JP2007078694A - 金属間シールを有する液体クロマトグラフィカラム - Google Patents

Abstract

【課題】クロマトグラフィカラムの端部の流体密なシールを、単純で安価な構成により提供する。
【解決手段】カラムは、充填媒体を収容する室を備えていて、室内には、液体を通過させる開口が配置されている。多孔性プラグで開口を塞ぎ、室内に充填媒体を保持する。圧縮フィッティング（圧縮嵌合部材）が、開口を囲む載置領域と係合可能な接触面を有する。ダクトが、圧縮フィッティングを通って延び、開口と流体連通する。圧縮フィッティングは、接触面を載置領域に押し当てることにより載置領域または接触面を変形させて圧縮フィッティングと室との間に液密シールを形成するように、調整移動可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体クロマトグラフィ用のカラムに関する。また、本発明は、カラムをシールする方法にも関する。

高速液体クロマトグラフィ（ＨＰＬＣ）は、化学混合物から１つ以上の化合物を分離および同定することができるプロセスである。搬送液体、例えば溶媒が、高圧下で充填媒体のカラムを通して圧送され、分析される化学混合物の試料がカラムに注入される。試料が液体とともにカラムを通過する際、充填媒体に対する異なる親和性を有する異なる化合物のそれぞれが、異なる速度でカラムを通って移動する。充填剤に対する親和性が高い化合物は、親和性の低い化合物よりも低速でカラムを通って移動し、この速度の差により、化合物がカラムを通過するときに互いに分離される。

分離された化合物を有する搬送液体は、カラムを出て検出器を通過し、検出器は、例えば分光吸光度測定（spectrophotometric absorbance measurements）によって分子を同定する。クロマトグラムとして知られる、溶出時間または溶出量に対する検出器測定値の２次元プロットを作成することができ、クロマトグラムから成分を同定することができる。

化合物ごとに、クロマトグラムは別個の曲線または「ピーク」を表示する。カラムによる化合物の効果的な分離は有利であり、それというのは、急激に変化する最大変曲点および狭いベース幅を有する明確なピークを生じる測定値が得られることで、混合物成分の優れた分解能が得られ確実な同定が可能となるからである。カラム性能が低いことにより生じる幅広のピークは、これによって混合物の微量成分が主要成分に隠れて同定できないことがあるため望ましくない。

ＨＰＬＣ用のカラムは通常、例えば直径が２０ミクロン未満のシラン被覆シリカ球を含む充填媒体が高圧下で充填された高強度ステンレス鋼管を備えている。充填媒体は、焼結ステンレス鋼フリットによって管内に保持される。フリットは多孔性であり、搬送液体および試料が管を通過することを可能にする。締まり嵌めによってフリットを管の孔に押し込んで、充填剤がフリットを通って逃げないようにすると有利である。管の両端にはねじ山が切られたエンドフィッティング（端部嵌合部材）が配置される。エンドフィッティングは、フリットを孔内に保持し、充填媒体を圧縮してその水力学的向き（hydraulic orientation）もしくは液体が流れる方向を維持するのを助け、カラムをクロマトグラフに接続するために毛細管からの標準的なフィッティングを受け入れるようになっている。

カラム内のデッドスペースは、搬送液体と試料との混合を引き起こしてカラム性能を劣化させるため、回避するべきである。これは、ピークの拡大およびそれに伴うＨＰＬＣ装置の分解能の低下として現れる。

本発明の課題は、クロマトグラフィカラムの端部の流体密なシールを、単純で安価な構成により提供することである。

本発明は、液体クロマトグラフィ用のカラムに関する。カラムは、充填媒体を収容するようになっている。カラムは、充填媒体を収容する室を備える。液体を通過させる開口が室内に配置される。多孔性プラグが開口を塞ぎ、室内に充填媒体を保持する。載置領域が開口を囲む。圧縮フィッティング（圧縮嵌合部材）が、載置領域と係合可能な接触面を有する。ダクトが、圧縮フィッティングを通って延び、開口と流体連通する。圧縮フィッティングは、接触面を載置領域に押し当てることにより載置領域または接触面を変形させて圧縮フィッティングと室との間に液密シールを形成するように、調整移動可能である。

