JPH05220302A - 臨界超過流体抽出装置 - Google Patents

臨界超過流体抽出装置

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JPH05220302A
JPH05220302A JP4311710A JP31171092A JPH05220302A JP H05220302 A JPH05220302 A JP H05220302A JP 4311710 A JP4311710 A JP 4311710A JP 31171092 A JP31171092 A JP 31171092A JP H05220302 A JPH05220302 A JP H05220302A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 一連のサンプルが、操作者の最少限の手間で
自動的に処理され得る臨界超過状態の流体抽出技術を提
供する。 【構成】 抽出カートリッジ組立体(30)、洗浄流体
バルブ(52)、サンプル導入用のオリフィス手段、流
体流入用の第1のポート手段(42)及び第2のポート
手段(44,46)を有する圧力容器(24)を備え、
さらに、抽出物質の断片収集装置(408)、自動サン
プル交換装置(406)及び自動カートリッジ移動機構
(460)を有している。抽出カートリッジ組立体(3
0)は取外し可能であって内部と外部の間のわずかな圧
力差で作動する。抽出カートリッジ組立体(30)の外
部は加熱された高圧の容器に取付けられた後洗浄されて
外側の汚染物質が除去される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はサンプルの臨界超過流体
抽出に関する。
【0002】
【従来の技術】臨界超過流体抽出においては、抽出容器
は臨界点以上の温度に保持されかつ臨界圧力以上の圧力
で流体が供給される。これらの条件の下では、抽出容器
内の流体は臨界超過の状態の流体である。臨界超過の状
態(以下超臨界という)での抽出用装置の一形式のもの
は、熱源内に特殊な構造の抽出容器を備えている。
【0003】かかる形式の従来の超臨界抽出用装置はラ
イト(B.W.Wright)その他による、ANA
L,CHEM.59,38−44(1987年1月)の
中に記載されており、これはオーブン内で加熱されるボ
ルト付けされたステンレス鋼製抽出容器内のガラス製造
ラインの抽出室を使用している。この形式の抽出装置
は、(1)サンプル挿入前に圧力がかかっている抽出容
器を開放し、そして使用済みサンプルを取り除いた後、
再び抽出容器を開放するという時間を費やす手段が必要
であること、(2)いくつかの環境の下で、抽出容器を
取扱う必要があること、等の欠点を有している。
【0004】自動的にサンプルを交換する従来の装置も
公知である。例えば、ベックマンインスツルメント(B
eckman Instruments)会社は、電波
免疫分析器及び生物的ガンマ分析器を生産しており、そ
れらの分析器はサンプル交換器からサンプル交換器上の
鉛で遮蔽された放射計数室へサンプル小形容器を持ち上
げるエレベータ機構を有するサンプル交換器を内蔵して
いる。さらに、ガンマシリーズ300ユニットもベック
マンインスツルメント会社により製造されており、これ
は計数室の外周からサンプル小形容器と計数室とを分離
する厚肉の鉛製シッターを自動的に介在させる。これら
の装置は1972年又は1973年のベックマンカタロ
グ7250に記載されている。他の装置はマイクロメデ
ィクコンセプト(Micromedic Concep
t)4と呼ばれるマイクロメディクシステム社のローム
(Rhom)及びハズ(Haas)部門により製造され
ている。これは1976年のカタログM1515に記載
されている。
【0005】この形式の装置は、1966年6月21日
付発行のパッカード(Packard)等による米国特
許第3,257,561号の、「トレイ用の移送及び見
出し装置付ポータブルトレイにより担持されるサンプル
用放射能レベル検出装置」と題する特許、及び1965
年8月3日付オルソン(Olson)による米国特許第
3,198,948号の、「放射能サンプルの放射能レ
ベルを計測する装置」と題する特許公報に開示されてい
る。
【0006】これらの装置は超臨界抽出に必要とされる
高温高圧流体を取り扱うには不適である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、一連のサン
プルが操作者の最少限の手間で自動的に処理され得る超
臨界抽出技術を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、サンプルの超臨界流体抽出装置は、内部、外部、サ
ンプル導入用オリフィス手段、流体流入用の第1のポー
ト手段及び流体流出用第2のポート手段を有する圧力容
器手段を備えている。この装置はサンプル注入手段を備
えていて圧力容器手段内へ一連のサンプルを自動的に注
入しそして次のサンプルを導入する前に各サンプルを抽
出する。
【0009】好適には、自動注入用のサンプル注入手段
はサンプル交換手段を備えており、このサンプル交換手
段は複数のサンプル保持カートリッジを保持しかつ第1
の位置にカートリッジの1つを位置決めする。さらにサ
ンプル注入手段は、前記第1の位置から、前記オリフィ
スを介して圧力容器手段の内部へカートリッジを移動さ
せる移送手段と、オリフィスの耐圧封止を行い圧力容器
の内部のカートリッジを封止する封止手段及び固定手段
とを備えている。
【0010】移送手段は前記カートリッジの一つ及び圧
力容器手段を他のカートリッジに対して垂直方向に移動
して圧力容器手段の内側にカートリッジを位置決めし、
そして、オリフィスは圧力容器手段の内側の底部又は頂
部の一つに位置決されている。第1の位置はオリフィス
に揃えて位置決され、そしてエレベータはカートリッジ
を第1の位置からオリフィスを介して圧力容器手段の内
側へ移動させるように配設されている。封止作用は移送
手段とオリフィスとの協働により行われる。
【0011】第1及び第2のポート手段は流体をカート
リッジの内側と外側の双方に分配する手段を備えてい
る。サンプルカートリッジの各々には、流体通路用の第
1の連結手段と流体通路用の第2の連結手段とが備わっ
ている。移送手段には第1の連結手段と合致する第3の
連結手段が備わっている。さらに、圧力容器手段の内側
には第2の連結手段と合致する第4の連結手段が備わっ
ている。従って、流体は第3の連結手段及び第1の連結
手段を介してカートリッジに保持されたサンプルをくま
なく通過して第2の連結手段と第4の連結手段を介して
直列的に流動する。
【0012】サンプルの超臨界流体抽出を行うため、一
連のサンプルは、内側、外側、サンプルの導入用オリフ
ィス、流体流入用の第1のポート及び流体流出用の少な
くとも一つの第2のポートを有する圧力容器手段内へ自
動的に注入される。各サンプルは次のサンプルが導入さ
れる前に抽出される。
【0013】自動注入は、複数のサンプル保持カートリ
ッジの全てではないが少なくとも一つを第1の位置に位
置決めし、少なくとも一つのカートリッジを第1の位置
からオリフィスを介して移送手段付の圧力容器の内側へ
移動させ、そしてオリフィスを封止し固定して少なくと
も一つのカートリッジを圧力容器の内側へ封入すること
により行われる。
【0014】オリフィスは移送手段の一部に封着されて
いる。複数のサンプルが複数のサンプルカートリッジか
ら抽出される。ここで、各サンプルカートリッジは入口
及び出口を有し、圧力容器の流体流入用第1のポート
は、オリフィスが封着された時サンプルカートリッジの
入口に連結され、抽出カートリッジは圧力容器内にあ
り、そして、圧力容器の出口は、サンプルカートリッジ
が圧力容器内にあるとき、サンプルカートリッジの出口
に連結される。
【0015】上記の記載から理解されるように、超臨界
抽出技術はいくつかの利点を有しており、例えば、
(1)従来の抽出装置より使用し易いこと、(2)自己
清浄性という特徴を備えていること、(3)構成要素の
一つとしてサンプルを保持する使い捨て可能な安価なカ
ートリッジを備えていること、(4)抽出それ自体を自
動的に行うと同時にサンプル注入及び抽出処理の断片収
集部分を自動化すること、である。
【0016】使用し易いことの理由の一つは、使用済み
サンプルを収容するカートリッジが抽出後サンプルリー
ル上で冷却されかつ熱い間は手動で取扱われないからで
ある。他の理由は、ボルト又は同様なものを使用してい
ないためカートリッジ及び圧力容器を開放するのが容易
であるからであり、いくつかの実施例ではカートリッジ
は使い捨て可能である。かかる利便性は、抽出時間を著
しく減少させるため重要な事項である。現に、最も重要
な利便性はサンプル取り扱いと断片収集、同様に抽出処
理の自動化である。
【0017】この装置は他の自動化された装置よりも安
価である。これは、たとえ圧力容器を除去し別の出口か
ら抽出することが可能であるにしても、抽出装置と圧力
容器内の圧力均衡によるものである。コストの低減がな
され得るのは、カートリッジは高い圧力差に耐える必要
がないためプラスチックカートリッジ又は弱い金属製の
カートリッジを使用することが可能であるからである。
【0018】
【実施例】図1において、ポンプ装置、バルブ装置、収
集装置16及び圧力容器と流体抽出装置の組立体18を
有する二重チャンネル式超臨界流体抽出装置10の内の
一チャンネルの流体ダイヤグラムが図解的に示されてい
る。ポンプ装置12は圧力容器と流体抽出装置の組立体
内の2個の抽出カートリッジを連結する。この目的のた
めポンプ装置12はティ継手を介して2個の同じバルブ
装置に連結されており、その内の1つは図示されてい
る。各バルブ装置は2個の抽出カートリッジの対応する
カートリッジ用の2つの出口の1つと別々に連通してい
る。
【0019】ポンプ装置12自体は収集装置16、バル
ブ装置14及び圧力容器と流体抽出装置組立体18と協
働するという点を除いて本発明の部分ではない。ここに
記載する流量と圧力を供給可能ないずれのポンプ装置も
適用でき、かかる装置の一つはリンカーン通り6850
4、P.O.BOX5347のイスコ社(Isco,I
nc.,)のイスコモデル260Dポンプとして販売さ
れている。
【0020】バルブ装置14及びティ継手20の他の枝
管へ連結されている第2のバルブ装置(図1には示され
ていない)は、各々2式の異なった収集装置16に連結
されており、その内の1式が図1には示されている。こ
れはまた圧力容器と流体抽出組立体18内の2個の抽出
カートリッジの異なった一つに連結されている。従っ
て、2つの抽出作動を同一のポンプ装置12を使用して
同時に行うことができる。このような機構において、バ
ルブ装置14は、(1)ポンプ装置12からカートリッ
ジ及び圧力容器と流体抽出装置の組立体18の圧力容器
内部の間の空間へ超臨界状態の流体を流動させてカート
リッジの外側及び圧力容器の内側を洗浄させ、(2)カ
ートリッジ内のサンプル134の抽出を行うためカート
リッジを介して超臨界状態の流体を流動させるようにす
る。この流体はカートリッジの内側及び外側の双方へ送
られるため、カートリッジは該内側及び外側の間の高い
差圧に耐える必要性がなく経済的に製造することができ
る。
【0021】圧力容器と流体抽出装置の組立体18内へ
入る流体の流れを制御することに加え、バルブ装置14
は以下の流動をも制御する、すなわち、(1)カートリ
ッジと圧力容器の内部との間の空間から収集装置16又
は排気装置まで超臨界状態の流体を排出すること、及び
(2)カートリッジの内部から収集装置16へ抽出物質
を送り別の収集を行うこと、である。
【0022】抽出処理中にサンプル134を保持するよ
