JP2005017029A - キャピラリカラム及びそれを用いたガスクロマトグラフィ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高い分解能を有し、かつ、既存のガスクロマトグラフィ装置に適用可能なキャピラリカラム及びそれを用いたガスクロマトグラフィ装置を提供するものである。
【解決手段】本発明に係るキャピラリカラム１０は、第１基板１１と第２基板１２とを重ね合わせて構成されるものであって、第１基板１１の重ね合わせ面１１ａに微細な連続溝１３を形成し、その連続溝１３の内面に試料分析のための固定相膜１４を設け、第２基板１２の、連続溝１３の両端部１３ａ，１３ｂに対応する位置にそれぞれ貫通孔１５，１５を形成して連続溝１３の両端部１３ａ，１３ｂを露出させ、各貫通孔１５，１５の開口部１６ｃ，１６ｃに石英ガラス管１７ａ，１７ｂを接続したものである。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明に係るキャピラリカラム１０は、第１基板１１と第２基板１２とを重ね合わせて構成されるものであって、第１基板１１の重ね合わせ面１１ａに微細な連続溝１３を形成し、その連続溝１３の内面に試料分析のための固定相膜１４を設け、第２基板１２の、連続溝１３の両端部１３ａ，１３ｂに対応する位置にそれぞれ貫通孔１５，１５を形成して連続溝１３の両端部１３ａ，１３ｂを露出させ、各貫通孔１５，１５の開口部１６ｃ，１６ｃに石英ガラス管１７ａ，１７ｂを接続したものである。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、キャピラリカラムに係り、特に、ガスクロマトグラフィ装置で用いられるキャピラリカラムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガスクロマトグラフィ装置で用いられる分離カラムの一種にキャピラリカラムが挙げられる。このキャピラリカラムは、石英キャピラリカラム（中空の細径ガラス管）の内面に試料分析のための固定相膜を形成してなる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
従来の固定相膜の形成方法としてスタティック法がある。このスタティック法は、有機溶媒に固定相形成物質を溶解させた溶液を石英キャピラリ内部に充填した後、石英キャピラリカラムの一端又は両端から有機溶媒を揮発・蒸発させ、石英キャピラリカラムの内面に固定相膜を形成するものである。これによって、石英キャピラリカラムの内面に長手方向の膜厚が均一な固定相膜を形成することができ、良好な分解能を有した石英キャピラリカラムを得ることができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−１８０８２１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、石英キャピラリカラムは、キャピラリカラムの内径が細ければ細い程、分析試料の分離性能が向上する。また、ガソリンやナフサ中の低沸点炭化水素成分（Ｃ３〜Ｃ１２）の比率を測定する場合、固定相膜の膜厚が厚い程、高分解能が得られることが知られている。ところが、前述したスタティック法では、極細径の石英キャピラリカラムの内面に、厚膜の固定相膜を長手方向に亘って均一な膜厚で形成することは極めて困難であるという問題があった。
【０００６】
また、現在、石英キャピラリカラムを用いたガスクロマトグラフィ装置においては、分析時間を短くするために、石英キャピラリカラムを高温（１００〜３００℃）に保持して、分析を行うのが一般的である。石英キャピラリカラムは、分析中、常時高温に保持されるため、一般の光ファイバの被覆材料である紫外線硬化樹脂の代わりに、耐熱性のあるポリイミド樹脂で被覆されている。
【０００７】
ところが、ポリイミド樹脂の耐熱限界温度は２５０℃位であり、使用中に被覆材料であるポリイミド樹脂が劣化し、破損するおそれがある。そこで、被覆材を金属材とすることで、耐熱性を向上させる提案がなされているが、大幅なコスト上昇を招くという問題があった。
【０００８】
また、石英キャピラリカラムを用いたガスクロマトグラフィ装置による分析は、石油、香料、医薬、農薬などの成分分析に広く用いられており、装置の普及台数は数千万台にも及んでいる。よって、ガスクロマトグラフィ装置を使用するユーザの立場を考慮すると、ユーザが現在所有している既存の装置にも適用可能な石英キャピラリカラムが望まれる。
