JP2012511698A - 流体のアリコットサンプルを移動させるための方法および装置 - Google Patents

流体のアリコットサンプルを移動させるための方法および装置 Download PDF

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Abstract

シャトルバルブを用いる、流体のアリコットサンプルを移動させる方法および装置が開示される。
【選択図】図１

Description

[0001]本発明は、流体のアリコットサンプルを移動させるための方法および装置に関する。
[0002]本業界において、流体のアリコットサンプルを効率的および有効に移動させるための方法への需要がある。また、当業界には、流体のアリコットサンプルを有効に移動させることができる装置への需要がある。
本発明は、流体のアリコットサンプルを移動させるための方法および装置を提供する。
[0003]本発明は、流体のアリコットサンプルを移動させるための方法に関する。開示される方法は、流体のアリコットサンプルを移動させる公知の方法に対して多数の利点を提供する。たとえば、開示される本発明の方法は、チャネルを通る流れのような大きな容積から、流体の非常に小さいサンプル容積またはアリコットを取り除くために用いることができる。また、開示される本発明の方法は、チャネルを通る流れのような流体のより大きな容積から、非常に少量のサンプル容積またはアリコットを取り除き、サンプルを他の流体の容積または容器へ運ぶために用いることができる。
[0004]本発明は、流体のアリコットサンプルを移動させるための方法に関する。例示的な一実施形態において、本方法は、流体のアリコットサンプルを移動させる方法は、第１流体を提供するステップと、第２流体を提供するステップと、シャトルバルブを通る第２流体の連続的な流れ経路を維持しながら、第１流体からアリコットを第２流体へ移動さるためにシャトルバルブを用いるステップと、を有する。一実施形態において、第１流体は、シャトルバルブを通る連続的な流れ経路を有し、シャトルバルブは、アリコットが第２流体から取り除かれるときに開放したままである。他の実施形態において、第１流体および第２流体の両方は、シャトルバルブを通る連続的な流れ経路を有し、シャトルバルブは、アリコットサンプルが第１流体から取り除かれるときに開放したままである。
[0005]本発明による他の例示的な実施形態において、流体のアリコットサンプルを取り除く方法は、第１流体を提供するステップと、シャトルバルブを通る第１流体の流れ特性に実質的に影響を与えることなく、第１流体からアリコットサンプルを取り除くためにシャトルバルブを使用するステップと、を有する。第１流体流れ経路の少なくとも一部がバルブを通じて実質的に直線であるために、シャトルバルブを通る第１流体の流れの少なくとも１一部は層流となり得る。さらなる例示的な実施形態において、シャトルバルブを通る第１流体の圧力は、実質的に一定であり、および／または、実質的に増加しない。代替実施形態において、アリコットサンプルは、第１流体から第２流体へ移動される。第２流体は、シャトルバルブを通る連続流れ経路を備えることができる。
[0006]さらなる例示的な本発明の実施形態において、流体のアリコットサンプルを移動させる方法は、少なくとも２つのチャネルを備える静的本体を提供するステップを有し、各チャネルの少なくとも一部は平行であり、また、静的本体の第１表面を横切る。本方法はさらに、アリコットディンプルを備える動的本体を提供するステップを有し、動的本体の第１表面を横切る。静的本体の第１表面および動的本体は互いに接触する。チャネルおよびアリコットディンプルは、アリコットディンプルが第１位置において１つのチャネルに流体連通し、第２位置において他のチャネルに流体連通するように配置され、前記チャネルの１つを通って第１流体が流れ、前記チャネルの他方を通って第２流体が流れ、アリコットディンプルを第１位置に整合させ、第１流体のサンプル部分がアリコットディンプルに流れることを可能にし、アリコットディンプルを第２位置へ移動させ、それにより、サンプル部分が第２流体へ移動される。
[0007]本発明は、流体のアリコットサンプルを移動させることができる装置に関する。例示的な一実施形態において、流体のアリコットサンプルを移動させる本装置は、流体の非常に少量のサンプル容積またはアリコットを、流体のより大きな容積から取り除くように作動的に構成されるハードウェアを有する。流体のより大きな容積は、たとえばチャネルを通って流れる流れのようなものである。開示される本発明の装置は、流体の非常に小さなサンプル容積またはアリコットを、より大きな流体の容積から取り除き、そのサンプルを流体の他の容積または容器へ移動させるために用いることができる。流体のより大きな容積は、たとえば、チャネルを通る流体の流れのようなものである。
[0008]例示的な一実施形態において、流体のアリコットサンプルを移動させることができる装置は、第１流体と、第２流体と、第２流体のシャトルバルブを通る連続的な流れ経路を維持したまま、第１流体から第２流体へアリコットを移動させることができるシャトルバルブと、を有する。一実施形態において、本装置は、第１流体のシャトルバルブを通る連続的な流れ経路を維持したまま、第１流体からアリコットを取り除くことができる。他の実施形態において、本装置は、第１流体および第２流体の両方の連続流れ経路を維持したまま、第１流体からアリコットを取り除くことができる。
