JP2020532724A - 固定充填床を有するクロマトグラフィカラム及びそのカラムを充填する方法 - Google Patents
固定充填床を有するクロマトグラフィカラム及びそのカラムを充填する方法 Download PDFInfo
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Abstract
クロマトグラフィカラムは、カラムの上流端部に永久的に取り付けられ且つカラムを通したボアの1つの端部を遮る保持プラグを有する。プラグは、その中を通る流体通路を有する。通路の上流端部は、好ましくは、しかし任意選択的に、通路の下流端部よりも直径が大きい。保持プラグの上流の上流多孔質部材は、上流エンドキャップによって保持され、且つプラグに向かって付勢される。クロマトグラフィ媒体は、上流多孔質部材から、保持プラグ内の通路を通して、下流エンドキャップによって保持された下流多孔質部材に延びる。保持プラグと下流多孔質部材との間の媒体は、圧縮下にあり、充填媒体の床を形成する。
Description
本出願は、媒体を有する高圧液体クロマトグラフィ(HPLC:high pressure liquid chromatography)カラムに特に適すると考えられる、管状カラムにクロマトグラフィ媒体を充填するための方法及び装置に関する。
高圧液体クロマトグラフィ(HPLC)カラムは、カラム内に床を形成するクロマトグラフィ媒体を収容し、床は、典型的には、ガラス、セラミック若しくは金属製のスクリーン又はフリットなどの2つの多孔質部材間に位置する。媒体床は、充填されても又は充填されなくてもよい。(特許文献1)は、毎回の使用前に媒体を手動で振盪させるための十分なヘッドボリュームをカラムが有する非充填カラムの例である。
HPLC及びUHPLCカラムにおいて、クロマトグラフィ床内の空隙及び床の不均一性は、カラムの性能を低下させるおそれがある。HPLC及びUHPLCカラムでは、空隙容量のない充填床が特に望ましく、床を圧縮することは、そのような空隙容量の低減に役立つ。充填媒体床は、1つの端部に第1の多孔質部材を有するカラムを取り、第1の多孔質部材によって拘束される媒体をカラムに充填し、媒体の他の端部に第2の多孔質部材を配置し、ラム又は他の圧縮機構を使用して2つの多孔質部材間の媒体を物理的に圧縮することによって形成され得る。(特許文献2)は、カラム内に充填ピストン及び機構を保持する軸方向圧縮充填の一例である。この充填方法は、高価なハードウェアがカラム内に残る不必要に長く且つ重いカラムを生じさせ、これらは、全て望ましくない。
媒体のクロマトグラフィ床を圧縮するための軸方向圧縮の使用は、非多孔質基材ではかなり良好に機能するが、非多孔質媒体の圧縮強さを欠く多孔質媒体及び表面多孔質(コアシェル)媒体では不十分に機能する場合がある。これは、十分に高い圧縮圧力下で押しつぶされ、充填クロマトグラフィ床を通る流れの不均一性を生じさせるか又はカラムの下流多孔質部材を詰まらせる可能性のある破片又は微粉を生成するシリカ媒体に特に当てはまる。多孔質及び表面多孔質クロマトグラフィ粒子は、多くの場合、スラリー充填を用いて充填され、スラリー充填では、第1の多孔質部材(例えば、フリット)は、カラムの下流端部に配置され、流体キャリア(好ましくは溶媒)中に懸濁されたクロマトグラフィ媒体のスラリーは、カラムの反対にある開端部に流れ、キャリア流体は、下流多孔質部材を通過し、スラリーの流れ及びキャリア流体の圧力によって充填された媒体でカラムを満たす。カラムが所望の程度まで満たされると、スラリーの流れ及び流体の流れが停止され、第2の多孔質部材がカラムの上流端部に配置される。
クロマトグラフィ粒子は、多孔質部材を通過しないため、スラリー充填中、上流多孔質部材は、取り外されており、スラリー充填が完了した後に充填クロマトグラフィ床に対して配置される。残念ながら、流体充填圧力が解放されると、圧縮床は、膨張するため、カラムに上流多孔質部材を付加することができる前に床が膨張し、スラリー充填圧力によって得られた圧縮の少なくともいくらかを解放する。これは、(特許文献3)に記載されており、そこでは、カラムの端部を越えて押し出された媒体を除去し、多孔質部材に隣接する床をわずかに圧縮するために段付き多孔質部材を付加する。この特許及びその他は、スラリー充填を使用して床膨張の悪影響を低減する試行すべき様々な手法を記載しているが、カラム床を充填するためのより簡単であり、より迅速であり、且つより一貫した手法が依然として必要とされている。したがって、様々な理由から、充填クロマトグラフィ床の床膨張を低減及び保持するためのより簡単であり、より迅速であり、且つより安価な手法が非常に望ましい。
スラリー充填に関するこれらの困難のいくつかに対処するために、(特許文献4)と同様に、スラリー充填を使用するものの、カラム内にピストンのみを保持し、充填機構の大半をカラムの外部に残す充填方法及びこれにより得られるカラムが開発された。しかし、この充填機構は、圧力を解放することなく充填床に対してピストンを保持するために多くの部品及び固定システムを必要とする。したがって、クロマトグラフィ床の望ましい圧縮を維持し、充填床の密度を増加しながらも、これらのカラムにクロマトグラフィ媒体を一貫して充填するためのシンプルでより安価な手法が依然として必要とされている。
本発明は上記した懸案を鑑みてなされたものである。
クロマトグラフィカラムであって、反対にある上流端部及び下流端部を有する管状本体を有し、上流端部取付具及び下流端部取付具は、管状本体に接続されている、クロマトグラフィカラムが提供される。管状本体は、管状本体及びカラムの長手方向軸線に沿って延びる内部ボアを有する。カラムは、管状本体の上流端部に永久的に取り付けられた保持プラグであって、ボアの1つの端部を塞いで、保持プラグを越える流体の通過を阻止する保持プラグを含む。保持プラグは、好ましくは、保持プラグを通して長手方向軸線に沿って延びる単一の流体通路を有するが、通路は、このように配置されるか又はこのような数に限定される必要はない。保持プラグは、反対にある上流端部及び下流端部を有し、流体通路は、保持プラグの上流端部における第1の直径及びプラグの下流端部における第2の直径の開口部を有する。カラムは、保持プラグの上流にあり、且つボアにわたって延びる上流多孔質部材も有する。カラムは、管状本体の下流端部に隣接する位置でボアにわたって延びる下流多孔質部材を有する。管状本体は、保持プラグと下流多孔質部材(例えば、フリット)との間に連続的な壁を有し、それにより、ボアは、保持プラグと下流多孔質部材(例えば、フリット)との間に流路を画定する。クロマトグラフィ媒体は、上流多孔質部材から保持プラグ内の通路を通して下流多孔質部材に延び、クロマトグラフィ媒体中に空隙はない。保持プラグと下流多孔質部材との間のクロマトグラフィ媒体の部分は、圧縮下にあり、且つ充填媒体の床を形成する。
流体通路の多くの変更形態が利用可能である。流体通路の第1の直径は、第2の直径と同じであり得る。しかし、通路の第1の上流直径は、有利には、通路の第2の下流直径よりも大きい。上流端部取付具は、上流多孔質部材を、長手方向軸線に沿って上流方向に移動しないように保持し得る。流体通路は、好ましくは、保持プラグの上流端部に円錐状部分を有し、この円錐状部分は、より小さい直径へと下流方向に収束する。更に、円錐状部分は、保持プラグの上流端部から下流端部に延び得る。流体通路は、任意選択的に、円錐状部分の下流に位置する円筒状部分を有し得、円錐状部分は円筒状部分の上流端部に接合する。流体通路は、リテーナプラグの下流端部に向かって直径が拡大する、広がる円錐状部分(diverging conical portion)を有し得る。円錐状部分は、保持プラグの下流端部における凹状のくぼみと流体連通し得、このくぼみは、クロマトグラフィ媒体に当接する。流体通路は、凹状のくぼみを含み得る。凹状のくぼみは、放物線形状又は円形形状の1つを含む、長手方向軸線に沿って取られた断面を有するくぼみを含み得る。通路の第1の上流開口部は、第2の下流開口部よりも直径が小さいことができるが、通路の上流端部に通路の大きい方の開口部を有することが好ましいと考えられる。
更なる変更形態では、流体通路の下流端部は、直径が最大で約14mmの開口部に関して、ボアの直径の約1/5〜約1/3の開口部を有し得る。流体通路の下流端部は、代わりに、ボアの直径の約1/2〜3/4の開口部を有し得る。保持部材は、任意選択的に、それぞれ最小通路直径を有する複数の流体通路を有し得、この最小直径は、好ましくは、しかし任意選択的に同じである。クロマトグラフィ媒体は、多孔質粒子の床、又は表面多孔質粒子の床、又は非多孔質粒子の床、又はポリマー粒子の床、又はシリカ粒子の床、又はハイブリッド有機/無機粒子の床を更に含み得る。
ボアを有する管状本体を有し、ボアは、ボアを通る全ての流れをろ過し、且つ好ましくはボアにわたって延びる下流多孔質部材と、上流保持プラグであって、管状本体の上流端部に締結され、且つ保持プラグを通した流体通路以外のボアを通る流れを遮る上流保持プラグとの間に位置するクロマトグラフィ媒体の充填床のための空間を画定する、クロマトグラフィカラムを充填する改良された方法も有利に提供される。方法は、下流多孔質部材と保持プラグとの間にクロマトグラフィ媒体の充填床を形成するために、溶媒及びクロマトグラフィ粒子のスラリーを0.689476MPa(100psi)超の所定の充填圧力下で流体通路に通す工程を含み得る。流体通路は、好ましくは、保持プラグの上流面上における上流開口部及び保持プラグの下流面上における下流開口部を有し、上流開口部及び下流開口部は、管状本体の長手方向軸線を中心にして配置される。保持プラグは、管状本体に永久的に締結される。
方法は、保持プラグと下流多孔質部材との間に圧縮クロマトグラフィ媒体床が形成されるとき、且つ圧縮された媒体粒子が流体通路及び場合により保持プラグの上流のカラムの任意の部分を満たすとき、スラリー及び溶媒の流れを停止する工程も含む。スラリー及び溶媒の流れが停止されると、床は、流体通路の下流開口部内に膨張し得る。スラリーの流れが停止された後、上流多孔質部材は、保持プラグの上流の位置でボアの上に、且つ上流多孔質部材と隣接するクロマトグラフィ媒体との間に空隙がない状態でクロマトグラフィ媒体と接触して置かれる。方法は、上流多孔質部材をカラムに締結する工程も含む。保持プラグは、プラグの下流の床の膨張を抑制し、及び上流多孔質部材は、通路内の媒体の膨張を抑制する。
方法の更なる変更形態では、締結する工程は、好ましくは、上流多孔質部材に対してフリットリテーナを付勢する工程と、その多孔質部材の動きを抑制するために管状本体にフリットリテーナを締結する工程とを含む。変更形態は、下流開口部よりも直径が大きい上流開口部を有する保持プラグを使用することも含む。下流開口部は、管状本体を通したボアよりも小さく、及び下流開口部に隣接する保持プラグの部分は、好ましくは、長手方向軸線に沿った方向における充填クロマトグラフィ床の少なくとも一部の床膨張を抑制する。充填圧力は、好ましくは、約68.94757MPa(10,000psi)〜約172.36893MPa(25,000psi)である。方法において使用されるクロマトグラフィ媒体は、少なくとも2nmの細孔径を有する多孔質媒体、又は表面多孔質粒子、又は多孔質粒子を含み得る。クロマトグラフィ床は、好ましくは、空隙容量を有しない。
