約１．７７８センチメートル（０．７インチ）（大きい１０．１６センチメートル（４インチ）径のボア）で異なることが好適と考えられる。１ｍｍよりも小さい内径を有するカラムは、この方法及び装置では不適当と考えられる。通路２６ｉを有する保持プラグ１８について、軸線１１に沿った厚さが約０．０１０１６センチメートル（０．００４インチ）であり、上流円錐部４０の上流直径がカラムのボア直径とほぼ同じプラグ３８を有することが好適と考えられるが、円錐部直径は、ボア直径よりもわずかに小さいことが好ましいと考えられ、０．０１２７センチメートル（０．００５インチ）のボアに対して０．０１１４センチメートル（０．００４５インチ）の円錐部開口部が好ましいと考えられる。円錐部４４の下流開口部は、上流円錐部４０と同じ寸法を有し得る。もう一方の極端として、管状本体９内の約１０．１６センチメートル（４インチ）のボアに対して、管状本体９内の１０．１６センチメートル（４インチ）ボアに対して上流円錐状部分４４に約１０．１６センチメートル（４インチ）の最大直径を有する通路２６ｉを有する保持プラグが好適と考えられ、中間円筒状部分４２の最大直径は、約８．８９センチメートル（３．５インチ）であり、下流円錐状部分４４の直径は、上流部分と同じである。
【００６７】
保持プラグ１８の全ての変形形態において、通路２６、特に通路２６の上流部分は、充填プロセス中に媒体粒子２３を充填され、その媒体は、上部多孔質部材１４によって更なる膨張が抑制される。したがって、多孔質部材１４は、通路２内の膨張する媒体２３を保持する一方、保持プラグ１８は、膨張する床２４の大部分を保持すると考えられ、更に通路２６の下流開口部を通る膨張を阻止することによって床２４の膨張を制限すると考えられる。
【００６８】
使用に適した流体密封を形成するために、図１の第１の端部取付具２０では、カラム又は本体９の端部に対してフリットリテーナ１８を付勢するために、又は本体９の環状肩部５６若しくは環状端部に対して保持プラグ１８を十分に付勢するためにカラム本体９の端部上にねじ山が設けられている。図６Ａ〜図６Ｂに示すように、圧縮端部取付具も使用され得る。いずれかの端部取付具２０、２２が圧縮端部取付具６６又は任意の他の端部取付具を含むことも適切と考えられる。圧縮端部取付具６６は、（好ましくは円筒状の）側壁７０を有する中空環状ナット６８を有する。ナット６８の１つの端部は、開放しており、他の端部又は底部７２は、本体９の外周部よりもわずかに大きい中央に位置する穴を有する。クロマトグラフィカラム本体９は、好ましくは、円筒状であり、底部７２の穴は、好ましくは、円形である。側壁７０にねじ山が設けられており、図は、側壁７０の内側に面する側にねじ山７４Ａを有するものとして示すが、外側にねじ山を設けることができる。
【００６９】
フェルール７６がカラー６８内に配置され、底部７２上に載っている。フェルール７６は、中心穴を有するため、本体９の外周部上を摺動することができる。フェルールは、本体９の長手方向軸線に向かって内方にテーパする円錐形の外部表面７７を有し、したがって底辺が底部７２にあるか又は底部７２に隣接し、三角形の頂点がカラー６８の開端部に向かって延びる三角形の断面を有する。取付具本体７８は、第１の端部に把持面８０、その第２の端部にねじ付き表面７４Ｂを有し、ねじ付き表面は、使用中、ねじ山７４Ｂがねじ山７４Ａにねじ式に係合するような大きさにされている。取付具本体７８の第２の端部内の円筒状の空洞は、底部７２の穴を通過するとともにフェルール７２を通過する本体９の相手端部を受け入れる。ねじ付き入口及び関連する通路８２は、取付具本体７８の中心軸線に沿って延び、液体クロマトグラフィ設備に接続される。円錐状端部８４が取付具本体の第２の端部に形成され、フェルール７６の円錐形の外部表面７７を受け入れるように成形されている。
【００７０】
