JP2015102351A - Column packing material, column, and column system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、分離速度や分離能が優れ、酸化還元活性が高く、耐熱性や移動相のpHや有機溶媒などに対する化学的安定性に優れるカラム充填剤、上記カラム充填剤を用いたカラム、カラムシステムに関するものである。 The present invention provides a column packing material having excellent separation rate and resolution, high redox activity, heat resistance, chemical stability against mobile phase pH, organic solvent, etc., a column using the above column packing material, a column It is about the system.
高速液体クロマトグラフィー(HPLC)は、工業、化学、生物学、医学、薬学、環境科学など多くの研究・産業分野で日常的に広く用いられている分離分析法の一つである。
HPLCが普及している理由は、操作が簡便で、迅速かつ高精度な定性・定量分析が可能であり、また、HPLCがガスクロマトグラフィー(GC)やキャピラリー電気泳動(CE)などよりも広範な試料に適用できるところにある。
さらに、ＨＰＬＣは多様な検出法を選択することができ、中でも、物質の同定能力に優れた質量分析法を検出法として用いる液体クロマトグラフィー/質量分析法(LC/MS)は、現在信頼性に優れた超高感度分析法の一つとして認識され、あらゆる研究・産業分野で急速に利用が拡大している。
しかし、近年のナノテクノロジーやバイオテクノロジーなどの科学技術の急速な進展に伴う分析対象物質の多様化への対応や、多成分を含む試料中の超微量成分の正確な分離・定量は必ずしも容易ではなく、分離選択性に優れた新しいHPLCシステムの開発が求められている。
その中でHPLC用カラム充填剤の一つである多孔質グラファイトカーボン(PGC)は、シリカゲル結合型充填剤やポリマー系充填剤などの逆相系充填剤とは異なる溶質保持選択性を示し、且つ、化学的安定性に優れているため一定の用途があり、種々の提案がされている。
例えば、本願発明者らはこれまでに、PGCを酸化剤または還元剤で処理するとその溶質保持に変化が見られ、特にイオン性化合物の保持の変化が顕著であること（非特許文献１）、また、PGC自体が酸化還元性を有し、PGCを適当な酸化剤または還元剤で処理することにより、その酸化還元性や溶質保持選択性が変化することを見出し（非特許文献２）このPGCの酸化還元性を利用し、酸化還元反応を二次的化学平衡としてHPLCに導入したCo-DCTA錯体の新しい選択的分離法を提案している（非特許文献２）。この方法は、PGCを亜硫酸ナトリウムなどの還元剤で処理することにより、Co-DCTA錯体を他の2価金属錯体と3価金属錯体の間の任意の保持時間に溶出させることを可能にするものである。
また、本願発明者らはPGCカラムを酸化還元化学種変換ユニットとして2つの分離カラムの間に設置したオンライン酸化還元化学種変換HPLCシステムを開発し、同様の分離選択性が得られることを報告している（非特許文献３及び特許文献１）。上記システムは、2本の分離カラムとその中間に配置された酸化または還元を行う化学種変換ユニットから構成され、変換前後で化合物の移動速度を変化させることによって、目的物質の選択的分離を可能にするものである。
また、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もつモノリス型カラムは、通常の粒子充填型カラムと比較して流路径が大きいことから、高流速での送液が可能であると同時に、その細い骨格により粒子充填型カラムと同等以上の分離性能を有するという利点があることが知られ、シリカ系、有機ポリマー系およびカーボン系のモノリス型カラムなど種々の提案がされている。
たとえば、特許文献２には、クロマトグラフィープロセスにおける、十分大きい表面積を有する多孔質モノリス材料として、多孔質または非孔質炭素モノリスが提案されている。
High performance liquid chromatography (HPLC) is one of the separation analysis methods that are widely used on a daily basis in many research and industrial fields such as industry, chemistry, biology, medicine, pharmacy, and environmental science.
The reason for the prevalence of HPLC is that it is easy to operate, enables quick and accurate qualitative and quantitative analysis, and HPLC is more extensive than gas chromatography (GC) and capillary electrophoresis (CE). It can be applied to the sample.
In addition, HPLC can select various detection methods, among which liquid chromatography / mass spectrometry (LC / MS), which uses mass spectrometry with excellent substance identification ability as the detection method, is currently reliable. Recognized as one of the best ultra-sensitive analytical methods, its use is expanding rapidly in all research and industrial fields.
However, it is not always easy to cope with the diversification of analytes with the rapid development of science and technology such as nanotechnology and biotechnology in recent years, and to accurately separate and quantify ultra-trace components in samples containing multiple components. There is a need to develop a new HPLC system with excellent separation selectivity.
Among them, porous graphite carbon (PGC), which is one of HPLC column packing materials, exhibits solute retention selectivity different from reverse phase packing materials such as silica gel-bound packing materials and polymer packing materials, and Because of its excellent chemical stability, it has a certain application and various proposals have been made.
For example, the inventors of the present invention have so far observed changes in solute retention when PGC is treated with an oxidizing agent or a reducing agent, and in particular, the change in retention of ionic compounds is significant (Non-patent Document 1). In addition, PGC itself has redox properties, and it has been found that treatment of PGC with an appropriate oxidizing agent or reducing agent changes its redox properties and solute retention selectivity (Non-patent Document 2). A new selective separation method of Co-DCTA complex in which redox reaction is introduced into HPLC by using the redox reaction as a secondary chemical equilibrium has been proposed (Non-patent Document 2). This method allows the Co-DCTA complex to be eluted at any retention time between other divalent and trivalent metal complexes by treating PGC with a reducing agent such as sodium sulfite. It is.
In addition, the present inventors have developed an online redox species conversion HPLC system in which a PGC column is installed as a redox species conversion unit between two separation columns and reported that similar separation selectivity can be obtained. (Non-patent Document 3 and Patent Document 1). The above system consists of two separation columns and a chemical species conversion unit that performs oxidation or reduction placed between them. Selective separation of target substances is possible by changing the transfer rate of compounds before and after conversion. It is to make.
In addition, monolithic columns with a structure in which a three-dimensional network-like skeleton and the gaps are integrated have a larger flow path diameter than ordinary particle-packed columns, so liquids can be fed at high flow rates. At the same time, it is known that the thin skeleton has the advantage of having a separation performance equivalent to or better than that of a particle packed column, and various proposals such as silica-based, organic polymer-based, and carbon-based monolithic columns have been made. .
For example, Patent Document 2 proposes a porous or non-porous carbon monolith as a porous monolith material having a sufficiently large surface area in a chromatography process.
しかしながら、上述の非特許文献１〜３、並びに特許文献１において提案されているカラムでは、いまだ分離速度や分離能並びに酸化還元活性が不十分であるという問題があった。特に、シリカ系モノリスは使用できる移動相のpHに制限があり、有機ポリマー系モノリスは熱や有機溶媒に弱いという問題があり、特許文献１に記載の多孔質グラファイトカラムでは酸化還元反応性が十分ではなく、分離性能が不十分であり、また連続的に分離を行おうとしても一回酸化還元反応を行うと回復させるまでに長時間を要し、連続的に分離操作を行うことが不可能であるという問題があった。
また、特許文献２に記載の提案では、単一のカーボンモノリスカラムを用いて通常のクロマトグラフィーを行うものであり、分離選択性が不十分であり、これまで分離が困難であった物質を分離することはできなかった。
また、PGCを用いる従来の電気化学クロマトグラフィー(EMLC)カラムでは、PGCを高圧充填できないため、充填状態が不均一でピークの広がりが生じるなど、未だ要求されるほど十分な分離性能を呈していないのが現状である。
要するに、分離速度や分離能及び分離選択性が優れ、より酸化還元反応性が高く、耐熱性や化学的安定性に優れ、連続使用にも適したカラムやカラムシステムの開発が要望されているのが現状である。
However, the columns proposed in Non-Patent Documents 1 to 3 and Patent Document 1 described above still have a problem that the separation rate, separation ability, and redox activity are insufficient. In particular, silica-based monoliths are limited in the pH of mobile phases that can be used, and organic polymer-based monoliths have a problem that they are vulnerable to heat and organic solvents. The porous graphite column described in Patent Document 1 has sufficient redox reactivity. However, the separation performance is insufficient, and even if continuous separation is performed, it takes a long time to recover after one oxidation-reduction reaction, and it is impossible to perform the separation operation continuously. There was a problem of being.
Further, in the proposal described in Patent Document 2, normal chromatography is performed using a single carbon monolith column, separation selectivity is insufficient, and substances that have been difficult to separate are separated. I couldn't.
In addition, conventional electrochemical chromatography (EMLC) columns that use PGC cannot be packed with PGC at high pressure. is the current situation.
In short, there is a demand for the development of columns and column systems that have excellent separation speed, resolution and separation selectivity, higher redox reactivity, better heat resistance and chemical stability, and are suitable for continuous use. Is the current situation.
したがって、本発明の目的は、分離速度や分離能及び分離選択性が優れ、酸化還元活性が高く、耐熱性や化学的安定性に優れ、連続使用にも適した分離手段を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a separation means that is excellent in separation rate, separation ability and separation selectivity, has high redox activity, is excellent in heat resistance and chemical stability, and is suitable for continuous use. .
本発明者らは、上記課題を解消すべく鋭意検討した結果、カラムの充填剤として酸化還元反応性を有するカーボンモノリスにすれば、上記目的を達成しうることを見出し、さらに検討した結果、表面に酸化物基を有する反応性のあるカーボンモノリスを用いることで、酸化還元反応を有し分離速度や分離能及び分離選択性が優れるカラムシステムを提供しうることを知見し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は以下の各発明を提供するものである。
１．カーボンモノリス多孔質体からなり、酸化還元反応活性を有するカラム充填剤。
２．上記カーボンモノリス多孔質体が、カーボンモノリスの表面に反応性基を有する反応性カーボンモノリスである、１記載のカラム充填剤。
３．上記反応性基がカーボンモノリスの表面に形成された酸化物基である２記載のカラム充填剤。
４．上記カーボンモノリス多孔質体は、
カーボンモノリス形成材が三次元の網目状に連結されて形成されてなる骨格からなり、該骨格は連続した空隙を有し、
上記骨格における空隙率が６０〜８０％であり、
上記骨格の表面積が４０〜３５０ｍ２／ｇであり、
上記骨格の表面における空隙の平均孔径が０．２〜３．５μｍである
ことを特徴とする1〜３のいずれかに記載のカラム充填剤。
５．１〜４のいずれかに記載のカラム充填剤を、具備してなることを特徴とするカラム。
６．複数の性質の異なるカラムを連結して構成されたカラムシステムであって、
少なくとも一つの酸化還元反応性を有しない無反応性カラムと、
５記載のカラムとを連結してなることを特徴とするカラムシステム。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that the above object can be achieved if a carbon monolith having oxidation-reduction reactivity is used as a column packing material. By using a reactive carbon monolith having an oxide group, it is possible to provide a column system having an oxidation-reduction reaction and excellent separation speed, separation ability and separation selectivity, and completes the present invention. It came to.
That is, the present invention provides the following inventions.
1. A column packing material made of a porous carbon monolith and having redox reaction activity.
2. 2. The column filler according to 1, wherein the porous carbon monolith is a reactive carbon monolith having a reactive group on the surface of the carbon monolith.
3. 3. The column filler according to 2, wherein the reactive group is an oxide group formed on the surface of a carbon monolith.
