JP2002296258A - クロマトグラフィー用多孔質体及びカラム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 クロマトグラフィー分離操作に使用される強
度の大なる多孔質体を得る。 【解決手段】 マクロ細孔を持つ骨格体のマクロ細孔
に、解放構造のミクロ多孔質体を充填形成させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、クロマトグラフィ
ー用多孔質体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】クロマトグラフィーによる分離技術は、
移動相である展開剤により運ばれる試料と充填剤間の何
らかの相互作用により保持される力の、各試料間の違い
を利用して分離しようとするものである。試料が固定相
に捕集される機構は、分配、吸着及びイオン交換や、分
子サイズによるものなどに大別される。これらの相互作
用のうち、代表的なものは、充填剤の表面の所謂固定相
への分配・吸着力を利用し、分別的な捕集及び脱離を連
続的に繰返して試料を分離する操作により分離を行う。
固定相は、固体吸着媒体の粒子を充填したカラムに保持
して形成される。

【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、又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、又は固定相を担持する粒子
も含む。

【０００４】クロマトグラフィー分離システムは、試料
の分析に広く用いられているが、通常にカラムを使用す
る場合、実際の使用上の欠点として、再現性の問題が上
げられる。即ち、充填カラムは再現性が保証されないた
めに、実験室間或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、
充填材粒子内部構造の再現性に問題があると云われてい
る。又、カラムの再現性にとっては、カラム充填剤因子
によるものも大きく、充填ロットにより、充填剤が本来
持っている分離性能を充分発揮させていない場合があ
る。

【０００６】これらの原因としては、充填カラムの内部
構造を考えなければならない。例えば、全多孔性のシリ
カゲル粒子をカラムに充填した場合、カラム全体として
見たとき、細孔は粒子間の細孔と粒子内細孔の２つの穴
からなり、試料はこの２つの孔間を行き来しながら分離
される。この２つの穴のうち、粒子間細孔は充填時に決
定されるので、充填時の僅かな違いにより、その構造は
変化する。又、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、異常吸着を発生されることもあ
る。又、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、
製品歩留まりが悪く、検査の費用を含め、コストの上昇
を招いている。

【０００７】従来知られている充填型のクロマトグラフ
ィー用カラムは構造を大別して次の２種類に分類され
る。即ち、１）表面多孔性又は全多孔性のシリカゲル又
は樹脂製充填剤１をガラス、プラスチック又はステンレ
ス鋼製の円筒状の容器２に充填した構造（図２）、２）
無孔性球状のシリカゲル又は樹脂製充填剤３を充填した
構造（図３）である。

【０００８】例えば、表面多孔性又は全多孔性のシリカ
ゲル粒子１でカラム２を充填した場合、粒子間細孔４と
粒子内細孔５の二重構造（ダブルポア）をとる（図２，
図７）。この場合、充填粒子１の細孔内表面への試料の
内流的な吸着及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）。又無孔性の充
填剤を詰めた場合はシングルポア（図３，図８）である
が、粒子による包囲状態により、図３に示すように形成
される空間４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。又、無孔性カラムは粒子が
小さいため、特に充填は難しい。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上のことからこれま
で幾つかの充填に頼らないカラムが提唱されてきた。こ
れら充填に頼らないカラムも詳細に検討すると、ダブル
ポア型とシングルポア型の２つの構造がある。例えば、
多孔性の樹脂を容器２内で結合させ、充填剤とした例が
ある。この構造では、容器内で充填粒子を結合させるた
め、再現性に問題があること、又、分子サイズによる分
離が生じるため、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４）。即ち、この場
合も充填剤の有する機能が充分発揮されず、分離モード
が単純ではない。

【００１０】又、ゾル・ゲル法多孔質ガラスの製法を用
いて、マクロな貫通孔と壁内に微細な拡散孔を持ったロ
ッド状のガラスを用い、カラムとすることが提案されて
いる（特開平６−２６５５３４）。この場合も多孔性の
樹脂を容器内で結合させたものと基本的に同様の構造を
しており（図４）、従来の充填カラムと同様に貫通孔で
あるマクロ細孔と壁内細孔の二重構造（ダブルポア）
（図７）をとることにより、吸着・分配と分子サイズに
よる分離が同時に生じるため、単純な分離とはならな
い。又、ゾル・ゲル法多孔質ガラスの製法を用いて作製
したガラスは脆く、周辺シールなどに問題があること、
分相構造の再現性の不安定さによる再生産性に問題があ
るなど、従来の問題を解決するに至っていない。

【００１１】叉、これらの方法では、骨格としては、単
一系になるため、スルーポアと分離に必要なメソポアの
割合は、均一系合成条件によりコントロールすることが
特徴となっている。従って、広範囲の分析目的に応じた
ロッドを自由に作成することは困難となる。叉、たとえ
できたとしても、単一系のため、ロッド構造に無理が生
じ、ＨＰＬＣに必要な耐圧性が得られ難い。例えば、従
来方法によるアクリルアミド樹脂ロッドでは、膨潤を避
けるために、架橋剤であるメチレンビスアクリルアミド
やメタクリレートなどを多量に加えて作成する。そのた
め、合成において、相反応利用が必要となり、他種の溶
媒や緩衝溶媒を用いる。使用できる溶媒は限定されるた
め、ある程度の範囲となってしまう。

