JP6014588B2 - 液体混合物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体混合物の調製に関し、より具体的には既定の特性を有する緩衝剤流のような混合液体流の調製に関する。

多くの工業プロセスでは、組成及び／又はｐＨ、イオン強度、粘度、密度等のような他の特性が正確に知られている液体を得ることが重要である。さらに、液体の組成が各瞬間に正確に知られ制御されるべきであるだけでなく、正確で制御された様式で経時的に変化するべきでもあることが稀ではない。

かかる液体を得るには、通常、２種以上の液体を互いに混合又はブレンドする。この際、通例混合システム、通常は現場混合システムを使用するが、このシステムではアイソクラチック（均一濃度）及び勾配のある（段階的勾配及び直線勾配）両方の混合様式が提供され得る。

液体の組成が最も重要である１つの応用は、特定のｐＨ及び場合によっては特定のイオン強度も有する緩衝剤を利用する液体クロマトグラフィーの分野であり、溶離液のｐＨとイオン強度はイオン交換樹脂のようなクロマトグラフィーでのタンパク質分離の選択性を制御する最も重要な２つのパラメーターである。もう１つ別のかかる応用はろ過である。

所望の液体組成物のオンライン送出のための混合システムは通例２つの異なる手法に基づいている。すなわち、（ｉ）測定された液体パラメーターのセンサーフィードバック制御を使用して、所望の組成を与える液体成分の割合を設定するか、又は、（ii）所望の液体組成を得るための液体成分の混合比に対するレシピ又は処方を見積もり、その後それぞれの流量のフィードバックによって制御することによりこれらの割合を維持するというフローフィードバック制御である。

最初に述べた手法の一例は米国特許出願公開第２００８／０２７９０３８号に開示されており、連続操作モードを用いて３つの液体、すなわち供給液体並びに第１及び第２の調節液体をブレンドするための混合システムが記載されている。供給液体は例えば水であり、調節液体はそれぞれ濃厚塩溶液とアルコールであり得る。これらの液体は再循環ループ内で混合される。再循環された溶液の導電率が、系のバルブとポンプを制御するシステム制御装置と連通する導電率センサーによって検知される。近赤外（ＮＩＲ）センサーがアルコール濃度を検出する。目標の導電率とアルコール濃度レベルが達成されたら、ループの出力がプロセスに送られる。濃厚塩溶液及びアルコールの添加速度は導電率センサーとＮＩＲセンサーからのフィードバック制御に基づき続ける。

液体をブレンドするための異なる手法は、通例適当なアルゴリズムを用いて既定の特性を有する所望の液体混合物を得るために液体をブレンドする正確な相対的成分割合又は比を決定し、次に計量システムによりいろいろな液体を所定の比で供給することによって液体混合物流れを生成させることである。

「液体パラメーター制御」ではなく「フローフィードバック制御」を利用する上述の第２の手法の一例が米国特許第６２２１２５０号に開示されており、そこでは液体クロマトグラフィーのための装置が、１種以上の緩衝剤化学種、酸又は塩基、場合により塩、及び溶媒の溶離液をクロマトグラフィー分離デバイス中に供給することができるオンライン計量デバイスを含んでいる。この計量デバイスは、Ｄｅｂｙｅ−Ｈｕｅｃｋｅｌ式の近似を使用することにより、所与の塩濃度における選択されたｐＨの溶離液を得るのに必要とされる成分の相対的割合を計算する。これは、液体混合物におけるｐＨとイオン強度の相互関係を考慮するようにいろいろな成分を同時に変化させる反復手順によって達成される。

より高濃度の緩衝剤及び／又は塩の使用を可能にするこの方法の開発が国際公開第２００９／１３１５２４号に開示されている。ここでは、Ｄｅｂｙｅ−Ｈｕｅｃｋｅｌの式を用いて相対的成分割合を制御するミキサー制御装置が提供され、Ｄｅｂｙｅ−Ｈｕｅｃｋｅｌ式中のイオンサイズαは液体混合物のイオン強度に寄与する全ての化学種の重み付き平均イオンサイズとして決定され、各々の化学種のイオン強度が重み付けパラメーターとして使用される。好ましくはコンピューターで実行されるこの改良された方法においては、最初に正確な組成を計算し、次に液体混合物、通例緩衝剤を単一の工程で調製する。一実施形態では、緩衝剤の定義はインラインで連続的に得られる。

しかしながら、成分割合の計算に基づく上述の方法の欠点は、使用のときに原液の正確な濃度及び／又はその他の特性を知らなければならないということである。この欠陥は、少なくとも２種の異なる成分原液を互いに混合する国際出願公開第ＷＯ２０１１／０３７５３０号に開示されている方法によって治癒される。この方法は、各々の原液の流れの中で、その原液に対する選択された特性値に関連する少なくとも１つの特性を別々に検知することにより１以上の原液に対する選択された特性値を決定し、この決定された１以上の特性値に基づいて、所望の混合液体流を与える混合比で原液流を混合する工程を含んでいる。

本発明の目的は、検知された液体パラメーターを介するフィードバック制御に基づく最初に述べた手法に従って、場合によりフロー計量フィードバック制御に基づく第２の方法の手法と一緒に使用し得、またコンピューターで実行されるように都合よく自動化され得る、既定の特性を有する緩衝剤のような液体混合物流を調製するための、代わりの、そして幾つかの点では改良された方法を提供することである。

