JPH03111757A - 分離塔の製造方法及び分離塔 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、液体クロマトグラフィーにおいて使用される
、内側が重合体膜で被覆されたガラス毛管を具備する分
離塔の製造方法及び分離塔に関する。

また本発明は、内側を重合体膜で被覆した内径最大１０
μｍのガラス毛管を具備する分離塔に関する。

［従来の技術］ 上記の分離塔は液体クロマトグラフィー、電界での粒子
の運動に基づく分離技術、例えば毛管帯電気泳動及び内
部浸透クロマトグラフィーに使用される。

液体クロマトグラフィーは化合物の混合物の分離、検出
及び分析のための公知の方法であり、非揮発性又は熱不
安定な固体又は液体化合物及び多くの有機化合物の分析
のために特に適している。

分析される試料は適当な溶剤いわゆる移動相に溶解され
、同じ又は他の適当な溶剤と共に高い圧力のもとて塔に
押し通される。使用される多くの塔はいわゆる充填塔で
あり、多孔質粒体の形の適当な吸着剤が固定相として使
用される。慣用の粒体は表面処理されており、形成され
る薄い表層が固定相の働きをする。充填塔の代りに内側
を適当な固定相で被覆した毛管を使用することによって
、原則として塔の分離能と分離速度を改善することがで
きる。この主の毛管塔は文献で０ＴＬＣ（Ｏｐｅｎ　ｔ
ｕｂｕｌａｒ　１ｉｑｕｉｄ　ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａ
ｐｈｙ開管液体クロマトグラフィー）塔と呼ばれる。毛
管の内径が５−１０μｍであり、毛管の内側の固定相の
厚さが０．３−１μｍであるならば、理論的に毛管塔は
充填塔に比して優れていると推論することができる。分
析試料片の化合物は固定相に対する親和力の相違により
クロマトグラフィー塔の通過時間が異なる。こうして試
料は現存する個別化合物に分離される。塔の端で化合物
の検出と定量的及び／又は定性的決定が行なわれる。

冒頭に述べた種類の方法はＣｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈ
ｉａ２４巻７３９−７４４頁（１９８７年）所載の０・
ファン・ベルケル（Ｏ−ｖａｎＢｅｒｋｅｌ）の論文に
記載されている。そこで記述された方法ではジメチルシ
ロキサン重合体と熱開始剤のペンタン養液を塔に圧入す
る。低圧でペンタンを蒸発し、次に生じた重合体膜の交
さ結合（ｃｒｏｓｓ−１ｉｎｋｉｎｇ）を高温で行なう
。

［発明が解決しようとする課題］ 公知の方法の欠点は、小さな内径の毛管内に得られる重
合体膜の層厚が小さいことである。内径５μｍの毛管で
０．０４５μｍの層厚が記述されている。この場合決定
的な量は相比βである。相比βは　Ｖｓ　　（ｄ十ｒ）
２−ｒ” Ｖｍ　　　　　ｒ” に等しい。この式でＶｓは固定相の容積、Ｖｍは移動相
の容積、ｄは重合体膜（＝固定相）の厚さ、ｒは重合体
膜を設けた塔の半径である。与えられた例でβ＝０．０
３７である。記述された重合体膜の厚さは０．７０μｍ
、毛管直径２５．１μｍである。これは０．１２２のβ
値に相当する。ペンタン溶液の重合体濃度を増すことに
よって、−般に厚い重合体層を得ることができる。しか
しその結果強粘性溶液が生じるので、毛管を重合体溶液
で満たすことは到底できない。公知の方法は、細い毛管
の内側を比較的厚い重合体膜で被覆するには不適当であ
る。厚い重合体膜を作ることができることは、塔の有用
性にとって不可欠である。