【００１２】又、分相法の多孔質ガラスを用い、骨格６
にシングルポア７を持つ多孔質体クロマトグラフィー用
カラムが提唱されている（特開平７−１２０４５０）
（図５）。これは、実用的且つ生産性に富んだ手法では
あるが、実質的に表面積の小さな保持容量の小さなもの
しか提供させておらず、より高性能なカラムが望まれて
おり、且つそれに適応した分離システムの確立が必要と
なる。

【００１３】一方、分析試料の前処理に使用されること
の多い固相抽出法とは、試料を固相に負荷して保持さ
せ、洗浄後に目的成分を溶出させる方法である。そのた
め、一旦流量を小さくする必要が生じ、低流量での確実
な分配が不可欠となる。固相のスルーポアが大きいこと
は低流量域での分配により効果的であり、又スルーポア
表面に形成されるメソポアは、試料成分との接触を大き
くすることができ、その分固相の保持によい影響を与え
ることが期待される。

【００１４】しかし、実際の固相抽出では、目的成分以
外に多量のマトリクス成分が混在することになり、それ
らの成分の負荷量が問題となり、従来のガラスの単一ス
ルーポアのものは使用できなかった。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は以上の各種の問
題点から、シングルポア型の分離の必要性に対応できる
多孔質体の強度の大なるものであり、且つ実質的に表面
積の大なる保持容量の大なるモノリス型カラム等の多孔
質体を提案するもので、マクロ細孔を持つ骨格体のマク
ロ細孔に、解放構造のミクロ多孔質体を充填形成させた
ことを特徴とするクロマトグラフィー用多孔質体を提案
するものである。

【００１６】ここでクロマトグラフィーとは、試料を展
開剤を介して固定相中で移動させ、固定相に対する吸
着、離脱により試料を分離する操作である。従って、広
い意味に使用され、具体的にガスクロマトグラフィーや
液体クロマトグラフィーに限定されず、固相抽出法等を
含む概念であり、カラムや固相が具体的に使用されるも
のである。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の構成は、骨格体８の上面
から下面まで貫通しているマクロ細孔９，９，…の内部
に、解放構造のミクロ細孔１０，１０，…を持つ多孔質
体３が充填され一体化した構造を持つ多孔質体であり、
モノリス型多孔質カラムに形成する。

【００１８】マクロ細孔９，９，…の軸方向には垂直な
断面は、円形又は長径と短径が異なる楕円形など円形に
近いものが好ましい。マクロ細孔９，９，…の直径は、
０．１〜１０ミクロンであってもよく、より好ましく
は、０．５〜５ミクロンである。マクロ細孔９，９，…
より小さい解放構造を持つミクロ細孔１０，１０，…は
５〜１０００ｎｍであってもよく、好ましくは１０〜５
００ｎｍである。マクロ細孔９，９，…より小さいと云
うことは、相対的なものであり、例えばマクロ細孔９，
９，…が０．１ミクロンの時、ミクロ細孔１０，１０，
…は５ｎｍ以上、１００ｎｍ未満であり、マクロ細孔
９，９，…が１０ミクロンの時、ミクロ細孔１０，１
０，…は５ｎｍ以上、１００００ｎｍ未満であってもよ
いが、実質的に１０００ｎｍ以下である。と云うことを
意味している。

【００１９】高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）
や固相抽出における粒子を詰めた充填剤タイプにおい
て、液体抵抗圧力は、その粒子径が小さくなるほど高く
なることが知られており、ＨＰＬＣでは、粒子径１〜４
０μｍ程度、固相では、２０μｍ〜１００μｍ程度が一
般的となっている。

【００２０】マクロ細孔径を持つモノリスカラムにおい
ては、マクロ細孔径が、充填剤タイプの粒子径と同様に
考えられる。詳細は、文献ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈ
ｙ，ｖｏｌ．２０Ｎｏ．１（１９９９）に示されている
ように、骨格を形成するマクロ細孔は、液体抵抗と理論
段数に影響し、充填タイプに比べて、同一理論段数を得
る圧力は、１０分の１になることは知られている。この
文献は、同一組成から作成されるマクロ細孔とミクロ細
孔からなるモノリスカラムであって、本発明とは異な
る。しかし、液抵抗においては、マクロ細孔を持つ骨格
の影響が大きく、同じ理論となる。本発明においても、
ＨＰＬＣや固相抽出におけるモノリスのマクロ細孔径
は、充填タイプ粒子径の１０分の１程度となり、０．１
〜１０μｍが実用的となる。

