JP4097546B2 - コラム充填方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の分野】
本発明は、２つの端部で開いた柱を充填材で充填するための、特にクロマトグラフィー用の分離柱を分離媒体で充填する形式の、柱を充填材で充填する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
クロマトグラフィーにおいては、いわゆる分離コラム即ち分離柱が使用される。分離柱はサンプル内に含まれる物質を選択的に保持することを意図する分離材料を備える。例えば予備クロマトグラフィーに使用される分離柱の分離材料は典型的にはシリカゲル又は改質シリカゲルである。
【０００３】
使用されるシリカゲルは典型的には数十ミクロンの寸法を有する。定性的に十分な結果を得るためには、分離柱の全長及び全横断面にわたって分離媒体例えばシリカゲルを均質に分布させる必要がある。これらの分離柱は現在分離媒体で完全に詰め物された状態でユーザーに送給され、ユーザーはクロマトグラフィー装置内でこれらを使用する。しかし、この試みにおいては、輸送中の振動の結果、分離柱内の分離媒体の不均質分布が発生するという欠点がある。シリカゲルはある寸法分布に対応する異なる寸法の粒子を有する。振動は異なる粒子寸法の粒子の分離につながることがあり、その結果、例えば一層大きな粒子が振動のため底へ沈降してしまう。輸送中の分離の問題はユーザーによって直接柱をチューブの形をした分離媒体で充填することにより解決することができる。例えば下記特許文献１は、例えば液体クロマトグラフィーのための分離柱に詰め物できる方法を開示している。柱は柱の一端に真空を発生させることにより充填される。粉末分離媒体は弁を開くことにより柱内へ吸引される。吸入と同時に、ノッキングが生じる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−０９４６０３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この構成の１つの欠点は、分離柱が分離材料で充填されているときにパイプラインを通しての送りの結果、不均質が生じることがあることである。更に、そこに教示された方法は比較的複雑である。その理由は、充填及び真空排気のための接続部を両側に具備しなければならないからである。それ故、有効な充填は不可能である。
【０００６】
それ故、本発明の目的は既知の欠点を回避すること、特に、それ故、分離柱の均質な充填が容易で有効に可能となるような、柱を充填及び再充填する装置及び方法を工夫することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、充填材を保持するタンクと、柱を保持する保持装置と、柱の一端の吸入開口を負圧源に気密接続するための接続ラインとを備え、柱が少なくとも柱の他端の１つの充填開口で保持装置によりタンク内へ挿入でき、充填材をタンクから柱内へ吸引するために、負圧源で負圧を発生させることができることを特徴とする装置、及び、充填材を備えたタンク内へ柱を挿入する、特に浸漬させる工程と、柱の一端の充填開口を通して柱内へ充填材を吸引するための負圧を柱の内部に発生させる工程と、タンクから充填された柱を取り除く工程とを有することを特徴とする方法により達成される。
【０００８】
装置は２つの端部に開口を有する柱を充填するために使用される。この明細書では、柱という用語は任意の横断面形状を有する細長い形状の容器として定義される。柱は充填材で充填すべきである。特に、柱はクロマトグラフィーのための分離柱として使用され、分離媒体で充填される。装置は充填材料を保持するためのタンクを有する。装置は更に保持装置を具備する。保持装置は柱を保持するために使用される。更に、装置は負圧源への柱の一端の吸入開口の気密接続を許容する接続ラインを有する。本発明のように、柱は少なくとも柱の他端の１つの充填開口から保持装置によりタンク内へ挿入できる。充填材料をタンクから柱内へ吸引するため、負圧源で負圧を発生させることができる。
【０００９】
