JP5015164B2 - クロマトグラフィカラムの充填方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＨＰＬＣカラムに媒体を充填するなど、管状カラムに粒子を充填する方法および装置に関する。

液体クロマトグラフィは、カラムの固定相中の固体粒子と、カラムを通過させられる液相との間の分配の差を助長することにより、混合物から化合物を分離する方法である。カラム充填材料は、分離を起こさせるためのむらのない面を与えるように、よく充填され均一に充填されなければならない。個々の化合物に応じて、カラムを通過する液体に対する親和性と比較した場合のカラム充填材料に対する親和性が、当該化合物がカラム内に滞在する時間の差を決める。化合物はカラムを出た後、検出されるか（分析液体クロマトグラフィ）、個々に回収される（調製液体クロマトグラフィ）。クロマトグラフィ分離が効率的に行われるためには、分離された化合物の再混合を起こしうるような流路または空隙または媒体の層化なく、カラム充填材料ベッドがカラム中に均一かつ高密度で分散されていなければならない。

この高い性能を達成するために、液体クロマトグラフィカラムは、一般には、スラリーを形成する適切な溶媒中に球状または不規則なクロマトグラフィ粒子を分散または懸濁させることによって形成される。スラリーをカラム管の内部に入れ、スラリー上またはスラリーを介して力をかけることにより、粒子を沈殿させてカラムベッドを形成する。この力が粒子をカラム管内に堆積または「充填」させる。充填工程のあいだ、スラリー溶媒は、液体を排出させるには十分な多孔性を持ちながらも、クロマトグラフィ粒子は保持する「フリット」と呼ばれる多孔性円盤を通して排出される。スラリー溶媒が排出されると、クロマトグラフィ粒子は均一かつ高密度な「ベッド」に圧縮されて、カラムは使用準備完了となる。

カラムベッドの圧縮と充填は、次の２つの方法のいずれか一方によって行われる。クロマトグラフィベッドを作成する広く知られた技術の一つは、カラム内部でスラリーを作り、カラムを通る高溶媒流を用いて粒子をカラムの出口に向けて押す。スラリー技術を用いてこれらのカラムを作成するには、充填工程のあいだ、クロマトグラフィカラムは上部が開いており、この端部がスラリーチャンバの一方端に取り付けられる。クロマトグラフィ媒体スラリーが、スラリーチャンバとカラム管を満たす。カラムの出口端は、クロマトグラフィ媒体を保持しながらも液体はカラムから排出させるフリットを有する。スラリーチャンバの入口端は、チャンバ内に液体を押し込む高圧、高容量ポンプに取付けられている。大流量液体は、粒子をカラムの出口に向けて移動させ、クロマトグラフィ媒体は均一かつ高密度のベッドへとゆっくりと圧縮される。

スラリー技術では、ベッドが充填されるまで液体流を提供するために高圧ポンプが必要であり、これには１時間もの時間がかかることがある。この高流速での相当に長い充填時間は、大量の溶媒を必要とするために最終カラムのコストを著しくさせるとともに、製造スループットを低下させる。一旦クロマトグラフィベッドが形成されると、充填されたカラム管がスラリーチャンバから取り外され、永久エンド嵌合がカラムに配置される。この高圧高流速スラリー充填技術によるもう一つの主たる欠点は、圧縮されたクロマトグラフィベッドを形成するためにクロマトグラフィ媒体が充填プロセスの間に非常に高い圧力下におかれるが、スラリーチャンバからカラムが取り外される際に、この圧力を解放しなければいけないことである。圧力がカラムから取り除かれる際に、圧縮されたクロマトグラフィ媒体が減圧または弛緩されて、クロマトグラフィ媒体が膨張してカラム管内を移動することになる。カラムを閉じるためには、過剰の媒体をカラムの上部から除去し、別のフリットおよびエンドキャップをカラム管上に配置して、充填ベッドのそれ以上の移動または膨張を防止する。ベッドの移動およびこれに続く過剰媒体の除去は、特にカラムの頭部において、ベッド密度の変動または幾分の減少をもたらす。このベッド密度における変化および減少は、とりわけカラムが高流速下で操作させられる際に、ベッドの沈降または空隙化などの性能上の問題を生み出す。この減少は、２５未満の比較的低いアスペクト比（長さ／内径）を有するカラム上で最も顕著である。現在では、高スループット、高容量調製用途において、使用者は、特に低密度のベッドのためにカラムの長さが短い場合に、このスラリー技術を用いて準備したカラムについて寿命の減少を経験する。

代替のカラム充填技術としては、米国特許第５，８９３，９７１号に一般的に記載されているように、軸圧縮を用いるものがある。しかしながら、軸圧縮によって充填された大半のクロマトグラフィカラムは、カラムと充填装置の両方を含む単一のシステムに統合されている。カラム自体はシステム自体から取り外すことができず、このことはカラムがシステムの一部として動作することを意味する。また、管容積の大半がスラリーチャンバとして用いられるので、カラム管は、一部しかクロマトグラフィ媒体で満たされていないことになる。さらに、充填システムとカラムとが単一ユニットに統合されているので、コストと複雑性も高い。

軸圧縮充填の新しい変形が米国特許第５，９５１，８７３号及び米国特許第６，０３６，７５５号に記載されている。カラムベッド上に能動圧を維持する取り外し可能なスプリングロッドとピストンを組み込むことにより、カラムは充填システムから取り外し可能である。しかしながら、このシステムでも、必要とされるベッド長がカラム全長のわずか１／３〜１／４であるにせよ、相当に長いカラム管が必要である。その理由は、カラム管の全長の有意な部分が、単に圧縮および／またはスプリング組立の前の圧縮されていないスラリーを収容するためだけに必要とされるからである。この設計には、長く、ときには非常に重いカラム組立体が含まれ、これは操作者が典型的な実験室または精製実験室において使用するには不便で、非実用的で困難を伴う。

これらの設計は、４〜８本のカラムが平行して走るか、および／またはスペースの限られている高スループット精製実験室においては特に非実用的である。さらに、この長くより複雑な設計のカラムハードウェアの高いコストが、利用頻度の高い、または高スループット環境におけるそれらの受入に歯止めをかけるが、これは、多数で動作する場合にコストがかかりすぎるためである。

軸充填されたカラムのさらに別の欠点は、フリット径がカラム径よりもはるかに小さいことである。この小さくされた径は、軸圧縮のあいだにカラムに高圧力がかけられた場合に、溶媒または媒体の漏れを防ぐために、カラム壁に対して押圧するシールまたはシール組立体に対して必要とされるスペースのためである。この小さくされた径は、フリットがクロマトグラフィベッドを覆わない外壁付近の不使用のカラム領域を残し、この領域にはサンプルが加えられない。短いベッドカラムの場合、ベッド長が非常に短く、サンプルは表面に迅速かつ均一に分散する必要があるため、サンプルを全表面に分配されることは非常に重要である。スラリー充填カラムにおいて、フリット径は一般には、カラム径と同じであるか大きい。
米国特許第５，８９３，９７１号 米国特許第５，９５１，８７３号 米国特許第６，０３６，７５５号

したがって、寿命を改善し、化学者が使用する際の扱いにくさを無くした、軸圧縮充填方法および部品によって製造可能なさらに小型の使い捨て可能なカラムの設計が要求されている。

スラリーチャンバ（管）を、Ｖバンドによってクロマトグラフィカラムと同軸上に固締して保持する。カラムの一方端部はエンドキャップとフリット（frit）を有する。流体とクロマトグラフィ媒体のスラリーをカラムおよびスラリーチャンバに入れる。ピストンとフリットがチャンバを介して液圧式ラム（ram）によってカラム中に付勢されて流体を排出し、カラム中に媒体ベッドを形成した状態で、ピストンが段付き径フリットに当接する。スラリーチャンバを取り外し、分割エンドキャップまたは分割保持具をカラムの周りに配置し、スリーブ（１部品または２部品）によって定位置に保持する。分割エンドキャップまたは分割保持具内のネジ付き凹部は、ネジ付きコレット（collet）を受ける。コレットを、該コレットがラムと同じ力でピストンを押すまで締め、この時点でラムは解放されて、使用のためにカラムが取り外される。フリットは、好ましくは、フリットの小径と隣接するカラム壁の間に介在されたシールを有する。同様に、ピストンは、段付き径を有し、ピストンの小径と隣接するカラム壁の間にはシールが介在されており、小径は好ましくはフリットに当接している。

本発明の一態様は、軸圧縮によって経済的かつ堅牢な液体クロマトグラフィカラムを作成するための改善された方法に関する。本発明の別の態様は、ベッド上の軸圧縮を維持しながら、スラリーチャンバを取り外し、ベッドの長さの変化を吸収する柔軟性を保ちながらも、従来の軸充填されたカラムに比べて短くかつ複雑さが少ないカラムを得る方法に関する。本発明のさらなる態様は、スラリー充填技術に比べて、カラムベッドの充填に必要な溶媒量と生産時間を著しく低減する。