方法は、配置する工程前及び締結する工程後、保持プラグの頂面の上方に押し出された任意の媒体をかき取る工程を更に含み得る。
上記方法の1つ以上によって充填されたクロマトグラフィカラムも提供される。このような充填カラムは、保持プラグのない状態で充填されたカラムと比較して充填クロマトグラフィ床の向上した密度を有すると考えられ、クロマトグラフィ媒体の向上したかみ合い及び本明細書中に記載される他の利点も有すると考えられる。充填カラムは、少なくとも2nmの細孔径を有する多孔質シリカ粒子の充填クロマトグラフィ床を含み得るか、又は充填カラムは、充填されたポリマー粒子、若しくは充填されたシリカ粒子、若しくは多孔質粒子の充填床、若しくは表面多孔質粒子の充填床を含み得る。
上記方法の1つ以上によって充填されたクロマトグラフィカラムも提供される。このような充填カラムは、保持プラグのない状態で充填されたカラムと比較して充填クロマトグラフィ床の向上した密度を有すると考えられ、クロマトグラフィ媒体の向上したかみ合い及び本明細書中に記載される他の利点も有すると考えられる。充填カラムは、少なくとも2nmの細孔径を有する多孔質シリカ粒子の充填クロマトグラフィ床を含み得るか、又は充填カラムは、充填されたポリマー粒子、若しくは充填されたシリカ粒子、若しくは多孔質粒子の充填床、若しくは表面多孔質粒子の充填床を含み得る。
管状本体であって、反対にある上流端部及び下流端部と、上流端部と下流端部との間で管状本体の長手方向軸線に沿って延びる円筒状のボアとを有する管状本体を含むクロマトグラフィカラムも提供される。外周部を有する保持プラグは、管状本体の上流端部に隣接するボアに流体密状態で永久的に取り付けられる。保持プラグは、保持プラグを通して且つ長手方向軸線に沿って延びる単一の流体通路を有し得る。流体通路は、上流開口部及び下流開口部を有する。カラムは、管状本体の下流端部に隣接するボアにわたって延びる下流多孔質部材も有する。下流多孔質部材は、液体及びガスが下流部材を通ることを可能にする一方、クロマトグラフィ媒体の通過を遮るように構成される。カラムは、管状本体の下流端部に下流多孔質部材を接続する下流エンドキャップも含む。
更なる変更形態では、管状本体の全体は、好ましくは、金属である。流体通路は、流体通路の下流端部が、通路の上流端部の直径よりも小さい直径を有する構成を含む様々な構成を有し得る。即ち、上流開口部は、下流開口部よりも直径が大きい。保持プラグは、好ましくは、管状本体の上流端部と面一の上面を有する。保持プラグは、管状本体のボア内に延びる下流部分と、管状本体の端部の上に延び、且つ端部に永久的に締結される上流部分とを有する帽子形の断面も有し得る。カラムは、保持プラグの上流にあり、且つ多孔質プラグに向かってフリットリテーナを付勢する上流エンドキャップによって保持プラグに向かって付勢される上流多孔質部材を有し得る。流体通路は、好ましくは、クロマトグラフィ媒体を充填され、及び下流多孔質部材と保持プラグとの間のボアは、好ましくは、圧縮下のクロマトグラフィ媒体を充填される。カラムは、好ましくは、シリカクロマトグラフィ媒体、又はポリマークロマトグラフィ媒体、又は多孔質クロマトグラフィ媒体、又は表面多孔質クロマトグラフィ媒体を充填される。
本発明のこれらの及び他の利点及び特徴は、全体を通して同様の番号が同様の部品を意味する以下の図面及び記載に鑑みてよりよく理解されるであろう。
図1〜図4を参照すると、長手方向軸線11を有する管状本体9と、管状本体9の、反対にある第1の端部及び第2の端部上の任意の雄ねじ12とを有するクロマトグラフィカラム10である。本明細書で使用する場合、上流方向及び下流方向とは、カラムの充填中の流れに対する方向を意味する。使用時の充填カラム10の流れの方向は、充填剤の流れの方向と異なり得る。上及び下、上部及び下部、上方及び下方、頂部及び底部の相対方向は、充填中、カラム10が、その上流端部が地面と逆の方に向いた状態で垂直方向にあるときの部品の方向を意味する。
充填カラム10は、管状本体及びカラムの対応する第1の(上流)及び第2の(下流)端部に第1及び第2の多孔質部材14、16を有する。保持プラグ18は、管状本体9の内部に示され、管9の第1の端部に固定されており、様々な可能な形状(後述するような)を有する流体通路26がプラグ18内に延びる。第1の端部取付具20は、第1の多孔質部材14を所定の位置に保持し、好ましくは本体9上のねじ山12に係合することにより、保持プラグ18の上流端部に向かって多孔質部材14を好ましくは付勢し、固定された保持プラグ18に向かってその端部取付具及び多孔質部材を移動させる。第2の端部取付具22は、管9の第2の下流端部上の対応するねじ山に係合する。第1及び第2の端部取付具20、22は、好ましくは、カラム10と、各種のクロマトグラフィ関連機器、分析機器及び充填設備との間に流体接続を設ける。流体の漏れを防ぐために、適切なシールリング28、典型的にはOリング28は、必要に応じて任意選択的に使用され得、分析設備及び場合により充填設備などの設備との流体接続を容易にするために、フリットリテーナ30は、典型的には、各端部取付具20、22の内部の所定の位置に保持される。端部取付具20、22も典型的には金属である。
多孔質部材14、16は、典型的には、液体及びガスが通ることを可能にするが、クロマトグラフィ粒子の通過を阻止する金属、ガラス若しくはセラミックフィルタ又はフリットである。保持プラグ18は、典型的には、2つの一般的なタイプのものであり、第1のタイプは、図1及び図4に示され、反対にある平らな上面及び下面を画定し、円盤形の部品をもたらすほぼ円形の外周部を有する。得られる円盤形は、図1、図4、図5A〜図5E及び図5G〜図5Iのような管状本体9の上流端部にある相手側円筒状くぼみに嵌合する。第2の一般的なタイプは、T字形の断面形状(図2、図4及び図5F)であり、大径が上にあり、小径が下にあり、2つの周辺側部を接合する平らな肩部21(図5F)を有する段階的直径の円盤形の部品を生じる。使用時、得られた段階的形状の円盤は、小径の下流円盤が本体9の上流端部の相手側円筒状くぼみに嵌合し、円盤の大径部分は、管状本体9の端部上又は図2及び図3のように本体9の端部の段付きくぼみ(図示せず)内に延びる。保持プラグ18の1つ以上の隅部は、鋭利な隅部を取り除き、相手側くぼみ及び隣接表面との滑らかな嵌合を確実にするために破壊又は面取りされ得る。
流体通路26は、保持プラグ18内に軸方向に延び得、ボア9及びカラム10と流体連通し、且つボア9及びカラム10の軸線11と好ましくは軸方向に整列する。保持プラグ18の下にクロマトグラフィ床24を形成するために通路26の少なくとも一部に且つ通路26の少なくとも一部内に媒体23が充填されると、カラム10は、スラリー充填媒体床24に当接する保持プラグ18を有し、第1の多孔質部材14及び保持プラグ18は、そのスラリー充填媒体床24の軸方向膨張を抑制する。床24からのいくらかの媒体は、充填圧力が除去されると、通常、流体通路26内に押し出され、通路26内の媒体も充填圧力から解放されると膨張する。第1の多孔質部材14は、保持プラグ18の上流にあり、部材14が所定の位置に保持されているときに通路26内の媒体23の膨張を抑制する。スラリー充填媒体床24の主な及び主要部分は、保持プラグ18と第2の下流多孔質部材16との間にあり、媒体床24は、下流多孔質部材16及び保持プラグ18によってカラム内で圧縮保持される。媒体の床の圧縮は、大気圧を含まない。流体通路26は、クロマトグラフィ媒体23も充填されるが、この充填は、典型的には、充填床24と同じ圧力におけるものではない。いくつかの構成では、保持プラグ18の頂面の上流に位置する管状本体9の非常に短い距離もクロマトグラフィ媒体で満たすことが可能であるが、これは、通路26と同じ低い圧密圧力におけるものである。媒体粒子23は、シリカ又はポリマー粒子であり得、及び非多孔質粒子、表面多孔質(コアシェル)粒子、又は多孔質粒子、シリカゲル、又は修飾シリカゲル、表面修飾シリカゲル、シリカゲルベースのクロマトグラフィ媒体、又は有機/無機ハイブリッド粒子であり得る。本明細書で使用する場合、多孔質媒体とは、完全に多孔質であり、コアシェル媒体又は表面多孔質媒体を含まない媒体を意味する。
管状本体9は、保持プラグ18と下流多孔質部材14との間に連続的な側壁を有する。したがって、本体9内のボアは、保持プラグ18と下流多孔質部材14との間の流路の外周部を画定する。換言すると、カラムは、好ましくは、保持プラグ18と下流多孔質部材14との間のいかなる位置においても、カラム9内のボアに流体連通する側方流体路を有しない。したがって、充填床24を形成する全てのクロマトグラフィ媒体は、保持プラグ18の通路26を通過する。充填されると、上流多孔質部材14である。
クロマトグラフィ媒体中の空隙は、望ましくないため、通路26内のクロマトグラフィ媒体及び保持プラグ18の上流の任意のそのような媒体に当接し、少なくともわずかに圧縮するが、好ましくは媒体を破壊すること及び微粉を発生させることのない上流多孔質部材14を有することが好ましい。クロマトグラフィ媒体23を破損させる圧力は、媒体タイプ及び使用される特定の媒体の性質によって異なるため、保持プラグ18の上部と多孔質部材14の底部との間の媒体の量は、異なる。したがって、任意の充填媒体23が保持プラグ18の上流表面と上流多孔質部材14の下流表面との間に位置する場合、得られる保持プラグ18の上部と上流多孔質部材14の底部との間の距離は、異なり得る。
多孔質媒体は、表面多孔質媒体よりも低い圧縮強度を有し、表面多孔質媒体は、非多孔質媒体よりも低い圧縮強度を有する。例えば、ポリマー媒体は、シリカ媒体よりも圧縮性が高く、そのため、ポリマー媒体の圧縮床は、同程度の粒径のシリカ媒体の床よりも大きく圧縮し且つ大きく膨張し得るため、媒体の基本材料も圧縮強さ及び生じる床膨張に影響を及ぼす。多孔質媒体の細孔径が大きくなるほど圧縮強度が低下する。シェルの厚さ、細孔容積及び細孔の大きさ(表面多孔質材料のシェル内の粒子によって形成される)も表面多孔質粒子の圧縮強度に影響を及ぼす。充填圧力も異なり、より小径の粒子を充填するために、且つ充填媒体床24内のより高い密度を実現するためにより高い圧力が使用される。