[0009]本発明による他の実施形態において、流体のアリコットサンプルを移動させることができる装置は、第１流体チャネルと、第２流体チャネルと、バルブを通る第１チャネルの流体の流れ特性に実質的に影響を与えることなく、第１チャネルから第２チャネルへ流体のアリコットを移動させることができるシャトルバルブと、を有する。バルブを通る第１チャネルの少なくとも一部は、実質的に直線とすることができる。この実施形態において、シャトルバルブを通る第１チャネル内の流体の圧力は、実質的に増加しない。他の実施形態において、第１チャネルの少なくとも一部は、実質的にアリコットディンプルに平行とすることができ、アリコットディンプルはバルブを通る第１チャネル内の流体の層流を提供する。さらなる実施形態において、バルブを通る第２チャネルの少なくとも一部は、実質的に直線である。この実施形態において、シャトルバルブを通る第２チャネル内の流体の圧力は実質的に増加しない。他の例示的な実施形態において、第２チャネルは、アリコットディンプルに実質的に平行であり、アリコットディンプルは、バルブを通る第２チャネル内の流体の層流を提供する。
[0010]本発明のさらなる例示的な実施形態において、流体のアリコットサンプルを移動させることができる装置は、少なくとも２つのチャネルを備える静的本体を有し、各チャネルの一部は、静的本体の第１表面を横断する。本装置はさらに、アリコットディンプルを備える動的本体を有し、アリコットディンプルは動的本体の第１表面を横断する。静的本体の第１表面および動的本体の第１表面は、互いに隣接し、チャネルおよびアリコットディンプルは、アリコットディンプルが第１位置においてチャネルの１つに流体連通し、第２位置において他のチャネルに流体連通するように配置される。ここで、第１チャネルの少なくとも一部は、静的本体の第１表面に実質的に平行である。代替的な例示的な実施形態において、バルブを通る第１チャネルの少なくとも一部は、実質的に直線とすることができる。例示的な一実施形態において、シャトルバルブを通る第１チャネル内の流体の圧力は、実質的に増加しない。他の例示的な実施形態において、第１チャネルの少なくとも一部は、実質的にアリコットディンプルに平行とすることができる。例示的な実施形態において、バルブを通る第１チャネル内の流体の流れは層流である。さらなる実施形態において、バルブを通る第２チャネルの少なくとも一部は、実質的に直線とすることができる。さらなる実施形態において、シャトルバルブを通る第２チャネル内の流体の圧力は、実質的に増加しない。他の例示的な実施形態において、第２チャネルは実質的にアリコットディンプルに平行とすることができる。一実施形態において、バルブを通る第２チャネル内の流体の流れは、層流とすることができる。
[0011]本発明によるさらなる例示的な実施形態において、流体のアリコットサンプルを移動させることができる装置は、少なくとも２つのチャネルを備える静的本体を有し、各チャネルの一部は、静的本体の第１表面を横断する。本装置はさらに、アリコットディンプルを備える動的本体を有し、アリコットディンプルは動的本体の第１表面を横断する。静的本体の第１表面および動的本体の第１表面は、互いに隣接し、チャネルおよびアリコットディンプルは、アリコットディンプルが第１位置においてチャネルの１つに流体連通し、第２位置において、他のチャネルに流体連通するように配置される。ここで、第２チャネルの少なくとも一部は、静的本体の第１表面に実質的に平行である。
[0012]さらなる実施形態において、本発明の装置は、静的本体がアリコットディンプルを含み、動的本体が少なくとも２つのチャネルを含むように構成することができる。さらに、本発明の装置は、動的なものである少なくとも１つの本体を含み、たとえば、静的本体を備えない２つまたはそれ以上の動的本体を含むことができる。
[0013]本発明のこれらおよび他の特徴および利点は、以下において、開示される実施形態の詳細な説明および添付の特許請求の範囲を参照することで明らかになるであろう。
本発明において使用するのに好適な例示的なシャトルバルブの動作を示す図である。 本発明において使用するのに好適なシャトルバルブの断面図である。 本発明において使用するのに好適なシャトルバルブの例示的な静的本体を示す図である。 本発明において使用するのに好適なシャトルバルブの例示的な静的本体を示す図である。 本発明において使用するのに好適なシャトルバルブの例示的な静的本体を示す図である。 本発明において使用するのに好適なシャトルバルブの例示的な動的本体を示す図である。 本発明において使用するのに好適なシャトルバルブの例示的な動的本体を示す図である。 本発明において使用するのに好適な例示的なシャトルバルブの動作を示す断面図である。 本発明において使用するのに好適な例示的なシャトルバルブの動作を示す断面図である。 クロマトグラフィーシステムにおいて使用するのに好適なサンプルアナライザの一部としての例示的なシャトルバルブを示す図である。 クロマトグラフィーシステムにおいて使用するのに好適なサンプル注入バルブとしての例示的なシャトルバルブを示す図である。
[0022]本発明の原理の理解を促進するために、本発明の特定の実施形態の説明がなされ、特定の実施形態を説明するために特定の用語が使用される。しかし、特定の用語の使用により本発明の範囲を限定することを意図するものではないことを理解されたい。議論される本発明の代替形態、さらなる修正形態、および原理のさらなる応用は、本発明の属する技術分野における当業者に通常に理解されるものと考えられる。
[0023]本明細書および添付の特許請求の範囲において、単数の形態は、文脈から明らかに除外されない限り複数の参照物を含む。したがって、たとえば、「溶媒」というとき、複数の溶媒を含み、「溶媒」との言及は、１つまたはそれ以上の溶媒および当業者に公知のその等価物への言及を含む。
[0024]「約」との語は、たとえば、組成物の成分の品質、濃度、容積、プロセス温度、プロセス時間、収率または分留り、流速、等の値および範囲を修飾し、本開示の実施形態を説明するために採用され、数値的な品質の変動が生じ得ることを意味する。たとえば、典型的な測定および処理手順、これらの手順における偶発的な誤差、本方法を実行するために使用される成分の差異、および近似などにより変動が生じ得る。また、「約」との語は、特定の初期濃度または混合物の処方の時間経過による変動の量を包含し、また、特定の初期濃度または混合物の処方の混合または処理により生じる変動の量を包含する。「約」との語に修飾されるかどうかにかかわらず、添付の特許請求の範囲は、それらの質の等価物を含む。
