JPH07112548B2 - 粒子分離方法およびその装置 - Google Patents

粒子分離方法およびその装置

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JPH07112548B2
JPH07112548B2 JP60149074A JP14907485A JPH07112548B2 JP H07112548 B2 JPH07112548 B2 JP H07112548B2 JP 60149074 A JP60149074 A JP 60149074A JP 14907485 A JP14907485 A JP 14907485A JP H07112548 B2 JPH07112548 B2 JP H07112548B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は液状媒質内に発生された超音波定在波を用いて
種々の粒子タイプの粒子物質の分離、特に、これに限定
されるものではないが、液体クロマトグラフィーに適用
される、粒子分離方法およびその装置に関する。
技術背景 本発明の１つは、生物粒子等の粒状物質の分離方法に関
するものである。ここで、生物粒子とは、例えば全ウィ
ルス、バクテリアおよびイースト菌等のグロビュラープ
ロテインから、例えば植物細胞、動物細胞およびその集
合体等に至るまでの広範囲の粒状物質を含むものとして
使用され、また微細に破砕された有機又は無機粒状物
質、例えばクレイ等の珪酸質を含んだ粒状物質の分離に
使用される。
化学クロマトグラフィーにおいて、同定するための混合
物からの化学成分の分離は組成物における非常に微少量
の成分に基づいて行なわれる。それは非常に複雑な混合
物が小さなサンプルによって安全に代表させ得、よって
カラムは当該任意の分子試料の均質性に基づき分離処理
が鈍感である異性体および等方性組成等の特性のみが異
なる個別分子に対し過負荷とはならない。
米国特許第4280823号明細書において、カラムを通過す
るガス流中に赤血球のサンプルを飛沫同伴させる一方、
該カラムの一端部に配置された超音波変換器から対向端
部に配置された反射器に向けて超音波音響エネルギーを
放射し、該超音波の周波数及び超音波変換器と反射器間
の距離を調整して超音波の発射波及びその反射波の相互
作用により定在波を発生させ、これにより上記サンプル
の分析を行うカラムクロマトグラフィーが提案されてい
る。この米国特許明細書では、定在波の各節点がどのよ
うにして化学クロマトグラフィーにおける一連のフィル
タープレートと同様の機能を行い、サンプルがカラムに
沿って移動するにつれて該サンプルの各構成要素の分離
が促進されるかを開示している。
一方、細胞等の生物分子群は、各グループの構成要素が
サイズ、年令、代謝状態等において異なってるので、な
おさら均質でない。更に、グループ内のこれらに多くの
変形粒子群は音響分離が鋭敏なものである。そのため、
多きな固体群の分析および適当な細胞固体群によりそれ
ぞれ代表される種々のグループの精細な識別検出に対し
超音波音響エネルギーを用いた液クロマトグラフィーを
適用することが困難である。
米国特許第4280823号に記載の方法は、生物粒子群の任
意の混合グループの実質的なかつ十分に完全な分離を得
るには、非常に大きなカラム長を必要とするため、その
有用性が可成り制限されたものである。しかしながら、
サイズが実質的に増大することによる大形化およびコス
トの点を除き、距離に応じて生じる超音波の減衰のため
および発射波および反射波エネルギーが予め定められた
定在波を形成するように十分に整合されているような長
さに限定されるため、採用し得る最大カラム長には限界
がある。この主要問題の他に、更に、米国特許第428082
3号に記載された方法はガス雰囲気において生物粒子群
を操作する事、特に、当該生物粒子群の損傷又は変性を
