JP2010527003A - クロマトグラフィーおよび電気泳動分離媒体および装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、クロマトグラフィーおよび電気泳動において用いるための、もしくは、特に分析の予備段階において、サンプル混合物の特定の成分の選択的吸収に用いるための、改善された分離媒体を提供する。本発明による改善された媒体は、サンプル混合物の成分の1以上を保持することが可能な第1粒子および、この媒体の熱伝導率が第1粒子を単独で含む媒体よりも高くなるよう、第1粒子よりも高い熱伝導率を有するように選択される第2粒子を含む。この媒体は、クロマトグラフィー(特に、ナローフローHPLC)用もしくはキャピラリ電気泳動用の充填もしくはキャピラリカラムに組み込むことができ、または基体上にコートすることができる。この媒体の特定の実施形態は、ケイ質ポリマーを含む第1粒子および金、ダイヤモンドもしくはグラファイトの第2粒子の混合物を含むことができる。これらを組み込むクロマトグラフィーカラムおよび装置も開示される。
Description
(関連出願の相互参照)
本出願は2007年5月8日出願のUnited States Provisional Patent Application 60/916,611からの優先権を主張する。これらの出願の内容は参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は2007年5月8日出願のUnited States Provisional Patent Application 60/916,611からの優先権を主張する。これらの出願の内容は参照により本明細書に組み込まれる。
(連邦政府の支援に関する宣言)
本発明は連邦政府の支援なしになされた。
本発明は連邦政府の支援なしになされた。
本発明はクロマトグラフィー分離媒体および、特に分析の目的で、特定の化学種を選択的に吸収するための媒体に関する。この媒体は液体クロマトグラフィー、超臨界液体クロマトグラフィーおよび電気クロマトグラフィーもしくは電気泳動において、特に、高速液体クロマトグラフィーおよび5,000ポンド毎平方インチ(PSI)を上回る極度の圧力でのクロマトグラフィー、ナノフローLC並びにマイクロボアLCのタイプに有用である。
異なる化学構造を有する成分を含む混合物は、しばしば分析もしくは調製の目的でクロマトグラフィーによって分離される。このような混合物のアリコートを移動相(これは気体、液体もしくは超臨界流体であり得る。)に導入する。移動相は分離媒体を含む固定相を通して流動させる。混合物の成分は分離媒体とそれぞれに相互作用し、それによって異なる期間保持され得る。従って、成分は異なる時間で分離媒体から溶離し、関心のある成分の選択された特性に応答するあらゆる手段によって収集もしくは検出することができる。本明細書で用いられる場合、「サンプル」という用語は関心のある1以上の成分を決定するために分析される溶液および混合物に向けられる。
移動相は、この圧力(気体もしくは超臨界流体の場合)により、ポンピングにより、もしくは電界の作用(電気クロマトグラフィーもしくはキャピラリ電気泳動において)により、分離媒体を通して流動させることができる。これらのプロセスの組み合わせを用いることもできる。
関連技術において、複合混合物を、表面上に支持された分離媒体(典型的にはゲル)の上にこれを堆積させ、この混合物中に含まれる成分を電界によって媒体を通して移動させることにより分離することができる。次に、所与の時間場を印加した後、異なる技術の様々を用いて媒体中の異なる成分の位置をマークすることができる。複合混合物中の特定の成分を、不必要な成分からこれらを分離するため、分離媒体上に選択的に吸収させた後、他の技術、例えば質量分析もしくは他の分光技術を用いて分析することもできる。
クロマトグラフィー分離媒体には、(通常はステンレス鋼もしくは溶融シリカで製造される)管状カラムに充填された小粒子が含まれ、もしくはキャピラリ管の内壁上のコーティングが含まれ得る。幾つかの現行のカラムは1ミクロンという小ささの粒子を含み、15,000から100,000psi(およそ100から690MPa)という高さの圧力で作動する。これらのカラムは、一般に、より大きな粒子を含むカラムよりも高い分離効率を示すが、用いられる高圧により適する分離媒体を用いることによってさらにより高い効率が実現可能であるものと考えられる。
一般に、すべてのこのような分離技術の効率は分離媒体の性質にある程度依存する。本発明は、クロマトグラフィー移動相の非常に高い圧力での使用に特に適するが、他の技術の様々において複合混合物中の成分の分離の改善に有利に用いることもできる、改良された分離媒体に関する。
本発明者らは、特に非常に高い圧力で実施されるクロマトグラフィー分離の場合において、分離媒体の従来のタイプの熱伝導率を増加させ、もしくは高熱伝導率の物質を分離媒体に添加することで、この媒体の分離効率が改善されることを見出している。従って、本発明は、サンプル混合物のクロマトグラフィー分離において用いるための改善された分離媒体を提供する。この分離媒体は第1物質の第1粒子および第2物質の第2粒子を含む。第1粒子は、少なくとも一時的に、サンプル混合物の少なくとも1つの成分を保持することが可能である。第2物質は前記第1物質よりも高い熱伝導率を有するように選択される。
