JP2011524008A5 - - Google Patents

Description

いくつかの実施形態では、カラムおよび制限器内の流量を明確に制御することによって、システム設定が大幅に簡略化され、全体的な精度および正確度が向上し得る。システムは、制限器を流れる流量がカラムを流れる流量よりも低くなって正確に動作するように構成され得る。システムユーザは分析法にそれぞれの流量を入力するだけでよく、差異の流れ制御によってカラムと制限器との間の正確な平衡が保たれ、カラムを通って検出器に流れ込むガスの一定流量が与えられ得る。この方法は、上述のような単一カラムバックフラッシュの単純な状況で用いられ得るが、図６および図７に示されるようなハートカットおよび分割とともにも用いられ得る。ハートカット構成が示される図６を参照して、システム６００は、供給ライン６０７を通じて圧力調整器６０５に流体連結されたインジェクタ６１０を含む。インジェクタ６１０は、供給ライン６１７を通じてカラム６２０に流体連結される。カラム６２０は供給ライン６２２を通じてマイクロ流体素子６３０に流体連結される。マイクロ流体素子６３０は供給ライン６３７を通じて中間点圧力調整器６３５に流体連結される。検出器６５０および６６０は、それぞれ制限器６４０および６４５を通じてマイクロ流体素子６３０に流体連結される。制限器６４０および６４５は望ましくは、制限器６４０を流れる流量Ｆ_r1が制限器６４５を流れる流量Ｆ_r2の流量と実質的に同一であるように適合されるか、または実質的に同一である。所望の流量を提供するための制限器長さおよび直径を求める方法が本明細書中に説明される。

いくつかの実施例に従って、さまざまなポート同士の間の流路の特定の長さは、所望の効果に依存して異なり得る。異なる流路構成を有するウェハの１つの構成が図１３に示される。ウェハ１３００はマイクロチャネル１３０５と、カラム（図示せず）に流体連結されたポート１３１０と、中間点圧力調整器（図示せず）に流体連結されたポート１３６０と、各々が制限器および／または検出器に流体連結され得るポート１３２０、１３３０、１３４０および１３５０とを含む。マイクロチャネル１３０５の部分は延長されて流路の長さを増大させ、中間点調整器ポート１３６０およびカラム流出物ポート１３１０からのキャリアガスさらなる混合を可能にする。このように長さが伸びることによって、たとえば、試料滞留時間を延長させ、カラム流出物とキャリアガスとをより均質化して混合するための付加的な時間が与えられ、これを用いて、本明細書中により詳細に説明されるように、検体ピークの拡散による広がりを回避または減少させることができる。また、ポート１３２０、１３３０、１３４０および１３５０のうちのいずれか２つ以上同士の間の流路の特定の長さは、他の長さとは異なり得る。このような異なる長さが存在する場合、制限器流量を変更して、異なる検出器に与えられるガスの流量を平衡化することが望ましいことがある。開口部１３６５および１３７０は、たとえば、マイクロ流体素子を、マイクロ流体素子を所望の位置または所望の向きに保持するように設計されたホルダまたは他の素子に取付けるために用いられ得る。

