JP2008076340A - 高感度検出方法およびその検出装置 - Google Patents

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【課題】有機化合物または無機化合物等の試料の分子量分布等を検出する高感度検出方法および高感度検出装置に関する。更に詳しくは、工業製品中の有機化合物、例えば、高分子材料、天然化合物等の糖や脂質を試料とし、その分子量の詳細な解析あるいは定量のための高感度検出方法およびその検出装置に関する。
【解決手段】
移動相溶媒Aを送液している液体クロマトグラフィーのカラムに試料を導入し、カラムから流出した前記試料と前記移動相溶媒Aに、前記移動相溶媒Aと異なる組成を有する移動相溶媒Bを添加し、蒸発光散乱検出器に導入することを特徴とする高感度検出方法。
【選択図】図1

Description

本発明は、有機化合物または無機化合物等の試料の分子量分布等を検出する高感度検出方法およびその検出装置に関する。更に詳しくは、工業製品中の有機化合物、例えば、高分子材料、天然化合物等の糖や脂質を試料とし、その分子量の詳細な解析あるいは定量のための高感度検出方法およびその検出装置に関する。
従来、高分子材料の分子量解析においては、液体クロマトグラフィー(以下、LCという)が多く用いられている。特に高速液体クロマトグラフィー(以下、HPLCという)にサイズ排除クロマトグラフィー用カラムを用いて、検出器をオンラインに接続した装置が多く用いられている。
例えば、ポリスチレンを製造する場合、所定の分子量のポリスチレンを製造しようとしても実際には分子量のばらつきができる。また、さまざまな分子量のポリスチレンが製造される。そして、ポリスチレン等の高分子は分子量分布をもっている。
そして、分子量分布を求めることは高分子の物性を知る上で重要である。このため、LCまたはHPLCにサイズ排除クロマトグラフィー用カラムを使用したサイズ排除クロマトグラフィー(以下、SECという)が用いられる。
前記SEC用カラムのゲルには孔が開いている。そして、導入された成分のうち分子量の小さい成分はこの孔の奥深くまで入ることがでる。また、中間の分子量の成分は孔の途中まで入ることができる。
さらに、分子量の大きい成分は孔の中には入ることができない。そして、孔の奥に入ることができる成分はそれだけカラムの中に留まる時間が長くなる。このため、カラムから出てくる順序は分子量の大きい順となる。
このように、成分は分子量の大きさの順に分離することができる。そして、 高分子の分子量分布を求めることができる。また、分子量分布の他にポリマーの物性を表す指標として重要なものに平均分子量がある。これは標準試料の測定から求めた較正曲線から計算する。
前記平均分子量には、各分子量の数を平均して求める数平均分子量(以下、Mnという)、数だけでなくその重量を加味して求める重量平均分子量(以下、Mwという)、分子量分布のピークの頂点位置から求められるピークトップ分子量(以下、Mpという)などがある。
また、SECの検出器としては検出感度が化合物によらない示差屈折率計(以下、RIという)を検出器として用いるが、LCまたはHPLCの検出器としてよく用いられる吸光度検出器(紫外可視検出器など)と比較して感度が悪い場合が多い。
また、化合物は電磁波に対して、その構造によって吸収する電磁波の波長や吸収量が異なる。このため、特に、紫外線、可視光線および赤外線の電磁波に対して、その構造によって特有の波長の電磁波を吸収する。
また、その特有の電磁波の吸収量も化合物の構造によって異なる。従って、吸光度検出
器は化合物によって感度が異なる。そして、化合物の構造によって感度が異なると、試料によっては求めた分子量分布や平均分子量が正確ではない。
また、LCまたはHPLCの検出器としてよく用いられる紫外可視検出器では検出されないかまたは感度が悪く測定が難しい成分、例えば、糖や脂質の分析にはRI検出器を用いる。そして、天然に存在する糖や脂質のLCによるオンラインの網羅的一斉分析にはグラジェント分析を行う必要があるが、RI検出器ではグラジェント分析のベースラインの変動によって、測定が行えない。(例えば、非特許文献1参照。)。
