JP2011038904A - カラムクロマトグラフ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】試料液体の粘度が高くても充填材へ容易に含浸させることができ、また、試料液体を通過させた後の充填材中に残留する液体を容易に回収できるカラムクロマトグラム装置を提供する。
【解決手段】充填材１２を充填可能な中空本体１１、中空本体１１の上端に位置し試料液体Ｓ並びに展開溶媒ＤＳを注入する注入口１３、及び中空本体１１の下端に位置し液体を流出させる液体出口１４を具備するカラム１０と、カラムの液体出口１４から流出する液体を受容する液体回収装置２０と、を具備するカラムクロマトグラフ装置。液体回収装置２０は、液体回収容器３０と、液体回収容器３０とカラムの液体出口１４とを流体連通状態に連結する連結部材４０と、を具備する。連結部材４０は、液体を流通させる流通部４２を有する連結部本体４１と、連結部本体４１内及びカラム１０内を減圧するための真空吸引手段５０を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、カラムクロマトグラフ装置に関し、さらに詳しくは、試料液体の粘度が高くとも、短時間で充填材へ容易に含浸させることができ、また、試料液体を通過させた後の充填材中に残留する展開溶媒などの液体を容易に回収できる、カラムクロマトグラフ装置に関する。

一般に、オープンカラムクロマトグラフィーにあっては、カラム内に収容した充填材の上部から試料液体を注加し、充填材に含浸させ、充填材の上方から展開溶媒を供給する。その結果、重力落下により、上記の試料液体が充填材内を下方へ移動しながら展開され、カラム下端の液体出口から流出して展開した成分ごとに分離採取される（例えば、特許文献1参照）。

上記の液体出口から試料液体が取り出された後のカラム内では、充填材に多量の展開溶媒が残留している。この使用済みの充填材は、自然乾燥により展開溶媒を蒸発させた後、カラムから取出されるかあるいは液体出口から逆圧を加えてカラムから取り出された後、乾燥される。そして空になったカラムに新しい充填材が収容され、次の試料液体の展開に使用される。また、使い捨てカラムの場合は、展開溶媒などの液体を排出或いは回収した後に、該カラムは廃棄される。

展開溶媒としては、一般的に、メタノール、アセトニトリル、エタノール、n-プロピルアルコール、アセトン、酢酸エチル、エチルエーテル、クロロホルム、テトラヒドラフラン、塩化メチレン、トルエン、ベンゼン、四塩化炭素、シクロヘキサン、炭化水素などが用いられ、一種類の溶媒のみを使うこともあるが、いくつかの溶媒を混合して適切なRf 値を達成するように極性を調整したものが用いられる。なお、展開溶媒は、展開溶媒の移動速度を一定に保持するなどの理由から、例えば０．２ＭＰａ程度以下の低い所定圧力で供給される場合がある。

また、カラムクロマトグラフ装置においては、カラムが１つではなく、複数のカラムを直列に接続し、使用する場合がある。例えば、メインカラムの上方に、このメインカラム内の充填材よりも含浸し易い充填材を収容した試料充填用カラム或いはプレカラムとも称されるインジェクションカラムを配置したものがある。この装置では、試料液体はインジェクションカラムの充填材の上部から注加されて速やかに含浸され、展開溶媒によって下方へ移動してインジェクションカラムの液出口から展開溶媒とともに流出し、メインカラムの充填材の上部へ案内されて円滑に含浸される。そして、この試料液体がメインカラムの充填材内を移動することで各成分に精度よく展開分離される。

実開昭６３−２９７５９号公報

カラムクロマトグラフィーに供される試料液体はさまざまであるが、その物性等は未知或いは十分に知りえずに供される場合も多い。試料溶液の粘度もさまざまであるが、粘度が高いとカラム内の充填材への含浸が容易でなく、インジェクションカラムを用いた場合でも含浸に数時間などの長時間を要する場合がある。また、試料溶液の充填材への含浸が不十分な状態で展開溶媒を供給すると、この展開溶媒が試料液体で受け止められ、展開溶媒を充填材内へ移動させることができない。更に、供給した展開溶媒に試料液体が溶解され、試料液体の粘度が低下して充填材に含浸されたとしても、試料液体の容積が増加するので、所定長さのカラムの充填材中を移動しただけでは、先に移動した試料液体中の移動速度が遅い成分と、その後に移動した試料液体中の移動速度が速い成分とが重なることとなり、試料液体が各成分に精度よく展開分離されないという問題がある。従って、カラム内の充填材への試料液体の含浸が十分に行えるという前提で、試料液体の各成分の展開分離を容易且つ短時間で行なうことが求められている。

粘度が高い試料液体の充填材への含浸時間を短縮するために、本発明者らは、カラム上端の試料液体注入口側からカラム内部に対して加圧することを試みた。この場合、加圧によるカラムの破損の恐れがあり、また、加圧状態を保持するためにカラム開口部を封栓する必要があるが、密封栓が外れて試料液体が飛散、或いは加圧装置との接続部位が外れて試料液体が飛散する等の問題が発生した。また、加圧状態を保持するために試料液体を分注するなどの手間、圧力装置の着脱の不便さ、そのための装置自体の巨大化も作業に対する妨げとなった。