【００２１】分離に影響を大きく与えるところは、ミク
ロ細孔となる。本発明のモノリスカラムでは、マクロ細
孔径を形成後にミクロ細孔を形成するために、上記報告
文献と異なり、より広い範囲のミクロ細孔を作成でき、
マクロ細孔とミクロ細孔の比も自由に作成される。

【００２２】そのため、本発明カラムでは、ミクロ細孔
の範囲は、分離目的成分の液体中での分子の大きさによ
って決定される。化学物質には、多くのものが存在する
が、液体中になると、タンパクなどの高次構造を持つも
のでも、液体親和力により、最大で１０００ｎｍあれ
ば、十分細孔内部に入れることになる。５ｎｍ以下にお
いては、ミクロ細孔容積をいくら大きくしても、マクロ
細孔の影響が出てしまい、本発明でのミクロ細孔形成に
よる利点を生かすことが出来ず、コントロールすること
は無意味となる。

【００２３】カラム１２は柱状体に形成するのがよい。
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。柱状体の断面は略円形に近い
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であっても良い。多孔質柱状体は、
上記で定義されたマクロ細孔９，９，…が、上面から下
面まで貫通しており、屈曲しながら、及び／又は連通し
ていてもよい。即ち、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・分散を繰返し
ながらジャングルジムのように絡み合っていると見なせ
る。

【００２４】マクロ細孔９，９，…を持つ多孔質体の材
質は、マクロ細孔９，９，…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、
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―Ｂ_２Ｏ_３―ＳｉＯ_２―ＣａＯ系のものが
挙げられ、Ａｌ_２Ｏ_３，ＺｒＯ_２，ＺｎＯ_２，Ｔｉ
Ｏ_２，ＳｎＯ_２，ＭｇＯ_２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、ソーダ灰及びアルミナを混合
し、１２００〜１４００℃に溶融する。

【００２５】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ＳｉＯ_２相とＢ_２
Ｏ_３―Ｎａ_２Ｏ―ＣａＯ相に分相させ、酸処理によっ
て、ＳｉＯ_２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、０．１〜１０ミクロン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。

【００２６】多孔質セラミックの例としては、シリカ、
アルミナシリケート質Ａ（硬磁気粒子を燒結したも
の）、けい砂質、アルミナ質、アルミナシリト質Ｂ（シ
ャモット粒子を燒結したもの）、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（硬磁気粉砕物、
シリカ、アルミナ、シャモットなど）と気孔形成材、例
えば結晶セルロース（旭化成：アビセル）と適当な分散
溶媒と混合・成形・燒結して製造する。細孔径５００μ
程度から０．１μ程度又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。

【００２７】次に、マクロ細孔９，９，…を持つ骨格体
８のマクロ細孔９，９，…内にミクロ多孔質体を作成す
るためのモノマーを含浸させ、予め加えていた触媒等を
利用し、マクロ細孔９，９，…内で重合させることによ
り、マクロ細孔９，９，…より小さく、解放構造を持
ち、ミクロ細孔１０，１０，…を持つ多孔質体１１が充
填され、一体化した構造を持つ多孔質柱状体を作成す
る。この場合、ミクロ多孔質体１１を作成するためのモ
ノマーとは、有機、無機のどちらの材料でもよく、無機
系であればテトラエトキシランに塩酸などの触媒を加
え、調整したゾルを含浸させた後に、熟成させることに
より、ミクロ細孔の多孔質シリカガラスを形成させるこ
とができる。又、有機系の場合、各種の樹脂が選択で
き、例えばアクリルアミドモノマーを含浸させた後、重
合させることにより、ポリアクリルアミドゲル多孔質体
を得ることができる。

【００２８】本発明のモノリス型（一体型）クロマトグ
ラフィー用カラムは、液―液分配系、液―固吸着系、気
―液分配系及び液―固（液）イオン交換系の全てのカラ
ムクロマトグラフィー系に適用することができる。即
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。又、前処理などを目
的とする固相抽出用固相としても適用し得る。

【００２９】本発明の多孔質カラムのミクロ細孔１０，
１０，…には、従来の充填材に用いられている分離試料
に適したコーティング剤及び／又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。コーティング剤と
しては、例えば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。又、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、ジメチル―ｎ―オクタデシルクロロシ
ラン（ＯＤＳ）などのアルキルクロロシラン、ｒ―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。更に、表面修飾剤の修飾基にタンパク質など
の高分子化合物又は低分子化合物が結合していてもよ
い。又、柱状体は変形させてＵ字又はコイル状のカラム
としてもよい。

【００３０】本発明のモノリス型多孔質カラムは、強固
な骨格体８である多孔質ガラスや多孔質セラミックのマ
クロ細孔９，９，…中に脆いゾル・ゲル法多孔質ガラス
もしくは多孔質ポリマーを固定することにより、骨格体
全体としては、大変強固な構造を持つことになった。従
って、周囲のシールは従来フィルターなどで利用される
ような、テフロン（登録商標）もしくはポリプロピレン
などのリングに強固に嵌め込むことで容易に実施でき
る。