米国特許第６２２１２５０号

上述の目的及びその他の目的並びに利点は、少なくとも３種の異なる液体流を混合することにより、所望の特性を有する混合液体流、通例緩衝剤流を用意するという、本発明の液体混合方法により達成され、ここで２種（以上）の液体は、ある所望の特性の異なる値を有し、その割合はその所望の特性を得るように変化させる。例えば、所定の緩衝剤濃度及びｐＨを有し、並びに場合により導電率及び／又は塩濃度も有する、又はｐＨ及び導電率を有する緩衝剤流が、緩衝成分、溶媒（通例水）、及び場合により塩の流れを混合することにより得られる。

例えば、所望のｐＨ及び緩衝剤濃度を有する緩衝剤流を調製する際の本方法の基本的な特徴は、最初に、初期の予め選択された相互割合の塩基性及び酸性緩衝成分流（通例それぞれの原液濃度）を用いて所望の緩衝剤濃度を有する緩衝剤流を調製し、次に、緩衝成分流を変化させることにより、好ましくは同時に他の１以上の液体流を変化させて緩衝剤濃度を一定に維持することにより、ｐＨを所望のｐＨ値に調節することにある。

しかしながら、本発明の方法は、緩衝剤流を調製することに限定されることはなく、様々な他の混合液体流も調製し得る。同様に、所定の１以上の特性はｐＨ及び緩衝剤濃度に限定されない。

従って、最も広い態様では、本発明は、以下の工程を含む、第１の性質の所定の値及び第２の性質の所定の値を含む所定の特性を有する混合液体流を調製する方法を提供する。
ａ）各々が第１の性質の異なる第１の値を有する第１の組の少なくとも１つの液体流を用意し、
ｂ）各々が第１の性質の異なる第２の値を有する第２の組の少なくとも１つの液体流を用意し、
ｃ）第３の組の少なくとも１つの溶媒の液体流を用意し、
ｄ）用意された液体流を合わせ、
ｅ）第１及び第２の組の液体流の少なくとも１つ並びに第３の組の少なくとも１つの液体流を変化させて、得られる混合液体流における第１の性質及び第２の性質をそれらのそれぞれの所定の値に調節する。

上記工程ｅ）において、第１及び第２の組の液体流は逐次又は同時に変化させ得る。

第１及び第２の性質は通例ｐＨ、導電率、濃度及び吸光度から選択される。

第１及び第２の組の液体流の第１の性質は一般に、その性質をもたない液体を除いて液体の真の性質である、すなわちその特性値がゼロではない。

本方法の好ましい実施形態では、混合液体流の一定の流量は第３の組の少なくとも１つの液体流の変化によって維持される。

溶媒は通例水性液体、好ましくは水であるが、１種以上の有機液体のような別の液体であってもよい。

混合液体流は通例緩衝剤流である。この場合、第１の組の各液体流が少なくとも１つの塩基性緩衝成分を含有し、第２の組の液体流の各液体流が少なくとも１つの酸性緩衝成分を含有するか、又はこの逆である。場合により、少なくとも１つの塩基性緩衝成分が強塩基により代えられるか、又は少なくとも１つの酸性緩衝成分が強酸により代えられる。

用語緩衝成分は、緩衝する性質を有するあらゆる物質を含めて広い意味で解釈される。液体流は、例えば、緩衝剤混合物を調製するために１つより多くの緩衝成分を含有し得る。当然、緩衝剤混合物も、各々が単一の緩衝成分を含有する２つ以上の液体流を混合することにより調製され得る。

緩衝剤流を調製するための本方法の１つの変形において、第１の性質はｐＨであり、第２の性質は緩衝剤濃度である。このとき、上記方法の工程ｅ）は、第１及び第２の組の液体流の少なくとも１つを変化させてｐＨをその所定値に調節することを含む。

別の変形において、第１の性質はｐＨ以外の性質、通例導電率又は吸光度であり、第２の性質は緩衝剤濃度である。このとき、方法の工程ｅ）は第１及び第２の組の液体流の少なくとも１つを変化させて第１の性質をその所定値に調節することを含む。

さらにもう１つ別の変形において、第１の性質はｐＨであり、第２の性質は緩衝剤濃度及びｐＨ以外の性質、通例導電率又は吸光度である。このとき、方法の工程ｅ）は第１及び第２の組の液体流の少なくとも１つを変化させてｐＨ及び第２の性質をそれらの所定値に調節することを含む。

ｐＨの測定は通例ｐＨ計又はセンサーで行われるが、ｐＨはまた間接法によっても決定され得る。代表的なかかる間接法は、２０１０年１２月１７日に出願されたスウェーデン特許出願第１０５１３４４−８号（その開示内容は援用により本明細書の一部をなす）に記載されているように導電率を測定することを含む。

この文献には、弱電解液の各荷電種の平衡濃度を含めて溶液中に存在するいろいろなイオンの正確な濃度を解明し、各荷電種のモル導電率を測定し、対応する導電率を計算し、個々の導電率を全て合計して液体混合物の総導電率を得ることによる緩衝剤のような液体溶液の導電率の予測が記載されている。しかしながら、この記載された導電率予測工程は、溶液の測定された導電率からｐＨを間接的に決定するのにも使用し得る。ｐＨを測定するための対応するデバイスは、導電率センサーと、測定された導電率から導電率予測工程を逆の計算モードで使用してｐＨを計算するための手段とを含む。

混合液体流の緩衝剤濃度の測定は、導電率を測定するか又は分光法、好ましくは（限定されることはないが）ＵＶ若しくはＮＩＲ分光法で吸光度を測定することによって行い得る。

変形法において、混合液体流の緩衝剤濃度は、緩衝成分（強酸又は塩基を含む）を含有する液体流の流量を測定し、それぞれの液体流の既知（原液）濃度から緩衝剤濃度を計算することによって決定される。

