JPH038369Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、磁気勾配場を作用場として用い溶質
種の分離分析を行うキヤピラリーと高勾配磁場を
用いた流動分画に関する。

〔従来の技術〕

狭い空隙を流れる液体は層流となるが、その流
速は、良く知られているように壁面が最も小さく
空隙の中心に向かつて大きくなり、そして空隙の
中央が最大となる放物線流速分布をとる。この流
れの直角方向に作用力を及ぼす場又は勾配場を加
えると、溶質は空隙内において流速分布の特定の
位置に作用力と熱拡散力との釣り合いで決まる固
有の分布をとる。この原理を利用して溶質種の分
離分析を行うのがFFF（Field Flow Fraction
ation；作用場流動分画）である。この作用場と
して遠心力場を用いる流動分画や磁場を用いる磁
気勾配場流動分画（Magnetic−FFF）が注目さ
れ種々提案されている。磁気勾配場流動分画に関
し、本件出願人も既に提案をしており、以下にそ
の先願（特願昭60−141290号）の例を説明する。

第４図は均一磁界中に強磁性体ワイヤーを配置
したときのその近傍の磁場強度分布を説明するた
めの図、第５図は強磁性体ワイヤーを使つた磁気
勾配場流動分画の例を示す図、第６図はカラムの
具体的な構成例を示す図である。

まず、均一磁界中に磁界の方向と直交する方向
に強磁性体ワイヤーを置いたときの強磁性体ワイ
ヤー外周に発生する局所磁場について説明する。
第４図に示すように均一磁界H₀中に磁界の方向
と直交する方向に１本の強磁性体ワイヤー２１を
置いた場合、その強磁性体ワイヤー２１の外周に
は磁化による局所磁界H₁が発生する。この局所
磁場ポテンシヤル（H₁／H₀）²を等高線で表すと
第４図点線のようになる。この第４図点線から明
らかなように、等高線がほぼ同程度の粗さで分布
する空間は２つ存在する。すなわち、１つは、外
部磁界H₀の方向に対して強磁性体ワイヤー２１
の垂直方向の空間であり、もう１つは、強磁性体
ワイヤー２１から離れた斜めの方向の空間にみら
れる。

そこで、第４図に示す１点鎖線Ｌ上に２本の強
磁性体ワイヤーを並べて配置すると、その間隔が
およそ強磁性体ワイヤーの径の12.5±2.5倍にし
た場合に、その２本の強磁性体ワイヤーの中央の
局所磁場ポテンシヤル（H₁／H₀）²が最大（ほぼ
「１」）になり、両側の強磁性体ワイヤーへ向かつ
てほぼ均一な傾斜（局所磁場ポテンシヤルが0.9
まで）となる。既に提案中で先願の高勾配磁場を
用いた流動分画は、基本的にこの２本の強磁性体
ワイヤーの中間の部分（１点鎖線Ｌ上）をチヤネ
ルとするものであり、さらにチヤネル中央の上下
にも強磁性体ワイヤーを配置した構成例を示した
のが第５図である。

第５図において、強磁性体ワイヤー３２ないし
３５は、分離溝３１の左右上下の位置にその流路
に沿つて平行に配置され、これらと直角の方向に
均一磁界H₀が加えられる。これにより、分離溝
３１に高勾配磁場を作つている。その具体的な分
離溝の構成例を示したのが第６図である。

第６図ａにおいて、板状部材３６ないし３９
は、ステンレススチールSUS316や304、硬質プ
ラスチツク、ガラス等を使つた非磁性体板状部材
であり、左右に板状部材３６と３７を配置し、こ
れらを板状部材３８と３９により上下から挟んで
分離溝３１を形成している。そして、左右の板状
部材３６と３７にはワイヤー固定用溝４１を設
け、また、上下の板状部材３８と３９にはワイヤ
ー固定用溝４２を設け、ここに強磁性体ワイヤー
３２ないし３５をそれぞれ埋め込み固定してい
る。なお、板状部材３６ないし３９の結合部分に
はパツキン部材４０を用いるが、このパツキン部
材４０としては、ポリイミドシート（例えば東レ
ーデユポンの商品名ではカプトン）等の高圧パツ
キン部材が用いられる。

上記のように分離溝３１の上下左右に強磁性体
ワイヤー３２ないし３５を配置して、これらに対
して直角になる方向の均一磁界H₀の中に置き、
均一磁界H₀が強磁性体ワイヤー３２ないし３５
を飽和磁化に至らしめているとすると、分離溝３
１における磁場ポテンシヤル（H₁／H₀）²は、第
６図ｂに示すように分離溝３１（チヤネル）の中
央が最も高くその両端面に向かつて単調減少する
分布となる。

〔考案が解決しようとする問題点〕

ところで、流動分画において、チヤネル壁画の
面精度やチヤネルギヤツプの一様性は極めて重要
である。しかるに上記先願のチヤネルは、機械加
工によつて作られる板状部材３６ないし３９によ
り構成するため、それぞれの連結部やチヤネルの
内壁となる面は、高精度の加工技術を要する。ま
た、カラム長を大きくとることは、カラム長さに
相当する均一磁界を発生させなければならないこ
とになり、現実的には困難となる。

