JPH01199155A - 液体クロマトグラフィー用充填剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は液体クロマトグラフィー用充填剤に関する。更
に詳しくは、特定の層間カチオンを有する球状の粘土鉱
物及びそれらを焼成して得られる新規な液体り０マドグ
ラフイー用充填剤である。

そしてこれを用いることにより従来の充填剤では分離が
困難であった各種物質が効率良く分離、分析で鎗、ざら
に短時間で効率よく分取精製可能な新規な液体クロマト
グラフィー用充填剤を提供するものである。

［従来の技術］ 液体クロマトグラフィーは、その分離機構により、大き
くは吸着クロマトグラフィーと分配クロマトグラフィー
に分類される。分配クロマトグラフィーは更に、溶離液
と充填剤の極性の関係から順相分配クロマトグラフィー
と逆相分配クロマトグラフィーとに分けられる。

吸着及び順相分配クロマトグラフィーにおける充填剤と
しては、いずれも巨大孔と微細孔が綱目状に分布した全
多孔性シリカ系がほとんどであり、その他アルミナ系及
びスチレンジビニルベンゼン、ヒドロキシメタクリレー
トなどのポーラスポリマー系、また特殊な用途として水
酸化カルシウム粉末、リン酸カルシウムゲルなどが用い
られている。

逆相分配クロマトグラフィー用充填剤としては、ＯＤＳ
に代表されるように、前記充填剤（例えばシリカ）を担
体とし、これにオクタデシル基等のアルキル基等を化学
結合させたものが多く用いられている。

一方、充填剤の粒子の形状には、球形と不定形があるが
、一般に、球形充填剤は高密度に再現性よく充填するこ
とができることから、カラム効率が良い。

［発明が解決しようとする課題］ 吸着及び順相分配クロマトグラフィーでは、孔径６０人
ないし１００人、比表面積約３００〜５００ｍ２／ｇの
シリカゲルが最も広く普及している。シリカゲル表面の
活性点はシラノール基（５ｉ−ＯＨ）で、このシラノー
ル基に対する溶質分子の官能基の吸着エネルギーが重要
な要因となっている。従って、その適用は酸素、窒素原
子を含む官能基（カルボニル基、水酸基、アミノ基など
）を少数個もつ非イオン性分子に限られ、このような意
味からシリカゲル充填剤は中間極性をもつ、中位の分子
量の溶質に良好に適用される。このようなことからイオ
ン性物質や極性の強い物質には自ずとその適用範囲に限
界がある。

一方、ポーラスポリマーはポリマーの種類により溶質分
子と特殊な相互作用をして、シリカゲル充填剤とは異な
った分離様式を示し、シリカゲル充填剤では分離が困難
であった溶質分子の分離も可能となる場合も多い。しか
しながら、ポリマーの溶解や膨潤などにより、分離効率
が低下するといった欠点をもっている。また、耐圧性も
シリカゲル充填剤には劣る。

また、シリカ表面にアルキル基を導入した従来の逆相分
配液体クロマトグラフィー用充填剤においては、シラノ
ール基とアルキルクロルシランとの反応が完結せずシラ
ノール基が１０〜２０％残存して逆相分配液体クロマト
グラフィーにおいて太きな問題点となっている。すなわ
ち、残存シラノール基が存在すると、極性物質との相互
作用が強く起こり、このため、分析や分取において極性
化合物のピークは輻尋となり、ざらにテーリング現象が
起きる。ざらに、残存シラノール基は、極性の大きい化
合物と非可逆的な吸着を起こすので、このために充填カ
ラム６劣化が早（なる。ざらに、残存シラノール基の存
在およびシリカ質の存在により、耐酸性および耐アルカ
リ性が弱く、使用できる移動相溶媒のＰＨ領領域、従来
の充填カラムの場合、ｐＨ２〜７に制限される等の数多
くの問題点が存在している。このため、従来の充填カラ
ムの一部には、ジメチルオクタデシルクロルシランある
いはジメチルオクチルクロルシランとの反応の後で、残
存シラノール基を封鎖するために、再度トリメチルクロ
ルシラン（ＴＭＳ）等で処理したものもある。しかしな
がら、トリメチルシリル化処理によっても、残存シラノ
ール基を完全になくすことはできない。

