JPH01299460A - 液体クロマトグラフ用のパックドカラム - 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用のパックドツノラム及
び該パックドカラムの内部に加圧充填される固定相の充
填方法に関するものである。

（従来の技術） 液体クロマトグラフには、カラム充填装置を一体に組み
込んだものと、分離独立させたものがある。曲者は装置
が大型化するし、クロマト管に固定相を充填する間試料
の分離作業を休止するので時間のロスが多い。後者は前
者の欠点を補うもので、随時独立したカラム充填装置を
用いて固定相を所定の圧力に充填・保持したカラム（パ
ックドカラム）を作っておき、必要に応じて液体クロマ
トグラフにセットして使用するものである。

液体クロマトグラフ用のパックドカラムの性能を左右す
る最も大きな要因は、固定相の圧力分布と圧力の大きざ
である。圧力分布が均一で高いほど性能が良くなるが、
固定相の圧力が均一でないと、空間ができたり、チャネ
リング・バイパス現象が発生したり、壁流効果によって
、試料がカラム上端から流入し下端から流出するまでの
流路長が場所によって差ができ、また固定相の密度差に
よって通過時間にも差ができる。このためパックドカラ
ムの分離性能（理論段数）が著しく低下する。また固定
相の圧力が低いと溶離液の流量を増すことができないの
で分離時間が長くなり分離作業の能率が低下ザる。

第５図に示すように、従来の一般的なパックドカラム１
は、筒状のクロマト管２の中に固定相Ｃを詰め、該固定
相Ｃを一方からピストン３で押して圧縮し、圧力を上昇
させた後、何等かの方法でビス１〜ン３をクロマｌ−管
２に固定してその圧力を保持するようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このパックドカラム１は、固定相Ｃをピ
ストン３で圧縮する際に、固定相Ｃがクロマト管２内壁
に対して相対的に移動するので摩擦力が発生し、これが
ため均一な圧縮ができなかった。即ち、第５図に示すよ
うに、ビス１〜ン３１）ｓらの距ｌ１１１ＳＸにしたが
って軸方向の圧力Ｐ　Ｘ　／）＜２激に低下していた。

特に長尺のパックドカラムではその傾向が大きくなる。

本発明は、上記の点に鑑み開発されたもので、クロマト
管内に充填される固定相の圧力を均一に分布させること
ができるパックドカラムを得ること、及び固定相をクロ
マト管に所定の圧力で、かつ簡便に充填することができ
る充填方法を得ることを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記した目的を達成するために、本発明は、クロマト管
内部に固定相を加圧充填した液体クロマトグラフ用のパ
ックドカラムにおいて、前記クロマト管を合成樹脂・硬
質ゴム等の縦弾性係数の小さい材料により形成し、該ク
ロマ］へ管を硬質材料により形成された外筒内に挿入す
るとともに、該クロマト管とクロマト管の内部に充填さ
れる固定相とを共に軸方向に加圧・圧縮したことを特徴
とする液体クロマトグラフ用のパックドカラム、及び合
成樹脂・硬質ゴム等の縦弾性係数の小さい材質により形
成された円筒状のクロマト管を硬質材料により形成され
た外筒内に挿入装着して、該クロマト管内部に固定相を
充填し、該固定相をり［１マド管と共に軸方向に加圧し
、該加圧力が急激に変化する変曲点の値（Ｐ【）から次
式を満足する値（Ｐ？）まで加圧することを特徴とする
液体クロマトグラフ用のパックドカラムの固定相の充填
方法を提供するものである。

ハ ただし、Ｐｋ−固定相の目標充填圧 Ａｋ−固定相の断面積 八　−加圧力の作用面積 （作　用） 上記のごとく、パックドカラムを構成するクロマ１−管
を縦弾性係数の小さい材料で形成し、内部に充填される
固定相と、このクロマト管とを共に軸方向に加圧して、
固定相とクロマト管とを同時に圧縮することにより、固
定相とクロマト管の内壁との間に摩擦力を発生させずに
、固定相を均一に加圧充填することができる。