本考案は、上記の問題点を解決するものであつ
て、カラムを長くしてもコンパクトな構成で容易
に均一な高勾配磁場を得ることができる磁場勾配
を用いた連続流体分離装置を提供することを目的
とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そのため本考案のキヤピラリーと高勾配磁場を
用いた流動分画は、磁気勾配場を作用場として用
い溶質種の分離分析を行う流動分画において、均
一磁界中に磁界方向と軸を一致させて径の異なる
複数の円筒状非磁性体部材を同心的に配置し、該
非磁性体部材の外周にＶ字溝を切つて該Ｖ字溝の
底部に強磁性体のワイヤーを巻き、該ワイヤー外
周に作る局所磁場の均一磁場勾配の位置にチヤネ
ルとしてキヤピラリーを連続して巻くように構成
したことを特徴とする。

〔作用〕

本考案のキヤピラリーと高勾配磁場を用いた流
動分画では、ワイヤー外周に作る局所磁場の均一
磁場勾配の位置にチヤネルとしてキヤピラリーを
配設するので、チヤネルの精度はキヤピラリーに
依存し、チヤネルとして使用条件を満足するキヤ
ピラリーを選択すればよい。しかも、このチヤネ
ルとしてキヤピラリーは、市販されたものが使用
できる。また、ワイヤーの径とキヤピラリーの径
とは相互に一定の関係があるので、それに対応し
た角度のＶ字溝を使うことによつて、相互の設置
を簡単に行うことができる。特に、径の異なる複
数の円筒状非磁性体部材を同心的に配置するの
で、狭いギヤツプで均一磁場を発生させつつ、必
要なカラム長を確保することも容易にでき、同一
磁場でも円筒状非磁性部材の配置数を加減するこ
とによりカラム長の調整も容易に行うことができ
る。

〔実施例〕

以下、実施例を図面を参照しつつ説明する。

第１図は本考案に係るキヤピラリーと高勾配磁
場を用いた流動分画の１実施例を説明するための
図、第２図は本考案に係るキヤピラリーと高勾配
磁場を用いた流動分画の具体的なチヤネルの構成
例を示す図、第３図はキヤピラリーの配列例を示
す図である。図中、１と１１はベース、２と１２
は強磁性体ワイヤー、３と１３はキヤピラリー、
４はＮ磁極、５はＳ磁極、６〜８はボビン、９は
Ｖ字溝を示す。

第１図において、ベース１は、均一磁界H₀の
中にあつてこの磁界の方向に対して図示の如き方
向にＶ字溝を有するものであり、アルミニウムや
樹脂製の非磁性体材料が使用される。そして、こ
のＶ字溝の底部に強磁性体ワイヤー２を配設し、
さらにその強磁性体ワイヤー２から一定距離を隔
てた上層にFFFのチヤネルとしてキヤピラリー
３を配設する。このようにすると、先に第４図を
参照しつつ説明したように強磁性体ワイヤー２の
外周に局所磁界H₁が発生し、磁場ポテンシヤル
（H₁／H₀）²の等高線は、図示点線に示すようにキ
ヤピラリー３の内面にほぼ平行となる。すなわ
ち、キヤピラリー３の内部の磁場分布は、磁場ポ
テンシヤル（H₁／H₀）²が強磁性体ワイヤー２と
反対側の内面に向かつて直角に変化する比較的均
一な磁場勾配として得られる。そのため、キヤピ
ラリー３では、内面のほぼ半周を集束壁面とする
チヤネルギヤツプのカラムと見做すことができ
る。

なお、強磁性体ワイヤー２としては、鉄やニツ
ケル等が使用され、キヤピラリー３としては、テ
フロンや溶融石英管等が使用される。例えばテフ
ロンチユーブは、医用や電気配線用等、種々の目
的で外径及び内径の様々なものが市販されてい
て、化学的に不活性で内面も比較的良い。また、
溶融石英管は、ガスクロマトグラフイーや超臨界
クロマトグラフイー（SFC）等にも使用され、内
面が極めて平滑で外径及び内径の様々なものがあ
る。また、ベース１としては、たとえばボビンを
使用し、そのボビンの外周にＶ字溝を切つたもの
とすると、このボビンの軸方向に均一磁界を与え
外周のＶ字溝に沿つて強磁性体ワイヤー２及びキ
ヤピラリー３を巻くことによつて長いカラム長を
得ることができる。その具体的な例を示したのが
第２図である。

第２図において、中心より右側はボビン６の外
観を示し、左側は断面を示す。Ｎ磁極４及びＳ磁
極５は、均一磁界を発生するマグネツトであり、
ボビン６〜８は、その均一磁界内に同軸配設さ
れ、それぞれの外周にＶ字溝９が切られた径の異
なるベースである。従つて、このボビン６〜８で
径の小さい内側のボビン８から順次そのＶ字溝９
に強磁性体ワイヤー及びキヤピラリーを巻いてゆ
くと、Ｎ磁極４及びＳ磁極５によるマグネテイツ
クギヤツプを比較的狭くしても長いチヤネルを充
填することができる。また、その同軸多層のボビ
ンの数や各ボビンの巻回数を設定することによ
り、狭い均一磁界の空間でカラム長を自由に調節
することができる。