4). The carbon monolith porous body is
It consists of a skeleton formed by connecting carbon monolith forming materials in a three-dimensional network, the skeleton has continuous voids,
The porosity in the skeleton is 60 to 80%,
The surface area of the skeleton is 40 to 350 m 2 / g,
4. The column filler according to any one of 1 to 3, wherein an average pore diameter of voids on the surface of the skeleton is 0.2 to 3.5 μm.
5. A column comprising the column filler according to any one of 1 to 4.
6). A column system configured by connecting a plurality of columns having different properties,
At least one non-reactive column having no redox reactivity;
5. A column system comprising the columns according to claim 5 connected to each other.
本発明のカラム充填剤及びカラムは、分離速度や分離能及び分離選択性に優れ、酸化還元活性が高く容易に制御することができ、耐熱性や移動相のpHや有機溶媒などに対する化学的安定性に優れるものである。
また、本発明のカラム充填剤及びカラムは、耐圧性に優れ、高流速でも背圧が低い状態でかつ高い分離能で使用することができる。
本発明のカラムシステムは、分離速度や分離能及び分離選択性に優れ、また、酸化還元活性が高く容易に制御することができるため、上記オンライン酸化還元化学種変換HPLCなどに好適に用いることができる。
The column packing material and column of the present invention are excellent in separation rate, separation ability and separation selectivity, have high redox activity, can be easily controlled, and are chemically stable to heat resistance, mobile phase pH, organic solvent, etc. It has excellent properties.
Moreover, the column packing material and column of the present invention are excellent in pressure resistance, and can be used with high separation ability even at a high flow rate with a low back pressure.
The column system of the present invention is excellent in separation rate, resolution and separation selectivity, and has high redox activity and can be easily controlled. Therefore, the column system is preferably used for the above-mentioned online redox species conversion HPLC. it can.
以下、本発明のカラム充填剤を、さらに詳細に説明する。
＜全体構成＞
本発明のカラム充填剤は、カーボンモノリス多孔質体からなり、酸化還元反応活性を有するものである。
Hereinafter, the column filler of the present invention will be described in more detail.
<Overall configuration>
The column filler of the present invention is made of a carbon monolith porous material and has redox reaction activity.
（カーボンモノリス）
上記カーボンモノリスは、炭素を主成分とする化合物からなる、一体型の構造であるモノリス構造を有する多孔質体を意味する。本実施形態における構造を図１（ａ）に示す。
モノリス構造により、物理的強度が高く耐圧性に優れ、高流速の送液が低背圧で可能になる。
(Carbon monolith)
The carbon monolith means a porous body having a monolith structure which is a monolithic structure made of a compound containing carbon as a main component. The structure in this embodiment is shown in FIG.
The monolith structure provides high physical strength and excellent pressure resistance, and enables high-flow liquid feeding with low back pressure.
（カーボン）
上記カーボンモノリス多孔質体は、カーボン（炭素）が主成分の炭素系化合物をその形成材料とする。
これにより、耐熱性や移動相のpHや有機溶媒などに対する化学的安定性が高くなる。
本発明のカラム充填剤において用いることができる、上記カーボンモノリスの炭素系化合物の分子構造は、特に制限されないが、化１に示す分子構造等を好ましく挙げることができる。
The carbon monolith porous body uses a carbon-based compound mainly composed of carbon (carbon) as a forming material.
Thereby, the chemical stability with respect to heat resistance, pH of the mobile phase, an organic solvent, or the like is increased.
The molecular structure of the carbon-based compound of the above-mentioned carbon monolith that can be used in the column filler of the present invention is not particularly limited, but preferred examples include the molecular structure shown in Chemical Formula 1.
（反応性基）
上記カーボンモノリス多孔質体を構成する上記炭素系化合物は、反応性基を有するのが好ましい。
上記反応性基は、カーボンモノリスの表面に形成された酸化物基であるのが好ましく、該酸化物基としては、ヒドロキシル基、カルボニル基、カルボキシル基、クロメン構造を有する基、ピロン構造を有する基、フェノール性水酸基などが挙げられ、中でもクロメン構造を有する基、ピロン構造を有する基、カルボニル基が好ましい。酸化物基の具体例を化２に示す。
また、上記反応性基としては、他のヘテロ原子を含む構造、例えばアミノ基、ニトロ基、ピリジン構造を有する基、チオール基、硫酸基などを挙げることもできる。
このような反応性基を有することにより、本発明のカーボンモノリス多孔質体が、より優れた後述する酸化還元活性を有することとなり、より優れた分離性能及び分離選択性を有するようになる。
式中、Ｒは任意の置換基を示す。
そして、上記酸化物基を有するカーボンモノリスの構造を摸式的に化３に示す。なお、化３は、カーボンモノリスに酸化物基が結合している状態を摸式的に示すものであり、一つのカーボンモノリスに複数の酸化物基が結合しているように示しているが、これに制限されず、一種の酸化物基のみを有する形態でも、任意の２種以上を有する形態でもよい。
化３に示すように、本発明に用いられるカーボンモノリスは、カーボンモノリスを構成する炭素化合物に残基として酸化物基が存在する。
The carbon-based compound constituting the carbon monolith porous body preferably has a reactive group.
The reactive group is preferably an oxide group formed on the surface of a carbon monolith. Examples of the oxide group include a hydroxyl group, a carbonyl group, a carboxyl group, a group having a chromene structure, and a group having a pyrone structure. And a phenolic hydroxyl group. Among them, a group having a chromene structure, a group having a pyrone structure, and a carbonyl group are preferable. A specific example of the oxide group is shown in Chemical Formula 2.
Examples of the reactive group include structures containing other hetero atoms, such as amino groups, nitro groups, groups having a pyridine structure, thiol groups, and sulfate groups.
By having such a reactive group, the carbon monolith porous body of the present invention has better redox activity described later, and has better separation performance and separation selectivity.
In the formula, R represents an arbitrary substituent.
The structure of the carbon monolith having the oxide group is schematically shown in Chemical Formula 3. Chemical formula 3 schematically shows a state in which an oxide group is bonded to the carbon monolith, and shows that a plurality of oxide groups are bonded to one carbon monolith. However, the present invention is not limited to this, and may be a form having only one kind of oxide group or a form having any two or more kinds.
As shown in Chemical Formula 3, the carbon monolith used in the present invention has an oxide group as a residue in the carbon compound constituting the carbon monolith.
（多孔質体）
上記カラム充填剤における多孔質体の構造は、特に制限されないが、カーボンモノリス形成材が三次元の網目状に連結されて形成されてなる骨格からなり、該骨格は連続した空隙を有するのが好ましい。
これにより、より耐圧性に優れ、通常の粒子充填型カラムと比較して流路径が大きいことで、より高流速の送液が低背圧で可能となり、また表面積が大きくなることでより優れた分離性能が得られるものとなる。
本実施形態においては、図１（ｂ）に示すようにカーボンモノリス形成材が三次元の網目状に連結されて形成されてなる骨格からなり、該骨格は連続した空隙を有するように形成されている。
(Porous body)
The structure of the porous body in the column filler is not particularly limited, but is preferably composed of a skeleton formed by connecting carbon monolith forming materials in a three-dimensional network, and the skeleton preferably has continuous voids. .
As a result, the pressure resistance is superior, and the flow path diameter is larger than that of a normal particle packed column, so that a higher flow rate of liquid can be sent with a lower back pressure and the surface area is larger. Separation performance can be obtained.
In the present embodiment, as shown in FIG. 1 (b), the carbon monolith forming material is composed of a skeleton formed by being connected in a three-dimensional network, and the skeleton is formed to have continuous voids. Yes.
（空隙）
上記カラム充填剤の空隙率は、好ましくは６０〜８０％であり、さらに好ましくは７５〜８０％である。
上記空隙率がこの範囲であると、液体クロマトグラフィーのカラムの充填剤などに用いた場合、より使用時の背圧が低い状態で通液することができるため、高流速で用いることが可能となる。
また、上記骨格の表面における空隙の平均孔径は、好ましくは０．２〜３．５μｍであり、さらに好ましくは０．２〜２μｍであるのが好ましい。
上記空隙の平均孔径がこの範囲であると、液体クロマトグラフィーのカラムの充填剤などに用いた場合、より使用時の背圧が低い状態で通液することができるため、高流速で用いることが可能となる。
(Void)
The porosity of the column filler is preferably 60 to 80%, and more preferably 75 to 80%.
When the porosity is within this range, it can be used at a higher flow rate because it can be passed with a lower back pressure during use when used as a liquid chromatography column packing. Become.
The average pore diameter of the voids on the surface of the skeleton is preferably 0.2 to 3.5 μm, more preferably 0.2 to 2 μm.
When the average pore diameter of the voids is within this range, it can be passed at a lower back pressure during use when used as a packing for a column of liquid chromatography. It becomes possible.
（細孔）
また、上記骨格はその表面にマイクロ孔およびメソ孔が形成されているのが好ましい。後述する製造方法により得られるカーボンモノリスは、その骨格に微細なマイクロ孔を有すると認められる。これは例えばガス吸着測定装置（装置名： BELSORP−max、日本ベル社製）を用い窒素吸着法（Horvath-Kawazoe法）にて測定することで確認することができる。しかし、上記細孔のマイクロ孔径は分布が大きく正確に測定することが困難であるが通常孔径１〜２０Åの範囲内の細孔が形成されていると考えられる。
(pore)
The skeleton preferably has micropores and mesopores formed on the surface thereof. It is recognized that the carbon monolith obtained by the manufacturing method described later has fine micropores in its skeleton. This can be confirmed, for example, by measuring with a nitrogen adsorption method (Horvath-Kawazoe method) using a gas adsorption measurement device (device name: BELSORP-max, manufactured by Nippon Bell Co., Ltd.). However, although the micropore diameter of the pores has a large distribution and is difficult to measure accurately, it is considered that pores having a pore diameter in the range of 1 to 20 mm are usually formed.
（表面積）
本発明のカラム充填剤の表面積は、好ましくは４０〜１５００ｍ２／ｇであり、さらに好ましくは４０〜３５０ｍ２／ｇであり、もっとも好ましくは４０〜１００ｍ２／ｇである。上記表面積がこの範囲であると、化学物質との結合能や後述する酸化還元能等の相互作用がより高くなる。
(Surface area)
The surface area of the column filler of the present invention is preferably 40-1500 m 2 / g, more preferably 40-350 m 2 / g, and most preferably 40-100 m 2 / g. When the surface area is within this range, the interaction with the chemical substance and the interaction such as the oxidation-reduction ability described later become higher.
なお、上記空隙率（％）は、[サンプル質量]／[体積]により求めたバルク密度、およびヘリウムピクノメーター（装置名：Accupyc 1330、Micromeritics社製）を用いてヘリウムピクノメトリー法にて測定した骨格密度を用い、（１−[バルク密度]／[骨格密度]）×１００により算出した。
なお、上記空隙の平均孔径は、水銀圧入測定装置（装置名：Pore Master 60-GT、Quantachrome Instruments社製）を用いて水銀圧入法にて測定した値、
上記表面積はガス吸着測定装置（装置名：BELSORP−max、日本ベル社製）を用い窒素吸着法（t-plot）法にて測定した値を意味する。
The porosity (%) was measured by a helium pycnometry method using a bulk density determined by [sample mass] / [volume] and a helium pycnometer (device name: Accupyc 1330, manufactured by Micromeritics). Using the skeleton density, the calculation was performed by (1- [bulk density] / [skeleton density]) × 100.
