JP2007078429A - キャピラリー微量成分分析方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】キャピラリーを使用した微量成分分析のための方法、装置であって、複雑な環境試料、生体試料をろ過等の前処理をせず直接分析する。
【解決手段】キャピラリー表面の樹脂性保護膜の一部を除去し、その部分のシリカに微小孔を形成させる。キャピラリーのシリカ部分を微小通孔或いは多孔質体とする。該部分に分離膜を形成させる。該部分をタンク等の小容量に収納、設置。タンク等の試料を分離膜を介して、キャピラリーに注入。電気泳動または高性能液体クロマトグラフィー分析を行う。
【選択図】 図７

Description

本発明は、キャピラリー微量成分分析方法及び装置に関するものである。特に、分析準備の前処理を不要にする或いは、複雑試料を直接分析出来る簡便、確実なキャピラリー微量成分分析方法及び装置に関する。

従来、泥水のような複雑な環境試料あるいは血漿、尿、牛乳のような生体試料中の微量試料成分（例えば、塩化物イオンなど）を分析するとき、通常ろ過は最低限必要で、多くの場合は更に、溶媒抽出、固相抽出、膜分離などの前処理を必要とする。これらの前処理を行った後、高性能液体クロマトグラフィー（以下、ＨＰＬＣと云う）あるいは、キャピラリー電気泳動分析（以下、ＣＥと云う）で対象物を分析する。

対象成分が微量であるため、希釈が少ない内径の細いチューブ内での分離分析が特に要求されており、溶融石英中空チューブ表面に、機械的強度を高めるためのポリイミド樹脂などをコーティングしたフューズドシリカキャピラリーが用いられている。

しかし、内径が細いため、試料に含まれるマトリクスの影響でキャピラリー内部に詰まりが生じたり、マトリクスの付着で吸着が生じたりすることが多い。
それらを防ぐために、目的成分以外のマトリクスを除く溶媒抽出、固相抽出、膜分離などの前処理が非常に重要となるが、これらの前処理は操作が煩雑で時間もかかる。又、前処理過程で試料のコンタミ（汚染）、ロス、変質などの問題があり、試料本来の組成を正確に分析出来ない場合も多い。更に、前処理中に希釈されるため、微量である成分の分析は難しい。

この問題を解決するために、ＨＰＬＣでは、バルブを介して異なるカラムなどで前処理を行い、オンラインでキャピラリーに濃縮導入する手法などがとられているが、どうしてもジョイント部分が生じてしまい、その部分での試料成分の拡散及び吸着が生じやすくなる。

またさらに、ＣＥ分析の場合、通常内径１００μｍ以下、外径３６０μｍ程度のフューズドシリカのキャピラリーを使う。キャピラリーの内径が非常に細いことと、キャピラリー内表面で吸着するものが多いことを考慮し、試料を分析する前のろ過等の前処理がより厳しく要求される。

この問題を解決するためには、キャピラリーの先端に直接、細い透析膜をつけて、その透析膜でたんぱく質のようなイオンを濃縮してから電気泳動する方法（非特許文献１）や複雑な試料をろ過せずに、その透析膜外から試料注入を行い、小さいイオンのみを分析する方法（非特許文献２）が報告されている。
この場合では、透析膜の内径がキャピラリーの内径と揃わないので、デッドボリュームを生じ、試料イオンのピークが広くなる問題がある。

又、二つのキャピラリーを多孔性チューブ内に入れて接続することも報告されているが、この場合でも、二つのキャピラリー間にデッドボリュームが存在し、そのデッドボリュームが試料注入量より遥かに大きいので、分析性能の低下を招く（非特許文献４、特許文献１）。

このように、キャピラリーに種々の前処理機能を持つものをジョイントさせる事で、オンライン精製が可能となることは分かったが、どうしてもジョイント部分のデッドボリュームが大きく、微量注入を行なうキャピラリーカラムを用いた分析には、適していないのが現状である。

そこで、キャピラリーの一端から離れた数ｃｍのところで、数ｍｍ程度の長さにポリイミド膜を火で燃やし、次に、火で燃やした部分のフューズドシリカキャピラリーをフッ酸（ＨＦ）でエッチングし、多孔性にしてから、その多孔性キャピラリーの部分でたんぱく質を濃縮させ、電気泳動を行う方法も報告された（非特許文献３）。

この方法は、ジョイント部を必要としない点で優れているが、エッチングによって作られた多孔質体だけでは、使用している内に分析に用いる液による劣化、侵蝕や試料成分に含まれるマトリクスの影響によって、構造変化して再現性が得られないという問題が生じ、又、機械強度も弱くて、実験途中でちょっとキャピラリーに応力が存在すると折れてしまうなど、実試料分析には使用できないという問題があった。