調整し及び防止することが困難であるという不都合があ
る。
上記超音波音響エネルギーを用いた粒状物質の分離方法
を非常に小さなサンプルの簡単な分析ではなく、大量の
分離処理に用いようとすれば、母集団が大きい、特に生
物粒子群の分離処理における問題が依然として厳しい状
況にある。
例えば、英国特許第20894498A号明細書に記載の装置
を、混合固体群における大量粒子群の分離に使用する
と、上記問題に遭遇するであろうと予想される。この種
の装置において、コンジット内のある領域を流体流が通
過し、この領域においてコンジットの対向両端部に配置
された両超音波変換器を、位相角を制御した駆動電気信
号により駆動することにより上記両超音波変換器から出
力される音響出力の共通の伝搬方向に沿って移動する超
音波定在波が発生させられる。上記コンジット内を流通
する液状媒質流によって運ばれる粒子群は該コンジット
の長手軸を横断する定在波領域内に入り、その音響エネ
ルギーが該コンジットの長さ方向に沿った非常に短い距
離にわたってのみ有効とされる。したがって、粒子群が
定在波に沿って様々に変位させ得る範囲が可成り制限さ
れたものとなっている。このような制限は、上述したよ
うな非均質粒子群グループの分離の困難性と相俟って、
上記英国特許第20894498A号明細書に記載の装置が生物
粒子群の分離に全く適用不可能であることを意味する。
解決しようとする課題 この発明の目的は、相異った音響特性を有する種々の粒
子タイプの粒子群を粒子タイプ毎に有効に分離する方法
及び装置を提供することにある。
この発明によれば、液状媒質内に超音波音響エネルギー
を伝搬させて超音波定在波を発生させるとともに該液状
媒質と超音波定在波間で相対運動を行なわせ、上記液状
媒質内の種々のタイプの粒子群に、上記超音波音響エネ
ルギーにより粒子タイプに応じて互いに異なった作用を
行わせて該粒子群を分離するにあたり、上記超音波音響
エネルギーの伝搬を周期的に変化させ、これにより上記
超音波定在波に対し粒子群を粒子タイプ毎に異なった速
度で移動させて漸次分離する、粒子分離方法が提供され
る。
更に、この方法を実施するにあたり、液状媒質内で超音
波定在波を発生する２つの超音波の位相に関する連続性
を乱すことなく一定に保持しながら該超音波定在波の発
生を周期的に抑制するようにしてもよい。
上記超音波音響エネルギーの伝搬を周期的に変化させる
にあたり、超音波定在波の移動速度を周期的に変化させ
るか、それとも、超音波定在波の強度を周期的に変化さ
せるようにしてもよい。
また、この発明によれば、種々の粒子タイプの粒子群が
懸濁された液状媒質内の超音波定在波を発生させる手
段、上記液状媒質と超音波定在波間で相対運動を行なわ
せる手段、および上記超音波定在波の音響エネルギーの
伝搬を周期的に変化させる手段を備え、上記超音波定在
波の音響エネルギーに基づき上記液状媒質内の粒子群に
粒子タイプ毎にそれぞれ異なったストークス力を作用さ
せて該粒子群を漸次分離する、粒子分離装置が提供され
る。
実施例 この発明を添付図面とともに説明する。
第１図は、波長0.7mm、したがって１節点間隔0.35mmを
有する超音波定在波であって、１秒間あたり１節点間隔
長とする一定速度をもって移動する超音波定在波の伝搬
を説明するものである（該移動超音波定在波の１節点間
隔は、例えば室温での水中において周波数2MHzを有する
定在波に相当する）。この超音波音響エネルギーの伝搬
は該超音波定在波と液状媒質間で該超音波定在波の伝搬
軸に沿って一定速度をもって相対的に運動するように行
われる。第１図のグラフは時間軸（ｔ）に対する超音波
音響エネルギーの伝搬軸に沿った超音波定在波の移動距
離（mm）をプロットしたものである。このグラフにおい
て液状媒質に対し0.35mm/秒の移動速度を有する超音波
定在波の節点を実線で、及び腹点を点線で示される。ま
た、第１図は１サイクルを１秒間とする超音波定在波の