The average pore size of the voids is a value measured by a mercury intrusion method using a mercury intrusion measuring device (device name: Pore Master 60-GT, manufactured by Quantachrome Instruments),
The surface area means a value measured by a nitrogen adsorption method (t-plot) method using a gas adsorption measuring device (device name: BELSORP-max, manufactured by Nippon Bell Co., Ltd.).
（その他の成分など）
本発明のカラム充填剤は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で他の成分等を含有してもよい。
他の成分としては、特に制限されず、後述するように有機ポリマー、メゾフェーズピッチ、バイオマス（木材など）などを熱処理して炭素化したものなどを用いることができ、上記多孔質体の細孔等の構造の製造のしやすさなどの観点から、有機ポリマーからなる多孔体を熱処理して炭素化したものを用いるのが好ましい。
また、カーボンモノリスの表面に窒素、ボロン、硫黄、リンなどをドープしてもよく、これらをドープすることで表面に多種の官能基を導入することもできる。
(Other ingredients)
The column filler of the present invention may contain other components and the like without departing from the spirit of the present invention.
The other components are not particularly limited, and can be obtained by carbonizing an organic polymer, mesophase pitch, biomass (wood, etc.) by heat treatment as described later, and the pores of the porous body. From the viewpoint of ease of production of the structure, etc., it is preferable to use a carbonized porous body made of an organic polymer.
Also, the surface of the carbon monolith may be doped with nitrogen, boron, sulfur, phosphorus or the like, and various functional groups can be introduced onto the surface by doping them.
（大きさ・形状）
本発明のカラム充填剤の大きさは、特に制限されず、用途に応じて任意のものを使用することができる。
本発明のカラム充填剤の外部形状は、特に制限されず、用途や後述するカラムの形状や大きさなどに応じて任意のものを使用することができる。本実施形態においては円柱状である。
上記カラム充填剤の成形方法は、特に制限されず、公知の方法により成形することができる。例えば、上記カラム充填剤の製造後に切断等による物理的な方法、金属製のカラム外装容器を型としてカラムの内部で原料から製造する方法などの方法により成形することができる。
(Size / shape)
The size of the column filler of the present invention is not particularly limited, and any column filler can be used depending on the application.
The external shape of the column filler of the present invention is not particularly limited, and any shape can be used according to the application, the shape and size of the column described later, and the like. In this embodiment, it is cylindrical.
The method for forming the column filler is not particularly limited, and can be formed by a known method. For example, it can be formed by a method such as a physical method by cutting or the like after manufacturing the column filler, or a method of manufacturing from a raw material inside a column using a metal column outer container as a mold.
（酸化還元活性）
本発明のカラム充填剤は、酸化還元活性を有する。
これにより、クロマトグラフィー中にカラム内の化学物質の酸化還元反応を行うことが可能な、カラムとして好適に用いることができる。
本発明のカラム充填剤により酸化還元反応が可能な物質としては、金属等の酸化還元性物質（酸化還元される物質）、カテコール、ヒドロキノン等が挙げられる。
上記カラム充填剤の酸化還元活性は、酸化剤や還元剤の通液処理、充填剤に電位を印加することなどにより制御することができる。例えば、酸化剤による処理をした場合にはカラム充填剤が酸化活性を有するようになり、還元剤による処理をした場合にはカラム充填剤が還元反応活性を有するようになる。
上記酸化剤の例としては過酸化水素、過マンガン酸カリウムなどが挙げられ、中でも過酸化水素が好ましく挙げられる。また、上記還元剤の例としては亜硫酸ナトリウム、塩化ヒドロキシルアンモニウムなどが挙げられる。
上記カラム充填剤の酸化還元活性は、また、酸化剤や還元剤の濃度や種類を変えることなどで制御することができ、その制御は可逆的に行うことができる。例えば、還元処理された本発明のカラムを過酸化水素などの酸化剤を含む溶液で処理すると容易に元の状態に回復できる。
また、上記の処理に必要な酸化剤や還元剤の濃度は、PGCカラムの場合よりも低濃度で行うことが可能であるため、上記の酸化還元活性の制御をより確実に行うことができる。
(Redox activity)
The column packing of the present invention has redox activity.
Thereby, it can use suitably as a column which can perform the oxidation reduction reaction of the chemical substance in a column during chromatography.
Examples of the substance capable of redox reaction by the column filler of the present invention include redox substances such as metals (substances to be redox), catechol, hydroquinone and the like.
The oxidation / reduction activity of the column filler can be controlled by, for example, a treatment for passing an oxidizing agent or a reducing agent, or applying a potential to the filler. For example, when the treatment with an oxidizing agent is performed, the column filler has an oxidation activity, and when the treatment with a reducing agent is performed, the column filler has a reduction reaction activity.
Examples of the oxidizing agent include hydrogen peroxide and potassium permanganate. Among them, hydrogen peroxide is preferable. Examples of the reducing agent include sodium sulfite and hydroxylammonium chloride.
The redox activity of the column filler can also be controlled by changing the concentration and type of the oxidizing agent or reducing agent, and the control can be performed reversibly. For example, when the reduced column of the present invention is treated with a solution containing an oxidizing agent such as hydrogen peroxide, the original state can be easily recovered.
Moreover, since the concentration of the oxidizing agent and reducing agent necessary for the above treatment can be performed at a lower concentration than in the case of the PGC column, the above redox activity can be controlled more reliably.
（製造方法：カラム充填剤）
本発明のカラム充填剤の製造方法は、特に制限されないが、例えば、有機ポリマーを熱処理により炭素化する等の方法により製造できる。
その中でも、上記カラム充填剤における上記表面積、空隙率、空隙の平均孔径、及び細孔の細孔径を制御する観点から、J. Hasegawaら著、Macromolecules、2009、 42、 1270-1277ページ、J. Hasegawaら著、Comptes Rendus Chimie、 2010、 13、 207-211ページ、G. Hasegawaら著、CARBON, 2010、 48, 1757-1766ページ、G. Hasegawaら著、Materials Letters, 2012、 76, 1-4ページなどに記載されるように、スピノーダル分解型の相分離を伴う重合反応を用いて製造される、細孔径や細孔容積が制御されたマクロ多孔性架橋高分子ゲルを、不活性雰囲気下で熱処理することで直接炭素化しカーボンモノリスを得る方法など、を用いて製造することが好ましい。
以下、上記製造方法の一例を説明する。
まず、上述のマクロ多孔性架橋高分子ゲルとして、レゾルシノール−ホルムアルデヒド(RF)ゲルを用いる場合、マクロ孔を有する３次元モノリス構造ゲルは以下のように製造することができる。
レゾルシノール（Resorcinol)を塩化鉄水溶液／エタノールの混合液に溶解させ、一様な溶液としたのち、氷冷下でホルムアルデヒド水溶液（35 wt.%）を加え、30〜40℃、24〜48時間の条件で処理し、湿潤ゲルを得ることができる。得られた湿潤ゲルを60〜80℃、24〜72時間乾燥させ、乾燥状態の鉄含有レゾルシノール−ホルムアルデヒドゲル（RFゲル）のマクロ孔を有する３次元モノリス構造体を製造することができる。
本発明で用いられる上記カーボンモノリス多孔質体の上記表面積、空隙率、空隙の平均孔径、及び細孔の細孔径の制御は、上記RFゲルの３次元モノリス構造を重合反応条件などで制御することにより行うことができる。
次に、得られた上記鉄含有RF多孔質ゲルを、800〜1500℃、2〜10時間の条件で処理することにより、鉄の触媒炭素化によりグラファイト化されたカーボンモノリスを得ることができる。その後、塩酸／エタノール溶液での洗浄により、カーボンモノリス中に含まれる鉄を除去し、カーボンモノリスを得ることができる。
また、上記RFゲルの作製過程において、塩化鉄水溶液／エタノールの代わりに塩酸水溶液／エタノールを用い、マクロ孔を有するRFゲルを作製し、これを800〜1600℃、2〜10時間の条件で処理することによってもカーボンモノリスを得ることができる。
また、上述のマクロ多孔性架橋高分子ゲルとして、ポリ（ジビニルベンゼン）(PDVB)を用い、マクロ孔を有する３次元モノリス構造ゲルを以下のように製造し、カーボンモノリス多孔質体を製造することもできる。
まず、ジビニルベンゼン（Divinylbenzene、 DVB)及び1,3,5-トリメチルベンゼン（1,3,5-trimethylbenzene、 TMB)の混合液に、ポリジメチルシロキサン（Polydimethylsiloxane、 PDMS）を均質化させるために撹拌し、超音波処理により脱気処理をし、該溶液に2,2’-azobis(isobutyronitrile) (AIBN)を加え、窒素を供給した後、Ethyl-2-methyl-2-butyltellanyl propionate（BTEE）をリビングラジカル重合のプロモーターとして添加しリビングラジカル重合を行い、重合反応後に得られる溶液を、60〜120℃、12〜48時間の条件で加熱処理を行い、湿潤ゲルを得ることができる。得られた湿潤ゲルをテトラヒドロフラン（THF）で洗浄し、乾燥状態のポリ（ジビニルベンゼン）(PDVB)のマクロ孔を有する３次元モノリス構造体を製造することができる。
本発明で用いられる上記カーボンモノリス多孔質体の上記表面積、空隙率、空隙の平均孔径、及び細孔の細孔径の制御は、上記PDVBの３次元モノリス構造の重合反応条件などを制御することで行うことができる。
化４を参照しながら、上記PDVBゲルにおいての炭素化処理を説明する。
次に、得られた上記PDVB製の３次元モノリス構造体を、濃硫酸で、40〜120℃、12〜24時間の条件で処理することによるスルホン化処理を行う。（化４（a））
上記スルホン化処理を行うことにより、熱処理による炭素化した際の３次元ネットワーク構造の萎縮や重量減少を、抑制することができ、より正確に上記表面積、空隙率、空隙の平均孔径、及び細孔の細孔径の制御が可能となる。これは、300℃付近で、隣接する芳香環がスルホン基で架橋され（化４（ｂ））、さらに、500℃付近で芳香属環構造が形成され（化４（ｃ））、600〜800℃で、芳香環構造の伸長が起こることにより、よりスムーズに炭素化が進行するためであると考えられる。
上記スルホン化処理後、600〜800℃で、2時間、不活性雰囲気下で加熱処理を行い、本発明のカラム充填剤としてのカーボンモノリス多孔質体を得る（化４（d））。
The method for producing the column filler of the present invention is not particularly limited, and for example, it can be produced by a method such as carbonization of an organic polymer by heat treatment.
Among them, J. Hasegawa et al., Macromolecules, 2009, 42, 1270-1277, J. H., from the viewpoint of controlling the surface area, porosity, average pore diameter of pores, and pore diameter of pores in the column filler. Hasegawa et al., Comptes Rendus Chimie, 2010, 13, 207-211, G. Hasegawa et al., CARBON, 2010, 48, 1757-1766, G. Hasegawa et al., Materials Letters, 2012, 76, 1-4 As described in the page, etc., a macroporous crosslinked polymer gel with controlled pore diameter and pore volume produced using a polymerization reaction involving spinodal decomposition type phase separation is produced under an inert atmosphere. It is preferable to produce the carbon monolith by directly carbonizing by heat treatment.