【００３１】従来タイプの充填材では、水溶離液での必
要圧力は数Ｍｐａである。又、ゾルーゲルロッドカラム
においては、スルーポアとメソポアを同時に作るため、
空間を大きくする必要があり、脆くなってしまう。その
ため、高圧に適用できないものになる。一方一般的なＨ
ＰＬＣに用いられるインジェクション機能は、切換バル
ブによるもので、常用圧力が低くても、注入時には圧力
変動が生じる。バイパスなどの利用により、解消は可能
であるが高価になる。

【００３２】以下、図に示す本発明カラムを用いた分離
装置について説明すれば、溶離液を送液するポンプ１４
と試料を注入するインジェクター１５と本発明カラム１
２及び検出器１６により構成される。検出器１６も用途
に応じ、電気化学検出器、分光光度計、ＲＩ検出器、蛍
光検出器等各種選択できること勿論である。

【００３３】本発明のカラムで構築したＨＰＬＣシステ
ムは、硬い骨格を持つカラム１２のため、圧力変動が大
きい安価なインジェクター１５又はインジェクションシ
ステムを用いることができる。又、分析圧力が低いの
で、ポリプロピレン製などのバルブも使用できる。当然
用いるポンプ１４も、安価な低圧ポンプを用いることが
できる。

【００３４】従来の高圧システムを用いて、通常使用例
の十倍以上の流速を流し高速分析することも可能とな
る。十倍以上の液を流すことは、カラム両端につけるフ
ィルターの目詰り原因となるが、１つの硬い骨格を持つ
本カラムを用いたシステムでは、フィルターを取付ける
必要がなく、このような目詰りの心配は要らない。

【００３５】又、カラム長を通常使用例の十倍にして、
流速を通常にすることも可能になる。理論数段は、長さ
に比例するため、従来の十倍の段数が得られることにな
る。充填タイプでは、圧力も比例して十倍になり、この
ようなことは不可能である。ゾル・ゲル利用ロッドで
は、カラム内部でゲル化するため、長いものを作成する
ことは不可能に近い。又、出来たとしても、強度不足で
折れ易い。

【００３６】本発明カラムでは、強度の高いスルーポア
だけの状態で、機械加工ができ、自由な大きさのものが
作成できる。特に、ガラス製のものでは、溶融時に引け
ば、円形などの自由な形で、自由な長さに引くことが出
来る。その後に、２次細孔を形成し、必要に応じて化学
処理をすればＨＰＬＣ分離に使えることになる。このよ
うに、本発明カラムを用いたＨＰＬＣシステムでは、従
来の十倍以上の長さのカラムを用いることも可能とな
る。

【００３７】更に、本発明のモノリス型多孔質カラムの
場合、背圧が低いこと、叉、低流速領域でも効果的な分
離が得られることなどから低圧力、低流量でも流速が安
定するポンプとを用いることが望ましく、特に背圧が低
くても流速の変化が起こり難い超微量ポンプシステムと
組合せることが可能となる。これらポンプシステムと本
発明クロマトグラフィー用カラムは、一体のシステムと
して機能する。

【００３８】

【実施例】本発明の多孔質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 ＳｉＯ_２ ５９．０、Ｂ_２Ｏ_３ ２５．０、ＺｒＯ_２
５．０、Ａｌ_２Ｏ_３３．０、ＣａＯ ３．０、Ｎａ_２Ｏ
５．０各重量％を溶融し、直径約４ｍｍのロッドを５
４０℃にて７時間処理し、次いで７５０℃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＝１７０）を用いて２
日間酸処理し、その後、０．５Ｎ―ＮａＯＨ（酸（ｍ
ｌ）／ガラス（ｇ）の比＝１７０）を用いて６時間アル
カリ処理した。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２ミクロンであった。細孔径分布の測定は、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。

【００３９】上記のようにして得られた直径４ｍｍ×長
さ１００ｍｍの２μｍマクロ細孔を持つＳｉＯ_２の骨格
の骨格体を、５％塩酸水溶液２００ｍＬに全体を浸し、
１２０℃で８時間還流し活性化する。活性化後にテフロ
ンチューブに入れ、加熱収縮させ、液体を流せる状態に
しておく。テトラエトキシシラン９ｍＬ、水１１ｍＬ、
メタノール４ｍＬ、ジメチルホルムアミド４ｍＬ、アン
モニア水４ｍＬを０℃で１０分間減圧撹拌し活性化させ
る。この液を上記骨格体に０．５ｍＬ／ｍｉｎの流速で
１０分間流す。空気層が入り込まないように封入する。
全体を１分間に２℃の昇温スピードで、６０℃に上げ、
６時間ホールドし、マクロ細孔表面に結合しながらゲル
化する。室温に戻し、０．０１Ｎ水酸化ナトリウム水溶
液１０ｍＬを連続して０．１ｍＬ／ｍｉｎの流速で流
し、未反応液を追い出す。封入し、８０℃で６時間熟成
させ、ミクロ細孔を持つ多孔質体にする。窒素吸着測定
法により、表面積４００ｍ^２／ｇ、細孔径２０ｎｍであ
ることを確認した。室温に戻し、水５ｍＬ、アセトン５
ｍＬ、ヘキサン２０ｍＬの順に流速０．２ｍＬ／ｍｉｎ
で洗浄する。ここで、マクロ細孔とミクロ細孔の比が、
０．１〜２００倍であること、マクロ細孔相とミクロ細
孔相の容量比が、０．１〜２０００倍であることは推奨
される。

