JPH05506315A - クロマトグラフィ技術及び装置 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】

クロマトグラフィ技術及び装置 発明の背景 本発明は、クロマトグラフ及びクロマトグラフィ法に関するものである。 従来技術の二次元ガスクロマトグラフ 二次元ガスクロマトグラフィと称される一型式のガスクロマトグラフィ法におい て、第１及び第２のカラムは、該第２のカラムの入口ポートが該第１のカラムの 出口に連通ずる状態で直列に接続されている。試料は、第１のカラムの入口ポー トに注入され、キャリヤーガスにより該カラム内を経て運ばれる。試料は、第１ のカラムを通って運ばれる間に分離されて分布帯となる。第１のカラムからの試 料の一部、又は場合によっては、その幾つかの部分は、キャリヤーガスにより第 ２のカラムを経て運ばれ、ここで更にクロマトグラフィ分離が行われる。分離さ れた成分は、第２のカラムの出口近傍で検出される。 全体として、ハートカッティング法と称される従来型式の二次元ガスクロマトグ ラフィにおいて、第１及び第２のカラムは、２つの分離したカラムであり、蒸気 流が第２のカラムに入る前に該蒸気流が第１のカラムから分岐するのを許容し得 るようにその間に弁が設けられている。全体として、試料の成分を分離させるの に利用されるメカニズムは、２つのカラムにおいて同様である。従来技術の二次 元カラムを使用する場合、第１のカラムの出口ボートから溶出される試料の１又 は２以上の部分は、第２のカラムに分岐される。溶出した分布帯のステ。イス、 又は１又は幾つかの分布帯の全体は、第２のカラム内に注入され、該カラムで検 出前に更に分離される。 従来技術のハートカッティング法の二次元クロマトグラフィには、次のような幾 つかの欠点がある。即ち、（１）第１のカラムから溶出した分布帯の全てがクロ マトグラフィの第２のカラムに露呈されるとは限らないこと。（２）溶出した分 布帯の一部のみについて第２のクロマトグラフィ分析を行ったとき、感度が低下 すること。 （３）分岐弁、冷却流体の弁、低温トラップヒータの回路、及びカラムの相互接 続のため、従来技術の二次元クロマトグラフィは複雑となり、分析者に対する要 求が増すこと、及び（４）第２のカラム上でクロマトグラフィ分析に要する時間 は、第１のカラムで必要とされる時間に相当することである。第２のガスクロマ トグラフィの分析時間が長いことは、精々、幾つかの「／１−トカット」が第２ のカラムに流入するのを許容するだけである。第１のカラムからの試料の分布帯 の大部分は、該分布帯が第２のカラム内で交差しないよう他の何れかの箇所に分 岐させることができる。 従来技術の温度調整 温度調整として公知の別型式のガスクロマトグラフィ技術において、試料は、カ ラムの比較的低温部分に蓄積するのが許容され、該部分の外側は、電気的に接続 された細いヒータを担持し、次に試料は、加熱されて解放され、鋭い又は空間的 に小さい濃縮パルスを発生させる。 従来技術の温度調整において、カラムの上には、単一段の温度調整が採用される 。又、単一段式温度調整は、二次元ガスクロマトグラフィにも採用される。従来 技術の単一般式温度調整技術は、モジュレータの冷却時間中、一部の試料ガスが 調整されずに流動するのを許容するという欠点かある。 発明の概要 故に、本発明の１つの目的は、新規なりロマトグラフィ技術を提供することであ る。 本発明の別の目的は、新規なりロマトグラフを提供することである。 本発明の更に別の目的は、クロマトグラフ用の新規なインジェクタを提供するこ とである。 本発明の更に別の目的は、試料の成分を迅速に且つ感度良く分離するクロマトグ ラフを提供することである。 本発明の更に別の目的は、新規でコンパクト、低置なりロマトグラフを提供する ことである。 本発明の更に別の目的は、総合的な二次元クロマトグラフを提供することである 。 本発明の更に別の目的は、温度調整を利用し、直接的なオンラインによる総合的 な二次元クロマトグラフィを許容することである。 総合的な多次元ＧＣ構造体 本発明の上記及びその他の目的によれば、クロマトグラフィカラムは、相互に一 体に形成されるか、又は相互に当接関係に接続され、試料及び担体流が第１の部 分及び第２の部分を経て流動するのを許容するようにした、第１及び第２の部分 を備えている。該第２の部分は、第１の部分よりも速い。 該第２の部分は、第１の部分よりも迅速であり、そのことは、第２の部分のカラ ム上の最長の保持時間は、第１の部分のカラム上で行われるクロマトグラフィ分 離時間中、第１の部分のカラムから溶出するクロマトグラフィ分布帯の分離度に 対応し、又はその特性を示す時間間隔と同程度に短くし、又は該時間間隔よりも 更に短くすることも可能であることを意味する。 第２の部分が高速であることは、次のような第１及び第２の部分間の幾つかの構 造上及び作用上の相違点を組合せることにより実現することができる。即ち、（ １）第２の部分のカラムは、第１の部分のカラムよりも著しく小さい径とし、そ の結果、カラム効率及びキャリヤーガスの流速の増加に伴い、第２のカラムの速 度が増す。 （２）第２のカラムは、第１のカラムの出口及び第２のカラムの入口近傍でキャ リヤーガスを追加するため、第２のカラムのガス速度は、第１のカラムにおける よりも高速となる。（３）第２のカラム内の固定相の厚さは、とができる。（６ ）第２のカラムの固定相は、第１の力の試料及びキャリヤーガスは、第１及び第 ２のカラムの双方を経て流動する。 一夕付近に配置する。該第１のヒータは、第１のカラムの出口付近で第１のカラ ム又はその伸長部内に集められた試料を加熱し得るように配置され、第２のヒー タは、該第２のカラムの入口又はその伸長部付近に集められた試料を加熱し得る ように配置される。 この構成により、第１のヒータは、高温になり、試料を急激に放出し、次に、急 激に冷却し、再度、第１のカラムから試料を蓄積させ始める。ここで、第１の段 と称の鋭い波面を生成させる。全体的に、これら波面は、試端部が部分的に重な り合い、各調整段の温度をプロゲラとなるようにする。一方の管から他方の管に 熱を伝達し易くするため、流体は、コイル上を移動し、又グラファイトのような 熱伝導性材料をカラムのコイル上に付与す伝達を間隔のみで制御することに代え て、ループ間の熱別個にコーティングすることができる。 第１及び第２のカラムのヒータは、カラムの外側に付与した電気的抵抗性のある 導電性コーティングであることが望ましい。この導電性コーティングの抵抗率は 、付与される電流に関して選択し、適当な温度変化又は変化率を提供し得るよう にする。抵抗率は、カラムの上の抵抗性外側コーティングの厚さ及び／又は組成 を変化させることにより便宜に調整することが可能である。 一方又は双方のカラムは、時間を関数として導電性コーティングに付与される電 位を変化させることにより、温度プログラム化が可能である。更に、導電性コー ティングは、異なる位置における電流に対する異なる抵抗率又は抵抗率勾配を備 え、カラム又はキャピラリー通路が配置される領域を横断する連続的又はほぼス テップ状の温度勾配の何れかを提供する。一方又は双方のカラムの縦軸線は、傾 斜し、又はある場所では一部が平行で他の部分が傾斜した熱勾配領域に対しほぼ 平行な方向に向けて温度勾配領域を横断することができる。 作用時、試料は、第１のカラムの入口端に連通するインジェクタ手段を通じて第 １のカラム内に注入される。 試料は、固体又は液体の形態でインジェクタ手段内に注入し、ガスによりカラム 内に運ばれる前に蒸発させることができる。又、試料はベーパ又はガスとして注 入してもよい。これと選択的に、カラム全体に負圧を作用させ、ベーパ又はガス がカラム内に吸引されるようにしてもよい。かかる形態は、カラムの入口付近で 温度調整することと相まって、有機物ベーパの汚染物質、又はベーパが蒸発する 粉末コーヒーの容器のようなコンテナ内のヘッドスペースを分析するために試験 される室内の雰囲気の検出に利用することができる。 試料が別のガス又はベーパで希釈される状況下にて、該試料は、所定の感度を達 成するのに必要な限り、第１のカラムの入口のより低温部分に蓄積させ、次に、 二次元ＧＣ分析のため、より鋭い波面にて放出させることができる。 総合的な二次元ガスクロマトグラフにおいて、はぼ全ての試料は、一連の分布帯 内で蓄積され、時間をかけて分離されるが、第１のカラムの出口端に実質的に重 なり合うことはない。試料の総合的な処理を許容するため、試料は、一連の鋭い 順序的なピークとしてその出口端付近にて第１のカラムの壁から第２のカラム内 に放出され、ここで、分布帯との予想しない交差が最小の状態で、更なる分離度 を実現するのに十分な速度で更なる高速のガスクロマトグラフィ分析が行われる 。試料は、第１のカラムの第１のモジュレータ段の端部から熱により放出し、次 に、ある実施例では、キャリヤーガスの流速がより速い第２のカラムの第２のモ ジュール段の開始部分に集められ、次に、該試料は、第２のモジュレータ段から 鋭いピークとして放出されて、第２のカラムの入口端付近でより速いガスとなり 、第２のカラムに沿って更に分離され、又、第２のカラムの出口端にて分布帯と して検出され、又は集められる。 上記の説明から、本発明の方法及び装置は、従来技術の二次元ガスクロマトグラ フィに優る幾つかの利点を備えることを理解することができる。その利点は、例 えば、（１）小型、コンパクトで且つ低置であること。（２）極めて希釈したベ ーパ及びガスを試料採取することができ、大気中又は小型の容器内での試料採取 に利用することができること。（３）高速の温度プログラミング、温度勾配の作 用、及びガス流量のプログラミングが可能であるから、より小さい寸法で且つ短 時間でより優れた感度及び分離度を実現できること。（４）単一カラム式ガスク ロマトグラフ、即ち、従来技術の二次元ガスクロマトグラフと比較して、第１及 び第２の保持時間の独立性、又は直交性を著しく向上させ、又単位時間当りのピ ーク容量が著しく向上することである。 て以下の詳細な説明を読むことにより、一層良く理解されよう。 図１は、本発明によるクロマトグラフのブロック図である。 図２は、本発明による二次元ガスクロマトグラフのブロック図である。 図３は、インジェクタの概略図である。 図４は、図１のクロマトグラフの一部切欠き且つ分解図として簡略化した斜視図 である。 図５は、一部切欠いた第１図のクロマトグラフ装置の別の斜視図である。 図６は、図５の一部の斜視図である。 図７は、加熱するときに使用される接続具と共にクロマトグラフカラムの一部の 第１の実施例の概略図である。 図８は、図１の実施例に使用される電気的接続具の簡略化した断面図である。 図９は、図１のクロマトグラフの一部を形成するのに使用される装置のブロック 図である。 図１０は、図１のクロマトグラフィ装置の一部を形成するのに使用される装置の 別のブロック図である。 一般的に、この方法において、第１の部分のクロマトグラム中、多数の第２の部 分のクロマトグラムが生成される。クロマトグラフィデータは、第１のカラムの 保持パラメータが１つの軸線を含み、第２のカラムの保持パラメータが第２の軸 線を含み、信号増幅が第３の軸線を含む、三次元的方法で表示することができる 。 図１を参照すると、試料インジェクタ１２と、キャリヤーガス１３の源と、カラ ム装置１４と、検出器１６と、ディスプレイ１８とを備えるガスクロマトグラフ ィ装置１０のブロック図が示しである。該クロマトグラフィヵラム装置１４は、 直列に接続された２つの部分１４Ａ１１４Ｂを備え、該部分１４Ｂの入口端が部 分１４Ａの出口端に連通し、該端部からキャリヤーガス及び試料を受け取る。こ れら部分１４Ａ、１４Ｂは、連続的に及び同一の試料及びキャリヤーガスを受け 取ると共に、クロマトグラフィ作用の一部である２つのカラムと見なすことがで きる。 