JPH0352026B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は充填物の特性によつて規定される理論
上の限界に近いカラム性能をカラムの直径に関係
なく得るためのクロマトグラフイカラム充填法及
び充填デバイスに係り、効率の良い微細粒度充填
物（40ミクロン未満の粒子）に特に適している。

分析化学で使用される小径カラムに３乃至10ミ
クロンの粒子で形成された極めて小さい粒度の充
填物を充填する方法はこれまでにも多数提出され
てきた。これらの方法はいずれも適切な液体中に
充填物を懸濁させて得た懸濁物のカラム中での急
激な膨張を利用するものであり、カラムを予め高
圧（数百バール）下においておく。これは所謂湿
式充填法であつて、多孔性ベツトの可能な限り均
一で密な充填を目的とする。

この方法は大径カラムに使用するには技術的制
約があるため不利である。大径カラムの場合は
「半径方向圧縮（radial compression）」及び
「軸方向圧縮（axial compression）」の呼称で知
られた２種類の充填法が液体クロマトグラフイに
使用されている。

半径方向圧縮法は乾式充填法であり、二重容器
システムのカラムを使用する。カラム自体を構成
する内部容器は変形し得る可撓性材料で形成され
た円筒であつて乾燥充填物を収容し、剛性金属円
筒から成る外部容器中に配置される。これら２円
筒間の環状密封スペース内には30乃至40バールの
ガス圧が加えられ、充填物を「半径方向」に圧縮
する。この場合充填物の均質性と密集性
（compactness）とはこの圧力の作用を受ける前
から存在しているものと見なされ、該圧力はカラ
ムが溶離にかけられた時にこれら均質性と密集性
とを保持する効果を果たすに過ぎない。

軸方向圧縮法は湿式充填法であり、この場合の
カラムは内部をピストンが滑動する円筒で構成さ
れる、該円筒とピストンとは丹念に機械加工して
正確に適合させなければならない。該ピストンは
ジヤツキによつて移動し得、液体中に懸濁された
充填物を、秀れた性能を得るのに必要な密集度
（consolidation）を得るべく圧縮する。該カラム
はこのように円筒−ピストン−ジヤツキのアセン
ブリで構成され、溶離の間中圧力下におかれる。

これら２つの方法はかなり複雑な材料を使用し
なければならないという欠点を有し、とりわけ厄
介なことに溶離の間中静圧を加えておく必要があ
る。更に、これらの方法では圧縮中に充填物の粒
子が再配列され得ず、従つて充填物が完全には固
められない。

本発明の目的の１つは、特に「軸方向圧縮法」
なる方法に基づき、特別の機械加工が不要なカラ
ムを用い且つ圧縮中の粒子再配列を可能にする湿
式充填法により、従来のクロマトグラフイカラム
の充填を行うシステムを実現することにある。

そのため、特に湿式による本発明のクロマトグ
ラフイカラム充填法では先ず空のカラムに圧縮チ
ヤンバを取付け、該カラムと該圧縮チヤンバとか
ら成る合一チヤンバ内に充填物を懸濁させた液体
を導入し、該充填物に加えられる軸方向圧力の組
合せ（combination）によつて該充填物を圧縮
し、好ましくは複合接続素子の回動により圧縮チ
ヤンバをカラムから切り離し、その後カラムにそ
の頭部の末端閉鎖物又はキヤツプを載置する。詰
め（packing down）又は固め（settling）が完
了したらカラムを装置から切り離す。その結果如
何なるクロマトグラフイ装置にも使用し得るカラ
ムが得られる。

このシステムを用いれば、１乃至100cmの如何
なる直径のカラムであつても、性能が充填物の品
質のみに依存し且つ理論的に予知し得る最大性能
に等しいようなカラムを得ることができる。この
ような性能を理論段高に換算して表わすと粒径の
約３倍に等しい高さに該当することになる。