うに、前記組立体18は、加熱ブロック22、圧力容器
24及びカートリッジとプラグの組立体26を備え、こ
のカートリッジとプラグの組立体26は圧力容器24の
中へ伸長している。このような構成において、加熱ブロ
ック22は圧力容器と流体抽出装置の組立体18内の流
体を抽出用の超臨界状態の流体温度と圧力に維持する。
【0023】カートリッジとプラグ組立体26は抽出カ
ートリッジ組立体30、ブリーチプラグ32及びノブ3
4を備えている。これらの要素は、相互に連結されてお
り、従って、(1)圧力容器24は容易にブリーチプラ
グ32に封着され、(2)抽出カートリッジ組立体30
はブリーチプラグ32にスナップ止めされかつノブ34
により担持され、そして(3)ノブ34は当該組立体3
0を抽出管付きの管状圧力容器に挿入しかつ締結するハ
ンドルとして作用する。ここで、抽出管は、その軸心と
整合する出口と、圧力容器24の内壁及び抽出カートリ
ッジ30の外側の間の空間用の入口であって圧力容器2
4の内側で当該組立体30を取り囲む溝を介して設けら
れた抽出カートリッジ組立体30の内側用の入口と、を
連通させる。
【0024】かかる構成において、抽出カートリッジ組
立体30は、ブリーチプラグ32をねじ込むことにより
圧力容器24内へ容易に封着され、かつブリーチプラグ
32のねじを緩ませてノブ34を持ち上げることにより
容易に取り出される。抽出カートリッジ組立体30は中
空の内部、入口及び出口を含み、従って抽出されるべき
サンプルが中空の内部に位置決めされかつ超臨界状態の
流体が入口、中空の内部を介して出口へそして収集装置
へと通過するようになされ得る。抽出カートリッジ組立
体30は抽出室又は抽出管として作用し、圧力容器24
は抽出容器として、加熱ブロック22はオーブンとして
作用する。これらの用語は従来では普通に使用されてい
るものである。
【0025】好適実施例においては、ノブ34は低い熱
伝導性の材質で造られており、全ての実施例において、
ノブ34のハンドル部分の加熱を低減するように取付け
られた少なくとも断熱性の熱遮蔽装置を備えていること
が必要である。ノブ34は圧力容器24の外側へ伸長し
かつ圧力容器24とブリーチプラグ32の封止状態を支
援するようになされている。従って、抽出カートリッジ
組立体30は圧力容器24内で適当な温度で維持されて
いる。そしてノブ34は取扱いに十分な程度に冷却を維
持するように圧力容器24の外部にある。
【0026】好適な実施例では、ノブ34は断熱材で造
られているが、これは圧力容器24の内側から伝達され
る熱を遮断するのに必要であるだけのことであり、この
ことはまたノブ34から圧力容器24を分離する熱遮蔽
によってもなし得る。例えば、少なくとも1mmの幅を
有し、ノブ34の断面の少なくとも80%の範囲にわた
りその断面を横切って伸長しカートリッジとノブ34間
の熱移動のかなりの量を効果的に遮断する断熱ディスク
のようなものであってもよい。断熱ディスクは30度C
で0.05カロリー/cm・sec.以下の熱伝導率で
なければならない。
【0027】抽出カートリッジ組立体30は開口部を有
しており、この開口部はいくつかの超臨界状態の流体が
圧力容器24へ入り抽出管内へ通じる一つの経路に沿っ
て移動し抽出管の出口を介して流出し収集装置へ導く導
管内へと移動することを可能にする。他の臨界超過の状
態の流体はカートリッジの外側を周って第2の経路に沿
って移動し圧力容器24から汚染物質を取除き、圧力を
均衡させ他の出口から流出する。抽出カートリッジ組立
体30の入口及び出口の一つは組立体30の中心軸線に
沿って入りその他は側部から入り、圧力容器24が着座
している間相互に部品の回転を可能とし、かつ抽出カー
トリッジ組立体30と流体源及び収集装置との連通を可
能にする。熱と流体の損失を減少させるため、カートリ
ッジの外側と圧力容器24の内壁間の空間は、洗浄流用
の流れを収容するため及びカートリッジの内側と外側間
の圧力を平衡させるために十分な大きさに限られる。カ
ートリッジの外側と圧力容器24の内側間の体積は10
cm3以下である。
【0028】好適実施例においては、入口は圧力容器2
4の内壁とカートリッジ・プラグ組立体26間の環状の
空間内に開口している。流体は環状の空間から2つの経
路に沿って移動する。これら双方共、狭い孔付きの環状
マニホールドと、ブリーチプラグ32内の凹所と連通す
る通路とを備えている。一つの経路は抽出カートリッジ
組立体30内に開口している。他の経路は抽出カートリ
ッジ組立体30の外側の狭い空間に沿って通じている。
従って、超臨界流体はラビリンス状の経路を経て抽出管
へ入り、同時に、抽出管の外側を通ることにより、抽出
管内の圧力は常時圧力容器24内の圧力とほぼ同じ圧力
である。圧力がほぼ同じであるため、抽出管内のサンプ
ルから抽出するに際し高圧が望まれるにもかかわらず、
抽出管自体は比較的低価格のプラスチックで形成するこ
とができる。
【0029】圧力容器24は金属のような強い材料で全
体的に形成されかつ開放した頂部、入口開口部及び2つ
の出口開口部を有する容器として形成されている。入口
開口部は入口取付具42を受け入れるような寸法となっ
ている。この入口取付具42は図1に示されており対応
する熱交換器40にチェックバルブ60Aで直列に連結
されている。2つの入口開口部の各々は対応する洗浄バ
ルブ取付具44及び対応する抽出流体用の取付具46の
それぞれを受ける寸法となっている。これらの取付具に
より、圧力容器24はカートリッジ・プラグ組立体26
をその開口部端部に受け入れることが可能でありかつカ
ートリッジと46で示す抽出流体バルブ取付具の間の連
通を可能とする。42で示す入口取付具及び44で示す
洗浄バルブ取付具は圧力容器24の内側との連通を可能
とする。
【0030】圧力容器と流体抽出装置の組立体18へ入
る又はそれから出る流体の流れを制御するため、バルブ
装置14は抽出バルブ50、洗浄流体バルブ52及び抽
出流体バルブ54を備えている。
【0031】抽出流体を圧力容器と流体抽出装置の組立
体18へ導入するため、抽出流体バルブ54はティ継手
の一つの枝管を管56を介して連通させかつ管58を介
して熱交換器の一端を連通させる。熱交換器の他端は管
60、チェックバルブ60A及び管60Bを介して入口
取付具42と連通させる。これらの連結により、抽出流
体バルブ54は、ポンプ装置12から熱交換器40及び
入口取付具42を介して圧力容器へ流れる流体を制御す
る。
【0032】圧力容器24からの洗浄流体を除去するた
め、洗浄流体バルブ52は、一つのポートを管62を介
して洗浄バルブ取付具44と連通し、かつ他のポートを
管64(図1には図示されていない)を介して収集装置
16又は排出口(図示されていない)と連通しており抽
出カートリッジ組立体30の外部及び圧力容器24の内
部からの汚染物質を含んだ流体を除去する。
【0033】抽出カートリッジ組立体30からの抽出物
質を取除くため、抽出物バルブ50はそのポートの内の
一つを管66を介して抽出流体用の取付具46と連通し
かつ他のポートを抽出物質を集める管68を介して収集
装置16と連通する。これら抽出された物質は、しばし
ば圧力容器と流体抽出組立体18内のサンプルからの分
析物又は抽出物と見なされている。
【0034】便利を考えて、バルブ52,54は単一の
手動式制御ノブ70により操作されるように装着されて
いる。バルブ装置14へ流体を供給するため、(1)管
56は圧力流体をポンプ装置12からティ継手20へ移
動させ、(2)管76はティ継手20の一方のアームに
連結されていて図1には示されていない他の流体抽出装
置のユニットへ圧力流体を移動させ、そして、(3)テ
ィ継手20のもう一つのアームは管56を介して抽出流
体バルブ54の入口取付具74へ連結されている。バル
ブ50,52及び54は、好適な実施例ではSSi形式
の02−0120である。
【0035】抽出流出バルブ54は回転式制御軸80を
有し、この軸80は入口ポートを開放又は閉鎖するよう
に回転される。この軸は、また、手動制御ノブ70によ
り操作され制御軸80にピン付けされたはすば歯車82
を担持する。はすば歯車84は、洗浄流体バルブ52の
制御軸107にピン付けされていて、はずば歯車82と
噛み合っており、従って、制御ノブ70が時計方向へ回
転した時、抽出流体バルブ54は閉鎖されるが、洗浄流
体バルブ52の制御軸は回転方向に対して反対方向に噛
み合っているので、ノブ70の時計方向の回転により洗
浄流体バルブ52が開放する。
【0036】2つの軸の2つの歯車の相対的な配置は以
下の通りである。すなわち、ノブ70の第1の(時計方
向)の位置において、抽出流体バルブ54は遮断され、
洗浄流体はバルブ52は開放される。この第1の位置か
ら制御ノブ70を反対時計方向に130度回転すること
により抽出流体バルブ54が開放する一方、洗浄流体バ
ルブ52は開放した状態を維持することが可能である。
このように、両バルブは、ノブ70が第1の位置から反
時計方向に130度回転された時、開放する。ノブ70
が第1の位置から反時計方向に260度回転されると、
抽出流体バルブ54は開放されそして洗浄流体バルブ5
2が閉鎖される。従って、制御ノブ70用の3箇所の定
義可能な位置が存在する。すなわち、(1)バルブ54
が遮断しかつバルブ52が開放した状態の時計方向位
置、(2)両バルブが開放した状態の中間位置、そして
(3)バルブ54が開放しかつバルブ52が遮断した状
態の完全に反時計方向の位置、である。
【0037】抽出バルブ50は入口取付具120、出口
取付具122、手動制御ノブ132及び制御軸126を
備えている。回転式制御126は制御ノブ132に取付
けられる。抽出バルブ50が、制御ノブ132をその閉
鎖位置から反時計方向へ回すことにより開放された時、
流体は抽出カートリッジ組立体30から、抽出流体固定
具46、バルブ入口取付具120、出口取付具122、
管68を介して収集装置16へと流れる。
【0038】収集装置16は、洗浄カップリング90、
洗浄流体収集装置92、抽出物カップリング94、分析
用計器96、及び抽出流体収集装置98を備えている。
バルブ52を介して流れる洗浄流体は、洗浄カップリン
グ90を介して毛細管110へ入りそしてそこから洗浄
流体収集装置92内に入り、溶剤100の中へと流れ
る。同様に、バルブ50を介して流れる抽出物質は、管
68を介して抽出物カップリング94へ入り、そしてそ
こから毛細管128へ入り、好適な実施例では適当な溶
剤104を収容した抽出流体収集装置98の中へ流れ
る。
【0039】分析用計器96は従来の公知の方法で光学
カップリング102を介して毛細管128へ接続されて
いてもよい。光学カップリング102は光検出装置及び
毛細管128の一部の両側にある光源である。この部分
は光を通過させるように修正されている。この計器96
は抽出物質を監視しかつ抽出流体収集装置98への流入
の表示を与えさらに光の吸光度についての情報を与え
る。他の分析用計器もまた、抽出物質の他の特性を表示
し同定するように使用されてもよい。
【0040】図2には、超臨界状態の流体抽出カートリ
ッジ組立体30の斜視図であり、この組立体30はほぼ
円筒状の管状胴体部分140と、フィルタ、フリット又
はサンプルを閉じ込める他の装置のような底部の多孔性
手段142と、底部蓋144と、フィルタ、フリット又
はサンプルを閉じ込める装置のような頂部の多孔性手段
146と、頂部蓋148とを備えている。
【0041】一実施例においては、管状の胴体部分14
0はその中にサンプル134を保持するようにされた円
筒状のプラスチック管であり、直径が小さくされ外ねじ
が形成された頂部及び底部の端部154及び156を有
する肩部を各端部に有している。中央開口部158がサ
ンプルを受けるために軸心に沿って通過している。しか
しながら、この管は他の形状をとっていてもよく、また
