JPH02262054A - 高速液体クロマトグラフ用フィルター - 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、生化学、医化学等の分野で分析機器として用
いられる高速液体クロマトグラフ用のフィルターに関す
る。

（従来の技術） 生化学、医化学、あるいはその他の自然科学の分野にお
いて、分析機器として用いられている高速クロマトグラ
フは、最近では、基礎的研究のみならず、医薬品分析、
臨床検査にも使用されている。

高速クロマトグラフでは、通常、溶離液容器の溶離液を
送液ポンプにより配管を介して分析カラムに送給する間
に、該溶離液内にサンプルを注入し、該サンプルを含む
溶離液を分析カラムに通過させて分析する。このような
高速クロマトグラフでは、配管の詰まり、分析カラムの
詰まり等を防止するために、溶離液の通流域に、い（つ
かのフィルターが介装されている。例えば、溶離液容器
と配管との間には、送液ポンプにより該溶離液容器から
溶離液を配管内へ送給する際に、該配管内へ異物の侵入
を防止する溶液フィルターが配設されている。また、溶
離液内に注入されるサンプルから該溶離液内に侵入した
異物や、溶離液を送給する送液ポンプのシール部品摩耗
物を濾過するために、分析カラムに接続される配管には
、ラインフィルターが配設されている。さらに、分析カ
ラム内の充填剤が該カラムから流出しないように、該カ
ラムの液体流入側端部および液体流出側端部にそれぞれ
カラムフィルターが配設されている。

カラムの液体流入側に配設されるカラムフィルターは、
サンプル中の異物や送液ポンプの摩耗物を濾過してこれ
らがカラム内に流入することも防止している。

このような高速クロマトグラフ用のフィルターにおいて
、特に、ラインフィルターは、サンプル中の固形物や送
液ポンプにおけるシール部品の摩耗物等の異物を濾過し
ているために、詰まりやすく、交換頻度が高い。該ライ
ンフィルターには、通常、ステンレス鋼の金属短繊維や
金属微粉末の焼結体、あるいは両者を混合した金属焼結
体等が使用されており、その孔径は、サンプルの種類等
によっても異なるが、１μｍ〜１０μｍ程度とされる。

（発明が解決しようとする課題） 高速クロマトグラフでは、通常、固形分が含まれたサン
プルに対しては、前処理としてメンブランフィルタ−等
を用いた濾過により、あるいは、遠心分離により、固形
分の分離が行われる。しかし、測定系によっては、作業
の効率が悪くなったり、サンプルの回収率が低下するた
め、また、自動化が困難になるため、このような前処理
が行われない場合がある。

例えば、臨床検査において、糖尿病のスクリーニング検
査や糖尿病患者の血糖コントロール指標となるＩｆ化ヘ
モグロビンの測定には、サンプルとして全血あるいは赤
血球を溶血希釈したものを用いる。そして、この糖化ヘ
モグロビンの測定には、高速クロマトグラフの原理を応
用した専用の自動測定装置が使用される。溶血希釈され
たサンプルには、赤血球膜等の固形分が含まれており、
濾過によりあるいは遠心分離により、この固形分が除去
される。しかし、この除去作業は自動化することが困難
であり、また、用手法的に除去作業を行う場合にも、そ
の作業は煩雑であって測定効率が低下するため、固形分
の除去作業はほとんど行われていないのが実情である。

このように、固形分の除去作業が行われない測定系やこ
の除去作業が適切に行われない場合には、サンプルに含
まれている固形分はラインフィルターにより濾過される
。このため、ラインフィルターは詰まりが生じやすいと
いう問題がある。測定中にラインフィルターに詰まりが
生じると、流路の圧力が上昇し、甚だしい場合には、測
定不能になる。このような状態になると、−旦、測定を
中断して、溶離液の送給を停止し、ラインフィルターを
交換しなければならない。そして、ラインフィルターを
交換した後に溶離液の送給を再開し、測定系が安定状態
になった後に測定が再開される。