そして上記固定相とクロマト管とを共に加圧する時に、
加圧力が急激に変化する変曲点から上記の式を満足する
値まで加圧することにより、固定相を所定の圧力でクロ
マト管内に加圧充填することができる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に基づいて説明する。

まず第１図により、パックドカラムの一実施例を説明す
る。

パックドカラム１０は、内部に固定相Ｃが充填されるク
ロマト管１１と、該クロマト管１１を収納する外筒１２
、及び該外筒１２の一端に固着される７ランジ１３と、
外筒１２の他端の開口から挿入されるピストン１４と、
該ピストン１４を外筒１２に固定するキャップ１５等に
より構成されている。

上記クロマト管１１は、合成樹脂・硬質ゴム等の縦弾性
係数の小さい各種の材料、例えばフッ素樹脂（例えば商
品名テフロン）等のエンジニアリングプラスチック等に
より円筒状に形成されるもので、他の外筒１２．フラン
ジ１３．ピストン１４、キャップ１５等は、スチレンス
スチール等の硬質の材料により形成されている。

クロマト管１１は、両端外周に形成された小径部１１ａ
、１１ｂに、スリット１６ａを有する径変化可能なテー
パリング１６と、溝１７８を有するリング１７をそれぞ
れ嵌着するとともに、該両リング１６．１７間にコイル
１８を巻着した状態で上記外筒１２内に挿入される。こ
のコイル１８は、その内周がクロマト管１１の外周面に
密着するように取付けられており、両１１８ａ、１８ａ
をイれぞれ前記テーバリング１６のスリット１６ａと、
リング１７の溝１７ａに係止させて回転不能とされてい
る。

外筒１２は、上記クロマト管１１を装着可能な円筒状で
、かつクロマト管１１よりも長寸に形成されており、ピ
ストン１４の挿入側（第１図において上方）の外周面に
は、雄ねじ１２ａが螺設されている。また外筒１２の固
定部側（第１図において下方）の端部外周には、前記フ
ランジ１３をボルト１９により固着する鍔部１２ｂが形
成されており、さらに調部には、固定相加熱用温水の導
入口１２ｃ及び排出口１２ｄが形成されている。

上記外筒１２に固着される７ランジ１３の軸方向の中心
部には、小径通路２０が形成されており、その内端には
、放射状の溝２０ａが形成されるとともに、固定相Ｃを
保持するためのフィルター２１が配設されている。また
上記小径通路２０の外端には、試料及び溶離液の出口配
管接続用の雌ねじ２０ｂが形成されている。このフラン
ジ１３の外周面は、クロマト管１１の内径に対応した小
径部１３ａと、外筒１２の内径に対応した中径部１３ｂ
及び前記外筒１２の鍔部１２ｂに固着される大径部１３
ｃの３段に形成されている。さらに小径部１３ａの外周
には、クロマト管１１の内周に当接して漏れを防止する
Ｏリング２２が設けられ、中径部１３ｂの外周には、外
筒１２の内周に当接して漏れを防止するＯリング２３が
設けられている。

そして、このフランジ１３の内端側の小径部１３ａを、
前記クロマト管１１の端部に挿入した状態でクロマト管
１１と共に外筒１２内に挿入し、中径部１３ｂを外筒１
２の端部に挿入して大径部１３ｃを鍔部１２ｂに締付け
ることにより、小径部１３ａと中径部１３ｂの間の段部
１３ｄがクロマト管１１の端部及び前記テーパリング１
６を軸方向に押圧するとともに、外筒１２の端部内周に
形成されている斜面部１２ｅがテーバリング１６を縮径
させ、クロマト管１１の端部を内周側に押圧して、クロ
マト管１１の端部をフランジ１３の小径部１３ａの外周
に押付けてクロマト管１１を固定する。