伝搬サイクルにおいて該定在波の伝搬が0.7秒間続行さ
れ、次いで0.3秒間抑止されることを示し、この場合の
超音波定在波と液状媒質間の相対運動は節点間の１周期
（波長／相対移動速度）を１秒間とする一定速度をもっ
て連続的に超音波定在波を伝搬させる運動に相当する。
液状媒質に懸濁された粒子の母集団に、該液状媒質に対
し所定速度をもって相対的に移動する超音波定在の音響
エネルギーが加えられると、該定在波の音響エネルギー
により何ら影響を受けない粒子群は静止し、該粒子群の
うち上記音響エネルギーにより弱い影響を受けた粒子は
該定在波の節点間部の略中央部（腹部）において振動を
行う一方、強力な影響を受けた粒子は該定在波の節点と
一緒に移動する。この場合、どのような粒子タイプの粒
子が上記定在波の節点又は腹点に引き付けられ易いかを
判定するファクターは不明ではあるが、理論的解析の不
足は本発明にとって重要なことではなく、本明細書にお
いて“節点”とは定在波の節点（節部）及び腹点（腹
部）の両者を含むものと理解しなければならない。
第１図に示すように、分離処理の開始時において、２種
類の粒子タイプの粒子群Ａ及びＢが超音波定在波の節点
に接触しているとする。これら粒子群Ａ及びＢは液状媒
質に対し相対的に上記定在波と一緒に移動しようとする
が、この場合、タイプＡの粒子群の上記定在波の音響エ
ネルギーに対する応答、すなわち節点との接触強さは、
タイプＢの粒子群に対するものよりも大きい。第１図に
示すように、分離開始から0.3秒を経過した時点で上記
超音波定在波の発生又は伝搬を抑止したときに、両タイ
プＡ及びＢの粒子群は液中に静止したままとされる。粒
径が非常に小さい、例えばミクロンオーダーの粒子は液
状媒質中での慣性力が非常に小さく、したがって上記定
在波の発生が抑止されると、両タイプＡ及びＢの粒子群
は即座に移動を停止する。
上記定在波の伝搬又は発生が0.5秒の時点で再び開始さ
れたとき、該定在波の各節点が抑止期間に比例した距離
を移動しており、このとき、粒子群Ａ及びＢは以前に接
触していた節点とそれに後続する腹点との間に位置す
る。上記定在波の音響エネルギーにより活発となった粒
子群Ａは元の節点に向かって液状媒質に対する相対的移
動速度よりも速い速度で移動し、即座に元の節点に再び
接触する。また、Ｂタイプの粒子群もＡタイプの粒子群
よりは若干弱い引き付け力により元の節点に向かって移
動するが、その移動速度は上記定在波の液状媒質に対す
る相対的移動速度よりも遅く、したがって、Ｂタイプの
粒子群は元の節点の次の腹点に到達する。そこでは元の
節点とその次の節点との吸引力が相殺され、したがって
これら粒子群Ｂは次第に近付いてくる次の節点の影響下
におかれ、即座に該節点に向かって移動して該節点と接
触する。その結果、両タイプＡ及びＢの粒子群は１節点
間隔をもって分離される。上記粒子群Ａが再び元の節点
と接触するとともに粒子群Ｂが１節点間隔をもって後方
に離間されたとき、再び上記定在波の発生が抑止され
る。このようにして、上記分離処理が繰り返えし行われ
る。この分離処理サイクルが連続して行われると、両タ
イプ粒子群Ａ及びＢは上記定在波の発生が抑止される毎
に１節点間距離をあけて分離される。一般に、上記分離
処理の１サイクルは上記定在波の節点間の１周期と同程
度の大きさとされ、よって粒子群Ａ及びＢは短期間に可
成りの回数をもって分離される機会が与えられる。
第１図に示す分離処理系において、上記定在波の各節点
の移動は該定在波の移動速度と関連している。任意の節
点間の１周期に対する定在波の発生の抑制期間により該
定在波の発生が再び開始された際、該定在波パターンに
対するそれら粒子群が存在する相対的位置が決定され
る。明らかなように、定在波発生の抑止時、粒子群Ａが
ある節点とその次の腹点間に存在するようにするには、
その抑止期間は１節点間隔の1/2の距離よりも短時間と