本発明におけるような装置は種々の利点を有する。多くの実験室においては、負圧源が既に存在する。研究室の職員はこのような装置の作動に精通している。負圧源はこの地点で分離柱を充填するために容易に使用される。分離材料はタンク内に容易に保つことができる。タンクは移動しないので、分離の危険性は殆ど又は全くない。保持装置により柱をタンク内へ挿入できるため、柱を極めて迅速に充填することができる。柱の充填開口への充填媒体用の送りラインの接続はこの目的のために必ずしも必要ではない。更に、タンク内に収容された充填材料内への柱の浸漬により、柱は極めて迅速かつ直線的に充填される。これはまた、充填中に分離又は不均質が生じないことを保証する。
【００１０】
第１の好ましい実施の形態によれば、タンクは充填材料を流動化する手段を有する。極めて小さな粒子からなる充填材料の流動化は、充填材料がタンク自体内で均質に分布維持されることを保証する。例えば、流動化手段は、例えば底からタンク内へ空気を吹き込むことのできる圧縮空気源により形成することができる。圧縮空気は一般に研究室内で利用できる。それ故、流動化はたいした努力もなく行うことができる。
【００１１】
１つの好ましい実施の形態によれば、本発明におけるような装置は充填ステーション、シールステーション及び好ましくは清掃ステーションを有する。柱はステーション間を移動できる。特に、運動は好ましくはステーションが位置する円形経路に沿って柱を旋回させることにより生じる。
【００１２】
別の好ましい実施の形態によれば、清掃ステーションは充填開口の領域で過剰な充填材料を除去するために使用される手段を有する。過剰な充填材料を除去する手段は例えば回転ドクターブレードを有することができる。ドクターブレードは円筒形状の柱の自由内側直径におよそ対応する幅を有することができる。ドクターブレードの高さは充填されるべきではない柱の端部の区分の長さにおよそ対応する。柱の端部の充填されない区分は、例えば柱をシールできるようにするのが望ましい。
【００１３】
シールステーションは典型的には柱の充填開口内へシール本体を挿入する手段を有する。例えば、シール本体は例えばポリエチレン、ＰＴＦＥ又はガラスの多孔性材料の板状体（化学的装置の分野では「フリット」の用語で周知である）とすることができる。
【００１４】
別の好ましい実施の形態によれば、保持装置は上下方向に調整可能にされる。このため、保持装置を下降させることにより、柱をタンク内の充填材料内へ浸漬させることができる。同時に、充填された柱は、過剰な材料を除去する手段（例えば、上述した形の回転ドクターブレード）上に下降させることにより、清掃することができる。最後に、柱の上下方向に調整可能な構成はまた、１つのこのようなシール本体を担持する支持手段上に柱を下降させることにより、シール本体（例えばフリット）の簡単な挿入を可能にする。典型的には、負圧源は１０ミリバールから１ミリバールまでの範囲（いずれにしても４００ミリバール以下）の負圧を発生させるように設計される。この負圧により、充填材料をかなり迅速に柱内へ吸引することができ、発生した負圧の結果、充填材料が重力に抗して分離柱内に保持されることが分かった。充填、清掃又はシールステーション内へ上下方向に下降させることにより柱を移動させる場合に、これは特に有利である。
【００１５】
有利には、接続ラインは負圧源を柱に接続するための弁構造を有することができる。接続ラインは弁構造により閉じることができる。このため、柱が所望の位置にある場合にのみ、柱内に負圧を発生させるために、負圧源を最初に始動し、次いで柱をタンク内へ挿入することが容易に可能となる。
【００１６】
保持装置は更に、タンク内への柱の浸漬深さを正確に画定するストッパを具備することができる。
本発明におけるような方法によれば、２つの端部で開いた柱は充填材料で充填される。柱はクロマトグラフィーのための分離柱として特に使用される。それ故、典型的には、柱は分離媒体で充填される。第１の工程においては、充填材料を収納したタンク内へ柱を挿入する。次の工程においては、柱内に負圧を発生させる。負圧は柱の一端の充填開口を通して柱内へ充填材料を吸引するために使用される。柱が充填材料で充填された直後に、柱をタンクから取り外す。
【００１７】