フィルターの詰まりには、フィルターの孔径と空隙率（
フィルターの単位体積当りの空隙体積比率）とが関係し
ており、孔径を小さくすれば、より小さい異物を濾過す
ることができて濾過精度が向上するが、空隙率が低下す
るために、フィルターは異物の捕集量が少なくて詰まり
やすく、捕集効率が悪くなる。

また、ラインフィルターによる濾過により捕捉できない
固形分は、分析カラムにおける液体流入側のカラムフィ
ルターにより濾過しなければならない。該カラムフィル
ターにより固形分が濾過されない場合には、カラムの充
填剤に固形分が入り込み、カラムの詰まりゃ汚染が発生
してカラムが使用できなくなる。このようなカラムの詰
まりゃ汚染が生じれば、充填剤をカラムから取り出して
充填剤を洗浄した後に、該充填剤をカラム内に充填しな
ければならない。しかし、カラム内に充填剤を充填する
作業は、非常に困難であり、特に、高速クロマトグラフ
用のカラムでは測定者が充填剤を充填することはほとん
ど不可能である。

最近では、充填剤が微粒子化されていることに伴って、
カラムフィルターの孔径を小さくする必要が生じている
。カラムフィルターの孔径が充填剤の粒径よりも大きく
なれば充填剤がカラムフィルターに詰まってしまう。こ
のように、孔径を小さくすると、前述したように、濾過
精度は向上するものの、捕集効率が低下するという問題
がある。

本発明は上記従来の問題を解決するものであり、その目
的は、濾過精度にすぐれており、しかも、長期にわたっ
て詰まりが生じるおそれがなく、従って捕集効率に優れ
た高速クロマトグラフ用フィルターを提供することにあ
る。

（１１題を解決するための手段） 本発明の高速クロマトグラフ用フィルターは、高速液体
クロマトグラフにおける液体通流域に介装されるフィル
ターであって、孔径の大きさが、液体通流方向で順次変
化していることを特徴としてなり、そのことにより上記
目的が達成される。

（実施例） 以下に本発明を実施例について説明する。

第１図は本発明の高速クロマトグラフ用フィルターの一
例であるカラムフィルターを装着したカラムの要部断面
図である。該カラムは、円筒状のカラム本体２０を有し
、該カラム本体２０内に充填剤２１が充填されている。

該カラム本体２０の、例えば液体流入側の端部には、袋
ナツト状の連結部材３０が外嵌されて螺合されている。

該連結部材３０は、カラム本体２０に装着された状態で
は、該カラム本体２０の端面に連続する円柱状の空間部
３１が形成されており、該空間部３１内には、円柱状の
本発明のフィルター１０が嵌合されている。連結部材３
０の該空間部３１内には、該フィルター１０と該連結部
材３０の内周面とを液密にシールする、例えば、フッ素
樹脂製の円筒状をしたシール部材４０が介装されている
。該連結部材３０におけるカラム本体２０側とは反対側
の端部には、サンプルが注入された溶離液が通流する配
管が内嵌されて螺合される連結部３２が配設されている
。該連結部３２は、カラムフィルター１０が収容された
空間部３１内に連通している。

連結部材３０における空間部３１内に収容されたカラム
フィルターｌＯは、連結部材３ｏにおける連結部３２側
に配設された孔径の大きい外側フィルター層１１と、カ
ラム本体２０側に配設された孔径の小さい白日側フィル
ター層１２とを有する。該内側フィルター層１２は、カ
ラム本体２０内に充填された充填剤２１の端面に当接し
ている。

