Piston motion control for adjustment for the chromatography column

（関連出願の参照）
本出願は、２００９年６月１９日に出願された米国仮特許出願第６１／２１８，７６７号の利益を主張し、その仮特許出願の内容は、参照によって本明細書に援用される。

（発明の背景）
（１．発明の分野）
本発明は、調整用クロマトグラフィーカラムの分野である。

（２．先行技術の説明）
調整用クロマトグラフィーは、化学種の混合物から商業用途に十分な量の個々の種を抽出するために用いられる分離技術である。 従って調整用クロマトグラフィーは、混合物内の特定の成分の存在もしくは濃度を検出するかまたは混合物全体の組成を決定することが目的である分析用クロマトグラフィーとは異なる。 調整用クロマトグラフィーは、一般的に、比較的大量の液体源混合物を固体樹脂でパックされたカラムに通過させることによって行なわれる。 混合物内の異なる種の分離および対象とする種の抽出は、移動相と呼ばれる源混合物溶液と固定相と呼ばれる樹脂との任意の種々様々な相互作用によって行われ得る。 これらの相互作用の例は、イオン交換クロマトグラフィー、親和クロマトグラフィー、および液−液クロマトグラフィーまたは分配クロマトグラフィーである。

軸流調整用クロマトグラフィーカラムにおいて、カラムの軸長は、カラムを通る過度の圧力降下を避けるために制限されなければならない。 なぜなら、高圧力降下は、高ポンプ圧力が移動相をカラムを通って押し進めることを必要とするか、高出力がポンプを駆動することを必要とするか、またはその両方を必要とするからである。 従って、商業的に有用な量の分離された種を抽出するために、比較的大きい直径のカラムが必要である。 従って、典型的な調整用クロマトグラフィーカラムは、直径が少なくとも数センチメートルであり、いくつかの場合、１メートル以上の直径を有するカラムが用いられる。 しかしながら、大直径のカラムは、特定の課題、特に、効率的な分離および高解像力を達成するために必要であるようにカラムの幅全体に移動相の流れを分配する際に困難を引き起こす。 この問題を克服するために、流れ分配器は、典型的にはカラムの両端に用いられる。 同様にいくつかの場合、特に下方に流れるように垂直に配置されるカラムにおいて、固体相は、パッキングの入口側におけるボイドスペースを除去するかまたは最小限にする方法でカラムにパックされる。 一様のパッキングは、樹脂粒子に圧力を加えることによって達成され得るが、圧力はまた、特に、材料がセラミックヒドロキシアパタイトのように圧縮不能であるかまたは制御された細孔ガラスのように壊れやすい場合、パッキング材料の部分の破砕または粉砕を引き起こし得る。 圧力は、アダプタとも呼ばれるスライディングピストンを用いることによって加えられ得、スライディングピストンは、樹脂の上に位置を決められ、それが樹脂に接触するまで下げられる。 典型的に用いられるピストンはまた、カラム幅全体に移動相を分配することを助けるために、流れ分配チャネルを含む。 樹脂粒子に対する損傷を避けるために、ピストンの運動は綿密に制御されなければならない。 また、圧縮可能な樹脂、特に圧縮されない状態に対する設定された割合よって圧縮されるように設計された樹脂に対しても注意が必要である。 これらの樹脂に関して、圧縮の前の、カラム内の樹脂の全量は、既知でなければならない。

