JP2909557B2

JP2909557B2 - 溶質の連続分離方法及び装置

Info

Publication number: JP2909557B2
Application number: JP2129492A
Authority: JP
Inventors: 敦夫渡辺; 光敏中嶋; 浩志鍋谷; 敏郎大谷; 浩志吉川; 敬祐中込
Original assignee: NORINSUISANSHO SHOKUHIN SOGO KENKYUSHOCHO; Nitto Denko Corp
Current assignee: NORINSUISANSHO SHOKUHIN SOGO KENKYUSHOCHO; Nitto Denko Corp
Priority date: 1990-05-18
Filing date: 1990-05-18
Publication date: 1999-06-23
Anticipated expiration: 2014-06-23
Also published as: JPH0422427A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、溶質の連続分離方法及び装置に関する。

従来の技術従来、溶液に含まれる溶質を分離する方法の一つとし
て、ゲル濾過、イオン交換クロマトグラフィ、アフィニ
テイクロマトグラフィ等に代表されるようなカラムクロ
マトグラフィが広く知られている。他方、合成高分子か
らなる多孔質膜の有する細孔を利用し、その篩機能によ
って分子量の異なる溶質を分離する方法も知られてい
る。

しかし、カラムクロマトグラフィにおいては、イオン
交換クロマトグラフィ、アフィニティクロマトグラフィ
等、それぞれ用途、目的に応じて充填剤を選択し、場合
によっては、充填剤に化学修飾を施した後に、それをカ
ラムに充填する煩雑な操作が必要である。また、カラム
クロマトグラフィにおいては、カラム断面積に対して、
カラム長さの最小値が規定されるので、カラム長さが長
い。

更に、別の問題として、分離を目的とする浴質の充填
剤への吸着速度は、充填剤内への拡散速度に依存するこ
と、充填剤の強度が十分に大きくないこと、カラム出入
口間の圧力損失が大きいこと等から、高流速での操作が
困難であり、しかも、処理量は、カラムの大きさによっ
て制限される。そのうえ、これらによって、カラムに充
填剤を充填した後、カラムの平衡化、試料の添加、カラ
ムの洗浄、充填剤に吸着された溶質の溶出等の操作にも
長時間を要することとなる。

また、スケールアップを行なう場合には、充填剤の強
度が小さく、小スケールでの実験から、スケールアップ
後のカラムの挙動を予測することが困難である。更に、
カラムクロマトグラフィにおいては、通常、単一のカラ
ムに対して、平衡化、吸着、洗浄、溶出の操作を順次に
行なうので、連続的に溶質を分離することができない。

このように、カラムクロマトグラフィは、種々の問題
を有するために、工業的な大量処理には適用し難く、従
来、バッチ式にて実験室規模での溶質の分離に用いられ
ているにすぎない。

他方、合成高分子からなる多孔質膜を用いる分離方法
では、分子量の近接した溶質を相互に分離することは困
難であるうえ、膜上に溶質によるゲル層やケーキ層が形
成されて、経時的に分画性能が変化したり、或いは透過
流束が減少する等の問題がある。

発明が解決しようとする課題本発明は、上記したような従来の分離方法における種
々の問題を解決するためになされたものであって、溶液
に含まれる溶質を高速流にて短時間で分離することがで
き、しかも、大量処理が可能である溶質の連続分離方法
及びそのための装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段本発明による溶質の連続分離方法は、分離を目的とす
る溶質に対する選択的吸着性を有する濾過膜を複数の通
気性通液性の回転円筒体の周面上を順次に接触させて走
行させ、その間に、少なくとも一つの上記回転円筒体で
上記溶質を含有する溶液が上記濾過膜を強制的に透過せ
しめられて、上記溶質を濾過膜に吸着させ、次いで、少
なくとも一つの他の前記回転円筒体上で溶離液が前記濾
過膜を強制的に透過せしめられて、上記溶質を溶離させ
ることを特徴とする。

