JP2011191256A - クロマトカラム及びその可動栓 - Google Patents

Abstract

【課題】液体クロマトグラフィーの操作性、信頼性、経済性、分離精製効率を向上させることができる可動栓と、この可動栓を備えたクロマトカラムを提供する。
【解決手段】可動栓コア２０と、環状のスクレーパ３０と、該可動栓コアの基端側が内嵌した凹所４１を有するベース４０と、可動栓コアの外周を取り巻いているパッキン５０と、可動栓コア２０を引き付けるボルト６０とを備えてなり、可動栓コアのフランジ部２２にスクレーパ３０が係合している可動栓１０。スクレーパ３０及び可動栓コア２０のフランジ部２２にテーパ面３１，２２ａが設けられている。フランジ部２２の円筒状外周面２２ｂの外側をスクレーパ３０の円筒面３２が取り囲んでいる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体クロマトグラフィー用のカラム（以下、クロマトカラムということがある。）に用いられる可動栓と、この可動栓を用いたクロマトカラムに関する。

液体クロマトグラフィーは、天然物や発酵生産物、遺伝子組み替え等による培養生産物、合成反応物中の目的物質を目的の純度、精製速度で分離精製する手段として広く用いられている。

従来、液体クロマトグラフィー用カラムへの充填剤の充填は、第１０図のような方法により行われている。

即ち、まず、第１０図（ａ）に示す如く、可動栓１を備えたカラム２を用い、第１０図（ｂ）に示す如く、このカラム２に充填剤を溶媒に混合して調製したスラリー３を投入する。そして、第１０図（ｃ）に示す如くカラム上部に溶媒流出口を備え、充填剤の流出を防止する多孔板を有した上蓋４を取り付け、可動栓１を押し上げることにより、溶媒を上蓋４の溶媒流出口から押し出し、第１０図（ｄ）に示す如く、充填剤の充填層５を加圧形成する。即ち、この可動栓１の移動により、可動栓と反対の側から均一な充填層を積層させてゆき、充填終了後は、この可動栓１による充填層５の加圧を維持する。この充填装置はアクシャルコンプレッション型カラムとして広く知られている。

この可動栓とカラムの内周面との間には、密にシールして液体や充填剤が漏れないようにするためのシール構造が設けられている。

可動栓とカラム内周面との間のシール構造体には、従来、例えばＯリングシールや、可動栓が所定位置まで移動した後圧縮空気を抜いてシールするもの（特許第４０９８３４２号）などがある。

特許第４０９８３４２号

上記のＯリングシールは、Ｏリングシール部とカラム本体内壁面の間に空隙ができ、この空隙部分からの空気抜きが容易でないばかりでなく、充填剤や液だまりとなり、汚染や精製効率の低下の原因となる。

特許第４０９８３４２号のシール構造は、圧縮媒体で加圧してシール部を後退させて緩めておいて、可動栓をカラム内の所定位置に移動させ、その後、圧縮媒体による加圧を除き、バネの押す作用力によってシール材を押しあてて密閉するものである。この方式では、シールを緩めておいて可動栓を移動させる為、カラム内にあらかじめ充填剤を充填している場合、可動栓を充填層表面に接触させた時、スラリー状の充填剤がシール部とカラム内壁面に毛管現象によって入り込み、シール状態が悪化するだけでなく、できた隙間が液だまりとなり、汚染原因となり、クロマト分離精製効率を低下させる。また、バネの押圧力は、バネ反発力の劣化によって経過時間によって変化し、一定のシール精度を保ちにくい。さらに、充填剤スラリーがシール部とカラム内壁面との間に入り込むことを防止するために、シールを緩めない又はほとんど緩めないで可動栓を移動させる場合、シールの移動が容易でない他、シール材の摩耗が激しく、シール材寿命が短くなり、頻繁に取り換えることが必要になるが、取り換え時期の予測が容易でなく、また、取り換えにかかる時間、労力、シール材費用などのコストが必要になり経済的でない。

本発明は、上記従来の問題点を解決し、液体クロマトグラフィーの操作性、信頼性、経済性、分離精製効率を向上させることができる可動栓と、この可動栓を備えたクロマトカラムを提供することを目的とする。

本発明（請求項１）の可動栓は、液体クロマトグラフィーのカラム内に配置される可動栓において、先端部が充填剤に対面し、可動栓の軸心部をカラムの軸心線方向に延在する可動栓コアと、該可動栓コアの先端側の外周に外嵌した環状のスクレーパと、該可動栓コアの基端側が内嵌した凹所を有するベースと、該スクレーパとベースとの間において該可動栓コアの外周を取り巻いているパッキンと、該可動栓コアをベースの凹所に押し込む方向に引き付けるための引付手段とを備えてなり、可動栓コアの先端側には拡径したフランジ部が設けられ、前記スクレーパは該フランジ部に係合していることを特徴とするものである。