厚さが増すにつれて塔の最大負荷（容量）が増加するか
ら、成分を良く検出することができるのである。

本発明はとりわけ相比βが高く、従って試料容量が高い
０ＴＬＣ塔の製造方法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］ 本発明は、毛管の内側をシリル化し、次に毛管に光及び
／又は熱開始剤とアクリレート単量体及び／又はオリゴ
マーの溶剤中の溶液を満たし、続いて単量体及び／又は
オリゴマーを紫外光又は可視光若しくは加熱によりその
場で重合し、次に溶剤を蒸発して重合体膜を形成し、次
に重合体膜を熱硬化することを骨子とする。

［作用コ 単量体及び／又はオリゴマー溶液は重合体溶液より粘度
が低いから、細い毛管の充填が容易になる。多種多様な
アクリレート単量体及び／又はオリゴマーによって毛管
塔の性質、例えば重合体層の気孔率を調整することがで
きる。

［実施例］ 適当なアクリレート単量体は例えばアクリル酸テトラエ
チレングリコール（ＴＥＧＤＡ）及びジアクリル酸１．
６ヘキサンジオール（ＨＤＤＡ）である。ジアクリレー
トは、主として線形重合体連鎖しか与えないモノアクリ
レートと違って、重合により網状結合を形成することが
できる。光開始剤として慣用の開始剤、例えばα、α−
レジメトキン−α−フェニルアセトフェノン使用するこ
とができる。多くの場合に使用される熱開始剤はアゾな
いしイソブチルニトリル（Ａ　Ｉ　Ｂ　Ｎ）である。毛
管の内側のシリル化はガラス面の表面改質であり、ケイ
素含有接着剤の単分子膜をガラス表面と化学的に結合す
るのである。接着剤はまた形成されるポリアクリレート
と結合されるから、この重合剤は移動不能になる。適当
なシリル化剤は例えば３−（メタクリルオキシ）プロピ
ルトリメトキシシラン（γ−ＭＰＳ）及び３−（アクリ
ルオキシ）プロピルトリメトキシシラン（γ−ＡＰＳ）
である。これらのシランを例えばトルエンに溶解し、次
に溶液を高温で圧送して毛管に通す。

トルエンで洗浄し、乾燥した後、毛管をアクリレート単
量体及び／又はオリゴマー及び開始剤の溶液で満たす。

溶剤として例えばクロロホルムを使用する。波長約３５
０ｍｍの紫外光で露光すれば重合が起こる。この場合波
長と光開始剤の吸収の最大値とを相互に調整する。毛管
の長さに応じて２つの露光法が使用される。長さ６０ａ
ｎ以下の毛管の場合はこれに適した長さ６０ｃｍの放電
灯を使用する。６０■を越える長さの毛管の場合は例え
ば長さ１２０Ｇの放電灯に沿って毛管を一定の速度で前
進させる。ポリアクリレートの膨潤した網状構造が生じ
、分子の間の間隙は溶剤で満たされている。毛管の片側
を真空ポンプと連結して溶剤を蒸発させる。重合体の網
状構造が崩壊し、毛管の内側に重合体膜が生じる。毛管
をシリル化しない場合は同じ条件のもとて重合体の線条
が生じるであろう。付着性シランを介してガラス壁と重
合体とを化学的に結合することによって均一な膜が形成
される。次に高温、例えば１２０℃で重合体膜を更に硬
化する。後者の処理は重合体の特別の交さ結合を生じ、
液体クロマトグラフィー分析で塔を使用するときにこれ
が過度の膨潤を防止する。

毛管の材料はガラスであり、良好な化学的性質という点
では石英ガラスであることが好ましい。

毛管の外側は有機被覆、例えばポリアクリレート又はポ
リイミドで保護される。石英毛管を約２０ｏＯ℃の温度
で延伸する。その結果石英表面のシラノール基（−８ｉ
−ＯＨ）の定着度が低い。シリル化反応でシラノール基
と反応するがシロキサン基（−８ｉ　−０−８ｉ−）と
反応しないから、少くともシロキサン基の一部をシラノ
ール基に変えなければならない。そのために例えばＫＯ
Ｈ溶液、続いてＨＣＬ溶液を石英毛管に圧送して通す。

