本明細書に記載のいくつかの実施形態は、マイクロ流体素子を含むクロマトグラフィーシステムに向けられる。マイクロ流体素子は切換弁に流体連結されて、クロマトグラフィーシステム内の流体の流れを選択的に制御し得る。いくつかの実施例では、マイクロ流体素子は、システム内の流体の流れをさらに制御し得る充填チャンバ、バイパス制限器または他の特徴を含み得る。当該素子を用いた方法、および所望の流量を提供するための長さおよび径の計算方法も記載される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権出願
本願は、２００８年５月２７日に出願された米国仮特許出願番号６１／０５６，２２５、２００９年１月６日に出願された米国仮特許出願番号６１／１４２，７０２、２００９年１月６日に出願された米国仮特許出願番号６１／１４２，７０５、２００９年３月６日に出願された米国仮特許出願番号６１／１５８，００１、および２００９年５月１８日に出願された米国仮特許出願番号６１／１７９，０２８の各々の優先権を主張し、各出願の全開示内容は、全文が引用によって本明細書に援用される。
【０００２】
技術分野
いくつかの特徴、局面および実施形態はガスクロマトグラフィーシステムに向けられる。特に、いくつかの実施形態は、クロマトグラフィーシステム内の１つ以上の他の構成要素への流体の流れを制御するためのマイクロ流体素子を含むクロマトグラフィーシステムに向けられる。
【背景技術】
【０００３】
背景
既存のクロマトグラフィーシステムでは、複合試料の分離が困難であり得る。特に、接近して溶出するピークを有する試料は、分離するのが困難であり得る。また、バックフラッシュ、ハートカット、カラム交換および検出器交換が必要とされる場合もある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
要約
１つの局面では、第１のカラムに流体連結された第１のインジェクタと、第２のカラムに流体連結された第２のインジェクタと、第１のカラムおよび第２のカラムに流体連結されたマイクロ流体素子とを含むクロマトグラフィーシステムであって、マイクロ流体素子は切換弁に流体連結された内部マイクロチャネルを含み、マイクロ流体素子に流体連結され、切換弁が第１の位置に作動されると第１のカラムからの流出物を受取り、切換弁が第２の位置に作動されると第２のカラムからの流出物を受取るように構成された検出器をさらに含むクロマトグラフィーシステムが提供される。
【０００５】
いくつかの実施形態では、マイクロ流体素子は、第１のカラムに流体連結された第１のポート、および第２のカラムに流体連結された第２のポートを含み得る。いくつかの実施例では、検出器は質量分析計である。いくつかの実施例では、システムは、マイクロ流体素子に流体連結された第２の検出器を含み得る。いくつかの実施形態では、システムは、マイクロ流体素子に流体連結された調節ガス源も含み得る。いくつかの実施例では、内部マイクロチャネルは第１の充填チャンバを含む。いくつかの実施形態では、切換弁は、第１の位置にあるときに調節ガス源から第１の充填チャンバへの流体の流れを可能にし、第２の位置にあるときに調節ガス源から第１の充填チャンバへの流体の流れを制限する。いくつかの実施例では、システムはさらに、マイクロチャネル内の第２の充填チャンバを含み得る。いくつかの実施形態では、切換弁は、第１の位置にあるときに調節ガス源から第１の充填チャンバへの流体の流れを可能にし、第２の位置にあるときに調節ガス源から第１の充填チャンバへの流体の流れを制限し、第２の位置にあるときに調節ガス源から第２の充填チャンバへの流体の流れを可能にする。いくつかの実施形態では、システムは、システム内の流体の流れを平衡化するために検出器とマイクロ流体素子との間に制限器を含み得る。
【０００６】
別の局面では、第１のカラムに流体連結されたインジェクタと、第１のカラムに流体連結されたマイクロ流体素子とを含むクロマトグラフィーシステムであって、マイクロ流体素子は、マイクロ流体素子上のポートを通じて切換弁に流体連結され、マイクロ流体素子に流体連結された第２のカラムと、第２のカラムに流体連結された第１の検出器とをさらに含むクロマトグラフィーシステムが開示される。
【０００７】
いくつかの実施形態では、システムはさらに、マイクロ流体素子と第２の検出器との間の制限器を通じてマイクロ流体素子に流体連結された第２の検出器を含み得る。いくつかの実施例では、システムはさらに、マイクロ流体素子と第２の検出器との間の第３のカラムを通じてマイクロ流体素子に流体連結された第２の検出器を含み得る。いくつかの実施例では、システムはさらに、第２のカラムと第１の検出器との間の制限器を含み得る。他の実施例では、マイクロ流体素子は、マイクロチャネル内の内部バイパス制限器を含む。いくつかの実施例では、システムは、切換弁が第１の位置にあるときに第２のカラムが第１のカラムからの流出物を受取り、切換弁が第２の位置にあるときに第３のカラムが第１のカラムからの流出物を受取るように構成され得る。いくつかの実施例では、システムは、マイクロ流体素子と第３の検出器との間の第４のカラムを通じてマイクロ流体素子に流体連結された第３の検出器を含み得る。いくつかの実施形態では、システムは、通気孔とマイクロ流体素子との間の制限器を通じてマイクロ流体素子に流体連結された通気孔を含み得る。いくつかの実施形態では、システムはさらに、通気孔とマイクロ流体素子との間の制限器を通じてマイクロ流体素子に流体連結された通気孔を含む。いくつかの実施例では、システムは、マイクロ流体素子のマイクロチャネル内の充填チャンバを含む。
【０００８】
さらなる局面では、インジェクタと、インジェクタに流体連結されたカラムと、カラムに流体連結され、切換弁に流体連結されたマイクロ流体素子とを含むクロマトグラフィーシステムであって、マイクロ流体素子はカラムからの流出物を受取るための入口ポートを含み、調節ガスを受取るための調節ガスポートと、少なくとも１つの出口ポートとをさらに含み、ポートの各々はマイクロ流体素子内の内部マイクロチャネルを通じて流体連結しており、マイクロ流体素子の第１の出口ポートに流体連結された制限器と、制限器に流体連結された第１の検出器とをさらに含むクロマトグラフィーシステムが提供される。
【０００９】
いくつかの実施形態では、システムは内部マイクロチャネル内のバイパス制限器を含み、バイパス制限器は、マイクロ流体素子を流れる流体の流れを減少させるように構成される。いくつかの実施例では、システムはマイクロチャネル内の充填チャンバを含む。他の実施例では、システムは、マイクロ流体素子の第２の出口ポートに流体連結された第２の制限器を含む。いくつかの実施形態では、システムは、第２の制限器に流体連結された第２の検出器を含み得る。他の実施形態では、システムは、マイクロ流体素子の第３の出口ポートに流体連結された第３の制限器を含み得る。いくつかの実施形態では、システムは、第３の制限器に流体連結された第３の検出器を含み得る。いくつかの実施例では、システムは、マイクロ流体素子の第４の出口ポートに流体連結された第４の制限器を含み得る。いくつかの実施形態では、システムはさらに、第４の制限器に流体連結された第４の検出器を含む。いくつかの実施例では、システムは、マイクロ流体素子の第２の出口ポートとスニッファポートとの間の制限器を通じてマイクロ流体素子の第２の出口ポートに流体連結されたスニッファポートを含み得る。
【００１０】
別の局面では、インジェクタと、インジェクタに流体連結された第１のカラムと、カラムに流体連結され、切換弁に流体連結されたマイクロ流体素子とを含むクロマトグラフィーシステムであって、マイクロ流体素子はカラムからの流出物を受取るための入口ポートを含み、調節ガスを受取るための調節ガスポートと、少なくとも１つの出口ポートとをさらに含み、ポートの各々はマイクロ流体素子内の内部マイクロチャネルを通じて流体連結しており、マイクロ流体素子の第１の出口ポートに流体連結された第２のカラムと、第２のカラムに流体連結された第１の検出器とをさらに含むクロマトグラフィーシステムが開示される。
【００１１】
いくつかの実施形態では、システムは内部マイクロチャネル内のバイパス制限器を含み得、バイパス制限器は、マイクロ流体素子を流れる流体の流れを減少させるように構成される。他の実施形態では、システムは、マイクロチャネル内の充填チャンバを含み得る。いくつかの実施例では、システムは、マイクロ流体素子の第２の出口ポートに流体連結された制限器を含み得る。さらなる実施例では、システムは、制限器に流体連結された第２の検出器を含み得る。いくつかの実施形態では、システムは、マイクロ流体素子の第３の出口ポートに流体連結された第３のカラムを含み得る。いくつかの実施例では、システムは、第３のカラムに流体連結された第３の検出器を含み得る。他の実施例では、システムは、マイクロ流体素子の第４の出口ポートに流体連結された第４のカラムを含み得る。いくつかの実施例では、システムは第４のカラムに流体連結された第４の検出器を含み得る。さらなる実施形態では、システムは、マイクロ流体素子の第２の出口ポートとスニッファポートとの間の制限器を通じてマイクロ流体素子の第２の出口ポートに流体連結されたスニッファポートを含み得る。
【００１２】
さらなる局面では、インジェクタと、インジェクタに流体連結され、切換弁に流体連結されたマイクロ流体素子とを含むクロマトグラフィーシステムであって、マイクロ流体素子はインジェクタからの試料を受取るための入口ポートを含み、調節ガスを受取るための調節ガスポートと、少なくとも１つの出口ポートとをさらに含み、ポートの各々はマイクロ流体素子の内部マイクロチャネルを通じて流体連結しており、マイクロ流体素子の第１の出口ポートに流体連結された第１のカラムと、第１のカラムに流体連結された第１の検出器とをさらに含むクロマトグラフィーシステムが開示される。
【００１３】
いくつかの実施形態では、システムは内部マイクロチャネル内のバイパス制限器を含み得、バイパス制限器は、マイクロ流体素子を流れる流体の流れを減少させるように構成される。他の実施形態では、システムはマイクロチャネル内の充填チャンバを含み得る。さらなる実施形態では、システムは、マイクロ流体素子の第２の出口ポートに流体連結された制限器を含み得る。いくつかの実施例では、システムは、制限器に流体連結された第２の検出器を含み得る。他の実施例では、システムは、マイクロ流体素子の第３の出口ポートに流体連結された第３のカラムを含み得る。さらなる実施例では、システムは、第３のカラムに流体連結された第３の検出器を含み得る。他の実施例では、システムは、マイクロ流体素子の第４の出口ポートに流体連結された第４のカラムを含み得る。いくつかの実施例では、システムは、第４のカラムに流体連結された第４の検出器を含み得る。他の実施例では、システムは、マイクロ流体素子の第２の出口ポートとスニッファポートとの間の制限器を通じてマイクロ流体素子の第２の出口ポートに流体連結されたスニッファポートを含み得る。
【００１４】
別の局面では、第１のカラムに流体連結された第１のインジェクタと、第２のカラムに流体連結された第２のインジェクタと、第１のカラムおよび第２のカラムに流体連結されたマイクロ流体素子とを含むクロマトグラフィーシステムであって、マイクロ流体素子は切換弁に流体連結された内部マイクロチャネルを含み、マイクロ流体素子に流体連結された第１の検出器と、マイクロ流体素子に流体連結された第２の検出器とをさらに含み、マイクロ流体素子は、第１の位置にあるときに、第１のカラムからの流出物を第１の検出器に与え、第２のカラムからの流出物を第２の検出器に与えるよう構成され、第２の位置にあるときに、第１のカラムからの流出物を第２の検出器に与え、第２のカラムからの流出物を第１の検出器に与えるように構成されるクロマトグラフィーシステムが提供される。
【００１５】
いくつかの実施形態では、システムは、第１の検出器とマイクロ流体素子との間の第１の制限器、および第２の検出器とマイクロ流体素子との間の第２の制限器を含み得る。いくつかの実施形態では、システムは、マイクロ流体素子のマイクロチャネル内の内部交差チャネルを含み得、切換弁は、第２の位置にあるときに、交差チャネル内の流体の流れを可能にするように構成される。いくつかの実施形態では、第１および第２の検出器の少なくとも一方が質量分析計である。他の実施例では、システムは、第２の検出器とマイクロ流体素子との間の第２の検出器に流体連結された第３のカラムを含み得る。いくつかの実施例では、システムはマイクロチャネル内の充填チャンバを含む。
【００１６】
さらなる局面では、第１のカラムに流体連結された第１のインジェクタと、第２のカラムに流体連結された第２のインジェクタと、第１のカラムおよび第２のカラムに流体連結されたマイクロ流体素子とを含むクロマトグラフィーシステムであって、マイクロ流体素子は切換弁に流体連結された内部マイクロチャネルを含み、マイクロ流体素子に流体連結された第１の検出器と、マイクロ流体素子に流体連結された通気孔とをさらに含み、マイクロ流体素子は、第１の位置にあるときに、第１のカラムからの流出物を第１の検出器に与え、第２のカラムからの流出物を通気孔に与え、第２の位置にあるときに、第１のカラムからの流出物を通気孔に与え、第２のカラムからの流出物を第１の検出器に与えるように構成されるクロマトグラフィーシステムが開示される。
【００１７】
いくつかの実施形態では、システムは、第１の検出器とマイクロ流体素子との間の第１の制限器、および通気孔とマイクロ流体素子との間の第２の制限器を含み得る。他の実施形態では、システムは、マイクロ流体素子のマイクロチャネル内の内部交差チャネルを含み得、切換弁は、第２の位置にあるときに、交差チャネル内の流体の流れを可能にするように構成される。さらなる実施形態では、第１および第２の検出器の少なくとも一方が質量分析計である。いくつかの実施形態では、システムは、第１の検出器に流体連結され、第１の検出器とマイクロ流体素子との間にある第３のカラムを含み得る。いくつかの実施例では、システムはマイクロチャネル内の充填チャンバを含む。
【００１８】
別の局面では、第１のカラムに流体連結された第１のインジェクタと、第１のカラムに流体連結され、切換弁に流体連結された内部マイクロチャネルを含む第１のマイクロ流体素子と、第１のマイクロ流体素子に流体連結された第２のマイクロ流体素子とを含むクロマトグラフィーシステムであって、第２のマイクロ流体素子は、切換弁に流体連結された内部マイクロチャネルを含み、第２のマイクロ流体素子に流体連結された検出器をさらに含むクロマトグラフィーシステムが提供される。
【００１９】
いくつかの実施形態では、システムは、第１のマイクロ流体素子と第２のマイクロ流体素子との間にあり、第１のマイクロ流体素子および第２のマイクロ流体素子の各々に流体連結された第２のカラムを含み得る。他の実施形態では、システムは、第１のマイクロ流体素子に流体連結された第２の検出器を含み得る。いくつかの実施例では、システムは、第２のマイクロ流体素子に流体連結された第２の検出器を含み得る。さらなる実施例では、システムは、第２のマイクロ流体素子と検出器との間にあり、第２のマイクロ流体素子および検出器の各々に流体連結された第２のカラムを含み得る。いくつかの実施例では、システムは、１つ以上の第１および第２のマイクロ流体素子のマイクロチャネル内の充填チャンバを含む。
【００２０】
さらなる局面では、第１のカラムに流体連結された第１のインジェクタと、第２のカラムに流体連結された第２のインジェクタと、第１のポートを通じて第１のカラムに流体連結され、第２のポートを通じて第２のカラムに流体連結されたマイクロ流体素子とを含むクロマトグラフィーシステムであって、マイクロ流体素子は、第１のポートに流体連結された第１の充填チャンバおよび第２のポートに流体連結された第２の充填チャンバを含み、クロマトグラフィーシステムはさらに、マイクロ流体素子および調節ガス源に流体連結された切換弁を含み、切換弁は、第１の位置にあるときに、調節ガス源からの調節ガスの流れを可能にして、第１の充填チャンバからの流出物を、マイクロ流体素子に流体連結された検出器に流すように構成され、切換弁はさらに、第２の位置にあるときに、調節ガス源からの調節ガスが第２の充填チャンバに流れることを可能にして、第２の充填チャンバからの流出物を、マイクロ流体素子に流体連結された検出器に流すように構成されるクロマトグラフィーシステムが提供される。
【００２１】
いくつかの実施形態では、システムは、第１の充填チャンバに流体連結された第１の検出器、および第２の充填チャンバに流体連結された第２の検出器を有するように構成され得る。他の実施例では、切換弁は第１または第２の位置に作動されて、第１の充填チャンバからパルス化された流れを検出器に与え、第２の充填チャンバからパルス化された流れを検出器に与えるように構成され得る。さらなる実施例では、切換弁は３方向電磁弁である。他の実施例では、検出器は質量分析計である。
【００２２】
別の局面では、内部マイクロ流体チャネルを通じて互いに直列接続された複数のポートを有する積層基板を含むマイクロ流体素子が提供される。いくつかの実施例では、マイクロチャネルは、たとえば内部バイパス制限器を有するなど、所望の態様で構成され得る。
【００２３】
いくつかの実施形態では、マイクロ流体素子は、複数のポートの少なくとも１つに流体連結された切換弁を含む。さらなる実施例では、切換弁は電磁弁である。いくつかの実施例では、素子は、マイクロ流体素子の第１のポートに流体連結された少なくとも１つのクロマトグラフィーカラムを含み得る。いくつかの実施例では、マイクロ流体素子の第２のポートに検出器が流体連結され得る。いくつかの実施例では、検出器は質量分析計である。他の実施例では、素子はさらに、マイクロ流体素子の第３のポートに流体連結された付加的なクロマトグラフィーカラムを含み得る。いくつかの実施例では、素子は、マイクロ流体素子に流体連結され、少なくとも１つの検出器とマイクロ流体素子との間に配置された制限器を含み得る。さらなる実施例では、素子は、マイクロ流体素子の第４のポートに流体連結された第２の検出器を含み得る。いくつかの実施形態では、素子は、マイクロ流体素子に流体連結され、第２の検出器とマイクロ流体素子との間に配置された付加的な制限器を含み得る。いくつかの実施形態では、素子は、第２、第３および第４のポートの上流にある第５のポートに流体連結され、マイクロチャネルからの流出物を流すために調節ガスを与えるように構成された調節ガス源を含み得る。いくつかの実施例では、マイクロチャネルは充填チャンバを含む。いくつかの実施例では、充填チャンバは、マイクロチャネルの他の部分と比べて直径が大きい部分を含む。いくつかの実施例では、調節ガス源は充填チャンバに流体連結され、調節ガスは、切換弁が第１の位置に作動されると調節ガス源から充填チャンバに流れ得る。他の実施例では、切換弁が第２の位置に作動されると、充填チャンバへの調節ガスの流れが制限される。
【００２４】
さらなる局面では、マイクロ流体素子であって、少なくとも１つの入口ポート、および積層基板内のマイクロチャネルを通じて各々が入口ポートに流体連結された複数の出口ポートを有する積層基板と、積層基板内の内部バイパス制限器とを含み、内部バイパス制限器はマイクロチャネルに流体連結され、マイクロチャネル内の流体の流れを制限するように構成されたマイクロ流体素子が提供される。
【００２５】
いくつかの実施形態では、素子は、ポートの少なくとも１つに流体連結された切替弁を含み得る。別の実施形態では、切替弁は電磁弁である。いくつかの実施例では、素子は、マイクロ流体素子の第１のポートに流体連結された少なくとも１つのクロマトグラフィーカラムを含み得る。さらなる実施形態では、素子は、マイクロ流体素子の第２のポートに流体連結された検出器を含み得る。いくつかの実施例では、検出器は質量分析計である。他の実施例では、素子は、マイクロ流体素子の第３のポートに流体連結された付加的なクロマトグラフィーカラムを含み得る。さらなる実施例では、素子は、マイクロ流体素子に流体連結され、少なくとも１つの検出器とマイクロ流体素子との間に配置された制限器を含み得る。いくつかの実施例では、素子は、マイクロ流体素子の第４のポートに流体連結された第２の検出器を含み得る。いくつかの実施例では、素子は、マイクロ流体素子に流体連結され、第２の検出器とマイクロ流体素子との間に配置された付加的な制限器を含み得る。いくつかの実施例では、素子は、第２、第３および第４のポートの上流にある第５のポートに流体連結され、マイクロチャネルからの流出物を流すために調節ガスを与えるように構成された調節ガス源を含み得る。いくつかの実施形態では、マイクロチャネルは充填チャンバを含む。いくつかの実施形態では、充填チャンバは、マイクロチャネルの他の部分と比べて直径が大きい部分を含む。さらなる実施形態では、調節ガス源は充填チャンバに流体連結され、切換弁が第１の位置に作動されると調節ガスが調節ガス源から充填チャンバに流れ得る。いくつかの実施例では、切換弁が第２の位置に作動されると、充填チャンバへの調節ガスの流れが制限される。
【００２６】
別の局面では、クロマトグラフィーシステム内の流体の流れを調節する方法であって、切換弁を第１の位置または第２の位置に作動させるステップを含み、第１の位置によって、調節ガス源からマイクロ流体素子の第１の充填チャンバへの流体の流れが可能になり、第１の充填チャンバからのカラム流出物が、マイクロ流体素子に流体連結された検出器に与えられ、第２の位置によって、調節ガス源からマイクロ流体素子の第２の充填チャンバへの流体の流れが可能になり、第２の充填チャンバからのカラム流出物が、マイクロ流体素子に流体連結された検出器に与えられる方法が開示される。
【００２７】
いくつかの実施形態では、切換弁は、約１０Ｈｚから約１００Ｈｚの周波数で作動される３方向電磁弁である。いくつかの実施形態では、本方法は、検出器とマイクロ流体素子との間に制限器を有するようにシステムを構成することによってシステム内の圧力を平衡化するステップを含み得る。他の実施例では、本方法は、第１の充填チャンバからのカラム流出物を、マイクロ流体素子に流体連結された第１の検出器に与えるステップと、第２の充填チャンバからのカラム流出物を、マイクロ流体素子に流体連結された第２の検出器に与えるステップとを含み得る。いくつかの実施例では、本方法は、第１の検出器とマイクロ流体素子との間に第１の制限器を有するように、かつ第２の検出器とマイクロ流体素子との間に第２の制限器を有するようにシステムを構成することによってシステム内の圧力を平衡化するステップを含み得る。いくつかの実施例では、本方法は、第１および第２の充填チャンバの各々をマイクロ流体素子内の内部チャンバとして構成するステップを含み得る。いくつかの実施形態では、本方法は、調節ガス源からの流体流量を、第１および第２の充填チャンバ内へのカラム流出物の流体流量よりも少なくとも５倍大きく、たとえば１０倍大きくするように構成するステップを含み得る。
【００２８】
別の局面では、第１の充填チャンバおよび第２の充填チャンバを有する内部マイクロチャネルを含むマイクロ流体素子を含むシステムであって、第１の充填チャンバおよび第２の充填チャンバの各々は、マイクロ流体素子の入口ポートおよび出口ポートに流体連結され、システムはさらに、マイクロ流体素子の内部マイクロチャネルに流体連結された切換弁を含み、切換弁は、第１の位置にあるときに、調節ガスが入口ポートを通って第１の充填チャンバに流れることを可能にして、第１の充填チャンバからのカラム流出物をマイクロ流体素子の出口ポートに与えるように、かつ第２の位置にあるときに、調節ガスが入口ポートを通って第２の充填チャンバに流れることを可能にして、第２の充填チャンバからのカラム流出物をマイクロ流体素子の出口ポートに与えるように構成されるシステムが提供される。いくつかの実施例では、第１のチャンバへの調節ガスの流れが可能である場合、第２のチャンバへの調節ガスの流れは制限される（または第２のチャンバへの調節ガスの実質的な流れは発生しない）。いくつかの実施例では、第２のチャンバへの調節ガスの流れが可能である場合、第１のチャンバへの調節ガスの流れは制限される（または第１のチャンバへの調節ガスの実質的な流れは発生しない）。
【００２９】
いくつかの実施形態では、本システムは、マイクロ流体素子の出口ポートに流体連結された検出器を含み得る。いくつかの実施形態では、検出器は質量分析計である。さらなる実施形態では、切換弁は３方向電磁弁である。いくつかの実施例では、本システムは、質量分析計および切換弁に電気的に結合され、質量分析計の検出器読取値を３方向電磁弁の調節と同期させるように構成された制御部を含み得る。他の実施形態では、本システムは、マイクロ流体素子に流体連結されたインジェクタを含み得る。いくつかの実施例では、マイクロ流体素子は積層ウェハとして構成され得る。
【００３０】
さらなる局面では、クロマトグラフィーシステム内に用いられる流体流量を選択するステップと、選択された流体流量を提供するためのクロマトグラフィーシステム内のカラムの内径を求めるステップとを含む方法が提供される。いくつかの実施例では、カラムの内径は以下の式
【００３１】
【数１】