一方前記ピストン１４は、外筒１２内で軸方向に摺動可
能な形状に形成されるもので、このピストン１４の外周
面は、クロマト管１１の内径に対応した小径部１４ａと
、外筒１２の内径に対応した大径部１４ｂ及びその先端
が外筒１２の端部から突出する小径軸部１４ｃの３段に
形成されている。またピストン１４の軸方向の中心部に
は、前記フランジ１３と同様の小径通路２４が形成され
ており、その内端には、放射状の溝２４ａが形成される
とともに固定相Ｃを保持するためのフィルター２５が配
設され、外端には、試料及び溶離液の入口配管接続用の
雌ねじ２４ｂが形成されている。さらに上記小径部１４
ａと大径部１４ｂの外周には、それぞれ前記フランジ１
３と同様のＯリング２６．２７が設けられている。

またキャップ１５は、天板部１５ａの中央に前記ピスト
ン１４の小径軸部１４ｃを挿通する挿通孔１５ｂが形成
されるとともに、筒部１５Ｃの内周に前記外筒１２の雄
ねじ１２ａと螺合する雌ねじ１５ｄが螺設されており、
その外周面に、回動用の取手１５ｅが突設されている。

このキャップ１５は、前記雌ねじ１５ｄを外筒１２の雄
ねじ１２ａに螺合させて締付けることにより、ピストン
１４の外端面と天板部１５ａとの間に配設された円筒状
のカラー２８を介してピストン１４を押圧し、クロマト
管１１とクロマト管１１内部の固定相Ｃとを軸方向に圧
縮する。

このパックドカラム１０に固定相Ｃを充填するには、ま
ずクロマト管１１を外筒１２内に装着し、その内部に固
定相Ｃ（粉体）を−杯に詰め込んだ状態で、ピストン１
４を後述のカラム充填装置等で軸方向に押圧してクロマ
ト管１１と固定相Ｃを共に圧縮し、クロマｉ・管１１を
軸方向に弾性変形させるとともに固定相Ｃを圧縮する。

そして固定相Ｃが所定の圧力に達したら、そこでピスト
ン１４を押すのを止め、ピストン１４の位置をそのまま
に保持するために、カラー２８がピストン１４に当るま
でキャップ１５を締付ける。

このように、固定相Ｃを圧縮するとともにクロマト管１
１を弾性変形させることにより、固定相Ｃの圧縮による
移動に伴ってクロマト管１１の内壁し変形して移動する
ので、両者の間に軸方向の相対的な移動がないのでＨ振
力が発生せず、固定相Ｃを均一に圧縮することができる
。また固定相Ｃをクロマト管１１と共に軸方向全長に亘
って均一に圧縮することができるため、時間の経過に伴
い固定相Ｃの圧力が低下する圧力抜けの発生を低減させ
ることができる。ざらにキャップ１５とカラー２８とに
よってピストン１４の位置を保持できるので固定相Ｃの
圧力を長時間に亘って保持づることかでき、キャップ１
５の増締めによって圧力法けを補うこともできる。

またクロマト管受１を軸方向に圧縮することにより、前
記テーバリング１６及びリング１７の作用でクロマト管
１１の内周壁と両Ｏリング２２゜２７との密着性が向上
し、液漏れ等の事故を防止することができる。さらに前
記コイル１８は、クロマト管１１の軸方向の弾性変形の
妨げにはならないが、クロマト管１１の径方向への膨張
を阻止する作用を備えており、さらに固定相加熱用温水
の流路を形成している。

このように形成されたパックドカラム１０は、従来のパ
ックドカラムと同様に使用することができる。即ち、ピ
ストン１４の雌ねじ２４ｂに注入管を接続するとともに
、フランジ１３の雌ねじ２ｏｂに採取管を接続し、注入
管から試料及び溶離液を導入すれば、試料及び溶離液は
、ピストン１４内の小径通路２４から放射状の溝２４ａ
を経てフィルタ２５から固定相Ｃに導入される。分離後
の試料及び溶離液は、フランジ１３の内端に設けられた
フィルタ２１から放射状の溝２０ａ、小径通路２０を経
て採取管により採取される。