カラム装置１４は、一実施例において、送り管２０と、第１の二段式温度モジュ レータ２２と、第１のクロマトグラフィカラム２４と、第２の二段式温度モジュ レータ２６と、第２のクロマトグラフィカラム２８とを備えている。送り管２０ ．第１の二段式温度モジュレータ及び第１のカラム２４は、第１の部分１４Ａの 一部である。 第２の二段式温度モジュレータ２６及び第２のカラム２８は、第２の部分１４Ｂ の一部である。 クロマトグラフとして機能するためには、インジェクタ１２は、試料を受け取り 、キャリヤーガス源１３及びカラム装置１４の入口ポートに連通し、キャリヤー ガス源１３により部分１４Ａに沿って第１の速度で動くように試料を注入し、次 に、試料は、より速い速度であることが望ましいが、必ずしもそうである必要は ない速度で検出器１６に向けて部分１４Ｂを経て流動する。検出器１６は、分布 帯を検出し、試料の分離したピークをスクリーン、プリント等に表示する。第２ の部分１４Ｂは、第１の部分１４Ａよりも保持時間が短い。 一部の試料の場合、極性の内側コーティングは、無極性の内側コーティングより も長時間、試料を保持する。 このため、ある実施例において、第１の部分１４Ａは、無極性の内側コーティン グを備える一方、第２の部分１４Ｂは極性の内側コーティングを備え、その結果 、第１の部分１４Ａは、主として、パンデルウオール力により分離され、第２の カラム１４Ｂは試料とカラムの内側コーティングとの間のパンデルウオールカニ 電極、誘導二重極、水素結合又はその他の力により分離される。 インジェクタ１２、キャリヤーガス源１３、検出器１６及びディスプレイ１８は 、従来型式であり、当該技術分野で周知の型式とすることができる。該クロマト グラフィ装置１０は、十分な感度であり、インジェクタ１２は、キャリヤーガス により駆動される単なる開口部と、極めて希釈したガスを大気中、ガスがその内 部を移動する閉じた容器のヘッドスペース等から採取し、しかも良好な結果が得 られるものである。このように、該装置は、自動車からのベーパ、又は容器内の 液体から放出されたベーパのその入力に吸引することにより、目動車内のアルコ ールベーパを検出し、又は尿から薬物等を検出することができる。 第１の部分１４Ａと第２の部分１４Ｂとの保持時間の差は、以下のような多数の ７アクタ単独で又はそれらを組み合わせて制御される。即ち、（１）２つの部分 の固定相の型式、（２）単位長さ当りの容積がキャリヤーガスの速度に影響を与 えるため、各カラムの単位長さ当りの容積、（３）各部分が温度プログラム化さ れる程度、（４）空間的に負の温度勾配領域が存在し、カラム部分がこの温度領 域を横断することである。 第２の部分を迅速にする１つの手段は、第２のカラムの長さを１０ｃｍ乃至２０ ０ｃｍ程度に短くすることである。かかる短いカラムで十分な分離度を実現する ためには、短いカラムの入口に、鋭い濃縮波面、鋭い濃縮パルス、又は一連の鋭 い波面及びパルスを導入することを要する。かかる鋭い波面、又はパルスを導入 する時間間隔は正確に把握し、短い第２のカラムから該カラムの出口付近に配置 された検出器に溶出する化合物の保持時間を測定するための基準となる時間値を 設定し得るようにする必要がある。鋭い濃縮パルス又は波面は、以下、「波面」 と称する。これは、周知のフーリエ分解法により、波面又はパルスは、波、濃縮 波又はその双方の重ね合わさりと見なすことができるからである。 クロマトグラフィカラム装置１４内の２つの部分１４Ａ、１４Ｂが第１図に図示 されているが、任意の数の部分を利用して感度及び分離度を顕著に向上させるこ とが可能である。これら２つの部分は、一体に形成し、又は別個に形成し、突き 合わせ継手により接続することができる。図１の実施例の第１及び第２の部分間 に分岐弁が存在しないことは、第１の部分からの全ての溶出液が第２の部分を横 断することを意味する。 図１の送り管２０は、護管が連通ずるインジェクタ１２からキャリヤーガス及び 試料を受け取り、ガス及び試料が第１の二段式温度モジュレータ２２の入口に流 入するのを許容する。第１の二段式温度モジュレータ２２の入口は、送り管２０ の出口に連通し、該出口から試料を受け取り、試料が二段式モジュレータの第１ の弁の壁に集められるようにする。集められた試料は、鋭い波面により第１の二 段式温度モジュレータ２２の第２の段に注入され、ここで、試料は、再度集めら れ、望ましいが必ずしもそうする必要はないより速い速度で且つより短い時間内 に第１のカラム２４内に周期的に注入される。この目的上、第１の二段式温度モ ジュレータ２２の出口は、カラム２４の入口に連通している。 好適な実施例において、一部のカラムの加熱手段、モジュレータ及び送り管は、 適当な長さのキャピラリーカラム上に付与された抵抗性導電性コーティング、即 ち、「抵抗性コーティング」である。該カラムは、個々の電源に電気的に接続し 、送り管、温度モジュレータの段又はカラムの分離され且つ絶縁したコーティン グを個々に加熱し得るように配置される。該抵抗性コーティングは、導電性壁又 は外側シースを備える型式の市販のカラムの一部とすることができ、例えば、公 知のアルミニウムクラッド溶融シリカキャピラリーカラムのようなものを採用す ることができ、又、導電性部分の間に絶縁体を備えることが望ましいが、必ずし もそうする必要はない。 本明細書における「抵抗性コーティング」又は「抵抗性−導電性コーティング」 、或いは、一部の説明箇所における「導電性コーティング」という語は、送り管 、温度モジュレータ又はクロマトグラ７カラム上のコーティング又は導電性クラ ッドを意味するものとし、該コーティング又はクラッドは、十分に導電性であり 、送り管、温度モジュレータ、クロマトグラフィカラム、又はクロマトグラフィ 装置のその他の重要な部品を損傷させないような電圧の電流がコーティング又は クラッドを通って流れるのを許容するものを意味するものとする。又、上記コー ティング又はクラッドは、送り管、温度モジュレータ又はクロマトグラフカラム の温度を少なくとも２０℃／分の速度で上昇させることのできる熱を発生させる のに十分な抵抗性を備えている。 好適な二段式モジュレータにて、適所に配置された薄い金層は、抵抗性コーティ ングとして使用されてきた。 このコーティングの抵抗値は、カラム長さｃｍ当り１０Ω乃至カラム長さｃｍ当 り１９９Ωの単位であり、望ましくは、５０Ωである。一般に加熱用に選択され る電圧は、２４０ＶＤ−Ｃ１よりも高圧テハなく且ッ１ｖＤ、Ｃ８よりも低圧で はない。好適な実施例において、４０Ｖといった低圧の直流電圧が使用される。 全体として、市販のアルミニウムクラッド溶融シリコン開管式のキャピラリーを 使用することができ、オーストラリア国、リングウッドのＳＧＥ、及び米国、コ ネチカット州、ニューへブンのクワドレックス・コーポレーション（Ｑｕａｄｒ ｅｘ　Ｃｏｒｐｏｒａｔ　１ｏｎ）から販売されているよ又は電気的構成要素間 の接続部に使用される「導電性トレース」又は「導電体」という語は、その主た る目的が加熱ではなく、電圧を送ることであるため、コスト的に有利である最小 抵抗値の通常のプリント回路の導電体を意味するものとする。ある状況の場合、 加熱効果を組み合わせ、及び電気的接続部で形成するために、「抵抗性トレース 」を使用することもできる。これは、電気的接続部の温度をカラムの温度に適合 させ、導線又は導電性トレースに熱を伝えることによりカラムの局部的、即ち、 スポット的な冷却を回避することができる。 送り管の構造 送り管２０及び第１の部分１４Ａの他の部分は、別個の管を使用することもでき るが、単一の開放した管状キャピラリーにて形成される。該送り管２０は、通常 、極性又は無極性基板で内側がコーティングされている、即ち、該内面は不活性 にされている。線は別個に制御される加熱手段を外側に備えて配置され、又は位 置決めされ、その少くとも一部は、第１の二段式温度モジュレータ２２及び第１ のカラム２４に対しヒータから物理的に分離性コーティング３０Ａに電気的に接 続された導電体３０を備えている。該コーティングは、より短い長さに亘って伸 長させることも可能であるが、送り管のほぼ全長に亘って伸長している。該コー ティングは、インジェクタ１２付近又はインジェクタ内部の箇所４６Ａにて接地 されるが、第１の二段式温度モジュレータ２２に隣接するその端部にて抵抗性ト レース３０Ｂ及び導電体３０を介して電気的に電源に接続される。しかし、これ ら接続部の目的は、送り管の温度を制御することであるから、これら接続部は逆 に配置してもよい。 二段式温度モジュレータの構造 本発明の１つの構成要素は、管内を流動するガス流中に濃縮パルスを発生させる 。該構成要素は、１本の管からなっており、ガス流により運ばれたある物質があ る護管の内部に、ある時間、保持され、次に、距離が短く且つ持続時間の短い濃 縮パルスとして放出される。これは、１本の管の第１の部分は、保持された物質 を比較的低温度で蓄積され、該物質を１本の管の第２の部分に解放する機構によ り実現される。これら物質は、加熱したとき、長さの短い濃縮パルスとして解放 される。護管の第２の部分は、長さの短い濃縮パルスを保持する一方、第１の部 分は、物質を再度、保持するのに十分、冷却する。加熱すると、第２の部分は、 その短い濃縮パルスを加速させ、該パルスは急速に移動し、持続時間が短くなる 。 １本の管の第１の部分は、選択的に、物質を蓄積させ且つ濃縮パルスを小さくす るため、２以上の段を備えることができる。護管は、その内側に吸収性固定相を 有し、その外側に導電性層を有することができる。これと選択的に、外壁は、導 電性とすることが可能である。 上記の説明に従い、第１の二段式モジュレータ２２は、各々、それ自体が接地接 続部を有し、各々、他方から絶縁された２つの別個のヒータを備えている。図１ の実施例において、これら２つのヒータは、キャピラリーカラム装置１４の外壁 に付与された導電性の抵抗性コーティングであり、各コーティングの一端は抵抗 性トレースにより制御された電源に電気的に接続される一方、その他端は別の抵 抗性トレースにより接地され、その温度調整を可能にする。第１のコーティング は、箇所３２にて電気的に接続され且つ箇所４６Ｂにて接地され、第２のコーテ ィングは、箇所３４にて電気的に接続され且つ箇所４６Ｃにて接地されている。 第１のコーティング及び電気的接点は、送り管２０に隣接し、又は望ましくは該 送り管２０に重なり合い（但し、絶縁され）、第２のコーティング及び導電体は 、第１のカラム２４に隣接し、又は望ましくは、該カラムに重なり合う（但し、 絶縁される）ようにする。 以下に、ヒータのかかる組み合わせは、「オンカラム二段式温度モジュレータ」 、「二段式モジュレータ」、「温度モジュレータ」又は単に「モジュレータ」と 称する。二段式モジュレータの第１の加熱部分は、「第１の段」と称する。二段 式モジュレータの第２の加熱部分は、「第２の段」と称する。 単一段、二段又は多段式温度モジュレータは、総合的な二次元ガスクロマトグラ フの第１及び第２の部分間に鋭い波面を提供する一方、クロマトグラフ装置内の 何れの箇所にも有利に採用することができる。例えばカラム上の温度モジュレー タを使用し、第１のカラム開始部分に周期的又は反復的な鋭い濃縮パルス又は波 面を形成することができる。このように、ヘッドスペースを分析するときのよう に、連続的に流入する試料流を調整し、又は第１のカラムに連通する従来のイン ジェクタからの試料パルスを予め濃縮し、第１のカラムの分離度を向上させるこ とが可能となる。 有する温度モジュレータの第１の段は、冷却され、その内側を通って送り管２０ から流動する試料を集める。適当な試料採取時間の後、二段式温度モジュレータ の第１の段は加熱する一方、導電体３４及び接地接続部４６Ｃにより制御される 第２の段は冷却させ、鋭い波面が第１の段で発生され、第２の段はより低温であ るため、該第２の段に送られ、波面は第２の段に内側に集まる。