有利には、保持プラグ18の上部又は上流端部は、好ましくは、カラム10の管状本体9の上部又は上流端部と面一である。スラリー充填プロセスでは、通常、過剰なクロマトグラフィ媒体23を供給する。カラムの上流端部の上方の過剰媒体は、かき取ることができ、多孔質プラグ14及び端部取付具20は、カラム10及び本体9に取り付けることができるか、又は多孔質プラグの上流端部が本体9の端部と面一である場合、押し出された媒体は、充填床の更なる押し出し及び圧力の損失を抑制するために多孔質部材14が媒体及び通路26上に取り付けられる前に側方にかき取ることができる。これは、通常、カラム10の本体9のねじ山12上に端部取付具20をねじ止めし、クロマトグラフィ媒体に多孔質部材14を押し付け、取付具20を締め付ける際に通路26内及び/又は保持プラグ18の上方の媒体を多くの場合にわずかに圧縮することによって実施される。多孔質部材14が所定の位置に移動したときの上流多孔質部材14と保持プラグ18の上部との間の距離は、保持プラグ18によって作成された充填圧力をできるだけ多く維持するためにできるだけ小さく、容認できない量、又は体積、又は数の微粉を発生させないことが望ましいと考えられる。ときに、多孔質部材14は、ボアの大きさの円盤として、又は小径がボア内に嵌合し、大径が管状本体上の肩部に当接する2直径円盤の段付き部分として、管状本体9のボア内のみに嵌合するような大きさにされる。
したがって、好ましくは、上部又は上流多孔質部材12と保持プラグ18の上部との間に媒体23がなく、上流多孔質部材12と下流多孔質部材14との間の任意の媒体が圧縮され、クロマトグラフィ床24は、通路26内の媒体よりも保持プラグ18によってより大きく圧縮した状態に維持される。保持プラグの下流対向表面は、クロマトグラフィ床24の塊が軸方向上流に移動することを抑制し、いくらかの媒体は、通路26の下流開口部を通してその通路内に押し出される。通路26内の媒体は、上流保持部材12と充填床24との間において、充填床24よりも低い圧力、又は圧縮力、又は密度で圧縮されると考えられる。
保持プラグ18の頂面は、管状本体9の上端部の下流にあり得、そうである場合、好ましくは、上端部の数ミリメートル以内にある。好ましくは、頂面は、本体9の端部と面一であるため、媒体23の除去は、簡略化され、押し出された媒体を片側にかき取ることによって実施される。本体9の上端部と面一であるか、又は本体9のその上端部からわずかに下流に凹設されたリテーナプラグ18を有するいずれの構成においても、保持プラグ18の上方の媒体23の任意の層(存在する場合)の厚さは、好ましくは、上流多孔質部材14を配置するために第1の上流端部取付具20を締め付けることで保持プラグ18の上方及び上流多孔質部材14の下方のあらゆる媒体23を押しつぶさず、そのため、微粉を形成しないようなものである。有利には、上流多孔質部材14は、保持プラグ18の頂面に当接し、任意選択的に、上流多孔質部材14は、通路26の上流開口部のわずかに内側に嵌合するように構成及び配置される。
保持プラグ18内の通路26は、媒体23で満たされ、その通路の大きさ及び形状は、上流多孔質部材14がカラム10に取り付けられるときにその通路内の媒体にかかる圧力に影響を及ぼし得る。充填床の膨張を最小限にするために、床24及び通路26にかかる十分な圧力を維持しつつ、つぶれる媒体23の粒子ができるだけ少なく、且つ発生させる微粉ができるだけ少ないことが望ましい。保持プラグ18の軸方向長さをできるだけ短くすることも望ましいと考えられる。
図5A〜図5Iを参照すると、保持プラグ18内の通路26は、様々な構成を有し得、特定の構成は、通路26a〜26iと称し、保持プラグは、概して、保持プラグ18と称する。保持プラグ18内の通路26は、好ましくは、その上流端部が広く、その下流端部が狭い。これは、空隙がなく且つプラグ18が使用されない場合よりも高密度に充填された床を有する充填媒体床24を形成するために使用される高圧充填中に通路を詰まらせることなく、保持プラグ18内に媒体23を通すためである。したがって、通路26の壁は、傾斜しても円錐状通路26a(図5A)のように直線である必要はなく、代わりに、通路26g及び図5Gのように曲線(凸状又は凹状)であり得る。この通路26aの最小断面積は、保持プラグ18の下流端部における円錐状通路26aの最小直径の面積によって決定される。
通路26の直線側壁は、作製がより簡単なために製造の観点から好ましいと考えられるが、球面研削機の制御された動きによって得られる曲線壁も好適と考えられる。通路26の壁は、好ましくは、高圧充填中に通路内におけるスラリーの通過を容易にするために滑らかであり、壁は、RA0.2032マイクロメートル(8マイクロインチ)未満の表面仕上げに研磨されることが望ましいと考えられる。
保持プラグ18の上流表面からそのプラグの下流表面まで延びる円錐状通路26を有することが好ましいと考えられる。通路26について以下で更に説明するが、一例として、軸線11に沿って測定した保持プラグ18が長さ約1.5〜3mmであり、カラムの直径が約4.6mmである場合、約20°の挟角を有する円錐部26aが好適と考えられる。保持プラグの軸線11に沿って測定した長さが約1.5mmであるとき、円錐状通路26aの大きい方の上流直径は、約3mmであり、円錐部の小さい方の下流直径は、約1.5mmである。5μ以下の粒子サイズを使用するほとんどのスラリーでは、約25mm(約1インチ)未満の直径に対する通路26の最小開口部直径は、約1.5mmであると考えられる。
カラム10を作製するために、流体通路26を有する保持プラグ18は、管状本体9のボア内の所定の位置に後に取り付けられる、好ましくは所定の位置に永久的に取り付けられる別個の部品として形成され得る。保持プラグ18は、好ましくは、管状本体9と同じ材料のもの、典型的にはステンレス鋼であるが、代替的に、通路26の変形のリスクを冒すことのない融解した金属による永久結合を容易にするために、本体9よりも高温で融解する金属を含み得る。しかし、プラグ18は、チタンを含む他の金属で作製され得、いくつかの用途ではPEEKなどのポリマーであり得る。金属製保持プラグ18では、円筒又は円盤は、典型的には、所望の外部表面仕上げを伴って所望の直径に形成され、流体通路26は、保持プラグ18内に機械加工及び/又は研削され、その後、好ましくはRA0.2032マイクロメートル(8マイクロインチ)未満の所望の滑らかさに研磨される。保持プラグ18は、プラグが所望の長さに既に切断されている場合には機械加工、ドリル加工及び/若しくは研削され得るか、又はプラグは、流体通路26がドリル加工及び/若しくは研削又は研磨された後に長い円筒状のロッドから所定の長さに切断され得る。流体通路26を形成するための他の製造順序が用いられ得、通路の壁の滑らかな表面を実現するために化学仕上げを含む機械研磨以外の他の手法が用いられ得る。保持プラグ18がポリマーである場合、通路26は、1つの鋳造又は成形操作でプラグの形成と一体に成形され得る。
保持プラグ18が形成されると、プラグ18が動かず、且つカラムが充填されてクロマトグラフィ床24が形成されたときから充填床24がもはや使用されなくなるか又は必要とされなくなるまで動くことができないように、保持プラグ18は、管状本体9に取り付けられる。カラム10は、典型的には、ステンレス鋼であり、カラムの軸線11に沿って延びる研磨された内部ボアを有する。保持プラグ18は、保持プラグ18が締まり嵌めによって所定の位置に保持されるようにカラムの上流端部に圧入され得る。締まり嵌めは、カラムと保持プラグ18の周縁部との間において、漏れることなくカラムの動作圧力及び充填圧力に耐えるのに十分なシールも提供し、これらの圧力は、シリカゲル及び他の粒子に関して後述するように数千psi若しくはkpaであり得るか、又はポリマー粒子では数百psiであり得る。
保持プラグ18と管状本体9との間の流体密封を確実にするための付加的な工程として、プラグ18が所定の位置に圧入される前に現場硬化型接着剤又はシーラントがプラグ18の外側にコーティングされ得る。保持プラグ18が管状本体9内の所定の位置に配置されると現場硬化する適切な接着剤(本明細書ではエポキシを含む)のみを用いて、管状本体9内の所定の位置に保持プラグ18を保持させることが可能と考えられる。接着剤を用いる任意の締結機構は、カラムの寿命を継続させるのに適した頑丈且つ耐久性のある接着剤及びカラムの用途に適合する接着剤を必要とする。接着剤は、充填若しくは使用中の漏れに対する更なるバリアを提供するために、且つ/又は動きに対する追加的な締結機構を提供するために任意の機械的な締結機構とともに使用され得る。
保持プラグ18はまた、摩擦溶接を含め、所定の位置に溶接又はろう付けされ得る。軸線11に沿う溶接又はろう付けされた金属の接触長さは、好ましくは、保持プラグ18の全長であるが、それ未満であり得る。しかし、好ましくは、0.127mm(0.005インチ)以上である。管状本体9上の雌ねじ又は雄ねじを保持プラグ18上の対応して位置するねじ山と嵌合させることは、可能であるが、あまり望ましくないと考えられ、好ましくは少なくとも2つの全ねじ山が係合し、より好ましくは保持プラグの外側全体にねじ山が設けられ、カラム上の対応するねじ山と係合する。ねじ付き接続部は、他の種類の接続部と同様に、充填圧力に適応するように構成されていなければならず、例えば疲労破壊によってカラムの寿命を減少させることなく圧力を使用する。ねじ付き接続部が使用される場合、接続部は、好ましくは、本体9に対してプラグ18を固定するための干渉ねじを含むか、又はプラグの外端部は、部品を互いに取り付けるために変形させ得る(例えば、つぶされるか又は杭が打たれる)。カラム9の端部は、好ましくは、軸線11に対して平らであり、必要に応じて、端部は、クロマトグラフィ用途で機能するように研削され得るか又は必要に応じて仕上げられ得る。任意のねじ付き接続部の漏れないシールを更に確実とするために、又は更にカラムに対してプラグを配置し、取り付けるために、接着剤を使用することも好適と考えられる。
管状本体9は、管状本体9内に位置停止部56(図3)を形成することにより、カラムの軸線11に沿った所定の位置に保持プラグ18を配置するように構成され得る。同様に、管状本体9は、下流多孔質部材16と保持プラグ18との間の充填クロマトグラフィ床の長さを決定するために、軸線11に沿った所定の位置に下流多孔質部材16を配置するように構成され得る。図3〜図4に見られるように、この位置停止部は、好ましくは、カラムの1つ又は両方の反対端部にある環状段付きくぼみとして形成され、保持プラグを配置し、且つ充填床24の長さを画定するために保持プラグ18の下流端部が当接する肩部56又は軸方向停止部を形成する。したがって、多孔質部材18の位置停止部56は、好ましくは、本体9内のボアに一致するように環状肩部をドリル加工又はリーマ加工することによって形成される。同じタイプの環状肩部又は軸方向停止部が下流多孔質部材28に対して形成されるか、又は多孔質部材は、管状本体9の端部に押し付けられるか、若しくはそうでなければフリットリテーナ30によって所定の位置に保持される外周部を有し得る。