【０００９】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、高い分解能を有し、かつ、既存のガスクロマトグラフィ装置に適用可能なキャピラリカラム及びそれを用いたガスクロマトグラフィ装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく本発明に係るキャピラリカラムは、第１基板と第２基板とを重ね合わせて構成したキャピラリカラムにおいて、上記第１基板の重ね合わせ面に微細な連続溝を形成し、その連続溝の内面に試料分析のための固定相膜を設け、上記第２基板の、上記連続溝の両端部に対応する位置にそれぞれ貫通孔を形成して上記連続溝の両端部を露出させ、各貫通孔の開口部に石英ガラス管を接続したものである。
【００１１】
また、各貫通孔の開口部と上記石英ガラス管とは、レーザによって融着接続することが好ましい。
【００１２】
以上の構成によれば、微細な連続溝の内面に、厚膜の固定相膜を有するキャピラリカラムを得ることができる。これによって、高い分解能を有するキャピラリカラムが得られる。
【００１３】
一方、本発明に係るキャピラリカラムを用いたガスクロマトグラフィ装置は、前述したキャピラリカラムの各石英ガラス管と、ガスクロマトグラフィ装置本体とを、ポリイミド樹脂又は金属材で構成したダミーキャピラリチューブで接続したものである。
【００１４】
一方の石英ガラス管とガスクロマトグラフィ装置本体の分析試料注入手段とがチューブで接続され、また、他方の石英ガラス管とガスクロマトグラフィ装置本体の検出手段とがチューブで接続される。
【００１５】
以上の構成によれば、本発明に係るキャピラリカラムを、チューブを介して、既存のガスクロマトグラフィ装置本体に容易に接続することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基いて説明する。
【００１７】
本発明の好適な一実施形態に係るキャピラリカラムの断面図を図１に、図１の２−２線矢視平面図を図２に示す。
【００１８】
図１に示すように、本実施の形態に係るキャピラリカラム１０は、石英ガラス、具体的には無水合成石英ガラス基板で構成される第１基板１１と第２基板１２とを重ね合わせて構成したものである。
【００１９】
具体的には、図２に示すように、第１基板１１の重ね合わせ面１１ａに微細な連続溝１３を形成する。連続溝１３の両端１３ａ，１３ｂは、第１基板１１の各端面（図２中では上下、左右面）まで達しておらず、重ね合わせ面１１ａ上に位置する。連続溝１３の内面には、少なくとも１種類の材料で構成され、試料分析のための固定相膜１４が設けられる。連続溝１３は、蛇行状、直線状、又は螺旋状のいずれであってもよく、特に限定するものではないが、全長の長さをできるだけ長く確保できるものが好ましい。
【００２０】
固定相膜１４は、具体的には、有機溶媒に固定相形成物質を溶解させた溶液（図示せず）を連続溝１３内に充填した後、連続溝１３から有機溶媒を揮発・蒸発させることで、連続溝１３の内面（側壁及び底面）に形成される。固定相形成物質としては、ポリジメチルシロキサン（例えば、ＯＶ−１（製品名））や、ポリエチレングリコール（例えば、ＰＥＧ２０Ｍ（製品名））を用いることができる。また、固定相形成物質を溶解するための有機溶媒としては、ジクロロメタン、アセトン、メタノールなどが挙げられる。
【００２１】
第２基板１２の、連続溝１３の両端部１３ａ，１３ｂに対応する（臨んだ）位置には、第２基板１２の重ね合わせ面１２ａ（図１中では上面）と非重ね合わせ面１２ｂ（図１中では下面）とを連絡する貫通孔１５，１５がそれぞれ形成される。貫通孔１５，１５を介して、連続溝１３の両端部１３ａ，１３ｂが表面に露出される。各貫通孔１５，１５は、重ね合わせ面１２ａ側の小径部１６ａと非重ね合わせ面１２ｂ側の大径部１６ｂとで構成される。各大径部１６ｂの開口部１６ｃには、石英ガラス管１７ａ，１７ｂが接続される。
【００２２】
小径部１６ａは連続溝１３の両端部１３ａ，１３ｂと同径（又は同形状）とされ、大径部１６ｂは石英ガラス管１７ａ，１７ｂと同径（又は同形状）とされる。尚、本実施の形態においては、各貫通孔１５が小径部１６ａ及び大径部１６ｂの２段で構成される場合について説明を行ったが、３段以上であってもよい。また、各貫通孔１５は、小径部１６ａ及び大径部１６ｂといった具合に段差部を介して拡径する場合について説明を行ったが、貫通孔１５をテーパ状に形成して、無段差で拡径させるようにしてもよい。
【００２３】