本発明者らは、このような事情に鑑み鋭意研究を重ねた
結果、水膨潤性粘土鉱物の層間イオンをナトリウム以外
の他の金属または有機イオンに実質的に交換した球状の
粘土鉱物を充填剤として用いることにより、吸着及び順
相分配クロマトグラフィーにおいては従来のシリカゲル
充填剤やポーラスポリマーでは分離が困難であった物質
も効率良（分離できることを、また逆相分配クロマトグ
ラフィーにおいてはシラノール基の影響が無いため、塩
基性物質や強い極性の物質のピークがシャープで、長期
にわたって使用可能であることを見出し、この知見に基
づいて本発明を完成するに到った。

［課題を解決するための手段］ すなわち本発明は、水Ｗ潤性粘土鉱物の層間イオンがナ
トリウムイオン以外の他のカチオンで実質的に置換され
てなる球状の粘土鉱物からなる液体クロマトグラフィー
用充填剤、および該粘土鉱物を焼成して得られる焼成粘
土鉱物からなる液体クロマトグラフィー用充填剤を提供
するものである。

以下、本発明の構成について詳述する。

本発明に用いる水膨潤性粘土鉱物は、スメクタイト属に
属する層状ケイ酸塩鉱物であり、モンモリロナイト、バ
イデライト、ノントロナイト、サボナイト及びヘクトラ
イト等であり、天然又は合成品のいずれでもよい。具体
的には、クニビア、スメクトン（クニミネ工業）、ビー
ガム（パンダービルト社）、ラポナイト（ラボルテ社）
、フッ累日ケイ素雲母（トビ−工業）等が利用できる。

本発明の実施にあたっては、これらの水膨潤性粘土鉱物
のうちから、一種または二種以上が任意に選択される。

クロマトグラフィー用充填剤としては、比表面積の大き
い粉末である程、吸着容量が太き（、溶質分子を強く保
持することができ充填剤として適している。このような
意味から、合成品である水ｌ！ｌｉ潤性粘土鉱物が適し
ており、たとえば合成サボナイトであるスメクントや合
成ヘクトライトであるラポナイトが特に好ましい。

水膨潤性粘土鉱物は粉末表面やその層間マ各種極性分子
と特殊な相互作用をする性質があり、そのため溶質分子
に対する選択性が吸着及び順相分配クロマトグラフィー
におけるシリカゲル充填剤や逆相分配クロマトグラフィ
ーにおけるアルキル基を化学結合きせた従来の充填剤と
は異なっており、新しいタイプの充填剤となっている。

また−般にシリカ表面は酸性であるため、塩基性物質と
特異的な吸着をし、このような物質ではピークはテーリ
ングしてくる。これに対して、粘土鉱物表面は塩基性で
あるため、塩基性物質に対しシャープなピークを得るこ
とができる。

液体クロマトグラフィー用充填剤としては、球形である
程カラム効率が良くなる。本発明に係る充填剤も球形で
あることを特徴とする。

本発明に係る充填剤を得る簡便な方法としてはまず、球
形の水膨潤性粘土鉱物を得、その後、層間の交換可能な
カチオンをナトリウム以外のカチオンで置換する方法が
あげられる。球形の水膨潤性粘土鉱物を、得るには噴霧
乾燥法によるのが良い。