[0025]本明細書において、「シャトルバルブ」との語は、流体の１つまたはそれ以上のソースから他の位置への供給を規制する制御バルブを意味する。シャトルバルブは、流れているサンプルを他の位置へ移動させるために、回転運動または直線運動を利用することができ、また、少なくとも１つの本体または部位が動的であるように構成することができる。
[0026]本明細書において、「流体」との語は、ガス、液体、および超臨界流体を意味する。
[0027]本明細書において、「層流」との語は、流体の滑らかな規則的な運動を意味し、ここでは乱流が存在せず、任意の副流れが近傍の副流れに概ね平行である。
[0028]本明細書において、「実質的に」との語は、合理的な量の範囲内であることを意味し、絶対値の約０％から約５０％まで、約０％から約４０％まで、約０％から約３０％まで、約０％から約２０％まで、または約０％から約１０％まで、変化する量を含む。
[0029]本発明は、流体のアリコットサンプルを移動させる方法に関する。本発明はさらに、流体のアリコットサンプルを移動させることができる装置に関する。本発明はさらに、流体のアリコットサンプルを移動させることができる装置または装置要素に使用するのに好適なコンピュータソフトウェアに関する。このコンピュータソフトウェアにより、この装置が、本明細書で説明される１つまたはそれ以上の方法のステップを実行することができるようになる。
[0030]流体のアリコットサンプルを移動させる例示的な方法の説明、および流体のアリコットサンプルを移動させることができる装置の説明が以下に提供される。
Ｉ． 流体のアリコットサンプルを移動させる方法
[0031]本発明は、流体のアリコットサンプルを移動させる方法に関する。流体のアリコットサンプルを移動させる本方法は、多数のプロセスステップを含み、これらのいくつかが以下で説明される。
[0032]例示的な実施形態において、本発明によるシャトルバルブは、流体のアリコットサンプルの、１つの容器または流れから他へ移動を動的に制御する。本明細書において、「動的に制御する」との文言は、シャトルバルブを通る流れの流体流速の変化が生じるかもしれないが、所定のシャトルバルブが１つの容器または流れから他への流体輸送を制御する能力について言及している。単に流体流れを分割する「受動的」な流れ分離器とは異なり、本発明で使用されるシャトルバルブは、サンプル流れ内の流体流れの生じ得る変動にかかわらず、流体のアリコットサンプルの１つの流れから他への移動を制御する。たとえば、流れ制限、全流速、温度、および／または溶媒組成のような変動である。
[0033]流体のアリコットサンプルの１つの流れまたは容器から他への輸送を動的に制御するステップは、たとえば、本発明のシャトルバルブに駆動信号を送るステップを備えることができ、（ｉ）シャトルバルブを活性化させ、（ｉｉ）シャトルバルブを非活性化させ、（ｉｉｉ）シャトルバルブの１つまたはそれ以上の流れ設定値および／または圧力設定値を変更し、または（ｉｖ）（ｉ）から（ｉｉｉ）までの任意の組み合わせを行う。好適な流れ設定値および圧力設定値は、限定するわけではないが、（ｉ）バルブ位置、（ｉｉ）シャトルバルブ圧力、（ｉｉｉ）バルブへの空気圧力、または（ｉｖ）（ｉ）から（ｉｉｉ）までの任意の組み合わせ、を含む。典型的には、駆動信号は、たとえば、電気信号、空気信号、またはワイヤレス信号の形態である。
例示的な一実施形態において、流体のアリコットサンプルを移動させる方法は、第１流体を提供するステップと、第２流体を提供するステップと、第２流体のシャトルバルブを通る連続的な流れ経路を維持しながら、アリコットを第１流体から第２流体へ移動させるためにシャトルバルブを使用するステップと、を有する。一実施形態において、第１流体は、シャトルバルブを通る連続的な流れ経路を有し、シャトルバルブは、第１流体からアリコットが取り除かれるときに開放したままである。他の実施形態において、第１流体および第２流体の両方は、シャトルバルブを通る連続的な流れ経路を有し、シャトルバルブは、第１流体からアリコットサンプルが取り除かれるときに開放したままである。
[0034]本発明の他の例示的な実施形態において、流体のアリコットサンプルを移動させる方法は、第１流体を提供するステップと、シャトルバルブを通る第１流体の流れ特性に実質的に影響を与えることなく、第１流体からアリコットサンプルを取り除くためにシャトルバルブを使用するステップと、を有する。バルブを通る第１流体の流体経路の少なくとも一部が、実質的に直線であることにより、シャトルバルブを通る第１流体の流れの少なくとも一部は、実質的に層流とすることができる。さらなる例示的な実施形態において、シャトルバルブを通る第１流体の圧力は、実質的に一定であり、および／または、実質的に増加しない。代替実施形態において、アリコットサンプルは、第１流体から第２流体へ移動される。第２流体は、シャトルバルブを通る連続的な流れ経路を有することができる。
[0035]本発明によるさらなる例示的な実施形態において、流体のアリコットサンプルを移動させる方法は、少なくとも１つのチャネルを備える静的本体を提供するステップを有し、各チャネルの少なくとも一部は、静的本体の第１表面に平行であり且つこれを横断する。本方法はさらに、アリコットディンプルを備える動的本体を提供するステップを有し、アリコットディンプルは、動的本体の第１表面を横断する。静的本体の第１表面および動的本体は、互いに隣接し、チャネルおよびアリコットディンプルは、アリコットディンプルが第１位置においてチャネルの１つに流体連通し、第２位置でチャネルの他方に流体連通するように配置され、第１流体が前記チャネルの１つを通って流れ、前記チャネルの他方を通って第２流体が流れ、アリコットディンプルが第１位置に整合し、第１流体のサンプル部が、アリコットディンプルへ流れることを可能にし、アリコットディンプルを第２位置へ移動させ、それにより、サンプル部が第２流体へ移動される。