（発明の概要）
本発明は、ピストンヘッド内のアパーチャと、可動プラグと、目盛り付きのマーキングまたは類似のインディシアを有するロッドとを組み込むことによって、調整用クロマトグラフィーカラムにおけるピストンの位置および運動の制御の改善に対するニーズに対処する。 カラムの初期パッキング中、樹脂スラリーが、カラム内に導入され、固体であるが圧縮されないベッドに固められる。 固体化は、液体の流れ、ピストンの動きまたはこれらの両方の組み合わせによって達成される。 カラムのパッキングおよび樹脂の固体化中、アパーチャは、プラグで密閉されて、流体がカラム内部からアパーチャ内に流れることを防ぐ。 一旦ベッドが固体化されるかまたは沈殿させられると、プラグは、ロッドで置き換えられる。 従って、ロッドは、配置されると、アパーチャを通って延びて、ピストンヘッドを通って突き出、ロッドが突き出る長さは、ロッド上の目盛りによって読み取られ得る。 このように、ロッドは、カラム内において固体化するかまたは沈殿した樹脂ベッドと接触するまで挿入され、それによって、ピストンヘッドと樹脂ベッドとの間の距離ならびに沈殿するかまたは固体化したベッドの高さを示す計量棒として働く。 樹脂ベッドに面するピストンヘッドの表面がボルトによってピストンヘッドに固定されるフリットで覆われるピストンヘッドに関して、上記に参照されるアパーチャは、ボルト軸に沿ってボルトを通る通路であり得る。 ボルトは、ピストンヘッドの全厚さまたは厚さの一部分のみを通って延び得、この場合、ピストンヘッド自体は、ピストンヘッドの残りの厚さを通って延びるさらなる通路を含む。 これらの実施形態における除去可能プラグは、ボルト通路に適合するフィラーボルトであり得、目盛り付きロッドは、フィラーボルトが除去された場合、ボルト通路を通って延びる。 これらの実施形態におけるボルトは、中空の外側ボルトと、密閉する目的で外側ボルトの中空の内部に挿入され得るフィラーボルトとを含む複合ボルトであり、除去されて、外側ボルトが目盛り付きロッドを収容することを可能にし得る。 フィラーボルト（または一般的用語では、プラグ）および目盛り付きロッドの両方は、ピストンヘッドの上部側、すなわちカラム内部内においてパックされたベッドに面する側と反対の側から挿入可能であり、その結果、両方ともカラム内の適切な位置においてピストンヘッドと共に挿入および除去可能であり得る。

本発明のこれらおよび他の目的、特徴および利点は、以下の説明からより十分に理解される。

図１は、本発明の範囲内の特徴を利用する調整用クロマトグラフィーの垂直断面である。

図２は、本発明に従う複合ボルトの外側部分の長手方向断面である。

図３は、図２に示される外側部分の中に挿入されるフィラーボルトを描く。

図４は、図３のフィラーボルトが除去された場合、図２に示される外側部分の中に挿入される目盛り付きロッドを描く。

図５は、目盛り付きロッドが挿入された状態で、本発明が用いられ得るピストンヘッドおよびフリットの断面である。

（発明および好ましい実施形態の詳細な説明）
本明細書に添付される図は、本発明に従う、調整用クロマトグラフィーカラムおよびベッド高さインディケータの一例を示す。

図１は、クロマトグラフィーカラム１１の垂直断面である。 カラムの部分は、円筒形の容器または管１２を含み、円筒形の容器または管１２は、上部１３において開き、下部クロジャーの中心における開口部１５を除いて下部１４において閉じており、開口部１５を通って、溶離剤が容器から引かれるかまたは容器から出ることを可能にされるかのいずれかである。 容器１２は、分離樹脂（ｓｅｐａｒａｔｏｒｙ ｒｅｓｉｎ）のパックされたベッド１６で部分的に満たされ、カラム容器のフロアをライニングするものは、パックされたベッド１６を支持するフリット１７である。 ピストンヘッド１８はパックされたベッドの上に支えられ、供給管２１はピストンヘッド１８の中心にあり、供給管２１を通ってソース混合物は容器に入る。 ピストンヘッド１８の下部表面を覆うものは、別のフリット２２であり、その目的は、カラムに入るソース混合物をカラムの幅全体にわたり分配することを助けて、パックされたベッド１６の使用を最大にすることである。 この上部フリット２２は、フリットを通過するボルト２３、２４によって適切な位置に保持され、ピストンヘッド１８に固定される。 ピストンヘッド１８は、パックされたベッド１６をパックするかまたは圧縮する場合、矢印２５の方向に下方に動き、この方向は、ピストンヘッドの長手方向軸２６に平行である。 この方向はまた、カラムを通る流れの全方向である。

フリット固定ボルト２３のうちの１つの拡大図は、図２に断面で提示される。 ボルトは、長手方向軸３１と、シャフト３２と、拡大ヘッド３３とを有する。 シャフト３２は、フリットおよびピストンヘッドを通過し（図１）、シャフト３２の外側表面の上部部分３４は、ねじ切りされて、ピストンヘッドにおける取り付け穴のねじ切りと嵌合する。 以下の図に示され下記に考察されるように、シャフト３２は、中空であり、ボルトの長さを通る通路３５を形成して、プラグおよび目盛り付きロッドの両方を受容する。

