JPH08509551A - 流体クロマトグラフィのための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 粒子状分離媒体の懸濁液がクロマトグラフ・カラム（１）の一端に入れられる、粒子状分離媒体を液体クロマトグラフ・カラムに充填する方法において、液体が第１のフィルタ（５）を通る間に粒子がフィルタによって保持されるようにカラム（１）の一端部が第１のフィルタ（５）によって閉じられている。充填作業が終わった後で、カラム（１）の他端が第２のフィルタ（１２）で閉じられる。本発明によれば、カラムの端部に対して軸方向に移動でき、内部に第２のフィルタ（１２）が配置される入口要素（２）を介して粒子状分離媒体の懸濁液が供給される。充填作業中は、粒子状分離媒体がフィルタ（１２）の上側から前記フィルタの側縁部を通ってカラムの内部（１４）まで流れることができる位置に入口要素（２）とフィルタ（１２）とが保持される。充填作業が終わった後で、液体圧を維持しながら、入口要素（２）はカラムの端部へ向かってフィルタ（１２）を通ることが阻止される位置まで動かされ、その後で入口要素（２）はその位置に固定される。本発明はこの方法を実施するカラムにも関する。

Description

【発明の詳細な説明】 流体クロマトグラフィのための方法及び装置 本発明は、分離媒体で充たすためのカラム・チューブと、入口手段と、出口手 段とを含む、液体クロマトグラフィ用のカラムに関するものである。本発明はそ のようなカラム・チューブに分離媒体を充たす方法にも関するものである。 クロマトグラフ・カラムで生物学的物質を効果的に分離できるようにするため に、分離物質の細かい粒子をカラム・チューブにできるだけきつく、かつ一様に 詰めることが普通である。カラムの充填、又はしばしば呼ばれるカラムパッキン グは通常、カラムの一端を濾過要素を含む出口手段でふさぎ、粒子の加圧懸濁液 をカラムの他端にポンプで注入することによって行われる。ポンプで注入された 液体はほとんど妨害されることなしに濾過要素を通ることができるが、粒子は濾 過要素によって保持され、チューブの長さに沿って粒子床を形作る。カラム・チ ューブが充填されるにつれて、粒子はチューブの壁に向かって押し付けられ、粒 子床は粒子が良く分布した安定な締まった状態になる。この状態は充填過程全体 を通じて維持される。 しかし、カラム・チューブが粒子で充填され、懸濁液のポン プ注入が終わって入口要素をチューブの充填端部に取り付けることができるよう になると、粒子床内部の安定した抑制力が部分的に失われ、その結果として粒子 床が膨脹する。従って、カラム・チューブが再び加圧されるとき、通路の形成や 死空間の形成等、安定な締まった状態を乱す異種混交状態すなわちふぞろい状態 が粒子床中に生じ易くなる。 この問題を解決するために数多くの試みが行われてきた。例えば、ＥＰ−Ａ− ００４０６３３号は、カラム床を圧縮状態に維持し、それによって床の安定度を 向上させるばね構造を入口要素に設けることを提案している。圧力プランジャに よって生じる効果に基づく類似の構造がＤＥ−Ａ−３０２１３６６号及び米国特 許第４，３５０，５９５号に記載されている。ＤＥ−Ａ−３０００４７５号は、 カラム・パッキングの半径方向圧縮によって粒子のパッキングを安定にする可撓 性壁を有するカラムを記述している。実際の充填作業中に床を圧縮するように機 能し、その後除去される圧力プランジャを含むカラム充填機が米国特許第４，５ ４９，５８４号に記載されている。床の安定性を向上させるための、現在商業的 に確立されている最良の構造は、たとえば、米国特許第４，７３７，２９２号に 記載され ているような、手作業で調整できるプランジャ機構等が入口要素に設けられてい るものである。わずかに異なる概念が米国特許第４，７３２，６８７号に提案さ れている。その米国特許には、カラムの上側部分に取り付けた穴あき板を使用す ることが記載されている。その板を通して粒子スラリーを入れることができるが 、その穴あき板は、本来充填機が除去されたときに粒子床の膨脹を阻止するため のものである。別の変形が特開平４−９８１５６号、特願平２−１３４５６２号 、及びＧＢ−Ａ−２，２３８，２５７号に記載されている。 