さらに前記外筒１２に形成した固定相加熱用温水の導入
口１２Ｃ及び排出口１２ｄを用いて、クロマト管１１と
外筒１２との間の環状の空間へ熱湯又は混濁を循環させ
ることによって、固定相Ｃの温度を上昇させ、カラムの
効率を高める（理論段高を小さくする）ことができる。

次に第２図及び第３図により、上記パックドカラム１０
に固定相Ｃを充填するためのカラム充填装置の一例を説
明する。

このカラム充填装置３０は、下部にキャスタ３１が取付
番プられた門形のフレーム３２に、複数のクロマト管受
３３を上下多段に設けたもので、フレーム３２の上部中
央には、ジヤツキ３４が下向きにねじ込んで取付けられ
ている。

ジヤツキ３４のロッド３４ａの先端には、パックドカラ
ム１０のピストン１４を下方に押圧するブツシュロッド
３５がねじ込まれている。このブツシュロッド３５の前
面には変位計３６が取付けられており、その先Ｎ　３６
　ａがフレーム３２に取付けられた押板３７に接してい
る。またジヤツキ３４には、ホース３８を介して高圧の
油を送り込むことができるハンドポンプ３９が接続され
ており、その圧力が油圧計４０にて読みとられる。

パックドカラム１０は、該パックドカラム１０の寸法に
応じて上記クロマト管受３３のいずれかに横架される受
部材４１に前記７ランジ１３を載冒させ、上部をＵ字形
の切込みのある２個のクロマド管倒れ止め４２．４２に
より挟着されてフレーム３２に固定される。そして、ハ
ンドポンプ３９にて油をジヤツキ３４へ徐々に送ること
により、パックドカラム１ｏ内の固定相Ｃを圧縮するこ
とができる。

この時、クロマト管１１内の固定相Ｃを所定の圧力に圧
縮するためには、ピストン押し下げ母と押し下げ力を知
る必要がある。

第４図は、上記ピストン押し下げｆｉｔｓ　［ＣＭ］と
押し下げ力Ｐ［Ｋｙ］との関係を示すもので、ブツシュ
ロッド３５の下端がパックドカラム１ｏのピストン１４
上端に接した時に変位計３６の指針がＯを指すように押
板３７の高さを調整し、ピストン押し下げｍ５＝ｏ、ま
たピストンの押し下げ力Ｐ＝Ｏとし、圧縮中のビス１〜
ン押し下げ間ｓを変位計３６の読みにより、また押し下
げカＰは油圧計４０の読みから次式により計算して求め
たものである。

Ｐ〜ＰｇＸＡ ただし、Ｐｇ：油圧計の読み［Ｋ９　／　ｃｉ　］△　
：ジャッキ作用面積［Ｃｉ］ 第４図の実線１ａは、パックドカラム１０に固定相Ｃを
充填する際のピストン押し下げｆｆ１ｓと押し下げ力Ｐ
の関係を示す操作線であり、また破線Ｌｂは、クロマト
管１１のみのピストン押し下げ砧Ｓと押しさげ力Ｐのｌ
ｌｌ１係、−点鎖線ＬＣｕ固定相Ｃのみのピストン押し
下げ（至）Ｓと押し下げ力Ｐの関係である。

図に示すように、クロマト管１１のみの場合、押し下げ
力Ｐは、クロマト管１１の材質から決まる押し下げ量の
限界値５１１ｍまで押し下げ聞Ｓに比例して増加する。

一方、固定相Ｃは、固定相Ｃの粒子間の空間が徐々にな
くなる押し下げＩｓ＋までは、殆ど反力が発生せず、押
し下げ（至）が８１を越えると固定相Ｃの粒子が接触し
て弾性変形を開始するので押し下げ力Ｐの急激な立上り
がみられる。

