JP5175599B2

JP5175599B2 - 固相抽出用カートリッジ充填カラムの製造方法

Info

Publication number: JP5175599B2
Application number: JP2008101258A
Authority: JP
Inventors: 文雄宮沢; 糸山　　光紀; 恵小熊
Original assignee: Wako Pure Chemical Industries Ltd; Fujifilm Wako Pure Chemical Corp; Fujibo Holdings Inc
Current assignee: Fujifilm Wako Pure Chemical Corp; Fujibo Holdings Inc
Priority date: 2008-04-09
Filing date: 2008-04-09
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2028-04-09
Also published as: JP2009250862A

Description

本発明は液体クロマトグラフィー用カラム及び同反応カラムの製造方法に関するものであり、残留農薬分析、環境分析等に好適な固相抽出用カートリッジ充填カラムの簡易製造方法と充填材料の均一充填と、充填部と充填部の一体化成形とを、超音波処理で同時に行う簡易製造法において、理論段数が高く、安定した性能を発揮できるよう、不要な空隙を減少させるとともに、被検液を漏れにくくする方法に関するものである。

クロマトグラフィー用充填カラム及びその製造方法に関しては、均等・緻密な充填密度を有し、且つ充填状態の経時的安定性優秀なクロマトグラフィー用充填カラムの作成が、高精度の分離、分解能に優れピークテーリングの少ない高精度の分析結果・分離操作を得るために必須の最重要要件であるため、かかる課題の解消・改善を目的とした技術開発が実施され、多くの特許出願がなされている。
その内、代表的な発明は次の通りである。
（１）均質な充填密度の吸着性充填剤を充填剤カラムに充填する装置に関しては、充填時に充填剤の充填密度状態を観測しながら充填用懸濁液の粘度、濃度などを変化、調整して均質な充填密度を維持して充填する充填装置、方法などを開示した、特開平５−１５７７４４号公報、特開平８−９４６０４号公報等が挙げられ、
（２）カラム内に充填された充填剤に均質な且つ経時的に安定な充填密度を維持するために、充填後の充填圧解除時の充填層体積膨張及び、経時後の充填密度増大変化に基づく充填剤層体積収縮により充填カラム内充填層上層部に発生する空隙に起因するカラム内充填密度変動、撹乱によるクロマトグラフィー用カラムの分離・分解能の変動、分析精度の低下を防止するため、カラム上部のフィルター厚み等を調整して充填剤層の体積膨張・収縮による充填密度の不安定化、ボイド発生の防止を行うカラム構造とした、特表２００６−５３８３７６号公報に開示される充填剤密度を制御する方法も開示されており、

（３）カラム内に充填剤を均等・緻密に且つ、充填密度の変動なく充填する方策として、超音波振動を与えながら或いは又、超音波振動と加温を共に与えながら充填する方法及び装置が、特開平７−２５３４２４号公報、特開平１１−４４８８１号公報等多くの特許に開示されている。
（４）また、充填剤充填用カラム形成用円筒容器が熱可塑性樹脂で構成される場合、その構成部材の接合に超音波が適用出来ることを示唆する技術の開示が、特開２００４−３１６９０１号公報、特開２００７−８７３１号公報等多くの特許に開示されている。
（５）熱可塑性樹脂をカラム構成材に用いたクロマトグラフィー用充填カラム製造法として、超音波を用い充填剤の均等・緻密充填を図ると同時に、該カラム構成材の接合一体化を同時に一工程で実施する方法として、本件特許出願人自身の特許第３２６１４４７号がある。

特開平５−１５７７４４号公報特開平８−９４６０４号公報特表２００６−５３８３７６号公報特開平７−２５３４２４号公報特開平１１−４４８８１号公報特開２００４−３１６９０１号公報特開２００７−８７３１号公報特許第３２６１４４７号公報

特許第３２６１４４７号に開示した方法においては、発明が解消すべき課題とした目的、すなわち、一段の超音波処理で均質、緻密な充填層を有する充填カラムを形成させると共に同時に、カラム構成部材の溶着一体化を実施し、一段の超音波処理で充填剤が均等、緻密に充填され、経時的に充填剤密度変化がない安定性に優れた高分解精度を持つクロマトグラフィー用充填カラムを、一体化接合し製作するという技術を確立し、目標を構想通りに達成することが出来た。

即ち、該発明に基づき作成されるクロマトグラフィー用充填カラムは、均質、緻密で経時的な充填密度変化のない安定した充填層で充填カラムが構成されるため、該クロマトグラフィー用充填カラムを用いて行った分析（反応）結果は、分離、分解能が高くリテンションタイムが安定し、ピークテーリングの狭い極めて高精度で再現性・安定性の高い分析結果を得ることが出来る。

しかしながら、多く量産作成した該クロマトグラフィー用充填カラムを用いているうち、初期試験使用段階で見出せなかった該クロマトグラフィー用充填カラムを構成するカラム形成用円筒容器キャップ３と該カラム形成用円筒容器２間から僅かの液漏れではあるが、少数の試料数において液漏れ発生試料の存在が又、少数ではあるが、カラム形成用円筒容器キャップ３と該カラム形成用円筒容器２間溶着に異常溶着状態が発生するものがあることも判明した。

