JPH02280052A - 捕捉アセンブリ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、捕捉アセンブリ（ｔｒａｐｐｉｎｇａｓｓｅ
ｍｂｌｙ　）に関し、また捕捉した溶質を、そのような
溶質の量を測定するときに使用するガス・クロマトグラ
フ、液体クロマトグラフあるいは超臨界流体クロマトグ
ラフなどの機器に導入するためのブａセスの一部である
ようなアセンブリと共に使用するのに適したバルブ手段
に関する。

〔従来技術およびその問題点〕

ガス・クロマトグラフ、液体クロマトグラフおよび超臨
界流体クロマトグラフ（以下［クロマトグラフ」と総称
する）は、流体中の溶質の儀を測定するために長く使用
されている。ガス・クロマトグラフではキャリア流体（
ｃａｒｒｉｅｒ　ｆｌｕｉｄ　）は例えば窒素のような
ガスであり、液体クロマトグラフでは例えばメチル・ア
ルコールのような液体である。ＳＦＣクロマトグラフで
のキャリア流体は、通例、例えば二酸化炭素のようなガ
スであり、このガスは臨界点よりも上に増加した圧力に
より高い密度となっている。超臨界流体の密度（ｄｅｎ
ｓｉｔｙ　）　、したがって有効溶解力は、圧力により
コントロールすることができる。

キャリア流体中の非常に微量の、実際、痕跡程度の溶質
の量を測定できることが、ますます重要になってきてい
る。これは、飲料水または食品中のｌ　Ｉ）ｐｂ台の有
機薬品、農薬等などのご（わずかの量の汚染物を測定す
るときに特に望ましい。このような環境では、溶質の量
は、大部分のクロマトグラフにおいて検出可能な最小量
（ＭＤＱ　）以下のことがある。

１９８５年２月１９日に特許されたＰｏｏｌｅ他のＩＪ
ＳＰ　４，５００，４３２の方法および装置では、クロ
マトグラフで分析に供する前に、流体中に含まれている
溶質を濃縮する方法が示されている。一般的に言えば、
Ｐｏｏｌｅ他の手法では以下のようにして溶質を濃縮す
ることが行われる：溶質を含む溶媒を第１捕捉手段（例
えば、充填カラム）に通し、ここで溶質を吸着し溶媒を
廃物入れ（ｗａｓｔｅ　）に送る；流体（例えば、超臨
界流体）を第１捕捉手段に通し、そこから溶質を溶解さ
せて第２捕捉手段に運び、第２捕捉手段の中で流体の溶
解度パラメータを減少させる。超臨界流体が溶質を運ぶ
場合、上掲の最後のステップは、流体を高圧力のところ
からずっと低い圧力のところに通すようにしてもよい。

これにより、溶質を第２捕捉手段に残したままで、流体
が第２捕捉手段から脱出することができる。ある範囲の
材料（固体、半固体、固定相として分散させた液体）の
入った容器が第１捕捉手段に取って代わる場合には、第
２捕捉手段を単独で使用することができる。

高圧の系から低圧の系への圧力の降下をもたらすための
現在知られているアプローチには次のものがある：（ａ
）薄い金属箔に開けられた、または収斂していくダクト
の端に置かれた、一般に約３〜２０ミクロンの穴である
静的オリフィス；または（ｂ）長い毛管（例えば、内径
２０〜５０ミクロン）。

これらはいずれも、圧力（したがって密度）の制御を線
型流量の制御から分離させてはいない。

さらに大きなシステム（例えば、小さなパイロット・プ
ラント・スケール）では、従来のニードル弁をしばしば
圧力降下に使用する。これは、大きな利用不能な容積（
デッドボリューム）、や膨張していく流れ（ｅｘｐａｎ
ｄｉｎｇ　ｓｔｒｅａｍ）に対して不適切に配置された
境界ができるという問題点がおきる傾向にあるので、高
圧流体のサンプリングは典型的ではない。弁が大きな場
合には更に、膨張中に損失する熱の平衡を保つために、
装置に充分な熱を取り入れる点において劣った設計にな
る傾向があるので、「氷結」しがちになり、流れが不安
定になったりあるいは流れが止まってしまう。