する必要があり（抑止期間は節点周期の累積値であり、
抑止期間の延長化は一般的に何ら利点がない）、このよ
うにすれば、粒子群Ａは上記定在波と一緒に前進する一
方、粒子群Ｂは後続の節点に戻される。上記抑止期間を
１節点間周期中の一部分に制限すると、ある節点に載せ
て前方に運搬される粒子群は再び該節点の近くで再び運
搬開始することになる。すなわち、この場合、粒子群Ｂ
に作用する吸引力が節点に向けて引き込むのに十分な強
さとなるように該元の節点に近付けなくともよい。
各分離処理サイクルにおける定在波の発生又は伝搬に関
し、最も簡単な方法は、定在波の発生を十分に長い時間
行って、両粒子タイプの粒子群Ａ及びＢを互いに確実に
１節点間隔を離間させることである。このようにすれ
ば、上記定在波の各抑止状態を可成りの精度をもって繰
り返すことができる。一方、この場合、粒子群Ｂが後続
の節点に戻される前に粒子群Ａは元の節点と再び接触す
るから、上記定在波の伝搬時間は再接触させる後続の腹
領域内の何処かに粒子群Ｂを残留させたたまま、粒子群
Ａを元の節点に接触させるのに十分な必要最小限の短い
時間とすることができる。
これは、特に、粒子群の形成が繁雑に行われる、高濃度
の粒子群を分離処理する際大いに意義があり、その他、
上記分離処理サイクルを出来る限り頻繁に繰り返すよう
にすれば、理想的な分離結果を得ることができる。例え
ば、１つのグループに属する粒子群を他のグループの濃
密な粒子群に同伴させるか、又は音響エネルギー密度が
完全に均一でなく、常に横方向の分布の乱れが最小とさ
れる定在波を用いて分離処理を行うようにすれば、該分
離処理はカラム内の平均的な状態を正しく反映する目標
の分離精度をもって連続的に粒子群を再分配することが
できる。
第２図は、第１図と比べ、操作サイクルの１周期を0.65
秒とし、定在波の発生又は伝搬時間を0.35秒に低減した
点を除いて、第１図のものにおけると同一条件で分離処
理を行ったときの動作を示す。第１サイクルの末期に
は、粒子タイプＡのエンリッチ粒子群A1が元の節点と接
触する一方、粒子タイプＢのエンリッチ粒子群B1が元の
節点に後続する腹点領域内に位置する。第２サイクルに
おける上記定在波の伝搬が再び開始されると、粒子群A1
は再び第１サイクルにおける節点アレイに対し同一位置
とされ、該粒子群A1からのＢ−リッチ分画B11が元の節
点に後続する腹点領域に退き、したがって、第３サイク
ルにおいて元の節点と節所する粒子群A2における粒子タ
イプＢの粒子群の含有量が低減する一方、粒子群B1はこ
の第２サイクルにおいて分離処理に付されず、単に次の
節点の粒子群に合体されるだけである。第３サイクルに
おいて、粒子群A2から更にタイプＢの粒子群中の粒子群
B12が除去され、次ぎのサイクルにおいて元の節点に再
接触する、更に精選された粒子群A3が残留する。第３サ
イクルにおいて、第１サイクルにおける元の混合物中の
タイプＢの粒子群に対し対応する位置でサイクルを開始
して以来、粒子群B1が再びもう１つの分離工程に付さ
れ、該粒子群B1からＡ−リッチ画分A11が抽出されてタ
イプＢの粒子群から精選された粒子群B2が残留する。
定在波の伝搬時間、定在波伝搬の抑止時間及び節点周期
と関連する分離処理サイクルの１周期を変化させること
により、分離精度及び操作速度を所望に調節することが
できる。第２図に示される分離処理におけるよりも更に
短いサイクル時間を設定することにより、例えば、１節
点周期の半分以下とする定在波の伝搬時間をもって２種
類の粒子群の分離を行うと、確実に連続した分離処理を
行うことができる。特に、定在波の伝搬が抑止される前
に、音響エネルギーにより強力に影響された粒子群を該
定在波の元の節点に再接触させることは一般に必要なこ
とではない。分離処理サイクルの１周期をできる限り最
小限のものとすることにより、液状媒質内の非常に短い
間隔領域に多数の分離ステージを含ませることができる