また、装置の下部から吸引による試料液体の充填材への含浸時間の短縮を試みた。この場合、カラム内の負圧状態にムラが生じるため、含浸状態が斑になったり、空気が混入してしまったりという事態が発生した。また、上述の加圧の場合と同様に、圧力装置の着脱の不便さ、そのための装置自体の巨大化も作業に対する妨げとなった。

上記の加圧或いは減圧方法はいずれも、その加圧・減圧コントロールが非常に難しく、試料液体の量や粘度の程度の差により加減する必要があり煩雑であること、装置自体が巨大化してしまうこと、また加圧・減圧装置の着脱が不便であること、試料液体の充填材への含浸状態にムラが生じたり不十分であったりすることなどの問題があり、本来の含浸の目的を果たせないことも多かった。

一方、使用済み充填材に含まれる展開溶媒としては、例えばヘキサン、酢酸エチル、ジクロロメタンなどの有機溶媒が用いられるが、使用済み充填材を乾燥する際にこれらの有機溶媒が大気中に放散されるので、これらの気化ガスにより環境などが汚損される虞がある。そのため、展開溶媒は極力、回収することが求められ、またその回収方法は、安全且つ迅速に行え、また十分な回収を行えることが必要とされている。これは、再利用するカラムにおいても、使い捨てカラムにおいても同様であり、カラム内に残存する展開溶媒等を十分に排出、回収する必要がある。

本発明の目的は、上記の問題点を解消し、試料液体の粘度が高くても充填材へ容易に且つ短時間で含浸させることができ、また、試料液体を通過させた後の充填材中に残留する展開溶媒などの液体を簡易な操作で、環境中への揮発による汚染の問題もなく且つ回収率も高く回収できる、カラムクロマトグラフ装置を提供することにある。

本発明によれば、充填材を充填可能な中空本体、当該中空本体の上端に位置し試料液体並びに展開溶媒を注入する注入口、及び当該中空本体の下端に位置し液体を流出させる液体出口を具備するカラムと、当該カラムの液体出口から流出する液体を受容する液体回収装置と、を具備するカラムクロマトグラフ装置であって、
当該液体回収装置は、液体回収容器と、当該液体回収容器と当該カラムの液体出口とを流体連通状態に連結する連結部材と、を具備し、
当該連結部材は、液体を流通させる流通部を有する連結部本体と、当該連結部本体内及び当該カラム内を減圧するための真空吸引手段を具備する、カラムクロマトグラフ装置が提供される。

当該連結部材は、さらに、当該カラムの液体出口に隣接する側に減圧調整部材を具備することが好ましい。当該減圧調整部材は、当該連結部材に気密状態に嵌合可能な減圧調整部材本体と、当該減圧調整部材本体を貫通して当該連結部材の流通部及び当該カラムの液体出口を流体連通状態に連結する開口部と、当該減圧調整部材本体を貫通する１以上、好ましくは１〜１２個、より好ましくは１〜３個の開孔と、当該減圧調整部材本体の外表面上に載置されていて当該開孔の開口度を調整する調整弁とを具備することがさらに好ましい。真空吸引手段により生じる負圧のために、調整弁が開孔を閉じる位置にある場合には、調整弁は開孔に吸い付けられ、気密状態が保持される。開孔の数は所望の減圧調整効果が得られるものであればよいが、調整弁が回転可能に設けられている場合には３６０の約数であることが好ましく、開孔の配置は３６０度の約数となる角度で均等に設けることが、調整のし易さの点で好適である。

当該開孔の断面形状は、円形、楕円形あるいは多角形のいずれでもよく、特に０．３ｍｍ〜３ｍｍの直径を有する円形、０．３ｍｍ〜３ｍｍの長軸を有する楕円形あるいは０．３ｍｍ〜３ｍｍの最大対角線を有する多角形であることが好ましい。０．３ｍｍよりも小さい開孔の場合には所望の減圧調整効果を得るために多数の開孔を設け、多数の開孔の開閉を調整しなければならず、３ｍｍよりも大きい開孔の場合には微調整が難しくなるため、上記範囲が好ましい。なお、開孔の大きさ或いは形状は、この範囲のものであれば、いずれのものでもよく、開孔の開閉の調整にあわせて、複数の開孔群において、同一の形状、同一の大きさのものでも、異なる形状或いは異なる大きさのものが混在していても良い。

当該減圧調整部材の開口部には、当該カラムの液体出口と当該連結部材の流通部を流体連通状態に連結する連結管が嵌合されていてもよい。当該連結管が嵌合されている場合には、当該調整弁は、当該連結管を嵌合可能な中央開口部を具備し、当該連結管を中心として回転可能な切り欠き部を有する平板であり、当該切り欠き部は当該開孔を開放する形状であることが好ましい。

当該カラムは、１本でも複数本を連結させたものでもよい。複数本を連結させる場合には、最上段にインジェクションカラムを配置し、最下段にメインカラムを配置することが好ましい。インジェクションカラムの充填材としては、メインカラムの充填材よりも粒度の粗い充填材など、試料液体及び展開溶媒を移動させやすい充填材を用いることが好ましい。

