JP2017009595A - 低圧検出器を用いて分析物を検出する超臨界流体システムの装置及び方法 - Google Patents
低圧検出器を用いて分析物を検出する超臨界流体システムの装置及び方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】 分離装置によって出力される移動相を用いる超臨界流体システムにおける装置が提供される。【解決手段】 移動相は、減圧されると体積が膨張する。本装置は、受動スプリッタ及びシャトル弁を備える。受動スプリッタは、移動相を受け取り、移動相を主流れストリームと分割流れストリームとに分割するように構成されている。ここでは主流れストリームは圧力維持装置に方向付けられる。受動スプリッタは、分割流れストリームの圧力を低減し、分割流れストリームの体積膨張を引き起こすように更に構成されている。シャトル弁は、体積が膨張した分割流れストリームの体積部分量を希釈流れストリームに導入し、希釈された分割流れストリームをもたらし、希釈された分割流れストリームを低圧検出器に方向付けるように構成されている。【選択図】 なし
Description
本明細書に記載の種々の実施形態は、超臨界流体システム(supercritical fluid system)内のサンプルのサンプル成分の中から分析物(analyte)を低圧で検出することに関する。超臨界流体システムの例としては、超臨界流体クロマトグラフィ（ＳＦＣ: supercritical fluid chromatography）システム及び超臨界流体抽出（ＳＦＥ: supercritical fluid extraction）システムが挙げられる。
一般に、超臨界流体システムは、クロマトグラフィカラム等の分離ユニットを用いてサンプル成分を分離（又は抽出）する。例えば、溶媒溶液中に溶解した化合物等の種々のサンプル成分を含有するサンプルを、注入弁によって流体ストリーム（移動相）内に注入することができる。ここでは通常、移動相は１つ又は複数の溶媒を含む。サンプルを含有する移動相は分離ユニットを通って流れ、分離ユニットはサンプルからサンプル成分を選択的に保持する。ＳＦＣシステムにおいて、分離ユニットはクロマトグラフィカラムを含み、クロマトグラフィカラムにおいて、サンプルからのサンプル成分は、クロマトグラフィカラムの固定相によって、例えば、クロマトグラフィ内の充填材料又は吸着剤を用いて異なる保持力を受け、また移動相の相対的な溶出強度を受ける。ＳＦＥシステムにおいて、分離ユニットは、サンプルから種々のサンプル成分を抽出する抽出溶媒（移動相）の存在下でバルクサンプルを収容するチャンバ又はベッセルを備える。移動相の組成、圧力、及び温度は、時間とともに変化することができ、カラムを用いるクロマトグラフィによる分離と類似した、サンプル成分の選択的な抽出（分離）をもたらす。
次に、分離されたサンプル成分（又は分析物）は、検出、収集、及び／又は分析に向けて検出器に方向付けることができ、ここでは分析物のそれぞれは、分離ユニット内のこの分析物のそれぞれ異なる保持力に対応する異なる時間において分離ユニットから出現する。経時的な検出により、サンプルの分析物にそれぞれ対応する「ピーク」が得られ、この場合、各ピークの大きさは、サンプル中の対応する分析物の量に相関する。検出器は、比較的低い圧力（例えば大気圧）で移動相の比較的僅かな部分を受け取る、質量分析計等の低圧検出器を含む。検出器は、移動相の大量の主流れストリームを受け取り、ピーク検出に基づいて別個のサンプル成分の中から対象の分析物（複数の場合もある）を含有する移動相の部分を特定する１つ又は複数の高圧検出器を含むこともできる。これらの特定される部分は、分取装置(fraction collector)によって収集することができる。
上述したように、移動相は通常、対応するポンプシステムによって提供される溶媒の混合物を含む。クロマトグラフィシステムにおいて、溶媒は、互いに対する及び使用する分離ユニットの固定相に対する相対的な溶媒溶出強度に関して、少なくとも強溶媒及び弱溶媒を含む。強溶媒は、サンプル構成成分を移動相に分画し、したがって、保持力を減少させる、すなわち分離ユニットをより速く通過させるのに好都合である。弱溶媒は、サンプル構成成分を分離ユニットの固定相に分画し、したがって、保持力を増加させ、強溶媒の作用を緩和する機能を果たすことができるのに好都合である。動作速度と分析結果の質との間の許容可能な妥協点を提供するために、移動相の組成又は強溶媒と弱溶媒との間の比のバランスをとることが試みられる。
