JP6706920B2 - 液体クロマトグラフ方法及び液体クロマトグラフィ補助装置 - Google Patents
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Description
更に、本発明者は、特願2015-152510において、特許文献1を更に改良し、logk‘とlogBとの関係に基づいて液体クロマトグラフィの予測を行うことについての技術を開発した。
従って、このような場合にも対応できるような、薄層クロマトグラフィの結果に基づいて液体クロマトグラフィの結果を予測する方法についての検討が求められていた。
すなわち、これによって、効率の良い液体クロマトグラフィを行うことができる液体クロマトグラフ方法を提供することを目的とするものである。
混合比が異なる2種以上の混合溶媒又は単独溶媒において薄層クロマトグラフィ又はカラムクロマトグラフィを行う工程(1)、
当該工程(1)の結果に基づいてサンプル中の化合物それぞれについて溶媒の混合比率と溶出度との関係式を作成する工程(2)、及び、
当該関係式に基づいて最適条件を決定して液体クロマトグラフィを行う工程(3)を有することを特徴とする液体クロマトグラフィ方法であり、
Rs=(N 1/2 /4)〔(α−1)/α〕〔k’/(k’+1)〕
(Nは、カラムの理論段数、式中、αは以下で定義される。
α=k’ 1 /k’ 2
(k’ 1 ,k’ 2 は、分離対象化合物1,2それぞれの保持率)
に基づいてRsを算出し、
Rsが1.2以上となるようなαが得られる液体クロマトグラフィ条件で工程(3)を行うことを特徴とする液体クロマトグラフィ方法である。
logk’=alogB+b (1)
(ただし、式中、k’は下記式(2)で算出される保持比である。
k’=(tR-t0)/t0 (2)
B:溶媒比率
a:溶出に使用される溶媒系によって決定される定数)
で表される溶離液の混合比又は溶離液の混合比のグラジエントパターンと溶出時間との関係式を作成するものであることが好ましい。
当該計算式作成手段の結果に基づいて、液体クロマトグラフィの最適条件を決定する液体クロマトグラフィ結果予測手段
を有し、
液体クロマトグラフィの最適条件は、
Rs=(N 1/2 /4)〔(α−1)/α〕〔k’/(k’+1)〕
(Nは、カラムの理論段数、
αは以下で定義される。
α=k’ 1 /k’ 2
(k’ 1 ,k’ 2 は、分離対象化合物1,2それぞれの保持率)
に基づいてRsを算出し、
Rsが1.2以上となるようなαが得られる液体クロマトグラフィ条件であることを特徴とする液体クロマトグラフィ補助装置でもある。
例えば、上述した特許文献1及び特願2015―152510に記載した発明においては、薄層クロマトグラフィの結果に基づいてサンプル中の化合物それぞれについて溶媒の混合比率と溶出度との関係を作成するものである。しかし、これらの発明においては、基本的に1種類の溶媒混合比率に対して薄層クロマトグラフィを行い、その結果に基づいて任意の混合比率に対応した溶出度を算出している。
このような予測は多くの場合には妥当な溶出結果の予測を行うことができる。しかし、2種以上の分離対象化合物の組み合わせによっては、良好な分離ができない場合があった。
その結果、このような分離ができないのは、図2に示したような分離対象化合物によって微妙に傾きが相違する場合であることが明らかになった。更に、2つの直線が交差する点を有するようなサンプルの場合には、交差点付近の溶媒混合比で液体クロマトグラフィを行うと、全く分離ができなくなってしまう場合がある。
そしてこれら2段階の展開において、それぞれ別の混合比の混合溶媒を用いて行う。これによって、簡便に混合比率が異なる2種の混合溶媒についての薄層クロマトグラフィを行うことができる。
しかし、図11の(B)に示した結果の場合、最初の展開でRf値が大きかったサンプルが二回目の展開ではより小さいRf値を有することとなる。このような場合に、溶媒の混合比と溶出度との関係を示すと、図2のように、2回のTLCを行った際の2種の溶媒の混合比の間で二つのグラフの交点がある。このような場合、交点近傍ではサンプルの分離を行うことができない。
以下、これらの方法についてそれぞれ説明する。
特願2015-152510は、液体クロマトグラフィについて、溶媒の混合比と溶出時間との関係について
logk’=alogB+b (1)
(ただし、
保持比:k’=(tR-t0)/t0 (2)
溶媒比率:B