本発明のさらなる実施形態は、サンプル混合物をクロマトグラフィー分離するための装置であって、流体が浸入することができる導入口および流体が退出することができる排出口を有する管状部材を含む装置に関する。この管状部材は導入口および排出口の間に配置された内部空間を有し、このような内部空間には第1物質の第1粒子および第2物質の第2粒子を含む分離媒体が配置される。第1粒子は、少なくとも一時的に、サンプル混合物の少なくとも1つの成分を保持することが可能である。第2物質は第1物質よりも高い熱伝導率を有するように選択される。
本発明の別の実施形態は、サンプル混合物の少なくとも1つの成分を分離媒体で選択的に吸収するための装置に関する。この装置は流体を供給するための手段を含み、この流体はサンプル混合物である、もしくはサンプル混合物を分離媒体に搬送する。分離媒体は第1物質の第1粒子および第2物質の第2粒子を有する。第1粒子は、少なくとも一時的に、サンプル混合物の少なくとも1つの成分を保持することが可能であり、第2物質は第1物質よりも高い熱伝導率を有するように選択される。
好ましくは第1物質の第1粒子はクロマトグラフィーカラムの従来タイプにおいて従来用いられる物質、例えばシリカ、有機ポリマー、ケイ質ポリマー(siliceous polymers)、グラファイトの粒子を含む。これらの粒子はコートされる、もしくはコートされない。本明細書で用いられる場合、「コーティング」という用語は、官能性部分を化学的に結合する、層もしくは化学剤との粒子表面の反応生成物を指す。このような部分には、例えばアルキル、アリール、フェニルもしくはカルバメート基または分離媒体の従来タイプにおいて用いられる他の基が含まれ得る。第1粒子は多孔性である、もしくは非多孔性である。第1粒子は1ミクロンから100ミクロンのサイズであるが、最も好ましくは1から10ミクロンである。第1粒子は不規則形状を含むあらゆる形状であるが、好ましくはほぼ球形である。
第2粒子は、第1粒子が含まれる物質よりも高い熱伝導率を有する第2物質を含む。好ましくは第2物質は金属;例えば金、銀、アルミニウム、銅、タングステンおよびモリブデン;炭素同素体、特に、ダイヤモンドの様々な形態;並びにセラミック、例えばアルミナ、窒化アルミニウム、炭化チタン、炭化ケイ素もしくは酸化ジルコニウムである。
好ましくは第2物質は0.5W.cm−1.°K−1を上回り、最も好ましくは1W.cm−1.°K−1を上回る熱伝導率を有する。好ましくは第2物質の熱伝導率は第1物質のものよりもほぼ10倍高い。
好ましくは第1および第2粒子はほぼ同じサイズである。第1粒子は、通常、第1物質のみを含む分離媒体の従来タイプを調製するのに用いることができる粒子としてのサイズである。
好ましくは分離媒体の約1%および25%が第2粒子を含む。分離媒体の残りが第1粒子である。より好ましい範囲は分離媒体の5%から20%が第2粒子であり;より好ましくは約10%である。
好ましくは第1粒子は分離媒体によるサンプルの成分の少なくとも一時的な保持の原因である。第2粒子は、主として、基体の熱伝導率を第1粒子単独のものを上回る値まで増加させるために添加される。しかしながら、当業者は、第2粒子もサンプルの成分と相互作用し、これらの成分のうちの少なくとも幾つかは第2粒子によって少なくとも一時的に保持されることを認める。
本発明者らは、記述される分離媒体の使用により、特に、高速液体クロマトグラフィーの性能を著しく改善できることを見出している。例えば第1粒子のみを含む分離媒体を用いてでは不十分にしか分解されない2つのクロマトグラフィーピーク間の分離を、第1粒子に加えて高熱伝導率第2粒子を含む分離媒体を用い、他は同様のクロマトグラフィー条件を用いて、著しく改善することができる。
理論によって拘束されることを望むものではないが、本発明者らは、本発明による分離媒体の使用が非常に高い圧力で生じるものと考えられる摩擦加熱(frictional heating)の有害作用を減少させ得るものと信じる。第1粒子単独よりも高い熱伝導率を有する分離媒体の使用は、おそらくはこの加熱によって生じる、移動相の熱勾配を減少させることができ、このようにすることで、分離の解像度を高めることができるものと推測される。
本発明の他の特徴および利点は、詳細な説明を読み、以下の図面を見ることで、当業者には明らかである。
ここで本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明による分離媒体の一実施形態の模式図である。
本発明によるクロマトグラフィーカラムの図である。
本発明による混合物のクロマトグラフィー分離のための装置の一実施形態の図である。
本発明による混合物の電気泳動分離のための装置の一実施形態の図である。
本発明によるキャピラリカラムの図である。
サンプル混合物中に含まれる少なくとも1つの成分を選択的に吸収するための、本発明による装置の一実施形態の図である。
周囲温度条件下で作動する様々なクロマトグラフィーカラムの効率の、これらが収容するダイヤモンド粒子のパーセンテージに対するプロットである。
断熱温度条件下で作動する様々なクロマトグラフィーカラムの効率の、これらが収容するダイヤモンド粒子のパーセンテージに対するプロットである。
ダイヤモンド粒子を異なるパーセンテージで含む2つのクロマトグラフィーカラムの効率の、移動相の流速に対するプロットである。
本発明の実施形態を、分離媒体を特徴とする好ましい装置、製造物品および方法について詳細に説明する。本明細書で用いられる場合、文脈が他を必要としない限り、「カラム」という用語は、カラムカートリッジおよびキャピラリを含めて、分離媒体が配置される導管を有するすべての分離装置を指す。当業者は、本発明の好ましい実施形態の修正および変更が可能であり、本説明が限定するものと理解されるべきではないことを認める。