Analitical Chemistry,Vol.70. No.10 MAY 15,1998 p.2081-2084 ANALITICAL SCIENCES November 2003.Vol.19 p.1-3 Aalytical Chemistry,Vol.74. No.15 August 1,2002 p.3899-3905 BUNSEKI KAGAKU Vol.43(1994) p.609-612 特開平８−１５２２１

本発明に於いては、極めて微量の成分の分析に適応できるキャピラリー分析が、極めて
簡単且効率よく行なうことが出来る。液体クロマトグラフィー（以下、ＨＰＬＣと云う）或いは、キャピラリー電気泳動分析（以下、ＣＥと云う）装置及び方法、更にはそのための新規なキャピラリーを得ることを目的とする。

更に、具体的に云えば本発明は、キャピラリー壁のある局所に形成する分離膜を介して試料を導入することにより、複雑な試料をろ過等の前処理をせずに直接、その分離膜からキャピラリー内に注入または濃縮することができ、高感度で分析できる新型キャピラリー及びそれを利用する分析法を提案する。

又、本発明は、キャピラリー表面の一部に局所的に再現性ある分離膜を作成し、さらに、化学処理を施すことによって、その耐久性を大幅に向上させ、試料の前処理部分として活用できるようにする。更には、作成した分離膜の分離特性にも選択性を持たせ、生体試料などの分析に適用することを目的とする。

上記の目的を達成するため、一つはキャピラリーに微小孔を形成させて、該微小孔に分離膜を形成すると共に、多孔質体を含むキャピラリーの一部を溶離液または試料溶液に接触させることにより、試料成分を分離膜を介して、キャピラリー内に導入または濃縮し、分析を行うことを特徴とし、一つは、キャピラリーに表皮の微小剥離部を形成し、該微小剥離部を含むキャピラリーの一部をタンク内に収納、設置させると共に、微小剥離部に多孔質体または貫通孔を形成させ、該多孔質体または貫通孔に分離膜を形成させることを特徴とする。

本発明では、分離部であるキャピラリー表面上に、前処理部分を複数箇所設けることができるとともに、前処理部分をデッドスペース無しに一体化できる。そのため、微量成分の高感度分析が可能となる。
更に、本発明では局所的な多孔質化を行うため高圧にも耐えることが出来るとともに、その多孔質部に適宜必要な分離膜を形成することが出来るので、耐久性が改善されるだけでなく、目的に応じた分離を達成することができる。
分離膜部分では、通過する成分と通過できずにその場に濃縮される成分を自在に制御することができ、目的に応じた分析が可能となる。

パルスレーザーを照射して樹脂膜を溶かす場合、非常に局所的な孔作成が可能となり、分析に影響するデッドボリュームを非常に小さくすることができる。
電流値のモニタリングで化学処理の完了を見極めることができるので、電気泳動の装置をそのまま使用することができるとともに、再現性のある処理が可能となる。
酢酸セルロース膜でのコーティングである場合、酢酸セルロースをアセトンに溶かし、アセトンを自然蒸発させるという簡便な方法でコーティングが完了できるとともに、また耐久性を非常に向上させることができる。

前処理部分を一体化して持つキャピラリーである場合、多種類の分離モードに対応することができ、応用できる分析範囲を広げることができる。
前処理部分を一体化して持つキャピラリーを分析のために使用できるので、前処理の手間が省けるとともに、全体の分析システムをオンラインで構築することが可能となる。
試料容積を収納するタンクが多方ジョイントの場合、液の出し入れ及びキャピラリーの固定が非常に簡便となり、実用性を向上させることができる。

本発明に於けるキャピラリー表面の多孔質化方法と化学処理方法を具体的に説明する。局所的に多孔質体を作る方法としては、キャピラリー表面にある保護用の樹脂膜の局所部分を剥がすことが重要である。樹脂膜は、キャピラリーの機械的強度を保つだけで無く、エッチングを防ぐ役割を同時に持っている。そのため、樹脂膜のない剥がした局所部分だけを多孔質化することが可能となる。樹脂膜としては、ポリイミド、テフロン（登録商標）、ピークなどのエッチングに十分持つものならばどのような樹脂素材でも良い。

エッチングによる多孔質化を行なうため、内側のキャピラリー部分は、シリカ骨格を含んでいれば、何でも良いが、本発明の目的のためには内径２ｍｍ以下でＳｉ成分が５０％以上含まれるキャピラリーが推奨される。
但し、シリカ骨格を持つ内側と樹脂の間にエッチング液が入り込まないことが要求される。フューズドシリカキャピラリーやモノリスキャピラリーなどが適用できる。又、キャピラリー中に充填材が充填されていても良い。

局所的に樹脂膜を剥がす工程として通常行なわれる方法は、キャピラリーの一部に炎を当て、樹脂膜を溶かす方法である。この場合、約１ｍｍ程度の幅でチューブの円周部分の樹脂が流れ落ち、剥がされる。次に、エキポシ樹脂で局所直径約１ｍｍ程度の孔部分を残してコーティングする。本発明の場合、その孔部分だけが多孔質化する事になるので、出来るだけ小さな部分とすることが好ましいためである。