Hereinafter, an example of the manufacturing method will be described.
First, when resorcinol-formaldehyde (RF) gel is used as the above-mentioned macroporous crosslinked polymer gel, a three-dimensional monolith structure gel having macropores can be produced as follows.
Resorcinol is dissolved in an iron chloride aqueous solution / ethanol mixture to make a uniform solution, and then an aqueous formaldehyde solution (35 wt.%) Is added under ice-cooling, at 30 to 40 ° C. for 24 to 48 hours. It can be processed under conditions to obtain a wet gel. The obtained wet gel can be dried at 60 to 80 ° C. for 24 to 72 hours to produce a three-dimensional monolith structure having macropores of a dried iron-containing resorcinol-formaldehyde gel (RF gel).
Control of the surface area, porosity, average pore size of pores, and pore size of pores of the carbon monolith porous material used in the present invention is to control the three-dimensional monolith structure of the RF gel by polymerization reaction conditions and the like. Can be performed.
Next, a carbon monolith graphitized by catalytic carbonization of iron can be obtained by treating the obtained iron-containing RF porous gel under conditions of 800 to 1500 ° C. and 2 to 10 hours. Thereafter, the iron contained in the carbon monolith is removed by washing with a hydrochloric acid / ethanol solution, whereby the carbon monolith can be obtained.
In addition, in the RF gel preparation process, using a hydrochloric acid aqueous solution / ethanol instead of an iron chloride aqueous solution / ethanol, an RF gel having macropores was prepared and treated under conditions of 800 to 1600 ° C. for 2 to 10 hours. By doing so, a carbon monolith can be obtained.
In addition, a poly (divinylbenzene) (PDVB) is used as the macroporous crosslinked polymer gel described above, and a three-dimensional monolith structure gel having macropores is produced as follows to produce a carbon monolith porous body. You can also.
First, a mixture of divinylbenzene (DVB) and 1,3,5-trimethylbenzene (1,3,5-trimethylbenzene, TMB) is stirred to homogenize polydimethylsiloxane (PDMS). Degassing by sonication, adding 2,2'-azobis (isobutyronitrile) (AIBN) to the solution, supplying nitrogen, then living Ethyl-2-methyl-2-butyltellanyl propionate (BTEE) It can be added as a promoter for radical polymerization to perform living radical polymerization, and a solution obtained after the polymerization reaction can be heat-treated at 60 to 120 ° C. for 12 to 48 hours to obtain a wet gel. The obtained wet gel can be washed with tetrahydrofuran (THF) to produce a three-dimensional monolith structure having macropores of dried poly (divinylbenzene) (PDVB).
The surface area, porosity, average pore diameter of pores, and pore diameter of the pores of the carbon monolith porous body used in the present invention are controlled by controlling the polymerization reaction conditions of the three-dimensional monolith structure of the PDVB. It can be carried out.
The carbonization process in the PDVB gel will be described with reference to Chemical Formula 4.
Next, the obtained PDVB three-dimensional monolith structure is subjected to sulfonation treatment with concentrated sulfuric acid at 40 to 120 ° C. for 12 to 24 hours. (Chemical 4 (a))
By performing the sulfonation treatment, it is possible to suppress the shrinkage and weight loss of the three-dimensional network structure when carbonized by heat treatment, and more accurately the surface area, porosity, average pore diameter of pores, and pores. The pore diameter can be controlled. In the vicinity of 300 ° C., an adjacent aromatic ring is bridged with a sulfone group (Chemical Formula 4 (b)), and further, an aromatic ring structure is formed in the vicinity of 500 ° C. (Chemical Formula 4 (c)). This is probably because the carbonization proceeds more smoothly due to the elongation of the aromatic ring structure at 0 ° C.
After the sulfonation treatment, heat treatment is performed in an inert atmosphere at 600 to 800 ° C. for 2 hours to obtain a carbon monolith porous body as the column filler of the present invention (Chemical Formula 4 (d)).
（使用方法・用途：カラム充填剤）
本発明のカラム充填剤は、カラムに充填（装着）することで、クロマトグラフィーのカラムとし、後述するようなクロマトグラフィーに用いることができる。
なお、カラムへの充填方法や、上記カラム充填剤を充填したカラムの使用方法については後述する。
本発明のカラム充填剤は、化学物質の上記カラム充填剤への吸着に基づくクロマトグラフィー（吸着クロマトグラフィーと呼ぶこともある）のカラムの充填剤として用いることができる。
また、本発明のカラム充填剤は、酸化還元反応活性を有することから、カラム内で酸化還元反応を行うクロマトグラフィーの充填剤として好適に用いることができる。
また、本発明のカラム充填剤は、上記カラム充填剤がモノリス構造であり高流速でも背圧が低い特徴を有することから、HPLCなどの高圧、高速のクロマトグラフィーに好適に用いることができる。
また、本発明のカラム充填剤は、耐熱性やすぐれた化学的安定性を有することから高温条件のクロマトグラフィー、低pH、高pH、有機溶媒を使用するクロマトグラフィーに好適に用いることができる。
また、本発明のカラム充填剤は、上述の特徴を有することから、後述する本発明のカラムシステムに好適に用いることができる。
(Usage / use: column packing)
The column packing material of the present invention can be used for chromatography as described later by filling (attaching) the column into a chromatography column.
In addition, the packing method to a column and the usage method of the column filled with the said column filler are mentioned later.
The column packing of the present invention can be used as a packing for a column of chromatography (sometimes referred to as adsorption chromatography) based on adsorption of a chemical substance onto the column packing.
In addition, since the column packing material of the present invention has redox reaction activity, it can be suitably used as a packing material for chromatography that performs redox reaction in the column.
The column packing of the present invention can be suitably used for high-pressure and high-speed chromatography such as HPLC because the column packing has a monolithic structure and has a low back pressure even at a high flow rate.
Further, the column packing material of the present invention can be suitably used for chromatography under high temperature conditions, low pH, high pH, and chromatography using an organic solvent because it has heat resistance and excellent chemical stability.
Moreover, since the column filler of this invention has the above-mentioned characteristic, it can be used suitably for the column system of this invention mentioned later.
次に、本発明のカラムについて詳述する。
＜カラム＞
本発明のカラムは、上記カラム充填剤を具備してなるものである。
上記カラムの具体的な例としては、液体クロマトグラフィーなどで用いられる金属、樹脂、ガラスなどの材料で製造された耐圧性を有する外装容器に上記カラム充填剤を装着し通液可能になされているものが挙げられる。上記カラムの他の例としては、キャピラリーカラム、遠心機や真空装置などにより通液するスピンカラム、マルチウェルプレートタイプのカラムなどに上記カラム充填剤を備えたものなどが挙げられる。
上記カラムの形状、大きさ、形成材料などは、特に限定されず、用途などに応じて任意のものを用いることができるが、HPLCなどで用いる場合には、上記外装容器が耐圧性や耐化学薬品性を有する材料で形成されているのが好ましい。
本発明のカラムにおけるその他の構成要素については、特に制限されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、他の要素を加えて構成してもよい。そのようなものの例としては、上記カラム充填剤の側面を被覆する被覆材、カラム充填剤の上面に設けられるフィルター、通液孔、クロマトグラフィー配管との結合部品などが挙げられる。
本実施形態においては、円柱状で上面及び底面に通液孔が設けられている市販のカラム外装容器（商品名：RCM 8X10 CARTRIDGE HOLDER、Waters社製）に、上述の本発明のカラム充填剤（円柱状、直径４．６ｍｍ×長さ８３ｍｍ）を装着したものである。
本発明のカラムは、公知のカラム製造方法により製造することができる。
Next, the column of the present invention will be described in detail.
<Column>
The column of the present invention comprises the above column filler.
As a specific example of the column, the column filler is attached to a pressure-resistant outer container made of a material such as a metal, resin, or glass used in liquid chromatography or the like so that liquid can pass therethrough. Things. Other examples of the column include a capillary column, a spin column that passes through a centrifuge, a vacuum device, or the like, a multiwell plate type column that includes the column filler, and the like.
The shape, size, forming material, and the like of the column are not particularly limited, and any column can be used depending on the application. However, when used in HPLC, the outer container is resistant to pressure and chemicals. It is preferably made of a material having chemical properties.
Other components in the column of the present invention are not particularly limited, and other components may be added without departing from the gist of the present invention. Examples of such a material include a covering material that covers the side surface of the column packing material, a filter provided on the upper surface of the column packing material, a liquid passage hole, and a connecting part with a chromatographic pipe.
In the present embodiment, the above-mentioned column packing material of the present invention is added to a commercially available column outer container (trade name: RCM 8X10 CARTRIDGE HOLDER, manufactured by Waters Co., Ltd.) that is cylindrical and has liquid passage holes on the top and bottom surfaces. A cylindrical shape with a diameter of 4.6 mm and a length of 83 mm) is mounted.
The column of the present invention can be produced by a known column production method.
（使用方法・用途：カラム）
本発明のカラムは、上述の吸着クロマトグラフィーに用いることができ、その他にも、逆相クロマトグラフィー、逆相分配クロマトグラフィー（イオン対クロマトグラフィー）、順相クロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、疎水クロマトグラフィー、電気化学クロマトグラフィー(EMLC)、超臨海流体クロマトグラフィーなどのクロマトグラフィーに用いることができる。
また、本発明のカラムは、上記カラム充填剤がモノリス構造であり高流速でも背圧が低い特徴を有することから、HPLCなどの高圧、高速のクロマトグラフィーに好適に用いることができる。
また、本発明のカラムは、酸化還元活性を有するため、カラム内で酸化還元反応を行うクロマトグラフィーに好適に用いることができる。
また、本発明のカラムは、上記カラム充填剤が耐熱性にすぐれ且つ化学的安定性を有することから、高温条件のクロマトグラフィー、低pH、高pH、有機溶媒を使用するクロマトグラフィーに好適に用いることができる。
本発明のカラムの使用方法については、例えば、吸着クロマトグラフィーに用いる場合は、通常の吸着クロマトグラフィーにおける公知の方法により行うことができる。
また、カラム内で化学物質の酸化還元処理を行うクロマトグラフィーに用いる場合は、上述したような酸化剤や還元剤などによる処理を行ったカラムに、対象試料を導入することなどにより、試料の酸化還元反応を行うことができる。
本発明のカラムの対象試料は、特に制限はないが、本発明のカラムが酸化還元活性を有することから、金属をはじめとする酸化還元性物質（酸化還元されうる物質）などが好ましい。
本発明のカラムは、後述する本発明のカラムシステムのように、種類が異なるカラムと組み合わせて用いることもできる。
(Usage / Application: Column)
The column of the present invention can be used for the above-mentioned adsorption chromatography, and in addition, reverse phase chromatography, reverse phase partition chromatography (ion pair chromatography), normal phase chromatography, ion exchange chromatography, hydrophobic chromatography. It can be used for chromatography such as chromatography, electrochemical chromatography (EMLC), and supercritical fluid chromatography.
In addition, the column of the present invention can be suitably used for high-pressure and high-speed chromatography such as HPLC because the column filler has a monolithic structure and has a low back pressure even at a high flow rate.
Moreover, since the column of this invention has redox activity, it can be used suitably for the chromatography which performs a redox reaction in a column.