通常、充填カラムを備えるＳＦＣシステムは、強溶媒としてメタノール等の有機溶媒を用い、弱溶媒として高度に圧縮された高密度の二酸化炭素（ＣＯ２）を用いる。なお、ＳＦＣという技術名は、超臨界状態の流体の使用を意味するが、実際の使用には、高密度ではあるが必ずしも超臨界状態でない流体を含む。分取（preparative）ＳＦＣシステムは通常、サンプルの精製という特別な目的のために存在する。分取ＳＦＣでは、注入されるサンプルの濃度はしばしば１０ｍｇ／ｍＬを超える。通常、このような高濃度のサンプルは、１μｇ／ｍｌ以下の範囲で動作する多くの質量分析計の許容可能な入力範囲を超える。分取ＳＦＣでは、低圧検出器からの信号の適時性は、分取装置の適時のトリガを確実にするために重要である。
ＳＦＥは、抽出用溶媒としてＳＦＣ移動相と同様の流体を用いて、１つ又は複数の構成成分（抽出物）を別の構成成分（マトリックス）から分離するプロセスである。通常、抽出は固体マトリックスから行われるが、液体からも行うことができる。ＳＦＥは、分析目的のサンプル調製ステップとして用いることができ、又はより広範には、不所望の物質を生成物から取り除くか若しくは所望の生成物を収集するのに用いることができる。ここでも、ＣＯ２は最も使用される超臨界流体であり、エタノール又はメタノール等の補助溶媒によって変質される場合がある。超臨界流体の性質は、圧力及び温度を変化させることによって変更することができ、それにより選択的な抽出が可能になる。一般的なＳＦＥシステムは、例えば、ＣＯ２及び任意の補助溶媒のためのポンプシステムと、システム内の圧力を維持する機能のあるサンプルを収容する圧力セルと、単数又は複数の収集用ベッセルとを備える。液体は、加熱ゾーンに圧送することができ、加熱ゾーンでは、温度を真の超臨界状態まで上昇させることができる。その後、液体は抽出ベッセルに通され、そこで急速に固体マトリックスに拡散し、抽出する材料を溶解する。溶解した材料は、抽出セルから一掃されて低圧でセパレータに入り、抽出された材料が除去される。
全ての超臨界流体システムにおいて、分析物は、質量分析計等の低圧検出器によって検出及び分析することができる。一方、分離ユニットによって出力され、分離されたサンプル成分を含有する移動相は、大抵の低圧検出器によって許容可能であるよりも高い圧力及び濃度にある。したがって、高圧を保っている移動相の一部の流れを妨げることなく、分離ユニットを出る移動相の非常に僅かな部分を低圧検出器に方向付ける制御可能な手段を提供する適時の効率的な流れスプリッタが必要である。移動相の低圧の移動部分を（例えばリアルタイムで）調整する機能も必要である。
代表的な実施形態は、以下の詳細な説明を添付の図面と併せて読むことにより最もよく理解される。適用可能であり、実際的であるときはいつでも、類似の参照符号は類似の要素を指す。
以下の詳細な説明において、限定ではなく説明の目的で、具体的な詳細を開示する例示の実施形態が、本教示による実施形態の完全な理解をもたらすために記載される。しかしながら、本明細書において開示される具体的な詳細から外れる、本教示による他の実施形態が添付の特許請求の範囲の範囲内にとどまることは、本開示の利益を得た者には明らかである。さらに、よく知られた装置及び方法の説明は、例示の実施形態の説明をわかりにくくしないために省略され得る。こうした方法及び装置は本教示の範囲内にある。
一般に、本明細書及び添付の特許請求の範囲において、数量を特定しない用語は、文脈により別途明示されない限り単数の指示対象及び複数の指示対象の双方を含むことが理解される。したがって、例えば、「装置」は１つの装置及び複数の装置を含む。
用語「実質的な」又は「実質的に」は、本明細書及び添付の特許請求の範囲において用いられるとき、通常の意味に加えて、受け入れ可能な限度又は程度の範囲内にあることを意味する。例えば、「実質的にキャンセルされた」は当業者であればそのキャンセルを受け入れ可能であるとみなすことを意味する。更なる例として、「実質的に除去された」は当業者であればその除去を受け入れ可能であるとみなすことを意味する。
用語「略（約）」は、本明細書及び添付の特許請求の範囲において用いられるとき、通常の意味に加えて、当業者にとって受け入れ可能な限度又は量の範囲内であることを意味する。例えば、「略同じ」は当業者であれば比較されている項目が同じであるとみなすことを意味する。
種々の実施形態は、非常に高い分割比（例えば、約１００００：１よりも大きい）から非常に低い分割比（例えば、約５００：１よりも小さい）にわたる分割比の範囲を提供する動的に調整可能な分割比を有することができる流れスプリッタを備える。動的な調整は、シャトル弁（例えば、後述するシャトル弁１３０）の動作頻度及び／又は廃棄レギュレータ（例えば廃棄流れストリームレギュレータ１３５）の調整から得ることができる。流れスプリッタは、移動相が低圧検出器（例えば質量分析計）に到達するのに僅かな時間の遅れをもたらし、検出結果をリアルタイムの分取（fraction collection）のトリガ及び／又は決定に用いることを可能にする。
