JP5511666B2 - 遠心分配クロマトグラフィー装置用の複数のセルと接続通路 - Google Patents

Description

本発明は、遠心液-液クロマトグラフィー装置の分野に関し、特に、遠心液-液クロマトグラフィー装置用の複数のセルとそれらの接続通路およびそれらの製造方法に関する。

液体混合物の溶液中の成分Ａと成分Ｂを分離する公知の技術は、一方の液相を他方の液相内で濾過しまたはその逆に濾過できるように構成されている遠心力が作用するクロマトグラフィーカラムの中へ液体混合物を注入することである（ＣＣＣまたはＣＰＣクロマトグラフィー）。

実際には、フランス特許出願公開明細書第２，７９１，５７８号、米国特許明細書第４，８７７，５２３号、または米国特許明細書第４，８５７，１８７号の特許に特に見られるように、この種類のクロマトグラフィーシステムは、回転駆動される１層または２層以上の複数のディスクを有している。各ディスクは、その厚さの部分内であって周囲全体に、半径方向つまり斜め方向に配置され、各々のセルの両端部の位置の細い曲がった通路の一式の回路によって直列に接続されている連続した複数のセルを有している。すべてのディスクの回路は、互いに通じている。セルと、セル間の連絡回路とは、遠心力によって定位置に維持されている固定液相と固定されている相を通り抜ける他の移動液相とで満たされている。

積層物の回転によって、固定相と呼ばれる液相を定位置に維持できる高い遠心加速度場が発生するのに対して、移動相は、固定相よりも軽い場合は上昇モードで循環し、重い場合は下降モードで循環する。

両液相の一方または他方とすることができる移動相によって不揃いの速度で運ばれるような、異なる分配係数を有している少なくとも２つの成分からなる溶液内の供給物に関する成分分離が、連続した１つまたは２つ以上の一連のセルの相互接続からなるこの形式の装置で実施される。

クロマトグラフィー処理、つまり、２つの液相の間で精製される分子の分配は、各セル内で行われ、各セルの通路から流入する移動相の良好な分散が物質移動を促進する。

この従来技術の第１のそして二重の欠点は、各セルをディスクの面に沿って、ひいては各セルの主軸に対して垂直に閉じるように、各ディスクの間に一般に柔軟な、テフロンなどで作られているシールを必要とする、複数のディスクの厚さ方向を貫通して駆動される複数のセルの構成によるものである。セルが２つの相の間でのより良好な物質交換のために分散の一様性を促進するように丸い形状を有していても、セルに対して、複数の液体の一様な分散には適さない直角の角度で接着線ができる。結局、液体の圧力の連続した変動を受けることになるこれらの柔軟な接着線は、やがて変形し、セルの形状寸法を変更し、そのため装置が経年変化する。

第２の欠点は、複数のセルが互いにリボン形の通路によって接続されていることにある。この配管の形状が、所与の断面に対して、同じ断面であるが正方形や円柱状である配管による圧力低下よりも遙かに大きい圧力低下を発生することを、容易に計算して、確認することができる。高すぎる圧力を制限するために、そして、場合によっては、機械加工が困難なことが理由で、これらの配管の太さを増加させる必要があり、したがって、分離された成分が再び混合され、装置の効率と生産性とが減少する無駄な体積が増加する。さらに、配管の太さがその長さ全体にわたって完全に一定でない場合、これは、複数のセルがウォータージェット切削される場合であるが、複数の移動液体（相と分離される複数の成分）の複数の速度ベクトルの勾配がディスクの一方の面と他方の面との間で発生し、それが分離された複数の成分を拡散させる傾向があり、そのため、それらを再度混合し、その結果、装置の効率と生産性の性能とが減少する。

