JPH04346804A

JPH04346804A - 電気泳動装置

Info

Publication number: JPH04346804A
Application number: JP11988591A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Okuzawa; 務奥沢; Kuniyoshi Tsubouchi; 邦良坪内; Yoshio Kojima; 小島　▲よし▼夫; Yusuke Takagi; 勇輔高木; Tatsuo Horiba; 達雄堀場; Shigeoki Nishimura; 西村　成興; Jinichi Imahashi; 甚一今橋
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-05-24
Filing date: 1991-05-24
Publication date: 1992-12-02

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は医薬品の分離精製に用い
る電気泳動装置に係り、特に、その負極電解液系統の無
ガス化の構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気泳動装置は、試料搬送液（以降、緩
衝液と記す）を電界中に流し、被分離試料液の成分毎の
電荷の違いを利用して、成分に応じた泳動速度で流れと
直角方向に移動させ分離精製を行う。この電気泳動装置
にかかわる従来技術では、正極および負極に電気化学的
に安定な白金を用いている。電極では、水の電気分解に
より正極で酸素、負極で水素などのガス及びそれぞれ水
酸化物イオンや水素イオンが発生する。このような電気
泳動槽では、電気泳動による分離室内の試料搬送液（以
後、緩衝液と記す）へのガスの混入、及び被分離試料液
による電極の汚染を避けるために正極及び負極の付近に
イオン交換膜などの隔壁を設けている。また、電気泳動
装置は、泳動分離を行う分離室、正極の電解質液室およ
び負極の電解質液室に分け、それぞれは、イオン交換膜
で仕切り、ガスの混入、被分離試料液による電極の汚染
を防止して泳動分離性能を向上させる工夫がなされてい
る。これらの技術は、通常の使用条件では、何も問題の
ないほぼ完成された技術である。しかし、グローブ・ボ
ックス，クリーンルーム，宇宙基地、およびスペースシ
ャトル等のように複数の装置が設置されている閉鎖空間
内では、水素ガスの発生があるということは、安全性、
雰囲気条件の点から重大な問題となる。この点に考慮し
てなされた従来技術の一例として、特開昭６３−３０２
３５２号公報などがある。この発明は、これらの問題点
を解決するために正極を鉄などの卑金属で形成し、負極
を塩化銀などの可逆電極で形成することを特徴とし、ガ
スの発生量をゼロにすることのできる優れた技術である
。しかし、正極で生成する鉄イオン、負極で生成する塩
化銀イオンをイオン交換膜により分離することが困難で
あり、被分離試料液への混入が生じやすいので、それら
の除去装置が必要となるばかりでなく、電極材料及び除
去装置内のイオン吸着物質が消耗するため比較的短期間
で電極及びイオン吸着物質の交換が必要になる。また、
ガス発生のない無ガス化の構成にするため電極材料と電
解液との組合わせが限定されており、電解液の選択の幅
が小さくなり、利用できる泳動法及び条件が限られてく
る。このため、分離性能の向上も困難となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ガス
の系外への放出、被分離試料液への異種成分混入などの
上記従来技術の問題点を解決した電気泳動装置、すなわ
ち、電極の交換を必要とせずに、四種の基本泳動法およ
び幅広く電解液を試料の性質に応じて選択でき、取扱性
及び分離性能の優れた電気泳動装置を提供することにあ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明では次の三つの手段を講じている。その一
つめの手段は、電極の交換を不要にし、かつ気泡発生量
を低減するため、従来の白金電極に対し白金黒と炭素と
を混合し白金に付着させた（以降Ｐｔ／Ｐｔ／Ｃと略す
）電極材質、すなわち、電気二重層容量の大きな電極材
質によりガス発生電極電位を下げて電極から発生するガ
スを大幅に減らした。二つめの手段では、電極から発生
したガス、特に水素ガスを安全上電解液系統外に出さな
いように負極の電解液系統にガス吸収器を設け、吸着反
応または触媒作用により水素ガスを吸着または水に変化
させて除去するに際し、電気化学的酸化生成物も不溶で
ある金属、または金属酸化物を用いた。三つめの手段で
は、ガス吸収器で効率良く水素ガスが吸着物質に接触し
て水素ガスの除去反応が完全に進行するように、吸着物
質を付着させたチタン製の網の下流側または外側に親水
性の網または多孔質のフィルタを設け、水のみを通過さ
せ気泡の通過を阻止するようにし反応に必要な十分な接
触時間を取るとともに気泡が合体して大きくなって電極
部に再循環して泳動電流分布、すなわち、泳動分離性能
に悪影響を与えないようにした。これらの結果、電解液
中に金属イオンが溶出することもなく、また、電気泳動
を進行させるために通電した時の電極反応生成物も水素
イオンまたは水酸化物イオンであり、電解液及び被分離
試料液への異種成分の混入の恐れがなくなる。また、電
極は、白金（Ｐｔ）系電極であるため、消耗することが
ないので交換せずに使用することが可能であり、また、
従来のＰｔ電極に比べ気泡発生量を低減できるため、水
素ガスを吸着させる吸着物質も少なくて済む。このため
、より少ない吸着物質で長時間の電気泳動処理が可能と
なる。本発明の電気泳動装置では、上記のように被分離
試料液への異種成分混入の畏れがないので、試料を搬送
する緩衝液と試料とに最適な電解液を選べるため、泳動
分離性能を著しく向上させることができる。また、電解
液のｐＨも自由に選定できるので、分離室内にｐＨ勾配
を形成し、試料の等電点を利用して分離する等電点泳動
法も効率良く実施できる。同様にして、ゾーン，等速、
及びフィールド泳動法も効率良く実施できるようになる
。

