JP5170304B2 - 分取精製装置 - Google Patents

Description

本発明は、製薬分野などの分野において、溶液に含まれる目的成分をライブラリとして保管するデータを取得するためのサンプル又は詳細な分析のためのサンプルなどとするために、液体クロマトグラフにより目的成分を溶液から分離した後に固形物として回収するための分取精製装置に関する。

液体クロマトグラフを利用した分取精製装置としては、試料溶液中の目的成分（化合物）を液体クロマトグラフにより分離し目的成分毎に別々のトラップカラムに導入して一旦捕集した後、各トラップカラムに溶媒を流してトラップカラム内に捕集していた成分を溶出させることにより目的成分を濃縮して回収する装置がある（特許文献１，２参照。）。

液体クロマトグラフにより分取された溶質は溶液中に溶解しているので、通常、エバボレータなどを用いて数時間をかけて粉末化する。製薬分野における創薬ステップでは、薬物候補はこのように分離精製して粉末化され、後工程となる代謝研究、製剤化研究、物性研究などに用いられる。

しかし、エバボレータによる粉末化には長時間を要する欠点がある。

特開平２−１２２２６０号公報 特開２００３−１４９２１７号公報

本発明の目的は、分取液体クロマトグラフのカラムで分離され分画された目的成分を含む溶液、又は液体クロマトグラフのカラムで分離された目的成分を一旦トラップカラムに捕集した後、液体クロマトグラフでの移動相とは異なる溶媒に再溶出させた溶液を対象とし、それらの溶液から目的成分を短時間で固形物として回収することのできる分取精製装置を提供することである。

本発明の分取精製装置は、分取された目的成分を含む溶液を先端から供給する送液流路と、ガスを先端から供給するガス供給流路と、回収容器と、回収容器をその内部での前記溶液の溶媒の蒸発を促す温度に加温する加温機構とを備えている。そして、回収容器は有底の容器本体及び容器本体の開口部を閉じる開閉可能な蓋を備えた回収容器であって、蓋には前記送液流路の先端部が接続され送液流路からの溶液が容器本体内に供給される溶液入口、前記ガス供給流路の先端部が接続されガス供給流路からのガスが容器本体内に供給されるガス入口及び容器本体内から外部へ通じるガス排出口が設けられている。

目的成分を含む溶液は、液体クロマトグラフのカラムで成分分離されて特定の目的成分を含むように採取された溶出液自体でもよいし、成分分離された特定の目的成分がトラップカラムに一旦捕集され、その後にトラップカラムに溶出力の強い溶媒が供給されることで再溶出した目的成分を含む溶出液でもよい。

ガス供給流路から回収容器内に供給されるガスは、溶質を含む溶媒を霧化するネプライズガスである。また、回収容器を加温することにより回収容器内表面で加熱された液滴の溶媒が蒸発することを促進させるものである。そのようなガスとして、一般に不活性ガスが好ましく、例えばヘリウム、アルゴン、窒素などを用いることができる。目的成分が酸化されないものである場合は空気を用いることもできる。

加温機構による回収容器の加温温度は、蒸発させようとする溶媒の沸点程度でよい。例えば溶媒がジクロロメタンのように沸点の低い（ジクロロメタンでは約４０℃）有機溶媒であれば、容器を４０℃程度に加温しておけばよい。

送液流路からの溶液は送液流路の先端部から蓋の溶液入口を経て容器本体内に滴下又は流下する。このとき、ガス供給流路の先端部から蓋のガス入口を容器本体内にガスが供給されるので、溶液は微小液滴となって容器本体の内壁に付着する。容器本体は加温されているので、容器本体の内壁に付着した液滴中の溶媒は迅速に蒸発し、目的成分が容器の内壁に析出する。

ガス供給流路から容器本体内に供給されたガスは溶液を微小液滴化するとともにその溶媒の蒸発を促した後、ガス排出口から外部に出ていく。容器本体の開口部は開放ではなく、ガス排出口以外は蓋で閉じられているので、すでに粉末化された溶質がガスにより容器外に排出されることを抑えることができ、目的成分の逸散が抑えられる。

回収容器をこの分取精製装置に装着する操作を容易にするために、送液流路の先端部とガス供給流路の先端部を一体化したプローブをさらに備えていることが好ましい。そのプローブを蓋に装着することにより送液流路の先端部とガス供給流路の先端部がそれぞれ蓋の溶液入口とガス入口に接続されるように、蓋の溶液入口とガス入口はプローブにより一体化された送液流路の先端部とガス供給流路の先端部にそれぞれ対応する位置に配置されている。

