JP2002504015A - クロマトグラフィーカラムの端部アレンジメント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ａ）流体開口部を有するエンドプレート、およびｂ）それとの間で、流体流れが入る流体流れ領域を規定するエンドプレートの内側表面に延在するフィルターを有するエンドアレンジメントを有するクロマトグラフィーカラムである。その特徴は、エンドプレートの内側表面とフィルター層との間にライナーが存在し、ライナーは、エンドプレートからフィルター層を隔離してフィルターにわたって流体流れ領域を維持する表面起伏パターンを有することである。そのようなエンドプレート、一体化されたフィルター−ライナーユニットおよびライナーパーツをカラム内に形成する方法も含まれる。

Description

【発明の詳細な説明】 クロマトグラフィーカラムの端部アレンジメント 本発明は、クロマトグラフィーによって物質を分離する装置に関し、特に、ク ロマトグラフィーカラムの端部構造に関する。 クロマトグラフィーは、流体媒体中に保持された物質を分離するために広く使 用されている。代表的なカラムは、使用時には充填物質で満たされた直立ハウジ ングを有する。充填物質は端部アレンジメントによってカラム内に保持され、各 端部アレンジメントはエンドプレート、エンドプレートを通ってその内側流れ表 面に連通する流体入口／出口開口部、ならびに内側流れ表面を覆うフィルター層 を有する。エンドプレートは、カラムハウジングに対して軸方向に移動可能であ ってよい。 フィルター層により、充填物質を保持しながら、流体媒体がカラムの断面を通 過することができる。 エンドプレートの内側流れ表面は、代表的には、流体の入口／出口のための１ つまたはそれ以上の中心通路を有するプレートの中心に向かって窪んでおり、例 えば概して円錐面である。窪んだエンドプレート表面は、エンドプレートとフィ ルター層との間に規定される流れ領域の背面を提供し、フィルターの流れ領域に わたって流れを分配することを確保するという重要性を有する：均一な流れなし では、満足できるクロマトグラフィーが得られない。この目的のために、常套の エンドプレートの流れ表面は、直立した放射状（または半径方向）のリブの中心 対称アレイを有する。これはまた、流れ領域を維持し、流れの力および充填物重 量に対してフィルター層を保護するために、フィルター層の背面を支持する。リ ブの最高点（maxima）は、装着されたフィルター層が円錐形状を有するように円 錐輪郭を提供する。 フィルター層自体は、代表的にはディスクであり、その外縁に沿って、通常は その中心においてもエンドプレートに固定され、その中心は、例えば本発明者ら によるＷＯ−Ａ−９６／１０４５１に開示されるように、充填ノズル用の中心開 口部を有してよい。 リブが形成されたエンドプレートの常套の製造は、機械加工工程、所望の最終 （または仕上げ）平滑度を得るためのその後の労力を要するグラインダー研削工 程、研磨工程、および電解研磨工程によって行われる。滑らかに仕上げることは 、クロマトグラフィーにおいて重要である。なぜなら、より滑らかに仕上げるこ とによって、流れをより均一にし（これは、特に医薬分野において重要である） 、ならびに汚染可能性をより低くするからである。プラスチック製のエンドプレ ートでは、得ることができる最良の平滑度は、念入りな機械加工によって得られ 得る程度のものでしかない。 従って本発明者らの提案は、エンドプレートと表面層との間にライナー層を設 けることであり、このライナー層は、流れ領域に背面を提供し、後ろからフィル ター層を支持し、ならびに／あるいは流れ領域において流れを分配するように表 面起伏パターンを有して形成される。 比較的薄いライナー層は、比較的厚いエンドプレートの構造的機能を果たす必 要がないので、これを用いることにより、実質的に製造上の融通性が得られる。 更に、特に好ましいことは、予め作製した均一なシート材料、例えば金属また はプラスチック製のシートからライナーを形づくり、シート材料の永久的な変形 によって表面起伏パターンを形成することである。これは形作った型に対して、 例えば押圧（プレス）または真空成形によってシートを押し付け、これにより、 一方の側に、もう一方の側の窪みに対応する起伏を形成する。 