したがって、本発明の目的は、積層された複数のディスクからなる遠心分配クロマトグラフィーカラム用の複数のセル（１）であって、該セルは直列に相互接続されていて、複数の液相循環通路と通じており、主軸（８）を中心に回転するように駆動される少なくとも１つのディスクの周辺にわたって分散している３次元の複数のセルのネットワークを構成する遠心分配クロマトグラフィーカラム用の複数のセルにおいて、各セルが、ディスクに対して実質的に半径方向の軸線を中心とした幾何学的に回転体の形状を有しており、実質的に円形、楕円形、または平行６面体の断面を持つ複数の通路（２、４）によって接続されており、それらの断面の２つの主な寸法は、セルの最大の断面よりも小さいセルを提供することによって、従来技術の１つまたは２つ以上の欠点を克服することである。

本発明の一態様においては、回転幾何学形状は３つの軸線Ｘ−Ｘ′、Ｙ−Ｙ′、およびＺ−Ｚ′に沿った３つの主な寸法によって定められ、Ｚ−Ｚ′は、ディスクの回転の軸線に平行で、軸線Ｙ−Ｙ′はディスクに対して半径方向であって、軸線Ｘ−Ｘ′は他の２つの軸線に垂直であって、３つの寸法は実質的に同一である。

本発明の他の実施態様においては、軸線Ｘ−Ｘ′に沿った寸法は、軸線Ｚ−Ｚ′およびＹ−Ｙ′に沿った他の２つの寸法よりも大きい。

本発明の他の態様においては、軸線Ｙ−Ｙ′に沿った寸法は、軸線Ｚ−Ｚ′およびＸ−Ｘ′に沿った他の２つの寸法よりも大きい。

本発明の他の態様においては、軸線Ｚ−Ｚ′に沿った寸法は、軸線Ｙ−Ｙ′およびＸ−Ｘ′に沿った他の２つの寸法よりも大きい。

本発明の他の態様においては、軸線Ｘ−Ｘ′、Ｙ−Ｙ′、およびＺ−Ｚ′に沿った複数の寸法が異なる。

本発明の複数のセルは、ディスク（３）の回転の平面に平行な円上に規則正しく繰り返されている少なくとも一対（５）のセルを構成するように、軸線Ｙ−Ｙ′に沿って、順々に、少なくとも２つずつ配置することができる。

本発明の一態様においては、複数のセル（１）は、ディスク（３）の回転の平面に平行な少なくとも２つの同心円内に配置されている。

本発明の、対のセル（５）の各セル（１）はＳ字形の液相循環通路（４）によって接続されている。

本発明の一態様において、複数の液相循環通路の入り口を構成している軸線は、軸線Ｙ−Ｙ′に平行である。

本発明の他の態様において、複数の液相循環通路の入り口から構成されている軸線は、軸線Ｙ−Ｙ′に重なっている。

本発明の他の態様において、複数の液相循環通路の入り口から構成されている軸線は、軸線Ｙ−Ｙ′からずれている。

本発明は、本発明によるセル（１）を製造する方法にも関わり、ディスク（３）上とその鏡像のディスク（３′）上に複数のセル半分部分を機械加工し、それからセル（１）全体を構成するように両ディスク（３、３′）を２つずつ組み立てることに存する。

本発明の一態様においては、両ディスク（３、３′）は溶接によって組み立てられている。

本発明の他の態様においては、両ディスクは接合部分（６）によって組み立てられている。

本発明の他の態様においては、複数の液相循環通路（７）は接合部分内に直接構成されている。

以降でより詳細に説明するように、これらの新規のセルと通路の態様は、クロマトグラフィー装置の効率と生産性を向上させると思われる。

本発明のその他の特徴と利点とは、添付の図面を参照して、非限定的な例により説明する実施形態の以降の説明を読むことで明らかになろう。

本発明による実質的に円形、正方形、または長方形の断面を持つ入口通路と出口通路を備えている本発明によるセルの、流れの図である。 本発明によるセルと通路の実施形態を示す図である。 本発明によるセルと通路の実施形態を示す図である。 本発明によるセルと通路の実施形態を示す図である。 ロータの利用可能な容量を増加させることが可能な１つのディスク上の複数のセルの同心組み立て品の例を示す図である。 ディスクの構造と組み立て品の例を示す図である。 ディスクの構造と組み立て品の例を示す図である。 ディスクの構造と組み立て品の例を示す図である。 本発明による複数のセル内の液体の分布を示す図である。