更に、小さな孔をスポット的にあけるためには、レーザー照射による樹脂膜のスポット剥がしがもっとも好ましい。この方法では、直径１０μｍ以下の小さな孔をあけ、樹脂膜を剥がすことが可能である。多孔質化の再現性から、円形に近い形が推奨されること、デッドボリュームを小さくできることなどから、この方法は非常に実用的である。

次に、剥がした部分の多孔質であるが、シリカ骨格を溶かすＨＦなどの溶液に漬けて、ＨＦなどの濃度や時間や温度制御によって、多孔質化することもできるが、目的に応じた多孔質体を得るためには、電場をかけて電流のモニタリングを行なう事が推奨される。
更に、得られた多孔質体の表面に化学処理を施す事によって、特性を持たせた処理膜が形成される。

メチルシラン、オクチルシラン、…などの撥水性シリル化剤は、水溶液に対して化学的安定性が高く保護の役割が生じる。又、非水性溶媒を用いる場合では、ＫＣｌ、ＮａＣｌ，ＢａＣｌ、硝酸銀などの塩の析出によって特性を変えることができる。更に、ジオール、アミノプロピル、酢酸セルロース…などの重合して高分子化され易い化学処理では、多孔質体表面を包む働きも有り、耐久性が大幅に向上する。
又、重合し易い分子量２０００以上のオリゴマーの場合では、１０μｍ以下の径であれば、多孔質体が無く、ただの貫通孔であっても表面張力で、表面に保持され高分子化する事で、高分子膜を作れる。ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、シリカゾルなどが適用できる。当然、多孔質になっていても問題は無い。

先ず、図１及び４に基づき、本発明のキャピラリーの構成及びその製造について説明する。
初めに、キャピラリー１に多孔性ポイントＡをエッチングにより構成する。キャピラリーは、通常のフューズドシリカキャピラリーを使用する。該キャピラリー１の樹脂性保護膜、例えばポリイミド膜２について極めて細かいポイント、例えば直径１０μｍ以下のような局所で剥離を行なう。
このためには、例えばパルスレーザー照射等により行なうのが便である。勿論、その剥離手段は問わないが、その目的に応じた大きさの局所剥離（例えば直径１ｍｍ程度）を行ない、不必要部分はエポキシ樹脂により覆ってもよい。

次に、該キャピラリー１を、該剥離部３をタンク４内に置いて固定する。この固定方法としては、ガラス５上にキャピラリー１を固定し、上からタンク４を被せ、接触部を接着剤６，６で固定するのが便である（図２）。
このタンク４は、ガラス５とガラスやテフロン（登録商標）及びピーク等の樹脂によるバイアルやガラス管やジョイント等の非導電材にて形成される小容量容器である。

次いで、タンク４にＨＦ水溶液７を入れ、局所剥離部３をエッチングさせる。この時には未だキャピラリー壁は絶縁されている。その際、キャピラリー１端を接続したタンク８とキャピラリー１には緩衝液９が充たされる。この緩衝液９としては、Ｎａｃｌ，ＮａＯＨ等が使用される。エッチング溶液としてのＨＦ水溶液７は、一例として４９％ＨＦが使用された。

マイナス電極１０１を浸漬したタンク８の緩衝液９とプラス電極１０２を浸漬したタンク４のＨＦ水溶液７の間に、電源１０により１００Ｖ電圧を印加し、電流計１００により電流値をモニタリングする。電流値が流れると直ちにタンク４のＨＦ水溶液７を取除き、水で洗浄する。
このとき、局所剥離部３のキャピラリー１はエッチングにより多孔性になっている。この局所剥離部３に一定濃度の酢酸セルロースのアセトン溶液を滴下する。アセトンの蒸発により酢酸セルロースの膜１１が多孔性部上を被い（膜処理）、多孔性ポイントＡが形成される。
この酢酸セルロース膜は、分離膜１１として作用し且つ導電性を有する。この酢酸セルロース膜１１を導電性ジョイントとして用いることにより、この局所剥離部３に形成される多孔性ポイントＡから試料イオンを流出させることが出来る（図４）。

この際に形成される多孔性部の孔は、小緩衝イオンが通過することが出来、プロテインやペプチド等のイオン化された大きな分子はそれらを通過することが出来ず濃縮される。

以下、上記本発明装置を使用したキャピラリー分析方法について説明する。
本キャピラリーを用いて、複雑な環境試料或いは生体試料をろ過などの前処理もせず、直接分析することが出来る。以下に、分子量の小さい目的イオン成分の分析法を説明する。
従来、試料の注入は図５，６に示すような落差法と電気泳動注入法がある。試料はタンク４に入れて、小さいイオンが分離膜を通して、キャピラリー内に注入される。