いくつかの実施例に従って、中間点監視検出器を有する二重カラムバックフラッシュ構成が図２３に示される。システム２３００は、供給ライン２３０７を通じて圧力調整器２３０５に流体連結されたインジェクタ２３１０を含む。インジェクタ２３１０は供給ライン２３１２を通じて第１のカラム２３２０にも流体連結される。第１のカラム２３２０は供給ライン２３２２を通じてマイクロ流体素子２３２５に流体連結される。マイクロ流体
素子２３２５は、ポート２２３３を通じて中間点圧力調整器２３３０に流体連結されたカラム流出物ポート２３２７を含む。ガスは、供給ライン２３３２を通じて中間点圧力調整器２３３０からポート２２３３に与えられる。マイクロ流体素子２３２５はポート２３３５、２３４０、２３４５および２３５０を含む。図２３の実施形態では、ポート２３３５および２３４０は、ガスがその中に流れ込まないように閉じられるか塞がれる。ポート２３５０は第２のカラム２３５５に流体連結される。第２のカラム２３５５は検出器２３６０に流体連結される。ポート２３４５は制限器２３６５を通じて検出器２３７０に流体連結される。動作時、試料がインジェクタ２３１０に導入され、試料内のスピーシーズが第１のカラム２３２０を用いて分離され得る。スピーシーズは第１のカラム２３２０から溶出し、マイクロ流体素子２３２５を通じて第２のカラム２３５５に与えられる。また、スピーシーズは検出器２３７０を用いて検出され得る。システム全体の流れ制御は本明細書中に記載されるように、または他の好適なアルゴリズムを用いて実行され得る。矢印は、システム２３００内の全体的なガス流を示す。システム２３００の構成によって、流出物がマイクロ流体素子２３２５に入ると、第１のカラム２３２０のバックフラッシュが可能になる。圧力ｐ₂を圧力ｐ₁よりも増大させることによって、ガスが第１のカラム２３２０に流れ込んで第１のカラム２３２０をバックフラッシュさせ、さらにマイクロ流体素子２３２５からの流出物を、第２のカラム２３５５を用いた継続的または付加的な分離のために第２のカラム２３５５に送る。流出物は、さらなる分離を伴わずに検出器２３７０にも与えられ得る。図２３に示されるようなシステムを用いて、極性調整法も実行され得る。

いくつかの実施例に従って、３カラムバックフラッシュ構成が図２４に示される。システム２４００は、供給ライン２４０７を通じて圧力調整器２４０５に流体連結されたインジェクタ２４１０を含む。インジェクタ２４１０は供給ライン２４１２を通じて第１のカラム２４２０にも流体連結される。第１のカラム２４２０は、供給ライン２４２２を通じてマイクロ流体素子２４２５に流体連結される。マイクロ流体素子２４２５は、ポート２４３３を通じて中間点圧力調整器２４３０に流体連結されたカラム流出物ポート２４２７を含む。ガスは、供給ライン２４３２を通じて中間点圧力調整器２４３０からポート２４３３に与えられる。マイクロ流体素子２４２５はポート２４３５、２４４０、２４４５および２４５０を含む。図２４の実施形態では、ポート２４３５および２４４０は、ガスがその中に流れ込まないように閉じられるか塞がれる。ポート２４５０は第２のカラム２４５５に流体連結される。第２のカラム２４５５は検出器２４６０に流体連結される。ポート２４４５は第３のカラム２４６５に流体連結され、第３のカラム２４６５は検出器２４７０に流体連結される。動作時、試料がインジェクタ２４１０に導入され、試料内のスピーシーズが第１のカラム２４２０を用いて分離され得る。スピーシーズは第１のカラム２４２０から溶出し、マイクロ流体素子２４２５を通じて第２のカラム２４５５および第３のカラム２４６５に与えられる。また、スピーシーズは検出器２４６０および２４７０を用いて検出され得る。システム全体の流れ制御は本明細書中に記載されるように、または他の好適なアルゴリズムを用いて実行され得る。矢印は、システム２４００内の全体的なガス流を示す。システム２４００の構成によって、流出物がマイクロ流体素子２４２５に入ると、第１のカラム２４２０のバックフラッシュが可能になる。圧力ｐ₂を圧力ｐ₁よりも増大させることによって、ガスが第１のカラム２４２０に流れ込んで第１のカラム２４２０をバックフラッシュさせ、さらにマイクロ流体素子２４２５からの流出物を、第２のカラム２４５５および第３のカラム２４６５を用いた継続的または付加的な分離のために第２のカラム２４５５および第３のカラム２４６５に送る。図２４に示されるようなシステムを用いて、極性調整法も実行され得る。図示していないが、図２４のシステムは、ポート２４３５および２４４０の一方に流体連結された検出器を含み得る。