また、本発明による溶質の連続分離装置は、それぞれ
平衡化液、分離を目的とする溶質を含む溶液、第１の洗
浄液、溶離液及び第２の洗浄液からなる液体が充填され
た平衡化槽、吸着槽、第１の洗浄槽、溶離槽及び第２の
洗浄槽と、それぞれの内部にて減圧手段又は加圧手段に
接続されていると共に、上記それぞれの槽に浸漬されて
いる通気性通液性回転円筒体とを備え、上記溶質に対す
る選択的吸着性を有する濾過膜が上記それぞれの回転円
筒体に連続して巻き架けられて、走行しつつ、上記平衡
化槽、吸着槽、第１の洗浄槽、溶離槽及び第２の洗浄槽
内に順次に浸漬されて、それぞれの槽にて液体が上記濾
過膜を強制的に透過せしめられて、濾過膜の平衡化、溶
質の吸着、濾過膜の洗浄、溶質の溶離及び濾過膜の洗浄
が順次に行なわれるようにしたことを特徴とする。

本発明において、上記濾過膜としては、分離を目的と
する溶質に対して親和性を有するリガンド、解離基又は
荷電性を有する多孔質薄膜であれば、特に限定されるも
のではなく、このような多孔質薄膜としては、従来より
知られている限外濾過膜、精密濾過膜、濾紙等が用いら
れる。

荷電型濾過膜は、正荷電型でも、負荷電型でもよい
が、分離操作の効率上の観点から、荷電量は、通常、0.
3meq/g以上であるのがよく、特に、0.8meq/g以上である
のが好ましい。濾紙としては、例えば、リガンドや解離
基等をそれに固定し得る限りは、何らその材質において
制限されるものではないが、例えば、セルロース繊維濾
紙やガラス繊維濾紙等が好適に用いられる。

前記多孔質薄膜としては、限外濾過膜が好適に用いら
れる。このような限外濾過膜は、従来より知られている
所謂非対象構造を有するものでも、対象構造を有するも
のでもよい。しかし、その分画分子量は、分離を目的と
する溶質の分子量にもよるが、通常、1000〜1000000の
範囲にあるのがよい。ここに、分画分子量とは、90％以
上の阻止率を有する溶質の最小の分子量をいう。

精密濾過膜としては、その孔径が、通常、0.1〜10μ
ｍの範囲にあるものが好適に用いられる。

上述したような多孔質薄膜を構成する重合体は、特
に、限定されないが、例えば、ポリスルホン、スルホン
化ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、スルホン化ポ
リエーテルスルホン、ポリアミド、ポリイミド、酢酸セ
ルロース、ポリアクリロニトリル等からなる重合体を挙
げることができる。

多孔質薄膜にリガンドや解離基を固定する方法も、特
に限定されず、従来より知られている任意の方法による
ことができ、例えば、一般に知られているように、物理
吸着法、共有結合法、架橋法等によることができるが、
例えば、リガンドを多孔質薄膜に固定する場合、リガン
ドが多孔質薄膜から容易に脱離しないように、共有結合
法によるのが好ましい。

上記解離基としては、例えば、陰イオン交換基である
ジエチルアミノエチル基や４級アミノエチル基、陽イオ
ン交換基であるかカルボキシメチル基、スルホプロピル
基、リン酸基等を挙げることができる。

本発明においては、このように、分離を目的とする溶
質に対して選択的吸着性を有する濾過膜を連続的に走行
させつつ、平衡化槽内にて平衡化液を強制的に透過させ
て、平衡化させ、次いで、かかる濾過膜を吸着槽に導い
て、吸着槽内にて上記溶質を含む溶液を強制的に透過さ
せて、その溶質を前記リガンドや解離基にて捕捉する。
この後、溶質を捕捉している濾過膜を第１の洗浄槽に案
内して、第１の洗浄液を強制的に透過させて、濾過膜を
洗浄した後、濾過膜を溶離槽に導き、ここで、溶離液を
強制的に透過させて、上記溶質を濾過膜から溶離させ
る。このように、溶質を溶離した濾過膜は、次いで、最
終的に第２の洗浄槽に案内されて、同様に洗浄され、こ
の後、再び、濾過膜は、最初の平衡化槽に戻る。かくし
て、本発明によれば、連続的に濾過膜の平衡化、溶質の
濾過膜への吸着及び溶質の濾過膜からの溶離を連続し
て、且つ、繰り返して行なって、溶質を連続的に分離す
る。