取り外し可能なスラリー／前圧縮チャンバが有益に提供される。分断されたカラムまたはチャンバアセンブリを用いるが、これには、スラリー前圧縮チャンバである第１の断片と、カラムチャンバである第２の断片が含まれる。第１の断片は、充填前、および圧縮の初期段階のあいだに、クロマトグラフィスラリーを収容するためのスラリーおよび前圧縮チャンバとしての役割を果たす。ピストンロッドまたはピストンスリーブ組立体によって駆動されるピストンは、ピストンをカラムチャンバ（第２の断片）の固定端に向けて動かす。ピストン自体は第１の断片を通過して第２の断片に入る。ピストンは、媒体が十分に圧縮されて固定ベッドを形成するまで第２の断片内に短い距離移動する。この設計は、ピストンロッドまたはピストンスリーブがピストンに力をかけてベッド圧縮を維持した状態で、スラリー前圧縮チャンバ（第１の断片）を取り外すことを可能にする。ピストンを定位置に固定するために、固定機構を取り付けて、ピストンロッドをピストンから引離して取り外しできるようにしてもよい。軸圧縮によって充填を行い、ピストンを定位置に維持したまままスラリーチャンバを取り外すことができることは非常に有益である。

この設計は、最終カラムベッドの長さのばらつきを小さくすることができるという点でも有益である。ベッド圧縮スクリュおよびＶバンドクランプの設計は、媒体がカラムに充填された際に達成される最終ベッドの高さに基づいて、ピストン位置の精密な調整を提供する。変動するベッド高さを吸収できることで、カラム内に充填された媒体の量の変動（好ましくは小さな変動）を吸収しながら、設定された圧縮力が保証される。約１インチ（２５ｍｍ）までのベッド高さの変動が、所与のカラム長によって達成可能であると考える。

２段階のハット状のフリット設計も有益に提供される。フリット設計は、フリットによって覆われるカラムベッドの表面積の量を増大させ、カラムベッド全体へのサンプルのより迅速な分散を可能にする。古い軸圧縮設計では、カラム壁と係合するピストンシールを用い、フリットはカラムベッドよりも小径であった。より古い設計では、ピストン組立体と壁との間に分離のために利用できない領域を残している。２段階のハット状フリット設計は、サンプルができるだけ迅速に媒体全体に分散されなければならない短いベッド長カラムに対しては非常に有用である。このフリット設計は、より長い長さのカラムに対しても有益であると考える。

スラリーチャンバを取り外し、スクリュなどのベッド圧縮機構に交換するあいだに、カラム上の軸圧縮を維持するための機構および方法も提供される。カラムベッドは充填後に弛緩または膨張を許されないようにされていることが有益である。圧縮されたベッドは、充填プロセスの間に一度圧縮され、入口エンド嵌合いの取り付け時にもこの圧力が保たれる。これにより、ベッド圧縮を維持するためのバネが要らなくなる。

本発明の一態様において、それぞれ第１および第２のエンドキャップで覆われた第１および第２の端部を有する内径を有する管状本体を有する携帯可能な管状クロマトグラフィカラムが提供される。カラムは、すべて本体内側に位置する第１および第２のフリット間に配置されたクロマトグラフィ媒体のベッドを有する。ピストンが第１のフリットに当接し、ベッドに所定の圧力を及ぼす。調節可能な錠止機構は、本体に固締された支持体を有するとともに、ネジ付きアジャスタの回転がピストンがベッドに及ぼす力を増加または減少させるように、支持体とピストンとの間に介在されたネジ付きアジャスタを有する。

上記本実施形態のさらなる変形において、支持体は、本体の外側に挟着し、好ましくはＶバンドクランプを形成する。さらに、ネジ付きアジャスタは随意で、ピストンに当接する１つの端部を有するコレットを含む。コレットが複数のリードネジを有すると有益であるが、２つのリードが好ましい。さらなる変形において、支持体は、本体に挟着される分割エンドキャップを含む。分割エンドキャップは、管またはチャンバの一方端を随意で包囲し、環状構造によって随意で一緒に保持される。好ましくは、分割エンドキャップは、調節可能な固締具を受けるためにネジ付き凹部を有する。凹部は好ましくは複数のリードネジを有する。さらに、コレットは好ましくはレンチ面を有する。

さらなる変形において、フリットは、フリットとカラム壁の間にいかなるシールも介在させずに、カラム本体の内径に隣接して延びる。フリットは好ましくは、内壁とほぼ同じであるがわずかに小さい第１の径を有し、フリットと内壁の間にはシールを有しない。フリットは第１および第２の同心円状の径を有し、媒体に当接するフリットの径は第１の径であり、第２の径よりも大きいことが有益である。好ましくは、ピストンは、ピストンと内壁の間に介在された少なくとも１つのシールを有し、少なくとも１つのシールは数千ｐｓｉ（ｐｏｕｎｄ ｐｅｒ ｉｎｃｈ）の流体圧でのシールを与えるように選ばれる。さらに、ピストンの一部は、好ましくは管状本体の端部の外側に延びる。

本発明のさらなる態様において、新しいフリットが設けられる。このフリットは、随意ではあるが好ましくは、第１の径を有する円筒状内部を有する管状本体を有するクロマトグラフィカラムとともに使用される。フリットは、カラムの第１の径とほぼ同じであるがわずかに小さい径を有する第１の円筒状部分を有する。フリットは、より小さい径を有する第２の円筒状部分を有し、第１と第２の部分は同心円上にある。さらなる変形において、フリットは一体材料から一体的かつ単一的に形成されるか、あるいは、フリットは異なる径の２つの当接するフリットから形成されるフリットである。

本発明のさらなる態様において、第１の長さを規定する第１および第２の対向端部を有し、カラムの第１の端部上にエンドキャップを有する管状クロマトグラフィカラムの充填方法が提供される。カラムは、内径を有する。本方法は、スラリーチャンバをカラムの第２の端部にカラムと同軸状に当接させ、スラリーチャンバとカラムの第２の端部の間に流体密シールを形成することを含む。スラリーをカラム管およびスラリーチャンバに入れるが、このスラリーに流体とクロマトグラフィ媒体とが含まれる。ピストンをスラリーチャンバに入れるが、このピストンは、ピストンとスラリーチャンバの間に介在されたシールと、ピストンとスラリーの間に介在されたフリットとを有する。ピストンをスラリーチャンバ内で進行させ、少なくとも一部がカラムに入るようにする。ピストンの進行は、スラリー内の媒体が所望の圧力または長さに圧縮されるベッドを形成したときに停止される。

好ましい形態において、本方法は、ピストンをカラムに錠止することを含む。より好ましくは、本方法は、ベッド上の圧力を解放することなく、スラリーチャンバを取り外すことと、ピストンをカラムに錠止することとを含む。有益には、フリットは第１および第２の同心円上の異なる径を有する段付き円盤を含み、その大きい方の径がスラリーと当接する。より好ましくは、シールを小さい方の径とカラムの内径の間に介在させて、大きい方の径とカラムの内径との間にはシールを介在させない。さらに、好ましくは、面取り部をカラムの第２の端部の内縁上に形成するが、この面取り部は随意選択可能であり、相嵌部分が十分に同心円上にある場合には特に省略可能である。

さらなる好ましい変形において、本方法は、ピストンの位置を保持しながら、スラリーチャンバを取り外すことと、分割エンドキャップの２つの部分をカラムの第２の端部の上に配置することとを含み、エンドキャップのそれぞれは、その内部に形成されたネジ付き凹部の部分を有する。分割されたネジ付きコレットまたはネジ付き凹部を有した分割ピストン保持リングが、カラムの第２の端部に固締される。外側鍔部をピストン保持リングの上に配置し、定位置に保持する。最後に、ネジ付きコレットを、該コレットがピストンを定位置に保持するまで、凹部内に進める。

この後の好ましい方法に対する好ましい変形において、ピストンを進行させることには、液圧式ラムをピストン上の肩部と接触させて配置することと、液圧式ラムを進めることとを含む。スラリーチャンバは、ラムを定位置においたままカラムから取り外すことができ、その後、スラリーチャンバがカラムとの接触状態から取り外され、ピストンが定位置に錠止されるまで、ラム位置が維持された状態で、ピストンが定位置に錠止される。充填とピストンの定位置への錠止が完了した後、カラムをラムから取り外し、カラムの第１および第２の端部の出口に栓をする。上記方法のさらなる変形において、流体密シールの形成には、Ｖバンドクランプをスラリーチャンバとカラムの接合点上に配置することを含む。錠止工程は、Ｖバンドクランプをカラムの第２の端部の周りに配置することを含んでいてもよい。

本発明のさらなる態様において、複数の断片からなるクロマトグラフィ組立体が提供される。組立体は、第１および第２の開放端を有し直径Ｄの内筒を画成する壁を有するスラリーチャンバと、第１および第２の対向する開放端と第２の端部上のエンドキャップとを有するクロマトグラフィカラムとを有する。スラリーチャンバの第２の端部は、カラムの第１の端部と当接する。カラムは、直径Ｄの内筒を画成する壁を有する。一部がカラムの第１の端部の外面に形成され、一部がチャンバの第２の端部の外面によって形成される凹部内に、環状のシールを配置する。Ｖバンドクランプがシールを包囲し、チャンバおよびカラムの外側の少なくとも１つの凹部または凸部と協働して、チャンバおよびカラムを同軸上に位置合わせして保持する。