溶出に使用される溶媒系によって決定される定数:a)
との関係式が成立することを開示している。
当該方法1においては、以下の式(2)
k’=(tR-t0)/t0 (2)
によって保持比k’を定義する。
ここで、t0は溶出溶媒が特定のカラム中を通過するのに必要とされる時間又は非保持サンプルがカラム中を通過するのに必要な時間であり、カラムのサイズ、形状等によって決定されるカラム固有の値である。
tRは、対象となるサンプルが特定のカラム(上記t0と同一のカラムである)中を通過するのに必要とされる溶出時間である。t0はカラム固有の定数であるから、このk’によってカラムの長さによらないサンプルの保持力を表すことができる。さらに、k’が明らかになれば、これに基づいてt0が明らかになっているカラムを使用した場合の溶出時間tRを求めることもできる。
一般に、薄層クロマトグラフィのRfと液体クロマトグラフィにおけるt0とtRの間には、
tR=t0/Rf
の関係が成立することが知られている。
このため、Rfを測定すれば、これによって、t0とtRとの関係が明らかとなり、これを一般式(2)に代入することで、上記一般式のk’が求められる。
k’=(1/Rf)−1
である。
上記した方法に基づいて、化合物について2点の測定を行った薄層クロマトグラフィ又はカラムクロマトグラフィについての保持比k’、溶媒比率Bにより、上記a、bを化合物毎に算出することができる。これによって、上記各化合物に対して式(1)を容易に得ることができる。
このようにして算出された各化合物に対応した上記式(1)を用いることで、特定の液体クロマトグラフィ方法によって、サンプル中に含まれる化合物がどの程度良好に分離できるかの指標として、以下の分離度Rsを算出することができる。すなわち、このRsは、特定の液体クロマトグラフィ方法によって2つのサンプルがどの程度良好に分離されるかを示す指標であり、この分離度Rsを算出することで、良好な分離を行えるような分離方法であるか否かを確認できる。よって、これを液体クロマトグラフィ方法の評価の指標とすることができる。このような方法による評価の具体的な算出方法を以下に示す。
lnk’1=a1lnB+b1 (1−1;化合物1についての関係式)
lnk’2=a2lnB+b2 (1−2;化合物2についての関係式)
を求めることができる。よって、図1、図2で示されるその差Δに基づいて、
Δ=lnk’1−lnk’2
=lnk’1/k’2
=lnα
として、αが求められる。
k’1=k’2
となり、α=1、Δ=0となる。
通常は、化合物1の式と化合物2の式においては、同一の充填剤、溶媒系においてはa1=a2であるため2成分は等しい傾きを持ち、αはb1とb2の差のみで決定される値であるが、本発明の場合は、これをより広い範囲に拡張できるよう、a1及びa2をそれぞれ、薄層クロマトグラフィ又はカラムクロマトグラフィの結果に基づいて算出する。
lnα=lnk’1−lnk’2=(a1−a2)lnB+(b1−b2)
α=exp〔(a1−a2)lnB+(b1−b2)〕
となることから、各化合物についての上記関係式に基づいて算出することができる。
Rs=(N1/2/4)〔(α−1)/α〕〔k’/(k’+1)〕 (3)
によって、評価を行うことができる。
ここで、Nはカラムの理論段数を示し、αは上述した値である。更に、k’は、化合物1、2のいずれのものか、これらの平均値であることが好ましい。
また、上述した式に基づいて各サンプルについての溶出時間tr1、tr2を求めることができる。これによって、溶出時間、分離度の両面から液体クロマトグラフィ条件を評価することができ、実際の液体クロマトグラフィ操作よりも前に最適な液体クロマトグラフィ条件を知ることができる。
図8においては、具体的なRsの値とサンプルの分離状態を表す模式図を示した。
すなわち、Rs=0.8の場合は、溶出曲線において、先に溶出するサンプルの溶出が完全に終了しないうちに次のサンプルが溶出し始める。このため、取得したフラクションのうち溶出曲線が重なった部分においては、両方の化合物が含まれるフラクションが生じ、完全な分離がなされない。
上述したように、Rsは、1.25程度の値があれば、十分な分離を図ることができる。そして、上記式(3)を用いれば、Rsが1.25となる場合のNの値が明らかとなる。そして、このNに対応した負荷量が図9の関係からさらに明らかになる。