そこで該液漏れ発生試料や異常溶着試科を解体し原因調査を実施したところ、カラム形成用円筒容器キャップ３とカラム形成用円筒容器２の接合部の接合不足、部分的接合不良に基づく液漏れ及び、カラム形成用円筒容器キャップ３と該円筒状充填剤充填カラム形成用円筒容器２間の嵌め合い部での超音波振動の不均等伝播に基づく部分的、不均等溶着発生によるものであることが判った。

この接合不良発生の原因は特許第３２６１４４７号における構成においては、カラム形成用円筒容器２のカラム形成用円筒容器キャップ３との嵌め合い部における外径Ｌ_６と、カラム形成用円筒容器キャップ３の内径Ｌ_９間の円周上の間隔差（隙間）をＬ_９−Ｌ_６＝０、即ち隙間零の完全嵌合状態としていたため、超音波溶着法での溶着一体化処理時に超音波振動が溶着部位に充分均等に伝播することに障害が生じ超音波接合不良が生じたことと、カラム形成用円筒容器２の溶着面４に設けた溶着凸部５と、それに対峙するカラム形成用円筒容器キャップ３の天井部内面６に穿った逆三角形状溶着溝７間の超音波接合時に、弱圧着状態でも充分な溶着代と溶着溝間の圧着状態維持が確保でき、また、充分な溶着が実施出来るだけの溶着関与樹脂量が不足していたことが接合不良を引き起こしたものと考えられ、更にカラム形成用円筒容器キャップ３と該円筒状充填剤充填カラム形成用円筒容器２間の嵌め合い部での僅かな密着度の差異が超音波振動伝播の差となり局部的、部分的に不均等溶着を引き起こしたものと考えられた。この結果、粉体への超音波の伝達も不均等になり、十分な振動が粉体に加わらず、充填むらが発生することも判明した。

そこで、本発明においては特許請求の範囲の請求項に記載した如く、クロマトグラフィー用カラムを構成させ、製作し課題解消に成功したのである。
即ちその基本構成としては、カラム形成用円筒容器２とカラム形成用円筒容器キャップ３の溶着面４及び６のいずれか一方に、溶着凸部５を連続的に配し、且つ他方に溶着凸部５の断面積に対して０〜８０％の断面積を有する溶着凸受部７を連続的に配すること、および溶着凸部５の高さＬ２０と溶着凸受部７の深さＬ２２の差Ｌ２０−Ｌ２２が０．６ｍｍ
〜５．０ｍｍの範囲であり、更に要すれば前記カラム形成用円筒容器２と前記カラム形成用円筒容器キャップ３のいずれか一方に、溶着位置の横ズレを抑える横位置制御部１５を備え、実質的に溶着は凸部５の接点で行われ、超音波処理による振動を阻害しないよう、横位置制御部１５と横位置制御部１５に相対する横位置制御受け部１６との円周上の間隔差Ｌ９−Ｌ６およびＬ７−Ｌ１０が０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲を有するものである。その具体的な一例を以下に詳述する。
（イ）熱可塑性樹脂製のクロマトグラフィー用円筒形状充填カラムの構成（図１、図２）
カラム形成用円筒容器２とカラム形成用円筒容器キャップ３の溶着面４及び６のいずれか一方に、溶着凸部５を連続的に配し、幅０．６〜５．０ｍｍ、高さ０．６〜５．０ｍｍの三角形、矩形、半円（半楕円）形状の溶着凸部５を同心円状に配したカラム形成用円筒容器２の充填室内１０の下部に、充填剤のフィルター９を装着し、平均径５〜３００μｍの粉体吸着性充填剤１１を該フィルター上に該カラム充填容量の８５〜１３０容量％、好ましくは１０５〜１３０容量％に相当する量充填し、その上部にフィルター８を装着することになる。