図4及び図5Fを参照すると、保持プラグ18は、本体9及びカラム10のボアに嵌合する小径部分58と、管状本体9の環状端部の少なくとも一部の上に延びる大径部分60とを有する階段状の断面を有し、帽子形の断面又はT字形の断面を形成し得る。大径部分60は、本体9の端部又は本体9の肩部に載り、下流端部に向かう軸線11に沿った動きを制限することができるフランジ又は肩部21を形成する。エンドキャップ20及びフリットリテーナ30などの保持機構は、上流多孔質部材14が軸線11に沿って上流方向に移動することを防止する。下流多孔質部材16は、同様に、エンドキャップ20及びフリットリテーナ30などの保持機構を使用することにより、本体9のボア内部の所定の位置に保持されるか又は本体9の下流端部に押し付けられる。
保持プラグ18が管状本体9に締結される手法に応じて、下流多孔質部材16は、保持プラグ18の前又はプラグ18の後に取り付けられる必要があり得る。典型的には、ボアは、管状本体9内に形成され、その後、肩部56を形成するために本体の各反対端部が機械加工される(例えば、ドリル加工、穴開け加工、エンドミル加工)。保持プラグ18は、好ましくは、圧入又は本明細書中に記載される他の手法により、上流肩部56に載るように挿入され、保持プラグを本体9に取り付ける。通常、本体9が、本体に取り付けられた保持プラグ18を有する場合、下流多孔質部材20は、本体に取り付けられる。下流多孔質部材16は、本体9の下流端部から挿入されるため、下流肩部に載り、下流多孔質部材を所定の位置に保持するために下流フリットリテーナ30及び下流エンドキャップ20が取り付けられる。本体9に保持プラグ18を締結することによって生じる任意のクリーニングは、下流多孔質部材が本体に接続される前に実施される。
充填前の空の管状本体9は、管状本体9のボア内に所定の長さの空の空間を画定する下流多孔質部材16及び保持プラグ18を有するカラム10を有し、充填クロマトグラフィ床がプラグ18と下流多孔質部材28との間に形成される。充填のため、端部取付具22は、カラムとの流体接続を形成するために、典型的にはカラムの外端部上のねじ山12を使用して管状本体9に接続される。上流接続部は、端部取付具20を用いて形成され得るが、典型的には別個の流体充填接続部が典型的には本体9の上流端部上のねじ山12を使用してカラムの上流端部に接続される。溶媒及び充填媒体23のスラリーは、保持プラグ18の通路26を通して強制的に送られ、下流多孔質部材16は、媒体23を保持する一方、溶媒は、下流多孔質部材を通過し、下流端部取付具22の流体接続部から出ることができる。スラリーの充填圧力及び流れは、好ましくは、所定の量の媒体がカラム10に供給されるまで維持される。典型的には、保持プラグ18と下流多孔質部材16との間の容積を充填し、多孔質部材16とプラグ18との間に所望の充填クロマトグラフィ床24を形成するのに必要なものよりも多くの媒体23が供給される。過剰媒体は、通路26を充填し、任意選択的に、充填プロセスに応じて保持プラグ18の上方に延在し得る。溶媒の流れは、媒体23を含有するスラリーの流れが停止した後に継続し得る。溶媒の流れが停止し、スラリー充填接続部が取り外された後、本体9は、典型的には、管状本体9の端部の上方に押し出されたいくらかの媒体を有する。この過剰媒体は、かき取られ、上流端部取付具20及び上流多孔質部材14は、通常、本体部分上のねじ山12と嵌合する端部取付具上のねじ山によって本体部分9に締結され、それによりクロマトグラフィ用途に好適な完成カラム10を形成する。カラムの設計に応じて、端部取付具20は、保持プラグ18の頂面に対して、又は管状本体のボアのわずかに内側に、又は通路26の上流開口部に若しくはそのわずかに内側に上流多孔質部材14を配置するために締め付けられる。
充填スラリー及び溶媒の流れが停止されると、充填クロマトグラフィ床24にかかる圧力も停止し、床が膨張する。通路26の下流開口部を包囲及び画定する保持プラグ18の下流端部は、この床膨張に逆らう。通路26の下流開口部を包囲し、且つクロマトグラフィ媒体の充填床に当接する保持プラグの部分は、媒体に当接する保持プラグのその部分の軸方向下方にある充填クロマトグラフィ床の全て又は実質的に全ての軸方向膨張を停止させると考えられる。したがって、保持プラグ18の下流開口部は、好ましくは、良好な充填密度及び速い充填のための十分に大きい開口部をなお可能にしつつ、できるだけ小さい。いくらかの媒体は、通常、通路26の下流開口部を通して通路26内に押し出されるが、その押し出された媒体の大部分は、下流開口部の軸方向下方の領域、場合により充填床24に当接する保持プラグ18の下流開口部の外側径方向距離の隣接する10%〜15%から到来すると考えられる。ボア直径の10〜35%の直径を有する下流開口部を有する、約13mm以下のボアを有するカラムについて、通路26内に押し出される実質的に全て(例えば、80%超)の媒体粒子23は、通路26の下流開口部の軸方向下方の充填床の部分及びその下流開口部を包囲し、且つその開口部の真下にある領域から到来すると考えられる。ボア直径の約20%の下流開口部が使用に適しており、充填床24を維持し得ると考えられ、ボア直径の約10%〜95%の下流開口部は、充填カラム10の性能における利点を提供すると考えられる。
管状本体9の内部円筒状壁は、かなり滑らかなため、充填床24は、カラムの壁に沿って滑り、保持プラグ18の下流側に対して膨張するか又はこれを押すと考えられる。管状本体9の円筒状のボア又は壁のそばのプラグ18の隅部には、充填プロセスから生じる空隙がわずかながら存在すると考えられ、充填床24の膨張は、充填中に生じ得るそのようなあらゆる空隙容量を満たすと考えられる。得られる充填カラムは、上流多孔質部材14と下流多孔質部材16との間に空隙を実質的に含まず、これらの多孔質部材間で圧縮下にあるのみならず、保持プラグ18の底部又は下流端部と下流多孔質部材16及びそれとの間でより高い圧縮下にあると考えられる。保持プラグ18は、媒体床24の充填圧力及びこれにより得られる圧縮を維持すると考えられるが、保持される圧縮の量は、数ある因子の中でもとりわけ、通路26の下流開口部の大きさ及びカラムの直径に依存する。上流多孔質部材14は、通路26内の媒体及び保持プラグ上の任意の媒体の膨張を抑制すると考えられる。流体充填装置を取り外すと、通路26内の媒体は、大気圧に達し、充填床24の通路26への膨張により、接続された端部取付具20と多孔質部材14とに対して媒体が押され、これにより膨張に抵抗し、通路内の充填圧力を決定するため、通路26内の圧力は、多孔質部材14とエンドキャップ20とがどの程度速く接続されるかに大きく依存する。
充填床24の圧縮は、充填床の密度にも反映される。5つのカラムに対する予備試験では、性能の向上が示された。5つの150×4.6mmカラムに1.8μの多孔質媒体を充填し、約3mmの上流開口部及び約1.5mmの下流開口部及び約1.5〜3mmの軸方向長さを有する円錐状通路26aの約20°の挟角を有するリテーナプラグ18を用いて充填した。これは、カラム9のボア直径の約21%の直径を有する下流開口部をもたらした。これらのカラムを、プラグ18のない状態で充填された5つのカラムと比較した。両方のタイプのカラムは、同じスラリー充填方法を使用して75.84219MPa(11kpsi)で充填した。多孔質材料を用いた市販のカラムに使用されているものと同じ充填方法を使用して充填された10個のカラムの比較では、保持プラグ18のない5つのカラムと比較すると、保持用プラグ18を用いた5つのカラムは、充填床24の密度が3.5%の平均密度増加を有したことを示す。床密度の増加に加えて、保持プラグ18を伴って充填されたカラムは、ピークの非対称性の顕著な向上及び効率の上昇を有した。
加えて、保持プラグ18を伴って充填されたカラムは、同じ媒体及びスラリー充填方法を使用して充填された同じ寸法の同等のカラムと比べて安定性能の顕著な向上を有すると考えられる。安定試験用のカラムは、上記のカラム、媒体及び1つの試験カラムの場合、リテーナプラグ18を使用して72.394952MPa(10,500psi)の圧力で充填された。試験では、100mMリン酸ナトリウム(pH6.8)及び90/10v/vの100mMリン酸ナトリウム(pH6.8)/イソプロパノールを2つの異なる流速、0.35mL/min及び0.48mL/minで使用した。全てのカラムで同じ手順が使用され、この手順は、以下のように開始及び終了した。100mMリン酸ナトリウム(pH6.8)を0.35mL/minで20分間、90/10v/vの100mMリン酸ナトリウム(pH6.8)/イソプロパノールを異なる流速で441分間流し、これに続いて、100mMリン酸ナトリウム(pH6.8)による流速の0.48〜0.35mL/minの直線的な増加を伴う10分間の方法及び20/80v/vのメタノール/水でのカラムの10分間のフラッシュを行い、その後、手順を終了し、続いて流れを8時間にわたって除去した。この手順中、様々な箇所で24回の注入を行った。この試験手順を105時間の合計カラム時間にわたって12回繰り返した。試料は、2.50mg/mLのチログロブリン、5.00mg/mlの免疫グロブリンG、2.50mg/mLのオバルブミン、1.25mg/mLのミオグロビン、11mg/mLの水に溶解させたウリジンであり、注入量は、0.7μLであった。背圧がある状態のウリジンピークの効率を、全体を通して記録した。カラムは、このピークの本来の効率の25%を超える損失があれば試験不合格とみなした。標準的なカラムは、20カラム時間後に不合格になり、保持プラグ18を有するカラムは、約90時間耐久した。
粒子充填媒体23は、充填床24を形成する際にかみ合い、軸方向に圧縮された粒子の横方向のかみ合いによって床が単一のユニットとして移動することも考えられ、そのため、保持プラグ18がカラムの壁又はボアから十分に遠く内側に延びる場合、充填床24の外周部がカラム内の滑らかな壁又はボアの周りで軸方向膨張することを抑制することは、床全体の拘束に役立つ。通路26の下流開口部の大きさが小さくなるほどかみ合いが大きくなり、充填クロマトグラフィ床24の軸方向膨張に対する抵抗が大きくなると考えられる。充填床24は、充填床24の一部が軸線11に沿って且つ通路26内に押し出されるように、通路26が位置する場所の上流で半球状に隆起し得るが、充填床24全体の大部分は、圧縮されたままであり、それ自体は、通路26内に押し出されない。
充填床24から通路26内に媒体23が押し出される単位時間当たりの速度は、急速に減少するが、スラリーの濃度、媒体粒子23のサイズ、床24の圧密圧力及びスラリー充填圧力、充填床24の直径並びに充填クロマトグラフィ床24に当接する通路26の開口部の大きさに応じて減少した速度で継続し得る。
充填クロマトグラフィ床24から通路26内への媒体粒子23の押し出しをできるだけ早く停止すると有利である。この押し出しの停止は、上流多孔質部材14(例えば、上流フリット)及び使用される機構を問わずその上流多孔質部材を所定の位置に保持することによって達成される。保持プラグ18は、床を顕著な膨張から保持し、上流多孔質部材は、充填床24の粒子23がその保持プラグ18内の通路26内に徐々に押し出されることを停止するために使用される。