カラムと圧縮チヤンバとは機械的手段、圧力を
加えられていない流体源又は圧電手段により発生
した震動の作用下においてよい。これらの手段は
長手方向又は軸と直交する方向に作動する。好ま
しくは少なくとも１つの震動源をカラム周辺及
び／又は圧縮チヤンバ周辺及び／又はこれらを異
なるレベルで接続する接続素子の周辺に配置す
る。

このようにして得られたカラムは如何なるクロ
マトグラフイアセンブリにも使用し得、且つ充填
物の保持と溶離剤の正確な流体力学的流れとに必
要な素子のみを含み得る。

以上説明してきた方法を実施するためのデバイ
スは圧縮チヤンバを備えており、該チヤンバがそ
のボア内を密封的に滑動するピストンにより圧力
下におかれ、該ピストンがジヤツキロツドの如き
機械的素子によつて作動するタイプのデバイスで
あり、該ピストンに少なくとも１つの充填用管路
が貫通していて圧縮チヤンバへの出口が弁で密閉
されるよう構成されていることを特徴とする。好
ましくはピストンに、多孔性シート又は格子によ
り圧縮チヤンバ内部から分離され、且つ弁で閉鎖
し得る管路により外部吐出し口に接続されるコレ
クタを具備するとよい。

本発明の他の目的、利点及び特徴は添付図面に
基づく次の非限定的具体例の説明から明らかにさ
れよう。

第１図及び第２図は、公知のデバイスでは圧縮
の間充填物に等方圧力が加えられると、その充填
物の特定粒子（斜線で示されている）がＡの如く
内部に詰まりが全く生じない安定した空洞部を形
成すべく配列され得ることを示している。

第３図には、両端に夫々頭部５ａ及び底部５の
末端閉鎖物又はキヤツプを備えた円筒状のクロマ
トグラフイカラム４が示されている。

これら末端閉鎖物又はキヤツプ５及び５ａは特
に多孔性シート２０具備しているが、該シートは
充填物を保持し且つベクトル液を通過させる役割
をもつ（第４図参照）。

本発明の充填システムは第４図に示されてお
り、主として次の４部分で構成されている。

−カラムの内径に等しい内径をもち、幾何学的性
質と摩擦的性質とに秀れた円筒状ボアを有する
円筒状圧縮チヤンバ１、 −前記圧縮チヤンバ１のボア内を密封的に滑動し
得、極めて秀れた締り嵌め状態が得られるよう
該ボアに合わせて正確に形成されたピストン
２。該ピストン２はジヤツキ又は他の任意の機
械的デバイスによつて作動し得る。チヤンバ１
内に突出するピストン前方面にはコレクタ１５
を構成する凹部が具備されている。該凹部は多
孔性シート１６で封鎖されており、弁７で閉鎖
し得る可撓性管路１８を介して外部容器に接続
されている（第６図参照）。

−ボルトで固定されるフラスコ状部材によりチヤ
ンバ１とカラム４とを互に接続する接続素子
３。該素子は圧縮チヤンバ１とカラム４とに対
する固定から開放された後軸ZZ′を中心に回動
し得る。

−チヤンバ１とカラム４とに側面上で固定された
弾性震動送出器６。該震動源は液圧又は圧電手
段により機械的に作動し得る。

カラム４の充填を行なうためには該カラムを圧
縮チヤンバに接続された接続素子３に固定し、弁
８によつて閉鎖し得る排出管路１９を備えた底部
のキヤツプ又は末端閉鎖物５を該カラムに取付け
る。ピストン２は圧縮チヤンバ１の上部から取外
す。このようにして、弁８を閉鎖した後、チヤン
バ１と接続素子３とカラム４とに共通の内部チヤ
ンバ内に適当な液体中に懸濁させた充填物１ａを
導入し、次いで前記震動源６を始動させる。これ
ら震動源は前記懸濁物の均質性を維持する機能を
果たす。ピストン２をチヤンバ１のボア内に配置
し、弁７を開放してピストン棒９により該ピスト
ンを下方へ押し動かす。その結果懸濁物上方にた
まつている空気が外部へ排出される。