（ロ）カラム形成用円筒容器キャップ部の構造（図１、図２）
該カラム形成用円筒容器２を、該カラム形成用円筒容器２上面の溶着凸部５に対峙し嵌合するカラム形成用円筒容器キャップ３の溶着面６に、溶着凸部５に対峙するように、溶着凸部５の断面積（近似的には容積）に対して０〜８０％、好ましくは０〜５０％、より好ましくは０〜１０％の断面積（近似的には容積）を有する溶着凸受部７を連続的に配すること、および溶着凸部５の高さＬ２０と溶着凸受部７の深さＬ２２の差Ｌ２０−Ｌ２２が０．６ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲であることである。該溶着凸部５と凹凸嵌合する該溶着凸受部７は溶着過程において常に溶着凸部５の先端を中心に溶着凸受部７との接点が広がり、それ以外の部位が接触しないような形状であることが望ましく、該溶着凸受部は７溶着凸部５の断面積（近似的には容積）に対し０〜８０％の断面積（近似的には容積）を有する凹状又は平坦な溶着凸受部７を同心円状に穿ったものである。熱可塑性樹脂製カラム形成用円筒容器キャップ３に、カラム形成用円筒容器２と該キャップ部の嵌め合い、挿入部間に、微小な隙間を持たせた嵌め合い状態で両者を挿入合体させ、溶着を確実にするためには、溶着凸部５の断面積（近似的には容積）が小さい場合には、溶着凸受部７の溶着凸部５に対する断面積（近似的には容積）は０或いは限りなく０に近づけること、即ち、溶着凸部５の凹状断面積（近似的には容積）が非常に小さい若しくは平面であることが望ましく、逆に溶着凸部５の容積が大きい時は溶着凸受部７の溶着凸部５に対する断面積（近似的には容積比）を大きくすることが望ましい。溶着凸受部７が溶着凸部５の断面積（近似的には容積）に対し０に満たない、即ち凸状になると、横ズレしやすくなったり、溶着ムラが起こりやすくなって好ましくない。反対に、８０％を超えると溶着凸部５の溶着樹脂が溶着凸受部７を埋設するのに消費されすぎて、溶着が不十分となるので、好ましくない。
なお、溶着凸部５と接する他方の溶着部（即ち、溶着凸受部７に相当）は平坦であっても良い。また、溶着凸部５をカラム形成用円筒容器キャップ３側に設け（図２C−３）、溶着凸受部７をカラム形成用円筒容器2側に設けても良い（図２C−４）。
溶着凸部５の高さＬ２０と溶着凸受部７の深さＬ２２の差Ｌ２０−Ｌ２２は０．６ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲であるが、これは、粉体の充填高さは好ましくは１／３０〜１／３、より好ましくは１／２７〜１／４の範囲、即ち、粉体の充填高さが１０ｍｍの場合、Ｌ２０−Ｌ２２は０．６ｍｍ〜３．３ｍｍが好ましく、０．６ｍｍ〜２．５ｍｍとなるのがより好ましい。また、粉体の充填高さが２０ｍｍの場合、Ｌ２０−Ｌ２２は０．７ｍｍ〜５．０ｍｍが好ましい。言い換えれば、粉体の充填高さの範囲は好ましくは１５０ｍｍ以下、より好ましくは１３５ｍｍ以下である。粉体の充填高さが、これを超えると、超音波の振動が十分に伝わらず、細密充填が難しくなることを意味する。更にまた、溶着凸部５の高さＬ２０と溶着凸受部７の深さＬ２２の差Ｌ２０−Ｌ２２が０．６ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲である。また、溶着凸部５の高さＬ２０と溶着凸受部７の深さＬ２２の差Ｌ２０−Ｌ２２は、好ましくは、０．７ｍｍ〜４．０ｍｍ、更に好ましくは０．７ｍｍ〜２．０ｍｍ、の範囲である。溶着凸部５の高さＬ２０と溶着凸受部７の深さＬ２２の差Ｌ２０−Ｌ２２が０．６ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲であることは、溶着凸部５の断面積と溶着凸受部７の断面積の差が０．０９ｍｍ^２〜１２．５０ｍｍ^２の範囲、好ましくは０．２５ｍｍ^２〜５．０ｍｍ^２の範囲である。
溶着凸部５の高さＬ２０と溶着凸受部７の深さＬ２２の差が小さすぎると溶着しながら粉体に振動が与えられる前に溶着部以外の樹脂が変形を招く恐れがあり、溶着凸部５の高さＬ２０と溶着凸受部７の深さＬ２２の差が大きすぎると横ズレしやすくなり、横位置制御部との異常合着が起きやすくなる。

（ハ）クロマトグラフィー用充填カラムの構成（図１、図３）
この合体物のカラム形成用円筒容器キャップ部３を超音波ウエルダー１３の溶着用治具１２側に、該充填剤が充填されたカラム形成用円筒容器２が該溶着治具１４（ホーン）側に来る如く装着し、圧着圧を負荷しながら超音波溶着処理を施し、カラム形成用円筒容器２上面の溶着凸部５とカラム形成用円筒容器カップ３の溶着面６の溶着凸受部７を超音波振動により溶着させることにより、該充填剤が充填されたカラム形成用円筒容器２とカラム形成用円筒容器キャップ３を溶着させ一体化構造物となし、同時に該一体構造物化せしめたカラム形成用円筒容器内に充填された充填剤が超音波振動により均等、緻密に充填されたクロマトグラフィー用充填カラムとなる。即ち、充填カラム内充填剤の均等、緻密充填と充填カラムの密閉溶着一体化を、一段の超音波処理で行うクロマトグラフィー用充填カラムの製造方法となるのである。
ここで、カラム形成用円筒容器２とカラム形成用円筒容器カップ３のいずれか一方に、溶着位置の横ズレを抑える横位置制御部１５を設け、横位置制御部１５と横位置制御部１５に相対する横位置制御受け部１６とを設けることが望ましく、これらとの円周上の間隔Ｌ９−Ｌ６及びＬ７−Ｌ１０が０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲の隙間を有するようにすることが望ましい。横位置制御部の隙間は、小さすぎると異常合着が起こりやすくなり、大きすぎると横ズレが発生して溶着不良を招きやすい。

更に説明を加えると、本発明の目的とする高性能を有するクロマトグラフィー用充填カラムを得るための基本構成の１例は下記のものである。即ち、
（ａ）溶着により容易に一体化可能のクロマトグラフィー用充填カラムの構成、手段として、
・カラム形成用円筒容器構成材料を超音波溶着により溶着一体化可能の熱可塑性樹脂により構成させること
・該充填カラム構成容器を、溶着凸部５を有する充填剤を充填する形成用円筒容器２と、それを受ける溶着凸受部７を有する形成用円筒容器キャップ３より構成させ、効果的な好適溶着凸部及び溶着凸受部のサイズも指定した、例えば、幅０．３〜５．０ｍｍ、高さ０．６〜５．０ｍｍ
・該溶着凸部５を有するカラム形成用円筒容器２の上端部を、それを受ける溶着凸受部７を有すカラム形成用円筒容器キャップ３に挿入し、加圧下で超音波をかけ溶着し一体化する方法
・更に超音波溶着を容易ならしめるため、カラム形成用円筒容器２とカラム形成用円筒容器キャップ３との嵌め合い部間に微小な隙間（０．１〜０．５ｍｍ）を持たせた嵌め合い状態で両者を挿入合体させる如くしたこと
を規定したクロマトグラフィー用充填カラムの構成及び手段を開示し、