請求項２の可動栓は、請求項１において、該フランジ部は、可動栓コアの先端側ほど拡径した形状となるテーパ面を有しており、該スクレーパの内周面は、該可動栓コアのテーパ面に重なるテーパ面を有していることを特徴とするものである。

請求項３の可動栓は、請求項１又は２において、前記可動栓コアの最先端部の外周面を前記スクレーパが囲んでいることを特徴とするものである。

請求項４の可動栓は、請求項１ないし３のいずれか１項において、前記引付手段は、前記ベースを貫通して前記可動栓コアに螺着されたボルトであることを特徴とするものである。

請求項５の可動栓は、請求項１ないし３のいずれか１項において、前記引付手段は、ベースの前記凹所の内周面に設けられた雌螺子と、前記スクレーパの基端部の外周面に設けられ、該雌螺子に螺合した雄螺子であることを特徴とするものである。

本発明（請求項６）の液体クロマトグラフィーのカラムは、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の可動栓が内部に配置されたものである。

本発明の可動栓及びこの可動栓を備えたクロマトカラムにおいては、可動栓のコアをベースに引き付けることにより、パッキンが拡径方向に膨らむ。このパッキンがカラム内周面に接触することにより可動栓とカラム内周面との間のシールが行われる。本発明では、このシールの安定性が高く、クロマトの分離精製効率が高く、信頼性にも優れる。スクレーパは、カラム内の微粒子や微粒子スラリーが可動栓の外周面とカラム内周面との間に入り込むことを阻止する。

請求項２の可動栓にあっては、可動栓コアの先端側ほどスクレーパが薄くなっているため、スクレーパ先端部に液溜まりができにくくなる。また、基端側ほどスクレーパが厚くなっているため、可動栓コアがベースに引き付けられた際に、スクレーパ基端部が確実にパッキンを狭圧することとなる。

請求項３の可動栓にあっては、可動栓コアの最先端部の外周面をスクレーパが囲んでいるので、可動栓コアの外周面がカラム内周面に直に当ることがない。従って、可動栓コアを金属など高硬度材料で構成しても、カラム内周面が可動栓コアと接触して傷つくことがない。

可動栓コアをベース側に引き付ける手段は、ボルトであってもよく、可動栓コアとベースとの螺着であってもよい。

第１の実施の形態に係る可動栓の断面図である。 第２の実施の形態に係る可動栓の断面図である。 第３の実施の形態に係る可動栓の断面図である。 第４の実施の形態に係る可動栓の断面図である。 第５の実施の形態に係る可動栓の断面図である。 第６の実施の形態に係る可動栓の断面図である。 第７の実施の形態に係る可動栓の断面図である。 第８の実施の形態に係る可動栓の断面図である。 第９の実施の形態に係る可動栓の断面図である。 従来例を示す断面図である。

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。

第１図（ａ）は第１の実施の形態に係る可動栓の軸心線方向の断面図、同（ｂ）はこの可動栓の先端部に多孔質板を装着した状態の断面図、同（ｃ）は同（ａ）のＣ部の拡大図である。

この可動栓１０は、可動栓コア２０、スクレーパ３０、ベース４０、Ｖパッキン５０等を備えている。この可動栓１０は、先端側（図の上端側）がカラム内の充填剤に接するように配置される。可動栓コア２０は、可動栓１０の先端から軸心線方向に延在する略々円柱状体よりなる。この可動栓コア２０の中間から基端側（図の下端側）にかけては、等径の円柱部２１（第１図（ｃ））である。この円柱部２１よりも上側はフランジ部２２である。

このフランジ部２２の下面は、上方ほど拡径するテーパ面２２ａとなっている。フランジ部２２には、該テーパ面２２ａに引き続いて、先端側に円筒状外周面２２ｂが設けられている。可動栓コア２０の上端面には浅い円形の凹所２３が設けられ、この凹所２３の側周面の上部側には拡径段部２４が形成されている。この段部２４に係合することにより、多孔質板２５が該可動栓コア２０の先端面に装着され、多孔質板２５と凹所２３底面との間に、液の分配供給又は収集排出用の空室が形成される。

凹所２３の底面の中心部から可動栓コア２０の底面の中心部にまで貫通するように液の供給又は排出用の連通孔２６が設けられている。

可動栓コア２０の底面には、後述のボルト６０が螺合する雌螺子穴２７が可動栓１０の軸心線と平行方向に設けられている。

スクレーパ３０は、このフランジ部２２の外周に嵌合した環状部材である。スクレーパ３０の外周面は等径の円筒面よりなる。スクレーパ３０の内周面は、前記テーパ面２２ａと重なるテーパ面３１と、このテーパ面３１の上端に連なる円筒面３２とからなる。この円筒面３２に対しフランジ部２２の円筒状外周面２２ｂが係合する。スクレーパ３０の底面は、可動栓１０の軸心線に対し垂直となっている。