別の変形において、緩衝剤濃度の決定は、第１及び第２の組の各液体流について導電率を測定するか又は分光法、好ましくは（限定されることはないが）ＵＶ若しくはＮＩＲ分光法により吸光度を測定し、いろいろな液体流に対する測定値から混合液体流の緩衝剤濃度を決定することを含む。

上記本発明の方法において、第１の組の液体流と第２の組の液体流は、第３の組の液体流と合わせる前に合わせるのが好ましい。

しかしながら、混合液体流の所望の特性は上述の第１及び第２の性質に加えて１以上のさらなる所望の性質を包含し得、及び／又は、本方法は第４の、及び場合によってはそれ以上の組の液体流の供給を含み得る。

この場合、本方法は、各々が少なくとも１つの添加剤を含有する第４の組の液体流を用意し、第４の組の液体流を第１、第２及び第３の組の液体流と合わせ、第４の液体流又は第４の組の流れを調整して少なくとも第３の性質をその１以上の所定値に調節することを含み得る。

典型的な添加剤は非緩衝性の塩であるが、場合により洗浄剤のような他の添加剤も用意し得る。

第４の液体流を含む本方法の１つの変形において、第１の性質はｐＨであり、第２の性質は緩衝剤濃度であり、第３の性質は添加剤濃度、好ましくは塩濃度である。

別の変形において、第１の性質はｐＨであり、第２の性質は緩衝剤濃度であり、第３の性質は導電率又は吸光度である。

さらにもう１つ別の変形において、第１の性質はｐＨであり、第２の性質は導電率であり、第３の性質は添加剤濃度、導電率及び吸光度から選択される。

好ましくは、第１及び第２の組の液体流並びに第３の組の液体流は、第４の組の液体流と合わせる前に合わせる。

混合液体流のいろいろな所定の特性値を測定及び／又は計算し得る。

通例、混合液体流の性質を測定する。

本発明の方法を実施する変形は、所定の特性を有する混合液体流を得るための一組のいろいろな液体流の処方を提供し、その処方に従ってフローフィードバックによりいろいろな液体流を制御することを含む。

別の変形方法は、混合液体流の性質を測定しつついろいろな液体流を変化させてその性質をそれらの所定値に調節し、必要とされる液体流を決定し、次いでフローフィードバックによりいろいろな液体流を制御することを含む。

さらに別の変形方法は、所定の特性を有する混合液体流を得るための一組のいろいろな液体流の処方を提供し、その処方に従ってフローフィードバックによりいろいろな液体流を制御し、次に、混合液体流の性質を測定しつついろいろな液体流を変化させてそれぞれの性質をそれらの所定値に調節することによりいろいろな液体流を微調節することを含む。

さらにもう１つ別の変形方法は、混合液体流の性質を測定しつついろいろな液体流を変化させてそれぞれの性質をそれらの所定値に調節し、所定の特性を有する混合液体流を得るための液体流の処方を決定し（例えばいわゆるアナロジーマシンを使用することにより）、次いで、その処方に従ってフローフィードバックによりいろいろな液体流を制御することを含む。

いろいろな液体流は通例ポンプ及び／又はバルブを用いて制御される。

本発明の方法において、第１の組の測定された性質は所定の特性を有する混合液体流を得るために使用され得、一方第２の組の測定された性質は検証のために使用され得る。

本方法の変形において、混合液体流の性質は代わりの性質を測定することにより決定され得る。最初に、その性質及び代わりの性質の一方の測定からのフィードバックにより液体流をその性質の設定点に変化させる。次に、性質及び代わりの性質の他方の測定からのフィードバックにより液体流を設定点に変化させる。一般に、当該性質及び代わりの性質のうち最も速いフィードバックを与える方を最初に使用して迅速に設定点に到達し、次に他方の（より正確な）性質を設定点への微調節のために使用する。

本方法は、さらに、第１、第２、第３及び第４の液体流の１つ以上の特性を測定して混合液体流の所望の特性を確実にするのを補助することを含み得る。

好ましくは、混合液体流の少なくとも幾つかの所定の特性に対して警報限界を設けて、正しい混合された液体のみが系を出て行くことを可能にする。

しかしながら、上述したように、本発明は緩衝剤流の調製に限定されることはなく、他の型の液体混合物又はブレンドも本方法によって調製し得る。一例として、例えば所定の脂肪性を有する様々なタイプのアルコール混合物を調製し得る。その際、上述の第１の組の液体流は第１の脂肪性特性値を有する第１のアルコールからなり得、上述の第２の組の液体流は第２の脂肪性特性値を有するアルコールからなり得、これら２種のアルコールを適正な割合で混合すると所望の脂肪性値のアルコール混合物が得られる。

本発明の特定の実施形態では、以下の工程を含む、所定の緩衝剤濃度及び所定のｐＨを有する緩衝剤流を調製する方法が提供される。
ａ）原液濃度の塩基性緩衝成分の第１の液体流を用意し、
ｂ）原液濃度の酸性緩衝成分の第２の液体流を用意し、
ｃ）水性液体の第３の液体流を用意し、
ｄ）所定の緩衝剤濃度を有する混合液体流を用意するように選択された割合で液体流を合わせ、
ｅ）第１及び第２の液体流の少なくとも１つを変化させて混合液体流のｐＨを前記所定のｐＨに調節しつつ、第３の液体流を変化させることにより所定の緩衝剤濃度を維持する。

好ましくは、第１及び第２の液体流を変化させて混合液体流に対する緩衝剤の一定の送出速度を維持し、第３の液体流を変化させることにより混合液体流（すなわち総緩衝剤流）を一定に保つ。