他の適当な材質で形成されてもよい。
【0042】サンプルを閉じ込めるため、底部及び頂部
の多孔性手段142及び146はステンレス鋼製の多孔
性フリット部材160及び162を各々が備えており、
これらの部材160,162は2つの封止リング164
及び166の一つ内にそれぞれ別々に保持されている。
フリット部材160,162は同じ径を有し中央開口部
158と整合して配設されている。また、封止リング1
64,166は管152の端部154,156と同じ内
径及び外径を有していて、管状の胴体部分1401に平
らな状態で取付けられておりフリット部材160,16
2がそれらの端部を閉鎖する。
【0043】封止リング164及び166はテクロン又
はKe1−F(アメリカ合衆国、デラウェア,ウィルミ
ングトンのデュポン社の商標であってテトラフルオロエ
チレンと他のフルオロカーボンのプラスチックである)
で製造されるのが望ましい。頂部蓋及び底部蓋144及
び148は底部蓋144のねじ168のような内ねじが
設けられている。これらは管152の対応する外ねじ付
の端部156,154と係合して頂部蓋148及び底部
蓋144を所定の位置に保持する。
【0044】底部蓋144は、胴体部分140の肩に当
たるまでねじ込まれた時、管状の胴体部分140の底面
に対してリング164を押圧して封止効果を与え、フリ
ット部材160を所定の位置に保持するような寸法で形
成される。同様に、頂部蓋148は、管状の胴体部分1
40の上端部分154の環状面170にリング166を
押圧して封止状態を形成するように寸法決めされてい
る。底部蓋144は内方に曲げられた環状フランジ17
5を有していてリング164を出口取付具用の円錐状中
央開口部210(図4)と係合させ、そして同様なフラ
ンジは頂部蓋148にもある。フランジ内には中央開口
部158の多孔性手段142及び146とほぼ同じ寸法
で流体の通路と整合している対応する円形の孔が設けら
れている。
【0045】頂部蓋148はフリット部材162を所定
の位置に押圧するための内ねじを有する側部174と、
開口端177を有する噛み合いニップル176とを備え
ている。抽出管152は恒久的なカートリッジに対して
303ステンレス鋼で又はポリフェニレンサルファイド
の成形品で造られていてもよく、使い捨て式カートリッ
ジに対してポリエーテルイミド又はポリエーテルスルホ
ンプラスチックで造られてもよい。このカートリッジは
好適実施例では2.5cm3のサンプルに対する内容積
を有するが、1000cm3位の大きさであってもよ
い。頂部蓋148及び底部蓋144は恒久的なカートリ
ッジに対してポリエーテルケトンプラスチック又はポリ
エーテルイミドの成形品、又は使い捨てカートリッジに
対してポリフェニレンサルファイド(ニューヨーク州、
ニューヨーク10036、アメリカス通り1211、C
elanee Chemical会社のフォルトロン
(Fortron)という商品名)プラスチックで造ら
れてもよい。カートリッジを100度C以上の温度で使
用するように意図している場合には、これらの蓋14
4,148及び管状の胴体140をステンレス鋼で造る
と有利である。
【0046】図3には、ブリーチプラグ32を有する組
立てた状態のカートリッジとプラグの組立体26、抽出
カートリッジ組立体30及びノブ34が示されている。
【0047】ブリーチプラグ32は高強度、耐蝕性のス
テンレス鋼(Nitronic 50)で製造されてお
り、かつ円筒形の凹所180、封止面186、ねじ部8
8及び環状の係止フランジ190を備えている。円筒形
の凹所180は一方で係合するニップル176を受け他
方でノブ34を受けるように位置決めされていて、ニッ
プルとノブの間の外ねじ188を使用して圧力容器と閉
室を形成する。凹180の外端近傍には保持用溝182
が設けられている。溝182の中には止めばね184が
配置されている。
【0048】止めばね184は、ステンレス鋼線を円形
に曲げて両端を溶接して結合しトーラス状に形成したら
線コイルである。ら線の曲がりはら線軸線に対して傾斜
しており、従って、トーラスの内径よりも大きい外径の
円形部材がトーラスの中心を介して押圧された時、座屈
するというよりも変形する一方、トーラスの外径は溝1
82のような手段により拘束される。それ故、係合する
ニップル176の大きい方の径が止めばね184を通過
して突き出るように抽出カートリッジ組立体30を凹所
180内に押圧したとき、抽出カートリッジ組立体30
はブリーチプラグ32内に留まる。保持強さは止めばね
184の強度に依る。止めばね184は、カートリッジ
が重力及び別の比較的軽い力に対しては保持されるが、
ブリーチプラグ32からカートリッジを引き出すことに
より容易に手動で取り出すことができるように選定され
る。
【0049】ノブ34は従来の方法でブリーチプラグ3
2の頂部に締結されている。好適な実施例では、ノブ3
4はフェノール樹脂のような耐熱・断熱性材料で造られ
ていて所定の位置に締結される。
【0050】図4には、クリップ止めされた抽出カート
リッジ26、ノブ34、及び圧力容器24に取外し可能
に取付けられたブリーチプラグ32の断面が示されてい
る。圧力容器24は予め加熱ブロック22内に締りばめ
されている。圧力容器24は良好な切削性の耐蝕性を有
する303ステンレス鋼で製造されかつ円筒形の中央開
口部を有している。この中央開口部は抽出カートリッジ
26、底部端に嵌合する2つの出口用開口部、円筒形の
側壁の開口部を受けかつ入口取付具及びブリーチプラグ
32の外ねじ188と係合するように寸法決めされた内
ねじを有する頂部開口部を受けるように寸法決めされて
いる。加熱ブロック22は良好な熱伝導性のアルミニウ
ムから製造されており、かつ圧力容器24を堅く受ける
ように寸法決めされた円筒形の開口部を備えている。ブ
リーチプラグ32及び抽出カートリッジ組立体30は圧
力容器24内で滑りばめで取付けられている。ブリーチ
プラグ32の外ねじ188は圧力容器24内に内ねじ2
00で係合している。
【0051】環状の自己作用の高圧シール202は封止
面186と協働して大気から高圧超臨界流体を封止す
る。そして、環状の高圧シール202から離隔した環状
の低圧シール204は、圧力容器24の内部と抽出カー
トリッジ組立体30の外部の間の空間にある汚染した超
臨界流体が超臨界流体源に逆流するのを防止する。これ
ら2つの環状のシール202及び204はそれらの間に
ドーナツ状の入口室を形成し、この入口室内には流体入
口42の出口が流体を導入するように伸長している。汚
染は抽出カートリッジ組立体30の外壁の指紋又は他の
外来物質により生じる。それで低圧シール204はかか
る汚染を防止する。
【0052】シール202,204はバル−シール(B
al−Seal)のタイプ504MB−118−GFP
である。
【0053】超臨界状態の流体は流体入口42に供給さ
れそして高圧シール202及び低圧シール204の間の
環状空間内を循環し、さらに、圧力容器24と抽出カー
トリッジ30内に2つの経路に沿って流動する。一つの
経路は洗浄用、他の一つは抽出用である。環状のスペー
サ206がシール202及び204の間のドーナツ状開
口部にあり、これは半径方向貫通孔付の砂時計の形状の
断面を有し、入口の取付具42から流入する超臨界流体
をスペーサ206の反対側へ分配し、そこからブリーチ
プラグ32にドリル加工された通路208へと流れる。
【0054】通路208はブリーチプラグ32の凹所1
80から半径方向に伸長し環状リングへ達する。この通
路208は通路208の方向とは無関係に凹所と環状リ
ング間の流体に開放経路を与える。通路208は、入口
取付具42(内側)に対して非制御の角度付きの位置に
開口している。流体は入口取付具42の出口と連通する
砂時計の形状をしたスペーサ206の内方へ湾曲した部
分の一側部から、内方へ湾曲した部分の他側へそしてそ
こから通路208へと流れる。
【0055】図3に示されたカートリッジとプラグの組
立体26が図4に示されたように圧力容器24内へ挿入
される場合、ノブ34は回転されて、1インチ当たり8
ねじのコネクタを形成するブリーチプラグ32の外ねじ
188は圧力容器24の内ねじ200と係合し、ブリー
チプラグ32をねじ込んでカートリッジとプラグの組立
体26を圧力容器24に取付ける。底部蓋144の円錐
形凹所210が嵌合アダプタ214の外部円錐の先端部
212に達すると、カートリッジとプラグの組立体26
はさらに下方に移動するのを阻止される。
【0056】カートリッジとプラグの組立体26が底部
に達した後さらにブリーチプラグ32をねじ込むことに
より、嵌合ニップル176の上部の平坦な環状面が帽子
状のワッシャ216の平坦な下面に突き当たる。この場
合、帽子状のワッシャ216は、ブリーチプラグ32の
円筒形孔222にねじ止めされた肩部ねじ218の頭部
の上面と対向している。
【0057】さらに、ブリーチプラグ32を圧力容器2
4内にねじ込むことにより、ニップル176がねじの頭
部から離れてワッシャ206を持ち上げて、環状面20
5とワッシャ216の隆起部の間のコイルばね201を
押圧する。ブリーチプラグ32の圧力容器24へのねじ
込みを続けることにより、ブリーチプラグ32の環状フ
ランジ190が圧力容器24の上面に突き当たる。この
ことは、図4に示す通りコイルばね201の圧縮の限界
位置を与える。
【0058】コイルばね201の圧縮力は帽子状のワッ
シャ216と嵌合ニップル176の上部環状面203の
間に低圧封止を提供するのに十分な力である。より重要
なことは、この力は、また、底部蓋144の凹所210
の円錐面と嵌合アダプタ214の外部の円錐状先端部2
12を組合わせる際の低圧封止をも提供することであ
る。
【0059】封止面186は最初の部分の挿入の間にパ
イロットとして作用し、内ねじ188が交差して噛み合
っていないことを確認できる。円筒形の封止面186の
端部のテーパ189はブリーチプラグ32がシール20
2,204を通過するのを案内することにより、ブリー
チプラグ32の挿入中に損傷を与えることはない。
【0060】凹所224、通路208、高圧シール20
2及び係合するねじ188と200の配置は、圧力容器
24の内部に圧力が作用した時、ブリーチプラグ32が
不意に外れた場合、圧力容器24内の流体が高圧シール
202を通って漏れかつ噛み合った状態のねじ188と
200を伝わって上昇し、そして装置の圧力を低下させ
る一方、最大作動圧力で安全性を確保するに十分なねじ
係合を保持するような配置に選定される。図4に示す実
施例の最大作動圧力は10,000psiである。最大
作動温度は150度Cである。設備は、300度C以上
の作動温度で30,000psi以上の圧力に対して設
計する必要はない。
【0061】上述の通り、ブリーチプラグ32、カート
リッジとプラグの組立体26が圧力容器24内に組込ま
れた後、ただし抽出の前に、カートリッジとプラグの組
立体26と圧力容器24の間の空間は汚染物質が除去さ
れる。かかる除去又は洗浄サイクルの間、超臨界流体が
流体入口42へ流入し、環状スペーサ206により分配
されそして通路208を通過する。超臨界状態の流体は
帽子状ワッシャ216の外径とブリーチプラグ32内の
凹所の円筒形内径230の間を通る。次に流体は流下し
係合ニップル176の外径とブリーチプラグ32の凹所
180の内径230の間の環状空間を通過する。次に流
体は止めばね184を通過し、頂部蓋148の外側、抽
出管152及び底部蓋144の周りを循環して円周状に
分配する。この流れは底部蓋144の下方で圧力容器2
4の底部240の上方の環状の空間に集められて排出用
取付具44を介して流出しそれと共に汚染物質を運び去
る。
【0062】抽出カートリッジの外側と圧力容器24の
内側間の汚染した流体は抽出容器の内側への通路を通る