落差法は、図５に示すようにキャピラリー１の始端に取付けたタンク８とキャピラリー１の終端に設置したタンク１２間に、落差を形成して取付設置し、タンク８とタンク１２間の落差により、タンク８の緩衝液９をタンク１２に自然流下させ、その流通の負圧により目的イオン成分をキャピラリー１に導入するものである。
又、図６に示すのは電気泳動注入法であり、タンク８に収納した緩衝液９とタンク４に注入した試料溶液１３の間に、夫々プラス電極１０２とマイナス電極１０１を浸漬しておき、電源１４を介して設け、電圧印加により小イオンをキャピラリー１に導入するものである。
これらの方法により、多孔性部ポイントＡの分離膜１１を通して小さいイオンがキャピラリー１内に注入される。試料注入後、タンク４中の試料溶液１３を取り出して、電気泳動用緩衝液９を代わりに入れる。

そして、図７に示すようにタンク８とタンク１２の間の夫々の緩衝液９と緩衝液１５に、夫々浸漬したプラス電極１６及びマイナス電極１７に電源１８を介して高電圧を印加し、電気泳動分析を行なう。キャピラリー中の小イオンは、緩衝液８のタンク１２方向への移動により移動せしめられ、キャピラリー１の途中に設けられた検出器１９により検出される。

内径５０μｍ、外径３６０μｍ、長さ７０ｃｍのフューズドシリカキャピラリーの端から約４ｃｍの位置の外側のポリイミド膜をパルスレーザー照射し、直径１０μｍ以下の局所でポリイミド膜を剥がした。次に、同種で別のフューズドシリカキャピラリーの端から４ｃｍの位置に炎を当て、外側のポリイミド膜を１ｍｍ程度の幅に剥がした。更に、エポキシ樹脂で直径１ｍｍの部分を残してコーティングした。

前記のように製作した２種類のキャピラリーチューブに化学処理を行った。次に、そのキャピラリーを図２のようにスライドガラス上に、そして溶液タンク１内に固定した。そして、図３のように、ポリイミド膜を剥がした局部をＨＦでエッチングした。エッチングする間に、タンク１にＨＦ水溶液、溶液タンク８とキャピラリーに０．１％ＮａＣｌ水溶液を入れ、１００Ｖ電圧を印加し、電流値をモニタリングした。電流値が確認できたら、すぐＨＦ水溶液を容器から取り除き、水で洗浄した。このとき、ポリイミド膜を剥がした局所は多孔質体となっていた。最後に、図４のように、多孔性の部分に一定温度の酢酸セルロースのアセトン溶液を滴下し、アセトンの蒸発により酢酸セルロース膜のコーティングがなされた。
又、重合し易い分子量２０００以上のオリゴマーの場合では、多孔質体でなく貫通孔になっていても、直径１０μｍ以下の孔であれば高分子膜となり、前記目的を達成することができた。

前記のように製作された分離膜を持つキャピラリーを使用すると、複雑な試料をろ過等の前処理をせずに直接その分離膜からキャピラリー内に注入することができ、種々の分析手法を行う事ができた。

実施例１で製作されたキャピラリーを用いると、複雑な環境試料或いは生体試料をろ過などの前処理をせず、直接分析することもできた。まず、小さいイオンの分析法を説明する。
試料の注入には通常図５，６に示すような落差法と電気泳動注入法がある。どちらの方法も試料はタンク４に入れておき、分析目的の小さいイオンが分離膜を通過し、キャピラリー内に注入された。
試料注入後、図７のように、タンク４中の試料を取り出し、泳動用緩衝液を代わりに入れた。そして、キャピラリーの両端に高電圧に印加し、電気泳動分析を行った。

実施例１で製作されたキャピラリーの先端に固相を形成し、目的試料目的成分を抽出し、分析することができた。
ＳＰＥ（Ｓｏｌｉｄ Ｐｈａｓｅ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ）、即ち、固相抽出は目的成分濃縮のために、有効な手段で、通常オフラインでＳＰＥ濃縮してから有機溶媒で脱着しＣＥを行う。また、バルブなどを介し、ＳＰＥ抽出カラムとキャピラリーをオンラインで接続し、オンラインＳＰＥ−ＣＥも可能であったが、前述のように、接続部にデッドボリュームなどの問題があった。

ここでは、デッドリュームゼロのキャピラリー内ＳＰＥ−ＣＥを実現した。図１５に示すように、キャピラリー１の先端にゾルーゲル法でフリット２１を作り、その後ＳＰＥ吸着剤Ａｂｓｅｌｕｔｓｏｒｂｅｎｔ^ＴＭ２４を１ｍｍ程度充填し、更にその流出を防ぐため、ガラスウール２２を１〜２ｍｍ程度つめた。試料注入するときは、図１６に示すように、試料２３をタンク４に入れ、タンク４と８の間に電圧を印加し、試料２３をタンク４から多孔性膜１１経由でキャピラリー１内に注入し、ＳＰＥ吸着剤２４で吸着させ濃縮させた。

