JP2004037266A - 分析用カラムとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】充填カラムの分離効率をさらに向上させる。
【解決手段】ステンレススチール製カラム管２内には充填材４が充填され、カラム管２の両端開口が多孔質のフリット６で閉じられている。充填材４はシリカに固定相としてオクタデシルシランを保持させたものである。カラム管２内面及びフリット６にはジルコニウム酸化薄膜からなるセラミック層が被覆されている。カラム管２の両端には、このカラムを高速液体クロマトグラフの流路に接続できるようにするとともにフリット６をカラム管２の両端開口部に固定するために、カラムエンド８が嵌めこまれており、そのカラムエンド８はフェルール１０を介してナット１２によりネジ止めされてカラム管２の端部に固定されている。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体クロマトグラフィー、特に高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）で使用するのに適するカラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液体クロマトグラフィーでは移動相とともに供給される試料を成分に分離するためにカラムが用いられる。充填カラムではカラム内に固体状固定相からなる充填材や、固体の保持体に固定相を保持させた充填材が充填されている。
【０００３】
液体クロマトグラフィー、特に高速液体クロマトグラフィーでは、充填材を充填する際にも、試料を移動相とともに供給して分離する際にも、カラムには高圧が印加されるので、カラム管の材質としては一般にステンレススチールなどの金属が使用されている。充填カラムではそのような金属製カラム管に充填材が充填されている。
【０００４】
ステンレススチールなどの金属製カラム管に充填材が充填された従来のカラムでは、充填材の固定相により分離された試料バンドがカラム管に沿って移動する際、カラム管内壁面の表面粗さが粗かったり、つなぎ目があったりすると、それらの表面状態によって試料バンドが乱され、分離効率が低下することが知られている。そのため、金属製カラム管としてはつなぎ目のないシームレス管が使用され、しかも内面は平滑になるように加工されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者は、カラム管としてつなぎ目のない金属管を使用し、その内壁面を平滑に加工したとしても、分離効率にはまだ改良の余地のあることを知った。その原因について鋭意検討をつづけた結果、カラム管内壁面の金属自体が試料バンドに影響を与え、分離効率のなお一層の向上の妨げになっていることを突き止め、本発明をなすに至った。
本発明は、充填カラムの分離効率をさらに向上させることを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のカラムは、金属製カラム管に充填材が充填され、試料が移動相とともに流通することにより試料成分を分離するものであり、そのカラム管の内壁がセラミック層により被覆されていることを特徴とするものである。
【０００７】
カラム管の内壁がセラミック層により被覆されていることにより、試料バンドがカラム管に沿って移動する際、カラム管内壁面の金属面と試料バンドとの接触がなくなり、試料バンドの乱れが抑えられることにより分離効率が向上する。
【０００８】
好ましい例では、カラム管の両端に設けられて充填材を保持しているフリットもセラミック層により被覆されている。
さらに、カラムに接続される配管内壁も含めて、分離された試料バンドと接する部分を全てセラミック層で被覆しておくのが好ましい。
【０００９】
カラム管内壁又はさらにはその他の部分を被覆するセラミック層の好ましい例は、金属酸化物皮膜である。酸化物皮膜を形成する金属としては、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、シリコン（Ｓｉ）などを挙げることができる。
【００１０】
これらの金属は、それらの金属アルコキシドを酸化性雰囲気中で焼成することにより容易に金属酸化物皮膜を形成することができる。そこで、本発明のカラムは、金属製カラム管の内壁に金属アルコキシド溶液を塗布した後、空気中のような酸化性雰囲気中で焼成することにより金属アルコキシドを金属酸化物に変換することによりカラム管の内壁に金属酸化物皮膜を形成する工程を備え、その金属酸化物皮膜を有するカラム管に充填材を充填することにより製造することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１に高速液体クロマトグラフィー用カラムの一実施例の一部切り欠き正面図を示す。
