JP3490432B1

JP3490432B1 - 液体クロマトグラフィー用カラムの充填方法

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Publication number: JP3490432B1
Application number: JP2003154193A
Authority: JP
Inventors: 英人吉田; 博村田; 栄司篠田
Original assignee: Nisshin Seifun Group Inc
Current assignee: Nisshin Seifun Group Inc
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2003-05-30
Publication date: 2004-01-26
Anticipated expiration: 2014-09-26
Also published as: JP2004004093A

Abstract

【要約】【課題】乾式充填法において、安価で簡易な設備で、簡
便に充填でき、低耐圧のカラム容器が使用でき、使用時
の取り扱いが簡易であって、しかも高密度かつ均一な充
填を行うことができ、さらに、繰り返し安定性の高い液
体クロマトグラフィー用カラムの充填方法を提供するこ
と。【構成】粉体供給フィーダーによって充填剤粉体をカラ
ム内に連続的に充填する際にカラム中に充填する前に充
填剤粉体を除電することにより、上記目的を達成する
（流通充填法）。また、この構成に、バルブを介してカ
ラムに接続された粉体供給部に供給された粉体を、カラ
ム内を真空状態にした後に、バルブを開放して急速にカ
ラム内に充填する（分割真空充填法）ための構成を付加
して、充填剤粉体を除電した後に、分割真空充填法によ
る充填を行うように構成することも可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体クロマトグラ
フィーの分離カラムに乾式で充填剤を充填する方法に関
し、詳しくは簡易な操作で、均一でよく圧密化された固
定相を実現し、高い繰り返し安定性で、高理論段数を得
ることができる液体クロマトグラフィー用カラムの充填
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】混合物からの純粋な物質の単離や混合物
の分離手段として、クロマトグラフィーを用いた、いわ
ゆる分取クロマトグラフィーが各種適用されており、中
でも比較的分解しやすい物質の分離が可能である点で、
液体クロマトグラフィー、特に高速液体クロマトグラフ
ィー（ＨＰＬＣ）が工業用途を始めとする各種の用途に
適用されている。

【０００３】このような液体クロマトグラフィーにおい
て、混合物からの優れた単体の分離に際し、より高い理
論段数（良好な理論段相当高さ＝ＨＥＴＰ）を実現する
ためには、カラムに充填される充填剤を、均一に、かつ
よく圧密化された状態とする必要がある。

【０００４】カラムは、使用者自らが充填剤を充填する
か、あるいは市場に供給されるプレパックドカラムを購
入することにより利用することができる。しかし、使用
者が充填する場合には、特有のノウハウや付帯設備を必
要とし、再現性のよいカラムを得ることは難しい。ま
た、使用者が充填を簡便に行えるように作成された自己
充填機能付きカラムがあるが、これは非常に高価であ
り、工業的な使用は著しく制限される。他方、市場に供
給されるプレパックドカラムも非常に高価である。

【０００５】カラムに充填剤を充填する方法としては、
主に、充填剤を適当な溶媒に分散させスラリー状態でカ
ラムに充填した後、ポンプ等を用いて前記溶媒を更に加
圧送液することにより充填剤を圧密化する湿式充填法
と、充填剤をカラムに小量づつ入れながらタッピング等
を行う乾式充填法とが行われている。

【０００６】乾式充填法は、一般に、作業性，安全性に
は優れているものの、得られる理論段数は低いために、
高理論段数が要求される場合には、湿式充填法が用いら
れている。しかしながら、湿式充填法は高理論段数は得
られやすいが、高圧ポンプ等の大がかりな設備が必要で
あり、多量の分散溶剤（分散媒），洗浄溶剤も必要で使
用時に溶剤，分散媒の置換，除去等が大変であり、その
取り扱いが面倒であり、また、充填の際に５０〜２００
ｋｇ／ｃｍ²程度の高圧が必要となるため、高耐圧構造
のカラム容器が必要となり、その結果高価なものとなっ
てしまうという問題点がある。

【０００７】そのため、使用者自らであっても簡便に高
理論段数のカラムの充填を行うことができる液体クロマ
トグラフィー用カラムの開発が望まれている。

【０００８】このため、本出願人は、特開平５‐１０７
２３７号公報において、シリカゲル等の基材の表面に超
微粒子粉末を、好ましくは基材１００重量部に対して
０．０１〜４重量部担持してなる液体クロマトグラフィ
ー用充填剤およびこの充填剤を乾式充填法により充填し
てなる液体クロマトグラフィー用カラムを提案してい
る。ここに開示された充填剤を用いることにより、流動
性が良好で、乾式充填法によるカラムへの高密度かつ均
一な充填を容易かつ良好に行うことができ、得られたカ
ラムは高理論段数を実現できる。

