JP2012008061A - Separation column for liquid chromatography and liquid chromatography - Google Patents

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克敏 清水
Masato Ito
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a separation column for liquid chromatography achieving a high-speed separation and analysis without lowering a column performance even if enhancing a linear velocity, and to provide liquid chromatography.SOLUTION: A monolith type separation column incorporates a monolith rod formed into a columnar shape in the separation column, a specimen and a moving phase flow into the monolith rod, and the monolith rod is alternately provided with portions having pores and portions without pores. The monolith rod is configured such that porous bodies having pores and portions without pores are alternately disposed in the specimen flowing direction. Alternatively, the portions having pores are porous bodies and the portions without pores are non-porous beads.

Description

本発明は、液体クロマトグラフ用分離カラム、及び液体クロマトグラフに関する。   The present invention relates to a separation column for a liquid chromatograph and a liquid chromatograph.

液体クロマトグラフは、溶離液中の試料の成分を分離カラムで分離し、分離された順番で流れてくる成分を分光光度計等の検出器で検出して、試料の成分を分析する装置である。液体クロマトグラフで一般的に使用されている粒子充填型カラムを用いて、分離性能を維持しつつ高速な分析を行うためには、カラムに充填する粒子径を小さくして粒子表面積を増やし、単位時間当たりの送液量を増やす必要がある。例えば、内径4mm程度の円筒容器に直径5μm程度の粒子を充填した従来のカラムに対し、粒子の直径を2μm程度に変更することにより、分析時間を10分の1程度に短縮することができる。しかし、粒子径を小さくすると流動抵抗が増加し、高圧で送液しなければ必要な流量が得られないため、カラムを含む分析装置全体の高耐圧化が必要になる。   A liquid chromatograph is a device that analyzes the components of a sample by separating the components of the sample in the eluent with a separation column and detecting the components flowing in the separated order with a detector such as a spectrophotometer. . In order to perform high-speed analysis while maintaining separation performance using a particle packed column commonly used in liquid chromatographs, the particle surface size of the column is reduced to increase the particle surface area, and the unit It is necessary to increase the amount of liquid delivered per hour. For example, the analysis time can be shortened to about 1/10 by changing the diameter of the particles to about 2 μm with respect to a conventional column in which particles having a diameter of about 5 μm are packed in a cylindrical container having an inner diameter of about 4 mm. However, if the particle diameter is reduced, the flow resistance increases, and a necessary flow rate cannot be obtained unless the liquid is fed at a high pressure. Therefore, it is necessary to increase the pressure resistance of the entire analyzer including the column.

この高耐圧化を避けるためのカラム構造として、従来の粒子充填型カラムではなく、三次元ネットワーク状の骨格とその空隙が一体となった構造を持つモノリスカラムが提案されている。モノリスカラムは、空隙率が大きく流動抵抗が増加しない。骨格には、nmオーダーのメゾポアと呼ばれる細孔が存在し、このメゾポアは、試料が脱着する表面積が大きくなることから分離性能向上に寄与している。例えば、細管内に多孔質体としてモノリスロッドやモノリシックシリカロッドを組み込んだモノリス型シリカカラムが提案され、高性能化が図られている。   As a column structure for avoiding this increase in pressure resistance, a monolithic column having a structure in which a three-dimensional network skeleton and its voids are integrated is proposed instead of a conventional particle-packed column. Monolithic columns have high porosity and do not increase flow resistance. There are pores called mesopores in the order of nm in the skeleton, and these mesopores contribute to improving the separation performance because the surface area from which the sample is desorbed increases. For example, a monolithic silica column in which a monolithic rod or a monolithic silica rod is incorporated as a porous body in a narrow tube has been proposed to achieve high performance.

シリカ型多孔質体は、骨格がスピノーダル分解に基づくゾル−ゲル転移により形成され、その後、細孔がアンモニア処理により作製されるが、その均一性,一様性を高精度に成形することが困難であるという課題を有している。これに対して、多孔質体の細孔分布を制御して作製する方法として、金属アルコキシドを出発原料とし、適度な共存物質を原料に添加し、巨大空孔となる溶媒リッチ相を持つ構造を生じさせる作製方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   Silica-type porous body is formed by sol-gel transition based on spinodal decomposition and then pores are made by ammonia treatment, but it is difficult to mold the uniformity and uniformity with high accuracy. It has the problem of being. On the other hand, as a method of controlling the pore distribution of the porous body, a structure having a solvent-rich phase that becomes a large pore by adding metal alkoxide as a starting material, adding an appropriate coexisting substance to the material, and A manufacturing method for generating the same has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