本発明は、液体クロマトグラフィ用のカラムをシールする方法であって、カラムが充填媒体を収容する室を備え、室が載置領域によって囲まれる開口を有しており、
（Ａ）接触面を有する圧縮フィッティングを設けること、および
（Ｂ）載置領域に対して接触面を押し付けて、接触面または載置領域を変形させることにより、圧縮フィッティングと室との間に液密シールを形成すること
を含む方法にも関する。

図１は、本発明による液体クロマトグラフィカラム１０を示す。カラム１０は、液体クロマトグラフィで用いられるいかなるタイプのカラムであってもよく、その例としては、分析カラム、予備カラム、およびガードカラムが挙げられる。カラムは、約６．３５ｍｍ（約０．２５インチ）〜約２．８５７５ｃｍ（約１．１２５インチ）の範囲の外径と、最大約２５．４ｃｍ（約１０インチ）の長さとを有することができる。

カラム１０は、好ましくは管１６の孔１４によって画定される室１２を備えている。孔１４は、液体クロマトグラフィ分析で用いられる充填媒体１８、例えば直径が２０ミクロン未満のシラン被覆シリカ球を収容する。充填媒体は、高圧下で充填され、管１６の両端の開口２４および２６から孔１４に挿入される多孔性金属プラグ２０および２２によって孔内に保持される。プラグは、挿入されて充填剤を圧縮するが、これにより、充填プロセス後に圧力が除去されてカラムの組み立てが完了したときに失われる圧力をいくらか回復する。プラグ２０および２２は、カラムのサイズおよび動作圧力に応じて通常は０．０５０８ｍｍ（０．００２インチ）〜０．１５２４ｍｍ（０．００６インチ）の締まり嵌めで孔１４に押し込まれる焼結ステンレス鋼フリットであることが好ましい。締まり嵌めは、プラグが管１６の内面をシールして孔１４から充填媒体が漏れるのを防止することを可能にする。プラグの締まり嵌めにより、追加的なシールを設ける必要がなくなる。追加的なシールは、カラムの費用を嵩ませ、搬送液体の混合を促すデッドスペースを形成するのでカラムの性能を低下させる。

管１６の一端に少なくとも１つの圧縮フィッティング２８が配置される。圧縮フィッティング２８は、ねじナット３０および圧縮体３２を備えることが好ましく、圧縮体３２は、管１６と係合する接触面３４を一端に有する。圧縮フィッティング２８には、上述の端開口の一方２４を通して孔１４と流体連通するダクト４６が通っている。図１に示す実施形態では、接触面３４は、圧縮体３２の端にある面取り部３８によって画定される。面取り部３８は、後述する理由により接触面３４の面積を減らす。

開口２４は、管１６の端にある載置領域４０によって囲まれている。載置領域４０は、好ましくは、孔１４を囲む環状面の形態をとり、圧縮体３２の接触面３４を受容する。ねじナット３０は、管１６に取り付けられ、圧縮体３２と係合してこれを管に留める。ナット３０は、管の相補的な外ねじ山４２と係合する内ねじ山４４を有することにより、圧縮フィッティングを調整移動可能にすることが好ましい。ナット３０および圧縮体３２の両方を含む圧縮フィッティング２８は、液体クロマトグラフでのカラム１０の使用のためにカラムを毛細管（図示せず）に接続するようになっている。ダクト端部には、圧縮フィッティング２８を通るダクト４６は、外ねじ山４８と、液体クロマトグラフに接続するための標準フィッティングを受け入れるテーパ状部分３６とを有する。