In addition, the column of the present invention is preferably used for chromatography under high temperature conditions, low pH, high pH, and an organic solvent because the column packing material has excellent heat resistance and chemical stability. be able to.
About the usage method of the column of this invention, when using for adsorption chromatography, it can carry out by the well-known method in normal adsorption chromatography, for example.
In addition, when used for chromatography that performs redox treatment of chemical substances in the column, the sample is oxidized by introducing the target sample into the column that has been treated with the oxidizing agent or reducing agent as described above. A reduction reaction can be performed.
The target sample of the column of the present invention is not particularly limited. However, since the column of the present invention has redox activity, redox substances (substances that can be redox) such as metals are preferable.
The column of the present invention can be used in combination with different types of columns as in the column system of the present invention described later.
＜カラムシステム＞
本発明のカラムシステムは、複数の性質の異なるカラムを連結して構成されたカラムシステムであって、少なくとも一つの酸化還元反応性を有しない無反応性カラムと、上記本発明のカラムとを連結してなる。
このような構成を有することにより、単独のカラムで分離が困難な化学物質を、本発明のカラムを用いて酸化還元反応により化学種を変換させることで、カラム内の移動速度を変化させ、それらの物質を分離することを可能にするものである。また、本発明のカラムシステムは、上記本発明のカラムを用いているため、通常のカラムを連結した場合に比して、より耐圧性が高く、化学的安定性が高くなる。
上記無反応性カラムは、酸化還元反応性を有しないものであれば、特に制限なく、各種クロマトグラフィーカラム用いることができる。
本発明のカラムシステムの好ましい具体例をとして、本発明のカラムを２つのODSカラム（無反応性カラム）の中間に備えてなるカラムシステムを例として、以下に説明する。
実施例で用いたモデル試料としてのCo(II)-EDTA錯体、Cu(II)-EDTA錯体およびFe(III)-EDTA錯体の混合物は、ODSカラム単独で分離した場合、後述する比較例１（図６（ａ））に見られるようにFe(III)-EDTA錯体と、Co(II)-EDTA錯体及びCu(II)-EDTA錯体の混合物と、に分離され、Co(II)-EDTA錯体とCu(II)-EDTA錯体とを分離することが困難である。
本発明のカラムシステムを用いた場合は、図８に示すようにモデル試料におけるCo-EDTA錯体は前段のODSカラム内をCo(II)-EDTA錯体として移動するが、本発明のカラム内で酸化されてCo(III)-EDTA錯体に変換され、後段のODSカラム内をCo(III)-EDTA錯体として移動することになる。
これにより、Co-EDTA錯体の移動速度が前段のODSカラムと後段のODSカラムで変化するので、Co-EDTA錯体をFe(III)-EDTA錯体とCu(II)-EDTA錯体の間に溶出させることができ、これらを分離することができる。
<Column system>
The column system of the present invention is a column system configured by connecting a plurality of columns having different properties, and connects at least one non-reactive column having no redox reactivity and the above-described column of the present invention. Do it.
By having such a configuration, chemical substances that are difficult to separate in a single column are converted by chemical reduction by oxidation-reduction reaction using the column of the present invention, thereby changing the moving speed in the column. It is possible to separate the substances. In addition, since the column system of the present invention uses the above-described column of the present invention, the pressure resistance is higher and the chemical stability is higher than when ordinary columns are connected.
Any non-reactive column can be used without particular limitation as long as it has no redox reactivity.
As a preferred specific example of the column system of the present invention, a column system comprising the column of the present invention in the middle of two ODS columns (non-reactive columns) will be described below as an example.
When the mixture of the Co (II) -EDTA complex, Cu (II) -EDTA complex and Fe (III) -EDTA complex as model samples used in the Examples was separated by the ODS column alone, Comparative Example 1 (described later) As shown in FIG. 6 (a)), the Fe (III) -EDTA complex and a mixture of Co (II) -EDTA complex and Cu (II) -EDTA complex were separated into Co (II) -EDTA complex. And Cu (II) -EDTA complex are difficult to separate.
When the column system of the present invention is used, as shown in FIG. 8, the Co-EDTA complex in the model sample moves as a Co (II) -EDTA complex in the preceding ODS column, but is oxidized in the column of the present invention. Then, it is converted into a Co (III) -EDTA complex, and moves in the latter ODS column as a Co (III) -EDTA complex.
As a result, the transfer rate of the Co-EDTA complex changes between the ODS column at the front stage and the ODS column at the rear stage, so that the Co-EDTA complex is eluted between the Fe (III) -EDTA complex and the Cu (II) -EDTA complex. Can be separated.
（製造方法：カラムシステム）
本発明のカラムシステムは、例えば、カラムを市販の部品などを用いて連結させるなど、公知の方法により製造することができる。
(Manufacturing method: Column system)
The column system of the present invention can be manufactured by a known method, for example, by connecting the columns using commercially available parts.
（使用方法・用途：カラムシステム）
本発明のカラムシステムは、通常のクロマトグラフィーカラムと同様に、クロマトグラフィーシステムなどに連結して使用することができる。
本発明のカラムシステムは、単独のクロマトグラフィーカラムで分離が困難な化学物質を分離するクロマトグラフィーに適用することができ、特に、同じ電荷をもつ金属錯体などの、分離が困難であって酸化還元されうる物質に対して好適に用いることができる。
(Usage / Application: Column system)
The column system of the present invention can be used by being connected to a chromatography system or the like in the same manner as a normal chromatography column.
The column system of the present invention can be applied to chromatography that separates chemical substances that are difficult to separate with a single chromatography column, and is particularly difficult to separate, such as metal complexes having the same charge, and redox. It can be suitably used for substances that can be used.
本発明は上述した実施形態に何ら制限されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
例えば本発明のカラムシステムは、二次元オンライン酸化還元化学種変換高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）に適用することができる。また、上記カーボンモノリスをＥＭＬＣの固定相兼作用電極として使用すれば、上述した従来のＰＧＣを用いたＥＭＬＣにおける問題点を解消することができ、高分解性能のカラムを提供することができる。
The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, the column system of the present invention can be applied to two-dimensional online redox species conversion high performance liquid chromatography (HPLC). Moreover, if the carbon monolith is used as a stationary phase and working electrode of EMLC, the above-mentioned problems in EMLC using conventional PGC can be solved, and a column with high resolution performance can be provided.
以下、本発明について実施例及び比較例を示してさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに何ら制限されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not restrict | limited at all to these.
〔実施例１〕本発明のカラムによる、1mM Co(II)-EDTA錯体及びモデル試料の分離
本発明のカラムを用いて、モデル試料の分離を行った。
[Example 1] Separation of 1 mM Co (II) -EDTA complex and model sample by the column of the present invention The model sample was separated using the column of the present invention.
（カラム充填剤の製造）
本発明のカラム充填剤は、上述のマクロ多孔性架橋高分子ゲルとして、レゾルシノール−ホルムアルデヒド(RF)ゲルからなるマクロ孔を有する３次元モノリス構造体を、スピノーダル分解を伴う重合反応により合成し、スルホン化処理を行った後、加熱処理により直接炭素化することで製造した。
まず、3.3ｇのレゾルシノール（Resorcinol)および0.81ｇの塩化鉄6水和物を9.0ｍＬの蒸留水・4.65ｍＬのエタノール混合液に溶解させ、一様な溶液としたのち、氷冷下で、4.5ｍＬのホルムアルデヒド水溶液（35wt.%）を加え、5分間攪拌した。この溶液を30℃の水浴中で10分間攪拌したのち、内径８ｍｍのガラス管に移し、30℃の水浴中、48時間の条件で処理し、湿潤ゲルを得た。得られた湿潤ゲルを80℃、72時間乾燥させ、乾燥状態の鉄含有レゾルシノール−ホルムアルデヒドゲル（RFゲル）のマクロ孔を有する３次元モノリス構造体を得た。
次に、得られた上記鉄含有RF多孔質ゲルを、管状炉中でアルゴンガス気流中（１Ｌ／ｍｉｎ）、1500℃、5時間の条件で加熱処理することにより、鉄・カーボン複合体モノリスを得た。その後、1Ｍ塩酸／エタノール溶液で60℃、12時間の洗浄を3回繰り返すことにより、カーボンモノリス中に含まれる鉄を除去し、さらにエタノールで洗浄したのち、60℃、24時間乾燥させることで本発明のカラム充填剤（カーボンモノリス）を得た。
得られた本発明のカラム充填剤は、
円柱状で内径４．６ｍｍ、高さ８３ｍｍ
上記骨格における空隙率：７５％
上記骨格の表面積：１００ｍ２／ｇ
上記骨格の表面における空隙の平均孔径：およそ1.5μｍ、
上記細孔のマイクロ孔径：
およそ6Å
であった。
また、本発明のカラム充填剤としてカーボンモノリスの化学構造は、化１に示す構造であった。また、正確に確認はできていないものの、後述する酸化還元特性と上述の原料及び製造方法から、その表面にはカルボキシル基、カルボニル基、ヒドロキシ基などが存在していると考えられる。
なお、上記空隙率（％）は、[サンプル質量]／[体積]により求めたバルク密度、およびヘリウムピクノメーター（装置名Accupyc 1330、Micromeritics社製）を用いてヘリウムピクノメトリー法にて測定した骨格密度を用い、（１−[バルク密度]／[骨格密度]）×１００により算出した。
なお、上記空隙の平均孔径は、水銀圧入測定装置（装置名Quantachrome Instruments、Pore Master 60-GT社製）を用い水銀圧入法にて測定した値であり、
上記表面積はガス吸着測定装置（装置名BELSORP−max、日本ベル社製）を用い窒素吸着法（t-plot）法により算出した値である。
また、上記細孔のマイクロ孔径はガス吸着測定装置（装置名BELSORP−max、日本ベル社製）を用い窒素吸着法（Horvath-Kawazoe法）にて測定した値でありその結果を図２に示す。
(Manufacture of column packing material)
The column filler of the present invention comprises a three-dimensional monolith structure having macropores made of resorcinol-formaldehyde (RF) gel as a macroporous crosslinked polymer gel described above, synthesized by a polymerization reaction accompanied by spinodal decomposition, After performing the chemical treatment, it was produced by direct carbonization by heat treatment.
First, 3.3 g of Resorcinol and 0.81 g of iron chloride hexahydrate were dissolved in 9.0 mL of distilled water and 4.65 mL of ethanol to obtain a uniform solution. mL of aqueous formaldehyde solution (35 wt.%) was added and stirred for 5 minutes. This solution was stirred in a 30 ° C. water bath for 10 minutes, then transferred to a glass tube having an inner diameter of 8 mm, and treated in a 30 ° C. water bath for 48 hours to obtain a wet gel. The obtained wet gel was dried at 80 ° C. for 72 hours to obtain a three-dimensional monolith structure having macropores of a dried iron-containing resorcinol-formaldehyde gel (RF gel).
Next, the obtained iron-containing RF porous gel is heat-treated in a tube furnace in an argon gas stream (1 L / min) at 1500 ° C. for 5 hours to obtain an iron / carbon composite monolith. Obtained. Then, the iron contained in the carbon monolith was removed by repeating the washing with 1M hydrochloric acid / ethanol solution at 60 ° C for 12 hours three times to remove the iron contained in the carbon monolith, followed by washing with ethanol and drying at 60 ° C for 24 hours. An inventive column filler (carbon monolith) was obtained.