ナット６８及び取付具本体７８は、互いに対して回転し、嵌合するねじ山７４Ａ、７４Ｂによってナットと取付具本体が互いに向かって移動する。ねじ山７４Ａ、７４Ｂが互いに対して回転すると、取付具本体及びフェルールの嵌合円錐面８４、７７によってフェルール７２が本体９に対して圧縮され、本体９を掴み、本体９の長さに沿った所定の位置にナット６８を固定する。ねじ山７４Ａ、７５Ｂが互いに対して回転すると、取付具本体７８内の空洞の上部が第１の多孔質部材１４に接触し、保持プラグ１８に対して且つ本体９の端部に向かって第１の多孔質部材１４を付勢し、クロマトグラフィカラムの使用に十分な流体密封を形成する。フェルール７２は、好ましくは、適切なプラスチック、ポリマー又はエラストマーのものである。圧縮接続では、嵌合するねじ山を使用し、２つの傾斜面を互いに対して軸線に沿って移動させ、それにより１つの傾斜面をカラムに対して締め付ける。圧縮接続の全般的な操作は、既知と考えられるが、多孔質部材１４及び保持プラグ１８を用いてシールを形成するための使用の適応は、新規と考えられる。
【００７１】
カラム及び本体９の第２の端部にある圧縮取付具にも類似の構造が提供されるため、説明は繰り返さない。しかしながら、第２の圧縮取付具は、プラグ１８を有さず、したがって、取付具本体７８は、本体９の端部に対して第２の多孔質部材１６を付勢し、クロマトグラフィ用途のために十分な流体密封を形成する。
【００７２】
本明細書中に開示される方法及び装置は、それぞれ金属本体を要するＨＰＬＣカラム及びＵＨＰＬＣカラム（超高圧液体クロマトグラフィカラム）での使用に特に適すると考えられる。ＨＰＬＣ媒体床２４は、典型的には、２μを超える（用途に応じて最大で２０μ以上）媒体粒子を使用し、典型的には０．３４４７３８ＭＰａ（５０ｐｓｉ）〜約６８．９４７５７ＭＰａ（１０，０００ｐｓｉ）又は８２．７３７０８８ＭＰａ（１２，０００ｐｓｉ）の圧力で充填される。ＵＨＰＬＣ媒体床は、典型的には、２μ以下の媒体粒子を使用し、典型的には約０．０６８９４７６ＭＰａ（１０ｐｓｉ）〜６８．９４７５７ＭＰａ（１０，０００ｐｓｉ）〜約１７２．３６８９３ＭＰａ（２５，０００ｐｓｉ）で充填される。保持プラグ１８は、好ましくは、これらの正常充填圧力において保持プラグ１８が上方に半球状に隆起しないように作製される。より小さい直径のカラム１０では、この半球状の隆起形成は、通常、問題とならないが、７．６２〜１０．１６センチメートル（３〜４インチ）径のカラムのようにカラムのボアが大きくなると、プラグ１８のあらゆる半球状の隆起形成は、充填床２４の密度に顕著な影響を及ぼす可能性がある。したがって、リテーナ部材１８は、好ましくは、半球状の隆起形成を避けるために十分に剛性に作製され、半球状の隆起形成を避けることはもとより、充填圧力を低減し且つ床密度を低減する保持プラグ１８の軸方向の動きを避けるようにカラム１０に締結される。
【００７３】
保持プラグの中央に通路２６を配置することは、保持プラグ１８にかかる最大半球状隆起形成力の解放に役立ち、また通路２６が存在しない場合と比べて、保持プラグを軸方向によって薄く維持することを可能にする。更に、保持プラグ１８の下流端部が媒体粒子２８を導き得る内側横方向及び媒体床２４中の媒体粒子のかみ合いの増加も、保持プラグ１８に必要な強度の低減に役立ち、したがってまたその保持プラグの軸方向厚さを低減すると考えられる。
【００７４】
本明細書中に記載される保持プラグ１８並びに関連する方法及び装置は、ＨＰＬＣ及びＵＨＰＬＣに特に有用であり、高い圧力に適応するために、本体９、プラグ１８、フリットリテーナ３０及びエンドキャップ２０、２２は、好ましくは、金属製であり、より好ましくはステンレス鋼製である。使用される材料は、関与する圧力及び力並びに必要な接続に適している。したがって、例えば、本体９に永久的に締結される保持プラグは、そのような永久締結に適した材料のものであり、クロマトグラフィ床２４によってプラグ１８の底部に作用される圧力及び上流多孔質部材１４による任意の力を含む所望の充填圧力及び動作圧力に耐える。より低い圧力の用途では、適切なプラスチックが用いられ得る。