次に、第１の段 を冷却し且つ第２の段を加熱し、第２の段が試料を鋭い波面状態で（濃縮試料） 、第１のカラム２４内解放する間、試料は再度、第１の段にて集められる。 この構成及び時間順序により、試料成分は、比較的希釈されたベーパ又はガスと して、長時間の試料採取中、部屋の雰囲気等のようなインジェクタ１２から受け 取ることができ、しかも、十分に濃縮され、十分なりロマトグラフィ分離度（狭 小な注入分布帯）及び感度を提供し、試料中の成分を識別することができる。他 方、送り管２０及び第１の二段式温度モジュレータ２２は省略し、インジェクタ １２が試料及びキャリヤーガスを第１のカラム２４に直接、付与し得るようにす ることもできる。これと選択的に、更に大きい濃縮効果を実現し、又は大きい試 料を集めるため、更なる調整段が設けられる。 １つの作動モードにおいて、第２のモジュレータ段は、第１のモジュレータから 分布帯又は分布帯の一部を濃縮させて狭いピークとし、次のクロマトグラフィカ ラムに関して得られる分離度及び感度を向上させることができる。このモードに て、第１及び第２の段は、同期化させた電流パルスにより順次、加熱する。第１ の段は、比較的長時間に亘り、比較的大きい体積のキャリヤー流体から保持され た物質を集める。２つの分布帯の対ではなく、１つの分布帯全体、又はその一部 を蓄積させることが望ましい。これと選択的に、所望であれば、分布帯の群を蓄 積させることも可能である。単一の分布帯を多数の「スライス」に分割するのも 効果的であり、これらスライスの全ては、第２の高速のクロマトグラフィ部分内 で分析される。 図１に示した実施例において、電流パルスは、モジュレータ２２の第１のモジュ レータ段に付与され、保持された物質をキャリヤー流体中に解放し、これら物質 のモジュレータ２２の第２の股上に流動するのを許容する。 部に達し、カラム２４の入口付近になるまで、キャリヤー流体の速度とほぼ等し い速度で移動する。 この作用モードにより第１の二段式モジュレータ２２端部における質量分光計の ような別の計測器に試料を供及び５乃至１００ピコリツトルの容積を備えること ができる。第２のカラムは、十分に急速であり、別のピーク、又はピーク部分が その導入モジュレータの第２の段から第２のカラムに導入される前に、その導入 モジュレータの第２の段から導入されたピークの構成要素を分解し得るようにし なければならない。 これと選択的に、温度モジュレータを使用し、従来のガスクロマトグラフに単独 で使用されるガスクロマトグラフィカラム、又は二次元ガスクロマトグラフの第 ２のカラムの出力流を調整し、フーリエ変換、イオン捕獲又はタイムオブフライ ト質量分光計のようなパルス式、又は同期化検出器にて試料の濃縮パルスの到着 を同期化させることができる。パルス式インテグレータ、相ロックループ等を使 用するためには、かかる同期化が必要である。第１のカラムの入口、第１及び第 ２のカラムの接続部付近、及び恐らく二次元にガスクロマトグラフの第２のカラ ムの出口付近にて、カラム上の温度モジュレータを組み合わせて使用することが できる。 総合的二次元ＧＣカラム構造体 構造的に、本発明の総合的な多次元ガスクロマトグラフは、次の１又は２以上を 備えている。即ち、（１）第１の固定相のクロマトグラム時間中、第２の固定相 が第１の固定相から放出される各種の試料物質の多数のクロマトグラムを発生さ せるように直列に接続され且つ化学的に異なる２つの固定相、（２）カラム内で 直列に配置され且つ化学的に異なる２つの固定相を含む１つのカラム、又は（３ ）化学的に均一な１つの固定相を含むが、このカラムの第１の部分のクロマトグ ラム時間中、このカラムの第２の部分がこのカラムの第１の部分から放出される 各種の試料物質の多数のクロマトグラムを生成させる１つのカラムである。カラ ムの２つの部分間の保持メカニズムの相違は、１つのカラムの２つの部分の環境 が異なることによる。該環境の相違は、温度差、温度プログラムの差、付与され る電磁放射線の強度、又は波長の差、或いはこれらの組み合わせに起因するもの である。 この構造体において、第１のクロマトグラフィ分離部分から放出される試料物質 は、第２のクロマトグラフィ分離部分に向けられる。かかる物質のほぼ全ての量 の試料は、第２の部分に向けられ、クロマトグラフィ分離が行われる。第１のク ロマトグラフィ分離部分から出る試料物質は、カラム上の二段式温度モジュレー タにより、第２のクロマトグラフィ分離部分に入力することができる。試料物質 はカラム上の二段式温度モジュレータにより、第１のクロマトグラフィ分離部分 に入力することができる。 距離による保持勾配は、二次元ガスクロマトグラフの２つの固定相の一方、又は 双方に沿って付与することができる。該距離の保持勾配は、温度勾配、又は１又 は２以上の固定相のフィルム厚さの勾配により形成される。 ２つのクロマトグラフィ分離部分間の接続部付近に追加の検出器を配置すること ができる。該追加の検出器は、非破壊型であり、試料物質が第２のクロマトグラ フィ分離部分に流動するのを許容するものであることを要する。 これと選択的に、第２の検出器は、試料を破壊する型式のものとし、第２のクロ マトグラフィ分離部分に入る試料流から分離された流れに作用させることができ る。この追加の検出器からの信号を利用し、第２のクロマトグラフィ分離部分に 付与される調整パルスのタイミングの設定を支援することができる。これに代え て、該追加の検出器は、第２のクロマトグラフィ分離部分への途中に配置し、こ の検出器からの信号を使用し、カラム温度又は流量を調整し、二次元クロマトグ ラムの直交度を最大にするようにしてもよい。 第２のクロマトグラフィ分離部分の速度が等しい場合、二次元クロマトグラムは 、装置の応答を非渦巻き型に戻し、一対の直交度調整信号にすることで計算され 、該調整信号は、各クロマトグラフィ分離部分の頂部付近で試料流に付与される 。 カラム装置の第１及び第２の部分を構成するとき、これら部分を別個に絞り成形 して各々、異なる寸法とし、−次に管又は密封フェルールを有する突合わせ接続 部により突合わせ端の上に接続する第１の方法を採用することができる。第２の 方法において、これら部分は、第１及び第２のカラム又は部分の内径寸法が異な る１本の連続的な管として絞り成形することができる。径の相違は、絞り成形速 度に差を持たせ、又は、加熱したが狭小なダイを通じて別個の絞り成形工程で第 １のカラム又は部分の一部を絞り成形し、第１のカラムより小径の第２カラムを 形成し、又はその逆を行うことにより実現される。 第３の方法は、第２のカラムの内側に第１の固定相と異なる固定相を被覆するこ とにより、一定の径の連続的な管にて２つのカラム又は部分を形成し、管の内側 、特に、第１の固定相から第２の相への移行領域に空隙が全く存在しないように する段階を含む。第４の方法において、２つのカラムは、単−又は多段とするこ とのできるカラム上のモジュレータをキャピラリーの外側に固定することにより 、その内面に一型式の固定相のみが被覆された単一の連続的なキャピラリーから 形成することができる。 該モジュレータは、第１のカラムの端部及び第２のカラムの開始部分を画成する 。第５の方法において、別個のカラムは、「逆関数スプリット」接続部により相 互に接続し、該接続により、第１のカラムから溶出する流れにキャリヤーガスを 追加し、その追加のキャリヤーガスと共に試料を第１のカラムから第２のカラム に実質的に損失ゼロで送ることができる。 上述の第１、第２及び第５の実施例において、第２のカラム内のキャリヤーガス の速度は、第１のカラム内のキャリヤーガスの速度よりも速くすることができる 。第３及び第４の実施例において、キャリヤーガス速度は、両力ラムで等しくす る。短い第２のカラムを使用し、又は時間的な温度プログラムと組み合わせて、 軸方向に負の温度勾配を設定するようなその他の手段を単独で又は組み合わせて 採用し、第２のカラム内における試料の分離速度を促進することができる。 温度制御手段 二次元ガスクロマトグラフの第１及び第２のカラムは、温度プログラム化可能で ある単一のオーブン、又は独立的に温度プログラム化可能である別個のオーブン 内に共に配置することができる。しかし、第１及び第２のカラムを加熱する選択 可能な別の手段として、次のものがある。即ち、（１）カラムの外側に付与され た電気抵抗性導電性コーティング、（２）キャピラリーカラムがその上に取り付 けられた薄い支持体に熱接触する外部ヒータ、（３）キャピラリー溝が埋め込ま れたウェハ構造体に熱接触する外部ヒータ、（４）キャピラリー取り付は構造体 と外部ヒータとの間の熱交換手段、又は、（５）１又は両方のカラムに適用され る温度勾配手段であって、適当な温度プログラムと組み合わさり、一方又は双方 のカラム又はキャピラリー溝の速度を増すために採用可能である有利な収束効果 を作用させる温度勾配手段である。 再度、図１を参照すると、第１のカラム２４は、単一の導電体３６及び接地４６ Ｄにより制御される単一の加熱可能なコーティングを備えている。しかし、多数 の部分を使用し、所望であれば更なる温度プログラム化が可能である。更に、抵 抗率はその長さに沿って変化させ、例えば、カラムの長さに沿った導電性コーテ ィングの厚さ又は組成を変化させる等により、温度勾配を形成することができる 。この構成により、温度はカラム内で増減させ、時間に対する温度を設定し、又 その前の部分及びその後の部分に対する異なる空間的（長手方向）温度又は温度 勾配を設定することができる。 試料の成分を更に分解させるため、第２の部分１４Ｂは、保持時間が更に短く、 通常、径が小さく且つ長さも短く、一般に、異なる内側コーティングを備えるが 、同一のコーティングを備えるようにしてもよい。第２の部分１４Ｂの保持時間 の範囲は、第１の部分１４Ａの分布帯の持続時間（ピーク幅）の１／３乃至１１ ５、又はこれ以下であるようにすることが望ましいが、第１の部分１４Ａの分布 帯の持続時間（ピーク幅）よりも数倍長くすることも可能である。第２の部分１ ４Ｂは、第２の二段式温度モジュレータ２６及び第２のカラム上の温度制御可能 な外側コーティングを備えている。後者のコーティングは、より短い第２のカラ ム２８上の温度勾配を制御し、又は制御可能であるようにすることも出来るが、 キャピラリーカラム上に抵抗性コーティングを付与せずに、各々、異なる温度で カラムの一部を制御する別個の外部ヒータ又はオーブンを使用して温度勾配を制 御し、又はカラムの部分を加熱するようにしてもよい。 第２の二段式モジュレータ２６は、その入口にて第１のカラム２４の出口から試 料を受取り、該試料をその出口から第２のカラム２８に送る。二段式温度モジュ レーも低温度となり、モジュレータの内面に置かれた試料を面として第２のカラ ム２８内に放出し、第２のカラム２り濃縮され、保持時間がより短くより速いカ ラムを通つき、それは、低温から高温にし、又低温に戻す一連の調整により、試 料を濃縮することで鋭い試料の分布帯が得られ、故に、カラムに沿って熱勾配を プログラム化し、又はプログラム化せずに、第２のカラムに十分な分離度を付与 することが可能となる。 ロマトグラフの一実施例１０Ａのブロック図が示しである。図２の実施例におい て、キャリヤーガス源１３、インジェクタ１２、カラム装置１４、検出器１６及 びディスプレイ１８は、図１のそれと同様であり、図示するよマイクロプロセッ サ装置７０を介して電気的に接続され、内の導電体に電気的に接続され、これら 導電体は、図１と同一の符号で示しであるが、第２の部分１４Ｂに対するものと 同様の符号３６Ａ、３６Ｂで示すような複数の追加のコーティング及び導電体が 設けられている。又、三段式又は四段式モジュレータ等を提供するため、更なる モジュレータを設けることも可能である。 