また、本発明によれば、上述の本発明のクロマトグラフ装置を用いた試料液体の展開分離方法及び使用後の残留液体の回収方法も提供される。実施態様は以下の通りである。
（１）前記カラムの注入口から試料液体を供給した後に、前記真空吸引手段を作動させて、前記カラム内の充填材に当該試料液体を含浸させ、次いで、前記カラムの注入口から展開溶媒を供給し、当該展開溶媒に溶解して展開する当該液体試料の各成分を自然流下速度よりも高速で前記充填材内を下方に移動させることを特徴とする、試料液体を展開分離する方法。
（２）前記カラムの注入口から試料液体及び展開溶媒を供給した後に、前記真空吸引手段を作動させて、当該展開溶媒に溶解して展開する当該液体試料の各成分を自然流下速度よりも高速で前記充填材内を下方に移動させることを特徴とする、試料液体を展開分離する方法。
（３）前記真空吸引手段を作動させた後に、前記カラムの注入口から試料液体及び展開溶媒を供給し、当該展開溶媒に溶解して展開する当該液体試料の各成分を自然流下速度よりも高速で前記充填材内を下方に移動させることを特徴とする、試料液体を展開分離する方法。
（４）前記カラムの注入口から試料液体を供給した後に、前記真空吸引手段を作動させて、前記カラム内の充填材に当該試料液体を含浸させ、次いで、前記カラムの注入口から展開溶媒を供給し、当該展開溶媒に溶解して展開する当該液体試料の各成分を自然流下速度よりも高速で前記充填材内を下方に移動させ、
前記減圧調整手段の前記調整弁を回転させることによって前記開孔の開口度を段階的に調整し、前記真空吸引手段による前記カラムの充填材よりも下方の部分の減圧度を調整することを特徴とする、試料液体を展開分離する方法。
（５）前記カラムの注入口から試料液体及び展開溶媒を供給した後に、前記真空吸引手段を作動させて、当該展開溶媒に溶解して展開する当該液体試料の各成分を自然流下速度よりも高速で前記充填材内を下方に移動させ、
前記減圧調整手段の前記調整弁を回転させることによって前記開孔の開口度を段階的に調整し、前記真空吸引手段による前記カラムの充填材よりも下方の部分の減圧度を調整することを特徴とする、試料液体を展開分離する方法。
（６）前記真空吸引手段を作動させた後に、前記カラムの注入口から試料液体及び展開溶媒を供給し、当該展開溶媒に溶解して展開する当該液体試料の各成分を自然流下速度よりも高速で前記充填材内を下方に移動させ、
前記減圧調整手段の前記調整弁を回転させることによって前記開孔の開口度を段階的に調整し、前記真空吸引手段による前記カラムの充填材よりも下方の部分の減圧度を調整することを特徴とする、試料液体を展開分離する方法。
（７）前記インジェクションカラムの注入口から試料液体を供給した後に、前記真空吸引手段を作動させて、前記インジェクションカラム内の充填材に当該試料液体を含浸させ、次いで、前記インジェクションカラムの注入口から展開溶媒を供給し、当該展開溶媒に溶解して展開する当該液体試料の各成分を自然流下速度よりも高速で前記インジェクションカラム内の充填材内を下方に移動させ、次いで前記メインカラムの充填材内を下方に移動させ、
前記減圧調整手段の前記調整弁を回転させることによって前記開孔の開口度を段階的に調整し、前記真空吸引手段による前記カラムの充填材よりも下方の部分の減圧度を調整することを特徴とする、試料液体を展開分離する方法。
（８）前記クロマトグラフ装置の使用後に、真空吸引手段を作動させ、前記カラムの充填材中に残留している液体をカラムの液体出口から強制的に排出させて、液体回収容器に移動させる、残留液体の回収方法。

本発明のカラムクロマトグラフ装置によれば、カラムに注入された試料液体は、真空吸引手段により生じたカラム内の負圧によって充填材の上部から下部へと速やかに浸透するので、粘度が高い試料液体であっても、含浸ムラを生じずに充填材へ容易且つ短時間に含浸させることができる。また、試料液体に含まれる各成分を精度よく展開させて分離採取することができる。

また、使用後に、真空吸引手段により減圧することで、充填材中に残留する展開溶媒などの液体をカラム下端の液体出口から速やかに排出させ、回収容器に容易に回収することができる。これにより、使用済み充填材を簡単に乾燥させてカラムから十分且つ容易に取り出すことができるうえ、展開溶媒の気化による環境などの汚損を低減することができる。

さらに、減圧調整部材によりカラム内の減圧度を簡易に調整することができる。これにより、試料液体の種類や量、展開溶媒の種類に応じて、及び展開の度合いを直接観察しながら、減圧度を調節して、試料液体を所望の速度で展開させることができる。

また、減圧調整部材の開孔の開閉を調整する調整弁の形状及び回転により段階的に減圧度を調節できるので、カラム内の急激な圧力変化を防止することができ、試料液体及び展開溶媒の充填材への含浸や充填材中での移動に影響を与えることなく、さらにはカラムの破損や接続部位の外れなどを防止することができる。