その際シロキサン基がシラノール基に変えられ、過量の
溶液は取り除く。続いてシリル化反応を行なう。

本発明に基づく方法によって半径９μｍの毛管の内側に
厚さ０．３μｍの重合体膜が設けられる（β値＝０．１
４８）。また内径が大きい毛管の内側には厚い重合体膜
を設けることができる。本発明に基づく方法で例えば内
径６５μｍの毛管に厚さ５μｍの重合体膜が設けられる
（β値＝０゜３９７）。本発明方法で製造した塔は高い
β値にかかわらず理論段相当高さＨ（ＨＥＴＰ＝Ｈｅｉ
ｇｈｔ　Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ　ｔｏ　ａ　Ｔｈｅｏｒ
ｅｔｉｃａｌ　Ｐｌａｔｅ）の値が低く、β値が高いの
で得られるクロマトグラムの信号雑音比が良好である。

Ｈ値は塔の分離能の尺度であり、とりわけ移動相の直線
流速に関係する。

本発明方法の実施態様はアクリレートとしてアクリル酸
シロキサンオリゴマーを使用することを特徴とする。こ
の種のアクリレートはボルトシュミット社（Ｔｈ、Ｇｏ
ｌｄｓｈｍｉｄｔ　Ａ、Ｇ、）が種類番号ＲＣ７１０で
市販している。この液体は室温で２００ｍＰａ−５の低
い粘度を有する。他のアクリレート例えばＴＥＧＤＡ及
びＨＤＤＡに対するアクリル酸シロキサンの利点は表面
張力が低いことである。

このことはシリル化したガラス面の良好な湿潤をもたら
し、こうして均一な層厚が促進される。また重合したア
クリル酸シロキサンは、「逆相」液体クロマトグラフィ
ーで使用される極性溶剤例えば水及びメタノールの使用
時に膨潤に良く耐える。

重合ＴＥＧＤＡ又はＨＤ　Ｄ　Ａを使用するときは過度
の膨潤により毛管が詰る恐れがある。

本発明方法の別の実施態様は、アクリレート単量及び／
又はオリゴマーをモノアクリレートと混合することを特
徴とする。モノアクリレートは分子当り１個のアクリレ
ート基を持つアクリレートであり、重合の際に網状構造
でなく線状重合体分子をもたらす。分子当り２個以上の
アクリレート基を持つアクリレート単量体、例えばＴＥ
ＧＤＡ。

ＨＤＤＡ及びアクリル酸シロキサンとモノアクリレート
を混合すれば、重合後の交さ結合密度（ｃｒｏｓｓ−１
ｉｎｋｄｅｎｓｉｔｙ）が小さくなる。低い網状構造密
度は重合反応後の溶剤の蒸発と移動相及びこれに溶解し
た成分の拡散を促進する。網状構造密度を調節するもう
一つの方法は露光量を変えることである。後者の方法は
実際にはあまり良く実行されないようである。暗所でも
なお重合がしばらくの間持続するからである。適当なモ
ノアクリレートは例えばアクリル酸ラウリル（ＣＬＡ）
とアクリル酸エトキシエチル（ＥＥＡ）である。例えば
２０重量％クロロホルム溶液を調合するために。

ＬＡとＴＥＧＤＡを２　：　１　（Ｗ／Ｗ）の割合で混
合する。ＬＡとアクリル酸シロキサンは例えば１：　１
　（Ｗ／Ｗ）の割合で混合して２０重量％クロロホルム
溶液を調合する。中でもＬＡとアクリル酸シロキサンの
単量体混合物は重合の後にすこぶる良好な膜均一性を与
え、形成される膜はメタノールその他の極性溶剤に耐え
る。このことは使用中の毛管の膨潤による詰まりを予防
する。

