JP4521788B2 - ガス充填式キャピラリー及び試料充填方法 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線回折測定等に用いられるキャピラリーに関する。詳細には、粉体等の試料の充填が容易とされうるキャピラリー及び試料充填方法に関する。

多くの化合物において、結晶多形が見られる。結晶多形とは、同一の化合物でありながら結晶構造が異なることである。例えば低分子有機化合物では、その８割が結晶多形を示すと言われている。

多くの分野において、結晶構造の解析がなされる。医薬品の分野においても同様である。同一の化合物であっても、結晶構造が異なれば、医薬品の効能、品質等が変化しうる。このため、医薬品の分野においては、医薬品の効能や品質を保証する目的等のために、結晶構造の解析は極めて重要である。

近年、結晶多形を精密に検討する目的で、透過法による粉末Ｘ線回折測定及びハイスループット測定が重要視されている。この粉末Ｘ線回折測定では、ガラス製のキャピラリーが用いられる。キャピラリーは、中空のガラス細管である。キャピラリーの外径は通常０．１ｍｍ〜２ｍｍ程度であり、このうち多用されるキャピラリーの外径は０．３ｍｍ〜１ｍｍ程度である。キャピラリーの肉厚は０．０１ｍｍ程度のものが主として用いられている。ガラス製のキャピラリーは、脆く、折れやすく、割れやすい。

図６は、従来のキャピラリー２の原形を示す斜視図である。使用前のキャピラリー２には、キャピラリー２よりも径の大きい基部４が設けられている。基部４も管状である。基部４の内周面とキャピラリー２の内周面とは連続している。基部４の開口６から試料が入れられる。次に、基部４に入れられた試料を、キャピラリー２へと移動させる。ただし、キャピラリー２の内径は極めて小さいため、キャピラリー２の内部に試料を充填していくのは時間と手間とを要する。試料である粉体は、キャピラリー２の内周面に付着しやすい。特に、試料が低分子の有機化合物等である場合、比重が軽く且つ静電気により帯電しやすいため、キャピラリー２の内周面に試料が付着しやすい。内周面に付着した試料により、粉体が底部まで移動しにくくなり、充填が妨げられる。また、静電気の帯電により試料が凝集しやすい。この凝集物は、キャピラリー２を詰まらせ、試料の充填を妨げる。キャピラリー２をタッピングして振動を与える等により、充填するための努力がなされる。非特許文献１は、タッピングにより粉体の試料をキャピラリーに充填しうるタップ式粉末試料充填装置を開示する。

名古屋大学工学研究科・工学部技術部「技報」Ｖｏｌ．7、２００５年３月発行、第２５項から第２８項

前記の通り、細いキャピラリー２への微量な試料の充填には、多大な時間と手間とが必要となり、極めて高度な熟練が要求される。また、充填ができた場合であっても、キャピラリー２の内周面に余分な試料が付着してしまうため、必要以上の試料が使用されることになる。これは、特にハイスループットスクリーニングのように、多検体である場合や、数ｍｇ程度しか試料が用意できない場合、大きな問題となる。

前記従来技術のようなタッピング装置が用いられる場合、タッピングの振動によりキャピラリーが破損するおそれがある。キャピラリーの破損を防止するためには、タッピングの振動を弱くせざるをえない。タッピングによる試料の充填には限界がある。また、前記タッピング装置は、高価である。

本発明の目的は、試料を簡単かつ確実に充填することができるキャピラリーの提供にある。

本発明に係るガス充填式キャピラリーは、試料を配置するための管状部と、開口を有する孔部とを備え、前記管状部の両端部が開放されており、この孔部が、前記管状部の一端部に配置されており、この孔部の開口から前記管状部の内部に至る連続孔が形成されており、前記管状部の他端部は、通気性部材で塞がれた態様となされ、前記連続孔内において前記孔部の開口から前記管状部の他端部に向けてガスが流れることにより、前記孔部内の試料が前記管状部に充填されることを特徴とする。

本発明に係るガス充填式キャピラリーは、試料粉末を配置するための管状部と、開口を有する孔部とを備え、前記管状部の両端部が開放されており、この孔部が、前記管状部の一端部に配置されており、この孔部の開口から前記管状部の内部に至る連続孔が形成されており、前記管状部の他端部は、ガスを通過させる一方で、試料粉末を通過させない通気性部材で塞がれた態様となされ、前記孔部の開口の径は前記管状部の外径よりも大きく形成され、前記連続孔内において前記孔部の開口から前記管状部の他端部に向けてガスが流れることにより、前記孔部内の試料粉末が前記管状部に充填されることを特徴とする。

また、前記孔部は、貫通孔を有し、該貫通孔は前記管状部の外径と略同一の径を有する小径部と、管状部の外径よりも大きく且つ前記開口の直径に等しい径の大径部とを有し、該小径部と大径部との間には傾斜面が設けられていてもよい。

また、ガスの流入側と流出側の両端部が開口され、かつ内部に長さ方向に伸びる収容孔を有する筒状体に形成され、該流出側の開口から前記管状部の他端部が露出する態様で、該収容孔において前記孔部を保持する第１補助具が設けられているのが好ましい。一般にキャピラリーは細長く形成されているために何らかの衝撃により破損する場合があるが、このように第１補助具を設けることによりキャピラリーを保護することができる。

また、前記第１補助具は、周面に切り欠きが周方向に沿って形成されているのが好ましい。これによれば試料を管状部に充填したあと、第１補助具を切り欠きに沿って簡単かつ確実に切断することができ、第１補助具をゴニオヘッドに直接取り付けることができる。

また、ガスの流入側と流出側の両端部が開口され、かつ内部に長さ方向に伸びるガス流路を有する筒状体に形成され、該流出側の端部が前記第１補助具の流入側の開口に挿入される第２補助具が設けられているのが好ましい。一般にキャピラリーや第１補助具の内径は小さいために試料やガスを導入しにくい場合があるが、このように第２補助具を設けることによりキャピラリー内に試料やガスを導入することが容易となる。

特に、前記第２補助具は、ガス流路の内面が流入側から流出側にかけて次第に小径となる漏斗状に形成されているのがより好ましい。これによればキャピラリー内に試料やガスを導入することがより一層容易となる。