ここに、分離を目的とする溶質の溶離は、従来より知
られている任意の方法によることができる。例えば、カ
ラムクロマトグラフィにおいて一般に知られているよう
なpH、イオン強度、イオン種、温度等の物理的化学的条
件の変化による非特異的溶離や、或いは分離を目的とす
る溶質と何らかの特異的相互作用を有する物質を用いる
特異的溶離のいずれをも採用することができる。

濾過膜の平衡化、分離を目的とする溶質の吸着、濾過
膜の洗浄及び溶質の溶離のそれぞれの工程は、それぞれ
単一の槽を用いて、一段のみにて行なってもよいが、必
要に応じて、それぞれの工程又は一部の工程について、
複数の槽を用いて、多段に行なってもよい。

更に、本発明においては、上記吸着又は溶離工程を複
数の槽を用いて行なう場合に、吸着条件や溶離条件を槽
ごとに変化させることによって、吸着及び溶離を段階的
に行なって、２種以上の溶質の連続分離を行なうことも
できる。

以下に本発明にる装置の実施例を示す図面に基づい
て、本発明を説明する。

第１図に示すように、本発明の装置においては、平衡
化槽１、吸着槽２、第１の洗浄槽３、溶離槽４及び第２
の洗浄槽５が順次に設けられ、平衡化槽１には平衡化液
６が、吸着槽２には分離すべき溶質を含む溶液７が、第
１の洗浄槽３には第１の洗浄液８が、溶離槽４には溶離
液９が、第２の洗浄槽５には第２の洗浄液10からなる液
体が、それぞれ充填されている。

上記それぞれの槽には、通気性通液性回転筒体11、1
2、13、14及び15がそれぞれ液体中に浸漬されている。
これら通気性通液性回転筒体は、第２図にその一例を示
すように、小孔16を多数有する多孔性の円周面17を備え
ていると共に、円筒体内部を減圧又は加圧し得るよう
に、内部にて減圧手段又は加圧手段に接続されている。
このような円筒体は、例えば、回転円筒式真空濾過機の
１種であるオリバーフィルターとして知られている。

本発明においては、前記溶液から分離しようとする溶
質に対して、前述したような選択的吸着性を有する濾過
膜18が無端ベルト状に接続されて、それぞれの槽の間に
設けられた案内ロール21、22、23及び24に案内されなが
ら、前記それぞれの槽において、前記通気性通液性回転
筒体の少なくとも一部の周面と接触しつつ、前記平衡化
槽１、吸着槽２、第１の洗浄槽３、溶離槽４及び第２の
洗浄槽５を順次に走行し、案内ロール25及び26にて、再
び、平衡化槽に循環される。案内ロールの一又は複数
は、駆動ロールとして、上記濾過膜を所定方向に走行さ
せる。

前記通気性通液性回転筒体が内部にて減圧にされてい
るときは、それぞれの槽内にて、液体は、濾過膜を介し
て、回転円筒内に吸引される。他方、前記通気性通液性
回転筒体が内部にて加圧されているときは、それぞれの
槽内にて、液体は、回転円筒体内から濾過膜を介して吐
出される。このようにして、液体は、それぞれの槽にお
いて、濾過膜を強制的に透過せしめられる。それぞれの
槽において、液体を回転円筒体内に吸引するか、又は回
転円筒体から吐出させるかは、特に、限定されるもので
はなく、それぞれの工程に応じて適宜に選ばれる。