液体が弁７の上方に出現したら弁８も開放する
が、ピストンはキヤツプ５方向へ移動させ続け
る。このようにして充填物１ａが圧縮され固まつ
た状態になる。

充填物を懸濁させる液体（懸濁用液体）が外部
へ流出する一方で震動が粒子の再配列を促進す
る。導入する懸濁物の量は最適の密集度が得られ
た時点でピストン２が未だ圧縮チヤンバ内に存在
しその突出面が平面YY′のやや上方に位置するよ
う予め計算しておく。外部への液体の流れを停止
させ、システム内の圧力をより急速に上昇させ
る。ジヤツキロツド９の進行を止め、接続素子３
とカラム４との集合体を圧縮チヤンバ１から切り
離す。ジヤツキロツド９を再びキヤツプ５方向へ
慎重に押し動かして、圧縮チヤンバ１内に詰まつ
ている圧縮された充填物を除去する。その後接続
素子３とカラム４とに対向し且つ軸ZZ′で互に連
結されただけのフランジの固定を解いて該接続素
子３を軸ZZ′を中心に回動させ、接続素子３の下
方フランジのリブをはずすと、その結果カラム４
の上部で多孔層が水平にならされる。そのため頭
部キヤツプ５ａの多孔フイルタはこの平らな面に
完璧に押しつけられ、間にデツドスペースが生じ
ることは無い。このようにしていつでも使えるカ
ラム４が完成する。

本発明の原理はこのように、液体中に懸濁した
状態でクロマトグラフイカラム内に導入した充填
物に、これを沈澱させる運動を加えるカラム軸方
向の力と、粒子の横方向の再配列を促進する弾性
震動とを同時に作用させることにある。このよう
にすれば最適の密集度をもつ多孔性ベツトが均一
的に充填されたカラムが得られる。

このシステムの２つの変形具体例を実現し、種
種の直径のカラムの充填に使用した。

小径又は中径のカラムの場合は前述のシステム
と同一の主要素子、即ちチヤンバ１−ピストン２
−接続素子３−カラム４を第５図の如く前記シス
テムと逆に押し出し装置（thrust device）９の
上方に配置して使用する。

充填を行うにはピストン２を下方位置に移動さ
せ、上方位置にあるキヤツプ５を外してカラム４
を開放する。この状態で懸濁物を導入し、キヤツ
プ５を再び配置した後前述の圧縮操作を実施すれ
ばよい。

次いで接続素子３とカラム４との集合体を切り
離し、垂直方向に反転させて操作を続ける。従つ
てピストン２を圧縮チヤンバ１から取外す必要は
ない。大径カラムの場合は素子を第４図の如く配
置する。但しピストン２には、チヤンバへの懸濁
物充填の間該ピストンを取外す必要を回避すべ
く、懸濁物供給装置を具備する。この構造を第６
図に横断面図で示した。

ピストン２はスラストロツド９により作動し圧
縮チヤンバ１のボア内を滑動する。ピストンのボ
デイに形成された環状溝１０は管路１１によつて
該ボデイの上面に接続されていると共に駆動ロツ
ド１４の末端にある弁１３で閉鎖される開口部１
２によつて押し出し部の下面に接続される。多孔
性シート１６で封鎖された中央コレクタ１５は弁
７を備えた管路１８に導く導管１７により前記ボ
デイの上面に接続されている。

この場合はピストン２をチヤンバの最上部に配
置し、管路１１、溝１０及び開口部１２を介して
システムに懸濁物を充填した後、これら開口部１
２を弁１３で封鎖して前述の如く圧縮操作を実施
する。