また、前記第１補助具と第２補助具との間にシール部材が設けられているのが好ましい。これによれば第１補助具と第２補助具が安定よく密着し、気密性を向上することができる。

また、ガスの流入側と流出側の両端部が開口され、かつ内部に長さ方向に伸びる挿通孔を有する筒状体に形成され、該流入側の端部が前記第１補助具の流出側の開口に挿入されるとともに、該挿通孔に前記管状部が挿通されている第３補助具が設けられているのが好ましい。これによれば試料を管状部に充填したあと、第３補助具における第１補助具との際部分において切断することにより、第３補助具をゴニオヘッドに直接取り付けることができる。

また、前記第３補助具は、周面に切り欠きが周方向に沿って形成されているのが好ましい。これによれば第３補助具を切り欠きに沿って簡単かつ確実に切断することができる。

また、ガスの流入側と流出側の両端部が開口され、かつ内部に長さ方向に伸びる収容孔を有するとともに、流出側の開口に通気性部材が設けられた筒状体に形成され、収容孔の内部において第１補助具から露出した管状部の他端部を収容しながら、第１補助具の流出側を閉蓋する前側蓋部材が設けられているのが好ましい。これによれば前側蓋部材を装着した状態でキャピラリー内にガスを流した場合、万一、試料が管状部の他端部から飛散したときでも外部にまで飛散することを防止することができ、作業の安全性を向上することが可能となる。なお、前側蓋部材の先端面は通気性部材が設けられているので、ガスは管状部の他端部から前側蓋部材の外部へ滞りなく流れることができる。

また、ガスの流入側と流出側の両端部が開口され、かつ内部に長さ方向に伸びる空間を有するとともに、流入側または流出側の開口に通気性部材が設けられた筒状体に形成され、前記第１補助具の流入側を閉蓋する後側蓋部材が設けられているのが好ましい。これによれば後側蓋部材を装着した状態でキャピラリー内にガスを流した場合、万一、試料が逆流したときでも外部にまで飛散することを防止することができ、作業の安全性を向上することが可能となる。また、第３補助具が設けられている場合、前側蓋部材を取り付けた状態のまま、前側蓋部材を摘んで第１補助具に対して軸線方向と交わる方向に力を加えると、第３補助具および管状部を第１補助具との際部分において簡単かつ安全に切断することができる。なお、後側蓋部材の基端面は通気性部材が設けられているので、ガスは後側蓋部材の外部からキャピラリーの内部に滞りなく流れることができる。

本発明に係る試料充填方法は、上記ガス充填式キャピラリーを用いた試料充填方法であって、前記孔部内に試料粉末を入れたあと、前記連続孔内において前記孔部の開口から前記管状部の他端部に向けてガスを流し、該ガスの流れに従って前記孔部内の試料粉末を前記管状部に充填することを特徴とする。これによれば、ガスの流れに従って孔部内の試料が管状部に移動するため、タッピングを行うことなく簡単かつ確実に試料粉末を管状部に充填することができる。また、ガスの流れにより試料粉末の凝集を抑制したり、凝集した試料粉末を分散させたり、あるいは管状部内面に付着した試料粉末を吹き飛ばすことができる。

本発明によれば、ガスの流れに従って孔部内の試料が管状部に移動するため、タッピングを行うことなく簡単かつ確実に試料を充填することができる。また、ガスの流れにより試料の凝集を抑制したり、凝集した試料を分散させたり、あるいは管状部内面に付着した試料を吹き飛ばすことができる。

このようにガスの流れを利用するため、キャピラリー内への試料の粉体の充填が可能となる。

また、ガスの流れに従って一気に試料が充填されるため、試料の充填時間の短縮が可能となる。

また、試料の粉体粒子の大きさや形が偏って充填されることがなく、均質な充填状態を得ることが可能となる。

また、試料の充填作業に熟練を必要とせず、作業者が異なっても試料の充填状態が一定である。

また、ガスの流れにより、測定に使用されない試料が管状部内面に付着することが効果的に抑制されるため、試料の無駄が抑制され、微量の試料により測定が可能となる。

また、タッピングのようにキャピラリーに振動負荷をかけることがないので、キャピラリーの破損を防止することができ、キャピラリーの試料調製の作業効率や安全性を向上することが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係るキャピラリーの斜視図である。 図１のキャピラリーの断面図である。 試料の充填方法について説明するための図である。 第１補助具の断面図である。 第２補助具の断面図である。 従来のキャピラリーについて説明するための図である。 キャピラリーを用いたＸ線回折測定を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態に係るキャピラリーの側面図である。 図８のキャピラリーの断面図である。 切断したあとの第３補助具の断面図である。 本発明の第３の実施形態に係るキャピラリーの前側蓋部材の斜視図と断面図である。 図１１の前側蓋部材を取り付けたキャピラリーの断面図である。 本発明の第４の実施形態に係るキャピラリーの後側蓋部材の斜視図と断面図である。 図１３の後側蓋部材を取り付けたキャピラリーの断面図である。 他の例の後側蓋部材の斜視図と断面図である。 図１５の後側蓋部材を取り付けたキャピラリーの断面図である。

符号の説明

１０・・・キャピラリー
１２・・・管状部
１４・・・孔部
１６・・・管状部の内周面
２０・・・貫通孔
２２・・・開口
２６・・・小径部
２８・・・大径部
３０・・・傾斜面
３２・・・連続孔
３４・・・第１補助具
３６・・・第２補助具
３８・・・通気性部材
４２・・・収容孔
４６・・・挿入部
４８・・・ガス流路
５０・・・挿入部の端面
５２・・・シール部材
５４・・・孔部の端面
５６・・・試料

［実施形態１］

次に本発明の第１の実施形態に係るガス充填式キャピラリーについて図１〜図７を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るガス充填式キャピラリー１０の斜視図であり、図２はキャピラリー１０の断面図である。このキャピラリー１０は、Ｘ線回折測定に用いられうる。なお、図面の理解を容易とする観点から、図２等の断面図では、管状部の内径、肉厚及び外径が大きく誇張されて描かれている。

キャピラリー１０は、管状部１２と、孔部１４とを備えている。管状部１２の両端は、開放されている。管状部１２は、ガラス管である。管状部１２は、内周面１６と外周面１８とを有する。管状部１２の中心軸線は、略直線である。