ため、分離処理を高精度をもって行うことができる。
第３図は第１図及び第２図における分離処理を実施する
ための装置の概略構成を示す。液状媒質充填カラム２内
の対向両端部にそれぞれ超音波変換器４が配置され、該
両超音波変換器４から超音波が発射されて液状媒質中に
超音波定在波が発生されるようになっている。上記カラ
ム２の対向両端部はそれぞれ液槽６、８に浸漬されると
ともに該両端部にそれぞれ装着された、超音波音響エネ
ルギーを透過可能な端プラグ10により各液槽６、８の内
容物と絶縁される。上記各超音波変換器４は槽６、８内
の液体に浸漬され、両超音波変換器４からの超音波音響
エネルギーの伝搬軸がカラム２の中心軸と一致するよう
に配置されている。各超音波変換器４は電源12aを内蔵
する発振器12の出力を増幅器14を介して増幅した電気信
号により駆動される。発振器12と一方の増幅器14間に接
続された位相制御器16は２つの超音波変換器４から出力
される超音波の位相を変化させ、これら両超音波出力を
干渉させることによりカラム２内に超音波定在波が発生
される。このようにしてカラム２内に発生された超音波
定在波は、カラム２の中心軸に沿って上記移相制御器16
により決定される速度をもって移動する。２つの増幅器
14用の電源18がスイッチ手段20によりオン・オフ制御さ
れ、これにより両超音波変換器４が連携して駆動制御さ
れ、上記定在波の発生又は伝搬が周期的に抑止、すなわ
ち、該定在波の発生又は伝搬が定期的に停止される。
上記カラム２は両端プラグ10間の液充填部分の対向両端
部に隣接して配置されたキャリア液の入口ポート22及び
出口ポート24を有する。これらキャリア液の入口及び出
口ポート22、24の近くにそれぞれサンプルポート26、28
が配置される。
１つの分離処理モードにおいて、液体ポート22、24間に
連続した低速のキャリア液の低速流が形成され、２種類
の粒子タイプの粒子群から成る混合サンプルが液体入口
ポート22に隣接するポート26を介してカラム２内に注入
される。超音波定在波が入口ポート22から出口ポート24
に向けて上方に移動させられ、第１図及び第２図ととも
に説明したように、上記タイプの粒子群が上記カラム２
の上方の端部に向かって移動するにつれてそれら粒子群
は漸次分離されるとともに粒子タイプ毎に互いに離間さ
せられる。分離された第１粒子タイプの粒子群がカラム
２の上方の端部に近付いたとき、キャリア液用の出口ポ
ート24を閉じるとともにそれに隣接するサンプルポート
28を開くことにより、各タイプの粒子群がそれぞれ個別
の時間間隔をもってサンプルポート28に到達するにつれ
て種類の異なったタイプの粒子群が粒子タイプ毎に逐次
収集される。
更に簡単化のため、単に超音波定在波により発生された
運動のみに依存させることにより、一端部に１つの入口
ポートを設けるとともに該一端部及びそれと対向する他
端部に出口ポートを設けた液体カラムを使用することが
できる。上記入口ポートは該カラム内にサンプルを注入
するのに利用され、該カラムの両端部に設けられた出口
ポート間にフラッシュ液を流通させて移動超音波定在波
により他端部に運搬された１つのタイプの粒子群及び該
超音波定在波の音響エネルギーにより影響されない残余
の粒子群を該他端部の出口ポートから掃き出させるのに
利用される。
上記超音波の周波数とか、該超音波音響エネルギーの強
さを適当に選定することにより、混合物から種々の分画
を分離することができる。
この発明のもう１つの分離方法を第４図とともに説明す
る。この分離方法において、超音波定在波が液状媒質中
を種々の速度で移動するように発生される。この実施例
では、液状媒質内で互いに対向するように配置された２
つの超音波変換器に、位相を周期的に段階状に変化させ
た超音波変換器の駆動電気信号が印加される。第４図
は、上記駆動電気信号により発生された移動超音波定在
波の一例であって該定在波の移動速度（ｖ）変化の様子