充填剤２１に当接している内側フィルター層１２の孔径
は、充填剤２１の粒径よりも小さくなっている。

該内側フィルター１２層の孔径が、充填剤２１の粒径よ
りも大きくなれば、充填剤が該内側フィルター層１２内
に詰まり、カラムの圧力が増加したり、充填剤２１に隙
間が生じる。このように、内側フィルター層１２Ｃ孔径
は、充填剤２１の粒径よりも小さげればよいが、孔径が
小さ（なりすぎると、該内側フィルター層１２の圧力損
失が大きくなる。圧力損失は、フィルター層を通過する
液体の流速が同じであれば、孔径が小さくなるほど増加
し、また、孔径が同じであれば、厚み（液体通過方向長
さ）が大きくなるほど増加する。このため、内側フィル
ター層１２の孔径は、１μｍ以上が好ましい。

外側フィルター層１１の孔径は、内側フィルター層１２
の孔径よりも太き（、しかも、濾過すべき異物よりも小
さければよい。通常の高速クロマトグラフでは、対象と
なる異物の大きさを考慮すると、好ましくは２μｍ以上
で２０μｍ以下、より好ましくは２μｍ以上で１０μｍ
以下とされる。

カラムフィルター１０は、このように、孔径が内側が小
さく外側が大きくなるように順次変化していれば、外側
フィルター層１１と内側フィルター層１２との２層であ
る必要はなく、３層以上の積層構造、あるいは、連続的
に孔径が異なった構造であってもよい。

カラムフィルターｌＯの全体の厚さ（液体通流方向長さ
）は、圧力損失や液体の拡散等が測定に影響を与えなけ
れば、厚くするほど濾過効率が向上する。通常は、１圓
以上で５ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以上で３ｍ＋ａ以
下とされる。各フィルター層１１および１２の厚さは、
等しくなっている必要はない。

該カラムフィルター１０の材質は、溶離液やサンプルに
対して不活性なものであればよく、例えば、ステンレス
鋼等０金属やセラミックが使用される。

上記実施例のように、カラムフィルター１０が、外側フ
ィルター層１１と内側フィルター層１２との積層構造で
ある場合には、例えば、各層毎に原料となる金属粉末と
金屑繊維とを高温、高圧下で焼結させて単層ずつ形成し
てそれらを積層する方法、および多層を同時に焼結する
方法がある。

このようなカラムフィルター１０は、カラムにおける液
体流入側の端部にのみ配設されていればよく、液体流出
側の端部には従来のフィルターが配設されていればよい
。カラム目体が液体流入側と液体流出側とが定まってい
ず、いずれの端部からでも液体が流入し得る構造であれ
ば、各端部に、上述の実施例と同様のカラムフィルター
を、孔径が大きいフィルター層が外側、孔径が小さいフ
ィルター層が内側（カラム本体側）となるように配設す
ればよい。

第２図は、本発明の高速クロマトグラフ用フィルターの
他の実施例であるラインフィルターの取付構造の断面図
である。本発明のラインフィルター５０は、サンプルが
注入された溶離液の流路に介装される。該ラインフィル
ター５０は、各半体６１および６１同士がネジ結合によ
り一体化されたホルダー６０内に配設されている。該ホ
ルダー６０の各半体６１は、サンプルが注入された溶離
液の通流方向に並設されている。各半体６１は、それぞ
れの−側部に、開口部が相互に対向するように形成され
た円柱状の空間部６１ａおよび６１ａを有しており、雨
空間部６１ａ間にわたって円筒状のシール部材７０が嵌
合されている。そして、該円筒状のシール部材７０内に
円柱状のラインフィルター５０が支持されている。

該シール部材７０は、例えば、フッ素樹脂製であり、ラ
インフィルター５０とホルダー６０の各半体６１それぞ
れの空間部６１ａ周面とを液密状態にシールする。

ホルダー６０における各半体６１の、各空間部６１ａの
配設側とは反対側の側部には、それぞれの空間部６１ａ
に連通する連結凹部６１ｂがそれぞれ配設されている。

各連結凹部６１ｂには、サンプルが注入された溶離液が
通流する各配管が螺合される。

ラインフィルター５０は、シール部材７０における溶離
液通流方向上流側部分に支持されており、該シール部材
７０の溶離液通流方向下流側部分の内部には空間が形成
されている。