管状部１２は、試料を配置するために設けられている。即ち、管状部１２の内部に試料が配置された状態で、測定がなされる。管状部１２の内径Ｄ１及び肉厚Ｔ１は、従来のキャピラリーのそれと同等とされる。内径Ｄ１及び肉厚Ｔ１は、測定される試料の種類や測定目的等により適宜設定されうる。試料充填を容易とする観点から、内径Ｄ１は、０．１ｍｍ以上が好ましく、０．５ｍｍ以上がより好ましい。試料の必要量を抑制する観点から、内径Ｄ１は、３．０ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは１．５ｍｍ以下とされる。バックグラウンドや管状部によるＸ線吸収を抑制する観点から、肉厚Ｔ１は、０．１ｍｍ以下更には０．０５ｍｍ以下、更には０．０１ｍｍ以下とされるのがよい。管状部１２の強度を高める観点から、肉厚Ｔ１は０．００５ｍｍ以上、更には０．０１ｍｍ以上、更には０．０５ｍｍ以上が好ましい。

管状部１２の材質は限定されない。測定に対する影響が少ない材質が好ましい。例えば、X線回折測定の場合、X線への影響（吸収、反射、散乱、回折等）の少ない材質が好ましい。管状部１２の材質として、ガラス及び樹脂が例示される。このガラスとして、従来のキャピラリーに用いられるガラスが好ましい。管状部１２に用いられうるガラスの材質として、石英ガラス、リンデマンガラス、ボロシリケートガラス、ソーダガラス等が例示される。バックグラウンドが低い観点からは、リンデマンガラス及びボロシリケートガラスが好適である。管状部１２に用いられうる樹脂として、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）等が例示される。ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の具体例として、帝人デュポンフィルム株式会社製のＰＥＴフィルム「マイラー」（登録商標）が例示される。ガラスと比較してＸ線への影響が大きい材質であっても、肉厚Ｔ１が薄くされることにより、Ｘ線への影響が少なくなる。よって、ガラスと比較してＸ線への影響が大きい材質であっても、Ｘ線回折測定への利用が可能となる場合がある。

孔部１４は、全体として円筒状の部材よりなる。孔部１４は、貫通孔２０を有する。貫通孔２０は、孔部１４の軸方向に沿って、孔部１４を貫通している。孔部１４の外径は、あらゆる軸方向位置において一定である。なお、孔部１４の外面の断面形状は、円形でなくてもよい。

孔部１４の材質は限定されない。孔部１４の材質として、金属、樹脂等が例示される。孔部１４を構成する金属として、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、真鍮、ステンレス鋼等が例示される。

貫通孔２０は、一端側の開口２２と、他端側の開口２４とを有する。開口２２の径は、開口２４の径よりも大きい。開口２２の形状は円形である。なお、開口２２の形状は、円形でなくてもよい。

貫通孔２０は、管状部１２の外径と略同一の径を有する小径部２６を有している。小径部２６の直径は、開口２４の直径に等しい。更に貫通孔２０は、管状部１２の外径よりも大きな径を有する大径部２８を有する。大径部２８の直径は、開口２２の直径に等しい。小径部２６と大径部２８との間には傾斜面３０が設けられている。傾斜面３０は、円錐状の面である。小径部２６と大径部２８とは、傾斜面３０により段差無く連続している。

本実施形態では、管状部１２と孔部１４とは互いに別部材である。管状部１２は、管状部材である。孔部１４は、孔部材である。孔部１４は、管状部１２の一端面に取り付けられている。管状部１２の一部が、貫通孔２０の小径部２６に挿入されている。更に、管状部１２の外周面と小径部２６とは接着剤等により接着されている。管状部１２と小径部２６との間には、実質的に隙間は存在しない。よって、管状部１２と小径部２６との間の気密性は高く、また、管状部１２と小径部２６との間への試料侵入が抑制されている。なお、管状部１２は、孔部１４に固定されていればよい。孔部１４に固定されている限り、管状部１２は孔部１４と接着されていなくてもよい。

管状部１２と孔部１４とが一体成形されていてもよい。特に、管状部１２が樹脂等よりなる場合、管状部１２と孔部１４との一体成形がなされやすい。この一体成形により、キャピラリー１０の生産性が向上しうる。この一体成形により、管状部１２の中心軸線と孔部１４の中心軸線とが高精度に一致しうる。

管状部１２と小径部２６との間の気密性を高める観点、又は、管状部１２と小径部２６との接着を容易とする観点から、小径部２６の直径は、管状部１２の挿入を許容しつつ管状部１２との隙間が最小限となるように設定されるのが好ましい。

開口２２の径（最大径）Ｄ２は、小径部２６の直径よりも大きくされている。開口２２の径（最大径）は、管状部１２の外径よりも大きくされている。開口２２が大きくされることにより、開口２２から粉体試料を入れる作業が容易とされている。この観点から、開口２２の径（最大径）Ｄ２は、１ｍｍ以上が好ましく、２．５ｍｍ以上がより好ましい。なお、開口２２が円形の場合、この径Ｄ２は、開口２２の直径を意味する。

キャピラリー１０では、孔部１４の開口２２から管状部１２の内部にまで至る連続孔３２が形成されている。この連続孔３２は、管状部１２と孔部１４とによって形成されている。図２の実施形態では、連続孔３２は、大径部２８、傾斜面３０及び管状部１２の内周面１６により構成されている。

図３は、キャピラリー１０への試料の充填方法を説明するための図である。図４はこの充填方法に用いられる第１補助具３４の断面図であり、図５はこの第１補助具３４とともに用いられる第２補助具３６の断面図である。

キャピラリー１０への試料の充填においては、通気性部材３８が用いられる。この通気性部材３８は、管状部１２の他端部に設けられる。通気性部材３８により、管状部１２の他端が塞がれる。通気性部材３８は、ガスを通過させる一方で、試料粉末を通過させない。 通気性部材３８の通気性の度合いは、使用されるガスの圧力、試料の粒径、試料の状態等を考慮して適宜設定されうる。通気性の度合いは、通気性部材３８の材質、厚さ、密度等により適宜設定されうる。