図5は、モノリスカラム内の試料の流れ方の概念を示す断面図である。円筒形状のモノリスカラム1の内部には、移動相2、三次元ネットワーク状の骨格とその空隙が一体となった構造である固定相3があり、試料4は図示の矢印のように移動相2と固定相3の間を行き来する。試料4は、固定相3への分配および吸着力により、捕集と脱離を繰り返しながら分離される。固定相3の空隙は、径や深さが異なり貫通している様々な形態の細孔である。このような細孔により、試料と接触する表面積が大きく、分離に寄与する場が大きくなり、高い分離能が得られる。   FIG. 5 is a cross-sectional view showing the concept of how the sample flows in the monolith column. Inside the cylindrical monolith column 1, there is a mobile phase 2, a stationary phase 3 having a structure in which a three-dimensional network skeleton and its voids are integrated, and the sample 4 has a mobile phase 2 as shown by the arrow in the figure. And back and forth between stationary phase 3. The sample 4 is separated by repeating the collection and desorption by the distribution to the stationary phase 3 and the adsorption force. The voids of the stationary phase 3 are pores having various shapes that have different diameters and depths. Due to such pores, the surface area in contact with the sample is large, the field contributing to separation is increased, and high separation performance is obtained.

しかしながら、骨格の細孔が不規則に存在しているため、一部の試料は骨格の表面に移動し、一部の試料は軸方向に移動して細孔の内部に深く浸透し拡散する。移動相の流量をカラム断面積で割った線速度を上げると、個々の試料が移動相まで溶出する時間に差異が生じる。特に高流量の領域において、理論段高さ(H)が大きくなっていると考えられる。したがって、線速度を上げてもカラム性能が低下しないモノリスカラムが望まれる。   However, since the pores of the skeleton are irregularly present, some samples move to the surface of the skeleton, and some samples move in the axial direction to penetrate deeply into the pores and diffuse. Increasing the linear velocity of the mobile phase flow rate divided by the column cross-sectional area results in differences in the time at which individual samples elute to the mobile phase. It is considered that the theoretical plate height (H) is particularly large in the high flow rate region. Therefore, a monolithic column that does not deteriorate the column performance even when the linear velocity is increased is desired.

特開平7−41374号公報JP 7-41374 A

本発明は、線速度を上げてもカラム性能が低下することなく高速分離分析が可能な液体クロマトグラフ用分離カラム、及び液体クロマトグラフを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a liquid chromatograph separation column and a liquid chromatograph capable of performing high-speed separation analysis without lowering the column performance even when the linear velocity is increased.

上記目的を解決するために、本発明の実施例は、分離カラムに円柱形状に成形されたモノリスロッドが組み込まれ、試料及び移動相がモノリスロッドに流入するモノリス型の分離カラムであって、モノリスロッドは細孔を有する部位と細孔を有さない部位とを交互に有することを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned object, an embodiment of the present invention is a monolith type separation column in which a monolith rod formed in a cylindrical shape is incorporated in a separation column, and a sample and a mobile phase flow into the monolith rod. The rod is characterized by alternately having sites having pores and sites having no pores.

また、モノリスロッドは、細孔を有する多孔質体と細孔を有さない部位とが、試料の流れ方向に交互に配置される構成であることを特徴とする。   The monolith rod is characterized in that a porous body having pores and a portion having no pores are alternately arranged in the flow direction of the sample.

あるいは、細孔を有する部位は多孔質体であり、細孔を有さない部位はノンポーラスのビーズであることを特徴とする。   Alternatively, the site having pores is a porous body, and the site having no pores is non-porous beads.

本発明によれば、線速度を上げてもカラム性能が低下することなく高速分離分析が可能な液体クロマトグラフ用分離カラム、及び液体クロマトグラフを得ることができる。   According to the present invention, it is possible to obtain a liquid chromatograph separation column and a liquid chromatograph capable of performing high-speed separation analysis without degrading column performance even when the linear velocity is increased.

液体クロマトグラフの概略構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows schematic structure of a liquid chromatograph. 粒子径を変えたときの、線速度uと理論段高さHの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the linear velocity u and theoretical plate height H when a particle diameter is changed. 分離カラムの構造の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the structure of a separation column. 分離カラムの構造の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the structure of a separation column. モノリスカラム内の試料の流れ方の概念を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the concept of the flow method of the sample in a monolith column.

以下、図面を適宜用いて、本発明の実施例を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below using the drawings as appropriate.