震動作用手段は、カラム４と圧縮チヤンバ１と
の周縁でこれらカラム及びチヤンバから成る円筒
状アセンブリの軸に沿い異なる位置に配置する
か、又は異なる素子の接続フランジ上と前記アセ
ンブリをフレームに固定するフランジ上とのカラ
ムのキヤツプ５，５ａ上に配置するか、又はこれ
ら２種類の配置法を組合せて配置し得る。

また、本発明によつて充填したクロマトグラフ
イカラムを用いて得られる性能は理論段高に換算
して、即ち理論段の高さｈ対充填物粒子の平均直
径dpの数値比ｈ／dpによつて表わされる。

本発明のシステムではこの比の値が常に３であ
る。

勿論、本発明は前述してきた具体例には限定さ
れず、その範囲内で当業者により可能な種々の変
形に適用し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は公知タイプのクロマトグラ
フイカラムの充填物を圧縮した又は固めた結果を
示す説明図、第３図はクロマトグラフイカラムの
外観全体を示す平面図、第４図は本発明によるク
ロマトグラフイカラム充填デバイスの簡略横断面
図、第５図はより小さい直径をもつカラムに使用
する場合の前記充填デバイスを示す外観平面図、
第６図はピストンレベルにおける前記充填デバイ
ス圧縮チヤンバの部分断面を含む拡大図である。 １ａ……充填物の粒子、Ａ……空洞部、１……
圧縮チヤンバ、２……ピストン、３……接続素
子、４……カラム、５……頭部キヤツプ、５ａ…
…底部キヤツプ、６……震動源、７，８，１３…
…弁、９……ピストン棒、１０……環状溝、１
１，１７，１８，１９……管路又は導管、１４…
…駆動ロツド、１５……コレクタ、１６，２０…
…多孔シート。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所定の内径を有するクロマトグラフイカラム
   に充填するためのデバイスであつて、 前記クロマトグラフイカラムと同一の内径を有
   する圧縮チヤンバであつて、この圧縮チヤンバの
   内部と前記クロマトグラフイカラムの内部とが一
   列に並んで合一チヤンバを形成するように前記ク
   ロマトグラフイカラムの一端に選択的に装着及び
   脱着することができる前記圧縮チヤンバと、 前記圧縮チヤンバ内で密封的に嵌合するピスト
   ンと、 前記圧縮チヤンバ内で前記クロマトグラフイカ
   ラムに向う方向及びその反対方向に前記ピストン
   を選択的に移動させる手段と、 前記クロマトグラフイカラムの他端を閉鎖する
   手段と、 前記クロマトグラフイカラムの充填物粒子の懸
   濁用液体が前記合一チヤンバから流出する際に通
   過する導管であつて、前記ピストン及び前記カラ
   ム他端閉鎖手段の少なくとも１つを貫通している
   前記導管と、 圧縮の際前記充填物粒子の横断方向の再配列を
   促進させるための、前記クロマトグラフイカラム
   及び前記圧縮チヤンバの少なくとも１つに装着さ
   れた震動手段と、 から成る前記充填デバイス。 ２ 充填物粒子が前記懸濁用液体と共に前記合一
   チヤンバから前記導管を通つて流出するのを防止
   するために前記導管を横切つて挟持された多孔質
   部材を更に包含する特許請求の範囲第１項記載の
   デバイス。 ３ 前記クロマトグラフイカラム及び前記圧縮チ
   ヤンバと同一の内径を有する接合素子が前記クロ
   マトグラフイカラムと前記圧縮チヤンバとの間に
   一列に並んで挿入されて前記合一チヤンバの一部
   を形成しており、前記接合素子は、前記合一チヤ
   ンバの外側に位置しこの合一チヤンバと並行に伸
   延する軸の回りで回動自在である特許請求の範囲