したがって、本明細書中に記載される方法及び装置は、固相抽出（ＳＰＥ：ｓｏｌｉｄ  ｐｈａｓｅ  ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ）を含む、プラスチック本体を用いるクロマトグラフィカラムでの使用にも適すると考えられる。本明細書中に記載される方法及び装置に最も適すると考えられる充填圧力は、現在の技術を使用すると、ポリマー粒子では０．６８９４７６ＭＰａ（１００ｐｓｉ）超、好ましくは数百ｐｓｉ、シリカ及び非ポリマー粒子ではより好ましくは約３４．４７３７９ＭＰａ（５，０００ｐｓｉ）〜２０６．８４２７２ＭＰａ（３０，０００ｐｓｉ）であると考えられる。方法及び装置は、更により高い圧力に好適と考えられる。
【００７５】
上記方法及び装置は、本体９に永久的に取り付けられた保持プラグ１８を使用し、上流多孔質部材１４は、プラグ１８並びに／又は通路２６及びプラグ１８内の媒体粒子２３に当接し、スラリー充填の完了後に付加される。保持プラグ１８は、本体９に永久的に取り付けられる必要はなく、充填中に安定であり得、その後、保持プラグ１８及び隣接する上流多孔質部材１４は、下流に移動することができ、プラグ１８は、充填クロマトグラフィ床２４を更に圧縮する一方、多孔質部材１４は、通路２６内の媒体を圧縮状態に維持し、スラリー充填後の保持プラグ１８の移動中における通路２６への更なる媒体の押し出しを制限するようにわずかに下流に移動できることが可能であると考えられるが、あまり好ましくない。この後充填は、ねじ付き保持プラグ１８の回転がプラグを移動させ、充填床２４を更に圧縮するように、例えば本体９上の相手ねじ山に係合するねじ山を有する保持プラグ１８を使用することによって実施され得る。上流端部取付具２０上のプロングは、上流多孔質部材１４を通過し、保持プラグ１８上のくぼみ又は周辺肩部に係合し、プラグ１８を回転させ得る。代わりに、多孔質部材は、充填中にその軸方向位置を維持するのに十分な力で本体９のボアに圧入され得、保持プラグ１８を下流に移動させ、クロマトグラフィ媒体２４の充填床を圧縮するのに十分な力で、上流端部取付具２０は、カラム１０又は本体９上のねじ山と嵌合し、保持プラグに対して上流フリットリテーナ３０を直接若しくは上流多孔質部材１４を介して付勢する。通路２６への及び／又は通路２６内の媒体粒子の押し出しに起因する床圧縮の損失を補償するために必要な保持プラグ１８及び多孔質部材１４の軸方向の動きは、小さいと考えられ、ボア直径が約１２ｍｍ未満のカラムでは１ｍｍの数分の１であり、より大きい１０．１６センチメートル（４インチ）径のカラムでは数ｍｍである。
【００７６】
上記記載では、保持プラグ１８内に単一の通路２６を使用する。２つ以上の通路２６を使用することが好適と考えられ、これは、大径のカラムで好ましい場合がある。カラム１０内の小径のボアでは、複数の通路２６を使用することは、非現実的であり、均一に充填されるクロマトグラフィ床の実現に必要ない。大径のカラムでは、複数の通路２６の使用により、充填床２４内の媒体粒子２３のかみ合いが増すと考えられ、床圧縮の保持を増加し、スラリー充填の流れが停止した後の通路２６への媒体の押し出しを低減すると考えられる。複数の通路が使用される場合、長手方向軸線１１を中心に対称に通路を配置することが有利と考えられ、本明細書中に記載される形状が好適と考えられる。したがって、２つの通路２６が本体９の正反対の側にあり、通路の中心線は、軸線１１から同じ径方向距離に１８０°離隔し、３つの通路２６は、１２０°離隔し、軸線１１から同じ径方向距離に位置する。４つの通路２６は、軸線１１から同じ距離に９０°離隔するか、又は３つの等しく離隔した外側通路２６とともに、軸線１１を中心に配置された中央通路２６を有し得るかのいずれかで離隔され得る。より多数の通路２６を有する保持部材１８は、軸線１１上に中心通路を有して又は有さず、単一のリング内又は同心リング内に軸線１１を中心として通路２６を有し得る。