図２９の構成要素同士のさまざまな可能性のある接続が図３０Ａおよび図３０Ｂにより詳細に示される。図３０Ａを参照して、マイクロ流体素子３０１５の切換弁は、カラム３０１０からの流出物が検出器３０２５に与えられるように構成され得る。インジェクタ３００５はカラム３０１０に流体連結される。インライン制限器３０２０がマイクロ流体素子３０１５と検出器３０２５との間にある。インジェクタ３０３０は第２のカラム３０３５に試料を与える。マイクロ流体素子３０１５は第２のカラム３０３５にも流体連結される。マイクロ流体素子３０１５は制限器３０４０を通じて第２の検出器３０４５に流体連結される。図３０Ａに示される構成では、マイクロ流体素子３０１５は、カラム３０１０からの流出物が検出器３０２５に与えられ、カラム３０３５からの流出物が検出器３０４５に与えられるように構成される。図３０Ｂに示される交差構成では、カラム３０３５からの流出物が検出器３０２５に与えられ、カラム３０１０からの流出物が検出器３０４５に与えられる。システムの動作時、マイクロ流体素子は、カラム３０１０からの一定のスピーシーズが検出器３０２５に与えられ、カラム３０１０からの他のスピーシーズが検出器３０４５に与えられ得るように、２つの異なる状態の間で動作され得る。カラム３０３５から出るスピーシーズについても、同様の動作が実行され得る。所望であれば、マイクロ流体素子を用いて異なるカラム３０１０、３０３５からの試料が同一検出器に与えられ得る。また、所望であれば、２個以上のマイクロ流体素子が図３０のシステム内に用いられ得る。

いくつかの実施形態では、本明細書中に開示されるマイクロ流体素子は、２つのクロマトグラムの同時分析を可能にし得る。図３６を参照して（図３４および図３５は後で説明される）、第１のカラム３６１５に流体連結された第１のインジェクタ３６１０を含むシステム３６００が示される。システム３６００は、第２のカラム３６２５に流体連結された第２のインジェクタ３６２０も含む。第１のカラム３６１５および第２のカラム３６２５の各々はマイクロ流体素子３６３０に流体連結される。マイクロ流体素子３６３０は制限器３６３５を通じて通気孔３６４０に流体連結される。マイクロ流体素子３６３０は制限器３６４５を通じてＭＳ検出器３６５０にも流体連結される。ＭＳ検出器３６５０は、ガス源３６５５とマイクロ流体素子３６３０との間の電磁弁（図示せず）に電気的に結合される。ＭＳ検出器３６５０は中間点電磁弁調節を駆動して、マイクロ流体素子３６３０をＭＳ検出器３６５０の走査と同期させる。第１のカラム３６１５および第２のカラム３６２５の両方から溶出するスピーシーズは、マイクロ流体素子３６３０を用いてＭＳ検出器３６５０に導かれ得る。このような導きによって、２つのクロマトグラムの同時処理が可能になる。マイクロ流体素子３６３０の厳密な構成は、本明細書中に記載の例示的な構成のいずれか、または他の好適な構成であり得る。

いくつかの実施例では、多次元分離および多重化検出用に構成された例示的なシステムが図３８に示される。システム３８００は、カラム３８１５およびキャリアガス源３８０５に流体連結されたインジェクタ３８１０を含む。カラム３８１５は、ガス源３８２２に連結された第１のマイクロ流体素子３８２０に流体連結される。第１のマイクロ流体素子３８２０は、第２のカラム３８２５および第２のマイクロ流体素子３８３０にも流体連結される。第１のマイクロ流体素子３８２０と第２のマイクロ流体素子３８３０との間には、制限器３８２７がある。第２のマイクロ流体素子３８３０はガス源３８３５に流体連結される。第２のマイクロ流体素子３８３０は通気孔３８４５および検出器３８５５にも流体連結される。ピークが第１のカラム３８１５から溶出して、第２のカラム３８２５に与えられ得るか、第１のマイクロ流体素子３８２０および第２の流体素子３８３０を用いて検出器３８５５または通気孔３８４５に与えられ得る。ピークは、それぞれ第１および第２のマイクロ流体素子３８２０および３８３０内に流体連結された特定のポートに基づいて所望の構成要素に選択的に与えられ得る。第１のマイクロ流体素子３８２０および第２の流体素子３８３０は同一である必要はないが、同一であってもよい。いくつかの実施例では、第１および第２のマイクロ流体素子は、１つまたは２つのカラムから溶出する試料の制御を高めるため、異なるように選択される。