図１は、本発明のカラムクロマトグラフ装置の一実施形態を示す概略構成図である。 図２は、本発明のメインカラムとインジェクションカラムの２つのカラムを有するカラムクロマトグラフ装置の一実施形態を示す概略構成図である。 図３は、本発明のカラムクロマトグラフ装置に用いる液体回収装置の一実施形態を示す断面図である。 図４は、本発明のカラムクロマトグラフ装置に用いる減圧調整部材の概略構成図である。 図５は、調整弁の一実施形態を示す概略平面図である。

添付図面を参照しながら本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

図１は、本発明のカラムクロマトグラフ装置の一実施形態を示す概略構成図である。図１に示す実施形態において、カラムクロマトグラフ装置１は、充填材１２を充填可能な中空本体１１、中空本体１１の上端に位置し試料液体並びに展開溶媒を注入する注入口１３、及び中空本体１１の下端に位置し液体を流出させる液体出口１４を具備するカラム１０と、カラム１０の液体出口１４から流出する液体を受容する液体回収装置２０と、を具備する。

液体回収装置２０は、液体回収容器３０と、液体回収容器３０とカラム１０の液体出口１４とを流体連通状態に連結する連結部材４０と、を具備する。液体回収容器３０の下端には、回収した液体を採取する採取口３１が形成され、採取口３１を開閉するコック３２が取り付けられている。液体回収容器３０は、展開分離された試料液体Ｓの各成分及び展開溶媒ＤＳの回収容器としてのみならず、試料液体Ｓ或いは展開溶媒ＤＳが、カラム１０内に注加された後に、カラム本体１１下端の液体出口１４から液体が流出する恐れがあった場合の滞留容器ともなる。

連結部材４０は、液体を流通させる流通部４２を有する連結部本体４１と、連結部本体４１内及びカラム１０内を減圧するための真空吸引手段５０を具備する。

図１に示す実施形態においては、連結部材４０は、さらに、カラム１０の液体出口１４に隣接する側に減圧調整部材６０を具備する。減圧調整部材６０は、図４に示すように、連結部材４０に気密状態に嵌合可能な減圧調整部材本体６１と、減圧調整部材本体６１を貫通して連結部材４０の流通部４２及びカラム１０の液体出口１４を流体連通状態に連結する開口部６２と、減圧調整部材本体６１を貫通する３個の開孔６３と、減圧調整部材本体６１の外表面上に載置されていて開孔６３の開口度を調整する調整弁６４とを具備する。図４及び図５において、減圧調整部材本体６１の中心に隣接する位置に３個の開孔６３が設けられている。開孔６３の配置は、段階的に減圧度を調整できるようにするため、円筒状の減圧調整部材本体６１の上面の円外周に内接する正三角形の頂点に位置するよう１２０度間隔で設けられている。なお、開孔６３が４個の場合は円筒状の減圧調整部材本体６１の上面の円外周に内接する正方形の頂点に位置するよう９０度間隔に配置するのが望ましい。

図１及び図４に示す実施形態においては、減圧調整部材の開口部６２には、カラム１０の液体出口１４と連結部材４０の流通部４２を流体連通状態に連結する連結管６５が嵌合されている。調整弁６４は、図５に示すように、連結管６５を嵌合可能な中央開口部６６を具備し、連結管６５を中心として回転可能な平板として形成されている。調整弁６４は、３個の開孔６３を開放する形状の切り欠き部６７を有する。たとえば、３個の開孔６３が１２０度間隔で均等に設けられている場合には、３個の開孔６３がすべて開放されている状態を基点として、調整弁６４を３０度回転させると２個の開孔６３が開放され（つまり１個の開孔６３が閉じられる）、さらに３０度（合計６０度）回転させると１個の開孔６３が開放され（つまり２個の開孔６３が閉じられる）、さらに３０度（合計９０度）回転させると３個すべての開孔６３が閉じられ、さらに３０度（合計１２０度）回転させると３個の開孔６３が開放される翼状となるように切り欠き部が構成されている。

真空吸引手段５０は、真空ポンプ５１と、真空吸引路５２と、連結部材本体４１から分岐している枝管４３と、枝管４３の先端に設けられ真空吸引路５２と接続している吸引口４４とを具備する。真空ポンプ５１は、試料液体Ｓを充填材１２の上方から注加した後に接続されてもよく、或いは試料液体Ｓを注加する前に予め接続されていてもよい。真空ポンプ５１の駆動は、所望により、試料液体注加後でも、予め試料液体の注加前でも良い。

なお、本発明の装置においては、カラム内の充填材は、シリカゲルや活性アルミナ、活性炭、セルロース、デンプン、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウムなど、任意の材料を用いることができ、分離精製の目的に適う充填剤を選択すればよく、特定のものに限定されない。また、展開溶媒も、特定の溶媒に限定されず、試料溶液に適した溶媒を選択すればよく、例えばヘキサン、酢酸エチル、ジクロロメタンなどの任意の1種又は複数の溶媒を混合した展開溶媒を用いることができる。