〔実施例〕
図1は、液体クロマトグラフの概略構成を示す構成図である。溶離液容器11に保存された溶離液を送液ポンプ13で送液し、試料容器12に保存された試料をオートサンプラ14で注入し、恒温装置であるカラムオーブン16の中の分離カラム15で試料が成分分離され、検出器17で検出される。検出が終わった溶離液は、廃液用容器18に排出される。
〔Example〕
FIG. 1 is a configuration diagram showing a schematic configuration of a liquid chromatograph. The eluent stored in the eluent container 11 is fed by the liquid feed pump 13, the sample stored in the sample container 12 is injected by the autosampler 14, and is separated by the separation column 15 in the column oven 16 that is a thermostat. The sample is separated into components and detected by the detector 17. The eluent that has been detected is discharged into the waste liquid container 18.

次に、分離カラムの構造について検討する。充填剤として粒子を用いた粒子充填型カラムにおいて、移動相の線速度をu、理論段高さをH、粒子の直径をdpとすると、Van Deemterの式より、下記の関係がある。   Next, the structure of the separation column will be examined. In a particle-packed column using particles as a filler, if the mobile phase linear velocity is u, the theoretical plate height is H, and the particle diameter is dp, the following relationship is obtained from Van Deemter's equation.

H=Adp+B/u+Cu ・・・・・ 数1
ここで、Aは径方向への拡散を表す係数、Bは軸方向への拡散を表す係数、Cは移動相と固定相との間の試料の移動に関する係数である。理論段高さHは、小さい方がカラム性能は良好である。線速度が上がると、理論段高さHは大きくなり、カラム性能が低下する。
H = Adp + B / u + Cu Equation 1
Here, A is a coefficient representing the diffusion in the radial direction, B is a coefficient representing the diffusion in the axial direction, and C is a coefficient relating to the movement of the sample between the mobile phase and the stationary phase. The smaller the theoretical plate height H, the better the column performance. As the linear velocity increases, the theoretical plate height H increases and the column performance decreases.

図2は、粒子径を変えたときの、線速度uと理論段高さHの関係を示すグラフである。分離カラムの充填剤として、粒子径が2μm,3μm,5μmの3種類の粒子を用い、線速度uと理論段高さHの関係を計算で求めてグラフ化した。粒子径3μm、および5μmのでは、線速度uが大きくなると、理論段高さHが大きくなる。したがって、カラム性能が低下する傾向がある。粒子径2μmでは、線速度uが大きくなっても理論段高さHは大きくならない。これは、粒子径3μmや5μmの分離カラムと比較して、粒子径2μmの分離カラムでは、試料が速やかに移動相と固定相の間を移動するためであり、線速度uが上がっても理論段高さHが維持される。   FIG. 2 is a graph showing the relationship between the linear velocity u and the theoretical plate height H when the particle diameter is changed. Three types of particles having particle diameters of 2 μm, 3 μm, and 5 μm were used as packing materials for the separation column, and the relationship between the linear velocity u and the theoretical plate height H was obtained by calculation and graphed. When the particle diameter is 3 μm and 5 μm, the theoretical plate height H increases as the linear velocity u increases. Therefore, the column performance tends to decrease. When the particle diameter is 2 μm, the theoretical plate height H does not increase even if the linear velocity u increases. This is because the sample moves quickly between the mobile phase and the stationary phase in the separation column having a particle size of 2 μm as compared with the separation column having a particle size of 3 μm or 5 μm. The step height H is maintained.