各貫通孔１５の開口部１６ｃと石英ガラス管１７ａ，１７ｂとは、レーザ、例えば炭酸ガスレーザ等を用いて融着接続される。これによって、各開口部１６ｃと石英ガラス管１７ａ，１７ｂとが強固に接続され、各開口部１６ｃを閉塞することなく、かつ、接続部から分析試料が漏れるおそれはない。
【００２４】
無水合成石英ガラス基板１１，１２及び石英ガラス管１７ａ，１７ｂは、金属や水酸基等を含まない純粋ＳｉＯ２で構成される基板及び管である。
【００２５】
次に、本実施の形態に係るキャピラリカラム１０の製造方法を、添付図面に基づいて説明する。
【００２６】
前述した構造の第１基板１１及び第２基板１２の各重ね合わせ面１１ａ，１２ａに、化学処理を施し、各重ね合わせ面１１ａ，１２ａを活性化させる。化学処理に用いる処理液として、例えば、１％ＨＦ＋５％ＮＨ４Ｆの水溶液が挙げられる。
【００２７】
次に、第１基板１１における連続溝１３の両端部１３ａ，１３ｂの位置と、第２基板１２における貫通孔１５，１５の位置とを合わせた状態で重ね合わせることで、連続溝１３と第２基板１２の重ね合わせ面１２ａとで囲まれた空間、つまり流路２０が構成される。
【００２８】
次に、重ね合わせた第１基板１１及び第２基板１２を電気炉内に配置し、約２５０℃の温度で加熱処理を施すことで、各重ね合わせ面１１ａ，１２ａが部分溶融して接合され、キャピラリカラム１０が得られる。
【００２９】
次に、本実施の形態に係るキャピラリカラムの作用を説明する。
【００３０】
本実施の形態に係るキャピラリカラム１０においては、第１基板１１の重ね合わせ面１１ａに形成した連続溝１３と第２基板１２の重ね合わせ面１２ａとで囲まれた空間が、流路２０、つまり分析試料の分析を行うための試料分析流路を構成する。
【００３１】
ここで、第１基板１１の重ね合わせ面１１ａにおける連続溝１３の形成は、半導体メモリや石英ガラス導波路などにおける微細加工技術を応用したものである。よって、第１基板１１の重ね合わせ面１１ａに、開口幅が狭く、かつ、深い連続溝１３を形成するのは容易である。また、連続溝１３は、長手方向全長に亘って第１基板１１の表面に露出しており、連続溝１３の内面に、厚膜の固定相膜１４を形成すること及び固定相膜１４の膜厚を自在に調整することは、スピンコーティング技術を応用することで、容易に可能である。
【００３２】
よって、極細の連続溝１３の内面に、長手方向に亘って膜厚が均一で、かつ、厚膜の固定相膜１４を有するキャピラリカラムを容易に得ることができる。固定相膜１４の膜厚を厚く形成することができ、その調整も自在であることから、キャピラリカラム１０の流路２０の長さが短くても、すなわち小さなキャピラリカラム１０であっても、高い分解能を達成できる。
【００３３】
また、キャピラリカラム１０における流路２０は、狭ければ狭い程（断面積が小さければ小さい程）、分析試料の分離性能が向上するため、連続溝１３の開口幅も小さい方が好ましい。しかし、連続溝１３の開口幅があまりにも小さいと、連続溝１３と石英管１７ａ，１７ｂとの間にミスフィットが生じてしまい、分析試料を流路２０に供給するのが困難となってしまう。そこで、本実施の形態に係るキャピラリカラム１０においては、連続溝１３の両端部１３ａ，１３ｂと石英管１７ａ，１７ｂとを、貫通孔１５を介してそれぞれ接続している。貫通孔１５は、連続溝１３の両端部１３ａ，１３ｂ側（重ね合わせ面１２ａ側）を小径部１６ａに、石英管１７ａ，１７ｂ側（非重ね合わせ面１２ｂ側）を大径部１６ｂに形成しているため、連続溝１３と石英管１７ａ，１７ｂとの間にミスフィットが生じることはない。よって、分析試料を流路２０に確実に供給することができる。
【００３４】
次に、本実施の形態に係るキャピラリカラム１０を用いたガスクロマトグラフィ装置について説明する。
【００３５】
図３に示すように、得られたキャピラリカラム１０と、既存（又は既設）のガスクロマトグラフィ装置本体３０とを、ポリイミド樹脂（又は金属材）で構成されるチューブ３２ａ，３２ｂで接続することで、ガスクロマトグラフィ装置４０が得られる。具体的には、キャピラリカラム１０の石英管１７ａと、ガスクロマトグラフィ装置本体３０の分析試料注入手段（分析試料注入装置）３１とが、ダミーキャピラリチューブ（チューブ）３２ａで接続される。また、キャピラリカラム１０の石英管１７ｂと、ガスクロマトグラフィ装置本体３０の検出手段（検出装置）３３とが、ダミーキャピラリチューブ（チューブ）３２ｂで接続される。ダミーキャピラリチューブ３２ａ，３２ｂの内面には、連続溝１３のように試料分析のための固定相膜は形成されていない。