１つの好ましい実施の形態によれば、その底端に充填開口を備えた柱がタンク内へ下降される。
充填及びタンクからの柱の取り外し後に、充填開口をシールすることができる。これは、特に多孔性材料のフリットを挿入することにより行うことができる。１つのこのようなシールの利点は、フリットがクロマトグラフィー中の分離方法に悪影響を及ぼさないことである。柱をシールする前に、フリットを容易に挿入できるように、少なくともその内部の充填開口の領域で柱を清掃することができる。
【００１８】
柱を充填する前又は柱を負圧源に接続する前に、同様に、空気透過性のシール素子特に多孔性材料のフリットを柱の吸入開口に取り付けることが更に考えられ、好ましい。これは種々の利点を与える。一方では、柱はまた吸入開口においてこのようにシールされる。シール素子が充填前に取り付けられた場合、空気透過性のシール素子は、充填材料が負圧源の方向に接続ラインを通して吸引されるのを阻止する保持素子としてある程度作用する。
【００１９】
好ましくは、タンク内の充填材料は柱の充填前又は充填中さえ流動化される。振動又は撹拌により充填材料を流動化することが考えられる。しかし、特に、空気又はその他の例えば不活性ガスのタンク内への吹き込みによる流動化が好ましい。
【００２０】
本発明のように保持装置により柱をタンク内へ挿入することができる。ここでは、保持装置で柱を下降させるか又は代わりにタンクを持ち上げることの両方が考えられる。他の運動もまた考えられる。例えば、水平位置から上下方向位置へ旋回させることにより、タンク内に位置する充填材料内へ柱を浸漬させることができる。
【００２１】
円形経路に沿ったステーション間の運動の代わりに、柱を静止状態に配置させるために柱を直線的に又は随意に移動させること、または、例えば清掃ステーション、シールステーション及び充填ステーションを押すためにこれらのステーションを移動させることも考えられる。本発明の要旨から逸脱することなく、柱の充填開口を清掃又はシールするための別の機械的な試みも考えられる。清掃はまたブラシで払拭することにより行うことができる。
【００２２】
【実施の形態】
図１は分離媒体Ｔで充填される分離柱２０を示す。分離柱２０はプラスチック材料、例えばポリエチレン又はガラスの精確に加工されたチューブからなる。チューブは典型的には１ないし２ｍｍの壁厚（及び任意の内側直径Ｄ）を有する。分離柱２０は分離材料Ｔで均質に充填される内部２４を有する。分離柱２０はその頂端２１ａに第１の開口２２ａを具備し、その底端２１ｂに第２の開口２２ｂを具備する。頂端２１ａの開口２２ａはフリット２３ａでシールされる。フリット２３ａは例えばポリエチレンからなり、分離柱２０のチューブの内側直径Ｄにおよそ対応する直径のディスク形状を有し、そのため、フリットはチューブ内で不確実に保持される。分離柱２０の底端２１ｂの開口２２ｂはフリット２３ｂによりシールされる。分離柱２０は、その端部２１ａ、２１ｂに、普通のクロマトグラフィー装置内への柱の挿入を許容する適当に形成された接続手段（図示せず）を有する。詳説しないこれらの接続手段はまた、分離柱２０を接続ライン１３（図２）に接続するために使用することができる。典型的には、４０ないし６５ミクロンの平均粒子寸法を有するシリカゲルが分離材料Ｔとして使用される。これらの分離材料は例えば予備液体クロマトグラフィーのために使用される。 図２は図１の分離柱２０を充填するために使用される本発明におけるような装置１を概略的に示す。装置１は本質的にベース板５を有し、この上に、充填ステーション２、シールステーション３及び清掃ステーション４が位置する。
【００２３】