[0036]図１−２は、本発明の例示的なシャトルバルブを示し、流体のアリコットサンプルの１つの流体流れから他方への移動させる動作を示す。図１に示されるように、シャトルバルブ１００は、第１流れの入口１１１を有し、これは、サンプル流れまたは容器からシャトルバルブ１００へ流体流れを提供する。シャトルバルブ１００はさらに、第１流れの入口１１１を出口１１４に接続するチャネル１１７と、動的本体１１９のディンプル１１６内の流入サンプルアリコット容積部１１８と、シャトルバルブ１００からサンプル流れまたは容器へ、あるいは異なる流れまたは容器へ流体流れを提供する出口１１４と、シャトルバルブ１００を通る第２流れの流体流れを提供する入口１１５と、ディンプル１１６へ流出するサンプルアリコット容積部１１８と、入口１１５を出口１１３に接続するチャネル１２０と、を有し、出口１３０は、シャトルバルブ１００を通り他の流れまたは容器への流体流れを提供する。
[0037]流体が入口１１１からシャトルバルブ１００を通りチャネル１１７を介して出口１１４へ流れるとき、ディンプル１１６内の流入サンプルアリコット容積部１１８は、流体の特定の容積で満たされ、これは、ここではサンプルアリコット１１８と言及される（図１の影付きの領域で示される）。所望の時間において、動的本体１１９のディンプル１１６を回転させることにより、ディンプル回転経路１２２を介して、シャトルバルブ１００は、ディンプル１１６内のサンプルアリコット１１８をチャネル１１７からチャネル１２０へ移動させる。サンプルアリコット１１８がチャネル１２０に移動されると、入口１１５からチャネル１２０を通って流れるガスまたは液体は、サンプルアリコット１１８を出口１１３へ輸送する。本発明のシャトルバルブの他の利点は、バルブを通るチャネルの流体設計に関する。バルブを通る背圧を最小化するために、チャネル１１７、１２０を通る流れは連続的である。これは、動的本体１１９が存在する位置にかかわらず、シャトルバルブ１００を通る流れが連続的になるように、チャネル１１７、１２０を静的本体１２２内に配置することにより達成される（図２に示される）。図１に示されるように、チャネル１１７およびチャネル１２０の少なくとも一部は、実質的に平面とすることができ、および／または直線状とすることができ、これは乱流を減少させ、バルブを通る圧力の上昇を最小化する。さらに、チャネル１１７およびチャネル１２０の少なくとも一部は、実質的にディンプル１１６に平行とすることができ、これはさらに、乱流流れを制限し、バルブ内の圧力の上昇を制限する。たとえば、シャトルバルブを通る「圧力を実質的に上昇させる」との語は、バルブ内の圧力を５０ｐｓｉより増加させない構成、好ましくは３０ｐｓｉより増加せせない構成、より好ましくは、２０ｐｓｉより増加させない構成、さらに好ましくは１０、９、８、７、６、５、４、３、２、または１ｐｓｉより上昇させない構成を含む。ディンプル１１６は、動的本体１１９内に位置し、また、動的本体の面と流体連通し、これは静的本体１２２に隣接する。それにより、動的本体１１９が第１位置にあるときに、ディンプル１１６はチャネル１１７と流体連通し、第２位置に移動したとき、ディンプル１１６はチャネル１２０と流体連通する。ディンプル１１６は任意の形態およびサイズとすることができるが、図においては半球体の凹部として示されている。例示的な実施形態において、ディンプルは、非常に小さいサイズとすることができるが（たとえば、２０００ｎＬ未満、好ましくは約５００ｎＬ未満、より好ましくは約１００ｎＬ未満、さらに好ましくは約１ｎＬ未満）、１ｎＬから２０００ｎＬの任意のサイズとすることができ、これにより迅速なサンプリングが可能になる。さらに、小さなディンプル１１６サイズにより、非常に短いディンプル回転経路１２１を可能にし、これは動的本体１１９および静的本体１２２の表面上での摩擦を有意に減少させ、メンテナンスが必要になる前のシャトルバルブ使用期間を長くさせることができる（たとえば、保守前に一千万サイクル以上が可能である）。
[0038]シャトルバルブ１００は、所望のサンプリング周波数で、少なくとも１つの検出器へ移動させるために、サンプルアリコット（たとえばサンプルアリコット１１８）をサンプルから取り除くようにプログラムすることができる。例示的な一実施形態において、サンプリング周波数は１０秒ごとに少なくとも１サンプルアリコットである（または、５秒ごとに少なくとも１サンプルアリコット、または、３秒ごとに少なくとも１サンプルアリコット、または、２秒ごとに少なくとも１サンプルアリコット、または０．５秒ごとに少なくとも１サンプルアリコット、または０．１秒ごとに少なくとも１サンプルアリコット）。このシャトルバルブは、米国仮特許出願第６１／００５５９０号におけるクロマトグラフィーシステムに関連してさらに説明され、この出願の内容は参照により本明細書に組み込まれる。
ＩＩ．流体のサンプルアリコットを移動させる装置
[0039]本発明は、流体のアリコットサンプルを移動させることができる装置に関する。例示的な一実施形態において、流体のアリコットサンプルを移動させる装置は、流体の非常に小さいサンプル容積またはアリコットを、チャネルを通る流れのような流体のより大きい容積から取り除くように構成されるハードウェアを有する。また、本発明の開示される装置は、流体の非常に小さいサンプル容積またはアリコットを、チャネルを通る流れのようなより大きな流体の容積から取り除き、また、他の流体の容積または容器へ移動させるのに用いることができる。
[0040]例示的な一実施形態において、流体のアリコットサンプルを移動させることができる装置は、第１流体と、第２流体と、第２流体のシャトルバルブを通る連続的な流れ経路を維持したまま、第１流体から第２流体へアリコットを移動させることができるシャトルバルブと、を有する。一実施形態において、本装置は、第１流体のシャトルバルブを通る連続的な流れ経路を維持したまま、第１流体からアリコットを取り除くことができる。他の実施形態において、本装置は、第１流体および第２流体の両方の連続的な流れ経路を維持したまま、第１流体からアリコットを取り除くことができる。
