JPH0422427A - 溶質の連続分離方法及び装置 - 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】 本発明は、溶質の連続分離方法及び装置に関する。

Ｗ来ｐ丑庸 従来、溶液に含まれる溶質を分離する方法の一つとして
、ゲル濾過、イオン交換クロマトグラフィ、アフィニテ
イクロマトグラフィ等に代表されるようなカラムクロマ
トグラフィが広く知られている。他方、合成高分子から
なる多孔質膜の有する細孔を利用し、その篩機能によっ
て分子量の異なる溶質を分離する方法も知られている。

しかし、カラムクロマトグラフィにおいては、イオン交
換クロマトグラフィ、アフィニティクロマトグラフィ等
、それぞれ用途、目的に応じて充填剤を選択し、場合に
よっては、充填剤に化学修飾を施した後に、それをカラ
ムに充填する煩雑な操作が必要である。また、カラムク
ロマトグラフィにおいては、カラム断面積に対して、カ
ラム長さの最小値が規定されるので、カラム長さが長い
。

更に、別の問題として、分離を目的とする溶質の充填剤
への吸着速度は、充填剤内への拡散速度に依存すること
、充填剤の強度が十分に大きくないこと、カラム出入口
間の圧力損失が大きいこと等から、高流速での操作が困
難であり、しかも、処理量は、カラムの大きさによって
制限される。

そのうえ、これらによって、カラムに充填剤を充填した
後、カラムの平衡化、試料の添加、カラムの洗浄、充填
剤に吸着された溶質の溶出等の操作にも長時間を要する
こととなる。

また、スケールアップを行なう場合には、充填剤の強度
が小さく、小スケールでの実験から、スケールアップ後
のカラムの挙動を予測することが困難である。更に、カ
ラムクロマトグラフィにおいては、通常、単一のカラム
に対して、平衡化、吸着、洗浄、溶出の操作を順次に行
なうので、連続的に溶質を分離することができない。

このように、カラムクロマトグラフィは、種々の問題を
有するために、工業的な大量処理には適用し難く、従来
、バッチ式にて実験室規模での溶質の分離に用いられて
いるにすぎない。

他方、合成高分子からなる多孔質膜を用いる分離方法で
は、分子量の近接した溶質を相互に分離することは困難
であるうえ、膜上に溶質によるゲル層やケーキ層が形成
されて、経時的に分画性能が変化したり、或いは透過流
束が減少する等の問題がある。

Ｐが”　しようとするｉ 本発明は、上記したような従来の分離方法における種々
の問題を解決するためになされたものであって、溶液に
含まれる溶質を高速流にて短時間で分離することができ
、しかも、大量処理が可能である溶質の連続分離方法及
びそのための装置を従供することを目的とする。

１　°　るための　− 本発明による溶質の連続分離方法は、分離を目的とする
溶質に対する選択的吸着性を有する濾過膜を複数の通気
性通液性の回転円筒体の周面上を順次に接触させて走行
させ、その間に、少なくとも一つの上記回転円筒体上で
上記溶質を含有する溶液が上記濾過膜を強制的に透過せ
しめられて、上記溶質を濾過膜に吸着させ、次いで、少
なくとも一つの他の前記回転円筒体上で溶離液が前記濾
過膜を強制的に透過せしめられて、上記溶質を溶離させ
ることを特徴とする。

また、本発明による溶質の連続分離装置は、それぞれ平
衡化液、分離を目的とする溶質を含む溶液、第１の洗浄
液、溶離液及び第２の洗浄液からなる液体が充填された
平衡化槽、吸着槽、第１の洗浄槽、溶離槽及び第２の洗
浄槽と、それぞれの内部にて減圧手段又は加圧手段に接
続されていると共に、上記それぞれの槽に浸漬されてい
る通気性通液性回転円筒体とを備え、上記溶質に対する
選択的吸着性を有する濾過膜が上記それぞれの回転円筒
体に連続して巻き架けられて、走行しつつ、上記平衡化
槽、吸着槽、第１の洗浄槽、溶離槽及び第２の洗浄槽内
に順次に浸漬されて、それぞれの槽にて液体が上記ｉ！
を過膜を強制的に透過せしめられて、濾過膜の平衡化、
溶質の吸着、濾過膜の洗浄、溶質の溶離及び濾過膜の洗
浄が順次に行なわれるようにしたことを特徴とする。

本発明において、上記濾過膜としては、分離を目的とす
るＲ’ｆｔに対して親和性を有するリガンド、解離基又
は荷電性を有する多孔質３膜であれは、特に限定される
ものではなく、このような多孔質薄膜としては、従来よ
り知られている限外濾過膜、精密濾過膜、濾紙等が用い
られる。