したがって、種々の実施形態によれば、超臨界流体システムにおける流れスプリッタ装置及び流れスプリッタ装置を使用する方法が提供される。ここでは、超臨界流体システムにおける分離装置によって出力される移動相は、減圧されると体積が膨張する。流れスプリッタ装置は、通常、受動スプリッタ、リストリクタ、及びシャトル弁の要素を組み合わせる。受動スプリッタを出る流体の体積膨張を利用して、シャトル弁によって希釈ストリームに向かう体積の計量を行うことで、連続したスプリッタの複数のカスケードに依拠することなく同様の結果を達成するように、分割比に追加の因子を提供する。
代表的な一実施形態によれば、流れスプリッタ装置は、分離装置によって出力される移動相を用いた超臨界流体システムにおいて提供され、移動相は減圧されると体積が膨張する。本装置は受動スプリッタを備え、受動スプリッタは、移動相を受け取り、移動相を主流れストリームと分割流れストリームとに分割し、分割流れストリームの圧力を低減して、分割流れストリームの体積膨張を引き起こすように構成されている。ここでは主流れストリームは圧力維持装置に方向付けられる。本装置はシャトル弁を更に備え、シャトル弁は、体積が膨張した分割流れストリームの体積部分量（aliquots）を希釈流れストリームに導入（insert）し、希釈された分割流れストリームをもたらし、希釈された分割流れストリームを低圧検出器に方向付けるように構成されている。受動スプリッタは、移動相を主流れストリームと分割流れストリームとに分割するように構成されたスプリッタティ(splitter tee)と、分割流れストリームの圧力を低減し、分割流れストリームの体積膨張を引き起こすように構成されたスプリッタリストリクタとを含むことができる。また、シャトル弁は、体積が膨張した分割流れストリームの、希釈流れストリームへの部分量として導入されない残りの部分を、廃棄流れストリームレギュレータを介して廃棄部（waste）へ方向付ける。このレギュレータは、シャトル弁が受ける圧力密度を設定する。
図１は、代表的な一実施形態に係る超臨界流体システムにおける装置の簡略化されたブロック図である。
図１を参照すると、超臨界流体システム１００は、分離ユニット１１０と、低圧検出器１５０と、流れスプリッタ１０５とを備え、流れスプリッタ１０５は、分離ユニット１１０から受け取った高圧移動相の圧力を低減し、濃度が大幅に低減したサンプル（高分割比）を低圧検出器１５０に提供する。高圧移動相の圧力は、図２〜図４を参照して更に後述する高圧維持装置（図示せず）によって維持される。この圧力は、例として９０ｂａｒを上回るように維持され、４００ｂａｒとすることができるが、これらの値を上回る及び下回るより広い範囲にわたる動作も、本開示の観点では明らかである。分離ユニットを出る高圧移動相の流量は可変であり、例えば約２．０ｍｌ／分〜約２００ｍｌ／分の範囲内とすることができる。これらの制限は、当業者には明らかなように、任意の特定の状況に対して固有の利益をもたらすか、又は種々の実施態様の特定用途の要件を満たすように変更することができる。
図示の実施形態では、流れスプリッタ１０５は、受動スプリッタ１２０と、シャトル弁１３０と、廃棄流れストリームレギュレータ１３５とを備える。受動スプリッタ１２０は、スプリッタティ１２２及びスプリッタリストリクタ１２５を含む。廃棄流れストリームレギュレータ１３５は、シャトル弁１３０において分割流れストリームの圧力を達成する。スプリッタティ１２２と廃棄流れストリームレギュレータ１３５との間の圧力差により、スプリッタリストリクタ１２５が受ける圧力の低減が規定される。スプリッタリストリクタ１２５による圧力の低減は、出口の低下した圧力において気体部分が膨張するので、移動相の体積膨張を引き起こす。換言すると、移動相は、減圧されると体積が膨張し、密度が低減する。例えば、ＣＯ２又は他の気体溶媒が移動相中に存在する場合、移動相が減圧されると、（例えば、約５００：１程度）膨張することができる。体積膨張により、低減した圧力及び低減した密度の双方において分割流れストリームの体積の採取が可能になる。低減した圧力により、シャトル弁１３０等のシャトル弁（通常は低圧装置と見なされる）を使用して、選択可能な頻度及び体積採取サイズで分割流れストリームを採取することが可能になる。密度の低減は、シャトル弁１３０によって採取された各体積部分量におけるサンプル成分の密度が低いことで明示される。受動分割、体積膨張、膨張した流れの体積採取、及びその後の希釈を組み合わせることで、質量分析計等の高感度の低圧検出器に用いる可変性の高い分割比がもたらされる。