【００３２】
を用いて計算され、式中、ｄ_cはカラムの内径であり、Ｌはカラム長さであり、ｐ_aは絶対圧力であり、ηはキャリアガスの粘度であり、ｂは定数である。
【００３３】
別の局面では、クロマトグラフィーシステム内に用いられる流体流量を選択するステップと、選択された流体流量を提供するためのクロマトグラフィーシステム内の制限器の寸法を求めるステップとを含む方法が開示される。いくつかの実施例では、寸法は制限器の内径であり、内径は以下の式
【００３４】
【数２】

【００３５】
を用いて計算され、式中、ｄ_rは制限器の内径であり、Ｌは制限器長さであり、ｐ_aは絶対圧力であり、ηはキャリアガスの粘度であり、ｂは定数である。いくつかの実施例では、寸法は制限器長さであり、制限器長さは以下の式
【００３６】
【数３】

【００３７】
を用いて計算され、式中、Ｌ_r1はオーブンの内部の制限器の長さであり、Ｌ_r2は検出器の内部の制限器の長さであり、η_r1はオーブン温度におけるキャリアガスの粘度であり、η_r2は検出器温度おけるキャリアガスの粘度であり、Ｔ_r1はオーブンの絶対温度であり、Ｔ_r2は検出器の絶対温度であり、ｐ_iは入口圧力であり、ｐ_orは出口圧力であり、Ｆ_aは流量である。
【００３８】
別の局面では、クロマトグラフィーシステムの使用を容易にするための方法であって、内部マイクロ流体チャネルを通じて互いに直列接続された複数のポートを有する積層基板を含むマイクロ流体素子を提供するステップを含む方法が開示される。
【００３９】
さらなる局面では、クロマトグラフィーシステムの使用を容易にするための方法であって、少なくとも１つの入口ポート、および積層基板内のマイクロチャネルを通じて各々が入口ポートに流体連結された複数の出口ポートを有する積層基板と、積層基板内の内部バイパス制限器と含むマイクロ流体素子を提供するステップを含み、内部バイパス制限器はマイクロチャネルに流体連結され、マイクロチャネル内の流体の流れを制限するように構成された方法が提供される。いくつかの実施形態では、複数の出口ポートが直列に配置され得る。
【００４０】
さらなる特徴、局面、実施例および実施形態が以下により詳細に説明される。
いくつかの例示的な実施形態が、添付の図面を参照して以下に詳細に説明される。
【００４１】
本開示内容から、図面に示されるさまざまな構成要素の厳密なサイズおよび配置は、所望の結果や所望の動作モードを提供するために、たとえば拡大、伸張、縮小、再配置、または他の方法で再構成されるなど変更可能であることが当業者に理解されるであろう。また、１つの構成要素に対する他の構成要素の「上流」または「下流」という特定の配置も、所望の結果や本明細書中に記載の技術を用いて実行される所望の方法に依存して変更可能である。特に断りのない限り、たとえばガス流などの流体の流れは概して図面の左側から右側に向かって発生するよう意図されているが、本明細書中により詳細に記載されるように、用いられる厳密な構成および圧力に依存して他の流れ方向も可能である。可能であれば、流体の流れの全体的な方向を示すために、場合によっては矢印が用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１Ａ】いくつかの実施例に従った、マイクロ流体素子の一般的な動作原理を説明するために用いられる概略図である。
【図１Ｂ】いくつかの実施例に従った、マイクロ流体素子の一般的な動作原理を説明するために用いられる概略図である。
【図２】いくつかの実施例に従った、中間点接合部を有するクロマトグラフィーシステムの図である。
【図３Ａ】いくつかの実施例に従った、流れ制御を実行するためにクロマトグラフィーシステム内で用いられ得るユーザインターフェイスを示す図である。
【図３Ｂ】いくつかの実施例に従った、流れ制御を実行するためにクロマトグラフィーシステム内で用いられ得るユーザインターフェイスを示す図である。
【図３Ｃ】いくつかの実施例に従った、流れ制御を実行するためにクロマトグラフィーシステム内で用いられ得るユーザインターフェイスを示す図である。
【図４Ａ】いくつかの実施例に従った、ある状況下のシステム内の流体の流れを示す図である。
【図４Ｂ】いくつかの実施例に従った、ある状況下のシステム内の流体の流れを示す図である。
【図４Ｃ】いくつかの実施例に従った、ある状況下のシステム内の流体の流れを示す図である。
【図４Ｄ】いくつかの実施例に従った、ある状況下のシステム内の流体の流れを示す図である。
【図４Ｅ】いくつかの実施例に従った、ある状況下のシステム内の流体の流れを示す図である。
【図５】いくつかの実施例に従った、空気圧制御部を含むクロマトグラフィーシステムの図である。
【図６】いくつかの実施例に従った、切換弁および２つの検出器を含むクロマトグラフィーシステムの図である。
【図７】いくつかの実施例に従った、２つの検出器およびスプリッタを含むクロマトグラフィーシステムの図である。
【図８Ａ】いくつかの実施例に従った、流量の変化をカラム内径の誤差の関数として示すグラフの図である。
【図８Ｂ】いくつかの実施例に従った、流量の変化をカラム長さの誤差の関数として示すグラフの図である。
【図９Ａ】いくつかの実施例に従った、マイクロ流体素子および切換弁を含むクロマトグラフィーシステムの図である。
【図９Ｂ】いくつかの実施例に従った、マイクロ流体素子および切換弁を含むクロマトグラフィーシステムの図である。
【図１０】いくつかの実施例に従った、３つの検出器を含むクロマトグラフィーシステムの図である。
【図１１】いくつかの実施例に従った、内部マイクロチャネルを示すマイクロ流体素子の断面図である。
【図１２】いくつかの実施例に従った、４つの出口ポートを含むマイクロ流体素子の断面図である。
【図１３】いくつかの実施例に従った、マイクロチャネル内の延長部を含むマイクロ流体素子の断面図である。
【図１４Ａ】いくつかの実施例に従った、互いに直列に配置された２つの出口ポートを含むマイクロ流体素子の断面図である。
【図１４Ｂ】いくつかの実施例に従った、互いに直列に配置された３つの出口ポートを含むマイクロ流体素子の断面図である。
【図１５Ａ】いくつかの実施例に従った、マイクロ流体素子の他の例を示す図である。
【図１５Ｂ】いくつかの実施例に従った、マイクロ流体素子の他の例を示す図である。
【図１６】いくつかの実施例に従った、マイクロ流体素子に流体連結された単一検出器を含むクロマトグラフィーシステムの概略図である。
【図１７】いくつかの実施例に従った、各々がマイクロ流体素子に流体連結された２つの検出器を含むクロマトグラフィーシステムの概略図である。
【図１８】いくつかの実施例に従った、各々がマイクロ流体素子に流体連結された３つの検出器を含むクロマトグラフィーシステムの概略図である。
【図１９】いくつかの実施例に従った、各々がマイクロ流体素子に流体連結された４つの検出器を含むクロマトグラフィーシステムの概略図である。
【図２０】いくつかの実施例に従った、各々がマイクロ流体素子に流体連結された単一検出器およびスニッファポートを含むクロマトグラフィーシステムの概略図である。
【図２１】いくつかの実施例に従った、各々がマイクロ流体素子に流体連結された２つの検出器を含み、かつ第１のカラムのバックフラッシュが実行され得るクロマトグラフィーシステムの概略図である。
【図２２】いくつかの実施例に従った、マイクロ流体素子に流体連結された２つのカラムおよび単一検出器を含むクロマトグラフィーシステムの概略図である。
【図２３】いくつかの実施例に従った、各々がマイクロ流体素子に流体連結された２つのカラムおよび２つの検出器を含むクロマトグラフィーシステムの概略図である。
【図２４】いくつかの実施例に従った、各々がマイクロ流体素子に流体連結された３つのカラムおよび２つの検出器を含むクロマトグラフィーシステムの概略図である。
【図２５】いくつかの実施例に従った、各々がカラムを通じてマイクロ流体素子に流体連結された２つの検出器を含むクロマトグラフィーシステムの概略図である。
【図２６Ａ】いくつかの実施例に従った、すべてのポートが直列に配置されたマイクロチャネルを含むマイクロ流体素子の図である。
【図２６Ｂ】いくつかの実施例に従った、すべてのポートが直列に配置されたマイクロチャネルを含むマイクロ流体素子の図である
【図２７】いくつかの実施例に従った、マイクロ流体素子およびマイクロ流体素子を保持するための２枚のプレートを示す写真の図である。
【図２８】いくつかの実施例に従った、内部バイパス制限器を示すマイクロ流体素子の断面図である。
【図２９】いくつかの実施例に従った、各々が第１および第２のマイクロ流体素子に流体連結された２つのカラムおよび２つの検出器を含むクロマトグラフィーシステムの概略図である。
【図３０Ａ】いくつかの実施例に従った、交差流れを提供し得るマイクロ流体素子を有するクロマトグラフィーシステムの概略図である。
【図３０Ｂ】いくつかの実施例に従った、交差流れを提供し得るマイクロ流体素子を有するクロマトグラフィーシステムの概略図である。
【図３１】いくつかの実施例に従った、交差流れを提供し得るマイクロ流体素子を有する別のクロマトグラフィーシステムの概略図である。
【図３２Ａ】いくつかの実施例に従った、マイクロ流体素子のさまざまな層を示す断面区分の図である。
【図３２Ｂ】いくつかの実施例に従った、マイクロ流体素子のさまざまな層を示す断面区分の図である。
【図３２Ｃ】いくつかの実施例に従った、マイクロ流体素子のさまざまな層を示す断面区分の図である。
【図３２Ｄ】いくつかの実施例に従った、マイクロ流体素子のさまざまな層を示す断面区分の図である。
【図３３Ａ】いくつかの実施例に従った、切換弁を作動させるために用いられ得る制御部を示す図である。
【図３３Ｂ】いくつかの実施例に従った、切換弁を作動させるために用いられ得る制御部を示す図である。
【図３４】いくつかの実施例に従った、変調された単一ピークの結果を示すグラフの図である。
【図３５Ａ】いくつかの実施例に従った、２つの異なるカラムからの試料の記録を示す図である。
【図３５Ｂ】いくつかの実施例に従った、２つの異なるカラムからの試料の記録を示す図である。
【図３５Ｃ】いくつかの実施例に従った、２つの異なるカラムからの試料ピークの変調を示す図である。
【図３６】いくつかの実施例に従った、２つのクロマトグラムの同時分析を実行するために用いられ得るシステムの概略図である。
【図３７】いくつかの実施例に従った、２つのクロマトグラムの同時分析を実行するために用いられ得るシステムの概略図である。
【図３８】いくつかの実施例に従った、多次元分離、多重化クロマトグラフィーまたは多重化検出用に構成されたシステムの概略図である。
【図３９】いくつかの実施例に従った、多次元分離、多重化クロマトグラフィーまたは多重化検出用に構成されたシステムの概略図である。
【図４０】いくつかの実施例に従った、第１の充填チャンバおよび第２の充填チャンバを含むマイクロ流体素子の断面図である。
【図４１】いくつかの実施例に従った、従来のクロマトグラフを示す図である。
【図４２】いくつかの実施例に従った、変調および充填チャンバを用いた予測結果を示す図である。
【図４３Ａ】いくつかの実施例に従った、２方向切換弁を用いた充填チャンバ内の流体の流れを示す図である。
【図４３Ｂ】いくつかの実施例に従った、２方向切換弁を用いた充填チャンバ内の流体の流れを示す図である。
【図４４Ａ】いくつかの実施例に従った、３方向切換弁を用いた充填チャンバ内の流体の流れを示す図である。
【図４４Ｂ】いくつかの実施例に従った、３方向切換弁を用いた充填チャンバ内の流体の流れを示す図である。
【図４５Ａ】いくつかの実施例に従った、３方向切換弁を用いた第１および第２の充填チャンバ内の流体の流れを示す図である。
【図４５Ｂ】いくつかの実施例に従った、３方向切換弁を用いた第１および第２の充填チャンバ内の流体の流れを示す図である。
【図４６】いくつかの実施例に従った、拡大マイクロチャネル部を含むマイクロ流体素子を示す図である。
【図４７】いくつかの実施例に従った、内部に狭窄部を有するマイクロチャネルを含むマイクロ流体素子を示す図である。
【図４８】いくつかの実施例に従った、たとえばピーク分割に用いられ得るクロマトグラフィーシステムの例を示す図である。
【図４９】いくつかの実施例に従った、たとえばピーク分割に用いられ得るクロマトグラフィーシステムの例を示す図である。
【図５０】いくつかの実施例に従った、たとえばピーク分割に用いられ得るクロマトグラフィーシステムの例を示す図である。
【図５１】いくつかの実施例に従った、たとえばピーク分割に用いられ得るクロマトグラフィーシステムの例を示す図である。
【図５２Ａ】いくつかの実施例に従った、たとえばピーク分割に用いられ得るクロマトグラフィーシステムの例を示す図である。
【図５２Ｂ】いくつかの実施例に従った、たとえばピーク分割に用いられ得るクロマトグラフィーシステムの例を示す図である。
【図５３】いくつかの実施例に従った、たとえばピーク分割に用いられ得るクロマトグラフィーシステムの例を示す図である。
【図５４】いくつかの実施例に従った、たとえばピーク分割に用いられ得るクロマトグラフィーシステムの例を示す図である。
【図５５】いくつかの実施例に従った、管類の直径を示す写真の図である。
【図５６】いくつかの実施例に従った、本明細書中に記載の流れ制御アルゴリズムおよび圧力制御を用いた流量測定の結果を示すグラフの図である。
【図５７】いくつかの実施例に従った、内部バイパス制限器を含むマイクロ流体素子を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
詳細な説明
以下の説明は、本明細書中に記載の技術によって提供される有用かつ新規かつ非自明な主題のうちのいくつかを示すよう意図されている。このような説明は限定的なものでなく、むしろ本明細書中に記載のクロマトグラフィーシステムの多くの構成、実施形態および使用法ならびにそれらの構成要素および使用法を例示するよう意図されている。図面に示される構成要素の厳密な形状、サイズおよび他の寸法は、本開示内容から、装置の意図される使用法、当業者によって選択される所望の形状因子および他の因子に依存して異なり得る。
【００４４】
いくつかの実施形態では、本明細書中に記載の装置、方法およびシステムは、流体クロマトグラフィーシステムで用いられ得る。流体クロマトグラフィーシステムは、ガスクロマトグラフィーシステム、液体クロマトグラフィー（ＬＣ）システム、超臨界流体（ＳＣＦ）クロマトグラフィーシステム、およびこれらの例示的な流体クロマトグラフィーシステムの組合せを含むよう意図されているが、これらに限定されない。いくつかの特定的な実施例が特にガスクロマトグラフィー（ＧＣ）システムを参照して以下に説明されるが、同様の原理および構成はＧＣシステム以外の流体クロマトグラフィーシステムでも用いられ得る。
【００４５】
本明細書中に開示され、かつ図面に示されるシステムでは、「検出器」という一般用語がしばしば用いられる。検出器は、フレームイオン化検出器（ＦＩＤ）、炎光光度検出器（ＦＰＤ）、熱伝導度検出器（ＴＣＤ）、熱イオン検出器（ＴＩＤ）、電子捕獲検出器（ＥＣＤ）、原子発光検出器（ＡＥＤ）、光イオン化検出器（ＰＩ）、電気化学的検出器、蛍光検出器、ＵＶ／可視検出器、赤外検出器、核磁気共鳴検出器、またはＧＣ、ＬＣもしくはＳＣＦとともに一般に用いられる他の検出器などの、一般に用いられるＧＣ、ＬＣまたはＳＣＦ検出器のいずれかであり得るが、これらに限定されない。また、検出器は、質量分析計、たとえば放電イオン化検出器（ＤＩＤ）もしくは硫黄化学発光検出器（ＳＣＤ）などの外部検出器、または、たとえばキャピラリーカラムを用いるガスクロマトグラフィー素子もしくは他の流体クロマトグラフィー素子にハイフネーテッドされ得る他の好適な検出器および素子であり得る。
【００４６】
いくつかの実施形態では、「マイクロ流体素子」、「スイッチ」、または「マイクロ流体素子」は本明細書中で同じ意味で用いられる。マイクロ流体素子は多くの異なる状況で説明され、典型的に、少なくとも１つの入口ポートから１つ以上の出口ポートに流体の流れを与えるように構成される。マイクロ流体素子はまた、マイクロ流体素子の出口ポートに流体連結され得る２つ以上の素子に流体の流れを与えるように構成され得る。マイクロ流体素子は、たとえば、組み立てられると１つ以上の内部マイクロ流体チャネルを提供する複数の層を含む積層ウェハなどの、多くの異なる形態を採り得る。「流体連結」とは、本明細書中では、流体が２つ以上の構成要素同士の間を流れることができる状況を指すために用いられる。構成要素同士の間の流体の流れは、たとえば構成要素同士の間の弁を切換えるか開けることによって可能になり得るが、構成要素同士の間の流体の流れは、たとえば弁を切換えるか閉じることによって制限され得る。２つ以上の構成要素が流体連結されている場合、構成要素同士の間を流体が常に流れているとは限らない。むしろ、システムの他の構成要素およびそれらの動作状態に依存して、流体は、ある一定の構成および配置のもとで２つの流体連結された構成要素同士の間を流れ得る。たとえば、２つの構成要素同士の間に配置された切換弁の場合、２つの構成要素は、構成要素同士の間に流体が流れていなくても弁が閉鎖位置にあるときは流体連結され続け得る。
【００４７】
いくつかの実施形態では、本明細書中に記載の流れ制御アルゴリズムおよび方法は、制限器、カラム、移送ライン、またはたとえばキャピラリ管類などの他の管類に適用可能である。たとえば、制限器、カラム、移送ラインなどの直径および長さはアルゴリズムを用いて決定され得、たとえば制限器などの特定の素子に向けられた本明細書中の説明は、たとえばカラムなどのシステムの他の素子にも適用可能である。
【００４８】
いくつかの実施例では、本明細書中に記載の構成要素は、管類、取付具、フェルール、または実質的な流体密封を提供可能であり２つ以上の選択された構成要素同士の間に流体流路を提供可能な他の素子によって互いに接続され得る。そのような付加的な構成要素の長さ、直径および他のパラメータは実験に基づいて、または本明細書中に記載の長さおよび直径の計算を用いて求められ得る。
【００４９】
いくつかの実施例では、本明細書中に記載の装置およびシステムは、多くの異なる種類のクロマトグラフィーシステムで用いられ得る。これらの装置はハートカットまたは溶剤ダンプシステムのいずれか一方で用いられるように構成されることが望ましい。ハートカットシステムでは、試料内の選択されたスピーシーズまたはピークが２つ以上の異なるカラムまたは検出器に送られ得る。ハートカットシステムは、２つのピークの低解像度が達成される場合に特に有利であり得る。それらのピークは、異なる分離媒体または機構を有する異なるカラムに送られ得る。たとえば、長さ３０メートルで内径が０．２５または０．３２ｍｍの第１の従来のカラムを用いて第１の分離段階が提供され得る。次に、カラム流出物の選択された部分が、第１のカラム流出物のその部分の中の成分を分離するために用いられ得る異なる固定相、長さ、内径または他の特徴を有する第２のカラムに送られ得る。溶剤ダンプシステムでは、検出器に送られる溶剤の量が減少し得る。たとえば、質量分析計などの検出器に送られる溶剤体積を減少させることが望ましいことがある。まず粗分離が、たとえば大内径／低解像度カラムである第１のカラムで実行され得る。対象成分のみが、より高解像度カラムであり得る第２のカラムに送られ得る。圧力差に対処するために、１つ以上の制限器がシステム内で用いられ得る。たとえば、大内径カラム全体にわたっては圧力差がほとんどなく、オリフィスを横切る逆流を導くのに必要な圧力によって、第１のカラム内の流れに大きな減少が生じ得る。この影響を減らすために、制限器を用いてシステム内の全体圧力を増大させることができる。制限器の使用およびそれらの圧力に対する影響は、本明細書中により詳細に説明される。
【００５０】
いくつかの実施例では、本明細書中に記載の装置、システムおよび方法はマイクロ流体素子を含み得る。マイクロ流体素子は、カラムからの流れを分割するよう、流れを２つ以上の出口ポート同士の間で切換えるよう、または流体の流れを他のポートにもしくは他の方向に与えるように構成され得る。マイクロ流体素子のいくつかの特定的な構成が以下に説明される。これらの構成は例示的なものに過ぎず、他の好適な構成も可能である。いくつかの実施形態では、本明細書中に記載のマイクロ流体素子は、外部ガス供給源または圧力調整器からの差圧を用いてガス流を導くように動作する。これらの差圧を用いて、２つ以上の出口ポート同士の間のクロマトグラフィーカラムから溶出するガス流の方向を変えることができる。このような動作は従来の機械ベースの弁機構に対する利点を有し得、たとえば、入力および出力流量が乱されないので保持時間が全くまたはほとんど変化せず、素子を低熱質量構成要素で製造できるので冷点が形成される可能性を回避するか減少させることができ、可動部がなく（または１つ以上の弁が存在する場合にはほとんど可動部がなく）、スイッチ内のチャンネルの内部体積を最小にできるのでピーク分散および吸着効果を減少させることができ、反応時間が非常に速いので狭い切欠部を出力同士の間で切り替えることによって最新のキャピラリーカラムとともに使用でき、内面が全体的に不活性であるため、および／または内面を全体に不活性化して不安定検体とともに用いることが可能であるなどの利点がある。システムの厳密な構成に依存して、他の利点も可能である。
【００５１】
いくつかの実施例に従って、本明細書中に記載の流量制御は単独で、または１つ以上のマイクロ流体素子と組合せて用いられ得る。たとえば、マイクロ流体素子は、１つ以上のマイクロチャネルを含むハートカット付属品またはモジュールとして構成され得る。他の構成では、マイクロ流体素子は、複数の検出器同士の間のカラムからの流出物を分割するように構成され得る。マイクロ流体素子の他の構成が当業者によって認識されるであろう。いくつかの例示的な構成が本明細書中に説明される。
【００５２】
いくつかの実施形態では、本明細書中に記載の装置を用いて、クロマトグラフィー分離に用いられ得るか、たとえば気相反応速度論を研究するために用いられ得る、たとえばガスまたは液体混合物などの流体の混合物が提供され得る。たとえば、本明細書中に記載の流れ制御アルゴリズムを用いて、２つ以上の異なるガスが所望の量で提供され得る。ガスは、マイクロ流体素子（または他の素子）内で混合され得る。たとえば、第１のガスがマイクロ流体素子の第１のポートに導入され得、第２のガスがマイクロ流体素子の第２のポートに導入され得る。ガスは、たとえば内部バッファ、充填チャンバまたは他の所望の内部チャネルを用いて混合され得、反応チャンバ、検出器または他の好適な素子に出力され得る。本開示内容から、本明細書中に記載のマイクロ流体素子をこれらおよび他の使用法に用いることは当業者の能力の範囲内であろう。
【００５３】
圧力平衡システムは、１９５０年代後半にICI Chemicals社のDavid Deans博士によって初めて開発され、いくつかの重要なＧＣ用途における一般的な選択肢であり続けている。たとえば、パーキンエルマー社（マサチューセッツ州ウォルサム）から市販されているPreVent、Protect、MS VentおよびOzone Precursorシステムはすべて、この技術を利用している。これらの技術は十分効果的であるため、多くの場合、特定の分析を行なう他の方法はないか、またはこれらの使用によってスループットや結果が大きく向上する。
【００５４】
既存の圧力平衡システムにはいくつかの欠点がある。カラムを流れるキャリアガスの流量を直接的または明確に制御することが不可能である。多くのユーザは、カラム内のキャリアガス制御のために、入口圧力よりも流量を特定することを好む。多くの場合、これによってより安定したクロマトグラフィー性能が与えられる。また、検出器内へのキャリアガスの流量を制御することも不可能である。多くのＧＣ検出器の反応はガス流量に対して極めて敏感であるため、ユーザは、基線変動を最小化して安定した検体反応を提供するために流れ制御を用いることを望むであろう。印加されるキャリアガス圧は設定が非常に困難でもあり得、ユーザ側の多大な理解が必要とされる。本明細書中に記載のいくつかの実施形態では、カラムを流れるキャリアガス流量を制御または特定することによってカラムを流れる流量制御が可能になる。
【００５５】
本明細書中に記載のマイクロ流体素子の理解を容易にするため、図１Ａおよび図１Ｂを参照して、マイクロ流体素子の一般化動作原理が説明される。図１Ａを参照して、カラムからの流出物は、位置または点５２において矢印５０の方向にＴ字型片に入る。たとえば電磁弁、ＭＥＭＳ素子または他の好適な素子である切換弁６５が、第１の位置に切換えられるか、少なくともある程度開くように調節されることによって、ガス源６７からのキャリアガスが点５４でＴ字型片に流れ込むことができる。ガス源６７によって与えられるガス圧は、点５２のガス圧よりも若干高い圧力である。点５４の圧力は点５２および５６の圧力よりも若干高いため、キャリアガスは点５４から点５２および５６に向かって流れ、カラムからの流出物を点５６に向けて押すか導く。流出物は点５８において、図１Ａの矢印５７によって示されるような方向にＴ字型片から出る。さらに、カラムからの流出物を実質的に有しないキャリアガスは、ポート６０においてＴ字型片から出る。素子の中心にあるニードル弁６２は、ガスが流されていないガスラインを流れるキャリアガスの滴下流を維持することによって試料が点５６からそれらの領域に拡散しないように動作する。
【００５６】
いくつかの実施例では、Ｔ字型片内のガス流が変化または逆流するように切換弁６５が第２の位置に切換えられ得る。図１Ｂを参照して、切換弁６５は、ガスが圧力源６７から点５６に流れて点５６の圧力が点５２および５４の圧力よりも高くなるように作動される。カラムからの流出物は点６０において、図１Ｂの矢印５９によって示されるような方向にＴ字型片から出る。さらに、カラムからの流出物を実質的に有しないキャリアガスは、ポート５８においてＴ字型片から出る。図１Ａおよび図１Ｂに示されるシステムは、点５８および６０の圧力が実質的に同一であるとき、たとえば圧力がこれらの点において平衡化されているときに動作するように設計される。以下に詳細に説明されるように、本明細書中に開示されるマイクロ流体素子はこのような圧力平衡システムにおいて用いられ、カラムから溶出するスピーシーズの流れを、検出器、通気孔、カラム、または他の構成要素に流体連結された所望のポートに導き得る。
【００５７】
マイクロ流体素子が切換弁を含むいくつかの実施例では、切換弁は、流路が接続されているときに流路同士の間を流体が流れることができ、流路が切断されているときに流体の流れが制限されるように、２つ以上の流体流路を接続（または切断）するように動作し得る。例示的な切換弁は、たとえば流れ制御弁、電磁弁またはPhotovac社の弁、ＭＥＭＳ素子、下方のチャネルを開閉するように動作する積層膜を有する金属積層構造物、電気機械弁、空気圧操作される膜弁、モータ操作されるニードル弁、および１つの状態で流れを制限し、別の状態で流れを可能にし得る他の好適な素子を含むが、これらに限定されない。いくつかの実施例では、切換弁は本明細書中に開示されるマイクロ流体素子に一体化され得るが、他の実施例では、切換弁はマイクロ流体素子とは別個であり得る。たとえば、マイクロ流体素子がオーブン内に配置される場合、切換弁はオーブンの外部に配置され、好適な供給ラインおよび／または管類を通じてマイクロ流体素子に結合され得る。このような外部配置は、高いオーブン温度が切換弁の性能に悪影響を及ぼし得る場合に特に望ましいことがある。いくつかの実施例では、切換弁は、切換弁とマイクロ流体素子との間に存在し得る管類の長さを短くできるように、オーブンの外面に表面実装され得る。
【００５８】
いくつかの実施形態では、本明細書中に記載のマイクロ流体素子は、ウェハ、積層物、または入口から２つ以上の可能性のある出口に１つ以上の流体流路を提供し得る他の好適に構成された素子を含み得るか、これらの素子として構成され得る。素子は、素子に流体連結されたカラム、検出器または他の部分内のスピーシーズの流れ制御を提供するように構成され得る。たとえば、マイクロ流体素子は、システム内のガスの切換えまたは選択的な流れを提供するための１つ以上のマイクロチャネルを有して構成され得る。例示的なこのようなシステムおよび素子が以下により詳細に説明される。このようなマイクロ流体素子は、別個のカラムを流れるキャリアガス流も制御できるので、全体的な装置およびエンドユーザによる機器の使用が簡略化され得る。これらおよび他の特徴および構成が、ガスクロマトグラフィーシステムを用いて、いくつかの特定的な実施形態を参照して例示的に説明される。
【００５９】
典型的なキャピラリーカラム装置では、ガスは、インジェクタから単にカラム自身に流れ込む以外の方法でも流れる。これらの経路は、スプリッタ、セプタムパージおよび時折の軽微な漏れを含むが、これらに限定されない。これらの他の経路のため、インジェクタ内へのキャリアガスの流量を調整しても、通常は、カラム自体を流れる実際の流量を制御することにはならない。この困難を回避するため、大部分のＧＣは実際にはキャリアガス圧を制御し、流量を明確に制御しない。式１に示されるハーゲン・ポアズイユ関係に従って設定流量を供給するための圧力が加えられる。
【００６０】
【数４】