荷電型濾過膜は、正荷電型でも、負荷電型でもよいが、
分離操作の効率上の観点から、荷電量は、通常、０．３
　ｍｅｑ／　ｇ以上であるのがよく、特に、０．８ｍｅ
ｑ／ｇ以上であるのが好ましい。濾紙としては、例えば
、リガンドや解離基等をそれに固定し得る限りは、何ら
その材質において制限されるものではないが、例えば、
セルロース繊維濾紙やガラス繊維濾紙等が好適に用いら
れる。

前記多孔質薄膜としては、限外濾過膜が好適に用いられ
る。このような限外濾過膜は、従来より知られている所
謂非対象構造を有するものでも、対象構造を有するもの
でもよい。しかし、その分画分子量は、分離を目的とす
る溶質の分子量にもよるが、通常、１０００〜１０００
０００の範囲にあるのがよい。ここに、分画分子量とは
、９０％以上の阻止率を有する溶質の最小の分子量をい
う。

精密濾過膜としては、その孔径が、通常、０．１〜１０
μｍの範囲にあるものが好適に用いられる。

上述したような多孔質薄膜を構成する重合体は、特に、
限定されないが、例えば、ポリスルホン、スルホン化ポ
リスルボン、ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリエ
ーテルスルホン、ポリアミド、ポリイミド、酢酸セルロ
ース、ポリアクリロニトリル等からなる重合体を挙げる
ことができる。

多孔質薄膜にリガンドや解離基を固定する方法も、特に
限定されず、従来より知られている任意の方法によるこ
とができ、例えば、一般に知られているように、物理吸
着法、共有結合法、架橋法等によることができるが、例
えば、リガンドを多孔質薄膜に固定する場合、リガンド
が多孔質薄膜から容易に脱離しないように、共有結合法
によるのが好ましい。

上記解離基としては、例えば、陰イオン交換基であるジ
エチルアミノエチル基や４級アミノエチル基、陽イオン
交換基であるカルボキシメチル基、スルホプロピル基、
リン酸基等を挙げることができる。

本発明においては、このように、分離を目的とする溶質
に対して選択的吸着性を有する濾過膜を連続的に走行さ
せつつ、平衡化槽内にて平衡化液を強制的に透過させて
、平ｉ負ｊ化させ、次いで、かかる濾過膜を吸着槽に導
いて、吸着槽内にて上記溶質を含む溶液を強制的に透過
させて、その溶質を前記リガンドや解離基にて捕捉する
。この後、溶質を捕捉している濾過膜を第１の洗浄槽に
案内して、第１の洗浄液を強制的に透過させて、濾過膜
を洗浄した後、濾過膜を溶離槽に導き、ここで、溶離液
を強制的に透過させて、上記溶質を濾過膜から溶離させ
る。このように、溶質を溶離した濾過膜は、次いで、最
終的に第２の洗浄槽に案内されて、同様に洗浄され、こ
の後、再び、濾過膜は、最初の平衡化槽に戻る。かくし
て、本発明によれば、連続的に濾過膜の平衡化、溶質の
濾過膜への吸着及び溶質の濾過膜からの溶離を連続して
、且つ、繰り返して行なって、溶質を連続的に分離する
。

ここに、分離を目的とする溶質の溶離は、従来より知ら
れている任意の方法によることができる。

例えば、カラムクロマトグラフィにおいて一般に知られ
ているようなｐｌｌ、イオン強度、イオン種、温度等の
物理的化学的条件の変化による非特異的溶離や、或いは
分離を目的とするｉｔと何らかの特異的相互作用を有す
る物質を用いる特異的溶離のいずれをも採用することが
できる。

濾過膜の平ｉ組化、分離を目的とする溶質の吸着、濾過
膜の洗浄及び溶質の溶離のそれぞれの工程は、それぞれ
単一の槽を用いて、−段のみにて行なってもよいが、必
要に応じて、それぞれの工程又は一部の工程について、
複数の槽を用いて、多段に行なってもよい。

更に、本発明においでは、上記吸着又は溶離工程を複数
の槽を用いて行なう場合に、吸着条件や溶離条件を槽ご
とに変化させることによって、吸着及び溶離を段階的に
行なって、２種以上の溶質の連続分剤を行なうこともで
きる。

以下に本発明による装置の実施例を示す図面に基づいて
、本発明を説明する。

第１図に示すように、本発明の装置においては、平衡化
槽１、吸着槽２、第１の洗浄槽３、溶離槽４及び第２の
洗浄槽５が順次に設けられ、平衡化槽１には平衡化液６
が、吸着槽２には分離すべき溶質を含む溶液７が、第１
の洗浄槽３には第１の洗浄液８が、溶離槽４には溶離液
９が、第２の洗浄槽５には第２の洗浄液１０からなる液
体が、それぞれ充填されている。