【０００９】しかしながら、ここに開示されたカラムは
充填剤自体の改良によって高い性能、例えば高充填率，
高理論段数を得ているが、その充填方法自体は、従来の
乾式充填法であって、カラムに充填剤を少量づつ入れな
がらタッピングを行うものにすぎず、充填方法自体の改
善が強く求められている。また、上述したように湿式充
填法に比べると、乾式充填法は、一般に得られる性能
（特に、理論段数）が低いため、従来の充填剤を用いる
場合であっても湿式充填法と同等あるいは同等以上の性
能（特に、理論段数）が得られる乾式充填法の開発が強
く望まれている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前記
従来技術の問題点を解消し、乾式充填法において、安価
で簡易な設備で、簡便に充填でき、低耐圧のカラム容器
が使用でき、使用時の取り扱いが簡易であって、しかも
高密度かつ均一な充填を行うことができ、かつ高性能、
特に湿式充填法によって得られる性能と同等あるいは同
等以上の性能（特に、理論段数）を得ることができ、し
かも繰り返し安定性の高い液体クロマトグラフィー用カ
ラムの充填方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明に係る液体クロマトグラフィー用カラムの充
填方法は、充填剤粉体を除電した後にカラム中に充填す
ることを特徴とするものである。

【００１２】ここで、前記充填剤粉体の除電は、イオン
風によって行うことが好ましい。また、前記カラム内の
空気を前記カラムの他端から吸引することが好ましい。
また、前記充填は、恒温室内で行われることが好まし
い。また、前記充填剤粉体を充填する速度は、充填高さ
で１〜１０ｃｍ／ｍｉｎであることが好ましい。また、
前記充填剤粉体は、充填剤粉体基材表面に超微粒子粉末
を担持してなるものであることが好ましい。

【００１３】

【作用】本発明に係る液体クロマトグラフィー用カラム
の充填方法は、カラムの一端からフィーダーを用いて、
好ましくはカラムの他端から空気などのガスを吸引しつ
つ、充填剤粉体を、カラム直前でイオン風によって除電
した後、カラム中に、好ましくは充填高さで１〜１０ｃ
ｍ／ｍｉｎの充填速度で完全かつ十分に充填する方法
（流通充填法）である。本充填法においては、恒温室内
で充填剤粉体の充填を行うことが好ましい。また、充填
剤粉体は、充填剤粉体基材表面に超微粒子粉末を、より
好ましくは、基材１００重量部に対して超微粒子粉末
０．０１〜４重量部担持してなるものであることが好ま
しい。

【００１４】従って、本発明によれば、カラムに充填す
る前に充填剤粉体をイオン風によって除電して、粉体の
電荷を緩和除去することにより、高密度かつ均一な充填
が可能となり、簡便な乾式充填にもかかわらず、湿式充
填法と同等または同等以上の性能、特に高理論段数を得
ることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る液体クロマ
トグラフィー用カラムの充填方法を添付の図面を参照し
て詳細に説明する。図１（ａ）は本発明の一実施例に係
る液体クロマトグラフィー用カラムの充填方法を実施す
るカラム充填装置の正面模式図であり、図１（ｂ）は図
１（ａ）に示すカラム充填装置のイオン風送入部のＢ−
Ｂ線切断断面図である。

【００１６】なお、図１（ａ）に示すカラム充填装置１
０は、本発明の一実施例に係る液体クロマトグラフィー
用カラムの充填方法を実施するための装置であって、本
装置は、分割真空充填法および流通充填法による液体ク
ロマトグラフィー用カラムの充填方法を実施可能に構成
した装置である。この装置は、粉体供給部１２と、バル
ブ１４と、粉体供給部ジョイント１６と、イオン風送入
部１８と、カラム２２の両端に取り付けられるカラムジ
ョイント２０，２０と、ポンプジョイント２４とからな
り、ポンプジョイント２４は真空ポンプ２６に接続さ
れ、イオン風送入部１８はイオナイザー２８およびフィ
ーダー３０に接続され、イオナイザー２８は送風機３２
に接続される。

【００１７】粉体供給部１２の上端には拡径した逆円錐
状の開口部１２ａが設けられ、その下側にはバルブ１４
が組み込まれる。粉体供給部１２の下端部が粉体供給部
ジョイント１６によって気密に締め付けられ、カラム２
２の上端部が粉体供給部ジョイント１６とユニット化さ
れたカラムジョイント２０によって気密に締め付けられ
ることにより、粉体供給部１２とカラム２２とが気密に
接続される。