次に図１に示すクロマトグラフ装置１の使用方法を説明する。

カラム本体１１に充填材１２を充填した後、カラム本体１１の注入口１３から試料液体Ｓを注加し、次いで、展開溶媒ＤＳを供給する。試料液体Ｓは、展開溶媒ＤＳに対する溶解度の違いにより成分ごとに展開速度が異なるので、展開速度が速い成分から遅い成分へと順次分離されながら充填材１２内を下方へ移動し、カラム本体１１の下端の液体出口１４から液体Ｌが流出する。液体Ｌは、カラム本体１１の下端の液体出口１４に接続されている液体回収装置２０の液体回収容器３０に受容される。液体回収装置２０の真空吸引ポンプ５１を作動させると、連結部材４０を介してカラム１０内が減圧される。カラム１０内が減圧されると、展開溶媒ＤＳに溶解した試料液体Ｓの成分は充填材１２の間を下方向に強制的に吸引されるので自然流下速度よりも高速の速度で浸透し、成分ごとの展開分離が促進される。

液体試料Ｓを注加すると同時又は直後に真空吸引ポンプ５１を作動させると、カラム１０内の充填材１２の上表面部に存在する試料液体Ｓは、カラム１０内の充填材１２より下方が減圧されることにより生じる負圧のため、充填材１２中へ速やかに浸透し、充填材１２の上部に含浸した状態となる。この試料液体Ｓが含浸した充填材１２の上方に展開溶媒ＤＳが供給されると、試料液体Ｓは、展開溶媒ＤＳに対する溶解度の違いにより成分ごとに異なる展開速度で充填材１２内を下方へと、その成分ごとに応じた速度で円滑に移動しながら展開し、カラム本体１１下端の液体出口１４から液体回収装置２０へと流出する。液体回収容器３０には展開速度の違いにより成分が分離回収される。分離回収された成分を分析などに供するため、所望の成分の分離が終了した時点で真空吸引手段５０を止めて、液体回収容器３０の下端のコック３２を開けて採取口３１から液体を取り出す。

真空吸引ポンプ５１の作動時に、減圧調整部材６０を用いて液体回収装置２０及びカラム１０内の充填材１２内の減圧度を調整することができる。減圧度の調整は、カラム１０内での試料液体Ｓの展開分離の度合いを確認しながら、減圧調整部材６０の調整弁６４を回転させて開孔６３の開閉を調整して行う。例えば、後述する実施例で使用するシリカゲル充填部分寸法が内径２０mm×カラム長６５mmのカラムに対して、直径１ｍｍの開孔６３が３個開放されている場合、開孔６３から空気が流入する為、減圧度は高くならず、圧力は６５０ｍｂａｒ以下になりにくい。試料粘度が未知の場合は、開孔６３が全て開放された状態になるよう調整弁６４を回転させた後、試料液体Ｓを注加するのが望ましい。試料液体Ｓを注加後、減圧度が足りなく充填材１２の上部に保持されたままである場合には、調整弁６４を回転させて開孔６３を１個ずつ閉鎖することで、減圧度を連続的かつ段階的に上げていくことができる。例えば、直径１ｍｍの開孔６３が３個ある場合、調整弁６４を回転させることで、開孔６３を一つ塞ぎ、開放されている開孔６３を２つにすることで減圧度を上げることができる。その結果、全開のときに比べ減圧度が上がり、試料液体Ｓの充填時間が短縮される。この場合でも、まだ充填に時間がかかるようであれば、更に調整弁６３を回転させ、開孔６３を閉じていくことで減圧度を上げていくことができる。

成分の分離回収が終了した後、試料液体Ｓが通過した後の充填材１２には、多量の展開溶媒ＤＳが含浸された状態で残留している。真空吸引ポンプ５１を再び作動させると、充填材１２内に生じる負圧により展開溶媒ＤＳなどの液体が液体出口１４から強制的に吸い出され、回収容器３０内へ回収される。展開溶媒ＤＳなどの液体が十分に回収されると、充填材１２に残留する展開溶媒ＤＳなどの液体は僅かな量となるので、簡単に乾燥させた後に使用済み充填材１２をカラム本体１１から取り出す。或いは、液体出口１４から逆圧を加えて使用済み充填材１２をカラム本体１１の上端から取り出し、簡単に乾燥させてもよい。また、使い捨てカラムの場合は、いずれかの方法で展開溶媒ＤＳなどの液体を排出或いは回収した後、該カラムを廃棄する。

次に、図２に示す別の実施形態について説明する。

図２には、メインカラム１０の上段にインジェクションカラム１０’を設けた本発明のクロマトグラフ装置１’の実施形態を示す。図１に示すクロマトグラフ装置１と同じ部材には同じ参照符号を用い、説明は割愛する。

図２に示すクロマトグラフ装置１’のメインカラム１０の上段には、メインカラム１０と同じ構成であるが寸法が異なるインジェクションカラム１０’が取り付けられている。メインカラム１０とインジェクションカラム１０’とは接続部材１５で気密状態に連結され、支持部材７０で直立状態に支持されている。インジェクションカラム１０’内には、メインカラム１０内の充填材１２よりも粒度の粗い充填材１２’が充填されている。