圧縮フィッティング２８を締め付けると、接触面３４が管１６の載置領域４０に押し当てられ、これらの間に金属間シールが形成される。シールは、圧縮フィッティングの締め付けによって行われるため、接触面３４または載置領域４０が、その形成材料の降伏点を超えて塑性変形する。この変形によって、Ｏリングまたは押し出し型シール（extrusion type seals）等の付加的なシール部材なしで現在の高速クロマトグラフが動作するような比較的高い圧力に適している流体密なシールが得られる。こうした付加的な要素は、カラムの費用を嵩ませ、また液体搬送媒体と分析試料との混合を促進する間隙を充填媒体に形成するので性能を低下させてしまうため、加えないことが有利である。

接触面３４と載置領域４０との境界面における材料の応力が高いと、接触面および載置領域の両方を変形させるが、載置領域を構成する材料で生じる塑性変形の方が大きいことが好ましい。この実施形態は、図１Ａに詳細に示されており、ナット３０の締め付けによって圧縮体３２の接触面３４が載置領域４０に押し込まれることで、管１６を半径方向内方に変形させて、開口２４を囲むリップ５０を形成する。また、載置領域の変形により、リップ５０が多孔性プラグ２０に押し当てられ、プラグが孔１４内に捕捉され充填媒体１８に対して圧縮されるので、媒体の水力学的向きを維持してカラムの性能向上が促進される。リップ５０は、管の孔１４の直径と多孔性プラグの直径との間の公差の変動を補償するので、有利である。これら部品間の公差が緩くても、圧縮フィッティング２８の締め付け中にプラグと周方向に確実に係合してプラグを孔にさらに押し込むように管１６が変形するのであれば、許容可能である。これにより、公差標準に達するか達しないかに関わらず、充填媒体が逃げることができないようにするプラグと管との間の密封シールが確実に得られる。

金属間シールの塑性変形が接触面３４ではなく主に載置領域４０で生じることを確実にするには、様々な方法がある。例えば、接触面の材料は、載置領域の材料よりも高い降伏強さを有するべきである。このために、圧縮体を個別部品としてクロムニッケル鋼合金から形成し、管をそれよりも低い強度のステンレス鋼から形成することが有利である。クロムニッケル鋼は、ステンレスの２倍の降伏強さを有し、焼付きがないというさらなる利点を有する。

管の変形が圧縮体よりも大きくなるようにするためには、接触面３４の表面積を載置領域４０の表面積よりも小さくするのが望ましい。これにより、接触面と載置領域との間の接触圧力が管に集中する面積が小さくなるので、応力が高まり塑性変形が生じる。このような表面積の不均衡は種々の方法で達成することができる。図１および図１Ａに示すように、圧縮体３２の面取り部３８を設けることで、圧縮体と管との間の境界面において、圧縮体の直径が管１６の外径よりも小さくなる。これにより、載置領域の一部に圧縮力が集中し、この部分は、リップ５０の形成および多孔性プラグ２０の捕捉を促すために管の内径付近を囲む部分にあることが好ましい。図２に示す別の実施形態では、接触面３４は、管の開口に当接して圧縮体の端から外方に突出する立ち上がり領域または肩部５２によって、圧縮体３２に形成される。肩部５２は、管の外径よりも小さな直径を有する。面取り部３８（図１および図１Ａ）および肩部５２（図２）はいずれも、圧縮体と管との間の圧縮力を載置領域４０の一部に集中させ、管の端にある自由空間５４が応力に応じた材料の体積膨脹に対応することも可能にする。このような膨張空間がなければ、拘束されたときにほぼ圧縮不可能である材料から形成される管の変形を制御することは非常に困難であろう。例として、外径が８．００１ｍｍ（０．３１５インチ）、内径が２．１０８２ｃｍ（０．８３インチ）、接触面の直径が３．１２４２ｍｍ（０．１２３インチ）であるカラムで試験を行った。この場合のカラムは、約２０６，８４２，７１９パスカル（約３０，０００ｐｓｉ）の降伏強さを有する焼鈍ステンレス鋼製であった。４０条／インチの圧縮フィッティングに約５５ｉｎ−ｌｂｓまでトルクを与えると、カラムで約６８９，４７５，７２９パスカル（約１００，０００ｐｓｉ）の応力が生じて金属間シールが得られた。