受動スプリッタ１２０は、分離ユニット１１０からの移動相（又は高圧流れストリーム）を受け取る。移動相は、その後の検出に向けて分離ユニット１１０によってサンプルから分離されたサンプル成分（又は分析物）を含む。受動スプリッタ１２０のスプリッタティ１２２は、移動相を主流れストリームと分割流れストリームとに分割するように構成されている。主流れストリームは、少なくとも後述の圧力維持装置に方向付けることができ、分割流れストリームは低圧検出器１５０に向かって方向付けられる。種々の実施形態において、スプリッタティ１２２及びスプリッタリストリクタ１２５を含む受動スプリッタ１２０には、層流の場合におけるダルシーワイスバッハの関係式及び／又はポアズイユの関係式等の既知の法則が適用される。このような法則に則ると、制限量及びスプリッタリストリクタ１２５にわたる圧力降下は、分割流れストリームの流れの大きさを決定付ける。分割流路における総制限量、又はスプリッタリストリクタ１２５が受ける圧力の特定の降下を変化させることにより、分割流れストリームを通る流れの量を調整することができる。種々の実施形態において、スプリッタリストリクタ１２５は、細いリストリクタチューブ、フリットリストリクタ（frit restrictor）、又はそれらのそれぞれの１つ若しくは複数とすることができる。細いリストリクタチューブの一例は、約５０μｍ×約２．０ｍの寸法とすることができるが、本教示の範囲から逸脱することなく他の寸法を組み込むことができる。
一種の能動スプリッタとして機能することができるシャトル弁１３０は、体積が膨張した分割流れストリームの部分量を採取し、別個に提供される希釈流れストリームに導入するように構成されている。希釈流は、シャトル弁によって採取されたサンプル成分の平均濃度を更に低減し、希釈された分割流れストリームをもたらす。体積が膨張した分割流れストリームの部分量を含有する希釈された分割流れストリームは、低圧検出器１５０に方向付けられる。希釈された分割流れストリームは、例えば希釈ポンプ等の希釈源１４０によって提供されるが、本教示の範囲から逸脱することなく、希釈された分割流れストリームを送達する他の技術を提供することができる。希釈流れストリームの流量は、約０．３ｍｌ／分〜約１．０ｍｌ／分、又は包括的には使用する特定の低圧検出器の流れの要件を満たす範囲とすることができる。希釈流れストリームの流量は、当業者には明らかなように、任意の特定の状況に対して固有の利益をもたらすか、又は種々の実施態様の特定用途の要件を満たすように変更することができる。例えば、低圧検出器１５０が質量分析計を包含する場合、希釈源１４０によって提供される流体は、サンプル成分のイオン化を助ける緩衝剤を含むことができる。
部分量とは、体積が膨張した分割流れストリームの、通常（必須ではないが）設定された間隔でシャトル弁１３０によってシステム的に計量されて希釈流れストリーム内に向かう不連続な体積である。シャトル弁の一例は、NICHOLS他による米国特許第７，５７５，７２３号（２００９年８月１８日発行）に記載されており、この米国特許の内容全体は引用することにより本明細書の一部をなすものとする。また、シャトル弁１３０は、例えば、Idex Health and Sciences社のレオダイン部門から入手可能な質量流量減衰器（ＭＲＡ（登録商標））として実現することができる。一般に、質量流量減衰器（ＭＲＡ（登録商標））等の能動スプリッタ又はシャトル弁の使用により、稼動中の分割比の即時的な調整が可能になる。例えば、部分量の体積は、ＭＲＡ（登録商標）においてリアルタイムで変更することができる。部分量の体積（サイズ）は、別の動的な調整をもたらす。これにより、高濃度ピーク（別様には質量分析計及び他の低圧検出器が過負荷及びテーリング（tailing）にさらされる）を、検出に向けてより低い分割比を必要とする後続の軌跡のピークから区別することが可能になる。種々の実施形態において、能動スプリッタを超臨界流れストリームに組み込むことにより、従来のシャトル弁が超臨界流体システムの高圧流れストリームにおける使用に耐えることができない低圧装置である場合でも、実用的になる。
シャトル弁１３０は、体積が膨張した分割流れストリームの残りの部分（これらの部分は希釈流れストリームへの部分量として導入されない）を、廃棄流れストリームレギュレータ１３５を介して廃棄流れストリームとして廃棄部へ方向付けるように更に構成されている。廃棄流れストリームレギュレータ１３５は、シャトル弁１３０が受ける圧力密度を設定する。これは、スプリットリストリクタ１２５の出口において受ける圧力が、廃棄流れストリームレギュレータ１３５によって設定される圧力によって設定され、したがって、スプリッタリストリクタ１２５を通る流れの量及びスプリッタリストリクタ１２５内で起こる体積膨張は、廃棄流れストリームレギュレータ１３５の圧力設定を変更することにより調整することができることを意味する。一実施形態において、廃棄流れストリームレギュレータ１３５は動的に調整可能であり、図４を参照して後述するようにシャトル弁１３０が受ける圧力密度の（リアルタイムの）調整を可能にする。廃棄流れストリームレギュレータ１３５は、例えば、後述するように、受動リストリクタ、背圧レギュレータ（ＢＰＲ）、又はそれらのそれぞれの１つ若しくは複数の組合せとすることができる。廃棄流れストリームレギュレータ１３５は、受動リストリクタである場合、例えば細いリストリクタチューブ、フリットリストリクタ(frit restrictor)、又はそれらのそれぞれの１つ若しくは複数として実現することができる。廃棄流れストリームレギュレータ１３５としての細いリストリクタチューブの一例は、約０．１２ｍｍ×約４００ｍｍの寸法とすることができるが、本教示の範囲から逸脱することなく他の寸法を組み込むことができる。
