JPS62454B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はクロマトグラフイ用カラムに関する。
特に本発明は液体クロマトグラフイ用充填物質を
カラムに充填する方法に関する。本発明は又改良
された液体クロマトグラフイ装置及びクロマトグ
ラフイカラムの製造ならびにその使用の改良法に
も関連を有する。本発明の目的はカラム充填剤に
対し放射状の圧力を与えることで充填を完ぺきに
達成する点にあり、本発明の構成は該放射状圧力
を与える手段を設けた点にあり、本発明の効果は
かように充填した結果カラムの充填剤効率を増大
させ、クロマトグラフイの再現性をよりよくし、
同種の充填カラムと比較した場合のカラム性能及
び所与の充填カラムの使用期間中のカラム性能の
両方において一そう大きな均一性を達成し得た点
にある。 本発明の特徴的態様は次の諸点にある。 (A) 液体クロマトグラフイ用充填物質の充填方法
において、この方法が (i) 充填剤を保持するのに適したカラムをその
正常な半径から放射状に拡大させる工程、 (ii) 充填剤を添加する工程、及び (iii) カラムをその正常な半径に復帰させ、その
充填物とぴつたりと接触させる工程 からなり、但し該カラムが加圧容器中に入れら
れ、充填物質のカラム壁内側への充填時に該カ
ラム壁が拡大し又は変形し得る物質から該カラ
ム壁が形成され、加圧容器が剛性材料から形成
されており、カラム壁拡大がカラム壁の内側に
導入されるガスによつて達成され、カラムの正
常な半径への復帰が該ガスの除去によつて達成
されることから成る方法。 (B) 液体クロマトグラフイ用充填物質の充填方法
において、この方法が (i) 充填剤を保持するのに適したカラムをその
正常な半径から放射状に拡大させる工程、 (ii) 充填剤を添加する工程、及び (iii) カラムをその正常な半径に復帰させ、その
充填物とぴつたり接触させる工程 からなり、但し該カラムが変形可能ポリマ物質
の内面被覆物を有する剛性材料から成つていて
充填物質のカラム壁内側への充填時に該カラム
壁が拡大し又は変形し得るものであり、カラム
壁拡大がカラムの加熱又は加圧又はそれら両者
によつて達成され、カラムの正常な半径への復
帰が冷却又は圧力除去又はそれら両者によつて
達成されることから成る方法。 (C) 液体クロマトグラフイ用充填物質の充填方法
において、この方法が (i) 充填剤を保持するのに適したカラムに充填
剤を添加する工程、 (ii) カラムをその正常な半径から放射状に圧縮
する工程、及び (iii) カラムをその正常な半径に復帰させ、その
充填物とぴつたりと接触させる工程 からなり、但し該カラムが拡大し又は変形し得
る物質から形成され、カラムの外側にカムを具
え、カムを回すとカムが充填剤を放射状に圧縮
し、カムを原状に戻すとカラムが正常な半径に
復帰することから成る方法。 (D) 液体クロマトグラフイ用充填物質の充填方法
において、この方法が (i) 充填剤を保持するのに適したカラムをその
正常な半径から放射状に拡大させる工程、 (ii) 充填剤を添加する工程、及び (iii) カラムをその正常な半径に復帰させ、その
充填物とぴつたりと接触させる工程 からなり、 但し該カラムが剛性材料から形成され、カラ
ム壁拡大が加熱によつて達成され、正常な半径
への復帰が冷却によつて達成されることから成
る方法。 上記の態様において、拡大し又は変形し得る物
質はポリマ物質であり、剛性材料は金属材料であ
ることが好ましい。本発明はまた上記充填方法に
よつて充填物質が充填されたクロマトグラフイ用
カラムをも包含する。 液体クロマトグラフイは製造化学及び分析化学
において用いられる方法である。本質的に、この
方法は移動相と相互作用する固定相を含む。典型
的には、その固定相はシリカ、アルミナのような
表面活性粉末又はゲルーパーミエーシヨンクロマ
トグラフイ充填剤などのような不活性な、寸法に
より分離を行う物質（inert size−separating
material）である。この粉末はクロマトグラフイ
カラムに含有される。移動相は一般にキヤリア液
体と、同定、分析、或は精製されるべき化成品の
試料とからなり、そのカラムを通過する。この方
法の典型的有用性は未知試料中の種々の化学成分
を固定することである。この固定は次の二つの事
柄即ち(1)カラムを通る試料の異る成分の進み方を
差がつくように遅らせて各成分が分離され、カラ
ムを異る時間で離れるようにする固定相を用いる
こと及び(2)或る時間にわたつてカラムの流出液を
連続的に分析することによつて行われる。試料の
一成分がもう一つの成分よりその固定相に対して
大きな親和性を持つた場合に分離が達成される。
又、分子間の大きさ（sizes）の差に基づく排除
過程、例えばゲルーパーミエーシヨンクロマトグ
ラフイ法（gel permeation chromatography
processes）によつても分離を達成しうる。 クロマトグラフイ用物質のカラムへの均一な充
填を完成する問題が残されている。振動を含む多
くの技法が示唆されている（米国特許第3300849
号明細書参照）：大きさによる粒子の凝結を回避
せねばならず均質な充填カラムが得られねばなら
ない場合には、これらの全ての技法は注意深い制