[0041]本発明による他の実施形態において、流体のアリコットサンプルを移動させることができる装置は、第１流体チャネルと、第２流体チャネルと、バルブを通る第１流体チャネル内の流体の流れ特性に実質的に影響を与えることなく、第１チャネルから第２チャネルへ流体のアリコットを移動させることができるシャトルバルブと、を有する。バルブを通る第１チャネルの少なくとも一部は、実質的に直線とすることができる。この実施形態において、シャトルバルブを通る第１チャネル内の流体の圧力は、実質的に増加しない。他の例示的な実施形態において、第１チャネルの少なくとも一部は、アリコットディンプルに実質的に平行であり、これは、バルブを通る第１チャネル内の流体の層流を提供する。さらなる実施形態において、バルブを通る第２チャネルの少なくとも一部は、実質的に直線とすることができる。この実施形態において、シャトルバルブを通る第２チャネル内の流体の圧力は、実質的に増加しない。他の例示的な実施形態において、第２チャネルはアリコットディンプルに実質的に平行とすることができ、これはバルブを通る第２チャネル内の流体の層流を提供する。
[0042]本発明のさらなる例示的な実施形態において、流体のアリコットサンプルを移動させることができる装置は、少なくとも２つのチャネルを備える静的本体を有し、各チャネルの一部は、静的本体の第１表面を横断する。本装置はさらに、アリコットディンプルを備える動的本体を有し、アリコットディンプルは動的本体の第１表面を横断する。静的本体の第１表面および動的本体の第１表面は互いに隣接し、チャネルおよびアリコットディンプルは、アリコットディンプルが第１位置にあるときにチャネルの１つに流体連通し、第２位置にあるときに他のチャネルに流体連通するように配置される。ここで、第１チャネルの少なくとも一部は、静的本体の第１表面に実質的に平行である。代替的な例示的な実施形態において、バルブを通る第１チャネルの少なくとも一部は、実質的に直線とすることができる。例示的な実施形態において、シャトルバルブを通る第１チャネル内の流体の圧力は実質的に増加しない。他の例示的な実施形態において、第１チャネルの少なくとも一部は、アリコットディンプルに実質的に平行である。例示的な実施形態において、バルブを通る第１チャネル内の流体の流れは層流である。さらなる実施形態において、バルブを通る第２チャネル内の流体の圧力は実質的に増加しない。他の例示的な実施形態において、第２チャネルはアリコットディンプルに実質的に平行とすることができる。一実施形態において、バルブを通る第２チャネル内の流体の流れは層流とすることができる。
[0043]本発明のさらなる例示的な実施形態において、流体のアリコットサンプルを移動させることができる装置は、少なくとも２つのチャネルを備える静的本体を有し、各チャネルは静的本体の第１表面を横断する。本装置はさらに、アリコットディンプルを備える動的本体を有し、アリコットディンプルは動的本体の第１表面を横断する。静的本体の第１表面および動的本体の第１表面は互いに隣接し、チャネルおよびアリコットディンプルは、アリコットディンプルが第１位置においてチャネルの１つの流体連通し、第２位置において他のチャネルに流体連通するように配置される。ここで、第２チャネルの少なくとも一部は、静的本体の第１表面に実質的に平行である。
[0044]本発明によるさらなる実施形態において、流体アリコットサンプルを移動させることができる装置は、少なくとも２つのチャネルを備える静的本体を有し、各チャネルの一部は静的本体の第１表面を横断する。本装置はさらに、アリコットディンプルを備える動的本体を有し、アリコットディンプルは動的本体の第１表面を横断する。静的本体の第１表面および動的本体の第１表面は互いに隣接し、チャネルおよびアリコットディンプルは、アリコットディンプルが第１位置においてチャネルの１つの流体連通し、第２位置において他のチャネルに流体連通するように配置される。ここでシャトルバルブの寿命は、保守が必要になる前に少なくとも約百万サイクル、２百万サイクル、４百万サイクル、５百万サイクル、６百万サイクル、７百万サイクル、８百万サイクル、９百万サイクル、１千万サイクルである。
[0045]上述した図１、２は、本発明による装置の例示的な実施形態の要素を示す。シャトルバルブ内のチャネルの構成は、バルブを通る連続的な流れを提供し、バルブを通る流れにおける実質的な圧力の増加を低減させ、および／またはバルブを通る層流を提供する。
[0046]図３Ａ−３Ｃは、本発明によるバルブの例示的なチャネル構成を示す。バルブ内のチャネルの少なくとも一部は、静的本体の第１表面に実質的に平行である。たとえば、図３Ａは、本発明の例示的な一実施形態によるシャトルバルブ１００の断面図を示している。静的本体１２２は、第１表面１０２に平行な少なくとも２つのチャネル１１７、１２０を備える。これは、静的本体の第１表面１０２の全幅に関して隣接する。代替的な例示的実施形態において、チャネル１１７、１２０は平行であり、且つ、静的本体１２２の第１表面１０２の少なくとも一部に隣接する（図３Ｂ参照）。さらなる例示的な実施形態において、チャネル１１７、１２０は表面に平行であり、また、円周方向に延びる（図３Ｃ参照）。チャネル１１７、１２０の一部は、静的本体１２２の第１表面１０２に隣接し、また、サイズおよび形状が異なる。しかし、典型的には動的本体１１９内のディンプル１１６のサイズより大きい。たとえば、チャネル１１７、１２０は、静的本体１２２の第１表面１０２に隣接し、また、矩形、円形、楕円形とすることができ、静的本体の面上で様々な位置に配置することができる。典型的には、これらは、１つのチャネル１１７から他方のチャネル１２０へ回転したときに、ディンプル１１６を横断するように配置される。