上記それぞれの槽には、通気性通液性回転筒体１１．１
２．１３．１４及び１５がそれぞれ液体中に浸漬されて
いる。これら通気性通液性回転筒体は、第２図にその一
例を示すように、小孔１６を多数有する多孔性の円周面
１７を備えていると共に、円筒体内部を減圧又は加圧し
得るように、内部にて減圧手段又は加圧手段に接続され
ている。

このような円筒体は、例えば、回転円筒式真空濾過機の
１種であるオリバーフィルターとして知られている。

本発明においては、前記溶液から分離しようとする溶質
に対して、前述したような選択的吸着性を有する濾過膜
１８が無端ベルト状に接続されて、それぞれの槽の間に
設けられた案内ロール２１．２２．２３及び２４に案内
されながら、前記それぞれの槽において、前記通気性通
液性回転筒体の少なくとも一部の周面と接触しつつ、前
記平衡化槽１、吸着槽２、第１の洗浄槽３、溶離槽４及
び第２の洗浄槽５を順次に走行し、案内ロール２５及び
２６にて、再び、平衡化槽に循環される。案内ロールの
−又は複数は、駆動ロールとして、上記濾過膜を所定方
向に走行させる。

前記通気性通液性回転筒体が内部にて減圧にされている
ときは、それぞれの槽内にて、液体は、濾過膜を介して
、回転円筒内に吸引される。他方、前記通気性通液性回
転筒体が内部にて加圧されているときは、それぞれの槽
内にて、液体は、回転円筒体内から濾過膜を介して吐出
される。このようにして、液体は、それぞれの槽におい
て、濾過膜を強制的に透過せしめられる。それぞれの槽
において、液体を回転円筒体内に吸引するか、又は回転
円筒体から吐出させるかは、特に、限定されるものでは
なく、それぞれの工程に応じて適宜に選ばれる。

先ず、平衡化槽１において、前記通気性通液性回転円筒
体は、内部を減圧にするとき、平衡化液は、円筒体内に
吸引される結果、その周面上の濾過膜を強制的に透過せ
しめられ、かくして、濾過膜は平衡化される。次いで、
濾過膜は、分離すべき溶質を含む溶液を充填した吸着槽
２に案内される。ここでも、通気性通液性回転筒体の内
部を減圧にするとき、上記溶液は、同様に、円筒体内に
吸引されて、濾過膜を強制的に透過せしめられ、その間
に、溶質は、濾過膜の有するリガンドや解離基によって
、濾過膜に捕捉される。濾過膜の有するリガンドや解離
基によって捕捉されない溶媒や溶質は、濾過膜を透過す
る。

次いで、濾過膜は、第１の洗浄槽３に導かれて、同様に
、濾過膜を強制的に透過せしめられる第１の洗浄液にて
洗浄されて、濾過膜に捕捉されていない不純物が除去さ
れる。回転円筒体の内部が減圧にされているとき、洗浄
液は、前述したと同様に、円筒体内に吸引される。

濾過膜は、次いで、溶離槽４に案内される。溶剤槽にお
ける回転円筒体は、例えば、内部に溶離液が供給され、
加圧されて、溶離液は円筒体から濾過膜を透過して吐出
されて、濾過膜を強制的に透過せしめられて、濾過膜に
捕捉されている前記溶質を溶離させ、溶質は溶離液と共
に溶離槽内に集められる。

この溶質の溶離乃至脱着工程の後、Ｉｔｉ、過膜は、第
２の洗浄槽５に案内され、溶離槽におけると同様にして
、例えば、回転円筒体の内部から吐出される第２の洗浄
液が強制的に透過せしめられて、洗浄された後、前述し
たように、案内ロールによって、当初の平衡化槽に戻る
。かくして、本発明によれば、濾過膜を循環して各槽を
走行させ、その間に濾過膜の平衡化、分離を目的とする
溶質の吸着、濾過膜の洗浄、その溶質の溶離及び濾過膜
の洗浄を連続的に行なソて、溶質を連続して分離するこ
とができる。

主皿久分来 以上のように、本発明によれば、分離を目的とする溶質
を選択的に吸着させる担体として濾過膜を用いるので、
従来のカラムクロマトグラフィにおけるように、カラム
への担体の充填等の煩雑な操作を要せず、しかも、この
ような濾過膜を用いることによって、溶液の透過流路が
短く、濾過膜の表裏面間の圧力損失が小さいことから、
濾過膜の平衡化、目的とする溶質の吸着及び溶離に、勿
論、洗浄においても、そのために要する時間を著しく短
縮することができる。

更に、本発明によれば、濾過膜は、平衡化槽、吸着槽、
溶離槽及び洗浄槽をそれぞれ順次に走行し、その間に上
記のように迅速に各工程が行なわれるので、大量の溶液
からの溶質分離を短時間で行なうことができる。これに
加えて、濾過膜の面積を大きくすることによって、−層
の大量処理も可能である。