御を必要とする。カラムが充填された後でさえ、
その充填カラムの輸送中及び操作中に充填物を適
正な状態に保持する問題がある。 先行技術による如何なる試みも、優秀な性能、
分離特性のカラム毎の一定性、或は単一カラムに
対する一定期間中の性能の所望の安定度のいずれ
の達成においても最も広い分野のクロマトグラフ
イ利用者に利用されうる装置を製造するだけの費
用をかけても充分な成功をおさめ得なかつた。 上述の諸問題の多くはガスクロマトグラフイ、
即ち試料と移動相とが液状ではなくガス状である
クロマトグラフイにも関連していることが強調さ
れる。事実、多くの点でこれらの問題は流体と緊
密に均等に接触することを目的とした粒子の多孔
性集塊からなる全充填床装置と関連している。か
ような装置はガス及び液体を処理するための接触
床、イオン交換法及び電気泳動法などで使用され
る充填床を包含する。以下に記載する本発明はか
ような全ての方法に対する充填カラム製造におけ
る改良を目的としている。しかし本発明は液体ク
ロマトグラフイ分野に特に利点を持つように思わ
れる。 充填カラム法の考察において、いずれも“空隙
容量（void volume）”と呼ばれうる４種の空間
について認識することが役に立つ。これらには、
(1)多孔性粒子内部の空隙容量；(2)粒子間の理論的
空隙容量、即ち同じ大きさの球の完全充填床から
生じる避け得ない容積の型；(3)粒子の不完全充填
によるもので通常、粒子充填系を利用する実際の
系にはすべて或る程度存在する空隙容積；(4)上記
の(3)の空隙の統合によつて生じる比較的大きな空
隙を表わす空隙容積。空隙(4)はクロマトグラフイ
分析にかけられる試料の分離能を著しく減少させ
る。 以下に記載される本発明は上述の(4)のような空
隙容積の生起を避ける上で最も有用であると考え
られる。本発明はまた(3)に記載されたような空隙
容積を減少させる傾向をもち、更にかような空隙
容積を一そう均一に、そして理論的な理想状態に
更に近くする。ここで一般的に使用される空隙容
積とは空隙容量(3)と(4)との複合に関する。 或る研究者達は長さの方向に向う力即ち、液流
の方向に平行な力によつてクロマトグラフイカラ
ムの充填物を圧縮することを示唆した。しかしな
がらかような操作はおそらく充填剤がカラムに架
橋を生じ、その圧縮力がカラム全長に亘つて下方
に伝播するのを妨げるために比較的効果がない。
かような研究の一例は1974年10月の“ジヤーナル
オブ クロマトグラフイツク サイエンス
（Journal of Chromatographic Science）”にゴ
ドビユとデユボ（Godbille and Devaux）によつ
て“調製用高圧液−固クロマトグラフイ用の内径
８cmのカラムの記載と性能（Description and
Performance of an8cmi.d.Column For
Preparative Scale High Pressure Liquid−
solid Chromatography）”と題する論文中に記載
されている。 従つて本発明の一つの目的はクロマトグラフイ
応用に用いるための新規なカラム構造の提供であ
つて、そのカラムは該製品寿命期間中にその分離
特性の均一性が改善されているものである。 本発明のもう一つの目的はクロマトグラフイ用
充填剤の輪送用充填体の提供であつてその充填体
は好ましからぬ空隙をもたない有力なクロマトグ
ラフイカラムに容易に転化されるものである。 本発明の別の目的はクロマトグラフイカラムの
製造及び操作に対する改良法の提供である。 本発明の更に別の広い目的は、充填剤の化学的
性質及びそこを通過する流体の物理的形状とは関
係なく、流体接触法に使用される改良された充填
カラムの提供である。 本発明のもう一つの目的は分離特性のカラム間
均一性の改良されたクロマトグラフイカラム製造
の新規な方法の提供である。 本発明の更にもう一つの目的はカラムの最終的
性能に著しい減少を生じることなく輸送の歪みを
許容しうるカラムの提供である。 本発明の更に他の目的は性能特性の予備試験が
不要となるほどに高度な信頼性のあるクロマトグ
ラフイカラムの製造法の提供である。 本発明の更に別の目的は多くの、おそらくは大
部分の商業的加工所において、使い捨て物品とな
りうる安価で高品質なクロマトグラフイカラムの
提供である。 本発明の他の目的は充填剤が乱された後にクロ
マトグラフイカラム内における優れた試料分離能
の再確立を行うための装置と処理方法との提供で
ある。 本発明に更に他の目的は例えば新たな充填剤を
加えるか或は充填剤を交換することによつて容易
に充填され、又容易に回復されうる液体クロマト
グラフイ装置の製造である。 本発明の更に別の目的は例えば充填剤ビーズが
破損した際に生じうるような、若干過度の空隙が
充填剤中に現れた場合に容易に“治癒”されうる
カラムの提供である。 本発明の他の別の目的は既知の同様な直径と充
填剤とをもつカラムに比べて秀れた分離特性、例
えば試料成分がカラムから出て来る時のその時間
−濃度プロフイルがより小さいこと、を持つカラ
ムの完成である。 本発明のその他の諸目的は本発明の目的を読む
ことによつて当業界の熟練者には明白となろう。 上記の諸目的はその使用時にクロマトグラフイ