充填ステーション２は本質的にタンク１１を含む。タンクはいくつかの柱を充填するために使用されるある量の充填材料を保持するように設計される。柱２０は保持装置１２により保持される。保持装置１２は支持ロッド２８に沿って軸方向に移動及び旋回できるように保持される。保持装置１２の１つのアーム２９は支持ロッド２８に沿って摺動するスリーブに取り付けられる。レバー２７は保持装置１２を軸方向及び旋回方向に関し固定するために使用される。タンク１１は圧縮空気ライン１５を具備し、このラインを通して、コンプレッサ１６により圧縮空気Ｌをタンク１１内へ吹き込むことができる。このようにして、タンク内に収容された分離媒体Ｔを流動化できる。装置は更に、柱２０を負圧源１４に接続できる接続ライン１３を有する。柱２０を充填媒体Ｔで充填するために、柱は、保持装置１２を下降させることによりタンク１１内へ浸漬される（図３をも参照）。柱２０がタンク１１内へ十分深くまで浸漬された直後に、負圧源１４により柱２０内に真空が発生される。このようにして、分離媒体Ｔは柱２０の内部２４内へ迅速かつ均一に吸入される。分離柱２０が充填された直後に、保持装置１２をタンク１１から持ち上げることにより、柱が取り外される。
【００２４】
次の工程においては、円形経路Ｋに沿って保持装置１２を旋回させることにより、分離柱２０が清掃ステーション４へ旋回される。清掃ステーション４は回転ドクターブレード１７を有し、このブレードにより、過剰な分離材料Ｔを分離柱の底端２１ｂからふき取ることができる。
【００２５】
過剰な分離材料を除去してしまった直後、円形経路Ｋに沿って旋回させることにより、分離柱２０をシールステーション３へ再度移動させる。シールステーション３は、柱２０の底端２１ｂをシールするためのフリット２３ｂを保持する保持部１８を有する。
【００２６】
柱２０を充填する前に、柱又は装置は次のように準備される。頂端２１ａにおいて、フリット２３ａが吸入開口２２ａ内へ挿入される。次いで、柱２０の頂端２１ａ又は吸入開口２２ａが結合片２５（図３）により接続ライン１３従って負圧源１４に接続される。
【００２７】
図３は充填ステーション２における柱２０を拡大して示す。柱２０は、その頂端２１ａにおいて、結合片２５により接続ライン１３に接続される。頂端２１ａの領域において、第１のフリット２３ａが吸入開口２２ａへ挿入される。負圧Ｐは負圧源１４により接続ライン１３を介して柱２０の内部２４に発生させることができる。このようにして、分離媒体Ｔは柱２０の底端２１ｂの充填開口２２ｂを通して柱２０の内部２４内へ吸入される。柱の内部２４はフリット２３ａまで分離媒体Ｔによりこのようにして均質に充填される。
【００２８】
分離媒体Ｔは圧力ライン１５を通してタンク１１内へ空気Ｌを吹き込むことにより流動化される。
分離柱２０は保持装置１２に取り付けられる。この取り付けは詳述しない。取り付けは例えば当業者にとって既知の方法でクランプにより行うことができる。
【００２９】
保持装置は軸方向Ａにおいて上下方向に調整可能である。ストッパ２６は軸方向の下方運動を制限し、従って、容器（タンク）１１内への柱２０の最大浸漬深さを画定する。
【００３０】
図４ａ及び４ｂは側面図（図４ａ）及び頂面図（図４ｂ）として清掃ステーション４の概略を示す。
清掃ステーションは装着部３０を有し、その上に、回転ドクターブレード１７が位置する。ドクターブレード１７は分離柱の自由内側表面に沿って延びる半径方向外側の側部を備えたブレードと実質的にみなせるものである。分離柱２０の底端２１ｂの充填開口２２ｂの領域における過剰な分離材料Ｔを除去するため、底端２１ｂが装着部３０上にほぼ載るまで、柱は保持装置１２により軸方向Ａで下降される。ドクターブレード１７は柱２０の底端２１ｂの開口２２ｂ内へ侵入する。ドクターブレードの高さＨは分離材料Ｔを取り除くべき区分の高さｈにほぼ対応する。図４ｂはドクターブレード１７の上面図を示す。ドクターブレード１７の外側直径ｄは柱２０の自由内側直径Ｄに実質上対応する。ドクターブレード１７を回転させることにより、過剰な材料は底端２１ｂ上から除去される。同時に、分離材料Ｔの完全に真っすぐな水平終端表面が形成される。
【００３１】
過剰な分離材料Ｔが除去されてしまった後、分離柱２０が軸方向Ａで再度持ち上げられる。分離柱２０が負圧源１４にまだ接続されているため、分離材料Ｔはまた重力に抗して分離柱２０内に保持される。
【００３２】