これまで説明したカラムの実施形態は、両端で、ねじナット３０および別個の圧縮体３２を備える圧縮フィッティング２８を有する同一の構成を有するように示している。しかしながら、カラムの両端は、部品の配置が異なっていてもよく、同一でなくてもよいことを理解されたい。

図３は、本発明によるカラム５６の別の実施形態を示す。カラム５６は、充填媒体１８が収容される孔１４を有する管１６を備える。好ましくは上述のように締まり嵌めによって、多孔性プラグ２０および２２が孔１４に挿入される。管１６の下端では圧縮体３２が管と係合し、ナット３０が管および圧縮体の両方と係合して、圧縮体を管に押し当てて前述のように金属間シールを形成している。カラム５６の他端では、管１６と圧縮体３２との間にガードカラム５８が配置されている。圧縮体およびガードカラムはいずれも、管と係合するねじナット３０によって捕捉されている。ガードカラム５８は、両端に開口を有する孔６２を有する第２の管６０からなっている。孔６２は充填媒体１８を収容する。充填媒体は、各開口端から孔６２に挿入される多孔性プラグ６４によって管６０内に収容される。プラグ２０および２２と同様に、プラグ６４は、焼結ステンレス鋼であることが好ましく、さらなるシール要素を必要とせずに管内に充填媒体を収容するように設計される締まり嵌めで管６０と係合する。図示のように、ガードカラムは通常、それを取り付けるカラム（管１６）よりも短く、カラムを汚染物質から保護することによりその耐用寿命を延ばす役割を果たす。

ガードカラム５８は、ガードカラムの開口の一方を囲む載置領域６６を一端に有する。載置領域６６は、圧縮体３２の接触面３４と接触する。ナット３０の締め付けにより、圧縮体がガードカラムに押し当てられ、好ましくは上述のような載置領域６６の変形によって、載置領域６６と接触面３４との間に金属間シールが形成される。

ガードカラム５８の他端には接触面６８が設けられている。この接触面は、この例では面取り部７０によって画定されるものとして示されているが、前述のように立ち上がった肩部によって形成されてもよい。接触面６８は、ガードカラムの開口の一方を囲み、管１６の載置領域４０と係合する。圧縮フィッティング２８を締め付けると、接触面６８と載置領域４０との間に金属間シールが形成される。接触面６８は、例えば熱処理によって硬化させることができるため、圧縮によって管１６の載置領域４０を変形させる。管６０の全体を硬化させず、これにより、圧縮体３２が載置領域６６を効果的に変形させて流体密な金属間シールを形成するようなるのが好ましい。

本発明による液体クロマトグラフィ用のカラムの縦断面図である。 図１に示すカラムの一部の拡大断面図である。 本発明によるカラムの代替的な一実施形態の縦断面図である。 本発明によるカラムの別の実施形態の縦断面図である。

符号の説明

１０ カラム
１４ 孔
１６ 管
１８ 充填媒体
２０、２２ プラグ
２４、２６ 開口
２８ 圧縮フィッティング
３０ ねじナット
３２ 圧縮体
３４ 接触面
３８ 面取り部
４０ 載置領域
４６ ダクト
５０ リップ

Claims (24)