さらに好ましくは、プローブの先端部が二重管からなり、二重管の一方が送液流路につながり、二重管の他方がガス供給流路につながっているようにすることである。この場合、蓋の溶液入口とガス入口は、蓋の中央に配置されて二重管の中心の出口に対応した１つの中心入口と、その周囲にあって二重管の外側の出口に対応する円周上に配置された複数個の外側入口として形成されていることが好ましい。

先端部が二重管からなるプローブの一例は、二重管の内側の管が送液流路につながり、二重管の外側の管がガス供給流路につながっているものである。この場合は、送液流路から供給される溶液の流量が少量であっても、溶液が蓋の中央に配置された中心入口から回収容器内に滴下し、その周囲からガスが供給される。

プローブが設けられている場合、溶液とガスは蓋の中央部から回収容器内に供給されることになり、ガス排出口はそれらの入口よりも外周側に配置されることになる。そのようなガス排出口の配置の好ましい一例は、蓋のガス排出口が複数個からなり、溶液用の入口又はガス用の入口のうちの外側の入口が配置されている円周よりも外側の円周上に等間隔に配置されているものである。

回収容器内で溶液に当たるガスの温度が高ければそれだけ効率良く溶媒を蒸発させることができる。そこで、ガス供給流路上にはガス加熱手段を備えていることが好ましい。

また、蓋の溶液入口から回収容器内に滴下又は流下する溶液の温度が高ければ、ガス流によって飛散されたりガス流の吹き付けを受けたりした際にそれだけ効率良く溶媒を蒸発させることができる。そこで、送液流路上には溶液加熱手段を備えていることが好ましい。

本発明の分取精製装置では、加温された回収容器内に送液流路から目的成分を含む溶液を滴下又は流下させるとともに、回収容器内にガスを供給するので、溶液の溶媒の蒸発が速やかに行われ、目的成分が速やかに粉末化して回収される。そのとき、回収容器には蓋が設けられているので、目的成分の逸散を抑えて目的成分の回収率を高めることができる。

一実施例を示す概略構成図である。 同実施例におけるプローブを示す概略断面図である。 同実施例における回収容器を示す斜視図である。 同実施例における回収容器の蓋を示す断面図である。 一実施例において回収容器に目的成分の粉末状になって回収された状態を示す概略断面図である。

符号の説明

２ 回収容器
４ 蓋
８ 溶液入口
１０ ガス入口
１２ ガス排出口
２０ プローブ
３２ 溶液容器
３６ 溶出用溶媒容器
４４ トラップカラム
５６ 送液流路としての分取流路
６６ 容器ラック
６８ ヒータ

一実施例を図１〜図４により説明する。

分取された目的成分を含む溶液を先端から供給する送液装置は、図示されていない分取液体クロマトグラフで予め分取された目的化合物を含む溶液容器３２中の溶液中の目的化合物をトラップカラム４４で精製して供給するものである。

図１において、溶液容器３２には予め分取された目的化合物を含む溶液が収容されている。その溶液の溶媒は分取液体クロマトグラフに使用された移動相である。洗浄水容器３４には洗浄水として純水が収容されており、溶出用溶媒容器３６には溶出用溶媒としてジクロロメタンが収容されている。切替えバルブ４は３つの容器３２、３４及び３６の液体のいずれかを選択的に供給流路４２に流すように流路を切り替えるものである。供給流路４２上には所定の流量で液体を吸引して送出する送液ポンプ４０が設けられている。

供給流路４２上で送液ポンプ４０の下流にはトラップカラム４４が接続されている。トラップカラム４４には目的化合物を捕集するための吸着剤が充填されている。トラップカラム４４は軸方向が垂直方向を向くように配置され、下端側が入口、上端側が出口となるように流路が接続されている。

トラップカラム４４の出口端に接続された排出流路５０は分取ヘッド５２に内蔵された二方切替えバルブ５４の共通ポートに接続されている。バルブ５４は共通ポートを他の２つの切替えポートに切り替えて接続するものである。バルブ５４の一方の切替えポートには送液流路としての分取流路５６が接続され、他方の切替えポートには廃液口に至る廃液流路５８が接続されている。