カラム管２はステンレススチール製であり、寸法は種々の値をとることができる。１つは外径が１／８インチ（３．１７５ｍｍ）、内径が１．０ｍｍ、１．５ｍｍ又は２．１ｍｍ、長さが３５ｍｍ、５０ｍｍ、７５ｍｍ、１００ｍｍ、１５０ｍｍ又は２５０ｍｍのものである。他の１つは外径が１／４インチ（６．３５ｍｍ）、内径が４．０ｍｍ、又は４．６ｍｍ、長さが３５ｍｍ、５０ｍｍ、７５ｍｍ、１００ｍｍ、１５０ｍｍ又は２５０ｍｍのものである。カラム管２としては、これらのいずれの寸法とすることもでき、又は他の寸法とすることもできる。
【００１２】
カラム管２内には充填材４が充填され、カラム管２の両端開口がステンレス製の焼結体であるフリット６で閉じられていることにより、充填材４がカラム管２内に充填されて封入されている。フリット６は充填材４の粒径よりも小さい大きさの孔度、例えば２μｍ程度の孔度をもっている。充填材４としては、固体状固定相からなる充填材や、固体の保持体に固定相を保持させた充填材など種々のものを使用することができる。
【００１３】
カラム管２の両端には、このカラムを高速液体クロマトグラフの流路に接続できるようにするとともにフリット６をカラム管２の両端開口部に固定するために、カラムエンド８が嵌めこまれており、そのカラムエンド８はフェルール１０を介してナット１２によりネジ止めされてカラム管２の端部に固定されている。カラムエンド８には高速液体クロマトグラフの流路が接続される。
【００１４】
カラム管２の内面及びフリット６にはセラミック層が被覆されている。そのセラミック層はジルコニウム酸化薄膜であり、厚さが０．０５〜０．５μｍのものが適当である。
【００１５】
次に、ステンレススチール製カラム管２の内面にセラミック層としてジルコニウム酸化薄膜を被覆する方法について説明する。その方法は次の（１）から（４）の工程を備えている。
【００１６】
（１）キレート化工程：
ジルコニウムブトキシド（Ｚｒ（Ｏ（ＣＨ_２）_３ＣＨ_３）_４）３．８ｇ、無水エタノール９．２ｇ、及びアセチルアセトン１ｇを量り取り、２０〜３０℃で３０分間かき混ぜてジルコニウムブトキシドをキレート化する。
【００１７】
得られるジルコニウム酸化薄膜の皮膜厚さは、このときのジルコニウムブトキシドの濃度にも依存する。溶媒として、ここでは無水エタノールとアセチルアセトンを使用しているが、他の溶媒を使用することもできる。また、反応温度や反応時間はこれに限らず、反応温度は室温〜８０℃の範囲で、反応時間は１０分〜２時間の範囲で適当な反応条件になるように設定することができる。
【００１８】
（２）ゲル化工程：
キレート化工程（１）で得られた溶液に水０．５ｇを加えて２５〜３０℃で２時間かき混ぜ、ゲル体溶液にする。
ここでは、水に変えて塩酸などの酸を用いることもできる。反応温度や反応時間はこれに限らず、反応温度は室温〜８０℃の範囲で、反応時間は１０分〜２時間の範囲で適当な反応条件になるように設定することができる。
【００１９】
（３）コーティング工程：
ゲル化工程（２）で得られたゲル体溶液をカラム管内に流し込み、カラム管内壁面に均一に塗布する。カラム管内の余分な溶液を流し出した後、風乾又は加熱乾燥する。この操作を適当な回数、例えば３〜５回繰り返し、均一な乾燥ゲル体の塗布膜を形成する。このときの塗布の回数により皮膜の厚さを調整するとともに、皮膜の亀裂、細孔などの発生を防止する。
【００２０】
（４）セラミック化工程
コーティング工程（３）によりコーティング膜を得たカラム管を電気炉で空気中で５５０℃、１時間焼成し、セラミック薄膜を形成する。焼成温度や焼成時間はこれに限らず、焼成温度は４５０〜８２０℃の範囲で、焼成時間は３０分〜３時間の範囲で適当な反応条件になるように設定することができる。
【００２１】
フリット６にジルコニウム酸化薄膜を形成するには、カラム管２の内面を被覆した上記のゲル体溶液をに塗布し、上記のセラミック化工程（４）と同様にして焼成する。
このように内面にセラミック皮膜を形成したカラム管に通常の方法に従って充填材を充填しフリット６で保持する。
【００２２】
次に、ステンレススチール製カラム管に、充填材として保持体のシリカに固定相としてＯＤＳ（オクタデシルシラン）を保持させたものを充填材したカラムについて、カラム管の内面がステンレススチールのままの従来のものと、カラム管の内面及びフリットをジルコニウム酸化薄膜で被覆した実施例のものとで分離効率を比較した結果を比較して示す。
【００２３】