【００１８】一方、カラム２２の下端部はポンプジョイ
ント２４とユニット化されたもう１つのカラムジョイン
ト２０によって締め付けられ、気密に接続される。ポン
プジョイント２４は真空ポンプ２６に接続するためのも
のである。また、粉体供給部ジョイント１６の外側には
イオン風送入部１８が取り付けられる。イオン風送入部
１８は、図１（ｂ）に示すように円環状をなし、接線方
向に逆向きに平行な送入路を有し、その先端にイオン風
送入口１８ａ，１８ａを有し、これらの送入口１８ａ，
１８ａはイオン風を生成するイオナイザー２８の送出口
に輸送管によって接続される。イオナイザー２８の送出
口とイオン風送入部１８の送入口１８ａ，１８ａとの間
の輸送管には粉体供給フィーダー３０の送出管が接続さ
れる。さらにイオナイザー２８には送風機３２が接続さ
れ、所定風量の空気が送風機３２によってイオナイザー
２８に送風される。

【００１９】なお、イオナイザー２８としては、空気を
イオン化できればどのようなものでもよく、市販のイオ
ン化エアーガン，イオン化エアーノズルなどを用いるこ
とができる。例えば、イオン化エアーガンＭＯＤＥＬ−
３００，ＭＯＤＥＬ−３０１，ＭＯＤＥＬ−３１２（い
ずれも、ヒューグルエレクトロニクス（株）製），パル
スガンＰＧ−５（大坪電気（株）製），トップガンII
（ＥＳ型，ＨＢＡ型、シムコジャパン（株）製）などを
挙げることができる。また、粉体供給フィーダー３０と
しては、特に制限はなく市販の粉体供給フィーダーを用
いることができるが、例えば、フィードコンミュー（Ｆ
Ｃμ−０３０Ｆ，ＦＣμ−２００Ｆ、日清エンジニアリ
ング（株）製）などを挙げることができる。

【００２０】本実施形態において用いられる液体クロマ
トグラフィー用充填剤粉体（以下、充填剤という）は、
シリカゲル等の充填剤粉体基材のみから構成されるもの
でもよいが、本出願人が特開平５‐１０７２３７号公報
に提案したように、充填剤粉体基材の表面に超微粒子シ
リカ等の超微粒子粉末を担持してなる構成を有すること
が好ましい。

【００２１】基材としては、シリカゲル等、通常の液体
クロマトグラフィー用の充填剤として用いられるものが
いずれも適用可能であるが、好ましくは平均粒径２０〜
１００μｍ程度、より好ましくは平均粒径２０〜６０μ
ｍ程度のものが好適に適用される。なお、形状は球形で
あってもよく、あるいは破砕形であってもよい。このよ
うな基材としては、具体的には、シリカゲルとしてのマ
イクロビーズシリカ，ＢＷシリカ（以上、富士デビソン
化学（株）製），Ｓ−５０シリカ（ヤマムラ化学社
製），ＭＳ−ＧＥＬ（洞海化学社製）等が好適に例示さ
れる。

【００２２】本発明に使用される充填剤は、好ましくは
このような基材の表面に、超微粒子粉末、特に超微粒子
シリカを、好ましくは均一にコーティングした状態に担
持してなるものである。なお、本発明において、超微粒
子とは粒径が１００ｎｍ以下であることを示す。本発明
においては、このような構成の充填剤を用い、本発明の
充填方法と組み合わせることにより、カラム中の充填剤
の充填密度を容易に均一で高密度化することを可能と
し、それにより、高い理論段数を得られる液体クロマト
グラフィー用カラムを実現可能としたものである。

【００２３】適用される超微粒子シリカの粒径は、上記
条件を満たすものであれば特に限定はないが、好ましく
は、５〜６０ｎｍ程度、より好ましくは１０〜６０ｎｍ
程度である。上記粒径を有する超微粒子シリカを適用す
ることにより、充填剤の流動性が良好になり、充填密度
が増し、カラム内部の粒子充填密度が均一化する。ま
た、高理論段数を実現するためには、適用する超微粒子
シリカは高純度であるものが好ましく、少なくとも９０
％以上、好ましくは９９．８％以上の純度を有するもの
であるのが良い。このような超微粒子シリカとしては、
具体的には、AEROSIL 130 ，AEROSIL 200 ，AEROSIL 30
0 ，AEROSIL 380 ，RY200 ，R972，R20 等が好適に例示
される。

【００２４】なお、本発明においては、このような超微
粒子シリカ以外にも、超微粒子チタン，超微粒子アルミ
ニウム等も好適に適用可能である。このような超微粒子
チタンとしては、具体的には、Titanium Oxide P25（日
本アエロジル社製）、超微粒子アルミニウムとしては、
Aluminum Oxide C（日本アエロジル社製）等が例示され
る。