カラム内の充填剤を放射状に圧縮すると、そのよ
うに圧縮されたクロマトグラフイカラムの性能特
性の質と均一性とが著しく改善されるという発見
の結果として達成された。 最も単純な場合にはカラムを充填剤で充填し、
使用直前にカラムの円柱状の壁、例えば薄いポリ
エチレン、ポリテトラフルオルエチレンポリマ、
或は同様のシート材質からなる壁に作用する外圧
によつて圧縮することができる。この壁は圧力チ
エンバーに取囲まれ、全円柱状床の周りを内側へ
加圧され、それによつてその粒子を軽く圧縮し、
床全体の均一性をよりよくする。この床にかゝる
圧力は好適には床のいかなる部分の側面、放射状
降伏点をも越えてはならないし、粒子の本質的破
壊を引起してはならないし、又壁の機械的安定性
を維持する圧力を越えてはならない。もしかよう
なことが起ると、床の断面積或は形状の均等性が
歪み易くなり、このことは一般に好ましいことで
はなく所望される床特性のコンシステンシイ
（consistency）の達成を一そう困難なものとする
傾向がある。通常優れた結果はこの降伏点より充
分低い点で達成されうるし、その決定は学問的に
のみ重要である。或る場合にはこの降伏点は粒子
の破損又は全体的変化によつて生じうる。 放射状圧力をかけうる多くの他の方法がある。
機械的手段及び流体手段の使用によつて加圧しう
る。カラムの内側からも外側からも圧をかけう
る。カラムの外側からの圧力の方がカラムの構造
の複雑さを増大させないのでより好ましいと思わ
れる。しかしながら本発明の本質的利点の一つは
調製的（単なる分析的とは違つて）作業で使用さ
れる比較的大きな直径のカラムの性能とコンシス
テンシイとの改善であるので粒状充填剤物質の放
射状圧縮に寄与するベクトルの分布を最大とする
ためには時として内部からの放射状圧縮が望まし
い。特に１フイート（30.5cm）以下又は10フイー
ト（304.8cm）までもの直径をもつカラムにおい
てそうであると考えられる。（もし加圧媒体とし
てガスが使用されると、使用されるガスに対する
壁材質の透過性を考慮せねばならない。ガス透過
性の更に小さな材料の被覆も或る場合には指定さ
れうる。） これと関連して、多くの粒状系において或る一
点に加えられる全ての力はその一点から若干の距
離において、比較的小さな効果のない力に減衰さ
れるであろうということに留意しうる。本発明は
その最も有利な態様においてカラムの力を発現す
る歪の加えられる部分から上述の距離（“流動性
の半径（radius of fluidity）”と呼びうる）の範
囲内にカラム充填剤の全ての部分を有するであろ
う。 上述のように任意のカラムにかけられる圧力は
使用される粒状充填剤の放射状降伏点以下でなく
てはならない。この降伏点自体は次の二要因即ち
(1)充填剤の性質及び(2)カラムの充填方法のような
要因に支配されるであろう。即ち比較的濃厚に充
填されたカラムの達成に適したスラリ或はその他
の技法のような特定の操作を用いて充填されたカ
ラムはもつと軽度に充填された同じカラム充填剤
を含むカラムよりも稍高い圧に耐えうることがし
ばしばある。それにも拘らず多くの場合に上述の
考え方は議論の余地あるものとなる。それは本発
明の方法の実施によつて達成される処理上の利点
が達成されるような方法でカラムが操作されねば
ならない場合にはより高価なカラム充填法を用い
るべき理由が存在しないからである。軽打法
（light tapping technique）は本発明に従つて操
作されるべきカラムの充填に全く適している。 一般に満足すべき外部圧は又、壁の変形性の容
易さ、即ち、壁を内側の粒子に向けて押すのに必
要な力に依存する。直径5.72cm（2.25インチ）長
さ約30.4cm（約１フイート）のカラムにおいて次
の圧力差が有用であることがわかつた。

【表】 これらのパラメータはこの一連の実験において
クロマトグラフイカラムの内部操作圧が3.5〜約
35Kg／cm²（50〜約500psig）の範囲にある試験に
おいて決定された。 本発明は充填床空隙を回避する極めて改善され
た方法である。本発明は又、液体がカラム壁とそ
の充填剤との界面における空間を優先的に流れる
壁面チヤンネル形成効果を減少させる方法であつ
て実際上は該チヤンネル形成効果を克服する優秀
な方法であると考えられる。膨脹性の壁（ポリエ
チレン或はデユポン社（E.I.dupont
DeNemours）から“テフロン”の商標名で販売
されているハロゲン化炭化水素ポリマから形成さ
れる有機樹脂壁のような壁）が使用される場合に
このことは特にあてはまる。壁面チヤンネル形成
効果を減少させることによつて達成されうる特別
な利点があるとはいえ、ここに記載された“放射
状圧縮”法はカラムに再加圧される機会を与え再
び全容積にわたつて実質上同じ状態にする。この
結果本発明に従つて製造され操作されるカラムは
当業界で既知の全ての比較されうる液体クロマト
グラフイカラムよりも一連の比較実験において一
そう信頼性があるということになる。しかしなが
らこの効果はそのカラムが一度だけ使用される場
合ですら極めて重要である。その理由はカラムが
放射状圧縮をうける場合にその充填特性はよりは
るかに信頼性が高いということにある。実際比較
的大きな直径のカラム例えば直径約2.54cm（約１