ベース４０は、略円柱形状のものであるが、上面中央には可動栓コア２０の下部が内嵌する凹部４１が設けられている。この凹部４１の底面からベース４０の底面にまで環通する液流通孔４２が設けられている。この実施の形態では、ベース４０にボルト６０の挿通孔４３が設けられている。

Ｖパッキン５０は、スクレーパ３０とベース４０との間において可動栓コア２０を周回するように設けられている。なお、複数枚のＶパッキン５０が積層状に配置されている。Ｖパッキン５０の積層体とスクレーパ３０との間、及び該積層体とベース４０との間にそれぞれパッキンアダプタ５１，５２が介在されている。

ボルト６０は、挿通孔４３を通って雌螺子穴２７にねじ込まれている。ボルト６０の頭部がベース４０の底面に当接した後、さらにボルト６０を回転させることにより、可動栓コア２０がベース４０側に引き付けられ、Ｖパッキン５０がスクレーパ３０とベース４０との間で挟圧されて拡径方向に膨出する。このＶパッキン５０がクロマトグラフィー用カラムの内周面に当接することにより、可動栓１０とカラムの内周面とのシールが行われる。

この可動栓１０にあっては、カラム挿入前のスクレーパ３０の外径をカラムの内径と等しいか、それよりもごく僅か大きいものとし、スクレーパ３０の外周面をカラムの内周面に押し付けるようにするのが好ましい。具体的にはカラムの内径をｄ_１とし、スクレーパ３０の外径（直径）をｄ_２とした場合、ｄ_２−ｄ_１が０よりも大きく且つｄ_１の３％以下特に２％以下とりわけ１％以下であることが好ましい。スクレーパ３０の材料としては、フッ素化樹脂、例えば、ポリテトラフルオロエチレンや、部分フッ素化樹脂、例えば、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニルやフッ素化樹脂共重合体、例えば、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体、エチレン−四フッ素化エチレン共重合体などが好ましい。これらの他、フッ素化樹脂、部分フッ素化樹脂、フッ素化樹脂共重合体で被覆したゴムや、フッ素ゴム、ＥＰＤＭなども適用できる。

上記のスクレーパ３０及びフランジ部２２のテーパ面３１，２２ａのテーパ角θ（第１図（ｃ）参照）は５°以上９０°未満特に１５〜６０°程度であることが好ましい。可動栓コア２０の円筒状外周面２２ｂ及びスクレーパ３０の円筒面３２の高さｈはカラムの内径ｄ_１の１／４００以上特に１／２５０以上であることが好ましい。また、ｈは２０ｍｍ以下、特に１０ｍｍ以下であることが好ましい。スクレーパ３０の円筒面３２部分の肉厚ｔはｄ_２の１／１５以下、特に１／２０以下が好ましい。

可動栓コア２０の材料は、ステンレス、チタン、ハステロイなどの耐食性金属が好ましいが、フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスルホン、アクリル、メチルペンテンなどの合成樹脂であってもよい。

パッキン５０の積層枚数は２枚以上、特に４〜８枚程度が好適である。パッキンの材料としては、フッ素樹脂、フッ素ゴム、ＥＰＤＭ、フッ素樹脂被覆合成ゴムなどが好適であるが、これに限定されない。

ベース４０の好ましい材料としては、可動栓コア２０と同様のものが例示されるが、これに限定されない。ベース４０の外径はカラムの内径ｄ_１よりも小さいことが好ましく、またパッキンアダプタ５２の内径と外径の中間値以上であることが好ましい。

この実施の形態では、可動栓コア２０のフランジ部２２の円筒状外周面２２ｂの外周をスクレーパ３０の円筒面３２が取り巻いており、可動栓コア２０がカラム内周面に直当りしない。このため、カラム内周面の傷付きが防止される。また、スクレーパ３０の外周面がカラム内周面に密着することにより、スクレーパ３０とカラム内周面との間に充填剤や液が侵入せず、液溜りも生じない。この結果、精製分離効率が向上する。

この可動栓１０が内挿されたクロマトカラムにあっては、液が孔４２，２６及び多孔板２５を通ってカラム内に導入又はカラムから流出する。カラム内の充填剤が可動栓１０とカラム内周面との間に入り込まないので、クロマト分離精製効率が高い。

この可動栓１０にあっては、ボルト６０を外してベース４０と可動栓コア２０とを分離することにより、Ｖパッキン５０を容易に交換することができる。

第２図〜第８図を参照して第２〜第８の実施の形態に係る可動栓について説明する。

第２図の可動栓１１は、可動栓コア２０の代わりに、下部外周面に雄螺子２８が刻接された可動栓コア２０Ａを用い、ベース４０の代わりに、凹部４１の内周面に雌螺子４４が刻接されたベース４０Ａを用い、該雄螺子２８と雌螺子４４とを螺合させることにより、可動栓コア２０Ａをベース４０Ａ側に引き付けるよう構成したものである。

