JPH07120450A - 多孔質体クロマトグラフィー用カラム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は充填構造によらない多孔質体クロマ
トグラフィー用カラムを提供するものである。 【構成】 細孔を有する多孔質柱状体であって、細孔が
柱状体の上面から下面まで貫通している構造を有するク
ロマトグラフィー用カラム。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は多孔質体クロマトグラフ
ィー用カラムに関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】クロ
マトグラフィーは固定相を通して展開剤を移動させるこ
とにより試料を固定相中で移動させ、固定相への分別的
な補集および脱離を連続的に繰り返して試料を分離する
操作である。固定相は固体吸着媒の粒子を充填したカラ
ムに保持されている。固定相は固体または液体である
が、試料が固定相に補集される機構は、分配、吸着およ
びイオン交換や、分子のサイズによるものなどに大別さ
れる。

【０００３】固定相は、通常、充填粒子自体であるか、
粒子を担体として、分析試料に適した分離剤をコーティ
ング、または分析試料に適した化学的修飾剤を粒子に化
学的に結合させることによって保持されている。従っ
て、充填剤は、充填粒子そのもの、または固定相を担持
する粒子も含む。

【０００４】クロマトグラフィー系は試料の分析に広く
用いられているが、実際の使用上の欠点として、充填カ
ラムを使用する場合は、再現性の問題が挙げられる。す
なわち、充填カラムは再現性が保証されないために、実
験室間、あるいは同一実験室でも必ずしも同一の結果が
得られるとは限らず、保持時間による試料の同定など
は、相対的な結果に頼らざるを得なかった。

【０００５】カラムの再現性を阻害する要因としては、
充填剤粒子内部構造の再現性に問題があると言われてお
り、本発明者らは特に保持時間に付いて細孔径の制御性
に優れた多孔質ガラス粒子の充填剤を用い細孔径の制御
により管理することを提案してきた。また、カラムの再
現性にとっては、カラム充填因子によるものも大きく、
充填方法によっては、充填剤が本来持っている分離機能
を充分発揮させていない場合もあると思われる。

【０００６】例えば、粒子間細孔は充填時に決定される
ので、充填時のわずかな違いにより、その構造は変化す
る。また、その際、粒子同士がぶつかり合うため、充填
剤が破壊される現象もしばしば見られ、そのため表面の
改質層が剥がれ、異常吸着を発生させることもある。ま
た、充填には非常に手間がかかり、トラブルも多く、均
一に充填されないなどの不良品が多発するため製品歩留
りが悪く、検査の費用を含めコストの上昇を招いてい
る。

【０００７】従来のクロマトグラフィー用カラムの構造
は大別して次の３種類に分類される。すなわち、 １）表面多孔性または全多孔性のシリカゲルまたは樹脂
製充填剤をガラス、プラスチックまたはステンレス鋼製
の円筒状の容器に充填した構造(図２(１))、 ２）無孔性球状のシリカゲルまたは樹脂製充填剤を充填
した構造(図２(２))、 ３）多孔性の樹脂製充填剤を容器内で結合させた構造
(図２(３))（パーフュージョンクロマトグラフィー用カ
ラム）である。

【０００８】例えば、シリカゲル粒子でカラムを充填し
た場合、細孔をもつシリカゲル粒子では、粒子間細孔と
粒子内細孔の二重構造（ダブルポア）をとる。この場
合、充填粒子の細孔内の試料の向流的な吸着および分配
による試料の分離と分子サイズによる分離が同時に起こ
り、単純な吸着・分配による分離とはならない（ダブル
ポアによる分離）（図２（１））。また、無孔性の充填
剤をつめた場合はシングルポアであるが、粒子による包
囲状態により、図２（２）に示すように形成される空間
の形状の大きさが様々に変化し、相変わらず分離モード
が複雑になる。また、無孔性カラムは粒子が小さいため
特に充填は難しい。このようなカラムの持つ充填因子を
排除し、安定的な分離を得るには、粒子を充填する方法
によらない新しい発想のカラムが望ましい。

【０００９】パフュージョンクロマトグラフィーでは容
器内で充填粒子を結合させる構造のため、再現性に問題
があること、また、分子サイズによる分離が同時に生じ
るため、単純な吸着・分配による分離とはならない（ダ
ブルポアによる分離）（図２（３））。すなわち、この
場合も充填剤の有する機能が十分発揮されず、分離モー
ドが単純ではない。そこで、このような従来使用されて
いるクロマトグラフィー用カラムの有する欠点をもたな
いカラムの開発・研究が行われた。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、多孔質材
料の開発を進め、例えば、多孔質ガラスの持っている広
い範囲での細孔径の制御性を利用し、Åの単位のオーダ
ーからμの単位のオーダーの細孔を持つ多孔質ガラスを
用いて、新規構造のカラムを作成し各種化合物のクロマ
トグラフィー分析を試みた結果、クロマト分離機能を有
することを知った。すなわち、本発明のクロマトグラフ
ィー用カラムは、従来の充填構造を有するものでなく、
均一な径を有する多孔体、シングルポアの多孔体の中を
移動相が通過する構造中で分離が行われるものである
（図２（４））。