（ｂ）充填剤カラム内に充填カラム一体溶着時と同時に、均等、緻密に安定な充填密度状態の充填剤を迅速に充填する手段として、
該カラム形成用円筒容器２に、該粉末状クロマトグラフィー用充填剤をカラム充填容量に対し８５〜１３０容量％に相当する量充填させ、規定した充填剤層長を有する充填剤層を形成させる。この時、カラム充填容量に対する該粉末状クロマトグラフィー用充填剤の充填量が８５容量％に満たないと、理論段数が減少し、逆に充填量が１３０容量％を超えると、充填剤が多すぎて溶着不良を招いたり、充填剤の破損や、使用時の検液の圧力損失の増大を招くので好ましくない。細密充填を保持する上では、均等緻密化処理後に空隙部が生じないよう、該粉末状クロマトグラフィー用充填剤をカラム充填容量に対し１０５〜１３０容量％に相当する量充填させるのが望ましい。但し、充填剤の均等緻密化処理後に、化学装飾や、親和性物質の吸着処理をする場合の保持充填カラムについては、充填密度が高すぎるとこれらの処理を阻害したり、これらの処理で充填剤が膨潤することもあるので、このような場合は８５〜１１０容量％の充填を行うことが望ましい。
ここでカラム充填容量Ｖf_１とは、図２における構造、寸法のカラム形成用円筒容器２における実効充填剤充填容量を示し、次式で規定されるものである。

Lf_１＝{L_１−L₃−２αLf−（L_１4−L_１6）}×（L₇/2）²×π
ここで、 α；フィルターの圧蜜係数 Lf；フィルター厚みである。
本件発明の方法によれば、該クロマトグラフィー用充填カラムに充填される充填剤の均等、緻密充填は、該カラム構成部材を超音波処理で溶着一体化する際に同時に実施される。

（ｃ）該クロマトグラフィー用充填カラムの超音波溶着、充填密度調整の実施手段として、
・溶着する充填剤を充填したカラム形成用円筒容器２とカラム形成用円筒容器キャップ部３の合体物の、超音波ウエルダーによる充填剤均等、緻密化実施の際、その効率の最適化を考慮し、通常はカラム形成用円筒容器キャップ部３を超音波ウエルダー１３の下方の溶着用治具１２側に、該カラム形成用円筒容器部２が該溶着治具１４（ホーン、上方側）に来る如く装着し、圧着圧を負荷しながら超音波溶着処理を行う。
但し、充填剤添加量をカラム充填剤充填容量の８５〜１０５容量％しか充填しない充填カラムの際は、この溶着法では充填剤がカラム上方に充填され下方に空隙部が生じるか、又は生じやすくなり、カラム内充填剤が使用時に下方に移行しボイドを発生するか、又は発生しやすくなるため、溶着時の装着法を逆転倒立させた状態のカラム形成用円筒容器２が下方に来る如く配置し、カラム形成用円筒容器キャップ３を超音波ウエルダー１３の上方の溶着用治具１４（ホーン側）に、該カラム形成用円筒容器２が該溶着治具１２（下方）側に来る如く配置した溶着用治具に装着し溶着するのが好ましい。

更に、好適な溶着条件を規定する技術の具体的開示が規定される。即ち、
好ましい機能を発揮するカラムの充填剤充填長は、カラム形成用円筒容器２上面に配した溶着凸部５の高さＬ_２０−Ｌ_２２の４〜３０倍であること。
溶着凸部５の高さＬ２０と溶着凸受部７の深さＬ２２の差Ｌ２０−Ｌ２２が０．６ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲、例えば、幅０．３〜５．０ｍｍ、高さ０．６〜５．０ｍｍの三角形、矩形、半円（半楕円）形状の溶着凸部であり、溶着凸部５の断面積（近似的には容積）に対して０〜８０％、好ましくは０〜５０％、より好ましくは０％の断面積（近似的には容積）を有する溶着凸受部７を連続的に配すること。
超音波溶着を容易ならしめるため、カラム形成用円筒容器２とカラム形成用円筒容器キャップ３との嵌め合い部におけるカラム形成用円筒容器側の嵌め合い部直径Ｌ_６及びL_７と、カラム形成用円筒容器キャップ側の嵌め合い部直径Ｌ_９及びL_１０との間に、Ｌ_９−Ｌ_６＝L_７−L_１０＝０．１〜０．５ｍｍの隙間を設けること。
好ましい超音波溶着と好ましい充填状態獲得のための超音波処理条件は請求項５、６、７に規定する処理が望ましいことが規定されているのである。