ここで図1を見ると、全体として数字1によって示される、本発明による分離媒体が図示される。分離媒体1は(白抜きの円によって表される)第1粒子2および(黒塗りの円によって表される)第2粒子3の混合物を含む。第2粒子3は第1粒子2よりも高い熱伝導率を有する。好ましくは第2粒子を含む物質の熱伝導率は第1粒子を含む物質よりも10倍高い。例えば第2粒子3の物質の熱伝導率は、好ましくは0.1W.cm−1.°K−1を上回るように選択され、それに対して第1粒子2の物質の熱伝導率は、典型的には、約0.01W.cm−1.°K−1である。第1粒子の物質は分析物に対するこの親和性で選択される。第2粒子の物質は熱伝導率で選択される。第2粒子3の第1粒子2への添加は分離媒体1の熱伝導率を第1粒子2単独のものを越えて増加させる。
本発明によって提供される分離媒体は、サンプル混合物の成分のクロマトグラフィーもしくは電気泳動分離についての、または典型的には別の分析技術による吸収された成分の分析に先立つ、基体上への混合物の1以上の成分の選択的吸収についての有用性を有する。好ましくは第1粒子は、異なる化学種のクロマトグラフィー分離もしくは選択的吸収に従来用いられる粒子である。例えば第1粒子が製造される第1物質は以下のリストから選択することができる。
i.シリカ;
ii.ガラス;
iii.グラファイト;
iv.ジルコニア(酸化ジルコニウム);
v.有機ポリマー、例えば架橋スチレン、メタクリレートポリマー、ポリアミドなど;
vi.アルミナ(酸化アルミニウム);
vii.ゲル、例えばポリアクリルアミドおよびこれらの誘導体;
viii.ケイ質ポリマー、例えばポリエトキシシランおよび以下に記載される他のもの;
ix.チタニア(二酸化チタン);
x.官能基の様々なもの、例えばアルキルC8もしくはC18基を含む炭化水素基、フェニル、アリールもしくはカルバメート基で修飾された表面を有する、上に列挙される粒子。
ii.ガラス;
iii.グラファイト;
iv.ジルコニア(酸化ジルコニウム);
v.有機ポリマー、例えば架橋スチレン、メタクリレートポリマー、ポリアミドなど;
vi.アルミナ(酸化アルミニウム);
vii.ゲル、例えばポリアクリルアミドおよびこれらの誘導体;
viii.ケイ質ポリマー、例えばポリエトキシシランおよび以下に記載される他のもの;
ix.チタニア(二酸化チタン);
x.官能基の様々なもの、例えばアルキルC8もしくはC18基を含む炭化水素基、フェニル、アリールもしくはカルバメート基で修飾された表面を有する、上に列挙される粒子。
上記リストは例としてだけのものであり、混合物の成分を保持もしくは選択的に吸収することが可能な他の物質を含む第1物質を提供する本発明の範囲内にある。
第1粒子は1から100μmのサイズの直径を有する。クロマトグラフィー実施形態、例えば逆相液体クロマトグラフィーでは、第1粒子は1から10μmである。極度の圧力用途では、第1粒子は2μm未満のサイズである。これらの粒子は不規則形状を含むあらゆる形状であり得る。好ましくはこれらの粒子はほぼ球形である。第1粒子は多孔性もしくは非多孔性であり、好ましくは多孔性である。
第2粒子が製造される第2物質は第1粒子が製造される第1物質よりも高い熱伝導率を有するように選択される。典型的には、第2物質は0.1から50W.cm−1.°K−1の範囲の熱伝導率を有することができる。第2物質の熱伝導率は、好ましくは第1粒子の物質の熱伝導率よりも10倍高くなるように選択される。好ましい範囲は1から10W.cm−1.°K−1から1から50W.cm−1.°K−1である。
第2物質は少ないクロマトグラフィー効果を有するように選択される。第2物質のタイプの添加は、分離もしくは吸収に用いられる条件下で第2物質が比較的不活性である場合を除いて、ピーク形状に影響を及ぼし得る。ピーク形状に対する潜在的な有害作用は、熱伝導率の利点を享受しながら、第2粒子の濃度を可能な限り低く維持することによって取り組む。
下記表1は、本発明の第2物質として用いることを考慮することができる幾つかの物質をこれらのおおよその熱伝導率と共に列挙する。このリストは限定的なものではないが、他の物質も適するものであり得る。
これらの熱伝導率を、下記表2において列挙される、第1粒子に用いることができる幾つかの通常用いられるクロマトグラフィー分離物質の値と比較することができる。
表1および2から、表1から選択される第2粒子を表2に列挙されるものに添加することで、特に第2物質が非常に高い熱伝導率を有する、例えばダイヤモンド、金もしくはグラファイトの特定の形態であるとき、得られる媒体の熱伝導率が顕著に増加し得ることがわかる。
クロマトグラフィー分離に適する本発明による分離媒体の実施形態は、例えば第2粒子1体積%から25体積%および実質的に第1粒子を含む残部を含む、第1および第2粒子の混合物を含む。好ましくは第2粒子は分離媒体の5%から20%を構成する。分離媒体の約10%の第2粒子の濃度が、熱勾配の減少および適切な十分に定義されたピークの提供の利点に関して、合理的な妥協点である。
好ましい分離媒体はハイブリッドケイ質ポリマーの第1粒子および金、ダイヤモンドもしくはグラファイトの第2粒子を有する。ハイブリッドケイ質粒子はメチルポリエトキシシラン(下記構造I)もしくはポリエトキシシラン(下記構造II)であり得る。
構造I
構造II
上の開放原子価は末端水素、またはアルキレン、アルキニレンもしくはアリーレン基である、または図示される構造のさらなる下位群に結合する。上で用いられる場合、xおよびyは1から無限大までの整数である。