この装置のさらなる変形において、カラムの第１の端部の内縁上に面取り部が形成される。好ましくは、スラリーチャンバの第１の端部の内縁上にも面取り部を形成する。流体とクロマトグラフィ媒体のスラリーをチャンバおよびカラムに入れる。ピストンをチャンバまたはカラムのいずれか一方内に配置する。ピストンは、ピストンと、ピストンが配置されるチャンバまたはカラムの円筒壁の間に介在された少なくとも１つのシールを有する。好ましくは、ピストンは少なくとも一部がカラム内に延び、ピストンは直径がおよそＤの第１の径と、より小さい第２の径とを有するフリットを有する。

本発明のこれらおよび他の利点および特徴は、同様の番号は同様の部材を示す以下の図面および説明に照らしてより理解されるであろう。

２つの主たる実施形態、すなわち、単一部品の長い本体を用いた第１の実施形態と、２部品の分断された本体を用いた第２の実施形態とを示す。
図１〜４を参照して、好ましくは円筒状であり対向する端部２１ａ，２１ｂを有する管状本体２２を有するクロマトグラフィカラム２０が設けられている。下流エンドキャップ２４は、第１の下流端２１ａ、好ましくは下流または出口端の上に固締されている。エンドキャップ２４は随意ではあるが好ましくは、カップ形状であり、略平坦な端部を有し、該端部は、本体２２の外側の雄ねじと係合してエンドキャップ２４を本体に固締する雌ねじを有する。出口２６は、キャップ２４の略平坦な端部内に形成されており、ねじ込み栓２８は、出口経路上の相嵌ネジと係合して出口２６を解放可能に阻止する。

第１のフリット３０は、第１の端部２１ａの内側または上側に配置され、第１のエンドキャップ２４によって定位置に保持される。随意ではあるが好ましくは、カップ状フリット保持部３２が、第１のフリット３０および第１のエンドキャップ２４の間に配置される。フリット保持部３２は、使用時にフリットが着座する第１の小径凹部３４を形成するとともに、本体２２の段付き端部２１を受ける第２の大径凹部３６を形成する、２段スカートを有した略平坦な端部を有する。端部２１ａの先端部分上のリップは、凹部３４，３６の異なる径の間に形成される肩部と当接してシールを形成し、大径凹部３６は段付き端部２１ａと重なってさらなるシールを形成する。エンドキャップ２４は、フリット保持部３２およびフリット３０を定位置にかつ、本体２２の第１の端部２１ａとの封止係合状態に保持する。フリット保持部３２は、出口２６と同一線上に出口を有する。

管状本体２２の内部は、好ましくはその中をピストン３８が摺動する円筒状空洞３８を有し、随意ではあるが好ましくは第２のフリット４２と当接する下流端を有する。フリット３０，４２間は、典型的にはクロマトグラフィ分析のための固定相を形成する媒体４４である。媒体は、典型的にはクロマトグラフィ分析に適した様々な化学物質でコーティングされたシリカまたはポリマー粒子からなる。

ピストン４０は、後でより詳細に説明する第２のエンドキャップ４８およびスラスト座金５０によって定位置に保持されるピストンスリーブ４６によって、フリット４２および媒体４４に対して付勢される。カラム２０は、好ましくはピストン４０の中心を通って延びる長手軸５２を有する。本願において下流端または方向とは、充填時に使用される軸５２に沿った方向のことをいい、図示した実施形態において、この方向はエンドキャップ４８からエンドキャップ２４に向かう方向であり、上流方向はその逆の方向である。実際の使用において、移動相は好ましくは同じ方向を通るが、いずれかの方向でカラムを通過できるようにして、実際の使用時に上流と下流を反転できるようにしてもよい。

図１および図３ｂ〜３ｃを参照して、ピストン４０および第２のフリット４２について説明する。ピストン４０の下流端は、下流エンドキャップ２４に向けて下流方向に、長手軸４８に沿って延びる壁５４を有する。壁５４は、フリット４２の一部を受けるような大きさにされた円筒状凹部を形成する。フリット４２は、フランジ５６を形成する第１の円盤状部分を有する略ハット形状を有し、該フランジは、壁３８の内径よりもわずかに小さい、好ましくは径が約０．６２５ｍｍ（０．００１インチ）小さい環状外周を有する。円盤状フランジ５６は、軸４８から、フランジ５６の上流側に位置する小径円筒状ボス５８を超えて外側に径方向に延びる。したがって、フリット４２は、フランジ５６とボス５８とを含み、これらには好ましくはフランジ５６の下流面に均一に流体を分配するための内部経路が形成される。

ピストン４０上の壁５４によって形成される凹部は、壁５４の下流端が好ましくはフリット４２のフランジ５６と当接した状態で、円筒状ボス５８を受ける。
第１のシール６０は、随意ではあるが好ましくは、壁５４の外側と、本体２２の隣接する内壁３８との間に配置される。第１のシール６０は、長手軸５２に沿ってより長い寸法を有する矩形の断面を有し、シール６０の下流端は好ましくはフランジ５６に当接していることが有益である。第１のシール５６は、好ましくはポリエチレンまたはポリプロピレンまたはポリテトラフルオロエチレンまたはゴムなどのエラストマーまたはポリマーである。Ｓｔ．Ｇｏｂａｉｎ＃４５０１５１８８３シールが適切であると考えられる。第１のシールは、媒体４４および液体が、ピストン４２と内壁３８の間を通過することを制限するのを助ける。

随意の第２のシール６２は、第１のシール６０の上流端と当接する。第２のシール６２は、好ましくはピストン４０内の対応する溝６４内に配置されたエラストマーシールである。第２のシール６２は、好ましくは、ポリエチレンまたはポリプロピレンまたはポリテトラフルオロエチレンまたはゴムなどのエラストマーまたはポリマーである。第２のシール６２は、Ｏリングシールであってもよい。第２のシール６２は、第１のシール６０が、軸５２に沿って上流に動かないようにすることを助ける。また随意で、ピストン４０と内壁３８の間を通過する媒体４４および液体に対する封止を助けることもある。

摩耗リング６６は、ピストン４０上の２つの軸方向の離間したフランジ６８ａ，６８ｂの間に配置される。リング６６は、随意でさらなるシール面を提供してもよい。フランジ６８ａ，６８ｂは、軸５２から径方向外方に延び、内壁３８の内径よりもわずかに小さい環状外周を形成する。摩耗リング６６は好ましくは、矩形の断面を有し、ピストン４０が軸５２に沿って動く際の、円筒状壁３８内のピストンの揺動を低減するのに十分な内壁３８に当接する軸方向長さを有する。摩耗リング６６は、ポリエチレンまたはポリプロピレンまたはポリテトラフルオロエチレンであってよい。Ｏリング構造または他の構造を有するものであってよい。

ピストン４０の上流端上には、上方に延びる小径の上流ボス７０を有する肩部６９が形成される。肩部６９は、好ましくは上流に面する連続する環状面であるが、間欠面を使用してもよい。ボス７０は好ましくは、その上にネジを有した円筒状外観を有する。流体路７２は、ピストン４０内を、好ましくは軸５２と一致して延びる。流体路７２は、フリット４２と流体連通する下流端を有し、好ましくは、フリット４２のボス５８上に開放する。

壁５４は、長手軸５２に略直交する上部または上流面７１を有する凹部を形成する。しかしながら、好ましくは、図面にみられるように、面７１は長手軸に向けて上方にわずかに傾斜して、面７１と隣接するフリット４２の間に浅い円錐状の凹部を形成する。この円錐空間が、試料が何らかの粒子を含む場合の目詰まりを防ぐとともに、試料がフリット全体に拡散することを助ける。約３°の傾斜角がこの円錐空間を形成するのに適切と考えられる。

ピストンスリーブ４６は好ましくは、肩部６９と当接するように構成された下流端を有する管状軸を含み、その内側はボス７０に外嵌するような大きさにされる。随意ではあるが好ましくは、ピストンスリーブ４６の下流端の上の内部にはネジが切られ、ボス７０上のネジに螺合するように構成される。ピストンスリーブ４６の上流部分上の肩部７５は、エンドキャップ４８またはスラスト座金５０のうちの一方に当接する。スラスト座金５０は、ピストンの位置を正確に維持するために、好ましくは、相対的に厚いステンレス鋼である。ピストンスリーブ４６は好ましくは上流エンドキャップ４８の端部内の開口部７６を通って延びる。管７８はピストンスリーブ４６内を好ましくは軸５２と一致して延びる。管７８の上流端７８ａは、クロマトグラフィ装置と流体連通して配置されて移動層をカラム２０内に導入するように構成される。管７８の下流端７８ｂは、ピストン４０の上流端およびその流体路７２と流体連通して固締されるように構成されている。キャップ８０は入口端７８ａを遮断する。

ピストンスリーブ４６の上流端に隣接して戻り止め８２が配置される。ピストンスリーブ４６の外周の周りに延設される環状凹部が、戻り止めを形成するのに最適であると考える。ピストンスリーブ４６の上流端が駆動面８４を形成し、必要に応じて、上流に面するピストンスリーブ４６上に追加の駆動肩部を形成して、後述するような駆動面８４の目的を果たすようにしてもよい。錠止面７５をスリーブ４６に形成する。好ましくは錠止面７５は、スリーブ上の肩部の形状をもち、好ましくは、間欠面ではなく環状の肩部を含む。