これら機構により、プログラマ７２は、スイッチの接続及び接続解除を行い、又 、ドライバ７６を制御してコーティングに電力を付与する。プログラム化した運 転が可能であり、温度は、コーティングを装置内で移動させることにより設定し 、又その結果を測定し、装置を定格に設定し、ある温度に達するような電位及び 作用時間に設定する。又、所望であれば、これらを装置を通じて移動させること により、試料の全分布帯を分解し、表示される結果をプログラマ７２と相関させ 、加熱に適した値及び最大の感度、最大の分離度及び最大のピーク容量が得られ る信号を集め且つ放出するのに適正な時間を設定する。 ある状況のとき、キャリヤーガスの速度は、分離度又は感度が向上するように調 整することができる。この目的上、２つの部分は、これら部分を分離する排気キ ャリヤーガス源１９を備えることができ、該ガス源１９は開放し、更なるキャリ ヤーガスを第３の部分に供給し、部分１４Ｃを通るキャリヤーガスの線速度を増 すことができる。これと選択的に、一部のキャリヤーガスは、通気し又は排気し 、次の部分内のキャリヤーガスの速度を遅くすることもできる。 該クロマトグラフは、尿の試料中のコカイン、又は自動車の雰囲気中のアルコー ルのような特定の成分を検出し得るように、有利に最適化することができる。こ の目的のためにカラムを構成する場合、設計者は、事前に、尿、又は自動車の雰 囲気の試料中の通常の成分、又、設計者が検出することを欲する物質の特性を把 握しておく。 これを基にして、最適な機能を得るための多数の条件又は部分を選択することが できる。 工場にて、カラムの温度は既知の試料を使用して測定することができ、この温度 はプログラマの記憶装置内で時間及び電位と相関させることができ、この結果、 更に使用するために、コーティング温度を測定し、その温度をカラムの温度と相 関させることが不要となる。勿論、既知の試料を使用して温度変化に関するデー タを得ることに加え、温度反応型センサを使用し、又は抵抗性コーティングの抵 抗率の変化を利用して温度を測定することも可能である。 温度勾配の利用 図１を参照すると、ある状況のとき、カラムに沿った温度勾配を形成し、設定し 且っ／又は制御することにより、カラム２８に沿った感度及び分離度を向上させ ることができる。空間的な温度勾配は負であり、カラムに沿った時間に対してプ ログラム化することが望ましい。カラムに沿った温度は、制御し、多数の移動す る特徴的な温度領域を形成する。本明細書において、「特徴的温度」とは、負の 温度勾配に関係する熱収束効果が構成要素の分布帯の広がりをほぼ平衡させる温 度を意味するものとする。例えば、温度がカラム２８の出口端に向けて低下する 場合、クロマトグラフィ分布帯は、各分布帯の後部が前面よりも速く移動するた めに圧縮され、その圧縮が分布帯の広がりと均衡するまで移動を続ける。 各種の勾配は、次の段階又は次の段階の組み合わせにより得ることができる。（ １）特に、電流を変化させ、時間的な温度勾配及びコーティング内に等吸付けた 抵抗性を形成し、カラムの軸線に沿った発熱を変化させる場合、電流を抵抗性コ ーティングを通じて送る段階、（２）カラムの巻いたループのピッチを変化させ 、巻き部分の１つの部分から他の部分への熱伝達を変化させること、（３）ガス の流れをループ状カラムの上方で長手方向に向け、出口端から入口まで熱を移動 させること、（４）抵抗性コーティングの幾つかの絶縁部分を空間的及び／又は 時間的にプログラム化した順序で独立的に加熱することである。 時間の経過に伴う所定箇所における温度変化、及び任意の一時点におけるカラム の縦軸線に沿った温度変化である２つの勾配は、共に移動する温度プロファイル を形成する。ある形態の場合、特別な温度は、これら２つの勾配の比により設定 される速度でカラムに沿って下方に伝播する。分離すべき試料内の各物質は固定 相との物質の化学的相互作用の平衡定数により設定される特別な温度で濃縮され 、その状態は２つの勾配の比（該比は、カラムに沿って移動する距離と共に変化 する）及びカラムに沿ったキャリヤーガスの線速度により決まる。移動する温度 プロファイルは、各物質をカラムに沿って装置１４の端部の検出器１６まで運ぶ 。 かかる設計において、第１の部分１４Ａは、検査する成分を含む１つの分布帯を 第１の部分１４Ａの端部まで通常、急速に動かす時間、温度及び空間的勾配を備 えるように選択され、該端部にて、成分は濃縮されて狭い波面となり、望ましく は、第２の部分１４Ｂの下方により速く動き、該部分１４Ｂは、異なる固定相の 化学的特性を有し、該成分を更に分離する。第２の部分１４Ｂは、試料分布帯を 可能な限り迅速に端部まで動かし、更に分離させ得るように設計されている。該 分布帯は、第３の部分１４Ｃ内におけるように更なる濃縮及び分離段階に露呈さ れ、可能な限り短時間で、検査する成分を示すピーク及び全体としてその量に対 応する最大の感度及び分離度が得られるようにすることができる。 全体として、部分１４Ａの入口ポートから放出ボートの下流部分へ試料をガスク ロマトグラフィ分析する場合、温度制御手段がカラム２４と熱伝達関係に設けら れ、該温度制御手段は、カラム２４の選択された位置を加熱し、又は冷却し得る ようにしである。ステップ状、個々、連続的、曲線状、直線状の負の温度勾配、 正の温度勾配又はその組み合わせをカラム２４に沿って設け、又、それを温度制 御して時間的に変化させることもできる。熱は、接触型電気加熱手段により付与 することが望ましい。 カラム１４の溶出ポートの温度は、分析中、常に入口ポートの温度より低く維持 し、試料がカラム１４に沿って下流方向に移動するとき、この試料をより低温度 、又はその他の任意の温度勾配に連続的に露呈させることができる。しかし、分 析の終了時に溶出ポートの温度は上昇させることができる。温度制御手段は、少 くとも約０゜５℃／秒の変化をカラム１４に伝達することができる。 分析の終了時に、カラム１４の温度は溶出ポートにて上昇させ、試料がカラム１ ４から溶出し、装置の他の部分の温度が再設定される間は高温に維持し、又はそ れ自体の温度を再設定することができる。 一実施例において、該勾配は、螺旋状に巻いたカラムのループ間の熱伝達を制御 し、又は異なるループを別個に加熱することにより得られ、又該勾配は、ノズル １１７（図４）により螺旋状の一端付近に導入し、符号１１９（図４）で示すよ うな別のノズルにより吸引された冷却ガスにて形成し、該ガスがカラム１４（図 ５）の上方を通過するようにすることができる。この流体は、室温のような任意 の温度とし、又ある用途の場合、約１００℃以下にする必要がある。管状クロマ トグラフィカラムが開放した状態にあるそのモードで作動させたとき、該カラム の下流端は、分析中、終了時点を除いて、上流部分より低温に維持される。この メカニズムを利用して、温度制御プログラマの制御の下、負の温度勾配を提供す ることができる。 機能の最適化のため、幾つかのファクタの任意のファクタを制御することができ る。これらファクタは、分析時間、分離度及び感度の最良の組み合わせが得られ るように選択される。しかし、各クラムの長さは、検査する成分を収束し得るよ うに選択し、時間及び温度プログラミングは、以下に説明するように望ましい「 容量ファクタ」が得られるように設定される。 温度勾配ガスクロマトグラフィの理論 クロマトグラフィ分布帯は、カラムに沿って下降するに伴って広がる。その広が り程度は、主として、式１に従って動いた距離により決まり、ここでΣは分布帯 の標準偏差、Ｘはカラムに沿って下降した距離、Ｈはカラム段の高さである。Ｈ は、時間及びカラムに沿った位置から独立していると仮定する。分布帯の偏差は 、式２に示すように、移動した距離に正比例して増加する。 時間に関する偏差の増加量は、この式３の導関数をめることによって知ることが できる。導関数ｄ　ｘ　／　ｄ　ｔは、分布帯の速度Ｕ８である。分布帯の速度 は、ガス速度はｕ１分配係数はに１その間の関係は式４に示しである。 上述の分布帯の広がる効果に加え、カラムに沿った温度勾配に起因する収束効果 がある。カラムに沿った距離に伴って温度が低下すると、クロマトグラフィ分布 帯の後部は、該分布帯の頂部の温度よりも高温となり、従って、より高速に移動 する。該後部は、分布帯の前面に追い付き、収束を生じさせる傾向となる。分布 帯の幅を越えて、温度勾配がほぼ一定の傾斜である場合、式５で示すように、大 きい勾配は、分布の速度により大きな差を生じさせるため、収束速度は、カラム に沿った速度勾配に正比例する。従って、速度の増加により分布帯を収束するこ とができ、従って分離度が向上する。多次元クロマトグラフィ装置は、下流段が 狭小径であり、その結果、高速のキャリヤーガス速度となる、即ちキャリヤーガ ス量が増大する点で有利である。この収束効果により偏差が時間と共に変化する 状態を探知するため、時間に関するファクタの導関数をめ、次に、代入すると、 式６及び式７が得られる。 クロマトグラフィ分布帯は、収束程度及び広がり程度が平衡し、分布帯の偏差が 式８に示すように一定となる点に達することを要する。広がり程度及び収束程度 をこの式に代入すると、式９が得られる。収束された分布帯の偏差をめると式１ ０が得られる。 この偏差は、カラムに沿った容量ファクタの勾配に依存する。該容量ファクタの 勾配は、式１１の定義を通じて温度変化に関係し、ここで、Ｋは平衡定数であり 、△Ｈは固定相との相互作用による熱力学的熱である。この定数△は、相比であ り、定数ａは、１　ｎ　ａ　＝　Ｓ　／　Ｒを通じ溶液のエントロビイに関係し 、ここで△Ｓは、温度Ｔに関する相互作用のエントロビイの変化であり、Ｒは、 ガス定数である。 式１ 式２ σ２＝Ｈｘ 式３ ％式％（） 式５ ｄσ　ｄｕ。 式６ 式７ ｋ 式８ 式９ （ｋ＋１）　（ｋ＋１）　’　ｄｘ 式１２ 式１５ カラムの距離に対する容積ファクタの導関数をめることにより、式１２．１３． １４が得られる。この値を収束した分布帯の偏差をめる式に代入すると、式１５ が得られる。簡単にするため、温度勾配は、カラムに沿った距離に対し直線的で あると仮定する。このときの温度勾配は、式１６にてカラムの端部への開始温度 をカラム長さで割った値である。代入し且つ再設定すると、式１７．１８の収束 した偏差がめられる。クロマトグラフィ分布帯Σｔがカラムから溶出するときの 持続時間は、その長さΣをその速度ｕ／（ｋ＋１）で割った値に等しい。分布帯 の偏差の平方根をめ、その値をこの関係に代入すると、式１９が得られる。式１ ９を再構成して式２０にすることができる。 式１６ ％式％ 式１７ ２　ｋ　△Ｈ 式１８ ％式％ 式１９ ｕ　ｕ 係数（ｋ＋ｌ）／には、容積ファクタの大きい場合、１に近く、上記式から省略 することができるが、式２０には残しである。この分布帯の持続時間の値は、式 ２１に示すように従来の等温クロマトグラフィにおけるものと全体的に同様の形 状となるが、該分布帯の持続時間は、カラムに沿った温度勾配及び平衡定数いか んにより収束ファクタを追加して修正した点が異なる。温度勾配が大きく、カラ ム温度が低い場合、該分布帯の持続時間は、等温クロマトグラムに対するものよ りも遥かに小さくなる。 距離及び時間双方の直線状の温度勾配は、式２２．２３により規定され、ここで △ＴＸ％△Ｔ、は、それぞれ距離及び時間による温度差であり、Ｌ、Ｄは、それ ぞれ、カラムの長さ及びクロマトグラムの持続時間である、時間及び距離双方の 温度勾配を向上させることにより、カラムに沿って移動する温度プロファイルが 得られる。温度プロファイルがカラムに沿って移動する特徴的な速度は、式２４ の勾配の比である。 式２０ クロマトグラフィ装置のパラメータにのみ依存し、従フて、物質からは独立して いる。より揮発性の物質は、より低温で収束し、従って、より低くカラムの端部 に達するが、各物質は、上述と同一の特徴的容積ファクタにて等しい特徴的速度 で動く。