その代わりに、これらは、米国特許6,686,035(この内容は参照により本明細書に組み込まれる。)に記載されるポリマーのいずれをも含むことができる。これらのポリマーは式SiO2/[R2 pR4 qSiOt]nおよびSiO2/[R6(R2 rSiOt)m]nによって表すことができ、式中、R2およびR4は独立してC1−C18脂肪族もしくは芳香族部分であり、R6は2個以上のケイ素原子を架橋する置換もしくは非置換C1−C18アルキレン、アルキニレンもしくはアリーレン部分である。以下も適用される。
a.p+q=0、1もしくは2;
b.p+q=1である場合、t=1.5;
c.p+q=2である場合、t=1;
d.r=0もしくは1;
e.r=0である場合、t=1.5;
f.r=1である場合、t=1;
g.mは整数≧2;
h.nは0.03から1の数。
b.p+q=1である場合、t=1.5;
c.p+q=2である場合、t=1;
d.r=0もしくは1;
e.r=0である場合、t=1.5;
f.r=1である場合、t=1;
g.mは整数≧2;
h.nは0.03から1の数。
これらのケイ質粒子はコートされている、もしくはコートされていない。本明細書で用いられる場合、「コートされている」という用語は1以上の官能基に結合した表面を有することを指す。これらの官能基は実施しようとするクロマトグラフィー分離のために選択される。例えばこれらの表面を、アルキルC8もしくはC18基を含む炭化水素基、フェニル、アリールまたはカルバメート基で修飾することができる。これらのケイ質ポリマー粒子を調製およびコートする方法は上で参照される特許US 6,686,035に開示される。
構造Iおよび5μmから25μmのサイズの粒子は、MA、MilfordのWaters Corporationから「XTerra(商標)」クロマトグラフィーカラムの形態で入手可能である。構造IIおよび1.7μmのサイズの粒子もWaters Corporationから「ACQUITY UPLC(登録商標)」もしくは「XBridge(商標)」クロマトグラフィーカラムの形態で入手可能である。粒子の両タイプは有機官能性コーティングを様々に備えて入手可能である。
本発明によるケイ質ポリマー分離媒体は、上述のポリマー粒子を上記表2から選択される同様のサイズの粒子と混合することによって製造する。第2粒子の物質としては金、グラファイトおよびダイヤモンドが好ましい。
媒体は第2粒子1から25%を含むことができる。しかしながら、約10%の金もしくはダイヤモンドが良好な結果をもたらすことが見出されている。
本発明による分離媒体における使用に適するダイヤモンド粒子には、天然ダイヤモンドまたは、RF、マイクロ波、電子サイクロトロン共鳴(ECR)などによって誘導される化学蒸着(CVD)により、もしくはイオンスパッタリング法により製造される、高圧合成ダイヤモンドが含まれる。適切なダイヤモンド粒子は、例えばオランダ国Element Sixから、商業的に入手可能である。
図2を見ると、混合物をクロマトグラフィー分離するための装置、数字4によって全体として示されるクロマトグラフィーカラムが図示される。カラム4は上述の分離媒体5が充填されたステンレス鋼管状部材6を含む。分離媒体5は管状部材6の導入口11および排出口12にそれぞれ位置する多孔性フリット7および8によって管状部材6内に閉じ込められる。このカラムを他の点では従来の液体クロマトグラフィー装置に取り付けることを可能にするため、パイプ接続10が管状部材6の各端部に用意される。
図3を見ると、数字111によって全体が示される、本発明の特徴を具現する高速液体クロマトグラフィー(HPLC)システムが図示される。HPLC分析システム111は以下の主要機素、高圧ポンプ13、サンプル注入装置14および検出器もしくは収集器15を含む。このHPLCシステムはサンプル注入装置14、高圧ポンプ13および検出器もしくは収集器15と液通するクロマトグラフィーカラム4を有する。
サンプル注入装置14はサンプルをリザーバ27からポンプ13からの移動相流に導入するのに用いられる。(幾つかの溶媒および/もしくは添加物の混合物を含み得る)移動相の成分はリザーバシステム16内に保存される。ポンプ13はカラム4を通して移動相を汲み入れるために用意され、この組成が時間と共に変化する移動相をカラム4に提供し、例えば勾配溶出を行うことを可能にすることができ得る。カラム14からの溶離液は検出器もしくは収集器システム15が受け取る。
HPLCシステム111は分析の目的もしくは調製の目的のいずれかに用いることができる。分析の目的に用いる場合、検出器システム15は分析しようとするサンプル混合物中に含まれる成分の少なくとも1つに応答する検出器を含むことができる。適切な検出器には、UV吸収検出器、気化光散乱検出器、屈折率検出器、蛍光検出器、電気化学的検出器もしくは質量分析検出器が含まれる。サンプル混合物中に含まれる成分のサンプルを調製するのに装置を用いようとする場合、検出器システム15は非破壊性検出器、例えばUV吸収検出器および容器の幾つかもしくはウェルの幾つかを含むサンプルプレートを含むことができ、各々の容器もしくはウェルは特定の成分をこれがカラム4から溶出されるままに受け取るためのものである。