さらに、RIと同様に検出感度が化合物の構造によらないものとして、近年、LCまたはHPLCによく用いられる検出器として蒸発光散乱検出器(以下、ELSDという)がある。この検出器はカラムからの溶出液をネブライザーで窒素や空気などのガスと一緒に噴霧し、溶出液を蒸発させ、残った溶出物に光を照射してその散乱光の強度を検出する。
このため、気化しない化合物はすべて検出でき、化合物による感度の差が比較的小さい。また、不揮発性の塩は使用できないが、屈折率や紫外部吸収など、RIや吸光度検出器のような移動相の制約がない。
また、グラジェント分析を用いた場合、吸光度検出器では次の測定までに安定化時間を必要とする上に、移動相の組み合わせによって、測定が困難であったり、RIでは測定が困難なほどベースラインが不安定になる。そして、ELSDではベースラインがほとんど変動しないといった利点がある。
さらに、ELSDでは原理的にベースラインはきわめて安定である。そして、吸光度検出器やRIを用いた場合と比較してベースラインの安定化に時間を必要としない。
また、ELSDネブライザー部の、高速のガスの流れは、小さな液滴を生成し、試料を気化させない低温で溶媒を気化できるが、検出部を通過する時間が短いので感度が低くなる可能性がある。そして、低速のガスの流れは、一般に大きな液滴を生成し、感度が高くなる。
しかし、溶媒の気化により高温を要するため試料までが気化してしまったり、溶媒の気化が不完全な場合にはノイズを引き起こす。このため、溶媒と試料の性質により最適なガス圧を設定する必要がある。また、ELSDネブライザー部で生成された液滴は、ガスにより溶媒蒸発部に運ばれ、移動相溶媒のみを気化する。
また、高温のほうが溶媒を気化するためには効率的であるが、試料までが気化して感度が低下する可能性がある。さらに、低温では溶媒の気化が不完全となりノイズが大きくなる可能性がある。このため、溶媒と試料の性質により溶媒蒸発部の温度を設定する必要がある。そして、気化しにくい溶媒を移動相とした場合、気化しやすい溶媒を移動相として用いた場合よりも感度が低くなると考えられる。
また、気化しやすい溶媒を移動相とした場合、気化しにくい溶媒を移動相として使用した場合よりもバックグラウンドノイズを発生し、測定に悪影響を与える。さらに、水を移動相に使用しない場合、ネブライザー部で生成する液滴の形状の安定性が、水を移動相に使用した場合と比較すると悪いと考えられる、このため、測定時再現性の面で欠点がある。
以下に先行技術文献を示す。
検出と定量のコツ 株式会社 羊土社発行 2005年7月15日第1刷発行
本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、蒸発光散乱検出器に入った移動相によってバックグラウンドノイズが発生して、試料測定に悪影響を与えることを抑制したり、測定時の再現性や感度を向上させ、且つ、好適に使用できる高感度検出方法およびその検出装置を提供することを目的とする。
上記問題点を解決するために、本発明の請求項1に係る発明は、
移動相溶媒Aを送液している液体クロマトグラフィーのカラムに試料を導入し、カラムから流出した前記試料と前記移動相溶媒Aに、前記移動相溶媒Aと異なる組成を有する移動相溶媒Bを添加し、蒸発光散乱検出器に導入することを特徴とする高感度検出方法である。
次に、本発明の請求項2に係る発明は、
前記液体クロマトグラフィーがグラジェント液体クロマトグラフィーであることを特徴とする請求項1に記載の高感度検出方法である。
次に、本発明の請求項3に係る発明は、
移動相溶媒Aを送入するための移動相溶媒A送入用ポンプと、試料を導入するための導入部と、前記試料を分離するためのカラムを順次配置した液体クロマトグラフィーを有し、前記移動相溶媒Aと異なる組成を有する移動相溶媒Bを送入するための移動相溶媒B送入用ポンプが、前記カラムと蒸発光散乱検出器との間に配置された接続バルブに送入されていることを特徴とする高感度検出装置である。
次に、本発明の請求項4に係る発明は、