ことはない。低圧シール204は汚染した流体が通路2
08へ達するのを阻止する。嵌合ニップル176の大き
い径と凹所180の内径230の間の狭い隙間及び帽子
状ワッシャ216の内径と外径の間の狭い隙間から成る
ラビリンスシールは、汚染物質が拡散して帽子状ワッシ
ャ216の上方の空間へ達するのを阻止する。
【0063】洗浄又は除去サイクルの間、これらの隙間
を介して超臨界流体が下方へ流動し、この隙間が小さい
故に、下方への流動は汚染した流体の渦が隙間を介して
通過するのを阻止する。これらの隙間はほんの数千分の
一インチである。ニップル176の頂部及び抽出カート
リッジの底部の円錐形の凹所210はばね圧で封止され
ているため、汚染物質はこれらの通路には入らない。
【0064】抽出に際しては、入口取付具42から入る
超臨界流体はスペーサリング206で占められている空
間に分配され、通路208を介して肩部のねじ218と
ワッシャ216の内径の間の数千分の一の半径方向隙間
を流下する。流体はさらに流下を続け通路250、多孔
のフリット162を介して抽出されるべき物質を通過さ
せる抽出室254内に流動する。抽出室254は図4に
おいてサンプルを受けるため10cm3の体積で寸法決
めされて図示されている。抽出室の流体を通過させた
後、流体はフリット160、通路260、嵌合アダプタ
214及び取付具46を介してサンプル収集装置へ排出
される。
【0065】毛細管として設計された管を除き、この閉
鎖室内にある全ての導管は外径1/16インチ、内径
0.02インチの300シリーズステンレス鋼で製造さ
れている。
【0066】組立完了後の作動において、ポート114
(図1)を出る純粋流体のバルブ54(図1)と直接関
連する流体の流れは、導管の近接した部分をら線状に巻
付けることにより形成された熱交換器40を介し、チェ
ックバルブ60A及び導管60Bを介して圧力容器24
の入口取付具42へと流動する。熱交換器40は、実際
は、加熱ブロック22を通る長い孔の中に存在するた
め、熱交換器は圧力容器24及び抽出管30と同じ温度
である。熱交換器は入口取付具42に流入する流体を抽
出カートリッジ組立体30と同じほぼ温度に予め加熱す
る。この温度は流体の臨界温度より高い温度である。ポ
ンプ装置12が臨界圧よりも高い一定の流体圧を発生す
るように設定されている場合、圧力容器24に入る流体
は超臨界状態の流体となる。
【0067】ティ20の位置で超臨界流体の圧力が一時
的に低下した場合には、チェックバルブ60Aが、二重
系統の超臨界抽出装置の第1の系統の圧力容器24及び
抽出カートリッジ26からの超臨界流体の逆流を阻止す
る。かかる圧力変動は、第1の系統が抽出している間に
二重系統の抽出装置の第2の系統が突然洗浄された場合
に発生する。各系統はそのようなチェックバルブを必要
とする。
【0068】洗浄サイクルの間、汚染された流体は取付
具44を離れ、管62を介して流動し洗浄流体バルブ5
2の入口取付具116に入る。次に、それは出口取付具
118から流出し管64を介してカップリング90(図
1)へ至る。カップリング90は水晶の毛細管110を
結合するため、汚染された洗浄ガスが流出する。毛細管
の孔は、75ミクロンのように十分に小さく、長さも数
インチのオーダーと十分に長く、適切な量に流れを限定
するに十分な流体抵抗を与える。例えば、3000ps
i(211kg/cm2)の圧力ではポンプ装置12の
変位量に対して5ミリリットル/分である。ポンプ装置
12は定圧力型ポンプであり、従って、流体の流動は一
旦流れが安定すると圧力容器24内の圧力には影響を受
けない。
【0069】毛細管110の外端部は、収集装置として
作用するイソプロピルアルコールのような適当な溶剤1
00を含んだ洗浄流体収集装置92(図1)の中に浸さ
れていてもよい。この溶剤を通る泡は適切な流動を表
し、溶剤は毛細管110の端部が排出された汚染物質に
より塞がれるのを防止する。溶剤は汚染物質を溶解する
ように当業者に公知の方法で選定されるため、毛細管1
10の端部は塞がれずまた、抽出カートリッジの外部に
汚染物質があるかどうか決定することが望まれる場合、
溶剤を後で分析することが可能である。
【0070】抽出サイクルの間、抽出物は圧力容器24
の取付具46から流出して管66を通過する。この管6
6は制御ノブ132に取付けられた回転式制御軸126
を有する抽出バルブ50の入口取付具120へと伸長し
ている。抽出バルブ50が閉鎖位置から反時計方向に回
転して開放したとき、流体はその取付具122から流出
し管68を介して取付具94へと流れる。取付具94は
水晶製毛細管128に接続されている。
【0071】毛細管128は、定圧ポンプ12の変位に
対して適切な量の流量を発生するに十分な程度小さい5
0ミクロンの孔と、十分な程度長い数インチの長さを有
している。例えば、この場合2ミリリットル/分の流量
である。毛細管128の端部は抽出物質収集装置98の
溶剤104内に浸されている。イソプロピルアルコール
はいくつかの条件の下で溶剤104に使用される。この
溶剤104は抽出物質に対して良好な溶剤でなければな
らない、溶剤は抽出物質を通って泡立つガスから抽出物
質を溶解することにより抽出物質を捕獲しなければなら
ずまた、毛細管128の端部での閉塞を防止しなければ
ならないからである。
【0072】溶剤104は抽出後取除かれて、抽出物質
の成分と量を決定するために分析される。毛細管128
(同様に毛細管110)の長さに沿う圧力及び温度の低
下により、超臨界流体(又は、取付具90若しくは取付
具94が熱せられていない場合には液体)は、室温の溶
剤内に浸されている先端部に流体が達する時までに、ガ
スに変化している。
【0073】図5乃至9には、5つの正面図が示されて
おり、2ステーション式の超臨界抽出装置10の一つの
抽出装置10の好適実施例の物理的な構成が示されてい
る。簡単化のため、2系統の装置の一つのステーション
を完全な流体的連結状態で示しかつこれのみを詳細に説
明する。第2の抽出ステーションは第1のものとほぼ同
じである。図5乃至9の流体力学的な連結は図1の連結
に対応する。図1で記載されかつ符号が付された構成要
素は図5乃至9の符号と同一である。図5中の対応する
第2の抽出ステーションの構成要素は対応する符号にラ
ッシュ(′)を付して示す。
【0074】図5に好適に示すように、熱交換器40は
加熱ブロック22の孔270に配設されている。管58
は一端がこの孔270に入り、この孔270の全長にわ
たりら線状に巻かれていて、かつ他端が加熱ブロック2
2内の圧力容器24の入口取付具42と連通する管60
としてこの孔から出ている。管状の加熱要素272及び
274が孔276及び278内に配設されていて、加熱
ブロック22の全長にわたり孔と共に伸長している。そ
れらは図6に加熱ブロック22の両端から突出してい
る。好適実施例においては、これらの加熱要素はそれぞ
れ800ワットと400ワットの加熱出力を有する。
【0075】アルミニウムの支持ブロック280が支持
ブロック280のくぼみ内にあるねじ282により加熱
ブロック22に固定されている。バルブ54と52がね
じ282と290により支持ブロック280に固定され
ており、これらのバルブはスペーサ292により分離さ
れている。支持ブロック280は熱伝導性があり加熱ブ
ロック22の温度に近い温度にまでバルブ52を加熱す
る。
【0076】アルミニウムの支持ブロック284は、支
持ブロック284のくぼみ内にあるねじ292により加
熱ブロック22に保持されている。バルブ124の本体
はねじ285と287で支持ブロック284にねじ止め
されている。支持ブロック284の高い熱伝導性によ
り、バルブ124はほぼ加熱ブロック22の温度にまで
加熱される。管68はバルブ124から出口取付具94
まで達している。出口取付具94はアルミニウム製アン
グル部材290に装着され次にアルミニウム製アングル
部材290は図6に平面図で示された支持ブロック28
4に固定されたアルミニウム板295に装着されている
ため、出口取付具94は加熱ブロック22の温度近くま
で加熱される。支持ブロック284は加熱ブロック22
にねじ止めされている(締結状態は図示されていな
い)。支持ブロック284、板295及びアングル部材
290は熱伝導性のアルミニウムで造られているため、
加熱ブロック22からの熱は取付具94に効率良く伝導
される。
【0077】管60,62及び66は加熱ブロック22
と接触し状態で、又は加熱ブロック22と接触している
熱伝導性の支持部材と接触した状態で取付けられてい
る。これにより管60,62,66及びその内容物は十
分に加熱され、溶解したサンプルの溶解物又は汚染物質
が凝縮せず又は超臨界流体の溶液から沈澱することはな
い。管68は図10乃至14に示されている如く絶縁物
が取付けられているので熱い状態に維持されている。
【0078】図10乃至13は、図10乃至11と共に
図5乃至9に図示された二重系統抽出装置を囲繞する外
側キャビネットの4方向から見た正射投影図であって、
これらは一部切断して示した前方正面図及びキャビネッ
トの上部296の下側に装着された図5乃至9の二重系
統抽出ユニットをそれぞれ示す一部切断した平面図であ
る。図10に示す通り、二重系統抽出ユニットは4個の
管状のフェノール系スペーサ300と302,304と
306(図6)によりキャビネット296の上部から分
離して取付けられている。これらのスペーサの内2個は
図10に300と302で示されており、これらは加熱
ブロック22(図5乃至9)の凹部308,310,3
12及び314(図6)内へ伸長する。ステンレス鋼製
のねじ320,322,324及び326が管状スペー
サ300,302,304及び306(図6)の孔を介
して加熱ブロック22のタップねじ付孔330,33
2,334及び336(図6)内に伸長している。
【0079】ねじ320,322,324及び326の
ステンレス鋼材は低熱伝導性を有し、フェノール系スペ
ーサ300,302,304及び306(図6)も低熱
伝導性を有しているため、これらは加熱ブロック22、
圧力容器24、ブリーチプラグ32、バルブ類、及びキ
ャビネットカバー296から加熱された他の要素を熱的
に絶縁する。
【0080】図4に好適に示すように、圧力容器24及
びブリーチプラグ32はプラスチック縁金及び隙間34
2によりキャビネットの上面から熱的に遮断されてい
る。絶縁344はキャビネットの上面から加熱ブロック
22、圧力容器24、全てのバルブ類、接続管68及び
サンプル出口取付具94を熱的に絶縁する。更に、サン
プル出口取付具94は、取付具94とキャビネットの上
面296の取付具用の孔348の間で半径方向間隙によ
りキャビネット上面296から絶縁されている(図1
3)。絶縁体350は全てのバルブ類、加熱ブロック、
圧力容器24、管60,62,66及び68を低温の外
部環境から絶縁することにより、加熱ブロック22内の
熱発生により加熱状態が保たれている。
【0081】図11は、ブリーチプラグ32及び32′
を取除きかつバルブのノブを取除いた状態のキャビネッ
トを示す平面図である。2つのブリーチプラグからの縁
金付の孔は352及び352′で示されている。孔35
4,356,354′356′はそれぞれ作動軸及びバ
ルブ54,54′,124及び124′の他の突出する
部品用のばか孔である。これらのばか孔は、キャビネッ
トの上面296がバルブに直接連結されたいかなる部品
とも接触しないように十分な大きさのものである。バル
ブ54及び54′は制御軸の伸長部材294及び29
4′と嵌合しており、これは歯車84及び82(84′
及び82′)により付加的な空間が必要だからである。
【0082】熱電対式温度調節装置360(図10乃至
13)は加熱要素272及び272′に対し時間比例す
る電力を与える。熱電対温度調節装置360の低エネル