管状部材6の軸に沿う熱勾配を最少化する手段を用意することもでき、この熱勾配はそうでなければ分離媒体5を通過する移動相の流動によって生じ得るものである。ヒータおよび1以上の温度センサを含む絶縁ジャケット30を管状部材6の周囲に配置することができる。温度制御器31を用意してヒータに供給される電力を1以上の温度センサからの信号に応答して制御し、管状部材6の温度を少なくともこの長さの実質的な部分に沿ってほぼ一定に維持することもできる。その代わりに、分離される成分が感熱性である場合、ヒータを1以上の冷却装置(例えばペルティエ効果装置)に置き換え、温度制御器31を管状部材6の温度を周囲未満に維持するように調整することもできる。
管状部材6に沿う温度勾配を最小化する代替法は、例として、限定されることなしに、管状部材6を温度制御された水浴に浸漬すること、もしくは管状部材6にファンからの加熱(もしくは冷却)空気を施すことを含む。
高解像分析分離を実施するためのHPLCシステム111は幾つかの供給元によって販売されており、例えばWaters Corporation(Milford、MA)から入手可能なALLIANCE(登録商標)およびACQUITY UPLC(登録商標)システムがある。調製用途のためのHPLCシステム111は幾つかの供給元によって販売されており、例えばこれもWaters Corporationから入手可能なDelta 600流体取扱ユニットがある。
図4は、数字112によって全体が示される、キャピラリ電気泳動装置の模式図である。本発明の分離媒体を収容するキャピラリカラム19(以下で詳細に説明される。)が、各々バッファ溶液を収容する、リザーバ18および20の間に配置される。高電圧電源21が示されるように接続され、カラム19の端部を横切って30kVまでの電位差(バッファ溶液および分離媒体の性質に依存する。)をもたらす。この電位差がバッファ溶液をリザーバ20からリザーバ18まで検出器22を介して流動させる電気移動力(electromigratory force)をもたらす。サンプル混合物は、これもバッファ溶液を収容する、第3リザーバ17に導入される。サンプルを分析するため、電源21のスイッチを切り、リザーバ17(サンプルを収容する。)をリザーバ20の代わりに置き換える。次に、電源21のスイッチを入れ、サンプル坦持バッファ溶液をカラム19上に押し出す。次いで、リザーバ17をリザーバ20(バッファ溶液のみを収容する。)で置き換える。分離を継続することで、やがてサンプルの成分が分離され、順番に検出器19を通過する。
図4の装置における使用に適するカラム19が図5に示される。溶融シリカキャピラリ管23はコーティング25が塗布される内面24を有する。コーティング25は説明されるような分離媒体を含むことができる。例えばコーティング25はケイ質ポリマーの第1粒子およびダイヤモンドの第2粒子の混合物を含むことができる。コーティング25は、本発明による分離媒体を用いる、キャピラリカラムのコーティングに従来用いられるあらゆる方法によって塗布することができる。キャピラリ管23は長さ10から100cm、直径約25から250μmおよび外径200から500μmである。典型的なキャピラリ管23は75μmの内径および375μmの外径を有する。
本発明の一実施形態は、図3に示される装置111に示されるカラム4の代わりに、図5に示されるキャピラリカラム19に類似するキャピラリカラムを特徴とする。
サンプル混合物の1以上の成分を選択的に吸収するための本発明の一実施形態が図6に図示される。これはコーティング27が塗布されるプレート基体26を含む。コーティング27は上で説明される分離媒体を含む。基体26はあらゆる適切な材料、例えばガラス、石英、シリカ、ステンレス鋼、合成ダイヤモンド、セラミック材料、例えば炭化チタンもしくはプラスチック材料である。基体26は図示されるようなプレートもしくは棒の形態またはあらゆる都合のよい形状の固形物である。プレート26は1以上のウェル28を有し、この内部はコーティング27を有する。各々のウェル28は流体サンプルを受けるように構築され、配置される。コーティング27は本発明による分離媒体である。
分離媒体は説明される形態のいずれかであるが、この考察では、分離媒体は、所望の化学種の選択的吸収を提供するため、化学的に修飾されているものとして説明する。例えば抗体を表面に結合するため、リンカー部分が当分野において公知の様式で用意される。抗体は、しばしばタンパク質である、選択されたハプテンに対する特異的親和性を有し、従って、免疫学的相互作用によって特定のタンパク質をコーティング上に保持することができる。この実施形態は、分析もしくは調製の目的で、複合混合物から特定の化学種を、もしくは特定の分子さえをも、抽出するのに用いることができる。コーティングのより高い熱伝導率は熱エネルギーの分配および散逸を可能にする。プレート26はマトリックス支援レーザー脱離イオン化(matrix laser desorption ionization)(MALDI)法に用いられる。
その代わりに、コーティング27は、この装置をゲル電気泳動に用いることを可能にするゲル、例えばポリアクリルアミドゲルである。このような実施形態においては、本発明の第1粒子がポリアクリルアミドを含み、そこに金もしくはダイヤモンドの第2粒子を添加してゲルの熱伝導率を高めることができる。
図6の装置の基体26は、特にこの材料が本発明の第1および第2粒子並びに、その上、充填剤もしくは結合剤を含む場合、コーティング27に用いられるものと同じ材料から製造することができる。
図6による本発明の実施形態は、本発明によるプレートの改善された熱伝導率が特に有益であるものと見出されている、MALDIもしくはレーザー脱離質量分析(laser desorption mass spectroscopy)に用いることができる。これらは、特に多ウェルプレートとして構成されるとき、組み合わせ化学実験において有用なサンプル容器として用いることもできる。