図３は、この実施形態においてフィラーボルト４１であるプラグを示す。 フィラーボルトは、シャフト４２と、拡大ヘッド４３とを有し、シャフトの部分４４は、ねじ切りされて、ボルト通路３５の内部上のねじ切り４５と嵌合する（図２）。 この特定の実施形態におけるフィラーボルトの下部端部４６は、平らであり、フリット固定ボルトにおける通路３５において内部ショルダ４７と接する（図１）。 ショルダ４７に置かれるｏリング４８は、フィラーボルトの下部端部４６によって圧縮されて、シールとして働く。 代替の配置において、ショルダ４７は、先細セクションによって置き換えられ得、適切な形状のガスケットまたは密閉リングは、ｏリング４８の代わりに用いられ得る。 フィラーボルトの拡大ヘッド４３は、フリット固定ボルト１２の中へのフィラーボルトの挿入ならびにフィラーボルトの除去を容易にする。

フィラーボルト４１は、ピストンの貯蔵および出荷中、またカラムがクロマトグラフ分離に用いられている間、フリット固定ボルトの通路３５を占有する。 図４に示される目盛り付きロッドまたは計量棒５１は、パックされたベッドの上でピストンヘッドの下降中、用いられる。 計量棒５１の直径５２は、フリット固定ボルトの両通路、すなわちフィラーボルト４１が挿入される比較的に広い通路３５（図２）およびショルダ４７の下のより狭い通路５３を容易に通過するほど十分に小さい。 使用時、下部先端がパックされたベッドに接触するまで、計量棒の下部先端がフリット固定ボルトのヘッド３３を通って突き出るように、結合した通路の中に降下させられる。 突き出し部分の長さ、および従って上部フリットとパックされたベッドとの間の距離は、次いでピストンヘッドの上から見られる計量棒の上部端上のマーキング５４（図４）を観測することによって決定される。 計量棒の構造の材料は、接触時、パックされたベッドの表面を貫かずまたはパッキング材料における破損を引き起こさないほど十分に軽いように選ばれる。

図５は、複合ボルトが用いられ得る方法を例示する。 複合ボルト２３の外側（フリット固定）部分は、フリット２２をピストンヘッド１８に固定して示され、ピストンヘッド１８およびフリットは、パッキング材料の上に持ち上げられる。 （取り付けられたフリットを有する）ピストンヘッドと固体化または沈殿したパッキング材料との間の結果として生じる間隙によって、フリット固定ボルトの中空の内部を最初に占有したフィラーボルトは除去され、計量棒５１は、計量棒の下部が、パックされたベッド１６と接触するまで中空のフリット固定ボルトの中に降下させられる。 オペレータは、次いで計量棒上の露出された目盛り５４を観測して、フリット２２と固体化または沈殿したベッド１６との間の距離５５を決定する。 計量棒５１は、次いで除去され得、ピストンヘッドを動かすことなく、フィラーボルトはフリット固定ボルト内のその最初の位置に戻され、ピストンヘッドは、次いで目盛りによって示された同じ距離だけ降下させられて、パッキング材料を破損することなくパッキング材料との完全接触を達成し、または圧縮可能パッキングの場合、パッキング材料に対してフリットを押しやり、圧縮の所望の程度を達成する。

添付の特許請求の範囲において用いられる場合、用語「ａ（一つ）」または「ａｎ（
一つ）」は、「１つ以上」を意味するように意図される。 ステップまたは要素の詳述に先行する場合、用語「ｃｏｍｐｒｉｓｅ（備えている、包含する）」、ならびに「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」および「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」などの変形は、さらなるステップまたは要素の追加が任意であり、除外されないことを意味することが意図される。 本明細書に引用されるすべての特許、特許出願、および他の公開された参考文献は、その全体が参照によって本明細書に本明細書によって援用される。 本明細書に引用される任意の参考文献と本明細書の明白な教示との相違は、本明細書における教示に有利に解決されることが意図される。 これは、語または句の技術理解の定義と本明細書に明白に述べられた、同じ語または句の定義との間の任意の相違を含む。