インチ）以上のカラムにおいて主な改良は放射状
圧縮によつて達成される均等充填にほとんど依存
している。任意の粒径においてこの大きなカラム
の中での好ましからぬ壁面チヤンネル形成効果は
充填剤配列における他の不完全性と比べる一般に
は小さかつた。 膨脹性ポリマ（distensible polymers）は種種
の型の弾性体及びラバーを包含する。しかしなが
ら化学的に不活性な表面が多くの化学的操作（及
び特に液体クロマトグラフイ分析）に対して要求
されることを思い出すことが肝要である。したが
つてポリオレフイン及びハロゲン化炭化水素ポリ
マ（テフロンのような）が好適である。この膨脹
性ポリマのもう一つの極めて望ましい特性は当業
界に周知であり、ポリエチレン及びテフロンのよ
うな多くのプラスチツクが所有する“記憶”特性
である。この特性は現状において充填物質に対す
る最初の加圧中に得た形状を“忘れる”能力、及
び重合体の壁表面に対する運動とズレとによつて
乱された後にその充填物質に対して後から加圧
し、成型した場合に新たな形状を帯びる能力とし
て一そう適切に表現されうるかもしれない。 本発明のもう一つの態様は高性能液体クロマト
グラフイカラム〔高圧液体クロマトグラフイ
（HPLC）で使用される型のものであつても〕が
現在極めて多様な形状で製造されうるという事実
である。カラム充填の最も良く知られた先行技術
は特別な振動数の振動又は管を通つてポンプ送り
されたスラリからの粒子の沈降を利用した。これ
らの技法のいずれも基本的には重力を利用した沈
降法であり、長形シリンダを用いる用法に最も適
していた。本発明はチユーブ、コイル、Ｕ字型な
どを含む全ての形状に利用されうる。しかしなが
ら多くのかような形状において本発明はその形状
物を通る等距離の流体路の欠如のような欠点によ
つて生じる固有の不利な効果を単に最少化するだ
けであるということを理解すべきである。これら
の形状物を垂直或は水平に配向させうるが、その
唯一の制限はその各セグメントが一般的に外壁か
らその形状物の中心へ向う力のベクトルに曝され
うるような形にそれらが作られているという事で
ある〔かような条件を本明細書では“放射状圧縮
（radial compression）”と記載する〕。 所望の放射状圧縮を達成するもう一つの手段は
硬いカラム、いわばその内側に変形可能な物質の
被覆、例えばポリ（テトラフルオルエチレン）、
ポリエチレン等のようなプラスチツクの被覆を持
つた鋼製チユーブを作ることである。この被覆物
は好適には化学的に不活性であり、現在の産業材
料中ではポリ（テトラフルオルエチレン）が好適
な被覆物である。この被覆チユーブを、例えば熱
又は圧力、或はその両者によつて拡大させ、充填
物質で満たし、次に収縮させる。この収縮によつ
てダイアフラム（diap hragm）として作用する
鋼製壁によつて充填物粒子を放射状に圧縮する結
果となる。この粒子を壁面チヤンネル形成が実質
状消去される程度に被覆中に押込む。残余圧縮
は、本発明の外から加えられる圧力の態様につい
て記載された充填剤充填の均一性を十分に達成し
うる。 チエンバー壁構造が鋼のような比較的非可撓性
材料から形成されるカラムであつて、予め歪をか
けられたカラムの使用には若干の利点がある。そ
のようなカラムはカラムの入口とカラムの外面と
の間の圧力差に著しい勾配が全くできないように
する。即ち高いカラム操作圧において充填物がカ
ラムの底部（そこでは、僅かばかり構造化され
た、又は構造化されていない保持充填体を用いる
と比較的高い圧力差が認められるようになる）か
らカラムの頂部（そこではカラム自身内における
高い内圧が比較的僅かばかり構造化された、又は
構造化されていない保持充填体の外側に加えられ
る圧力に極めて近くなつている）へ向つて移動す
る傾向は全くありえない。 この予め歪みをかけられたカラムは多くの低圧
操作においても利点を有する。この操作では粒子
は柔く、又はスポンジ状で、或は内部多孔性を持
つので予め歪をかけられねばならず、その結果粒
子への歪にはカラムの全長にわたつて極めて綿密
な制御が行われねばならない。 上述したことから推論されうるように、壁面チ
ヤンネル形成が主要因子ではない比較的大きな直
径のカラムでは、上述の予め圧縮された金属カラ
ムは、粒子によつて表面上に加えられる対向する
力に応じて充填剤粒子の表面に適合させるのに適
した膨脹性材質を用いずに有利に使用されうる。
この膨脹はカラムの金属壁と粒子の集塊との界面
における空隙容積を減少させる。ここで用いられ
る意味での“膨脹性”とは充填剤集塊の表面にお
ける種々の粒子の不規則性に適合し、充填剤とそ
の壁との間のチヤンネル形成容積は著しく減少さ
せる能力を意味している。 重合体のカラムを拡大させ、それに充填剤を充
たしそれを収縮させて、外圧を保持する必要なし
に充填剤に適正な放射状の圧力を加えることも可
能である。しかしながらこの操作はこのカラムの
輸送中に遭遇する条件が予測しえない性質のもの
であるので回避された方が良いと考えられる。そ
れにも拘らずかようなカラムを製造しうることに
留意すべきである。実際、薄壁プラスチツクカラ
ムを充填する前に少量の膨脹をさせることも都合
よく利用されるが、これは圧縮された壁の髪及び