【００４０】このようにして得られた柱状体をＰＥＥＫ
樹脂製のホルダー１３に装着して、高速液体クロマトグ
ラフに接続し、溶離液条件９５％ヘキサン／５％イソプ
ロパノール流速１ｍＬ／ｍｉｎで、１．ベンゼン、２．
ニトロベンゼン、３．ｏ―ニトロアニゾールを分析し
た。図９はマクロポアのみの未処理多孔質カラム（表面
積４０ｍ^２／ｇ以下）によるクロマトグラム、図１０は
ミクロポアを持つシリカゲルを充填した従来カラムによ
るクロマトグラム、図１１は処理後のミクロ細孔作成多
孔質カラムによるクロマトグラムである。マクロポアだ
けでは分離が得られないミクロ細孔を形成させることに
より、従来のシリカゲル充填カラムと同様なデータが得
られた。

【００４１】〔実施例２〕直径４ｍｍ×長さ１００ｍｍ
の２μｍマクロ細孔を持つＳｉＯ_２の骨格の骨格体を、
柱状体に成形し、実施例１と同様の方法で活性化する。
活性化後にテフロンチューブに入れ、加熱収縮させ、液
体を流せる状態にしておく。１００ｍＬブタノールと１
０ｍＬテトラブトキシチタンの混合液に、１００ｍＬの
５％塩酸水溶液を、０℃を保持しながら添加し、３０分
間減圧撹拌し、活性化したゾル反応液を得る。この液を
上記骨格体に０．５ｍＬ／ｍｉｎの流速で５０分間流
す。空気層が入り込まないように封入する。全体を１分
間に２℃の昇温スピードで８０℃に上げ６時間ホールド
し、マクロ細孔表面に結合しながらゲル化する。ジメチ
ルホルムアミド１０ｍＬ、１０％水酸化ナトリウム水溶
液１００ｍＬを連続して０．１ｍＬ／ｍｉｎの流速で流
し、未反応液を追い出す。封入し、１２０℃で１２時間
熟成させ、ミクロ細孔を持つ多孔質体にする。窒素吸着
測定法により、表面積１００ｍ^２／ｇ、細孔径２０ｎｍ
であることを確認した。室温に戻し、水５ｍＬ、アセト
ン５ｍＬ、ヘキサン２０ｍＬの順に流速０．２ｍＬ／ｍ
ｉｎで洗浄する。

【００４２】このようにして得られた柱状体をＰＥＥＫ
樹脂製のホルダーに装着して、高速液体クロマトグラフ
に接続し、溶離液条件ヘキサン／エタノール／メタノー
ル＝90/90/1(w/w)、流速１．０ｍＬ／ｍｉｎで分析した
ところ、塩基性表面を持つチタニア特有の酸性化合物フ
ェノールが中性ベンジルアルコールより遅れて溶出する
という分離が得られた（図１２）。図中数字はサンプル
名で、１はベンジルアルコール、２はフェノール、３は
アニリンを表す。参考比較として、シリカゲル充填カラ
ムタイプのデータを図１３に示す。分離順だけでなく、
全体の保持としてもチタニア２次孔径を持つ本発明カラ
ムのほうが大きくなった。

【００４３】〔実施例３〕直径５０ｍｍ×長さ２ｍｍの
４μｍマクロ細孔を持つＳｉＯ_２の骨格の骨格体を円盤
状に成形し、実施例1と同様の方法で活性化させる。液
の出入口のある耐圧ステンレス反応槽に入れる。テトラ
メトキシシラン１００ｍＬ、０．０１Ｍ塩酸水溶液２０
０ｍＬを４０℃で、１時間撹拌し、ゾル水溶液を得る。
この水溶液で上記反応槽を満たす。１２０℃にて１２時
間放置する。４０℃に下げ、０．１％アンモニアメタノ
ール液で置換しながら、高圧ポンプで流す。８０℃に保
持し、４時間放置する。４０℃に下げ、二酸化炭素超臨
界状態でメタノール液を流し出す。メタノール液が完全
になくなるまで二酸化炭素で洗浄する。窒素吸着測定法
により、表面積２００ｍ^２／ｇ、細孔径３０ｎｍである
ことを確認した。