【０００５】本発明に用いられる吸着物質としては、使
用される電解液に不溶であり、電気化学的に還元が可能
であり、しかもその還元生成物も使用される電解液に対
して不溶であり、さらに好ましくは、繰返し還元酸化も
しくは使用が可能な物質である。具体的には、吸着（平
衡）反応を利用する活性炭，ニッケル（Ｎｉ）粉末，パ
ラジウム（Ｐｄ）粉末，水素吸蔵合金及び触媒作用を利
用し水素（Ｈ２）を水（Ｈ２Ｏ）に変換する酸化銀（Ａ
ｇ２Ｏ），酸化パラジウム（ＰｄＯ），二酸化白金（Ｐ
ｔＯ２　）などの使用が可能である。使用可能な物質は
、もちろんこれらの物質に限定されるものでなく、上述
の条件に合致するものであれば、この他の物質も適用で
きる。また、本発明に用いられる電極材料は、電気二重
層容量の大きな材料でほとんど交換する必要がなく、繰
返し使用可能で気泡発生量が少ないものが好ましい。具
体的には、白金に白金黒と炭素とを混合して付着させた
Ｐｔ／Ｐｔ／Ｃ電極などがある。使用可能な電極材料は
、もちろんこれらの材料に限定されるものでなくこれら
の条件に合致するものであれば、この他の材料も適用で
きる。

【０００６】これら物質を付着させたガス吸収体または
この電極を作製するには、ガス吸収体基体となる材料ま
たは電極基体となる金属の上に物質または材料を添着す
れば良い。添着方法には、適当な結着剤とともに塗布す
る方法、あるいは電着により析出させる方法などがある
。この方法の他にも使用取扱いに十分な強度をもつもの
であればその他の作製方法も適用可能である。

【０００７】

【作用】本発明になる電気泳動装置は、まず電気二重層
容量の大きい電極の採用により電気化学的に正極で電極
電位を下げ、負極において電極電位を上げることにより
電極反応で生じる酸素及び水素ガス発生量を、電極材質
を消耗させずに低減させることができる。また、水素ガ
スと吸着（平衡）反応を生じる物質または水素（Ｈ２）
を水（Ｈ２Ｏ）に変換する触媒作用をもつ物質を添着さ
せたガス吸収板を収納したガス吸収器を電解液系統に設
けることにより、安全上問題となる水素ガスを電解液系
統内で処理することができる。また、ガス吸収器におい
て、ガス吸収板の下流側また外側に親水性の網または親
水性の多孔質フィルタよりなるガス捕集網を設け、ガス
気泡と電解液との濡れ性の差を利用してガス気泡の通過
を阻止し捕集するばかりでなく、これによりガス吸収板
と水素気泡との接触時間を増加させられるので、吸収量
も増加できる。なお、この吸収物質は、吸着（平衡）反
応を利用する活性炭，ニッケル（Ｎｉ）粉末，パラジウ
ム（Ｐｄ）粉末，水素吸蔵合金及び触媒作用を利用し水
素（Ｈ２）を水（Ｈ２Ｏ）に変換する酸化銀（Ａｇ２Ｏ
），酸化パラジウム（ＰｄＯ），酸化白金（ＰｔＯ２）
などがある。例えば、酸化銀（Ａｇ２Ｏ　）の場合の水
素吸収反応を示す。この反応を含めて上記物質は、外部
からエネルギを加えなくても下記のような反応を起こす
ことができるので、取扱いが簡単である。

【０００８】　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ａｇ２Ｏ＋Ｈ２
→２Ａｇ＋Ｈ２Ｏ　　　　　　　　　　　　…（化１）