通気性部材３８は、管状部１２に対して着脱可能とされていてもよいし、管状部１２に固定されていてもよい。

通気性を有する限り、通気性部材３８の材質は限定されない。通気性部材３８として、紙、布、網等が例示される。布として、織物、編み物、レース、フェルト、不織布等が例示される。布を構成する繊維として、天然繊維、合成繊維、再生繊維等が挙げられる。天然繊維として、綿、絹、麻、モヘヤ、ウール、カシミヤ等が例示される。再生繊維として、アセテート、キュプラ、レーヨン等が例示される。合成繊維として、ナイロン、ポリウレタン、ポリエステル、ポリプロピレン等が例示される。このポリプロピレンとしては、フィルタ性能としてＢＦＥ＞９９％（ＢＦＥ：平均４．０〜５．０ミクロンの微生物を含む粒子に対するフィルタ捕集効率）、ＰＦＥ＞９５％（０．１ミクロンのポリスチレンラテックス粒子に対するフィルタ捕集効率）のものが挙げられる。紙として、例えば日本製紙クレシア社製のキムワイプ（登録商標）が挙げられる。試料への繊維の混入を抑制する観点から、繊維の飛散や脱落が起こりにくい通気性部材３８が好ましい。その他、通気性部材３８の材質として、セラミクスやガラス等よりなる多孔質体が例示される。

管状部１２からの試料の脱落を抑制しうる限り、通気性部材３８の形状や配置は限定されない。通気性部材３８は、図３に記載されているように管状部１２の内部に配置されていてもよいし、管状部１２の端面４０を覆うように配置されていてもよい。

図４が示すように、第１補助具３４は、全体として円筒状である。第１補助具３４は、孔部１４を収容しうる収容孔４２と、収容孔４２の底部を貫通する貫通孔４４とを有する。収容孔４２の形状は、孔部１４の形状に対応している。収容孔４２は、断面円形の孔である。収容孔４２の直径は、孔部１４の外径に略等しい。貫通孔４４は、孔部１４が収容孔４２に収容された状態において、管状部１２の挿通を許容する。なお、第１補助具３４は円筒状としたが、これに限定されるものではなく、転がり防止等のために三角柱や直方体などのその他の形状であってもよい。

図５が示すように、第２補助具３６は第１補助具３４の収容孔４２に挿入されうる挿入部４６と、ガス流路４８と、接続部４９を有する。ガス流路４８は、第２補助具３６を貫通している。ガス流路４８は、挿入部４６を貫通し、挿入部４６の端面５０に至っている。接続部４９は、図示されないガス供給部に接続される。ガスは、ガス供給部から、ガス流路４８に供給される。

挿入部４６の外面の断面形状は、収容孔４２の断面形状に対応している。挿入部４６の外径は、収容孔４２の直径に略等しい。

なお、収容孔４２の深さ（長手方向長さ）Ｌ１は、孔部１４の長手方向長さＬ２（図２参照）よりも長い。よって、図３（ａ）が示すように、孔部１４の全体が収容された状態の収容孔４２に、更に挿入部４６が挿入されうる。

挿入部４６の端面５０には、シール部材５２が配置されている。シール部材５２は、例えばOリングである。シール部材５２は、孔部１４の端面５４に設けられてもよい。

キャピラリー１０に試料を充填する充填方法について以下に説明がなされる。先ず、管状部１２の他端部が、通気性部材３８により塞がれる（ステップ１）。なお、予め通気性部材３８が管状部１２に取り付けられている場合、ステップ１は不要である。次に、キャピラリー１０の開口２２から、試料５６が投入される（ステップ２）。この投入には、薬さじ（スパーテル）が用いられる。図３（ａ）が示すように、試料５６は粉末である。次に、キャピラリー１０は、第１補助具３４の収容孔４２に挿入される（ステップ３）。次に、第２補助具３６の挿入部４６が、第１補助具３４の収容孔４２に挿入される（ステップ４）。図３（ａ）は、ステップ４の状態を示している。次に、図示されないガス供給部から、ガス流路４８を経由して、キャピラリー１０にガスが注入される（ステップ５）。図３（ａ）の白抜き矢印は、ガスの流れる方向を示している。ガスは、圧縮されている。ガスの圧力は、大気圧よりも大きい。

ステップ５により、キャピラリー１０の内部において、一端側（図３の右側）から他端側（図３の左側）に向かうガス流が生じる。このガス流により、試料５６が、管状部１２の他端側に移送される。ステップ５におけるガスの注入は、必要に応じて断続的に複数回なされる。管状部１２内における試料５６の密度は、ガスの圧力や注入回数によって調整されうる。管状部１２への試料５６の充填が完了した時点で、ガスの注入が終了する。次に、第２補助具３６が第１補助具３４から引き抜かれ、更にキャピラリー１０が第１補助具３４から引き抜かれる。このようにして、キャピラリー１０への試料５６の充填が完了する。

なお、必要に応じて、試料５６が充填されたキャピラリー１０の開口２２は、栓６２により閉じられる。図３（ｃ）は、開口２２が栓６２で塞がれた充填済みのキャピラリー１０の断面図を示す。

好ましくは、前記ステップ５において、第２補助具３６は、キャピラリー１０側に押圧される。この押圧により、挿入部４６の端面５０及び孔部１４の端面５４が、シール部材５２と密着しうる。この密着により、端面５０と端面５４との境界Ｋからガスが漏れにくい。

孔部１４と他端面５８と収容孔４２の底面６０との当接により、キャピラリー１０の収容孔４２に対する挿入深さは規制されている。前記ステップ５において、キャピラリー１０の孔部１４は、収容孔４２の底面６０と第２補助具３６とで挟まれた状態となる。よって、第２補助具３６をキャピラリー１０側に押圧することにより、キャピラリー１０を確実に固定できるとともに、シール部材５２を第１補助具３４および第２補助具３６に圧着させることができ、境界Ｋにおける気密性が高まる。

なお、境界Ｋにおける気密性は、必ずしも厳格に要求されるものではない。境界Ｋにおいてガス漏れが生じていたとしても、供給されるガスの圧力等を調整することにより、キャピラリー１０内には充分なガス流が導入されうるからである。

ステップ５において、管状部１２は、第１補助具３４及び第２補助具３６に接触していない。第２補助具３６に作用させる押圧力は、管状部１２には及ばない。第２補助具３６をキャピラリー１０側に押圧しても、この押圧力により管状部１２が破損することはない。よって、管状部１２が割れやすいガラス管であっても、この押圧力による破損は生じない。また、孔部１４を金属や樹脂等の割れにくい材質としておけば、前記押圧力により孔部１４が破損することはない。

