JP5863798B2 - クロマトグラフィを実行する装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前文に記載された、生成物および溶離剤（移動相）を分離塔（固定相）へ投入するための駆動装置を備える少なくとも一つの容積式ポンプを各事例で用いて、特に産業上で利用するためのクロマトグラフィ、好ましくは液体プロセスクロマトグラフィを実行する装置に関連する。

周知のように、クロマトグラフィは、固定相と移動相との間の個々の成分の分布の違いにより物質の混合物の分離を可能にする方法である。

したがって、移動相の様々な物質が固定相へ移送される。試料と固定相と移動相との間の相互作用により、個々の物質が異なる速度で輸送され、相互に分離される。

クロマトグラフィを実施するには、移動相の流量を確定し、分離される試料を供給し、実際の分離とその後の検出とを実行することが必要である。移動相は、通常、容積式ポンプを通して生じる圧力によりその流動が誘発される。

分析ラボでの使用に加えて、産業プロセスで、クロマトグラフィは、有用物質の分離および精製のための方法として確立されている。ラボでの使用では必要な媒体を分離塔に供給するための適当なポンプ溶液が多数存在するのに対して、産業プロセスに利用可能なポンプ溶液の選択は著しく制限される。ここでも、例えば生物工学的または生物薬剤学的な生成物の場合には、一部には無菌要件ゆえに、使用されるポンプシステムは、一方で、塔の充填状態に応じて変化する逆圧にもかかわらず再現可能な量の生成物および溶離剤を常に輸送する必要があるので、密閉してシールされなければならず、また非常に正確に機能しなければならない。他方では、毎時数十立方メートル程度と増え続ける大量の処理量のため、流体力学から見たシステム全体の一体性に関して、特に注意を必要とする。

不連続的な緩衝液の準備から連続的な製造（例えば擬似移動床技術＝ＳＭＢ）への移行を伴う傾向が観察されている。その理由は、従来のバッチプロセスの事例における量的な不経済性に直結する消費量の連続的な増加、媒体の多様性、使用される溶離剤および緩衝液の濃度にある。結果的に、連続的動作の方がはるかに効率的となる。

しかしながら、この動作状態は、別の新たな問題を発生させる。様々な媒体のための、より容積集約的および費用集約的な保管要件と、進歩的な計画管理の必要性に加えて、連続クロマトグラフィでは、充分な解析の安全性に加えて、更なる修正の可能性が損なわれる。したがって、連続プロセスで移動相を発生させるのに必要なポンプ、バルブ、混合装置、および測定機器は、特に信頼性があって精密であり、また長時間にわたって確実に無菌状態を保たなければならない。

それ故に本発明の目的は、クロマトグラフィ設備の統合のための全てのプロセス関連備品を含む完全な機能的モジュールとなり、正確で再現可能な計量精度、広い調整範囲、そして高い生成物品質を呈するか保証するように、汎用種の装置を設計することである。

したがって、本発明は、個々の分量の分離の改良とともに分離プロセスの精度の向上が達成されるように、汎用種の装置を設計するという問題に基づいている。

本発明における上述した問題を解決するために考案される装置の特徴は、請求項１に記載されている。その好都合な実施形態は、他の請求項に記載されている。

本発明は、生成物および溶離剤（移動相）を少なくとも一つの分離塔（固定相）へ投入するように機能する各容積式ポンプのための駆動装置として、接続されたインテリジェント移動制御／調整手段により対応する位置制御移動コマンドに変換される現在距離／時間データを獲得するための総合的なトランスデューサシステムを備える高度ダイナミック駆動装置を使用するという、著しく単純であるが非常に効果的な発想に基づいている。この方法でのみ、さもなければ典型的な圧力および容積の脈動が大いに軽減されるような状態で、容積式ポンプを駆動することが可能となる。

この駆動システムを用い容積式ポンプと組み合わせることで、非常に正確な体積流量が、容積式ポンプの特別な移動制御によりバルブの設置などの設備固有の状況に合わせて付加的に調整することが可能な様々な動作状態で達成される。