上流端部取付具20が取り外され(存在する場合)、流体充填用の接続部が取り外され、押し出されたあらゆる媒体がかき取られるか又は他の手法で除去された後、次いで、上流多孔質部材14は、通路26内に延びる充填物23の軸方向の動きを停止し、したがって通路26への粒子23の押し出しによって生じる漸進的な床膨張を制限及び停止するためにカラム上に配置される。多孔質部材14は、有利には、上流端部取付具22によって所定の位置に保持され、上流端部取付具22は、カラムのねじ山12と嵌合するねじ山(又は他の締付及び締結機構)によって締め付けられ、上流多孔質部材14は、保持プラグ18の上方の媒体23に押し付けられ、保持プラグ18の上流及び上流多孔質部材14の下流における媒体23の膨張を停止及び/又は制限する。要するに、端部取付具20は、多孔質プラグ18内及び多孔質プラグ18の上方において多孔質部材14を媒体23に押し付け、通路26内における充填床24及び媒体23の押し出しを停止する。多孔質プラグ18が床膨張の大部分を停止し、上流多孔質部材14が床膨張の漸進的な低減を停止すると、部品は、協働して床圧縮を固定し、床膨張を停止する。保持プラグ18は、圧縮されるクロマトグラフィ床24が流体充填中に受ける圧縮の一部、好ましくは大部分を固定する。プラグ18の下流開口部は、固定された圧縮が、プラグ18及び通路26の構成に依存する程度まで徐々に解放されることを可能にする。上流多孔質部材14は、床が通路26に押し出されることを停止し、通路26を通じた床圧縮の損失を停止及び制限し、通路26内の充填密度を実質的に超える充填密度を有する圧縮床24をもたらすと考えられる。
上記のように、充填クロマトグラフィ床24は、クロマトグラフィカラムの滑らかなボアに沿って滑ると考えられるため、保持プラグ18は、床の上流端部の全体にわたって延びて、通路26内の床の押し出しによって低減される床圧縮の全て又はほぼ全てを抑制する必要は必ずしもない。抑制プラグ18の底面による周辺抑制の量は、抑制プラグ18の下流端部における通路26の開口部の大きさに関係する。上記のように、通路26の開口部の大きさは、とりわけ、スラリー及び溶媒の組成、粒子サイズ、粒子タイプ、粒子のかみ合い、ボア直径及び充填圧力を含む多くの因子に依存する。通路26は、詰まることなく通路内にスラリーを通さなければならないか又は導かなければならないが、軸方向の床膨張にできるだけ耐えるために、抑制プラグ18の残部による十分な軸方向抑制を可能にする。
通路26の下流開口部の大きさは、好ましくは、管状本体9内のボアの直径又は保持プラグ18の外径の約1/5〜1/3であると考えられる。直径が大きくなるほどより速い充填及びスラリーのより少ない詰まりを可能にするが、軸方向の床膨張に対する抑制が低下するとともに、粒子23の潜在的な押し出しのためのより大きい開口部がもたらされ、床圧縮が低減される。それでもなお、通路26の下流端部の開口部は、使用中、管状本体9のボア直径の95%ほども含み得ると考えられるが、これは、通路26への望ましくない量の押し出し及び付随する床膨張をもたらすと考えられるため、好ましくない。通路26の下流端部の大きさがカラム内のボアの直径の約0.5〜0.7倍であるとより好ましいと考えられる。より好ましくは、通路26の下流端部の大きさが管状本体9内のボアの直径の約0.3〜0.5倍であると考えられる。また、理想的には、カラムの直径の約0.2〜0.35倍の下流通路の開口部の直径が好適であると考えられる。直径が小さいほど好適と考えられるが、カラムのボア直径が5mm未満である場合、媒体23の濃度の高いスラリー又は大きい粒子によって詰まるリスクを被る。直径が25.4mm(1インチ)を超えるボアを有する大きいカラム10では、約13mm以上の開口部直径を有する通路26は、詰まりを防ぐために好適と考えられるが、ボア直径にわたる床の均一な充填を確実にするには小さすぎる可能性がある。クロマトグラフィ媒体粒子23を含有するスラリーは、充填クロマトグラフィ床24を形成するように選択された充填圧力下でこれらの様々な大きさの開口部を通過する。
約5mmのボア直径を有するカラム内に直径約2ミクロンの多孔質媒体粒子23を使用する1つの好適な実施形態において、通路26の上流入口開口部は、通路の下流出口開口部の直径よりも約2〜2.5倍大きく、各々の直径は、約3〜1.5mmである。軸線11に沿った厚さが10mm未満である保持プラグ18では、通路26の上流入口開口部が通路26の下流出口開口部の直径の約2〜5倍であることが望ましいと考えられる。
図1〜図4を参照すると、軸線11に沿って測定したカラム10の本体9内の保持プラグ18の位置は、既知の長さの媒体床24を有するカラムの作製を可能にするために好ましくは既知であり、且つ一定である。そのようなカラムの有効長は、保持プラグ18の下流表面と下流多孔質部材16の上流表面との間の距離に相当する、クロマトグラフィ媒体24の充填床の距離によって典型的には決定される。多孔質部材14、16は、典型的には、平らな円盤である。保持プラグ18の下流端部は、好ましくは、平らであるが、図5A〜図5I及び図6に示すような及び本明細書中に記載されるような他の形状を有し得る。
通路26の上流部分の傾斜角について、流体充填中における通路内及び保持プラグ18の上方の媒体粒子23の損傷を回避する観点から部分的に上述した。円錐状通路26の最適な傾斜角は、媒体タイプ、媒体サイズ、スラリー(濃い又は薄い)、溶媒、通路26の下流開口部の大きさ、充填圧力及び軸線11に沿ったプラグ18の厚さによって異なる。直径約2ミクロンの多孔質媒体粒子23を使用する、少なくとも直径が約1〜5mm、長さが約2〜4mmのボアについて、円錐状通路26の挟角は、約10〜120度が好適と考えられ、約15〜40度の角度がより望ましいと考えられ、約20度の角度が好ましいと考えられる。
通路26は、図5Aの保持プラグ18及び通路26aの軸方向厚さ全体にわたって延びる円錐形以外の適切な形状を有し得ると考えられる。通路26に好適と考えられる様々な形状は、図5A〜図5Iに示されるとともに、本明細書中に記載される。図5Bは、保持プラグ18の下流側に好ましくは開口している円筒状の下流部分42と流体連通し且つこれに接合する(下流方向に)収束する円錐形の上部又は入口40を有する通路26bを示す。この通路26bの最小断面積は、円筒状の下流部分42によって決定される。
図5Cは、流体通路26cを有する保持プラグ18を示し、流体通路26cは、保持プラグを通る軸線11に対して非常に小さい傾斜角を有する収束する円錐状入口40を有し、円錐状入口40の軸方向長さよりも大きく且つ軸線11に沿ったプラグ18の軸方向長さの大部分を超える軸方向長さを有する下流円筒状部分42を有する。円筒状部分42の軸方向長さの約20〜45%である円錐状入口40の軸方向長さが好適と考えられ、円錐状入口部分40では約5〜10°の最小傾斜角が好適と考えられる。
図5Dは、非常に大きい直径及び保持プラグを通る軸線11に対して約140°〜170°の非常に大きい傾斜角を有する収束する円錐状入口40を有する流体通路26dを有する保持プラグ18を示す。下流円筒状部分42は、円錐状入口40の軸方向長さよりも大きい軸方向長さを有する。図示される実施形態では、入口部分40は、浅く、出口部分42の軸方向長さの約1/5の軸方向長さを有する。相対軸方向長さは、異なり得る。この通路26eの最小断面積は、円筒状の下流部分42によって決定される。
図5Eは、入口から出口までプラグ内の全体に延びる円筒状部分42を有する流体通路26eを有する保持プラグ18を示す。この実施形態は、充填クロマトグラフィ床24の膨張を抑制するのに好適と考えられるが、媒体23がより破損しやすいか又は充填圧力が高いときにより低い充填圧力及び流速を要すると考えられる。なぜなら、通路26eへの上流進入口における傾斜側面の欠如により、高流速及び高充填圧力下で媒体が損傷し、微粉を発生させると考えられるからである。
図5Eに示すような円筒状の上流部分は、本明細書中に記載される広がるする下流開口部のいずれかと、特に後述の図5Iに示される円錐形の下流開口部44とを組み合わせるのに好適と考えられる。球面形状又は平らな底部を取り囲む丸みのある内側隅部を有する表面46の修正された球面形状(図5G)又は表面48の放物線形状(図5H)などの凹状の開口部を通路26eの下流部分として使用することも好適と考えられる。したがって、図5B〜図5D及び図5F〜図5Hに示される抑制プラグを逆向きに、通路の円筒状部分が通路の上流端部を形成する状態で使用することも可能と考えられる。したがって、通路26の上流開口部は、好ましくは、下流開口部よりも大きいが、通路26の上流開口部は、下流開口部の直径よりも小さい直径のものであり得ると考えられる。しかし、本明細書中で述べる理由からあまり好ましくない。
図5Fは、保持プラグを通る軸線11に対して比較的大きい傾斜角を有する収束する円錐状入口40を有する流体通路26fを有するT字形又は帽子形の保持プラグ18を示す。下流円筒状部分42は、円錐状入口40の軸方向長さよりも大幅に小さい軸方向長さを有する。軸線11に沿った保持プラグ厚さの軸方向長さの最大で約80〜90%である円錐状入口の軸方向長さが好適と考えられる。保持プラグ18は、大径の上部部分60と小径の下流部分又は底部部分58とを有し、肩部又はフランジ21を形成する。肩部21は、使用中、管9の頂部又は管9内の内部肩部(図示せず)上に載る。肩部21及び得られる保持プラグの大径は、カラム10に保持プラグ18を締結するための追加的な選択肢を提供する。この通路26fの最小断面積は、円筒状の下流部分42によって決定される。
図5Gは、曲線の下流隅部、好ましくは円形の隅部を有する凹状の入口部分46を有し、より好ましくは入口部分46が球面であり、円筒状の下流部分42と交差する保持プラグ18を示す。したがって、通路26gの断面は、丸みのある隅部を有する入口部分又は球面状入口部分46を有する。この通路26gの最小断面積は、円筒状の下流部分42の断面積によって決定される。
図5Hは、流体通路26h内に円筒状の下流部分42を有する、放物線形状の入口部分48を有利に形成する凹状のくぼみを有する保持プラグ18を示す。したがって、通路26hの断面は、入口48に放物線形状を形成する。通路26の他の変形形態と同様に、軸線11に沿った上流部分と下流部分の相対長さは、異なり得る。