第１補助具３４は、第２補助具３６の挿入部４６と孔部１４との位置合わせをする役割を果たす。孔部１４と挿入部４６とが共に収容孔４２に挿入されることより、孔部１４と、挿入部４６とが、同軸に位置決めされる。即ち、挿入部４６の端面５０と、孔部１４の端面５４とが突き合わさるように位置決めがなされる。この位置決めにより、端面５０と端面５４との位置ズレが抑制される。また、この位置決めにより、端面５０と端面５４とが互いに略平行に対向する。よって、境界Ｋにおける隙間が最小限となり、境界Ｋにおける気密性が高まる。

このように、第１補助具３４及び第２補助具３６は、充填作業を円滑且つ確実としうる。なお、第１補助具３４及び第２補助具３６が用いられなくてもよい。

このように、本発明に係るキャピラリーへの試料充填方法では、一端側が開放され且つ他端側が試料を通過させずにガスを通過させうる状態とされた管状体が用いられる。この管状体は、管状部１２と孔部１４とを有する。この管状体の一端側からガスを導入することにより管状体の内部に一端側から他端側へ向かうガス流を生じさせ、このガス流により管状体の他端側へ試料を移動させる。

前記実施形態に係る充填方法では、一端側及び他端側が開放され且つこの他端側が通気性部材３８で塞がれた管状体が用いられる。この管状体の一端からガスを導入することにより管状体の内部に一端側から他端側へ向かうガス流を生じさせ、このガス流により管状体の他端側へ粉体５６を移動させる。

前述したように、タッピングによって充填がなされる場合、タッピング時の振動によりキャピラリーが破損する恐れがある。本発明では、ガス流により充填がなされるため、タッピングを回避することができる。また、前述したように、試料である粉体の凝集は、充填の妨げとなるが、ガス流は、凝集を抑制したり、凝集した粉体を分散させたりする効果がある。また、ガス流により、管状部内面へ付着した試料が吹き飛ばされうる。ガス流により、測定に使用されない試料がガラス内面に付着することが効果的に抑制される。よって、試料の無駄が抑制され、微量の試料による測定が可能とされうる。更に、前記キャピラリー１０を用いた充填では、従来必要であったキャピラリーの切断工程が不要である。よって、本実施形態では、切断工程に伴いキャピラリーが割れるという不都合が無く、且つ切断工程の手間が省略される。このように、ガス流を用いた本発明により、効果的な充填がなされうる。

キャピラリー１０の孔部１４は、ゴニオヘッドに直接取り付けられうるように構成されている。換言すれば、孔部１４は、ゴニオヘッドに取り付けるためのピンの役割をも果たしうる。このピンは、ホルダーピンまたはゴニオピンとも称される。以下において、このピンをゴニオピンと称して説明がなされる。なお、ゴニオヘッド及びゴニオピンは、透過法によるＸ線回折測定において一般的に用いられている。

孔部１４とゴニオヘッドの関連性が以下に説明される。この説明の前提として、先ず、従来のキャピラリーを用いたＸ線回折測定について説明する。

図６に示されるキャピラリー２の作製手順は前述の通りである。Ｘ線回折測定にあたっては、このキャピラリー２が、ゴニオピン９に取り付けられる（図７参照）。ゴニオピン９には挿入孔（図示されない）が設けられており、この挿入孔にキャピラリー２が挿入固定されている。このゴニオピン９は、図示されないゴニオヘッドに挿入固定される。このゴニオヘッドは、モーターにより回転する。ゴニオヘッドを回転させることにより、キャピラリー２が回転する。ゴニオヘッドの回転軸線Ｚ１が、図７において一点鎖線で示されている。

次に、キャピラリー２を回転させながら、キャピラリー２にＸ線が照射される。図７において、Ｘ線は符号Ｘ１及び符号Ｘ２で示されている。符号Ｘ１は、試料に入射するＸ線（入射Ｘ線）である。符号Ｘ２は、試料を透過した後のＸ線（透過後Ｘ線）である。入射Ｘ線として、平行化されたＸ線が用いられる。入射Ｘ線はキャピラリー２内の試料を透過する。この試料への透過により、Ｘ線回折が起こり、回折角２θにおけるピークが観測される。入射Ｘ線の方向は、回転軸線Ｚ１に対して垂直である。

キャピラリー２の軸線と前記回転軸線Ｚ１とが一致していない場合、軸ぶれが生じる。軸ぶれが発生すると、回転するキャピラリー２に振れが生じ、Ｘ線が試料からずれる。よって、正確な測定ができない。キャピラリー２の軸線と回転軸線Ｚ１とを精度よく一致させることが必要とされる。

軸ズレを解消するために、図示されないゴニオヘッドには、移動ステージが設けられている。この移動ステージは、ゴニオピン９の位置を、Ｙ軸方向及びＺ軸方向（図７参照）に移動しうる。更に、この移動ステージは、ゴニオピン９の軸線方向を所定の中心軸（２軸）まわりに回動しうる。この移動ステージを駆使して、軸ズレを解消する作業がなされる。この作業には、極めて高い精度が要求される。この作業は、顕微鏡を見ながら行われる。顕微鏡を見ながら移動ステージが微妙に調整される。この調整（アライメント）には熟練が必要である。この調整（アライメント）は、多くの労力と時間とを必要とする。

本実施形態に係るキャピラリー１０において、孔部１４は、ゴニオヘッドに直接取り付けられるように構成されている。換言すれば、孔部１４は、ゴニオピン９の役割を果たしうる。孔部１４の外形は、ゴニオピン９と同じである。一般的なゴニオピン９の外形は、円柱状である。孔部１４の外形は、ゴニオピン９と同様に円柱状である。孔部１４の外径は、一般的なゴニオピン９の外径に等しくされている。よってキャピラリー１０は、ゴニオピン９を用いることなく、ゴニオヘッドに直接取り付けられうる。

一般的なゴニオピン９の外径は３．１５ｍｍである。よって、孔部１４の外径は、３．１４ｍｍ〜３．１６ｍｍであるのが好ましく、３．１５ｍｍであるのがより好ましい。一般的なゴニオピン９の長手方向長さは、１２．８ｍｍである。よって、孔部１４の長手方向長さは、１２．８ｍｍ以上であるのが好ましい。なお、孔部１４の寸法は、これらのものに限定されず、種々に設計変更可能である。