送液流路としての分取流路５６に溶液を供給する構成が送液装置である。

分取流路５６の末端は図２に示されたプローブ２０につながっている。プローブ２０の先端部は二重管からなり、内側の円筒管２２の周囲を外側の管２４が取り囲んだ形状になっている。二重管の内側の管２２が分取流路５６につながり、二重管の外側の管２４がガス供給流路６０につながっている。二重管の先端部では二重管の先端の開口部の形状は、内側の管２２の円形の開口を取り囲んで外側の管２４の円環状の開口が両管の壁を介して接している。

ガス供給流路６０上には開閉バルブ６２を介して窒素ガス（又は他の不活性ガス）を収容したガスボンベ等（図示略）が接続されている。

分取精製された目的化合物を回収するための回収容器２は、ヒータ６８及びサーミスタなどの温度センサ７０が設けられた容器ラック６６内に複数収容されている。容器ラック６６は例えばアルミニウムなどの熱伝導性の良好な材料から形成され、外側が断熱材で被覆されている。容器ラック６６からの熱が回収容器２に伝導する。温調部７２は温度センサ７０により検出される温度が目標温度となるようにヒータ６８への通電を制御して回収容器２を一定温度に加温する。

回収容器２は、図３に示されるように、円筒状の容器本体３と、容器本体３の開口部を閉じる開閉可能な蓋４とからなる。蓋４は容器本体３の開口部に密着する形状となっており、容器本体３の開口部分にはまりこむ形となっている。容器本体３の開口部がネジ口構造の場合には、蓋４にもそれに螺合するネジ部を設けておく。回収容器２の材質は、例えば強化硬質ガラスである。

蓋４には、図３及び図４に示されるように、プローブ２０の先端部が装着される入口が凹部６として形成され、その凹部６内にはプローブ２０の内側の管２２から溶液を容器本体３内に導入する溶液入口８と、プローブ２０の外側の管２４からのガスを容器本体３内に導入するガス入口１０が開けられている。蓋４には、さらに容器本体３内から外部へ通じるガス排出口１２が開けられている。

プローブ２０を蓋４に装着することにより溶液入口８がプローブ２０の内側の管２２に接続され、ガス入口１０がプローブ２０の外側の管２４に接続されるように、溶液入口８とガス入口１０が位置決めされている。溶液入口８は蓋４の中央に配置された１つの中心の穴であり、ガス入口１０は溶液入口８の周囲にあってプローブ２０の外側の管２４の先端の円環上の開口に対応する円周上に配置された複数個、この例では４個、の穴である。プローブ２０の先端部では内側の管２２の開口と外側の管２４の環状の開口が接近しているので、溶液入口８とガス入口１０も互いに接近した位置に配置されている。

ガス入口１０の穴の断面形状は、図４に示されているように、容器本体３側に向かって広がるように形成され、ガス入口１０から容器本体３に噴出されるガスは容器本体３内に拡散することにより溶液入口８から滴下又は流下する溶液を霧化する。

ガス排出口１２は複数個、この例では４個、の穴からなり、入口の凹部６よりも外側で、溶液入口８を中心とする円周上に等間隔に配置されている。

この例ではプローブ２０の二重管の内側の管２２が分取流路５６につながり、プローブ２０の二重管の外側の管２４がガス供給流路６０につながっているので、分取流路５６から供給される溶液の流量が少ない場合に適する。しかし、逆に、プローブ２０の二重管の内側の管２２がガス供給流路６０につながり、プローブ２０の二重管の外側の管２４が分取流路５６につながるようにしてもよい。

プローブ２０は分取ヘッド５２に固定され、分取ヘッド５２は例えば複数のモータなどを含む三軸駆動機構７４により上下（図１中の上下方向）移動及び水平（図１中の面内の横方向と紙面垂直方向）移動が可能となっている。三軸駆動機構７４は、分取ヘッド５２を介してプローブ２０を容器ラック６６内に収容された複数の回収容器２の中の任意の回収容器２上に移動させ、分取ヘッド５２を下降させてプローブ２０を回収容器２の蓋４の凹部６に装着し、分取ヘッド５２を上昇させてプローブ２０を蓋４から離すことができる。ここでは、容器ラック６６が固定され分取ヘッド５２が移動するように構成しているが、逆に代わりに、分取ヘッド５２が固定され容器ラック６６が移動するように構成してプローブ２０を任意の回収容器２に装着させるようにしてもよい。

制御部８０はＣＰＵ等を含み、予め設定されたプログラムに従って、バルブ３８と５４の切替え動作、送液ポンプ４０の流量又は流速の制御を含む動作、温調部７２の目標温度の設定、三軸駆動機構７４を介した分取ヘッド５２の移動などの制御を実行することで、分取精製作業を自動的に遂行する。また、操作部８２はその分取精製作業のための条件などを入力設定するためのものである。