[0047]他の例示的な実施形態において、動的本体１１９のディンプル１１６は、チャネル１１７からチャネル１２０へ容易に回転できるように構成することができる。ディンプル１１６は任意の形状とすることができ、たとえば、矩形、円形、楕円形、四角形、等とすることができる。これは迅速な流体移動または質量輸送を可能にする。図では半球の凹部として示され、任意の形状とすることができる（図４参照）。例示的な実施形態において、ディンプル１１６は、非常に小さいサイズとすることができ（たとえば、２０００ｎＬ未満、好ましくは約５００ｎＬ未満、より好ましくは約１００ｎＬ未満、より好ましくは約１ｎＬ未満）、１ｎＬから２０００ｎＬまでの任意のサイズとすることができ、これは迅速なサンプリングを可能にする。さらに、小さなディンプル１１６のサイズにより、非常に短いディンプルの回転経路１２１が可能になり、これは、動的本体１１９と静的本体１２２との表面上の摩擦を有意に減少させ、シャトルバルブ１００の、保守が必要になる前の使用寿命を延ばす（たとえば、保守の前に１千万サイクル以上が可能）。ディンプル１１６は、動的本体１１９の第１表面１０４上に配置され、チャネル１１７、１２０を容易に横断する。
[0048]代替実施形態において、本発明のシャトルバルブは、２つ以上のチャネルおよび／または１つ以上のディンプルを備えることができ、これは、同時にまたは迅速に連続的に、アリコットサンプルを複数移動させることができ、および／または同時にまたは連続的に複数のサンプルを複数のチャネルへまたは複数のチャネルから輸送することができる。たとえば、動的本体１１９は、複数のディンプル１１６を、同一の円周に沿って含むことができ、動的本体１１９は、一方向にのみ回転する（図５）。
[0049]他の実施形態において、本発明のシャトルバルブは、軸の周りを回転するもの以外の構成とすることができる。たとえば、シャトルバルブは、流体のアリコットサンプルを移動させるのに直線運動が用いられるように設計することができる。図６Ａ−Ｂは、直線運動するシャトルバルブ１５１の断面図を示し、ここで、動的本体１１９は、静的本体１２２の上を直線運動し、ある位置（図６Ａに示される）でディンプル１１８がチャネル１１７に整合し、他の位置（図６Ｂ）でディンプル１１８がチャネル１２０に整合する。このようにして、サンプルアリコットは、チャネル１１７からチャネル１２０へ輸送される。
[0050]さらなる実施形態において、シャトルバルブ１００は、動的本体１１９および静的本体１２２が、これらの部分で最小の摩擦になるように構成される。たとえば、ディンプル１１６およびチャネル１１７、１２０は、ポート、溝またはチャネル、およびこれらの開口部が占める表面領域の数を最小化するように設計され、これによりシャトルバルブ１００の寿命を長くすることを可能にする（たとえば、少なくとも約百万サイクル、好ましくは少なくとも約２百万サイクル、より好ましくは少なくとも約５百万サイクル、より好ましくは少なくとも約一千万サイクル）。さらに、この設計は、増加した動作圧力の使用を可能にし、少なくとも約６９ｋＰａ（約１０ｐｓｉ）、好ましくは少なくとも約６９０ｋＰａ（約１００ｐｓｉ）、より好ましくは約６．９ＭＰａ（約１０００ｐｓｉ）、さらに好ましくは少なくとも約６９ＭＰａ（約１００００ｐｓｉ）（たとえば約１３８ＭＰａ（約２００００ｐｓｉ））である。
[0051]例示的なさらなる実施形態において、シャトルバルブ１００は、バルブの寿命を増加させる材料から形成される。静的本体１２２および動的本体１１９は、容易に機械加工でき、適切なシール、低トルク、静的本体１２２と動的本体１１９との間の摩擦の抵抗性を提供する材料から形成される。たとえば、そのような材料は有機材料を含み、たとえば、ポリエチレン（たとえば高分子量ポリエチレン）、ポリエーテル（たとえばポリエーテルエーテルケトン）、フルオロポリマー（たとえばポリテトラフルオロエチレン）、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリイミド等を含み、また、これらの混合物を含む。また、セラミック、金属等の無機材料を含む。材料は、これらの材料の混合物および複合材を含むことができ、または、これらの材料で被覆してもよい。例示的な一実施形態において、動的本体１１９は、超高分子量ポリエチレンから形成され、静的本体１２２は、天然ポリエーテルエーテルケトンから形成される。
ＩＶ．応用／使用
[0052]上述の方法および装置は、流体のアリコットサンプルを１つの流体から他方へ移動させるのに用いることができる。上述の方法および装置は、限定するわけではないが、石油産業、製薬産業、分析研究などを含む流体を用いる産業に利用できる。
[0053]図７は、与えられた液体クロマトグラフィーシステム内でのシャトルバルブの動作を示す。図７に示されるように、シャトルバルブ１００は、クロマトグラフィーカラム入口１１を有し、これはクロマトグラフィーカラム（たとえばカラム１１）からシャトルバルブ１００への流体流れを提供する。さらに、シャトルバルブ１００は、ディンプル１１６内の流入サンプルアリコット容積部１１８と、画分収集器出口１１４と、を有する。画分収集器出口１１４は、シャトルバルブ１００から画分収集器（たとえば画分収集器１４）への流体流れを提供する。さらに、シャトルバルブ１００は、ガスまたは液体入口１１５を有し、これは、シャトルバルブ１００の一部を通じてポンプ１４０を使用してガス（たとえば空気、窒素等）または液体（たとえばアルコール）の流れを提供する。さらにシャトルバルブ１００は、流出サンプルアリコット容積部１１８と、検出器出口１１３と、を有する。検出器出口１１３は、シャトルバルブ１００から検出器（たとえば、ＥＬＳＤのような検出器）への流体流れを提供する。
[0054]流体が、シャトルバルブ１００を通って、クロマトグラフィーカートリッジから入口１１１へ流れ、チャネル１１７を介して画分収集器出口１１４へ流れるとき、ディンプル１１６は、流入サンプルアリコット容積部１１８の特定の容積で満たされる（図７の影付きの領域で示される）。所望の時間において、シャトルバルブ１００は、図７に示すように、ディンプル１１６内の流入サンプルアリコット容積１１８をディンプル回転経路１２１を介してチャネル１２０へ移動させる。サンプルアリコット１１８がチャネル１２０へ移動されると、入口１１５からチャネル１２０を通って流れるガスまたは液体は、サンプルアリコット１１８を、検出器出口１１３を介して検出器１３１（たとえばＥＬＳＤ）へ輸送する。