【００３６】
分析試料注入手段３１は、分析試料（例えば、分析ガスなど）が充填され、分析試料をキャピラリカラム１０に供給するためのマイクロシリンジ３４を備えていてもよい。また、検出手段３３は、分析、検出された分析試料の成分データを解析する解析装置３５及びその解析装置３５で得られた解析結果を記録するための記録装置３６を備えていてもよい。ここで言う、分析試料注入手段３１は、分析試料をキャピラリカラム１０に注入できるもの、また、検出手段３３は、分析試料中に含まれる各成分を検出できるものであれば、特に限定するものではない。
【００３７】
本実施の形態に係るガスクロマトグラフィ装置４０によれば、キャピラリカラム１０における接続のための石英管１７ａ，１７ｂと、既存（又は既設）のガスクロマトグラフィ装置本体３０とを、耐熱性に優れた材料、例えばポリイミド樹脂（又は金属材）で構成されるダミーキャピラリチューブ３２ａ，３２ｂにより容易に接続することができる。つまり、チューブ３２ａ，３２ｂを、注入手段３１及び検出手段３３に応じて適宜更新するだけで、既存の本体３０に対してキャピラリカラム１０をそのまま適用することができ、装置ユーザが、装置本体を新規に更新（購入）する必要はない。
【００３８】
また、ダミーキャピラリチューブ３２ａ，３２ｂは、キャピラリカラム１０を耐熱のために被覆するものではなく、キャピラリカラム１０と本体３０を接続するためのものである。このため、高温での分析中において、チューブ３２ａ，３２ｂが高温に晒されることは殆どないことから、チューブ３２ａ，３２ｂが熱劣化し、破損するおそれも殆どない。よって、従来のガスクロマトグラフィ装置と比較して、より高温の設定温度で試料分析を行うことができる。
【００３９】
また、チューブ３２ａ，３２ｂは、キャピラリカラム１０と本体３０を接続するためのものであることから、キャピラリカラム１０の交換の度にチューブ３２ａ，３２ｂを交換する必要はなく、装置コスト及びランニングコストの低減を図ることができる。
【００４０】
以上、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定されることは言うまでもない。
【００４１】
【実施例】
次に、本発明について、実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４２】
図１，図２に示した本実施の形態に係るキャピラリカラム１０を用いて、図３に示したガスクロマトグラフィ装置４０を形成し、キャピラリカラム１０の性能評価（分解能の評価）を行った。評価に用いる分析試料は、１−オクタン、ｎデカン（Ｃ１０）、１−オクタノール、２，６ジメチルフェノール、ｎウンデカン（Ｃ１１）、２，６ジメチルアニリン、ｎドデカン（Ｃ１２）、及びｎトリデカン（Ｃ１３）の各成分を混合したものを用いた。
【００４３】
このテスト用分析試料を、注入手段３１を介してキャピラリカラム１０に注入し、化学分析することで得られた分析ピークから、キャピラリカラム１０の性能指標となる理論段数を計算した。その結果、４２００段という理論段数値が得られ、極めて良好な分解能を有するキャピラリカラム１０であることが確認できた。
【００４４】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、高い分解能を有し、かつ、既存のガスクロマトグラフィ装置に適用可能なキャピラリカラムが得られるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な一実施形態に係るキャピラリカラムの断面図である。
【図２】図１の２−２線矢視平面図である。
【図３】図１のキャピラリカラムを用いたガスクロマトグラフィ装置の概略模式図である。
【符号の説明】
１０ キャピラリカラム
１１ 第１基板
１１ａ 第１基板の重ね合わせ面
１２ 第２基板
１３ 連続溝
１３ａ，１３ｂ 連続溝の両端部
１４ 固定相膜
１５ 貫通孔
１６ｃ 開口部
１７ａ，１７ｂ 石英ガラス管
【発明の属する技術分野】
本発明は、キャピラリカラムに係り、特に、ガスクロマトグラフィ装置で用いられるキャピラリカラムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガスクロマトグラフィ装置で用いられる分離カラムの一種にキャピラリカラムが挙げられる。このキャピラリカラムは、石英キャピラリカラム（中空の細径ガラス管）の内面に試料分析のための固定相膜を形成してなる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