そして、一定時間後、タンク４の試料２３を緩衝液９に入れ替え、水でキャピラリー１を洗浄し、緩衝液をキャピラリー１に検出側から入れて、試料の注入端に電気泳動法か圧力法（落差法）で、メタノールなどの有機溶媒／緩衝液の混合液を１ｍｍ程度注入し、キャピラリーの両端に電圧を印加し、通常のＣＥを行った。この場合、吸着された試料はその有機溶媒によって脱着され、その後ＣＥで分離され、検出される。この場合、試料は高い濃縮倍率で濃縮され、検出下限が大いに低下される。これは、フェノール類試料によって実証された。結果については、実施例９で詳細に説明する。

１）実施例１で製作されたキャピラリーを使用して、８種類無機陰イオンのＣＥを行った結果を示す。
図９には、８種類の無機イオンの標準試料溶液を従来のキャピラリー先端から注入する場合と本発明による膜から注入して分析した、ＣＥ分析結果を示す。（図Ａ：従来の先端から注入図、図Ｂ：本発明膜から注入）検出は、間接ＵＶ吸収法で行なった。無機イオンの分析は従来法と同様の結果であり、本発明の分析には全く問題ないことが判明した。電気泳動注入法：３ＫＶ１０ｓｅｃ注入
電気泳動：２０ＫＶ ＣＥ ｂｕｆｆｅｒ ｐＨ８

２）実施例１で製作されたキャピラリーを使用して、ベンゼン環を持つ有機物の分析を行った結果を示す。
図１０には、４種類の有機物の分析結果を示す。図Ａと図Ｂは、それぞれ本発明による局所膜及び従来の端から落差法で注入し、ＣＥで分析した結果である。本発明による注入で問題のないデータが得られ、有機物の分析も局所から注入され、分析できることを明らかにした。
注入法：落差法（５ｃｍ） １０ｓｅｃ
電気泳動条件：２０ＫＶ ＣＥ ｂｕｆｆｅｒ ｐＨ１１

３）牛乳のような複雑試料の直接分析結果を示す。
通常、牛乳のような複雑な生体試料を従来のキャピラリー電気泳動分析で分析する時、脂質やたんぱく質などがキャピラリー内表面で吸着し、電気浸透流が不安定になり、分析結果の再現性がない（図１１Ｃ）
一方、本発明による分離膜からの注入法ではキャピラリー上の局所的に導入した膜を通して、小さいイオンが注入されたので、中性の脂質、たんぱく質などのような大きいイオンは流入を阻止され注入されない。従って、図１１Ａ，Ｂのように、再現性良い結果を得た。
又、牛乳試料を毎日２０回測定して、連続４日間８０回測定したところ、図１２に示すように、良好な再現性を得た。

４）河川水の分析結果を示す。
河川水をろ過せず、直接分析したところ、塩化物イオン、硫酸イオンなどが検出され、良好な結果となった。図１８に実施例を示す。福井大学の近くの九頭流川から取ってきた水をろ過してから、通常のＣＥで分析する（キャピラリーの端から注入、１００Ｖ ２０秒）と、図１８のＡに示すように、再現性がないデータになってしまった。これは、ろ過だけでは水中の油、小さい微粒子の除去が出来ずに、油などのキャピラリー内壁への吸着により、浸透流が変化し、塩化物イオン１、硫酸イオン２、リン酸イオン３の検出時間も変化すれば、ピークの大きさも変化してしまう。
一方、図１８のＢに示すように、本発明によるキャピラリー壁の膜を経由して注入する場合は、三種類イオンが再現性よく検出される。これは膜によって、中性の油などの物質やタンパク質のような大きい分子は注入されなかったからと考えられる。

５）低濃度大分子（たんぱく質等）試料の迅速濃縮分析結果を示す。
図８のように、低濃度のたんぱく質試料をタンク８に入れ、タンク４とタンク８の間に電圧を印加すると、低濃度たんぱく質の大分子はキャピラリー１内の分離膜１１の前に濃縮される。

図１３に示すように、本発明による分離膜を利用する方法は大きな濃縮効果があり、従来法より二、三桁低濃度のたんぱく質の分析もできる。図１３のＡとＢは、従来のキャピラリー電気泳動法による４種類のたんぱく質の分析結果で、明らかに検出限界は０．０１ｍｇ／ｍｌ程度であった。
一方、本法では図１３−C（ＣＥ ２０ＫＶで測定、１ＫＶ−４０ｍｉｎ濃縮）が示すように、０．０００３ｍｇ／ｍｌ程度のたんぱく質試料でも十分検出でき、濃縮効果が２，３桁あり、つまり検出下限を２，３桁低下することが出来た。即ち、分離膜の導入により約６５〜１０００倍の濃縮結果が得られた。
更に、セル培養液などの生体試料に応用できる。