これを用いることにより、簡便で比較的粒径の整つた球
形の粘土鉱物が得られる。

すなわち、水膨潤性粘土鉱物を水性溶媒中に分散してゲ
ル化し、しかる後に該分散液を噴！乾燥する方法である
。

上記ゲルを調製するにあたっては水膨潤性粘土鉱物の濃
度が２０重量％以下になるようにすることが望ましく、
特に望ましくは１〜１０重量％である。

２０重量％を越える濃度ではゲル粘度が２高く、噴霧乾
燥時の噴霧ノズルへの液の送りが難しく、またノズルの
目づまり等が生じてしまう。

また上記ゲルの調製に際しては、水膨＆Ｉ憔粘土鉱物が
十分に分散、膨潤するように十分撹拌することが好まし
い。分散、膨潤が不十分な場合は噴霧乾燥時にノズルの
目づまりや、得られた球状粘土鉱物がふぞろいとなる場
合があり好ましくない＝噴霧乾燥に際しては、ディスク
タイプや加圧ノズル式、２流体ノズル式などの一般的噴
霧乾燥法が適用できる。

いずれの場合も噴霧時の入口空気温度は、粘土鉱物が３
００℃位までは熱的に十分安定であることから、１５０
〜３００℃程度の広い温度範囲が設定できる。

また排気温度はノズルからの噴霧流量などによって規定
されるが、大旨１００℃前後で良い。こうして得られる
球状粘土鉱物の粒子径は２〜２０μｍである。

これらの、水膨潤性粘土鉱物の層間には、通常ナトリウ
ムイオンやリチウムイオンなどのカチオンが存在し、水
膨潤性粘土鉱物全体を電気的に中和しているが、これら
のカチオンは交換性であり、容易に他のカチオンと置き
換わることができる。

こ、のカチオン交換容量は水［ｉ性粘土鉱物の！類によ
っても異なるが、粘土鉱物１００ｇ当り大兄６゜から１
５０ミリ当量であ払。さらにこのように他の金属カチオ
ンや有機カチオンに置き換わった粘土鉱物は水膨潤性が
無くなり、水と接してもゲルとはならず粉末として存在
している。前記のようにして得られた球状の粘土鉱物そ
のままでは、水に接すると膨潤し充填剤として適当でな
い。本発明の充填剤は、この粘土鉱物の層間イオンを他
の金属カチオンや有機カチオンに換え、水膨潤性を無く
して充填剤として用いるものである。本発明の充填剤は
、吸着、順相分配、又は逆相分配クロマトグラフィーの
いずれにおいても用いることができるが、層間が有機カ
チオンの場合、より疎水的な充填剤となり逆相分配クロ
マトグラフィーに特に適している。

ナトリウム以外の金属カチオンとしては、銀、ルビジウ
ム、セシウムなどの一層カチオン、カルシウム、銅、亜
鉛、コバルト、カドミウム、ニッケルなどの二価カチオ
ンやアルミニウム、鉄、ルテニウムなどの三価カチオン
などが用いられる。

有機カチオンとしては、ベンジルジメチルステアリルア
ンモニウムクロライド、ジメチルジステアリルアンモニ
ウムクロライド、トリメチルステアリルアンモニウムク
ロライド等の四級アンモニウム塩などを用いることがで
きる。

層間カチオンの交換方法としては、水や有機溶媒に金属
イオンや有機カチオンの塩を溶解し、そこに球状の水膨
潤性粘土鉱物を分散し、撹拌する。

その後、粘土鉱物を分離し、洗浄し、しかる後に乾燥す
ればよい。

ここで用いる金属イオンや有機カチオンの塩としては、
これらの塩化物、硝酸塩、硫酸塩など溶解性のものであ
ればいずれでもよい。有機溶媒としては、エタノール、
メタノール又はアセトンなど一般的なものが用いられる
。

製造時の水膨潤性粘土鉱物の濃度は、特に制限はないが
２０重量％以上になると、撹拌が困難となり、イオン交
換が行なわれ難くなる。分散液中の金属イオンや有機カ
チオンの量は、水膨潤性粘土鉱物のカチオン交換容量以
上であることが望ましい。イオン交換反応を行なう際の
分散液の温度は、何度でもよ（、通常室温で充分である
。乾燥温度は、有機カチオン及び粘土鉱物の分解温度以
下であれば何度でもよい。