図5Iを参照すると、インサートプラグ18は、収束する円錐状の入口通路40と、下流(及び中間)円筒状通路42と、更に下流の広がる円錐状の出口部分44とを有する通路26iを有する。この通路26iの最小断面積は、円筒状通路42の断面積によって決定される。広がる円錐状部分44の表面仕上げは、好ましくは、収束する円錐状の入口通路40及び中間部分42の表面仕上げよりも粗く、少なくとも10倍粗いことができるが、好ましくは流体充填中に乱流を形成するほど粗くなく、且つ媒体粒子23の当接面を損傷し、微粉を発生させるほど粗くない。充填床24に面する通路26の部分の表面粗さの増加は、中間部分42内における媒体床24の膨張の低減に役立つと考えられ、上流に面する通路26の部分のより滑らかな表面は、スラリーが通路26内を流れ、管状本体9に入り、充填床24を形成することを容易にすると考えられる。
収束する円錐状部分40は、軸線11に沿ったより短い距離に延びること以外にはほぼ上記のように構成されている。中間円筒状部分42は、媒体粒子23が保持プラグ38を通過する際に媒体粒子23を損傷する可能性のあるあらゆる鋭い縁を避けるのに役立つと考えられる。広がる円錐状部分44は、媒体のスラリーを分散させ、カラム、特に大きいボア直径を有するカラムのより良好な充填を達成するのに役立つと考えられる。後述する複数の通路26の使用は、単一の通路又は通路26の形状によって生じる充填の問題を緩和するのに役立ち得る。広がる円錐状部分44は、流体充填圧力が停止された後の充填床24の膨張も低減すると考えられる。下流円錐状部分44の傾斜面は、媒体粒子23のかみ合いを増すために粒子を内方に案内する一方、軸線11に沿った上流の動きに対する抵抗を与え、円錐状部分44を詰まらせると考えられる。充填流体圧力が停止されたときの充填床24の膨張を最小限にするために、下流円錐状部分44は、軸方向に動かないことが重要である。充填中に通路26を詰まらせることを避けるために、保持プラグ18が塞がれず、充填のためにスラリー及び充填媒体23の流れに対して開かれることも重要である。
各円錐状部分40、44の相対寸法は、円錐状通路26に関して上述したものと同じパラメータに応じて異なる。中間部分42の直径は、通路26の下流開口部と同じ因子に依存すると考えられる。中間部分42の直径は、好ましくは、通路26の下流開口部とほぼ同じ大きさであるが、中間部分42は、同じカラムの通路26の下流開口部よりもわずかに小さいことができる(直径が5〜20%小さい)と考えられる。下流円錐状部分44の最大直径は、好ましくは、上流円錐状部分40の最大直径よりも小さい。床膨張が軸線11に沿って軸方向に媒体粒子23を押すよりも多く軸線11に向かって内方に媒体粒子23を押し、それにより粒子のかみ合いが増し、通路36を詰まらせるように、下流円錐状部分44の傾斜角は、上流円錐状部分40の傾斜角よりも大きくすべきであると考えられる。図示される実施形態では、上流円錐状部分40は、約50°の挟角で傾斜する対向壁を有し、下流円錐状部分44は、約80°の傾斜角で傾斜する対向壁を有する。下流壁が90度を超える挟角で傾斜するとき、粒子が軸線11に沿って軸方向に移動するよりも多く粒子が軸線11に向かって内方に移動し、その増加した横移動が粒子のかみ合い及び通路26の詰まりを増加させ得る。したがって、通路26の任意の下流部分の挟角は、90°又は90°超であることが有利と考えられる。挟角が180°に近づくにつれて、軸線11に向かう内方向の移動が減少する。通路26の下流部分を形成する円錐状壁に関して、軸線11に対する約45°〜80°の傾斜角が好適と考えられ、これは、約90°〜160°の挟角に相当する。
圧縮される軸方向位置に床を固定し、床の軸方向膨張を抑制するために抑制プラグ18を使用する概念は、直径が25.4mm(1インチ)の数分の1(例えば、0.040インチ又は約1mm)の小さいボアから直径が数インチ(例えば、4インチ又は約100mm)のカラムまで、直径が異なるカラム10に適用できると考えられる。軸線11に沿った保持プラグ18の厚さは、約0.0101センチメートル(0.004インチ)(数mmの小さい直径のボア)〜約1.778センチメートル(0.7インチ)(大きい10.16センチメートル(4インチ)径のボア)で異なることが好適と考えられる。1mmよりも小さい内径を有するカラムは、この方法及び装置では不適当と考えられる。通路26iを有する保持プラグ18について、軸線11に沿った厚さが約0.01016センチメートル(0.004インチ)であり、上流円錐部40の上流直径がカラムのボア直径とほぼ同じプラグ38を有することが好適と考えられるが、円錐部直径は、ボア直径よりもわずかに小さいことが好ましいと考えられ、0.0127センチメートル(0.005インチ)のボアに対して0.0114センチメートル(0.0045インチ)の円錐部開口部が好ましいと考えられる。円錐部44の下流開口部は、上流円錐部40と同じ寸法を有し得る。もう一方の極端として、管状本体9内の約10.16センチメートル(4インチ)のボアに対して、管状本体9内の10.16センチメートル(4インチ)ボアに対して上流円錐状部分44に約10.16センチメートル(4インチ)の最大直径を有する通路26iを有する保持プラグが好適と考えられ、中間円筒状部分42の最大直径は、約8.89センチメートル(3.5インチ)であり、下流円錐状部分44の直径は、上流部分と同じである。
保持プラグ18の全ての変形形態において、通路26、特に通路26の上流部分は、充填プロセス中に媒体粒子23を充填され、その媒体は、上部多孔質部材14によって更なる膨張が抑制される。したがって、多孔質部材14は、通路2内の膨張する媒体23を保持する一方、保持プラグ18は、膨張する床24の大部分を保持すると考えられ、更に通路26の下流開口部を通る膨張を阻止することによって床24の膨張を制限すると考えられる。
使用に適した流体密封を形成するために、図1の第1の端部取付具20では、カラム又は本体9の端部に対してフリットリテーナ18を付勢するために、又は本体9の環状肩部56若しくは環状端部に対して保持プラグ18を十分に付勢するためにカラム本体9の端部上にねじ山が設けられている。図6A〜図6Bに示すように、圧縮端部取付具も使用され得る。いずれかの端部取付具20、22が圧縮端部取付具66又は任意の他の端部取付具を含むことも適切と考えられる。圧縮端部取付具66は、(好ましくは円筒状の)側壁70を有する中空環状ナット68を有する。ナット68の1つの端部は、開放しており、他の端部又は底部72は、本体9の外周部よりもわずかに大きい中央に位置する穴を有する。クロマトグラフィカラム本体9は、好ましくは、円筒状であり、底部72の穴は、好ましくは、円形である。側壁70にねじ山が設けられており、図は、側壁70の内側に面する側にねじ山74Aを有するものとして示すが、外側にねじ山を設けることができる。
フェルール76がカラー68内に配置され、底部72上に載っている。フェルール76は、中心穴を有するため、本体9の外周部上を摺動することができる。フェルールは、本体9の長手方向軸線に向かって内方にテーパする円錐形の外部表面77を有し、したがって底辺が底部72にあるか又は底部72に隣接し、三角形の頂点がカラー68の開端部に向かって延びる三角形の断面を有する。取付具本体78は、第1の端部に把持面80、その第2の端部にねじ付き表面74Bを有し、ねじ付き表面は、使用中、ねじ山74Bがねじ山74Aにねじ式に係合するような大きさにされている。取付具本体78の第2の端部内の円筒状の空洞は、底部72の穴を通過するとともにフェルール72を通過する本体9の相手端部を受け入れる。ねじ付き入口及び関連する通路82は、取付具本体78の中心軸線に沿って延び、液体クロマトグラフィ設備に接続される。円錐状端部84が取付具本体の第2の端部に形成され、フェルール76の円錐形の外部表面77を受け入れるように成形されている。
ナット68及び取付具本体78は、互いに対して回転し、嵌合するねじ山74A、74Bによってナットと取付具本体が互いに向かって移動する。ねじ山74A、74Bが互いに対して回転すると、取付具本体及びフェルールの嵌合円錐面84、77によってフェルール72が本体9に対して圧縮され、本体9を掴み、本体9の長さに沿った所定の位置にナット68を固定する。ねじ山74A、75Bが互いに対して回転すると、取付具本体78内の空洞の上部が第1の多孔質部材14に接触し、保持プラグ18に対して且つ本体9の端部に向かって第1の多孔質部材14を付勢し、クロマトグラフィカラムの使用に十分な流体密封を形成する。フェルール72は、好ましくは、適切なプラスチック、ポリマー又はエラストマーのものである。圧縮接続では、嵌合するねじ山を使用し、2つの傾斜面を互いに対して軸線に沿って移動させ、それにより1つの傾斜面をカラムに対して締め付ける。圧縮接続の全般的な操作は、既知と考えられるが、多孔質部材14及び保持プラグ18を用いてシールを形成するための使用の適応は、新規と考えられる。
カラム及び本体9の第2の端部にある圧縮取付具にも類似の構造が提供されるため、説明は繰り返さない。しかしながら、第2の圧縮取付具は、プラグ18を有さず、したがって、取付具本体78は、本体9の端部に対して第2の多孔質部材16を付勢し、クロマトグラフィ用途のために十分な流体密封を形成する。
本明細書中に開示される方法及び装置は、それぞれ金属本体を要するHPLCカラム及びUHPLCカラム(超高圧液体クロマトグラフィカラム)での使用に特に適すると考えられる。HPLC媒体床24は、典型的には、2μを超える(用途に応じて最大で20μ以上)媒体粒子を使用し、典型的には0.344738MPa(50psi)〜約68.94757MPa(10,000psi)又は82.737088MPa(12,000psi)の圧力で充填される。UHPLC媒体床は、典型的には、2μ以下の媒体粒子を使用し、典型的には約0.0689476MPa(10psi)〜68.94757MPa(10,000psi)〜約172.36893MPa(25,000psi)で充填される。保持プラグ18は、好ましくは、これらの正常充填圧力において保持プラグ18が上方に半球状に隆起しないように作製される。より小さい直径のカラム10では、この半球状の隆起形成は、通常、問題とならないが、7.62〜10.16センチメートル(3〜4インチ)径のカラムのようにカラムのボアが大きくなると、プラグ18のあらゆる半球状の隆起形成は、充填床24の密度に顕著な影響を及ぼす可能性がある。したがって、リテーナ部材18は、好ましくは、半球状の隆起形成を避けるために十分に剛性に作製され、半球状の隆起形成を避けることはもとより、充填圧力を低減し且つ床密度を低減する保持プラグ18の軸方向の動きを避けるようにカラム10に締結される。
保持プラグの中央に通路26を配置することは、保持プラグ18にかかる最大半球状隆起形成力の解放に役立ち、また通路26が存在しない場合と比べて、保持プラグを軸方向によって薄く維持することを可能にする。更に、保持プラグ18の下流端部が媒体粒子28を導き得る内側横方向及び媒体床24中の媒体粒子のかみ合いの増加も、保持プラグ18に必要な強度の低減に役立ち、したがってまたその保持プラグの軸方向厚さを低減すると考えられる。