実施例１で製作された分離膜を持つキャピラリーを使用して、ＣＥの二次元分析を行った結果を示す。
多種のタンパク質などが同時に存在する生体試料では、一度のＣＥ分析だけでは分離を行う事が難しく、予めＨＰＬＣなどを用いて、等電点などで粗分離分取を行い、分画部を濃縮し、ＣＥなどで分析する必要がある。濃縮における煩雑な操作や目的成分の分解や微量成分の吸着などが生じるので、微量分析は難しい。
そこで、長いキャピラリーの中間位置に局所的な多孔性膜を作り、二つの高圧電源及び二つの検出器を設置した。
始めに、ＨＶ１側（３０）でＣＩＥＦ（キャピラリー等電点電気泳動）を行い、等電点ごとにゾーンを形成させた。さらに、タンク８側に塩を添加して、そのゾーンを検出器３２で確認しながらタンク４に移動させた。膜１１があるため、各ゾーンに含まれる目的成分は通れず、その手前に濃縮される。即ち、各ゾーンごとの分割部が濃縮された。ＨＶ１側（３０）の電気泳動を止め、次に、分離膜１１の手前に濃縮された分画混合成分をＨＶ２側（３１）で上記と同様に電気泳動を行い、始めのゾーンごとの各成分を分離し検出器（３２）で検出した。
次に、ＨＶ２側の泳動を止めて、ＨＶ１側で次のゾーンを濃縮させる。これを繰り返し行う事で、生体中の微量タンパクを二次元電気泳動でき、前処理無しで上記と同じように微量タンパクの検出が可能となった。

ＣＥ法には、目的成分の種類によって各種のモードが知られている。前述したキャピラリー等電点電気泳動（ＣＩＥＦ）は、種々の等電点を持つ両性物質の溶液をカラム内に満たし、電圧を印加して、等電点に対応したゾーンを形成させて分離するもので、等電点の違うタンパク質の分離に利用される。キャピラリー電気クロマトグラフィー（ＣＥＣ）は、カラム内に高速液体クロマトグラフィー充填剤を充填し、目的成分の電気泳動度の差に加え、固定層との分配比の差も利用する。動電クロマトグラフィー（ＥＫＣ）は、目的成分の疎水性の差を利用し、緩衝液に加えたイオン性界面活性剤ミセルとの分配比の違いによって分離するもので、電気泳動度に差がない中性物質の分離膜に利用できる。
これらのような異なる分離モードを本発明による分析膜を持つキャピラリーに組み合せると、目的試料成分の性質に応じた多様な分離が可能となる。

ＣＩＥＦ（キャピラリー等電点電気泳動）―ＣＥ、あるいはＣＥＣ（キャピラリー電気クロマトグラフィー）―ＣＥの二次元分離装置を示す。
図１４に示すように、長いキャピラリー１の中間位置に局所的な分離膜１１を作り、二つの高圧電源３０，３１及び二つの検出器３２，３２を使うことにより、分離膜１１の右側にＣＥＣあるいはＣＩＥＦを行う機構とし、それぞれのピークを更に左側のＣＥで分析する機構を形成して、二次元電気泳動も可能である。

６）実施例３の結果について説明する。
図１９は、図１７で示したキャピラリー内ＳＰＥ−ＣＥの分析結果である。（１：２，４ジクロロフェノール、２：２，４，５トリクロロフェノール）。Ａ中の試料濃度は、０．５μｇ／ｍｌ，Ｂ中の試料濃度は０．５ｎｇ／ｍｌである。図１９のＡは従来のＣＥ分析で、０．５μｇ／ｍｌ（ｐｐｍ）程度のフェノール類の分析しか出来ない。一方、図１９のＢに示すように、キャピラリー１内のＳＰＥ−ＣＥ分析すれば、検出下限は３桁低下でき、０．５ｎｇ／ｍｌ（ｐｐｂ）レベルのフェノール類化合物の測定ができる。この方法は、実際の河川水の分析にも応用できる。

実施例１で製作されたキャピラリーを使用して、ＨＰＬＣ分析を行った。
ＨＰＬＣは、種々成分を分析するのに有効であり、特に内径２ｍｍ以下のキャピラリーカラムは溶液による希釈が少なく、環境、食品、生体中などの微量成分分析に使用されている。これらの試料においては、多くの目的成分以外の分析妨害成分が多く含まれており、直接ＨＰＬＣカラムに注入して分析する事はできない。