【００２５】超微粒子シリカの担持量にも特に限定はな
く、シリカゲルの表面全体に均一に超微粒子シリカをコ
ーティングした状態とできればよいが、好ましくは、シ
リカゲル１００重量部に対して０．０１〜４重量部程
度、より好ましくは０．０５〜２重量部程度である。

【００２６】シリカゲル表面に超微粒子シリカを担持さ
せる方法には特に限定はなく、適用するシリカゲルや超
微粒子シリカに応じた公知の方法を適用すればよいが、
一例として、適当量の両者を傾斜式球形ミキサーに充填
し、このミキサーを２０００〜４０００ｒｐｍ程度の速
度で、５分程度回転させる方法等が例示される。

【００２７】本発明に使用される液体クロマトグラフィ
ー用カラム容器（以下、単にカラムという）２２は、上
述した充填剤を充填するためのもので、円筒状等の形状
を有する。カラムの形状は通常円筒状であるが、特に制
限はなく、そのサイズも用途に応じて適宜設定すればよ
く、特に限定はない。また、材質もステンレス，硬質ガ
ラス等、通常のＨＰＬＣ用カラムに用いられる物がいず
れも適用可能である。

【００２８】本発明に用いられるカラム充填装置，カラ
ムおよび充填剤は、基本的に以上のように構成される
が、その作用および本発明の液体クロマトグラフィー用
カラムの充填方法（いわゆる、流通充填法）について詳
細に説明する。

【００２９】（１）まず、粉体供給部１２を粉体供給部
ジョイント１６で気密に取り付け、このジョイント１６
にはイオン風送入部１８を取り付け、カラム２２を除い
て図１（ａ）に示すカラム充填装置１０を組み立てる。
ここで十分に洗浄乾燥させたカラム２２の上端をカラム
ジョイント２０，２０で気密に締め付けることによりカ
ラム２２をカラム充填装置１０に組み込む。なお、カラ
ム充填装置１０への組み込み前に、図示しないフィルタ
ーを含むカラムエンドアッセンブリとカラム２２との組
立体の空重量を電子天秤で測定しておくのがよい。

【００３０】（２）次に、組み終えたカラム充填装置１
０を図示しない恒温室内に入れ、図１（ｂ）に示すよう
に、イオン風送入部１８の送入口１８ａ，１８ａに送風
機３２が接続されたイオナイザー２８および粉体供給フ
ィーダー３０を接続し、ポンプジョイント２４に真空ポ
ンプ２６を接続する。この後、真空ポンプ２６でカラム
２２の下端から吸引するとともに送風機３２から送風さ
れた空気流をイオナイザー２８でイオン化させて発生さ
せたイオン風をフィーダー３０によって供給された、図
示しない恒温室内で十分調整した試料充填剤粉体に混合
し、この混合物を送入口１８ａ，１８ａからイオン風送
入部１８に連続的に導入し、カラム２２中に混合物を供
給し、充填剤粉体を粉体供給量（充填速度）充填高さで
１〜１０ｃｍ／ｍｉｎ、例えば重量で１．３ｇ／ｍｉｎ
で充填する。

【００３１】（３）なお、イオン風は主にカラム２２の
下端から真空ポンプ２６によって吸引されるが、イオン
風の風量が多い場合には、バルブ１４を開放し、イオン
風送入部１８の上部の粉体供給部１２の開口１２ａから
排出させてもよい。このようして、カラム２２には、イ
オン風によって除電された直後の充填剤粉体が充填され
る。

【００３２】（４）このようにして充填剤粉体をカラム
２２の上部まで充填させた後、カラム２２のタッピング
を所定回数行う。例えば、タッピングは、２ｃｍの高さ
で約２０回繰り返すのが好ましい。（５）この後、片方ずつカラムジョイント２０，２０を
外し、カラム２２の両端にフィルターを含むカラムエン
ドアッセンブリを取り付け、再度、電子天秤で重量を測
定し、（１）で測定した空重量を引き、充填された充填
剤粉末の重量とカラム容積から、充填カラム２２の充填
率を算出する。

【００３３】（６）さらに、充填したカラム２２を高速
液体クロマトグラフィーに取り付け、その応答波形から
理論段数を算出する。こうして、高性能、特に理論段数
および充填率の高いカラムを得ることができる。

【００３４】このような本実施態様に係る流通充填法に
よって充填剤粉体が充填されたカラムが高い性能、特に
高い理論数段を示すのは、イオン風を導入することによ
って、充填剤粉体の電荷を緩和でき、均一な充填を可能
とし、高い充填率を得ることができるからである。