を示し、該定在波の移動速度（ｖ）は、第４図中、左手
側の縦軸の目盛りから分かるように、１秒間の１サイク
ル中に、最高速度95mm/分から最低速度5mm/分まで0.1秒
間隔で10段階をもって一方向に変化する。上記段階数は
更に増大することができ、特別の場合、第４図に点線で
示すように、１秒間の１サイクルにわたり100mm/分から
0mm/分まで一定の変化率をもって直線状に一方向に変化
させるようにしてもよい。上記定在波の１つの節点の全
移動距離が第４図の右手側の縦軸をもって目盛られる距
離（mm）に対して曲線DAとしてプロットされている;1サ
イクルにおける全移動距離は0.83mmであった。
上記超音波定在波の移動速度の変化が各粒子タイプの分
離に関してどのように影響を及ぼすかについては、前述
した実施例からつぎのように理解される。即ち、上記定
在波の動きに従った粒子の移動は上記定在波に対する粒
子の応答の強さに応じて定まる速度を有し、上記応答は
粒子に作用するストークス力を打ち消す程度のものとす
る必要がある。第４図に示される分離処理における速度
範囲をサンプル内の種々の粒子タイプの粒子の応答と整
合させれば、超音波定在波の音響エネルギーにより最も
強力に影響される粒子のみがキャリア液状媒質に対する
相対最大速度をもって該定在波に引き込まれ、該定在波
の速度と同等の平均速度をもって移動することとなる。
一方、上記移動定在波の影響度が弱い粒子群は該定在波
の最大速度よりも低い限界速度以下に低下してはじめて
該定在波に連行されて移動することとなる。第４図は移
動超音波定在波に対し異なった応答を呈する３種類の粒
子タイプの粒子群Ａ、ＢおよびＣの移動行程曲線DA、DB
およびDCを示す。これら粒子群Ａ、Ｂ及びＣが上記定在
波に応答し得る、すなわち、粒子を連行し得る、該定在
波の粒子連行の許容限界速度を示す、いわゆる、限界移
動速度は、例えば、粒子タイプＡの粒子に対しは110mm/
分、粒子タイプＢの粒子に対しては60mm/分、粒子タイ
プＣの粒子に対しては30mm/分であった。移動定在波の
最大速度よりも高い限界移動速度を有する粒子タイプＡ
の粒子は全分離処理期間中１つの節点とのみ接触する状
態とされ、当該分離処理の１サイクルにおいて該節点と
一緒に移動した距離は0.83mmであった。粒子タイプＢの
粒子は、当該分離処理サイクルの開始後0.4秒間、上記
定在波の移動速度が60mm/分以下に低下するまでは該定
在波に連行されず、このサイクルにおける残りの0.6秒
間における移動距離は0.3mmであった。同様に、粒子タ
イプＣの粒子は、当該分離処理サイクルの開始から0.7
秒後に上記定在波に連行され、該サイクルの末期の0.3
秒間に距離0.075mmを移動した。
上記サイクルを連続して繰り返すことにより各グループ
に漸次分離される度合、すなわち分離精度を改善できる
とともに分離される粒子群間の離間距離を大きくするこ
とができる。この分離処理効率は分離サイクル周波数と
はほとんど無関係である；しかるに、１サイクルの時間
はより短い程好ましいが、移動定在波の周波数が4MHzオ
ーダであれば、１サイクルが実質的に１秒以下の短い時
間では、１つの節点に向けて粒子群を有効に移動させる
に十分な運動エネルギーを付与することができない。
第５図は、第４図に示す移動定在波の変速パターンを実
現するための超音波変換器駆動回路の一例のブロック図
である。
各超音波変換器は第３図に示すと同様にして液体カラム
内に配置される。発振器12は、入力及び出力間の位相差
を所望値に設定する、位相ロックユニット32及び所望の
移動定在波の速度プロフィルに応じて選定された位相差
を設定する、移相制御器34を介して、２つの増幅器14の
うちの一方を駆動する。
また、第１図及び第２図に示すような定在波の伝搬の抑
止時間に代えて、移相器を用いて瞬時的に超音波の位相
を変化させることにより、比較的短い１サイクル内に該