【００４４】次に、２０％オクタデシルトリクロロシラ
ントルエン溶液を高圧ポンプで送りこみ、１２０℃で８
時間放置する。次に、二酸化炭素超臨界状態で洗浄す
る。オクタデシル化多孔質固相が得られる。この多孔質
固相を濾過器にセットして、分子量４４万の蛋白質フェ
リチン０．０１％水溶液３０ｍＬを流したところ、目詰
りは生じず簡単に流すことが出来た。従来の固相では、
このような減圧方法では、目詰りが生じて流れない場合
があり、加圧方法が取られるが、この多孔質固相では、
簡単に流すことが出来た。次に。１％アンモニア水溶液
／１０％ＡＣＮで洗浄した。

【００４５】２次細孔は、シリカゲルであるが、1次細
孔はガラス骨格のため、アルカリ耐久性もあり、ろ液に
おいて、シリカゲル固相のようなアルカリ溶融物の溶出
が見られなかった。次に、1％アンモニアアセトニトリ
ル溶液で脱着後の蛋白回収率をＵＶ吸収法で測定した結
果、８８％以上の回収率が得られた。充填タイプ固相で
は、充填剤の溶出を防ぐため、樹脂フィルターなどを使
用するが、樹脂フィルターは疎水性であり、アルカリ条
件下では疎水性の高まる蛋白質の吸着原因となり、回収
は難しい。本固相では、フィルター無しで用いることが
出来、高い回収率が得られた。

【００４６】〔実施例４〕直径４ｍｍ×長さ１００ｍｍ
の２μｍマクロ細孔を持つＳｉＯ_２の骨格の多孔質体
を、実施例1と同様の方法で活性化する。活性化後にテ
フロンチューブに入れ、加熱収縮させ、液体を流せる状
態にしておく。減圧蒸留したスチレン０．５ｇ／ブタノ
ール１ｍＬ溶液とスチレンジビニルベンゼン０．３ｇ／
ジメチルホメムアミド１ｍＬ溶液とを、０℃で１０分間
撹拌混合する。０℃撹拌混合しながら、その溶液に０．
１％アゾビスイソブチロニトリル／エタノール溶液１ｍ
Ｌを２分間かけて滴下添加した。更に、ビニルトリメト
キシシラン１ｍＬ／エタノール３ｍＬ溶液を加えてよく
撹拌した。

【００４７】このモノマー溶液の上澄み均一相（５００
回転で遠心分離）を、０℃を保持しながら、上記マクロ
多孔質体にシリンジを用いて導入し、空気相が入り込ま
ないように封入した。８０℃で４８時間反応し、シリコ
ン骨格でスルーポア相と結合したスチレン―シリコンポ
リマー相を作成し、ミクロ細孔を持つ多孔質体を得た。
窒素吸着法により、表面積２００ｍ^２／ｇ、ミクロ細孔
径３０ｎｍであることを確認した。室温に戻し、イソプ
ロパノール１Ｌ、アセトン１Ｌ、水１Ｌの順に、流速
０．２ｍＬ／ｍｉｎで洗浄した。高速液体クロマトグラ
フに接続し、農薬を逆相分配分析した。その結果を図１
４のクロマトグラムに示す。そのデータ詳細は次の通り
である。 流速 ：０．５ｍＬ／ｍｉｎ 溶離液 ：テトラヒドロフラン／１０ｍＭ酢酸緩衝
液（ｐＨ３．５）＝３７／６３ オーブン温度：４０℃ 検出器 ：２３０ｎｍ サンプル ：１．アシュラム ２．オキシン銅 ３．
チウラム ４．メコプロップ ５．トリクロピル ６．
イプロジオン ７．ベンスリド

【００４８】〔実施例５〕直径４ｍｍ×長さ１００ｍｍ
の２μｍマクロ細孔を持つＳｉＯ_２の骨格の多孔質体
を、実施例1と同様の方法で活性化する。液を廃棄し、
アクリロプロピルトリメトキシシラン５ｍＬ、メタノー
ル１００ｍＬを加え、全体を浸し、８０℃で１２時間還
流し、ビニル基を結合する。メタノールで数回デカンテ
ーション洗浄後、テフロンチューブに入れ、加熱収縮さ
せ、液体を流せる状態にする。

【００４９】水洗浄後、減圧蒸留したアクリル酸アミド
０．５％／メタノール１０ｍＬ／ジメチルホルムアミド
１ｍＬ／０．１ｍｇアゾビスイソブチロニトリルのモノ
マー溶液を０℃を保持しながら、上記マクロ多孔質体に
シリンジを用いて導入し、空気層が入り込まないように
封入した。８０℃で４８時間反応し、スルーポア骨格と
結合したアクリルアミドポリマー層を作成し、ミクロ細
孔を持つ多孔質体を得た。ゲル透過クロマトグラフィー
により、ミクロ細孔径は１００ｎｍであることを確認し
た。室温に戻し、イソプロパノール１Ｌ、アセトン１
Ｌ、水１Ｌの順に、流速０．２ｍＬ／ｍｉｎで洗浄し
た。高速液体クロマトグラムに接続し、０．１Ｍリン酸
アンモニウム水溶液から０．０１Ｍリン酸アンモニウム
水溶液まで５分間グラジエントし、蛋白質の分析を行っ
た。その結果を図１５のクロマトグラムに示す。図中数
字はサンプル名で、１はシトクロームＣ、２はリボヌク
レアーゼ、３はリゾチームを表す。