【００３５】ここで、イオン風の供給量は２０〜１００
ｌ／ｍｉｎであるのがよいが、より好ましくは少ない方
が良い。その理由は真空ポンプ２６により吸引できる風
量に規定されるからである。また、カラム２２への充填
剤粉体の充填速度は特に制限的ではないが、カラム２２
への充填高さで１０〜１００ｍｍ／ｍｉｎであることが
好ましい。その理由は粒子が十分に除電される程度の量
であれば良いからである。また、上述した例では、カラ
ム２２への粉体充填に際し、カラム２２の下端から真空
ポンプ２６で吸引しているけれども、本発明はこれに限
定されず、必ずしも吸引を行う必要はない。また、上述
した例では、恒温室を使用し、恒温恒湿雰囲気で充填を
行っているが、本発明はこれに限定されるわけではな
い。

【００３６】ところで、上述した例では、イオン風送入
部１８にイオナイザー２８からのイオン風と粉体供給フ
ィーダー３０から供給される充填剤粉体との混合物を供
給しているが、本発明はこれに限定されず、粉体供給部
１２に粉体供給フィーダー３０を接続し、充填剤粉体は
粉体供給部１２から供給し、イオン風送入部１８にはイ
オナイザー２８からのイオン風のみを導入し、両者を粉
体供給部ジョイント１６および／または上部カラムジョ
イント２０において混合して、カラム２２中に供給する
ようにしてもよい。

【００３７】以下に、本発明の液体クロマトグラフィー
用カラムの充填方法を実施例に基づいて具体的に説明す
る。

【００３８】〔実施例１〕図１（ａ）に示すカラム充填
装置１０を用いて、本発明の一実施態様に係る流通充填
法によって前述した手順でカラム２２に試料充填剤粉体
を充填した。ここで、イオナイザー２８によるイオン風
の風量は２０ｌ／ｍｉｎであった。カラム２２の末端か
ら真空ポンプ２６による吸引を行った。フィーダーによ
る粉体供給部１２からカラム２２への充填剤粉体の充填
速度は１．３ｇ／ｍｉｎであった。カラム２２は、直径
１０ｍｍ，高さ１００ｍｍのものを用い、充填後のタッ
ピングは、２ｃｍの高さで約２０回行った。ここで、試
料充填剤粉体は、微粉で表面処理したシリカゲル（Ｓｉ
Ｏ₂）を調整したが、混合比を０．２５〜２．０％重量
比の範囲で変えた数種の充填剤粉体を用いた。恒温恒湿
室内の雰囲気は、温度２５℃，相対湿度５０ＲＨ％とし
た。

【００３９】こうして得られた充填カラムを液体クロマ
トグラフィー装置（Ｌ−６０００，Ｌ−４２００、日立
製作所製）に設置し、移動相としての酢酸エチル（１５
％），ヘキサン（８５％）の溶液中に、フタル酸ジメチ
ル３％，ベンゼン３％，ヘキサン９４％の溶液を１００
μｌ注入し、図２に示すようなクロマトグラムを得、滞
留時間ｔ_Rおよび半値幅Ｗ_hを実測して、理論段数Ｎを
下記式の半値幅法により求めた。理論段数Ｎ＝（ｔ_R／σ）²＝５．５４×（ｔ_R／
Ｗ_h）² ここで、σは正規分布による標準偏差である。

【００４０】得られた結果を各混合比に対する理論段数
として図３に示す。同図から明らかなように、イオナイ
ザーを使用してイオン風で除電した場合も、イオナイザ
ーを用いないで除電しなかった場合も混合比０．５％で
ピークを持つが、イオン風を導入した場合はイオン風を
導入しなかった場合に比べ理論段数が高く、混合比が増
加するにつれてより高くなることが分かる。この結果、
イオン風を導入することにより、粉体の電荷を緩和で
き、充填率を向上させ、理論段数を向上させることがで
きることが分かる。

【００４１】ところで、本発明に係る液体クロマトグラ
フィー用カラムの充填方法は、前述のように、図１
（ａ）に示したような構成を有する装置を用いて、その
粉体供給部１２に粉体供給フィーダー３０を接続し、充
填剤粉体はこの粉体供給部１２から供給し、イオン風送
入部１８にはイオナイザー２８からのイオン風のみを導
入して、両者を粉体供給部ジョイント１６と上部カラム
ジョイント２０のいずれか一方または両方において混合
して、カラム２２中に供給する方法としても実施するこ
とができる。すなわち、本装置を以下のように操作する
ことにより、分割真空充填法による充填方法を実施する
ことも可能である。

【００４２】（１’）実施例１に示した手順と同様にし
て、カラム２２を除いて図１（ａ）に示すカラム充填装
置１０を組み立て、カラム２２をカラム充填装置１０に
組み込む。なお、この時、バルブ１４は閉めた状態にし
ておく。なお、カラム充填装置１０に組み込む前に、カ
ラム２２とフィルターを含むカラムエンドアッセンブリ
とを組み立て、この組み立てカラム２２の空重量を電子
天秤で測定しておくのがよいことは実施例１の場合と同
様である。