【００６１】
式中、Ｆ_oは出口の流量であり、ｄ_cはカラムの内径であり、Ｌはカラム長さであり、ηは設定温度におけるキャリアガスの粘度であり、ｐ_iは入口のガス圧であり、ｐ_oは出口のガス圧である。上記式を用いて、ユーザはユーザインターフェイスにカラム形状の詳細（ｄおよびＬ）、キャリアガスの種類（粘度を正確に計算できるように）、ならびにカラム出口圧力（ｐ_o−ＭＳシステムについては、通常は周囲圧力または真空に設定される）を入力し得る。ＧＣシステムはカラム温度（粘度を計算できるように）を分かっているため、必要流量を供給するのに必要な入口圧力（ｐ_i）を計算可能である。
【００６２】
システムが設定されて実行されると、唯一の可変ポテンシャルは、オーブン温度プログラム時にカラム温度が上昇すると変化するガス粘度である。式１を用いて、システムは入口圧力ｐ_iを調整して、設定キャリアガス流量を維持し得る。この方法は、多くの成功したＧＣ設計におけるキャリアガス流量制御に幅広く採用されてきたが、圧力平衡システムで使用するには完全に正確ではないため、キャリアガス制御のための代替的な方法が望まれる。
【００６３】
いくつかの実施例において、たとえば単一カラムバックフラッシュ構成またはハートカット構成として構成されたシステムである典型的な圧力平衡システムが図２に示される。システム１００は、方向１１５に分流を与え得るインジェクタ１１０を含む。カラム１２０はインジェクタ１１０に流体連結されて、ガス源１０５からのキャリアガス、およびインジェクタ１１０を通じてシステムに導入されたいずれの試料も受取る。圧力平衡システムは、その中をガスが流れている少なくとも２つの能動構成要素、カラム１２０および制限器１３０を有する。
【００６４】
カラム１２０を流れる流量は一般的に、インジェクタの入口圧力（ｐ₁）と、中間点接合部１２５における中間点圧力の出口圧力（ｐ₂）との関数であるが、制限器１３０を通って検出器１３５に入る流量は、中間点ｐ₂の入口圧力および検出器の出口圧力（ｐ_o）の出口圧力によって制御される。これら２つの流量は同一であるとは限らず（実際多くの用途において異なることが望ましい）、独立したガス源１０５および１２２を用いて圧力ｐ₁およびｐ₂の組合せを変えることによって独立して制御され得る。
【００６５】
カラム１２０および制限器１３０を流れるキャリアガスの流量は、やはり式１を用いて計算され得る−カラム１２０および制限器１３０は、入口および出口圧力が異なるに過ぎない。カラム１２０のみの内部のキャリアガス流れ制御を提供するためには、中間点圧力が出口圧力として用いられ得る。
【００６６】
いくつかの実施例では、図３Ａを参照して、Clarus GCのグラフィカルユーザインターフェイススクリーン３１０が示される。現在、カラム出口圧は周囲（真空が選択されなければ暗黙に定義される）、または真空（たとえばＭＳに対して）にしか設定することができない。圧力平衡システムに適合されたカラムの流量制御を可能にするためには、たとえば図３Ｂのスクリーン３２０または図３Ｃのスクリーン３３０に示されるように、ユーザが出口圧力を入力できることが望ましい。このような変更によって、ユーザが圧力平衡システムにおけるＧＣカラムを流れる流量を明確に制御して、昇温クロマトグラフィー時にカラムを通る一定のガス流を供給することができる。
【００６７】
いくつかの実施例では、カラムおよび制限器の両方の内部の流れ制御が、本明細書中に記載の装置および方法を用いて実行され得る。制限器内の流れを制御するためには、その寸法およびその出口圧力（周囲または真空）が既知であるか、測定可能でなければならない。残りの情報は、カラムについての情報と同一である。流量は、制限器入口圧力（たとえば中間点圧力）を式１に従って設定することによって制御され得る。いくつかの実施例では、たとえばパーキンエルマー社のPreVentシステムで用いられているようなＰＰＣ圧力モジュールは、単なる受動圧調整器としてではなく、キャリア供給源（流量制御アルゴリズムを用いる）として用いられ得る。中間点ＰＰＣモジュールが構成されると、たとえばカラム入口圧力などのインジェクタ圧力は、式１における出口圧力用のＰＰＣ中間点圧力設定を用いて設定流量を供給するように設定される。このプロセス全体は、図３Ｃに示されるようにカラム出口圧力が中間点圧力に動的連結されている場合、オーブン温度プログラムを自動的に追跡可能である。この方法によって、カラムおよび制限器の両方を流れるガス流を独立して制御して、昇温クロマトグラフィー時のカラムを流れる一定のガス流、および検出器への一定のガス流を供給することができる。２つのガス流を独立して明確に制御することによって、より使いやすい装置および圧力平衡システムの動作も提供される。
【００６８】
いくつかの実施例に従って、流れ制御が提供し得る改良点のいくつかを考察するために、圧力平衡化のための構成が図４Ａに示される。中間点圧力の調整は、カラムおよび制限器内のそれぞれの流量に反対に影響を及ぼす。中間点圧力を増大させるとカラムを流れる流量は減少するが、制限器を流れる流量は増大する。この圧力を減少させると、両方の流れに反対の影響を及ぼす。図４Ａを参照して、点４１５において分流を有するインジェクタ４１０と、インジェクタ４１０に流体連結されたカラム４２０と、制限器４３０への流路にある中間点接合部４２５と、自身が検出器４３５に流体連結された制限器４３０とを含む圧力平衡システム４００が示される。中間点圧力が非常に低く設定されてｐ₂がｐ₁よりも小さいため、カラムを流れる流量Ｆ_cは制限器を流れる流量Ｆ_tよりも高くなるので、図４Ａに示すように中間点接合部４２５からガス流は発生しない。代わりに、カラム４２０から流れるガスが流量Ｆ_mで中間点供給ライン４２２を逆流することによって、試料が損失し、空気圧システムが汚染される可能性が生じる。
【００６９】
いくつかの実施例では、図４Ｂを参照して、カラムＦ_cおよび制限器Ｆ_tを流れる流量が同一である場合、中間点接合部４２５への、または中間点接合部４２５からの流れは実質的になく、たとえばＦ_mはほぼゼロである。図４Ｂに概略的に示される状況下では、中間点圧力は自然中間点圧力と称され、システムは圧力平衡化されているとみなされ得る。この圧力平衡状態は、圧力設定の基線として作用し得る。
【００７０】
いくつかの実施例では、図４Ｃを参照して、カラムを流れる流量Ｆ_cが制限器を流れる流量Ｆ_tよりも低い場合、たとえば中間点接合部４２５の流量Ｆ_mを増大させることによって、ガスが中間点調整器４２１を通って中間点接合部４２５に流れ込み、制限器４３０および検出器４３５に入るカラム流出物と混合する。中間点圧力が漸進的に増大するにつれて、カラムからのガスの流量は、中間点圧力がインジェクタ圧力と同一である（図４Ｄ参照）点に到達するまで、順調に減少する。カラムを流れる流量Ｆ_cはゼロになり、いずれのクロマトグラフィーも停止する。このような状況下では、検出器４３５内へのガス流は依然として中間点調整器４２１によってのみ維持されている。
【００７１】
いくつかの実施例では、図４Ｅを参照して、中間点圧力がインジェクタの圧力よりも上昇してｐ₂がｐ₁よりも大きくなると、カラムを流れるガス流Ｆ_cは逆流し、分割点４１５でシステムから出る。この状況はクロマトグラフィー分離には特に有利ではないが、バックフラッシュに用いられ得る。たとえば、カラムからの溶出が困難な重い１つまたは複数の試料を、対象スピーシーズがカラムから溶出した後にバックフラッシュを用いてカラムから駆り立てることができる。
【００７２】
いくつかの実施例に従って、システムの自然中間点は、本明細書中に開示される方法および構成で有利に用いられ得る。本明細書中に説明されるように、自然中間点は、試料損失と中間点希釈との間の閾値を表すため、それを求めることによって本明細書中に記載の方法および装置の全体精度を向上させることができる。自然中間点を求めるため、図５に示すようなシステムが用いられ得る。システム５００は、カラム５２０に流体連結されたインジェクタ５１０と、キャリアガス源５０５とを含む。カラム５２０と制限器５３０との間に中間点接合部５２５がある。システム５００はさらに、各々が制御部５４５に電気的に結合された圧力変換器５４０、切換弁５５０、および比例弁５５５を含む。通常動作時、圧力変換器５４０は、ガスがシステム内を流れる際のガス圧を監視し得る。内部制御部５４５はこの情報を用いて、圧力変換器５４０の上流に配置された比例弁５５５を調整する。このように、閉ループ制御によって圧力が設定値に維持され得る。
【００７３】
自然中間点圧力を確定するために、切換弁５５０は、中間点接合部５２５内への、または中間点接合部５２５からの流れがないように（漏れがないと仮定して）作動される。こうして、カラム５２０および制限器５３０を流れる流量は実質的に同一となる。ガスがカラム５２０を通って制限器５３０を流れると、中間点圧力は最終的に安定した値−自然中間点圧力に達する。カラム５２０を通る流れは式１を用いて計算され得るか、表から推定され得る。流れを調節する必要がある場合、入口圧力ｐ₁が変更され得、中間点圧力に安定化する時間が与えられ、所望の流量が得られるまで計算が繰返される。
【００７４】
正確な流量が確定されて対応の自然中間点圧力が分かると、切換弁５５０が作動されてガスの流れが可能になり得、中間点圧力が自然中間点圧力よりも１または２ｐｓｉだけ高く設定され得る。このように設定圧力を自然圧力よりも若干増大させることによって中間点調整器からガスが確実に流れ、試料が供給ライン５５２に拡散することが防止される。また、オーブン温度が変化する際に圧力平衡を維持するように作用する。差圧制御を用いた従来の方法における圧力平衡システムの設定は長く手間のかかる作業であり、多くの可能性のあるユーザのやる気をなくさせたり、設定およびその後の作業に困難を生じさせる傾向にある。
【００７５】
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６５０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。
【００７６】
いくつかの実施例では、図７を参照して、圧力調整スプリッタシステムが示される。システム７００は、供給ライン７０７を通じて圧力調整器７０５に流体連結されたインジェクタ７１０を含む。インジェクタ７１０は、供給ライン７１７を通じてカラム７２０に流体連結される。カラム７２０は、供給ライン７２２および７３７を通じて、接合部またはスプリット７２７において中間点圧力調整器７３５に流体連結される。検出器７５０および７６０は、接合部またはスプリット７２７を介して、およびそれぞれ抵抗器７４０および７４５を介して、中間点圧力調整器７３５に流体連結される。システム７００の動作時、制限器７４０および７４５の一方について流量が設定され得、他方の制限器は表示および維持され得るが、もう１つの制限器と独立して制御されない。カラムおよび制限器の両方の実際の流量は、計算用の式１を用いて求められ得る。カラムの長さおよびその直径は、カラム供給者によって与えられるカラム仕様に基づいてユーザによって入力され得る。式１より、カラム流量はカラム直径に四次依存性を有する。したがって、カラムの直径の誤差は、図８Ａのグラフに予測的に示されるように大きな誤差に繋がり得る。図８Ａに示されるように、カラム内径のたった２％の誤差、たとえば内径２５０ミクロンのカラムに対して５ミクロンの誤差であっても、適用流量に約８％の不正確さをもたらすのに十分である。カラム長さに関して、カラム長さと流れとの間には、図８Ｂに示されるような相互関係が存在する。この場合、カラム長さにおける２％の誤差、たとえば３０メートルのカラムに対する約６０センチメートルの誤差によって、計算流量に約２％の誤差が生まれる。しかしこの誤差によって、流量仮定にさらなる誤差がもたらされ得る。
【００７７】
いくつかの実施例では、可能性のある不正確さに対する１つの解決策は、特定のカラムに適用され得る幾何学的因子（ＧＦ）の条件を考慮することである。ＧＦは式２を用いて近似され得る。
【００７８】
【数５】