このようなキャピラリー１０では、前述した従来のキャピラリー２における切断工程が不要である。よってキャピラリー１０では、切断工程に伴うキャピラリーの破損は生じない。また、キャピラリー１０では、前述した従来のキャピラリー２のように、キャピラリーをゴニオピン９に挿入する作業が不要である。前記従来法では、測定の都度、ゴニオピン９にキャピラリー２を挿入固定するため、ゴニオピン９とキャピラリー２との間の軸ズレが生じやすい。これに対して本実施形態では、キャピラリー１０の製造時に、管状部１２の中心軸線と孔部１４の中心軸線とを高精度に一致させることができる。よって、このキャピラリー１０が用いられることにより、前記回転軸線Ｚ１と管状部１２との軸ズレが効果的に抑制され、前記アライメントの労力が削減されうる。

本発明に用いられる試料は、管状部に入れることができるものであれば特に限定されない。試料として、粉末、単結晶等が挙げられる。本発明は、充填が難しい粉末試料において特に効果的である。

本発明に用いられるガスの種類は限定されない。このガスとして、圧縮空気が例示される。必要に応じて、調湿空気等が用いられてもよい。

本発明において、ガス流を生じさせる方法は限定されない。前記実施形態では、管状体の一端側から圧縮ガスを供給することによりガス流を生じさせたが、管状体の他端側を減圧することによりガス流を生じさせても良い。例えば、キャピラリー１０の他端側を減圧ポンプ等に接続することによりガス流を生じさせてもよい。

本発明に係るキャピラリーは、Ｘ線回折測定において好適に用いられうる。Ｘ線の種類は限定されない。平行性及び単色性が高く高輝度であることから、放射光のＸ線が用いられれば、より高分解能なＸ線回折図が得られうる。

前述したように、本発明のキャピラリーは、試料の充填が容易であり、充填に要する時間を短縮することができる。また、本発明のキャピラリーは、試料の無駄を最小限とすることができる。よって、本発明のキャピラリーは、多検体処理に適している。本発明のキャピラリーは、医薬品の開発等においてニーズの高いハイスループット測定あるいはハイスループットスクリーニング（ＨＴＳ）に適している。

本発明に係るキャピラリーは、Ｘ線以外の電磁波による測定にも適用されうる。本発明に係るキャピラリーは、電磁波の回折、散乱、吸収又は発光の測定に適用されうる。Ｘ線回折法以外の測定として、中性子回折法やラマン分光法が例示される。

本発明に係るキャピラリーは、孔部１４をゴニオヘッドに直接取り付けるものとしたが、これに限定されるものではない。例えば、第１補助具３４をキャピラリーに取り付けた状態で切断して、その切断したあとの第１補助具３４をゴニオヘッドに取り付けるものとしてもよい。

このとき前記第１補助具３４は、周面に切り欠きが周方向に沿って形成されているのが好ましい。これによれば第１補助具３４を切り欠きに沿って簡単かつ確実に切断することができ、より一層簡単に第１補助具３４をゴニオヘッドに直接取り付けることができる。

［実施形態２］

次の本発明の第２の実施形態について図８〜図１０を参照しつつ説明する。

図８は本実施形態に係るガス充填式キャピラリーの側面図、図９は同じくガス充填式キャピラリーの縦断面図（（ａ）試料充填前、（ｂ）試料充填後）、図１０は切断したあとの第３補助具の断面図である。

なお、図面の理解を容易とする観点から、図面では管状部１１２の内径、肉厚が大きく誇張して描かれている。

このキャピラリーは、試料を配置するための管状部１１２と、開口を有する孔部１１４とから構成される。これら管状部１１２と孔部１１４とは、実施形態１のように別々に構成されるものではなく、一体的に成形されている。

前記管状部１１２は両端部が開放されており、細長く形成されている。そして、管状部１１２の他端部は通気性部材１３８により塞がれた状態となっている。この通気性部材１３８は、実施形態１で示したものと同じである。

前記孔部１１４は、管状部１１２の一端部に配置されており、この孔部１１４の開口１２２から管状部１１２の内部に至る連続孔１３２が形成されている。また、本実施形態では管状部１１２と孔部１１４とが一体的に成形されているため、孔部１１４から管状部１１２にかけて緩やかな傾斜面１３０が形成されている。

これら管状部１１２および孔部１１４の長さ、径、肉厚、あるいは材質などは、基本的には実施形態１と同様に種々に設計変更可能である。

本実施形態では、キャピラリーの周りに第１補助具１３４、第２補助具１３６、および第３補助具１３７がそれぞれ設けられている。なお、流入側とは図８の右側、流出側とは図８の左側をそれぞれ示すものであり、必ずしも実際にガスが流入または流出することを示すものではない。

前記第１補助具１３４は、ガスの流入側と流出側の両端部が開口され、かつ内部に長さ方向に伸びる収容孔１４２を有する筒状体に形成されている。

この第１補助具１３４は、該流出側の開口１４４から管状部１１２の他端部が露出する態様で、該収容孔１４２において孔部１１４を保持している。孔部１１４の外周面と収容孔１４２の内周面とが接着剤等により接着されており、キャピラリーが第１補助具１３４内において軸線を一致させながら適正な姿勢を保持するようになっている。

また、第１補助具１３４の流入側の開口１４５とキャピラリーの孔部１１４の開口１２２とは、後述するように第２補助具１３６を挿入するために所定距離が隔てられている。

一般にキャピラリーは細長く形成されているために何らかの衝撃により破損する場合があるが、このように第１補助具１３４を設けることによりキャピラリーを保護することができる。

前記第２補助具１３６は、ガスの流入側と流出側の両端部が開放され、内部にガス流路１４８を有する漏斗状の筒状体に形成されている。

この第２補助具１３６は、該流出側の端部が前記第１補助具１３４の流入側の開口１４５に挿入されている。第２補助具１３６の流出側の端部と第１補助具１３４の流入側の開口１４５とは接着剤等により接着されており、第２補助具１３６が第１補助具１３４の流入側の端部において軸線を一致させながら適正な姿勢を保持するようになっている。