先ず、平衡化槽１において、前記通気性通液性回転円
筒体は、内部を減圧にするとき、平衡化液は、円筒体内
に吸引される結果、その周面上の濾過膜を強制的に透過
せしめられ、かくして、濾過膜は平衡化される。次い
で、濾過膜は、分離すべき溶質を含む溶液を充填した吸
着槽２に案内される。ここでも、通気性通液性回転筒体
の内部を減圧にするとき、上記溶液は、同様に、円筒体
内に吸引されて、濾過膜を強制的に透過せしめられ、そ
の間に、溶質は、濾過膜の有するリガンドや解離基によ
つて、濾過膜に捕捉される。濾過膜の有するリガンドや
解離基によつて捕捉されない溶媒や溶質は、濾過膜を透
過する。

次いで、濾過膜は、第１の洗浄槽３に導かれて、同様
に、濾過膜を強制的に透過せしめられる第１の洗浄液に
て洗浄されて、濾過膜に捕捉されていない不純物が除去
される。回転円筒体の内部が減圧にされているとき、洗
浄液は、前述したと同様に、円筒体内に吸引される。

濾過膜は、次いで、溶離槽４に案内される。溶離槽に
おける回転円筒体は、例えば、内部に溶離液が供給さ
れ、加圧されて、溶離液は円筒体から濾過膜を透過して
吐出されて、濾過膜を強制的に透過せしめられて、濾過
膜に捕捉されている前記溶質を溶離させ、溶質は溶離液
と共に溶離槽内に集められる。

この溶質の溶離乃至脱着工程の後、濾過膜は、第２の
洗浄槽５に案内され、溶離槽におけると同様にして、例
えば、回転円筒体の内部から吐出される第２の洗浄液が
強制的に透過せしめられて、洗浄された後、前述したよ
うに、案内ロールによつて、当初の平衡化槽に戻る。か
くして、本発明によれば、濾過膜を循環して各槽を走行
させ、その間に濾過膜の平衡化、分離を目的とする溶質
の吸着、濾過膜の洗浄、その溶質の溶離及び濾過膜の洗
浄を連続的に行なッて、溶質を連続して分離することが
できる。

発明の効果以上のように、本発明によれば、分離を目的とする溶
質を選択的に吸着させる担体として濾過膜を用いるの
で、従来のカラムクロマトグラフィにおけるように、カ
ラムへの担体の充填等の煩雑な操作を要せず、しかも、
このような濾過膜を用いることによって、溶液の透過流
路が短く、濾過膜の表裏面間の圧力損失が小さいことか
ら、濾過膜の平衡化、目的とする溶質の吸着及び溶離
に、勿論、洗浄においても、そのために要する時間を著
しく短縮することができる。

更に、本発明によれば、濾過膜は、平衡化槽、吸着
槽、溶離槽及び洗浄槽をそれぞれ順次に走行し、その間
に上記のように迅速に各工程が行なわれるので、大量の
溶液からの溶質分離を短時間で行なうことができる。こ
れに加えて、濾過膜の面積を大きくすることによって、
一層の大量処理も可能である。

実施例以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明こ
れら実施例により何ら限定されるものではない。

実施例濾過膜として、多孔質層内部に負荷電基であるスルホ
ン酸基を有するスルホン化ポリエーテルスルホン系荷電
型限外濾過膜（日東電工（株）製NTU−3000X、分画分子
量500000）を用い、第１図に示したように、平衡化槽、
吸着槽、第１の洗浄槽、溶離槽及び第２の洗浄槽を備え
た装置構成によって、チトクロームＣ（分子量12400、
等電点10.1）とデキストラン（分子量10000）の混合溶
液からチトクロームＣを連続的に分離した。

用いた限外濾過膜は、幅30cm、全長5m、膜面積1.5m²
であり、回転円筒体は直径20cm、回転速度0.4rpm（膜走
行速度25cm/分）であり、１つの回転円筒体上の濾過膜
の有効膜面積は、0.075m²である。