該ラインフィルター５０も前記実施例のカラムフィルタ
ーｌＯと同様に、孔径が大きい流入側フィルター層５１
と、孔径が小さい流出側フィルター層５２との２層構造
になっており、孔径が大きい流入側フィルター層５１が
溶離液通流方向の上流側に、孔径の小さい流出側フィル
ター層５２が溶離液通流方向下流側に位置している。

該ラインフィルター５０における流出側フィルター層５
２の孔径は１．配管を介して連結されたカラムに配設さ
れるカラムフィルターの孔径と同じか若干小さくなって
いる。該流出側フィルター層５２の孔径が、カラムフィ
ルターの孔径よりも大きくなれば、該流出側フィルター
５２にて捕捉されない異物がカラムフィルターやカラム
内の充填剤により捕捉されるためカラムが詰まる。カラ
ムフィルターの孔径は、充填剤の粒径やカラム内径によ
り異なるが、通常、５μｍ以下になっているため、流出
側フィルター層５２の孔径は、５μｍ以下とされる。

孔径が小さくなりすぎると、該流出側フィルター層５２
における圧力損失が大きくなる。圧力損失は、フィルタ
ー層を通過する液体の流速が同じであれば孔径が小さく
なるほど増加し、また、孔径が同じであれば厚み（液体
通過方向長さ）が大きくなるほど増加する。このため、
流出側フィルター層５２の孔径は、１μｍ以上が好まし
い。

流入側フィルター層５１の孔径は、流出側フィルター層
５２の孔径よりも大きく、しかも、濾過すべき異物より
も小さければよい。異物の大きさは測定対象物質によっ
て異なるため、流入側フィルター層５１の孔径は、測定
対象物により異なるが、通常の高速クロマトグラフでは
、対象となる異物の大きさを考慮すると、２μｍ以上で
２０μｍ以下、好ましくは２μｍ以上で１０μｍ以下と
される。

ラインフィルター５０の全体の厚さ（液体通流方向長さ
）は、圧力損失や液体の拡散等が測定に影響を与えなけ
れば、厚くするほど濾過効率が向上する。そのため、好
ましくは１ｍｍ以上で５ｍｍ以下、より好ましくは１間
以上で３ｒｍ以下とされる。各フィルター層５１および
５２の厚さは、等しくなっている必要はない。

該ラインフィルター５０は、前記実施例のカラムフィル
ターｌＯと同様に、２層構造である必要はなく、３層以
上の積層構造、あるいは、連続的に孔径が異なった構造
であってもよい。材質も前記カラムフィルターと同様の
ものが用いられる。

次に、本発明の高速クロマトグラフ用フィルターの性能
について実験したので以下に説明する。

（実験例１） 各フィルター層の厚さがそれぞれ１．５柵であって、そ
れぞれのフィルター層の孔径が１０μｍと５μｍの２１
１構造のフィルター（ａ）　、各フィルター層の厚さが
それぞれ１．５ｒ１１ｍであって、それぞれのフィルタ
ー層の孔径が１０μｍと２μｍの２層構造のフィルター
（ｂ）、各フィルター層の厚さがそれぞれ１゜５鵬であ
って、それぞれのフィルター層の孔径が５μｍと２μ■
の２層構造のフィルター（Ｃ）、各フィルター層の厚さ
がそれぞれ１．ｏｎ＋であって、それぞれのフィルター
層の孔径が、１０μｍと５μｍと２μｍの３ｍｍ　造の
フィルター（ｄ）、一方のフィルター層の厚さが２．０
ｗａｓその孔径が１０μｍ１他方のフィルター層の厚さ
が１．ｏａｏｘ、その孔径が５μｍの２層構造のフィル
ター（ｅ）をそれぞれ製造した。