よって、良好な表面平坦度を有するシート材料が日常的に入手することができ 、この平坦度は起伏パターンを形成するときに実質的に維持することができるの で、常套の機械加工に比べて優れた表面仕上げが得られ得る。これは、機械加工 後の平滑化（またはスムージング）によって影響を受け易くないプラスチック構 成要素に対して特に有用である。 ライナー層は、他の方法、例えばキャスティングまたはモールド成形などによ って形成することができる。これらは、機械加工よりも良好な表面仕上げを与え るが、上述のシート材料を変形することによるものよりも通常は劣る。しかし、 これら全ての技術は、構造化エンドプレート自体に表面起伏を形成し、仕上げる ための優れた別法である。 ライナーは、１つのピース（または一体的）に、あるいは選択により複数のセ グメントとして形成することができる。１つのピースの（または一体の）ライナ ーは装着がより簡単であるが、セグメント化したライナーは、より小さい形成装 置で形成でき、エンドプレートがより大きい場合に有用である。 表面起伏パターンは、好ましくは、流体媒体用の開口部から離れて並列して延 在するチャンネルの組を規定する。この「開口部」は開口部の組であってよいこ とに留意すべきである。リブのアレイが適切である。通常のアレンジメントは、 流体媒体用の１つまたはそれ以上の中心開口部を有する円形ライナーと、半径方 向に全体または部分的に延在する細長いリブのアレイとを有する。常套の機械加 工したエンドプレートと同様に、好ましいアレンジメントは、流れ領域の内側か ら外側周辺部に実質的に延在する大きな半径方向リブの組および、大きなリブ間 に外側周辺部に向かって位置する１つまたはそれ以上の小さな半径方向のリブの 組を有し、さもなければその領域にはより大きいリブが存在するであろう領域が さらに分割されている。 ライナーの前面（obverse）起伏は、フィルター層への機械的支持を提供して よく、ここで、フィルター層はこれに対して存在し、望ましくはこれに固定され る。起伏パターンの最高点は、平坦な、または円錐形に窪んだ支持外形（または 輪郭）を規定してよく、フィルター層はこの外形に対応する形態をとって存在す る。 ライナーの裏面は、エンドプレートの内側表面に対して存在する。機械的に支 持する目的のために、これらの表面が実質的に相補的であることが好ましい。通 常は、少なくとも内側および外側の周辺部、ならびに好ましくは形づくられた起 伏に対応しない領域もまた、エンドプレートの内側表面と相補的となるように形 成される。エンドプレートの内側表面は、好ましくは、概して円錐形の内側形態 を有して窪んでおり、流体媒体の通路用の開口部（通常は中心開口部または中心 対称的に配置された中心開口部）が設けられている。起伏パターニングおよび表 面仕上げはライナーによって提供されるので、エンドプレートの内側表面を平坦 にすることができる。しかし、付加的な機械的支持については、ライナーの全て または一部の起伏に対応し、ライナーの裏面の窪みに適合する起伏を有するエン ドプレートを機械加工することができる。ライナーは優れた表面仕上げを提供で き、機械加工されたエンドプレート表面は仕上げを行う必要がないという利点が 更に得られる。 ライナーは、好ましくは流れ領域に対してシールされた裏側を有するエンドプ レートに固定された、不透過性のアレンジメントである。この目的のために、ラ イナー（またはそのセグメント）は、連続した裏側表面領域、例えば周辺マージ ン領域を有することができ、連続した裏側表面領域は、エンドプレートの内側表 面に相補的であり、例えば溶接またはクランピング（または締結）によって、そ れに対してシールされる。 フィルター層自体は、常套のものであってよい。金属またはプラスチック製の フィルター層を用いることができるが、通常は装置の隣接する部品の材料に対応 する材料を選択し、これを当業者に周知の手段、例えば溶接またはクランピング によってライナー上に、または隣接して取り付けてよい。 ライナーおよびフィルターは一体に組み合わされ、エンド・プレートに組み込 む前に、一体化したフィルター−ライナー・ユニットを形成してよい。