一般にキャピラリーや第１補助具１３４の内径は小さいために試料やガスを導入しにくい場合があるが、このように第２補助具１３６を設けることによりキャピラリー内に試料やガスを導入することが容易となる。特に、第２補助具１３６のガス流路１４８の内面を漏斗状に形成することにより、キャピラリー内に試料やガスを導入することがより一層容易となる。

また、第２補助具１３６は、流出側の開口１５０が第１補助具１３４の流入側の開口１４５よりも小径な形状となっているため、ガスを流したときのガスや試料の逆流を防止する弁としての機能も有している。

なお、第２補助具１３６は、上記の形状に限定されるものではない。例えば、第２補助具１３６の流出側の端部を孔部１１４の内部にまで軸方向に延長し、第２補助具１３６の流出側端部の外周面と孔部１１４の内周面の重なり合う部分を接着してもよい。

前記第３補助具１３７は、ガスの流入側と流出側の両端部が開口され、かつ内部に長さ方向に伸びる挿通孔１３９を有する筒状体に形成されている。

この第３補助具１３７は、周面一部（本実施形態では２／３の長さ程度）を露出する態様で、該流入側の端部が前記第１補助具１３４の流出側の開口１４４に挿入されている。第３補助具１３７の流入側の端部と第１補助具１３４の流出側の開口１４４とは接着剤等により接着されており、第３補助具１３７が第１補助具１３４の流出側の端部において軸線を一致させながら適正な姿勢を保持するようになっている。

また、前記第３補助具１３７は、該挿通孔１３９に管状部１１２が挿通されている。そして、第３補助具１３７の挿通孔１３９の内面と管状部１１２の外面とが接着剤等により接着されており、キャピラリーが第３補助具１３７に支承される態様で軸線を一致させながら適正な姿勢を保持するようになっている。

なお、図９中の１６０は、第３補助具１３７の周面において周方向に沿って形成された切り欠きである。また、１７０は第３補助具１３７と管状部１１２との隙間を埋める接着層を示す。

このキャピラリーの使用に際しては、第２補助具１３６から試料を封入してキャピラリーの孔部１１４に配置する。このとき第２補助具１３６のガス流路１４８は漏斗状に形成されているため、試料を封入しやすいものとなっている。

そして、図９（ａ）に示すように、第２補助具１３６からガスを導入すると、第２補助具１３６のガス流路１４８、孔部１１４、管状部１１２、通気性部材１３８と順にガスが流れていく。第２補助具１３６にガスを導入するとき、圧縮ガス器（図示略）に接続されたチューブを差し込んで加圧すると、より一層効率的にガスを流すことができる。

そして、図９（ｂ）に示すように、このガスの流れに伴って孔部１１４内の試料が管状部１１２に向けて移動していき、管状部１１２の他端部付近に充填することができる。

また、試料を充填したあとの試料分析に際しては、第３補助具１３７を摘みつつ第１補助具１３４に対して軸線方向と交わる方向に力を加えれば、第３補助具１３７および管状部１１２を第１補助具１３４との際部分において簡単に切断することができる。

特に本実施形態では、第３補助具１３７の周面に切り欠き１６０が周方向に沿って形成されているため、より一層簡単に切断することができ便利である。

この切断されたあとのキャピラリーは、図１０に示すようなものとなる。このキャピラリーの第３補助具１３７をゴニオヘッドに直接取り付ければ、試料分析可能な状態となる。

［実施形態３］

次に本発明の第３の実施形態について図１１および図１２を参照しつつ説明する。

図１１は本実施形態に係るキャピラリーの前側蓋部材の斜視図と断面図、図１２は前側蓋部材を取り付けたキャピラリーの断面図である。

本実施形態では、第１補助具１３４の流出側を閉蓋する前側蓋部材２００が設けられている。

この前側蓋部材２００は、図１１に示すように、ガスの流入側と流出側の両端部が開口され、かつ内部に長さ方向に伸びる収容孔２０１を有する筒状体に形成されている。本実施形態では前側蓋部材２００の外径と内径は第１補助具１３４のそれらと同一となるように形成されている。

また、前側蓋部材２００の流出側の開口２０４には、通気性部材２０３が設けられている。この通気性部材２０３は実施形態１に示したものと同じものが使用される。

また、前側蓋部材２００の装着に際しては、図１２に示すように、流入側の開口２０２が第３補助具１３７に嵌め込まれ、収容孔２０１の内部に管状部１１２の他端部を収容しながら、第１補助具１３４の流出側を閉蓋する。また、本実施形態では、前側蓋部材２００の流入側の端部と第１補助具１３４の流出側の端部が互いに密着しており、機密性が高いものとなっている。

これにより前側蓋部材２００を装着した状態でキャピラリー内にガスを流した場合、万一、試料が管状部１１２の他端部から飛散したときでも外部にまで飛散することを防止することができ、作業の安全性を向上することが可能となる。

また、通気性部材２０３により流出側の開口２０４が塞がれることにより、管状部１１２の他端部の通気性部材１３８から流れ出たガスがさらに前側蓋部材２００の通気性部材２０３を通じて外部に流れることができ、スムーズなガスの流れを作り出すことが可能となる。

また、前側蓋部材２００を取り付けた状態のまま、前側蓋部材２００を摘んで第１補助具１３４に対して軸線方向と交わる方向に力を加えると、第３補助具１３７および管状部１１２を第１補助具１３４との際部分において簡単かつ安全に切断することができる。

特に本実施形態では、第３補助具１３７の周面に切り欠き１６０が周方向に沿って形成されているので、より一層簡単かつ安全に切断することができる。

なお、前側蓋部材２００は、上述の形状に限定されるものではない。要は管状部１１２の他端部を収容しながら第１補助具１３４の流出側を閉蓋し、ガスが流れる構成であればよい。

［実施形態４］

次に本発明の第４の実施形態について図１３および図１４を参照しつつ説明する。

図１３は、本実施形態に係るキャピラリーの後側蓋部材の斜視図と断面図、図１４は後側蓋部材を取り付けたキャピラリーの断面図である。

本実施形態では、第１補助具１３４の流入側を閉蓋する後側蓋部材３００が設けられている。

この後側蓋部材３００は、図１３に示すように、ガスの流入側と流出側の両端部が開口され、かつ内部に長さ方向に伸びる空間３０１を有する筒状体に形成されている。本実施形態では後側蓋部材３００の内径は第１補助具１３４の外径とほぼ同一となるように形成されている。

