JP3763133B2 - ミキサー - Google Patents
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Description
試料の希釈を避けそれによって、分離成分の検出を維持できるように、分離カラム、例えばクロマトグラフィーのカラムの規模は試料の規模に適するように縮小してきたが、このような微小カラムは50μm位の小さい内径を持つ。分離装置の規模縮小による付加的な恩恵は、必要とされる作業液体、例えばクロマトグラフィーの溶媒および/または溶離剤の容量の縮小であり、必要とされる費用およびこのような物質、特に新種および/または強い有毒性の物質の場合における処分に必要なコストを減らすことになる。
微量規模の分離は、分離カラムへの作業流体の運搬に使用されるポンプにおいて、特に負担となる。典型的なHPLCポンプに特徴的な性能は、このような微量カラムの分離の精密さの要求を満足することができず、±1μlの誤差が2ml/分の流体速度でのHPLCの適用操作では検出不可能となり、これと同じ誤差は10μl/分よりも小さい流体速度での微量カラム適用操作においては許容できない大きさい誤差となる。
シリンジポンプは微量カラムクロマトグラフィー分離の要求によく適合する。シリンジポンプは往復運動するポンプに比べて、微量規模の分析分離、たとえば液体クロマトグラフィー、超臨界流体クロマトグラフィー等に使われる時、(i)本質的にパルスのない流体流および(ii)再現性が大きく容積測定が正確な流体供給を含めて、いくつかの長所を持っている。
しかしながら、現在使用可能なシリンジポンプは多くの欠点を持っている。特に、現在のシリンジポンプは高圧下の低速の流速において、分析分離に好ましく必要とされる正確さおよび精密さをもって、溶媒を送出することが不可能である。さらに、現在のシリンジポンプは、機械の振動を高いレベルで作業流体に伝えてしまい、そのため分離した試料成分の検出を妨げてしまう。現在のシリンジポンプの別の欠点は、動く密閉表面の摩損が、このような密閉表面を含んだ部品をしばしば損耗し、繰り返し操作の再現性が不充分となり、ポンプの分解および摩損した部品の交換が頻繁に必要となる。
マルチポンプグラジエントモードで使用される時、上述した欠点のため、現在のシリンジポンプは、特に非常に低い溶媒流速および高圧では、再現性のあるグラジエントを得ることが出来ない。マルチポンプグラジエントモードでは低い流速を達成するために、現在のシリンジポンプは溶媒スプリッターの使用が必要であり、これは分離カラムへの流れよりも廃流へとポンプからの流出の一部を向けるのに役立つ。例えば、Moritzら、Journal of Chromatography 599:119-130 (1992)。このような分離技術は、グラジエント中で溶媒の組成が変化する時の溶媒の密度および粘性の変化によって、溶媒送出量分布における大きな誤差をもたらす。加えて、現存するシステムは相対的に大きな内部容積を持つミキサーを必要とし、流体流に大きなノイズを伝え、そして可動部品が摩損する結果として微粒子が流れへ放出する。
我々のさらなる目的は、機械振動を最小限にする仕組みをもつシリンジポンプの提供であり、それによって取り付けられた検出装置に達する機械のノイズを最小限にすることができる。
我々の他の目的は、どの可動密閉表面でも損耗を最小限にするような設計を持つシリンジポンプの提供であり、これによってこのような可動密閉表面を含んだ部品の寿命を延ばす。
なおも我々の別の目的は、低い流速、すなわち10μl/分以下、および高圧、すなわち700psi以上において稼動する時に、高度な再現性、すなわち0.25%以下の相対標準偏差をもつ溶媒組成グラジエントを提供することができるマルチシリンジグラジエントシリンジポンプを提供することである。
我々のさらなる目的は、非常に低い流速、例えば10μl/分においても、溶媒の流れを分離することなく稼動することが出来るマルチシリンジグラジエントシリンジポンプを提供することである。
本発明の目的は、内容積が小さな、完全に液体流を混合し、液体流中へのノイズ量を最小限に伝え、そして摩損の結果による微粒子を流れに放出することのない、複合的な液体流を混合するためのミキサーを提供することである。
別の面では、複数の上記の高圧微量体積シリンジポンプおよびそれぞれのポンプにある流体を混合するためのミキサーを含んだマルチグラジエントシリンジポンプを含む。
さらに別の面では、一個あるいはそれ以上の上記の高圧微量体積シリンジポンプ、シリンジポンプの出口/入口に接続されたクロマトグラフィーカラム、シリンジポンプとクロマトグラフィーカラムの間に位置して流体の連絡があるインジェクター、およびクロマトグラフィーカラムを出る物質が検出器によって検出できるようにクロマトグラフィーカラムの出口/入口と連絡している検出器、を含む液体クロマトグラフィーシステムを含んでいる。