発明のさらなる実施形態において、各容積式ポンプの駆動システムは、サーボモータ、好ましくは永久磁場三相同期サーボモータと、プログラムコードの形で駆動装置に記憶される、対応する移動制御／調整手段を有する、関連するインテリジェント駆動装置とで構成される。

容積式振動ポンプ、特にダイヤフラムポンプ、好ましくはダイヤフラム計量ポンプ、および／または容積式回転ポンプが、容積式ポンプとして使用可能である。

２台のダイヤフラム計量ポンプと上述の駆動システムと、関連する移動制御／調整手段とからなる発明による装置が、ダイヤフラム計量ポンプが電気的同期および角速度変化を通して、相互に最適な関係で作動するように設計される場合には、特別な長所が得られる。図３に示された曲線図から容易に分かるように、この最適な関係は、個々のポンプの体積流量ストロークの間の時間的関係で示すことができる。

この形の移動制御により、例えば体積流量および圧力の脈動を軽減することで、例えばクロマトグラフィ塔の投入に関係する、かなりの長所が得られるような体積流量を、結果的に発生させることができる。

こうして、分離方法の精度の大きな改良が発明された装置によって達成され、同時に、拡大されたダイナミック調整範囲と保証された低レベルの脈動とが達成される。

正確で再現可能な計量精度、広い調整範囲及び高い生成物品質のため、本発明による装備を持つ装置は、以下のプロセスなどに使用可能である。
２０バールで１ｌ／ｈから５０００ｌ／ｈ以上までの範囲である産業用低圧および中圧クロマトグラフィ
３５０バール以上で１ｌ／ｈから５０００ｌ／ｈ以上までの範囲である高圧クロマトグラフィ
連続方法

発明された装置では、多数の長所が達成される。例えば、「回転速度の変化」と「パーシャルストロークモード」との組み合わせは、１：１００以上までの調整範囲を可能にする。これを達成するのに、従来の技術では、周波数コンバータと、おそらくは別々の動力およびデータ接続を介して行われる電気的ストローク調整とを必要とするのに対して、発明された装置は、この目的のために単一の接続のみを必要とする。また、溶離剤（移動相）の運搬のための所望の勾配が、高い精度で調整可能であって、これは産業用の低圧クロマトグラフィと高圧クロマトグラフィの両方で可能である。最後に、２台のポンプのインテリジェント制御は、事実上脈動の見られない吐出を可能にする。

そのうえ、以下のさらなる長所が、発明された装置で達成される。
分離塔における最小脈動での試料の流動。
本質的に非常にデリケートなバイオマスを検査する必要がある場合、特にダイヤフラム計量ポンプの使用時には低せん断プロセスが可能である。
所望であれば、逆圧に関係なく、アイソクラチック溶離（定濃度）と、段階的である、又は勾配を持つ溶離との両方により、一定の体積流量が達成される。
分離塔には低い死容積（「残留液」）が見られ、良好な勾配つまり良好なピークの達成を可能にする。すべての部品がより小型で製作されるため、これは逆混合を招かない。これは、設備に存在する流体の総容積が全体として少なくなり、耐圧ポンプラインによって、狭いパイプ断面および構成要素の使用を可能にするとともに、さもなければ必要となる脈動ダンパの使用を回避することを意味する。
１：１５０以上のポンプ調整範囲が可能であって、高い緩衝液濃度が達成される。
プログラム制御により、完全自動化プロセスが可能であって、例えば前もって必要なストロークのマニュアル調整による運転エラーが妨げられる。
完全自動化プロセスにより完璧な実証が行われる。
全体として良好な収率が達成され、これは、分離されるべき物質がすでに高コストであることを考えると特に好都合である。

液体プロセスクロマトグラフィを実行するために発明された装置の構造を概略形で示す図である。 変形実施形態を示す図である。 ポンプの吸入および吐出ストロークの体積流量を、時間経過とともに示す曲線図である。