手動で設定するばね駆動制御ピストンを用いる利用可能
な背圧調整器には、圧力を電子制御する能力を有しなが
らサンプリングするだめのノズル形状を含まない。

〔発明の目的〕

本発明は上述した従来技術の問題点を解消し、高圧から
低圧への圧力の降下を充分に制御できる捕捉アセンブリ
を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、Ｐｏｏｌｅ他の述べた種類の装置および方法
において特に有益な捕捉アセンブリをもたらす。という
のも、本発明は超臨界流体と共に使用するのに適した既
知の流体捕捉アセンブリの短所や欠点を大いに克服して
いるからである。これは、軸方向に可動なカラムを用い
て、オリフィスを通り流体捕捉アセンブリに入る加圧流
体の膨張を電子的に制御して、オリフィスを通る流体の
流れを調整するのに適した手段により達成される。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照して本発明を説明する。捕捉アセンブ
リ１０には、充填材料１４の充填されたカラム１２が設
けられている。好適な充填材料には、金属シリンダ、ビ
ーズ、球体または粒子などの広範な材料があり、これら
は好適にはステンレス鋼、ニッケル、ニッケル銅、ニッ
ケル・クロム、コノくルト・クロム等から作ることがで
きる。他の充填材料には、ガラスまたは樹脂ビーズ、粒
子等、不規則または球体金属の焼結多孔性金属母材（ｓ
ｉｎｔｅｒｅｄ　ｐｏｒｕｓ　ｍｅｔａｌ　ｍａｔｒｉ
ｘ　）　、またはシリカや結合相シリカ（ｂｏｎｄｅｄ
−ｐｈａｓｅ　５ｉｌｉｃａ　）およびポリマ粒子、ビ
ーズ等がある。カラムを充填しないで、クロマトグラフ
ィー技術で既知であるようなポリマの内部コーティング
を施すこともできる。

カラム１２の上部および下部には、ステンレス鋼粒子の
多孔層であってよい適切なフリ・ソト層（ｌａｙｅｒ　
ｏｆ　ｆｒｔｔ　）　１６．１８が設けである。

カラム１２は、ハウジング２０内のキャビティ２２の中
に示してあり、このキャビティには電気加熱素子および
熱電対（図示していない）を備えることができる。ハウ
ジング２０の上部にはプレート２４がある。プレート２
４の頂上にはソレノイド２６が取り付けられている。こ
のソレノイドは第１図では部分断面で示され、巻線２８
、およびソレノイド２６の電流の流れに反応して軸方向
に動く軸３０とを見せている。軸３０は、このカラムと
係合してそれを軸方向に動かすように、その下端でカラ
ム１２の上部に適切に取り付けることができる。

カラム１２は、その上部近くに流体出口管３２があり、
基部近くには１つ以上の流体入口開口部３４が設けられ
ている。カラム・シール３６は、キャビティ２２の内部
と確実に固定され、このカラム１２を密封係合状態で囲
んでいる。カラム・シール３６は、カラム１２がその中
で滑らかに動くことのできるように取り付けることがで
きる。そうする代わりに、カラム・シール３６の可撓性
および／または伸縮性により、カラム・シール３６をカ
ラム表面にしっかりと取り付けながらも、この取り付け
を破壊することなくカラムが動くようにできる。カラム
軸方向の実際の移動距離は少ないので、これは当業者な
らば容易に達成することができる。

キャビティ２２の下部には流体入口オリフィス３８があ
り、高圧下の流体が入口管４０から入れるようにしてい
る。カラム１２の基部に円錐状突起４２が取り付けられ
ており、オリフィス３８の上端と噛み合い弁座４４を形
成している。この円錐状突起４２および弁座４４の構造
材には、閉じた時に高圧流体が弁座側をむりやり通るこ
となく、優れた密封係合をもたらすようなものを選ばな
ければならない。円錐状突起４２の円錐角度は約３０〜
１２０度の範囲が望ましく、６０度の角度で充分である
。

カラノ、・シール３６の構造材には、ポリイミド樹脂Ｖ
ＥＳＰＥＬ、　フルオロカーボンＫＡＬＲＥＺ、または
可撓性のある金属またはポリマ・ダイヤフラムなどの既
知材料から選ぶことができる。カラム・シール３６をキ
ャビティ２２へまたカラム１２の周囲に取り付けるため
の手段は、充分に当業者の能力の範囲内である。

ソレノイド２６を電気的に付勢すると、軸３０がカラム
１２に対して軸方向に動かされる。軸３０が下方に動（
と、円錐状突起４２はオリフィス３８を密封する。圧力
のかかった流体が入口管４０に流れ込むと、オリフィス
３８内にまた円錐状突起４２上に圧力が加わる。流体の
圧力は、一般に１０００ｐｓｉ　と６０００　ｐｓｉの
間である。圧力が充分であれば、円錐状突起４２がオリ
フィス３８から持ち上がり流体通路ができる。