凸起部を除去するために行われ、かような整形的
な利点は充填操作を容易化し、ダイアフラム壁を
永続的に予め歪ませる方法よりも一そう適正な初
期充填操作を保証する。 本発明の(a)壁面チヤンネル形成の減少又は除去
及び(b)一そう均一な充填に関連する上記の利点は
又、カラムの頭部において流路分散法
（flowdistributing techniques）の効果の楽観化
（optimization）をも可能にすることが見出され
た。即ち、先行技術において既知である流路分散
法は本発明によつて構成され操作されるカラムで
使用されると一そう効果を発揮する傾向がある。
更に、充填カラムが多くの場合もはや良好な均一
な流路散を達成する際の限定要因ではないので本
発明は流路分散装置の一そうの楽観化を実際的で
望ましいものにする。 “架橋（bridglng）”は充填物が、一般に壁に
平行な方向に充填剤を圧縮することに対するアー
チ状の抵抗体が形成されるようにカラムの壁と機
械的関係をもつように配列する現象である。 本発明の利点の一つはカラムの有効圧縮を阻害
する架橋抵抗を回避することである。しかしなが
ら放射状圧縮によつて架橋現象の改善も行いうる
こと、そしてその場合には充填剤の垂直累加は互
いに比較的接近した架橋によつて分離されること
を理解すべきである。架橋が互いに極めて接近す
るようになると改良クロマトグラフイカラムが製
造された場合にそれは先行技術によつて操作され
た同一充填剤含有カラムよりもより高圧で操作し
て好結果をうることができる。その理由は各架橋
がそれ以下の粒子を架橋にかけられる圧力から保
護することにある。 この架橋頻度の増大の最も有利な利用法は、商
標名セフアデツクス（Sephadex）として販売さ
れている比較的大きな孔、軽度に交差されたポリ
マ充填剤のような比較的柔かい、圧縮可能な充填
剤物質を用いる場合である。同じ商標名で販売さ
れる若干小さな孔、より交差された物質を用いて
も利点が達成される。かような物質は当業界にお
いて極めて周知である。より圧縮性の少い物質に
ついては達成される利点が少く、架橋の増大はア
ルミナ及びシリカ型充填剤物質の性能の改善に主
要な寄与をしているとは考えられない。本発明の
実施においてかような充填剤物質の性能の改善は
主として本明細書中の他の場所で論じられた諸要
因によるものと考えられる。 カラムの加圧にガスを用いる場合にはガス不透
性障害層を持つ壁材質の使用が望ましい。種々の
重合体による被覆材料は、特定のガスの通過に特
定の抵抗性をもつことが知られ、使用されうる。
薄い金属箔も適正なカラム壁構造を形成するため
に重合体フイルムの間に組込まれたり又はそれと
一緒に使用されたり或はそれの代りに用いたりさ
れうる。 添付図面の第１図は約0.076cm（約0.030イン
チ）の壁厚、30.48cm（12インチ）の長さ、約
5.08cm（約２インチ）の管直径をもつポリテトラ
フルオルエチレン管３０を例示する。第２図は充
填剤チエンバー３２内の管の収納を例示する。第
３図は管を充填剤チエンバー内に具合よく保持す
るために管の底端部に挿入された多孔性ガラス半
融プラグ３８を示す。プラグ３４は頂部に挿入さ
れる。ガスは導管３６及びプラグ３４を通つて管
内に入り、第４図にみられるように膨脹する。容
積で約15％の膨脹を行わせるために空気圧を使用
する。 プラグ３４を取り去る。そこで管をクロマトグ
ラフイ充填剤物質、60〜200メツシユのシリカを
基材とした充填剤で充填する。このカラム充填に
は必要な軽打又は振盪作用を必要とする。ガラス
半融体３８をカラムの頂部に挿入し、末端キヤツ
プ３９をその上にボルト締めにして圧力チエンバ
ーを作る。 第７図は17.5Kg／cm²（250psig）でガスがバル
ブ４０を通つてチエンバー３２の中へ入り管の初
期放射状圧縮を達成する場合の放射状圧縮を例示
する。末端キヤツプ４２は充填剤チエンバーから
取出された時に輸送中にそのカラスを保護するた
めにカラムの上にかぶせられる。 こうするとカラムは輸送されうる状態にある。
カラムを受入れた時、末端キヤツプを除き、５０
のような加圧容器中に入れる。ガスケツト付きの
末端プレート５１をボルト５２で締付け、当業界
で一般に既知の秀れた実施法を加圧容器の製造及
び使用において実行した。使用時に管をカラムの
頂部で測定して液体クロマトグラフイ法の操作圧
よりも約14Kg／cm²（約200psig）だけ高い圧にま
で外部から加圧する。 中等程度の密度のポリエチレンフイルムを用い
て同じ操作を繰返す。このフイルムを15％の予備
充填拡大が容易になるように約110℃に加熱し
た。この加熱によつて圧縮した後にそのフイルム
を冷却し収縮させてきちんとした充填体を形成さ
せた場合にその充填体の上にこのフイルムがぴつ
たりと秀れた適合を示すようになつた。実際に、
この適合はそのカラムを低圧たとえば約７Kg／cm²
（100psi）以下での使用を有利にすると考えられ
る。しかしながらこのカラムは貯蔵中に少少“弛
緩する（loos up）”する傾向をもち、例示された
組立てに対しては再加圧を必要とする。 第１０図は0.203cm（0.08インチ）の壁厚、約
0.635cm（約0.25インチ）の内径d₁をもつ鋼管６
０（316ステンレス鋼）を例示している。この管