これらの初期に提案された解決策は、複雑な技術的構造を含み、あるいは充填 された粒子床の元の圧縮度及び密度は再び確立できず、結果として得られる安定 度を部分的に補償するだけである。 従って、本発明の目的は、構造的に簡単であるが、粒子床の元の圧縮度／密度 を維持することが可能で、カラムの充填の後のカラム床内部の圧力低下及びカラ ム床の膨脹に伴う前記の問題を完全に避けることのできる入口部分を有するカラ ムを提供することである。本発明の他の目的は、この概念によるカラムを充填す る方法を提供することである。 本発明のその他の目的、及び以下の説明において明らかにされる本発明によっ てもたらされる諸利点は、請求の範囲第１項及び第２項に記載され、以下に詳し く説明する諸特徴を有する方法及びカラム装置で達成される。本発明の好適な実 施例が従属クレームに記載されている。 以下、本発明に従って製作された分離カラムの特定の例示的実施例のいくつか に関して、添付図面を参照して本発明を詳しく説明する。 第１図は入口部分がカラム充填位置にある分離カラムの一実施例の縦断面図で ある。 第２図は充填動作が終わった後の固定された位置にあるカラム入口要素を示す 第１図に対応する図である。 第３図は第１図の線Ａ−Ａに沿う横断面図である。 第４図は充填位置にあるカラムを示す分離カラムの別の実施例の部分縦断面図 である。 第５図はカラム充填動作が終わった後で入口部分が固定された位置にある第４ 図に対応する図である。 図示の分離カラムはカラム・チューブ１と、上部要素２の形の入口手段とで構 成される。カラム・チューブは例えばガラス、 ＰＥＥＫ（ＩＣＩから販売されているポリエステル−エーテル−ケトン）で製作 される。上部要素は例えばＰＥＥＫで製作される。後で説明するように、入口手 段はチューブ１に沿って軸線方向に動かしてそれに固定できる。チューブ１の底 部分は出口通路３を含む。出口通路は連結凹み又は連結開孔部４に向かって開い ている。その連結開孔部には例えばねじ（図示せず）が切られる。下部フィルタ ５が出口通路３の上部に設けられる。 チューブの底部と同様に、上部要素２も連結凹み又は連結開孔部６（例えば、 ねじが切られている）を有する。その開孔部６は入口通路７を含む。その入口通 路は上部要素２の底部の中央凹み８に開口している。凹み８の内径はカラム・チ ューブ１の外径に対応するので、上部要素２をチューブ１に関して垂直に、すな わち軸線方向に動かすことができる。図示の場合には例えばシリコンゴムで製作 されたＯリングである弾性シール９が、凹み８の底に設けられている環状溝１０ に受容される。凹み８のシール溝１０の内側に円形凹み部１１が設けられる。そ の凹み部１１は例えば焼結したＰＥＥＫで製作された上部フィルタ１２を収容す るように構成されている。以下の説明から容易に明らかになるように、凹み部１ １の深さはフィルタ１２ の厚さよりわずかに小さい。更に、フィルタに対する凹み部１１の直径は、しま りばめによって凹み部の所望の任意位置に固定できると共にカラムの充填中にフ ィルタが受ける力よりも大きい力をフィルタに加えることによってフィルタが凹 み部の中で垂直に動くことができるような寸法である。凹み部１１の周囲にいく つかの、図示の場合には６個の径方向スロットすなわち通路１３が設けられる。 それらの通路は凹み部１１の底をシール溝１０の下のスペースに連結し、かつそ れによってカラム・チューブの内部１４にも連結する。カラムがどのように動作 するかについての以下の説明から容易に理解されるように、それらの通路の構成 は、例えば数と周辺拡がり及び径方向の深さに関して広い範囲で変更できる。 パッキング物質をカラム・チューブ１に充填するときは、上部要素２は第１図 に示す位置を占める。その位置では上部要素はシールリング９を介してチューブ １の一番上の部分に載る。濾過器１２は、前記凹み部の底とフィルタの上部との 間に間隙１５を残し、かつチューブの上縁部とフィルタの下側との間に間隙を形 成するように凹み部１１中に置かれる。これによってフィルタ１２の上のスペー ス１５が、凹み部１１の側壁内の通 路１３を介してカラム・チューブの内部１４に連通することが可能になる。 