これらの ２つの要素を最終的な組み立ての前に組み合わせることにより、現場での（また はオン・サイトの）操作が簡単になり得る。 エンド・プレートは、１つまたは複数の、領域への通過チャンネルをライナー とエンド・プレートとの間に有してよく、例えばガス圧を加えることによってそ れらの間のシールの漏れ試験を実施できる。 我々の提案の態様を、次に、添付した図面を参照して、例により説明する。図 面において： 図１は、エンドプレートおよびライナーの半径方向の断面図であり； 図２は、ライナーのセグメントの表側の平面図であり； 図３は、図２のエンドプレートの３つのライナーのセグメントの表側の平面図 であり； 図４は、上側および下側エンドプレートのアレンジメントおよびカラムハウジ ングの一部分を示す断面図の半分である。 図４に示す構造物は、特に、プラスチック材料、例えばポリプロピレンでエン ドプレートを製造するのに適しているが、その一般的な原理は他の材料を同様に 使用するのに当て嵌まる。 円筒形の床空間（またはベッド・スペース）Ｓは円筒形ハウジングの壁１６お よび円形の上側および下側エンドプレート１２，１３によって規定される。この タイプにおいて、ハウジングの壁１６の環状の足は、下側エンドプレート１３に 据え付けられており、一方、上側エンドプレート１２はハウジングの壁１６内を 、周状のスライディング・シール２２によって、軸方向にピストン式に移動可能 である。各エンド・プレート１２，１３は、クロマトグラフィーにおける流体媒 体の通路のための、流体が流れる一連の中央部の開口部２１を有する。エンドプ レートの１つまたは両方はまた、固体媒体を床空間Ｓへ充填する／または床空間 Ｓから取り出すためのバルブまたは他の適当な手段を取り付けてよい。これは、 それ自体知られており、本発明の概念と直接に関連するものではない。 １つまたは複数の中央の流れ開口部２１の周囲に、エンドプレート１２，１３ は、平滑な浅い（傾斜の緩い）円錐形のように形成された内側表面１９を有する 。常套のエンドプレートの内側と異なって、この円錐形の表面１９は平坦なもの であり、表面にリブ（またはうね）が無い。独立したライナーディスク９がそれ に取り付けられ、フィルター層１４，１５を後ろ側から支持する、盛り上がった 突出部１７のアレイを与える。フィルター層１４，１５は、一般的に常套なもの であってよく、エンドプレートの装置の中央に対応する中央の開口部を有し、そ の周縁部が装置の周囲に固定されている。フィルター層の外周はまた、各エンド プレートに対して以下で詳述する手段によって、所定位置に保持されるが、それ 自体は常套のものであってよい。 ライナー９の使用は、アレンジメント（または配列）の特別な特徴である。こ れらの詳細は、図１〜３を参照することによって、より理解されるであろう。こ れらの図において、ある細部はプラスチックライナーよりはむしろ金属ライナー に関係するものであるが、次に説明する一般的な特徴は、図４に適用可能である 。 ライナー９は、シート１８が全体としてエンドプレートの円錐形の表面１９に 対応する円錐形状をとるように（以下で説明するように）形作られたシート材料 である。シート材料はまた、上述の突出部１７を与えるように形成され、それら は図２および図３で示すように角度的に離れた（互いに異なる半径上に間隔をあ けた）リブ１０のアレイの形態をとる。大きなリブ１０ａは、実質的にライナー ９の内側縁から外側縁まで延び、一方、より短いリブ１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの 組はこれらの間に分配され、徐々に中央から遠ざかり、リブの突出部によって流 れ領域の占有レベルを維持し、したがって一般に均一である支持体をフィルター 層１４，１５の後ろで維持している。使用する際には、流体媒体は、リブの間で チャンネルに沿ってガイドされ、流れはエンドプレートの周囲で均等に分配され る。リブのパターンはそれ自体、重要でなく、エンドプレートに加工するために 既に知られているパターンに対応してよい。 図２および３は、それぞれ９０°の広がり（または中心角）を有する４つのラ イナーセグメントまたは扇形で形成されたライナーを示している。