例えば、図10には、大きいカラムと小さいカラムの2種類のカラムについて、その特性グラフを示した。この関係から、それぞれのカラムを使用した場合にRs1.25となる分離精度で分離することができるような負荷量が明らかとなる。よって、分離を行うべきサンプル量が明らかとなっていれば、分離を行う際のカラム選択が容易となる。更に、特定のカラムを使用した場合の分離可能な負荷量も明らかにすることができる。
液体クロマトグラフィにおいては、グラジエント(すなわち、時間とともに溶媒の混合比を変化させること)を行いながら分離作業を行う場合がある。本発明の方法は、このようなグラジエントを行う場合にも対応可能である。
lnk’1=a1lnB+b1 (1−1;化合物1についての関係式)
lnk’2=a2lnB+b2 (1−2;化合物2についての関係式)
の関係が明らかになっていれば、これらの関係式に基づいて、グラジエントの具体的な方法、グラジエントを行った場合の溶出時間を算出することで、クロマトグラフィを行うことができる。
図3の場合、B=B0となる溶媒混合比において、2つのグラフは交差する。
その場合は、交差する溶媒混合比Bの近傍を避けるようにしてグラジエントを行うことが好ましい。すなわち、図3に示す場合は、溶媒混合比がB1〜B2の範囲内でのグラジエトとなるよう、溶媒混合比を選択してグラジエントを行うことが好ましい。より具体的には、より二つのグラフが離れている、B1の溶媒混合比を起点として、B2までのグラジエントを行い、B0またはその近傍の地点を通過しないようなグラジエントパターンを選択することが好ましい。
B=B(t)
と置き換えて、これを時間で積分することで、グラジエントを行った場合のサンプルごとの溶出時間を知ることができ、これによってなお一層正確な液体クロマトグラフィの結果を予測することができる。
上述したTLCによって得られた上記一般式(1)と、液体クロマトグラフィにおけるk’TとBTとの関係式とは完全には一致しない場合がある。
このため、本発明者らは、このような相違を補正する手段についても、検討を行った。
次いで、特許文献1に示されたような予想方法について、本発明の方法を適用する場合について、説明する。
Rf=aB+b (4)
の関係を2点の薄層クロマトグラフィに基づいて得ることができる。
このような方法に対しても、本発明のように溶媒混合比が異なる2つの薄層クロマトグラフィ又はカラムクロマトグラフィの結果を適用して、液体クロマトグラフィの予測を行うこともできる。
Rf1=a1B+b1 (4−1;化合物1についての関係式)
Rf2=a2B+b2 (4−2;化合物2についての関係式)
の2つの関係式を求めることができ、
α=(k’1/k’2)
=〔Rf1(1−Rf2)〕/〔Rf2(1−Rf1)〕
として、αを求めることができる。当該αを用いて、上記式(3)を利用して、Rsを算出することができる。
更に、各成分の溶出時間tr1、tr2を求めることもできる。更に、分離度Rsに基づいてNの算出を行い、使用するカラムの選択を行うこともできる。
そして、これらの結果に基づいて上記方法1と同様に、液体クロマトグラフィ方法の評価を行うことができる。
方法2において本発明を適用する場合に、溶媒の混合比においてグラジエントを行う場合も、本質的には上記方法1の場合と同一である。すなわち、各成分について、上述した関係式を作成し、得られた関係式において2つの直線が交差する場合は、その交差する溶媒混合比B0から離れており、ある程度Rfの値が遠くなるところでグラジエントを行うことが望まれる。さらに、グラジエントを行った場合の溶出時間を算出するには、溶媒混合比の時間に関する関係式を作成し、これを時間積分することで、Rf値を求めることができ、これに基づいて液体クロマトグラフィを行った場合の溶出時間を得ることができる。
本発明は、上述した計算式を用いて、効率よく液体クロマトグラフィを行うものである。このような理論を実際に液体クロマトグラフィに適用するに際しては、液体クロマトグラフィの補助装置、液体クロマトグラフの制御装置、液体クロマトグラフィの実行方法及び液体クロマトグラフの制御プログラム等の装置の形態としてもよい。
すなわち、薄層クロマトグラフィ又はカラムクロマトグラフィの結果に基づいて、上述したような計算を自動で行い、作業者に対して液体クロマトグラフィ方法についての情報を提示するような、液体クロマトグラフィ補助装置を用いて行うものであってもよい。このような、液体クロマトグラフィの補助装置は、薄層クロマトグラフィ又はカラムクロマトグラフィの結果に基づいて上述した方法によって、サンプル中の化合物それぞれについて溶媒の混合比率と溶出度との関係を作成する計算式作成手段、当該計算式作成手段の結果に基づいて、クロマトグラフィの最適条件を決定する液体クロマトグラフィ結果予測手段を有するものである。