図５はシールステーション３を概略的に示す。シールステーション３は保持領域１８を有する。第２のフリット２３ｂは保持領域１８上に配置される。分離柱２０をシールステーション３上へ下降させることにより、フリット２３ｂを柱２０の底端２１ｂの開口２２ｂ内へ挿入することができる。柱２０は、その底端２１ｂが保持領域１８のための装着部３１上に載るまで、下降される。フリット２３ｂの寸法は、摺動摩擦の結果フリットが柱２０内で静止状態に維持されるように、選択される。柱２０を軸方向Ａで持ち上げることにより、柱はシールステーション３から取り外される。柱２０は分離媒体Ｔで均質に充填され、フリット２３ａ、２３ｂにより両側で閉じられる。充填方法を終わらせるため、接続ライン１３が弁構造１９（図６）により遮断され、そのため、充填開口２２ｂを介して柱２０の内部２４に通常の圧力を再確立させることができる。通常の圧力が確立されてしまった直後、例えば、数秒待った後に、結合片２５を柱２０の頂端２１ａから取り外すことができ、柱を保持装置１２から取り外すことができる。
【００３３】
図６は、結合片２５、接続ライン１３及びこの接続ライン１３内へ挿入された弁１６による、柱２０と負圧源１４との間の接続を概略的に示す。
図７は本発明に使用される結合片２５の拡大図を示す。結合片は実質上接続ライン１３への接続のためのクランプスリーブ３２を有する。平坦なシール３６がクランプスリーブ３２に挿入されており、柱２０の頂端２１ａがこのシールに当接できる。クランプリング３５はクランプスリーブ３２とカバー３３との間でクランプされる。カバー３３はネジ３１を介して取り扱いスリーブ３４に接続され、このスリーブは圧縮バネ３７によりクランプスリーブ３２に対し予め張力付加される。結合片２５内で使用される間柱２０は平坦なシール３６に緊密に接し、クランプリング３５により保持される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における充填された分離柱の概略を示す図である。
【図２】本発明における装置の概略斜視図である。
【図３】本発明における充填方法の概略を示す図である。
【図４ａ】本発明における清掃工程又は清掃ステーションの概略を示す図である。
【図４ｂ】本発明における清掃工程又は清掃ステーションの概略を示す図である。
【図５】本発明におけるシールステーションの概略を示す図である。
【図６】本発明における柱と負圧源との間の接続の概略を示す図である。
【図７】結合パイプの拡大図である。
【符号の説明】
１ 充填装置
２ 充填ステーション
３ シールステーション
４ 清掃ステーション
１１ タンク
１２ 保持装置
１３ 接続ライン
１４ 負圧源
１５ 圧縮空気ライン
１６ コンプレッサ
１７ ドクターブレード
１８ 保持部
１９ 弁構造
２０ 柱
２１ａ、２１ｂ 柱の端部
２２ａ 吸入開口
２２ｂ 充填開口
２３ａ、２３ｂ フリット
２４ 柱の内部
２６ ストッパ
Ｔ 充填材料（分離媒体）
Ｐ 負圧
Ｌ 空気
Ｋ 円形経路

Claims (18)

1. ２つの端部（２１ａ、２１ｂ）で開いた柱（２０）を充填材（Ｔ）で充填するための、特にクロマトグラフィー用の分離柱（２０）を分離媒体（Ｔ）で充填するための装置（１）において、
   充填材（Ｔ）を保持するタンク（１１）と；
   上記柱（２０）を保持する保持装置（１２）と；
   上記柱（２０）の一端（２１ａ）の吸入開口（２２ａ）を負圧源（１４）に気密接続するための接続ライン（１３）と；
   を備え、上記柱（２０）が同柱（２０）の他端（２１ｂ）の少なくとも１つの充填開口（２２ｂ）で上記保持装置（１２）により上記タンク（１１）内へ挿入でき、充填材（Ｔ）を当該タンク（１１）から当該柱（２０）内へ吸引するために、上記負圧源（１４）で負圧（Ｐ）を発生させることができることを特徴とする装置。
2. 上記タンク（１１）が充填材（Ｔ）を流動化するための流動化手段（１５）を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 上記流動化手段がガス特に空気（Ｌ）を上記タンク（１１）内へ吹き込むことのできる圧縮空気源（１５、１６）により形成されることを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 上記柱（２０）が充填ステーション（２）とシールステーション（３）と好ましくは清掃ステーション（４）との間で上記保持装置（１２）により移動、特に旋回できることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の装置。