ギ時間比例出力は慣用的な半導体スイッチを制御するた
め又は調節装置のリレーを制御するために使用される。
この調節装置は順に加熱要素への電力を切換えるもので
あり、その電力は合計して800ワットである。熱電対
温度調節装置360への温度フィードバック情報を与え
る検出熱電対は加熱ブロック22の孔364(図5乃至
9)内に位置している鉄−コンスタンタンの熱電対接合
である。手動式の電源スイッチ298が加熱回路の入切
を切換える。熱電対温度調節装置、手動電源スイッチ及
び半導体スイッチ又はリレーはケースの底部362に配
設されている。小さな冷却ファンがケースの底面を介し
て外気を引き込むようにケース底面に配置されているこ
とが望ましい。
【0083】図14はバルブ用制御ノブの配置を示すキ
ャビネットの上面を示した図である。歯車付の二重バル
ブ54及び52(及び第2の抽出ステーション用の二重
バルブ54′及び52′)は表示ポインタ366付のノ
ブ70を有している。中間位置に示されている「洗浄」
では両バルブ54及び52は開放されている。完全に時
計方向に回った位置ではポインタは「排出」を表示して
おり、バルブ54は閉鎖しバルブ52は開放している。
完全に反時計方向に回った位置ではポインタは「抽出」
を表示しており、バルブ54は開放しバルブ52は閉鎖
している。バルブ124に連結された制御ノブ132
(並びにバルブ124′に連結された制御ノブ13
2′)に関して、ノブを時計方向に回転させるとバルブ
が閉鎖しかつ反時計方向に回転させる(すなわち抽出方
向に回転させる)とバルブが開く。
【0084】抽出装置10を使用する前に、ポンプ装置
12は所望の圧力に設定されかつ加熱要素22は所望の
温度に設定される。フリット160付の底部キャップ1
44(図2)は抽出管152の底部にねじ止めされてい
る。内側凹部158は抽出されるサンプルで充填され又
は部分的に充填される。フリット162及び上部キャッ
プ174はカートリッジとプラグの組立体26(図3)
を形成する抽出管152の上面にねじ付けされる。
【0085】カートリッジとプラグの組立体26は、ブ
リーチプラグ32内に配置されたガータばね184を通
る抽出カートリッジの嵌合ニップル176をねじ込むこ
とによりブリーチプラグ32内に結合される。ノブ70
及びポインタ366はバルブ54を閉鎖しバルブ52を
開放する「排出」位置(図1)に設定される。バルブ1
24は時計回り方向(閉鎖)の位置に設定される。
【0086】組立てられたブリーチプラグと抽出カート
リッジは予熱された圧力容器22内へ挿入されて、環状
フランジ190が圧力容器24の上面と接触するまで圧
力容器24の中へノブ34により手動でねじ込まれる
(図4)。圧力容器は熱電対温度調節装置360の制御
の下で所望の温度まで予熱される。カートリッジとプラ
グの組立体26は圧力容器24内で必要な温度まで急速
に上昇する。
【0087】カートリッジとプラグの組立体26をサン
プルブロック24内へ挿入した後、バルブノブ70はそ
のポインタ366が「洗浄」位置に来るように回転され
る。この位置では、両バルブ54及び52は開放され
る。ポンプ装置12は所望の流体圧力に既に設定されて
いるので、流体は管76,56、バルブ54、管58、
熱交換器40、管60、チェックバルブ60A,60B
及び入口取付具42を介して凹所180(図4)内へ流
れる。バルブ124は閉鎖されているので、熱交換器4
0により適切な温度に予熱された超臨界流体は帽子状ワ
ッシャ216、嵌合ニップル176を通過しカートリッ
ジとプラグの組立体26の外側を周って流動する(図
3)。この超臨界流体は抽出カートリッジ組立体30の
外側の汚染物質及び圧力容器24の内側の汚染物質を溶
解する。高温の超臨界流体によっても、抽出カートリッ
ジ組立体30が適当な作動温度にあることが保証され
る。超臨界流体は取付具44から、管62、バルブ5
2、管64、取付具92及び毛細管110を通って汚染
物質を洗い流す。
【0088】短時間の洗浄サイクルの後、制御ノブ70
はそのポインタ366が「抽出」(図14)に位置する
ように設定される。このことにより、バルブ54が開放
されかつバルブ52が閉鎖するように設定される。かか
る設定を行った直後に、操作員が図14に示すように
「抽出」方向に既に反時計回り方向にノブ132を回転
することによりバルブ124が開放される。圧力がかか
った流体は所望の超臨界温度になるようにバルブ54を
介して熱交換器40内に入り、入口取付具42へと流れ
る。流体は次に凹所180内へ入り、ねじ218及び帽
子状ワッシャ216の内径の間の環状空間を通り、その
後、嵌合ニップル176の内部と、通路250とを介し
て圧力容器と流体抽出装置の組立体26(図3)へと流
動する。抽出カートリッジの内部サンプル用凹所254
(図2)を介して流れる超臨界流体は凹所254内に収
容されているサンプル134から分析物質を抽出する。
溶液中の分析物質を伴う超臨界流体は、取付具46、管
66、バルブ124、管68、カップリング94及び試
験管98内の収集用溶剤104の中に導入する毛細管1
28を介して流出する。分析物質は後で分析するために
溶剤104で溶解される。抽出が完了した時、ノブ13
2は「閉鎖」位置へ時計回り方向へ回転される。このこ
とにより、超臨界流体の抽出カートリッジ26への流入
が停止する。ノブ70は、次に、そのポインタ366が
「排出」位置にあるように時計回り方向に回転される。
このことにより、バルブ54が閉鎖しかつバルブ52が
開放して、圧力容器24及びカートリッジとプラグの組
立体26が毛細管110を介して圧力降下する。
【0089】毛細管110の端部を介して発生する泡が
止まったとき、圧力降下が完了する。ノブ34は反時計
回り方向に回転されて圧力容器24からブリーチプラグ
32及びカートリッジとプラグの組立体26を取り外
す。抽出カートリッジ組立体30は空の用済みサンプル
へ開放する。
【0090】図15は、超臨界流体抽出装置の他の実施
例10Aの簡単化した斜視図であり、この実施例では、
下部部分に駆動部(図示しない)を収容するキャビネッ
ト400、キャビネットの上部部分の抽出部(図示しな
い)、サンプル注入部406及び断片収集部408が備
わっている。超臨界流体抽出装置10Aは、キャビネッ
ト400の前方のパネル410から制御され、そして駆
動部は抽出部、サンプル注入部406、及び断片収集部
408を操作する。断片収集部408は複数のサンプル
を連続的に抽出しかつ操作員が最少限分在することによ
り別々の容器内のサンプルから抽出物質を収集するよう
に協働する。
【0091】本実施例10Aの液体抽出装置は図1の実
施例と同様な方法で作動するが、新規なサンプル注入装
置及び断片収集装置と協働するようになされている。こ
の機構において、抽出されるべき一連のサンプルはサン
プルを保持する手段内に予め位置決めされており、ま
た、このサンプルは一時に一つの抽出装置の中へ自動的
に注入される。抽出装置において、超臨界状態の流体が
サンプルへ供給されそして抽出物質は一つづつサンプル
から取除かれる。実施例10と実施例10Aとを相互に
関係づけるために、同じ部品は同じ符号を付している
が、実施例10Aでは符号に「A」を付している。
【0092】抽出物質は断片収集装置の個別の容器又は
一つの容器の個別の隔室へ供給される。従って、手動に
よりサンプルを供給する必要性又は個別のサンプル用の
超臨界流体の流れを生じさせる必要性もなく、複数の異
なった予め位置決めされたサンプルについて複数の抽出
を行うことができる。これらのサンプルは操作員により
個別に物理的に注入される代わりに、自動的に機械的に
一つづつ抽出装置へ移動される。
【0093】キャビネット400は傾斜角の付いた制御
パネル410を有する略直方体の形状をした底部部分4
12と直立する上部部分414を有している。上部部分
414は上方に伸長する別の直方体の形状であり、補充
ポンプ等の継ぎ手及びファンを収容可能な共通の背面部
分又は後部パネル416を有する略L字形の外形をして
いる。流体接続具420が一端から伸長しほぼ超臨界状
態の流体をキャビネット400へ導入することを可能と
する。L形キャビネット400は制御装置を使用するに
便利な傾斜角度付きの前面パネル410と、注入される
サンプル及び収集された抽出物質を取扱うための「L」
形の足部上の上面とを有している。
【0094】キャビネット400の内部へ接近可能とす
るため、上部部分414は、上方に駆動できるように頂
部にヒンジ426を有するヒンジ付前面開放パネル42
2を備えている。パネル422はその底部近傍に開口部
424を備えていて比較的高い断片収集受容器の搬入を
可能とする。開口部424は、キャビネット400の下
部部分412の頂面から十分な距離だけ離れた点まで下
方に伸長しサンプル注入装置及び断片収集器で使用され
る通常の受容器の搬入を可能とする。
【0095】サンプル注入部406は、相互に垂直方向
に離間した上部及び下部回転板432,434の形状を
したサンプルリール430と、上部回転板432の収容
孔と、垂直方向長軸線及び開口端を有する円筒状管スリ
ーブ436を受ける下部回転板434の開口部とを備え
ている。上部開口端438は、サンプルリール430が
抽出装置の方へ回転する時、サンプルを受け入れかつ取
除くことを可能にする。
【0096】かかる機構において、サンプルリール43
0は回転してサンプルを一つづつ抽出装置へと移動させ
処理する。サンプルリール430は水平でありかつキャ
ビネット400の上部部分414内へ伸びさらに抽出装
置内へと伸長し、そしてサンプルリール430の回転の
垂直軸線は上部部分414の外側に有るため、使用者が
多数のスリーブ436に容易に接近することが可能とな
り、更に、自動装置により抽出装置内への連続的な回転
が可能となる。好適な実施例では、異なったサンプルを
個別に収容する24個のスリーブを備え、それらは、人
間の手をわずらわすことなく、抽出装置へ移動される。
【0097】抽出物質を受けるため、断片収集部408
は、サンプルリール430と同心状に装着されている
が、サンプルリール430の内径より小さい径を有する
水平な断片収集リール440を備え、このリール440
は、断片収集リール440の上部板446の周辺に相互
に離間して円形に配列された複数の開口部442を有
し、かつ断片収集リール440が上昇されてキャビネッ
トから取外されることを可能にするノブ444を中心部
に有する。かかる機構において、断片収集リール440
は、ヒンジ付のパネル422がヒンジ426の周りに上
方に枢動した後、上昇されかつ取除かれるか又は再度挿
入される。
【0098】断片収集リール440が所定の位置にある
場合、リール440は1個又はそれ以上の個別の容器4
42が抽出物質を受け入れることが可能な位置へ開口部
424を通って自動的に回転される。断片収集リール4
40はサンプルリール430と交互にかつサンプルリー
ルとは独立して移動され、従って、サンプルを注入し抽
出した後、他のサンプル抽出のための注入を行う前に、
1個又はそれ以上の開口部442が、抽出物質を受ける
位置に移動される。
【0099】リール430及び440は、キャビネット
400の周縁部外側の一部と共に、キャビネット400
の上部部分414内で回転するため、収集された抽出物
質は取除かれて装置の操作中に新しいサンプルが追加さ
れる。この目的のため、断片用受容器及びサンプル用受
容器は上方に開放した端部を有しかつその軸心が垂直状
態で装着されている。
【0100】図16は、キャビネット400、キャビネ
ット400内の駆動部402、抽出部404、サンプル
注入部406及び断片収集部408を示す図15の16
−16線を通る長手方向断片図である。駆動部402
は、制御装置450、サンプル及び抽出物質収納容器の