各フィルターの材質は、ステンレス鋼からなる金属単繊
維と金属微粉末とを混合した金属焼結体であり、各フィ
ルターは円柱状でその直径は、５ｍ＋ｎとした。各フィ
ルターの孔径を、ＪＩＳ規格Ｂ　ａｓｏｉｌ！過粒度試
験におけるバブルポイント圧の測定で求めた。そして、
各フィルターをそれぞれ円筒状のフッ素樹脂製のシール
部材内に打ち址んで、第２図に示すホルダー内に装着し
た。このときの、各フィルターの濾過面積は、直径３ｍ
ｌの円形であった。

このようにそれぞれのフィルターが装着された各ホルダ
ー６０を、第３図に示す試験装置にセットした。該試験
装置は、容器８１内の蒸留水を定流量ポンプ８２により
管路８３内に通流させるようになっている。該管路８３
には、標準粒子液が収容された標準粒子液容器８４、お
よびホルダー８５が順次介装されている。該ホルダー８
５には、前述した多層構造のフィルターが、孔径の大き
いフィルター層が上流側に位置するように装着される。

標準粒子液容器には、第４図に示すような粒度分布を有
する標準粒子（積水化学工業株式会社製、商品名ｒＭＩ
ＣＲＯＮＥＸ　　ＡｌＣ−Ｈ５ｎＪ）を蒸留水により０
．０２ｇ／Ｌの濃度に分散させた標準粒子液（以下サン
プル原液と称する）が収容されている。管路８３内には
、定流量ポンプ８２により、蒸留水を流ｆｉ５ｍｌ／ｍ
ｉｎで１分間通流させて、標準粒子液容器８４内の標準
粒子液をホルダー８５へ送給して、該ホルダー８５内の
フィルターにより濾過した。濾過された濾液は容器８６
にて採取した。

採取された濾液２ｅｌを、電解液（コールタ−社製、商
品名ｒ　ｌ５ＯＴＱＮ−ＩＮ　Ｊ　）により１００倍に
希釈して、その希釈液の粒度分布をコールタ−カウンタ
ー（コールタ−社製）にて測定した。

このような試験を、ホルダー８５に前述の各フィルター
ａ　’＝　ｅを装着して行った。その結果を第５図に示
す。第５図は、横軸に標準粒子の粒子径を、縦軸にサン
プル原液に対する捕集効率（）Ｉ）をそれぞれ示してい
る。捕集効率（Ｈ）は次式により求めた。

Ｈ＝　（（ｎ　−ｋ）　／ｎ）　ＸＩＱＯ（％）ｎ：サ
ンプル原液中の粒子数 に：ｉ！！液中の粒子数 そして、捕集効率が９５％のときの粒子径を濾過精度と
定義して、その結果を表１に示す。

なお、比較のために、厚さ３．０ｍｍ、孔径ｌＯμｍの
１層構造のフィルター（比較例１）、厚さ３．０ｍｍ。

孔径５μｍの１層構造のフィルター（比較例２）、厚さ
３．０ｗｍ、孔径２μｍの１層構造のフィルターを、用
いて同様の試験を行った。その結果を、第５図および表
１に併記する。

表１より明かなように、フィルターｂ、ｃおよびｄは、
比較例３のフィルターと略等しい濾過精度を有し、フィ
ルターａおよびｅは、比較例２と略等しい濾過精度を有
している。つまり、本発明のフィルターの濾過精度は、
孔径の小さいフィルター層のその孔径により決定される
。

また、各フィルターの濾過寿命を第６図に示す装置によ
り測定した。該装置は、第３図に示す装置に用いられる
標準粒子液と同様の標準粒子液が、蒸留水により１．０
　ｇ／Ｌの濃度に分散されて収容された標準粒子液容器
９１から、定流量ポンプ９２により標準粒子液を管路９
３に送給するようになっている。管路９３には、圧力計
９４、および第３図の装置に使用されるホルダー８５と
同様のホルダー９５が順次、介装されている。ホルダー
９５を通過した液体は容器９６に採取される。