図２は、別の代表的な一実施形態に係る超臨界流体システムにおける装置の簡略化されたブロック図である。
図２を参照すると、超臨界流体システム２００は、分離ユニット１１０と、低圧検出器１５０と、流れスプリッタ１０５とを備え、流れスプリッタ１０５は、図１を参照して上述したように、分割流れストリームにおいて圧力及び分析物の濃度を低減する。流れスプリッタ１０５は、スプリッタティ１２２と、スプリッタリストリクタ１２５と、シャトル弁１３０と、廃棄流れストリームレギュレータ１３５とを含む。
図示の実施形態では、超臨界流体システム２００はメイクアップ（makeup：補給）ポンプ２１５を更に備え、メイクアップポンプ２１５は、リザーバ（図示せず）からのメイクアップ流体を用いてメイクアップ流をもたらすように構成されている。すなわち、メイクアップポンプ２１５は、移動相がスプリッタティ１２２に入る前に、リザーバ（図示せず）からの追加の溶媒を、分離ユニット１１０を出る高圧移動相に圧送することができる。例えば、メイクアップ流のメイクアップ流体は、メタノール等の有機液体から構成することができ、検出器の動作を向上させる添加物を含んでもよい。メイクアップ流の流量は、例として約０．５ｍｌ／分〜約３．０ｍｌ／分の範囲とすることができるが、メイクアップ流量は、当業者には明らかなように、任意の特定の状況に対して固有の利益をもたらすか、又は種々の実施態様の特定用途の要件を満たすように大幅に変更することができる。
また、超臨界流体システム２００は、高圧検出器２２１と、圧力維持装置２２２と、分取装置２２３とを備える。高圧検出器２２１は、例えば、円二色性等の技術を用いたＵＶダイオードアレイ検出器又はキラル式検出器（chiral based detector）等の非破壊検出器とすることができる。高圧検出器２２１は、主流れストリームにおいて分析物を検出し、分析物を表す信号をコントローラ又は処理ユニット（図示せず）に提供するように構成されている。高圧検出器２２１及び分取装置２２３は任意であり、省くことができることが理解される。１つの高圧検出器２２１が示されているが、例えば、本教示の範囲から逸脱することなく、略同時の検出を行う複数の高圧検出器２２１を含むことができることが理解される。
一般的に、コントローラ又は処理ユニットは（例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）又は専用ワークステーションの）コンピュータプロセッサ、用途特定集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルアレイ（ＦＰＧＡ）又はそれらの組合せによって、ソフトウェア、ファームウェア、ハードワイヤード論理回路又はそれらの組合せを用いて実施することができる。特に、コンピュータプロセッサはハードウェア、ファームウェア又はソフトウェアアーキテクチャの任意の組合せから構築することができ、そのプロセッサが種々の機能を実行することを可能にする、実行可能なソフトウェア／ファームウェアのコードを記憶するメモリ（例えば、揮発性メモリ及び／又は不揮発性メモリ）を備えることができる。一実施形態において、コンピュータプロセッサは、例えばオペレーティングシステムを実行する中央処理ユニット（ＣＰＵ）を備えることができる。
主流れストリームは、高圧検出器２２１を出た後、例えばＢＰＲとすることができる圧力維持装置２２２を通過する。圧力維持装置２２２は、移動相が高圧検出器２２１に適合する圧力を上回る上流圧力を維持する。圧力維持装置２２２によって維持される上流圧力は、例えば約９０ｂａｒ〜約４００ｂａｒの代表的な範囲で動作することができる。高圧検出器２２１を出るサンプル成分を含有する移動相は、分取装置２２３によって収集される。分取装置２２３は、例えば、上述のコントローラ又は処理ユニットに通して低圧検出器１５０及び／又は検出器２２１の１つ若しくは複数によって検出された別個の分析物の存在を知る。ここでも、１つの分取装置２２３が示されているが、本教示の範囲から逸脱することなく、例えば、検出された分析物の収集に向けて複数の分取装置２２３を備えることができることが理解される。スプリッタリストリクタ１２５の選択、並びにシャトル弁１３０、廃棄流れストリームレギュレータ１３５、及び希釈源１４０の設定は、システムの分割比に影響を与えるだけでなく、分析物が流れスプリッタ１０５を通って低圧検出器１５０へと通過する時間にも影響を与える。低圧検出器１５０が分取装置２２３をトリガするのに用いられる場合、この通過時間は、スプリッタリストリクタ１２５を通る高流量及びスプリッタリストリクタ１２５内の低体積、並びに希釈源１４０からの高流量を維持することにより最小限に抑えるべきである。通過時間又は流れスプリッタ１０５及び低圧検出器１５０に関連した処理の遅れを補償する必要がある場合、スプリッタティ１２２を出て検出器２２１に入る体積のより大きい配管を選択することにより、システムに遅れを追加することができる。