この結果は、収束温度が勾配の範囲内にあり、収束温度に達するのに十 分な時間が経過したとの仮定に基づくものである。 典型的なカラム長さが１００ｃｍで、典型的なりロマトダラムの持続時間が２秒 の場合、Ｌ／Ｄの比＝５００ｍ／秒となる。△ＴＫ、△Ｔ、という２つの温度差 かはｕ＝２５００ｍ／秒であることが必要となる。従って、十分な分離効果を得 るためには、極めて高速のキャリヤーガス速度であることが望ましい。低速度の 場合、ｋ。 特別な物質の収束温度である。対数を用いて再構成する９が得られる。 △Ｈ 式２９ 開始を時間的に遅らせることにより得られる。これら２つの効果は、実験的に観 測されている。Ｈは、ゴーレイ（ＧｏｌａＶ）の式を通じ、容積ファクタに依存 するため、低温度で作動させることにより、小さくすることができる。 とができ、ここで△Ｈは溶融熱の差である。それを分離断される。しかし、この 温度勾配において、容積ファクてＮを増大させ、ｋｒ　／　（ｋ、＋ｉ）ファク タを通じて分離度を直接的に増大させる。穏当な勾配が最も効果的である（△１ ．）が、この場合、収束温度に達するためにはより時間がかかる。ある状況のと き、非線形勾配が単位時間当りの分離度を最大にする上で有用である。高速のキ ャリヤーガス速度に対する重要なファクタは、ガスの圧縮可能性がある。しかし 、短いカラム及び／又は分布帯の収束効果は、分布帯がカラムの端部に達する前 にガスがカラムに沿って拡張し又は拡散するため、分布帯の広がりを少なくする 。 式３１ 式３３ 式３４ 式３５ 式３６ 式３７ Ｔ、　△Ｈ 式３８ 多次元ガスクロマトグラフィの直交性 多数のピークの分離をある統計学的分離測定に対し最大にし又はほぼ最大にする 場合、総合的な二次元又はより多次元ガスクロマトグラフの各種の部分は「直交 型」又は「略直交型」又は「実用な限り直交型」或いは単に「調整した」という 。 ある作動モードにおいて、且つ連続的な分離を可能な限り独立的にし、その先の 部分で十分に分離されなかった成分を後方の部分で分離させるような実験的パラ メータにすることに関し、所定の分析に対する装置の直交性を最大にすることが 望ましい。このことは、実用上、最大限、部分間の保持時間又はピーク移行速度 に依存する程度を軽減し、又は実験パラメータその先の部分で分析されなかった 成分の移動性に影響するような方法で差を大きくすることを意味する。このよう にして、かかる分解されなかった成分は、その先の部分の速度との差以上の異な る速度で連続的な部分を下方に移動する。 その第１の部分の保持時間が等しくないときであってもャーガスの流量、（３） １つのサイクルから次のサイクル毎の空間的温度勾配の傾斜又は湾曲度。相の比 、カラムの体積又はカラムの有効体積或いは、固定相の極性のようなその他のパ ラメータを制御された方法で迅速に変化させ得る限り、意図的に変えることがで きる。 より具体的には、カラムの設計は最初に、所望の分離型式に適したものが選択さ れる。管は、ガスクロマトグラフで分析すべき予想される成分の可動性に影響を 及ぼす適当な長さ、モジュレータ及び内側コーティングを備えている。このカラ ムの設計の第２の部分は、作用可能に調整されており、該部分は、二次元クロマ トグラフィカラムの第１の寸法により提供される１つの試料の既知で且つ終了し た分析を顕著に変化させないようにする。 これは、第２の部分の保持時間を第１の部分の保持時間から独立的にする方法の １つの段階であると考えられる。 均一なパラフィン系成分の構成要素を含む混合体は、第１の部分の入口に注入さ れ、カラム全体により分離される。次に、これらパラフィンが分解されず、共に 溶出されるように第１のカラムの実験パラメータを調整して、第２のカラムの実 験パラメータを調整し、均質な成分のパラフィン間の間隔が一定となるようにす る。 この構成は、クロマトグラフの分析者に依存し、該分析者はその成分を分解させ ない第１の部分の条件を事前に知って調整する。このように、その分析者は、第 ２の成分のかかる分解を行ったとき、均一な間隔は各部分に１つずつ存在する２ つの空間的分離箇所の合計ではなく、第２の部分の実験的パラメータの結果であ ると確信することができる。このように調整した装置の場合、その他のパラフィ ンも２つの部分により異なる影響を受け、このように、第１の部分内で分離され なかった成分は第２の部分で分離される。 例えば、全て又はほぼ全ての成分が開始時に未知であ大にする。このためには、 該未知の混合体は、第１の部分の入口に注入する。第２の部分の出口のピークは 、二段式モジュレータを作動させてグラフにし、第１の部分の保持時間及び第２ の部分の保持時間を軸として有するデカルトグラフ図の四分面（保持面）内にピ ークが表れる。二段式モジュレータは、既に調整したピークを第２のカラム内に 注入する基準時間を設定するため、これら時間をめることができる。このように 、カラム装置の画部分に対する注入時間がめられ、溶出時間は検出器の応答から 概ねめられる。 ２つの部分の効果の相互関係に起因する偏差程度がめられる。顕著な相互関係は 、ピークが全てのその上にの任意の角度曲線にピークが従い得ないことにより示 さ又は未知の連続的運転間に分離度を増大させようとするときにクロマトグラフ 操作者が現在採用する任意の技術を使用して、実験回数毎に系統的に変化させる 。しかし、この状況のとき、クロマトグラフ操作者は、第１及び第２の保持時間 の間の相互関係を古手にしようと試みる。 例えば、直線から僅かに偏位して対角直線上にピークがある場合、２つの部分間 の相互関係が顕著であることを示す一方、保持面内のピークの位置が完全に不規 則である場合、僅かな相互関係であることを示す。このように、クロマトグラフ 操作者は、相互関係状態ではな（、可能な限り均一に保持面内のピーク間隔にし ようと努める。 クロマトグラフ操作者は、受容可能な程度までこの結果を実現するまで、実験的 パラメータを変化させ、２つのカラム装置は、実験的パラメータ又は保持機構に より同様の影響を受ける同様の成分に対し調整する。 この調整方法の説明は、「ベクトル移行速度」を第１することにより、実際の運 転段階を考慮せずに行うことができる。一般的な場合であるように、総合的な二 次元ガスクロマトグラフにおけるカラムの長さ、又はカラムの有効長さは、それ ぞれ長さＬ＋　、Ｌ２の定数であり、保持時間と平均移行速度との関係は、保持 時間Ｔを時間で平均した移行速度Ｖで割った長さしに等しい。この関係はベクト ル移行速度をベクトル持続時間（Ｔ＋　、Ｔ２　）に変換する。ベクトル保持時 間は、単に「保持ベクトル」と称し、同様に、ベクトル移行速度は、単に「移行 速度」と称するのが便宜である。 総合的な二次元（又はより多次元）ガスクロマトグラフの端部付近で分解され又 は一部でも分解された各ピークの場合、移行ベクトルと持続ベクトルとには関係 がある。分解し又はほぼ分解した多数のピークは、多数の保持ベクトル及び移行 ベクトルを生じさせる。この多数のベクトルを基に、クロマトグラフィ部分の時 間的な実験条件又は第２の部分から次の部分への１サイクル毎に系統的に変える ことにより、ベクトル間の分離の各種の統計学的手段を最大にすることが可能で ある。 かかる統計学的手段の１つは、温度勾配の傾斜程度、キャリヤーガスの流量等の ような１又は２以上の実験的パラメータに対する、ベクトルを通る最小二乗線の 温度相互関係係数である。 本明細書において、試料の成分がその可動性を選択的に変える効果の独立性又は 相違は、「特別な保持時間の差」という語で示される。この語は、個々の実験的 パラメータ、及び個々の試料成分に対するその影響が、第１及び第２の部分又は その後の部分毎に異なり、試料の成分の可動性に差を生じさせる、個々の実験的 パラメータ及び方法を意味するものとする。第２の部分又はその後の部分の出口 における最終的分解は、これら特別な保持時間の差の合計に直接関係する。この 様に、第２の部分又はその後の部分が、第１の部分から実験的パラメータの点で 最大限、独立しているとき、従って、特別な保持時間が最大限、相違するときに 、最大のピーク容量又は分離度が生じる。 簡単にするため、二次元クロマトグラフを考えると、第２のカラムは、第１のカ ラムを通じて運転したときに分解されなかった成分に対する特別な保持時間の差 を最大にし得るように設計され且つ作動される。特別な所定の物質又は物質の成 分を検出し、又は十分に既知の類似点を有する混合体を分析し得るように設計さ れたカラムの場合、該カラムは、基準試料の使用を通じて設計される。かかる設 計において、製造コスト及び操作が妥当である経済的な装置における最良のピー ク容量及び／又は分離度を提供する保持機構を既知の情報から及び実験的に、選 択する試みが為される。そのファクタには、部分の長さ、部分の数、及び温度の ようなより容易に変化可能に実験パラメータが含まれる。かかる設計において、 適正な調整したならば、これら部分は、均質な成分の第２の保持時間が第１の保 持時間と共に変化せず、これら２つの部分間の実験的パラメータの独立性を最大 にすることにより、最大の利点を提供する点で可能な限り直交型とされる。 幾つかの実験的パラメータは、設計に起因するものであり、例えばガス速度は、 カラムを径の異なる２つの部分に分けて製造することにより、クロマトグラフィ 段の間で異なるようにすることもできる。同様に固定相も変化させ、温度設定も 実験的に調整し得るように試験運転毎に変化させ、又はこれらは、既知の情報か ら選択することも可能である。 直交性の詳細な説明 多次元クロマトグラフィから得られる利点を向上させるため、第２の部分、又は 連続的な部分は、第１の部分又はその前の部分内で主に分解させる機構と異なる 保持機構を使用して、第１の部分又はその前の部分で完全に分解されなかった成 分を独立的に分解させることが望ましい。本明細書において、「保持メカニズム 」という語は、成分を分離するために試料の異なる成分の可動性を選択的に変化 させるクロマトグラフィ媒体の条件を意味するものとする。これらクロマトグラ フィの条件には、キャリヤーガスの速度、温度、固定相の極性程度等が含まれる 。「実験的パラメータ」という語は、相互に作用し、クロマトグラフィ条件を設 定し、又は招来させる計器の作動の制御可能な部分を意味するものとする。 第２の部分又はその後の部分内で分解させようとする試料の成分は、第１の部分 内で十分に分解されないため、第２の部分内の実験パラメータは、成分に対し同 一の影響しか与えないように第１の部分内の実験パラメータと同様でないように することが望ましい。これら試料の成分に異なる方法で作用し、又は実質的に或 いは少くとも部分的に第１の部分のメカニズムと独立的な方法で作用する第２の 部分又はその後の部分の実験的パラメータは、第１の部分で満足し得る方法で分 解されなかった成分をより良く分解させる。これら実験的パラメータの独立性が 強ければ強い程、装置全体の分離度は大きくなる。 総合的な二次元ガスクロマトグラフィ分離を直交化するため、クロマトグラフィ 分離の第１の部分の進行の関数としてクロマトグラフ分離の第２の部分内の実験 的パラメータを調整し、第１の部分から放出される物質（例えば、上述のように アルカネ）が第２の部分の上の所定の保持時間範囲内に属するようにする。又、 或いは選択的に、第２の部分上におけるピーク値の分散の統計学的測定が最大と なるように調整する。第２の部分は、第１の部分のクロマトグラムの発生時間中 に変化させ、二次元クロマトグラムが直交するようにする。その偏差は、上述の ように生成される。 １つの作動モードにおいて、総合的な二次元ガスクロマトグラフの画部分の実験 的条件は、時間的に系統的に変化させ、クロマトグラフィ装置の「ピーク容量」 　（装置が単位分解時に分解可能なピーク数）を第１次及び第２のクロマトグラ フィ部分の個々のピーク容量の算術的積に等しく又はほぼ等しく、或いは、可能 な限り近似するようにする。