図１は本発明によるセル（１）を示している。このセル（１）の基部は回転幾何学形状を有している。したがって本発明によるセルの形状は、軸線Ｘ−Ｘ′、Ｙ−Ｙ′、およびＺ−Ｚ′のそれぞれの長さの割合を修正することによって、球から、回転楕円面、また他の同様な回転形状までの範囲とすることができる。軸線Ｚ−Ｚ′は図８に示される複数のセルを有しているディスクの中心的な回転軸線（８）に平行であって、軸線Ｙ−Ｙ′はディスクに対して半径方向であって、軸線Ｘ−Ｘ′は他の２つの軸線に直角である（図１、２、３、４、５、６および７）。

そのような形状は、角のある部分を複数備えている従来技術のセルと比較して、固定相内での移動相のより良い分散に適しており、その結果、改善された分離につながるより良好な物質交換を可能にする。セルの形状についての回転軸線は、ディスクの半径方向に近い。回転軸線は半径方向内にあることが好ましい。

これらのセルを連結している複数の通路（２、４）は、形状を定めている２つの主な方向によって定められている断面を有している。したがって、２つの主な方向によって定められている軸線の長さに依存して、セルは円形、正方形、または長方形の断面またはこれらの形状の１つに非常に近い形状を有しており、通路の断面は、セルの最大の断面よりも小さい。セルの断面は、ディスクに関して半径方向の軸線に垂直な断面として定義される。セルのこの断面は、軸線Ｘ−Ｘ′とＺ−Ｚ′によっても定義することができる。この種類の通路の形状によって、リボン形状の配管に関連する液体の速度ベクトルの特徴を改善しながら、液体の流れによる圧力低下を減少させ、また、無駄な容積を減少させることができる。より一般的には、これらの通路は、２つの主な方向においてセルの軸線Ｘ−Ｘ′と軸線Ｚ−Ｚ′に沿った寸法よりも小さい断面を有していてもよい。例えば、長方形断面の幅と長さとが、セルの軸線Ｘ−Ｘ′とＺ−Ｚ′に沿った両寸法よりも小さい。主な対角線を備えている多角形の断面についても同様である。これらの通路（２、４）は、図１に示される軸線Ｙ−Ｙ′の方向で、またはわずかに中心がずれた状態で接続されている。実際に、実験によって、セル内の移動相の流入軸線がずれていることによるコリオリ力によって、セル（１）内の、図９に示される噴霧（１１）の分散の一様性が顕著に改善することがわかる。

これらのセル（１）の形状を２相システムの様々なグループに対して、また、様々なクロマトグラフィー装置の大きさに対して調整するために、それぞれの寸法が軸Ｘ、軸Ｙ、および軸Ｚに沿って最適化される。したがって、回転形状はセルの３つの軸線に沿って修正される。軸Ｙは遠心力の軸線と実質的に同じ軸線上にある。所与の力に対する静水圧は、この軸線に沿ったセルの高さと共に増加することが公知である。そのような装置を大きくする場合、この圧力を制限するためには、軸Ｙに沿った大きさの増加を制限し、軸Ｘと軸Ｚに沿ったセルの寸法を大きくすると都合がよい。

図２、図３、および図４は、軸Ｘ、軸Ｙ、および軸Ｚについて寸法を修正することによって得られる様々なセルの形状を示している。

図２において、複数のセル（１）は球形であって、軸Ｘ、軸Ｙ、および軸Ｚに沿った寸法は実質的に同じ値である。図３において、複数のセル（１′）は卵形であって、軸Ｘに沿っている寸法は、軸Ｙおよび軸Ｚの寸法に対して増加している。図４は、球形セル（１）と、軸Ｙに沿っているその寸法が増加している卵形セル（１″）との２つのセルの種類を示しており、２つの同心円上に配置されている。したがって、より一般的には、セルの３つの軸線Ｘ−Ｘ′、Ｙ−Ｙ′、およびＺ−Ｚ′に沿った寸法を全て同一にする、全て異なるようにする、またはそれらのうちの２つの寸法を等しくすることができる。