１ざらに、これらの粉末を焼成して用いても良い。

焼成温度、焼成時間は用いた粘土鉱物や分離しようとす
る溶質分子に応じて選択されるが、球状粉末が互いに焼
結を起こす温度以下であることが必要である。層間イオ
ンが金属イオンの場合、焼成により耐溶剤性は増す。

このようにして得られた球状粘土鉱物の層間イオンがナ
トリウム以外の他のカチオンで実質的に置換されている
ことは、次のようにして確認できる。即ち層間イオンが
金属カチオンの場合には、原子吸光等を用いて元素分析
すれば容易に交換したカチオンの量を確認できる。同様
に層間イオンが有機カチオンの場合には、層間隔をＸ線
回折測定から求めることにより層間隔の拡大をもって置
換されたことが確認できる。

本発明の充填剤は必要に応じて通常の乾式分級法により
分級して液体クロマトグラフィー用充填剤として利用さ
れる。

［発明の効果］ 本発明の球状の粘土鉱物からなる充填剤は、−般に用い
られるシリカを担体とした充填剤に比べて、表面シラノ
ール基の影響が無いため、特に塩基性分子や極性分子に
対してラヤープなピークが得られ、また層間に交換した
カチオンにより、各々独特の分離特性をもたせることが
できる。またこれらの分子に対し幅広い溶離液で溶出可
能であり、加えて球状であることがらカラム効率が格段
に良い新規な液体クロマトグラフィー用充填剤である。

〔実施例］ 次に本発明の一層の理解のために、実施例をあげて更に
詳細に説明する。本発明はこれらによって限定されるも
のではない。

実施例１ ラポナイトＸＬＧ３００ｇをイオン交換水１０Ｌに撹拌
しながら分散させる。得られたゲルをディスク式噴霧乾
燥実験器によりディスク回転数２０．ＯＯＯｒｐｍ。

入口空気温度約２００℃、排気温度約１１０℃で噴霧乾
燥したところ、２〜２０μｍの球状粉末が２４０ｇ得ら
れた。このものの走査型電子顕微鏡写真を図１に示す。

この球状粘土鉱物を乾式分級機ＴＡＲＢＯＣＬＡＳＳＩ
ＦＩＨＥＲＴＣ−１５８（日清エンジニアリング社製）
を用いて分級し、５〜１０ｕＩ１１の粒径の粉末を６０
ｇを得た。

実施例２ エタノール５００ｄに塩化カルシウム（２水和物）２．
２１　ｇを溶解し、実施例１で得られた分級した球状粘
土鉱物１０ｇを分散し、４時間攪拌する。その後、濾過
し水で洗浄し、８０℃で乾燥して球状粉末を得た。この
もののカルシウム量を原子吸光を用いて求めたところ２
．２重量％であり、はぼ１００％カチオン交換が行なわ
れたことが確認された。次いで該粉末５ｇをパッカーと
ポンプを用いて、内径４．６１および長き２５ｃｍのス
テンレススチール製カラムに平衡スラリー法で充填し、
充填カラムを作成した。

本カラムを高速液体クロマトグラフに接続し、移動相と
して、ｎ−ヘキサン：エタノール（９０：　１０）を毎
分１１１ｔで流し、炭化水素、エステル、ニトロ化合物
およびアミ′ノ化合物の代表として、トルエン、安息香
酸メチル、ニトロベンゼンおよびアニリンを選び、これ
らの標準混合物を注入し、Ｕｖ検出器を用いて２８０ｎ
ｍで検出し、クロマトグラムを得た。これを第２図に示
す。この図のように、これらの物質が良好に分離されて
いる。

比較例１ 市販シリカゲル充填カラム（細孔６０人、粒径５μ論）
を用いて、実施例２と同じ条件で同じ物質を分析した。

このクロマトグラムを第３図に示す。

トルエン、安息香酸メチル、ニトロベンゼンはシリカ表
面との水素結合がほとんど無い事より同じような小さな
保持時間をもち、一方アニリンはシリカ表面との強い吸
着により、これらの分子より大きな保持時間をもってい
る。