このモードにおいて、装置は、ピーク容積に対して 「直交型」又は「調整されている」と称する。 同一の調整判断基準は、２以上の部分を備えるガスクロマトグラフ、即ち、総合 的な三次元、又はより多次元ガスクロマトグラフにも適用可能である。 多次元クロマトグラムの直交性は、温度、温度プログラミング程度、クロマトグ ラフィ分離の各部分のキャリヤーガスの直線速度を調整し、物質が所望の保持範 囲及ロマトグラフィ、超臨界的流体クロマトグラフィ及び／順序に組み合わせて 行い、２つ又はそれ以上の部分内の直交性を調整する。 クロマトグラフ分離の３又はそれ以上の部分は、直列／又は（２）クロマトグラ フ分離の各部分への入力に相互に直交する多数の調整信号を付与すること。後者 の場合、かかる全ての部分は、同様の速度であり、多次元クロマトグラムは、出 力検出器信号から直交調整信号を分離させることにより計算される。 図３において、カラム送り管２０内に試料を注入し得るように相互に接続された インジェクタ１２及びキャリヤーガス源１３が示しである。該インジェクタ１２ は、容器１００と、拡大フード１０１と、選択随意の加熱源１０４と、エネルギ 源１０２とを備えている。該容器１００は、通常の蒸気圧にて蒸発する液体又は 固体１０６を保持し、容器１００内の試料１０６の中身を示すベーパを送り管２ ０に付与し得るようにしである。電気エネルギ源１０２は、小型ヒータ１０４に 電気的に接続され、液体１０６内で分析する成分の蒸気圧力を増大させ、これに より、インジェクタ１２に付与される試料の濃度を高める。 水素又はヘリウムのようなキャリヤーガス源１３は、容器１３から容器１００に 供給され、該容器１００は、送り管２０の端部でインジェクタのフード１０１を 受入れる閉じた頂部を備え、大気圧部分１０８を満たす液体１０６からのベーパ は、送り管２０の内側に連通ずる拡大部分、即ちフード１０１に入る。この構成 により、室又は区画部分内の空気中の成分を蒸発又は昇華させる液体又は固体の 中身を検出し且つ分析し、その成分を測定することができる。更に、特別な分析 を行い、エタノ−感度に優れ且つ特別な化学的センサを提供することがで導線等 は中空シンリダ１１２を通って進み、スプール１６Ａで示すような導電性コーテ ィングトレース線に電気的に接続され、該トレース線は、導電体ピン１３４をカ ラム１４の抵抗性コーティングに電気的に接続し、その間の電気的接続を実現す る。 図５には、第１の部分１４Ａ及び第２の部分１４Ｂを示す、クロマトグラフィ装 置の一実施例の別の切欠き斜視図が示してあり、カラム装置１４の２つの部分は 符号１４で示しである。該カラム装置１４は、スプール壁１１４の上及びリム１ １６Ａ、１１６Ｂ間にて絶縁層１２０の回りに巻かれ（図４）、カラム部分１５ ０Ａ、１５０Ｂは、カラム装置に達し且つ該カラム装置から伸長する。図５の切 欠き部分は、それぞれ４つのカラムピン１３４Ａ−１３４Ｄ　（図６）に接続さ れた導電性導線１３６Ａ−１３６Ｄ　（図６）を示し、又、スプール１１０の内 側中空シリンダ１１２を通じてカラムの導電性抵抗性コーティングとコネクタ（ 図５に図示せず）とを電気的に接続する目的の支持体１３０を示す。 図６には、カラムピン１３４Ａ−１３４Ｄがそれぞれ導電性トレース１３６Ａ− １３６Ｄにより、カラム１４の部分及び本体１３０に電気的に接続される方法を 示す、導電体１３０を支持する金属クリップ１２４の拡大斜視図が示しである。 中空シリンダ１１２内への導線への電気的接続は、図６に示していない。 図７において、カラム装置１４上の２つの異なる抵抗性コーティング間の接続部 における、符号１３４Ａ、１３４Ｂで示すようなカラムピンに接続する方法を示 す、カラム装置１４の一部の概略断面図が示しである。この図に最もよく示すよ うに、カラム装置１４は、キャピラリーカラム壁内で付与された筒形の内筒状内 側コーティング１４２の周囲で開放する長手方向中心部１４０と、融着シリカ又 はその他の筒形の円筒状キャピラリー壁１４４、符号１４６で示すような外側抵 抗性コーティングを備えている。符号１５４で示すように、かかる複数のコーテ ィングを相互に分離して設けることができる。該図に示すように、相互に絶縁さ せた２つの分離したコーティングは、各々カラムピン１３４Ａ、１３４Ｂのそれ ぞれ１つに接続されて電圧を受け取る。これらコーティングは、長手方向に向け て重なり合う。 コーティングに対する電気的接続を形成するため符号１３６Ａ、１３６Ｂのよう な薄い導電性トレースをある技術分野で公知の方法により印刷し、又は金属塗料 で塗装することができる。塗装導電性コーティングをガスクロマトグラフィに適 用することは、以下に更に詳細に記載されている。図７に示したトレース１３６ Ａは、絶縁シート１２０（図４）上に塗装され、カラム装置１４の抵抗性コーテ ィング１４６に接触させ、導電性トレース１３６Ａは、導電性トレース１３６Ｂ から分離され、トレースの各々は、カラム装置１４上の抵抗性コーティング１４ ６の異なる分離部分に接続される。更に、導電性トレース１３６Ａ、１３６Ｂは 、シート材料又は薄いコーティング等とすることのできる絶縁体１４８Ａ、１４ ８Ｂにより分離される。これら導電性トレース１３６Ａ。 １３６Ｂは、符号１３４Ａ、１３４Ｂで示すようなピンを受け入れる穴にコーテ ィングされ、導電体との異なる電気的接続部を形成する。 ある状況のとき、導電性又は抵抗性コーティングは、図７に示すように、重なり 合わせる。かかる１つの状況は、モジュレータの第１の段と第２の段との間に見 られ、カラムは、加熱したときにコーティングした試料を完全に除去するような 方法で抵抗性コーティングにより加熱され、第１の段と第２の段との間でカラム の内側に形成され、試料を集め、加熱したとき、正面として試料を解放する領域 を解消する。 重なり合いコーティングを形成するため、抵抗性塗料の第１の層１４６Ａを第１ の端部点から第２の端部点までギヤピラリ−カラム上のポリイミドコーティング の上に付与する。該第１の端部箇所は、電源、符号１４６で示すような別のコー ティング、又は導電性要素に接続することができる。次に、第１の絶縁層は、第 １の抵抗層１４６Ａが露出されたままであるように該第１の抵抗層の第２の端部 の手前まで第１の抵抗層１４８Ａ上のコーティングとして付与する。第２の抵抗 層１４６Ｂは、第１の絶縁層１４８Ａの上に付与し、第１の絶縁層が第１の抵抗 層をコーティングしない第１の導電層１４６Ａの第２の端部箇所にて第２の抵抗 層１４６Ｂの第２の端部箇所が電気的に接触するようにする。第２の抵抗層の第 １の端部は、電圧を印加し且つ第１の絶縁層上で露出されたままの抵抗性トレー ス１３６Ａを更に接続するため、露出されたままにする。第２の抵抗層１４６Ｂ の他の部分は、第１の抵抗層の第２の端部及び第２の抵抗層の第２の端部上を均 一に伸長する第２の絶縁層１４８Ｂでコーティングする。第２の絶縁層の頂部に は、第３の抵抗層１４６Ｂが付与されており、異なる電源ｙ　、　、　、に接続 し、更に、第１の導電性の第２の端部から反対方向に伸長する。該第３の層は、 第１及び第２の端部を除いて、第３の絶縁体（図７に図示せず）によりコーティ ングされ、該第１の端部は、抵抗性トレース１３６Ｂ等に接続され、第２の端部 は、接地、電源、又は別のトレース、コネクタ等を通じて別の回路要素、又は符 号１４６Ｂで示すような抵抗性コーティングに接続し得るように露出したままに される。 多段モジュレータの段は、複数の重なり合う導電体により区分し、必要な限り多 くの段を提供し得るようにすることができる。これら段の各々は、多段、又は段 の群として連続的に機能させることができ、これら段は、平行に作動させ、表面 積の大きいモジュレータ段の効果が得られるようにすることができる。これら段 は、長さ約１００カラム径とすることが望ましいが、カラムの設計いかんにより 、２０カラム径乃至２０００カラム径の範囲内で変化させることができる。 図８には、支持体１３０が、絶縁性カプトンシート１２０に沿って抵抗性トレー ス１３６Ａによりカラム装置１４の外周の抵抗性コーティング１４６Ａ、１４６ Ｂ（図７）に接続されたピン１３４Ａを受け入れ、それらを十分に電気的に接触 させる方法を示す、別の角度からの断面図が示しである。この接触は、カラムの 回りにメニスカスを形成するカラム及びピン、並びに十分な電気的接触を実現す るピンを小寸法にすることで支援される。 図９には、カラム１４が一体に形成された第１のカラム部分１４Ａ及び内径の異 なる第２のカラム部分１４Ｂを備える場合に、カラム１４を製造するのに特に有 用である装置のブロック図が示しである。該図に示すように、従来型式の溶融シ リカ絞り成形装置１５０は、第１の速度で加熱された円筒状の管材料を第１のダ イ１５４を通じて絞り成形して第１の径を形成し、次に、その一部を恐らく第２ のダイ１５６を通じて第２の速度で絞り成形し、より狭小径のカラムを形成する 絞り成形部分１５２を備えている。 この構成において、内径の異なるカラムが等しい体積流量を運ぶことを１つの理 由として、第１及び第２の保持特性は相違する。２つのカラムを通る体積流量が 等しいため、個々の担体ガス及び標本ベーパ、又はガスが単一方向に流動する線 速度は、より狭小な穴内でより急速１４を閉じるストッパ１６４と、第１の部分 の液体コーティングを使用し、クロマトグラフィ用の固定相を形成ラフが提供さ れる。 発明は、具体的に記載した以外の方法で実施可能であることを理解すべきである 。

【図１】

【図２】

【図３】

【図５】

【図６】

【図７】

【図８】

【図９】

【図１０】 要　約　書 コンパクトで、感度が良く、総合的な二次元ガスクロマトグラフィ装置１０は、 インジェクタ１２からの試料、及びキャリヤーガス源１３からのキャリヤーガス が第１部分１４Ａ及び第２部分１４Ｂを経て流動するのを許容し得るように相互 に直列に接続された前記部分１４Ａ１１４Ｂを有するクロマトグラフィカラム１ ４を備えている。第２の部分１４Ｂの保持時間は第１の部分１４Ａの分布帯の分 解時間より短い。これら部分間の波面を制御するため、第１の二段式モジュレー タ２２及び第２の二段式モジュレータ２６は第１の部分１４Ａ及び第２の部分１ ４Ｂの入口にそれぞれ集められた試料を蓄積し、加熱し且つ解放出し得るように 配置される。各二段式モジュレータ２２．２６は導電体３２．３８と、二段式モ ジュレータの内側を経て送り管２０から流動する試料を集め得るように冷却され た接地接続部４６Ｂ、４６Ｅを有する第１の段を備えている。適当な集め時間の 後、二段式温度モジュレータの第１の段は、加熱される一方、導電体３４．４０ 及び接地接続部４６Ｃ，４６Ｆにより制御される第２の段は、冷却され、鋭い波 面が第１の股肉に生成され、第２の段に送られる。第２の段は、より低温である ため、波面は第２の段に内側に集まる。次いで、第２の段を加熱し、それぞれの 分解カラム２４．２８を通じて鋭い波面の形態にて試料を解放させる。 国際調査報告

Claims (88)

【特許請求の範囲】
1. １．入口と、出口と、第１段を有する１本の管である第１の部分と、第２段を有 する１本の前記管である第２の部分とを備える前記管を通って流動するガス流中 に濃縮パルスを発生させる二段式温度調整方法において、（ａ）前記管を通る方 向に向けてキャリヤーガスの流れを形成し、キャリヤーガス流を発生させる工程 と、（ｂ）１又は２以上の試料物質を含む試料を前記キャリヤーガス流中に導入 する工程と、 （ｃ）第１の段を冷却する工程と、 （ｄ）第２の段を冷却する工程と、 （ｅ）キャリヤーガスにより運ばれた試料物質をある時間、第１の段内に蓄積さ せ、これにより第１の濃縮物を形成する工程と、 （ｆ）第１の段を加熱し、前記第１の濃縮物を第１の濃縮パルスの形態にて前記 キャリヤーガス流中に解放する工程と、 （ｇ）前記第１の濃縮パルスを前記第２の段に向けて前記キャリヤーガス流の前 記方向に運ぶ工程と、（ｈ）前記第２の段の入口にて前記第１の濃縮パルスを蓄 積させ、キャリヤーガスにより運ばれた前記第１の濃縮パルスの試料物質をある 時間、収束させ且つ保持して、第２の濃縮物を形成する工程と、 （ｉ）第１の段を冷却し、前記キャリヤーガスにより運れた試料物質をある時間 、その内部に蓄積させるのを再開する工程と、 （ｊ）第２の段を加熱し、前記第２の濃縮物を第２の濃縮パルスの形態でキャリ ヤーガス流中に放出し、前記第２の濃縮パルスが、前記第１の濃縮パルスより距 離がより短く且つ持続時間が短いようにする工程と、（ｋ）前記第２の段を冷却 する工程と、からなることを特徴とする方法。