図２に示す実施形態においては、分離精製のためのメインカラム１０と、メインカラム１０の上方に配置されるインジェクションカラム１０’の２種のカラムが直列に配置されている。インジェクションカラム１０’は、試料充填用カラム或いはプレカラムとも称され、メインカラムとは異なる例えば粒度の粗い充填材など、試料液体が浸透し易い充填材を用いることができるので、一層速やかに含浸させることができる、という効果を奏する。また、インジェクションカラム１０’内で試料液体Ｓを展開溶媒ＤＳで展開し、成分ごとにメインカラム１０へ円滑に案内して、メインカラム１０内で精度よく展開させることができる。

試料液体Ｓをカラムクロマトグラフィーに供する場合、粘度が未知である場合が多いが、粘度に応じ、インジェクションカラム１０’内の充填材１２’に含浸される速度が異なる。例えば、粘度が高い場合には含浸されず、充填材１２’の上部に保持されたままの状態となる。真空吸引ポンプ５１を作動させると、インジェクションカラム１０’内の充填材１２’から下方が減圧される。その際、減圧調整部材６０の調整弁６４によって開孔６３の開放度を調節して段階的かつ連続的に減圧度を上げていくことができるため、それによって生じた負圧により、試料液体Ｓはいかなる粘度の液体であってもインジェクションカラム１０’の充填材１２’の上部から容易に浸透でき、含浸された状態となる。同様に、インジェクションカラム１０’を流下した試料液体Ｓは、メインカラム１０内の充填剤１２に浸透、含浸される。

使用後には、真空吸引ポンプ５１を作動させて、インジェクションカラム１０’の充填材１２’よりも下方部分内を減圧して、充填材１２’及び１２に含浸している残留展開溶媒ＤＳを液体出口１４’および１４から強制的に吸い出し、回収容器３０内に受容する。あるいは、メインカラム１０とインジェクションカラム１０’とを分離し、各カラムの液体出口１４及び１４’にそれぞれ液体回収装置２０を接続して、それぞれの充填材１２及び１２’から残留液体を回収してもよい。

図３は、本発明の実施形態の液体回収装置の一例の断面図である。図１及び図２と同じ部材には同じ参照符号を付し説明を割愛する。

図３に示すクロマトグラフ装置では、液体回収容器３０は三角フラスコであり、三角フラスコの開口には保密栓２８が気密状態に挿入されており、保密栓２８には連結管２２の一端部が貫挿されている。減圧調整部材６０の減圧調整部材本体６１には、連結管２２の他端部が貫挿されている。液体回収容器３０とカラム１０下端の液体出口１４とは、連結管２２によって気密状態に連結され、連結管２２は液体の流通部を構成している。液体回収容器３０の保密栓２８には別の連結管２９も貫挿され、真空吸引ポンプ５１を液体回収容器３０に接続している。

上記の実施形態で説明したカラムクロマトグラフ装置及び操作方法は、本発明の技術的思想を具体化するために例示したものであり、操作手順や各装置の構造、配置、形状、材質などをこの実施形態のものに限定するものではなく、本発明の特許請求の範囲内において種々の変更を加え得るものである。

また、上記の実施形態では、試料液体を充填材に含浸させる際に、カラムの上部を開放した状態で真空吸引ポンプを作動させるため、充填材の上方から大気圧が加わり、試料液体を速やかに充填材へ含浸させることができて好ましい。しかし本発明では、上記の試料液体を充填材に含浸させる場合に、カラムの上部に給液路を接続した状態で実施することも可能である。

さらに、本発明のクロマトグラフ装置及び操作方法は、試料液体が充填材へ容易に含浸できる場合にも適用できることは、いうまでもない。

市販の充填済みカラムを使用して、試料液体が粘性物質である場合の浸透時間を定量化し、本発明の効果を検証した。

参考例１

市販の充填済みカラム２種類を用いて、エチレングリコール１ｍｌを該カラムの上部から壁を伝わらせ注加し、そのまま静置した。該カラム内の充填材への含浸について目視で観察し、含浸が完了するまでの時間を計測した。

使用したカラムは、下記の２種類であった。
カラム１：Yamazen社 INJECT COLUMN Size M(lot.071226)
(シリカゲル充填部分寸法：内径２０ｍｍ×カラム長６５ｍｍ、充填剤：シリカゲル、ポアーサイズ６０Å、粒子径７０μｍ、充填量１２ｇ)
カラム２：Moritex社 Purif-Pack Charge-Si size20(lot DC070636)
（シリカゲル充填部分寸法：内径２０ｍｍ×カラム長６０ｍｍ、充填材：シリカゲル、粒子径１００μｍ、充填量１０ｇ）
使用した試料液体：エチレングリコール（東京化成, lot GMV2C）１ｍｌ 粘度２１ｃｐ（センチポアズ）
実施室内の室温：２２℃
その結果、カラム１は３時間６分でほぼ含浸が終了したが、カラム２では２４時間経過しても含浸は終了していなかった。