このように、本発明の充填剤は塩基性であるアニリンに
対し、シリカゲル充填剤のように特異的な吸着をしない
ため、これらの分子の分離が極めてよい。

実施例３ エタノール５００　ｄに塩化第二鉄（無水）４．８７ｇ
を溶解し、実施例１で得られた球状粘土鉱物１０ｇを分
散し、４時間攪拌する。その後、濾過水洗し、８０℃で
乾燥した後、５００℃で４時間焼成し、実施例２と同様
にカラムに充填し、充填カラムを作成した。

本カラムを高速液体クロマトグラフに接続し、移動相と
して、水：メタノール（２０：８０）を毎分１ｄで流し
、ナフタレンとアントラセンを注入し、Ｕ■検出器を用
いて２５４ｎｍで検出し、クロマトグラムを得た。これ
を第４図に示す。この図のように、これらの物質が良好
に分離されている。

実施例４ エタノール５００＋ｄにトリメチルモノステアリルアン
モニウムクロライド１０．４４ｇを溶解し、実施例１で
得られた分級した球状粘土鉱物１０ｇを分散し、４時間
攪拌した。その後、濾過し水で洗浄し、８０℃で乾燥し
て、球状粉末を得た。このものの層間隔をＸ線回折測定
により求めたところ、実施例１の分級した球状粘土鉱物
に比べて約３人拡がっており、層間のイオンがトリメチ
ルモノステアリルアンモニウムクロライドで置換された
ことが確認きれた。このようにして得られた粉末を実施
例２と同様にカラムに充填し、充填カラムを作成した。

本カラムを高速液体クロマトグラフに接続し、移動相と
して、メタノールを毎分１ｍｌで流し、ナフタレンとア
ントラセンを注入し、Ｕ■検出器を用いて２５４ｎｍで
検出し、クロマトグラムを得た。

これを第５図に示す。この図のように、これらの物質が
良好に分離されている。

比較例２ 市販の０ＤＳ−シリカゲル充填カラムを用いて、実施例
４と同じ条件で同じ物質を分析した。このクロマトグラ
ムを第６図に示す。

第５図と第６図の比較より、本発明の充填剤がこれらの
分離に従来のシリカゲル充填剤より優れていることがわ
かる。

実施例５ エタノール５００ｄにジメチルジステアリルアンモニウ
ムクロライド１７．６０　ｇを溶解し、実施例１で得ら
れた分級した球状粘土鉱物１０ｇを分散し、４時間攪拌
する。その後、濾過し水で洗浄し、８０℃で乾燥する。

そのようにして得られた粉末を実施例２と同様にカラム
に充填し、充填カラムを作成した。

本カラムを高速液体クロマトグラフに接続し、移動相と
して、水を毎分１　ｍｌで流し、核酸のアデニンを注入
し、ＵＶ検出器を用いて２６０ｎｍで検出し、クロマト
グラムを得た。これを第７図に示す。

この図のように、この物質がシャープに検出されている
。

比較例３ 市販の０ＤＳ−シリカゲル充填カラムを用いて、実施例
５と同じ条件で同じ物質を分析した。このクロマトグラ
ムを第８図に示す。このような塩基性物質は０ＤＳ−シ
リカゲル充填剤表面に残存しているシラノール基との相
互作用によりピークはテーリングしている。

第７図と第８図の比較より、本発明の充填剤がこのよう
な塩基性物質に対し従来の０ＤＳ−シリカゲル充填剤よ
り優れていることがわかる。

実施例６ エタノールＩＬに硝酸銀１．７ｇを溶解し、実施例１で
得られた分級した球状粘土鉱物１０ｇを分散し、４時間
撹拌する。その後濾過、水で洗浄し、８０℃で乾燥し、
実施例２と同様にカラムに充填し、充填カラムを作成し
た。