本体２２の上流端２１ａには、好ましくは本体２２の内面上に長手軸５２から外方に角度をつけた面取り部８６が形成されている。面取り部８６は、上流に面する本体２２の平坦化または曲線化されたリップに延びる。

図１および５を参照して、カラム２０の充填について説明する。下流エンドキャップ２４を本体２０上に配置して、下流フリット３０を定位置に保持する。カラム２０を、上流端２１が覆われることなく開放された状態で、保持部内に配置する。随意ではあるが好ましくは、カラム２０をチャック８７内に配置するが、該チャック８７は、本体２２に当接して、中心線５２がチャックの中心線と一直線上にくるようにカラムを保持するように締められる。３部分チャック８７が好ましい。キャップ２４の下流端は、図示したように支持面８８に当接できるか、チャック８７が以下の充填のために十分なように本体２２を把持することができる。

所定量の媒体４４をビーカーに入れ、流体と混合してスラリーを作成する。このスラリーを好ましくは超音波処理して空気を除去し、媒体４４と流体をさらに混合する。次にスラリーを本体２２の内部に注入する。フラスコを流体で好ましくは２回リンスし、流体を本体２２内に注いで、確実にすべての媒体が本体２２内に収容されるようにする。液面を面取り部８６まで満たすために必要であれば、さらに流体を加える。カラムに強制通気を行うことは好ましくないため、液面を、空気の捕捉を回避するのに十分な高さにするか、排気弁を設ける。あるいは、スラリーをチューブからくみ上げるか、他の充填方法を用いてもよい。好ましくは、出口経路２６はこの段階では遮断されておらず、流体は重力によって出口２６から流出することができる。

スリーブの端部がピストン肩部６９に当接するように、ピストン４０をピストンスリーブ４６上に配置する。好ましくは、ボス７０上の相嵌ネジが、スリーブ４６の内面上の相嵌ネジと係合して、スリーブとピストンの相対軸移動を阻止するネジ係合を形成する。金属キャップをスリーブ４６の端の上に配置して、管７８の上流端７８ａから流体が流出することを阻止するようにすることが有益である。ハット状フリット４２をピストン内に配置して、上流エンドキャップ４８およびスラスト座金５０をピストンスリーブ４６上に配置する。必要に応じて、ピストンスリーブ４６の上に錠止機構を配置してもよい。

プレス９０内にピストンスリーブ４６を配置する。プレス９０は随意ではあるが好ましくは、液圧式ラムからなり、そのようなものとして後述する。戻り止めは、プレス９０内の相嵌する解除可能な戻り止めピンと係合して、スリーブに取り付けられた任意の錠止機構およびピストン４０とともに、ピストンスリーブ４６を定位置に保持することができる。ピストンスリーブ４６は、スリーブの長手軸が本体２２の長手軸５２と一致するようにラム９０内に配置する。

次に、ラム９０はピストンを本体２２の開放端の方へ進めるが、この際には、面取り部８６が、相嵌部分を案内し、わずかなずれを吸収するのを助ける。好ましくは、フリット４２と流体の間に空気が捕捉されることがないようにするために、少量の過剰流体が面取りされたリップ８６から押し出される。ラム９０およびピストン４０はこの初期係合部分のあいだはゆっくりと進行する。ラム９０は、摩耗リング６６が内壁３８に当接するまで本体２２中に進行し、この当接した時点で、必要に応じてラムの速度を上げることができる。進行するピストン４０が出口通路２６から流体を押し出す一方で、フリット３０は、媒体を本体２２内に保持する。流体が大幅に本体から排出された場合、ピストン４０は媒体４４を圧縮し、この時点で圧力は迅速に増大する。

ラム９０は、所望の圧力が達成されるまでピストン４０を進行させ、この時点で、ピストン４０の移動が停止される。この時点で流体は経路２６を介して大幅に押し出され、媒体４４が圧縮されて所与の用途のための、好ましくはクロマトグラフィ分析のための固定相を形成する。その後、本体２２に対するピストン４０および軸４６の相対移動は固定さる。このことは、随意ではあるが好ましくは、スラスト座金５０を錠止肩部７５と当接するまで移動させることによって達成されるか、あるいは、スラスト座金を用いない場合には、キャップ４８をキャップの一部が錠止面７５と当接するまで進めることによって達成される。随意ではあるが好ましくは、錠止肩部７５は、キャップ４８内の開口部７６に隣接して延び、結果としてスラスト座金５０は、キャップ５８と肩部７５の間に延びる有意な支持されていない、すなわち自由な長さを有しない。キャップ４８は、本体２２の外側上流端上の相嵌ネジと係合する内部ネジを有する。スリーブ４６の長さおよび錠止肩部７５の位置は、ネジが座金５０を軸５２に沿って錠止面７５と当接するように付勢できるように、本体２２の長さと、これらの相嵌ネジの位置に対して選ばれる。

キャップ４８を、スラスト座金５０を肩部７５およびスリーブ４６に対して押しつけさせて、媒体４４をさらに圧縮するまで締め付ける。ラム９０と連通する直線移動ゲージ９２は、ピストン移動をわずかに増大させる。直線移動９２は、随意ではあるが好ましくは、小数第２位または第３位までの移動として読むことができる。媒体４４が、直線移動ゲージ上で０．０１または０．００１または好ましくは０．０００１の少量にまで圧縮された後、ラム９０が解放され、キャップ４８と、スラスト座金と錠止面７５がスリーブ４６およびピストン４０を定位置に保持する。カラム２０をチャック８７から取り外す。栓２８は出口経路２６を遮断する。必要に応じて上流端７８ａ上の金属キャップを除去し、プラスチックキャップおよび／またはユニオンと交換する。こうして充填されたカートリッジは輸送および／または使用に適している。直線移動ゲージの代わりに、または加えて、力ゲージを使用してもよい。

図６は、左縦グラフ上に示したラム９０によってもたらされる圧力に対する、ピストン４０の位置を水平方向グラフに示した説明図である。ピストン移動は時間で示してある。ピストン４０が本体２２および出口２６から過剰な流体を追放すると、ラム９０にかかる圧力は媒体４４が圧縮されるにつれて相当に直線的に増加し、ベッドを介して付勢されている流体が流れ抵抗の増大を受けることになる。流体が出口２６を介して大幅に追放されると、ピストン４０のさらなる移動が残りの流体内の媒体４４をさらに圧縮するにつれ、圧力が著しく増大する。圧力が増加しすぎると、媒体４０が変形するか、潰れて細かくなり、そのそれぞれが媒体ベッド４４内の流れを低下させることになる。望ましい圧縮圧力は、使用される個々の媒体によって異なる。圧力が所望の圧力に達したところで、ピストン４０の移動が止められる。

この第１の実施形態は、ピストン４０による媒体４４の均一な液圧充填を達成し、これは、圧縮された媒体４４によって形成される固定ベッドを通る移動相の均一な流れにとって望ましい。しかしながら、この実施形態は長い本体２２と長いスリーブ４６とを必要とするため、エンドカラムが重くなり、望まれるより多くの材料を必要とする。本体２２、スリーブ、エンドキャップ２４，４８は、金属、典型的にはステンレス鋼からなり、この材料は重いだけでなく高価である。したがって、本体２２の長さを短くし、可能であればピストンスリーブ４６を無くすことが望ましい。

図７〜１０を参照して、上述したのと同じピストン４０を使用するが、分断された本体１２２を有する、第２の実施形態を説明する。変更のない部分については符号は変えず、説明は繰り返さない。

本体１２２は２つの部分、すなわち取り外し可能な上流管１２２ａと残りの下流管１２２ｂとからなる。どちらの部分１２２ａ，１２２ｂも充填のために用いられ、取り外し可能な管１２２ａは、後でより詳細に説明するように、使用のために取り外される。上流管１２２ａはスラリーチャンバを構成し、下流管１２２ｂはカラムを構成する。管１２２ａ，１２２ｂは除去可能なＶバンドクランプによって着脱可能に連結されている。本体１２２の外側に、随意でレンチ面１３３を設けてもよい。

スラリー管１２２ｂは、媒体が充填する前に、所望のスラリー媒体４４を保持するのに十分な長さを有する。随意ではあるが好ましくは、この長さはピストン４０の少なくとも一部を収容するのに十分な長さである。カラム１２２ｂの上流端１２４は、スラリーチャンバ１２２ａの下流端１２６に対して封止するように構成される。シールは、典型的には約１３８００〜４１４００ｋＰａ（２０００〜６０００ｐｓｉ）の範囲の液圧充填圧力に耐えるように設計されるが、個々のカラムおよび媒体によってこれより大きくても小さくてもよい。シールは好ましくは本体１２２ａ，１２２ｂの当接面間の面シールである。しかしながら、このシールは、長手軸５２の長さに沿って延びる軸シールであってもよいし、面シールと軸シールの両方であってもよい。