従来の固定相膜の形成方法としてスタティック法がある。このスタティック法は、有機溶媒に固定相形成物質を溶解させた溶液を石英キャピラリ内部に充填した後、石英キャピラリカラムの一端又は両端から有機溶媒を揮発・蒸発させ、石英キャピラリカラムの内面に固定相膜を形成するものである。これによって、石英キャピラリカラムの内面に長手方向の膜厚が均一な固定相膜を形成することができ、良好な分解能を有した石英キャピラリカラムを得ることができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−１８０８２１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、石英キャピラリカラムは、キャピラリカラムの内径が細ければ細い程、分析試料の分離性能が向上する。また、ガソリンやナフサ中の低沸点炭化水素成分（Ｃ３〜Ｃ１２）の比率を測定する場合、固定相膜の膜厚が厚い程、高分解能が得られることが知られている。ところが、前述したスタティック法では、極細径の石英キャピラリカラムの内面に、厚膜の固定相膜を長手方向に亘って均一な膜厚で形成することは極めて困難であるという問題があった。
【０００６】
また、現在、石英キャピラリカラムを用いたガスクロマトグラフィ装置においては、分析時間を短くするために、石英キャピラリカラムを高温（１００〜３００℃）に保持して、分析を行うのが一般的である。石英キャピラリカラムは、分析中、常時高温に保持されるため、一般の光ファイバの被覆材料である紫外線硬化樹脂の代わりに、耐熱性のあるポリイミド樹脂で被覆されている。
【０００７】
ところが、ポリイミド樹脂の耐熱限界温度は２５０℃位であり、使用中に被覆材料であるポリイミド樹脂が劣化し、破損するおそれがある。そこで、被覆材を金属材とすることで、耐熱性を向上させる提案がなされているが、大幅なコスト上昇を招くという問題があった。
【０００８】
また、石英キャピラリカラムを用いたガスクロマトグラフィ装置による分析は、石油、香料、医薬、農薬などの成分分析に広く用いられており、装置の普及台数は数千万台にも及んでいる。よって、ガスクロマトグラフィ装置を使用するユーザの立場を考慮すると、ユーザが現在所有している既存の装置にも適用可能な石英キャピラリカラムが望まれる。
【０００９】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、高い分解能を有し、かつ、既存のガスクロマトグラフィ装置に適用可能なキャピラリカラム及びそれを用いたガスクロマトグラフィ装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく本発明に係るキャピラリカラムは、第１基板と第２基板とを重ね合わせて構成したキャピラリカラムにおいて、上記第１基板の重ね合わせ面に微細な連続溝を形成し、その連続溝の内面に試料分析のための固定相膜を設け、上記第２基板の、上記連続溝の両端部に対応する位置にそれぞれ貫通孔を形成して上記連続溝の両端部を露出させ、各貫通孔の開口部に石英ガラス管を接続したものである。
【００１１】
また、各貫通孔の開口部と上記石英ガラス管とは、レーザによって融着接続することが好ましい。
【００１２】
以上の構成によれば、微細な連続溝の内面に、厚膜の固定相膜を有するキャピラリカラムを得ることができる。これによって、高い分解能を有するキャピラリカラムが得られる。
【００１３】
一方、本発明に係るキャピラリカラムを用いたガスクロマトグラフィ装置は、前述したキャピラリカラムの各石英ガラス管と、ガスクロマトグラフィ装置本体とを、ポリイミド樹脂又は金属材で構成したダミーキャピラリチューブで接続したものである。
【００１４】
一方の石英ガラス管とガスクロマトグラフィ装置本体の分析試料注入手段とがチューブで接続され、また、他方の石英ガラス管とガスクロマトグラフィ装置本体の検出手段とがチューブで接続される。
【００１５】
以上の構成によれば、本発明に係るキャピラリカラムを、チューブを介して、既存のガスクロマトグラフィ装置本体に容易に接続することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基いて説明する。
【００１７】
本発明の好適な一実施形態に係るキャピラリカラムの断面図を図１に、図１の２−２線矢視平面図を図２に示す。
【００１８】