【００４３】（２’）組み終えたカラム充填装置１０を
恒温室（図示せず）内に入れ、ポンプジョイント２４に
真空ポンプ２６を接続する。試料充填剤粉体は、図示し
ない恒温室内において十分調整したものを分割回数に合
わせて１回の粉体充填量を決め、粉体供給部１２に仕込
んだ後、真空ポンプ２６でカラム２２内を所定時間、例
えば１〜３分、真空ポンプ２６の能力や真空圧によって
は３０分間吸引する。ここで、真空ポンプ２６による吸
引は、カラム２２内の圧力が所定真空圧、好ましくは、
１０ｋＰａ以下になるまで行うことが好ましい。その理
由は、空気の粘性を十分に小さくするためである。

【００４４】また、１回の充填量は、全充填量を分割回
数に応じて分割した量であれば良く、毎回均一であって
も、不均一であってもよいが、１回の充填量は、カラム
２２の大きさによって決めるのが好ましく、より好まし
くは、充填高さ５〜２０ｍｍに相当する量が適量であ
る。分割数を多くすれば、理論数段は向上するが、操作
性は悪くなるからである。従って、カラム２２の大きさ
から１回の充填量を決め、全充填量を充填する分割回数
を定めるのがよい。

【００４５】（３’）カラム２２内の圧力が所定真空圧
になっていることを、例えばインジケータ（圧力計）や
真空ゲージ等で確認後、イオナイザー２８でイオン化さ
せて発生させたイオン風を供給しつつ素早くバルブ１４
を開放し、充填剤粉体をカラム２２内に急速に充填す
る。なお、真空圧に達していないあるいは達しない場合
には、再度、カラム充填装置１０を組み直して、漏れが
ないことを確認し、再び真空ポンプ２６でカラム２２内
を吸引する。

【００４６】（４’）この後、真空ポンプを取り外し、
カラム２２のタッピング所定回数を行う。例えば、タッ
ピングは、２ｃｍの高さで約２０回繰り返すのが好まし
い。これは、適度な衝撃を与えるために２ｃｍ程度の高
さが適当であることと、２０回程度のタッピングで、充
填密度がほぼ最大定常に漸近するという理由による。

【００４７】（５’）この分割充填（上記（２’）〜
（４’））を所定回数だけ繰り返す。所定分割回数の分
割充填を行って、カラム２２の上部まで充填剤粉体が充
填された後、粉体供給部ジョイント１６とユニット化さ
れた上部のカラムジョイント２０を外し、カラム２２の
上部を例えばカッターナイフ等で擦り切り、平らになら
した後、図示しないフィルターを含むカラムエンドアッ
センブリを取り付ける。この後、カラム２２を逆にし、
ポンプジョイント２６とユニット化されたカラムジョイ
ント２０を取り外し、同様に擦り切った後、図示しない
フィルターを含むカラムエンドアッセンブリを取り付け
る。なお、この時、カラム２２とフィルターとの間に充
填剤粉体が挟まらないように気を付けるのがよい。

【００４８】ところで、下側のカラムジョイント２０の
代わりにフィルターを内蔵するカラムエンドアッセンブ
リをカラム２２に取り付けたまま用いてもよい。この場
合には、取り外し可能なポンプジョイント２４をカラム
エンドアッセンブリの配管接続口に直接接すればよい。
この場合には、充填剤粉体をカラム２２の上部まで充填
後、上側のカラムジョイント２０を外してカラム２２の
上部を平らにした後、カラム２２の上部のみにフィルタ
ー付カラムエンドアッセンブリを取り付ければよい。こ
うすることで、カラム充填（カラム製造）操作を簡略化
できる。

【００４９】（６’）充填し終えたカラム２２は、実施
例１の場合と同様に、再度、電子天秤で重量を測定し、
（１’）で測定した空重量を引き、充填された充填剤粉
体の重量とカラム容積から充填率を算出する。（７’）充填したカラムを高速液体クロマトグラフィー
に取り付け、その応答波形から理論段数を算出する。このようにして、高性能、特に理論段数および充填率の
高いカラムを得ることができる。

【００５０】このような、本実施態様に係る分割真空充
填法によって充填剤粉体が充填されたカラムが高い性
能、特に高い理論段数を示すのは、以下の理由によるも
のと考えられる。一般に、高い理論段数を得るには粒子
径の小さい充填剤粉体を用いる必要があるが、従来の乾
式充填法では、充填剤粉体が空気を抱き込んでしまい、
高密度の充填を行うことができなかったが、本発明の分
割真空充填法では、充填を真空中で行うことにより、空
気の粘性の影響を排除できるためであると考えられる。
また、多数回に分割して充填することにより、充填率が
カラム内部でより均一になるため理論段数が向上するも
のと考えられる。