本明細書中に記載される保持プラグ18並びに関連する方法及び装置は、HPLC及びUHPLCに特に有用であり、高い圧力に適応するために、本体9、プラグ18、フリットリテーナ30及びエンドキャップ20、22は、好ましくは、金属製であり、より好ましくはステンレス鋼製である。使用される材料は、関与する圧力及び力並びに必要な接続に適している。したがって、例えば、本体9に永久的に締結される保持プラグは、そのような永久締結に適した材料のものであり、クロマトグラフィ床24によってプラグ18の底部に作用される圧力及び上流多孔質部材14による任意の力を含む所望の充填圧力及び動作圧力に耐える。より低い圧力の用途では、適切なプラスチックが用いられ得る。したがって、本明細書中に記載される方法及び装置は、固相抽出(SPE:solid phase extraction)を含む、プラスチック本体を用いるクロマトグラフィカラムでの使用にも適すると考えられる。本明細書中に記載される方法及び装置に最も適すると考えられる充填圧力は、現在の技術を使用すると、ポリマー粒子では0.689476MPa(100psi)超、好ましくは数百psi、シリカ及び非ポリマー粒子ではより好ましくは約34.47379MPa(5,000psi)〜206.84272MPa(30,000psi)であると考えられる。方法及び装置は、更により高い圧力に好適と考えられる。
上記方法及び装置は、本体9に永久的に取り付けられた保持プラグ18を使用し、上流多孔質部材14は、プラグ18並びに/又は通路26及びプラグ18内の媒体粒子23に当接し、スラリー充填の完了後に付加される。保持プラグ18は、本体9に永久的に取り付けられる必要はなく、充填中に安定であり得、その後、保持プラグ18及び隣接する上流多孔質部材14は、下流に移動することができ、プラグ18は、充填クロマトグラフィ床24を更に圧縮する一方、多孔質部材14は、通路26内の媒体を圧縮状態に維持し、スラリー充填後の保持プラグ18の移動中における通路26への更なる媒体の押し出しを制限するようにわずかに下流に移動できることが可能であると考えられるが、あまり好ましくない。この後充填は、ねじ付き保持プラグ18の回転がプラグを移動させ、充填床24を更に圧縮するように、例えば本体9上の相手ねじ山に係合するねじ山を有する保持プラグ18を使用することによって実施され得る。上流端部取付具20上のプロングは、上流多孔質部材14を通過し、保持プラグ18上のくぼみ又は周辺肩部に係合し、プラグ18を回転させ得る。代わりに、多孔質部材は、充填中にその軸方向位置を維持するのに十分な力で本体9のボアに圧入され得、保持プラグ18を下流に移動させ、クロマトグラフィ媒体24の充填床を圧縮するのに十分な力で、上流端部取付具20は、カラム10又は本体9上のねじ山と嵌合し、保持プラグに対して上流フリットリテーナ30を直接若しくは上流多孔質部材14を介して付勢する。通路26への及び/又は通路26内の媒体粒子の押し出しに起因する床圧縮の損失を補償するために必要な保持プラグ18及び多孔質部材14の軸方向の動きは、小さいと考えられ、ボア直径が約12mm未満のカラムでは1mmの数分の1であり、より大きい10.16センチメートル(4インチ)径のカラムでは数mmである。
上記記載では、保持プラグ18内に単一の通路26を使用する。2つ以上の通路26を使用することが好適と考えられ、これは、大径のカラムで好ましい場合がある。カラム10内の小径のボアでは、複数の通路26を使用することは、非現実的であり、均一に充填されるクロマトグラフィ床の実現に必要ない。大径のカラムでは、複数の通路26の使用により、充填床24内の媒体粒子23のかみ合いが増すと考えられ、床圧縮の保持を増加し、スラリー充填の流れが停止した後の通路26への媒体の押し出しを低減すると考えられる。複数の通路が使用される場合、長手方向軸線11を中心に対称に通路を配置することが有利と考えられ、本明細書中に記載される形状が好適と考えられる。したがって、2つの通路26が本体9の正反対の側にあり、通路の中心線は、軸線11から同じ径方向距離に180°離隔し、3つの通路26は、120°離隔し、軸線11から同じ径方向距離に位置する。4つの通路26は、軸線11から同じ距離に90°離隔するか、又は3つの等しく離隔した外側通路26とともに、軸線11を中心に配置された中央通路26を有し得るかのいずれかで離隔され得る。より多数の通路26を有する保持部材18は、軸線11上に中心通路を有して又は有さず、単一のリング内又は同心リング内に軸線11を中心として通路26を有し得る。
複数の通路26が使用される場合、保持プラグ18は、本体9及びカラム10のボア全体を覆い得ると考えられ、各通路26は、単一の通路26が使用される場合に可能なものよりも全体的に小径の部分を通路内に有する。複数の通路が使用される場合、通路26の最小直径は、詰まりを防ぐために十分に大きくなければならない。4.5mm径のボア内の1.6μ径の多孔質粒子に関して、直径約1.5mmの円錐状通路26aの下流開口部が好適と考えられ、1mmの開口部直径は、詰まりが起こりやすいと考えられる。1.5mmの最小開口部直径は、4.5mm径のボアを有するカラム10のボアの断面積の約9%を含む。最大で少なくとも13mmのボア直径に関して、複数の通路26それぞれの最小断面積を合計すると、カラム10及び本体9のボアの断面積の約9〜20%、その断面積の好ましくは約10〜15%、その断面積のより好ましくは約12%であり得ると考えられる。
カラム10のボア直径が増すにつれて、床をより均一に充填し、充填床をより速く作成するために、クロマトグラフィ床24の流体充填用に複数の通路26を使用することが有用であると考えられる。いくつかの小径通路26は、より均一に充填床24をもたらすと考えられ、小径通路26は、単一の大径通路よりも多くの床圧縮を保持すると考えられる。通路26の数、形状及び最小通路直径並びに通路の位置は、とりわけ、粒径、粒子タイプ、カラム直径及び充填圧力を含む上述の様々な因子によって異なる。したがって、複数の通路26が使用される場合、それぞれは、単一の通路によって充填スラリーの同じ流れを実現するのに必要なものよりも小さい最小通路直径を有すると考えられ、したがって単一の保持プラグ18が使用される場合又はスラリー充填プロセスに保持プラグが使用されない場合よりも床圧縮のより大部分が保持プラグ18によって保持され得る。特に、多孔質媒体粒子を充填するとき及び/又は137.89515MPa(20,000psi)を超える充填圧力を使用するとき、複数の通路26は、約20mm〜100mm又はそれを超えるボア直径を有するカラム10に特に適すると考えられる。
単一の保持部材18内に使用される通路26の数は、カラムのボアの直径及びクロマトグラフィ床24を形成するために充填される媒体粒子23に最も大きく依存して異なると考えられる。例えば、1.5mmの最小直径通路26aの面積は、約1.8mm2であり、100mmボア直径(約4インチの直径)の面積は、約8,100mm2である。1.5mm最小直径の1つの通路26aは、1.6μの多孔質粒子23を使用する最大で約4〜10mmの直径のボアに適すると考えられ、その最小直径は、4mm径のボアの面積の約14%及び10mm径のボアの面積の約2%を含む。これと比較すると、それぞれ最小直径1.5mmを有する10個の通路26aは、約170mm2又は100mm径のボアの面積の約2%を含み、流体充填によって形成された圧縮床24の膨張を保持するための広い面積を提供する。したがって、直径約1.5〜10mmの多くの小径通路26は、ボア直径が最大で約100mm(約4インチ)のカラム直径の流体充填に適すると考えられ、床圧縮の大部分(50%超)又は更に床圧縮の80〜90%の相当な部分を保持すると考えられる。
上記の充填方法は、上流多孔質部材12と下流多孔質部材14との間の空隙がなく、多孔質部材12、14間の全ての媒体が圧縮された、上流多孔質部材12、保持プラグ18及び媒体23が充填されるその少なくとも1つの通路、クロマトグラフィ媒体24の充填床及び下流多孔質部材14の上流から下流の構成をもたらすと考えられる。保持プラグ18は、上流多孔質部材12と下流多孔質部材14との間に置かれ、保持プラグ18は、クロマトグラフィ媒体の下流の充填床24が膨張し、スラリー充填床の密度が減少することを少なくとも部分的に抑制し、通路26は、クロマトグラフィ床24のスラリー充填を可能にする。これは、介在構造なしに上流フリットと下流フリットとの間でクロマトグラフィ床が圧縮される先行技術と大きく異なると考えられる。更に、スラリー充填中に保持プラグ18が管状本体9又はカラム10に取り付けられる場合、床圧縮の大部分は、保持部材18によって保持され、充填床をピストン又は他の可動デバイスで軸方向に圧縮する必要はないと考えられる。
通路26内の媒体の体積は、クロマトグラフィ床24に対して非常に小さく、好ましくは床24内の媒体の体積の約0.5〜5%である。通路26内の媒体23は、第1の密度又は第1の圧縮圧力で圧縮され、充填クロマトグラフィ床24を形成する媒体は、第1の密度又は第1の圧縮圧力よりも大きい第2の密度又は第2の圧縮圧力で圧縮される。したがって、多孔質部材12と多孔質部材14との間の全てのクロマトグラフィ媒体が圧縮されると考えられ、クロマトグラフィ床24は、カラムが保持プラグ18を使用せずに充填された場合と比べてより圧縮されるか又はより高密度に充填される。
通路26は、円錐、円筒、球等のような様々な円形の断面形状を有するものとして記載されている。そのような形状は、典型的には、金属部品で正確に形成することがより容易である。しかし、通路26は、円形の断面形状のものである必要はなく、したがって、通路26は、正方形、三角形、六角形、長円形、楕円形又は他の形状であり得る。
必要に応じて、本発明の詳細な実施形態が本明細書中に開示される。しかしながら、開示される実施形態は、様々な形態で具現化され得る本発明の単なる例示であると理解すべきである。したがって、本明細書中に開示される特定の構造的及び機能的詳細は、限定とみなされず、単に、特許請求の範囲の基礎及び事実上あらゆる適切に詳述される構造において本発明を様々に用いる当業者の教示のための代表的基礎とみなされるべきである。
上記記載は、限定ではなく例として記載されている。上記開示を前提として、当業者であれば、保持プラグ18が軸方向に移動又は変形しないように本体9に保持プラグ18を締結する様々な手法と、流体充填中にプラグ18が本体9に対して動かないように保持する一方、充填後、通路を通る押し出しによる圧縮の損失を相殺するために、本体9に対する保持プラグの移動を可能にする様々な手法とを含む、本発明の範囲及び趣旨内の変更形態を考案することができる。更に、本発明の様々な特徴は、単独で又は互いに様々な組み合わせで使用することができ、本明細書中に記載される特定の組み合わせに限定することを意図するものではない。したがって、本発明は、図示される実施形態によって限定されるものではない。