別の面では、高圧微量体積シリンジポンプで使用されるカバーシールを含んでおり、このカバーシールはカバーシール据え付け部分に適合するようになっている。このカバーシールはシリンダー状胴体を含んでいて、その中には中空が形成されており、その胴体は高分子量ポリエチレンから作られている。胴体の外部表面が圧迫されていない時に、カバーシールが据え付け部材に押しつけられるので、空洞の内径寸法を増加することができ、それによってカバーシールの据え付け部分への配置および据え付け部分からの移動を容易にすることができるように、その胴体の外部表面には、そこに溝が形成されている。
本発明は、多数の流体の流れを混合するためのミキサーを含んでいる。このミキサーは、軸受け面である内底表面を持つ密閉ボウルを含んでいて、その軸受け面はセラミック材料からできている。このボウルはさらにボウルおよび周囲の間で流体が連絡するように入口および出口を含んでいる。回転運動に耐えうるように適応したパックがボウル内部に配置されている。このパックはその外部表面に形成された螺旋溝を持ち、パック磁石をその内部に配置している。このミキサーはさらにモーターおよびモーターに取り付けられた外部磁石を含んでいて、その外部磁石が回転運動に耐えられるようになっている。その外部磁石はパックの磁石と磁力的な連絡をするように配置され、そのためその外部磁石の回転がパックを回転させる。
これらおよび他の目的、特徴、および長所は、以下の説明、図面、および添付した請求項を参照することによって、よりよく理解されるであろう。
1.駆動装置の組立品
図2は、シリンジポンプの好ましい駆動装置の組み立て品の詳細図を示す。一般的に、好ましい駆動装置の組立品(200)は、親ねじを動かすための手段、好ましくはモーター(205)を含み、パワートランスミッション(211)によって駆動できるようにナット(245)に連結し、ナットの回転はエネルギーを直線状の駆動装置の一連の部品に伝達する。
このモーターは、電子制御器によって制御されることができる必要があり、回転のわずかな増加、たとえば0.03%のオーダーの増加でも伝えられる出力を与える。バレル組立品の小さな内径と対になった回転の小さな増加は、低い流速での液体の非常に精密な供給を可能にする。好ましくは、このモーターはスタッパーモーター、すなわち、回転度を離散ステップで制御できるモーターである。さらに好ましくは、このモーターはマイクロステップ操作が可能なステッパーモーターである。すなわち1回転につき10,000あるいはそれ以上のステップの増加で進む。加えて、好ましいモーターはModel 23H-530Aステッッパーモーターで、American Precision Industries, Inc.、Rapidsyn Division、Oceanside、CAから入手できる。
好ましくは、駆動できるようにモータ(205)およびナット(245)に連結しているパワートランスミッション(211)は、(i)モーターの回転出力の効果的なステップサイズを減少させる、ここで使用される“効果的なステップサイズ”とはモーターの角回転に対してのナットの角回転の割合と定義される;(ii)モーターによって生じナットに伝達されるトルクを増加させる;そして(iii)モーター(205)からナット(245)に伝達される振動の量を減少させるための機械的な緩衝を与える必要がある。好ましいパワートランスミッションは、モーター駆動軸(210)に取り付けられた一番目の調節プーリ(215)、副軸(230)に取り付けられた二番目の調節プーリ(225)、および一番目の調節プーリ(215)と二番目の調節プーリ(225)に駆動できるようにつながれたタイミングベルト(220)を含んでいる。回転運動は副軸(230)から、副軸(230)に取り付けられたピニオンギア(235)を通じて、駆動歯車(240)に伝達される。この駆動歯車(240)はナット(245)に取り付けられていて、そのため自身の回転運動をナットに伝道する。
モーター(205)およびナット(245)間の最適量のギア減速は、モーター出力の効果的なステップサイズの最少化とポンプを満たすための必要な時間の最少化との間での妥協に基づく。それゆえ、ギア減速の量が増加するときは、モーターの効果的なステップサイズは減少するが、しかし、ポンプに補充するのに必要な時間は減少する。このポンプにおいては、好ましいギア減速は5:1であり、このようなギア減速は、駆動歯車の直径をピニオンギアの直径の5倍にし、同時に一番目と二番目の調節プーリの直径を等しくすることで、果たすことができる。