【００５１】上述した例では、恒温室を使用し、恒温恒
湿雰囲気で充填しているが、本発明はこれに限定される
わけではない。また、分割真空充填１回当たりの充填
量，真空引きの時間などは、上述した例に限定されず、
カラムの大きさや分割回数および真空ポンプ２６の能力
や達成すべき真空圧に応じて、さらにはその他の必要に
応じて適宜選択すればよい。

【００５２】次に、この構成における動作例を示す。図
１（ａ）に示すカラム充填装置１０を用いて、前述した
（１’）〜（５’）の工程を行って分割回数を１回，２
回，３回，４回，８回，１２回および１６回に変えてカ
ラム２２に試料充填剤粉体を充填した。本動作例では、
真空ポンプ２６による真空引きの時間は３０分、真空ケ
ージによる真空圧のチェックは１０ｋＰａであることを
確認することで行った。また、タッピングは２ｃｍの高
さで、約２０回繰り返した。さらに、充填に際して温
度，湿度の影響をなくすために用いた恒温恒湿室内の雰
囲気は温度２５℃，相対湿度５０ＲＨ％とした。

【００５３】ここで用いたカラム２２は、（株）ＹＭＣ
製カラムで、その直径は１０ｍｍ，高さは１００ｍｍで
あった。ここで、試料充填剤粉体は、シリカゲル（Ｓｉ
Ｏ₂）で質量中位径４７．５μｍ（ＭＢ４Ｂ、富士デビ
ソン化学（株）製）と質量中位径０．１５μｍ（Ａｅｒ
ｏｓｉｌ２００、日本アエロジル（株）製）の両者を混
合機を用いて混合比０．５％の重量比（微粉質量／粗粉
質量）で混合撹拌し、表面処理したものを用いた。混合
機（日清エンジニアリング社製、Ｈｉ−Ｘ２００）の操
作条件は、インペラー回転数４０００ｒｐｍ，混合槽傾
斜角４５ｄｅｇ，混合時間２０ｍｉｎとした。

【００５４】こうして得られた充填カラムを液体クロマ
トグラフィー装置（Ｌ−６０００，Ｌ−４２００、日立
社製）に設置し、移動相としての酢酸エチル（１５
％），ヘキサン（８５％）の溶液中に、タル酸ジメチル
３％，ベンゼン３％，ヘキサン９４％の溶液を１００μ
ｌ注入し、図２に示すようなクロマトグラムを得、滞留
時間ｔ_Rおよび半値幅Ｗ_hを実測して、理論段数Ｎを下
記式の半値幅法により求めた。理論段数Ｎ＝（ｔ_R／σ）²＝５．５４×（ｔ_R／
Ｗ_h）² ここで、σは正規分布による標準偏差である。

【００５５】こうして得られた結果を図４に示す。この
図から明らかなように、分割回数が増加するにつれて、
理論段数も増加してきているのが分かる。この結果よ
り、多数回に分割して充填することにより、充填率がカ
ラム内部でより均一になるため理論段数が向上したこと
が分かる。

【００５６】次に、他の動作例を示す。図１（ａ）に示
すカラム充填装置１０を用い、前述の動作例と同様に分
割真空充填法によって試料粉体をカラムに充填し、測定
して理論段数を求めた。分割回数は８回および１２回と
した。また、用いたカラムは直径１０ｍｍ，高さ１００
ｍｍのものと、直径１０ｍｍ，高さ１５０ｍｍのものを
用いた。ここでは、試料充填剤粉体として、平均粒径Ｄ
₅₀＝４０μｍのシリカゲル（ＭＢ４Ｂ、富士デビソン化
学（株）製）を微粉による表面処理をせずにそのまま用
いた。また、比較のため、従来の乾式タッピング充填法
によって充填した市販の直径１０ｍｍ，高さ１５０ｍｍ
の充填カラムの理論段数を測定した。これらの結果を、
表１に示す。

【００５７】

【表１】

【００５８】表１から明らかなように、従来の大気圧充
填およびタッピングを行う乾式充填法による市販カラム
は、理論段数のばらつきが大きく、相対的に低い理論段
数を示しているのに対し、本発明の８回分割真空充填法
による同一寸法の充填カラムは高い理論段数を示し、そ
のばらつきも小さいことがわかる。また、本発明の分割
真空充填法による充填カラムは、分割回数が多いほど、
より高い理論段数を示し、カラムの高さが変わっても、
単位長さ当りの理論段数は高くなり、かつそのばらつき
も小さくなることがわかる。