【００７９】
ＧＦはいずれのカラムについても一定であり、単純な実験（供給者またはエンドユーザのいずれか一方による）によって単純に確定されなければならない。この測定は経験的なものであるため、所与のカラムの形状について全く仮定することなく当該カラムに直接的に適用される。式１に幾何学的因子を挿入すると、式３が得られる。
【００８０】
【数６】

【００８１】
流量を計算するためには、粘度を計算するための入口（ｐ_i）および出口（ｐ_o）圧力ならびに温度が入力されるか、既知でなければならない。典型的な構成では、これらのパラメータは制御部によって既知であるか、ユーザによって入力される。
【００８２】
いくつかの実施例に従って、制限器の流量制御の状況はカラムの流量制御の状況と同様である。制限器は一般的にカラムよりもはるかに短いため、その長さの測定がはるかに容易である。内径は通常はるかに小さいため、その測定における小さな誤差は制限器を通過するガスの流量にはるかに大きな影響を与える。したがって、制限器についてＧＦを適用することは、カラムについての適用と同じくらい望ましい。制限器の考慮され得るもう１つの局面は、その一部（またはＭＳの場合はその大部分）が検出器の本体の中にあることである。したがって、制限器の異なる部分は異なる温度に晒されるため、式１および３は完全に正確ではない場合がある。この局面は、式４に示されるように、TurboMatrix熱脱着システムについての直列接続移送ラインおよびカラムを流れる流量を計算するために採られる方策を用いて対処することができ、これはたとえば、共通譲渡人に譲渡された米国特許第７，２１９，５３２号および第７，４６８，０９５号に記載されており、これら文献の各々の全開示内容は、全文が引用によって本明細書に援用される。
【００８３】
【数７】

【００８４】
式（４）中、Ｆ_oは制限器出口の流量（その場所における温度および圧力における）であり、ＧＦ_cはカラム幾何学的因子であり、ＧＦ_rは制限器幾何学的因子であり、ｄ_cはカラム内径であり、Ｌ_cは（ＧＦ_cを求めるための）カラム長さであり、ｄ_rは移送ライン内径であり、Ｌ_rは（ＧＦ_rを求めるための）移送ラインの長さであり、η_cはカラム内のキャリアガスの粘度であり、η_rは制限器内のキャリアガスの粘度であり、Ｔ_cはカラムの絶対温度であり、Ｔ_rは移送ラインの絶対温度であり、ｐ_iはカラム入口におけるキャリアガスの絶対圧力であり、ｐ_oは制限器出口におけるキャリアガスの絶対圧力である。式３の代わりに式４用いて、流量をより正確に計算することができる。
【００８５】
いくつかの実施例では、選択された内径を有する制限器の長さは、特定形状のカラムを流れる所望の流量に基づいて計算され得る。そのような寸法は、少なくとも部分的に、システム内に望まれる温度およびガス圧に依存し得る。制限器を有するシステムの１つの構成が図９Ａに示される。図９Ａのシステムは、第１のカラム９１０とキャリアガス源９０２とに流体連結された分割インジェクタ９０５を含む。マイクロ流体素子９２０は第１のカラム９１０に流体連結され、第１のカラム９１０から溶出するスピーシーズを所望の構成要素に導くように構成される。たとえば、カラム流出物は、マイクロ流体素子９２０および切換弁９４５を用いて、制限器９２５を通じて第１の検出器９３０に導かれるか、第２のカラム９３５および第２の検出器９４０に導かれ得る。
【００８６】
いくつかの実施例では、システム内の圧力をさらに平衡化するために制限器９２５の寸法および形状が選択され得る。典型的な制限器は、特定の印加圧力および温度下でカラムを流れるガスの流量と実質的に同一の流量を与えるように計算された長さに切断され得る、既知の内径の不活性化溶融シリカ管類片を含む。制限器の長さは試行錯誤によって求められ得、制限器の長さは正確な流量が達成されるまで漸進的に短くされる。しかし、この処理は面倒であり、適切な制限器長さを求めるためにかなりの時間がかかり得る。制限器の長さを徐々に減少させることは、カラムおよび制限器を流れる流量に対する検出器温度の下流効果も考慮していない場合があり、これは実際の流量に重大な影響を及ぼしてシステム内の圧力不均衡をもたらし得る。たとえばＦＩＤ（周囲圧力）およびＭＳ検出器（真空圧力）などの複数の検出器が存在して異なる圧力で用いられる場合、圧力不均衡はより大きくなり得る。
【００８７】
いくつかの実施形態では、制限器の形状および長さは、オーブンおよび検出器温度ならびに検出器動作圧力に基づいて、選択されたカラム内のガス流に一致または実質的に一致するように計算され得る。現行の計算では、制限器が均一の長さおよび温度であると仮定される。流量は式（５）に従って計算され得る。
【００８８】
【数８】

【００８９】
式中、Ｆ_aは周囲温度および圧力における制限器出口流量であり、ｄ_rは制限器の内径であり、Ｔ_aは周囲絶対温度であり、ｐ_iは制限器入口におけるキャリアガス絶対圧力であり、ｐ_orは制限器出口におけるキャリアガス絶対圧力であり、Ｌ_rは制限器の長さであり、ｐ_aは周囲絶対圧力であり、ηは制限器温度におけるキャリアガスの粘度であり、Ｔ_rは制限器絶対温度である。
【００９０】
カラム内の所望のガス流と適合する制限器長さを求めるために、式（５）に基づいた２つの連立方程式を用いてＬ_rを解くことができ、これによって式（６）が与えられる。
【００９１】
【数９】

【００９２】
式中、ｄ_cはカラムの内径であり、Ｌ_cはカラムの長さである。式６はたとえば、温度ならびに印加される入口および出口圧力がカラムと制限器との間で同一である場合に用いられ得る。
【００９３】
２つ以上の検出器、または１つの検出器および通気孔、または異なる圧力で動作されるいずれかの２つの素子が存在する場合は、式（５）を用いて式７を得ることができる。
【００９４】
【数１０】

【００９５】
式中、ｐ_ocはカラム出口におけるキャリアガス絶対圧力である。
いくつかの実施形態では、カラムおよび制限器の両方を流れるガス流量に対する検出器温度の影響を考慮するため、式（８ａ）に示される関係が用いられ得る。
【００９６】
【数１１】

【００９７】
式（８ａ）中、Ｆ_aはカラム出口の流量であり、ｄ_cはカラム内径であり、ｄ_tは移送ライン（または制限器）内径であり、Ｌ_cはカラム長さであり、Ｌ_tは移送ライン（または制限器）長さであり、η_cはカラム内のキャリアガスの粘度であり、η_tは移送ライン（または制限器）内のキャリアガスの粘度であり、Ｔ_cはカラムの絶対温度であり、Ｔ_tは移送ライン（または制限器）の絶対温度であり、Ｔ_aは絶対周囲温度であり、ｐ_iは入口におけるキャリアガスの絶対圧力であり、ｐ_oは出口におけるキャリアガスの絶対圧力であり、ｐ_aは絶対周囲圧力である。式（８ａ）は、式８（ｂ）に示されるように、異なる内径、長さまたは温度を有する任意の数の直列接続カラムまたは制限器について一般化され得る。
【００９８】
【数１２】

【００９９】
均一の直径のカラムおよび制限器はＧＣオーブン内にあり、検出器とは異なる温度にある。式（８ａ）は制限器およびカラム用に修正されて、それぞれ制限器およびカラム用の式（９）および（１０）が与えられ得る。
【０１００】
【数１３】

【０１０１】
式（９）中、Ｌ_r1はオーブン内の制限器の長さであり、Ｌ_r2は検出器内の制限器の長さであり、η_r1はオーブン温度におけるキャリアガスの粘度であり、η_r2は検出器温度におけるキャリアガスの粘度であり、Ｔ_r1はオーブンの絶対温度であり、Ｔ_r2は検出器の絶対温度である。
【０１０２】
【数１４】

【０１０３】
式（１０）中、Ｌ_c1はオーブン内の制限器の長さであり、Ｌ_c2は検出器内の制限器の長さであり、η_c1はオーブン温度におけるキャリアガスの粘度であり、η_c2は検出器温度におけるキャリアガスの粘度であり、Ｔ_c1はオーブンの絶対温度であり、Ｔ_c2は検出器の絶対温度である。
【０１０４】
いくつかの実施例では、式（１０）を式（１１）のように並び替えることによって、カラムを流れる必要流量を供給するためにカラムに印加する圧力が計算され得る。
【０１０５】
【数１５】

【０１０６】
特定的な形状、温度および出口圧力におけるカラムについての入口圧力が計算されると、制限器の長さは、式（１２）に示されるように式（９）の並び替えられた形式を用いて計算され得る。
【０１０７】
【数１６】

【０１０８】
式（１２）を用いて、システムを平衡化するための所望の流量を提供し得る既知の内径の制限器の長さが計算され得る。特に、他方の検出器の検出器長さ、温度および圧力を考慮した、別のチャネル内の流量を平衡化するための既知の内径の制限器の長さが求められ得る。使用時、アルゴリズムは、ユーザが所望の流量を入力でき、特定のカラムパラメータおよび温度下でそのような所望の流量を提供するための制限器の長さおよび直径がユーザインターフェイスに表示されてシステムの使用が容易になるように、ソフトウェアで実現され得る。
【０１０９】
本明細書中に記載のいくつかの実施形態は、クロマトグラフィーシステム内の付加的なカラムの使用を含む。付加的なカラムは制限器の代わりに用いられ、ハートカットが所望される場合に典型的に存在する。溶融シリカ制限器とは異なり、ユーザは、マイクロ流体素子全体の圧力平衡を達成するためにカラムの片を切断する可能性は低い。カラム同士が同一の長さおよび直径を有するように選択されたとしても、２つの異なる検出器同士の間の温度および圧力差によって圧力平衡が乱され得る。カラム同士が異なる形状または長さを有する場合、圧力不平衡はより大きくなり得る。
【０１１０】
複数のカラムが存在する場合の１つの可能性のある解決策は、図９Ｂに概略的に示されるように、最も高流量のカラムを有するインライン制限器を用いることである。図９Ｂのシステムは、マイクロ流体素子９２０を通じて第１のカラム９１０に流体連結された第２のカラム９５５を含む。第１の検出器９６５と第２のカラム９５５との間には制限器９６０がある。図９Ｂに示されるシステムは、検出器９７５に流体連結された第３のカラム９７０も含む。この構成では、カラム９５５はカラム９１０および９７０よりも高流量を有する。図９Ｂに示される構成では、考慮すべき限定区域は３つある。すなわち、オーブン温度の第２のカラム９５５、オーブン温度の制限器９６０、および第１の検出器９６５の温度の制限器９６０である。式（１３）に示されるように、これら３つの区域を含むように式（９）が修正され得る。
【０１１１】
【数１７】

【０１１２】
式中、Ｌ_c3はカラム９５５の長さであり、η_c3はカラム９５５内のキャリアガスの粘度であり、Ｔ_c3はカラム９５５の絶対温度である。所望の流量を供給するための制限器の長さを計算するために、式（１３）並び替えて式（１４）が与えられ得る。
【０１１３】
【数１８】

【０１１４】
使用時、式（１１）を用いて、制限器を有しないカラムを流れる流量が計算され得る。次に式（１４）を用いて、その流量と適合するように制限器長さが計算され得る。また、図示していないが、カラム９５５は制限器９６０と第１の検出器９６５との間に配置され得、式（１３）および（１４）はこの再配置に基づいて修正され得る。
【０１１５】
いくつかの実施例では、所望の流量を提供するために、制限器内径（または他の管類もしくはカラムの内径）が選択され得る。本明細書中に説明されるようなマイクロ流体素子を用いる多数のＧＣ技術にとって、カラムおよび管の内径を正確に知ることが重要である。実際は、製造業者による記述が正確であると仮定され、採用される。ほとんどの関係式は、内径の４乗に基づく計算を含むため、これは重大な誤差に繋がり得る。これらの場合、真の内径が既知であることが望ましいであろう。式（１５）を用いて流量が近似され得る。
【０１１６】
【数１９】

【０１１７】
式中、Ｆ_aは周囲温度および圧力におけるカラム出口の流量であり、ｄ_cはカラムの内径であり、Ｌはカラムの長さであり、ｐ_iはカラム入口におけるキャリアガス圧であり、ｐ_oは出口圧力であり、ｐ_aは周囲圧力であり、Ｔ_cはカラム温度であり、Ｔ_aは周囲温度であり、ηはカラム温度におけるキャリアガスの粘度である。周囲温度のカラムまたは管については、式（１５）を並び替えて式（１６）が与えられ得る。
【０１１８】
【数２０】

【０１１９】
所与のカラムまたは管については、大括弧内の項は一定であるため、式（１６）は式（１７）として表され得る。
【０１２０】
【数２１】

【０１２１】
式中、ａおよびｂは定数である。したがって、カラムまたは管の一端にある範囲の圧力を印加し、他端で流量を測定することによって、定数ｂの値が最小二乗統計適合によって求められ得る。ｂの値が確定すると、式（１８）から内径が計算され得る。
【０１２２】
【数２２】

【０１２３】
以下の実施例１に具体的に示されるように、たとえばカラム、制限器などの管類の直径は、これらの式を用いて正確に求めることができる。本方法はソフトウェアで実現され、たとえばカラム、内部管類、制限器などの管類のさまざまな直径が求められ得る較正プロトコルを提供して、システムの精度を向上させ得る。較正はクロマトグラフィーシステムによって実行可能であってもよいし、本明細書中に説明されるようにユーザが管類の直径を求めて、計算した直径をシステムに入力して流量の制御または調節に用いてもよい。
【０１２４】
いくつかの実施形態では、より使いやすいシステムを提供するために、上記式は、ユーザがたとえば長さおよび内径、オーブン温度および検出器温度などのカラムパラメータを入力でき、システムが所望の分離動作を達成するために必要な特定圧力を正確に予測できるように、ソフトウェアで実現され得る。ソフトウェアは、入力されたパラメータに基づいて流量、検出器長さおよび／または直径を計算し得、ユーザは次に、計算された長さおよび直径を有する制限器をシステムの所望の位置に挿入し得る。
【０１２５】
図１０を参照して、本明細書中に説明されるようなマイクロ流体素子であって、カラム流出物を２つ以上の検出器に分割するように構成され得る分割素子を含む例示的なシステムが示される。システム１０００は、供給ライン１００７を通じて圧力調整器１００５に流体連結されたインジェクタ１０１０を含む。インジェクタ１０１０は、インジェクタ１０１０に導入された試料の一部が、供給ライン１０１７を通じてインジェクタ１０１０に流体連結されたカラム１０２０に送られ、残りの試料が方向１０１５に沿って通過して排出されるか別のカラムに送られ得るような分流を有し得る。カラム１０２０は供給ライン１０２２を通じて分割素子１０３０に流体連結され、供給ライン１０２２は、分割素子１０３０上の入口ポートを通じてカラム１０２０を分割素子１０３０に流体連結する。分割素子１０３０は、供給ライン１０２７を通じて中間点圧力調整器１０２５にも流体連結される。図１０に概略的に示されるように、分割素子１０３０は、カラム１０２０からの流出物の流れを３つの異なる流路に分割するように構成される。分割素子１０３０は、それぞれ制限器１０３５、１０４０および１０４５を通じて検出器１０５０、１０５５および１０６０に流体連結される。システム１０００の動作時、カラム流出物は分割素子１０３０の入力ポートに入り、中間点圧力調整器１０２５から供給されるキャリアガスと混合する。流出物はその後、分割素子の複数の出口ポートを通じて検出器１０５０、１０５５および１０６０に出て行く。図１０には３つの検出器が示されているが、より少ない数、たとえば２つの検出器、またはより多い数、たとえば４つ以上の検出器のいずれか一方が用いられてもよい。制限器１０３５、１０４０および１０４５を平衡化する必要はない。制限器は、本明細書中に記載の形態などのいくつかの形態を取り得る。適切な長さおよび内径の制限器を選択することによって、カラム流出物は、取付けられた検出器同士の間で広範な割合で分割され得る。システム１０００内の中間点圧力調整器１０２５を用いることによって、いくつかの有利な特徴が得られる。中間点ガス供給源を有することによって、各検出器内への流量を各検出器の必要に応じて増大させることができるので、検出器流量に柔軟性が与えられる。ナローボアカラムを流れるキャリアガス流量が低いと、マイクロ流体素子から流れ出る流量がより低くなり得、使用可能な分割割合の範囲が制限され得る。中間点調整器は付加的なガス量を与えてこれらの課題を克服し得、所望であれば非常に狭いナローボアカラムの使用を可能にする。カラムバックフラッシュも実行され得る。中間点調整器はさらに、カラム交換時に能動ＭＳ検出器を保護する能力を提供する。
【０１２６】
いくつかの実施例では、マイクロ流体素子を含む本明細書中に記載のシステムは、多くの異なる構成で用いられ得る。たとえば、同一クロマトグラム上で選択検出器を同時に用いることが可能である。この特徴によって時間が節約され（１回の運転で済む）、異なるクロマトグラム同士の間の変動（特に保持時間）が無くなる。一例は、ＦＩＤおよびＥＣＤの両方を用いて同一クロマトグラム内の異なる成分を監視する、ＴＯ−１４ ＵＳ−ＥＰＡ空気監視方法である。他の構成では、異なる量を同一種類の検出器に分割することによって、ダイナミックレンジの向上が達成され得る。検出器（たとえばＦＰＤ）の中にはダイナミックレンジが非常に制限されているものがあるため、１つの検出器で大きなピークを見て、他方の検出器で小さなピークを見れることが有用であり得る。本明細書中に記載のいくつかの実施例では、システム内のさまざまな点の流量を制御することによって単一カラムバックフラッシュが実行され得る。このプロセスは、検体の溶出後にカラムから重い試料滞留物を効率的に除去することによって、時間を節約して拡張温度プログラムを無くすことができる。二重カラムバックフラッシュも実行され得る。たとえば、システム１０００内に示される制限器のうちの１つ（または１つ以上）をＧＣカラムに置き換えてもよい。この構成によって、第２のカラムでクロマトグラフィーが継続している間に第１のカラムをバックフラッシュさせることが可能になる。中間点検出器は、２つのカラム同士の間のピークの通過を監視して設定を助けるように構成され得る。二重カラムバックフラッシュは、バックフラッシュがクロマトグラフィー動作と同時に発生するので時間を大幅に節約できるという点で、単一カラムバックフラッシュに対して大きな利点を有する。ＭＳまたはＥＣＤなどの空気に敏感な検出器の場合、このシステムによって、カラムの交換中またはインジェクタの稼働中にこれらの検出器を検出器温度に、たとえば高温に能動的に維持することができる。この特徴は時間を大幅に節約してシステムに対する負荷を減らすため、ダウンタイムが最小化される。また、第１の（または１つよりも多いカラム）がバックフラッシュされている間に１つ以上の他のカラムでクロマトグラフィーが進行し得るような３つ以上のカラムバックフラッシュも実行され得る。
【０１２７】
いくつかの実施例では、本明細書中に記載のシステムは極性調整に用いられ得る。この技術では、２つのカラム内の成分のそれぞれの滞留時間が、中間点圧力を変えることによって修正され得る。この構成は、組み合わされたカラムの有効極性を変更するように作用し、カラムを選択的に微変更または微調整して困難な分離を達成することができる。
【０１２８】
いくつかの実施例に従って、マイクロ流体素子の１つの構成が図１１に示される。この断面図では、マイクロ流体素子はウェハ１１００として構成され、内部マイクロチャネル１１１０の異なる部分で可変径を有する内部マイクロチャネル１１１０を含む。たとえば、領域１１２５におけるマイクロチャネルの直径は約３００から約７００ミクロン、たとえば直径約４００から約６００ミクロンであり、領域１１３０におけるマイクロチャネルの直径は約７５ミクロンから約３００ミクロン、たとえば直径約１００ミクロンから約２００ミクロンであり、領域１１３５におけるマイクロチャネルの直径は約３００から約７００ミクロン、たとえば直径約４００から約６００ミクロンであり、領域１１４０におけるマイクロチャネルの直径は約７５ミクロンから約３００ミクロン、たとえば直径約１００ミクロンから約２００ミクロンであり、領域１１４５におけるマイクロチャネルの直径は約３００から約７００ミクロン、たとえば直径約４００から約６００ミクロンであり得る。いくつかの実施例では、マイクロチャネルの狭窄部、たとえば領域１１４０の直径は、隣接するチャネル部の直径よりも少なくとも２倍小さく、たとえば３倍、４倍または５倍小さく、制限された流体の流れを提供し得る。ウェハ１１００はさらに、ウェハを、システムの動作時にウェハ１１００を所定の位置に保持するウェハホルダまたは他の素子に結合し得る、開口またはアパーチャ１１１５および１１２０を含む。
【０１２９】
いくつかの実施例では、マイクロ流体素子は、カラムとマイクロ流体素子の下流のさまざまな他の構成要素との間の流体連結を提供し得る、たとえば入口ポートおよび出口ポートなどのさまざまなポートを含み得る。そのようなウェハ１２００の１つの構成が図１２に示される。この構成では、ポートはマイクロチャネル１２０５内に直列に配置される。ポート１２１０はカラムに流体連結される。ウェハ１２００を流れるガス流は、全体的な方向としてポート１２１０からポート１２２０、１２３０、１２４０および１２５０に向かう。中間点圧力調整器がポート１２６０においてウェハ１２００に流体連結され得る。動作時、ポート１２１０を通じて入るカラムからの流出物は、ポート１２６０を通じて入る中間点調整器からのキャリアガスと混合してから、ポート１２２０、１２３０、１２４０および最終的に１２５０の順に流れる。ウェハ１２００はアパーチャ１２６５および１２７０を通じてホルダに連結され得る。厳密な構成に依存して、システム内に存在するさまざまな制限器はさまざまな異なる動作状態を取り得る。ウェハ１２００を用いた制限器装置の一例が表１に示される。
【０１３０】
【表１】