上記の好ましい駆動装置の組み立て品の回転運動は、ナット(245)を通じて親ねじ(303、図3A)の直線運動に変換され、このナットはナット回転軸(246)をもち、親ねじはリードスクリュー変換軸(304)をもつ。ナットの口径内部に形成されたねじ山が、駆動できるように親ねじ(303)とかみ合い、ナット(245)の回転が駆動装置のギア(240)によって親ねじの軸線(304)に沿って親ねじ(303)に線状の並進運動が伝達される。好ましくは、このナット(245)は(i)素直でコンプライアンス(たわみ性)と(ii)低い摩擦係数の両方をもつ材料から作られる。この材料のコンプライアンスはシステムの機械的ノイズを低下させ、低い摩擦係数は外から何も中油しなくともナットを操作できるようにする。外からの注油を排除することによって、ポンプを維持することが容易になり、さらに重要なことには、作業流体の汚染の可能性がが劇的に低下する。ナットを形成する好ましい材料は、オイル充填ブロンズ、 Rulon (登録商標)、Delrin (登録商標)等である。さらに好ましくは、このナットはTelfron (登録商標)充填Delrin (登録商標) 、例えばTurcite-X (登録商標)、例えばProduct Bulletin、Turcite Internally Lubricated Materials、W.S. Shamban & Co.、Newbury Park、CA (1989)からつくられ、ここでの参考文献は参考文献に組み込まれる。
このナットは前部ベアリング(250)および後部ベアリング(255)に取り付けられており、このナットが自由に回転するとともに並進運動をうけるのを防ぐようになっている。一あるいはそれ以上のあらかじめとりつけられたスプリング(330)が後部ベアリング(255)に対してナットを推進するように作用してそれによってシステムの機械的公差を向上させる。加えて、ベアリングは胴部の組立品(500)についてナットの調節の役に立ち、このため親ねじ(303)は胴部の組立品(500)について同軸を保つ。
2.線状駆動装置の列
図3Aおよび図3Bは好ましい親ねじ(303)を含んだ好ましい線状駆動装置の列の詳細図であり、この親ねじは前部末端(301)および後部末端(302)、カバーシール取り付け部品(305)、カバーシール(400)、および親ねじ従動部(320)をもつ。好ましくは、この親ねじのねじ山は、ナットへの不必要な摩損およびひずみが最小限になるように選ばれる。さらに好ましくは、この親ねじのねじ山の断面はアクメねじの断面であり、例えばMachinery’s Handbook、24th Edition、1604-1607頁、Industrial Press, Inc.、N.Y.(1992)参照、ここでの参考文献は参考文献に組み込まれる。さらに一層好ましくは、この親ねじのねじ山の断面は3/16インチの呼び主径をもち、親ねじは1インチあたり20回転となり、そしてステンレス鋼製である。
好ましくは、親ねじの後部末端(302)は親ねじの並進運動ができる間に親ねじの回転を防ぐための締め付け装置を含む。図3A中に示される好適例において、親ねじの後部末端には取り付けられた一対のガイドブロック(326)を持った従属部(320)が取り付けられている。その従属部(320)およびガイドブロック(326)は従動部案内装置(327)中に配置され、その従動部案内装置は直角の内部断面を持つ。操作において、親ねじ(300)に回転力が加えられると、ガイドブロック(326)が従動部案内装置(327)にかみ合わされ、これにより親ねじが回転することが妨げられる。
一つの好適例において、位置センサーフラッグ(325)が従動部(320)の末端に位置して、そこでは薄ナット(326)が取り付けられている。親ねじ(303)が可動範囲の限界に達すると、位置センサーフラッグが親ねじの位置センサー(331)の方を指し示すのに役立つ。位置センサー(331)は光学センサー、電気センサー、あるいはある一定の位置における親ねじ(300)の存在あるいは不在を指し示すことのできるものであればどんなセンサーでもよい。より好ましくは、そのセンサーは光学センサーが良い。
親ねじ(303)の前部末端(301)に取り付けられているのはカバーシール取り付け部品(305)である。このカバーシール取り付け部品はカバーシール(400)を取り外し可能な方法で親ねじ(303)に取り付けるのに役立つ。好ましくは、カバーシール取り付け部品は保持突起(306)およびガイドブッシュ(307)を含むのが良い。保持突起(306)はカバーシール(400)を取り除き可能な方法で、取り付け台に保持しておくのに役立ち、一方でガイドブッシュ(307)はカバーシール上のラジアル荷重を減らし、そして線状駆動装置の列(300)およびバレル組み立て品(500)の間の適切な配列を維持するのに助けとなることに寄与する。ガイドブッシュ(307)はカバーシール取り付け部品の外部表面にじかに接しつつ、ガイドブッシュ取り付けグローブ(340)に取り付けられていている。好ましくは、ガイドブッシュ(307)はエラストマーの素材でできているのがよい。なぜならエラストマーは(i)損耗耐性があり、(ii)バレル内部表面を傷つけず、そして(iii)クロマトーグラフィーに使われる溶媒に化学的不活性だからである。例えばポリエーテルエーテルケトンPEEK、例えばAmerican Variseal、Broomfield Co.からのMaterial Specification of Compound1043参照、この参考文献は参考文献に組み込まれる。