本発明の別の実施態様は、溶剤としてテトラヒドロフラ
ン（ＴＨＦ）を使用することを特徴とする。アクリレー
ト単量体及び／又はオリゴマーのための溶剤としてＴＨ
Ｆを使用することは、クロロホルムのような溶剤の場合
より高い単量体及び／又はオリゴマー濃度を使用するこ
とができる（例えば３０重量％）利点がある。高い単量
体及び／又はオリゴマー濃度は厚い重合体膜をもたらす
。

また本発明はとりわけ最大１０μｍの内径を有し、内側
が重合体膜で被覆されたガラス毛管から成り、先行技術
によるものよりも良好な、分離能と容量の組合わせを有
する分離塔を提供することを目的とする。信号雑音比は
公知の０ＴＬＣ塔より良好である。

本発明に基づき更に重合体膜の容積と重合体膜を設けた
後の毛管の内部容積の比が０．１４を越えることを特徴
とする液体クロマトグラフィー塔によって上記の目的が
達成される。前述のようにこの比は文献で相比βと呼ば
れる。前述のＯ，ｖａｎ　　Ｂｅｒｋｅｌその他の論文
で毛管内径２５゜１μｍで０．７０μｍの最大膜厚が報
告されている。これは０．１２２のβ値に相当する。内
径２５μｍ、膜厚０．２５μｍまたは０．３８μｍの上
述の塔は所定の多環式芳香族に対して段高さＨが１５０
μｍ又は３５０μｍであり、移動相の直線速度Ｖは５．
７ａｎ／ｓである。本発明に基づく塔は例えば毛管内径
９μｍ、重合体膜厚さ０．３μｍである。これは０．１
４８のβ値に相当する。

このような塔によって同じ条件のもとて２０ないし４０
μｍのＨ値、即ち分離能の改善が得られる。

塔の比較的高い負荷を可能にする比較的厚い重合体膜の
存在によって、分離能を保持又は改善すると共にクロマ
トグラムの信号雑音比が大幅に改善されることが大きな
利点である。このことは試料中の少量の化学成分の検出
のために大変好都合である。

下記の実施例と添付の図に基づいて本発明を説明する。

第１図は毛管に液体を充填するのに適した容器の断面略
図、第２図はＫＯＨとＨＣＩで処理した石英表面の反応
略図、第３図はシリル化反応の略図、第４図は本発明に
基づく塔によるアントラセン誘導体のクロマトグラム、
第５図は上記の塔のＨＥＴＰ　（理論段相当高さ）を示
す線図である。

実施例１ 長さＩＩ、内径６５μｍの石英毛管の内側をＫＯＨ溶液
で腐食する。このために○、ｖａｎＢｅｒｋｅｌその他
の前述の論文に記載された容器を使用する。第１図に参
照符号１でこの容器を示す。容器は蓋５を備えた鋼製の
槽３から成り、その間にシール７がある。槽内にガラス
ビーカー９があり、その中に１ｍＫＯＨ溶液１１がある
。充填される毛管１３は栓１５を経て蓋５に通され、毛
管の端部は溶液１１の中にある。開口部１７を通ってヘ
リウムが圧力５ｂａ　ｒで槽３に圧入される。このため
溶液１１が毛管１３に押し通される。

ＫＯＨ溶液は毛管内に２時間留まり、その後毛管を水及
び０．０３ｍＨＣｌで、そして最後に毛管から流出する
水が中性になるまで再び水で洗浄する。洗浄処理のため
に第１図と同じ容器を使用する。そのために溶液がそれ
ぞれ水、ＨＣＩ及び水に入れ換わる。この処理によって
、第２図に略図で示すように、石英表面のシロキサン基
がシラノール基に変えられる。次に１２５℃でヘリウム
の流れにより毛管を少くとも４時間乾燥する。