The column filler of the present invention obtained is
Cylindrical shape with an inner diameter of 4.6 mm and a height of 83 mm
Porosity in the skeleton: 75%
Surface area of the skeleton: 100 m 2 / g
Average pore diameter of voids on the surface of the skeleton: about 1.5 μm,
Micropore diameter of the pores:
About 6cm
Met.
Further, the chemical structure of the carbon monolith as the column filler of the present invention was the structure shown in Chemical Formula 1. Moreover, although it has not been confirmed accurately, it is considered that a carboxyl group, a carbonyl group, a hydroxy group, and the like are present on the surface from the redox characteristics described later and the above-described raw materials and production method.
The porosity (%) is the bulk density obtained by [sample mass] / [volume] and the skeleton measured by helium pycnometry using a helium pycnometer (device name Accupyc 1330, manufactured by Micromeritics). Using the density, calculation was performed by (1- [bulk density] / [skeleton density]) × 100.
The average pore diameter of the voids is a value measured by a mercury intrusion method using a mercury intrusion measuring device (device name Quantachrome Instruments, manufactured by Pore Master 60-GT)
The surface area is a value calculated by a nitrogen adsorption method (t-plot) method using a gas adsorption measurement device (device name BELSORP-max, manufactured by Nippon Bell Co., Ltd.).
Moreover, the micropore diameter of the above-mentioned pores is a value measured by a nitrogen adsorption method (Horvath-Kawazoe method) using a gas adsorption measuring device (device name BELSORP-max, manufactured by Bell Japan), and the result is shown in FIG. .
（カラムの製造）
本発明のカラムは、図３（ａ）に示すように、上記カーボンモノリスを円柱状の直径４．６ｍｍ×長さ８３ｍｍに成形し、カーボンモノリスの両端に、テフロン（登録商標）(PTFE)フィルター（商品名：PF100、ADVANTEC社製）をはさみ、PTFEエンドフィッティングを取り付け、熱収縮チューブ（商品名：FEP-050、ハギテック社製）で全体を覆い、１２０℃、１０分間処理することで固定した。これを図３（ｂ）に示すように、ポリカーボネート(PC)のパイプに入れ、主剤としてEPICLON 850（DIC株式会社製）を１０ｇ、硬化剤としてEPICLON B-570-H（DIC株式会社製）を９ｇ、開始剤としてN,N-Dimethylbenzylamine（東京化成工業株式会社製）を０．１ｍＬの割合で加えた混合液をPCパイプ中の隙間に流し入れ、１２０℃、３０分間処理することで混合液を硬化させた。これを市販のカラム外装容器（商品名：RCM 8X10 CARTRIDGE HOLDER、Waters社製）に装着して、本発明のカラムを得た。
なお、本発明のカラムは、Pressure Relief Plug (型番：RCM 8x10、 Waters社製)を用いてHPLCシステムに取り付けた。
(Manufacture of columns)
As shown in FIG. 3 (a), the column of the present invention is formed by molding the carbon monolith into a cylindrical diameter of 4.6 mm × length of 83 mm, and a Teflon (registered trademark) (PTFE) filter at both ends of the carbon monolith. (Product name: PF100, manufactured by ADVANTEC) was attached, PTFE end fitting was attached, the whole was covered with a heat shrinkable tube (product name: FEP-050, manufactured by Hagitec), and fixed by treating at 120 ° C for 10 minutes. . As shown in Fig. 3 (b), put in a polycarbonate (PC) pipe, 10g EPICLON 850 (DIC Corporation) as the main agent, EPICLON B-570-H (DIC Corporation) as the curing agent. 9 g, N, N-Dimethylbenzylamine (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) as an initiator at a rate of 0.1 mL is poured into a gap in the PC pipe and treated at 120 ° C. for 30 minutes. Cured. This was attached to a commercially available column outer container (trade name: RCM 8X10 CARTRIDGE HOLDER, manufactured by Waters) to obtain the column of the present invention.
The column of the present invention was attached to the HPLC system using a Pressure Relief Plug (model number: RCM 8x10, manufactured by Waters).
（試薬）
本実施例におけるHPLC測定で用いた試薬は、以下のとおりである。
アセトニトリルは関東化学社製の高速液体クロマトグラフィー用を使用した。
Ethylenediamine-N,N,N',N'-tetraacetic acid, disodium salt, dehydrate (2NA(EDTA・2Na))、Co(II)-EDTA錯体、Cu(II)-EDTA錯体およびFe(III)-EDTA錯体は同仁化学研究所社製のものを用いた。酢酸、酢酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、テトラブチルアンモニウムクロリド(TBACl)、酢酸コバルト(II)四水和物、酢酸ナトリウム三水和物、35%過酸化水素水および活性炭は関東化学社製のものを使用した。
HPLC測定の移動相として、濃度4.6mMのTBAClおよび濃度50mM酢酸緩衝液(pH=5.0)を含む、濃度2%(w/v)アセトニトリル-水混合溶媒を調整した。上記移動相は、使用する前に孔径0.20μmのメンブランフィルター(型名：JGWP04700、MILLIPORE社製)を用いて吸引濾過し、その後よく脱気したものを使用した。
なお、使用した水はすべて日本ミリポア社製Direct-Qシステムにより精製した超純水を使用した。
(reagent)
The reagents used in the HPLC measurement in this example are as follows.
Acetonitrile was used for high performance liquid chromatography manufactured by Kanto Chemical.
Ethylenediamine-N, N, N ', N'-tetraacetic acid, disodium salt, dehydrate (2NA (EDTA ・ 2Na)), Co (II) -EDTA complex, Cu (II) -EDTA complex and Fe (III) -EDTA A complex manufactured by Dojindo Laboratories was used. Acetic acid, sodium acetate, sodium sulfite, tetrabutylammonium chloride (TBACl), cobalt acetate (II) tetrahydrate, sodium acetate trihydrate, 35% hydrogen peroxide solution and activated carbon used are manufactured by Kanto Chemical Co., Inc. did.
As a mobile phase for HPLC measurement, a 2% (w / v) acetonitrile-water mixed solvent containing 4.6 mM TBACl and 50 mM acetate buffer (pH = 5.0) was prepared. Prior to use, the mobile phase was subjected to suction filtration using a membrane filter (type name: JGWP04700, manufactured by MILLIPORE) having a pore diameter of 0.20 μm, and then used after degassing well.
All the water used was ultrapure water purified by the Japan Millipore Direct-Q system.
（HPLC測定装置）
HPLCに用いた装置は、島津製作所社製の脱気装置（商品名：オンラインデガッサ、型名：DGU-20A3)、送液ポンプ（商品名：送液ユニット、型名：LC-20AD）、インジェクター（商品名：オートサンプラ、型名：SIL-20AC)、カラムオーブン(商品名：カラムオーブン、型名：CTO-20AC)、フォトダイオードアレイ検出器（商品名：フォトダイオードアレイ検出器、型名：SPD-M20A)、およびシステムコントローラ(商品名：システムコントローラ、型名：CBM-20A（図示せず）)から構成される。システムの詳細を図４に示す。
なお、データ解析は島津製作所社製のソフトウェア(商品名：LabSolutions LC、Ver5.54)を用いて行った。
(HPLC measuring device)
The equipment used for HPLC was a deaerator (trade name: online degasser, model name: DGU-20A3), liquid pump (product name: liquid transport unit, model name: LC-20AD), injector manufactured by Shimadzu Corporation (Product name: Autosampler, Model name: SIL-20AC), Column oven (Product name: Column oven, Model name: CTO-20AC), Photodiode array detector (Product name: Photodiode array detector, Model name: SPD-M20A) and a system controller (trade name: system controller, model name: CBM-20A (not shown)). Details of the system are shown in FIG.
Data analysis was performed using software (trade name: LabSolutions LC, Ver5.54) manufactured by Shimadzu Corporation.
（HPLC測定:Co(II)-EDTA錯体）
本発明のカラムの酸化還元活性を調べるため、測定試料として濃度1mMのCo(II)-EDTA錯体を用いてHPLC測定を行いカラムからの溶出液におけるUV吸収スペクトルデータをフォトダイオードアレイ検出器により取得した。
得られた結果を図５（ｄ）に示す。
HPLC条件：
試料投入量：10μL
カラム：本発明のカラム(内径：4.6mm、カラム長：83mm)
カラム温度：４０℃
移動相：濃度4.6mMのTBAClおよび濃度50mM酢酸緩衝液(pH=5.0)を含む、濃度2%(w/v)アセトニトリル-水混合溶媒
流速：0.5ｍＬ／ｍｉｎ
検出波長：190〜800nm
(HPLC measurement: Co (II) -EDTA complex)
In order to investigate the redox activity of the column of the present invention, HPLC measurement was performed using a Co (II) -EDTA complex with a concentration of 1 mM as a measurement sample, and UV absorption spectrum data in the eluate from the column was obtained with a photodiode array detector. did.
The obtained result is shown in FIG.
HPLC conditions:
Sample input: 10 μL
Column: Column of the present invention (inner diameter: 4.6 mm, column length: 83 mm)
Column temperature: 40 ° C
Mobile phase: Concentration 2% (w / v) acetonitrile-water mixed solvent flow rate: 0.5 mL / min containing 4.6 mM TBACl and 50 mM acetate buffer (pH = 5.0)
Detection wavelength: 190-800nm
（HPLC測定:モデル試料）
本発明のカラムの分離特性を調べるため、Co(II)-EDTA錯体、Cu(II)-EDTA錯体およびFe(III)-EDTA錯体をそれぞれ移動相に溶解させ1mMに調整したものをモデル試料としてHPLC測定を行った。
その結果を図６（ｃ）に示す。また、HPLC測定時における送液圧力は1.8MPaであった。（図示せず）
なお、HPLC測定は上記（Co(II)-EDTA錯体のHPLC条件）と同様の条件で行った。
(HPLC measurement: model sample)
In order to investigate the separation characteristics of the column of the present invention, Co (II) -EDTA complex, Cu (II) -EDTA complex and Fe (III) -EDTA complex were dissolved in the mobile phase and adjusted to 1 mM as model samples. HPLC measurement was performed.
The result is shown in FIG. Moreover, the liquid feeding pressure at the time of HPLC measurement was 1.8 MPa. (Not shown)
The HPLC measurement was performed under the same conditions as described above (HPLC conditions for Co (II) -EDTA complex).
〔比較例１〕ODSカラムによる、Co(II)-EDTA錯体、Co(III)-EDTA錯体、及びモデル試料の分離
カラムを市販のODSカラム(商品名：CAPCELL
PAK C18 UG120、粒径3μm、内径：4.6mm、カラム長：100mm、資生堂社製)に変えて、実施例１と同様にして、濃度1mMのCo(II)-EDTA錯体及び濃度1mMのCo(III)-EDTA錯体をそれぞれ単独に用いて、カラムの酸化還元活性を調べるためHPLC測定を行い、カラムから溶出液におけるUV吸収スペクトルデータを得、上記モデル試料を用いてHPLC測定を行った。
Co(II)-EDTA錯体における結果を図５（ａ）、Co(III)-EDTA錯体における結果を図５（ｂ）、モデル試料における結果を図６（ａ）に示す。また、HPLC測定時における送液圧力は3.9MPaであった。（図示せず）
[Comparative Example 1] Separation of Co (II) -EDTA complex, Co (III) -EDTA complex, and model sample by ODS column A commercially available ODS column (trade name: CAPCELL
PAK C18 UG120, particle size 3 μm, inner diameter: 4.6 mm, column length: 100 mm, manufactured by Shiseido Co., Ltd.), and in the same manner as in Example 1, 1 mM Co (II) -EDTA complex and 1 mM Co ( Using III) -EDTA complex alone, HPLC measurement was performed to examine the redox activity of the column, UV absorption spectrum data in the eluate was obtained from the column, and HPLC measurement was performed using the above model sample.