文献「モノリス型シリカカラムによるHPLCの高性能化、木村ほか、ぶんせき200410、576頁−584頁」によれば、カラム圧力と溶離液粘度の積の逆数で定義されるセパレーションインピーダンスでカラム性能を比較すると、粒子充填型カラムよりもモノリスカラムの方が、一桁以上の高い性能を有しているが、線速度uが5mm毎秒あたりから、セパレーションインピーダンスが劣ってくる傾向がある。これは、文献「G.Desmet et al., Anal. Chem., 77, 4058-4070(2005)」によれば、粒子径1.7μmなどのサブ2μm粒子や、米国特許出願公開US2007/0189944号,特開2008−145190号公報などに開示されたメソ細孔とマクロ細孔を有する樹枝状構造の多孔体からなる直径3μm以上の外殻を有するマイクロカプセルであるコアシェル型粒子と比較して、理論段数がおおよそ1万段以下で、モノリスカラムの分析時間が比較的大きくなっており、上記数1のC項が大きいことに起因している。すなわち、モノリスカラムでは、試料が移動相と固定相との間を行き来する割合が大きく、線速度を大きくすると、理論段高さが大きくなってしまう。ここで、粒子充填型カラムとモノリスカラムを再度比較する。上記数1のC項は、物質移動に関連する項である。例えば、サンプル溶質が移動相から固定相に、あるいは逆に固定相から移動相に移動する時間に関連している。サンプル溶質の移動時間が短いほど、C項が小さくなり、理論段高さを小さく維持できる。   According to the document "High performance of HPLC using monolithic silica column, Kimura et al., Bunkeki 200410, pp. 576-584", column performance is measured with a separation impedance defined by the reciprocal of the product of column pressure and eluent viscosity. In comparison, the monolithic column has higher performance by one digit or more than the particle packed column, but the separation velocity tends to be inferior since the linear velocity u is about 5 mm per second. According to the document “G. Desmet et al., Anal. Chem., 77, 4058-4070 (2005)”, sub-2 μm particles such as a particle diameter of 1.7 μm, and US Patent Application Publication No. US2007 / 0189944 are disclosed. Compared with core-shell type particles that are microcapsules having an outer shell with a diameter of 3 μm or more, which is made of a dendritic porous material having mesopores and macropores, as disclosed in JP-A-2008-145190 and the like, This is due to the fact that the number of theoretical plates is approximately 10,000 or less, the analysis time of the monolith column is relatively long, and the C term of Equation 1 is large. That is, in the monolith column, the rate at which the sample moves back and forth between the mobile phase and the stationary phase is large, and the theoretical plate height increases when the linear velocity is increased. Here, the particle packed column and the monolith column are compared again. The term C in the above equation 1 is a term related to mass transfer. For example, it relates to the time for the sample solute to move from the mobile phase to the stationary phase, or vice versa. The shorter the sample solute movement time, the smaller the C term and the smaller the theoretical plate height.

コアシェル型粒子を用い、固定相の厚みを1μm程度にしたカラムや、サブ2μm粒子を用いたカラムでは、サンプル溶質の移動時間を小さくできる。サンプル溶質は、固定相のどこにいても、細孔の領域を1μmから2μmの距離を移動すれば、移動相に脱出できるわけである。これに対して、モノリスカラムの場合、サンプル溶質は、軸方向には10μm移動しても移動相に脱出できない場合がある。モノリスカラムの固定相のスケルトンの細孔領域が軸方向に長いと、サンプル溶質が移動相側に出てくるのに時間を要し、モノリスカラムの場合の上記数1のC項を大きくしている要因であると推定される。   In a column using core-shell type particles and a stationary phase thickness of about 1 μm, or a column using sub-2 μm particles, the migration time of the sample solute can be reduced. The sample solute can escape to the mobile phase anywhere in the stationary phase by moving the pore region a distance of 1 μm to 2 μm. On the other hand, in the case of a monolith column, the sample solute may not escape to the mobile phase even if it moves 10 μm in the axial direction. If the pore region of the skeleton of the stationary phase of the monolith column is long in the axial direction, it takes time for the sample solute to come out to the mobile phase side, and the C term of the above formula 1 in the case of the monolith column is increased. It is estimated that this is a factor.

次に、移動相について検討する。固定相の細孔領域は、理想的には、全方向に1μm程度であるが、移動相の体積スケールにも理想状態がある。つまりモノリスカラムのマクロポアは、圧力損失が過剰にかからないために、マクロポア比率がスケルトン領域の1μmから2μmの1.5倍から2倍の2μmから3μm程度が理想的である。   Next, the mobile phase is examined. The pore region of the stationary phase is ideally about 1 μm in all directions, but the volume scale of the mobile phase has an ideal state. In other words, since the macropores of the monolith column do not cause excessive pressure loss, the macropore ratio is ideally about 2 to 3 μm, which is 1.5 to 2 times of 1 to 2 μm in the skeleton region.

これに対して、コアシェル型粒子は、粒子径が2.7μm程度で、マクロポア相当の隙間の長さスケールが1.5μm程度である。サブ2μm粒子は隙間が狭く、マクロポア相当の長さスケールが1μm以下である。これらマクロポアの代表的スケールによって、カラム浸透性(Column Permeability)が決まる。したがって、モノリスカラムが最良である。なお、カラム容器の内壁に沿って充填剤がなく、移動相が障害物なしに流れるとすると、サンプル溶質が固定相に全くトラップされないので、このような構造は避けなければならない。   On the other hand, the core-shell type particle has a particle diameter of about 2.7 μm and a gap-scale length scale corresponding to macropores of about 1.5 μm. The sub 2 μm particles have a narrow gap, and the length scale corresponding to macropores is 1 μm or less. The typical scale of these macropores determines the column permeability. Therefore, a monolith column is the best. If there is no packing along the inner wall of the column container and the mobile phase flows without obstacles, this structure must be avoided because the sample solute is not trapped in the stationary phase at all.