ボルト６０、ボルト挿通孔４３、及び雌螺子穴２７は設けられていない。第２図のその他の構成は第１図と同様であり、同一符号は同一部分を示している。

第３図の可動栓１２では、スクレーパ３０の代わりに、テーパ面３１の下端に引き続いて円筒状内周面３３が設けられたスクレーパ３０Ａを用いている。その他の構成は第１図と同様であり、同一符号は同一部分を示している。

第４図の可動栓１３は、第２図の可動栓１１においてスクレーパ３０の代わりに第３図のものと同様のスクレーパ３０Ａを用いたものである。その他の構成は第２図と同様であり、同一符号は同一部分を示している。

第５図の可動栓１４は、Ｖパッキン５０の代わりにテーパパッキン７０を複数枚積層したものである。テーパパッキン７０は、上下両面がテーパ面となったパッキンであり、その材料としてはＶパッキン５０と同様のものが用いられる。また、このテーパパッキン積層体の上下にパッキンアダプタ７１，７２が配置されている。その他の構成は第１図と同様であり、同一符号は同一部分を示している。

第６図、第７図及び第８図の可動栓１５，１６，１７は、それぞれ、第２図、第３図及び第４図の可動栓１１，１２，１３においてテーパパッキン７０及びパッキンアダプタ７１，７２を用いたものであり、その他の構成は第２図、第３図及び第４図と同様であり、同一符号は同一部分を示している。これらの第２図〜第８図の可動栓１１〜１７によっても可動栓１０と同様の効果が得られる。

第９図の可動栓１８は、第３図の可動栓１３において、ボルト６０に皿バネ５３を複数枚装着したものである。皿バネ５３は、皿の凸部と凸部、または凹部と凹部が向き合うように重ねることにより、ボルト６０の接続に弾力性が生じる。それにより、Ｖパッキン５０やスクレーパ３０に外力が生じたとき、Ｖパッキン５０だけでなく、皿バネ５３が収縮したり、伸びたりして、ボルト６０の締めつけの程度が調節されて、Ｖパッキン５０とカラム内壁面との間に漏れが生じることなく、かつ、Ｖパッキン５０やスクレーパ３０の劣化を軽減できる。第９図では、８枚の皿バネ５３が設置されているが、枚数に制限はなく、２〜１２枚とするのが好ましい。皿バネ５３はボルト６０により可動栓コア２０をベース４０に引き付ける態様であれば適用可能であり、第１図、第３図、第７図の態様においても適用できる。

第１図〜第９図において、スクレーパ３０、３０Ａとパッキンアダプタ５１、７１は一体に成形されていてもよい。そうすることにより、スクレーパ３０，３０Ａとパッキンアダプタ５１，７１との間に液だまりができることがなく好ましい。

上記実施の形態は本発明の一例であり、本発明は図示以外の形態とされてもよい。

１０〜１７ 可動栓
２０，２０Ａ 可動栓コア
３０，３０Ａ スクレーパ
４０，４０Ａ ベース
５０，７０ パッキン
６０ ボルト

Claims (6)

1. 液体クロマトグラフィーのカラム内に配置される可動栓において、
   先端部が充填剤に対面し、可動栓の軸心部をカラムの軸心線方向に延在する可動栓コアと、
   該可動栓コアの先端側の外周に外嵌した環状のスクレーパと、
   該可動栓コアの基端側が内嵌した凹所を有するベースと、
   該スクレーパとベースとの間において該可動栓コアの外周を取り巻いているパッキンと、
   該可動栓コアをベースの該凹所に押し込む方向に引き付けるための引付手段と
   を備えてなり、
   可動栓コアの先端側の外周部にフランジ部が設けられ、前記スクレーパは該フランジ部に係合していることを特徴とする可動栓。
2. 請求項１において、該フランジ部は、可動栓コアの先端側ほど拡径した形状となるテーパ面を有しており、
   該スクレーパの内周面は、該可動栓コアのテーパ面に重なるテーパ面を有していることを特徴とする可動栓。
3. 請求項１又は２において、前記可動栓コアの最先端部の外周面を前記スクレーパが囲んでいることを特徴とする可動栓。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、前記引付手段は、前記ベースを貫通して前記可動栓コアに螺着されたボルトであることを特徴とする可動栓。
5. 請求項１ないし３のいずれか１項において、前記引付手段は、ベースの前記凹所の内周面に設けられた雌螺子と、前記スクレーパの基端部の外周面に設けられ、該雌螺子に螺合した雄螺子であることを特徴とする可動栓。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の可動栓が内部に配置された液体クロマトグラフィーのカラム。

Images