図２と図３は、外径が１／８インチ（３．１７５ｍｍ）、内径が１．５ｍｍ、長さが２５０ｍｍのカラムを使用した場合の分離結果である。図２はカラム管の内面がステンレススチールのままの従来のカラムを使用した場合、図３はカラム管の内面をセラミックで被覆した実施例のカラムを使用した場合である。高速液体クロマトグラフィー分析条件は以下の通りである。
【００２４】
移動相：アセトニトリル／水＝６０／４０
流速：１００μＬ／分
圧力：１０ＭＰｓ
カラム温度：室温
検出：２５４ｎｍでの光吸収
試料注入量：１μＬ
【００２５】
得られた３つのピークのうち、１番目のピークａはアセトアミトフェンであり、２番目のピークｂはエテンザミト、３番目のピークｂは無水カフェインである。
【００２６】
ピークｂ，ｃについて図２と図３を比較すると、実施例によりカラム管の内面をセラミックで被覆したことによりピーク形状が急峻になり、高さも高くなっており、分離効率が向上しているのがわかる。
【００２７】
図４と図５は、外径が１／８インチ（３．１７５ｍｍ）、内径が１．５ｍｍ、長さが２５０ｍｍのカラムを使用した場合の分離結果である。図４はカラム管の内面がステンレススチールのままの従来のカラムを使用した場合、図５はカラム管の内面をセラミックで被覆した実施例のカラムを使用した場合である。試料として、ウラシル（５０μｇ／ｍＬ）、安息香酸エチル（Ｅｔｈｙｌ　Ｂｅｎｚｏａｔｅ）（２２０μｇ／ｍＬ）、トルエン（８８０μｇ／ｍＬ）及びナフタレン（８７μｇ／ｍＬ）を含む溶液を測定した。高速液体クロマトグラフィー分析条件は以下の通りである。
【００２８】
移動相：アセトニトリル／水＝６０／４０
流速：１００μＬ／分
圧力：５．５ＭＰｓ
カラム温度：室温
検出：２５４ｎｍでの光吸収
試料注入量：１μＬ
【００２９】
得られた４つのピークは、１がウラシル、２が安息香酸エチル、３がトルエン、４がナフタレンである。
【００３０】
図４、図５で、縦軸は光吸収に対応した検出器の出力（μＶ）、横軸は時間（分）である。各図の下部に示したデータのうち、Ｎａｍｅはピークの種類を示しており、１〜４は上に示した成分である。ＲＴは保持時間、Ａｒｅａはピーク面積、Ｈｅｉｇｈｔはピーク高さ、Ｐｌａｔｅｓは理論段数、Ａｓｙｍｍｅｔｒｙはピーク高さの５パーセント位置での非対称性である。
【００３１】
各成分について図４と図５の結果を比較すると、実施例によりカラム管の内面をセラミックで被覆したことにより、ピーク面積とピーク高さが大きくなって感度が感度が向上しており、理論段数が大きくなって分離効率が向上しているのがわかる。
【００３２】
カラム管の材質、寸法、内面を被覆するセラミックの種類、充填材の種類などは実施例のものに限定されるものではなく、本発明のカラムは種々に変更して利用することができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明のカラムは、金属製カラム管を備えた充填カラムであって、そのカラム管の内壁をセラミック層により被覆したので、試料を移動相により流して試料成分を分離したときの分離効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施例のカラムを示す一部切り欠き正面図である。
【図２】従来のカラムによる分離結果を示す高速液体クロマトグラムである。
【図３】一実施例のカラムによる図２と同じ試料、同じ分析条件での分離結果を示す高速液体クロマトグラムである。
【図４】従来のカラムによる分離結果を示す高速液体クロマトグラムである。
【図５】一実施例のカラムによる図４と同じ試料、同じ分析条件での分離結果を示す高速液体クロマトグラムである。
【符号の説明】
２　　　カラム管
４　　　充填材
６　　　フリット
８　　　カラムエンド

Claims (5)

1. 金属製カラム管に充填材が充填され、試料が移動相とともに流通することにより試料成分を分離するカラムにおいて、
   前記カラム管はその内壁がセラミック層により被覆されていることを特徴とするカラム。
2. 前記カラム管の両端に設けられて充填材を保持しているフリットもセラミック層により被覆されている請求項１に記載のカラム。
3. 前記セラミック層は金属酸化物皮膜である請求項１又は２に記載のカラム。
4. 前記セラミック層は酸化ジルコニウム皮膜である請求項３に記載のカラム。
5. 金属製カラム管の内壁に金属アルコキシド溶液を塗布した後、酸化性雰囲気中で焼成することにより前記金属アルコキシドを金属酸化物に変換することにより前記カラム管の内壁に金属酸化物皮膜を形成する工程を備え、その金属酸化物皮膜を有するカラム管に充填材を充填することを特徴とする分析用カラムの製造方法。

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