を模式的に示され、25〜85℃に加熱された熱交換
器６１中に入れる。同時に10ミクロンのシリカを
ベースとしたクロマトグラフイ充填剤のスラリを
そのカラムに流下させ周知のスラリ法によつて充
填剤を沈降させる。加圧スラリと加熱管との組合
せは充填操作中に実質的に第１１図にみられるよ
うな直径d₂にまで管を拡大させる。 管を第１２図に示されるように室温に戻すと、
それは本発明に従つて充填物を放射状に圧縮す
る。壁面チヤンネル形成効果を回避又は最少化す
る必要のある場合には約0.0025cm（約0.001イン
チ）のポリテトラフルオルエチレンポリマ６６で
被覆された壁６４をもつ金属管６２を用いると最
も好適で、このポリマ６６は放射状圧縮下に膨脹
性であり界面６８における充填剤物質６９の形状
に実質上適合し、それによつて全つく好ましくな
い壁面チヤンネル形成を回避する。 第１０〜１３図に記載されたカラムはクロマト
グラフイ業界で販売されている他のカラムと同様
に末端付属品と適合し、これを含み、直ちに使用
に供されるために予め圧縮されて輸送される。こ
の放射状圧縮は永続的である：それらは通常は同
じ充填剤がそのカラム内にある限り、それ以上の
圧縮工程を全く必要としない。 所要の放射状圧縮を達成するための多数の単純
機械的手段を使用しうる。これらはカラムの全
長、即ち入口端付属品から出口端付属物まで、に
亘つてカラムの断面積を減少させるように有利に
組立てられる。加熱拡大された管の収縮は一種の
機械的手段であり、そこでは管自身が放射状圧縮
手段である。本発明の他の態様において、箔、プ
ラスチツクフイルム等から形成された可撓性の壁
の管がカム等の装置のような外部手段によつて環
状から非環状断面を呈するようになるまで歪ませ
られるが、カム等の装置は強制的に壁の形状を変
化させその断面積が減少するようにさせる。断面
積の減少は代表的には２〜５％の僅かな変化であ
るが、これはうまく充填されたカラムで有効であ
り、約10％以上の減少が必要なことはほとんどな
い。 第１５図はかような機械的加圧手段を備えてカ
ラムを例示する。カラム８０は0.030ミル
（0.000075cm）の厚さのポリテトラフルオルエチ
レンから形成された管からなる。それはその周り
に実線で示された正常位置（ここではカムは壁８
４を圧縮しない）に設けられた４つのカム８２を
備えている。これらのカムは可撓性カラム壁８１
の全長にわたつて伸びている。放射状圧縮をかけ
たい場合には点線で定められる位置にカムを回す
と、カムが充填剤８６を圧縮しその結果所望量の
放射状圧縮が達成される。本発明の別の態様にお
けるようにカラム壁と充填剤との間の界面におけ
る膨脹性ポリマ表面は有利である。 適正な圧縮を確実に行う種々の手段を考案する
際に利用される機械的技術の周知の態様を詳細に
論じることは本発明の一部ではない。当業界の熟
練者は本発明の教示に従つて履行しうる多くの迅
速操作装置を考案しうるであろう。しかしながら
一般的には短いカラムでは一個所の加圧部位で十
分効果的ではありうるが、任意のカラムにおいて
少くとも２〜３の異なる加圧部位を持つことが好
ましい。 第１５図は目的とする広範囲の放射状圧縮をも
例示している。明らかにカムによつて生じる加圧
点から発生するベクトルは厳密に放射状ではな
い。それにも拘らずそれらは本質的な、有効な正
味の効果をもつが、その効果は放射状であり本明
細書で使用されている“放射状圧縮”という表現
内で十分に作用する。 この充填床に歪を誘起する圧力の源を提供する
多数の他の手段がある。例えばその床をジヤケツ
トで巻き、そこへ低融点合金、例えばウツヅ金属
（Woods Metal）を注入し、加圧し、冷却し加圧
下に固化させうる。冷却時に膨脹する金属が好適
である。充填剤を治癒、或は再充填、或は修繕す
るために再加圧が必要であればその合金を融解
し、再加圧し、再び凍結させうる。 もう一つの方法はカラムのまわりにラセン状ワ
イヤ又はチユーブ又は一連の円形溝を巻き、熱
的、気圧的又は機械的手段を用いてチユーブ及び
還の大きさを変化させ、歪、即ちカラムの断面積
の減少を生ぜしめることである。 上述のように秀れた流路分散手段をカラム入口
で用いれば常に流路分散の改善が達成され、この
分散は開示された型の新規な放射状圧縮カラムの
全長に亘つて著しく忠実に保持される。 カラムを湿らせる前、即ち液体クロマトグラフ
イ操作を開始する前に充填カラムに歪をかけるこ
とが通常は最も望ましいことが見出された。ポリ
マ製の壁で作られたような予め充填されたカラム
を用いねばならない場合にそれらは最初の充填後
の或る期間に亘つて若干“緩和”されていること
がしばしばある。即ちそれらを湿らせる前に都合
よく再加圧されるならば、得られる力は使用中に
そのカラムに保持される。 こゝで用いられる“ダイアフラム”という用語
はそのカラム内の充填剤に歪を与えうる可動性の
カラムの壁部分を意味する。こうした結果を達成
するために多くの複雑な構造体を使用しうる。以
下の例で示唆されうるようにカラム壁の全てが可
動である必要はなく、カラム壁に沿つた単一の線
状位置に沿つて歪を与えるので十分なことがしば
しばある。カラム表面に亘つて分布する著しい数
の部位を押すことによつてかような歪をかけるこ