図３は、別の代表的な一実施形態に係る超臨界流体システムにおける装置の簡略化されたブロック図である。
図３を参照すると、超臨界流体システム３００は、分離ユニット１１０と、低圧検出器１５０と、流れスプリッタ１０５とを備え、流れスプリッタ１０５は、図１を参照して上述したように、分割流れストリームにおいて圧力及び分析物の濃度を低減する。流れスプリッタ１０５は、スプリッタティ１２２と、スプリッタリストリクタ１２５と、シャトル弁１３０と、廃棄流れストリームレギュレータ１３５とを含む。図示の実施形態では、超臨界流体システム３００は、図２を参照して上述したように、メイクアップポンプ２１５と、高圧検出器２２１と、圧力維持装置２２２と、分取装置２２３とを更に備える。
しかし、超臨界流体システム３００では、リザーバからの希釈流れストリームを圧送するように構成された希釈ポンプ等の別個の希釈源１４０によって希釈流れストリームは提供されない。そうではなく、希釈流れストリームはメイクアップポンプ２１５によって提供されるメイクアップ流の一部として生じ、受動リストリクタ２２５を通過する。種々の実施形態において、受動リストリクタ２２５は、例えば、細いリストリクタチューブ、フリットリストリクタ、又はそれらのそれぞれの１つ若しくは複数とすることができる。シャトル弁１３０は、体積が膨張した分割流れストリームの部分量を、メイクアップポンプ２１５からのメイクアップ流を遮断して（tapped off）希釈流れストリームに導入し、図１を参照して上述したものと同じ低圧検出器に方向付けられる希釈された分割流れストリームをもたらす。概して、圧力維持装置２２２が一定の圧力で動作する場合（包括的には分取ＳＦＣシステムにおける通常使用）、受動リストリクタ２２５にわたる圧力も一定となる。受動リストリクタ２２５にわたるこの一定の圧力は、追加のポンプを用いずに一定の希釈流をもたらす。
図４は、別の代表的な一実施形態に係る超臨界流体システムにおける装置の簡略化されたブロック図である。
図４を参照すると、超臨界流体システム４００は、分離ユニット１１０と、低圧検出器１５０と、変更された流れスプリッタ１０５Ａとを備え、流れスプリッタ１０５は、図１を参照して上述した流れスプリッタと同様に、分割流れストリームにおいて圧力及び分析物の濃度を低減する。変更された流れスプリッタ１０５Ａは、スプリッタティ１２２と、スプリッタリストリクタ１２５と、シャトル弁１３０とを含む。さらに、変更された流れスプリッタ１０５Ａは、動的に調整可能な廃棄流れストリームレギュレータ４３５を備え、廃棄流れストリームレギュレータ４３５は、シャトル弁１３０が受ける圧力密度の（例えばリアルタイムの）動的な調整を可能にする。すなわち、調整可能な廃棄流れストリームレギュレータ４３５は、シャトル弁１３０を介して移送される体積が膨張した分割流れストリームの部分量に対して圧力調整（ひいては密度調整）をもたらす。図４の例に示されているように、廃棄流れストリームレギュレータ４３５は、直列に接続された廃棄リストリクタ４３６及び調整可能なＢＰＲ４３７を含むことができる。この構成では、調整可能なＢＰＲ４３７は、シャトル弁１３０が受ける圧力密度の調整を可能にする。調整可能な圧力は、分割リストリクタ１２５を通る全体的な流れにも影響を与える。
図示の実施形態では、超臨界流体システム４００は、メイクアップポンプ２１５と、希釈源１４０と、図１及び図３を参照して上述した高圧検出器２２１と、圧力維持装置２２２と、分取装置２２３とを更に備える。当然ながら、代替的な形態では、変更された流れスプリッタ１０５Ａを超臨界流体システム３００（図３を参照して上述したように、希釈源１４０を備えないが、メイクアップポンプ２１５から受動リストリクタ２２５を介して希釈流れストリームを提供する）に組み込むことができる。
図５は、代表的な一実施形態に係る、超臨界流体システムの移動相から、例えば質量分析計を含むことができる低圧検出器（例えば低圧検出器１５０）にサンプルを供給する方法のフロー図である。