2. ２．前記第１の部分が追加の段を備えることを特徴とする請求項１に記載の方法 。
3. ３．前記工程（ｅ）乃至（ｋ）が、試料が前記管を通って流動する間に反復され 、一連の温度調整を行い、一連の鋭い第２の濃縮パルスを提供することを特徴と する請求項１に記載の方法。
4. ４．前記第１段及び第２段が、試料物質を保持するのに適した固定相を含むキャ ピラリーを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. ５．前記キャピラリーが、外側の抵抗性コーティングを備え、前記第１及び第２ の段の少くとも一方が、前記外側の抵抗性コーティングに電流を通すことにより 加熱されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. ６．前記第１及び第２の段の少くとも一方が、導電性壁を備え、前記導電性壁に 電流を通すことにより加熱されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
7. ７．前記第１及び第２の段の少くとも一方が、ペルチェヒートポンプにより冷却 されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
8. ８．第２の濃縮パルスが前記管の出口から出るように前記第２の濃縮パルスを前 記管を通じて運ぶ工程と、前記管から出る第２の濃縮パルス内の試料物質を検出 する工程とを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. ９．前記第２の濃縮パルスをクロマトグラフィにより分離して分布帯にする工程 を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. １０．２以上のクロマトグラフィ分離部分を直列に配置したクロマトグラフィ装 置の最終部分を通じて一連の前記第２の濃縮パルスを運ぶ工程を更に備えること を特徴とする請求項４に記載の方法
11. １１．試料全体を集合的に含む一連の鋭い濃縮パルスを発生させることを特徴と する請求項１０に記載の方法。
12. １２．前記第１及び第２の段の各々が、１本のキャピラリーカラムと、加熱手段 とを備え、前記加熱手段が、各本のカラム土に外側抵抗性コーティングを備える ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
13. １３．前記管の出口から出る前記第２の濃縮パルス内の試料物質をパルス式検出 器により検出する工程と、試料の濃縮パルスの到着を前記検出器のパルスと同期 化させる工程と、を更に備えることを特徴とする請求項３に記載の方法。
14. １４．前記第１の部分が追加の段を含むことを特徴とする請求項１３に記載の方 法。
15. １５．前記パルス式検出器が、フーリエ変換質量分光計、タイムオブフライト質 量分光計、イオン捕獲質量分光計、及びパルス式インテグレータ又はパルスロッ クループの内の任意の１つであることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
16. １６．第１のクロマトグラフィ分離部分及び第２のクロマトグラフィ分離部分が 直列に配置されたクロマトグラフィ装置の直交性を調整する方法において、前記 第２のクロマトグラフィ分離部分内の保持時間を第１の前記クロマトグラフィ分 離部分の進行の関数として調整し、保持面内のピーク値の分布の統計学的測定値 を実質的に最大にし、該クロマトグラフィ装置のピーク容量が前記第１及び前記 第２のクロマトグラフ分離部分の個々のピーク容量の算術的積に近似するように することを特徴とする方法。
17. １７．前記均質な種類の化合物に属し且つ前記クロマトグラフ装置内でクロマト グラフ分離が行われる試料内に存在する物質が、前記第２のクロマトグラフィ分 離部分から出て、前記均質な種類に属する物質の前記第２の部分内における保持 時間がほぼ等しいことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
18. １８．２以上のクロマトグラフ分離部分が直列に配置され、これにより、その前 の複数のクロマトグラフィ部分及びその後のクロマトグラフィ部分を形成し、そ の後の各クロマトグラフィ分離各部分の保持時間をその前のクロマトグラフィ分 離部分の進行を関数として調整し、多次元クロマトグラフィ装置の幾多の部分が 直交するようにしたことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
19. １９．前記第１及び第２のクロマトグラフィ分離部分の少くとも一方が、保持時 間勾配を有することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
20. ２０．前記第１の部分が第１の固定相を備え、前記第２の部分が第２の固定相を 備え、前記第２の固定相が前記第１の相に対し直列に配置され且つ該第１の固定 相と化学的に異なることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
21. ２１．前記第１及び第２の部分が前記第１及び第２の固定相を含む、直列に接続 したカラムを備えることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
22. ２２．前記第１及び第２の固定相が単一のキャピラリーカラム内で直列に配置さ れることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
23. ２３．前記第１及び第２のクロマトグラフ分離部分の少くとも一方が、キャピラ リーカラムを備えることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
24. ２４．前記第１及び第２の部分の各々が、前記キャピラリーカラム内に配置され た単一の固定相を備えることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
25. ２５．前記第２の部分の保持続時間が、（ａ）第２の部分の温度、 （ｂ）第２の部分の温度を変化させる程度、（ｃ）前記第２の部分に付与される 電磁放射線の何れかを変えることにより変化きれることを特徴とする請求項２４ に記載の方法。
26. ２６．前記キャピラリーカラムが持続時間勾配を有することを特徴とする請求項 ２３に記載の方法。
27. ２７．前記勾配が温度勾配であることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
28. ２８．前記勾配が前記キャピラリーカラム内の固定相の厚さ勾配であることを特 徴とする請求項２６に記載の方法。
29. ２９．前記第１及び第２の部分が、液体クロマトグラフィ、超臨界的流体クロマ トグラフィ及びガスクロマトグラフィ部分から選択された部分の組み合わせ体で あることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
30. ３０．前記２つの部分がガスクロマトグラフィであることを特徴とする請求項２ ９に記載の方法。
31. ３１．１つのクロマトグラフィ分離部分が温度勾配を有することを特徴とする請 求項３０に記載の方法。
32. ３２．前記温度勾配を有する前記クロマトグラフ分離部分が前記第２の部分であ ることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
33. ３３．前記第１及び第２のクロマトグラフィ分離部分の少くとも一方には、固定 膜の厚さ勾配が提供されることを特徴とする請求項３０に記載の方法。
34. ３４．固定膜の厚さ勾配が提供された前記クロマトグラフィ部分が前記第２のク ロマトグラフィ部分であることを特徴とする請求項３３に記載の方法。
35. ３５．二次元ガスクロマトグラフを調整する工程が、第１のクロマトグラフィ部 分の上の進行の関数として第２のクロマトグラフィ部分の温度を変化させること を特徴とする請求項３０に記載の方法。
36. ３６．前記第１及び第２のクロマトグラフィ部分が単一のオーブン内に収容され ることを特徴とする請求項３５に記載の方法。
37. ３７．前記二次元ガスクロマトグラフが、相対的カラム長さ、カラム径、固定相 の厚さ、厚さ勾配、キャリヤーガスの線速度及び温度プログラムを選択すること により調整されることを特徴とする請求項３５に記載の方法。
38. ３８．第１のクロマトグラフィ部分からのほぼ全ての排出物が第２の部分に入る ことを特徴とする請求項３５に記載の方法。
39. ３９．前記第２のクロマトグラフ分離部分がキャピラリーカラムを備え、前記カ ラムの温度が、前記カラム外側の抵抗性コーティングを通る電流を変えることに より変化されることを特徴とする請求項３５に記載の方法。
40. ４０．前記二次元ガスクロマトグラフの直交性を調整する前記工程が、第１のク ロマトグラフィ部分の進行の関数として第２のクロマトグラフィ部分内のキャリ ヤーガスの線速度を変化させる工程を備えることを特徴とする請求項３０に記載 の方法。
41. ４１．第１のクロマトグラフィ部分内のキャリヤーガスの線速度のプログラム化 した変化により、第２のクロマトグラフィ部分内のキャリヤーガスの前記線速度 が変化するように、相対的カラム長さ、カラム径、固定相の厚さ及び温度が選択 されることを特徴とする請求項４０に記載の方法。
42. ４２．第１のクロマトグラフィ部分からのほぼ全ての排出物が第２の部分に入る ことを特徴とする請求項３９に記載の方法。
43. ４３． （ａ）１又は２以上の試料物質からなる試料を第１のクロマトグラフィ分離部分 内に注入する工程と；（ｂ）前記試料の第１の分解により一連の分布帯になるよ うな方向に向けて前記試料を前記第１のクロマトグラフィ部分に沿って運ぶ工程 と； （ｃ）前記試料を第１の段及び第２の段からなる二段式温度モジュレータ内に運 ぶ工程と； （ｄ）前記第１の段を冷却する工程と；（ｅ）前記第２の段を冷却する工程と； （ｆ）前記第１のクロマトグラフィ分離部分と、該第１のクロマトグラフィ分離 部分と直列状に配置された第２のクロマトグラフ分離部分との間で試料の一部を 蓄積させると共に、前記二段式温度モジュレータ内で濃縮パルスを発生させる工 程を有する蓄積工程と、前記濃縮パルスを発生させる工程が、 （Ｉ）第１の部分から運ばれた試料物質をある時間、第１の段内に蓄積させ、こ れにより第１の濃縮物を形成する工程と、 （ＩＩ）前記第１の段を加熱し、第１の濃縮物を第１の濃縮パルスの形態で前記 方向に向けて解放する工程と、（ＩＩＩ）前記第１の濃縮パルスを前記第２の段 に向けて前記方向に運ぶ工程と、 （ＩＶ）前記第１の濃縮パルスを前記第２の段の入口にて蓄積させ、ある時間、 前記第１の濃縮パルスの試料物質を第２の段内で収束させ且つ保持して、第２の 濃縮物を形成する工程と、 （Ｖ）第１の段を冷却し、キャリヤーガスにより運ばれた試料物質をある時間、 蓄積させるのを再開する工程とからなり； （ｇ）第２の段を加熱し、前記第２の濃縮物を第２の濃縮パルスの形感で前記キ ャリヤーガス流中に解放し得るように試料の蓄積した部分を鋭い波面として運び 、前記第２の濃縮パルスが前記第１の濃縮パルスより距離が短く且つ持続時間が 短いようにする工程と；（ｈ）第２の段を冷却する工程と； （ｉ）前記試料部分を更に分解するため、前記試料部分を第２のクロマトグラフ ィ分離部分に沿って運ぶ工程と；前記工程（ｆ）−（ｉ）を反復し、前記第１の 分解を実質的に変化させることなく、多数の前記鋭い波面及び多数の前記更なる 分解を生成させる工程と；第１の検出器により前記多数の更なる分解を検出し、 前記試料の二次元クロマトグラムを含む多数の第２の部分のクロマトグラムを生 成させる工程と；からなることを特徴とする二次元クロマトグラフ方法。