前記液体クロマトグラフィーがグラジェント液体クロマトグラフィーであることを特徴とする請求項3に記載の高感度検出装置である。
本発明の高感度検出方法およびその検出装置は、以上の構成からなるので、蒸発光散乱検出器に入った移動相によってバックグラウンドノイズが発生して、試料測定に悪影響を与えることを抑制したり、測定時の再現性や感度を向上させることができる。
本発明の高感度検出方法およびその検出装置を実施の形態に沿って以下に図面を参照にしながら詳細に説明する。
図1は、本発明の高感度検出方法およびその検出装置の一実施例の概略を説明するための説明概略図である。
図1に示すように、本発明の高感度検出装置はLC用ポンプ(P)と導入部(S)とカラム(K)と移動相送液用ポンプ(PP)と接続バルブ(V)と蒸発光散乱検出器(J)から形成されている。
前記LC用ポンプ(P)は、試料を導入するための導入部(S)と接続され、導入部はカラム(K)に接続されている。また、高感度検出装置には、カラムに送入されている移動相溶媒と異なる組成の移動相溶媒を導入するための、移動相送入用ポンプ(PP)が配
置されている。そして、LC用ポンプ(P)から送液されカラムから溶出した移動相溶媒に、カラムから溶出した移動相溶媒とは異なる組成の移動相溶媒を導入するための移動相送液用ポンプ(PP)から送液された移動相溶媒を蒸発光散乱検出器(J)の直前で挿入するよう接続バルブ(V)が設けられている。
前記接続バルブ(V)とカラム(K)との間に、図2に示すように、移動相溶媒の組成の変化を検出できる検出器(以下、Dという)、例えば紫外可視検出器などの検出器を設けることができる。そして、移動相送液用ポンプ(PP)からの移動相溶媒の逆流等を監視することが出来る。
前記移動相溶媒として用いる溶媒としては、通常のLCに用いられるものであれば特に限定されることはない。その例としては、メタノール、エタノール、プロパノール、アセトニトリル、ヘキサン、酢酸エチル、テトラヒドロフラン、水、クロロホルム、ジクロロメタン、トルエン、ジメチルスルホキシド等が挙げられる。そして、それらは単独であってもよく、あるいは混合物であってもよい。ただし、非水溶性溶媒をカラム(K)の移動相溶媒として用いる場合は、移動相送液用ポンプ(PP)で用いる移動相溶媒と、この非水溶性溶媒との相溶性のある、水溶性溶媒と水の混合溶媒を使用しなくてはならない。前記非水溶性溶媒としては、例えば、クロロホルム、ヘキサン、ジクロロメタン、トルエン等が挙げられる。
前記カラム(K)としては、例えば、順相系クロマトグラフィー用、逆相系クロマトグラフィー用、サイズ排除クロマトグラフィー用、吸着クロマトグラフィー用等が挙げられる。
また、LC用ポンプ(P)あるいは移動相送液用ポンプ(PP)としては、移動相溶媒がグラジェントされる形式であることが、幅広い種類の試料の分析を行う観点から好ましい。
試料は、従来、導入部(S)に導入され、カラム(K)から移動相溶媒とともに流出するが、この移動相溶媒は、そのまま蒸発光散乱検出器(J)に導入される。この移動相溶媒は、試料やカラム(K)によって選択されるが、移動相溶媒によっては蒸発光散乱検出器(J)の試料測定に悪影響を与えるおそれがあった。
例えば、この移動相溶媒に水が含まれていない場合には、蒸発光散乱検出器(J)のバックグラウンドノイズを発生させ、さらに、測定時の再現性を低下させる。また、この移動相溶媒に水が含まれている場合には感度が低下するおそれがあった。
上記に対し、本発明では、カラム(K)から流出した移動相溶媒に水が含まれていない場合には、水または水を含む組成の移動相溶媒を移動相送入用ポンプ(PP)から送液し、接続バルブ(V)を用いて、蒸発光散乱検出器(J)の直前で挿入する。ただし、非水溶性溶媒をKの移動相溶媒として用いる場合は、移動相送入用ポンプ(PP)で用いる移動相溶媒にはこの非水溶性溶媒と相溶性のある水溶性溶媒と水の混合溶媒を使用しなくてはならない。
従って、蒸発光散乱検出器(J)にはLC用ポンプ(P)から送液される移動相に水を含まない場合でも、水を含有した移動相が蒸発光散乱検出器(J)に導入されている状態にある。これにより、蒸発光散乱検出器(J)の溶媒蒸発部での溶媒気化が安定化すること、また、ネブライザー部で生成する液滴が安定化することによって、測定における再現性や感度が低下するという問題を回避することできる。