方法の上記実施形態の変形において、所望の緩衝剤流は所定の濃度の塩も有する。この場合、本方法は、さらに、方法の上記工程ｄ）とｅ）の間に、原液濃度の塩を含有する第４の液体流を用意し、第４の液体流を第１、第２及び第３の流れと合わせて前記混合液体流を用意し、第４の液体流の割合を調整して混合液体流内に前記所定の塩濃度を得つつ、第３の液体流を変化させることにより混合液体流を一定に維持する工程を含む。

本方法の上記実施形態の別の変形において、所望の緩衝剤流は塩を含み、所定の導電率を有する。この場合、本方法は、さらに、方法上記工程ｄ）とｅ）の間に、原液濃度の塩を含有する第４の液体流を用意し、第４の液体流を第１、第２及び第３の液体流と合わせて前記混合液体流を用意し、第４の液体流の割合を調整して混合液体流の前記所定の導電率を得つつ、第３の液体流を変化させることにより混合液体流を一定に維持する工程を含む。

本方法のさらにもう１つ別の変形において、所望の緩衝剤流は所定のｐＨを有するが、緩衝剤濃度ではなく所定の導電率を有する。この場合、本方法は、初期緩衝剤濃度を選択し、所定のｐＨと導電率が得られるように混合液体のｐＨ並びに導電率を調節することを含む。このｐＨと導電率の調節は逐次（場合によっては繰り返し）又は同時に行い得る。

具体的には、かかる変形は以下の工程を含む。
ａ）原液濃度の塩基性緩衝成分の第１の液体流を用意し、
ｂ）原液濃度の酸性緩衝成分の第２の液体流を用意し、
ｃ）水性流体の第３の液体流を用意し、
ｄ）選択された初期緩衝剤濃度を有する混合液体流を用意するように選択された割合で液体流を合わせ、
ｅ）第１及び第２の液体流の少なくとも１つを逐次又は同時に変化させて、混合液体流のｐＨを前記所定のｐＨに調節すると共に混合液体流の導電率を前記所定の導電率に調節する。

本方法はコンピューターのような電子データ処理装置で実行されるソフトウェアによって都合よく実施し得る。かかるソフトウェアは、記録媒体、読み取り専用メモリー、又は電気若しくは光学ケーブルを介して若しくは無線若しくはその他の手段により伝送し得る電気若しくは光学信号を始めとする適切なコンピューター読み取り可能媒体によってコンピューターに提供し得る。

従って、本発明の別の態様は、上述の変形方法のいずれか１つの方法ステップをコンピューターに実行させるための使用取扱説明書を含むコンピュータープログラム製品に関する。

その他の好ましい実施形態は従属請求項に記載されている。

本発明、並びにそのさらなる特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び添付の図面を参照することによってより完全に理解されるであろう。

図１は、本発明の方法に使用し得る液体混合システムの概略図である。 図２は、１００ｍＭクエン酸緩衝剤（ｐＨ３．５）の調製のための原液の混合中の、それぞれ全流量、ｐＨ、及び導電率の変化を示す一組のグラフである。 図３は、２つの異なる方策を用いた塩勾配の調製のための混合操作中のプロセスパラメーターの変化を示す２つの図解である。 図４は、それぞれ一定の緩衝剤濃度（上図）及びｐＨ勾配（下図）を用いた混合操作中のプロセスパラメーターの変化を示す２つの図解である。

上述したように、本発明は、所定の特性を有する混合液体流を作成するための改良された方法に関する。通例混合液体流は、例えば既定の緩衝剤濃度及びｐＨを有し、場合により導電率及び／又は塩濃度も有するか、又は既定のｐＨ及び導電率を有する、殊にクロマトグラフィー及びろ過のような工業プロセスにおける緩衝剤のインライン送出のための緩衝剤液体流である。簡潔に述べると、かかる緩衝剤流を調製するために、例えば、最初に、初期の計算された割合の原液濃度の緩衝成分流及び水性流を使用して、既定の緩衝剤濃度を有する液体流を設定する。その後、必要であれば、別の流れにより塩を加え、既定の緩衝剤濃度は、水性流を調整して総緩衝剤流を一定に保つことにより維持する。最後に、相互の緩衝成分流の割合を調整しつつ、他の液体流又は流れを調整して既定の緩衝剤濃度を維持することにより、緩衝剤流のｐＨを既定のｐＨに調節する。

フローフィードバック制御型の混合システムのようにいろいろな緩衝成分の混合比をユーザーが提供する代わりに、最終の比は系が定常状態に達したとき自動的に得られ、混合比は代わりに系から読み取ることができ、これにより必要とされる場合緩衝剤混合物を既定のｐＨ、緩衝剤濃度及び導電率（又は塩濃度）にする。このようにして、混合物中に塩が使用されている場合でも、正確な緩衝剤濃度が得られる。

より具体的には、以下に記載されるように、質量保存の法則の式を用いて、緩衝成分が減少した（又は一定に保たれている）とき、制御するｐＨセンサーからの信号に応じて他の緩衝成分の１つに対応する流れをどのくらい増大するべきか計算する。

本方法は均一濃度及び勾配緩衝剤混合物を含めて緩衝剤液体流のような様々な目的の混合液体流の調製に広く応用可能であるが、以下の詳細な説明は、単なる例として、いかなる限定の意味もないが、主として、液体混合物のｐＨ及び／又はイオン強度が特に重要である液体クロマトグラフィー及びろ過の分野に関する。本発明をさらに説明する前に、本発明で特に重要な３つのパラメーター、すなわちｐＨ、導電率及び緩衝剤濃度についてまず一般的に述べる。