3.カバーシール
図4Aおよび4Bは好ましいカバーシール(400)の拡大図を示している。好ましいカバーシールは中に中にキャビティー(415)が形成されている本体(405)を含んでいて、そのキャビティーはカバーシール取り付け部品(305)にフィットするように設計されている。カバーシールの周辺の前部にはバレル組立品(500)とカバーシールの間に上部のシーリングを提供するためにシーリングリッジが複数ある。カバーシールの前部に組み込まれたのは取り付け溝(440)であり、この溝はカバーシール(400)とバレル組み立て品(500)の間に封を保持するという目的のために中心から外に向かう方向に力を供給するためのエナジャイザー(435)を収容するためのものである。好ましくは、そのエナジャイザーはエラストマーの素材によって形成されたOリングであるのがよく、その素材は円形の細長い鉄片荷重ばね、U/V環状荷重ばね、らせんばね、あるいは放射状方向に力を与える他のいかなる手段でもよい。さらに好ましくは、そのエナジャイザーはらせんばねが良い。そのエナジャイザー(435)はシールが圧力下にないときにシーリングリッジとバレル組立品(500)の内部壁の間に積極的に封をするために放射状の外側方向にシーリングリッジ(430)を押し出すのに役立つ。
カバーシール(400)の一つの重要な面として、カバーシールの本体(405)の外側表面(420)は内部に軸方向に動く溝(425)が形成されている。その溝はカバーシールがカバーシール取り付け部品(305)に取り付けられたり取り除かれたりするときにキャビティー(415)の内部直径の拡大を促進するのに役立つ。しかしながらカバーシールがバレル組み立て品(500)の内部に位置している時はカバーシールは堅固にカバーシール取り付け部品(305)に取り付けられている。なぜならバレル組み立て品の壁がキャビティーの拡大を妨げるからである。この好ましい設計は損耗したカバーシールの手によって取り替えることを容易にする。
好ましくは、カバーシールは摩擦による損耗に対する抵抗のある弾力性素材を原料としているものがよい。カバーシールはセラミックの表面に接している時はスティックスリップが最小となり、コールドフローしない。好ましい材料にはTeflon (登録商標)、Kel-F (登録商標)、Tefcel(登録商標)などがある。より好ましくは、好ましいカバーシールは超高分子量ポリエチレン、例えば、参考文献に組み込まれたAmerican Veriseal
Company、Broomfield CO.Material Specifrication for Compound1103に記載されているCompound1103から作成される。
4.バレル組立品
好ましいバレル組立品(500)が図5Aおよび5Bに示される。バレル(500)はバレルハウジング(505)中に入れられて一端がシリンダーヘッド(520)によって蓋をされ、もう一端が開いていて線状駆動装置の列(300)を受け入れるようになっており、そのバレルは浮動末端(511)および固定末端(512)をもつ。シリンダーヘッド(525)はバレルハウジング(505)に取り付けられており、好ましくはバレルハウジング(505)の外側上まで装着されている止めナット(515)によって保持されている。このシリンダーヘッド(525)は、ポンプから結合している管への流体の連絡を容易にするために、その中にに形成された出口/入口(530)を持っている。好ましくは、高圧密封がシリンダーヘッド(525)およびバレルハウジング(505)の間にヘッドシール(520)によって形成される。
バレル組立品(500)の重要な特徴として、バレルの一端は“浮動性”、すなわち浮動末端(511)であり、一方で反対端(512)はピボットによってフレームに取り付けられる。浮動末端を浮動性にすることによって、バレル(510)は親ねじ(300)、ナット(245)、あるいは前部ベアリング(250)の回転がどんなに均一性がなくても補正調節することができる。理想的には、このナット回転軸(246)および親ねじ変換軸(304)は同軸である。しかしながら、ナット(245)および親ねじ(300)の組立が不完全なために、これらの軸は完全には同軸ではない。それゆえ、ナット(245)の回転は親ねじ(300)に側荷重をかけることになり、次にはカバーシール(400)上に側荷重の原因となりうる。カバーシール上でのこの側荷重はカバーシール(400)に過度の損耗そして/あるいはカバーシールを通ってのポンプ機構への流体のもれをもたらして、ポンプの精度を減じてしまうポンプの腐食を導いてしまう。