また、後側蓋部材３００の流入側の開口３０２には通気性部材３０３が設けられている。この通気性部材３０３は実施形態１に示したものと同じものが使用される。

また、後側蓋部材３００の取り付けに際しては、図１４に示すように、流出側の開口３０４が第１補助具１３４に嵌め込まれ、第１補助具１３４の流入側の開口１４５を覆うようにして閉蓋する。また、本実施形態では、後側蓋部材３００の空間３０１の内面と第１補助具１３４の外面とは密着するとともに、後側蓋部材３００の通気性部材３０３と第１補助具１３４の流入側の端部が密着しており、機密性が高いものとなされている。

これにより後側蓋部材３００を装着した状態でキャピラリー内にガスを流した場合、万一、試料が逆流したときでも外部にまで飛散することが防止することができ、作業の安全性を向上することが可能となる。

また、通気性部材３０３により流入側の開口３０２が塞がれることにより、ガスが後側蓋部材３００の外部から通気性部材３０３を通じて内部に流れることができ、スムーズなガスの流れを作り出すことが可能となる。

なお、本実施形態では、後側蓋部材３００を第１補助具１３４にそのまま取り付けるものとしたが、実施形態２のように第２補助具１３６が付いたキャピラリーについて該第２補助具１３６を覆うようにして第１補助具に取り付けてもよい。

また、本実施形態では、後側蓋部材３００により第１補助具１３４の流入側の開口１４５を覆うように閉蓋したが、これに限定されるものではない。例えば、図１６に示すように、後側蓋部材４００を第１補助具１３４の流入側の開口１４５に嵌め込むように閉蓋してもよい。

この後側蓋部材４００は、図１５に示すように、ガスの流入側と流出側の両端部が開口され、かつ内部に長さ方向に伸びる空間４０１を有する筒状体に形成されている。本実施形態では後側蓋部材４００の外径は第１補助具１３４の内径とほぼ同一となるように形成されている。

また、後側蓋部材４００の流出側の開口４０４には通気性部材４０３が設けられている。この通気性部材４０３は実施形態１に示したものと同じものが使用される。

また、後蓋部材４００の取り付けに際しては、図１６に示すように、流出側の端部が第１補助具１３４の開口１４５に嵌め込まれて閉蓋する。また、本実施形態では、後側蓋部材４００の外面と第１補助具１３４の内面とは密着し、機密性が高いものとなされている。

本発明は、試料に電磁波を照射する測定のすべてに適用されうる。

Claims (12)

1. 試料粉末を配置するための管状部と、開口を有する孔部とを備え、
   前記管状部の両端部が開放されており、
   この孔部が、前記管状部の一端部に配置されており、
   この孔部の開口から前記管状部の内部に至る連続孔が形成されており、
   前記管状部の他端部は、ガスを通過させる一方で、試料粉末を通過させない通気性部材で塞がれた態様となされ、前記孔部の開口の径は前記管状部の外径よりも大きく形成され、
   前記連続孔内において前記孔部の開口から前記管状部の他端部に向けてガスが流れることにより、前記孔部内の試料粉末が前記管状部に充填されることを特徴とするガス充填式キャピラリー。
2. 前記孔部は、貫通孔を有し、該貫通孔は前記管状部の外径と略同一の径を有する小径部と、管状部の外径よりも大きく且つ前記開口の直径に等しい径の大径部とを有し、該小径部と大径部との間には傾斜面が設けられている請求項１に記載のガス充填式キャピラリー。
3. ガスの流入側と流出側の両端部が開口され、かつ内部に長さ方向に伸びる収容孔を有する筒状体に形成され、該流出側の開口から前記管状部の他端部が露出する態様で、該収容孔において前記孔部を保持する第１補助具が設けられている請求項１または請求項２に記載のガス充填式キャピラリー。
4. 前記第１補助具は、周面に切り欠きが周方向に沿って形成されている請求項３に記載のガス充填式キャピラリー。
5. ガスの流入側と流出側の両端部が開口され、かつ内部に長さ方向に伸びるガス流路を有する筒状体に形成され、該流出側の端部が前記第１補助具の流入側の開口に挿入される第２補助具が設けられている請求項３または請求項４に記載のガス充填式キャピラリー。
6. 前記第２補助具は、ガス流路の内面が流入側から流出側にかけて次第に小径となる漏斗状に形成されている請求項５に記載のガス充填式キャピラリー。
7. 前記第１補助具と第２補助具との間にシール部材が設けられている請求項５または請求項６に記載のガス充填式キャピラリー。
8. ガスの流入側と流出側の両端部が開口され、かつ内部に長さ方向に伸びる挿通孔を有する筒状体に形成され、該流入側の端部が前記第１補助具の流出側の開口に挿入されるとともに、該挿通孔に前記管状部が挿通されている第３補助具が設けられている請求項３ないし請求項７のいずれかに記載のガス充填式キャピラリー。
9. 前記第３補助具は、周面に切り欠きが周方向に沿って形成されている請求項８に記載のガス充填式キャピラリー。
10. ガスの流入側と流出側の両端部が開口され、かつ内部に長さ方向に伸びる収容孔を有するとともに、流出側の開口に通気性部材が設けられた筒状体に形成され、収容孔の内部において第１補助具から露出した管状部の他端部を収容しながら、第１補助具の流出側を閉蓋する前側蓋部材が設けられている請求項３から請求項９のいずれかに記載のガス充填式キャピラリー。
11. ガスの流入側と流出側の両端部が開口され、かつ内部に長さ方向に伸びる空間を有するとともに、流入側または流出側の開口に通気性部材が設けられた筒状体に形成され、前記第１補助具の流入側を閉蓋する後側蓋部材が設けられている請求項３から請求項１０のいずれかに記載のガス充填式キャピラリー。
12. 請求項１から請求項１１のいずれかに記載のガス充填式キャピラリーを用いた試料充填方法であって、
    キャピラリーの前記孔部内に試料粉末を入れたあと、前記連続孔内において前記孔部の開口から前記管状部の他端部に向けてガスを流し、該ガスの流れに従って前記孔部内の試料粉末を管状部に充填することを特徴とする試料充填方法。

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