セグメントの 使用は製造の都合の問題であり、特に、直径が２メートルを超え、そのために１ ピース（１個）のライナーを形成することが困難である、より大きいカラムの製 造の都合の問題である。大きなカラムのために１０またはそれよりも多いセグメ ントを使用でき、一方、小さなカラムには１ピースのライナーを形成することが 好都合であり得る。 図４に示すようなプラスチック（例えばポリプロピレン）のライナーを形成す る好ましい方法は、真空成型である。ライナーは、ポリプロピレン製のシートか ら、適当に１つまたは複数のセグメントに真空成型されるが、最初に（エンドプ レートに相補的である）ライナーの裏側表面１８の略円錐の形態を、また、次に 既に述べたようなリブ１０の形態で突出部１７を形成する。図１に示すように、 リブはライナーの中心に向かって高くなる。これは、例えばフィルター層のため の平坦なリブ支持体の輪郭を提供するためのものであるが、輪郭は図示したよう に僅かに円錐形を維持することが好ましい。 必要な形状の真空成型は問題を有するものではなく、一般的な技術が使用でき る。 流体が流れる環状の一連の開口部２１を与える中実のプラスチックリング２３ が、ライナー９の内周に、例えば溶接によって取り付けられている。 フィルター層１４、１５は、ライナーの前面に固定することができる。適当な フィルター材料は、例えば溶接によってリブ１０の上面に固定することができる ポリマー材料である。フィルターはまた、ライナー９の周辺のリングの周囲で溶 接してよい。 適当なフィルター材料の例は、多孔性のポリプロピレンの焼結物および合成繊 維フィルター布帛である。これらは高性能な製品であるが、それらの詳細につい ては当業者に公知であり、ここでさらに論じる必要はない。 フィルター層およびライナーの予め形成されたアセンブリーは、エンドプレー トの内側表面に取り付けることができ、所定の状態で固定される。固定方法は、 材料、エンドプレートの構造、およびエンドプレートと周囲のカラムとの間の関 係によって決まる。例えば、図４に示すように、アセンブリーのエッジは、ハウ ジングの壁１６の軸方向に向いている面と固定されたエンドプレート１３の間で トラップされ（または閉じ込められ）、締着されてよい。ライナーだけで、また はライナーおよびフィルター層の両方をトラップしてよい。 図４の上方に示すように、エンドプレートがハウジングに対して動くことがで きる場合、ライナー９の外側エッジは、エンドプレートにのみ固定されてよい。 ライナーのエッジの部分は、必要な場合には、エンドプレートの外側表面の周囲 に折り返されてよい。 シーリングは、図示するように、当業者の知識に従って、１つまたは複数のＯ −リング２２によって実施できる。 この構造によって達成される表面の改善の実例として、常套のエンドプレート の慎重に加工されたポリプロピレン表面は、５０〜１００μｍのオーダーの表面 粗さＲ_aを有する。対照的に、ポリプロピレンのような市販のプラスチックシー ト材料は一般に、２μｍまたはそれよりも小さい表面粗さＲ_aを有し、この平滑 性の程度は真空形成で失われない。 ライナー９は金属で形成されてよく、この幾つかの詳細を次に説明する。 シートを形成することに関しては、ライナー（またはそのセグメント）は、薄 い平坦な金属シート、例えばステンレス鋼の金属シートを、所定の起伏パターン のジオメトリー（または形態）を有する硬い型を用いて操作する適当なプレスに 挿入することによって形成できる。型に相補的に変形し得る対表面によってシー ト材料は型に押し付けられ、したがって、シートはその凹部に適合するようにな る。シート材料を成形する、そのようなプレスは公知である。エッジはそれから 、必要なように、例えばレーザートリミングによりトリムされ（または切断され て整えられ）、機械的なトリミングの間に生じ得る望ましくない折れを回避する 。 図１、２および３は、金属のエンドプレート１の中央の円錐形の凹部に溶接さ れたライナーのセグメント９’を示す。溶接部１１は、各セグメント９’の外周 の縁（margin；または余地）の周囲に形成される。溶接後、電気研磨を用いて表 面の不均一性、例えば研磨跡および溶接部を減ずることができる。 図１は、エンドプレート１を通過して、各ライナーセグメント９’の背後の領 域と連絡する小さなチャンネル７を形成することが可能であることを示している 。