5. 上記柱（２０）が上記充填ステーション（２）と上記清掃ステーション（４）と上記シールステーション（３）との間で円形経路（Ｋ）に沿って旋回できることを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 上記清掃ステーション（４）が上記充填開口（２２ｂ）の領域内で過剰な充填材（Ｔ）を除去するための除去手段（１７）を有することを特徴とする請求項４又は５に記載の装置。
7. 上記除去手段が回転ドクターブレード（１７）を有することを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 上記シールステーション（３）が典型的にはシール本体（２３ｂ）特に充填材（Ｔ）のフリットを上記柱（２０）の上記他端（２１ｂ）の上記充填開口（２２ｂ）内へ挿入するための手段（１８）を有することを特徴とする請求項４ないし７のいずれかに記載の装置。
9. 上記保持装置（１２）は、上記柱（２０）が１つの軸線（Ａ）に沿って当該保持装置（１２）を下降させることにより充填材（Ｔ）内に浸漬できるように、上下方向に調整可能とされることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の装置。
10. 上記負圧源（１４）が１ミリバールから４００ミリバールまで、特に１０ミリバール以下の負圧（Ｐ）を発生させるように設計されることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の装置。
11. 上記接続ライン（１３）が同接続ライン（１３）を閉じるための弁構造（１９）を有することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の装置。
12. 上記保持装置が充填材（Ｔ）内への上記柱（２０）の浸漬深さを制限するためのストッパ（２６）を有することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の装置。
13. ２つの端部（２１ａ、２１ｂ）で開いた柱（２０）を充填材（Ｔ）で充填するための、特にクロマトグラフィー用の分離柱（２０）を分離媒体（Ｔ）で充填するための方法において、
    充填材（Ｔ）を備えたタンク（１１）内へ上記柱（２０）を挿入する、特に浸漬させる工程と；
    上記柱（２０）の一端（２１ｂ）の充填開口（２２ｂ）を通して当該柱（２０）内へ充填材（Ｔ）を吸引するための負圧を該柱（２０）の内部（２４）に発生させる工程と；
    上記タンク（１１）から充填された上記柱（２０）を取り除く工程と；
    を有することを特徴とする方法。
14. 上記柱（２０）がその底端（２１ｂ）の上記充填開口（２２）から上記タンク（１１）内へ下降されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 上記充填開口（２２ｂ）が、充填材（Ｔ）で充填された後に、特に充填材のフリット（２３ｂ）を挿入することにより、シールされることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の方法。
16. 上記柱（２０）が少なくとも上記充填開口（２２ｂ）の領域でシールされる前に清掃され、当該充填開口（２２ｂ）の領域内に存在する特に過剰の分離材料（Ｔ）が除去されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 上記柱（２０）を充填する前に、同柱が空気透過性のシール素子（２３ａ）特に充填材のフリットにより当該柱（２０）の他端（２１ａ）の吸入開口（２２ａ）でシールされることを特徴とする請求項１３ないし１６のいずれかに記載の方法。
18. 充填材（Ｔ）が、上記柱（２０）の充填前又は充填中に、ガス特に空気（Ｌ）を上記タンク（１１）内へ吹き込むことにより、当該タンク（１１）内で流動化されることを特徴とする請求項１３ないし１７のいずれかに記載の方法。

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