以下に、これらの各手段について詳述する。
上記実測値記憶手段は、上述した工程(1)による薄層クロマトグラフィ又はカラムクロマトグラフィの結果を記憶する手段である。
TLCでは、まず、図12(a)に示すように、試料3が垂らされた状態のシリカゲル薄層2が、に溶離液4中に浸漬される。すると、毛管現象により混合溶液4がシリカゲル薄層2に吸い上げられてゆく。これに伴い、試料3も上方に移動する。溶離液4及び試料3の移動が終了すると、図12(b)に示すように、試料3は試料3´の位置に移動する。このとき、試料3の混合溶液4中に浸漬される前の位置から、溶離液4の上端までの距離を1.0として、その1.0に対する試料3´までの距離が移動度Rfとして求められる。
本発明における計算式作成手段は、上述した薄層クロマトグラフィ又はカラムクロマトグラフィの結果に基づいて、特定の成分についての特定の溶媒系に対する一般式(1)を作成する手段である。
分離が必要なすべてのサンプルについて一般式(1)が決定されると、溶離液の混合比及び使用するカラムに対応した溶出時間が予測できる状況ができあがる。また、例えば、図2に示したようなグラフが作成されれば、これに基づいて作業者は良好な混合溶媒比を容易に推測することができる。更に、具体的な液体クロマトグラフィ条件を入力すると、これに応じた溶出時間を提示することもできる。更に、上述した分離度Rsを表示するものとすることもできる。作業者は、これらの情報を見ることによって、複数種の液体クロマトグラフィ条件の良否を容易に判断することができる。これによって、容易に最適な液体クロマトグラフィ条件(溶媒混合比、使用するカラム等)を実験前に選択することができることとなる。
そして、幾つかの測定条件に対応したこれらの値を比較することで、作業者は最適な液体クロマトグラフィ方法を知ることができる。
本発明は、このようにして、液体クロマトグラフィ結果予測手段を利用しながら作業者は自らが作成した又は装置によって推奨された液体クロマトグラフィ条件の評価を行い、最終的に液体クロマトグラフィ条件を決定するものである。
本発明は、上述した液体クロマトグラフィ条件決定手段による決定に基づいて、液体クロマトグラフィが行われるものであってもよい。混合比制御手段は、前記液体クロマトグラフィ条件決定手段に基づいて作業者によって選択された液体クロマトグラフィ条件に基づいて、カラムに送液される前記溶離液の混合比又は溶離液の混合比のグラジエントパターンを制御する制御信号を出力するための手段である。なお、当該混合比制御手段は、公知のものを使用することができ、例えば、特許文献1に開示されたようなものを使用することができる。
以下、図に基づいて本発明の液体クロマトグラフの制御装置の態様の一例を更に詳細に説明する。なお、本発明は以下に示す図面に記載されたものに限定されるものではない。
本発明は、必要な要素を備えた液体クロマトグラフィ装置及びこれを制御するコンピュータによって、上述したような各手段によって液体クロマトグラフィを制御する制御装置に関するものであってもよい。
上述したような手法を実際の装置として運用する上での態様の一例について、以下詳述する
上述したような実測値記憶手段、計算式作成手段、液体クロマトグラフィ結果予測手段、液体クロマトグラフィ条件決定手段、混合比制御手段を用いて、液体クロマトグラフィを実行することができる。
本発明は、上述したような実測値記憶手段、計算式作成手段、液体クロマトグラフィ結果予測手段、液体クロマトグラフィ条件決定手段、混合比制御手段を有し、これらによってコンピュータを機能させるための液体クロマトグラフィの制御プログラムでもある。
カフェインとカイネチンの薄層クロマトグラフィを酢酸エチル:メタノールの混合比(体積比)95:5および80:20で行った。カフェインはそれぞれ0.27、0.46、カイネチンは0.23、0.54とRf値が得られた。この2サンプルのRf値を縦軸に、溶出力のより強いメタノールの比率(=B%)を横軸にしたグラフにプロットした。結果を図16に示す。
Rs は式(3)より(カラム効率の指標である理論段数Nを100として)算出した。)
2成分の交差する点B0=10% でα=1すなわちRs=0となり、2成分が同時に溶出される(=分離しない)B% を読み取ることができる。