以上から、液体クロマトグラフ用カラムの理想的な固定相と移動相が導かれる。細孔領域としての固定相は、全方向に1μm程度の微小体積空間であること、移動相の占める体積空間は2μmから3μmのマクロポアのような空洞空間であって障害物を配すること、このような条件を満たす液体クロマトグラフ用カラムを本発明は提供するものである。   From the above, the ideal stationary phase and mobile phase of the column for liquid chromatography are derived. The stationary phase as the pore region is a minute volume space of about 1 μm in all directions, the volume space occupied by the mobile phase is a hollow space such as a macropore of 2 μm to 3 μm, and obstacles are disposed. The present invention provides a liquid chromatograph column that satisfies such conditions.

サブ2μm粒子は、ほぼ理想的な1μm程度の微小体積空間を実現しているが、そのまま空のカラムに充填すると、移動相の占める体積空間ではマクロポア相当スケールが1μm程度となって、移動速度を大きくできない。コアシェル型粒子は、1.5μm程度で少しだけ大きい。   The sub-2μm particles realize an almost ideal minute volume space of about 1μm, but when filled in an empty column as it is, the macropore equivalent scale becomes about 1μm in the volume space occupied by the mobile phase, and the movement speed is increased. I can't make it bigger. The core-shell type particle is about 1.5 μm and slightly larger.

固定相のスケルトンの細孔領域が1μmから2μmであるモノリスカラムでは、サンプル溶質は、軸方向には10μm移動できても移動相には脱出できず、移動速度の増加を妨げている。これは、スケルトン骨格の軸方向に細孔領域が連続していることが原因である。したがって、軸方向に部分的に隔壁膜を配すれば、サンプル溶質は軸方向に移動できず、一旦、移動相に脱出してから、又再び隣接するスケルトンの細孔領域に移動する。   In a monolithic column in which the pore area of the skeleton of the stationary phase is 1 μm to 2 μm, the sample solute cannot escape to the mobile phase even if it can move 10 μm in the axial direction, thus preventing an increase in the moving speed. This is because the pore region is continuous in the axial direction of the skeleton skeleton. Therefore, if the partition membrane is partially disposed in the axial direction, the sample solute cannot move in the axial direction, but once escapes to the mobile phase, it moves again to the pore region of the adjacent skeleton.

図3は、分離カラムの構造の一例を示す断面図である。分離カラムの容器に挿入されるモノリスロッドの縦方向の断面を示し、多孔質体は、細孔を有する第一部材5と細孔を有しない第二部材を、流れの方向に交互に並べた構成である。第一部材5は、10nmから100nm程度の細孔を有している。試料は第一部材5の細孔に入り込むが、第二部材6には細孔がないので、試料は軸方向に深く移動できず、移動相に試料が移動する時間が長くなるのを防ぐことができる。そして、線速度が上がっても、カラム性能の低下がなく、高速分離分析ができる液体クロマトグラフの分離カラム及び液体クロマトグラフを実現することができる。   FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of the structure of the separation column. The longitudinal cross section of the monolith rod inserted in the container of a separation column is shown, and the porous body arranged the 1st member 5 which has a pore, and the 2nd member which does not have a pore alternately in the direction of flow. It is a configuration. The first member 5 has pores of about 10 nm to 100 nm. The sample enters the pores of the first member 5, but the second member 6 has no pores, so the sample cannot move deeply in the axial direction and prevent the sample from moving to the mobile phase for a long time. Can do. And even if linear velocity goes up, the separation column of a liquid chromatograph and a liquid chromatograph which can perform high-speed separation analysis without degradation of column performance are realizable.

図3に示した分離カラムを構成する多孔質体の作製方法について説明する。はじめに、酢酸水溶液にアルコキシシランとポリエチレングルコールを加えて攪拌した溶液を、内径20mmから60mmの中空管に注入する。次に、上記の攪拌した溶液を満たした中空管を、一定温度で一定時間保持すると、中空管内部でシリカゲルが形成される。さらに、上記シリカゲルをアンモニア処理することにより、骨格表面に10nmから100nm程度の細孔が作製される。その後、焼成により強度を持たせた多孔質体の第一部材5が形成される。この第一部材5は、上記細孔に加え、空隙が10μm程度の3次元ネットワーク状のスケルトン状の骨格を持つ。   A method for producing a porous body constituting the separation column shown in FIG. 3 will be described. First, a solution obtained by adding alkoxysilane and polyethylene glycol to an acetic acid aqueous solution and stirring the mixture is poured into a hollow tube having an inner diameter of 20 mm to 60 mm. Next, when the hollow tube filled with the stirred solution is held at a constant temperature for a certain time, silica gel is formed inside the hollow tube. Furthermore, by treating the silica gel with ammonia, pores of about 10 nm to 100 nm are produced on the skeleton surface. Thereafter, the porous first member 5 having strength by firing is formed. The first member 5 has a three-dimensional network-like skeleton-like skeleton having a gap of about 10 μm in addition to the pores.