１つの図示のシールについて説明する。本体１２２ａ，１２２ｂの嵌合端部のそれぞれは、軸５２と平行に延びる管状本体１２２ａ，１２２ｂの内側に壁１２８ａ，１２８ｂを有する。各壁１２８ａ，１２８ｂは、短い円筒を形成する。各壁１２８ａ，１２８ｂは、壁の外観に凹部１３２ａ，１３２ｂも形成する。壁１２８ａ，１２８ｂの端部が互いに当接する場合、凹部１３２ａ，１３２ｂは互いに対向し、Ｏリング１３４のためのＯリングシールなどのリングシールを収容するのに十分な大きさの単一の環状凹部を形成する。壁１２８ｂの内部隅は面取り部１３０を有する。各凹部１３２ａ，１３２ｂに隣接し、かつ各壁１２８ａ，１２８ｂから離れたところに、先細凹部１３５ａ，１３５ｂがある。各先細凹部は台形の断面を有する。

端部１２８ａ，１２８ｂが互いに当接する場合、Vバンドクランプ１３６は凹部１３５と係合して、部分１２２ａ，１２２ｂを互いに保持する。Vバンドクランプは２つの半円形またはクラムシェル断片１３６ａ，１３６ｂを有し、そのそれぞれが２つの突起１４０ａ，１４０ｂを有し、先細になった側が凹部１３５ａ，１３５ｂのうちの一方と嵌合するように構成されている。クラムシェル断片１３６ａ，１３６ｂは、例えば、スクリュなどのネジ式固締部材１４２によって、ともに固締されており、このとき、突起１４０ａ，１４０ｂは、嵌合凹部１３４ａ，１３４ｂ内に楔入して断片１２２ａ，１２２ｂをともに固締する。シール１３４は、単独またはVバンドクランプ１３６と協働して、流体密シールを維持する。Ｖバンドクランプ１３６は、スラリーチャンバ１２２ａおよびカラム１２２ｂを同軸線上にも維持する。

取り外し可能なスラリーチャンバ１２２ａは、チャンバの端部上のリップの内側に面取り部８６に有した上流端１２４を有する。
図９ａ，９ｂおよび１１を参照して、組み立てられた場合、初期の使用については図５の第１実施形態のものと同様である。スラリーチャンバ１２２ａおよびカラム１２２ｂは、Ｖバンド１３６によって接合されている。下流エンドキャップ２４がカラム１２２ｂ上に置かれて、下流フリット３０を定位置に保持する。接合されたスラリーチャンバ１２２ａおよびカラム１２２ｂを、上流管１２２ａの上流端が覆われずに開いた状態で、保持部内に配置する。随意ではあるが好ましくは、チャック８７（図５）、または接合されたチャンバ１２２ａとカラム１２２ｂとは、該接合されたカラムを中心線５２がチャックの中心線と一直線上にくるように保持する支持体８８内の凹部１７内に配置される。キャップ２４の下流端は、図示されるように支持面８８と当接するか、または、チャック８７が単独で用いられる場合には、該チャックは、続く充填に十分なように、接合された本体１２２ａ，１２２ｂを把持する。カラムを支持体８８に当接させることが好ましい。

所定量の媒体４４をビーカーに入れ、流体と混合してスラリーを形成する。スラリーは好ましくは超音波処理して、空気を除去し、さらに媒体４４と流体を混合する。次にスラリーをスラリーチャンバ１２２ａの開口部に注入する。スラリーチャンバ１２２ａは、第２の実施形態における取り外し可能な前圧縮チャンバの目的を果たす。すべての媒体が接合された本体１２２ａ，１２２ｂ中に確実に入れられるようにするために、フラスコを流体で好ましくは２回リンスして、スラリーチャンバ１２２ａに注ぎ入れる。スラリーチャンバ１２２ａ上の面取り部８６にまで液面を満たすために必要であれば、追加の流体を加える。カラムに強制通気を行うことは好ましくないため、液面を、空気の捕捉を回避するのに十分な高さにするか、排気弁を設ける。好ましくは、出口経路２６はこの段階では遮断されておらず、流体は重力によって出口２６から流出することができる。

ピストン４０を、スリーブの端部がピストン４０上の肩部６９に当接するように、ピストンスリーブ４６上に配置する。好ましくは、ボス７０の相嵌ネジがスリーブ４６の内側の相嵌ネジと係合して、スリーブとピストンの相対軸移動を阻止するネジ係合を形成する。金属キャップをスリーブ４６の端の上に配置して、管７８の上流端７８ａから流体が流出することを阻止するようにすることが有益である。ハット状フリット４２をピストン内に配置して、上流エンドキャップ４８およびスラスト座金５０をピストンスリーブ４６上に配置する。必要に応じて、ピストンスリーブ４６の上に錠止機構を配置する。プレス９０内にピストンスリーブ４６を配置する（図１８）。戻り止めは、プレス９０内の相嵌する解除可能な戻り止めピンと係合して、スリーブに取り付けられた任意の錠止機構およびピストン４０とともに、ピストンスリーブ４６を定位置に保持することができる。ピストンスリーブ４６は、スリーブの長手軸が本体２２の長手軸５２と一致するようにラム９０内に配置する。

次に、ラム９０（図５および１８）はピストンを本体１２２ａの開放端の方へ進めるが、この際には、面取り部８６が、相嵌部分を案内し、わずかなずれを吸収するのを助ける。ラム９０およびピストン４０はこの初期係合部分のあいだはゆっくりと進行する。好ましくは、アライメントを確認するために、第１のシール６０が本体１２２ａに係合する前に、ピストン４０の移動を一時停止する。好ましくは、フリット４２と流体の間に空気が捕捉されることがないようにするために、少量の過剰流体が面取りされたリップ８６から押し出される。

ラム９０はピストン４０を接合された本体１２２ａ，１２２ｂ内に進める。圧力は直線的に、かつ、ピストン４０が上流スラリーチャンバ１２２ａ中にある場合にはゆっくりと増加するが、これは、媒体４４が固定ベッド中に圧縮されていない状態では十分な流体が存在するためである。このようにして管状チャンバ１２２ａは効果的に予備圧縮チャンバを形成する。本体１２２ａ，１２２ｂの接合部における、壁１２８ｂ上の面取り部１３０は、シール６０，６２および封止用摩耗リング６６が捕まることを防ぐのを助ける。媒体４４が面取り部において集まることがあるので、面取り部１３０は小さい方が好ましい。

進行するピストン４０は、出口経路２６から流体を押し出す一方で、フリット３０は媒体を下流本体１２２ｂの内部に保持する。流体が大幅に下流カラム１２２ｂから追い出されると、ピストン４０は媒体４４を圧縮し始め、この時点で圧力は図６に示すように急速に増加する。

ラム９０は、所望の圧力に達するまでピストン４０を進め、この時点で、ピストン４０の移動が停止され、定位置に維持される。この時点で流体は経路２６を介して大幅に押し出され、媒体４４が圧縮されて所与の用途のための、好ましくはクロマトグラフィ分析のための固定相を形成する。この時点で充填済みの管をクロマトグラフィ分析のために用いてもよいが、ラム９０は圧力を維持しなければならない可能性があり、これは望ましくない。というのもこれが充填済みカラム１２２ｂの移動性を制限し、ラム９０の使用を制限してしまうからである。

下流カラム１２２ｂの長さは、媒体４４および随意ではあるが好ましくはピストン４０の少なくとも一部が、カラム１２２ｂ内にあるように選択される。シール６０および６２がカラム１２２の壁３８に係合し、好ましくは摩耗リング６６はカラムの壁にも係合して、ピストンの実質的な部分がカラム１２２ｂ内にあることが有益である。次にVバンド１３６を解放し、取り外し可能なスラリーチャンバ１２２ａをカラム１２２ｂとの接触状態から動かすことができるようにするとともに、ピストンをカラム１２２ｂに固締し、媒体４４上の圧力はスリーブ４６とラム９０によって維持したままにしておく。このように、スラリーチャンバ１２２ａによって形成された圧縮チャンバは、取り外し可能であり、本実施形態における最終組立カラム２０の一部を構成することはない。

ピストン４０は、様々な様式でカラム１２２ｂに固締することができる。概念的に好ましい機構としては、フランジまたはカラム１２２ｂ上の凹部と係合するとともに、カラム１２２ｂに対するピストン４０の相対移動を阻止するために、ピストン４０の一部とも係合するクラムシェルまたは分割リング装置を含む。ピストンをカラム１２２ｂに対して定位置に錠止する１つのやり方が、図１０に示されている。ピストン４０は、好ましくはカラム１２２ｂの内壁３８と当接する摩耗リング６６およびリッジ６８ａ，６８ｂによって、少なくとも途中までカラム１２２ｂ内に押圧されている。錠止コレット１４４は、好ましくは上流リッジ７８ａと当接するピストン４０の一部の周りに配置される。コレット１４４は、ピストン圧縮スクリュとして作用する。有益には、だが随意で、コレット１４４の外側には、ネジ付き部分１４６を有し、好ましくはコレットの上流端に、レンチ面１４４も設けられている。したがって、コレット１４４は、有益には、外面上にネジを有する円筒管からなり、管は好ましくはカラム１２２ｂの長手軸に沿って分割されている。２部分からなる錠止スリーブ１５０が、錠止コレット１４４の一部とカラム１２２ｂを包囲する。錠止スリーブ１５０は、ピストン保持具としての役割を果たし、そのように呼ぶこともある。随意ではあるが好ましくは、錠止スリーブ１５０は、カラム１２２ｂ内の凹部１３５ｂと嵌合するように構成された凸部１５２を有するクラムシェルまたは割リング構造である。随意で、錠止スリーブ１５０は、好ましくはカラム１２２ｂの上流端の外形と嵌合するように構成される。さらに、錠止スリーブ１５０は随意で、コレット１４４上のネジ１４６と螺合するように配置されたネジ付き部分１５４を有する。ネジ１４６，１５４は、随意ではあるが好ましくは、多重リードネジであり、二重リードネジが好ましい。コレット１４４は、分割された錠止スリーブ１５０を互いに接合する前または後に、凹部１５４中にねじ込むことができる。