このように、エチレングリコールのような粘性の高い試料液体を分取精製しようとした際、従来の装置及び方法では試料液体の含浸に多くの時間を必要とすることがわかる。

図１に示す本発明のカラムクロマトグラフ装置において、カラムとして参考例１の市販の充填済みカラム１を取り付け、減圧調整部材６０の開孔６３を全て閉じ、試料液体として参考例１のエチレングリコール１ｍｌを用いて、参考例１と同様にカラムの上部から壁を伝わらせ注加したところ、１０秒足らずで含浸が完了した。

実施時の各段階における、カラム内の減圧度（Ｕ字型マノメータ使用）は、下記の数値をさしていた。カラム内の減圧度はＵ字型マノメータを、真空吸引路５２に取り付け測定した。なお、マノメータで測定できない２００ｍｍＨｇ以下の低い圧力については、デジタル減圧計（ビュッヒ社製：Ｖ−８００）を用いて測定した。

粘度が既知であるエチレングリコールと異なり、粘度が不明な試料液体の場合、減圧度の優れた装置が好まれるわけではない。試料が充填材に担持される時間は粘度により異なる為、例えば粘度の低い液体の場合に高い減圧度で充填させようとすると試料が均一に充填されず、かえって理論段数が稼げなくなってしまう。このような粘度が不明な試料液体の際、調整弁を段階的・連続的に回転し、複数の開孔を一つずつ閉めていく或いは開けていくことで、減圧度をコントロールし、適した減圧度に調整することができる。例えば、３つの直径１ｍｍの開孔を持つ減圧調整部材を用い、減圧度を測定したところ、開孔の開放状態により減圧度が段階的に調節でき、粘度が不明な場合でも順次減圧度を上げていくことで速やかに含浸を完了することができた。

図１に示す本発明のカラムクロマトグラフ装置において、市販の充填済みカラムを取り付け、試料液体として粘度の高いひまし油と粘度の低いアニリンを用いて、該カラム内の充填材への含浸について目視で観察し、含浸が完了するまでの時間を計測した。
使用したカラム：Yamazen社 INJECT COLUMN Size M(lot.090305)
(シリカゲル充填部分寸法：内径２０ｍｍ×カラム長６５ｍｍ、充填剤：シリカゲル、ポアーサイズ６０Å、粒子径７０μｍ、充填量１４ｇ)
試料液体：
アニリン（ナカライテスク社製、Lot.V7P5437）１ｍｌ 粘度４ｃＰ
ひまし油（日光ケミカルズ社製、CO-40TX, Lot.7234）１ｍｌ 粘度６９ｃＰ
試料液体としてアニリン１ｍｌを、該カラムの上部から壁を伝わらせ注加したところ、３個の開孔６３をすべて開放した状態で、５秒足らずで含浸が完了した。

試料液体としてひまし油１ｍｌを、該カラムの上部から壁を伝わらせ注加した。調整弁を回転させ、開孔の開放状態を表３に示すように調整し、それぞれの充填に要する時間を目視にて測定した。下記に測定した充填時間を示す。

本カラムクロマトグラフ装置における開孔の開口度を変化させることで、該カラム減圧度が変化し、その結果、粘度の高い試料液体の充填時間が著しく短縮できるのが判った。また、開孔の開口度により、カラム内の減圧度が段階的に変化しており、試料液体に則した減圧度を選択できることが判った。

本発明のカラムクロマトグラフ装置は、試料液体の粘度が高くても充填材へ容易に含浸させることができ、また、試料液体を通過させたのちの充填材中に残留する展開溶媒などの液体を容易に回収できるので、各種の試料液体を成分ごとに分離して採取するカラムクロマトグラフィーに好適である。

符号の脱明

１：カラムクロマトグラフ装置
１０：メインカラム
１０’：インジェクションカラム
１４：メインカラム液体出口
１４’：インジェクションカラム液体出口
１２：メインカラム充填材
１２’：インジェクションカラム充填材
２０：液体回収装置
４０：連結部材
５０：真空吸引手段
６０：減圧調整部材
６３：開孔
６４：調整弁

Claims (13)