【０１３１】
制限器は流量の増加順に配置され、最速流量はポート１２５０の流量である。マイクロチャネルは、出口ポートが単一マイクロチャネル流路内にあるように配置され得る。いずれか特定のポートに栓をするか閉じるため、ポートはブランキングナット、取付具、フェルールまたは流体密封を提供し得る他の好適な素子を用いて蓋を被せられるか、そうでなければ塞がれ得る。ポートが閉じられると、ポート内に死容積が全くまたはほとんど作り出されず、ピーク損失を防止し得るかテーリングをもたらし得ることが望ましい。図１２に示されるような単一ウェハを用いることによって、異なる検出器の組合せの各々についてウェハを交換せずに１−４個の検出器のいずれかを用いることができる。
【０１３２】
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１３１５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。
【０１３３】
本開示内容から、ウェハのポートの厳密な数は異なり得、たとえば図１２および図１３に示される例示的な構成よりも少ないポートまたは多いポートであり得ることが当業者に認識されるであろう。例示的な構成が図１４Ａ−図１５Ｂに示される。図１４Ａを参照して、ウェハは、たとえば各々が制限器および／または検出器に流体連結され得る中間点圧力調整器ポート１４２５ならびにポート１４１０および１４１５に流体連結された、カラム流出物ポート１４０５を含む。アパーチャ１４３０および１４３５は、ウェハをホルダまたはマイクロ流体素子の他の構造に取付けるために用いられ得る。２つのポート１４１０と１４１５との間の流路の長さは異なり得、所望であれば、異なるポートを流れる流量を実質的に同一にするために特定の制限器流量が変更され得る。図１４Ｂは、ポート１４１０と１４１５との間の流路の長さが延長された構成を示す。このような延長は、たとえば、取付具をさまざまなポートに連結するための空間を増やすため、装置の全体設定を容易にするため、および滞留時間の延長や他の所望の性能を提供するために望ましい場合がある。
【０１３４】
図１４Ａおよび図１４Ｂには２つのポート１４１０および１４１５が示されているが、ポート１４１５を省略して単一のポートにしてもよい。代替的に、１つ以上の付加的なポートを設けて、そのような付加的なポートと制限器および／または検出器との間を流体連結してもよい。付加的なポートを用いた２つの構成が図１５Ａおよび図１５Ｂに示される。図１５Ａを参照して、ウェハは、中間点圧力調整器ポート１５１０およびポート１５２０、１５２５、１５３０、１５３５、１５４０および１５４５に流体連結されたカラム流出物ポート１５０５を含む。アパーチャ１５５０および１５５５は、ウェハをホルダまたはマイクロ流体素子の他の部分に取付けるために用いられ得る。図１５Ｂは図１５Ａと同様の配置を示すが、ポート１５３５の位置が移動している。
【０１３５】
いくつかの実施例では、マイクロチャネルの厳密な断面形状および角度は異なり得る。いくつかの実施例では、マイクロチャネルの断面形状は円形または実質的に円形であるが、他の実施例では楕円形または他の非円形形状であり得る。同様に、２つ以上のポート同士の間のマイクロチャネルの角度は異なり得、非連続的な流路が存在する場合、流路の方向の変化によって形成される角度は、たとえばＬ字型面または曲面などの鋭角または緩やかな角であり得る。たとえば、鋭角によって流れが乱れ得る流体クロマトグラフィーシステムでは、そのような乱れを回避または減少させるために角度がＬ字型または緩やかな曲がり角として構成され得る。
【０１３６】
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多くの異なる構成で用いられ得る。図１６−図２５はいくつかの例示的な構成を示す。図１６を参照して、たとえばバックフラッシュ用にMS Ventモードで用いられ得る単一検出器構成が示される。システム１６００は、供給ライン１６０７を通じて圧力調整器１６０５に流体連結されたインジェクタ１６１０を含む。インジェクタ１６１０は供給ライン１６１２を通じてカラム１６２０にも流体連結される。カラム１６２０は供給ライン１６１７を通じてマイクロ流体素子１６２５に流体連結される。マイクロ流体素子１６２５は、ポート１６３３を通じて中間点圧力調整器１６３０に流体連結されたカラム流出物ポート１６２７を含む。ガスは、供給ライン１６３２を通じて中間点圧力調整器１６３０からポート１６３３に与えられる。マイクロ流体素子１６２５はポート１６３５、１６４０、１６４５および１６５０を含む。図１６の実施形態では、ポート１６３５、１６４０および１６４５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１６５０は制限器１６５５を通じて検出器１６６０に流体連結される。動作時、試料がインジェクタ１６１０に導入され、試料内のスピーシーズがカラム１６２０を用いて分離され得る。スピーシーズはカラム１６２０から溶出し、マイクロ流体素子１６２５を通じて検出器１６６０に与えられる。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１６００内の全体的なガス流を示す。所望であれば、ポート１６３５、１６４０または１６４５のいずれかをスニッファまたは他の素子に連結させて、マイクロ流体素子１６２５のマイクロチャネル内のガスおよび／またはガス内のスピーシーズのインラインサンプリングが提供され得る。さらに、中間点圧力調整器によって与えられるガスの流れをカラムへの流量よりも増大させることによって、システム１６００をバックフラッシュまたは排出する、たとえばMS Ventモードで動作させることができる。
【０１３７】
いくつかの実施例に従って、図１７を参照して、二重検出器構成が示される。システム１７００は、供給ライン１７０７を通じて圧力調整器１７０５に流体連結されたインジェクタ１７１０を含む。インジェクタ１７１０は供給ライン１７１２を通じてカラム１７２０にも流体連結される。カラム１７２０は供給ライン１７１７を通じてマイクロ流体素子１７２５に流体連結される。マイクロ流体素子１７２５は、ポート１７３３を通じて中間点圧力調整器１７３０に流体連結されたカラム流出物ポート１７２７を含む。ガスは、供給ライン１７３２を通じて中間点圧力調整器１７３０からポート１７３３に与えられる。マイクロ流体素子１７２５はポート１７３５、１７４０、１７４５および１７５０を含む。図１７の実施形態では、ポート１７３５および１７４０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１７４５および１７５０は、それぞれ制限器１７６５および１７５５を通じて検出器１７７０および１７６０に流体連結される。動作時、試料がインジェクタ１７１０に導入され、試料内のスピーシーズがカラム１７２０を用いて分離され得る。スピーシーズはカラム１７２０から溶出し、マイクロ流体素子１７２５を通じて検出器１７６０および１７７０の一方または両方に与えられる。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１７００内の全体的なガス流を示す。検出器１７６０および１７７０は同一であってもよいし、異なっていてもよい。また、供給ライン内の好適な弁の調節を含めることによって、および／またはたとえば切換弁を用いてマイクロ流体素子１７２５の１つ以上のポートを閉鎖位置にくるように作動させることによって、異なるピークが異なる検出器に与えられ得る。
【０１３８】
いくつかの実施例に従って、図１８を参照して、３検出器構成が示される。システム１８００は、供給ライン１８０７を通じて圧力調整器１８０５に流体連結されたインジェクタ１８１０を含む。インジェクタ１８１０は供給ライン１８１２を通じてカラム１８２０にも流体連結される。カラム１８２０は供給ライン１８２２を通じてマイクロ流体素子１８２５に流体連結される。マイクロ流体素子１８２５は、ポート１８３３を通じて中間点圧力調整器１８３０に流体連結されたカラム流出物ポート１８２７を含む。ガスは、供給ライン１８３２を通じて中間点圧力調整器１８３０からポート１８３３に与えられる。マイクロ流体素子１８２５はポート１８３５、１８４０、１８４５および１８５０を含む。図１８の実施形態では、ポート１８３５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１８４０、１８４５および１８５０は、それぞれ制限器１８７５、１８６５および１８５５を通じて検出器１８８０、１８７０および１８６０に流体連結される。動作時、試料がインジェクタ１８１０に導入され、試料内のスピーシーズがカラム１８２０を用いて分離され得る。スピーシーズはカラム１８２０から溶出し、マイクロ流体素子１８２５を通じて検出器１８６０、１８７０および１８８０の１つ以上に与えられる。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１８００内の全体的なガス流を示す。検出器１８６０、１８７０および１８８０は同一であってもよいし、異なっていてもよいし、また検出器１８６０、１８７０および１８８０のうちの２つが同一であってもよい。また、供給ライン内の好適な弁の調節を含めることによって、および／またはたとえば切換弁を用いてマイクロ流体素子１８２５の１つ以上のポートを閉鎖位置にくるように作動させることによって、異なるピークが異なる検出器に与えられ得る。
【０１３９】
いくつかの実施例に従って、図１９を参照して、４つの検出器を含むシステム１９００が示される。システム１９００は、供給ライン１９０７を通じて圧力調整器１９０５に流体連結されたインジェクタ１９１０を含む。インジェクタ１９１０は供給ライン１９１２を通じてカラム１９２０にも流体連結される。カラム１９２０は供給ライン１９２２を通じてマイクロ流体素子１９２５に流体連結される。マイクロ流体素子１９２５は、ポート１９３３を通じて中間点圧力調整器１９３０に流体連結されたカラム流出物ポート１９２７を含む。ガスは、供給ライン１９３２を通じて中間点圧力調整器１９３０からポート１９３３に与えられる。マイクロ流体素子１９２５はポート１９３５、１９４０、１９４５および１９５０を含む。図１９の実施形態では、ポート１９３５、１９４０、１９４５および１９５０は、それぞれ制限器１９８５、１９７５、１９６５および１９５５を通じて検出器１９９０、１９８０、１９７０および１９６０に流体連結される。動作時、試料がインジェクタ１９１０に導入され、試料内のスピーシーズがカラム１９２０を用いて分離され得る。スピーシーズはカラム１９２０から溶出し、マイクロ流体素子１９２５を通じて検出器１９６０、１９７０、１９８０および１９９０の１つ以上に与えられる。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１９００内の全体的なガス流を示す。検出器１９６０、１９７０、１９８０および１９９０は同一であってもよいし、異なっていてもよいし、また検出器１９６０、１９７０、１９８０および１９９０のうちのいずれか２つまたは３つが同一であってもよい。また、供給ライン内の好適な弁の調節を含めることによって、および／またはたとえば切換弁を用いてマイクロ流体素子１９２５の１つ以上のポートを閉鎖位置にくるように作動させることによって、異なるピークが異なる検出器に与えられ得る。
【０１４０】
いくつかの実施例に従って、図２０を参照して、単一検出器２０７０およびスニッファポート２０６０を含むシステム２０００が示される。システム２０００は、供給ライン２００７を通じて圧力調整器２００５に流体連結されたインジェクタ２０１０を含む。インジェクタ２０１０は供給ライン２０１２を通じてカラム２０２０にも流体連結される。カラム２０２０は供給ライン２０２２を通じてマイクロ流体素子２０２５に流体連結される。マイクロ流体素子２０２５は、ポート２０３３を通じて中間点圧力調整器２０３０に流体連結されたカラム流出物ポート２０２７を含む。ガスは、供給ライン２０３２を通じて中間点圧力調整器２０３０からポート２０３３に与えられる。マイクロ流体素子２０２５はポート２０３５、２０４０、２０４５および２０５０を含む。図２０の実施形態では、ポート２０３５および２０４０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２０４５は制限器２０６５を通じて検出器２０７０に流体連結される。ポート２０５０はスニッファポート２０６０に流体連結され、スニッファポート２０６０は、流出物内のスピーシーズのインラインサンプリングまたは監視に用いられ得るか、所望であれば制限器２０５５を通じて流路内のスピーシーズを引抜くことができるポートを一般的に提供する。動作時、試料がインジェクタ２０１０に導入され、試料内のスピーシーズがカラム２０２０を用いて分離され得る。スピーシーズはカラム２０２０から溶出し、マイクロ流体素子２０２５を通じて検出器２０７０およびスニッファポート２０６０の一方または両方に与えられる。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２０００内の全体的なガス流を示す。スニッファポート２０６０は典型的に、ユーザがポート２０６０からのサンプリングを所望するまで閉鎖位置にあり続け得る。供給ライン内の好適な弁調節および／またはスニッファポート２０６０の作動によって、所望どおりにスニッファポートを開けることができる。
【０１４１】
いくつかの実施例に従って、図２１を参照して、ＭＳシステムにおけるバックフラッシュまたは排気用に構成されたシステム２１００が提供される。システム２１００は図１７に示されるシステムと同様であるが、バックフラッシュまたは排気を実行するためにさまざまなガスの流量が変えられる。図２１を参照して、システム２１００は、供給ライン２１０７を通じて圧力調整器２１０５に流体連結されたインジェクタ２１１０を含む。インジェクタ２１１０は供給ライン２１１２を通じてカラム２１２０にも流体連結される。カラム２１２０は供給ライン２１２２を通じてマイクロ流体素子２１２５に流体連結される。マイクロ流体素子２１２５は、ポート２１３３を通じて中間点圧力調整器２１３０に流体連結されたカラム流出物ポート２１２７を含む。ガスは、供給ライン２１３２を通じて中間点圧力調整器２１３０からポート２１３３に与えられる。マイクロ流体素子２１２５はポート２１３５、２１４０、２１４５および２１５０を含む。図２１の実施形態では、ポート２１３５および２１４０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２１４５および２１５０は、それぞれ制限器２１６５および２１５５を通じて、それぞれ検出器２１７０および検出器２１６０に流体連結される。動作時、試料がインジェクタ２１１０に導入され、試料内のスピーシーズがカラム２１２０を用いて分離され得る。スピーシーズはカラム２１２０から溶出し、マイクロ流体素子２１２５を通じて検出器２１６０および２１７０の一方または両方に与えられる。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、バックフラッシュ構成におけるシステム２１００内の全体的なガス流を示す。検出器２１６０および２１７０は同一であってもよいし、異なっていてもよい。バックフラッシュまたは排気モードでは、中間点圧力調整器２１３０からのガスの流量は圧力調整器２１０５からのガスの流量よりも大きく、たとえばｐ₂はｐ₁よりも大きい。このように流れが異なる結果、ガスがカラム２１２０を通じてフラッシュバックされ、たとえば出口２１０２を通じてシステムから排気され得る。ＭＳ検出器が存在する場合、この異なる流体の流れを用いて、システムがフラッシュされる間ＭＳ検出器をその動作温度に保つことができる。このような利点によって時間を大幅に節約することができる。
【０１４２】
いくつかの実施例に従って、図２２を参照して、二重カラムバックフラッシュ構成が示される。システム２２００は、供給ライン２２０７を通じて圧力調整器２２０５に流体連結されたインジェクタ２２１０を含む。インジェクタ２２１０は供給ライン２２１２を通じて第１のカラム２２２０にも流体連結される。第１のカラム２２２０は供給ライン２２２２を通じてマイクロ流体素子２２２５に流体連結される。マイクロ流体素子２２２５は、ポート２２３３を通じて中間点圧力調整器２２３０に流体連結されたカラム流出物ポート２２２７を含む。ガスは、供給ライン２２３２を通じて中間点圧力調整器２２３０からポート２２３３に与えられる。マイクロ流体素子２２２５はポート２２３５、２２４０、２２４５および２２５０を含む。図２２の実施形態では、ポート２２３５、２２４０および２２４５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２２５０は第２のカラム２２５５に流体連結される。第２のカラム２２５５は検出器２２６０に流体連結される。動作時、試料がインジェクタ２２１０に導入され、試料内のスピーシーズがカラム２２２０を用いて分離され得る。スピーシーズは第１のカラム２２２０から溶出し、マイクロ流体素子２２２５を通じて第２のカラム２２５５に与えられる。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２２００内の全体的なガス流を示す。システム２２００の構成によって、流出物がマイクロ流体素子２２２５に入ると、第１のカラム２２２０のバックフラッシュが可能になる。圧力ｐ₂を圧力ｐ₁よりも増大させて、たとえば中間点圧力調整器２２３０からの流量を圧力調整器２２０５からの流量よりも大きくさせることによって、ガスが第１のカラム２２２０に流れ込んで第１のカラム２２２０をバックフラッシュさせ、さらにマイクロ流体素子２２２５からの流出物を、第２のカラム２２２５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２２５５に送る。図２２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。
【０１４３】
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２３３３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２３３３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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
いくつかの実施例では、図２５を参照して、インジェクタの流れを２つ以上のカラムに分割するためのマイクロ流体素子を有するシステムが構成され得る。システム２５００は、供給ライン２５０７を通じて圧力調整器２５０５に流体連結されたインジェクタ２５１０を含む。インジェクタ２５１０は供給ライン２５１２を通じてマイクロ流体素子２５２５にも流体連結される。マイクロ流体素子２５２５は、ポート２５３３を通じて中間点圧力調整器２５３０に流体連結されたポート２５２７を含む。ガスは、供給ライン２５３２を通じて中間点圧力調整器２５３０からポート２５３３に与えられる。マイクロ流体素子２５２５はポート２５３５、２５４０、２５４５および２５５０を含む。図２５の実施形態では、ポート２５３５および２５４０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２５５０は第１のカラム２５５５に流体連結される。ポート２５４５は第２のカラム２５６５に流体連結される。カラム２５５５および２５６５は、それぞれ検出器２５６０および２５７０に連結される。動作時、試料がインジェクタ２５１０に導入され、試料内のスピーシーズが第１のカラム２５５５および第２のカラム２５６５を用いて分離され得る。カラム２５５５および２５６５内のカラム媒体は同一であってもよいし、異なっていてもよい。スピーシーズはカラムから溶出し、検出用にそれぞれの検出器に送られる。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２５００内の全体的なガス流を示す。図示していないが、図２５のシステムは、ポート２５３５および２５４０の一方に流体連結された検出器を含み得る。ポート２５３５またはポート２５４０と検出器との間に制限器または別のカラムが配置され得る。
【０１４６】
いくつかの実施例では、上述のシステムは中間点圧力調整器に連結されるように設計されたマイクロ流体素子を含むが、コスト重視であったり、カラム流出物にガスを加える必要がない用途もある。そのような用途が実行される場合、異なるマイクロ流体素子が用いられ得る。または代替的に、図１１−図１５Ｂに示されるウェハの中間点圧力ポートが、ガスがその中に入らないように塞がれるか蓋を被せられ得る。中間点圧力ポートが省略された１つのそのような構成が図２６Ａに示される。マイクロ流体素子２６００は直列ポート２６１０、２６１５、２６２０、２６２５、２６３０および２６３５を含む。このマイクロ流体素子は、ポートのすべてまたはいくつかが用いられ得るという点で拡張性がある。アパーチャ２６４０および２６４５は、マイクロ流体素子２６００をホルダまたは他の素子に取付けるために用いられ得る。ポート２６１５は、カラム流出物がポート２６１０でマイクロ流体素子に入る所よりも下流にある。ポート２６１５はガス入口に接続されるか、または蓋を被せられるか塞がれ得る。ポート２６２０、２６２５、２６３０および２６３５の各々は、カラム、制限器、検出器またはそれらのさまざまな組合せに流体連結され得る。３つ以下の連結が所望される場合、いずれか１つ以上のポートに蓋を被せるか栓をして、そのポートを遮断する。また、５個以下のポートを有するマイクロ流体素子も設計可能である。１つのそのような例が図２６Ｂに示される。マイクロ流体素子２６５０はポート２６５５、２６６０、２６６５および２６７０を含む。アパーチャ２６７５および２６８０は、ウェハ２６５０をホルダまたは他の素子に取付けるために用いられ得る。ポート２６６０、２６６５および２６７０は、カラム、制限器、検出器およびそれらのさまざまな組合せに流体連結され得る。１つの代替例では、ポート２６６０はガス源に流体連結されてウェハ２６５０を通じて付加的なガスを提供し得る。また、マイクロ流体素子２６００および２６５０と整合性のある他のポート数、構成および形状が、システム内に用いられる所望の検出器数またはシステムの特定の所望の構成に依存して用いられ得る。
【０１４７】
いくつかの実施例に従って、本明細書中に記載のマイクロ流体素子は、ウェハ内の１つ以上のマイクロチャネルを含む。マイクロチャネルの厳密な構成およびマイクロチャネルの製造方法は、ウェハとして用いるために選択された特定の材料に依存して異なり得る。たとえば、マイクロチャネルは、製造時に化学的研磨、レーザエッチング、ドリルによる穴をあけ、研削、または成形によってウェハ内に形成される。マイクロチャネルの幅および全体形状は異なり得る。１つの実施形態では、マイクロチャネルの幅は約１０ミクロンから約７５０ミクロンであり得、たとえば５０ミクロンから約５００ミクロン、たとえば約１０ミクロンから約１００ミクロン、約１００ミクロンから約３００ミクロン、または約３００ミクロンから約５００ミクロンであり得る。マイクロチャネルの断面形状は円形、楕円形、三角形、または他の形状であり得る。本明細書中に説明されるように、マイクロチャネルは、マイクロチャネルを流れるガス流を促進するために、Ｌ字型などのように滑らかに移行していることが望まれるが、必須ではない。
【０１４８】
いくつかの実施例では、マイクロ流体素子は多層装置または複数構成要素装置で用いられ得る。たとえば、マイクロ流体素子は２つ以上の他の素子同士の間に挟まれて、実質的な流体密封を提供して漏れを防止し得る。密封をさらに高めるために１つ以上のガスケットまたはガスケット材料が用いられ得る。また、所望であれば、さらなる密封を提供するために素子のポートにガスケット、テープまたは他の材料が用いられ得る。いくつかの実施例では、マイクロ流体素子はそれ自体が多層構造、たとえば積層ウェハであり得、連続した層がマイクロチャネルを形成するために追加されている。マイクロ流体素子およびウェハを保持するために用いられる２枚のプレートの一例が図２７に示される。ウェハ２７１０は、第１のプレート２７２０と第２のプレート２７３０との間に挟まれ得る。フェルールまたは取付具２７４０がアセンブリに取付けられて、マイクロ流体素子の使用時にマイクロ流体素子２７１０およびプレート２７２０、２７３０をともに保持し得る。
【０１４９】
マイクロ流体素子がウェハとして構成されるいくつかの実施例では、ウェハは、金属、プラスチック、複合物、ポリマー、鋼、ステンレス鋼、合金、およびマイクロチャネルを提供するために組合わせられ得る他の材料を含むさまざまな材料から製造され得る。たとえば、ウェハのさまざまな層は、積層または溶接されてウェハ内の全体的なマイクロチャネル構造を形成し得るステンレス鋼プレートを用いて製造され得る。いくつかの実施形態では、所望のチャネル部が自身にエッチング、ドリルで穴あけ、または刻まれたポリエーテルエーテルケトンまたは他のポリマーの層が互いにレーザ溶接または溶剤溶接されてウェハを提供し得る。ウェハ内で用いるために選択された特定の材料に拘らず、材料は、試料とウェハとの間に望ましくない化学反応が起こらないように不活性であることが望ましい。ウェハ材料が反応性であり得る実施例では、マイクロチャネル（またはウェハ全面）が、たとえばポリテトラフルオロエチレンまたは他の一般的な不活性材料などの不活性材料でコーティングされ得る。分析する試料が腐食性である場合、マイクロチャネル（またはウェハ全面）が、耐腐食性であり、かつ下部のウェハ構造を損傷から保護し得るイットリア、アルミナ、または他の材料でコーティングされ得る。コーティングが用いられる場合、そのコーティングは、試料測定の妨げに繋がり得る浸出、剥離または脱着を回避するよう十分厚く、十分頑強であらねばならない。また、マイクロ流体素内に用いられる材料は、クロマトグラフィーシステム分離において一般に見られ用いられるオーブンおよび温度などの高温オーブンで用いられる際に溶融したり何らかの実質的な熱変形を経験しないように耐熱性であることが望ましい。
【０１５０】