使用時において、上流スラリー管またはスラリーチャンバ１２２ａをピストンスリーブ４６上方に摺動させることによって除去した後、錠止スリーブ１５０の２つの半部を、たとえば、錠止スリーブ１５０内の穴１５６を通るスクリュなどのネジ付き固締具によって互いに固締する。あるいは、スリーブ１５０の外部を取り囲むフープ固締具、たとえばホースクランプ、ワイヤ、リング、またはシリンダなどを用いてもよい。

錠止スリーブ１５０を構成する２つの部品を接合した後、コレット１４４の下流端がピストン４０上のリッジ７８ａに押しつけられて、ラム９０によって検出される力をわずかに増加させるまで、コレット１４４をスリーブ１５０内にねじ込むか締め付ける。次に、コレット１４４と錠止スリーブ１５０とがラム９０によって与えられるのと実質的に同じ前負荷を維持した状態で、ラムと肩部６９とが係脱される。その後、充填済みカラム１２２ｂをチャック８７または凹部１７４から取り外し、下流端を栓２８（図１）によって塞ぎ、必要に応じて上流端の金属キャップを交換する。

コレット１４４は、長手軸５２に沿ったピストン４０の位置の変化を吸収する軸方向に配置可能または調節可能な装置を提供する。コレット１４４は好ましくは単一の部材であるか、随意で２つまたはそれ以上の部分に分割されていてもよい。分割錠止スリーブ１５０は、コレットを軸５２に対して径方向に係合して、長手軸５２に沿ったコレット１４４の移動を阻止する径方向錠止装置を提供する。コレット１４４および複数部分からなる錠止スリーブ１５０を提供することにより、ラム９０およびピストンスリーブ４６は、媒体４４上の圧縮圧力を維持することができるが、この圧力を維持するために必要とされる力は、圧力を実質的に解放することなく、錠止スリーブ１５０およびカラム１２２ｂに機械的に伝送される。単一部品コレット１４４および２部品スリーブ１５０について説明したが、それぞれに３つ以上の部品を使用してもよいし、コレットを２部品とすることもできる。

軸５２から外方にカラム１２２ｂの壁３８の内径よりも大きい距離で径方向に延びるフランジの上に配置された、コレット１４４上のレンチ面１４８が示されている。レンチ面１４８はカラム１２２ｂの内壁３８の直径よりもわずかに小さいため、コレット１４４は上流スラリーチャンバ１２２ａの内側に嵌合することができる。したがって、単一部品コレット１４４をスリーブ４６上に配置し、上流管またはチャンバ１２２ａを通過して、Ｖバンドクランプ１３６が解放された後に錠止スリーブ１５０に固締されることができると考える。

図１２〜１３を参照して、代替の錠止機構が示されている。カラム１２２ｂは、下流エンドキャップ２４と、本体レンチ面２３と、上述したような、Ｖバンドクランプ１３６の一部を受けるための凹部１３５ｂを有する上流端とを有する。ピストン４０は、圧縮スクリュとして作用するコレット１４４に沿って示される。この実施形態において、錠止スリーブ１５０ａは、カラム１２２ｂの上流端の外部の少なくとも一部と適合するように構成された内部を有し、好ましくは、カラム１２２ｂ内の凹部１３５ｂに少なくとも係合するように構成された凸部１５２を有する。端部１５０ａもまた、コレット１４４上のネジ１４６と係合するように構成されたネジ付き部分１５４を有する。

２つの錠止スリーブ１５０ａのそれぞれの外部は、実質的に円筒状の下側部分１５８と、それより小さい円筒状上側部分１６０とを有する。２つの半部１５０ａは、ピストン４０およびカラム１２２ｂの上流端と係合するように嵌合される。次に保持部品１６２を２つの部分１５０ａの外側の上を滑らせて、それらが径方向外方に移動することを阻止する。保持部品１６２は、部品１５０ａの外形に嵌合するような形状の内形を有する。保持部品１６２は、下側部分１５８の外側の上を通過するのに十分な大きさの下流端を有し、スラリーチャンバ１２２ａの上を通過するのに十分な大きさの上流端を有する。保持部品１６２の内部には、錠止スリーブ１５０ａの外部が入れ子にされる。

コレット１４４は、ネジ１５４にねじ込まれ、リッジ７８ａ上の肩部に対して付勢され、部品１５０ａが軸５２から遠ざかるように径方向外方に動いて、保持部品１５６の内側を押す。分割された端部１５０ａの外方への移動により保持部品へ割り込み、錠止スリーブ１５０ａと保持部品１６２の間の摩擦係合が、部分１５０ａ，１６２の軸方向の移動を制限し、上側および下側の部分１５８，１６０での径の違いによって形成される肩部もまた、一方向における軸方向移動を制限する。保持部品１５８は、ラム９０がピストン４０を上流スラリーチャンバ１２２ａに押し込む前には、ピストンスリーブ４６の上に配置しておくことができる。チャンバ１２２ａを解離し、保持部品１５６がチャンバ１２２ａの上を通って端部品１５０ａに外嵌してこれを定位置に保持する。

図１４ａおよび１４ｂを参照して、さらなる実施形態を示す。この実施形態は上記に概説した通りであるが、圧縮スクリュまたはコレット１４４を囲む、２つまたはそれ以上の部品に分断された錠止または保持スリーブ１５０を有する。保持部品１６２もまた、好ましくは２断片に分断されている。断片は、コレット１４４と、カラム１２２ｂの上端１２４とを包囲して、それらの相対位置に保持する。保持部品１６２の断片は、スクリュ、ボルトまたはピン１４２によって互いに固締されている。

この構成では、スリーブ４６（図５）を充填済みカラム２０とともに残しておく必要を無くすとともに、スリーブ４６の長さを収容するのに十分な長さの管の必要性を無くす。得られるカラム２０は、より短く、より軽く、より簡単で、少なくハードウェアしか使用せず、より安価である。さらに、媒体４４の動的、液圧式充填がより正確かつ繰り返し可能になり、固定相がより均一に形成され、ベッド密度が増大しながらも、ベッドが破砕されて微粒子ができることが回避される。カラム性能が向上する。

さらに、媒体４４の液圧式充填に要する時間が著しく少なくなり、管の充填のために管にスラリーを連続的に通す従来の充填方法によって達成されるものよりも、約１０〜１００倍も速くなる。管２２，１２２は、約２５ｍｍ（１インチ）未満の管径および数インチ未満の長さにつき、１分未満で所望の圧力に充填することができる。

さらに、使用する媒体４４が少なくなり、その媒体の値段は高い。従来の連続流（スラリー）充填技術は、充填装置によって使用される管またはチャンバ内に約４０％もの媒体が残ることもあった。

さらに、ピストン４０による動的液圧式充填は、媒体４４を圧縮して、圧縮された媒体の固定ベッドを形成し、この媒体の圧縮されたベッドは弛緩または膨張を許容せずに定位置に錠止される。ベッドを所望の圧縮状態に錠止することは、第１の実施形態においては、ピストン４０を定位置に保持するために、ピストンスリーブ４６を定位置に錠止することで達成される。第２の実施形態においては、ピストン４０が定位置に錠止されてから、ピストンスリーブ４６を取り外す。いずれの実施形態においても、媒体４４のベッドにピストン４０からかけられる圧力は、好ましくは実質的に不変に保たれる。実際には、いずれの例においても錠止機構は、ピストン移動またはわずかな圧力増加がラム９０によって検出されるまで作動されるので、錠止圧力は好ましくはわずかに高く、ｐｓｉの分数より高いことが好ましく、これよりは好ましくないが、ラム９０が移動を停止する充填圧力よりも数ｐｓｉまたは数十ｐｓｉ（１ｐｓｉ＝6.89kPa）高い範囲にある。ピストン４０上の圧力がラム９０によって電気的に監視されるので（たとえば、ひずみゲージ、圧力変換器などを介して）、好ましくはないものの、ラム９０が圧縮を最初に停止する圧力より大きいまたは小さい圧力にピストン４０を錠止することもできる。