これにより、上記破線Ｌｂと一点鎖線しＣを加えた実線
Ｌａで示される操作線に押し下げＪＩ　Ｓ　１にて、変
曲点Ｔを生じる。

ここで固定相Ｃの充填圧力がＰＫのパックドカラム１０
をつくる場合を考えると、変曲点Ｔの時の押し下げ開Ｓ
＋では固定相Ｃの粒子間の空間が無くなり、全ての粒子
が隣あった粒子と接触した瞬間と考えられるので、この
ときの固定相Ｃの充填圧力をＯとみなすことができる。

そこで変曲点Ｔにおける押し下げ力をＰ、とし、固定相
Ｃの充１ａ圧力がＰＫになったときの押し下げ力をＰ２
とすると、変曲点Ｔ以降の押し下げ力Ｐの増加量ΔＰは
、 ΔＰ＝ｔ”？−Ｐ＋川・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・（１）で示され、この
増加量ΔＰは、クロマト管１１と固定相Ｃのそれぞれの
押し下げカＰの同様な増加量ΔＰｃ　（クロマト管）と
ΔＰＫ　（固定相）の和になる。このΔＰｃとΔＰＫは
それぞれ次式で表すことができる。

ΔＰＫ＝ＰＫ△に川・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・（３］ここでへ〇：クロ
マト管の断面積 Ｊｃ：クロマト管長さ Ｅｃ：クロマト管の縦弾性係数 Ｓｌ　：変曲点における押し下げ量 Ｓ２　：固定相の充填圧がＰにになったとぎの押し下げ
量 ＰＫ：固定相の目標充填圧 八に：固定相の断面積 即し下げ力Ｐは、圧力ｉｔ’　４０で監視しているので
、上記変曲点Ｔは、圧力計４０の振れの増加量が急激に
変化することで判定できる。そのときの圧力計４０の読
みから、次式で計算される圧力計４０の読みの増加量Δ
Ｐだけ読みが増えたところで、即ち圧力計４０の読みが
Ｐ２になったところでハンドポンプ３９による送油を中
止すれば固定相Ｃの充填圧力をＰＫにすることができる
。

ここでΔＰｃ二式１ｚによって求めたクロマト管の押し
下げ力の増加量 ΔＰＫ二式（３）によって求めた固定相の押し下げ力の
増加量 Ａ　：ジャッキの作用面積 上記式（４）において、通常ΔＰｃ　＜ΔＰＫであるの
で、式（４）はΔＰ＝ΔＰ　Ｋ　／　Ａと簡単な式に変
換することができ、容易に算出することができる。

即ち、式（４）は、上記式（３）を代入することにより
、下記のごとく示すことができる。

従って、上記の式（５）及び前記式（１）からハンドポ
ンプ３９による送油を中止する圧力計４０の読みＰ２は
、次式により求めることができる。

ｋＸＡｋ ｐ　２　＝　　　　　　　　＋　Ｐ　１・・・・・・・
・・・・・・・・（６］上記の式（６）において、Ｐｋ
とΔｋ及びＡは、あらかじめ算出しておくことができる
ので、圧力計４０により変曲点Ｔにおける押し下げ力Ｐ
ａｊｌｉ−読取ることで、容易に終了点Ｐ２を求めるこ
とができ、固定相Ｃを所定の圧力にすることができる。

このように求められた押し下げ力Ｐ２でハンドポンプ３
９からの送油を止め、ジｔ／ツキ３４の押し下げ間をそ
のまま維持して、パックドカラム１０のキャップ１５を
外筒１２に締め込み、カラー２８をピストン１４に当て
ることによってピストン１４の外筒１２に対する位置を
固定する。しかる後にジヤツキ３４を縮めてパックドカ
ラム１０をカラム充填装置３ｏから外せば、所定の圧力
で固定相Ｃを充填したパックドカラム１０を得ることが
できる。