いくつかの実施例に従って、本明細書中に記載の装置およびシステムとともに用いられ得る制限器は、構成および設計が異なり得る。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、マイクロ流体素子の未使用領域へのガスおよび／または試料の流れを減少または制限するためのバイパス制限器または他の同等の素子を含み得る。そのような一例が図２８に示される。マイクロ流体素子２８００は複数のポート２８１０、２８１５、２８２０、２８２５、２８３０、および２８３５を含む。ポート２８１０はカラムからの流出物を与える。ポート２８１５は第１の検出器（任意にインライン制限器を有する）に流体連結され得る。ポート２８２０は切換ガス源に流体連結される。ポート２８２５はこの構成では用いられない。ポート２８３０は別の切換ガス源に流体連結される。ポート２８３５は第２の検出器（任意にインライン制限器を有する）に流体連結される。たとえば内部または外部接続である流体接続２８５０が、ポート２８２５をバイパスするためにポート２８２０と２８３０との間に設けられ得る。流体接続２８５０は外部ニードル弁を含み得るか、たとえば電磁弁などの切換弁である弁を含み得る。バイパス寸法は、ウェハの未使用部分にガス拡散が実質的に発生しないように調整され得る。動作時、十分なガス流がバイパス制限器に与えられて、特定の時点で使用されていない切換ガス入口チャネルに沿った試料拡散を防止する。流量は、ＧＣカラムに入るガスの体積を回避または減少させるように低いことが望ましく、これによって試料が希釈され得る。
【０１５１】
いくつかの実施例では、マイクロチャネルを流れる流量を減らすために、切換ガスチャネルがその端の近くで狭くなるか、だんだん細くなるか、収縮されることによって、ガスが試料流路に入る際のガス速度が増大され得る。たとえば図２８を参照して、マイクロチャネル部分２８５２および２８５４の接合部において、または接合部の近傍で、マイクロチャネル部分２８５４の直径はマイクロチャネル部分２８５２の直径よりも小さくてもよい。たとえば、マイクロチャネル部分２８５２が直径約６００ミクロンである場合、マイクロチャネル部分２８５４は直径約３００ミクロンにまで減少され得る。本開示内容から、５０％の減少は必要でないことが当業者に認識されるであろう。他の百分率および割合を用いてもよい。たとえば、収縮されていないマイクロチャネル部分直径：収縮されたマイクロチャネル部分直径の割合は約５：１から約１．１：１であり得、たとえば４：１、３．５：１、３：１、２．５：１、２：１、１．５：１、１．４：１、１．３：１、１．２：１、１．１：１であり得、より特定的には約３：１から約１．１：１であり得、たとえば約２．５：１から約１．２：１または約２：１から約１．５：１であり得る。いくつかの実施例では、マイクロチャネルの全径は約４００−５００ミクロンであり得、マイクロチャネルの収縮部の直径は約１００−２００ミクロンであり得る。バイパス制限器チャネルの厳密な長さも約５ｍｍから約３０ｍｍの例示的な長さの間で異なり得、より特定的には約１０ｍｍから約２０ｍｍであり、たとえば約１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９ｍｍ、またはこれらの特定的な長さのうちのいずれかの値である。
【０１５２】
いくつかの実施例に従って、本明細書中に記載のマイクロ流体素子の組立および使用において、マイクロ流体素子は典型的に複数構成要素装置内で挟まれるか当該装置に入れられて、ＧＣシステム内の空気圧管類に結合され得るマイクロ流体素子を提供する。本明細書中に説明されるように、これらのシステムは多くの異なる構成で、多次元クロマトグラフィー分析において用いられ得る。さらに、マイクロ流体素子のいくつかの実施形態が本明細書中に説明されるが、本開示内容から、マイクロ流体素子はたとえば同一システム内の連続装着などによって互いに組合せて用いられ得ることが当業者に認識されるであろう。空気圧管類および他のコネクタを用いて、所望のポートへの好適な流体接続が提供され得る。また、たとえば１つのマイクロ流体素子内に、または２つ以上の異なるマイクロ流体素子同士の間に、交差チャネルが与えられ得る。インライン弁またはアクチュエータを用いて、所望のポートおよび／または所望のマイクロ流体素子へのガス流が制御され得る。たとえば、所望のポートまたは検出器への１つのスピーシーズの流れを可能にするように、電磁弁がたとえば約１０−１００Ｈｚ、たとえば約５０Ｈｚで調節され得る。特定のポートへのそのような流れを停止するためには、電磁弁が閉められるか切換えられ得る。これらの構成のいくつかが以下に詳細に説明される。
【０１５３】
いくつかの実施例では、図２９を参照して、交差スイッチを有するマイクロ流体素子を含むシステムの一例が示される。交差スイッチの使用は、たとえばカラム交換、自動化選別、バックフラッシュ、大量注入、多次元クロマトグラフィーまたは多重化動作が所望される場合に特に望ましいことがある。たとえば、１つのＭＳ検出器が２つの異なるカラムからの流出物を受取り得る。システム２９００は、第１のカラム２９０５に流体連結されたインジェクタ（図示せず）を含む。第１のカラム２９０５は、たとえば空気圧管類などの流体流路を通じてマイクロ流体素子２９１０に流体連結される。システムは、各々がマイクロ流体素子２９１０に流体連結された複数の制限器２９１５、２９２０、２９２５および２９３０も含む。本明細書中に説明されるように、制限器はシステム内の圧力を平衡化するために用いられ得る。マイクロ流体素子２９１０は切換弁を含み、この切換弁は、それぞれのインジェクタ（図示せず）に流体連結され得る第１のカラム２９０５および第２のカラム２９４０からのスピーシーズが検出器２９３５または検出器２９４５に選択的に与えられ得るような交差路を提供するように動作する。たとえば、切換弁を調節することによって、システムの２つ以上の所望の構成要素同士の間に流体流路が与えられ、いずれか一方のカラムから溶出する異なるスピーシーズを一方または両方の検出器に与えることができる。また、本明細書中に説明されるように、試料の流れは、１つのカラムからの流出物が検出器２９３５および２９４５の両方に与えられるように分割され得る。システム内のさまざまな圧力は本明細書中に記載されるように、または他の好適な構成を用いて平衡化され得る。カラム同士の内径は同一であることが望ましいが、長さは異なっていてもよい。インジェクタは、たとえば高速インジェクタ、自動熱脱着インジェクタ、ならびにＧＣ素子およびシステムとともに一般に用いられる他のインジェクタなどの、液体インジェクタまたは他の好適なインジェクタであり得る。検出器２９３５および２９４５は同一であってもよいし、異なっていてもよい。望ましくは、一方の検出器はＭＳ検出器であり、他方の検出器はたとえば本明細書中に説明されるような異なる検出器であり得る。
【０１５４】
いくつかの実施形態では、２つ以上のマイクロ流体素子が図２９の例示的な実施形態で用いられ得る。たとえば、各々が少なくとも１つのカラムに流体連結される２つ以上のマイクロ流体素子同士の間に交差接続が設けられ得る。たとえば、第１のマイクロ流体素子が第１のカラム２９０５に流体連結され、第２のマイクロ流体素子が第２のカラム２９４０に流体連結され得る。切換弁を作動させて、マイクロ流体素子の特定のポートに所望の流れが与えられるか、マイクロ流体素子同士の間に流れが与えられ得る。
【０１５５】
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３００５からの流出物が検出器３０２５に与えられ、カラム３０３０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３０３０からの流出物が検出器３０２５に与えられ、カラム３０３０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。
【０１５６】
いくつかの実施例では、マイクロ流体素子３０１５は、カラム３０１０および３０３５の一方または両方をバックフラッシュさせるためにも用いられ得る。たとえば、圧力調整器ｐ₁およびｐ₂からのガス流を圧力調整器ｐ₃からのガス流よりも低くすることによって、カラム３０１０および３０３５の両方が洗浄のためにバックフラッシュされ得る。代替的な構成では、一方のカラムのみをバックフラッシュさせて他方のカラムを用いて分離が継続し得るように、圧力ｐ₁またはｐ₂のみがｐ₃よりも低くされ得る。
【０１５７】
いくつかの実施例では、図３０Ａおよび図３０Ｂに示される検出器のうちの１つが省略されるか、別のカラム、通気孔、もしくはクロマトグラフィーシステム内に一般に用いられる他の構成要素などに置き換えられ得る。1つの構成が図３１に示される。システム３１００は、第１のカラム３１１０に流体連結されたインジェクタ３１０５を含む。カラム３１１０はマイクロ流体素子３１１５に流体連結される。通気孔３１２５は制限器３１２０を通じてマイクロ流体素子３１１５に流体連結している。第２のインジェクタ３１３０は第２のカラム３１３５に流体連結される。第２のカラム３１３５はマイクロ流体素子３１１５に流体連結される。マイクロ流体素子３１１５は制限器３１４０を通じて検出器３１４５にも流体連結される。システム３１００の動作時、マイクロ流体素子は、カラム３１１０およびカラム３１３５の両方からのカラム流出物を検出器３１４５に与えるために用いられ得る。カラムから溶出するスピーシーズが分析に所望されない場合、マイクロ流体素子を用いて、それらのスピーシーズを通気孔３１２５にそらすことができる。代替的な構成では、通気孔３１２５は、検出器３１４５を通常の動作温度および圧力に維持することを可能にしつつ、システムの排気を可能にする。この特徴は、検出器３１４５が質量分析計である場合に特に望ましい。
【０１５８】
いくつかの実施例に従って、ウェハとして構成され、交差流路を含むマイクロ流体素子の一例が図３２Ａ−図３２Ｄに示される。全体的なウェハ構造は図３２Ａに示され、さまざまな層が拡大されて図３２Ｂから図３２Ｄに示される。図３２Ａを参照して、ウェハ３２００は全体的に、１つ以上のマイクロチャネルを内部に有する多層基板３２０５を含む。本実施形態では、マイクロチャネルは６個のポート３２１０、３２１５、３２２０、３２２５、３２３０、および３２３５を有する。ポート３２１０は第１のカラムからの入口ポートであり得、ポート３２３０は第１の切換ガス用のポートであり得、ポート３２２０は第２の切換ガス用のポートであり得、ポート３２３５は第１の検出器への出口ポートであり得、ポート３２２５は第２のカラムからの入口ポートであり得、ポート３２１５は第２の検出器（または通気孔）への出口ポートであり得る。素子は、交差チャネル３２４２および３２４４、ならびに収縮チャネル３２４６および３２４７を含む。ウェハの製造時、異なる層が組合されてさまざまな流路が提供され得る。図３２Ｂを参照して、１つの層によって交差路３２４２が提供され得、これによってポート３２１５と３２３０との間に流体連結が提供される。図３２Ｂに示される層は、マイクロ流体素子の厳密な向きに依存して、積層物の底部層または積層物の外面上の層であり得る。別の層（図３２Ｄ参照）によって、交差路３２４４ならびに収縮チャネル３２４６および３２４７が提供され得る。図３２Ｄに示される層は、積層物の頂部層または図３２Ｂに示される層と反対の積層物の外面上の層であり得、中間層が頂部層と底部層との間に配置されている。交差路３２４４はポート３２２０と３２３５との間の流体連結を提供し得る。収縮チャネル３２４６はポート３２３０と３２３５との間の流体連結を提供する。収縮チャネル３２４７はポート３２１５と３２２０との間の流体連結を提供する。中間層（図３２Ｃ）は、マイクロチャネルを完成するため、およびマイクロ流体素子の所望のポート同士の間の流体の流れを提供するための好適な流路を含み得る。さまざまな層が積層されてウェハが提供される場合、流体流路は、クロマトグラフィーシステム内のスピーシーズの方向を制御ように形成され、用いられ得る。ウェハ全体は、アパーチャ３２５０および３２５５、ならびにたとえばねじ、ナット、ボルト、フェルールなどの好適な取付具を用いて試料ホルダまたは他の好適な装置に装着され得る。図３２Ｂ−図３２Ｄに示されるさまざまな層の各々は、それ自体が多層構造または積層物であり得るか、それぞれのマイクロチャネルが内部にエッチングされるかまたは他の方法で含まれる一般的に剛質のボディであり得る。流体密封を促進して、内部漏れが起こり得る可能性を回避または減少させるために、ガスケット、封止剤または他の材料が層同士の間に加えられ得る。
【０１５９】
いくつかの実施例では、本明細書中に説明されるように、マイクロ流体素子は、２つ以上の流体流路を連結または分離し得る１つ以上のアクチュエータまたは切換弁を含み得る。アクチュエータの位置によって２つ以上のポート同士の間の流体の流れが提供されるか、２つ以上のポート同士の間の流体の流れが防止される。マイクロ流体素子は、所望の周波数で開閉または調節されて２つ以上の流路同士を接続したり２つ以上の流路同士の間の流れを停止させ得る、低コストの電磁弁を含み得る。いくつかの実施例では、この電磁弁は完全開放位置と完全閉鎖位置との間で作動され得る。電磁弁が作動される周波数は、たとえばハートカットまたは溶剤ダンプなどの実行中のクロマトグラフィーの特定の種類、接続される特定のポート、および弁の開閉によって達成され得る圧力に対する所望の効果に依存し、例示的な周波数は、５−２００Ｈｚ、１０−１００Ｈｚ、２０−９０Ｈｚ、３０−８０Ｈｚ、４０−７０Ｈｚ、４５−６５Ｈｚ、および５０−６０Ｈｚを含むがこれらに限定されない。電磁弁は典型的にウェハの外部にあり、空気圧管類または他の好適な接続を通じて所望のポートに連結される。いくつかの実施例では、切換弁は、エンドユーザが接続する構成要素が少なくなるように、ウェハのポートに統合され得る。
【０１６０】
いくつかの実施形態では、同一または異なる２つ以上の直列接続切換弁が用いられ得る。たとえば、比例弁と一列に並んだ電磁弁がマイクロ流体素子のポートに流体連結され得る。システムは、システム内の圧力が確実に平衡化されるように、ガス流モニタ、圧力変換器または他の素子を含み得る。
【０１６１】
いくつかの実施例では、切換弁は制御部、プロセッサまたは他の好適な電気部品を用いて制御され得る。弁を調節するために用いられ得る１つの構成が図３３Ａおよび図３３Ｂに示される。図３３Ａを参照して、関数発生器３３１０はトランジスタ駆動回路３３２０に電気的に結合され、所望の波形をトランジスタ駆動回路３３２０に与えるように動作する。トランジスタ駆動回路３３２０は電磁弁３３３０に電気的に結合され、関数発生器３３１０から与えられる特定の波形に対応する周波数で電磁弁３３３０を調節するように動作する。関数発生器３３１０によって与えられる波形は、たとえば所望の周期周波数に依存して、分離中に異なり得る。いくつかの実施例では、電磁弁３３３０が所与の出口に関して開放位置と閉鎖位置を周期的に繰り返すように、関数発生器３３１０から矩形波が与えられ得る。たとえば、３方向電磁弁が用いられる場合、当該弁は入口の流れを２つの異なる出口同士の間で切換えることによって、一方の出口関しては「オン」となり、他方の出口に関しては「オフ」となり得る。ウェハに流体連結された切換弁の特定の種類に依存して、たとえば三角形、正弦波形、鋸歯状などの他の波形も用いられ得る。いくつかの実施形態では、マイクロ流体素子の各ポートは、各ポートを流れる流体の流れを独立して制御できるように、制御部およびガス源に電気的に結合された独立して制御可能な電磁弁を含み得る。
【０１６２】
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３６４０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。
【０１６３】
いくつかの実施形態では、同時確認クロマトグラフィーを実行するように構成されたシステムが図３７に示される。システム３７００は、第１のカラム３７１５および第２のカラム３７２０の各々に流体連結されたインジェクタ３７１０を含む。インジェクタ３７１０は、試料の一部が第１のカラム３７１５に与えられ、一部が第２のカラム３７２０に与えられるように試料の流れを分割する。第１のカラム３７１５および第２のカラム３７２０の各々はマイクロ流体素子３７２５に流体連結される。マイクロ流体素子３７２５は、制限器３７３０を通じて通気孔３７３５に流体連結され、制限器３７４０を通じて検出器３７４５に流体連結される。カラム内の分離媒体とカラム内径とが同一である場合、各カラムによる分離は実質的に同一となる。スイッチ３７２５は、第１のカラム３７１５および第２のカラム３７２０の両方からのピークを、たとえばＭＳ検出器などの検出器３７４５に与え得る。このシステムは、検出器３７４５が動作温度および圧力に維持されている間に、通気孔３７３５を通じて排気され得る。
【０１６４】
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３８１５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３８１５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３８１５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。
【０１６５】
いくつかの実施形態では、図３９を参照して、二重カラム、単一検出器構成が示される。システム３９００は、それぞれガス源３９０５および３９１５に流体連結された第１のカラム３９１０および第２のカラム３９２０を含む。第１および第２のカラムの各々はマイクロ流体素子３９２５にも流体連結される。マイクロ流体素子３９２５は第１のバッファ３９３２および第２のバッファ３９３４を含む。バッファという用語は、場合によっては充填チャンバという用語と同じ意味で用いられる。第１のバッファ３９３２および第２のバッファ３９３４の各々は、カラムからのピークを保持するために用いられ得る。たとえば、スピーシーズはカラム３９１０から溶出して第１のバッファ３９３２に集められ得る。集められたスピーシーズは、ガス源３９３０および切換弁３９２７からの切換ガスを用いて、制限器３９４０を通じて検出器３９４５に導かれ得る。同時に、第２のカラム３９２０から溶出するスピーシーズは第２のバッファ３９３４に集められ得る。第１のバッファ３９３２からのスピーシーズが検出器３９４５に与えられると、第２のバッファ３９３４内の試料が今度は切換ガスを用いて検出器３９４５に導かれるように弁３９２７が切換えられ得る。バッファ３９３２、３９３４の容量は、カラム流出物流量および多重化周波数に対して適合しており、十分な体積であることが望ましい。たとえば、バッファの各々は約８０マイクロリットルから約１５０マイクロリットル、たとえば約１２０マイクロリットルであり得、これは約１０Ｈｚの多重化周波数での毎分約１ミリリットルのカラム流出物速度とともに用いるのに好適である。本開示内容から、他の好適なカラム流出物速度および多重化周波数が当業者によって選択されるであろう。
【０１６６】
いくつかの実施例では、バッファを含むウェハが図４０により詳細に示される。ウェハ４０００は複数のポートおよび２つのバッファを含む。ポート４０１０は第１のバッファ４０１２および第２のポート４０１５に流体連結される。バッファ４０１２はポート４０１０とポート４０２０との間に一列に並んでいる。第２のバッファ４０２２はポート４０２５と４０３０との間に一列に並んでいる。バッファ４０１２および４０２２はマイクロチャネルの一部であり得るが、より大きな直径を有する。特に、バッファの直径および長さは、調節された切換弁の一周期中に印加中間点圧力でカラムから流れる流出物を収容するために十分な容量であるよう選択され得る。いくつかの実施例では、バッファの長さおよび幅は、バッファがウェハに嵌合されつつ所望の流体容量を提供するように選択され得る。動作時、ポート４０１０は切換ガス源に流体連結され得、ポート４０１５は第１のカラムに流体連結されて第１のカラムからの流出物を受取り得、ポート４０２０は検出器に流体連結されて検出器に試料を与え得、ポート４０２５は別のカラムに流体連結されて第２のカラムからの流出物を受取り得、ポート４０３０は別の切換ガス源に流体連結され得る。以下により詳細に説明されるように、バッファを流れ制御とともに用いて、ピークの拡散ブロードニングを減少させることができる。
【０１６７】
いくつかの実施形態では、本明細書中に記載の装置は、流れ調節を与えるために用いられ得る。流れ調節によって、ピーク検出向上などの実質的な利点が与えられ得る。典型的なクロマトグラムが図４１に示されており、ここでは反応が、検出器を流れる検体の流量（質量流量検出器について）または濃度（濃度依存検出器）に関係付けられている。流れ調節を図４１に用いられるのと同一の試料に用いた場合、信号はほぼ図４２に示される信号のように現れることになる。流れ調節によって、通常は緩やかな速度（たとえば１ｍＬ／ｍｉｎ）で流れるカラム流出物がチャンバに流れ込むことが可能になる。たとえば、図４３Ａを参照して、カラム流出物４３０５はカラムから流体流路４３１０へ、そしてバッファまたは充填チャンバ４３２０に流れ込み得る。切換弁４３１５が第１の位置にあるとき、カラム流出物４３０５は充填チャンバ４３２０内に蓄積する傾向があるが、いくらかは充填チャンバを出て矢印４３２５の方向に検出器に与えられ得る。次に図４３Ｂを参照して、切換弁４３１５が第２の位置に作動されると、調節ガスが矢印４３３０の方向に与えられる。調節ガスの流量はカラム流出物の流量よりも高い。この流量の大きな差異は、充填チャンバ４３２０内に存在し得るカラム流出物４３０５を単一の大きなパルスまたは塊で検出器に押し出すように作用する。このプロセスによって、図４２に示されるような大きな狭いピークがもたらされる。特に、この調節は、図４２に示されるように、カラム流出物の狭帯域を清潔な調節キャリアガスによって分離された検出器に導入する効果を有する。信号処理システムは、離散検出器読取値を流れ調節と同期させて、これらの読出値がパルスの頂点で取られるようにすることが望ましい。検出器読取値は、バックグラウンド信号を得るためにパルス同士の間でも取られ得る。任意に本明細書中に記載のマイクロ流体素子とともに流れ調節を用いることによって、いくつかの利点が得られる。たとえば、質量流量敏感検出器を用いる場合、検体の質量流量を５０倍以上増大させることによって、より高い感度および検出限界の向上がもたらされる。濃度依存検出器を用いる場合は、調節によってカラム流出物が高速であるがほとんど希釈なしで検出器セルを通過することが可能になる。この結果、通常はメイクアップガスの使用に関連付けられる感度損失を伴わずに、比較的大きなセル検出器をナローボアカラムとともに用いることが可能になる。パルス間の検出器バックグラウンド信号を監視する能力は、検出器ドリフト効果を無くし、検出限界および分析安定性を向上させる助けとなり得る。従来の炎光光度検出器を有する調節器用いて、各パルスの後でフレームからの光学的発光の時間ゲートを可能にすることによって、たとえばある一定のパルス化された炎光光度検出器を用いて達成されるのと同様な方法で選択度を向上させてノイズを低減させる機会があり得る。また、良好な流れ調節器はＧＣ×ＧＣシステムの基盤を形成し得る。
【０１６８】
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４３４０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。
【０１６９】
いくつかの実施形態では、２つ以上の充填チャンバが本明細書中に記載の流れ調節方法および本明細書中に記載のマイクロ流体素子で用いられ得る。この構成の一例が図４５Ａおよび図４５Ｂに示される。この素子は、流体流路４５１０を通じて調節ガスに流体連結された３方向切換弁４５１５を含む。切換弁４５１５は流体流路４５２０を通じて第１のチャンバ４５２５に流体連結され、流体流路４５３５を通じて第２のチャンバ４５４０に流体連結される。カラム（図示せず）が入口４５０５を通じて第１のチャンバ４５２５および第２のチャンバ４５４０の各々に流体連結される。チャンバ４５２５は流体流路４５３０および４５５０を通じて検出器（図示せず）に流体連結され、チャンバ４５４０は流体流路４５４５および４５５０を通じて検出器に流体連結される。チャンバ４５２５、４５４０の一方が充填されている間、他方のチャンバは調節ガスでフラッシュされている。この構成によって、切換弁の各周期ごとに２パルスが生成されることになるので、切換弁は同一の性能を達成するのに単一チャンバ設計の半分の速度で共振すればよい。さらに、カラム流出物は常に一方のチャンバを充填しているため、まったく無駄にならない。チャンバ同士の間の調節ガスの小さな流れによって、ガスが流されているチャンバ内への試料蒸気の拡散が防止または減少され得る。検出器への流量は、切換弁がどちらの位置にあっても同一である。
【０１７０】
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３６５０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。
【０１７１】
充填チャンバが存在するいくつかの実施形態では、チャンバ形状は動作状況に適合するように選択され得る。たとえば、チャンバ形状および寸法を選択する際には以下の変数、すなわちカラム流量、調節ガス流量、マイクロ流体素子内の圧力、および切換弁変調周波数が考慮され得る。一例では、カラム流量が０．５から３ｍＬ／ｍｉｎ（たとえば最大内径０．３２ｍｍのカラム）であり、検出器内への流量が約５０ｍＬ／ｍｉｎである場合、これらの仮定によって１７倍から１００倍の範囲の圧縮因子が与えられる。マイクロ流体素子の内圧が約８ｐｓｉｇである場合、溶融シリカ管類片が検出器に接続されて約８ｐｓｉｇで約５０ｍＬ／ｍｉｎを提供し得る。制限器形状は、選択される特定の検出器に依存する。充填チャンバは、パルス化される前のカラムから溶出するカラム流出物をすべて保持するほど十分大きいことが望ましい。マイクロ流体素子内の圧力では、カラムからの最大体積流量は
３×（周囲圧力）／マイクロ流体素子圧力＋周囲圧力）＝３×１５／２３＝〜２ｍＬ／ｍｉｎ
となる。表ＩＩは、８ｐｓｉｇで２ｍＬ／ｍｉｎ流量の、さまざまな切換弁変調周波数に望まれるチャンバ容量を示す。
【０１７２】
【表２】