また、本発明の高感度検出装置は、カラム(K)から流出した移動相溶媒に水が含まれている場合は、水溶性溶媒または水溶性溶媒を含む組成の移動相溶媒を移動相送入用ポンプ(PP)から送液する。そして、接続バルブ(V)を用いて、蒸発光散乱検出器(J)の直前で挿入する。
このため、蒸発光散乱検出器(J)にはLC用ポンプ(P)から送液される移動相溶媒の溶媒が水のみである場合でも、水以外の溶媒を含有した移動相溶媒が蒸発光散乱検出器(J)に導入されている状態にある。
また、移動相送入用ポンプ(PP)から送液する溶媒としては、水よりも沸点の低いもの、表面張力の小さいものを用いる。さらに、非水溶性溶媒を用いるときには、この溶媒と相溶性のある水溶性溶媒と混合した溶媒を用いる。これにより、蒸発光散乱検出器(J)の溶媒蒸発部での溶媒気化効率がよくなる。そして、ネブライザー部で生成する液滴が大きくなることによって、測定における感度が低下するという問題を回避することできる。
また、カラム(K)としては、試料と目的によって、LC用ポンプ(P)から送液される移動相溶媒により選択できるが、移動相送入用ポンプ(PP)から送液される移動相溶媒は使用できない。そして、使用するとカラム(K)に悪影響を及ぼす場合には、図3に示すようにカラム(K)と接続バルブ(V)との間にガードカラム(G)を設けることがカラム(K)保護の観点から好ましい。
さらに、接続バルブ(V)とガードカラム(G)との間に、図4に示すように移動相溶媒の組成の変化を検出できる検出器(D)を設けることが、移動相送液用ポンプ(PP)からの移動相溶媒の逆流を監視する観点から好ましい。
以下、本発明の具体的実施例を挙げて、さらに詳しく説明するが、それに限定されるものではない。
〔実施例1〕
試料として、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ICN社製、和光純薬工業輸入販売、商品名、TRITON X−100を用いた。これを関東化学(株)製のHPLC用テトラヒドロフランを用いて、5ppmに調整し、注入量は0.002mlとした。
カラムには、アルコール系充填剤を用いた水・有機溶媒両用サイズ排除クロマトグラフィー用カラム、サイズは内径4.6mm、長さ150mmを用いた。カラムに送液する移動相溶媒は、関東化学(株)製のHPLC用テトラヒドロフラン100%を流速0.4ml/minで用いた。
カラムに送液される移動相溶媒と異なる組成を有する移動相溶媒を導入するための移動相送入用ポンプから送液する移動相溶媒には、テトラヒドロフラン/水=10/1 溶液を流速0.2ml/minで用いた。なお、テトラヒドロフランは関東化学(製)のHPLC用を、水は純水製造装置でイオン交換後蒸留を行って製造した蒸留水を用いた。
蒸発光散乱検出器のネブライザー温度は30℃、ネブライザーガスは窒素ガス5psiを用いた。溶媒蒸発部の温度は40℃、ゲインは10とした。検出部の光源としてはタングステンハロゲンランプを用い、温度は50℃とした。移動相の逆流を監視する検出器としてはフォトダイオードアレイ検出器を用いた。
〔比較例1〕
実施例1において、移動相送入用ポンプ(PP)とバルブ(V)を用いず、移動相テトラヒドロフラン/水=10/1 溶液を送入しない以外は、実施例1と同様にして分析を行った。
〈評価結果〉
実施例1のベースラインを拡大した結果を図5に、比較例1のベースラインを拡大した結果を図6に示す。実施例1と比較例1を対比して、実施例1の方法によればベースラインノイズが減少し、安定した測定を行うことができることがわかる。
また、実施例1と比較例1の測定を、それぞれ5回連続して行い、ピークの面積値の標準偏差から変動係数をもとめたところ、実施例1では2%未満、比較例1では10%以上であった。実施例1と比較例1を対比して、実施例1の方法によれば再現性よく、安定した測定を行うことができることがわかる。
〔実施例2〕