円錐状突起４２を持ち上げるために必要な圧力は、カラ
ム１２およびソレノイド２６により加えられる下向きの
圧力だけでなく、オリフィス３８および円錐状突起４２
の設計によっても決まる。カラム・シール３６は、高圧
流体を封止して装置内の外気圧力部分から遮断する。オ
リフィス３８を通る流体は、開口部３４を介してカラム
１２に入り低圧領域に至る。

流体が、温度および圧力を臨界点よりも上に保った例え
ば二酸化炭素のようなガスであれば、その密度が高いた
め、中に溶解している溶質の溶解度パラメータが増加す
る。流体がずっと低い圧力になっているカラム１２に入
ると、溶質は溶液から析出し、取り除かれて集められる
（この現象は、カラム内の充填剤に吸着やそれ以外の態
様で保持されることを含む）。例えば二酸化炭素である
低圧の流体は、流体出口管３２を通してカラムから除去
することができる。

その後で、流体を流体出口管３２から入れて入口管４０
から取り出すことによりカラム１２をフラッシングする
ことができるが、もし望なら流す方向を逆にすることも
できる。

本発明の装置は、本明細書に述べる超臨界流体捕捉手段
に特に有用であり、参照によりその技術を本明細書に引
用したＰｏｏｌｅ他の発明ＵＳＰ４、５００．４３２に
特に用いるためのものである。しかし、この装置は、高
圧流体を可変オリフィスを通して低圧領域のカラムの中
に向け、かつ電子制御により操作する装置に有用である
（例えば、超臨界流体クロマトグラフ・カラムの出口と
検出手段の間の接続）。

本明細書で説明する軸方向動作はソレノイド手段により
作動される。しかし、この装置は、リニア・モータ、圧
電または磁気ひずみ線形動作装置、および電動、熱膨張
線形動作装置により軸方向に駆動することができる。本
発明に従って達成することのできる機能には、流体およ
び流体混合物を高圧か°ら低圧まで膨張させることがあ
る。ここで、流体および混合物の範囲には、超臨界流体
、近臨界流体（ｎｅａｒｌｙ　ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｆｌ
ｕｉｄ　）　、臨界未満流体（ｓｕｂｃｒｉｔｉｃａｌ
　ｆｌｕｉｄ　）　、ガスおよび液体を含む。本発明の
装置は、圧力を維持または制御しおよび／または抽出装
置、クロマトグラフ、または流体溜から流体の試料を抽
出するために使用することができる。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、本発明によれば高圧から低
圧への圧力の降下を充分に制御した状態で上述したよう
な溶質の捕捉を行うことができる捕捉アセンブリが提供
される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図である。 ｌＯ：捕捉アセンブリ １２：カラム １４：充填材料 １６．１８：フリット層 ２０：ハウジング ２２：キャビティ ２４ニブレート ２６：ソレノイド ２８：巻線 ３０：軸 ３２：流体出口管 ３４：開口部 ３８ニオリフイス ４０：入口管 ４２：円錐状突起 ４４：弁座

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）下記の（ａ）ないし（ｆ）を有し、流体の溶質成
   分を除去し集めるためのカラムを有する流体系とともに
   使用される捕捉アセンブリ： （ａ）前記カラムの基部の近くに置かれた流体入口； （ｂ）前記カラムの頂上の近くに置かれた流体出口： （ｃ）前記カラムの基部を囲む弁室：前記弁室は前記弁
   室へ流体が入ることができるようにするため流体入口オ
   リフィスを有する； （ｄ）前記カラムを囲み前記弁室の上部を形成するカラ
   ム・シール：前記カラム・シールは前記カラムにたいし
   て封止的に係合している；（ｅ）前記カラムの基部に取
   りつけられているオリフィス係合手段；前記オリフィス
   係合手段は前記流体入口オリフィスに係合しまた前記弁
   室に入って前記カラムを通る流体の流れを制限するよう
   にされている； （ｆ）前記カラムに係合して前記オリフィス係合手段を
   動かし前記オリフィスと係合しまたこの係合を外すよう
   にする軸方向運動手段。
2. （２）前記オリフィス係合手段は前記カラムの基部から
   伸びる円錐状突出部であることを特徴とする請求項１記
   載の捕捉アセンブリ。