従来は、図２０のように、ポンプ４６により緩衝液が前処理カラム４０に送り込まれ、分析妨害成分を取除いた後、バルブ４１を切り替え、ポンプ４２で目的成分をキャピラリーカラム４３に導入して検出器４４により分析する手法である。この方法では、前処理後の試料液もバルブ４１を通ることになり、汚染、ロス、変質などの問題があり、試料本来の組成を正確に分析できない場合も多い。
更に、バルブ４１とキャピラリ４３ー間のデッドボリュームによって、ピークが広がってしまう。この前処理カラム４０の代わりに本発明による化学処理を行った分離膜を持つキャピラリー１に、試料を通す事により、微量領域で前処理が可能となった。
インジェクト部分４５から注入された試料は、膜１１を通して、分析妨害成分が除かれ、キャピラリー内に導入される。その後、従来と同様にＨＰＬＣ分析を行う。キャピラリー内部容量が注入容量となり且、分離カラム上に直接導入されるので、デッドボリュームが無く、妨害成分の無い目的成分のシャープなピークが得られる。
さらに、キャピラリーの分離膜のないもう一方側に目的成分が通過できない異なる化学処理を行った膜を設けると、キャピリー内部に目的成分だけを濃縮する事も出来、さらに感度の向上が期待できる。

ＨＰＬＣ分析でも（ＳＰＥ−ＣＥ）のように、試料導入時にはポンプとの接続を取外しておき、膜から先部分に濃縮して、ポンプを接続して分析することが可能である。
この場合には、ポンプ、キャピラリー間にバルブを入れる事で自動濃縮も可能となる。これらのように、本発明による化学処理を行った分離膜を持つキャピラリーを使用することで、複雑なカラムスィッチングを行わなくても、微量成分のキャピラリーＨＰＬＣ分析が可能となる。

市販ＭｏｎｏＣａｐ（登録商標）Ｃ１８ ２００μｍ×２５０ｍｍのモノリスＨＰＬＣカラムについて、その端から５０ｍｍ部分のポリイミド膜上下２箇所にパルスレーザーを照射し、１０μｍ以下の局所でポリイミド膜を剥がした。（図２１，２２）
又、ガラス板の代わりにピーク製４方ジョイント２５を取り付け、同様に２箇所をユッチングした（図２３）。
５％酢酸セルロースのアセトン溶液を４方ジョイント２５から注入し、自然乾燥して、酢酸セルロース膜１１をコーティングした。

エッチングして作成した多孔質膜に近い端をポンプ２６に接続し、反対側端を検出器１９に接続し、ＨＰＬＣ装置に取り付けた。
４方ジョイント２５の上部より、シリンジ２７にてカフェイン試料を入れ、試料を導入した（図２４）。導入された試料は、キャピラリーに作成させたセルロースコーティング膜で高分子が除かれ、目的成分のみがカラム内に導入される。溢れた試料液は、もう一方の分離膜部分から排出される。
シリンジを抜き、上下にプラグ２８，２８をした。次に、０．１Ｍリン酸バッファー／アセトニトリル＝８０／２０ 溶離液をポンプで２μＬ／ｍｉｎで流し、波長２１０ｎｍで検出し、結果を得た。（図２５）
モノリス５０部分のすぐ前に試料注入ができるため、まったくデッドボリュ-ムが無く、カラムに注入でき、シャープなピークが得られた。（図２６）
本発明のキャピラリを用いると、試料が分離の場である充填層の直前に導入する事できるので、拡散の影響を受け易い細いキャピラリを使った分離でもシャープなピークが得られる事が実証できた。

次に、牛血清アルブミンが含まれるカフェイン試料を同じように分析し、図２７の結果が得られた。
本発明による分離膜を設けていない従来のキャピラリカラムを用いて分析した結果を図２８に示した。この場合、牛血清アルブミンピークが溶出され、カフェインピークに被ってしまい定量できないが、本発明による分離膜を設けたキャピラリーカラムでは、予め通るセルロース膜によって、アルブミン部分はほとんど除かれ、カフェインピークが定量できた。
本発明の方法を用いたカラムでは、複雑なカラムスィッチングを用いなくても前処理も兼ねて行なえる事が実証できた。
4方ジョイントの片方に、従来のインジェクターバルブを取り付け、もう一方に抵抗をつけて、インジェクターを介して、シリンジで試料を導入したが、同様に目的成分のみがキャピラリ内に導入され同じような結果となった。

実施例１と同じようにエッチング処理したカラムに、５％トリエトキシプロピルアミノシランのキシレン溶液を３方ジョイントから注入した。次に、９０℃で２時間放置後、減圧乾燥して、アミノ基重合物を膜とした。
酢酸、ニコチンアミド、チアミンを含んだ試料を０．１％リン酸水溶液＋５ｍMペンタンスルフォン酸ナトリウム/メタノール＝２０／８０溶離液で流し、波長２１０ｎｍで検出し、図２９の結果を得た。
本発明キャピラリを用いたLC分析では、酢酸はアミノ基重合物に吸着され、ニコチンアミド、チアミンのピークだけが検出された。（図２９）
従来のキャピラリを用いて同じ試料をHPLC分析した結果、図３０のようになった。
孔に化学処理を施す本発明キャピラリを用いる事で、カラムスィチングや前処理などの複雑な操作を行なわず、目的成分だけを選択的に通す事ができることが実証された。