ｐＨ及びｐＨ制御
ｐＨ値は溶液の酸性の程度を表し、水素イオン（すなわちプロトン）の活量の負の対数として定義される。殆どの生物学的過程はｐＨの変化の影響を受けるが、その理由はｐＨが分子レベル及び分子の立体構造における相互作用に影響を及ぼすからである。同じ理由で、ｐＨの変化は、例えばモノクローナル抗体のような生物医薬の生産においてクロマトグラフィープロセスを制御するのに使用することができる。一例として、ｐＨはモノクローナル抗体とプロテインＡクロマトグラフィー媒体との相互作用に関する重大なパラメーターである。

ｐＨ制御の鍵は緩衝剤である。緩衝剤は水素イオンを受容又は供与することができる一種の分子である。たくさんのかかる分子を溶液に添加することによって、水素又はヒドロキシルイオンの量の関数としてｐＨ変化の速度を効果的に低下させることによりｐＨ制御を達成することができる。この「緩衝能」は緩衝剤濃度に比例する。また、２つの異なるプロトン化状態の緩衝剤分子を慎重に組み合わせることによってｐＨを制御することも可能である。巨視的な化学試薬は電気的に中性でなければならないので、緩衝剤として働くものは適当な量の対イオンの存在により強制的に異なるプロトン化状態をとらされることができる。これは、例えば、「弱酸」を対応する弱塩基と合わせることによって得ることができる。環境又は人の安全性の理由から、弱酸を強塩基（例えばＮａＯＨ）と、又は弱塩基を強酸（例えばＨＣｌ）と合わせるのが好ましい。

緩衝剤物質に対して鍵となるパラメーターは、５０％の緩衝剤分子が各々２つの異なるプロトン化状態にあるｐＨ値であるそのｐＫａ値である。リン酸塩及びクエン酸塩のような幾つかの緩衝剤物質は幾つかのｐＫａ値を有する（多プロトン性緩衝剤）。ある物質のｐＫａ値は、例えば緩衝剤溶液に塩を添加することにより導電率が増大すると劇的にシフトすることができる。いろいろな塩濃度におけるいろいろな緩衝剤系に対するかかるシフトの大きさに関する知識は正確なｐＨ制御に使用することができる。

導電率
緩衝剤物質は弱電解質であるので、濃度の関数として導電率を関連付けることができる簡単なモデルはない。緩衝剤の導電率に対する寄与は、いろいろなプロトン化過程に対応するいろいろな成分から生じる。異なる状態の正確な割合は平衡に依存し、従ってｐＨ等と共に変化する。導電率に対する重要な寄与は強電解質、例えば殊により高い塩濃度でのＮａ⁺及びＣｌ^-イオンに由来する。導電率（又はイオン強度）は分子間の相互作用にも影響を及ぼすことができ、従って殊にイオン交換クロマトグラフィー又は疎水性相互作用クロマトグラフィーを用いる生物医薬の生産に関するクロマトグラフィープロセスを制御するのに使用することができるので、導電率の制御は重要である。ＮａＣｌ又はＮａ₂ＳＯ₄のような塩を添加することは、溶液の導電率を増大する費用効果的な方法である。導電率はまた、導電率と溶液の濃度との関係が些細でないとしても、溶液の濃度の良好な尺度である。例えば経験的に得られるこの関係の知識は、濃度又は原液が正確であるか否かを決定するのに使用することができる。

緩衝剤濃度
緩衝剤濃度は、主に２つの主要な理由により重要である。主な理由は、緩衝能が緩衝剤濃度に比例する状況に関連している。緩衝剤組成に対する緩衝能の依存性を理解することは、精製中緩衝能が低過ぎる緩衝剤を使用するとプロセスの頑強性が低くなり収率が悪くなり得るので、最も重要である。特定の系の緩衝能はそれ自体が主に２つの要因に対して敏感である。緩衝剤物質のｐＫａ値がそれらの内の１つであり、他方は緩衝剤濃度である。大雑把に言って、ｐＨはｐＫａ値の付近の対称的な間隔で安定である。しかしながら、良好な緩衝能を有する間隔の幅は緩衝剤濃度に依存性であり、緩衝剤濃度が高いほどその間隔が広くなるという関係がある。間隔の真の中心であるいわゆるｐＫａ’値は殆ど常に、理想的な場合である無限希釈に内挿された表にまとめられたｐＫａ値からシフトしている。良好な緩衝能の必要条件は通常下限を緩衝剤濃度に設定している。緩衝剤濃度に対する上限は通常溶液中の緩衝剤が多過ぎる場合の望ましくない効果によって設定される。これらの効果の１つは高過ぎる導電率であり得る。しかしながら、その他の場合、緩衝剤濃度の第２の用途又は重要さにつながる高い導電率が望ましいこともあり、すなわち幾つかの用途では緩衝性の塩を用いて非緩衝性の塩を使用することなく導電率を高いレベルに調節することが適当であり得る。

ここで本発明に戻って、以下に、本発明に従ってｐＨ及び導電率のフィードバック制御を用いる所望の緩衝剤流の調製について、本発明の方法に従って、例えばクロマトグラフィーに使用するための、既定の緩衝剤濃度、ｐＨ及び場合により導電率又は塩濃度を有する緩衝剤を調製するのに使用することができる混合システム又は装置の実施形態を図解形式で示す図１を参照して記載する。

酸性緩衝成分Ｂ１の原液の流れが導管１を介して供給され、塩基性緩衝成分Ｂ２の原液流が導管２を介して供給される。導管１及び２は第１の接合点３で接続される。

水（ＷＦＩ−注射用の水）は導管４を介して供給され、必要とされる場合は塩溶液が導管５を介して供給される。導管４及び５は第２の接合点６で接続される。

第１及び第２の接合点３及び６はそれぞれの導管８及び９を介して第３の接合点７で接続され、これは次に緩衝剤送出導管１０に接続される。導管１０はｐＨセンサー１１及び導電率センサー１２を備えている。