   第１項記載のデバイス。 ４ 充填物粒子の懸濁物を前記合一チヤンバ内に
   導入するために前記ピストンを貫通して充填用チ
   ヤンネルが形成されており、この充填用チヤンネ
   ルを選択的に開閉するための弁を具備している特
   許請求の範囲第１項記載のデバイス。 ５ 前記ピストンと前記カラム他端閉鎖手段との
   双方が、前記合一チヤンバから懸濁用液体が流出
   する際に通過する導管を具備している特許請求の
   範囲第１項記載のデバイス。 ６ コレクター凹地が、前記導管と連通する前記
   ピストンの内表面上に形成されており、かつ多孔
   性シートで覆われている特許請求の範囲第１項記
   載のデバイス。 ７ 前記導管を選択的に開閉するための弁を更に
   包含する特許請求の範囲第１項記載のデバイス。 ８ 所定の内径を有するクロマトグラフイカラム
   に充填するための方法であつて、 充填すべきクロマトグラフイカラムと同一の内
   径を有する圧縮チヤンバを前記クロマトグラフイ
   カラムの一端にこれと一列に並べて装着して合一
   チヤンバを形成する段階と、 充填物粒子を懸濁用液体に懸濁させた懸濁物を
   前記合一チヤンバに充填する段階と、 前記合一チヤンバを震動させて前記充填物粒子
   の横方向の再配列を促進させながら、前記圧縮チ
   ヤンバ内で密封的に配置されたピストンを前記ク
   ロマトグラフイカラムに向つて軸方向に移動させ
   ることによつて、前記合一チヤンバ内で前記充填
   物粒子を密に圧縮し、かつ前記ピストンと前記ク
   ロマトグラフイカラムの他端を閉鎖する手段との
   少なくとも１つを貫通して形成された導管を介し
   て前記懸濁用液体を合一チヤンバから流出させる
   段階と、 前記圧縮チヤンバ及びピストンを前記クロマト
   グラフイカラムから脱着する段階と、 から成る前記の充填方法。 ９ 前記ピストンを貫通して形成された充填用チ
   ヤンネルを介して前記懸濁物を前記合一チヤンバ
   内に充填した後、この充填用チヤンネルを弁で閉
   鎖する特許請求の範囲第８項記載の方法。 １０ 前記クロマトグラフイカラムの他端を介し
   て前記懸濁物を前記合一チヤンバ内に充填した
   後、この他端を前記カラム他端閉鎖手段で閉鎖す
   る特許請求の範囲第８項記載の方法。 １１ 前記震動を、前記クロマトグラフイカラム
   及び前記圧縮チヤンバの１つに取付けられた圧電
   震動器により実施する特許請求の範囲第８項記載
   の方法。 １２ 前記震動を、前記クロマトグラフイカラム
   及び前記圧縮チヤンバの１つに取付けられた液圧
   駆動型機械的震動器により実施する特許請求の範
   囲第８項記載の方法。 １３ 前記震動を、前記クロマトグラフイカラム
   及び前記圧縮チヤンバの１つの側面に液体圧をか
   けることにより実施する特許請求の範囲第８項記
   載の方法。 １４ 前記クロマトグラフイカラムの一端に末端
   閉鎖物を取り付ける段階とクロマトグラフイ装置
   にカラムを接続する段階とを更に包含する特許請
   求の範囲第８項記載の方法。 １５ 前記圧縮チヤンバから前記ピストンを外
   し、前記圧縮チヤンバを介して充填物粒子の液体
   懸濁物を導入した後、前記ピストンを前記圧縮チ
   ヤンバ内に戻すことによつて、前記懸濁物を前記
   合一チヤンバ内に充填する特許請求の範囲第８項
   記載の方法。 １６ 圧縮充填後、前記クロマトグラフイカラム
   と前記圧縮チヤンバとの間に挿入された回動自在
   な接合素子を回動させることによつて、充填物粒
   子の最上部を平らにする段階を更に包含する特許
   請求の範囲第８項記載の方法。