リール駆動機構452、サンプル注入装置駆動部454
及び流体駆動部又はポンプ装置456を備えている。制
御装置450は制御パネル410からの情報を受けま
た、ケーブル458を介して制御パネル410へ情報を
伝達する。それは、更に、ポンプ装置456、サンプル
及び抽出物質収納容器リール駆動機構452及びサンプ
ル注入装置駆動部454を制御し、これらは協働してサ
ンプルを所定の位置へ移動させ、抽出装置内へサンプル
を注入し、流体を抽出装置を介して圧送してサンプルを
抽出しかつサンプルを一つづつ連続して収集する。
【0101】サンプルを注入部404へ注入するため、
サンプル注入部406は、サンプル及び抽出物質収納容
器リール駆動機構452、サンプルリール機構430、
及びカートリッジ注入装置機構460を備えている。サ
ンプル及び抽出物質収納容器リール駆動機構452はサ
ンプルリール機構430を駆動してカートリッジ組立体
30Aをカートリッジ注入機構460の上に運ぶ。この
カートリッジ注入機構460はカートリッジ組立体をサ
ンプル注入駆動部454の制御の下で上方に圧力容器2
4A内へ持上げて、カートリッジ組立体30A内のサン
プルを抽出する。カートリッジ組立体30A及び圧力容
器24Aは図1乃至14の実施例のカートリッジ組立体
30と圧力容器24と同様のものであり、これらは、反
転される頂部側と底部側を有することにより、カートリ
ッジ組立体30Aが底部から圧力容器24A内へ挿入さ
れてその中で抽出するために容易に封止され、抽出後重
力により取除かれることを可能とするようになされてい
る。
【0102】サンプルリール機構430を駆動するた
め、サンプル及び抽出物質収納容器リール駆動機構45
2は中央の伝達機構及び各側にモータを備えている。モ
ータは制御装置450の制御の下に伝達機構を駆動し
て、サンプル注入リール機構430及び断片収集リール
440のいずれが一方又は双方を駆動する。
【0103】サンプル注入リール機構430は、上部プ
レート432、下部プレート434を備え、それら双方
はいずれも回転可能であり、一時に、複数のスリーブ4
36を連続的に、圧力容器24A内で一個づつカートリ
ッジの注入をくり返す位置へ運ぶ。この位置で、カート
リッジは圧力容器24Aから取除かれかつ一個づつリー
ル機構430へ戻される。従って、1時にただ一個のカ
ートリッジのみが圧力容器24Aに存在することとな
る。
【0104】抽出部404では、静止した下部プレート
462が個の孔464を有している。この孔464は圧
力容器24Aの開放した下端及びカートリッジ注入機構
460の上端と整合している。その結果、30Aのよう
なカートリッジ組立体は、下部プレート462の開放端
464上で一個づつ回転されて、サンプルの抽出のため
に、サンプル注入装置駆動部454の制御の下でカート
リッジ注入機構460により圧力容器24A内へ上方へ
移動される。かかる機構において、カートリッジ組立体
30Aが上部及び下部プレート432,434により回
転される場合、静止した下部プレート462が、所定の
位置にそれらカートリッジ組立体30Aを保持する間、
カートリッジ組立体30Aは開口464の上から上昇用
静止プレート462を介して圧力容器24Aへ連続的に
移動される。
【0105】圧力容器24A内へカートリッジを注入す
るため、カートリッジ注入機構460は、サンプル注入
装置駆動部454、ピニオン470、歯車472、多条
ねじ、ナット474、対応するねじ476、及びピスト
ン又はプラグ32Aを備えている。ピニオン470は駆
動ギヤモータ454の出力軸に装着されていて歯車47
2の歯と噛合う。歯車472は動力ナット474に締付
けられるか又はそれと一体となっている。動力ナット
は、回転する場合、ねじ476を上方又は下方に移動さ
せる。支持プラットフォーム475、ピストン又はプラ
グ32A及びサンプル容器30Aはねじ476の頂部に
より担持されていて上方及び下方へ移動する。ねじ47
6により下方位置に支持されているプラグ32Aの上面
は、固定プレート462の開口部464の底部と面一と
なっていて、30Aのようなカートリッジを中に支持し
かつ最上位置では、ピストン又はプラグ32Aを圧力容
器24Aの底部に位置決めする。プラグ32Aはバル−
シール(Bal−Seal)会社により製造されている
自己作動式のばねで付勢されたシリンダシールを担持す
る。これらのシールは、プラグ32Aと圧力容器24A
の内壁の間に高圧の耐流体性の封止を提供する。
【0106】かかる機構において、カートリッジ組立体
30Aを上方へ圧力容器24Aへ移動させた後、抽出過
程の間、ピストン又はプラグ32Aは、圧力容器24A
の壁部を封止可能であり、そして抽出後、新しいカート
リッジが圧力容器24A内に注入される位置に移動され
た時、カートリッジ組立体30Aをサンプルシール機構
430の方へ下方へ復帰させて上部注入ハウジング41
4から外方へ回転させる。ベアリング取付台は同じ垂直
位置に維持しながらナットを回転可能に支持し、従って
ナットは急速進行ねじ又は他のねじ476を上方又は下
方に移動させる。
【0107】プラグ32Aは図1乃至14の実施例のブ
リーチプラグ32と同様な機能を行い、中にばね201
A及び支持ブロック482を支持する開口部を収容する
ことにより、サポートブロック482はカートリッジ端
部148Aに対して内方に付勢力を与えてカートリッジ
30Aを超臨界流体用の取付具に抗して所定の位置に移
動させる。
【0108】カートリッジ30Aが所定位置に移動され
ブリーチプラグ32Aがシール位置に固定された後、カ
ートリッジ30Aのサンプルを抽出するため、超臨界流
体を図1の実施例と同じ方法で入口取付具42Aを介し
て流動させる。従って、抽出流体はカートリッジ30A
への一つの経路を通りかつカートリッジ30Aの外側の
別の経路を通って取付具44Aへ流れ、そこから洗浄用
収集装置又は排出口へ流れる。抽出物質はカートリッジ
及びサンプルを通過した後、取付具46Aから流出し後
述する方法でサンプル収集装置へ流動する。
【0109】二酸化炭素のような流体を超臨界抽出に適
した温度で圧力容器24Aへ送り込むため、(1)ポン
プ456はポンプヘッド490と電動モータ492を備
え、(2)圧力容器24Aはその上にアルミニウムの加
熱ブロック22Aと、アルミニウムの加熱ブロック内の
開口部278Aと、開口部278Aのロッド状の加熱要
素274Aと、抽出流体用管の取付具42A及び開口部
270Aでアルミニウムの加熱ブロック22Aに入る熱
交換器40Aとを有している。
【0110】モータ492はポンプ機構490を駆動し
て流体を開口部270Aへ送り、開口部270A内の熱
交換器40A、接続管60A及び入口取付具42Aを介
してカートリッジ30A及び圧力容器24Aへ送り込
む。アルミニウムブロック22Aは、二酸化炭素又は他
の有用な抽出流体の温度を制御し、かつ流体及び目的に
対応して抽出流体超臨界温度以上に維持する一方、開口
部278A内の加熱ロッド274Aはアルミニウムブロ
ック22Aの加熱が必要な時使用される。
【0111】ポンプ456は適当なポンプでもよいが、
二酸化炭素に適したポンプは、ネブラスカ州、リンカー
ンのイスコ(Isco)社により購買されている、イス
コモデル2350HPLCポンピングシステムである。
しかしながら、二酸化炭素を使用する場合の最も良好な
結果は、ポンプのストロークが10mmから15mmに
修正されかつ、小型の低いトラップボリュームのチェッ
クバルブが使用されている。かかる修正はポンプの圧縮
比を1.7:1から2.6:1に増大させ、そして変形
が1.5倍に増大する。さらに付加的な修正は、良好な
温度伝達のために、316ステンレス鋼の代わりに、カ
ーペンターテクノロジー(Carpenter Tec
hnologies)社の182FMステンレス鋼をポ
ンプヘッドに使用することである。
【0112】抽出物質を収集するために、断片収集部4
08は、断片収集リール440、サンプル及び抽出物質
収納容器リール駆動機構452、洗浄流体出口装置52
0及び抽出物質流体出口装置522を備えている。断片
収集リール440は、98Aのような受容器をハウジン
グ414の所定の位置へ移動させる。ここにおいて、後
述する抽出物質の流体出口装置522は、圧力容器24
Aの取付具46Aからの流体を、受容器98のシールを
貫いた後受容器から外へ又は受容器の中へ流動させる。
洗浄流体装置520は、洗浄流体を洗浄流体取付具44
Aから圧力制御ユニットへ流動させて、最終的に排出ユ
ニット又は収集ユニットへ流動させる。
【0113】収集用の受容器98Aを所定の位置に移動
するため、断片収集リール440は、ノブ444、中間
プレート448、上部プレート446、下部円盤プレー
ト530及び駆動ロッド532を備えている。駆動ロッ
ド532は固定の円盤プレート530内で回転しかつそ
の上部で上部プレート446、下部プレート448を担
持する。上部プレート446及び下部プレート448は
それらを貫通する円周方向に間隔を置いて設けられた孔
と整合し、その各々は98Aのような収集びんを受け
る。下部円盤プレート530は孔を有さず、また移動す
る場合は、プレートを支持する。ノブ444は、ヒンジ
付の前面開放パネルがヒンジ426の周りに回転して用
いた後、断片収集リール440をサンプル注入リール4
30から持ち上げるのに使用することができる。
【0114】サンプル及び抽出物質収納容器リール駆動
機構452は収集びんを一つづつハウジング414の上
方部分の内側へ移動して抽出物質を受ける。一個又はそ
れ以上の受容器98Aが適宜所定の位置に移動されてサ
ンプルカートリッジ30Aが抽出される。受容器98A
は、サンプルカートリッジ30Aと共に交互に移動させ
る。但し、いくつかの受容器98Aは、圧力容器24A
へ向かってサンプルカートリッジ30Aの一つが動いて
いる間に移動してもよいし、又はサンプルカートリッジ
が圧力容器24Aから離れる時に移動してもよい。抽出
物質は取付具46Aを介して後述の方法で断片収集用の
受容器98Aへと流動する。
【0115】洗浄管用の取付具44Aはカートリッジ3
0A内の抽出室と連通しておりそして管62Aを介して
ティ継手542へ連結される。ティ継手542の第2の
アームは12,500psi(880kg/cm2)で
噴出するように目盛り付けされた過圧防止安全ダイヤフ
ラム540に連結されている。これは、圧力容器24A
に対して10,000psi(703kg/cm2)の
最大作動圧力を超過するものである。ティ継手542の
別のアームは洗浄バルブ52Aへ連結されている。洗浄
バルブ52Aの他側は管64Aを通って第2のティ継手
544の第1の側へ連結されている。ティ継手544の
第2の側は管548を通って外側の排出ポート546へ
連結されている。ティ継手544の第3のアームは断片
収集びんとしてのサンプル受容器98Aを排出する排出
管110Aへ連結されている。このような機構におい
て、取付具44Aを介して流れる洗浄流体は除去され、
そして排出ポート546へ連結される管は、後述する方
法でサンプルの受容器98Aを排出するのにも使用され
る。
【0116】図17は、図16の17−17線を通る超
臨界流体抽出装置の実施例10Aの簡略化した正面断面
図であり、サンプル及び抽出物質収納容器リール駆動機
構452と、ポンプ456と、抽出物質流体出口装置5
22とを有している。リール駆動機構452は、制御装
置450(図16)の制御の下でサンプルリール430
又は断片収集リール440のいずれかを選択的に移動さ
せる。
【0117】断片収集リール440を選択的に駆動する
ために、サンプル及び抽出物質収納容器リール駆動機構
452は、断片収集用軸532、管状の軸580、カサ
歯車582、カサ歯車584、及びギヤモータ586を
備えている。制御装置450は、断片収集リール440