図１に示すように、本実施の形態に係るキャピラリカラム１０は、石英ガラス、具体的には無水合成石英ガラス基板で構成される第１基板１１と第２基板１２とを重ね合わせて構成したものである。
【００１９】
具体的には、図２に示すように、第１基板１１の重ね合わせ面１１ａに微細な連続溝１３を形成する。連続溝１３の両端１３ａ，１３ｂは、第１基板１１の各端面（図２中では上下、左右面）まで達しておらず、重ね合わせ面１１ａ上に位置する。連続溝１３の内面には、少なくとも１種類の材料で構成され、試料分析のための固定相膜１４が設けられる。連続溝１３は、蛇行状、直線状、又は螺旋状のいずれであってもよく、特に限定するものではないが、全長の長さをできるだけ長く確保できるものが好ましい。
【００２０】
固定相膜１４は、具体的には、有機溶媒に固定相形成物質を溶解させた溶液（図示せず）を連続溝１３内に充填した後、連続溝１３から有機溶媒を揮発・蒸発させることで、連続溝１３の内面（側壁及び底面）に形成される。固定相形成物質としては、ポリジメチルシロキサン（例えば、ＯＶ−１（製品名））や、ポリエチレングリコール（例えば、ＰＥＧ２０Ｍ（製品名））を用いることができる。また、固定相形成物質を溶解するための有機溶媒としては、ジクロロメタン、アセトン、メタノールなどが挙げられる。
【００２１】
第２基板１２の、連続溝１３の両端部１３ａ，１３ｂに対応する（臨んだ）位置には、第２基板１２の重ね合わせ面１２ａ（図１中では上面）と非重ね合わせ面１２ｂ（図１中では下面）とを連絡する貫通孔１５，１５がそれぞれ形成される。貫通孔１５，１５を介して、連続溝１３の両端部１３ａ，１３ｂが表面に露出される。各貫通孔１５，１５は、重ね合わせ面１２ａ側の小径部１６ａと非重ね合わせ面１２ｂ側の大径部１６ｂとで構成される。各大径部１６ｂの開口部１６ｃには、石英ガラス管１７ａ，１７ｂが接続される。
【００２２】
小径部１６ａは連続溝１３の両端部１３ａ，１３ｂと同径（又は同形状）とされ、大径部１６ｂは石英ガラス管１７ａ，１７ｂと同径（又は同形状）とされる。尚、本実施の形態においては、各貫通孔１５が小径部１６ａ及び大径部１６ｂの２段で構成される場合について説明を行ったが、３段以上であってもよい。また、各貫通孔１５は、小径部１６ａ及び大径部１６ｂといった具合に段差部を介して拡径する場合について説明を行ったが、貫通孔１５をテーパ状に形成して、無段差で拡径させるようにしてもよい。
【００２３】
各貫通孔１５の開口部１６ｃと石英ガラス管１７ａ，１７ｂとは、レーザ、例えば炭酸ガスレーザ等を用いて融着接続される。これによって、各開口部１６ｃと石英ガラス管１７ａ，１７ｂとが強固に接続され、各開口部１６ｃを閉塞することなく、かつ、接続部から分析試料が漏れるおそれはない。
【００２４】
無水合成石英ガラス基板１１，１２及び石英ガラス管１７ａ，１７ｂは、金属や水酸基等を含まない純粋ＳｉＯ２で構成される基板及び管である。
【００２５】
次に、本実施の形態に係るキャピラリカラム１０の製造方法を、添付図面に基づいて説明する。
【００２６】
前述した構造の第１基板１１及び第２基板１２の各重ね合わせ面１１ａ，１２ａに、化学処理を施し、各重ね合わせ面１１ａ，１２ａを活性化させる。化学処理に用いる処理液として、例えば、１％ＨＦ＋５％ＮＨ４Ｆの水溶液が挙げられる。
【００２７】
次に、第１基板１１における連続溝１３の両端部１３ａ，１３ｂの位置と、第２基板１２における貫通孔１５，１５の位置とを合わせた状態で重ね合わせることで、連続溝１３と第２基板１２の重ね合わせ面１２ａとで囲まれた空間、つまり流路２０が構成される。
【００２８】
次に、重ね合わせた第１基板１１及び第２基板１２を電気炉内に配置し、約２５０℃の温度で加熱処理を施すことで、各重ね合わせ面１１ａ，１２ａが部分溶融して接合され、キャピラリカラム１０が得られる。
【００２９】
次に、本実施の形態に係るキャピラリカラムの作用を説明する。
【００３０】
本実施の形態に係るキャピラリカラム１０においては、第１基板１１の重ね合わせ面１１ａに形成した連続溝１３と第２基板１２の重ね合わせ面１２ａとで囲まれた空間が、流路２０、つまり分析試料の分析を行うための試料分析流路を構成する。
【００３１】
ここで、第１基板１１の重ね合わせ面１１ａにおける連続溝１３の形成は、半導体メモリや石英ガラス導波路などにおける微細加工技術を応用したものである。よって、第１基板１１の重ね合わせ面１１ａに、開口幅が狭く、かつ、深い連続溝１３を形成するのは容易である。また、連続溝１３は、長手方向全長に亘って第１基板１１の表面に露出しており、連続溝１３の内面に、厚膜の固定相膜１４を形成すること及び固定相膜１４の膜厚を自在に調整することは、スピンコーティング技術を応用することで、容易に可能である。