シリル化は３−（メタクリルオキシ）プロピルトリメト
キシシラン（Ｙ−ＭＰＳ、Ｖｅｎｔｒ。

ｎ）の１容積％トルエン溶液を用いて行なう。第１図の
容器によりこの溶液を毛管に圧入する。その場合溶液１
１はシラン溶液を表わす。シリル化は１２５℃で１時間
にわたって行なわれ、そのために毛管を炉内に置く。次
に毛管をトルエンで洗浄し、室温でヘリウムの流れによ
り少くも３時間にわたって乾燥する。この反応によって
毛管表面は、第３図に略図で示すように、化学的に結合
されたメタクリレート基の単分子膜を具備する。

単量体／オリゴマー溶液として量比１：１のアクリル酸
シロキサン（ＲＣ７１０、Ｔｈ、Ｇｏｌｄｓｈｍｉｄｔ
　　Ａ、Ｇ、）及びアクリル酸ラウリル（Ｐｏｌｙｓｃ
ｉｅｎｃｅ　　Ｉｎｃ、）と溶剤としてのテトラヒドロ
フラン（ＴＨＦ）から成る溶液を調合する。アクリレー
ト単量体の濃度は３０重量％である。またこの溶液に光
開始剤として２重量％のα、α−ジメトキシーα−フェ
ニルアセトフェノン（Ｉｒｇａｃｕｒｅ　　６５１、Ｃ
１ｂａ　　Ｇｅｉｇｙ）を加える。毛管の一端を単量体
溶液中に沈め、他端を真空ポンプ（１５０ｍｂａｒ）に
接続して、前述のように前処理した毛管を単量体溶液で
満たす。満たした毛管に次に波長約３５０ｎｇｎ、放射
強度０　、３５　ｍＷ／ｃｍ２で紫外線を照射する。こ
のために毛管を２　ｒｍ　／　ｓの速度で紫外線灯に沿
って導＜　（Ｐｈｉｌｉｐｓ、ＴＬＤ　　３６Ｗ１０８
、長さ１２０ａ＋＋）、重合により毛管内にポリアクリ
レートの網状構造が生じる。

網状構造はシランを介して毛管の石英表面と化学的に結
合されている。網状構造の中に溶剤ＴＨＦがある。次に
毛管の一端を真空ポンプ（圧力１５０−２５０ｍｂ　ａ
　ｒ）に少くとも１５時間接続する。こうして溶剤が蒸
発し１重合体網状構造が崩壊して毛管の内側に重合体膜
を形成する。最後に重合体膜を１２０℃で１２時間熱硬
化する。最後の処理はクロマトグラフィー分析で塔を使
用するときに膜の過度の膨潤を防止する。毛管の垂直横
断面のＳＥＭ（走査電子顕微鏡）撮影により重量体膜の
厚さを測定したところ、５μｍである。これは０．３９
７のβ値に相当する。

実施例２ 内径９μｍ、長さ１ｍの石英毛管で実施例１を繰返す。

得られる重合体膜厚さは０．３μｍである。これは０．
１４８のβ値に相当する。

実施例３ 実施例２によって得た長さ７５ａ＋＋の９μｍの毛管の
クロマトグラフィー的性質をＯ，ｖａｎ　　Ｂｅｒｋｅ
ｌその他の前述の論文に記載された０ＴＬＣ装置で測定
する。その装置はヘリウムで加圧した容量４００ｍ１の
鋼製の槽から成る。槽の中に溶離剤又は移動相がある。

槽は濾過器、０．５μｍ注入コック、スプリッタを介し
て毛管に接続される。毛管の保護ポリアクリレート層を
端部に約２１の間隔を置いて焼付ける。光電検出器とし
ての蛍光計と組み合わせたＨ　ｅ　Ｃｄレーザ（波長３
２５ｎｍ）を、塔で直接に蛍光検出するために使用する
。