【００５０】〔実施例６〕テトラブトキシシラン１００
ｍＬを１Ｍ塩酸水溶液３００ｍＬ、プロパノール溶液４
００ｍＬを８０℃で撹拌しながら、プロパノール及び水
を除去し、水酸化ゲルを得た。このゲルを粉砕機により
粉砕撹拌、１μｍ粒子を得た。この粒子１０ｇと結晶性
セルロース０．１ｇ、ラウリル硫酸ナトリウム０．１
ｇ、ポリビニルアルコール０．１ｇを濃塩酸１０ｍＬに
分散撹拌した溶液を円柱状の型に流し込み、１３００℃
で燒結し、直径４ｍｍ×長さ１００ｍｍ、細穴直径２μ
ｍの円柱状の多孔質セラミックを得た。テフロンチュー
ブに押しこみ、液体を流せる状態にしておく。

【００５１】１００ｍＬエタノールと１０ｍＬテトラエ
トキシシランの混合液に、１００ｍＬの５％塩酸水溶液
を、０℃を保持しながら添加し、３０分間減圧撹拌し、
活性化したゾル反応液を得る。この液を上記マクロ多孔
質体に０．５ｍＬ／ｍｉｎの流速で１０分間流す。空気
層が入り込まないように封入する。全体を１分間に２℃
の昇温スピードで８０℃に上げ、６時間ホールドし、マ
クロ細孔表面に結合しながらゲル化する。室温に戻し、
ジメチルホルムアミド１０ｍＬ、１０％水酸化ナトリウ
ム水溶液１００ｍＬを連続して０．１ｍＬ／ｍｉｎの流
速で流し、未反応液を追い出す。封入し、１２０℃で１
２時間熟成させる。テフロンチューブから出し、４００
℃で２０時間焼成し、ミクロ細孔を持つ多孔質体にし
た。窒素吸着測定法により、表面積２５０ｍ^２／ｇ、ミ
クロ細孔径２０ｎｍであることを確認した。オクタデシ
ルクロロシラン１０ｇ／トルエン１００ｍＬ溶液に、多
孔質体を浸し、６０℃で２４時間反応させた。得られた
オクタデシル化多孔質体をピークチューブに押しこみ、
両端にジョイントを接続しカラムとした。高速液体クロ
マトグラフに接続し、溶離液条件アセトニトリル／水３
０／７０流速１．０ｍＬ／ｍｉｎで分析したところ、極
性の高い順（ニトロアニソール、ニトロベンゼン、ベン
ゼンの順）に溶出し、逆相分配挙動の多孔質カラムが得
られた。その結果を図１６のクロマトグラムに示す。図
中数字はサンプル名で、１はＯ―ニトロアニソール、２
はニトロベンゼン、３はベンゼンを表す。

【００５２】

【発明の効果】 本発明請求項１及び請求項５によれ
ば、そのモノリス型（一体型）クロマトグラフィー用多
孔質体は、従来の充填カラムとは異なり、充填時の影響
を受けないばかりではなく、均一な径を有する多孔体、
即ち、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、これまで実用化され
てきた充填構造と同じ二重構造を持たず、従ってシンプ
ルな分離機構であるばかりではなく、潜在的に高理論段
数が得られる。

【００５３】叉、マクロ細孔の内部にマクロ細孔より小
さく解放構造を持つミクロ細孔を持つ多孔質体が充填さ
れ、一体化した構造を持つため、単純な多孔質体である
クロマトグラフィー用カラムと比べ、高負荷・高段数に
なる。叉、ベースになるマクロ多孔質体の製法・再現性
は実績があり、生産性が高い。叉、低圧力下、低流量で
も流速が安定するポンプと組合せ最適化することによ
り、環境負荷の少ないクロマトグラフィー用カラム分離
システムが構築できる。

【００５４】本方法では、液の流れるスルーポアは既に
形成されている状態に、分離を目的とするメソポアを形
成するため、架橋剤の有無などの合成への影響はない。
スルーポア表面と化学結合していることが望ましいが、
従来方法で空間内に別のモノリス構造を物理的に作成し
ても良いことになる。スルーポアを形成している骨格と
メソポアを形成する部分を独立して作成できるため、ス
ルーポアとメソポアの比の範囲は大きくなる。叉、スル
ーポア骨格とメソポア骨格とを同一成分で作成させ、骨
格境界面をなくすこともできる。既にスルーポア骨格が
固まっており、メソポア形成条件の検討だけで、自由に
多孔質ロッドが作成できる。