破線１３で示されている任意の１以上の導管を介して、１以上の添加剤、例えば、洗浄剤、有機溶媒（例えばＤＭＳＯ）、等を添加し得る。

図１の記号ｑ１、ｑ２、ｑ３、ｑ４及びｑｎは、それぞれ、Ｂ１、Ｂ２、塩溶液、ＷＦＩ、及び添加剤（ある場合）の流量（例えばＬ／ｈ）、或いは全流量のうちの割合（例えば％）を表す。

系はさらに、ポンプ及び流量計（図には示してない）、並びに場合により１以上の追加のセンサーを含んでいる。

上述したように、本発明の方法を実施するための図１に示した装置又は系は単なる例であって、変化し得ることに留意されたい。

上に概説した系により、例えば、特定の緩衝剤濃度Ｃ及び特定の塩濃度を有する既定のｐＨの緩衝剤が、塩溶液（塩）並びに酸Ｂ１及び塩基Ｂ２溶液の原液があれば自動的に調製され得る。緩衝成分Ｂ１及びＢ２は対応する酸／塩基緩衝性物質対であり得るか、又はその一方が強酸又は塩基であり、他方が緩衝性物質であり得る。緩衝成分Ｂ１又はＢ２はまた２つ以上の成分の混合物であってもよい。

この液体混合システムを使用して作製し得る代表的な緩衝剤として、二、三の例を挙げると、リン酸塩、酢酸塩、クエン酸塩、トリス及びビス−トリス緩衝剤、混合酢酸塩／リン酸塩緩衝剤、並びに混合酢酸塩／ギ酸塩／リン酸塩緩衝剤がある。例えば混合酢酸塩／ギ酸塩／リン酸塩緩衝剤を調製するには、酸性の成分Ｂ１は例えばＨＣｌであり得、塩基性成分Ｂ２は例えば酢酸ナトリウム、ギ酸ナトリウム及びリン酸ナトリウムの混合物であり得る。

また、全流量ｑＴは既知で一定であると仮定されている。塩は緩衝剤でないとしても、イオン強度の変化は緩衝性物質のｐＫａ値をシフトさせ得ることが考慮に入れられている。

通例使用される非緩衝性の塩には、例えば、塩化ナトリウム及び塩化カルシウムがある。

ここで、所望の緩衝剤の調製のための上に概説した系を使用する方策について、下記表１に記載するような、緩衝剤のユーザーにより望まれる規格に応じた４つの異なる仮定の設定又はケースに従って処理しなければならない最大３つの連続した工程（ステップ）を単なる例として使用して説明する。

この区分を使用して、この手順のステップは以下に従って定義される。

以下、図１の導電率センサー１２により測定される導電率の値は「Ｃｏｎｄ」とし、ｐＨセンサー１１により測定されるｐＨの値は「ｐＨ」として表す。

ステップ１ 全てのケース
Ｂ１及びＢ２に対する初期の割合（パーセント）を以下のように計算する。Ｃは緩衝剤濃度であり、ｑ１〜ｑ４はそれぞれＢ１、Ｂ２、塩、及びＷＦＩの流量又はパーセントを表す。

上の表１に示されているように、緩衝剤濃度Ｃはケース１、３及び４では規定されているが、ケース２は緩衝剤濃度に対する規定がない。従って後者のケースでは、ステップ１で適切な初期緩衝剤濃度、例えば５０ｍＭを選択する。

Ｂ１＝弱酸、Ｂ２＝弱塩基の場合、
ｑ１＝（Ｃ＊０．５）／（原液濃度Ｂ１）＊１００
ｑ２＝（Ｃ＊０．５）／（原液濃度Ｂ２）＊１００
Ｂ１＝強酸、Ｂ２＝弱塩基の場合、
ｑ１＝０
ｑ２＝１００＊Ｃ／（原液濃度Ｂ２）
Ｂ１＝弱酸、Ｂ２＝強塩基の場合、
ｑ１＝１００＊Ｃ／（原液濃度Ｂ１）
ｑ２＝０
パーセント塩（ｑ３）を０に、パーセントＷＦＩ（ｑ４）をｑ４＝１００−ｑ１−ｑ２−ｑ３（％の場合）、ｑ４＝ｑＴ−ｑ１−ｑ２−ｑ３（流量の場合、以下ワークフロー中同じ）に設定する。ここで、ｑＴは全流量である。この全流量要件は残りのプロセスで保たれる。

添加剤の液体流（又は複数の流れ）ｑｎが図１の導管１３を介して添加される場合、各々のかかる添加剤流は塩と同じように処理される。

上記のように計算された設定を使用することにより、緩衝剤濃度は既に初めから正確であり、例えば弱酸−弱塩基の場合各々の原液Ｂ１及びＢ２に由来する０．５Ｃであることが容易に分かる。

しかしながら、上に示した設定は単なる代表例であり、変化し得る。好ましくは、Ｂ１／Ｂ２の割合は目的とする既定のｐＨ値の付近のｐＨが提供されるように計算される。

上記設定で系の作動を開始する。

ステップ２ ケース１
ｑ３を調節するために、導電率センサー１２（図１）により検知される導電率を使用して開始する。Ｃｏｎｄが目標より低ければｑ３を増大し、Ｃｏｎｄが目標を越えていればｑ３を減少する。