44. ４４．クロマトグラフ部分間の接続部付近に配置された追加の検出器により検出 し得るように第１のクロマトグラフィ分離部分からの排出液の一部を分岐させる 工程を更に備え前記反復により、前記追加の検出器に分割されない試料の実質的 な残りの部分が第２のクロマトグラフィ分離部分に提供されることを特徴とする 請求項４３に記載の方法。
45. ４５．前記反復により、試料のほぼ全体が第２のクロマトグラフィ分離部分に提 供されることを特徴とする請求項４３に記載の方法。
46. ４６．前記試料を少くとも１つの追加のクロマトグラフィ分離部分を通じて運ぶ 工程を更に備えることを特徴とする請求項４３に記載の方法。
47. ４７． （ａ）各種の試料物質からなる試料を第１のクロマトグラフィ分離部分内に注入 する工程と、 （ｂ）前記試料の第１の分解部分により一連の分布帯となるように前記試料を前 記第１のクロマトグラフィ分離部分に沿って運ぶ工程と、 （ｃ）前記第１のクロマトグラフィ分離部分と該第１のクロマトグラフィ分離部 分に対し直列に配置された第２のクロマトグラフィ分離部分との間で試料の一部 を蓄積させる工程と、 （ｄ）前記試料の蓄積した部分を鋭い波面として第２のクロマトグラフィ分離部 分の入口に運ぶ工程と、（ｅ）前記試料部分を更に分解させるため、試料部分を 第２のクロマトグラフィ分離部分に沿って運ぶ工程と、前記工程（ｃ）、（ｄ） 、（ｅ）を反復し、前記第１の分解を実質的に変化させずに、前記第２のクロマ トグラフィ分離部分により多数の前記鋭い波面及び多数の前記更なる分解を生成 させる工程と、 前記多数の更なる分解を検出し、前記試料の二次元的クロマトグラムを含む幾多 の第２の部分のクロマトグラムを生成させる工程と、 前記第１のクロマトグラフィ分離部分及び前記第２のクロマトグラフィ分離部分 が直列に配置された方法により、前記二次元クロマトグラフィの直交性を調整す る工程と、からなり、前記調整工程が、前記第２のクロマトグラフ分離部分内の 保持時間を前記第１のクロマトグラフィ分離部分の進行の関数として調整し、保 持面内のピーク値の分布の統計学的測定がほぼ最大となり、クロマトグラフィ装 置のピーク容量が前記第１及び前記第２のクロマトグラフ分離部分の個々のピー ク容量に近似するようにする工程を含むことを特徴とする二次元クロマトグラフ ィ分離方法。
48. ４８．ほぼ全ての試料が、前記反復工程により第２のクロマトグラフ分離部分に 提供されるようにすることを特徴とする請求項４７に記載の方法。
49. ４９．前記試料を少くとも１つの追加のクロマトグラフ分離部分を通じて運ぶ工 程を更に備えることを特徴とする請求項４７に記載の方法。
50. ５０．クロマトグラフィ部分の接続部付近に配置された追加の検出器により検出 し得るように、前記第１のクロマトグラフィ分離部分からの排出物の一部を分岐 させる工程を更に備え、前記追加の検出器に分割されない試料の実質的な残り部 分が、前記反復により第２のクロマトグラフィ分離部分に提供されるようにする ことを特徴とする請求項４７に記載の方法。
51. ５１．前記第１及び第２のクロマトグラフィ分離部分の少くとも一方が、保持時 間勾配を有することを特徴とする請求項４７に記載の方法。
52. ５２．前記第１の部分が第１の固定相を備え、前記第２の部分が第２の固定相を 備え、前記第２の固定相が、前記第１の固定相に対して直列に配置され且つ該第 １の固定相と化学的に異なることを特徴とする請求項４７に記載の方法。
53. ５３．前記第１及び第２の部分が、前記第１及び第２の固定相を含む直列に接続 されたカラムを備えることを特徴とする請求項５２に記載の方法。
54. ５４．前記第１及び第２のクロマトグラフィ分離部分の少くとも一方がキャピラ リーカラムを備えることを特徴とする請求項４７に記載の方法。
55. ５５．前記第１及び第２の固定相が単一のカラム内に直列に配置されることを特 徴とする請求項５２に記載の方法。
56. ５６．前記第１及び第２の部分の各々が、前記キャピラリーカラム内に配置され た単一の固定相を備えることを特徴とする請求項５４に記載の方法。
57. ５７．前記第２の部分の保持時間が、 （ａ）第２の部分の温度、 （ｂ）第２の部分の温度変化の程度、 （ｃ）前記第２の部分に付与される電磁放射線の何れかを変えることにより変化 されることを特徴とする請求項５６に記載の方法。
58. ５８．前記キャピラリーカラムが保持時間勾配を有することを特徴とする請求項 ５４に記載の方法。
59. ５９．前記勾配が温度勾配であることを特徴とする請求項５８に記載の方法。
60. ６０．前記勾配が前記キャピラリーカラム内の固定相の厚さ勾配であることを特 徴とする請求項５８に記載の方法。
61. ６１．前記第１及び第２の部分が、液体クロマトグラフィ、超臨界流体クロマト グラフィ及びガスクロマトグラフィ部分から選択された部分の組み合わせ体であ ることを特徴とする請求項４７に記載の方法。
62. ６２．前記２つの部分がガスクロマトグラフィであることを特徴とする請求項６ １に記載の方法。
63. ６３．１つのクロマトグラフィ分離部分が温度勾配を有することを特徴とする請 求項６２に記載の方法。
64. ６４．温度勾配を有する前記クロマトグラフィ分離部分が前記第２の部分である ことを特徴とする請求項６３に記載の方法。
65. ６５．前記第１及び第２のクロマトグラフィ分離部分の少くとも一方には、固定 膜の厚さ勾配が提供されることを特徴とする請求項６２に記載の方法。
66. ６６．前記固定膜厚さ勾配を有する前記クロマトグラフィ部分が前記第２のクロ マトグラフィ部分であることを特徴とする請求項６５に記載の方法。
67. ６７．二次元ガスクロマトグラフを調整する工程が、第２のクロマトグラフィ部 分の温度を第１のクロマトグラフィ部分の進行の関数として変化させる工程を備 えることを特徴とする請求項６２に記載の方法。
68. ６８．前記第１及び第２のクロマトグラフィ部分が単一のオーブン内に収容され ることを特徴とする請求項６７に記載の方法。
69. ６９．前記二次元ガスクロマトグラフが、相対的カラム長さ、カラム径、固定相 の厚さ、厚さ勾配、キャリヤーガスの直線速度及び温度プログラムを選択するこ とにより調整されることを特徴とする請求項６７に記載の方法。
70. ７０．前記第１のクロマトグラフ部分からの排出液のほぼ全てが第２の部分に入 ることを特徴とする請求項６７に記載の方法。
71. ７１．前記第２のクロマトグラフ分離部分が、キャピラリーカラムを備え、前記 カラムの温度がカラム外側の抵抗性コーティングを通る電流を変えることにより 変化されることを特徴とする請求項６７に記載の方法。
72. ７２．前記二次元ガスクロマトグラフの直交性を調整する前記工程が、前記第２ のクロマトグラフィ部分内のキャリヤーガスの線速度を第１のクロマトグラフィ 部分の進行の関数として変化させる工程を備えることを特徴とする請求項６２に 記載の方法。
73. ７３．前記第１のクロマトグラフィ部分内のキャリヤーガスの線速度をプログラ ム通りに変化させることにより、キャリヤーガスの前記線速度の前記変化が第２ の方向に向けて行われるように、相対的カラム長さ、カラム径、固定相の厚さ及 び温度が選択されることを特徴とする請求項７２に記載の方法。
74. ７４．前記第１のクロマトグラフィ部分からのほぼ全ての排出物が第２のクロマ トグラフィ部分に入ることを特徴とする請求項７１に記載の方法。
75. ７５．前記第１及び第２のクロマトグラフィ分離部分の少くとも一方が保持時間 勾配を有することを特徴とする請求項６１に記載の方法。
76. ７６．前記第１及び第２のクロマトグラフィ分離部分の少くとも一方が保持時間 勾配を有することを特徴とする請求項２９に記載の方法。
77. ７７．試料の濃縮パルスを発生させる装置において、入口と、出口と、第１の段 を含む１本の前記管である第１の部分と、第２の段を含む１本の前記管である第 ２の部分とを有する管と、 前記管を通る方向に向けてキャリヤーガス流を形成し、キャリヤーガス流を生じ させる手段と １又は２以上の試料物質を含む試料を前記キャリヤーガス流中に導入する手段と 、 前記第１の段を冷却する手段と、 前記第２の段を冷却する手段と、 キャリヤーガスにより運ばれた試料物質をある時間、第１の段内に蓄積させて、 第１の濃縮物を形成する手段と、 第１の段を加熱し、第１の濃縮物を第１の濃縮パルスの形態にてキャリヤーガス 流内に解放する手段と、第１の濃縮パルスを前記第２の段に向けてキャリヤーガ ス流の前記方向に運ぶ手段と、 キャリヤーガスにより運ばれた前記第１の濃縮パルスの試料物質をある時間、収 束し且つ保持し得るように前記第１の濃縮パルスを前記第２の段の入口にて蓄積 させて、第２の濃縮物を形成する手段と、 キャリヤーガスにより運ばれた試料物質の蓄積を再開し得るよう、ある時間、第 １の段を冷却する手段と、前記第２の濃縮物を前記第１の濃縮パルスより長さが 短く且つ保持時間が短い第２の濃縮パルスの形態にてキャリヤーガス流中に解放 し得るように前記第２の段を加熱する手段と、 前記第２の段を冷却する手段と、からなることを特徴とする装置。
78. ７８．前記第１の部分が追加の段を備えることを特徴とする請求項７７に記載の 装置。
79. ７９．前記第１及び第２の段が、試料物質を保持するのに適した固定相を含むキ ャピラリーを備えることを特徴とする請求項７７に記載の装置。
80. ８０．前記キャピラリ−管が外側抵抗性コーティングを備え、前記第１及び第２ の段の少くとも一方が、前記外側抵抗性コーティングに電流を通すことにより加 熱されることを特徴とする請求項７９に記載の装置。
81. ８１．前記第１及び第２の段の少くとも一方が導電性壁を備え且つ前記導電性壁 に電流を流すことにより加熱されることを特徴とする請求項７９に記載の装置。
82. ８２．前記第１の段を冷却する前記手段、及び前記第２の段を冷却する前記手段 の少くとも一方がペルチェヒートポンプであることを特徴とする請求項７９に記 載の装置。
83. ８３．管の出口に設けられ、前記管から出る第２の濃縮パルス内の試料物質を検 出する検出器を更に備えることを特徴とする請求項７７に記載の装置。
84. ８４．直列に配置された２以上のクロマトグラフィ分離部分を有するクロマトグ ラフィ装置の最終部分を更に備えることを特徴とする請求項７９に記載の装置。
85. ８５．前記第１及び第２の段の各々が１本のキャピラリーカラムを備え、前記第 １の段の前記加熱手段及び前記第２の段の前記加熱手段が、各本のカラム上に外 側抵抗性コーティングを備えることを特徴とする請求項７７に記載の装置。
86. ８６．前記検出器がパルス式検出器であることを特徴とする請求項８３に記載の 装置。
87. ８７．前記パルス式検出器が、フーリエ変換質量分光計、タイムオブフライト質 量分光計、イオン捕獲質量分光計及びパルス式インテグレータ又は相ロック式ル ープの任意の１つであることを特徴とする請求項８６に記載の装置。
88. ８８．前記第１の部分が追加の段を備えることを特徴とする請求項７７に記載の 装置。