FIG. 5 (a) shows the results for the Co (II) -EDTA complex, FIG. 5 (b) shows the results for the Co (III) -EDTA complex, and FIG. 6 (a) shows the results for the model sample. Moreover, the liquid feeding pressure at the time of HPLC measurement was 3.9 MPa. (Not shown)
（Co(III)-EDTA錯体の調整）
なお、用いた濃度1mMのCo(III)-EDTA錯体は、Co(III)-EDTA錯体は市販されていないため、H. Oginoら、Inorg. Chem.、1989、28、3656ページの記載に従い合成したものを1mMの濃度に上記移動相に溶解させて調整した。
Co(III)-EDTAの合成方法を以下に説明する。
Co(III)-EDTA錯体の合成は、まず、12.9mLの15％過酸化水素水に、12.5gの酢酸コバルト(II)四水和物、10.1gの酢酸ナトリウム三水和物、18.5gの2NA(EDTA・2Na)および4.12gの活性炭を加え、全体が250mLとなるように超純水を加え、1時間攪拌した後、室温で24時間静置した。
次に、２４時間静置後の上記混合液を濾過して混合液内の活性炭を除去し、100℃の油浴で1時間加熱した後、氷浴で1時間冷却した。
最後に、冷却後の該溶液にエタノールを添加し、再結晶化したものを吸引濾過により収集しCo(III)-EDTA錯体20.4ｇを得た。
(Preparation of Co (III) -EDTA complex)
Note that the Co (III) -EDTA complex at a concentration of 1 mM used was synthesized according to the description of H. Ogino et al., Inorg. Chem., 1989, 28, 3656, since the Co (III) -EDTA complex is not commercially available. The product was dissolved in the mobile phase to a concentration of 1 mM and adjusted.
A method for synthesizing Co (III) -EDTA will be described below.
The synthesis of Co (III) -EDTA complex was as follows. First, 12.5 g of cobalt (II) acetate tetrahydrate, 10.1 g of sodium acetate trihydrate, 18.5 g of 15% hydrogen peroxide water 2NA (EDTA · 2Na) and 4.12 g of activated carbon were added, ultrapure water was added so that the total was 250 mL, stirred for 1 hour, and then allowed to stand at room temperature for 24 hours.
Next, the mixture after standing for 24 hours was filtered to remove activated carbon in the mixture, heated in an oil bath at 100 ° C. for 1 hour, and then cooled in an ice bath for 1 hour.
Finally, ethanol was added to the cooled solution, and the recrystallized product was collected by suction filtration to obtain 20.4 g of Co (III) -EDTA complex.
〔比較例２〕ＰＧＣカラムによる、1mM Co(II)-EDTA錯体及びモデル試料の分離
カラムを市販のPGCカラム(商品名：Hypercarb、粒径3μm、内径：4.6 mm、カラム長：100mm、Thermo SCIENTIFIC社製)に変えて、実施例１と同様にして、カラムの酸化還元活性を調べるため濃度1mMのCo(II)-EDTA錯体を用いてHPLC測定を行いカラムから溶出液における吸収スペクトルデータを得、カラムの分離特性を調べるため上記モデル試料を用いてHPLC測定を行った。また、HPLC測定時における送液圧力は5.3MPaであった。（図示せず）
Co(II)-EDTA錯体における結果を図５（ｃ）、モデル試料における結果を図６（ｂ）に示す。
[Comparative Example 2] Separation of 1 mM Co (II) -EDTA complex and model sample by PGC column Commercially available PGC column (trade name: Hypercarb, particle size 3 μm, inner diameter: 4.6 mm, column length: 100 mm, Thermo SCIENTIFIC In order to investigate the oxidation-reduction activity of the column in the same manner as in Example 1, HPLC measurement was performed using a Co (II) -EDTA complex at a concentration of 1 mM to obtain absorption spectrum data in the eluate from the column. In order to examine the separation characteristics of the column, HPLC measurement was performed using the above model sample. Moreover, the liquid feeding pressure at the time of HPLC measurement was 5.3 MPa. (Not shown)
FIG. 5C shows the result for the Co (II) -EDTA complex, and FIG. 6B shows the result for the model sample.
〔実施例２〕還元処理による本発明のカラムの金属-EDTA錯体の保持挙動の変化
本発明のカラムを還元処理した場合における金属-EDTA錯体の保持挙動の変化を調べた。
カラムの還元処理は、1mM、5mM、10mMの亜硫酸ナトリウムを含む移動相をカラムに60mL(0.5mL/min、120min)通液した後、亜硫酸ナトリウムを含まない移動相を30mL(0.5mL/min、60min)通液して洗浄することにより行った。なお、還元処理を行わない場合の実験も行い比較対象とした。
HPLCの測定は上記モデル試料を用いて、上記還元処理の後、実施例１と同様にして行った。
その結果を図７（ｂ）に示す。
[Example 2] Change in retention behavior of metal-EDTA complex of column of the present invention by reduction treatment Changes in retention behavior of metal-EDTA complex in the case of reduction treatment of the column of the present invention were examined.
For column reduction treatment, a mobile phase containing 1 mM, 5 mM, and 10 mM sodium sulfite was passed through the column for 60 mL (0.5 mL / min, 120 min), and then a mobile phase not containing sodium sulfite was added to 30 mL (0.5 mL / min, 60 min) It was carried out by passing the solution and washing. In addition, an experiment in the case where no reduction treatment was performed was also performed as a comparison target.
The measurement of HPLC was performed in the same manner as in Example 1 after the reduction treatment using the model sample.
The result is shown in FIG.
〔比較例３〕還元処理によるPGCカラムの金属-EDTA錯体の保持挙動の変化
PGCカラムを還元処理した場合における金属-EDTA錯体の保持挙動の変化を調べた。
HPLC測定で使用するカラムを、比較例２で用いたPGCカラムに変えた以外は、実施例２と同様にして、上記モデル試料を用いてHPLC測定を行い、PGCカラムを還元処理した場合における金属-EDTA錯体の保持挙動の変化を調べた。
その結果を図７（ａ）に示す。
[Comparative Example 3] Change in retention behavior of metal-EDTA complex of PGC column by reduction treatment
The change in retention behavior of metal-EDTA complex when PGC column was reduced was investigated.
Except that the column used in the HPLC measurement was changed to the PGC column used in Comparative Example 2, in the same manner as in Example 2, HPLC measurement was performed using the above model sample, and the metal when the PGC column was reduced. The change of retention behavior of -EDTA complex was investigated.
The result is shown in FIG.
〔実施例３〕本発明のカラムシステムによる、モデル試料の分離
本発明のカラムシステムを用いて、上記モデル試料の分離を調べた。
本発明のカラムシステムは、実施例１で得られた本発明のカラムを、無反応性カラムとしての２つのODSカラム(商品名：L-column ODS、粒子径：5μm、内径：4.6mm、カラム長：150mm、化学物質評価研究機構製)の中間に連結したものである。
使用カラムを、本発明のカラムシステムに変えた以外は、実施例１と同様にして、上記モデル試料を用いてHPLC測定を行った。
その結果を図９に示す。
[Example 3] Separation of model sample by the column system of the present invention The separation of the model sample was examined using the column system of the present invention.
In the column system of the present invention, the column of the present invention obtained in Example 1 was used as two non-reactive columns (trade name: L-column ODS, particle size: 5 μm, inner diameter: 4.6 mm, column). Long: 150mm, connected to the middle of Chemical Substance Evaluation Research Organization).
The HPLC measurement was performed using the model sample in the same manner as in Example 1 except that the column used was changed to the column system of the present invention.
The result is shown in FIG.
（結果と考察）
図５は、カラムの酸化活性を確認するために、（本発明のカラム）、比較例１（ODSカラム）及び２（PGCカラム）において、Co(II)-EDTA錯体を注入したカラムにおける溶出液のUV吸収スペクトルを測定した結果である。
なお、カラムを通さずに測定したCo(II)-EDTA錯体の極大吸収波長は215nmであり（図示せず）、また、カラムを通さずに確認したCo(III)-EDTA錯体の極大吸収波長は230nmであった（図示せず）。
ODSカラム（比較例１）においては、Co(II)-EDTA錯体を注入してこれが溶出した際に得られたUV吸収スペクトルの極大吸収波長は215nmであり、また、Co(III)-EDTA錯体を注入した際に得られたUV吸収スペクトルの極大吸収波長は230nmであった。
この結果は、ODSカラムに注入されたCo(II)およびCo(III)-EDTA錯体は、カラム内で変化することなくそのまま溶出したことを示している。
これに対して、本発明のカラム（実施例１）及びPGCカラム（比較例２）では、Co(II)-EDTA錯体を注入した際に得られたUVスペクトルの極大吸収波長は共に230nmであった。
このことから、本発明のカラム（実施例１）は、PGCカラムと同様に、Co(II)-EDTA錯体がカラムにより酸化されてCo(III)-EDTA錯体として溶出することがわかる。
(Results and discussion)
FIG. 5 shows an eluate in a column in which a Co (II) -EDTA complex is injected in (column of the present invention), Comparative Example 1 (ODS column) and 2 (PGC column) in order to confirm the oxidation activity of the column. It is the result of having measured the UV absorption spectrum of.
The maximum absorption wavelength of the Co (II) -EDTA complex measured without passing through the column is 215 nm (not shown), and the maximum absorption wavelength of the Co (III) -EDTA complex confirmed without passing through the column Was 230 nm (not shown).
In the ODS column (Comparative Example 1), the maximum absorption wavelength of the UV absorption spectrum obtained when the Co (II) -EDTA complex was injected and eluted was 215 nm, and the Co (III) -EDTA complex The maximum absorption wavelength of the UV absorption spectrum obtained upon injection of was 230 nm.
This result indicates that the Co (II) and Co (III) -EDTA complexes injected into the ODS column were eluted as they were without changing in the column.
In contrast, in the column of the present invention (Example 1) and the PGC column (Comparative Example 2), the maximum absorption wavelength of the UV spectrum obtained when the Co (II) -EDTA complex was injected was 230 nm. It was.
From this, it can be seen that in the column of the present invention (Example 1), the Co (II) -EDTA complex is oxidized by the column and eluted as a Co (III) -EDTA complex, similarly to the PGC column.