その代わりに、本発明による固形基体26は化学的に修飾された表面を有する粒状もしくは粉末形態で製造され、この表面はこれらの粒子が化学種の特定のタイプを選択的に吸収することを可能にする。これらの実施形態は、複合混合物からこれらに選択的に吸収される種を抽出するのに用いることができる。
下記表3に列挙される4本の長さ50mmのクロマトグラフィーカラムに、下方スラリー充填法を用いて、「ACQUITY UPLC(登録商標)」1.7μm BEH粒子(上記構造II、MA、MilfordのWaters corporationから入手可能)および非多孔性、不規則形状の1.5から2.5μmダイヤモンド粒子の様々な割合の混合物を充填した。
以下の実験には65%アセトニトリル、35%水を含む移動相を用いた。9.6μg/mlチオ尿素、0.77mg/mlトルエン、96μg/mlナフタレン、384μg/mlアセナフテン、500μg/mlベンゼン、0.1μl/mlヘプタノフェノンおよび3μl/mlアミルベンゼンを含む試験サンプルを用いて以下に列挙される結果を得た。2μl体積のサンプルループを用い、検出は254nmに合わせたUV吸収検出器によるものであった。Waters corporation「ACQUITY UPLC(登録商標)」ポンプシステムを用いた。
4本のカラムの性能に関するデータを表4に列挙する。表4における数字は試験サンプル中のヘプタノフェノン成分に関するものである。「周囲」操作に関連するデータは周囲空気と接触するカラムの外表面で得たものであり、これに対して「断熱」データはガラス繊維テープの層によって周囲から絶縁されたカラムで得たものである。列挙される保持因子はカラム以外の寄与について修正されている。
図7および8は、それぞれ周囲および断熱条件の下での、カラム1から4のダイヤモンド粒子のパーセンテージに対する(理論段数の数によって表される)カラム効率のプロットである。これらおよび表4における他の数字は、カラム内でのダイヤモンド粒子の増加パーセンテージに伴う、特に「周囲」条件下で作動するカラム(図7)の、より高いカラム効率の明瞭な傾向を示す。
図9は、「周囲」条件下で作動するカラム番号1(ダイヤモンド粒子を含まない。)およびカラム番号4(10%ダイヤモンド粒子を含む。)の結果の分析に基づく、移動相の流速に伴う(理論段数の数によって表される)カラム効率の変動を示すプロットである。最低流速を除くすべてでカラム4の効率がカラム1のものよりも高いことが明瞭である。
図7および8は、カラムが「断熱」条件下よりも「周囲」温度条件下で作動するときにカラム効率の大きい増加が得られることをも示す。
Claims (48)
- サンプル混合物のクロマトグラフィー分離において用いるための分離媒体であって、第1物質の第1粒子および第2物質の第2粒子を含み、前記第1粒子はサンプル混合物の成分の少なくとも1つを少なくとも一時的に保持することが可能であり、ならびに前記第2物質は前記第1物質よりも高い熱伝導率を有するように選択される分離媒体。
- 前記第1物質が、シリカ、ガラス、グラファイト、ジルコニア(酸化ジルコニウム)、有機ポリマー、アルミナ(酸化アルミニウム)、ゲルおよびケイ質ポリマーを含む群より選択される、請求項1に記載の分離媒体。
- 第1物質が、架橋スチレン、メタクリレートポリマーおよびポリアミドを含む群より選択される、請求項1に記載の分離媒体。
- 前記第1物質がポリアクリルアミドゲルを含む、請求項1に記載の分離媒体。
- 前記第1物質が式SiO2/[R2 pR4 qSiOt]nによって表されるケイ質ポリマーを含み、式中、R2およびR4は独立してC1−C18脂肪族もしくは芳香族部分であり、p+q=0、1もしくは2であり、ただし、p+q=1である場合にはt=1.5であり、およびp+q=2である場合にはt=1であり、およびnは0.03から1の数である、請求項1に記載の分離媒体。
- 前記第1物質が式SiO2/[R6(R2 rSiOt)m]nによって表されるケイ質ポリマーを含み、式中、R2はC1−C18脂肪族もしくは芳香族部分であり、R6は2個以上のケイ素原子を架橋する置換もしくは非置換C1−C18アルキレン、アルキニレンもしくはアリーレン部分であり、r=0もしくは1であり、ただし、r=0である場合にはt=1.5であり、およびr=1である場合にはt=1であり、mは≧2の整数であり、およびnは0.03から1の数である、請求項1に記載の分離媒体。
- 前記第1粒子が、アルキル部分、フェニル部分、アリール部分もしくはカルバメート部分を含む群から選択される官能性部分で修飾された表面を含む、請求項2に記載の分離媒体。
- 前記第1粒子が、アルキル部分、フェニル部分、アリール部分もしくはカルバメート部分を含む群から選択される官能性部分で修飾された表面を含む、請求項3に記載の分離媒体。
- 前記第1粒子が、アルキル部分、フェニル部分、アリール部分もしくはカルバメート部分を含む群から選択される官能性部分で修飾された表面を含む、請求項5に記載の分離媒体。
- 前記第1粒子が、アルキル部分、フェニル部分、アリール部分もしくはカルバメート部分を含む群から選択される官能性部分で修飾された表面を含む、請求項6に記載の分離媒体。
- 前記第2物質が、0.1から0.5W.cm−1.°K−1、0.5から1.0W.cm−1.°K−1、1.0から10.0W.cm−1.°K−1および10から50W.cm−1.°K−1を含む群から選択される範囲の熱伝導率を有する、請求項1に記載の分離媒体。