本発明は、特許第３２６１４４７号発明における技術の問題点であった、超音波溶着不充分となる要素、即ち溶着不足による液漏れを解消する手段として、カラム形成用円筒容器２とカラム形成用円筒容器キャップ３に溶着に充分な溶着代、溶着溝を設けるようにし、要すれば、更にクロマトグラフィー用充填カラムを構成するカラム形成用円筒容器２とカラム形成用円筒容器キャップとの間に微小な隙間を持たせた嵌め合い状態で挿入合体させ超音波溶着を行う構造としたため、前開示技術での改善課題であった溶着部からの液漏れ及び異常溶着が完全に解消され、更に該隙間の設置により超音波伝播効率がより向上し、充填剤の均等緻密充填がより迅速、確実に行えることになり、一段の超音波処理でクロマトグラフィー用充填カラム構成部材の溶着一体化と、充填剤の理想的充填を実施する方法の完成に至ったのである。

以下本発明のクロマトグラフィー用充填カラムの具体的製造法について詳細に述べる。
カラム構成容器の構成は図１（Ａ）（Ｂ）、及び図２（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示す構造の熱可塑性樹脂よりなるものであり、そのカラム形成用円筒剤容器２は該円筒容器２内下部にフィルター９、その上部に粉末状吸着性充填剤１１が充填され、更にその上部に上部フィルター８が装着され、カラム形成用円筒容器２の上端部をカラム形成用円筒容器キャップ３に挿入し、超音波処理により一体化溶着する構造を有し、更に超音波溶着を容易ならしめるため、カラム形成用円筒容器２とカラム形成用円筒容器キャップ３との嵌め合い部におけるカラム形成用円筒容器側の嵌め合い部直径Ｌ_６及びL_７と、カラム形成用円筒容器キャップ側の嵌め合い部直径Ｌ_９及びL_１０との間に、Ｌ_９−Ｌ_６＝L_７−L_１０＝０．１〜０．５ｍｍの横位置制御部を持たせて作成してある。

更に図２に示す如く、両カラム構成部材の超音波溶着を確実にするため、該カラム形成用円筒容器２の溶着面４には同心円状に三角形、矩形、半円形（半楕円形）形状の溶着凸部５が設けられ、また該カラム形成用円筒容器２と嵌め合う構造のカラム形成用円筒容器キャップ３の溶着面６には、該カラム形成用円筒容器２の溶着凸部５と対峙し嵌合する位置に、溶着凸部５の断面積（近似的には容積）に対して０〜８０％の断面積（近似的には容積）を有する溶着凸受部７を連続的に穿たれた構造となっている。
なお、上記構造形状を有する熱可塑性樹脂よりなる該カラム形成用円筒容器２、カラム形成用円筒容器キャップ３自体は、射出成型法で作成される。

本発明のクロマトグラフィー用充填カラムの作成法を更に詳しく記述すると、上記したカラム構成容器を用い、カラム形成用円筒容器２の下部にフィルター９を装着し、その上部に相対湿度５０％以上の粉末状吸着性充填剤１１をメスシリンダーを用い無振動状態で、該充填カラムの充填容積の８５〜１３０容積％に相当する量計量し、該充填カラム形成用円筒容器２に投入し、（この添加量決定のために予め充填剤の緻密化処理後の体積減少係数を予備試験で確かめて置くが望ましい）、更にその上部に上部フィルター８を装着し、該カラム形成用円筒容器２の上端部をカラム形成用円筒容器キャップ３に挿入合体させ、この合体物のカラム形成用円筒容器キャップ部を超音波ウエルダー１３の溶着用治具１２側（下方）に、該カラム形成用円筒容器２が該溶着治具１４（ホーン・上方）側に来る如く装着し、圧着圧を負荷しながら超音波振動を該合体物の溶着凸部５と溶着凸受部７に集中させ超音波溶着処理を施し、一体化溶着、密閉されたクロマトグラフィー用充填カラムを作成する。

この際、超音波ウエルダーの溶着条件は、
周波数８〜２５ＫＨｚ、出力４００Ｗ〜３ＫＷの超音波で０．２〜１１秒、最終負荷圧力０．１〜０．６ＭＰａの溶着条件で溶着処理すること、或いは、周波数８〜２５ＫＨｚ、出力４００Ｗ〜１．１ＫＷの超音波で０．０５〜８秒、最終負荷圧力０．１〜０．６ＭＰａの溶着条件で超音波溶着処理した後、更に続けて周波数８〜２５ＫＨｚ、出力９００Ｗ〜３ＫＷ、０．０５〜８秒、最終負荷圧力０．１〜０．６ＭＰａの溶着条件で超音波溶着する。

本発明において使用する粉末状吸着性充填剤は、特に限定されるものでなく、液体クロマトグラフィー用に常用されるものであれば何れにても差支えないが、例えばシリカゲル、アルミナ、オクタデシルシリカ、硫酸ナトリューム、イオン交換樹脂などが挙げられる。
この際、粒子径が大きすぎると分解能（理論段数）が低下し、所望の分離、分解能が得られなくなり、又逆に粒子径が小さ過ぎると、移動相の流下圧損が増大する故、５〜３００μmの物の使用が望ましい。