標準粒子液容器９１内の標準粒子液は、図外のマグネチ
ックスクーラーにより攪拌されつつ、定流量ポンプ９２
により流速１ｍｌ／ｓｉｎで管路９３に送給され、ホル
ダー９５内に装着されたフィルターを通過する。このと
き、送液量と圧力との関係を圧力計９４により測定した
。第７図に前記フィルターａの送液量と圧力との関係（
圧力特性曲線）を示す。

第７図において、横軸は標準粒子液の送液量を、縦軸は
圧力をそれぞれ示す。該圧力特性曲線において、送液量
が０の点Ａでの接線と、圧力特性曲線における直線状部
分の延長線との交点Ｖにおける送液量を濾過寿命と定義
した。各フィルターａ〜ｅにおける濾過寿命を表１に併
記する。

また、前記各比較例１〜３のフィルターについても同様
にして濾過寿命を求めた。結果を表１に併記する。

表１から明かなように、本発明の各フィルターの濾過寿
命は、孔径の大きいフィルター層の孔径と厚さによりほ
ぼ決まり、フィルターａは比較例２のフィルターの略１
．７倍、フィルターｅは比較例２の略１．８倍に、フィ
ルターｂは比較例３のフィルターの略２．１倍にそれぞ
れなり、本発明の各フィルターは、孔径の小さいフィル
ター層と同様の孔径を有する単層フィルターよりも優れ
た濾過寿命を有している。

（実験例２） 実験例１の標準粒子液に替えて、ヒトの新鮮全血を蒸留
水で５０倍に希釈し溶血させたヒト溶血液を用いた。そ
して、実験例１と同様にして各フィルターの濾過寿命を
求めた。結果を表１に併記する。

ヒト溶血液には赤血球の膜成分が含まれており、フィル
ターでは、この赤血球の膜成分により詰まりが生じやす
い。このため、濾過寿命を示す送液量が多くなれば、優
れた捕集効率を有することになる。本実験例でも、フィ
ルターａおよびｅの濾過寿命は比較例２のフィルターの
略１．８倍、フィルターｂの濾過寿命は比較例３のフィ
ルターの略２゜２倍となっており、本発明のフィルター
では、孔径の小さいフィルター層と同様の孔径を有する
単層フィルターよりも優れた濾過寿命を有する。

（以下余白） 表　　１ （発明の効果） 本発明の高速液体クロマトグラフ用フィルターは、この
ように、孔径が液体通流方向で順次変化しているため、
高濾過精度であって捕集効率にすぐれている。その結果
、濾過寿命に優れており、異物の詰まりによるカラムの
劣化が抑制されて高精度にて測定が行える、 ４　　′　　の　　　な！　Ｂ 第１図は本発明の高速液体クロマトグラフ用フィルター
の一例であるカラムフィルターを装着したカラムの要部
断面図、第２図は本発明の高速液体クロマトグラフ用フ
ィルターの他の例であるラインフィルターを装着したホ
ルダーの断面図、第３図はフィルターの性能実験に使用
する装置の概略図、第４図はその装置に使用される標準
粒子液の粒度分布図、第５図はその装置による実験結果
を示すグラフ、第６図はフィルターの他の性能試験に使
用する装置の概略図、′Ｍ７図は濾過寿命を説明するた
めのグラフである。

１０、５０・・・フィルター、１１．１２．５１．５２
・・・フィルター層、２０・・・カラム本体、２１・・
・充填剤、３ｏ・・・連結部材、３１・・・空間部、４
０．．７０・・・シール部材、６０・・・ホルダー第１
図 第２図 ｉｂ 用４図 粒径（１ｍ） 第５図 ＃Ｐ、準粒子の１ｈ桂兜ｍ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、高速液体クロマトグラフにおける液体通流域に介装
   されるフィルターであって、孔径の大きさが、液体通流
   方向で順次変化していることを特徴とする高速液体クロ
   マトグラフ用フィルター。