ともできる。この技法を全て使用する壁は本明細
書の記載用語の一般的用法に従つて“ダイアフラ
ム”である。この壁は内側例えばカラムの中心に
あり、カラムの外壁に向つて移動しうるものであ
つてもよい。それにも拘らずここに記載された比
較的単純な構造体の一つを用いることが一般には
望ましい。 充填剤を適正に反復性圧縮力を用いながら充填
する他の方法がある。一つは、力学的に均衡した
カラムをその軸の周囲に高速度で回転させ、その
充填剤粒子を外側へ向けてカラムの外壁へ押すこ
とである。外方へ移動する粒子が残す全ての空間
を充填するに必要な程度に拡がるような軸上に位
置する追随装置（follower device）（機械的又は
水圧式）を持つことが確かに必要であるかもしれ
ない。この装置は放射状圧縮と充填剤の有効断面
積の減少とを用いるのであるから本発明と機械的
均等物であると考えられる。この状態において主
要な力は外方へ向けられるであろうが遠心力装置
は単に放射状圧縮を達成するための手段にすぎな
いと考えられる。そのような状態において圧縮と
その圧縮によつて生じた空隙容積の吸収とを一つ
の操作では達成されず、その空隙容積を吸収する
ために軸上追随装置の使用が必要である。この追
随装置は充填剤がカラムの外壁の方へ移動して中
心の空隙が生じることを回避するために必要とさ
れる装置といえる。 更に、ドウナツツ型カラム即ち中空の軸孔を持
つたカラムを構成しうるであろう。内側及び外側
の円柱状の壁の何れからも圧力を発しうるのみな
らず、この壁はその装置の熱交換性の改善のため
にも使用されうるであろう。 一般に“放射状圧縮”という用語はカラムを通
る液体の流れに直角な方向に圧縮力が主として配
向されている圧縮を記述するための意味をもつ。
即ち円柱状カラムの典型的状態において圧縮力は
円柱の中心に向けられるものである。

【図面の簡単な説明】

添付図面の第１〜９図は外部から加圧されるカ
ラムの形成に用いられる諸工程を例示するカラム
の各部とその諸工程によつて形成される新規な圧
縮カラムである。第１０〜１３図は本発明に従つ
て“変形されうるポリマ被覆物”で裏打された外
部圧縮シリンダを持つカラムの形成に使用される
諸工程を模式的に例示する。１４ａ及び１４ｂ図
は本発明に従つて有利に充填されうるクロマトグ
ラフイ管の種々な構造を模式的に例示する。これ
らは本発明の実施によつて可能となるカラム構成
の新規な態様を例示する。ために述べられてい
る。即ち円錐状（第１４ａ図）、屈曲状（第１４
ｂ図）或はその他の長形通路（これらについては
先行技術の充填法を用いた場合には信頼性のある
充填ができない）を有する形状ではあるが、適正
に充填される充填床の構成を示す。第１５図はシ
リンダ状カラムのまわりに機械的に作用する圧縮
手段を備える該シリンダ状カラムの断面を模式的
に示すものである。 ３０……管、３２……充填物チエンバー、３４
……プラグ、３６……導管、３８……ガラス半融
体、３９……末端キヤツプ、４０……バルブ、４
２……末端キヤツプ、５０……加圧容器、５１…
…ガスケツト付末端プレート、５２……ボルト、
６０……鋼管、６１……熱交換器、６２……金属
管、６４……壁、６６……ポリマ、６８……界
面、６９……充填剤物質、８０……カラム、８１
……可撓性カラム壁、８２……カム、８４……
壁、８６……充填剤。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体クロマトグラフイ用充填物質の充填方法
   において、この方法が (i) 充填剤を保持するのに適したカラムをその正
   常な半径から放射状に拡大させる工程、 (ii) 充填剤を添加する工程、及び (iii) カラムをその正常な半径に復帰させ、その充
   填物とぴつたりと接触させる工程 からなり、但し該カラムが加圧容器中に入れら
   れ、充填物質のカラム壁内側への充填時に該カラ
   ム壁が拡大し又は変形し得る物質から該カラム壁
   が形成され、加圧容器が剛性材料から形成されて
   おり、カラム壁拡大がカラム壁の内側に導入され
   るガスによつて達成され、カラムの正常な半径へ
   の復帰が該ガスの除去によつて達成されることを
   特徴とする方法。 ２ カラム壁がプラグ、ガス導管及びガス排出コ
   ツクを具える特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 液体クロマトグラフイ用充填物質の充填方法
   において、この方法が (i) 充填剤を保持するのに適したカラムをその正
   常な半径から放射状に拡大させる工程、 (ii) 充填剤を添加する工程、及び (iii) カラムをその正常な半径に復帰させ、その充
   填物とぴつたり接触させる工程 からなり、但し該カラムが変形可能ポリマ物質の
   内面被覆物を有する剛性材料から成つていて充填
   物質のカラム壁内側への充填時に該カラム壁が拡
   大し又は変形し得るものであり、カラム壁拡大が
   カラムの加熱又は加圧又はそれら両者によつて達
   成され、カラムの正常な半径への復帰が冷却又は
   圧力除去又はそれら両者によつて達成されること
   を特徴とする方法。 ４ 液体クロマトグラフイ用充填物質の充填方法