上記横軸B%をBmol%に換算しその自然対数をとった値を横軸に、縦軸Rf値を式(2)よりk’に換算しその自然対数をとった値を縦軸にプロットし直線で結んでそれらの直線の一次式とともに描いた。結果を図19に示す。
図19を利用した場合も分離に不利になる溶媒比率がわかりこの比率を避けたカラムクロマトグラフィを行うことでより高い分離度が達成される。
この2成分においてカイネチンの保持比を変化させたときの分離係数αは表2になる。
2 シリカゲル薄層板
3 試料
4 溶離液
5 容器
6 検出器
11 液体クロマトグラフ装置
12、13 容器
14 電磁弁
15 混合器
16 ポンプ
17 インジェクター
18 カラム
20 フラクションコレクター
Claims (7)
- 2種類以上の化合物の混合物を分離するための液体クロマトグラフィ方法であって、
混合比が異なる2種以上の混合溶媒又は単独溶媒において薄層クロマトグラフィ又はカラムクロマトグラフィを行う工程(1)、
当該工程(1)の結果に基づいてサンプル中の化合物それぞれについて溶媒の混合比率と溶出度との関係式を作成する工程(2)、及び、
当該関係式に基づいて最適条件を決定して液体クロマトグラフィを行う工程(3)を有し、
Rs=(N1/2/4)〔(α−1)/α〕〔k’/(k’+1)〕
(Nは、カラムの理論段数、式中、αは以下で定義される。
α=k’1/k’2
(k’1,k’2は、分離対象化合物1,2それぞれの保持率)
に基づいてRsを算出し、
Rsが1.2以上となるようなαが得られる液体クロマトグラフィ条件で工程(3)を行うことを特徴とする液体クロマトグラフィ方法。 - 前記工程(3)における最適条件の決定は、工程(2)によって得られた関係式から、溶出時間及び分離度を算出することによって行う請求項1記載の液体クロマトグラフィ方法。
- 薄層クロマトグラフィは、二次元展開型薄層クロマトグラフィである請求項1又は2記載の液体クロマトグラフィ方法。
- 溶媒の混合比率と溶出度との関係は、薄層クロマトグラフィ又はカラムクロマトグラフィの結果に基づいて下記式(1)
logk’=alogB+b (1)
(ただし、式中、k’は下記式(2)で算出される保持比である。
k’=(tR-t0)/t0 (2)
B:溶媒比率
a:溶出に使用される溶媒系によって決定される定数)
で表される溶離液の混合比又は溶離液の混合比のグラジエントパターンと溶出時間との関係式を作成するものである請求項1、2又は3記載の液体クロマトグラフィ方法。 - 2種類以上の化合物の混合物を分離するための液体クロマトグラフィにおける情報提供方法であって、
混合比が異なる2種以上の混合溶媒又は単独溶媒において薄層クロマトグラフィ又はカラムクロマトグラフィを行う工程(1)、
当該工程(1)の結果に基づいてサンプル中の化合物それぞれについて溶媒の混合比率と溶出度との関係式を作成する工程(2)、及び、
当該関係式に基づいてクロマトグラフィに関する情報を提供する工程(3)を有し、
クロマトグラフィに関する情報は、
Rs=(N1/2/4)〔(α−1)/α〕〔k’/(k’+1)〕
(Nは、カラムの理論段数、
αは以下で定義される。
α=k’1/k’2
(k’1,k’2は、分離対象化合物1,2それぞれの保持率)
に基づいてRsを算出し、
Rsが1.2以上となるようなαが得られる液体クロマトグラフィ条件である
ことを特徴とする情報提供方法。 - 工程(3)は、α=k’1/k’2で表される選択性因子αを算出し、これに基づいてクロマトグラフィの結果予測情報を提供するものである請求項5記載の情報提供方法。
- 混合比が異なる2種以上の混合溶媒又は単独溶媒において行った薄層クロマトグラフィ又はカラムクロマトグラフィの結果に基づいてサンプル中の化合物それぞれについて溶媒の混合比率と溶出度との関係を作成する計算式作成手段、及び
当該計算式作成手段の結果に基づいて、液体クロマトグラフィの最適条件を決定する液体クロマトグラフィ結果予測手段
を有し、
液体クロマトグラフィの最適条件は、
Rs=(N1/2/4)〔(α−1)/α〕〔k’/(k’+1)〕
(Nは、カラムの理論段数、
αは以下で定義される。
α=k’1/k’2
(k’1,k’2は、分離対象化合物1,2それぞれの保持率)
に基づいてRsを算出し、
Rsが1.2以上となるようなαが得られる液体クロマトグラフィ条件であることを特徴とする液体クロマトグラフィ補助装置。
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