実隻拠 以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこ
れら実施例により何ら限定されるものではない。

実施例 濾過膜として、多孔質層内部に負荷電基であるスルホン
酸基を有するスルホン化ポリエーテルスルホン系荷電型
限外濾過膜（日東電工■製ＮＴＵ３０００Ｘ、分画分子
量５０００００　）を用い、第１図に示したように、平
衡化槽、吸着槽、第１の洗浄槽、溶離槽及び第２の洗浄
槽を備えた装置構成によって、チトクロームＣ（分子量
１２４００、等電点１０．１　）とデキストラン（分子
量１００００）の混合溶液からチトクロームＣを連続的
に分離した。

用いた限外濾過膜は、幅３０ｃｍ、全長５ｍ、膜面積１
．５がであり、回転円筒体は直径２０ｃｍ、回転速度０
．４ｒｐｍ（膜走行速度２５ｃ＋ｎ／分）であり、１つ
の回転円筒体上の濾過膜の有効膜面積は、０゜０７５ｒ
ｙ？である。

上記したそれぞれの槽内の液体は次のとおりである。

平衡化槽：０．０１Ｍリン酸緩衝液（ｐＨ７，０）吸着
槽：チトクロームＣ（２００■／１）とデキストラン（
２００■／Ｉ！、）との混合水溶液（ｐＨ７，０） 第１の洗浄槽：０．０１Ｍリン酸緩衝液（ｐＨ７，０）
溶離槽：ＩＭの塩化ナトリウムを含む０゜０１Ｍリン酸
緩衝液（ｐＨ７，０） 第２の洗浄槽； １Ｍの塩化す１−リウムを含む０．０ １　Ｍ　ＩＪン酸緩衝液を水酸化ナトリウムにてアルカ
リ性としたもの （ｐＨ１２，０） 平衡化槽では０．５　ｋｇｆ／ｃｍ”、吸着槽及び第１
の洗浄槽では０．２　ｋｇｆ／ｃｍ”にそれぞれ回転円
筒体の内部を減圧にして、液体を回転円筒内に吸引し、
溶耐槽及び第２の洗浄槽では、それぞれ回転円筒体の内
部を０．１　　ｋｇｆ／ｃｍ”及び０．２　ｋｇｆ／ｃ
ｍ！にそれぞれ加圧し、液体を回転円筒体から吐出させ
て、それぞれの工程を行なった。

その結果、溶離槽内に１時間当りに９ｇのチトクローム
Ｃを分離することができた。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明の方法を実施するための装置の一実施
例を示す断面図、第２図は、回転円筒体の一例を示す断
面図である。 １・・・平衡化槽、２・・・吸着槽、３・・・第１の洗
浄槽、４・・・溶離槽、５・・・第２の洗浄槽、６・・
・平衡化液、７・・・分離すべき溶質を含む溶液、８・
・・第１の洗浄液、９・・・熔齢液、１０・・・第２の
洗浄液、１１．１２、】３、】４及び１５・・・通気性
通液性回転円筒体、１６・・・小孔、Ｉ７・・・多孔性
の円周面、１８・・・濾過膜、２１．２２．２３．２４
．２５及び２６・・・案内ロール。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）分離を目的とする溶質に対する選択的吸着性を有
   する濾過膜を複数の通気性通液性の回転円筒体の周面上
   を順次に接触させて走行させ、その間に、少なくとも一
   つの上記回転円筒体上で上記溶質を含有する溶液が上記
   濾過膜を強制的に透過せしめられて、上記溶質を濾過膜
   に吸着させ、次いで、少なくとも一つの他の前記回転円
   筒体上で溶離液が前記濾過膜を強制的に透過せしめられ
   て、上記溶質を溶離させることを特徴とする溶質の連続
   分離方法。
2. （２）それぞれ平衡化液、分離を目的とする溶質を含む
   溶液、第１の洗浄液、溶離液及び第２の洗浄液からなる
   液体が充填された平衡化槽、吸着槽、第１の洗浄槽、溶
   離槽及び第２の洗浄槽と、それぞれの内部にて減圧手段
   又は加圧手段に接続されていると共に、上記それぞれの
   槽に浸漬されている通気性通液性回転円筒体とを備え、
   上記溶質に対する選択的吸着性を有する濾過膜が上記そ
   れぞれの回転円筒体に連続して巻き架けられて、走行し
   つつ、上記平衡化槽、吸着槽、第１の洗浄槽、溶離槽及
   び第２の洗浄槽内に順次に浸漬されて、それぞれの槽に
   て液体が上記濾過膜を強制的に透過せしめられて、濾過
   膜の平衡化、溶質の吸着、濾過膜の洗浄、溶質の溶離及
   び濾過膜の洗浄が順次に行なわれるようにしたことを特
   徴とする溶質の連続分離装置。