1. 充填媒体を収容するようになっている液体クロマトグラフィ用のカラムであって、
   前記充填媒体を収容する室と、
   液体を通過させる前記室の開口と、
   前記室内に前記充填媒体を保持するように前記開口を塞ぐ多孔性プラグと、
   前記開口を囲む載置領域と、
   前記室に取り付けられ、前記載置領域と係合可能な接触面を有する圧縮フィッティングと、
   該圧縮フィッティングを通って延び、前記開口と流体連通するダクトと
   を備え、前記圧縮フィッティングが、前記接触面を前記載置領域に押し当てることにより、該載置領域および該接触面の一方を変形させて、前記圧縮フィッティングと前記室との間に液密シールを形成するように調整移動可能である、液体クロマトグラフィ用のカラム。
2. 前記室が、軸方向の孔が通っている管を備え、該管の端が前記開口を備えている、請求項１に記載のカラム。
3. 前記載置領域が降伏変形する、請求項１に記載のカラム。
4. 前記多孔性プラグが、前記室内に配置されており、前記載置領域が変形すると、該室内に突出しかつ前記多孔性プラグと係合して該多孔性プラグを捕捉するリップを形成する、請求項３に記載のカラム。
5. 前記接触面が、前記載置領域の面積よりも小さな面積を有する、請求項１に記載のカラム。
6. 前記圧縮フィッティングが、ねじナット、および前記室と該ねじナットとの間に捕捉される圧縮体を含み、前記接触面が、該圧縮体の一端に配置される立ち上がり肩部を備える、請求項１に記載のカラム。
7. 前記圧縮フィッティングが、ねじナット、および該ねじナットと前記室との間に捕捉される圧縮体を含み、該圧縮体の一端が、前記接触面を囲む面取り部を有する、請求項１に記載のカラム。
8. 液体を通過させる前記室の第２の開口と、
   前記充填媒体を収容する第２の室と、
   液体を通過させ、前記第２の開口と流体連通する前記第２の室の第３の開口と、
   前記第２の室内に前記充填媒体を保持するように前記第３の開口を塞ぐ多孔性プラグと、
   前記第３の開口を囲む第２の載置領域と、
   前記第２の開口を囲み、前記第２の載置領域と係合可能な第２の接触面と
   をさらに備え、前記圧縮フィッティングが、前記第２の接触面を前記第２の載置領域に押し当てることにより、該第２の接触面および該第２の載置領域の一方を変形させて、前記室間に液密シールを形成するように調整移動可能である、請求項１に記載のカラム。
9. 充填媒体を収容するようになっている液体クロマトグラフィ用のカラムであって、
   前記充填媒体を収容する軸方向の孔が通っている管と、
   該管の一端に配置される開口と、
   該開口を囲む載置領域と、
   前記管内に前記充填媒体を保持するように前記開口において前記孔内に配置される多孔性プラグと、
   前記管の前記一端に取り付けられ、前記載置領域と係合可能な接触面を有する圧縮フィッティングと、
   該圧縮フィッティングを通って延び、前記開口と流体連通するダクトと
   を備え、前記圧縮フィッティングが、前記接触面を前記載置領域に押し当てることにより、該載置領域および該接触面の一方を変形させて、前記圧縮フィッティングと前記管との間に液密シールを形成するように調整移動可能である、液体クロマトグラフィ用のカラム。
10. 前記多孔性プラグが、締まり嵌めによって前記孔と係合する、請求項９に記載のカラム。
11. 前記載置領域が、降伏変形して前記孔のほぼ半径方向内方に延びるリップを形成し、該リップが、前記孔内の前記多孔性プラグと係合して該多孔性プラグを捕捉する、請求項９に記載のカラム。
12. 前記接触面が、前記載置領域の面積よりも小さな面積を有する、請求項９に記載のカラム。
13. 前記圧縮フィッティングが、ねじナット、および該ねじナットと前記管との間に捕捉される圧縮体を含み、前記接触面が、該圧縮体の一端に配置される立ち上がり肩部を備える、請求項９に記載のカラム。
14. 前記圧縮フィッティングが、ねじナット、および該ねじナットと前記管との間に捕捉される圧縮体を含み、該圧縮体の一端が、面取り部を有し、該面取り部が前記接触面を囲む、請求項９に記載のカラム。
15. 前記圧縮フィッティングが、前記管と螺合され、該管に対する該圧縮フィッティングの回転が、該圧縮フィッティングを調整可能に移動させるとともに、前記接触面を前記載置領域に押し当てる、請求項９に記載のカラム。