図２、図３、図５、図６、および図７は本発明の他の実施形態の例、「ツイン」モードつまり対モード（５）を示しており、複数のセルは２つずつにグループ分けされており、複数の通路（４）によって互いに接続されている。これらの図は限定的ではないが、それは、用途によって、「ツイン」モードの原理に基づいて数個のセルをグループにすることが興味深いからである。例えば、図５の場合、複数のセルの対（５）が２つの同心円上に配置されている。対の変形例を示しているこれらの構成は、非限定的な例として示しており、これは同じ装置を１つまたは２つ以上のセルを使用して実現できるからである。

１つ、２つ、または３つ以上のセルを備えているこの形式の装置を使用した場合、移動相が固定相内に高速で進入する場合に最高の性能が得られ、これによって、２つの相の間の交換表面を増加させる噴霧が引き起こされる。上昇モードにおいては、遠心力によって、重い固定相は角度のある入り口配管（２１）内に押し込まれる。上昇モードにおいては、軽い移動相は配管の壁とこの固定相との間を通過しなければならず、これは流れの断面を減少させる。したがって、軽い相は速度が上昇し、噴霧のきっかけとなる。曲がっている部分（２２）内の下降モードについても同様である。これは、通路（４）についての低流速の場合には当てはまらないが、それは、通路（４）は力の軸線上に存在し、場合によっては、噴霧（１１）は対の第２のセル内では発生しないためである。用途によっては、第２のセル内で噴霧（１１）を発生させるように、図２に示されるＳ字形またはＳに近い他の任意の形状の通路（４）よって２つのセルを対に接続することが興味深い。

他の用途においては、（凝集性が低いために）分離が困難な濃度が非常に近い粘性のある複数の相（１２）について、凝集を妨げる乱流を減少させるように対の第２のセルの内部への噴霧（１１）を防止するために、２対のセルの間の通路（４）を拡大することが必要である。

これらのセルは、様々な方法で実現することができる。

第１の製造工程は、本発明による４つのディスクの積層物の断面を示している図６に例えば図示されているように、ディスク（３）上とその鏡像のディスク（３′）上に、すなわち該ディスク（３）の側面に対して対称にセル半分部分を機械加工することにある。この場合、端の２つのディスクは、１つの面上でだけ機械加工されているのに対して、他の２つのディスクは両方の面上で機械加工されている。それから複数のディスクは複数のセル全体を構成するように、電子ビーム溶接や他の任意の分子の尺度での溶接処理によって組み立てられる。複数のディスクは、テフロンなどのプラスチックで作って、互いに押しつけて直接密封を実現することができる（図８）。

複数のディスクを組み立てる他の方法は、セルの輪郭に沿って切削された接合部分（６）を構成することに存する。この場合、図７に示されるように、複数の通路（７）を実現するように、深さ方向の接合部分を使用することができる。この接合部分（６）は、プラスチックで作って、両ディスク（３、３′）の間に挟んだり、金属で作って、前述のように、公知の表面溶接方法によって締結することができる。したがって、複数のディスクは、通路の半分部分を機械加工せずに、セル半分部分の形状を実現するように機械加工しなければならない。

他の機械加工の方法は、例えば、原子炉のタービンの羽の製造に使用される航空産業で公知のロストワックス鋳造によってセルを作ることに存する。

セルは、当業者には公知のプラスチック射出／押し出しによっても製造することができる。

本発明は、前述の詳細な説明には限定されるべきではないこと、および、本発明の用途の分野から逸脱することなく他の多くの具体的な形態において実施可能であることは当業者には明らかである。そのため、本実施形態は実例と考えるべきであるが、添付の請求項によって定められている範囲を逸脱することなく修正することができる。

Claims (16)