本発明によれば、複雑な環境試料、生体試料をろ過等の前処理をせずに直接分析することができ、分析処理の中で最も煩雑で時間のかかる処理を省くことができ、分析工程の大幅な短縮ができる。
この為、ベンゼン環を有つ有機物、牛乳のような複雑試料の分析、河川水等の直接分析が可能となった。

本発明キャピラリー実施例加工概略説明図 本発明キャピラリー実施例加工概略説明図 本発明キャピラリー実施例加工概略説明図 本発明キャピラリー実施例加工概略説明図 本発明１実施例使用例概略説明図 本発明１実施例使用例概略説明図 本発明１実施例使用例概略説明図 本発明１実施例使用例概略説明図 本発明１実施例と従来ＣＥ例比較クロマトグラム 本発明１実施例と従来ＣＥ例比較クロマトグラム 本発明１実施例と従来ＣＥ例による牛乳試料の分析比較クロマトグラム 本発明１実施例牛乳試料の連続分析クロマトグラム 本発明１実施例と従来ＣＥ例による低濃度タンパク質の分析比較クロマトグラム 本発明１実施例概略説明図 本発明１実施例概略説明図 本発明１実施例概略説明図 本発明１実施例概略説明図 本発明１実施例と従来ＣＥ例による河川水分析例比較クロマトグラム 本発明１実施例と従来ＣＥ例の分析比較クロマトグラム 従来のＨＰＬＣカラムスィッチング説明図 本発明キャピラリー実施例加工概略説明図 本発明キャピラリー実施例加工概略説明図 本発明１実施例概略説明図 本発明１実施例使用状態概略説明図 本発明１実施例使用状態概略説明図 本発明各実施例分析クロマトグラム 本発明各実施例分析クロマトグラム 本発明各実施例分析クロマトグラム 本発明各実施例分析クロマトグラム 本発明各実施例分析クロマトグラム

符号の説明

１ キャピラリー
２ ポリイミド膜
３ 剥離部
４ タンク
５ ガラス
６ 接着剤
８ タンク
１０ 電源
１１ 分離膜
１２ タンク
Ａ 多孔性ポイント

Claims (13)

1. キャピラリーに微小孔を形成させて、該微小孔に分離膜を形成すると共に、分離膜を含むキャピラリーの一部を溶離液または試料溶液に接触させることにより、試料成分を分離膜を介して、キャピラリー内に導入または濃縮し、分析を行うことを特徴とするキャピラリー微量成分分析方法。
2. キャピラリーの分離膜を境として、一方にＣＥＣ或いはＣＩＥＦ機構を他方にＣＥ機構を設けたことを特徴とする請求項１記載のキャピラリー微量成分分析方法。
3. キャピラリーの表皮に微小剥離部を形成し、該微小剥離部に多孔質体または貫通孔を形成させ、該多孔質体または貫通孔に分離膜を形成させたことを特徴とするキャピラリー。
4. 樹脂性保護膜が表面にコーティングされた内径２ｍｍ以下のＳｉ成分が５０％以上含まれたシリカチューブまたはその中にモノリス作成したモノリスチューブ、またはその中が充填剤で充填されたことを特徴とする請求項３記載のキャピラリー。
5. 樹脂性保護膜を局所的に剥がし、その局所部のＳｉ成分の一部またはすべてを溶かし出すことで、多孔質体を形成すると共に、その部分に膜処理を行うことを特徴とする請求項３または４に記載のキャピラリー。
6. パルスレーザーを用いて、樹脂性保護膜を剥がすことを特徴とする請求項３乃至５の何れかに記載のキャピラリー。
7. 電圧を印加し、電流値のモニタリングを利用して多孔質体を作成し、そこに膜処理を行うことを特徴とする請求項３乃至６の何れかに記載のキャピラリー。
8. 前記、膜処理は酢酸セルロース膜でのコーティングであることを特徴とする請求項３乃至７の何れかに記載のキャピラリー。
9. 請求項３乃至８の何れかに記載のキャピラリーをキャピラリー電気泳動用カラム、キャピラリー電気クロマトグラフィー用カラムまたはＨＰＬＣ用カラムとして試料の前処理部に使用することを特徴とする分析装置。
10. 請求項３乃至８の何れかに記載のキャピラリーを使用する電気泳動装置、電気泳動クロマトグラフィー装置、ＨＰＬＣ装置又はその他の分析装置。
11. キャピラリーの表皮に微小剥離部を形成し、該微小剥離部を含むキャピラリーの一部をタンク内に収納、設置させると共に、微小剥離部に多孔質体または貫通孔を形成させ、該多孔質体たは貫通孔に分離膜を形成させることを特徴とするキャピラリー微量成分分析装置。
12. タンクが多方ジョイントであることを特徴とする請求項１１に記載のキャピラリー微量成分分析装置。
13. キャピラリーの分離膜を境として、一方にＣＥＣ或いはＣＩＥＦ機構を他方にＣＥ機構を設けたことを特徴とする請求項１１又は１２に記載のキャピラリー微量成分分析装置。

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