図5Bはバレルの浮動末端(511)およびこれがいかに浮動性にバレルハウジング(505)に取り付けられているかを示す。適切な隙間(513)をバレル(510)およびバレルハウジング(505)の間に許すことによって、ナットから親ねじ(300)へ伝わる側荷重は、カバーシール(400)の増加した側荷重よりもバレルハウジングに関してバレルの半径方向の運動をもたらす。
好ましいバレル組み立て品(500)の別の重要な特徴は、バレル(510)がセラミック材料でできており、ここにおいて、ここで使用されている用語“セラミック”は、金属および非金属の化合物である材料を指し、例えばAl2O3、Cu-Zn、Cu-Sn、Al-Cu、Al-Mg、Fe-O、および同様の化合物である。例えばVan Vlack、Elements of Materials Science and Engineering Fourth Edition、Chapter 9(Addision-Wesley、Menlo Park、1980)参照、前記参考文献はここに参考文献として組み込まれる。セラミック材料は(i)これらの滑らかな表面、これはカバーシール上の損耗を減らしカバーシールおよびバレルの間の密封を向上させ;(ii)これらの極端な化学的安定性;および(iii)これらの引掻きに対する耐性、の理由で好ましい。好ましくは、このセラミック材料は99.8%Al2O3である。さらに好ましくは、本発明に用いられるこのセラミック材料は加工を容易にするためのフロー増加薬品、例えば、エラストマー添加剤あるいは乳化剤、を使用しない工程によって作られる。このような添加物を使用しないことによって、生成セラミック物質はより小さな結晶粒をもち、より堅固かつ滑らかになる。さらに好ましくは、本発明に用いられるこのセラミック材料は等圧工程によって形成される。例えば、Richerson、Modern Ceramic Engineering、438−489頁、Marcel Dekker、N.Y.(1992)参照、ここでの参考文献は参考文献に組み込まれる。
好ましくは、バレル(510)およびバレル組み立て品の結合したすべての要素および線状駆動装置の列の内部は、微量体積ポンピングの応用に適応するように選ばれる。好ましくは、バレルの内径は0.25インチよりも小さい。小さなバレル直径を持つことによって、線状駆動装置(300)の線状並進運動におけるあらゆる誤差がポンプされた流体の体積における小さな誤差のみになる。
5.シングルポンプバルブ組立品
シリンジポンプの好適例において、シリンジポンプはシリンジポンプへのあるいはシリンジポンプからの流れを管理するためのバルブ組立品(600)を含んでいる。好ましいバルブ組立品の詳細な流れ図が図6に示されており、このバルブ組立品はシリンジポンプからの廃棄あるいはアプリケーションへの流れを管理して、例えば、液体クロマトグラフィーカラム、超臨界クロマトグラフィーカラム、あるいは類似のもの、あるいはポンプを充填するための溶媒貯蔵器からシリンジポンプ中への流れを管理する。
図6に示されるこの好ましいバルブ組立品は一番目(610)および二番目(630)の3方向バルブ、圧力変換器(605)、流れマニホールド(650)、およびコントローラー(701)を含んでいる。好ましくは、一番目の3方向バルブ(610)は共通口(615)、一番目の選択口(620)、および二番目の選択口(625)を含んでいて、ここでは共通口(615)は一番目の選択口(620)あるいは二番目の選択口(625)に選択的に連結される。図6における好ましい配置においては、共通口(615)はポンプの出口に連結されて、一番目の選択口(620)は二番目のバルブ(630)に連結されていて、そして二番目の選択口(625)はマニホールド(650)に連結されている。例示的な好ましいバルブは、Rheodyne Model 7030S valve (Rheodyne、Inc.、Cotati、CA)である。
同様に、二番目の3方向バルブ(630)は共通口(635)、一番目の選択口(640)、および二番目の選択口(645)を含んでいて、ここでは 共通口(635)は一番目の選択口(640)あるいは二番目の選択口(645)に選択的に連結される。図6における好ましい配置においては、共通口(635)は一番目のバルブの一番目の選択口(620)に連結されていて、一番目の選択口(620)はアプリケーションに連結されていて、そして二番目の選択口(645)はマニホールド(650)に連結されている。
好ましくは、バルブ口の少なくとも一つは、廃棄位置(655)および溶媒(660)位置を持つ流れマニホールド(650)に連結されている。