ピストンと、ピストン４０と充填された媒体４４のベッドを圧縮状態に保持する錠止端部４８および錠止スリーブ１５０の間には、バネを介在させないことが有益である。
フリット３０，４２は、焼結金属または重合ＰＥＥＫからなる。２径フリット４２は、充填された媒体４４によって提供される固定相全体に流体を分散させる。フリット４２の外径は、壁３８の内径よりも小さく、フリット４２がプレス９０およびピストン４０によって壁に沿って移動される際のひっかきを回避する。ハット状フリット４２は、フリットが管２２，１２２ｂの内径の実質的に全体に広がるとともに、媒体４４から形成される固定ベッド全体に広がることができるようにする。それにより媒体４４全体にわたって固定相および試料をより均一に分散でき、カラム２０が短い場合には特に有用である。さらに、ボス５８は、フリットの実質的な部分を約７０〜８０％厚くして、充填圧力に対してより良く耐え、より薄い材料のより薄い周囲リムを提供する。フリット４２は、好ましくは、製造時にハット状構造に形成される単一のフリットである。あるいは、好ましさは低いが、フリット４２は、より小径のフリットに当接する大径フリットを配置することから形成してもよい。約２１ｍｍのフランジ径および約１８ｍｍのボス径に対しては、約１．３ｍｍの軸厚を有するフランジ５６を有した、約３．５ｍｍの軸厚を有するボス５８を有するステンレス鋼フリット４７が約２マイクロメートルの多孔率に対しては適切であると考えられる。フリットは、クロマトグラフィ媒体中の固体粒子を通過させずに、分離対象の溶液中に物質を含んだ流体を通過させるようにする。理想的には、フリットの内側またはフリットの上流面上の放射状溝が、溶液が嵌合面全体により均等に広がることを許容して、クロマトグラフィ媒体４４のベッド全体に流体がより均等に広がることを助ける。

段付き径フリット４２は、所望の最大厚みと径を有する円盤をとり、小径ボス５８を回転させることによって作成することができる。この部分は、金属を成形または焼結したものであってよく、セラミックからなるものであってもよい。好ましくは、ボス５８の上流側およびフランジ５６の下流に面する側は多孔性であり、ボス５８とより大きいフランジ５６の周囲の間の縁および環状空間は、流体流に対して実質的に不透性である。

シール６０、および任意の追加シールは、チャンバ２２，１２２ａ，１２２ｂの長さに沿ってあらゆる媒体を一掃するのに十分に流体密である。シール６０、および随意のさらなるシールは、典型的には約６９００〜４１４００ｋＰａ（１０００〜６０００ｐｓｉ）の範囲から約６９，０００ｋＰａ（１０，０００ｐｓｉ）より高い可能性もある、所望の充填および動作圧力に対して構成される。特定のシール構成について示したが、他のシール構成、シール配列、およびシール材料を本発明の精神と範囲内で用いることができる。

下流管１２２ｂが、シール６０またはシール６０，６２および６６が、管１２２ｂの面取り部１３０を通過した後に最大圧力の増加が起こるような寸法にされている場合には、チャンバ１２２ａと管１２２ｂの端部間のシールは大幅に簡略化することができる。これにより、チャンバ１２２ａおよび管１２２ｂの構造、組立および解体が簡単になる。面取り部１３０は、ピストンが面取り部１３０を通過する際に、媒体がチャンバ１２２ａと管１２２ｂの間の接合部に押し込まれることを防ぐために、好ましくは下流管１２２ｂ上にだけ設けられる。図９ａおよび９ｂを参照して、さらなる実施形態を示す。上流管またはチャンバ１２２ａが、分割保持具によって下流管またはカラム１２２ｂに接合される。カラム１２２ｂの上部または上流端１２４は、上部端凹部１３５ｂを有し、上流管またはチャンバ１２２ａの下部または下流端は、下部端凹部１３５ａを有する。ネジ付きコレットまたはベッド圧縮スクリュ１４４は、カラム１２２ｂの上流端の内側上の相嵌ネジと螺合する。ピストン４０（図１３）は、圧縮スクリュ１４４によって媒体ベッドに対して付勢される。

錠止スリーブ１５０（図１３または図１０）は、ネジ付き上流端を有し、ベッド圧縮スクリュ１４４またはコレット１４４上の雄ネジと嵌合する。スリーブ１５０は、凹部１３５ｂ、または凹部１３５ｂを形成するリムと嵌合して、スリーブ１５０の軸移動を抑制するように構成された下流端を有する。このようにスリーブ１５０は、長手軸５２に沿ったカラム１２２ｂに対するコレット１４４の移動を抑制する。外側スリーブまたは保持部品１６２は、分割スリーブ１５０を径方向への拡大から保持する。外側スリーブ１６２もまた、外側スリーブ１６２の相嵌部分内の整列穴を介して延びるネジ付き固締具１４２によって互いに保持された、２つまたはそれ以上の部品を有する分割またはクラムシェルデザインのものである。外側スリーブ１６２は、分割錠止スリーブ１５０またはコレットの外部と略適合するように構成される。外側スリーブ１６２は、スリーブ１５０の部分同士を保持する。

上述の最初の使用は、ピストン４０（図示せず）が媒体を圧縮してクロマトグラフィベッドを形成する注入および充填のあいだに、Ｖバンドクランプ１３６が上流スラリー管１２２ａと下流カラム１２２ｂを一直線上に保持しておくものである。Ｖバンドクランプは取り外される。

図１４を参照して、分割鍔部１５０をカラム１２２ｂの周りに配置して、凹部１３５ｂと係合させる。分割鍔部１５０は、ピストンを定位置に保持する役割を果たし、理解を容易にするために、鍔部１５０は、図１４の動作の説明においてはピストン保持具と呼ぶことにする。次にベッド圧縮スクリュまたはスリーブ１４４を、そのネジがピストン保持具１５０上のネジと係合するように下方に摺動させる。ベッド圧縮スクリュまたはスリーブ１４４を、ピストンが定位置に錠止されるまで締める。ベッド圧縮スクリュが締められると、該スクリュはピストン保持具１５０および凹部１３５ｂに対して上方または下流方向に押す。凹部１３５ｂ上の傾斜面は、分割ピストン保持具１５０を軸５２から外方に動くことを可能にし、外側スリーブ１６２はその動きを抑制して、あらゆるものを定位置に錠止する。その後、充填済みカラム１２２ｂは、プレス９０から取り外すことができ、カラム内の流れは、栓２８およびキャップ８０によって遮断される。

分割ピストン保持具１５０の外方への拡張を抑制するために分割外側スリーブ１６２および固締具１４２を使用する代わりに、ピストン保持具は、ワイヤによって、保持具１５０上を軸方向に摺動される輪状リングによって、あるいは、保持具１５０上を軸方向に摺動される円筒状スリーブによって、一緒に保持し、定位置に保持することができる。単一部材のリングまたはスリーブを使用することは、分割部分を一緒に保持するための分割部分または固締具の使用が避けられるので、より簡単である。しかしながら、単一部材のリングまたはスリーブの場合、ベッド圧縮が始まる前に長手軸５２上にこれらを位置させておく必要があり、このことが、プレス９０による圧縮を許容しながら軸上にすべての部品を配置することを複雑にする。

図１５〜１７を参照して、さらなる実施形態を示す。下流エンドキャップ２４は、充填用のカラム１２２ａとプレス９０との心合わせを行うために用いることのできる、複数の平面部１６６と隅部１６８を有する。随意ではあるが好ましくは、分割錠止スリーブ１５０をカラム１２２ａの実質的な長さに沿って延びるように伸ばし、５０ｍｍよりも短いカラムに対しては、実質的な長さは約半分またはそれ以上である。それより長いカラムに対しては、長さはより短く、実質的な長さを含まない。錠止スリーブ１５０は、ピストン圧縮スクリュまたはコレット１４４上のネジと係合するように構成された雌ねじ１５４を有する。凸部１５２はカラム１２２ａ内の凹部１３５ｂと嵌合して、ピストン保持スリーブ１５０とカラム１２２ａの相対軸移動を防止する。凸部１５２は好ましくは、凹部１３５ｂの形状と適合するような形状であり、より好ましくは、径方向に楔合するか軸移動を抑制する密嵌を形成する傾斜面を有する。錠止スリーブ１５０は好ましくは、カラム１２２ａの先端部と適合し、スリーブ１５０とカラム１２２ａの間の相対軸移動を抑制するさらなる係合面を提供する。錠止スリーブ１５０は、その長さに沿ってネジ１５４の付近で径が小さくなる円筒状の外観を有する。

上流エンドキャップ４８は随意ではあるが好ましくは、下流エンドキャップ２４の場合と同様の平面部１６６および隅部１６８を有する。上流エンドキャップ４８は、分割錠止スリーブ１５０の径方向拡張を限定するための保持部品１６２を形成する。このことは、錠止スリーブ１５０の外部と適合するように、または外部の実質的な部分と適合するように構成された内部凹部を有することによって達成される。図示したように、多数の相嵌する凸部および凹部を用いて、カラム１２２ａに対する錠止スリーブ１５０の軸移動に対する抵抗を与えることができる。

錠止スリーブ１５０の一部が、カラム１２２ａと係合するように配置される場合、保持部分１６２は、錠止スリーブ１５０上に嵌合して径方向拡張を妨害するように軸方向に移動される。コレット１４４がネジ１５４と係合し、ピストン４０と当接するように締められると、相嵌ネジの緊締が錠止スリーブ１５０の径方向移動をもたらし、該錠止スリーブ１５０は保持部品１６２に当接して部品同士を摩擦錠止する。

コレット１４４が適切に緊締されると、プレス９０が係脱して、カラム１２２ａが取り外される。保持部品１６２内の大径凹部（エンドキャップ４８を構成する）の上に随意でエンドカバー１７０を配してもよい。大径凹部は、コレット１４４上のレンチ面１４８ｂに接近しやすくする。必要に応じて、充填済みカラム１２２ａ内の流体流路を遮断するために適切な栓またはキャップが追加される。