一方、上記容器にシリカゲルを形成し、アンモニア処理せずに焼成を行い、細孔のない第二部材6を形成させる。第二部材6は、細孔がないが、空隙が10μm程度の3次元ネットワーク状のスケルトン状の骨格を持つ。   On the other hand, silica gel is formed in the container, and baking is performed without ammonia treatment to form the second member 6 having no pores. The second member 6 does not have pores, but has a three-dimensional network-like skeleton-like skeleton with a gap of about 10 μm.

第一部材5と第二部材6を容器から取り出し、それぞれ厚さ1μmから2μmに切り出す。第一部材5と第二部材6とを交互に重ね合わせ、分離カラム用のモノリスロッドが形成される。モノリスロッドをPEEK樹脂にて被覆し、オクタデシル基などの官能基を化学結合させることによって、液体クロマトグラフ用分離カラムとして用いることができる。   The first member 5 and the second member 6 are taken out of the container and cut into thicknesses of 1 μm to 2 μm, respectively. The first member 5 and the second member 6 are alternately overlapped to form a monolith rod for the separation column. A monolithic rod is covered with PEEK resin, and a functional group such as an octadecyl group is chemically bonded, so that it can be used as a separation column for liquid chromatography.

第一部材5と第二部材6とを重ね合わせたときにできる空隙が大きく、分離カラムとしての性能が低下する場合は、PEEK樹脂で被覆した後、再度、モノリスロッドを作製する。すなわち、酢酸水溶液にアルコキシシランとポリエチレングルコールを加え、攪拌した溶液を注入し、一定温度で一定時間保持し、その後、焼成を行うと、第一部材5と第二部材6とがそれらの間で結合して、強度を持った一体のモノリスロッドが形成される。このモノリスロッドは、細孔を有する部位と細孔を有しない部位とが交互に配置された構造となり、全体が10μm程度の空隙の3次元ネットワーク状のスケルトン状の骨格を持つ。   When the gap formed when the first member 5 and the second member 6 are overlapped is large and the performance as a separation column is lowered, the monolith rod is again manufactured after coating with PEEK resin. That is, when alkoxysilane and polyethylene glycol are added to an acetic acid aqueous solution, a stirred solution is injected, held at a constant temperature for a certain period of time, and then fired, the first member 5 and the second member 6 are placed between them. To form a monolithic rod with strength. This monolith rod has a structure in which portions having pores and portions having no pores are alternately arranged, and has a three-dimensional network skeleton-like skeleton with voids of about 10 μm as a whole.

図4は、分離カラムの構造の一例を示す断面図である。分離カラムの容器に挿入されるモノリスロッドの縦方向の断面を示し、多孔質体7とビーズ8とから構成される。多孔質体7は、三次元ネットワーク状の骨格の空隙が10μm程度であり、さらに、骨格表面に10nmから100nm程度の細孔を有している。ビーズ8は、材質が例えばポリスチレン−シビニルベンゼンからなるポリマーで、細孔の無いノンポーラスタイプであり、その粒子径は10μm程度が望ましい。   FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of the structure of the separation column. The cross section of the monolith rod inserted in the container of a separation column is shown, and is composed of a porous body 7 and beads 8. The porous body 7 has a three-dimensional network skeleton void of about 10 μm, and further has pores of about 10 nm to 100 nm on the skeleton surface. The beads 8 are a polymer made of, for example, polystyrene-cyvinylbenzene, and are a non-porous type having no pores, and the particle diameter is preferably about 10 μm.

ビーズ8は分離カラム内に細密構造で充填され、その隙間に多孔質体7が形成される構造であり、その結果、分離カラムは、細孔を有する多孔質体7が交互に配置される構造となっている。したがって、細孔の内部に試料が深く移動することが無いため、移動相までに溶出する時間が長くなることがなく、試料の拡散を防止できるので、線速度が上がっても、カラム性能が低下することなく、高速分離分析ができる液体クロマトグラフ用分離カラムを実現することができる。   The beads 8 have a structure in which the separation column is packed with a fine structure, and the porous body 7 is formed in the gap therebetween. As a result, the separation column has a structure in which the porous bodies 7 having pores are alternately arranged. It has become. Therefore, since the sample does not move deeply into the pores, the elution time until the mobile phase does not increase and the sample can be prevented from diffusing, so the column performance decreases even if the linear velocity increases. Thus, a separation column for liquid chromatography capable of high-speed separation analysis can be realized.