[0055]他の例示的な実施形態において、シャトルバルブは、第１流体から単一のアリコットを第２流体へ移動させるために用いることができる。たとえば、第１流体は、サンプルディンプル内へ導入することができ、サンプルアリコットを第２流体へ配置する単一の運動が行われる。この構成において、本発明のシャトルバルブは、クロマトグラフィーシステムまたはカラムへの分離のためにサンプルを注入するのに用いることができる。このサンプル導入は、他が注入される前に、カラムまたはシステムを通じて完全に進行される。この注入モードの実施形態は、典型的には、より従来のＨＰＬＣ用途に用いられ、ここで、単一のサンプルアリコット（１ディンプル容積）は、他のサンプル容積がシステムに注入される前に、完全に解析される。本発明のシャトルバルブの設計は、非常に小さな流体のアリコットサンプルを可能にするので、このバルブは、ミクロ、およびナノのクロマトグラフィーシステムに用いることができる。図８は、そのような設計の例示的な実施形態を示し、ここで、シャトルバルブ１５１は、サンプル流体１１からアリコットを流体１１３へ注入し、クロマトグラフィーカラム１１へ注入するために用いられる。
[0056]代替的な例示的な実施形態において、本発明のシャトルバルブは、調薬装置として利用することができる。たとえば、そのようなバルブは、調薬、食品加薬、化学調合、娯楽水場（プールおよびスパ）への化学物質添加、農産物への肥料分配などを含む多くの製造プロセスにおいて使用することができる。例示的な一実施形態において、調薬装置は、２つの流れ経路を含むことができ、各々はそれぞれの流速で流れる。化学物質Ａは、所定の流速で主流れ経路に導入される。本発明の他のバルブにより、第２の化学物質Ｂは、離散的な速度で第２流れ経路に導入することができる。複数のバルブにより、複雑な化学物質の添加を流れ付加することができ、また、流れを複数の製品容器に分配することができる。流れが添加した化学物質を自然に混合するので、混合は化学物質が流れに導入されると同時に達成される。大きな調薬容積スケールにおいて、水のような主キャリア要素とともに多くの消費者製品が製造される。ポンプで分配するのは洗浄およびメンテナンスが必要なのに対して、本発明のバルブはいくつかの用途に簡単な代替方法を提供する。小さなスケールにおいて、調薬装置は、本発明のシャトルバルブを含むことができ、任意の成分濃度で化学物質をルーチン的に混合するのに用いることができる。代替的に、化学物質調合に重力が用いられる場合、本発明のシャトルバルブを利用することができ、それにより調合化学物質の廃棄可能な容器は、一時的にバルブに取り付けられ、所定の間隔で交換される。この実施形態において、ポンプ装置は必要でないことがあり、それゆえ、追加的なハードウェアのコストを節約する。これは、低い消費電力で（たとえばソーラーパワー）いくつかの用途において化学物質を分配することができるので、農業ビジネスのような様々な市場で利益があり、また、家庭での使用にも利益がある。
[0057]以下の実施例により本発明が説明される。これらは、いかなる意味でも本発明を限定することを意図するものではない。本明細書を参照することにより、当業者は、本発明の趣旨および／または添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、様々な実施形態、修正形態、およびそれらの等価形態が可能であることを理解されたい。
[0058]この実施例において、flash REVELERIS（登録商標）システム（Grace Davison Discovery Sciencesより入手可能）が用いられた。ジオクチルフタラート（dioctylphthalate）およびブチルパラベンを含む混合物４ｍＬが、４ｇ ＧＲＡＣＥＲＥＳＯＬＶＥ（商標） Ｃ１８フラッシュカートリッジ（Grace Davison Discovery Sciencesより入手可能）に注入され、これがフラッシュシステムに取り付けられた。ＡＬＬＴＥＣＨ（登録商標）モデル３００ＬＣポンプを用いて、８０／２０のメタノール／水の可動相がシステムを通じてポンプされた。カラム流出物は、本明細書で説明されたようにシャトルバルブに導かれ、カラム流出部は３００ｕＬ／ｍｉｎで、ＡＬＬＴＥＣＨ（登録商標）３３００ＥＬＳＤに導かれた。流出物の残りはＯｃｅａｎ Ｏｐｔｉｃｓ ＵＶ検出器を通ってＧｉｌｓｏｎ（登録商標）画分収集器へ流れた。
[0059]限られた数の実施形態により本発明が説明されてきたが、これらの具体的な実施形態は、特許請求の範囲で画定される本発明の範囲を限定することを意図するものではない。本明細書の例示的な実施形態を参照することにより、当業者にさらなる修正形態、等か形態、変形形態が可能であることが明らかであろう。実施形態におけるあらゆる割合およびパーセンテージは、特に明記しないかぎり重量によるものである。さらに、本明細書および特許請求の範囲に記載された、特定の品質、測定単位、条件、物理状態、パーセンテージなどの数値の範囲は、その範囲にあるあらゆるものを文言的に明示的に含むことを意図しており、また、記載された範囲内の任意の部分集合を含む。たとえば、下限ＲＬおよび上限ＲＵが数値で示される場合、その範囲内に入るあらゆる数値Ｒが明示的に開示されている。特に、範囲内の以下の数値Ｒが明示的に開示されている。すなわち、Ｒ＝ＲＬ＋ｋ（ＲＵ−ＲＬ）、ここでｋは、１％から１００％まで、１％きざみで増加する変数であり、たとえばｋは、１％、２％、３％、４％、５％、・・・５０％、５１％、５２、・・・９５％、９６％、９７％、９８％、１００％である。さらに、上述の式により計算されるＲの任意の２つの値で示される任意の数値範囲も明示的に開示されている。本明細書で開示・図示されたものに加えて本発明のあらゆる修正形態は、上述の説明および添付図面から当業者に明らかであろう。そのような修正形態は、特許請求の範囲にあることを意図している。本明細書で言及されたあらゆる出版物は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

Claims (21)