【００７７】
複数の通路２６が使用される場合、保持プラグ１８は、本体９及びカラム１０のボア全体を覆い得ると考えられ、各通路２６は、単一の通路２６が使用される場合に可能なものよりも全体的に小径の部分を通路内に有する。複数の通路が使用される場合、通路２６の最小直径は、詰まりを防ぐために十分に大きくなければならない。４．５ｍｍ径のボア内の１．６μ径の多孔質粒子に関して、直径約１．５ｍｍの円錐状通路２６ａの下流開口部が好適と考えられ、１ｍｍの開口部直径は、詰まりが起こりやすいと考えられる。１．５ｍｍの最小開口部直径は、４．５ｍｍ径のボアを有するカラム１０のボアの断面積の約９％を含む。最大で少なくとも１３ｍｍのボア直径に関して、複数の通路２６それぞれの最小断面積を合計すると、カラム１０及び本体９のボアの断面積の約９〜２０％、その断面積の好ましくは約１０〜１５％、その断面積のより好ましくは約１２％であり得ると考えられる。
【００７８】
カラム１０のボア直径が増すにつれて、床をより均一に充填し、充填床をより速く作成するために、クロマトグラフィ床２４の流体充填用に複数の通路２６を使用することが有用であると考えられる。いくつかの小径通路２６は、より均一に充填床２４をもたらすと考えられ、小径通路２６は、単一の大径通路よりも多くの床圧縮を保持すると考えられる。通路２６の数、形状及び最小通路直径並びに通路の位置は、とりわけ、粒径、粒子タイプ、カラム直径及び充填圧力を含む上述の様々な因子によって異なる。したがって、複数の通路２６が使用される場合、それぞれは、単一の通路によって充填スラリーの同じ流れを実現するのに必要なものよりも小さい最小通路直径を有すると考えられ、したがって単一の保持プラグ１８が使用される場合又はスラリー充填プロセスに保持プラグが使用されない場合よりも床圧縮のより大部分が保持プラグ１８によって保持され得る。特に、多孔質媒体粒子を充填するとき及び／又は１３７．８９５１５ＭＰａ（２０，０００ｐｓｉ）を超える充填圧力を使用するとき、複数の通路２６は、約２０ｍｍ〜１００ｍｍ又はそれを超えるボア直径を有するカラム１０に特に適すると考えられる。
【００７９】
単一の保持部材１８内に使用される通路２６の数は、カラムのボアの直径及びクロマトグラフィ床２４を形成するために充填される媒体粒子２３に最も大きく依存して異なると考えられる。例えば、１．５ｍｍの最小直径通路２６ａの面積は、約１．８ｍｍ２であり、１００ｍｍボア直径（約４インチの直径）の面積は、約８，１００ｍｍ２である。１．５ｍｍ最小直径の１つの通路２６ａは、１．６μの多孔質粒子２３を使用する最大で約４〜１０ｍｍの直径のボアに適すると考えられ、その最小直径は、４ｍｍ径のボアの面積の約１４％及び１０ｍｍ径のボアの面積の約２％を含む。これと比較すると、それぞれ最小直径１．５ｍｍを有する１０個の通路２６ａは、約１７０ｍｍ２又は１００ｍｍ径のボアの面積の約２％を含み、流体充填によって形成された圧縮床２４の膨張を保持するための広い面積を提供する。したがって、直径約１．５〜１０ｍｍの多くの小径通路２６は、ボア直径が最大で約１００ｍｍ（約４インチ）のカラム直径の流体充填に適すると考えられ、床圧縮の大部分（５０％超）又は更に床圧縮の８０〜９０％の相当な部分を保持すると考えられる。
【００８０】
上記の充填方法は、上流多孔質部材１２と下流多孔質部材１４との間の空隙がなく、多孔質部材１２、１４間の全ての媒体が圧縮された、上流多孔質部材１２、保持プラグ１８及び媒体２３が充填されるその少なくとも１つの通路、クロマトグラフィ媒体２４の充填床及び下流多孔質部材１４の上流から下流の構成をもたらすと考えられる。保持プラグ１８は、上流多孔質部材１２と下流多孔質部材１４との間に置かれ、保持プラグ１８は、クロマトグラフィ媒体の下流の充填床２４が膨張し、スラリー充填床の密度が減少することを少なくとも部分的に抑制し、通路２６は、クロマトグラフィ床２４のスラリー充填を可能にする。これは、介在構造なしに上流フリットと下流フリットとの間でクロマトグラフィ床が圧縮される先行技術と大きく異なると考えられる。更に、スラリー充填中に保持プラグ１８が管状本体９又はカラム１０に取り付けられる場合、床圧縮の大部分は、保持部材１８によって保持され、充填床をピストン又は他の可動デバイスで軸方向に圧縮する必要はないと考えられる。