本願発明者らは、PGCの酸化還元電位は−0.2〜0.5V(vs.Ag/AgCl)の範囲で変化することを報告している（M.Shibukawa, A.Unno, T.Miura, A.Nagoya, K.Oguma, Anal.Chem., 75, 2775 (2003).）。また、Oginoらは金属(II/III)-EDTA錯体酸化還元対の酸化還元電位を測定し、Co-EDTA錯体は約0.2V、他の金属-EDTA錯体(V, Cr, Fe, Mn, Ru)の電位は−0.1V以下もしくは0.6V以上であると報告している（H.Ogino, K.Ogino: Inorg.Chem.,28, 3656(1989).）。これらの結果は、PGCまたはカーボンモノリスの酸化還元電位と一致する電位を有する化学種がPGCまたはカーボンモノリス上で酸化還元反応を起こすことを示している。 The present inventors have reported that the redox potential of PGC varies in the range of −0.2 to 0.5 V (vs. Ag / AgCl) (M. Shibukawa, A. Unno, T. Miura, A. Nagoya, K. Oguma, Anal. Chem., 75, 2775 (2003).). In addition, Ogino et al. Measured the redox potential of a metal (II / III) -EDTA complex redox pair, Co-EDTA complex was about 0.2 V, other metal-EDTA complexes (V, Cr, Fe, Mn, Ru ) Is reported to be −0.1 V or lower or 0.6 V or higher (H. Ogino, K. Ogino: Inorg. Chem., 28, 3656 (1989)). These results indicate that a chemical species having a potential that matches the redox potential of PGC or carbon monolith causes a redox reaction on PGC or carbon monolith.
図６は、カラムの溶質保持特性を比較するために、実施例１（本発明のカラム）、比較例１（ODSカラム）及び２（PGCカラム）において上記モデル試料を用いてHPLC測定を行った結果である。
ODSカラム（比較例１）においては、はじめにFe(III)-EDTA錯体が溶出し、その後Cu(II)-EDTA錯体とCo(II)-EDTA錯体が一緒に溶出した。Fe(III)-EDTA錯体の電荷は−1価、Cu(II)-EDTA錯体とCo(II)-EDTA錯体の電荷は−2価なので、TBAClをイオン対試薬として用いた逆相HPLCにおいて、これらの金属EDTA錯体の保持挙動は極めて妥当であると考えられる。
一方、本発明のカラム（実施例１）及びPGCカラム（比較例２）においては、はじめにFe(III)-EDTA錯体とCo-EDTA錯体が一緒に溶出し、その後、Cu(II)-EDTA錯体が溶出した。
この結果は、注入したCo-EDTA(II)錯体が、カラム内で酸化されてCo(III)-EDTA錯体に変化したことを示している。
以上の結果から、ODSカラム（比較例１）は酸化還元反応に影響を及ぼさないが、本発明のカラム（実施例１）及びPGCカラム（比較例２）は酸化還元性を有し、ODSカラムとは異なる溶質保持選択性を示すことがわかる。
また、本発明のカラム（実施例１）はPGCカラム（比較例２）に比して、高速に分離できていることがわかる。
本発明のカラム（実施例１）のHPLC測定時における送液圧力は1.8MPaであったのに対し、ODSカラム（比較例１）では3.9MPaであった。また、PGCカラム（比較例2）では５．３MPaであった。このことから、本発明のカラムは使用時の背圧が低いものであることが判る。
FIG. 6 shows an HPLC measurement using the model sample in Example 1 (column of the present invention), Comparative Example 1 (ODS column) and 2 (PGC column) in order to compare the solute retention characteristics of the column. It is a result.
In the ODS column (Comparative Example 1), the Fe (III) -EDTA complex eluted first, and then the Cu (II) -EDTA complex and Co (II) -EDTA complex eluted together. Since the charge of the Fe (III) -EDTA complex is −1 valence and the charge of the Cu (II) -EDTA complex and Co (II) -EDTA complex is −2 valence, in reverse phase HPLC using TBACl as an ion pair reagent, The retention behavior of these metal EDTA complexes is considered extremely reasonable.
On the other hand, in the column of the present invention (Example 1) and the PGC column (Comparative Example 2), the Fe (III) -EDTA complex and the Co-EDTA complex are first eluted together, and then the Cu (II) -EDTA complex. Eluted.
This result indicates that the injected Co-EDTA (II) complex was oxidized in the column and changed to a Co (III) -EDTA complex.
From the above results, although the ODS column (Comparative Example 1) does not affect the redox reaction, the column of the present invention (Example 1) and the PGC column (Comparative Example 2) have redox properties and are ODS columns. It can be seen that the solute retention selectivity is different from that shown in FIG.
Moreover, it turns out that the column (Example 1) of this invention has isolate | separated at high speed compared with the PGC column (comparative example 2).
The liquid feeding pressure at the time of HPLC measurement of the column of the present invention (Example 1) was 1.8 MPa, while that of the ODS column (Comparative Example 1) was 3.9 MPa. Moreover, it was 5.3 MPa in the PGC column (Comparative Example 2). From this, it can be seen that the column of the present invention has a low back pressure during use.
図７は、還元処理によるカラムの溶質保持特性の変化を比較するために、実施例２（本発明のカラム）及び比較例３（PGCカラム）で得られたカラムを用いて、亜硫酸ナトリウムでカラムを還元処理した後に、上記モデル試料を用いてHPLC測定を行った結果である。
本発明のカラム（実施例２）とPGCカラム（比較例３）のいずれにおいても、酸化や還元を受けないFe(III)-EDTA錯体及びCu(II)-EDTA錯体の保持時間は、還元剤の濃度に関わらず変化しなかった。これに対して、Co-EDTA錯体の保持時間は、還元処理により増加していた。
PGCカラム（比較例３）においては、1mMの還元剤で処理したとき、Co-EDTA錯体はCo(II)-EDTA錯体とCo(III)-EDTA錯体の平衡混合物として溶出し、Fe(III)-EDTA錯体とCu(II)-EDTA錯体の間にピークが現れた。この結果は、1mM濃度の還元剤の処理では、酸化還元反応を二次的化学平衡として利用し単一のカラムで分離するにはこの条件でよいが、化学種変換ユニットとして使用するには不十分であることを示している。なお、5mM以上の濃度の還元剤で処理では、Co(II)-EDTA錯体は酸化されずに、完全にCo(II)-EDTA錯体として溶出した。
一方、本発明のカラム（実施例２）においては、1mM以上の濃度の還元剤の処理により、Co(II)-EDTA錯体は酸化されずに完全にCo(II)-EDTA錯体として溶出した。
この結果は、本発明のカラム（実施例２）はPGCカラム（比較例３）よりも還元処理の影響を受けやすいことを示している。
以上の結果から、本発明のカラム（実施例２）は、PGCカラム（比較例３）と同様に酸化還元性を有するが、PGCカラム（比較例３）より低濃度の還元剤で十分にその酸化還元活性を制御可能であり、酸化反応を行ったカラムをPGCカラムよりも効率よく復元可能であることがわかる。
FIG. 7 shows a column of sodium sulfite using the columns obtained in Example 2 (column of the present invention) and Comparative Example 3 (PGC column) in order to compare changes in the solute retention characteristics of the column due to reduction treatment. It is the result of having performed HPLC measurement using the said model sample, after carrying out the reduction process.
In both the column of the present invention (Example 2) and the PGC column (Comparative Example 3), the retention time of the Fe (III) -EDTA complex and Cu (II) -EDTA complex that are not subjected to oxidation or reduction is the reducing agent. It did not change regardless of the concentration. In contrast, the retention time of the Co-EDTA complex was increased by the reduction treatment.
In the PGC column (Comparative Example 3), when treated with 1 mM reducing agent, the Co-EDTA complex elutes as an equilibrium mixture of Co (II) -EDTA complex and Co (III) -EDTA complex, and Fe (III) A peak appeared between the -EDTA complex and the Cu (II) -EDTA complex. This result shows that, in the treatment with a reducing agent at a concentration of 1 mM, this condition is sufficient to use a redox reaction as a secondary chemical equilibrium and separate on a single column, but not to use as a species conversion unit. It is enough. In the treatment with a reducing agent at a concentration of 5 mM or more, the Co (II) -EDTA complex was not oxidized but was completely eluted as a Co (II) -EDTA complex.
On the other hand, in the column of the present invention (Example 2), the Co (II) -EDTA complex was completely eluted as a Co (II) -EDTA complex without being oxidized by treatment with a reducing agent having a concentration of 1 mM or more.
This result shows that the column of the present invention (Example 2) is more susceptible to the reduction treatment than the PGC column (Comparative Example 3).
From the above results, the column of the present invention (Example 2) has oxidation-reduction properties like the PGC column (Comparative Example 3), but a lower concentration of reducing agent than the PGC column (Comparative Example 3) is sufficient. It can be seen that the oxidation-reduction activity can be controlled, and the column subjected to the oxidation reaction can be restored more efficiently than the PGC column.
図９は本発明のカラムシステムで、モデル試料を分離した結果である。
Co-EDTA錯体は、Fe(III)-EDTA錯体とCu(II)-EDTA錯体との間に溶出され、Co錯体が他の金属錯体から完全に分離されたことがわかる。
以上から、本発明のカラムシステムにより行ったオンラインの酸化還元反応による化学種変換を用いた分離手法は、分離速度や分離能及び分離選択性に優れ、酸化還元活性が高く容易に制御することができ、酸化還元反応によって異なる化学種に変換できる化合物を選択的に分離・定量できる有用な手法であることがわかる。
本発明のカラムシステムは、金属錯体だけでなく、酸化還元反応をされうる他の有機化合物や生体試料の分析にも適用できると考えられ、幅広い分野での応用が期待される。
FIG. 9 shows the result of separating the model sample in the column system of the present invention.
The Co-EDTA complex was eluted between the Fe (III) -EDTA complex and the Cu (II) -EDTA complex, indicating that the Co complex was completely separated from other metal complexes.
From the above, the separation method using chemical species conversion by online redox reaction performed by the column system of the present invention is excellent in separation rate, separation ability and separation selectivity, and can be easily controlled with high redox activity. It can be seen that this is a useful technique for selectively separating and quantifying compounds that can be converted into different chemical species by redox reaction.
The column system of the present invention can be applied not only to metal complexes but also to analysis of other organic compounds and biological samples that can undergo redox reactions, and is expected to be applied in a wide range of fields.
Claims (6)
A column packing material made of a porous carbon monolith and having redox reaction activity.
請求項１記載のカラム充填剤。
The carbon monolith porous body is a reactive carbon monolith having a reactive group on the surface of the carbon monolith.
The column filler according to claim 1.
請求項２記載のカラム充填剤。
The column filler according to claim 2, wherein the reactive group is an oxide group formed on the surface of the carbon monolith.
カーボンモノリス形成材が三次元の網目状に連結されて形成されてなる骨格からなり、該骨格は連続した空隙を有し、
上記骨格における空隙率が６０〜８０％であり、
上記骨格の表面積が４０〜３５０ｍ２／ｇであり、
上記骨格の表面における空隙の平均孔径が０．２〜３．５μｍである
ことを特徴とする請求項1〜３のいずれかに記載のカラム充填剤。
The carbon monolith porous body is
It consists of a skeleton formed by connecting carbon monolith forming materials in a three-dimensional network, the skeleton has continuous voids,
The porosity in the skeleton is 60 to 80%,
The surface area of the skeleton is 40 to 350 m 2 / g,
The column filler according to any one of claims 1 to 3, wherein an average pore diameter of voids on the surface of the skeleton is 0.2 to 3.5 µm.
A column comprising the column filler according to any one of claims 1 to 4.
少なくとも一つの酸化還元反応性を有しない無反応性カラムと、
請求項５記載のカラムとを連結してなることを特徴とするカラムシステム。
A column system configured by connecting a plurality of columns having different properties,
At least one non-reactive column having no redox reactivity;
A column system comprising the column according to claim 5 connected thereto.
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