本実施例における自動分取精製動作を説明する。トラップカラム４４内の吸着剤に目的化合物を捕集するために、制御部８０は切替えバルブ３８により溶液容器３２と供給流路４２とを接続し、二方切替えバルブ５４により排出流路５０と廃液流路５８とを接続し、所定の一定流量で送液を行うように送液ポンプ４０を動作させる。これにより、トラップカラム４４中の吸着剤に溶液中の目的化合物が捕集される。

次に制御部８０は、洗浄水容器３４と供給流路４２とを接続するように切替えバルブ３８を切り替え、送液ポンプ４０により洗浄水容器３４中の純水を吸引してトラップカラム４４に導入する。これにより、先の目的化合物の捕集時に吸着剤に付着した塩類などの不所望で水溶性の物質がトラップカラム４４内から除去される。吸着剤に捕集されている目的化合物は強い吸着作用により水には殆ど溶出しないため、この時点ではトラップカラム４４内に捕集された状態が維持される。

次いで、制御部８０は三軸駆動機構７４により分取ヘッド５２を予め指定された所定の回収容器２の上方まで移動させ、さらに分取ヘッド５２を所定高さまで下降させてプローブ２０を回収容器２の蓋４の凹部６に装着させる。そして、溶出用溶媒容器３６と供給流路４２とを接続するように切替えバルブ３８を切り替え、送液ポンプ４０を作動させて溶出用溶媒容器３６中のジクロロメタンをからトラップカラム４４に導入する。送液ポンプ４０の送液流量は溶液容器３２の溶液や洗浄水容器３４の純水の送液時よりも小さな流量とする。一例として、ジクロロメタンの送液流量を０．５ｍＬ／分程度とする。また、制御部８０は温調部７２に対し目標温度を指示して容器ラック６６の加熱を開始し、回収容器２を加温し始める。目標温度としては、例えばジクロロメタンの沸点と同程度又はそれよりも少し高い程度としておけばよく、４０〜４５℃とする。

ジクロロメタンは水よりも比重が大きく（比重１．３２）、水との相溶性もなく、さらには送液流量が小さいことからトラップカラム４４中での流速も遅くなっている。そのため、トラップカラム４４に下端からジクロロメタンが導入されると、ジクロロメタンはトラップカラム４４内に存在していた水と殆ど混じることなく、ジクロロメタンと水との界面は徐々に上昇してゆく。ジクロロメタンにより押された水はトラップカラム４４の上端の出口から出て二方切替えバルブ５４を経て廃液流路５８から廃液口に至る。

制御部８０は、流路５０の水が全て廃液流路５８から排出された時間に二方切替えバルブ５４を切り替えてジクロロメタンを分取流路５６に導く。流路５０の水が全て廃液流路５８から排出される時間は、トラップカラム４４内の空隙容積（つまりジクロロメタンを導入し始める直前にトラップカラム４４内に溜まっている水の容量）と送液ポンプ４０によるジクロロメタンの送液流量とから計算することができる。この時間は制御部８０により計算される。

制御部８０は二方切替えバルブ５４を分取流路５６側に切り替えて溶出液の分取を開始するとともに、ガス供給流路６０の開閉バルブ６２を開放することでガス供給流路６０を通した窒素ガスの供給を開始する。ジクロロメタンの送液流量を０．５ｍＬ／分程度としたとき、窒素ガスの供給流量は０．５Ｌ／分程度が適当である。

この動作により、蓋４の溶液入口８から目的成分のジクロロメタン溶液が滴下又は流下し、溶液入口８の近くのガス入口１０から噴出されるガスによって霧化され、図５に示されるように容器本体３の内部に粉末状の固形物１００となって回収される。このとき、溶媒のジクロロメタンが蒸発しきらずに溶液が液滴となって容器本体３の内壁に付着すると、容器本体３は加温されているのでジクロロメタンは速やかに蒸発する。目的成分が粉末となってガスにより容器内で舞い上がっても、容器は蓋４で閉じられているので、外に飛び出すことはない。

トラップカラム４４中の吸着剤に捕集されている目的化合物の量は限られているから、ジクロロメタンがトラップカラム４４に導入され始めてから或る程度の時間が経過すると溶出液に含まれる目的化合物の濃度は下がる。そこで、制御部８０は、トラップカラム４４の内容積（充填されている吸着剤の量）と送液ポンプ４０によるジクロロメタンの送液流量とから目的化合物が溶出し終わるのに要する時間を計算し、ジクロロメタンの送液開始からの経過時間が計算により求めた時間に達したところで二方切替えバルブ５４を再び廃液流路５８側に切り替え、送液ポンプ４０の動作を停止することで分取を終了する。