【００５９】以上、一実施例に係る液体クロマトグラフ
ィー用カラムの充填方法について詳細に説明したが、本
発明はこれに限定されるものではなく、例えば、充填の
際に、充填剤の表面にアルコール等を噴霧して充填剤の
流動性を向上する等、公知の各種の操作を行ってもよい
など、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の
変更および改良を行ってもよいのはもちろんである。

【００６０】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、湿式充填のように大がかりで複雑な設備が不要
で、安価で簡易な設備で簡便に充填でき、低耐圧のカラ
ム容器を使用でき、溶剤を使用しないので使用時の取り
扱いが容易であるにもかかわらず、従来の乾式充填に比
べて高く、湿式充填と同等もしくは同等以上の性能（特
に、理論段数，充填率など）を得ることができ、得られ
た性能（特に、理論段数）のばらつきも小さく繰り返し
安定性が高いという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の液体クロマトグラフィー用
カラムの充填方法を実施するカラム充填装置の一実施例
の正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図であ
る。

【図２】本発明の液体クロマトグラフィー用カラムの
充填方法の実施例の流通充填法における混合比と理論段
数の関係を示すグラフである。

【図３】本発明の液体クロマトグラフィー用カラムの
充填方法の他の実施例において理論段数を求めるのに用
いられるクロマトグラムの一例である。

【図４】本発明の液体クロマトグラフィー用カラムの
充填方法の他の実施例における分割回数と理論段数の関
係を示すグラフである。

【符号の説明】

１０カラム充填装置１２粉体供給部１２ａ供給口１４バルブ１６粉体供給部ジョイント１８イオン風送入部１８ａ送入口２０カラムジョイント２２カラム２４ポンプジョイント２６真空ポンプ２８イオナイザー３０粉体供給フィーダー３２送風機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者篠田栄司埼玉県入間郡大井町鶴ヶ岡５−３−１株式会社日清製粉グループ本社生産技術研究所内 (56)参考文献特開昭52−56597（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−110954（ＪＰ，Ａ) 特開平５−107237（ＪＰ，Ａ) 特開平６−23750（ＪＰ，Ａ) 特開平７−282988（ＪＰ，Ａ) 実開昭60−148964（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 30/56 G01N 30/48 G01N 30/50

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】充填剤粉体を除電した後にカラム中に充填
することを特徴とする液体クロマトグラフィー用カラム
の充填方法。
【請求項２】前記充填剤粉体の除電はイオン風によって
行うことを特徴とする請求項１に記載の液体クロマトグ
ラフィー用カラムの充填方法。
【請求項３】前記カラム内の空気を前記カラムの他端か
ら吸引することを特徴とする請求項１または２に記載の
液体クロマトグラフィー用カラムの充填方法。
【請求項４】前記充填は、恒温室内で行われることを特
徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体クロ
マトグラフィー用カラムの充填方法。
【請求項５】前記充填剤粉体は、充填剤粉体基材表面に
超微粒子粉末を担持してなることを特徴とする請求項１
〜４のいずれか１項に記載の液体クロマトグラフィー用
カラムの充填方法。
【請求項６】一端に開閉可能なバルブを有する粉体供給
部に閉止した前記バルブを介してカラムの一端を接続
し、所定量の充填剤粉体を前記粉体供給部に仕込み、前記カラムの他端から吸引して前記カラム内を所定真空
圧まで減圧し、また、前記粉体供給部とカラムとの間に設けられた除電
部を作動させた後、前記バルブを瞬時に開放して、前記除電部により、前記
粉体供給部から前記所定量の充填剤粉体を除電しつつ前
記カラム内に充填する第１のステップと、所定回数のタッピングを行う第２のステップとを繰り返
すことを特徴とする液体クロマトグラフィー用カラムの
充填方法。
【請求項７】前記第１のステップと第２のステップとを
繰り返す回数が８回以上であることを特徴とする請求項
６に記載の液体クロマトグラフィー用カラムの充填方
法。
【請求項８】前記真空圧は、１０ｋＰａ以下であること
を特徴とする請求項６または７に記載の液体クロマトグ
ラフィー用カラムの充填方法。
【請求項９】前記所定量、すなわち充填剤粉体の１回あ
たりの充填量は、繰り返される充填回数に応じて決定さ
れることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記
載の液体クロマトグラフィー用カラムの充填方法。
【請求項１０】前記充填は、恒温室内で行われることを
特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載の液体ク
ロマトグラフィー用カラムの充填方法。
【請求項１１】前記充填剤粉体は、充填剤粉体基材表面
に超微粒子粉末を担持してなることを特徴とする請求項
６〜１０のいずれか１項に記載の液体クロマトグラフィ
ー用カラムの充填方法。