圧力変換器(605)は目詰まりおよび/またはバルブ不調によっておこる流れの圧力超過および/または圧力不足の状態を警告するために、好ましいバルブ組立品(600)に含まれる。
さらに好ましい適例においては、制御器(701)はポンプおよび結合したシステムの操作をモニターおよび管理するための入力および出力を制御するために使用される。典型的な入力は(i)ユーザーインターフェイス、(ii)圧力変換器、(iii)外部スタートシグナル、(iv)バルブ位置センサー、および(v)ヘッドスクリュー位置センサーからの入力を含むことができる。典型的な制御器からの出力は(i)モーター速度を制御するためのモーターへの出力、(ii)ユーザーインターフェイスへの出力、(iii)バルブ位置サーボ機構への出力、および(iv)RS232タイプのシリアルインターフェイスへの出力を含むことができる。典型的な制御器は適当なPCに基づく制御器であればいかなるものでもよく、例えば、Perkin-Elmer Corporation、Norwalk、CTからのTurbochrome Systemがある。
図6で示される好ましいバルブ組立品(600)でバレル(510)を充填するために、共通口(615)が二番目の選択口(625)に連絡されて、その結果二番目のバルブ(630)を流れの道筋から除去しそしてバレル(500)をマニホールド(650)の溶媒口(660)へ連絡するように一番目のバルブ(610)は配置される。そのため、シリンジポンプ中においてカバーシールを収縮させることによっておこる負圧が生じる時、溶媒はマニホールド(650)の溶媒口(660)からポンプのバレル(510)へ流れる。
シリンジポンプ(100)の中身を廃棄するようポンプで汲み出すために、共通口(615)が一番目の選択口(620)に連絡されるよう、その結果一番目のバルブ(610)が二番目のバルブ(630)に連絡されるように一番目のバルブ(610)は配置され、そして共通口(635)が二番目の選択口(645)に連絡されるように二番目のバルブ(630)が配置される。二者択一的に、バレル(510)の流体の内容物をアプリケーションにポンプで汲み出すために、共通口(615)が一番目の選択口(620)に連絡され、その結果一番目のバルブ(610)が二番目のバルブ(630)に連絡されるように一番目のバルブ(610)は配置され、そして共通口(635)が一番目の選択口(640)に連絡されるように二番目のバルブ(630)は配置される。
6.複合ポンプバルブ組立品
選択的な例においては、バルブ組立品は溶媒混合グラジエントを作るために複数のシリンジポンプを組み合わせて使うことができるように配置される。図7は二個のシリンジポンプを持つこのような複合ポンプバルブ組立品を示す。明らかに、同様の原理に基づいて溶媒グラジエントを作るために三あるいはそれ以上のポンプを使用することができる。
一般的に、図7に示される好ましい複合ポンプ組立品(700)は一番目(720)および二番目(755)の二つの3方向バルブ、圧力変換器(715)、流れマニホールド(790)、制御器(701)、混合T字管(794)および溶媒ミキサー(800)を含んでいる。
好ましくは、一番目のダブル3方向バルブ(720)は、そこにおいては一番目の共通口(730)は二者択一的に一番目の選択口(725)あるいは二番目の選択口(735)につながれているような、一番目の選択口(725)、二番目の選択口(735)、および一番目の共通口(730)からなる三口の一番目のグループ、および、そこにおいては二番目の共通口(745)は二者択一的に三番目の選択口(740)あるいは四番目の選択口(750)につながれるような、三番目の選択口(740)、四番目の選択口(750)、および二番目の共通口(745)からなる三口の二番目のグループ、を含んでいる。図7に示される好ましい配列においては、一番目のダブル3方向バルブ(720)の口の一番目のグループの口は以下のようにつながれている:一番目の共通口(730)は一番目のシリンジポンプ(705)の出力につながれて、一番目の選択口(725)は二番目のダブル3方向バルブ(755)につながれ、そして二番目の選択口(735)はマニホールド(650)に溶媒“A”位置でつながれる。同様に、一番目のダブル3方向バルブ(720)の口の二番目のグループの口は以下のようにつながれている:二番目の共通口(745)は二番目のシリンジポンプ(710)の出力につながれて、三番目の選択口(740)は二番目のダブル3方向バルブ(755)につながれ、そして四番目の選択口(750)はマニホールド(650)に溶媒“B”配置でつながれる。