9…管状本体、10…カラム、12…ねじ山、14…第1の多孔質部材、16…第2の多孔質部材、18…保持プラグ、20…第1の端部取付具、21…肩部、22…第2の端部取付具、23…媒体、24…媒体床、26…保持プラグ18内の通路、28…シールリング、30…フリットリテーナ、40…入口部分、42…円筒状部分、44…出口部分、46…球面状入口、48…放物線状入口、56…肩部、58…小径部分、60…大径部分、66…圧縮端部取付具、68…ナット、70…側壁、72…底部、74A…ねじ山、76…フェルール、77…円錐面、78…取付具本体、80…把持面、82…コネクタ通路、84…円錐面。
Claims (49)
- クロマトグラフィカラムであって、反対にある上流端部及び下流端部を有する管状本体を有し、上流端部取付具及び下流端部取付具は、管状本体に接続されており、管状本体は、管状本体及び前記カラムの長手方向軸線に沿って延びる内部ボアを有し、前記カラムは、
前記ボアの上流端部を遮る保持プラグであって、保持プラグの上流端部と下流端部との間に延び、且つクロマトグラフィ媒体を充填される通路を有する保持プラグと、
前記ボアの下流端部を遮る下流多孔質部材であって、前記ボアは、前記保持プラグと前記下流多孔質部材との間に連続的な壁を有する、下流多孔質部材と、
前記保持プラグ及び前記下流多孔質部材によって前記ボア内に圧縮保持されるクロマトグラフィ媒体のスラリー充填床と
を含む、クロマトグラフィカラム。 - 前記通路は、多孔質媒体を含み、且つ前記ボアを通した前記少なくとも1つの通路への流体の流れをろ過するために配置されている、前記保持プラグの上流に位置する上流多孔質部材を更に含む、請求項1に記載のクロマトグラフィカラム。
- 前記通路は、前記保持プラグの上流端部における第1の直径と、前記保持プラグの下流端部における第2の直径とを有し、第1の直径は、第2の直径よりも大きい、請求項2に記載のクロマトグラフィカラム。
- 前記第1の直径は、前記第2の直径と同じであり、前記通路は、前記第1の直径及び前記第2の直径よりも小さい介在直径を有する、請求項3に記載のクロマトグラフィカラム。
- 前記第1の直径は、曲線壁を有する、請求項3に記載のクロマトグラフィカラム。
- 前記通路の第1の上流直径は、前記通路の第2の下流直径よりも大きく、前記通路は、長手方向軸線に沿って延び、前記保持部材は、前記管状本体に永久的に締結される、請求項1に記載のクロマトグラフィカラム。
- 前記上流端部取付具は、前記上流多孔質部材を長手方向軸線に沿って上流方向に移動しないように保持する、請求項3に記載のクロマトグラフィカラム。
- 前記流体通路は、前記保持プラグの上流端部に円錐状部分を有し、円錐状部分は、より小さい直径へと下流方向に収束する、請求項3に記載のクロマトグラフィカラム。
- 前記円錐状部分は、前記保持プラグの上流端部から下流端部に延びる、請求項8に記載のクロマトグラフィカラム。
- 前記流体通路は、前記円錐状部分の下流に位置する円筒状部分を有し、前記円錐状部分は円筒状部分の上流端部に接合する、請求項8に記載のクロマトグラフィカラム。
- 前記流体通路は、前記リテーナプラグの下流端部に向かって直径が拡大する、広がる円錐状部分を有する、請求項10に記載のクロマトグラフィカラム。
- 前記円錐状部分は、前記保持プラグの下流端部における凹状のくぼみと流体連通し、前記くぼみは、前記クロマトグラフィ媒体に当接する、請求項8に記載のクロマトグラフィカラム。
- 前記流体通路は、凹状のくぼみを含む、請求項3に記載のクロマトグラフィカラム。
- 前記凹状のくぼみは、放物線形状又は円形形状の1つを有する、長手方向軸線に沿って取られた断面を有するくぼみを含む、請求項13に記載のクロマトグラフィカラム。
- 前記流体通路の下流端部は、前記ボアの直径の約1/5〜約1/3の開口部を有する、請求項1に記載のクロマトグラフィカラム。
- それぞれ最小通路直径を有する複数の流体通路がある、請求項1に記載のクロマトグラフィカラム。
- 前記クロマトグラフィ媒体は、多孔質粒子の床を含む、請求項3に記載のクロマトグラフィカラム。
- 前記クロマトグラフィ媒体は、表面多孔質粒子の床を含む、請求項3に記載のクロマトグラフィカラム。
- 前記クロマトグラフィ媒体は、非多孔質粒子の床を含む、請求項3に記載のクロマトグラフィカラム。
- 前記クロマトグラフィ媒体は、ポリマー粒子を含む、請求項3に記載のクロマトグラフィカラム。
- 前記クロマトグラフィ媒体は、シリカゲル又は修飾シリカゲルを含む、請求項3に記載のクロマトグラフィカラム。
- 前記通路の第1の上流開口部は、第2の下流開口部よりも直径が小さい、請求項3に記載のクロマトグラフィカラム。
- ボアを有する管状本体を有し、ボアは、ボアにわたって延びる下流多孔質部材と、上流保持プラグであって、管状本体の上流端部に締結され、且つ上流保持プラグを通した流体通路以外のボアを通る流れを遮る上流保持プラグとの間に位置するクロマトグラフィ媒体の充填床のための空間を画定する、クロマトグラフィカラムを充填する方法であって、
前記下流多孔質部材と前記保持プラグとの間にクロマトグラフィ媒体の充填床を形成するために、溶媒及びクロマトグラフィ粒子のスラリーを0.689476MPa(100psi)超の所定の充填圧力下で前記流体通路に通す工程であって、前記流体通路は、前記保持プラグの上流面上における上流開口部及び前記保持プラグの下流面上における下流開口部を有し、上流開口部及び下流開口部は、前記管状本体の長手方向軸線を中心にして配置され、前記保持プラグは、前記管状本体に永久的に締結される、工程と、
前記クロマトグラフィ媒体が前記流体通路内及び前記保持プラグの上流にある状態で前記スラリー及び溶媒の流れを停止する工程であって、前記保持プラグは、前記床の少なくともいくらかの膨張を抑制し、前記床は、前記流体通路の下流開口部内に膨張する、工程と、
前記スラリーの流れが停止された後、上流多孔質部材を、前記保持プラグの上流で前記ボアの上に、且つ上流多孔質部材と隣接する前記クロマトグラフィ媒体との間に空隙がない状態で前記クロマトグラフィ媒体と接触して置く工程と、
前記上流多孔質部材を前記カラムに締結する工程と
を含む方法。 - 前記上流開口部は、前記下流開口部よりも直径が大きい、請求項23に記載の方法。
- 前記下流開口部は、前記管状本体を通した前記ボアよりも小さく、前記下流開口部に隣接する前記保持プラグの部分は、長手方向軸線に沿った方向における前記充填クロマトグラフィ床の少なくとも一部の床膨張を抑制する、請求項23に記載の方法。
- 前記充填圧力は、約68.94757MPa(10,000psi)〜約172.36893MPa(25,000psi)である、請求項23に記載の方法。
- 前記クロマトグラフィ媒体は、少なくとも2nmの細孔径を有する多孔質媒体を含む、請求項23に記載の方法。
- 前記クロマトグラフィ媒体は、表面多孔質粒子又は多孔質粒子を含む、請求項23に記載の方法。
- 前記充填クロマトグラフィ床は、空隙容量を有しない、請求項23に記載の方法。
- 前記配置する工程前及び前記締結する工程後、前記保持プラグの頂面の上方に押し出された任意の媒体をかき取る工程を更に含む、請求項23に記載の方法。
- 請求項23に記載の方法によって充填されたクロマトグラフィカラム。
- 請求項23に記載の方法によって充填されたクロマトグラフィカラムであって、前記充填媒体は、少なくとも2nmの細孔径を有する多孔質シリカ粒子を含む、クロマトグラフィカラム。
- 請求項23に記載の方法によって充填されたクロマトグラフィカラムであって、前記充填媒体は、ポリマー粒子を含む、クロマトグラフィカラム。
- 請求項23に記載の方法によって充填されたクロマトグラフィカラムであって、前記充填媒体は、シリカゲル、表面修飾シリカゲル又は有機/無機ハイブリッド粒子を含む、クロマトグラフィカラム。
- 請求項23に記載の方法によって充填されたクロマトグラフィカラムであって、前記充填媒体は、完全多孔質粒子を含む、クロマトグラフィカラム。
- 請求項23に記載の方法によって充填されたクロマトグラフィカラムであって、前記充填媒体は、表面多孔質粒子を含む、クロマトグラフィカラム。
- 管状本体であって、反対にある上流端部及び下流端部と、上流端部と下流端部との間で管状本体の長手方向軸線に沿って延びる円筒状のボアとを有する管状本体と、
前記管状本体の上流端部に隣接する前記ボアに流体密状態で永久的に取り付けられた外周部を有する保持プラグであって、保持プラグを通して延びる流体通路を有し、流体通路は、上流開口部及び下流開口部を有する、保持プラグと、
前記管状本体の下流端部に隣接する前記ボアにわたって延びる下流多孔質部材であって、液体及びガスが下流多孔質部材を通ることを可能にする一方、クロマトグラフィ媒体の通過を遮るように構成された下流多孔質部材と、
前記下流多孔質部材を前記管状本体の下流端部に接続する下流エンドキャップと
を含むクロマトグラフィカラム。 - 前記流体通路の下流端部は、前記流体通路の上流端部の直径よりも小さい直径を有し、前記流体通路は、長手方向軸線に沿って延びる、請求項37に記載のクロマトグラフィカラム。
- 前記管状本体は、金属で作製され、及び前記流体通路は、前記下流開口部よりも直径が大きい上流開口部を有する、請求項37に記載のクロマトグラフィカラム。
- 前記保持プラグは、前記管状本体の上流端部と面一の上面を有する、請求項37に記載のクロマトグラフィカラム。
- 前記保持プラグは、前記管状本体のボア内に延びる下流部分と、前記管状本体の端部の上に延び、且つ前記端部に永久的に締結される上流部分とを有する帽子形の断面を有する、請求項37に記載のクロマトグラフィカラム。
- 前記保持プラグの上流にあり、且つ前記多孔質プラグに向かってフリットリテーナを付勢する上流エンドキャップによって前記保持プラグに向かって付勢される上流多孔質部材を更に含む、請求項37に記載のクロマトグラフィカラム。
- 前記流体通路は、クロマトグラフィ媒体を充填され、前記下流多孔質部材と前記保持プラグとの間の前記ボアは、圧縮下のクロマトグラフィ媒体を充填される、請求項37に記載のクロマトグラフィカラム。
- 前記カラムは、シリカゲル又はシリカゲルベースのクロマトグラフィ媒体を充填される、請求項43に記載のクロマトグラフィカラム。
- 前記カラムは、ポリマークロマトグラフィ媒体を充填される、請求項43に記載のクロマトグラフィカラム。
- 前記カラムは、多孔質クロマトグラフィ媒体を充填される、請求項43に記載のクロマトグラフィカラム。
- 前記カラムは、非多孔質クロマトグラフィ媒体を充填される、請求項43に記載のクロマトグラフィカラム。
- 前記カラムは、表面多孔質クロマトグラフィ媒体を充填される、請求項43に記載のクロマトグラフィカラム。
- 前記流体通路は、曲線壁を有する上流入口を有する、請求項43に記載のクロマトグラフィカラム。
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