- 前記第2物質が、銀、銅、アルミニウム、金、タングステン、モリブデン、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化チタン、炭化ケイ素、酸化ジルコニウム、ダイヤモンドおよびグラファイトを含む群から選択される、請求項1に記載の分離媒体。
- 前記分離媒体中に含まれる第2粒子の割合が1%から25%である、請求項1に記載の分離媒体。
- 前記分離媒体中に含まれる第2粒子の割合が5%から20%である、請求項1に記載の分離媒体。
- 前記分離媒体中に含まれる第2粒子の割合が約10%である、請求項1に記載の分離媒体。
- 前記第2物質が金、ダイヤモンドおよびグラファイトを含む群から選択され、および前記第1粒子がアルキル部分、フェニル部分、アリール部分およびカルバメート部分を含む群から選択される官能性部分で修飾された表面を含む、請求項5に記載の分離媒体。
- 前記第2物質が金、ダイヤモンドおよびグラファイトを含む群から選択され、および前記第1粒子がアルキル部分、フェニル部分、アリール部分およびカルバメート部分を含む群から選択される官能性部分で修飾された表面を含む、請求項6に記載の分離媒体。
- サンプル混合物をクロマトグラフィー分離するための装置であって、流体が進入することができる導入口および流体を排出することができる排出口を有する管状部材を含み、前記管状部材は前記導入口および前記排出口の間に配置される内部空間を有し、前記内部空間内に第1物質の第1粒子および第2物質の第2粒子を含む分離媒体が配置され、前記第1粒子は前記サンプル混合物の少なくとも1つの成分を少なくとも一時的に保持することが可能であり、前記第2物質は前記第1物質よりも高い熱伝導率を有するように選択される装置。
- 前記第1物質が、シリカ、ガラス、グラファイト、ジルコニア(酸化ジルコニウム)、有機ポリマー、アルミナ(酸化アルミニウム)、ゲルおよびケイ質ポリマーを含む群より選択される、請求項20に記載の装置。
- 前記第2物質が、銀、銅、アルミニウム、金、タングステン、モリブデン、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化チタン、炭化ケイ素、酸化ジルコニウム、ダイヤモンドおよびグラファイトを含む群から選択される、請求項20に記載の装置。
- 前記第1物質が式SiO2/[R2 pR4 qSiOt]nによって表されるケイ質ポリマーを含み、式中、R2およびR4は独立してC1−C18脂肪族もしくは芳香族部分であり、p+q=0、1もしくは2であり、ただし、p+q=1である場合にはt=1.5であり、およびp+q=2である場合にはt=1であり、およびnは0.03から1の数である、請求項20に記載の装置。
- 前記第1物質が式SiO2/[R6(R2 rSiOt)m]nによって表されるケイ質ポリマーを含み、式中、R2はC1−C18脂肪族もしくは芳香族部分であり、R6は2個以上のケイ素原子を架橋する置換もしくは非置換C1−C18アルキレン、アルキニレンもしくはアリーレン部分であり、r=0もしくは1であり、ただし、r=0である場合にはt=1.5であり、およびr=1である場合にはt=1であり、mは≧2の整数であり、およびnは0.03から1の数である、請求項20に記載の装置。
- 前記第2物質が金、ダイヤモンドおよびグラファイトを含む群から選択される、請求項23に記載の装置。
- 前記第2物質が金、ダイヤモンドおよびグラファイトを含む群から選択される、請求項24に記載の装置。
- サンプル混合物の少なくとも1つの成分を分離媒体で選択的に吸収するための装置であって、前記サンプル混合物を含む流体を前記分離媒体に適用するための手段を含み、前記分離媒体は第1物質の第1粒子および第2物質の第2粒子を含み、前記第1粒子は前記サンプル混合物の少なくとも1つの成分を少なくとも一時的に保持することが可能であり、および前記第2物質は前記第1物質よりも高い熱伝導率を有するように選択される装置。
- 前記第1物質が、シリカ、ガラス、グラファイト、ジルコニア(酸化ジルコニウム)、有機ポリマー、アルミナ(酸化アルミニウム)、ゲルおよびケイ質ポリマーを含む群より選択される、請求項27に記載の装置。
- 前記第2物質が、銀、銅、アルミニウム、金、タングステン、モリブデン、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化チタン、炭化ケイ素、酸化ジルコニウム、ダイヤモンドおよびグラファイトを含む群から選択される、請求項27に記載の装置。
- 前記第1物質が式SiO2/[R2 pR4 qSiOt]nによって表されるケイ質ポリマーを含み、式中、R2およびR4は独立してC1−C18脂肪族もしくは芳香族部分であり、p+q=0、1もしくは2であり、ただし、p+q=1である場合にはt=1.5であり、およびp+q=2である場合にはt=1であり、およびnは0.03から1の数である、請求項27に記載の装置。
- 前記第1物質が式SiO2/[R6(R2 rSiOt)m]nによって表されるケイ質ポリマーを含み、式中、R2はC1−C18脂肪族もしくは芳香族部分であり、R6は2個以上のケイ素原子を架橋する置換もしくは非置換C1−C18アルキレン、アルキニレンもしくはアリーレン部分であり、r=0もしくは1であり、ただし、r=0である場合にはt=1.5であり、およびr=1である場合にはt=1であり、mは≧2の整数であり、およびnは0.03から1の数である、請求項27に記載の装置。