いくつかの実施形態では、図４３Ａおよび図４３Ｂに示される充填チャンバにはいくつかの制約があり得る。図４３Ａでは、切換弁が調節ガスが充填チャンバ４３２０に流れ込むことを防止するため、検出器内へのガスの流量はカラム流出物の流量となる。切換弁が第２の位置に作動されると、検出器に入る流量が急激に増加する。このキャリアガスの遅−速−遅流量は検出器内のノイズおよび不安定性に繋がり得る。そのようなノイズが存在する場合、より安定したガス流量を検出器に与えるために図４４Ａおよび図４４Ｂに示されるような３方向切換弁が用いられ得る。図４４Ａおよび図４４Ｂを参照して、素子は、流体流路４４０５を通じてカラム（図示せず）に流体連結された充填チャンバ４４２０を含む。素子は、３方向切換弁４４１５と充填チャンバ４４２０との間の流体流路４４１０も含む。また、バイパス流路４４３０が３方向切換弁４４１５に流体連結される。３方向切換弁４４１５が流体流路４４３５からの調節ガスをバイパス流路４４３０に流体連結する（図４４）と、調節ガスはバイパス流路に流れ込み、流体流路４４２５を通じて検出器へ流れる。この状態では、カラムからの流出物は充填チャンバ４４２０に蓄積し得る。３方向切換弁が異なる位置に作動される（図４４Ｂ）と、調節ガスは流体流路４４１０を通じて充填チャンバ４４２０に与えられ得、蓄積された流出物を充填チャンバから流体流路４４２５に沿って検出器に押出すように作用し得る。３方向切換弁の一周期で検出器への１パルスが生成される。したがって、たとえば毎秒５０パルスを生成するためには、３方向切換弁は５０Ｈｚで共振する必要がある。この高周期レベルは切換弁に大きなストレスを加え得る。また、図４３Ｂおよび図４４Ｂに示すようにチャンバがフラッシュされている間、カラム流出物はチャンバに流れ込み続ける。この物質は希釈され、検体から効果的に失われ得る。

いくつかの実施例では、本明細書中に記載のマイクロ流体素子は１つ以上の充填チャンバを有して構成され得る。図４６は、少なくとも１つの充填チャンバを有するマイクロ流体素子の一例を示す。マイクロ流体素子４６００は第１のチャンバ４６１０および第２のチャンバ４６１５を含む。カラム流出物ポート４６４０は第１のチャンバ４６１０および第２のチャンバ４６１５の各々に流体連結される。調節ガスは、チャンバ４６１０、４６１５のどちらにガスを流すか、またはどちらがフラッシュされるかに依存して、ポート４６３０または４６５０で導入され得る。切換弁（図示せず）がポート４６３０および４６５０の各々に流体連結されて、どちらのポートが調節ガスを受取るかを制御する。システム内の流れを平衡化するために１つ以上の制限器が存在し得る。調節ガスがポート４６３０に導入されると、調節ガスはチャンバ４６１５を流れて検出器に入り、カラム流出物はチャンバ４６１０を充填する。調節ガスがポート４６５０に切換えられると、チャンバ４６１０にガスが流されてチャンバ４６１０が充填される。チャンバは、フラッシュされる際の試料の希釈および拡散を最小化にするように、長く細く設計され得る。

いくつかの実施形態では、本明細書中に記載のシステムは多次元分離に用いられ得る。一例が図５２Ａおよび図５２Ｂに示される。システム５２００は、キャリアガス源５２０５および第１のカラム５２１５に流体連結されたインジェクタ５２１０を含む。第１のカラム５２１５はマイクロ流体素子５２２０に流体連結され、マイクロ流体素子５２２０はそれ自体が調節ガス源５２２５に流体連結される。マイクロ流体素子５２２０は、制限器５２３０を通じて第１の検出器５２３５に流体連結され、第２のカラム５２４０を通じて第２の検出器５２４５にも流体連結される。マイクロ流体素子５２２０は典型的に切換弁（図示せず）とも流体連結しており、切換弁は、１つの位置にあるとき（図５２Ａ）に第１のカラム５２１５から第２のカラム５２４０および第２の検出器５２４５への流体の流れを可能にし、別の位置にあるとき（図５２Ｂ）に制限器５２３０を通じて第２の検出器５２３５への流体の流れを可能にし得る。切換弁の位置は、システムのどの構成要素がカラム流出物を受取るかを制御するために変更され得る。このような流れ方向によって異なるデータセットが与えられ、これを用いて試料内の成分をよりよく分析することができ、またデータセットは所望であればより容易な分析のために同一のクロマトグラム上に与えられ得る。