一番目のダブル3方向バルブ(720)と相似の方法で、二番目のダブル3方向バルブ(755)は、そこにおいては一番目の共通口(765)は二者択一的に一番目の選択口(760)あるいは二番目の選択口(770)につながれているような、一番目の選択口(760)、二番目の選択口(770)、および一番目の共通口(765)からなる三口の一番目のグループ、および、そこにおいては二番目の共通口(780)は二者択一的に三番目の選択口(775)あるいは四番目の選択口(785)につながれるような、三番目の選択口(775)、四番目の選択口(785)、および二番目の共通口(780)からなる三口の二番目のグループ、を含んでいる。図7に示される好ましい配列においては、二番目のダブル3方向バルブ(755)の口の一番目のグループの口は以下のようにつながれている:一番目の共通口(765)は一番目のダブル3方向バルブ(720)につながれて、一番目の選択口(760)は混合T字管を通ってミキサー(800)につながれ、そして二番目の選択口(770)はマニホールド(790)に廃棄状態(791)でつながれる。同様に、二番目のダブル3方向バルブ(755)の口の二番目のグループの口は以下のようにつながれている:二番目の共通口(780)は一番目のダブル3方向バルブ(720)につながれて、三番目の選択口(775)は混合T字管(794)を通ってミキサー(800)につながれ、そして四番目の選択口(785)はマニホールド(790)に廃棄位置でつながれる。
どんな適当なミキサーも使用することができる。好ましくはミキサーは(i)小さな内容積、すなわち、システムを通じてポンプで汲み出される1分あたりの流体体積の二倍以下の内容積をもち、(ii)完全に複合流体流を混合し、(iii)ノイズすなわち、高頻度の圧力変動を最小限にフロー流に伝え、そして(iv)移動成分の分解の結果としての微粒のくずをフロー流に持込まない。
重要な面は、複合流体流が完全に混合されるべき微量体積の高圧アプリケーション、例えばグラジエント液体クロマトグラフィーに特によく適応するミキサーの開示である。
図8に言及すると、本発明の好ましいミキサーはボウル(865)を内部に形成して持っている本体(850)、パックマグネット(840)を含むパック(820)、およびボウルに対して外側に取り付けられているが磁力でパックマグネット(840)と連絡していてそしてモーター(898)によって回転的に駆動する、駆動マグネット(895)を含む。それゆえ、この回転駆動マグネット(895)はパック(820)を回転するために供し、それによってボウル(865)中にある流体の攪拌をもたらす。
この本体(850)はミキサー(800)のボウル(865)およびポンピングシステムの他の構成要素との間での流体の連絡を提供するための入口(860)をもつ。ボウルの底表面は、その上でパック(820)が回転するベアリング面(870)である。好ましくは、ベアリング面(870)は固い材料〜形成される。すなわち、パック材料に関して固く、回転パック(820)の損耗下の劣化に耐性をもち、それゆえ流体流への微粒くずの持込みを減少させる。さらに好ましくは、このベアリング表面はセラミック材料から作られる。ボウルの頂表面はミキサーキャップ(805)によって形成されていて、ミキサー本体(850)に密閉できるように取り付けられ、ここではミキサーキャップはボウル(865)およびシステムの他の構成要素との間の流体の連絡を提供するために流体出口(810)をそこに形成して持っている。
パックマグネット(840)の大きさおよび構成は、パックマグネット(840)および駆動体マグネット(895)の間の磁力が、流体流を完全に攪拌するに十分なパック(820)の回転力を提供している時に、パックとボウル間の摩擦抵抗およびパックと攪拌された流体流の摩擦抵抗に対して打ち克つに十分であるようでなければならない。このパックマグネットは磁気双極子を持っていればいかなる物質から形成されていてもよく、例えば、鉄および類似のものであるが、しかしながら、パック(820)のサイズによって負わされたサイズの制限のために、強磁力の物質が好ましい;特に好ましい磁気物質はサマリウム−コバルト合金である。
好ましい配列においてはこのパックマグネット(840)はパックマグネット組立品(830)の一部をなし、上記組立品はキャ二スター(835)、パックマグネット(840)、およびキャ二スターキャップ(845)を含んでいる。完全に組み立てた時、このパックマグネット(840)はキャニスターキャップ(845)を適所に溶接することでキャ二スター(835)中に密閉される。好ましくは、溶接は小さな熱影響範囲を生ずるレーザー溶接である。このキャニサー材料は流体流への汚濁を最小限にするために特に腐食に対して耐性があるべきで、例えば、316Lタイプステンレス鋼である。パックマグネット(840)を腐食耐性のあるキャニスター(835)中へ封入することで、流体フローをパックマグネットによる汚濁から守ることができる。