【００１１】

【発明の構成】本発明は細孔を有する多孔質柱状体であ
って、細孔が柱状体の上面から下面まで貫通している構
造を有するクロマトグラフィー用カラムである。

【００１２】細孔の軸方向に垂直な断面は円形または円
形に近いものが好ましい。細孔の断面が円形に近いと
は、長径と短径が異なる楕円形などが含まれる。細孔の
最大径は、２０〜１００００００Åであってもよく、好
ましくは、３０〜５０００００Å、より好ましくは、４
０〜１０００００Åである。

【００１３】柱状体の高さ（長さ）は特に制限はない
が、１ｍｍ位から１０ｍであってもよい。柱状体の断面
はほぼ円形に近いのが望ましい。柱状体の最大径は特に
制限されないが、１ｍｍから５０ｃｍであってもよい。
多孔質柱状体は、上記で定義された細孔が、上面から下
面まで貫通しており、屈曲しながら、および／または連
通していてもよい。すなわち、充填カラムの構造を移動
相が通過する細孔の構造から考えた場合、固形ＯＤＳ化
多孔質ガラスの場合、滑らかな内面を持つ円筒状の細孔
が集合・分散を繰り返しながらジャングルジムの様に絡
み合っていると見なせる。

【００１４】多孔質体の材質は、細孔の径を上記の大き
さに制御し得る材質であれば、特に制限されないが、多
孔質セラミック、多孔質ガラスなどの無機質の多孔体、
例えば、固形多孔質ガラスが望ましい。多孔質ガラスの
例としては、組成がＮａＯ−Ｂ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系のもの
が挙げられ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、ＺｎＯ₂、ＴｉＯ₂、
ＳｎＯ₂、ＣａＯ、ＭｇＯ₂など種々の酸化物を添加した
ガラスを用いて製造する場合もある。多孔質ガラスは、
例えば、けい砂、硼酸、ソーダ灰およびアルミナを混合
し、１２００〜１４００℃に熔融する。これを８００〜
１１００℃にて成形後、未分相硼けいガラスを得、熱処
理によりＳｉＯ₂相とＢ₂Ｏ₃−Ｎａ₂Ｏ相に分相させ、酸
処理によって、ＳｉＯ₂骨格を残した多孔質体を製造す
る。細孔径は、用途によって、熱処理時の条件を変化さ
せることにより１０〜１００００００Åの細孔分布の均
一なものが用途に応じて製造可能である。

【００１５】多孔質セラミックの例としては、アルミナ
シリケート質Ａ（硬磁器粒子を焼結したもの）、けい砂
質、アルミナ質、アルミナシリケート質Ｂ（シャモット
粒子を焼結したもの）、多孔質ムライト質、けいそう土
質のものなどがある。多孔質セラミックは、例えば、一
定範囲の粒子径の陶磁器粒子（硬磁器粉砕物、シリカ、
アルミナ、シャモットなど）を適当な媒溶剤と焼結して
製造する。細孔径５００μ程度から０.１μ程度または
それを越える範囲のもので、細孔分布の均一なものが、
用途に応じて製作可能である。

【００１６】本発明の多孔質体カラムは、液−液分配
系、液−固吸着系、気−液分配系、気−固吸着系および
液−固（液）イオン交換系のすべてのカラムクロマトグ
ラフィー系に適用することができる。すなわち、大気圧
下の液体クロマトグラフィー、高速液体クロマトグラフ
ィー、ガスクロマトグラフィー、超臨界クロマトグラフ
ィーなどに適用し得る。

【００１７】本発明の多孔質カラムの細孔には、従来の
充填剤に用いられている分離試料に適したコーティング
剤および／または化学的修飾剤を適用して細孔の表面を
修飾・改質し得る。例えば、コーティング剤としては、
ポリエチレングリコール、シリコンオイルなどが挙げら
れる。化学的修飾剤としては、トリメチルクロロシラン
（ＴＭＳ）、ジメチル−ｎ−オクチルクロロシラン（Ｏ
ＣＳ）、ジメチル−ｎ−オクタデシルクロロシラン（Ｏ
ＤＳ）などのアルキルクロロシラン、γ−アミノプロピ
ルトリエトキシシランなどアミノアルコキシシラン、そ
の他エポキシシランなど各種シラン処理剤が挙げられ
る。さらに、表面修飾剤の修飾基にタンパク質などの高
分子化合物または低分子化合物が結合していてもよい。
また、柱状体は変形させてＵ字状またはコイル状のカラ
ムとしてもよい。