【００８１】
通路２６内の媒体の体積は、クロマトグラフィ床２４に対して非常に小さく、好ましくは床２４内の媒体の体積の約０．５〜５％である。通路２６内の媒体２３は、第１の密度又は第１の圧縮圧力で圧縮され、充填クロマトグラフィ床２４を形成する媒体は、第１の密度又は第１の圧縮圧力よりも大きい第２の密度又は第２の圧縮圧力で圧縮される。したがって、多孔質部材１２と多孔質部材１４との間の全てのクロマトグラフィ媒体が圧縮されると考えられ、クロマトグラフィ床２４は、カラムが保持プラグ１８を使用せずに充填された場合と比べてより圧縮されるか又はより高密度に充填される。
【００８２】
通路２６は、円錐、円筒、球等のような様々な円形の断面形状を有するものとして記載されている。そのような形状は、典型的には、金属部品で正確に形成することがより容易である。しかし、通路２６は、円形の断面形状のものである必要はなく、したがって、通路２６は、正方形、三角形、六角形、長円形、楕円形又は他の形状であり得る。
【００８３】
必要に応じて、本発明の詳細な実施形態が本明細書中に開示される。しかしながら、開示される実施形態は、様々な形態で具現化され得る本発明の単なる例示であると理解すべきである。したがって、本明細書中に開示される特定の構造的及び機能的詳細は、限定とみなされず、単に、特許請求の範囲の基礎及び事実上あらゆる適切に詳述される構造において本発明を様々に用いる当業者の教示のための代表的基礎とみなされるべきである。
【００８４】
上記記載は、限定ではなく例として記載されている。上記開示を前提として、当業者であれば、保持プラグ１８が軸方向に移動又は変形しないように本体９に保持プラグ１８を締結する様々な手法と、流体充填中にプラグ１８が本体９に対して動かないように保持する一方、充填後、通路を通る押し出しによる圧縮の損失を相殺するために、本体９に対する保持プラグの移動を可能にする様々な手法とを含む、本発明の範囲及び趣旨内の変更形態を考案することができる。更に、本発明の様々な特徴は、単独で又は互いに様々な組み合わせで使用することができ、本明細書中に記載される特定の組み合わせに限定することを意図するものではない。したがって、本発明は、図示される実施形態によって限定されるものではない。
【符号の説明】
【００８５】
９…管状本体、１０…カラム、１２…ねじ山、１４…第１の多孔質部材、１６…第２の多孔質部材、１８…保持プラグ、２０…第１の端部取付具、２１…肩部、２２…第２の端部取付具、２３…媒体、２４…媒体床、２６…保持プラグ１８内の通路、２８…シールリング、３０…フリットリテーナ、４０…入口部分、４２…円筒状部分、４４…出口部分、４６…球面状入口、４８…放物線状入口、５６…肩部、５８…小径部分、６０…大径部分、６６…圧縮端部取付具、６８…ナット、７０…側壁、７２…底部、７４Ａ…ねじ山、７６…フェルール、７７…円錐面、７８…取付具本体、８０…把持面、８２…コネクタ通路、８４…円錐面。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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【図５Ｈ】
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【図５Ｉ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【国際調査報告】
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