分離媒体における所望の粒子を含むスラリーが、連結部６に連結されている可 撓性チューブを介して通常の方法で入口通路７にポンプで送り込まれる。通路１ ３が存在するため、スラリーはフィルタ１２の側面に沿って進み、カラム・チュ ーブ１中に降り、チューブ底の出口通路３まで進み続ける。粒子は下部フィルタ ５によってチューブの底に保持され、一方、液体はほとんど妨害されずにフィル タを通る。シールリング９は、液体／スラリーが、上部要素２とカラム・チュー ブ１との間の接触面に沿って漏れるのを阻止する。結局、チューブの内部１４は 充填された粒子（図示せず）によって均質に充たされたことになる。図示した実 施例においては、通路１３を詰まらせてスラリーの送込みを停止させる粒子によ って、ポンプ送りが停止することが分かる。もちろん、チューブの充填が完了し たときを指示する適当な指示器、例えば、適当に配置され粒子が連結部６に充填 を開始したときを検出する光センサ、又は通路１３がふさがれ、又は詰まるよう になったときに生ずる圧力変化を検出する圧力センサを使用することも可能であ る。 カラム・チューブが充填され、ポンプ送りが停止すると、上部要素２はカラム ・チューブ１の上で第２図に示す位置まで手又は機械で押し下げられ、この位置 に強く固定される。これにより、上フィルタ１２は要素２とチューブの上縁部と の間にわずかに圧縮される。従って、フィルタの当接面が効果的に封止されて通 路１３とカラム・チューブ内部との初期の開口連通を閉じる。充填されているカ ラムを用いるときに漏れの効果的な封止を確保するようにシールリング９は溝１ ０の中に圧縮されている。その後で、充填装置を切り離し、充填された分離カラ ムは使用の準備が整う。粒子床はカラム・チューブの充填中の圧縮度と同じ圧縮 度になる、言替えると、カラム・チューブの充填中に達成される粒子床の安定度 が保持されること、及びＨＰＬＣにおけるような、高い液体圧においてもこの安 定度を維持できることが明らかであろう。 上部要素２は第２図に示す位置にいくつかの異なる方法で固定できる。例えば 、上部要素２はカラム・チューブ１の上側部分と螺合するように構成される。こ の場合には、上部要素はカラム・チューブに沿ってねじ込んで下方に動かすこと によってその封止位置まで動かされる。あるいは、カラム・チューブの 外部の停止肩部（例えば、円形）と協動する（例えば、また円形）凹みを上部要 素の内部に設けることができ、又はカラム・チューブの外部の凹み（例えば、円 形）と協動する（例えば、また円形）停止肩部を設けることができる。この場合 には、その停止肩部の上に、第１図に示す充填位置に上部要素を一時的に固定す るために機能する別の停止肩部を設けることができる。コッタピン又は類似の装 置を使用することも別の選択である。 使用時に、少なくとも停止肩部代替物を用いるときに、上部要素２をその封止 位置（第２図）に確実に保持するためには、半径方向の膨脹を阻止することによ り、要素をカラム・チューブに対して固定する等、上部要素の上に固定スリーブ 等を置くことが便利なことがある。もちろん、上部要素自体には固定機能をもた せず、上部要素の上に置くことができ、かつ分離カラムを固定するために分離カ ラムと協働する前記種類のスリーブ状要素又は類似のスリーブ状要素等の追加の 要素の助けによって上部要素をその封止位置に全く固定できる。 当然、所期の機能を達成するために、上部フィルタ１２の材料は少なくともあ る程度の剛性をもつ必要がある。使用するフィルタ材料がこれに関して十分な剛 性をもたない場合は、適切 な支持手段を使用できる。例えば、フィルタをカセット又は類似の支持器の中に 置くことができる。 上部フィルタ１２がその充填位置（第１図）にあるとき、液体の圧力によって 上部フィルタ１２がカラム・チューブ１に対して押し下げられてスラリーにおけ るフィルタの通過を防げることがないようにするために、例えば、くぎ等の形の 小さいスペーサ要素をカラム・チューブに接触するフィルタ表面上に設けること ができる。それらのくぎ又は類似の突出部材は、上部要素を固定するとき（第２ 図）に、フィルタを突き刺すかあるいは十分な範囲まで変形するように形成する ことが好ましい。それらのスペーサ要素は、凹み部１１の側壁とフィルタとの摩 擦係合で全面的に置き換えることができる。 