又、本発明の充填剤充填カラムにおいて充填剤の充填状態、位置を保持し、又粉末状充填剤の流失を防ぐために該カラムの充填剤の充填部両端（カラム上下位置）に装着して使用するフィルターは、充填剤粉末粒子の流出を防止し且つクロマトグラフィーに使用される薬剤、移動相溶媒と反応性がなく膨潤、溶解しない材質性状の物である必要があり、又粉末状充填剤細粒を通さない微細径の物である必要があるため、高分子量・高密度ポリエチレン或いはポリプロピレンよりなる孔径１〜４０μｍのフィルター（不織布フィルターや発泡体フィルター等）であることが望ましい。

又本発明において使用される、カラム形成用円筒容器２及びカラム形成用円筒容器キャップ３を構成する熱可塑性樹脂は、射出成型能がよく物性優秀で、クロマトグラフィー実施における薬剤、移動相溶媒と応性がなく溶解、膨潤しないこと、及び超音波溶着能に優れることが必要であり、かかる観点からポリスチレン、ポリカーボネート、ポリメタアクリル酸エステル（以上が透明性のあるカラム構成材料）、高分子量・高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアセタール等及びこれ等の共重合体の内から選定して使用される。

上記に、本発明のクロマトグラフィー用充填カラムの構成並びに製造方法につき説明し、技術内容を開示したが、以下に本発明のクロマトグラフィー用充填カラムの性能を実証するために、具体的実施例にて作成したクロマトグラフィー用充填カラムの性状、クロマトグラフィー分析操作における性能等を示してその性能、効果を実証する。
なお、実施例のクロマトグラフィー用充填カラムの性能評価は次の如く行った。
［クロマトグラフィ−用充填カラムの分解能評価］
カラムの分解能即ち、有効理論段数ｎは次の有効理論段数算出式より評価した。

ｎ＝５．５４×{（ｔ_Ｒ−ｔ_０）／Ｗ }^２
ここで、ｔ_Ｒ；ピ−クのテーリングタイム、
ｔ_０；ピークのリテンションタイム
Ｗ；ピークの半値幅である。
［高速クロマトグラフィー操作条件に於ける液漏れ評価］
（ａ）高速クロマトグラフィー装置（ファルマシアLKBバイオテクノロジー社製）にクロマトグラフィー用充填カラムを装着するための装着管のみを取り付け、移動相を０．５〜９．０ｍｌ／ｍｉｎ．まで流量を上げながら流し、流量を上昇させた際の圧損を０．５ｍｌ／ｍｉｎ．ピッチで測定し、流量vs．圧力A曲線を作成する。
（ｂ）次いで、該装着管に内径０．２５ｍｍ．長さ３５ｃｍのステンレス製の抵抗管を取り付け、（ａ）と同様に移動相を０．５〜９．０ｍｌ／ｍｉｎ．まで流量を上げながら流し、流量を上昇させた際の圧損を０．５ｍｌ／ｍｉｎ．ピッチで測定し、流量vs．圧力B曲線を作成する。
（ｃ）各流量における圧力Ｂと圧力Aの差から抵抗管の正味圧力を算出し、流量と正味圧力のグラフを作成する。
（ｄ）装着管と抵抗管の間に固相抽出用カートリッジ充填カラム（クロマトグラフィー用充填カラム）試料を装着し、移動相を流量９ｍｌ／ｍｉｎ．で流した時の圧力Ｃを測定し、流量９ｍｌ／ｍｉｎ．で流した時の圧力Ｂとの差からカラム（出口）圧力を算出した。
（ｅ）該カラム（出口）圧力Ｃが５．０Ｋｇ／ｃｍ２となる如く、先に測定した流量と正味圧力のグラフから流量を算出し、その流量で５ｍｉｎ．移動相を流した時のカラム形成用円筒容器キャップとカラム形成用円筒容器間接合部位の液漏れ有無の確認を行う。
なお、上記測定、観測は、移動相として粉末充填剤がシリカゲルの時は、イソプロピールアルコールを、粉末充填剤がオクタデシルシリカゲルの際は水を用いて試験を行った。

［実施例１］
図１（Ａ）（Ｂ）、図２（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示した構成を有し次の寸法を有するクロマトグラフィー用充填カラム形成用円筒容器２、該カラム形成用円筒容器キャップ３を、高分子量高密度ポリエチレン（日本ポリエチレン（株）製、ノバテックＨＢ４３９Ｒ）を用い射出成型法で作成し、請求項１に規定した方法に従い、該カラム形成用円筒容器下部に円盤状の厚さ２．４ｍｍで平均孔径３０μｍの高分子量高密度ポリエチレン製フィルター９（(有)プライフ製Ｈ-ＰＥ-６６）を装着し、その上部に粉体充填剤１１として粒径７５〜１５０μｍのシリカゲル(和光純薬工業（株）製ワコーゲル-Ｃ２００)を、充填後超音波による充填剤均等・緻密化処理終了後の容積１．３３ｍｌになる如く、カラム容積の１０５容量％に当たる１．４０ｍｌ投入し、下部フィルター９と同一材質の上部フィルター８を取り付け、該充填剤を充填したカラム形成用円筒容器２をカラム形成用円筒容器キャップ３に挿入合体させ、超音波ウエルダー１３の下方溶着用治具１２にカラム形成用円筒容器キャップ側を装着、上方治具（ホーン側）１４に充填カラム側を装着し、超音波ウエルダー１３(精電舎電子工業（株）製ＳＯＮＯＰＥＴ−Σ１２００Ｓ)を用い、カラム形成用円筒容器キャップ３とカラム形成用円筒容器２の接触部の凹凸溶着代部５（４），７（６）に最終圧力が０．２０５MＰａになるよう加圧しながら、１９．１５ＫＨｚの超音波にて出力１０２０Ｋｗで０．２秒間処理し、続けて１９．１５ＫＨｚの超音波に出力１０２０Ｋｗで溶着部に加えられた総エネルギーが９３Ｗｓとなるまで処理して超音波溶着処理を行った後、その圧力を保ったまま超音波発振開始時から２．００１秒後となるまで静止し、その後０．１０２５ＭＰａで０．０９９９秒間加圧しながら静置して溶着部位の冷却処理を施すことで充填剤の均質緻密化を行うと共に、該充填剤を充填したカラム形成用円筒容器２とカラム形成用円筒容器キャップ３を溶着一体化し、クロマトグラフィー用充填カラム試料Ｎｏ.３を作成した。