定在波の各節点を瞬時に変位させるようにしてもよい。
この定在波の各節点の変位の様子が第６図に示す。この
場合、たとえ、各粒子に可成り急激に大きく変化する力
が加わろうとも、この力は小さなものであり、液状媒質
中の各粒子がそれらが有する慣性力によって許容し得る
程度のものとする必要がある。
既に述べたように、この発明はクロマトグラフィーに適
用できるばかりでなく、その使用の一例を示す第７図に
したがって説明されるように、連続分離処理に使用する
ことができる。第７図は第３図の装置におけるカラム２
に代えて使用できる、改良型液体カラム42を示す。第７
図には、超音波定在波発生手段が図示されないが、この
第７図の装置は第５図にしたがって説明された移動超音
波定在波発生手段により、第４図にしたがって説明され
た可変強度特性を有する超音波定在波を使用することが
できる。
カラム42は両端部の端プラグ10間の間部に長手方向に沿
って離間して配置された一連のポート44、46、48、50及
び52を有する。ポート44と46は循環コンジット54と接続
され、液体ポンプ56により循環コンジット54を通して液
体が循環され、よってカラム42におけるポート46からポ
ート44にわたって液体が流れる。また、もう１つの液体
ポンプ58によりポート50を介してカラム42に液体がポン
プ輸送され、ポート48及び52から液体が流出される。分
離しようとする粒状物質がポート60から循環コンジット
54に導入される。このポンプ輸送系において、ポート50
からポート48へ流れる液体流の流速がポート46からポー
ト44へ流れる液体流の流速よりも高くされる一方、これ
とは逆に、ポート46からポート48への液体流の流速が低
くなるようにされる。
上記超音波定在波と液体間の相対速度がポート46と44間
での比較的高い速度からポート46と48間での比較的低い
速度に変化するにつれて、ポート46と対向する領域では
定在波の影響を十分に受けた粒子群がポート50に向かっ
て移動する該定在波の各節点によりピックアップされ
る。カラム42におけるポート48の上方部に向流液体流が
形成され、該向流液体流と上記定在波間の相対移動速度
が再び増大させられるが、該定在波から全ての粒子群を
脱出させる程のものではない。このようにして、上記定
在波の各節点に液体の粘性に基づくストークス力に抗じ
得る程度に各節点に強力に接触させられた粒子群が該定
在波と一緒にカラム42を上昇する一方、残りの粒子群は
該カラム42から向流液体流と一緒にポート48から流出す
る。ポート48を通過して上昇し続ける粒子群は上記液体
流と一緒にカラム42からポート52を介して取り出され
る。
上記分離方法においては、上記カラム42内の２つの連続
した領域にそれぞれ向流系が確立され、循環流から抽出
された２種類の粒子タイプの粒子群が形成される。この
実施例から明らかなように、カラムの長手軸に沿って複
数の液体入口ポート及び出口ポートを設けて相異なる流
速領域を確立し、これにより連続的分離処理において分
離すべき混合粒子群の分画数を増やすことができる。
【図面の簡単な説明】
第１図及び第２図はともに液体媒質内での超音波定在波
の発生を周期的に断続させながら液状媒質内における粒
子群を粒子タイプ毎に分離する動作原理の概略説明図、
第３図は第１図及び第２図に記載される分離処理を実施
するための装置の概略構成図、第４図は超音波定在波が
可変速度をもって伝搬される液状媒質中の粒子群の分離
処理動作の概略説明図、第５図は第４図の分離処理を行
うための第３図の装置を部分的に変形した装置の部分構
成図、第６図はもう１つの分離処理方法の一例であっ
て、段階状に変位させるように超音波定在波の位相を瞬
時に変化させるようにした種々の粒子タイプの粒子群を
分離する動作原理の説明図、第７図は連続分離処理を実
行するための第３図の装置を部分的に変形した装置の部