16. 前記管の反対端に配置される第２の開口と、
    前記管内に前記充填媒体を保持するように前記第２の開口において前記孔内に配置される第２の多孔性プラグと、
    前記第２の開口を囲む第２の載置領域と、
    前記管の前記反対端に取り付けられ、前記第２の載置領域と係合可能な第２の接触面を有する第２の圧縮フィッティングであって、該第２の接触面を前記第２の載置領域に押し当てることにより、該第２の載置領域および該第２の接触面の一方を変形させて、前記管との間に液密シールを形成するように調整移動可能である、第２の圧縮フィッティングと
    をさらに備える、請求項９に記載のカラム。
17. 前記管の反対端に配置される第２の開口と、
    前記充填媒体を収容する軸方向の孔を有する第２の管と、
    該第２の管の一端に配置され、前記第２の開口と流体連通する第３の開口と、
    前記第２の管内に前記充填媒体を保持するように前記第３の開口において前記孔内に配置される多孔性プラグと、
    前記第３の開口を囲む第２の載置領域と、
    前記第２の開口を囲み、前記第２の載置領域と係合可能な第２の接触面と
    をさらに備え、前記圧縮フィッティングが、前記第２の接触面を前記第２の載置領域に押し当てることにより、該第２の接触面および該第２の載置領域の一方を変形させて、前記管間に液密シールを形成するように調整移動可能である、請求項９に記載のカラム。
18. 液体クロマトグラフィ用のカラムであって、
    充填媒体を収容する軸方向の孔が通っている管と、
    該管の両端において前記孔内に配置され、該孔内に前記充填媒体を保持する第１の多孔性プラグおよび第２の多孔性プラグと、
    前記管の両端に配置され、前記孔を囲む第１の載置領域および第２の載置領域と、
    前記孔の両端に配置され、前記第１の載置領域および第２の載置領域とそれぞれ係合可能な接触面を有し、前記孔と流体連通するダクトがそれぞれに通っている第１の圧縮体および第２の圧縮体と、
    前記管の両端に取り付けられ、前記第１の圧縮体および第２の圧縮体とそれぞれ係合可能であり、該第１の圧縮体および第２の圧縮体の前記接触面を前記管の前記第１の載置領域および第２の載置領域に押し当てることにより、該第１の載置領域および第２の載置領域を変形させて、前記第１の圧縮体および第２の圧縮体と前記管との間に液密シールを形成するように調整移動可能である、第１のねじナットおよび第２のねじナットと
    を備える、液体クロマトグラフィ用のカラム。
19. 前記接触面がそれぞれ、前記圧縮体それぞれの一端に配置される立ち上がり肩部を備える、請求項１８に記載のカラム。
20. 前記圧縮体がそれぞれ、一端に配置されて前記接触面を画定する面取り部を有する、請求項１８に記載のカラム。
21. 前記第１の載置領域および第２の載置領域が、降伏変形し、前記管の両端において前記孔の内方に延びる第１のリップおよび第２のリップそれぞれを形成し、該第１のリップおよび第２のリップが、前記孔内の前記第１の多孔性プラグおよび第２の多孔性プラグとそれぞれ係合して該第１の多孔性プラグおよび第２の多孔性プラグを捕捉する、請求項１８に記載のカラム。
22. 液体クロマトグラフィ用のカラムをシールする方法であって、該カラムが、充填媒体を収容する室を備え、該室が、載置領域によって囲まれる開口を有し、該方法が、
    接触面を有する圧縮フィッティングを設けること、および
    前記接触面を前記載置領域に対して圧縮して、該接触面および該載置領域の一方を変形させることにより、前記圧縮フィッティングと前記室との間に液密シールを形成すること
    を含む、方法。
23. 多孔性プラグを前記室の前記開口に挿入することをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
24. 前記載置領域を変形させること、および前記室内に内方に突出するリップを形成することをさらに含み、該リップが、前記室内の前記多孔性プラグと係合して該多孔性プラグを捕捉する、請求項２３に記載の方法。

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