【００３２】
よって、極細の連続溝１３の内面に、長手方向に亘って膜厚が均一で、かつ、厚膜の固定相膜１４を有するキャピラリカラムを容易に得ることができる。固定相膜１４の膜厚を厚く形成することができ、その調整も自在であることから、キャピラリカラム１０の流路２０の長さが短くても、すなわち小さなキャピラリカラム１０であっても、高い分解能を達成できる。
【００３３】
また、キャピラリカラム１０における流路２０は、狭ければ狭い程（断面積が小さければ小さい程）、分析試料の分離性能が向上するため、連続溝１３の開口幅も小さい方が好ましい。しかし、連続溝１３の開口幅があまりにも小さいと、連続溝１３と石英管１７ａ，１７ｂとの間にミスフィットが生じてしまい、分析試料を流路２０に供給するのが困難となってしまう。そこで、本実施の形態に係るキャピラリカラム１０においては、連続溝１３の両端部１３ａ，１３ｂと石英管１７ａ，１７ｂとを、貫通孔１５を介してそれぞれ接続している。貫通孔１５は、連続溝１３の両端部１３ａ，１３ｂ側（重ね合わせ面１２ａ側）を小径部１６ａに、石英管１７ａ，１７ｂ側（非重ね合わせ面１２ｂ側）を大径部１６ｂに形成しているため、連続溝１３と石英管１７ａ，１７ｂとの間にミスフィットが生じることはない。よって、分析試料を流路２０に確実に供給することができる。
【００３４】
次に、本実施の形態に係るキャピラリカラム１０を用いたガスクロマトグラフィ装置について説明する。
【００３５】
図３に示すように、得られたキャピラリカラム１０と、既存（又は既設）のガスクロマトグラフィ装置本体３０とを、ポリイミド樹脂（又は金属材）で構成されるチューブ３２ａ，３２ｂで接続することで、ガスクロマトグラフィ装置４０が得られる。具体的には、キャピラリカラム１０の石英管１７ａと、ガスクロマトグラフィ装置本体３０の分析試料注入手段（分析試料注入装置）３１とが、ダミーキャピラリチューブ（チューブ）３２ａで接続される。また、キャピラリカラム１０の石英管１７ｂと、ガスクロマトグラフィ装置本体３０の検出手段（検出装置）３３とが、ダミーキャピラリチューブ（チューブ）３２ｂで接続される。ダミーキャピラリチューブ３２ａ，３２ｂの内面には、連続溝１３のように試料分析のための固定相膜は形成されていない。
【００３６】
分析試料注入手段３１は、分析試料（例えば、分析ガスなど）が充填され、分析試料をキャピラリカラム１０に供給するためのマイクロシリンジ３４を備えていてもよい。また、検出手段３３は、分析、検出された分析試料の成分データを解析する解析装置３５及びその解析装置３５で得られた解析結果を記録するための記録装置３６を備えていてもよい。ここで言う、分析試料注入手段３１は、分析試料をキャピラリカラム１０に注入できるもの、また、検出手段３３は、分析試料中に含まれる各成分を検出できるものであれば、特に限定するものではない。
【００３７】
本実施の形態に係るガスクロマトグラフィ装置４０によれば、キャピラリカラム１０における接続のための石英管１７ａ，１７ｂと、既存（又は既設）のガスクロマトグラフィ装置本体３０とを、耐熱性に優れた材料、例えばポリイミド樹脂（又は金属材）で構成されるダミーキャピラリチューブ３２ａ，３２ｂにより容易に接続することができる。つまり、チューブ３２ａ，３２ｂを、注入手段３１及び検出手段３３に応じて適宜更新するだけで、既存の本体３０に対してキャピラリカラム１０をそのまま適用することができ、装置ユーザが、装置本体を新規に更新（購入）する必要はない。
【００３８】
また、ダミーキャピラリチューブ３２ａ，３２ｂは、キャピラリカラム１０を耐熱のために被覆するものではなく、キャピラリカラム１０と本体３０を接続するためのものである。このため、高温での分析中において、チューブ３２ａ，３２ｂが高温に晒されることは殆どないことから、チューブ３２ａ，３２ｂが熱劣化し、破損するおそれも殆どない。よって、従来のガスクロマトグラフィ装置と比較して、より高温の設定温度で試料分析を行うことができる。
【００３９】
また、チューブ３２ａ，３２ｂは、キャピラリカラム１０と本体３０を接続するためのものであることから、キャピラリカラム１０の交換の度にチューブ３２ａ，３２ｂを交換する必要はなく、装置コスト及びランニングコストの低減を図ることができる。
【００４０】
以上、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定されることは言うまでもない。