図５を参照すると、本方法は、ブロックＳ５１１において、超臨界流体システムの分離ユニット（例えば分離ユニット１１０）によって出力される移動相を分割流れストリームと主流れストリームとに分割することを含む。この分割は、分離ユニットに対して下流に配置された受動スプリッタ（例えば、スプリッタティ１２２及びスプリッタリストリクタ１２５）を用いて達成することができる。
ブロックＳ５１２において、主流れストリームは、必要に応じて圧力維持装置（例えば圧力維持装置２２２）に方向付けられる。主流れストリームは、１つ又は複数の検出器（例えば、高圧検出器（複数の場合もある）２２１）、及び、１つ又は複数の検出器によってそれぞれ特定される対象の分析物を含む主流れストリームの一部を収集する１つ又は複数の分取装置（例えば、分取装置（複数の場合もある）２２３）にも必要に応じて方向付けることができる。使用される場合、検出器（複数の場合もある）及び分取装置（複数の場合もある）は、例えば図２に示されているように、圧力維持装置に連続して接続することができる。上述したように、圧力維持装置は、上流の圧力を、移動相が１つ又は複数の高圧検出器に適合する圧力を上回るように維持する。
ブロックＳ５１３において、低圧検出器に向かって方向付けられる分割流れストリームの圧力は低減され、分割流れストリームの体積膨張を引き起こす。分割流れストリームの圧力を低減することは、分割流れストリームをスプリッタリストリクタ（例えばスプリッタリストリクタ１２５）に通して方向付けることを含むことができる。
ブロックＳ５１４において、体積が膨張した分割流れストリームの部分量を、シャトル弁（例えばシャトル弁１３０）に通して希釈流れストリームに導入し、希釈された分割流れストリームをもたらす。ブロックＳ５１５において、希釈された分割流れストリームを低圧検出器に方向付ける。種々の実施形態において、本方法は、体積が膨張した分割流れストリームの残りの部分（すなわち、体積が膨張した分割流れストリームの、部分量として希釈流れストリームに導入されない部分）を、廃棄流れストリームレギュレータ（例えば廃棄流れストリームレギュレータ１３５、４３５）を介して廃棄部に方向付けることを更に含むことができる。上述したように、廃棄流れストリームレギュレータは調整可能であり、シャトル弁が受ける圧力密度の調整を可能にすることができる。圧力密度の調整はリアルタイムで行うことができる。また、シャトル弁が受ける圧力密度を調整するために、廃棄流れストリームレギュレータによって設定される圧力は、例えば、調整可能な流れストリームレギュレータ（例えば、調整可能な流れストリームレギュレータ４３５及び／又はＢＰＲ４３７）を用いて調整することができる。一実施形態において、圧力はリアルタイムで調整することができる。
図６Ａは、受動スプリッタ（例えば、スプリッタティ１２２及びスプリッタリストリクタ１２５）のみを用いて経時的に、紫外線（ＵＶ）信号（上）及び質量分析計（例えば低圧検出器１５０）によって表示される質量分析計信号（下）を示す軌跡を示している。図６Ｂは、本明細書に記載の種々の実施形態に係る、流れスプリッタ１０５（シャトル弁１３０等を含む）を用いて経時的に、ＵＶ信号（上）及び質量分析計（例えば低圧検出器１５０）によって表示される質量分析計信号（中央及び下）を示す軌跡を示している。
図６Ａ及び図６Ｂに示されている例において、テオフィリンの高濃度溶液（１８０μｌ、１ｍｇ／ｍｌのサンプル濃度）を、６．２ｍｍ×２５０ｍｍの５μシリカクロマトグラフィカラム（例えば分離ユニット１１０）に注入した。流量は約５ｍｌ／分とし、クロマトグラフィカラムを出る移動相は約２０％のメタノールとした。圧力維持装置２２２は約１００ｂａｒに設定した（例えばＢＰＲ設定）。従来のＳＦＣシステム（種々の実施形態の流れスプリッタを利用しない）を示す図６Ａでは、低圧検出器１５０からの質量分析計信号６２０は、分取の際に低圧検出器１５０からの質量分析計信号の使用を妨げるオーバーロード、抑圧（suppression）、及びテーリングを示している。図２に示されているＳＦＣシステム２００を示す図６Ｂでは、例えば、低圧検出器１５０からの質量分析計信号６４０は適切に形成され、高圧検出器２２１からのＵＶ信号６３０を表すとともに、高圧検出器２２１からのＵＶ信号６３０の時間と整合する。信号６４０等の適切に表された信号は、低圧検出器１５０を利用する収集に向けた目標ピークの特定のための論理をトリガする分取装置２２３と適時相互作用することを可能にする。
当業者であれば、本教示に従う多くの変形形態が可能であり、添付の特許請求の範囲内にとどまることを理解する。これらの変形形態及び他の変形形態は、当業者には、本願の明細書、図面及び特許請求の範囲を閲覧した後に明らかになるであろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲の趣旨及び範囲内であること以外において限定されるものではない。
１００ 超臨界流体システム
１０５ 流れスプリッタ
１１０ 分離ユニット