なお、該クロマトグラフィー用充填カラム形成用円筒容器の具体的な構成内容構造寸法などは次の図２の通りである。
（図２(Ｂ)）（円筒状カラム形成用充填剤容器２の寸法）
Ｌ_１：３５．０ｍｍ，Ｌ_２：７．７ｍｍ，Ｌ_３：７．９ｍｍ，Ｌ_４：６．２ｍｍ，
Ｌ_５：４．０ｍｍ．Ｌ_６：１５．５ｍｍ，Ｌ_７：１０．２ｍｍ
（図２(Ａ）)（カラム形成用円筒容器キャップ３の寸法）
Ｌ_８：１９．２ｍｍ，Ｌ_９：１５．８ｍｍＬ_１０：９．９ｍｍＬ_１１：６．０ｍｍ，
Ｌ_１２：４．０ｍｍ，Ｌ_１３：２．０ｍｍ，Ｌ_１４：２２．２ｍｍ，
Ｌ_１５：２１．０ｍｍ，Ｌ_１４：２２．２ｍｍ，Ｌ_１５：２１．ｏｍｍ，
Ｌ_１６：１５．０ｍｍ，Ｌ_１７：１３．０ｍｍＬ_１８：８．０ｍｍ，
（図２（Ｃ-１）（Ｃ-２））（溶着凸部５、溶着凸受部７寸法)
Ｌ_１９：０．５ｍｍ，Ｌ_２０：１．０ｍｍ，Ｌ_２１：０．５ｍｍ，Ｌ_２２：０ｍｍ

同様にして、Ｌ_２０が０ｍｍ，０．６ｍｍ，５．０ｍｍ，７．０ｍｍの充填カラム形成用円筒容器を用いてクロマトグラフィー用充填カラムＮｏ．１，Ｎｏ．２，Ｎｏ．４，Ｎｏ．５を得た。
また同様に、Ｌ_６が１５．８ｍｍのカラム形成用円筒容器２とＬ_１０が１０．２ｍｍのカラム形成用円筒容器キャップ３、Ｌ_６が１５．７ｍｍのカラム形成用円筒容器２とＬ_１０が１０．１ｍｍのカラム形成用円筒容器キャップ３、Ｌ_６が１５．３ｍｍのカラム形成用円筒容器２とＬ_１０が９．７ｍｍのカラム形成用円筒容器キャップ３、Ｌ_６が１４．８ｍｍのカラム形成用円筒容器２とＬ_１０が９．２ｍｍのカラム形成用円筒容器キャップ３を用いてクロマトグラフィー用充填カラムＮｏ．６，Ｎｏ．７，Ｎｏ．８，Ｎｏ．９を得た。

またＮｏ．１試料と同じカラム形成用円筒容器２とカラム形成用円筒容器キャップ３を用いて、超音波ウエルダーを用いずカラム形成用円筒容器２の上面４に１３０℃で溶融させた高分子量、高密度ポリエチレンを一面に塗布し、カラム形成用円筒容器キャップ３を挿入し取り付け、カラム形成用円筒容器２の上面４とカラム形成用円筒容器キャップ溶着面６を接触させ、溶融させたポリエチレンが固化する前に４．５Ｋｇ／ｃｍ^２の圧力を０．８秒間加え、充分放冷してクロマトグラフィー用充填カラム試料Ｎｏ．１０を得た。
得られたクロマトグラフィー用充填カラム試料Ｎｏ．１〜１０に、移動相としてヘキサン：アセトニトリル＝９９：１を３５℃にて流速２．０ｍｌ/ｍｉｎ.で流しながら、ベンゼン：ジメチールフタレート：移動相=１：１：４８の試料液を５μｌ注入した。
これを紫外線吸光光度計(日立製作所（株）製：ＨＩＴＡＣＨＩＵＶＤｅｔｅｃｔｏｒＬ−７４０５)を用いて２５４ｎｍの吸収についてクロマトグラフを得、ベンゼンのピークをｔ_０として該クロマトッグラフィー用充填カラムの有効理論段数を算出し、又該カラムの圧力測定、カラムからの液漏れ試験を行った。その結果を表１に示した。