尚、充填中に押し下げ量が８１１ｍを越えそうになった
ら送油を中止し、固定相Ｃを追加・増加し、再度充填作
業を開始するものとする。

また、カラム充填装置としては、比較的小規模な例を示
したが、大規模なものでは、定吐出量のｉｏｍ駆動のポ
ンプを使用し、押し下げ最Ｓのαｊ定には電気式の変位
計を、また押し下げ力Ｐの測定には、ロードセル等を使
用し、それをマイクロコンピュータにとり込んで、刻々
と押し下げ力Ｐの変化量を計算し、その値が急激に増加
するところ（前述の変曲点Ｔ）を見出し、そこから押し
下げ力が△Ｐだけ増加したところで自動的にポンプの送
油を中止する等が考えられ、さらに取扱いの容易なもの
にすることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のパックドカラムは、縦弾
性係数の小さい材料で形成したクロマト管を外筒内に挿
入し、クロマト管内部の固定相とクロマト管とを共に軸
方向に加圧・圧縮することにより、固定相を均一に圧縮
することができ、圧力後は等の発生が少ない高性能のパ
ックドカラムを容易に得ることができる。また長尺のパ
ックドカラムにおいても均一に固定相を加圧充填するこ
とができるので、さらに高性能のパックドカラムを得る
ことも可能である。

また本発明の固定相の充填方法によれば、簡単な計算に
より求められた値に加圧するだけで、所定の圧力で固定
相を充填したパックドカラムを容易に得ることができる
。

従って、性能の優れたパックドカラムをバラつきなく安
定して得ることができ、試料の分離作業等の効率や信頼
性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すパックドカラムの断面
図、第２図及び第３図はカラム充填装置の一例を示すも
ので、第２図はカラム充填装置の正面図、第３図は同じ
く側面図、第４図はピストン押し下げ量Ｓと押し下げ力
Ｐとの関係を示す図、第５図は従来のパックドカラムに
おける固定相の充填圧力分布を示す説明図である。 １０・・・パックドカラム　　１１・・・クロマト管１
２・・・外筒　　１３・・・フランジ　　１４・・・ビ
ス］〜ン　　１５・・・キャップ　　１８・・・コイル
　　２１゜２５・・・フィルター　　３０・・・カラム
充填装置Ｃ・・・固定相　　Ｐ・・・押し下げ力　　Ｓ
・・・ピストン押し下げ吊 特　許　出　願　人　日本車輌製造株式会社　　、。 １　　　　。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、クロマト管内部に固定相を加圧充填した液体クロマ
   トグラフ用のパックドカラムにおいて、前記クロマト管
   を合成樹脂・硬質ゴム等の縦弾性係数の小さい材料によ
   り形成し、該クロマト管を硬質材料により形成された外
   筒内に挿入するとともに、該クロマト管とクロマト管の
   内部に充填される固定相とを共に軸方向に加圧・圧縮し
   たことを特徴とする液体クロマトグラフ用のパックドカ
   ラム。 ２、合成樹脂・硬質ゴム等の縦弾性係数の小さい材質に
   より形成された円筒状のクロマト管を硬質材料により形
   成された外筒内に挿入装着して、該クロマト管内部に固
   定相を充填し、該固定相をクロマト管と共に軸方向に加
   圧し、該加圧力が急激に変化する変曲点の値（Ｐ＿１）
   から次式を満足する値（Ｐ＿２）まで加圧することを特
   徴とする液体クロマトグラフ用のパックドカラムの固定
   相の充填方法。 Ｐ＿２＝（Ｐｋ×Ａｋ／Ａ）＋Ｐ＿１ ただし、Ｐｋ：固定相の目標充填圧 Ａｋ：固定相の断面積 Ａ：加圧力の作用面積