   において、この方法が (i) 充填剤を保持するのに適したカラムに充填剤
   を添加する工程、 (ii) カラムをその正常な半径から放射状に圧縮す
   る工程、及び (iii) カラムをその正常な半径に復帰させ、その充
   填物とぴつたりと接触させる工程 からなり、但し該カラムが拡大し又は変形し得る
   物質から形成され、カラムの外側にカムを具え、
   カムを回すとカムが充填剤を放射状に圧縮し、カ
   ムを原状に戻すとカラムが正常な半径に復帰する
   ことを特徴とする方法。 ５ 拡大し又は変形し得る物質がポリマ物質であ
   る特許請求の範囲第１〜４項の何れかに記載の方
   法。 ６ ポリマ物質がポリエチレン又はポリ（テトラ
   フルオルエチレンである特許請求の範囲第５項に
   記載の方法。 ７ 液体クロマトグラフイ用充填物質の充填方法
   において、この方法が (i) 充填剤を保持するのに適したカラムをその正
   常な半径から放射状に拡大させる工程、 (ii) 充填剤を添加する工程、及び (iii) カラムをその正常な半径に復帰させ、その充
   填物とぴつたりと接触させる工程 からなり、 但し該カラムから剛性材料から形成され、カラ
   ム壁拡大が加熱によつて達成され、正常な半径へ
   の復帰が冷却によつて達成されることを特徴とす
   る方法。 ８ 剛性材料が金属材料である特許請求の範囲第
   １〜７項の何れかに記載の方法。 ９ 金属材料がステンレス鋼である特許請求の範
   囲第８項に記載の方法。 １０ 液体クロマトグラフイ用充填物質が充填さ
   れているカラムにおいて、 (i) 充填剤を保持するのに適したカラムをその正
   常な半径から放射状に拡大させる工程、 (ii) 充填剤を添加する工程、及び(iii)カラムをその
   正常な半径に復帰させ、その充填物とぴつたり
   と接触させる工程からなり、但し該カラムが加
   圧容器中に入れられ、充填物質のカラム壁内側
   への充填時に該カラム壁が拡大し又は変形し得
   る物質から該カラム壁が形成され、加圧容器が
   剛性材料から形成されており、カラム壁拡大が
   カラム壁の内側に導入されるガスによつて達成
   され、カラムの正常な半径への復帰が該ガスの
   除去によつて達成されるものである方法によつ
   て得られることを特徴とするクロマトグラフイ
   用カラム。 １１ カラム壁がプラグ、ガス導管及びガス排出
   コツクを具える特許請求の範囲第１０項記載のク
   ロマトグラフイ用カラム。 １２ 液体クロマトグラフイ用充填物質が充填さ
   れているカラムにおいて、 (i) 充填剤を保持するのに適したカラムをその正
   常な半径から放射状に拡大させる工程、(ii)充填
   剤を添加する工程、及び(iii)カラムをその正常な
   半径に復帰させ、その充填物とぴつたりと接触
   させる工程からなり、但し該カラムが変形可能
   ポリマ物質の内面被覆物を有する剛性材料から
   成つていて充填物質のカラム壁内側への充填時
   に該カラム壁が拡大し又は変形し得るものであ
   り、カラム壁拡大がカラムの加熱又は加圧又は
   それら両者によつて達成され、カラムの正常な
   半径への復帰が冷却又は圧力除去又はそれら両
   者によつて達成されるものである方法によつて
   得られることを特徴とするクロマトグラフイ用
   カラム。 １３ 液体クロマトグラフイ用充填物質が充填さ
   れているカラムにおいて、 (i) 充填剤を保持するのに適したカラムに充填剤
   を添加する工程、 (ii) カラムをその正常な半径から放射状に圧縮す
   る工程、及び (iii) カラムをその正常な半径に復帰させ、その充
   填物とぴつたりと接触させる工程 からなり、但し該カラムが拡大し又は変形し得る
   物質から形成され、カラムの外側にカムを具え、
   カムを回すとカムが充填剤を放射状に圧縮し、カ
   ムを原状に戻すとカラムが正常な半径に復帰する
   ものである方法によつて得られることを特徴とす
   るクロマトグラフイ用カラム。 １４ 拡大し又は変形し得る物質がポリマ物質で
   ある特許請求の範囲第１０〜１３項の何れかに記
   載のクロマトグラフイ用カラム。 １５ ポリマ物質がポリエチレン又はポリ（テト
   ラフルオルエチレンである特許請求の範囲第１４
   項に記載のクロマトグラフイ用カラム。 １６ 液体クロマトグラフイ用充填物質が充填さ
   れているカラムにおいて、 (i)充填剤を保持するのに適したカラムをその正
   常な半径から放射状に拡大させる工程、(ii)充填剤
   を添加する工程、及び(iii)カラムをその正常な半径
   に復帰させ、その充填物とぴつたりと接触させる
   工程からなり、但し該カラムが剛性材料から形成
   され、カラム壁拡大が加熱によつて達成され、正
   常な半径への復帰が冷却によつて達成されるもの
   である方法によつて得られることを特徴とするク
   ロマトグラフイ用カラム。 １７ 剛性材料が金属材料である特許請求の範囲
   第１０〜１６項の何れかに記載のクロマトグラフ
   イ用カラム。 １８ 金属材料がステンレス鋼である特許請求の
   範囲第１７項に記載のクロマトグラフイ用カラ
   ム。