【０１７３】
マイクロ流体素子のチャネルが高さ８０ミクロンであり、チャンバ長さが約３０ｍｍである場合、チャンバ幅は表ＩＩＩに示されるように選択され得る。
【０１７４】
【表３】

【０１７５】
表ＩＩおよびＩＩＩは指針として示されるが、いずれの仮定も変化し得、それによって選択される厳密な寸法も変わる。
【０１７６】
いくつかの実施形態では、所望の流れ特性を与えるために内部チャンバチャネル形状も選択され得る。たとえば、カラムポートと２つのチャンバの各々との間のマイクロチャネルの形状によって、流体の流れが変化し得る。これらが幅広すぎると、調節ガスが２つのチャンバの間を交差してそれらを同時にフラッシュすることができる。これらが狭すぎると、カラムポートの圧力はカラム流出物の圧力よりも増大するため、流出物が両チャンバ内に分割される。充填中のチャンバ内への調節ガスの流れは非常に低いように（たとえば＜５０μＬ／ｍｉｎ）維持されるべきである。図４７は、このプロセスがマイクロ流体素子を用いて制御され得る一例を示す。マイクロ流体素子４７００は第１のチャンバ４７１０および第２のチャンバ４７１５を含む。マイクロ流体素子４７００は複数のポートも含む。カラム流出物ポート４７４０は第１のチャンバ４７１０および第２のチャンバ４７１５に流体連結される。３方向切換弁（図示せず）がポート４７３０および４７５０に流体連結され、弁の位置に基づいてポート４７３０、４７５０のいずれか一方に調節ガスを供給し得る。調節ガスがポート４７３０に切換えられると、５０ｍＬ／ｍｉｎのガスがチャンバ４７１５を通過し、ポート４７２０に接続された流体流路を通じて検出器へ流れ出る。チャンバ４７１５は大幅な制限を加えるべきではないが、ポート４７２０への流体流路４７５５は制限された流れを提供し得る。ポート４７３０からチャンバ４７１０を流れる調節ガスの流量は、流体流路４７６０によって制御される。チャンバ４７１０およびチャンバ４７１５を流れる調節ガスの流量を決定するのは、流路４７５５および４７６０の相対インピーダンスである。したがって、流体流路４７５５および４７６０の寸法をマイクロチャネルの他の部分の寸法に対して制限または拡大することによって、マイクロ流体素子を流れる所望の流量を与えることができる。
【０１７７】
いくつかの実施形態では、本明細書中に記載のマイクロ流体素子は、たとえばピークを分割するために用いられ得る。たとえば、独立ピークが切取られて異なる検出器（または異なる構成要素）に与えられ得るか、単一ピークが分割されて２つの異なる構成要素に与えられ得る。たとえば、試料内の特定のスピーシーズが高濃度である場合は、ピーク全体を検出器に送るよりも、その試料ピークを分割してその一部を通気孔に送ることが望ましいことがある。そのような分割によって、カラムおよび／または検出器のダイナミックレンジ制限を克服できる。また、大量注入を用い、溶剤ピークを完全に分割（または除去）することによって、検出器に対する過負荷を回避できる。ピーク分割用に構成されたシステムの１つの構成が図４８に示される。システム４８００は、キャリアガス源４８０５および第１のカラム４８１５に流体連結されたインジェクタ４８１０を含む。第１のカラム４８１５はマイクロ流体素子４８２０に流体連結され、マイクロ流体素子４８２０はそれ自体が切換弁４８２５に流体連結される。第２のカラム４８３０はマイクロ流体素子４８２０および検出器４８３５に流体連結される。マイクロ流体素子４８２０は制限器４８４０および通気孔４８４５にも流体連結される。切換弁４８４５の位置に依存して、第１のカラム４８１５から溶出するピークが切取られ、第２のカラム４８３０または通気孔４８４５に与えられ得る。たとえば、汚染ピークまたは溶剤ピークを通気孔４８４５に選択的に与えて、第２のカラム４８３０および検出器４８３５に与えられ得る試料ピークの検出の障害とならないようにすることができる。いくつかの実施例では、ピークの一部が切取られて通気孔に与えられ得る。たとえば、試料中の一成分（または試料中の汚染物質）が他の構成要素よりもかなり高濃度で存在する場合、この高濃度成分は検出器のダイナミックレンジよりも高い濃度で存在し得るため、信号が最大検出信号を超えるとフラットトップピークがもたらされ得る。このピークを２つ以上の部分に分割することによって、濃度は検出器範囲内に入り、その成分がどれだけ試料内に存在するかについてのより正確な評価が与えられ得る。異なるピークは異なる分割量、たとえば２５％、５０％、７５％または他の分割割合であり得る。図４８のシステムでは、通気孔４８４５を通じた排気も可能である。そのような排気によって、大量溶剤に起因する問題を克服できるため、より大量の注入を用いることができる。また、バックフラッシュおよびＭＳ排気機能も本明細書中に記載されるように実行され得る。
【０１７８】
いくつかの実施形態では、システムは異なるピークを分割するように、または異なるピークを２つ以上の検出器に与えるように構成され得る。図４９を参照して、システム４９００は、キャリアガス源４９１０およびカラム４９１５に流体連結されたインジェクタ４９０５を含む。カラム４９１５はマイクロ流体素子４９７５に流体連結される。中間点圧力調整器４９２０は任意にマイクロ流体素子４９７５に流体連結され得る。マイクロ流体素子４９７５は制限器４９２５を通じて第１の検出器４９４０に流体連結され、制限器４９３０を通じて第２の検出器４９４５に流体連結され、制限器４９３５を通じてＭＳ素子４９５０に流体連結される。システムの動作時、ピークが切取られ、一部が第１の検出器４９４０に与えられ、切取られたピークの残りが第２の検出器４９４５に与えられ得る。代替的に、ピークの一部がＭＳ素子４９５０に与えられ得る。いくつかの実施形態では、ピーク全体が異なる検出器に与えられ得る。本開示内容から、システム４９００の他の使用法が当業者に容易に選択されるであろう。
【０１７９】
いくつかの実施形態では、試料はすべての分離の前に分割され得る。そのようなシステムの１つの構成が図５０に示される。システム５０００は、キャリアガス源５０１０に流体連結されたインジェクタ５００５を含む。インジェクタ５００５はマイクロ流体素子５０７５に流体連結される。中間点圧力調整器５０２０は任意に制限器５０１５を通じてマイクロ流体素子５０７５に流体連結され得る。切換ガス源５０２０はマイクロ流体素子５０７５に流体連結され得る。マイクロ流体素子５０７５は第１のカラム５０２５を通じて第１の検出器５０４０に流体連結され、第２のカラム５０３０を通じて第２の検出器５０４５に流体連結され、第３のカラム５０３５を通じてＭＳ素子５０５０に流体連結される。試料はインジェクタ５００５を用いてシステムに注入され、マイクロ流体素子５０７５を用いて異なる成分に分割され得る。分離はカラム５０２５、５０３０および５０３５を用いて実行され得、ピークは対応する検出器に与えられ得る。図５０に示される構成によって、異なる種類の検出器および／または異なる種類のカラム材料を用いた試料の同時分析が可能になる。
【０１８０】
いくつかの実施形態では、ピークの分割によって異なるキャリアガスの使用が可能になる。そのようなシステムの１つの構成が図５１に示される。システム５１００は、第１のキャリアガス源５１１０に流体連結されたインジェクタ５１０５を含む。インジェクタ５１０５は第１のカラム５１１５に流体連結される。切換弁５１２５は、マイクロ流体素子５１５５、スプリッタ５１６０、および第１のキャリアガス源と同一または異なり得る第２のキャリアガス源５１２０に流体連結され得る。マイクロ流体素子５１５５は、第１および第２のキャリアガス源５１１０、５１２０と同一または異なり得る第３のガス源５１４５にも流体連結される。マイクロ流体素子５１５５はさらに、第２のカラム５１４０を通じて第１の検出器５１３５に流体連結され、第３のカラム５１５０を通じて第３の検出器５１６５に流体連結される。図５１のシステムを用いる１つの方法では、第１のガス源５１１０は、１０ｃｍ／ｓｅｃの流量で用いられる窒素であり得る。第２のガス源５１２０も、十分な流量で導入されて約４０ｃｍ／ｓｅｃの第２のカラム５１４０を通る流量を提供し得る窒素であり得る。第２のガス源は、たとえば充填チャンバ５１３０からの流出物を流すために設けられ得る。第３のガス源は水素であり、約４０ｃｍ／ｓｅｃの流量で第３のカラム５１５０に与えられ得る。この構成では、第２および第３のカラム５１４０、５１５０を用いて異なるキャリアガスによって異なる分離が提供され得る。このような異なるキャリアガスは、たとえば、単一種類のキャリアガスによって試料内のすべての成分の好適な分離が提供されない場合に望ましいことがある。
【０１８１】
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１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。
【０１８２】
いくつかの実施形態では、多次元分離は、カラム流出物が分割された後であるがすべての分離が起こるに起こり得る。多次元分析用の分流を用いるシステムの１つの構成が図５３に示される。システム５３００は、キャリアガス源５３０５および制限器５３１５に流体連結されたインジェクタ５３１０を含む。制限器５３１５はマイクロ流体素子５３２０に流体連結され、マイクロ流体素子５３２０はそれ自体が調節ガス源５３２５に流体連結される。マイクロ流体素子５３２０は第１のカラム５３３０を通じて第１の検出器５３３５に流体連結され、第２のカラム５３４０を通じて第２の検出器５３４５にも流体連結される。マイクロ流体素子５３２０は典型的に切換弁（図示せず）とも流体連結しており、切換弁はインジェクタ５３１０からの流体の流れを分割して、分流をシステム５３００の異なるカラムに与え得る。このような分割によって２つのカラム内の異なる分離媒体を用いることができ、単一システムを用いて異なるデータセットおよび異なる分離を提供することができる。
【０１８３】
いくつかの実施例では、多次元分離に用いられるシステム、たとえばＧＣ×ＧＣは３つ以上のカラムを含み得る。３つのカラムを含む１つのシステムが図５４に示される。システム５４００は、キャリアガス源５４０５および第１のカラム５４１５に流体連結されたインジェクタ５４１０を含む。第１のカラム５４１５はマイクロ流体素子５４２０に流体連結され、マイクロ流体素子５４２０はそれ自体が調節ガス源５４２５に流体連結される。マイクロ流体素子５４２０は第２のカラム５４３０を通じて第１の検出器５４３５に流体連結され、第３のカラム５４４０を通じて第２の検出器５４４５にも流体連結される。マイクロ流体素子５４２０は典型的に切換弁（図示せず）とも流体連結しており、切換弁は第１のカラム５４１５からのカラム流出物の流れ（または所望であれば特定のピーク）を分割して、分流をシステム５４００の残りの２つのカラムに与え得る。このような分割によって３つのカラム内の異なる分離媒体を用いることができ、所望であれば、単一システムを用いて異なるデータセットおよび異なる分離を提供することができる。
【０１８４】
いくつかの実施例では、本明細書中に記載の装置、方法およびシステム（またはそれらの一部）は、プロセッサを含むコンピュータまたは他の装置を用いて実現または制御され得るか、本明細書中に記載の装置およびシステムはコンピュータシステムまたはプロセッサに電気的に結合され得る。そのようなコンピュータによって実現される方法は、グラフィカルユーザインターフェイスなどを用いた制御を可能にすることによって、本方法をより使いやすいように実現し得る。また、コンピュータは、流量を監視し、１つ以上の検出器からのデータを受取り、その後の使用のための分離ルーチンを記憶または呼出すために用いられ得る。コンピュータシステムは典型的に、任意に１つ以上のメモリユニットに電気的に結合された少なくとも１つのプロセッサを含む。コンピュータシステムはたとえば、Unix（登録商標）、インテル社のPENTIUM（登録商標）型プロセッサ、モトローラ社のPowerPC、サン社のUltraSPARC、ヒューレット・パッカード社のPA-RISCプロセッサ、またはいずれかの他の種類のプロセッサに基づくコンピュータなどの、汎用コンピュータであり得る。いくつかの実施例では、プロセッサは、入力を受取り、受取った入力に基づいて処理パラメータを出力するようにプログラム可能であり得る安価なプロセッサであり得る。１つ以上のいずれかの種類のコンピュータシステムが技術のさまざまな実施形態に従って用いられ得ることが認識されるべきである。さらに、システムは単一コンピュータ上に配置され得るか、通信ネットワークによって接続される複数のコンピュータ間に分配され得る。汎用コンピュータシステムは、たとえば、制限器長さおよび直径計算、ガス源制御、切換弁制御、温度制御、実行時間などを含むがこれらに限定されない説明された機能のいずれかを実行するように構成され得る。システムは、ネットワーク通信を含む他の機能を実行し得、本技術はいずれかの特定の機能または機能セットを有するように限定されないことが認識されるべきである。
【０１８５】
たとえば、さまざまな局面は、汎用コンピュータシステムで実行される特化ソフトウェアとして実現され得る。コンピュータシステムは、データを記憶するためのディスクドライブ、メモリ、または他の装置などの１つ以上のメモリ装置に接続されたプロセッサを含み得る。メモリは典型的に、コンピュータシステムの動作時にプログラムおよびデータを記憶するために用いられる。コンピュータシステムの構成要素は相互接続装置によって結合され得、相互接続装置は１本以上のバス（たとえば同一機械内に統合された構成要素同士の間）および／またはネットワーク（たとえば別個の離散機械に存在する構成要素同士の間）を含み得る。相互接続装置によって、システムの構成要素同士の間で交換される通信（たとえば信号、データ、指示）が与えられる。コンピュータシステムは典型的に、電気信号が検出器へ、および検出器からコンピュータに与えられ、データを受取って記憶および／または処理し得るように検出器に電気的に結合される。コンピュータシステムはさらに、たとえばキーボード、マウス、トラックボール、マイク、タッチスクリーン、手動スイッチ（たとえばオーバーライドスイッチ）などの１つ以上の入力装置、およびたとえば印刷装置、ディスプレイスクリーン、スピーカーなどの１つ以上の出力装置を含み得る。さらにコンピュータシステムは、（相互接続装置に加えて、または相互接続装置の代わりに）コンピュータシステムを通信ネットワークに接続する１つ以上のインターフェイス（図示せず）を含み得る。
【０１８６】
記憶システムは典型的に、コンピュータ読取可能および書込可能不揮発性記録媒体を含み、この中に、プロセッサによって実行されるプログラム、または当該媒体上もしくは内に記憶されてプログラムによって処理される情報を定義する信号が記憶される。たとえば、特定の分離についてのオーブン温度、流量、切換弁位置および変調周波数が媒体に記憶され得る。媒体は、たとえばディスクまたはフラッシュメモリであり得る。典型的に、動作時、プロセッサは、データが不揮発性記録媒体から別のメモリに読出されるようにして、媒体よりもプロセッサによる情報へのより迅速なアクセスを可能にする。このメモリは典型的に、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）または静的メモリ（ＳＲＡＭ）などの揮発性ランダムアクセスメモリである。これは記憶システム内またはメモリシステム内に配置され得る。プロセッサは一般的に、集積回路メモリ内のデータを操作し、処理完了後にデータを媒体にコピーする。媒体と集積回路メモリ要素との間のデータ移動を管理するためのさまざまなメカニズムが公知であり、本技術はそれらに限定されない。本技術は特定のメモリシステムまたは記憶システムにも限定されない。
【０１８７】
いくつかの実施例では、コンピュータシステムは、たとえば特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）などの特別にプログラムされた専用ハードウェアであり得る。本技術の局面はソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、またはそれらのいずれかの組合せで実現され得る。さらに、そのような方法、作用、システム、システム要素およびその構成要素は、上記のコンピュータシステムの一部として、または独立した構成要素として実現され得る。
【０１８８】
コンピュータシステムは、本技術のさまざまな局面が実践され得る一種のコンピュータシステムとして例示的に説明されるが、局面は例示されるコンピュータシステムで実現されることに限定されないことが認識されるべきである。さまざまな局面は、異なるアーキテクチャまたは構成要素を有する１つ以上のコンピュータで実践され得る。コンピュータシステムは、高水準コンピュータプログラミング言語を用いてプログラム可能な汎用コンピュータシステムであり得る。コンピュータシステムは、特別にプログラムされた専用ハードウェアを用いても実現され得る。コンピュータシステムにおいて、プロセッサは典型的に、インテル社から入手可能な周知のPentium（登録商標）クラスプロセッサなどの市販プロセッサである。多くの他のプロセッサが入手可能である。そのようなプロセッサは通常、たとえばマイクロソフト社から入手可能なWindows（登録商標） 95、Windows（登録商標） 98、Windows（登録商標） NT、Windows（登録商標） 2000（Windows（登録商標） ME）、Windows（登録商標） XPまたはWindows（登録商標） Vistaオペレーティングシステム、アップルコンピュータ社から入手可能なMAC OS System Xオペレーティングシステム、サンマイクロシステムズ社から入手可能なSolarisオペレーティングシステム、またはさまざまなソースから入手可能なUNIX（登録商標）もしくはLinuxオペレーティングシステムなどのオペレーティングシステムを実行する。多くの他のオペレーティングシステムが用いられ、いくつかの実施形態では単純な指令または指示セットがオペレーティングシステムとして機能し得る。
【０１８９】
いくつかの実施例に従って、プロセッサおよびオペレーティングシステムはともに、高水準プログラミング言語のアプリケーションプログラムが書込まれ得るコンピュータプラットフォームを定義し得る。本技術は特定のコンピュータシステムプラットフォーム、プロセッサ、オペレーティングシステム、またはネットワークに限定されないことが理解されるべきである。また本開示内容から、本技術は特定的なプログラミング言語またはコンピュータシステムに限定されないことが当業者にとって自明であるべきである。さらに、他の適切なプログラミング言語および他の適切なコンピュータシステムも使用可能であることが認識されるべきである。いくつかの実施例では、ハードウェアまたはソフトウェアは、認知アーキテクチャ、ニューラルネットワークまたは他の好適なインプレメンテーションを実現するように構成される。
【０１９０】
コンピュータシステムの１つ以上の部分は、通信ネットワークに結合された１つ以上のコンピュータシステム全体に分配され得る。これらのコンピュータシステムは汎用コンピュータシステムでもあり得る。たとえば、サービス（たとえばサーバ）を１つ以上のクライアントコンピュータに提供するように、またはタスク全体を分配システムの一部として実行するように構成される１つ以上のコンピュータシステム同士の間に、さまざまなアスペクトが分配され得る。たとえば、さまざまなアスペクトは、さまざまな実施形態に従ってさまざまな機能を実行する１つ以上のサーバシステム同士の間に分配された構成要素を含むクライアントサーバまたは複層システムで実行され得る。これらの構成要素は、通信プロトコル（たとえばＴＣＰ／ＩＰ）を用いて通信ネットワーク（たとえばインターネット）上で通信する、実行可能な、中間の（たとえばＩＬ）または解釈済みの（たとえばJava（登録商標））コードであり得る。本技術はいずれかの特定のシステムまたはシステム群の実行に限定されないことも認識されるべきである。また、本技術はいずれかの特定の分配アーキテクチャ、ネットワーク、または通信プロトコルに限定されないことも認識されるべきである。
【０１９１】
いくつかの実施例に従って、さまざまな実施形態は、SmallTalk、Basic、Java（登録商標）、C++、Ada、またはC＃（C-Sharp）などのオブジェクト指向プログラミング言語を用いてプログラム化され得る。他のオブジェクト指向プログラミング言語を用いてもよい。代替的に、機能的な、スクリプティングおよび／またはロジカルプログラミング言語を用いてもよい。さまざまな構成が非プログラム化環境で実現され得る（たとえばHTML、XMLまたは他のフォーマットで作成されたドキュメントは、ブラウザプログラムのウィンドウで見ると、グラフィカルユーザインターフェイス（ＧＵＩ）のアスペクトをレンダリングしたり、他の機能を実行したりする）。いくつかの構成はプログラム化または非プログラム化要素として、またはそれらのいずれかの組合せとして実現され得る。
【０１９２】
いくつかの実施例では、ユーザインターフェイスは、ユーザが所望の流量、管類の長さおよび直径、カラムの種類、溶剤グラジエントラン、ならびにガスまたは液体クロマトグラフィー分離の開始前に一般に入力されるその他の情報を入力可能なように提供され得る。ユーザインターフェイスに含める他の特徴は、本開示内容から当業者によって容易に選択されるであろう。
【０１９３】
いくつかの実施形態では、本明細書中に記載のマイクロ流体素子は、任意にマイクロ流体素子の使用指示とともにキット内にパッケージ化され得る。いくつかの実施例では、キットはさらに、本明細書中に記載の流れ制御または調節を実現するのに好適なアルゴリズムを含むコンピュータ読取可能媒体を含み得る。キットはさらに、システム内の所望の流量を促進するための所望の長さまたは直径の取付具、管類、制限器などを含み得る。いくつかの実施例では、１つ以上の分離カラムもキットに含まれ得る。
【０１９４】
本明細書中に記載の技術の新規で有用な特徴のいくつかをさらに例示するため、いくつかの特定的な実施例が以下に説明される。
【０１９５】
実施例１
管類直径アルゴリズムを実証するため、溶融石英管類の長さ（内径１５０ミクロンとして示される）を、ヘリウムと窒素のキャリアガスを用いて検査した。流量対絶対印加圧力の二乗に最小二乗線形適合を適用して、式（１７）の定数ｂの値を確定し、式（１８）からｄ_cを計算した。周囲圧力はその場所のデジタルパラメータから求め、周囲温度における粘度は表から採用した。この結果が表ＩＶ（ヘリウムガス）およびＶ（窒素ガス）に示され、長さＬの減少順に列挙されている。
【０１９６】
【表４】