  1. 流体のアリコットサンプルを１つの流体から他方へ移動させる方法であって、前記方法は、
    （ａ）第１流体を提供するステップと、
    （ｂ）第２流体を提供するステップと、
    （ｃ）シャトルバルブを通る前記第２流体の連続的な流れ経路を維持したまま、前記第１流体から前記第２流体へ前記流体のアリコットサンプルを移動させるためにシャトルバルブを使用するステップと、を有する方法。
  2. 請求項１に記載の方法であって、前記流体のアリコットサンプルが前記第１流体から取り除かれるときに、前記シャトルバルブを通る前記第１流体の連続的な流れ経路が維持される、方法。
  3. 請求項１に記載の方法であって、前記第１流体から前記流体のアリコットサンプルが取り除かれるときに、前記シャトルバルブを通る前記第１流体および前記第２流体の連続的な流れ経路が維持される、方法。
  4. 流体のアリコットサンプルを移動させる方法であって、前記方法は、
    （ａ）第１流体を提供するステップと、
    （ｂ）シャトルバルブを通る前記第１流体の連続的な流れ経路を維持しながら、前記第１流体から前記流体のアリコットサンプルを移動させるためにシャトルバルブを使用するステップと、を有する方法。
  5. 請求項４に記載の方法であって、前記シャトルバルブを通る前記第１流体の流れは実質的に層流である、方法。
  6. 請求項４に記載の方法であって、前記シャトルバルブを通る前記第１流体の圧力は実質的に一定である、方法。
  7. 流体のアリコットサンプルを移動させる方法であって、前記方法は、
    （ａ）少なくとも２つのチャネルを備える静的本体を提供するステップを有し、各チャネルの一部は、前記静的本体の第１表面を横断し、
    （ｂ）前記方法は、アリコットディンプルを備える動的本体を提供するステップを有し、前記アリコットディンプルは、前記動的本体の第１表面を横断し、前記静的本体の前記第１表面および前記動的本体は互いに隣接するように構成され、前記チャネルおよび前記アリコットディンプルは、前記アリコットディンプルが第１位置において前記チャネルの１つと流体連通し、第２位置で前記チャネルの他方と流体連通するように配置され、
    （ｃ）前記方法は、前記チャネルの１つを通して第１流体を流し、前記チャネルの他方を通して第２流体を流し、前記アリコットディンプルを前記第１位置に整合させ、前記第１流体のサンプル部分が前記アリコットディンプルへ流れることを可能にし、前記アリコットディンプルを前記第２位置へ移動させ、それにより、前記サンプル部分が前記第２流体へ移動される、ステップを有し、
    （ｄ）前記少なくとも１つのチャネルの少なくとも一部は、実質的に前記第１表面に平行である、方法。
  8. 流体のアリコットサンプルを移動させることができる装置であって、前記装置は、
    （ａ）第１流体経路と、
    （ｂ）第２流体経路と、
    （ｃ）シャトルバルブを通る連続的な第２流体経路を維持しながら、前記第１流体経路から前記第２流体経路へ流体のアリコットサンプルを移動させることができるシャトルバルブと、を有する装置。
  9. 請求項８に記載の装置であって、前記シャトルバルブは、前記シャトルバルブを通る連続的な第１流体経路を維持したまま、前記流体のアリコットサンプルを前記第１流体経路から取り除くことができる、装置。
  10. 請求項８に記載の装置であって、前記シャトルバルブは、前記シャトルバルブを通る連続的な前記第１流体経路および前記第２流体経路を維持しながら、前記流体のアリコットサンプルを前記第１流体経路から取り除くことができる、装置。
  11. 流体のアリコットサンプルを移動させることができる装置であって、前記装置は、
    （ａ）第１流体経路と、
    （ｂ）第２流体経路と、
    （ｃ）シャトルバルブを通る前記第１流体経路内における実質的に一定の流れを維持しながら、前記第１流体経路から前記第２流体経路へ前記流体のアリコットサンプルを移動させることができるシャトルバルブと、を有する装置。
  12. 請求項１１に記載の装置であって、前記シャトルバルブを通る前記第１流体経路内の流れは、実質的に層流である、装置。
  13. 請求項１１に記載の装置であって、前記シャトルバルブを通る前記第１流体経路内の圧力は実質的一定である、装置。
  14. 流体のアリコットサンプルを移動させることができる装置であって、前記装置は、
    （ａ）少なくとも２つの経路を備える静的本体を有し、各経路の一部は、前記静的本体の第１表面を横断し、
    （ｂ）前記装置は、アリコットディンプルを備える動的本体を有し、前記アリコットディンプルは前記動的本体の第１表面を横断し、前記静的本体の前記第１表面および前記動的本体は互いに隣接し、前記経路および前記アリコットディンプルは、前記アリコットディンプルが第１位置において前記経路の１つに流体連通し、第２位置において前記経路の他方に流体連通するように配置され、
    （ｃ）前記第１経路の少なくとも１つは、前記アリコットディンプルに実質的に平行である、装置。
  15. 請求項１４に記載の装置であって、前記第１経路の少なくとも一部は、前記静的本体の前記第１表面に平行である、装置。
  16. 請求項１４に記載の装置であって、前記第２経路の少なくとも一部は、前記静的本体の前記第１表面に平行である、装置。
  17. 請求項１４に記載の装置であって、前記装置は投与装置を有する、装置。
  18. 請求項１４に記載の装置であって、サンプル分析のためのサンプル取り出し装置を有する、装置。
  19. 請求項１４に記載の装置であって、クロマトグラフィーシステムのためのサンプル注入装置を有する、装置。
  20. 請求項１４に記載の装置であって、少なくとも約５百万サイクルの寿命を備える、装置。
  21. 請求項１４に記載の装置であって、前記動的本体は、超高分子量ポリエチレンから形成され、前記静的本体は、天然ポリエーテルエーテルケトンから形成される、装置。
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