分構成図である。 ２……カラム、４……超音波変換器、６、８……槽、10
……端プラグ、 12……発振器、12a……電源、14……増幅器、16……位
相制御器、18……電源、 20……スイッチ手段、22……入口ポート、24……出口ポ
ート、 26、28……サンプル注入ポート、32……位相ロックユニ
ット、 34……移相制御器、42……カラム、 42、44、46、48、50、52……ポート、54……循環コンジ
ット、 56、58……ポンプ、60……ポート、 Ａ、Ｂ、Ｃ……粒子タイプ、DA、DB、DC……節点の全移
動行程。

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】種々の粒子タイプの粒子群を含む液状媒質
    内に超音波定在波を発生させるとともに該液状媒質と超
    音波定在波間で相対運動を行なわせ、上記超音波定在波
    の音響エネルギーに基づき上記液状媒質内の粒子群に粒
    子タイプ毎にそれぞれ異なったストークス力を作用させ
    て該粒子群を分離するにあたり、 上記超音波定在波の音響エネルギーの伝搬を周期的に変
    化させ、これにより上記超音波定在波に対して上記粒子
    群を粒子タイプ毎に異なった速度で移動させて漸次分離
    することを特徴とする、粒子分離方法。
  2. 【請求項２】超音波定在波の移動速度を周期的に変化さ
    せる、第１項記載の方法。
  3. 【請求項３】液状媒質内を伝搬する２つの超音波の位相
    を瞬時的に変化させて連続的に移動する超音波定在波を
    発生させ、該超音波定在波の連続運動に周期的に間欠運
    動を重畳させる、第２項記載の方法。
  4. 【請求項４】超音波定在波の移動速度を周期的に最大速
    度〜最小速度の範囲内において一方向に変化させる、第
    ２項記載の方法。
  5. 【請求項５】超音波定在波の強度を周期的に変化させ
    る、第１項〜第４項のいずれかに記載の方法。
  6. 【請求項６】液状媒質内での超音波定在波の発生を定期
    的に停止する、第５項記載の方法。
  7. 【請求項７】液状媒質内に超音波定在波を発生させる超
    音波発生手段の電気駆動信号の位相の連続性を一定に保
    持しながら該液状媒質内での超音波定在波の発生を定期
    的に停止する、第６項記載の方法。
  8. 【請求項８】液状媒質内に懸濁された種々の粒子タイプ
    の粒子群を分離する装置において、 上記液状媒質内に超音波定在波を発生させる手段、 上記液状媒質に対し超音波定在波を相対的に移動させる
    手段、および 上記超音波定在波の音響エネルギーの伝搬を周期的に変
    化させる手段を備え、 上記周期的に変化する超音波定在波の音響エネルギーに
    基づき上記液状媒質に対して該液状媒質内の粒子群を粒
    子タイプ毎にそれぞれ異なった速度で移動させて該粒子
    群を漸次分離することを特徴とする、粒子分離装置。
  9. 【請求項９】超音波定在波を発生する手段が２つの超音
    波の位相を変化させてこれら超音波の相互作用により超
    音波定在波を発生させる、位相制御手段を含む、第８項
    記載の装置。
  10. 【請求項１０】超音波定在波の音響エネルギーの伝搬を
    周期的に変化させる手段が超音波定在波の移動速度を漸
    次変化させる手段を含む、第８項または第９項記載の装
    置。
  11. 【請求項１１】更に、液状媒質に対し相対的に移動する
    超音波定在波の発生を定期的に停止する手段を備えた、
    第８項記載の装置。
  12. 【請求項１２】更に、液状媒質内に発生された超音波定
    在波を貫通する循環液流発生手段を備えた、第８項〜第
    11項のいずれかに記載の装置。
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