ｑ１とｑ２の両方を一定に保つ。

ｑ４はｑ４＝１００−ｑ１−ｑ２−ｑ３で与えられる。

ケース２
ステップ２をとばす。

ケース３
ステップ２をとばす。

ケース４
ｑ３＝１００＊（塩濃度）／（塩原液濃度）を設定する（濃度がＭ又は％で与えられるか否かとは独立）。

ｑ１とｑ２は一定に保つ。

ｑ４＝１００−ｑ１−ｑ２−ｑ３。

ステップ３、ケース２を除く全てのケース
ｐＨを用いて開始して、最終ｐＨの規定が満たされるまで図１の接合点３で割合を調節する。

Ｂ１＝弱酸、Ｂ２＝弱塩基の場合、
ｐＨが目標より高ければｑ１を増大し、ｐＨが目標より低ければ減少する。
ｑ２＝（１００＊Ｃ−（原液濃度Ｂ１）＊ｑ１）／（原液濃度Ｂ２）。

Ｂ１＝強酸、Ｂ２＝弱塩基の場合
ｐＨが目標より高ければｑ１を増大し、ｐＨが目標より低ければ減少する。

Ｂ１＝弱酸、Ｂ２＝強塩基の場合、
ｐＨが目標より高ければｑ２を減少し、ｐＨが目標より低ければ増大する。

ｑ４＝１００−ｑ１−ｑ２−ｑ３。

このようにして、
（ｑ１／１００）＊（原液濃度Ｂ１）＋（ｑ２／１００）＊（原液濃度Ｂ２）＝Ｃ
で与えられる総緩衝剤濃度を一定に保つ。

ステップ３ ケース２ （選択肢１）のみ
Ａｂｓ（ｐＨ−目標）＞＝εの場合
「ε」は小さい値であり、通例約０．０２のｐＨ単位以下である。

Ｂ１＝弱酸、Ｂ２＝弱塩基のとき、
ｐＨが目標より高ければｑ１を増大し、ｐＨが目標より低ければ減少する。
ｑ１はΔｑで変化する。
ｑ２は−Δｑ＊（原液濃度Ｂ１）／（原液濃度Ｂ２）で変化する。

Ｂ１＝強酸、Ｂ２＝弱塩基のとき、
ｐＨが目標より高ければｑ１を増大し、ｐＨが目標より低ければ減少する。
ｑ２は一定に保つ。

Ｂ１＝弱酸、Ｂ２＝強塩基のとき、
ｑ１は一定に保ち、
ｐＨが目標より高ければｑ２を減少し、ｐＨが目標より低ければ増大する。

ｑ４＝１００−ｑ１−ｑ２−ｑ３。

Ａｂｓ（ｐＨ−目標）＜εの場合
導電率センサー１２（図１）により検知される導電率を使用して、図１の第３の接合点７で、最終導電率の規定が満たされるまで割合を調節する。

Ｂ１＝弱酸、Ｂ２＝弱塩基のとき、
ｑ１はΔｑで変化、
ｑ２はΔｑ＊（原液濃度Ｂ１）／（原液濃度Ｂ２）で変化する。

Ｂ１＝強酸、Ｂ２＝弱塩基のとき、
ｑ１は一定に保ち、
ｑ２はΔｑで変化する。

Ｂ１＝弱酸、Ｂ２＝強塩基のとき、
ｑ１はΔｑで変化し、
ｑ２は一定に保つ。

ｑ４＝１００−ｑ１−ｑ２−ｑ３。

この選択肢において、ｐＨと導電率の調節手順は同時に行われるのではなく、一度に１つであることに留意されたい。

ステップ３ ケース２ （選択肢２）のみ
ｐＨと導電率を以下のように同時に調節して、例えばそれぞれΔｐＨ及びΔＣｏｎｄによって、目的とする値と実際の値との差をならす。

Δｑ_pHはｐＨ調節のためのＢ１及びＢ２のそれぞれの変化であり、
Δｑ_cは導電率調節のためのＢ１及びＢ２のそれぞれの変化であり、
ｘ＝（原液濃度Ｂ１）／（原液濃度Ｂ２）
Ｂ１＝弱酸、Ｂ２＝弱塩基の場合（４つのケース）

Ｂ１＝強酸、Ｂ１＝弱塩基、又はＢ１＝弱酸、Ｂ１＝強塩基の場合、
弱酸（又は塩基）を一定に保ち、強塩基（又は酸）を変化させることにより、ｐＨを調節する。

上記のことから明らかなように、ｐＨ調節は緩衝剤濃度を変化させない。

クロマトグラフィーシステムについて上記したように緩衝剤の調製の制御では、クロマトグラフィーシステムがあればこれを制御するのに使用されるソフトウェアを使用し得る。代表的なかかるソフトウェアはＵｎｉｃｏｒｎ・制御システム（ＧＥ Ｈｅａｌｔｈｃａｒｅ Ｂｉｏ−Ｓｃｉｅｎｃｅｓ ＡＢ、Ｕｐｐｓａｌａ、Ｓｗｅｄｅｎ）であり、これは、制御システムの一体部分であるコンピューターグラフユーザーインターフェース付き制御装置及びＩ／Ｏインターフェースに基づいている。

実施例１
ｐＨ及び導電率フィードバック系による緩衝剤の試験
基本的に図１に示されているものに対応する液体混合システムを用いて、下記表２に示す３つの緩衝剤混合物Ａ３、Ｃ３及びＰ６の液体流を調製した。調製された緩衝剤の流量、導電率及びｐＨを連続的にモニターした。