表から明白な如く、試料Ｎｏ．１の試料は溶着部が０のためカラム形成用円筒容２とカラム形成用円筒容器キャップ３の溶着面４、６で接合する他はなく、溶着が不充分で液漏れする上に、更に超音波振動の伝播状態が不良のためかカラムの分離、分解能を示す有効理論段数が低くなっている。
又逆に試料Ｎｏ．５の試料は溶着部が過大すぎ溶着時に横ずれが発生し異常接合となり液漏れが発生した。

これに対し、本発明の規定範囲の試料Ｎｏ．２〜４，７，８の試料は異常接合や液漏れもなく、カラムの分離・分解能を示す有効理論段数についても良好な結果を示している。
又、超音波伝達の障害を除去するためにカラム形成用円筒容器２とカラム形成用円筒容器キャップ３の挿入・嵌め合い部Ｌ_９―Ｌ_６，Ｌ_７―Ｌ_１０に隙間を設けなかった試料Ｎｏ．６の試料は、異常接合が生じた上に、超音波振動の伝播状態が不良のためかカラムの分離・分解能を示す有効理論段数が低くなった。

これとは逆に、カラム形成用円筒容器２とカラム形成用円筒容器キャップ３の挿入・嵌め合い部Ｌ_９―Ｌ_６，Ｌ_７―Ｌ_１０を大きく採った試料Ｎｏ．９の試料は、隙間が大き過ぎるため超音波溶着時に横ずれが発生し、横ずれによる異常溶着を招いていることが解った。
また更に、超音波溶着を行わず溶融ポリエチレンによる溶着を試みた試料Ｎｏ．１０の試料は、熱圧着のみでクロマトクラフィー用充填カラムの溶着構成が行われるため、溶着が不充分で液漏れが発生する上に、カラム充填剤の均等、緻密化処理がないに等しいため、充填剤の均等、緻密充填状態が不充分で、充填カラムの分離・分解能を示す有効理論段数が低くなった。
なお、溶着凸部５をカラム形成用円筒容器キャップ３側に設け（図２C−３）、溶着凸受部７をカラム形成用円筒容器2側に設け、凹／凸容積比を変化させた実施例１１〜１５を追加した。本発明の規定範囲の試料Ｎｏ．１２〜１４の試料は異常接合や液漏れもなく、カラムの分離・分解能を示す有効理論段数についても良好な結果を示している。試料Ｎｏ．１５は、凸部に対する凸受部の容積が大きいために変形し、液漏れが発生した。

（A）は、本発明のクロマトグラフィー用充填カラムの概略断面図、（B）は同斜視図である。（A）は、カラム形成用円筒容器キャップの概略断面図、（B）は、カラム形成用円筒容器の概略断面図、（C−1）は、カラム形成用円筒容器の溶着凸部の断面拡大図、（C−2）は、カラム形成用円筒容器キャップの溶着凸受部の断面拡大図である。（C−３）は、カラム形成用円筒容器キャップの溶着凸部の断面拡大図、（C−４）は、カラム形成用円筒容器の溶着凸受部の断面拡大図である。クロマトグラフィー用充填カラム製造時の超音波溶着装置の概略図である。

符号の説明

１；クロマトグラフィー用充填カラム
２；カラム形成用円筒容器
３；カラム形成用円筒容器キャップ
４；カラム形成用円筒容器２の溶着面
５；溶着凸部
６；カラム形成用円筒容器キャップの溶着面
７；溶着凸受部
８；上部フィルター
９；下部フィルター
１０；紛体吸着性充填剤充填室
１１；紛体吸着性充填剤
１２；超音波溶着用治具（キャップ部用
１３；超音波ウエルダー
１４；超音波溶着用治具
１５；横位置制御部
L _１〜L_２２；各部位の寸法

Claims

熱可塑性合成樹脂製のカラム形成用円筒容器の円柱状材料充填室に下部フィルターを挿着し、粉体充填材料を充填し、上部フィルターと熱可塑性合成樹脂製のカラム形成用円筒容器キャップとを前記カラム形成用円筒容器に取り付けた後、超音波ウエルダーで加圧下充填カラムに振動を与えながら前記カラム形成用円筒容器と前記カラム形成用円筒容器キャップとを一体化させる固相抽出用カートリッジ充填カラムの製造方法において、前記カラム形成用円筒容器と前記カラム形成用円筒容器キャップの溶着面のいずれか一方に、溶着凸部を連続的に配し、他方に前記溶着凸部に対して溶着凸受部を連続的に配し、前記カラム形成用円筒容器と前記カラム形成用円筒容器キャップのいずれか一方に、溶着位置の横ズレを抑える横位置制御部を備え、実質的に溶着は前記凸部の接点で行われ、超音波処理による振動を阻害しないよう、前記横位置制御部と前記横位置制御部に相対する横位置制御受け部との円周上の間隔差が０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲を有することを特徴とする固相抽出用カートリッジ充填カラムの製造方法。
前記超音波ウエルダー１３に溶着する条件が、周波数８〜２５ｋＨｚ、出力４００Ｗ〜１．１ｋＷの範囲の超音波を、０．０５〜８秒、最終圧力０．１〜０．６ＭＰａの範囲で処理した後、続けて周波数８〜２５ｋＨｚ、出力９００Ｗ〜３ｋＷの範囲の超音波を、０．０５〜８秒、最終圧力０．１〜０．６ＭＰａの範囲で処理することを特徴とする請求項１記載の固相抽出用カートリッジ充填カラムの製造方法。