端部の構造はそれから、チャンネル７を介して差圧を適用して漏れが生じてい ないかどうかを確認することによって、溶接されたシール１１の完全性に関して 試験され得る。 金属のライナーの場合、金属のフィルター層もまた好ましい。適当な材料は、 織成されたスチール繊維である。現存する技術知識に従って他のものを用いるこ とができる。一般にフィルター板は、中央開口部を有するように製造され、スチ ールのリングが開口部内に溶接され、例えば固定ねじによりエンドプレートの中 央の開口部に対して保持される。 外側の外周部を固定するために、クランプまたは溶接のいずれかが適切であり 得る。図１は、環状の固定縁部４に隣接した、一対の小さい段（ステップ）５を 示し、当該段は隣接するハウジングの構成要素に対して実質的に面をそろえて取 り付けるためにライナー９およびフィルター層の厚さを収容する。 フィルター層は、１よりも多いフィルター材料の層を有してよい。細かいメッ シュの層を、１または複数の、より目の粗い層で、例えば、カラムの下側にて支 持してよい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スペンサー，ジェラルド・ジェイムズ イギリス、ジーエル４・４エックスピー、 グロスターシャー、アビーミード、チェイ スリー・クロース14番 (72)発明者 ペション，オヴェ スウェーデン、エス―743 35ストルヴレ タ、モンスケンスヴェーゲン20デー番

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．端部アレンジメントを有するクロマトグラフィーカラムであって、 流体が流れる開口部を有するエンドプレート、および 流体が流れる開口部が開口する流体流れ領域をエンドプレートとの間で規定す る、エンドプレートの内側表面に延在するフィルター を有して成り、 エンドプレートの内側表面とフィルター層との間にライナーが存在し、このラ イナーは、エンドプレートからフィルター層を離して、フィルターにわたって流 体流れ領域を保持する表面起伏パターンを有することを特徴とするクロマトグラ フィーカラム。 ２．ライナーの表面起伏パターンは、流体が流れる開口部から離れるようにそ れぞれが延びる、間隔を隔てて離れたリブのアレイを有して成る請求の範囲１に 記載のクロマトグラフィーカラム。 ３．ライナーがシート材料でできている請求の範囲１または２に記載のクロマ トグラフィーカラム。 ４．シート材料における永久的な局所変形部によって、起伏パターンが設けら れている請求の範囲３に記載のクロマトグラフィーカラム。 ５．ライナーが真空成形したプラスチックシートまたはプレスした金属シート からできている請求の範囲４に記載のクロマトグラフィーカラム。 ６．ライナーは、エンドプレートの内側表面の円錐状形態に相補的な円錐状形 態を有する請求の範囲１〜５のいずれかに記載のクロマトグラフィーカラム。 ７．ライナーの裏側の表面は、エンドプレートの内側表面に対して封止的に取 り付けられている請求の範囲１〜６のいずれかに記載のクロマトグラフィーカラ ム。 ８．ライナーは複数のセグメントとして供給されている請求の範囲１〜７のい ずれかにに記載のクロマトグラフィーカラム。 ９．フィルター層は、ライナーに直接取り付けられている請求の範囲１〜８の いずれかにに記載のクロマトグラフィーカラム。 １０．請求の範囲１〜９のいずれかに記載のクロマトグラフィーカラムに用い る端部アレンジメント。 １１．請求の範囲９に記載の接続されたライナーおよびフィルター層を有して 成る一体化されたフィルター−ライナーユニット。 １２．請求の範囲１〜９のいずれかに記載のカラム、請求の範囲１０に記載の アレンジメントまたは請求の範囲１１に記載の一体化ユニットを製造する方法で あって、プラスチックまたは金属系材料の均一なシートを型に押し付けて、シー トの永久的な変形によって表面の起伏パターンを形成することを含んで成る方法 。 １３．シートはプラスチック材料であり、形成は、真空成型によって実施する 請求の範囲１２に記載の方法。 １４．シートは金属製であり、形成は、変形可能な対表面を使用して型にプレ スすることによって実施する請求の範囲１２に記載の方法。