図4に示した分離カラムの作製方法について説明する。はじめに、内径20mmから60mmの中空管にビーズ8を注入して充填する。このとき、ビーズ8は、中空管内で最密構造となるように充填される。次に、ビーズ8が充填された中空管に、酢酸水溶液にアルコキシシランとポリエチレングルコールを加え、攪拌した溶液を注入する。中空管を一定温度で一定時間保持すると、上記攪拌した溶液は、ビーズが充填されてできた空隙でシリカゲルの骨格を形成する。さらに上記シリカゲルをアンモニア処理することにより、骨格表面に10nmから100nm程度の細孔が作製される。さらに、上記中空管に焼成により強度を持たせると、多孔質体7が形成される。多孔質体7は、ビーズ8が充填されてできた空隙を埋めた一体構造であり、三次元ネットワーク状の骨格と10μm程度の空隙とを有し、骨格表面に10nmから100nm程度の細孔を有している。多孔質体7とビーズ8からなるモノリスロッドを中空管から取り出し、このモノリスロッドをPEEK樹脂にて被覆し、オクタデシル基などの官能基を化学結合させることにより、液体クロマトグラフ用分離カラムとして用いることができる。   A method for manufacturing the separation column shown in FIG. 4 will be described. First, the beads 8 are injected and filled into a hollow tube having an inner diameter of 20 mm to 60 mm. At this time, the beads 8 are filled so as to have a close-packed structure in the hollow tube. Next, an alkoxysilane and polyethylene glycol are added to an acetic acid aqueous solution and a stirred solution is injected into the hollow tube filled with the beads 8. When the hollow tube is held at a constant temperature for a certain period of time, the stirred solution forms a silica gel skeleton with voids formed by filling the beads. Further, by treating the silica gel with ammonia, pores of about 10 nm to 100 nm are produced on the skeleton surface. Furthermore, when the hollow tube is given strength by firing, a porous body 7 is formed. The porous body 7 has an integral structure in which voids formed by filling beads 8 are filled, and has a three-dimensional network skeleton and voids of about 10 μm, and pores of about 10 nm to 100 nm on the surface of the skeleton. Have. A monolithic rod composed of the porous body 7 and the beads 8 is taken out from the hollow tube, and this monolithic rod is covered with PEEK resin and functional groups such as octadecyl groups are chemically bonded to use as a separation column for liquid chromatography. be able to.

以上述べたように、本発明の実施例によれば、多孔質体の軸方向に存在する細孔のない部分を形成したことにより、細孔内部に試料が深く移動することが無くなり、移動相に溶出する時間が長くなるのを防止でき、多孔質体の軸方向への試料の拡散が防止できる。したがって、線速度が上がっても、カラム性能が低下することなく、高速分離分析が可能な液体クロマトグラフ用分離カラムを実現することができる。   As described above, according to the embodiment of the present invention, the formation of the portion without the pores present in the axial direction of the porous body eliminates the deep movement of the sample inside the pores, and the mobile phase. It is possible to prevent the elution time from becoming longer and to prevent the sample from diffusing in the axial direction of the porous body. Therefore, even if the linear velocity increases, a separation column for liquid chromatography capable of high-speed separation analysis can be realized without lowering the column performance.

1 モノリスカラム
2 移動相
3 固定相
4 試料
5 第一部材
6 第二部材
7 多孔質体
8 ビーズ
1 Monolith Column 2 Mobile Phase 3 Stationary Phase 4 Sample 5 First Member 6 Second Member 7 Porous Body 8 Bead

Claims (14)