以上のように本実施例による分取精製装置では、トラップカラム４４から再溶出させた目的化合物を含む溶液中の溶媒を速やかに且つオンラインで蒸発させ、固形の目的化合物を回収容器２に回収することができ、しかも粉末化した目的成分が回収容器２の外に逸散するのを抑えることができる。

実施例では、容器ラック６６を介して回収容器２を加温することで容器２の内壁に接触した溶液中の溶媒の蒸発を促進させていたが、ガス供給流路６０から回収容器２内に噴出する窒素ガスの温度が高ければ、それだけ溶液に与えられる熱量が増加して溶媒の蒸発が一層促進される。そのために、例えば図１に示されるように、ガス供給流路６０上にガス供給流路６０を通過するガスを加熱する加熱部９０を設けて、その加熱部９０により回収容器２に供給されるガスの温度が高められるようにすることが好ましい。加熱部９０としては、ヒータと温度センサを設けて制御部８０により一定温度になるように制御するものであってもよく、熱交換器を設けてガス供給流路６０がその熱交換器中を通過する構成としてもよい。

また、同様に溶媒の蒸発を促進させる目的で、トラップカラム４４から排出された溶出液を加熱してその温度を高めるように、例えば図１に示されるように、排出流路５０上に排出流路５０を通過する溶液を加熱する加熱部９２を設けて、その加熱部９２により回収容器２に供給される溶液の温度が高められるようにすることが好ましい。加熱部９２としては、ヒータと温度センサを設けて制御部８０により一定温度になるように制御するものであってもよく、熱交換器を設けて排出流路５０がその熱交換器中を通過する構成としてもよい。

他の実施例として、分取液体クロマトグラフを直結し、その分取液体クロマトグラフで分離された目的化合物を含む溶液をトラップカラム４４に直接導入するようにすることができる。

Claims (7)

1. 分取された目的成分を含む溶液を送液流路の先端から供給する送液装置と、
   ガスを先端から供給するガス供給流路と、
   有底の容器本体及び前記容器本体の開口部を閉じる開閉可能な蓋を備えた回収容器であって、前記蓋には前記送液流路の先端部が接続され前記溶液が前記容器本体内に供給される溶液入口、前記ガス供給流路の先端部が接続され前記ガス供給流路からのガスが前記容器本体内に供給されるガス入口及び前記容器本体内から外部へ通じるガス排出口が設けられている回収容器と、
   前記回収容器をその内部での前記溶液の溶媒の蒸発を促す温度に加温する加温機構と、
   を備えて前記回収容器内に前記目的成分の固形物を収集する分取精製装置。
2. 前記送液流路の先端部と前記ガス供給流路の先端部を一体化したプローブをさらに備え、
   前記プローブを前記蓋に装着することにより前記送液流路の先端部と前記ガス供給流路の先端部がそれぞれ前記蓋の前記溶液入口と前記ガス入口に接続されるように、前記蓋の前記溶液入口と前記ガス入口は前記プローブにより一体化された前記送液流路の先端部と前記ガス供給流路の先端部にそれぞれ対応する位置に配置されている請求項１に記載の分取精製装置。
3. 前記プローブの先端部は二重管からなり、二重管の一方が前記送液流路につながり、二重管の他方が前記ガス供給流路につながっており、
   前記蓋の前記溶液入口と前記ガス入口は、蓋の中央に配置されて前記二重管の中心の出口に対応した１つの中心入口と、その周囲にあって前記二重管の外側の出口に対応する円周上に配置された複数個の外側入口として形成されている請求項２に記載の分取精製装置。
4. 前記二重管の内側の管が前記送液流路につながり、二重管の外側の管が前記ガス供給流路につながっている請求項３に記載の分取精製装置。
5. 前記蓋のガス排出口は複数個からなり、前記外側入口が配置されている円周よりも外側の円周上に等間隔に配置されている請求項３又は４に記載の分取精製装置。
6. 前記ガス供給流路上にはガス加熱手段を備えている請求項１から５のいずれか一項に記載の分取精製装置。
7. 前記送液流路上には溶液加熱手段を備えている請求項１から６のいずれか一項に記載の分取精製装置。

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