試料として、ポリエチレングリコール、ポリマーラボラトリーズ社製、SEC用スタンダード Mp=1080を用いた。これを純水製造装置でイオン交換後蒸留を行って製造した蒸留水を用いて、200ppmに調整し、注入量は0.002mlとした。
カラムには、アルコール系充填剤を用いた水・有機溶媒両用サイズ排除クロマトグラフィー用カラム、サイズは内径4.6mm、長さ150mmを用いた。カラムに送液する移動相溶媒は、純水製造装置でイオン交換後蒸留を行って製造した蒸留水を流速0.3ml/minで用いた。
カラムに送液される移動相溶媒と異なる組成を有する移動相溶媒を導入するための移動相送入用ポンプから送液する移動相溶媒には、関東化学(製)のHPLC用テトラヒドロフラン100%を流速0.6ml/minで用いた。
蒸発光散乱検出器のネブライザー温度は30℃、ネブライザーガスは窒素ガス5psiを用いた。溶媒蒸発部の温度は40℃、ゲインは10とした。検出部の光源としてはタングステンハロゲンランプを用い、温度は50℃とした。移動相溶媒の逆流を監視する検出器としてはフォトダイオードアレイ検出器を用いた。
〔比較例1〕
実施例2において、移動相送入用ポンプ(PP)と接続バルブ(V)を用いず、移動相テトラヒドロフラン溶液を送入しない以外は、実施例2と同様にして分析を行った。
〈評価結果〉
実施例2のピーク面積は67412、比較例2のピークの面積値は183983であった。実施例2と比較例2を対比して、実施例2の方法によれば比較例2に対して、約3倍のピーク面積が得られ、感度よく測定を行うことができることがわかる。
本発明の高感度検出方法およびその検出装置は、これまで測定行うことが困難であった微量高分子成分の分子量分布測定を行うことが可能となった。また、これまで分析を行うことが困難であった微量成分の定量も可能となった。このため、製品の品質管理に用いることができ、条件や工程の不具合によるバラッキの制御が可能となる。さらに、糖や脂質など特異的な吸収を持たない物質の一斉分析がより安定して高感度に行えることから、食
品の品質管理や、医薬品研究等に使用できる素晴らしい発明である。
本発明の高感度検出方法およびその検出装置の一実施例の概略を説明するための説明概略図である。 本発明の高感度検出方法およびその検出装置の他の一実施例の概略を説明するための説明概略図である。 本発明の高感度検出方法およびその検出装置のまた他の一実施例の概略を説明するための説明概略図である。 本発明の高感度検出方法およびその検出装置のさらに他の一実施例の概略を説明するための説明概略図である。 本発明の高感度検出方法による実施例1における測定結果のベースラインノズルを示す図である。 本発明の高感度検出方法による比較例1における測定結果のベースラインノズルを示す図である。
符号の説明
P・・・LC用ポンプ
S・・・試料を導入するための導入部
K・・・カラム
PP・・・移動相送入用ポンプ
V・・・接続バルブ
J・・・蒸発光散乱検出器
D・・・検出器
G・・・ガードカラム

Claims (4)

  1. 移動相溶媒Aを送液している液体クロマトグラフィーのカラムに試料を導入し、カラムから流出した前記試料と前記移動相溶媒Aに、前記移動相溶媒Aと異なる組成を有する移動相溶媒Bを添加し、蒸発光散乱検出器に導入することを特徴とする高感度検出方法。
  2. 前記液体クロマトグラフィーがグラジェント液体クロマトグラフィーであることを特徴とする請求項1に記載の高感度検出方法。
  3. 移動相溶媒Aを送入するための移動相溶媒A送入用ポンプと、試料を導入するための導入部と、前記試料を分離するためのカラムを順次配置した液体クロマトグラフィーを有し、前記移動相溶媒Aと異なる組成を有する移動相溶媒Bを送入するための移動相溶媒B送入用ポンプが、前記カラムと蒸発光散乱検出器との間に配置された接続バルブに送入されていることを特徴とする高感度検出装置。
  4. 前記液体クロマトグラフィーがグラジェント液体クロマトグラフィーであることを特徴とする請求項3に記載の高感度検出装置。
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