1. 充填材を充填可能な中空本体、当該中空本体の上端に位置し試料液体並びに展開溶媒を注入する注入口、及び当該中空本体の下端に位置し液体を流出させる液体出口を具備するカラムと、当該カラムの液体出口から流出する液体を受容する液体回収装置と、を具備するカラムクロマトグラフ装置であって、
   当該液体回収装置は、液体回収容器と、当該液体回収容器と当該カラムの液体出口とを流体連通状態に連結する連結部材と、を具備し、
   当該連結部材は、液体を流通させる流通部を有する連結部本体と、当該連結部本体内及び当該カラム内を減圧するための真空吸引手段を具備する、カラムクロマトグラフ装置。
2. 前記連結部材は、さらに、前記カラムの液体出口に隣接する側に減圧調整部材を具備する、請求項１に記載のカラムクロマトグラフ装置。
3. 前記減圧調整部材は、前記連結部材に気密状態に嵌合可能な減圧調整部材本体と、当該減圧調整部材本体を貫通して当該連結部材の流通部及び前記カラムの液体出口を流体連通状態に連結する開口部と、当該減圧調整部材本体を貫通する１個以上１２個以下の開孔と、当該減圧調整部材本体の外表面上に載置されていて当該開孔の開口度を調整する調整弁とを具備する、請求項２に記載のカラムクロマトグラフ装置。
4. 前記開孔の断面形状は、０．３ｍｍ〜３ｍｍの直径を有する円形、０．３ｍｍ〜３ｍｍの長軸を有する楕円形あるいは０．３ｍｍ〜３ｍｍの最大対角線を有する多角形である、請求項３に記載のカラムクロマトグラフ装置。
5. 前記減圧調整部材の開口部には、前記カラムの液体出口と前記連結部材の流通部を流体連通状態に連結する連結管が嵌合されていて、前記調整弁は、当該連結管を嵌合可能な中央開口部を具備し、当該連結管を中心として回転可能な平板であり、当該平板は当該開孔を開放する形状の切り欠き部を有する、請求項３又は４に記載のカラムクロマトグラフ装置。
6. 前記カラムの上段に、インジェクションカラムをさらに具備する、請求項１〜５のいずれかに記載のカラムクロマトグラフ装置。
7. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のカラムクロマトグラフ装置を用いて試料液体を展開分離する方法であって、前記カラムの注入口から試料液体を供給した後に、前記真空吸引手段を作動させて、前記カラム内の充填材に当該試料液体を含浸させ、次いで、前記カラムの注入口から展開溶媒を供給し、当該展開溶媒に溶解して展開する当該液体試料の各成分を自然流下速度よりも高速で前記充填材内を下方に移動させることを特徴とする方法。
8. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のカラムクロマトグラフ装置を用いて試料液体を展開分離する方法であって、前記カラムの注入口から試料液体及び展開溶媒を供給した後に、前記真空吸引手段を作動させて、当該展開溶媒に溶解して展開する当該液体試料の各成分を自然流下速度よりも高速で前記充填材内を下方に移動させることを特徴とする方法。
9. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のカラムクロマトグラフ装置を用いて試料液体を展開分離する方法であって、前記真空吸引手段を作動させた後に、前記カラムの注入口から試料液体及び展開溶媒を供給し、当該展開溶媒に溶解して展開する当該液体試料の各成分を自然流下速度よりも高速で前記充填材内を下方に移動させることを特徴とする方法。
10. 請求項３〜５のいずれか１項に記載のカラムクロマトグラフ装置を用いて試料液体を展開分離する方法であって、
    前記カラムの注入口から試料液体を供給した後に、前記真空吸引手段を作動させて、前記カラム内の充填材に当該試料液体を含浸させ、次いで、前記カラムの注入口から展開溶媒を供給し、当該展開溶媒に溶解して展開する当該液体試料の各成分を自然流下速度よりも高速で前記充填材内を下方に移動させ、
    前記減圧調整手段の前記調整弁を回転させることによって前記開孔の開口度を段階的に調整し、前記真空吸引手段による前記カラムの充填材よりも下方の部分の減圧度を調整することを特徴とする方法。
11. 請求項３〜５のいずれか１項に記載のカラムクロマトグラフ装置を用いて試料液体を展開分離する方法であって、
    前記カラムの注入口から試料液体及び展開溶媒を供給した後に、前記真空吸引手段を作動させて、当該展開溶媒に溶解して展開する当該液体試料の各成分を自然流下速度よりも高速で前記充填材内を下方に移動させ、
    前記減圧調整手段の前記調整弁を回転させることによって前記開孔の開口度を段階的に調整し、前記真空吸引手段による前記カラムの充填材よりも下方の部分の減圧度を調整することを特徴とする方法。
12. 請求項３〜５のいずれか１項に記載のカラムクロマトグラフ装置を用いて試料液体を展開分離する方法であって、
    前記真空吸引手段を作動させた後に、前記カラムの注入口から試料液体及び展開溶媒を供給し、当該展開溶媒に溶解して展開する当該液体試料の各成分を自然流下速度よりも高速で前記充填材内を下方に移動させ、
    前記減圧調整手段の前記調整弁を回転させることによって前記開孔の開口度を段階的に調整し、前記真空吸引手段による前記カラムの充填材よりも下方の部分の減圧度を調整することを特徴とする方法。
13. 請求項６に記載のカラムクロマトグラフ装置を用いて試料液体を展開分離する方法であって、
    前記インジェクションカラムの注入口から試料液体を供給した後に、前記真空吸引手段を作動させて、前記インジェクションカラム内の充填材に当該試料液体を含浸させ、次いで、前記インジェクションカラムの注入口から展開溶媒を供給し、当該展開溶媒に溶解して展開する当該液体試料の各成分を自然流下速度よりも高速で前記インジェクションカラム内の充填材内を下方に移動させ、次いで前記メインカラムの充填材内を下方に移動させ、
    前記減圧調整手段の前記調整弁を回転させることによって前記開孔の開口度を段階的に調整し、前記真空吸引手段による前記カラムの充填材よりも下方の部分の減圧度を調整することを特徴とする方法。

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