を回転するようにギヤモータ586を制御する。かかる
目的のため、軸532は管状の軸580で保持されてい
る。カサ歯車582は軸532の端部で締結されており
かつギヤモータ586のカサ歯584と噛合っている。
制御装置450はこれらの歯車を噛合い位置に移動しか
つモータ586をしてその出力軸を回転させ、収集リー
ル440(図15及び16)を駆動するがサンプル注入
リーム430(図15及び16)を駆動しない。
【0118】サンプル注入リール430を移動するため
に、サンプル及び抽出物質収納容器リール駆動機構45
2は、ベアリングブロック590で支持された管状の軸
580と、断片収集用軸532と、カサ歯車588と、
カサ歯車592と、ギヤモータ594を備えている。制
御装置450はカサ歯車592を回転させるようにギヤ
モータ594を作動させる。カサ歯車592は、断片収
集用軸532の下端に取付けられたカサ歯車と噛合って
いる。
【0119】抽出物質を断片収集びんとしての受容器9
8Aに流入させるように、抽出物質の流体出口装置52
2は、ギヤモータ552、ピニオン554、歯車55
6、リードねじ558、アーム560、リストリクタ管
66Aを備えている。受容器98Aは頂部に貫通するこ
とができるシール部550を有している。
【0120】シール550を貫通して抽出物質を受容器
98Aの中に流入させるために、制御装置450はギヤ
モータ552を始動させる。ギヤモータ552は歯車5
56と係合するピニオン554を回転させる。ピニオン
554は歯車556を回転させ、歯車556は回転する
リードねじ558と係合しかつそれに締結されている。
アーム560はリードねじ558で移動可能に装着され
ており、リードねじ558を所定の位置まで下降させ
る。この位置において、リストリクタ管66Aは、受容
器98Aの蓋550を貫通して受容器内の収集流体の表
面564の下方にその先端を移動させる。抽出物質がリ
ストリクタ管66A内に流入した時、排出物が管66A
から排出管110A(図16及び17)を介して取除か
れる。
【0121】管66A又は管110Aのいずれか一方が
剛性を有し又は曲げにくい場合、受容器98A内に管6
6A,110Aを下降させる代わりに受容器98Aを管
66A及び110Aまで上昇させるとよい。受容器98
Aをプラグ32Aと同様な支持で上昇させることができ
るので、代案の機構は困難なことではない。この支持は
直接プラグ32Aに連結されているためプラグ32Aと
同期して移動する。
【0122】いずれの機構においても、抽出物質は、取
付具46A(図16)を介して流動し、サンプルカート
リッジ30A(図16)から管522(図16)、バル
ブ50A及びリストリクタ管66Aを介して流動する。
管66Aからの泡の中に存在する抽出物質はトラップ流
体104Aを介して捕獲され、それにより、抽出物質は
受容器98A内のトラップ流体104中に拘束され、そ
して抽出流体は排出管110A、ティ継手544(図1
6)、管66A及び排出ポート546(図16)を介し
て流出する。抽出物質の収集後、モータ552反転方向
に移動してアーム560を上昇させ、アーム560はリ
ストリクタ管66A及び排出管110Aを受容器98A
から移動させる。
【0123】ポンプヘッド490は高圧で作動すること
により熱が発生するため、ポンプヘッド490及び流入
する流体ラインは冷却されるのが好ましい。好適実施例
では、これらは熱電気的(ペルチェ効果)に冷却されて
いて、ポンプヘッド490、入口チェックバルブハウジ
ング494は温度伝導性を増加するため316型ステン
レス鋼よりもむしろカーペンタ182FMステンレス鋼
で製造される。
【0124】ポンプ作動において、ポンプの駆動モータ
492(図16)は、カムハウジング495内のカムを
歯車ハウジング496内の適当な歯車列を通して駆動す
る。カムハウジング495内で回転するカムはポンプの
プランジャを作動する。このプランジャはポンプヘッド
490(図17)と協働して液状の二酸化炭素を入口チ
ェックバルブ組立体494を介して引き込み、そして出
口チェックバルブ組立体436を介して吐出する。ペル
チェ冷却プレート500は、ポンプヘッド490(図1
7)の平坦面に装着され、ペルチェ冷却プレート500
の反対側に良好な熱接触を与えるために装着された冷却
フィン502を有している。
【0125】電流が適当な方向へペルチェ冷却プレート
500を介して流れた時、熱はポンプヘッド490(図
17)から引き出されそして冷却フィン502へ排熱さ
れる。電動モータ493(図16)により駆動されるフ
ァン504はフィン502から熱を引き出す。他のペル
チェ効果で冷却される熱交換器も入口ラインで使用され
る。
【0126】モータ492(図16)の速度を制御する
ため、タコメータホイール505がモータ492の軸に
装着され、一方該ホイールの状態を読み取る信号を与え
るため光電式タコメータセンサ510が装着されてい
る。光電式タコメータ510からの信号はモータ492
の速度、従ってポンプ456の作動速度を表示する。こ
れらの信号は制御装置450で比較されてモータ492
の速度を制御するために有用である。
【0127】ポンプからの出口ライン512の圧力を制
御するため、圧力変換器514(図18)は圧力を表示
する信号を発生させる。この信号は、ポンプ速度を制御
するフィードバック信号として使用される。この構成は
イスコ社のモデル260Dポンプのようなポンプで与え
られる。
【0128】図18において、図16の18−18線を
通る、一部簡略化した断面図が示されており、圧力容器
24Aに入るプラグ32Aを固定する固定機構614
と、抽出流体を制御する制御機構616とが示されてい
る。本図に好適に示されている通り、固定機構614
は、ギヤモータ600、ピニオン602、ラック60
4、固定ピン606、圧力容器24Aの孔609、ピス
トン又はエンドピース又はブリーチプラグ32Aの孔6
10、及び圧力容器24Aの他側を貫通する孔612を
備えている。ピン606の代わりに、ウィンチェスタ9
4ライフルの固定機構として従来から使用されている型
式のヨークも使用することができる。この型式の固定機
構は図18に示されるようなピニオン602及びラック
604に装着されたヨークである。かかる機構におい
て、ヨークを形成するように切欠されたスロットを有す
るプレートが、ラック及びピニオンにより移動されてプ
ラグ32Aの下を通過し圧力に抗してプラグ32Aを保
持し、そして圧力容器24Aのスロットと係合すること
により、それらの間に強い支持を与える。前述のプレー
トのスロットはねじ476のための間隙を提供する。
【0129】作用について説明すると、ギヤモータ60
0は、制御装置450(図16)により、圧力容器24
Aの開口部609を通り、ピストン32Aの開口部61
0を通りそしてピニオン602を回転させて圧力容器2
4Aの開口部612を通る固定ピン606を駆動させ、
固定ピン606を担持するラック604を駆動する。し
かして、圧力容器24A内の所定の位置にカートリッジ
30A(図16)が固定される。
【0130】ポンプ12(図1)から圧力容器24A及
びカートリッジ30Aに入る抽出流体の流れを制御する
ため、抽出流体を制御する機構は、ギヤモータ570、
ライン512から伸長している導管58Aに一端が連結
されたバルブ54A、及び熱交換器40(図1)内へ通
じる導管58へ接続する圧力変換器514を備えてい
る。作動時には、ギヤモータ570は制御装置450の
制御の下でバルブ54Aを開放し、抽出操作の間、カー
トリッジ30A及び圧力容器24Aへ入る抽出流体の流
動を可能にする。抽出が完了してバルブ54Aを閉鎖し
た後、ギヤモータは反対方向へ回転する。
【0131】サンプルカートリッジ30A(図16)は
管状のスリーブ又は本体部分140A(図16)とエン
ドピース144A及び464A(図16)から成る。エ
ンドピース144A及び464Aはステンレス鋼又は不
活用のプラスチックで製造されかつそれぞれの内部に中
心決めされたステンレス鋼製のフリット又はフィルタデ
ィスクを担持する。管状のスリーブ140Aの平坦な狭
い両端部はフリットの周りをPEFEワッシャと当接し
て封止する。このフリットは、フィルタディスクの直径
とエンドピース144A又は464Aのそれぞれの内径
との間の位置で、エンドピースと当接して封止する。
【0132】作動中は、プログラムが制御パネル410
(図16)に入力される。このプログラムは、次に、制
御装置450に収納されて、サンプルの交換、抽出物質
の断片の収集、静的及び/又は動的な抽出、流体圧力、
圧力変化の段階又は勾配、超臨界流体の温度、サンプル
リールから抽出室までのサンプルカートリッジの持上げ
及び抽出後のサンプルリールへの復帰、抽出室の固定及
び固定解除、及び3つのモータ駆動バルブの作動を、図
1乃至14の実施例の手動による操作と重複して自動的
に上述の方法で制御する。代案として、操作は、必要に
応じてモータへの回路を手動閉鎖することによりキーボ
ードから指令されて所望の一連の処理を行うようにして
もよい。
【0133】抽出サイクルの開始に際して、抽出流体バ
ルブ54A、洗浄バルブ50A(図17)、及び抽出物
質用バルブ52A(図16)は閉鎖される。サンプルリ
ール430は、抽出室618(図16)の下の位置へ選
択された抽出カートリッジ30Aと搬送する。リール4
30のスリーブ436内の抽出サンプルカートリッジ3
0Aはディスク462の単一の孔464の上方に位置決
めされ、かつプラグ32Aの上面のばね力が作用してい
る支持ブロック482上に支持される。
【0134】サンプルカートリッジ30Aを抽出室61
8へ移動させるため、ギヤモータ454はねじ476、
ピストン即ちプラグ32A及びカートリッジ30Aを図
18に示す位置へ上昇させて、カートリッジ30A及び
プラグ32Aを圧力容器24A内へ挿入する。
【0135】サンプルカートリッジを所定の位置に固定
するため、ギヤモータ600は、圧力容器24Aの孔6
09を通り、プラグ32Aの孔610を通りかつ圧力容
器24Aの孔612を通るピン606を駆動する。これ
により、プラグ32Aは圧力容器24A内の所定の位置
に固定される。
【0136】抽出物質を取除くため、ブロック482
(図16)の下のばね201Aは、ブロック482が取
付具46A(図16)の底部に向かってサンプルカート
リッジ30Aを押し上げるように作用する。ギヤモータ
552はリストリクタ管66A及びラック604を担持
するアーム604を図17に示す位置に下降させて、収
集用受容器98Aの蓋550を貫通させる。ギヤモータ
570は回転して抽出流体バルブ54Aを開放し、抽出
流体を熱交換器40A、管60A及び取付具42Aを介
して導入する。
【0137】取付具42Aを貫流する抽出流体は抽出カ
ートリッジ30Aの下部に入りカートリッジ内のサンプ
ルに侵入する。外側のカートリッジ30Aが汚染されて
いると推測される場合、洗浄バルブ52Aがギヤモータ
573の制御により開放される。これにより、サンプル
カートリッジ30Aと圧力容器24Aの内壁の間の空間
が洗浄されかつ清浄化される。洗浄流体は、カートリッ
ジ30Aの外側の抽出室618を離れて、洗浄取付具4
4A、管62A、ティ継手542、管620(図1
6)、ティ継手の管544、管548及び排出ポート5
46へ流出する。
【0138】洗浄後、ギヤモータ573は洗浄バルブ5
2Aを閉鎖し洗浄作動が終了する。この時、制御装置4
50は抽出バルブ50Aを開放するギヤモータ574
(図17)を付勢する。抽出流体はカートリッジ30A
を介して流動し、カートリッジ30A内のサンプルから
物質を抽出し、取付具46A、管62A、抽出バルブ5
0Aを介してリストリクタ管66Aへと流動する。リス
トリクタ管66Aは所望の抽出流体流量で所望の抽出圧