平面部１６６および／または隅部１６８は、カラム１２２ａを支持体８８内の凹部１７４内に配置できるようにするが、該支持体において、カラム１２２ａの長手軸とプレス９０の長手軸との心合わせを行えるようにするために、凹部は該平面部および／または隅部と適合するように構成されている。これにより、チャック８７は必要なくなる。適切な心合わせが行われるのであれば、任意の適切な数の平面部および／または隅部を用いることができる。

図１５〜１７の実施形態もまた、図３ａおよび３ｂに示すような変形ピストン４０を有する。ボス７０は、ネジを有さず、その代わりに、ピストンスリーブ４６内の戻り止めピンまたは戻り止めリング（図示せず）と嵌合して、使用中にピストンをプレス内に解放可能に保持する戻り止め溝１７２を有する。戻り止めリングおよび溝１７２は、図１および３ａに示すようにピストンスリーブ４６およびボス７０上の相嵌ネジを使用するよりも簡単である。

本願で用いる上流および下流という用語は、カラム２０，１２２に対する初期充填方向に相対していうものである。相対方向は、第１および第２ということもでき、その方向自体は反転可能であり、参照される部分についても反転可能である。フリット３０，４２は、焼結金属（ステンレス鋼、チタンまたは他の適切な多孔性材料）からなる。

要件どおり、本発明の詳細な実施形態を開示したが、開示される実施形態は、様々な形態で具現しうる本発明の例示にすぎない。したがって、ここに開示する特定の構造および機能の詳細は限定的なもの解釈すべきでなく、請求項に対する根拠として、および当業者に本発明を事実上任意の適切な詳細な構造で採用する際の教示のための代表的な根拠にすぎないと解釈すべきである。

上記の説明は限定ではなく例示として与えられている。上記の開示に基づいて、当業者であれば、カラム２０内の定位置にピストンを錠止する様々な方法、およびスラリーチャンバ１２２ａをカラム１２２ｂに取り外し可能に接合する様々な方法を含めて、本発明の範囲および精神を逸脱しない変形を編み出すことができる。さらに、本発明の様々な特徴は単独で用いてもよいし、種々に組み合わせて用いてもよく、本明細書中に記載した特定の組み合わせには限定されない。このように、本発明は例示した実施形態によって限定されることはない。

図２の１−１に沿った断面図。 クロマトグラフィカラムの側面図。 ピストンおよびフリットの一実施形態の断面図。 図１のピストンおよびフリットにおけるピストンおよびフリットの第２の実施形態の断面図。 図１および図３ｂのピストンおよびフリットを示す分解斜視図。 充填済みカラム内の図３ｂのピストンを示す部分断面図。 カラム充填前のチャックおよび凹状支持板に保持される図１のカラムの構成を示す断面図。 図１〜９のカラムを用いて動的かつ液圧を利用して充填を行う際に、媒体のベッド上への圧力がどのように増加するかを示したグラフ。 図８の７−７に沿った断面図。 さらなる実施形態のカラムの斜視図。 Ｖバンドによって保持される図７〜８のカラムおよびスラリーチャンバの断面図。 図９ａの断面図の部分拡大図。 媒体が充填され、定位置に錠止されたピストンによって保持された図８のカラムの断面図。 カラムの充填前に凹状支持板内に保持された図７および９のカラムの構成を示す断面図。 図１３の１２−１２に沿った断面図。 図１０のカラムに対する錠止機構のさらなる実施形態の分解斜視図。 充填済みカラムのさらなる実施形態の平面図。 図１４ａの１４ｂ−１４ｂに沿った断面図。 ピストンをカラムに錠止するためのさらなる実施形態の分解斜視図。 図１７の１６−１７に沿った断面図。 図１５のカラムの側面図。 媒体を充填する前の図９の組立体を保持するプレスの側面図。

Claims (21)

1. それぞれ第１および第２のエンドキャップで覆われた第１および第２の端部を備えた内径を有する管状本体を含む携帯可能な管状クロマトグラフィカラムであって、
   すべて本体内側に位置する第１および第２のフリット間に配置されたクロマトグラフィ媒体のベッドと、
   第１のフリットに当接し、ベッドに所定の圧力を及ぼすピストンと、
   カラムの外側とピストンに取り付けられ、ピストンがベッドに及ぼす力がネジ付きアジャスタの回転によって増加または減少するように、カラムとピストンとの間に配置されたネジ付きアジャスタを有する、分割された調節可能な錠止機構と
   を備えるカラム。
2. 前記調節可能な錠止機構は、本体の外部に取り付けられた分割Ｖクランプを含むことを特徴とする請求項１に記載のカラム。
3. 前記ネジ付きアジャスタは、ピストンに当接する一端部を有するコレットを含むことを特徴とする請求項１に記載のカラム。
4. 前記コレットは、複数のリードネジを有することを特徴とする請求項３に記載のカラム。
5. 前記調節可能な錠止機構は、本体に挟着された分割エンドキャップを含むことを特徴とする請求項１に記載のカラム。
6. 前記調節可能な錠止機構は、本体に挟着され、ネジ付き凹部を有する分割エンドキャップを含むことを特徴とする請求項１に記載のカラム。
7. コレットおよび凹部を備えた前記ネジ付きアジャスタは、複数のリードネジを有することを特徴とする請求項６に記載のカラム。
8. 前記コレットはレンチ面を有することを特徴とする請求項３に記載のカラム。
9. 前記第１または第２のフリットは、フリットと本体の間にいかなるシールも介さずに、本体の内径に隣接するように延びることを特徴とする請求項１に記載のカラム。
10. 前記第１または第２のフリットは、内壁よりも小さい第１の径を有し、フリットと内壁の間にはシールを有さないことを特徴とする請求項１に記載のカラム。
11. 前記第１または第２のフリットは、第１および第２の同心円状の径を有し、媒体に当接するフリットの径は第１の径であり、第２の径よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のカラム。
12. 前記ピストンは、ピストンと内壁の間に介在された少なくとも１つのシールを有し、少なくとも１つのシールは数千ｐｓｉの流体圧（１ｐｓｉ＝6.89kPa）をシールに与えるように選ばれることを特徴とする請求項１に記載のカラム。
13. 前記ピストンの一部は、管状本体の端部の外側に延びることを特徴とする請求項１に記載のカラム。
14. 前記調節可能な錠止機構は、管状本体の一方端を囲み、包囲構造によって一緒に保持される分割エンドキャップを含むことを特徴とする請求項１に記載のカラム。
15. クロマトグラフィカラムを用意するための複数の断片からなるクロマトグラフィ組立体であって、
    第１および第２の開放端を有し、直径がＤの内筒を画成する壁を有するスラリーチャンバと、
    第１および第２の対向する端部と第２の端部上のエンドキャップとを有するクロマトグラフィカラムであって、スラリーチャンバの第２の端部はカラムの第１の端部に脱着可能に取り付けられ、カラムは、直径Ｄの内筒を画成する壁を有するクロマトグラフィカラムと、
    カラムの第１の端部とチャンバの第２の端部の間に配置された環状のシールと、
    第１および第２のフリット間に配置されたクロマトグラフィ媒体のベッドと、
    クロマトグラフィーカラムの内側でその第１の端部に隣接するように配置可能であり、ベッドに所定の圧力を及ぼすピストンと、
    カラムの外側とピストンに取り付けられ、ピストンがベッドに及ぼす力がネジ付きアジャスタの回転によって増加または減少するように、カラムとピストンとの間に配置されたネジ付きアジャスタを有する、分割された調節可能な錠止機構と
    を含む組立体。
16. カラムの第１の端部の内縁上に面取り部をさらに含む請求項１５に記載の組立体。
17. スラリーチャンバの第１の端部の内縁上に面取り部をさらに含む請求項１５に記載の組立体。
18. 前記ピストンは、チャンバまたはカラムの一方内に配置され、ピストンは、該ピストンと該ピストンが配置されるチャンバまたはカラムの円筒壁との間に介在された少なくとも１つのシールを有することを特徴とする請求項１５に記載の組立体。
19. 少なくとも一部がカラム内に延びるピストンをさらに含み、該ピストンは直径がＤの第１の径と、より小さい第２の径とを有するフリットを有することを特徴とする請求項１５に記載の組立体。
20. シールを包囲し、チャンバおよびカラムの外側の少なくとも１つの凹部または凸部と協働して、チャンバおよびカラムを同軸上に位置合わせして保持するＶバンドクランプを含む請求項１５に記載の組立体。
21. 別体の取り外し可能なスラリーチャンバを用いて用意されたクロマトグラフィカラムであって、
    第１および第２の対向端部を有する管であって、第１の端部がスラリーチャンバに着脱可能にシールされるような寸法および構成を有する管と、
    それぞれ第１および第２の対向端部に隣接して設けられた第１および第２のフリットと、
    第１および第２のフリットの間に配置されたクロマトグラフィ媒体のベッドと、
    一部が管の第１の端部の外側に延びるように管内に配置可能であり、ベッドに所定の圧力を及ぼすピストンと、
    カラムの外側とピストンに取り付けられ、ピストンがベッドに及ぼす力がネジ付きアジャスタの回転によって増加または減少するように、カラムとピストンとの間に配置されたネジ付きアジャスタを有する、分割された調節可能な錠止機構と
    を備えるカラム。

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