1. 積層された複数のディスクからなる、遠心分配クロマトグラフィーカラム用の装置であって、複数の３次元のセル（１）のネットワークを備え、前記複数の３次元のセルは、直列に相互接続されていて、複数の液相循環通路と通じており、かつ、主軸（８）を中心に回転するように駆動される少なくとも１つの前記ディスクの周辺にわたって分散されている、遠心分配クロマトグラフィーカラム用の装置において、
   該３次元のセルは３つの軸線Ｘ−Ｘ’、Ｙ−Ｙ′、およびＺ−Ｚ′に沿った３つの主な寸法によって定められる幾何学的に球形または卵形の回転体の形状を有しており、軸線Ｚ−Ｚ′は、前記ディスクの回転の軸線に平行であり、軸線Ｙ−Ｙ′は前記ディスクに関して半径方向にあり、軸線Ｘ−Ｘ′は他の２つの軸線Ｙ−Ｙ′およびＺ−Ｚ′に垂直であり、前記複数のセルは、円形、楕円形、または長方形の断面を持つ複数の通路（２、４）によって接続されており、該通路の断面は、前記ディスクに関して前記半径方向に直角な断面として規定される前記セルの最大の断面よりも小さいことを特徴とする装置。
2. セル（１）の３つの軸線Ｘ−Ｘ′、Ｙ−Ｙ′、およびＺ−Ｚ′に沿った３つの寸法は同一である、請求項１に記載の装置。
3. セル（１）の軸線Ｘ−Ｘ′に沿った寸法は、他の軸線Ｚ−Ｚ′およびＹ−Ｙ′に沿った２つの寸法よりも大きい、請求項１に記載の装置。
4. セル（１）の軸線Ｙ−Ｙ′に沿った寸法は、他の軸線Ｚ−Ｚ′およびＸ−Ｘ′に沿った２つの寸法よりも大きい、請求項１に記載の装置。
5. セル（１）の軸線Ｚ−Ｚ′に沿った寸法は、他の軸線Ｙ−Ｙ′およびＸ−Ｘ′に沿った２つの寸法よりも大きい、請求項１に記載の装置。
6. セル（１）の軸線Ｘ−Ｘ′、Ｙ−Ｙ′、およびＺ−Ｚ′に沿った３つの寸法が異なる、請求項１に記載の複数のセル装置。
7. 複数のセル（１）が、前記ディスク（３）の回転の平面に平行な円上に規則正しく繰り返されているセルの少なくとも一対（５）を構成するように、軸線Ｙ−Ｙ′に沿って、順々に、少なくとも２つずつ配置されていることを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の装置。
8. 複数のセル（１）が前記ディスク（３）の回転の平面に平行な少なくとも２つの同心円内に配置されていることを特徴とする、請求項１から７のいずれかに記載の装置。
9. 前記セルの対（５）の２つのセル（１）がＳ字形の液相循環通路（４）によって接続されていることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
10. 前記複数の液相循環通路の入り口によって構成される軸線は、軸線Ｙ−Ｙ′に平行であることを特徴とする、請求項１から９のいずれか１項に記載の装置。
11. 前記複数の液相循環通路の入り口によって構成される軸線は、軸線Ｙ−Ｙ′に重なっていることを特徴とする、請求項１０に記載の装置。
12. 前記複数の液相循環通路の入り口によって構成される軸線は、軸線Ｙ−Ｙ′に対してずれていることを特徴とする、請求項１０に記載の装置。
13. 請求項１から１２のいずれか１項に記載の装置を製造する方法において、ディスク（３）上と、その鏡像のディスク（３′）上とに複数のセル半分部分を機械加工し、それからセル（１）全体を構成するように両ディスク（３、３′）を２つずつ組み立てることにあることを特徴とする製造方法。
14. 前記両ディスクを溶接によって組み立てることを特徴とする、請求項１３に記載の製造方法。
15. 前記両ディスクを接合部分（６）によって組み立てることを特徴とする、請求項１３に記載の製造方法。
16. 前記複数の液相循環通路（７）を前記接合部分の内部に直接形成することを特徴とする、請求項１５に記載の製造方法。

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