力を維持するに十分な程小さな径の毛細管を有してい
る。
【0139】抽出カートリッジが完全にサンプルで充満
されていない場合、前述の例のように上方に抽出物質流
体を流すのではなくカートリッジ30Aを介して下方に
流すこトが有益である。抽出物質の下方への流動が抽出
物質を取付具64Aを介してカートリッジの中へ、そし
てカートリッジから取付具32Aを介して取付具42A
へ流動することを可能にすることにより完了する。
【0140】抽出が完了し抽出物質が受容器98A内の
捕捉流体104Aへ収集された後、ギヤモータ570は
抽出流体バルブ54Aを遮断する。ギヤモータ573は
洗浄バルブ52Aを急速に開放し圧力及び抽出室618
を解放する。ギヤモータ574は抽出バルブ50Aを閉
鎖し、ギヤモータ552はアーム560とリストリクタ
管66Aを上昇させて管110Aを排気させる。ギヤモ
ータ600は圧力容器24A及びプラグ32Aの孔60
9,610及び612からピン606を引込む。
【0141】ピストン即ちプラグ32Aが解除される
と、ギヤモータ573はプラグ及びカートリッジ30A
を下降させ、従って、サンプルカートリッジ30Aは、
抽出室618内にある状態からサンプルリール430の
スリーブ436内にある状態に下降される。ギヤモータ
570は洗浄バルブ54Aを閉鎖する。
【0142】これらのバルブが閉鎖されかつサンプルカ
ートリッジ30Aがサンプルリールへ復帰した後、サン
プルリール430及び断片収集リール440は、他の受
容器内の他のサンプルカートリッジを所定の位置へ移動
するように前進する。代案として、同一のカートリッジ
における多数の抽出が、サンプルカートリッジ30Aを
所定の位置にあるままとして収集リールだけを前進させ
てもよい。バルブの開放及び抽出のサイクルは繰返し行
われて単一のサンプルカートリッジ30Aからの多数の
抽出処理がなされ、そして多数の連続した受容器内に抽
出物質が堆積される。
【0143】上述から理解され得るように、本発明の超
臨界抽出技術は以下のようないくつかの利点を有してい
る。即ち、(1)従来の抽出装置よりも便利であるこ
と、(2)自己清浄性という特徴を有していること、
(3)一つの構成要素として、使い捨て式の安価なカー
トリッジを有していること、(4)一実施例として、一
連のサンプルが最少限の人間の介在で、断片収集装置内
に収集される抽出物質を抽出されること、である。
【0144】本発明が使用に便利な一つの理由は、使用
済みのサンプルを収容するカートリッジをカートリッジ
が熱いにもかかわらず除去することが可能だからであ
り、それはサンプルカートリッジは抽出後サンプル交換
機内にあるときに冷却する十分な時間があるからであ
る。他の理由は、ボルト等を使用していないためカート
リッジ及び圧力容器を開放するのに容易だからであり、
いくつかの実施例において、カートリッジは使い捨て式
であるからである。この利便性は、抽出時間を著しく減
少する為注目すべきことである。
【0145】圧力容器の洗浄及び別個の出口を通る抽出
物を可能にするにもかかわらず、抽出装置及び圧力容器
内での圧力均衡がなされるため、安価である。コストの
減少は、カートリッジが高い圧力差に耐える必要性がな
いため、プラスチックカートリッジ又は強度の弱い材料
のカートリッジを使用が可能であることによるものであ
る。
【0146】本発明の好適実施例を詳細に記載したが、
実施例の多くの修正や変形が本発明の範囲から離脱する
ことなくなされることが可能であることは理解できよ
う。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の単一の超臨界流体抽出装置の全体を図
解的に示す図である。
【図2】図1の実施例に使用される抽出カートリッジを
分解して示す斜視図である。
【図3】図1の実施例に使用されるブリーチプラグ内で
クリップ止めされる図2の抽出カートリッジの正面図で
ある。
【図4】抽出カートリッジ、ブリーチプラグ、圧力容器
及び加熱ブロックの一部断面図である。
【図5】図1乃至4の二重系統の超臨界流体抽出装置の
主要な構成要素を示す正投影図であって、正面を表した
図である。
【図6】図5の超臨界流体抽出装置の平面図である。
【図7】図5の超臨界流体抽出装置の左側側面図であ
る。
【図8】図5の超臨界抽出装置の右側側面図である。
【図9】図5乃至8の超臨界抽出装置の右側側面図の一
部断面で一部を切断して示した図である。
【図10】適当に昇温された温度に臨界状態の要素を保
持するのを容易にするため絶縁体で金属キャビネットに
装着された図5乃至9の装置を一部切断して示した正面
図である。
【図11】図10の実施例を一部切断して示した平面図
である。
【図12】図10の実施例を一部切断して示した左側側
面図である。
【図13】図10の実施例の右側側面図である。
【図14】本発明の制御バルブのラベル表示を示す図1
乃至13の実施例のキャビネットの平面図である。
【図15】本発明の他の実施例であって、一連のサンプ
ルの自動抽出可能な装置の斜視図である。
【図16】図15の16−16線を通る断面図である。
【図17】図16の17−17線を通る断面図である。
【図18】図16の18−18線を通る断面図である。
【符号の説明】
10:超臨界流体抽出装置 12:ポンプ装置 14:バルブ装置 16:収集装置 18:圧力容器と流体抽出装置の組立体 22:加熱ブロック 24:圧力容器 26:カートリッジとプラグの組立体 30:抽出カートリッジ組立体 32:ブリーチプラグ 34:ノブ 42:入口取付具 44:洗浄バルブ取付具 46:抽出流体用取付具
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダニエル・ジーン・ジェームソン アメリカ合衆国ネブラスカ州68507,リン カーン,バルドウィン 7421 (72)発明者 ロビン・ランダル・ウィンター アメリカ合衆国ネブラスカ州68503,リン カーン,“ダブリュー“・ストリート 3801

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 抽出カートリッジ組立体(30)、洗浄
    流体バルブ(52)、サンプルの導入用のオリフィス手
    段、流体を流入させる第1のポート手段(42)及び流
    体を流出させる少なくとも第2のポート手段(44又は
    46)を有する圧力容器(24)を備えたサンプルの臨
    界超過流体抽出装置(10)であって、一連のサンプル
    (134)を圧力容器内へ自動的に注入しかつ次のサン
    プルを導入する前に各サンプルを抽出する臨界超過流体
    抽出装置。
  2. 【請求項2】 自動的に注入するためのサンプル注入手
    段(406)が、複数の抽出カートリッジ組立体(3
    0)を保持しかつ第1の位置に前記抽出カートリッジ組
    立体の一つを位置決めするサンプル交換手段(430)
    と、前記第1の位置から前記オリフィスを通り前記圧力
    容器(24)の内部まで前記カートリッジ組立体(3
    0)を移動させる移動手段(452)と、前記オリフィ
    スを耐圧封止して前記カートリッジ組立体(30)を圧
    力容器手段(24)の内部で封止する封止手段(55
    0,186)及び固定手段(614)とを備えているこ
    とを特徴とする請求項1記載の抽出装置。
  3. 【請求項3】 前記移動手段(452)は、前記抽出カ
    ートリッジ組立体の一つ及び前記圧力容器(24)を相
    互に対して垂直方向に移動させて前記圧力容器(24)
    の内側に前記抽出カートリッジ組立体(30)を位置決
    めするエレベータである、ことを特徴とする請求項2記
    載の抽出装置。
  4. 【請求項4】 前記オリフィスは、前記圧力容器(2
    4)の内側の底部又は頂部の一箇所に設けられており、
    前記第1の位置は前記オリフィス一列をなして位置決め
    され、そして前記エレベータ(452)は、前記第1の
    位置から前記オリフィスを通り前記圧力容器(24)の
    内部へと前記抽出カートリッジ組立体(30)移動する
    ように配置されていることを特徴とする請求項2又は3
    記載の抽出装置。
  5. 【請求項5】 封止作用が前記オリフィスと前記移動装
    置との協働により行われることを特徴とする請求項2な
    いし4のいずれかに記載の抽出装置。
  6. 【請求項6】 前記第1のポート手段及び第2のポート
    手段(42及び46)が、前記抽出カートリッジ組立体
    (30)の円部及び外部の双方に流体を分配する手段を
    備えていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれ
    かに記載の抽出装置。
  7. 【請求項7】 前記サンプルの抽出カートリッジ組立体
    (30)には各々に流体通路用の第1のカップリング手
    段(42)及び流体通路用の第2のカップリング手段
    (46)が備えられており、前記移動手段(452)に
    は前記第1のカップリング手段(42)と対になる第3
    のカップリング手段が備えられ、前記圧力容器(24)
    の内部には、前記第2のカップリング手段(46)と対
    になる第4のカップリング手段(44)が備えられ、そ
    れにより、流体が前記第3のカップリング手段及び前記
    第1のカップリング手段を介して前記抽出カートリッジ
    (30)に保持されたサンプル(134)をくまなく通
    り、そして前記第2のカップリング手段と前記第4のカ
    ップリング手段を介して直列に流動することを特徴とす
    る請求項2ないし6のいずれかに記載の抽出装置。
  8. 【請求項8】 一連のサンプル(134)が、内部、外
    部(52)、サンプル導入用オリフィス、流体流入用第
    1のポート(42)及び流体流出用の少なくとも一つの
    第2のポート(44又は46)を有する圧力容器(2
    4)の中に自動的に注入され、各サンプルは次のサンプ
    ルを導入する前に抽出されることを特徴とするサンプル
    臨界超過流体抽出方法。
  9. 【請求項9】 前記自動注入が、複数のサンプルを保持
    するカートリッジ(30)の内の全部ではないが少なく
    とも一つを第1の位置に位置決めすることと、前記少な
    くとも一つのカートリッジを前記第1の位置から前記オ
    リフィスを通り、前記圧力容器(24)の内部へ移動手
    段(452)により移動することと、前記少なくとも一
    つのカートリッジを圧力容器の内部に封止するように前
    記オリフィスを封止しかつ固定することとにより行われ
    ることを特徴とする請求項8記載の方法。
  10. 【請求項10】 前記オリフィスが前記移動手段(45
    2)の一部分で封止されることを特徴とする請求項9記
    載の方法。
  11. 【請求項11】 複数のサンプル(134)が複数のサ
    ンプルのカートリッジ(30)から抽出され、この場
    合、各サンプルのカートリッジは入口及び出口を有し、
    前記オリフィスが封止されかつ前記カートリッジが前記
    圧力容器(24)内にある時、前記圧力容器の流体入口
    用の第1のポート(42)が前記サンプルのカートリッ
    ジ(30)の入口に連結され、前記サンプルのカートリ
    ッジが前記圧力容器(24)内にある時、前記圧力容器
    の出口はサンプルのカートリッジの出口へ連結されるよ
    うにしたことを特徴とする請求項8ないし10のいずれ
    かに記載の方法。
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