第２図には特に示していないが、実際には、上部要素２がその固定される位置 に押し下げられるにつれて溝１０及び通路１３間の隔壁１１ａに対して封止リン グ９が押し付けられ、その隔壁を変形させてその壁をフィルタ１２に少なくとも 十分な程度まで押し付けるようにすることが理解されるであろう。こうすると、 第２図に示す通路の壁とフィルタとの間に形成されるポケットすなわち死空間が 減少するか、ほとんど完全に無く なる。 容易に理解されるように、充填作業中にスラリーがシールみぞ１０の中に入る ことを阻止するために、凹み部１１の内部壁１１ａが充填位置でカラム・チュー ブ１に対してまっすぐに延ばされ、上部要素２がその固定位置に移動したときに 変形されてもよい。場合によっては、壁の底をフィルタの下で径方向内向きにあ る程度延長させることができる。あるいは、隔壁１１ａをカラム・チューブ１の 上側の対応する溝の中まで下方に延長でき、それによってシールみぞへの接近を 効果的に阻止できる。 第２図の例の場合には、フィルタ１２が固定された状態にあるとき、フィルタ は上部要素２及びカラム・チューブ１の両方の接触面に接する位置にくる。容易 に理解されるように、上部フィルタ１２がそれらの接触面の一つのみを封止する だけで十分なこともある。フィルタ１２の上に液体分配スペースを確実に設ける ように、フィルタ１２をそれらの表面の各々から隔てて保持する手段、例えば、 スペーサ要素を凹み部１１の底に適宜設けることができる。同様に、凹み部１１ の底部に効果的な封止を行うことができるならば、カラム・チューブの接触面上 の前記スペーサ要素をフィルタ１２を突き刺すように形成することは必ずしも必 要ではない。更に、フィルタ１２を上部要素に対して動けるようにする必要はな く、スペーサ手段を介してその中に固定できる。 第４図及び第５図は本発明のわずかに変更した実施例を示す。この実施例はカ ラム・チューブ１６を含む。このカラム・チューブには端部片１７が設けられる 。この端部片の内径はカラム・チューブの内径より大きい。上部要素１８を端部 片１７の上から螺合できる。上部要素１８は連結部１９を有する。この連結部は 入口通路２０に連結される。入口通路は上部要素１８の底の凹み部２１に開口し ており外周封止リング２３が設けられている上部フィルタ２２を収容するように されている（例えば、その中に圧入される）。バイパスチャネルとして機能する いくつか、例えば、４個の径方向スロット又は開孔部２４が、カラム・チューブ １６の近くに配置されている凹み部２１の側縁部に設けられる。 第４図はカラムの充填状態にある上部要素１８を示す。この状態では、上部フ ィルタ２２（第２図の実施例でのフィルタ１２に類似する）が、チャネル２４が フィルタ２２上方のス ペースをフィルタ下方のスペースに連結し、それによってカラム・チューブ１６ の内部に連結するように凹み部２１の底からある距離の所で前記凹み部の側壁に 摩擦係合している。 フィルタ２２が、第４図に示すようにチューブ充填位置すなわちチューブ詰込 み位置に置かれ、バイパスチャネル２４が開くと粒子スラリーがカラム内にポン プで注入される。カラムが充填された粒子で充たされると、上部要素１８は第５ 図に示す下方位置までねじ込まれて下降するがその間も同じパッキング圧を維持 する。それによってフィルタ２２及び封じリング２３はチャネル２４を通って上 部要素の凹み部２１の底へ向かい、それによってチャネル２４を閉じる。本装置 におけるこの状態においては、封止リング２３はカラム・チューブ１６と上部要 素１８との間を封止して液体がフィルタ２２のみを通ることができるようにする 。 上記実施例の両方においては、バイパスチャネルは上部フィルタと上部要素の 凹みとの間に形成される。もちろん、その代わりにフィルタの周囲凹みによって チャネルを形成できる。再び、第１図及び第２図を再参照すると、シールみぞ１ ０とフィルタを収容する凹み部１１との間の隔壁１１ａを取り除き、シ ール９全体をフィルタ１２へ延伸させることも考えられる。これによってシール ９自体にチャネルを形成できる。それらのチャネルは、上部要素がその固定位置 に押し付けられたときに、フィルタが圧縮されるにつれて変形によってふさがれ 、無くなる。