１５０ 低圧検出器
１０５ 流れスプリッタ
１１０ 分離ユニット
１５０ 低圧検出器
Claims (10)
- 分離装置によって出力される移動相を用いる超臨界流体システムの流れスプリッタ装置であって、前記移動相は、減圧されると体積が膨張し、該装置は、
前記移動相を受け取り、該移動相を主流れストリームと分割流れストリームとに分割し、該分割流れストリームの圧力を低減して、該分割流れストリームの体積膨張を引き起こすように構成された受動スプリッタであって、前記主流れストリームは圧力維持装置に方向付けられる、受動スプリッタと、
前記体積が膨張した分割流れストリームの体積部分量を希釈流れストリームに導入し、希釈された分割流れストリームをもたらし、該希釈された分割流れストリームを低圧検出器に方向付けるように構成されたシャトル弁と、
を備える、装置。 - 前記受動スプリッタは、前記移動相を前記主流れストリームと前記分割流れストリームとに分割するように構成されたスプリッタティと、前記分割流れストリームの前記圧力を低減し、前記分割流れストリームの体積膨張を引き起こすように構成されたスプリッタリストリクタとのうちの少なくとも一方を含み、前記受動スプリッタは、少なくとも９０ｂａｒの圧力で動作するように構成されている、請求項１に記載の装置。
- 前記シャトル弁は、前記体積が膨張した分割流れストリームの、体積部分量として前記希釈流れストリームに導入されない残りの部分を、廃棄流れストリームレギュレータを介して廃棄部に方向付けるように更に構成され、前記廃棄流れストリームレギュレータは、前記シャトル弁が受ける圧力密度を設定することと、
前記スプリッタリストリクタは、細いリストリクタチューブ又はフリットリストリクタのうちの少なくとも一方を含むことと、
のうちの少なくとも一方を含む、請求項２に記載の装置。 - 前記廃棄流れストリームレギュレータは動的に調整可能であり、前記シャトル弁が受ける前記圧力密度の調整を可能にすることと、
前記廃棄流れレギュレータは、廃棄リストリクタ又は背圧レギュレータのうちの少なくとも一方を含むことと、
のうちの少なくとも一方を含む、請求項３に記載の装置。 - 前記主流れストリームは、１つ又は複数の高圧検出器と、前記主流れストリームの一部を収集する分取装置とに方向付けられることであって、前記分取装置は、該１つ若しくは複数の高圧検出器又は前記低圧検出器のうちの少なくとも一方によって特定されるものである、方向づけられることと、
メイクアップポンプは、前記受動スプリッタの前に前記移動相に溶媒を提供するように構成され、前記希釈流れストリームは、受動リストリクタを介して前記メイクアップポンプによって提供される前記溶媒の一部を含むことと、
前記希釈流れストリームは希釈ポンプによって提供されることと、
前記圧力維持装置は背圧レギュレータ（ＢＰＲ）を含むことと、
前記低圧検出器は質量分析計を含むことと、
前記シャトル弁は質量流量減衰器（ＭＲＡ（登録商標））を含むことと、
のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の装置。 - 超臨界流体システムの移動相から低圧検出器にサンプルを供給する方法であって、該方法は、
前記超臨界流体システムによって出力される前記移動相を分割流れストリームと主流れストリームとに分割することと、
前記分割流れストリームの圧力を低減して、該分割流れストリームの体積膨張を引き起こすことと、
前記体積が膨張した分割流れストリームの体積部分量を希釈流れストリームに導入し、希釈された分割流れストリームをもたらすことと、
前記希釈された分割流れストリームを前記低圧検出器に方向付けることと、
を含む、方法。 - 前記主流れストリームを、圧力維持装置と、高圧検出器と、該高圧検出器及び前記低圧検出器のうちの少なくとも一方によって特定される対象の分析物を含む前記主流れストリームの一部を収集する分取装置とに方向付けることを更に含む、請求項６に記載の方法。
- 前記分割流れストリームの前記圧力を低減することは、該分割流れストリームをスプリッタリストリクタに通して方向付けることを含む、請求項６に記載の方法。
- 前記体積が膨張した分割流れストリームの前記体積部分量を前記希釈流れストリームに導入することは、前記体積が膨張した分割流れストリームをシャトル弁に方向付けることを含む、請求項６に記載の方法。
- 前記体積が膨張した分割流れストリームの、体積部分量として前記希釈流れストリームに導入されない残りの部分を、廃棄流れストリームレギュレータを介して廃棄部に方向付けることと、
前記シャトル弁が受ける圧力密度を調整するために、前記廃棄流れストリームレギュレータによって設定される圧力を調整することと、
を更に含む、請求項９に記載の方法。
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