好ましくは、パック(822)の外側表面はらせん溝(821)をその中に形成する。パックが回転すると、このらせん溝は流体の循環を生じさせ流体の非常に大きな攪拌をもたらすのに役立つ。攪拌を強めるとともにミキサーの無効な体積を減らすために、パック(820)の直径はパック外側表面(822)およびボウル(865)内側表面間の距離が少ししか離れていないようにしなければならない;好ましくはこの距離は1mm以下である。好適例においては、パックマグネット(840)あるいはマグネット組み立て品(830)を堅固に固定して、回転駆動体マグネット(845)によってパックマグネット(840)へ伝えられる回転力がパックそれ自体に効率的に伝達されるように、このパックはマグネット取り付け穴(825)を含んでいる。
好ましくは、駆動体マグネット(895)は、モーター(898)にマグネットホルダー(896)によって取り付けられていて、上記ホルダーはモーター駆動シャフト(899)にしっかりと取り付けられている。
図8に示される好適例においては、このミキサーは以下のように組み立てられる:ミキサーキャップ(805)、本体(850)およびモーター取り付け板(875)が複数のボルト(890)あるいは同様の締め付け手段によって結合され、モーター(898)はモーター取り付け板によってしっかりと固定され、ここではこのモーター駆動シャフト(899)、駆動体マグネット(895)、ボウル(865)はすべて実質的にミキサー回転軸(801)上に位置する。
明らかに、他の適当なミキサーが一般的なポンプシステムに使用することができる。可能な代替ミキサーは静的ミキサーを含む、例えば、INSTAC/LIF Technical Handbook、66−69頁、The Lee Company、Los Angels、CA(1987)参照。
好ましい配置においては、混合T字管(794)はミキサー(800)上流に置かれて収束流体流を“プレミックス”する。
操作上、図7に示された好ましい2部分からなるポンプバルブ組み立て品(700)によって溶媒グラジエントを形成するために、一番目のシリンジポンプ(705)および二番目のシリンジポンプ(710)の両方からの流れが混合され、ここではそれぞれのポンプは異なる溶媒組成によって充填されている。このグラジエントは、ポンプからの一緒に合わせた容積測定の流れをほぼ一定に維持し、一方で構成をそれぞれのポンプの流速を変化させることで変えるというやり方で、それぞれのポンプの流速を変化させることで達成することができる。両方のポンプからのフローを同時に達成するために、一番目のシリンジポンプ(705)からの溶媒は開いているバルブ口(730)、(725)、(765)、および(760)を通り、一方で二番目のシリンジポンプ(710)からの溶媒は開いたバルブ(745)、(740)、(780)、および(775)を通り、次にミキサー(800)上に流れ、そこでは両方のシリンジポンプから由来の流れが混合されて、そしてアプリケーションに伝えられる。
7.液体クロマトグラフィーシステム
特に好ましい応用においては、シリンジポンプは液体クロマトグラフィーシステム(900)、さらに好ましくは微量体積クロマトグラフィーシステムにおいて使用することができる。
図9に示される好ましいクロマトグラフィーシステムは、ポンプシステムがここに記載されたような一あるいはそれ以上のシリンジポンプから構成されるポンプシステム(905)、クロマトグラフィーカラム(915)へ試料を注入するための試料インジェクター(910)、検出器(920)およびデータアウトプット装置(925)を含む。液体クロマトグラフィーシステムをいかに組み立てるかの完全な論文は他の場所で得ることができる、たとえばKrstulovicら、Reversed-Phase High-Performance Liquid Chromatography、Chapter3、John Wiley & Sons、New York(1982);およびModel172 SeriesHPLC Separation System Installation Manual、Part Number0054-0012、Applied Biosystems Division of the Perkin-Elmer Corporation、Foster City、CA(May 1992)参照。
Claims (1)
- 軸受け表面である内側底表面をもつ封じ込めたボウル、前記軸受け表面はセラミック材料から作られ、ボウルと周囲との間に流体連絡するための入口および出口を有し;
ボウル内側に回転運動を受けるように適合させたパック、このパックはその外側表面に形成された螺旋状の溝を有し、それと共に回転するための内部に配置されたパックマグネットを有し;
モーター;および
外部マグネット、この外部マグネットは回転運動を受けるようにモーターに連結され、パックマグネットと磁気を帯びて連絡されている、
からなる複数の流体流を混合するためのミキサー。
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