【０１９７】
【表５】

【０１９８】
表ＩＶおよびＶから、制限器管類が漸進的に短くなるにつれて、内径について高度に不変の値が達成されることが分かる。平均値（ヘリウムについては１５２．３μｍ、窒素については１５２．６μｍ）は非常に近似しており、計算精度も良好である（ヘリウムについては０．４９％ＲＳＤ、窒素については０．４０％ＲＳＤ）。
【０１９９】
これらの結果の精度を確認するため、流れ測定検査時に除去された溶融石英管類の部分を５００倍拡大顕微鏡で調べ、真の直径を顕微鏡写真法で求めた。図５５は溶融石英管類の一部の端の顕微鏡写真を示しており、１０ミクロンの目盛分割のグラティキュールが重ね合せられている。表ＶＩは、顕微鏡による手動測定の結果を示す。これらの測定結果は、表ＩＶおよびＶの計算値と非常に近似している。
【０２００】
【表６】

【０２０１】
したがって、流体クロマトグラフィーシステムで用いられる管類の真のサイズをよりよく求めるために、システム内で用いられるカラムや制限器などの管類の真の内径を正確に評価するための較正プロトコルが実行され得る。
【０２０２】
実施例２
上記の式に基づいたアルゴリズムを用いて移送ラインおよびカラムを流れるガスの流量を制御する熱脱着システムの結果が図５６に示される。カラムから溶出するガスの質量流が炎光光度検出器によって直接的に監視され得るように、キャリアガスに固定濃度のメタンをドープした。図５６は、一定の圧力制御、および次に一定の流れ制御を用いたカラム温度プログラム時の検出器信号のプロットを示す。これらのプロットから分かるように、質量流量は一定の流れ制御が用いられるプログラム中は適度に一定である。
【０２０３】
図５６では、カラム温度の上昇に伴って流量を制御した。カラムにメタンを加え、その結果得られた信号を用いて、検出器反応を流量の関数として監視した。オーブンを４０℃にまで熱し、この温度で１分間維持した。そして、温度を毎分１０℃上昇させ、最終温度３００℃まで上昇させた。最終温度を１０分間維持した。曲線５６１０は実際の流量を表し、曲線５６２０は予想流量を表し、曲線５６３０は流れ制御を用いない（一定の圧力制御は用いた）場合の流量を表す。圧力制御を用いた場合、流量は所望の流量から大きく異なった。本明細書中に記載の流れ制御アルゴリズムを実行した場合、流量は所望の流量に近似した。
【０２０４】
実施例３
図３４および図３５Ａ−図３５Ｃは、本明細書中に説明されるように変調が行なわれた場合のクロマトグラフィーピークを示す。図３４を参照して、単一ピークが示される。変調によってピークが複数の個別変調部分に分けられる。変調は、図３３Ａおよび図３３Ｂの制御部および図１１のマイクロ流体素子を用いて１０Ｈｚで実行した。使用したカラムは３０ｍ×０．２５ｍｍ×０．２５ミクロンのメチルシリコーンカラムである。移動層としてヘリウムを用いた。入口圧力は４０ｐｓｉｇであり、中間点圧力は３０ｐｓｉｇ（ヘリウムガス）であった。オーブンを３５℃にまで熱し、この温度で１分間維持した。次にこの温度を毎分１０℃上昇させ、３００℃にまで上昇させた。２７５℃の高速ＦＩＤ検出器を用いてピークを検出した。１００ｍＬ／ｍｉｎ分割インジェクタを用いて、１マイクログラム／マイクロリットルＮＩＯＳＨ芳香族化合物（０．２マイクロリットルを注入）である試料を導入した。
【０２０５】
図３５Ａ−図３５Ｃを参照して、３つの異なる記録が示される。図３５Ａには、第１のカラムからの試料流出物を表す２つのピーク３５１０、３５２０が示される。図３５Ｂには、第２のカラムからの試料流出物を表す単一ピーク３５３０が示される。これらのピークは、本明細書中に記載の変調技術を用いて同時に分析され得る。図３５Ｃを参照して、異なる試料の変調された出力が示され、たとえば、第１および第２のカラムからの試料が単一の出力に与えられ得る。ピーク３５１０および３５３０は、変調された信号群３５４０に示されるように互いに重複するか、変調された出力で交錯する。ピーク３５２０は変調ピーク３５５０として示される。このように、異なるカラムからの試料ピークが同時に分析され得る。
【０２０６】
実施例４
内部バイパス制限器を含んだマイクロ流体素子が図５７に示される。結果として得られるマイクロ流体素子（図５７）は複数のポート５７０５、５７１０、５７１５、５７２０、５７２５および５７３０を含んでいた。ポート５７０５はカラムからの流出物を受取るように設計される。電磁弁からの切換ガスはポート５７１５および５７２５の各々に接続され得る。出口ポート５７１０および５７３０は、カラムまたは制限器または他の素子に接続され得る。内部バイパス制限器５７５０は、内部マイクロ流体チャネルの他の部分５７６０よりも直径が小さい。この内部バイパス制限器用に選択される特定の直径および長さによって、マイクロ流体素子を用いた流れ制御が可能になる。
【０２０７】
本明細書中に開示される実施例の要素を紹介する際、“a”、“an”および“the”という語は１つ以上の要素があることを意味するよう意図されている。また、「備える」、「含む」および「有する」という用語はオープンエンドであり、列挙した要素以外の付加的な要素があり得ることを意味するよう意図されている。本開示内容から、実施例のさまざまな構成要素が他の実施例のさまざまな構成要素と相互交換可能であるか、置換可能であることが当業者に認識されるであろう。
【０２０８】
いくつかの特徴、局面、実施例および実施形態が上記で説明されたが、本開示内容から、開示された例示的な特徴、局面、実施例および実施形態の追加、置換、修正、および変更が当業者に容易に認識されるであろう。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
クロマトグラフィーシステム内の流体の流れを調節する方法であって、切換弁を第１の位置または第２の位置に作動させるステップを含み、前記第１の位置によって、調節ガス源からマイクロ流体素子の第１の充填チャンバへの流体の流れが可能になり、前記第１の充填チャンバからのカラム流出物が、前記マイクロ流体素子に流体連結された検出器に与えられ、前記第２の位置によって、前記調節ガス源から前記マイクロ流体素子の第２の充填チャンバへの流体の流れが可能になり、前記第２の充填チャンバからのカラム流出物が、前記マイクロ流体素子に流体連結された前記検出器に与えられる、方法。
【請求項２】
前記切換弁は、約１０Ｈｚから約１００Ｈｚの周波数で作動される３方向電磁弁である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記検出器と前記マイクロ流体素子との間に制限器を有するように前記システムを構成することによって前記システム内の圧力を平衡化するステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の充填チャンバからの前記カラム流出物を、前記マイクロ流体素子に流体連結された第１の検出器に与えるステップと、前記第２の充填チャンバからの前記カラム流出物を、前記マイクロ流体素子に流体連結された第２の検出器に与えるステップとをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の検出器と前記マイクロ流体素子との間に第１の制限器を有するように、かつ前記第２の検出器と前記マイクロ流体素子との間に第２の制限器を有するように前記システムを構成することによって前記システム内の圧力を平衡化するステップをさらに備える、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第１および第２の充填チャンバの各々を前記マイクロ流体素子内の内部チャンバとして構成するステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記調節ガス源からの流体流量を、前記第１および第２の充填チャンバ内への前記カラム流出物の流体流量よりも少なくとも５倍大きくするように構成するステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
第１の充填チャンバおよび第２の充填チャンバを有する内部マイクロチャネルを含むマイクロ流体素子を備えるシステムであって、前記第１の充填チャンバおよび前記第２の充填チャンバの各々は、前記マイクロ流体素子の入口ポートおよび出口ポートに各々が流体連結され、前記システムはさらに、
前記マイクロ流体素子の前記内部マイクロチャネルに流体連結された切換弁を備え、前記切換弁は、第１の位置にあるときに、調節ガスが前記入口ポートを通って前記第１の充填チャンバに流れることを可能にして、前記第１の充填チャンバからのカラム流出物を前記マイクロ流体素子の前記出口ポートに与えるように、かつ第２の位置にあるときに、調節ガスが前記入口ポートを通って前記第２の充填チャンバに流れることを可能にして、前記第２の充填チャンバからのカラム流出物を前記マイクロ流体素子の前記出口ポートに与えるように構成される、システム。
【請求項９】
前記マイクロ流体素子の前記出口ポートに流体連結された検出器をさらに備える、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記検出器は質量分析計である、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記切換弁は３方向電磁弁である、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記質量分析計および前記切換弁に電気的に結合され、前記質量分析計の検出器読取値を前記３方向電磁弁の調節と同期させるように構成された制御部をさらに備える、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記マイクロ流体素子に流体連結されたインジェクタをさらに備える、請求項８に記載のシステム。
【請求項１４】
前記マイクロ流体素子は積層ウェハとして構成される、請求項８に記載のシステム。
【請求項１５】
第１のカラムに流体連結された第１のインジェクタと、
第２のカラムに流体連結された第２のインジェクタと、
第１のポートを通じて前記第１のカラムに流体連結され、第２のポートを通じて前記第２のカラムに流体連結されたマイクロ流体素子とを備えるシステムであって、前記マイクロ流体素子は、前記第１のポートに流体連結された第１の充填チャンバおよび前記第２のポートに流体連結された第２の充填チャンバを含み、前記システムはさらに、
前記マイクロ流体素子および調節ガス源に流体連結された切換弁を備え、前記切換弁は、第１の位置にあるときに、前記調節ガス源からの調節ガスの流れを可能にして、前記第１の充填チャンバからの流出物を、前記マイクロ流体素子に流体連結された検出器に与えるように構成され、前記切換弁はさらに、第２の位置にあるときに、前記調節ガス源からの前記調節ガスが前記第２の充填チャンバに流れることを可能にして、前記第２の充填チャンバからの流出物を、前記マイクロ流体素子に流体連結された前記検出器に与えるように構成される、システム。
【請求項１６】
前記第１の充填チャンバに流体連結された第１の検出器、および前記第２の充填チャンバに流体連結された第２の検出器を有するように前記システムを構成するステップをさらに備える、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記切換弁は前記第１または第２の位置に作動されて、前記第１の充填チャンバからパルス化された流れを前記検出器に与え、前記第２の充填チャンバからパルス化された流れを前記検出器に与えるように構成される、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
前記切換弁は３方向電磁弁である、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記検出器は質量分析計である、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２０】
前記質量分析計および前記切換弁に電気的に結合され、前記質量分析計の検出器読取値を前記切換弁の調節と同期させるように構成された制御部をさらに備える、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
クロマトグラフィーシステム内に用いられる流体流量を選択するステップと、
選択された前記流体流量を提供するための前記クロマトグラフィーシステム内のカラムの内径を求めるステップとを含む、方法。
【請求項２２】
前記カラムの前記内径は、
【数１】

を用いて計算され、式中、ｄ_cは前記カラムの前記内径であり、Ｌはカラム長さであり、ｐ_aは絶対圧力であり、ηはキャリアガスの粘度であり、ｂは定数である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
クロマトグラフィーシステム内に用いられる流体流量を選択するステップと、
選択された前記流体流量を提供するための前記クロマトグラフィーシステム内の制限器の寸法を求めるステップとを備える、方法。
【請求項２４】
前記寸法は前記制限器の制限器内径であり、前記内径は以下の式
【数２】

を用いて計算され、式中、ｄ_rは前記制限器の前記内径であり、Ｌは制限器長さであり、ｐ_aは絶対圧力であり、ηはキャリアガスの粘度であり、ｂは定数である、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記寸法は制限器長さであり、前記制限器長さは以下の式
【数３】

を用いて計算され、式中、Ｌ_r1はオーブンの内部の前記制限器の長さであり、Ｌ_r2は検出器の内部の前記制限器の長さであり、η_r1はオーブン温度におけるキャリアガスの粘度であり、η_r2は検出器温度おけるキャリアガスの粘度であり、Ｔ_r1は前記オーブンの絶対温度であり、Ｔ_r2は前記検出器の絶対温度であり、ｐ_iは入口圧力であり、ｐ_orは出口圧力であり、Ｆ_aは流量である、請求項２３に記載の方法。

【図１Ａ】

【図１Ｂ】

【図２】

【図３Ａ】

【図３Ｂ】

【図３Ｃ】

【図４Ａ】

【図４Ｂ】

【図４Ｃ】

【図４Ｄ】

【図４Ｅ】

【図５】

【図６】

【図７】

【図８Ａ】

【図８Ｂ】

【図９Ａ】

【図９Ｂ】

【図１０】

【図１１】

【図１２】

【図１３】

【図１４Ａ】

【図１４Ｂ】

【図１５Ａ】

【図１５Ｂ】

【図１６】

【図１７】

【図１８】

【図１９】

【図２０】

【図２１】

【図２２】

【図２３】

【図２４】

【図２５】

【図２６Ａ】

【図２６Ｂ】

【図２７】

【図２８】

【図２９】

【図３０Ａ】

【図３０Ｂ】

【図３１】

【図３２Ａ】

【図３２Ｂ】

【図３２Ｃ】

【図３２Ｄ】

【図３３Ａ】

【図３３Ｂ】

【図３４】

【図３５Ａ】

【図３５Ｂ】

【図３５Ｃ】

【図３６】

【図３７】

【図３８】

【図３９】

【図４０】

【図４１】

【図４２】

【図４３Ａ】

【図４３Ｂ】

【図４４Ａ】

【図４４Ｂ】

【図４５Ａ】

【図４５Ｂ】

【図４６】

【図４７】

【図４８】

【図４９】

【図５０】

【図５１】

【図５２Ａ】

【図５２Ｂ】

【図５３】

【図５４】

【図５５】

【図５６】


【図５７】

【公表番号】特表２０１１−５２４００８（Ｐ２０１１−５２４００８Ａ）
【公表日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５１１７８１（Ｐ２０１１−５１１７８１）
【出願日】平成２１年５月２７日（２００９．５．２７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０４５３００
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１５４９８４
【国際公開日】平成２１年１２月２３日（２００９．１２．２３）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．Ｌｉｎｕｘ
【出願人】（５０５３５９５０６）パーキンエルマー・ヘルス・サイエンシズ・インコーポレーテッド (28)
【氏名又は名称原語表記】ＰＥＲＫＩＮＥＬＭＥＲ　ＨＥＡＬＴＨ　ＳＣＩＥＮＣＥＳ，　ＩＮＣ．