緩衝剤Ｃ３の実験の結果を図２に示し、以下に記載する。図２で、上の曲線は混合流量、中央の曲線はｐＨ、下の曲線は導電率である。

図２を参照して、以下の結果が得られた。
流量４００Ｌ／ｈ：３８９−４１１Ｌ／ｈ、平均３９９．９Ｌ／ｈ
ｐＨ３．４５−３．５４、平均３．５０
導電率５．２４−５．８４ｍＳ／ｃｍ、平均５．５３ｍＳ／ｃｍ
平衡に至るまでの時間：流量１．６ｍｉｎ、ｐＨ４．９ｍｉｎ、Ｃｏｎｄ４．９ｍｉｎ。

図２のグラフから明らかなように、目的とするｐＨと導電率の安定な緩衝剤流を生成する効率的な混合が短時間で得られた。

流れに対して得られた終値と、上で用いたレシピから得られる比を比較して下記表３に示す。

上の結果から明らかなように、インラインｐＨ値は期待された値と優れた一致を示したが、オフライン値は有意に高かった（インラインｐＨ測定値の誤差による）。

ｐＨ及び導電率フィードバック実験に対するフローフィードバック混合比の比較を下記表４に示す。

表４から、これら２つのｐＨ値がそんなに変わらない場合にはこれらの比も非常に似通っており、すなわちこの系が平衡方程式の組の類似のソルバーとして働いていたことも分かる。

実施例２
処方ｔイオン ｏｆ 緩衝剤
基本的に図１に示されているものに対応する液体混合システムを、本発明の方法に従う緩衝剤の処方に用いた。結果を図３及び４に示す。

対応する酸／塩基の濃縮物、並びに塩及びＷＦＩを使用して、同じ組の濃縮物から異なる緩衝剤を順に処方した。原液濃度を考慮したアルゴリズムを使用して、フローフィードバック（図３、下図）を用いて正しいｐＨと濃度を達成するためのレシピを決定した。代わりの手法として、フローフィードバックをｐＨフィードバックと組み合わせ（図３の上図、及び図４の上図）、ｐＨフィードバックを導電率フィードバックと組み合わせた（図４、下図）。後者の選択は原液濃度のより大きい変化を可能にする。

図３を参照して、２０ｍＭクエン酸塩、ｐＨ３．５、０−１ＭのＮａＣｌ、それぞれ流量４００Ｌ／ｈ（上図）及び３００（下図）Ｌ／ｈを用いて塩勾配を調製した。２つの異なる方策を使用した。上図は、塩基（流量は曲線ａ）及び酸（曲線ｂ）に対するｐＨフィードバックを塩（曲線ｃ）及びＷＦＩ（曲線ｄ）に対するフローフィードバックと組み合わせた。下図は、勾配に沿って連続的に更新されるレシピを全ての成分に対して用いたフローフィードバックである。全流量は曲線ｅ、導電率は曲線ｆ、ｐＨは曲線ｇに示す。

図４を参照して、上図は、工程を通して全流量３８５、６００及び３８５Ｌ／ｈ（曲線ｅ）内の一定の緩衝剤濃度という制約と組み合わせて、２０ｍＭクエン酸塩（ｐＨ３．５）並びに塩基（曲線ａ）及び酸（曲線ｂ）に対するフローフィードバックを用いたいろいろなパラメーターの変化を示す。曲線ｆは導電率、曲線ｇはｐＨである。

下図は、２０ｍＭクエン酸塩（ｐＨ３．５−５．９）及び流量５００Ｌ／ｈでｐＨ及び導電率フィードバックを用いたｐＨ勾配の適用を示す。

本発明は上記の好ましい実施形態に限定されない。様々な選択肢、修正及び等価物を使用し得る。従って、上記実施形態は、後記特許請求の範囲により定義される本発明の範囲を制限するものと解してはならない。

Claims (5)

1. 第１の性質の所定値及び第２の性質の所定値を含む所定の特性を有する混合液体流を製造する方法であって、
   ａ）各々が第１の性質の異なる第１の値を有する１種以上の液体流の第１の組を用意する工程と、
   ｂ）各々が第１の性質の異なる第２の値を有する１種以上の液体流の第２の組を用意する工程と、
   ｃ）溶媒の１種以上の液体流の第３の組を用意する工程と、
   ｄ）所定の特性を有する混合液体流を得るための第１の組、第２の組及び第３の組の液体流の混合比に関する処方を用意する工程と、
   ｅ）上記処方に従って、用意された液体流を合わせる工程と、
   ｆ）上記処方に従うフローフィードバックにより液体流を制御する工程と、
   ｇ）得られた混合液体流の性質を測定しながら混合液体流の第１の性質及び第２の性質がそれぞれの所定値に調節されるように第１及び第２の組の液体流の少なくとも一方並びに第３の組の１種以上の液体流を変化させることにより、異なる液体流を微調節する工程と
   を含んでおり、第１及び第２の性質がｐＨ及び導電率から選択される、方法。
2. 混合液体流が緩衝剤であって、第１の組の各液体流が１種以上の塩基性緩衝成分を含有し、かつ第２の組の液体流の各液体流が１種以上の酸性緩衝成分を含有している、請求項１記載の方法。
3. 第１の性質がｐＨであり、第２の性質が導電率であって、請求項１の工程ｅ）において、第１及び第２の組の液体流の少なくとも一方を変化させてｐＨ及び導電率をそれらの所定値に調節する、請求項２記載の方法。
4. 混合液体流の所定の特性が少なくとも第３の性質の所定値を含み、前記方法が、各々が１種以上の添加剤を含有する第４の組の液体流を用意し、第４の組の液体流を第１、第２及び第３の組の液体流と合わせ、第４の組の１種以上の液体流を調整して少なくとも第３の性質をその所定値に調節する、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の方法。
5. 第１の性質がｐＨであり、第２の性質が導電率であり、第３の性質が添加剤濃度、導電率及び吸光度から選択される、請求項４記載の方法。