【００１８】

【実施例】本発明のクロマトグラフィー用カラムを実施
例により、具体的に説明するが、以下の記載は本発明を
制限するものではない。 実施例１ 多孔質ガラスの製造法 ＳｉＯ₂ ６２.５、Ｂ₂Ｏ₃ ２７.３、Ａｌ₂Ｏ₃ ３.
０、Ｎａ₂Ｏ ７.２ 各重量％を熔融し、直径約２ｍｍ
のロッドを５４０℃にて７時間処理し、ついで６１０℃
にて約３２時間処理して分相させた。相分離物を９０℃
にて１Ｎ硫酸（酸（ｍｌ）／ガラス（ｇ）の比＝１７
０）を用いて２日間酸処理し、得られたガラスロッドを
熱蒸留水で洗浄し、乾燥後、デシケーター中で保存し
た。得られたガラスロッドの細孔容積は、０.６ｍｌ／
ｇであり、中心細孔直径５００Åであった。粒子径分布
の測定は、水銀圧入法により測定した。得られた多孔質
ガラス材を機械加工により柱状体に成形した。

【００１９】実施例２ 直径４ｍｍ、長さ２０ｍｍ、細孔直径２μの円柱状の多
孔質ガラスを作成しジメチル−ｎ−オクタデシルクロロ
シラン（ＯＤＳ）を用いて表面改質を行い、さらにＴＭ
Ｓを用いてエンドキャッピングをおこなった。この多孔
質ガラス円柱をテフロンとステンレス鋼からなるリング
に固定した後、ステンレス鋼製のホルダーに装着して実
験に使用した。実験は市販の標準試料を用いて行った。 １）タンパク質分離 試料： リボヌクレアーゼ (1) チトクロームＣ (2) ラクトアルブミン (3) ミオグロブリン (4) 分離条件： カラム：ＯＤＳ修飾多孔質ガラス（細孔直径２μ）
４.０ｍｍ×２０ｍｍ 移動相：Ａ アセトニトリル−水（２０／８０(v/v)）
中０.１％ＴＦＡ Ｂ アセトニトリル−水（９０／１０(v/v)）中０.１％
ＴＦＡ Ａ／Ｂグラジエント 時間０分 → １５分 Ａ １００％ → Ｂ １００％ 流速：４.０ｍｌ／分 検知器：ＵＶ（２２０ｎｍ） 得られたクロマトグラムを図３に示す。

【００２０】２）芳香族分離 試料： ナフタレン(5) クリセン(6) 分離条件： カラム：ＯＤＳ修飾多孔質ガラス（細孔径２μ） ４.
０ｍｍ×２０ｍｍ 移動相:アセトニトリル−水（３０／７０(v/v)） 流速：０.５ｍｌ／分 検出：ＵＶ（２５４ｎｍ） 得られたクロマトグラムを図４に示す。

【００２１】

【発明の効果】本発明のクロマト用カラムは、従来の充
填構造を有するものでなく、均一な径を有する細孔を有
する多孔体、すなわち、シングルポアの多孔体の中を移
動相が通過する構造中で分離が行われるものであり、分
離モードが単純化され、充分な再現性を保証するもので
ある。さらに、分離機能を充分に保持しながら、クロマ
ト分離の迅速化を可能にする。充填操作が不必要である
ため、カラム充填の不便さおよび充填コストがかからな
い。さらに、従来の充填カラムでは不可能であったＵ字
状またはコイル状などのカラムの作製をも可能にするも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 カラムの軸方向の断面図であり、本発明のク
ロマトグラフィー用カラムの一例を模式的に示すもので
ある。

【図２】 カラムの軸方向の断面図の一部であり、
（１）〜（３）は、従来のカラムについて、（４）は本
発明のカラムについて模式的に示したものである。

【図３】 クロマトグラムであり、本発明のクロマトグ
ラフィー用カラムによるタンパク質の分離結果を示す。

【図４】 クロマトグラムであり、本発明のクロマトグ
ラフィー用カラムによる芳香族化合物の分離結果を示
す。

【符号の説明】

１・・リボヌクレアーゼ、２・・チトクロームＣ、３・
・ラクトアルブミン、４・・ミオグロブリン、５・・ナ
フタレン、６・・クリセン

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 細孔を有する多孔質柱状体であって、細
   孔が柱状体の上面から下面まで貫通している構造を有す
   るクロマトグラフィー用カラム。
2. 【請求項２】 細孔の軸方向に垂直な断面が円形または
   円形に近いものである、請求項１記載のカラム。
3. 【請求項３】 細孔の直径が２０〜１,０００,０００Å
   である、請求項１または２記載のカラム。
4. 【請求項４】 細孔が屈曲している、請求項１〜３記載
   のカラム。
5. 【請求項５】 細孔同志が相互に連通している、請求項
   １〜４記載のカラム。
6. 【請求項６】 多孔質体が細孔質ガラスまたは多孔質セ
   ラミックである、請求項１〜５記載のカラム。
7. 【請求項７】 高速液体クロマトグラフィーに用いられ
   る、請求項１〜６記載のカラム。
8. 【請求項８】 細孔が表面修飾剤で修飾されている、請
   求項１〜７記載のカラム。