【００４１】
【実施例】
次に、本発明について、実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４２】
図１，図２に示した本実施の形態に係るキャピラリカラム１０を用いて、図３に示したガスクロマトグラフィ装置４０を形成し、キャピラリカラム１０の性能評価（分解能の評価）を行った。評価に用いる分析試料は、１−オクタン、ｎデカン（Ｃ１０）、１−オクタノール、２，６ジメチルフェノール、ｎウンデカン（Ｃ１１）、２，６ジメチルアニリン、ｎドデカン（Ｃ１２）、及びｎトリデカン（Ｃ１３）の各成分を混合したものを用いた。
【００４３】
このテスト用分析試料を、注入手段３１を介してキャピラリカラム１０に注入し、化学分析することで得られた分析ピークから、キャピラリカラム１０の性能指標となる理論段数を計算した。その結果、４２００段という理論段数値が得られ、極めて良好な分解能を有するキャピラリカラム１０であることが確認できた。
【００４４】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、高い分解能を有し、かつ、既存のガスクロマトグラフィ装置に適用可能なキャピラリカラムが得られるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な一実施形態に係るキャピラリカラムの断面図である。
【図２】図１の２−２線矢視平面図である。
【図３】図１のキャピラリカラムを用いたガスクロマトグラフィ装置の概略模式図である。
【符号の説明】
１０ キャピラリカラム
１１ 第１基板
１１ａ 第１基板の重ね合わせ面
１２ 第２基板
１３ 連続溝
１３ａ，１３ｂ 連続溝の両端部
１４ 固定相膜
１５ 貫通孔
１６ｃ 開口部
１７ａ，１７ｂ 石英ガラス管
Claims (5)
- 第１基板と第２基板とを重ね合わせて構成したキャピラリカラムにおいて、上記第１基板の重ね合わせ面に微細な連続溝を形成し、その連続溝の内面に試料分析のための固定相膜を設け、上記第２基板の、上記連続溝の両端部に対応する位置にそれぞれ貫通孔を形成して上記連続溝の両端部を露出させ、各貫通孔の開口部に石英ガラス管を接続したことを特徴とするキャピラリカラム。
- 上記各貫通孔の開口部と上記石英ガラス管とをレーザによって融着接続した請求項１記載のキャピラリカラム。
- 請求項１又は２記載のキャピラリカラムの各石英ガラス管と、ガスクロマトグラフィ装置本体とを、ポリイミド樹脂で構成したチューブで接続したことを特徴とするキャピラリカラムを用いたガスクロマトグラフィ装置。
- 請求項１又は２記載のキャピラリカラムの各石英ガラス管と、ガスクロマトグラフィ装置本体とを、金属材で構成したチューブで接続したことを特徴とするキャピラリカラムを用いたガスクロマトグラフィ装置。
- 一方の上記石英ガラス管と上記ガスクロマトグラフィ装置本体の分析試料注入手段とを上記チューブで接続し、また、他方の上記石英ガラス管と上記ガスクロマトグラフィ装置本体の検出手段とを上記チューブで接続した請求項３又は４記載のキャピラリカラムを用いたガスクロマトグラフィ装置。
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| JP2003179776A JP2005017029A (ja) | 2003-06-24 | 2003-06-24 | キャピラリカラム及びそれを用いたガスクロマトグラフィ装置 |
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| JP2005017029A true JP2005017029A (ja) | 2005-01-20 |
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| CN109030690A (zh) * | 2018-09-29 | 2018-12-18 | 兰州东立龙信息技术有限公司 | 一种毛细管色谱柱涂覆装置 |
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| CN109030690B (zh) * | 2018-09-29 | 2024-05-03 | 兰州东立龙信息技术有限公司 | 一种毛细管色谱柱涂覆装置 |
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