本カラムを高速液体クロマトグラフに接続し、移動相と
してアセトンを毎分１ｍｌで流し、各種の脂肪酸（パル
ミチン酸、オレイン酸、リノール酸、γ−リルイン酸）
のエチルエステルの混合物を注入し、ＲＩ検出器を用い
て検出しクロマトグラムを得た。これを第９図に示す。

０ＤＳ−シリカゲルのような逆相系の充填剤を用いて分
析を行った場合は溶出順序が逆になり、パルミチン酸と
オレイン酸のピークが完全に重なってしまい、分離が不
可能であるが、本カラムを用いた場合は図から明らかな
ようにきれいに分離している。また本カラムを用いた場
合は、試料負荷量が約５倍大きく、分取に適していると
言える。このように本カラムは不飽和度の違う物質の分
離に適していることがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で用いる球状のラポナイトの粒子構造を
示す走査型電子顕微鏡写真である。 第２図は実施例２の充填剤を用いて、トルエン、安息香
酸メチル、ニトロベンゼンおよびアニリンを分析した場
合のクロマトグラムである。 第３図は市販シリカゲル充填カラム（細孔６０人、粒径
５μｍ）を用いて、トルエン、安息香酸メチル、ニトロ
ベンゼンおよびアニリンを分析した場合のクロマトグラ
ムである。 第２図と第３図において、１はトルエン、２は安息香酸
メチル、３はニトロベンゼン、４はアニリンを示してい
る。 第４図は実施例３の充填剤を用いて、ナフタレンとアン
トラセンを分析した場合のクロマトグラムである。 第５図は実施例４の充填剤を用いて、ナフタレンとアン
トラセンを分析した場合のクロマトグラムである。 第６図は市販０ＤＳ−シリカゲル充填カラムを用いて、
ナフタレンとアントラセンを分析した場合のクロマトグ
ラムである。 第４図、第５図及び第６図において、１はナフタレン、
２はアントラセンを示している。 第７図は実施例５の充填剤を用いて、アデニンを分析し
た場合のクロマトグラムである。 第８図は市販０ＤＳ−シリカゲル充填カラムを用いて、
アデニンを分析した場合のクロマトグラムである。 第９図は実施例６の充填剤を用いて、各種の脂肪酸（バ
ルミチン酸、オレイン酸、リノール酸、γ−リルイン酸
）のエチルエステルの混合物を分析した場合のクロマト
グラムである。 第９図において、１はバルミチン酸エチルエステル、２
はオレイン酸エチルエステル、３はリノール酸エチルエ
ステル、４は７−リルイン酸エチルエステルを示してい
る。 特許出願人　株式会社　　資生堂 蓼　１　■ ｉｎ 竿　２　回 ｉｎ ￥　３− ０　　　　５　　　　ＩＱ　　　　１５　　　２０ｍ１
ｎ 蓼　４　田 ｉｎ 某　５１！７ ｉｎ ￥６　困 ｉｎ 寥７　回 ｍｉｎ 第８　口 ｉｎ 竿９ｒｇＪ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）水膨潤性粘土鉱物の層間イオンがナトリウムイオ
   ン以外の他のカチオンで実質的に置換されてなる球状の
   粘土鉱物からなる液体クロマトグラフィー用充填剤。
2. （２）水膨潤性粘土鉱物の層間イオンがナトリウムイオ
   ン以外の他のカチオンで実質的に置換されてなる球状の
   粘土鉱物を焼成して得られる焼成粘土鉱物からなる液体
   クロマトグラフィー用充填剤。
3. （３）ナトリウムイオン以外の他のカチオンが一価乃至
   三価の金属カチオンである請求項１又は２に記載の液体
   クロマトグラフィー用充填剤。
4. （４）ナトリウムイオン以外の他のカチオンが有機カチ
   オンである請求項１又は２に記載の液体クロマトグラフ
   ィー用充填剤。