例えば、第３図において、Ｖ字溝の間隔L₁を
1.5mmにして、溝の開口角θを76゜、溝の深さL₃を
0.54mm（これらから溝の間口幅L₂は0.843mmとな
る）、強磁性体ワイヤー１２の径ａを70μｍ、キ
ヤピラリー１３の外径d₀を500μｍ、内径d_iを300μ
ｍとすると、第１図に示す如く強磁性体ワイヤー
２に近い方のキヤピラリー３の内面から外側に向
けて磁場ポテンシヤル（H₁／H₀）²にして0.90〜
0.98までほぼ均等な磁場勾配を発生させることが
できる。しかも、第２図に示すように同軸多層に
したボビンを使うことによつて、数ｍのカラム長
のチヤネルをコンパクトに収めることができる。
このようなキヤピラリーと高勾配磁場を用いた流
動分画において、溶質に作用する力Ｆは、チヤネ
ル内に体積磁化率X_nなる展開液（溶媒）を流し、
体積磁化率X_sなる粒子を試料（溶質）として注
入すると、 Ｆ＝Δxv_sH₀ ²grad（H₁／H₀）² ……(1) ＝0.08Δxv_sH₀ ² となる。ここで、Δxは溶質と溶媒の体積磁化率
の差（x_s−x_n）、v_sは溶質の体積で、溶質を球と
仮定するとv_s＝（π／12）d_p ³である。従つて、相
対リテンシヨンＲは、 Ｒ＝6kT／FW＝6kT／0.08Δxv_sH₀ ²W …(2) となる。

なお、本考案は、上記の実施例に限定されるも
のではなく、種々の変形が可能である。例えば上
記の実施例では、Ｖ字溝の開口角や強磁性体ワイ
ヤーの径、キヤピラリーの径等の寸法を特定した
が、これらの寸法は、そのときの条件に応じて設
定でき、第２図に示す同軸多層構造のものの場合
にも、磁極間隙内に収まる範囲で層数や各層の巻
回数を選択することによつて自由にカラム長を設
定できる。また、Ｖ字溝による位置決めに代えて
スペーサ部材等、他の位置決め手段を使つてもよ
い。ただ、Ｖ字溝の場合には、その開口角θを選
ぶと、強磁性体ワイヤーの径ａ、キヤピラリーの
内径d_i、外径d_pから磁場ポテンシヤルのどの位置
にチヤネルを置くかを決めることができる。これ
らの関係は、例えば溝の開口角θを70゜程度にす
ると、強磁性体ワイヤー径の５〜７倍の外径のキ
ヤピラリーが配設されることになる。しかもこの
場合には、キヤピラリーの内周にほぼ沿つた局所
磁場ポテンシヤルの分布となる。このことにより
流速分布と作用力の向きと大きさがFFFの条件
を満たすものとすることができる。

〔考案の効果〕

以上の説明から明らかなように、本考案によれ
ば、均一磁界内に強磁性体ワイヤーをおいて発生
する局所磁界の均一磁場勾配の位置にチヤネルと
してキヤピラリーを置くようにするので、非磁性
体のボビン外周にＶ字溝を切つて強磁性体ワイヤ
ー及びキヤピラリーを巻き、同軸多層にボビンを
配置することによつて、狭いギヤツプで均一磁場
を発生させることができ、比較的小型のマグネツ
トにより高磁場を発生することができる。従つ
て、高精度でカラムの長いFFFチヤネルを得る
ことができる。また、流動分画において理論的な
分離性能は、カラム長に比例するので、カラムの
長いFFFチヤネルを得ることによつて分離性能
を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係るキヤピラリーと高勾配磁
場を用いた流動分画の１実施例を説明するための
図、第２図は本考案に係るキヤピラリーと高勾配
磁場を用いた流動分画の具体的なチヤネルの構成
例を示す図、第３図はキヤピラリーの配列例を示
す図、第４図は均一磁場中に強磁性体ワイヤーを
配置したときのその近傍の磁場強度分布を説明す
るための図、第５図は強磁性体ワイヤーを使つた
磁気勾配場流動分画の例を示す図、第６図はカラ
ムの具体的な構成例を示す図である。 １と１１……ベース、２と１２……強磁性体ワ
イヤー、３と１３……キヤピラリー、４……Ｎ磁
極、５……Ｓ磁極、６〜８……ボビン、９……Ｖ
字溝。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 磁気勾配場を作用場として用い溶質種の分離分
   析を行う流動分画において、均一磁界中に磁界方
   向と軸を一致させて径の異なる複数の円筒状非磁
   性体部材を同心的に配置し、該非磁性体部材の外
   周にＶ字溝を切つて該Ｖ字溝の底部に強磁性体の
   ワイヤーを巻き、該ワイヤー外周に作る局所磁場
   の均一磁場勾配の位置にチヤネルとしてキヤピラ
   リーを連続して巻くように構成したことを特徴と
   するキヤピラリーと高勾配磁場を用いた流動分
   画。