塔のクロマトグラフィー的性質をアントラセン誘導体即
ちアントラセン、９−シアノアントラセン、９−（ヒド
ロキシメチル）アントラセン、フルオルアントラセン、
９−フェニルアントラセン、１．２−ベンズアントラセ
ン、９，１ｏ−ジフェニルアントラセンのメタノール溶
液の混合物でテストする。移動相としてメタノールを使
用し、その際塔を通る直線速度は５．６ｍｍ／ｓである
。注入コックをスプリッタを用いて１５ピコリツトルの
試料を塔に圧入する。水平軸に沿って滞留時間ｔ（分）
、垂直軸に沿って任意の単位の被検出信号を取って得た
クロマトグラムを第４図に示す。

ピークの数字はクロマトグラムの基準蛍光物質と共に下
記のアントラセン誘導体を示す。

１＝蛍光物質 ２＝９−　（ヒドロキシメチル）アントラセン３＝９−
シアノアントラセン ４＝アントラセン ５＝フルオルアントラセン ６＝９−フェニルアントラセン ７＝１．２−ベンズアントラセン ８＝９．１０−ジフェニルアントラセン得た信号はほと
んど雑音を含まないから（高い信号雑音比）、小さな濃
度でも検出することができる。塔の重合体厚さが０．０
２８μｍである○。

ｖａｎ　　Ｂｅｒｋｅｌその他の前記論文に記載された
塔で得られる信号は多くの雑音を含む（上記の論文の図
１０を参照）。その場合高い濃度は信号雑音比を改善す
ることができるが、しかしこれは塔の過負荷を招き、こ
のためピークの望ましくない拡がりが起こる。本発明に
基づく塔の性質を第５図に示す。種々のアントラセン誘
導体について段高さＨ（μｍ）と移動層の直線速度（ｎ
ｕ／ｓ）との関係を作図した。段高さはＯ，ｖａｎＢｅ
ｒｋｅ　１その他の論文所載のものより約係数１０低い
。このことは分離能が良好であることを示す。

第５図の数字は第４図と同じであることを示す。

第５図の数字は第４図と同じアントラセン誘導体に相当
する。

［効果］ 本発明によれば、試料容量が大きい液体クロマトグラフ
ィーの分離塔を作ることができ、それにより従来よりも
高性能の分離塔を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は毛管に液体を充填するのに適した容器の断面略
図、第２図はＫ　ＯＨとＨＣＩで処理した石英表面の反
応略図、第３図はシリル化反応の略図、第４図は本発明
に基づく塔によるアントラセン誘導体のクロマトグラム
、第５図は上記の塔のＨＥＴＰ　（理論段相当高さ）を
示す線図である。 １：容器、３：槽、５：Ｍ、７：シール、９：ビーカー
　１１：溶液、１３：毛管、１５：栓、１７：開口部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内側を重合体膜で被覆したガラス毛管から成る分離
   塔の製造方法において、毛管の内側をシリル化し、次に
   毛管を光及び／又は熱開始剤とアクリレート単量体及び
   ／又はオリゴマーの溶剤中の溶液で満たし、続いて紫外
   光又は可視光若しくは加熱により単量体をその場で重合
   し、次に溶剤を蒸発させて重合体膜を形成し、続いて重
   合体膜を熱硬化することを特徴とする分離塔の製造方法
   。 ２、アクリレートとしてアクリル酸シロキサンオリゴマ
   ーを使用することを特徴とする請求項１記載の分離塔の
   製造方法。 ３、アクリレート単量体をモノアクリレートと混合する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の分離塔製造方
   法。 ４、溶剤としてテトラヒドロフランを使用することを特
   徴とする請求項１、２又は３に記載の分離塔製造方法。 ５、内側を重合体膜で被覆した内径が最大１０μｍのガ
   ラス毛管から成る分離塔において、重合体膜の容積と重
   合体膜を設けた毛管の内部容積の比が０．１４を越える
   ことを特徴とする分離塔。