例示的実施形態の形の発明が、図面を参照して以下でより詳細に説明される。

図１から分かるように、図示された装置は、カバー２と分配器／収集器４とを上端部に備えるとともに、収集器／分配器４とベース５とを下端部／上端部に有する垂直構成の分離塔１を備える。

図１からもわかるように、収集機４は、分離された物質を検出するように機能し、分離された物質を順次収集するように機能する分別収集器７に接続された検出器６に接続されている。

図の実施形態において、分離塔１は、生成物の投入および／または溶離剤の投入のための２台のダイヤフラムポンプ８，８’と、溶離剤（移動相）の投入のための２台のダイヤフラムポンプ９，９’とを有し、これらのポンプ８，８’，９，９’は、関連する生成物の投入のための共通の投入管を介して分離塔１の上端部に接続されている。他の分離作業のため、これらのポンプ８，８’，９，９’を共通の投入管を介して分離塔１の下端部に接続すると好都合である。

図２に図示されたポンプ構成は、ポンプ８，８’および９，９’へ別々に投入が行われる、前出の実施形態が拡大されたものである。吸引側では、ポンプの吸引側に示されたバルブの組み合わせを介して流体管が接続され、ポンプの吐出側では、流体管が共通の接続管を介して分離塔に通じている。この接続により、両方の流体投入管へポンプ８，９’を別々に接続することが可能である。長所は、可能な通過流量の帯域幅の拡張にある。ポンプ８，９’の吸引側でのバルブのスイッチ設定に応じて、異なる運転状態が可能であり、ポンプ８，８’，９，９’の合計体積流量が得られる。

各ダイヤフラムポンプ８，８’，９，９’は、例えば単調に増加するか、勾配を持つ溶離などの所望の技術的特性の達成のための総合的なプログラマブル制御装置を各事例で有する高度ダイナミック駆動装置１０または１０’，１１，１１’を装備している。各駆動装置１０または１０’，１１，１１’が、その設計ゆえに、クロマトグラフィを実行する時に所望の特性の達成を可能にする永久磁場三相同期サーボモータであることが、ここでは特に重要性を持つ。

図３は、ポンプの吸引および吐出ストロークにおける体積流量が時間ｔの経過とともに示された曲線図を表している。上述のように、２台のダイヤフラム計量ポンプについての最適な関係が個々のポンプの体積流量ストロークの間の時間関係であることが、この曲線図から分かる。

上記記載において詳細に説明されていない特徴に関しては、図面および請求項に明白な指摘が行われる。

Claims (3)

1. 生成物および溶離剤（移動相）を少なくとも一つの分離塔（１）へ投入するための、駆動装置を各々有する少なくとも２つの容積式ポンプを備えたクロマトグラフィを実行する装置において、
   各容積式ポンプ（８，８’，９，９’）の前記駆動装置（１０，１０’，１１，１１’）は、ダイヤフラム計量ポンプとして設計された前記容積式ポンプ（８，８’，９，９’）を駆動する、永久磁場を発生させファンレスであるためクリーンルームに適応した三相同期サーボモータの形からなる高度ダイナミック駆動装置であり、
   前記三相同期サーボモータは、接続された上位の移動制御／調整手段を用いて、対応する位置制御移動コマンドに変換可能である現在距離／時間データを獲得するための総合的なトランスデューサシステムを備えることを特徴とする装置。
2. 請求項１に記載の装置において、
   固定相を保護し、また、クロマトグラム品質に関する分離塔（１）での分離状態を向上させながら、関連する分離プロセスに合わせた調整を可能とする計量流動曲線を通して、相互に最適な関係で作動する容積式ポンプ（８，８’，９，９’）により分配ベース（５）へ媒体を投入する時に均一な分配を可能にし、結果的に、対応する位置制御移動コマンドによる前記容積式ポンプ及びこれらの精密な移動制御／調整手段の使用を通して、移動相の流体運動学を調整可能にすることを特徴とする装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の装置において、
   前記容積式ポンプとこれらの駆動装置とが、完全自動化総合システムとして設計されることを特徴とする装置。

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