円柱形状に成形されたモノリスロッドが組み込まれ、試料及び移動相が前記モノリスロッドに流入するモノリス型の分離カラムであって、前記モノリスロッドは細孔を有する部位と細孔を有さない部位とを交互に有することを特徴とする液体クロマトグラフ用分離カラム。   A monolith type separation column in which a monolith rod formed in a cylindrical shape is incorporated, and a sample and a mobile phase flow into the monolith rod, the monolith rod having a portion having a pore and a portion having no pore A separation column for a liquid chromatograph characterized by comprising alternately. 請求項1において、前記モノリスロッドは、細孔を有する多孔質体と細孔を有さない部位とが、前記試料の流れ方向に交互に配置される構成であることを特徴とする液体クロマトグラフ用分離カラム。   2. The liquid chromatograph according to claim 1, wherein the monolith rod has a configuration in which a porous body having pores and a portion having no pores are alternately arranged in a flow direction of the sample. Separation column. 請求項2において、前記多孔質体の細孔の径は10nmから100nmであることを特徴とする液体クロマトグラフ用分離カラム。   3. The separation column for liquid chromatography according to claim 2, wherein the pore diameter of the porous body is 10 nm to 100 nm. 請求項2において、前記モノリスロッドは三次元ネットワーク状の骨格を持ち、1μm以上の空隙を有することを特徴とする液体クロマトグラフ用分離カラム。   3. The separation column for a liquid chromatograph according to claim 2, wherein the monolith rod has a three-dimensional network skeleton and has a gap of 1 μm or more. 請求項1において、前記モノリスロッドはシリカによって形成されていることを特徴とする液体クロマトグラフ用分離カラム。   2. The separation column for liquid chromatography according to claim 1, wherein the monolith rod is made of silica. 請求項1において、前記多孔質体は細孔を有する第一部材と、細孔を有しない第二部材とを交互に重ね合わせて構成されていることを特徴とする液体クロマトグラフ用分離カラム。   2. The separation column for a liquid chromatograph according to claim 1, wherein the porous body is configured by alternately superposing first members having pores and second members having no pores. 請求項1において、前記細孔を有する部位は多孔質体であり、前記細孔を有さない部位はノンポーラスのビーズであることを特徴とする液体クロマトグラフ用分離カラム。   2. The separation column for liquid chromatography according to claim 1, wherein the part having the pores is a porous body, and the part having no pores is a non-porous bead. 溶離液を送液するポンプ、
前記溶離液に試料を注入するサンプラー、
前記試料が注入された溶離液が流れることで前記試料を成分分離する分離カラム、
前記分離カラムで分離された成分を検出する検出器
を備え、前記試料の成分を分析する液体クロマトグラフにおいて、
前記分離カラムは、円柱形状に成形されたモノリスロッドが組み込まれ、前記試料及び移動相が前記モノリスロッドに流入するモノリス型の分離カラムであって、前記モノリスロッドは細孔を有する部位と細孔を有さない部位とを交互に有することを特徴とする液体クロマトグラフ。
A pump for feeding the eluent,
A sampler for injecting a sample into the eluent,
A separation column that separates the sample by flowing an eluent into which the sample has been injected;
In a liquid chromatograph comprising a detector for detecting components separated by the separation column and analyzing the components of the sample,
The separation column is a monolith type separation column in which a monolith rod formed in a cylindrical shape is incorporated, and the sample and the mobile phase flow into the monolith rod, and the monolith rod has a portion having pores and a pore. A liquid chromatograph characterized by alternately having a portion not having s.
請求項8において、前記モノリスロッドは、細孔を有する多孔質体と細孔を有さない部位とが、前記試料の流れ方向に交互に配置される構成であることを特徴とする液体クロマトグラフ。   9. The liquid chromatograph according to claim 8, wherein the monolith rod has a configuration in which a porous body having pores and a portion having no pores are alternately arranged in a flow direction of the sample. . 請求項9において、前記多孔質体の細孔の径は10nmから100nmであることを特徴とする液体クロマトグラフ。   The liquid chromatograph according to claim 9, wherein the pore size of the porous body is 10 nm to 100 nm. 請求項9において、前記モノリスロッドは三次元ネットワーク状の骨格を持ち、1μm以上の空隙を有することを特徴とする液体クロマトグラフ。   10. The liquid chromatograph according to claim 9, wherein the monolith rod has a three-dimensional network skeleton and has a gap of 1 μm or more. 請求項8において、前記モノリスロッドはシリカによって形成されていることを特徴とする液体クロマトグラフ。   9. The liquid chromatograph according to claim 8, wherein the monolith rod is made of silica. 請求項8において、前記多孔質体は細孔を有する第一部材と、細孔を有しない第二部材とを交互に重ね合わせて構成されていることを特徴とする液体クロマトグラフ。   9. The liquid chromatograph according to claim 8, wherein the porous body is configured by alternately superposing first members having pores and second members having no pores. 請求項8において、前記細孔を有する部位は多孔質体であり、前記細孔を有さない部位はノンポーラスのビーズであることを特徴とする液体クロマトグラフ。   9. The liquid chromatograph according to claim 8, wherein the portion having the pores is a porous body, and the portion having no pores is a non-porous bead.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015199868A (en) * 2014-04-09 2015-11-12 東ソー株式会社 Porous crosslinked cellulose gel, production method thereof, and use thereof

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