もちろん、それらの変更の種々の組合せも考えられる。 分離カラムの構造、及びそれから特にその入口部の構造を、いくつかの異なる 方法で変更できることは明らかであろう。従って、本発明は、上述しかつ図で示 した実施例に限定されるものではなく、以下の請求の範囲で明示される全体的な 発明の概念の範囲内に含まれる全ての変更を含む。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．粒子が保持されつつ液体が通り抜けるように第１のフィルタ（５）によって 一端が閉じられた液体クロマトグラフ・カラム（１）の一端に粒子状分離媒体の 懸濁液を導入すると共に、前記カラムの充填が終ったときに該カラムの他端を第 ２のフィルタ（１２）で閉鎖することによって、前記粒子状分離媒体を液体クロ マトグラフ・カラムに充填する方法であって、前記カラムの端部に関して軸方向 に変位自在であり、内部に第２のフィルタ（１２）が装着された入口要素（２） を介して粒子懸濁液を供給する段階と、充填作業中、入口要素（２）及びフィル タ（１２）を、前記粒子懸濁液がフィルタ（１２）の上側からフィルタの側縁部 を通ってカラム（１）の内部（１４）まで通過することができる位置に保持する 段階と、充填作業が終わった後、液体圧を維持しながら入口要素（２）を前記カ ラムの端部へ向かって、フィルタ（１２）における通過が妨げられる位置まで変 移させる段階と、この位置に入口要素（２）を固定する段階とを特徴とする方法 。 ２．上部フィルタ（１２）を備える入口部と下部フィルタ（５） を備える出口部とを有するカラム・チューブ（１）を含んでいる、粒子状分離媒 体を充填するための液体クロマトグラフ・カラムであって、上部フィルタ（１２ ）が充填位置と固定可能な使用位置との間を該カラムの端部に対して軸方向に移 動できる入口要素（２）内に設けられており、前記充填位置においては粒子状分 離媒体が上部フィルタ（１２）の上側から、該フィルタの側縁部を通って前記カ ラムの内部まで流れることができ、前記使用位置においてはフィルタ（１２）に おける通過が妨げられることを特徴とするカラム。 ３．前記使用位置にあるとき、上部フィルタ（１２）が該フィルタにおける通過 を封止することを特徴とする請求の範囲第２項に記載のカラム。 ４．入口要素（２）が、中央凹み部（１１）と、該凹み部（１１）の壁とフィル タ（１２）との間を伸長するバイパスチャネル（１３）とを有しており、前記凹 み部の中にその入口チャネル（７）が開放され、その凹み部の中でフィルタ（１ ２）が軸方向に移動可能であることを特徴とする請求の範囲第２項又は第３項に 記載のカラム。 ５．前記バイパスチャネル（１３）がフィルタ（１２）の外縁 部と凹み部（１１）の壁の径方向凹みとの間に形成されることを特徴とする請求 の範囲第４項に記載のカラム。 ６．前記カラムが、フィルタ（１２）の径方向外側に位置しており、入口要素（ ２）とカラム・チューブ（１）との間を封じるように機能する封止要素（９）を 含むことを特徴とする請求の範囲第２項から第５項のいずれか一項に記載のカラ ム。 ７．バイパスチャネル（１３）がフィルタ（１２）の内部に少なくとも部分的に 設けられることを特徴とする請求の範囲第４項又は第６項に記載のカラム。 ８．バイパスチャネル（１３）が封止要素（９）の内部に少なくとも部分的に設 けられることを特徴とする請求の範囲第４項又は第６項に記載のカラム。 ９．フィルタ（１２）が圧縮可能であり、厚さが凹み部（１１）の深さより大き いことを特徴とする請求の範囲第２項から第８項のいずれか一項に記載のカラム 。 １０．バイパスチャネル（１３）が、凹み部（１１）のほぼ全深さに沿って延び ていることを特徴とする請求の範囲第４項から第９項のいずれか一項に記載のカ ラム。 １１．前記カラム内の上部フィルタ（１２）が固定される使用 位置において、該上部フィルタはカラム・チューブ（１）の上側に対して、かつ 好ましくは入口要素（２）の底に対して封止することを特徴とする請求の範囲第 ３項から第１０項のいずれか一項に記載のカラム。 １２．請求の範囲第１項に記載の方法に従って分離媒体が充填された請求の範囲 第２項から第１１項のいずれか一項に記載のカラム。