【００５５】分離面において、スルーポア骨格成分とメ
ソポア骨格成分を変えることができるので、両方の特徴
を引き出すことができるようになる。例えば、スルーポ
ア骨格は、耐圧の高いセラミックを用いて、メソポア骨
格にはポリマーを形成させる。スルーポア骨格として
は、耐圧があり、膨潤収縮は起きない。分離に関与する
メソポアには、ポリマーを用いるため、ポリマー独自の
分離や高い耐薬品性が得られる。両方を混合系で作成し
たハイブリッドタイプより、元の材質の特徴を大きく出
すことができ、より広範囲な分析に用いることができ
る。叉、当然、メソポアをハイブリッドで形成すること
もできる。

【００５６】又、請求項２によれば、請求項１の効果に
加えて、マクロ細孔を有する骨格体が始めに多孔質ガラ
ス又は多孔質セラミック、それだけで形成されるため、
極めて強固に形成され、全体構造の強度が確保できる。

【００５７】又、請求項３によれば、請求項１の効果に
加えて、ミクロ多孔質体が多孔質ガラス又は多孔質ポリ
マーであるため、有機系、無機系の選択が自在であり、
試料に応じた材質の然もミクロ細孔も選択ができ、材質
に応じた分離、耐薬品性が所望に応じて特定提供でき
る。

【００５８】又、請求項４によれば、マイクロ細穴の直
径０．１〜１０μｍが実用範囲であり、ミクロ細孔の直
径５１０００ｎｍが実用範囲である。この範囲であれ
ば、各試料の分離に影響の大なるミクロ細孔を広い範囲
で形成でき、且つマクロ細孔とミクロ細穴の比も自由に
作成できる。

【００５９】更に、請求項６によれば、本発明の多孔質
体又はカラムを用いることにより、目詰りがなく、フィ
ルターを用いる必要がない。このため、多量の溶液を高
速で流し、高速分析が可能となる。又、低圧、低流量で
も変化が少ないので、超微量ポンプシステムと組合せる
ことが可能である等その利用範囲は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のモノリス型（一体型）多孔質カラム
をクロマトグラフィー用カラムとした一例を模式的に示
した図のカラムの軸方向の断面図

【図２】 従来の充填カラムの軸方向の断面の一部の模
式図

【図３】 従来の充填カラムの軸方向の断面の一部の模
式図

【図４】 一体型カラムの軸方向の断面の一部の模式図

【図５】 従来の一体型カラムの軸方向の断面の一部の
模式図

【図６】 本発明の構造の断面の一部の模式図

【図７】 従来のカラムの細孔分布のグラフ図（ダブル
ポア型）

【図８】 本発明カラムの細孔分布のグラフ図（シング
ルポア型）

【図９】 従来のカラムによる処理例のクロマトグラム

【図１０】 従来のカラムによる処理例のクロマトグラ
ム

【図１１】 本発明カラムによる処理例のクロマトグラ
ム

【図１２】 本発明カラムによる処理例のクロマトグラ
ム

【図１３】 従来のカラムによる処理例の比較クロマト
グラム

【図１４】 本発明カラムによる処理例のクロマトグラ
ム

【図１５】 本発明カラムによる処理例のクロマトグラ
ム

【図１６】 本発明カラムによる処理例のクロマトグラ
ム

【図１７】 本発明カラムを使用した分離装置の概略説
明図

【符号の説明】

８ 骨格体 ９ マクロ細孔 １０ 多孔質体

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マクロ細孔を持つ骨格体のマクロ細孔に、
   解放構造のミクロ多孔質体を充填形成させることを特徴
   とするクロマトグラフィー用多孔質体。
2. 【請求項２】マクロ細孔を持つ骨格体が、多孔質ガラス
   又は多孔質セラミックであることを特徴とする請求項１
   に記載のクロマトグラフィー用多孔質体。
3. 【請求項３】ミクロ多孔質体が多孔質ガラス又は多孔質
   ポリマーであることを特徴とする請求項１に記載のクロ
   マトグラフィー用多孔質体。
4. 【請求項４】マクロ細孔の直径が０．１〜１０ミクロン
   であり、ミクロ細孔が５〜１０００ｎｍであることを特
   徴とする請求項１に記載のクロマトグラフィー用多孔質
   体。
5. 【請求項５】マクロ細孔を持つ骨格体のマクロ細孔に、
   解放構造のミクロ多孔質体を充填形成させることを特徴
   とするクロマトグラフィー用カラム。
6. 【請求項６】マクロ細孔を持つ骨格体のマクロ細孔に、
   解放構造のミクロ多孔質体を充填形成させたカラムと、
   該カラムに移動相を供給するポンプと、カラムから送出
   される溶離液を検出する検出器から構成されることを特
   徴とするクロマトグラフィー用カラム分離装置。