- 前記第2物質が金、ダイヤモンドおよびグラファイトを含む群から選択される、請求項30に記載の装置。
- 前記第2物質が金、ダイヤモンドおよびグラファイトを含む群から選択される、請求項31に記載の装置。
- 前記第1物質が、架橋スチレン、メタクリレートポリマー、ポリアミドおよびポリアクリルアミドゲルを含む群より選択される、請求項27に記載の装置。
- 前記第2物質が、銀、銅、アルミニウム、金、タングステン、モリブデン、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化チタン、炭化ケイ素、酸化ジルコニウム、ダイヤモンドおよびグラファイトを含む群から選択される、請求項34に記載の装置。
- 1以上の構成要素を含むサンプル混合物を分析するための請求項20に記載の装置であって、高圧ポンプ、サンプル注入装置および前記サンプル混合物の少なくとも1つの構成要素に応答する検出器をさらに含む装置。
- 前記第1物質が、シリカ、ガラス、グラファイト、ジルコニア(酸化ジルコニウム)、有機ポリマー、アルミナ(酸化アルミニウム)、ゲルおよびケイ質ポリマーを含む群より選択され、および前記第2物質が、銀、銅、アルミニウム、金、タングステン、モリブデン、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化チタン、炭化ケイ素、酸化ジルコニウム、ダイヤモンドおよびグラファイトを含む群から選択される、請求項36に記載の装置。
- 前記管状部材が各々バッファ溶液を収容するリザーバおよび前記バッファ溶液が前記環状部材を通して流動するように前記リザーバ間に電位差を適用するための高電圧電源の間に配置される、請求項20に記載の装置。
- 前記第1物質が、シリカ、ガラス、グラファイト、ジルコニア(酸化ジルコニウム)、有機ポリマー、アルミナ(酸化アルミニウム)、ゲルおよびケイ質ポリマーを含む群より選択され、前記第2物質が、銀、銅、アルミニウム、金、タングステン、モリブデン、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化チタン、炭化ケイ素、酸化ジルコニウム、ダイヤモンドおよびグラファイトを含む群から選択される、請求項38に記載の装置。
- 高電圧電源をさらに含む請求項27に記載の装置であって、および前記分離媒体が基体上に配置され、および前記高電圧電源は前記基体を横切る電位差を提供し、それにより前記サンプル混合物の成分を電気泳動によって分離することができる装置。
- 前記第1物質が、シリカ、ガラス、グラファイト、ジルコニア(酸化ジルコニウム)、有機ポリマー、アルミナ(酸化アルミニウム)、ゲルおよびケイ質ポリマーを含む群より選択され、および前記第2物質が、銀、銅、アルミニウム、金、タングステン、モリブデン、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化チタン、炭化ケイ素、酸化ジルコニウム、ダイヤモンドおよびグラファイトを含む群から選択される、請求項40に記載の装置。
- 前記管状部材に沿う軸方向のあらゆる温度勾配を最小化するための手段をさらに含む、請求項22に記載の装置。
- あらゆる温度勾配を最小化するための前記手段が、前記管状部材を取り巻く、および少なくとも1つのヒータおよび少なくとも1つの温度センサが取り付けられたジャケット、並びに前記少なくとも1つの温度センサからの信号に応答する温度制御器を含み、前記温度制御器は前記少なくとも1つのヒータに電力を供給および制御するためのものである、請求項42に記載の装置。
- あらゆる温度勾配を最小化するための前記手段が、前記管状部材を取り巻く、および少なくとも1つの冷却装置および少なくとも1つの温度センサが取り付けられたジャケット、並びに前記少なくとも1つの温度センサからの信号に応答する温度制御器を含み、前記温度制御器は前記少なくとも1つの冷却装置に電力を供給および制御するためのものである、請求項42に記載の装置。
- 前記冷却装置がペルティエ効果装置を含む、請求項44に記載の装置。
- 前記管状部材が水浴に浸される、請求項42に記載の装置。
- 前記管状部材に空気流を施す、請求項42に記載の装置。
- サンプル混合物をクロマトグラフィー分離するための装置であって、流体が浸入することができる導入口および流体が退出することができる排出口を有する管状部材を含み、前記管状部材は前記導入口および前記排出口の間に配置される内部空間を有し、前記内部空間内に第1物質の第1粒子および第2物質の第2粒子を含む分離媒体が配置され、前記第1粒子は前記サンプル混合物の少なくとも1つの成分を少なくとも一時的に保持することが可能であり、および前記第2物質は前記第1物質よりも少なくとも10倍高い熱伝導率を有するように選択され、および前記第2物質は1から25体積パーセントの濃度で存在し、前記第1物質は、シリカ、ガラス、グラファイト、ジルコニア(酸化ジルコニウム)、有機ポリマー、アルミナ(酸化アルミニウム)、ゲルおよびケイ質ポリマーからなる群より選択され、および前記第2物質は、銀、銅、アルミニウム、金、タングステン、モリブデン、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化チタン、炭化ケイ素、酸化ジルコニウム、ダイヤモンドおよびグラファイトを含む群から選択される装置。
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