上記したそれぞれの槽内の液体は次のとおりである。

平衡化槽:0.01Mリン酸緩衝液（pH7.0）吸着槽：チトクロームＣ（220mg/）とデキストラン
（200mg/）との混合水溶液（pH7.0）第１の洗浄槽:0.01Mリン酸緩衝液（pH7.0）溶離槽:1Mの塩化ナトリウムを含む0.01Mリン酸緩衝液
（pH7.0）第２の洗浄槽:1Mの塩化ナトリウムを含む0.01Mリン酸緩
衝液を水酸化ナトリウムにてアルカリ性としたもの（pH
12.0）平衡化槽では0.5kgf/cm²、吸着槽及び第１の洗浄槽で
は0.2kgf/cm²にそれぞれ回転円筒体の内部を減圧にし
て、液体を回転円筒体に吸引し、溶離槽及び第２の洗浄
槽では、それぞれ回転円筒体の内部を0.1kgf/cm²及び0.
2kgf/cm²にそれぞれ加圧し、液体を回転円筒体から吐出
させて、それぞれの工程を行なった。

その結果、溶離槽内に１時間当りに9gのチトクローム
Ｃを分離することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の方法を実施するための装置の一実施
例を示す断面図、第２図は、回転円筒体の一例を示す断
面図である。１……平衡化槽、２……吸着槽、３……第１の洗浄槽、
４……溶離槽、５……第２の洗浄槽、６……平衡化液、
７……分離すべき溶質を含む溶液、８……第１の洗浄
液、９……溶離液、10……第２の洗浄液、11、12、13、
14及び15……通気性通液性回転円筒体、16……小孔、17
……多孔性の円周面、18……濾過膜、21、22、23、24、
25及び26……案内ロール。

フロントページの続き (72)発明者鍋谷浩志茨城県つくば市観音台２丁目１番２号農林水産省食品総合研究所内 (72)発明者大谷敏郎茨城県つくば市観音台２丁目１番２号農林水産省食品総合研究所内 (72)発明者吉川浩志大阪府茨木市下穂積１丁目１番２号日東電工株式会社内 (72)発明者中込敬祐大阪府茨木市下穂積１丁目１番２号日東電工株式会社内 (56)参考文献特開平２−206760（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B01D 15/08 G01N 30/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】分離を目的とする溶質に対する選択的吸着
性を有する濾過膜を複数の通気性通液性の回転円筒体の
周面上を順次に接触させて走行させ、その間に、少なく
とも一つの上記回転円筒体上で上記溶質を含有する溶液
が上記濾過膜を強制的に透過せしめられて、上記溶質を
濾過膜に吸着させ、次いで、少なくとも一つの他の前記
回転円筒体上で溶離液が前記濾過膜を強制的に透過せし
められて、上記溶質を溶離させることを特徴とする溶質
の連続分離方法。
【請求項２】それぞれ平衡化液、分離を目的とする溶質
を含む溶液、第１の洗浄液、溶離液及び第２の洗浄液か
らなる液体が充填された平衡化槽、吸着槽、第１の洗浄
槽、溶離槽及び第２の洗浄槽と、それぞれの内部にて減
圧手段又は加圧手段に接続されていると共に、上記それ
ぞれの槽に浸漬されている通気性通液性回転円筒体とを
備え、上記溶質に対する選択的吸着性を有する濾過膜が
上記それぞれの回転円筒体に連続して巻き架けられて、
走行しつつ、上記平衡化槽、吸着槽、第１の洗浄槽、溶
離槽及び第２の洗浄槽内に順次に浸漬されて、それぞれ
の槽にて液体が上記濾過膜を強制的に透過せしめられ
て、濾過膜の平衡化、溶質の吸着、濾過膜の洗浄、溶質
の溶離及び濾過膜の洗浄が順次に行なわれるようにした
ことを特徴とする溶質の連続分離装置。