【０００９】

【実施例】本発明を図面に基づきさらに詳しく説明する
。図１は、本発明になる電気泳動装置の説明図である。図において１は正極、２は負極であり、分離室３とはそ
れぞれ陽イオン交換膜４，陰イオン交換膜５で仕切られ
て正極電解液室６，負極電解液室７を形成している。そ
れぞれの電解液室６，７はそれぞれの電解液循環系統８
，９に接続しており、この電解液循環系統８，９の役目
は、電解液が常に電極１，２の周囲を流動することで電
極１，２からの発生ガス気泡を除去すると同時に電極反
応に起因してイオン濃度分布が局所的に偏らないように
することにより分離室３内の泳動電界を均一に形成する
ことにある。この電極１，２を含む電解液循環系統８，
９のうち、特に水素ガスを発生する負極の電解液循環系
統９が正に本発明の中心であり、電極材料に新規なもの
を用いることとと水素ガスを新たに設け、新規な水素ガ
ス吸収物質と吸収部構成を採用することにより、本発明
の目的が達せられる。負極２の収納されている電解液室
７は、次のものよりなる電解液循環系統９の一部である
。それは、電解液１１を流動させるための電解液ポンプ
１３，電解液１３を蓄える電解液タンク１５及び電極２
で発生した水素ガスをガス吸収器１６である。正極の電
解液循環系統８も、このガス吸収器がないのを除けばほ
ぼ同じである。泳動分離は、次のように行われる。まず
、それぞれのポンプ２４，１８により緩衝液と試料を分
離室３に供給する。次に泳動電源１７で電極１，２間に
電圧をかける。そうすると、被分離試料がその電荷の違
いにより図１のように成分２０，２１に分離する。この
分離成分２０，２１をポンプ２５で分取する。これら全
体で電気泳動装置を形成している。このほか、図示はし
ていないが、分離室３には電気泳動条件を一定にするた
めの冷却部が前後面に隣接している。次に、各実施例に
ついて説明する。その前に各実施例に共通な事項、すな
わち、電極材質及び水素ガス吸収物質を説明する。電極
２には、泳動電圧１０００Ｖで従来のＰｔ電極に比べ水
素発生量がほぼ半減したＰｔ／Ｐｔ／Ｃ電極を用い、ガ
ス吸収板には、水素ガス吸収物質である酸化銀（Ａｇ２
Ｏ　）をチタンの網に添着させたものを用いた。

【００１０】〈実施例１〉図２は、一実施例のガス吸収
器１６である。この中に複数のガス吸収板２７を流れに
直角方向に設け、水素ガスを捕らえ水に変換している。この一実施例では、機構が単純なため信頼性が高いので
宇宙のような極限環境で使用できるという効果がある。

【００１１】〈実施例２〉図３は、図２のガス吸収器１
６に親水性の金属網を気泡捕集網２８を加えたものであ
り、金属網の目よりも小さい気泡を濡れ性の違いを利用
して捕らえるもので、これによりガス吸収板２７に水素
気泡を接触させる時間を長くし、より効率良く水素ガス
を水に変換できる。この一実施例では、実質的に図２と
同じ寸法であれば、より以上の効果が出せるため小形化
できる。

【００１２】〈実施例３〉図４は、気泡捕集網２８とガ
ス吸収板２７をチューブ状にしたもので内側をガス吸収
板２７にし外側を気泡捕集網２８にして流体の遠心力も
水素除去に利用したものである。この実施例では、流体
の運動エネルギも有効に活用できるという効果がある。図５は、この変形例で、環状流路の内側に円筒状にガス
吸収板２７を、また、気泡捕集網２８をその外側に円錐
状に設け、遠心力を利用するとともに下流に行くに従い
ガス吸収板２７と気泡捕集網２８とのギャップを縮め強
制的に気泡をガス吸収板２７に接触させ水素を水に変換
して除去する。この変形例では、遠心力ばかりでなく流
れのエネルギを有効に活用できる。

【００１３】

【発明の効果】本発明により被分離試料液への異種成分
の混入がなく、簡単な構造で分離性のよい電気泳動装置
が可能となった。また、水素の発生を少なくするばかり
でなくその少ない水素を除去できるので安全性、雰囲気
条件が改善され、グローブボックス，クリーンルーム，
宇宙ステーションなどの特定の閉鎖空間内での使用にも
供することができ、複数の泳動法（ゾーン，等電点，等
速及びフィールドステップ泳動法）が可能な装置となっ
た。また、気泡の発生量が少ないため、ガス吸収剤が消
耗しにくいことと電極の交換が必要ないことから長時間
の電気泳動分離処理ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる電気泳動装置の説明図。

【図２】本発明の一実施例のガス吸収器の説明図。

【図３】本発明の第二の実施例のガス吸収器の説明図。

【図４】本発明の第三の実施例のガス吸収器の説明図。

【図５】本発明の第三の実施例の変形例のガス吸収器の
説明図。

【符号の説明】

１…正極、２…負極、３…分離室、４…陽イオン交換膜
、５…陰イオン交換膜、６…正極電極室、７…負極電極
室、９…負極電解液循環系統、１１…負極電解液、１３
…負極電解液ポンプ、１５…負極電解液タンク、１６…
ガス吸収器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】カソードとアノードに少なくとも一方が電
気二重層容量の大きな材料で形成されたことを特徴とす
る電気泳動装置。
【請求項２】請求項１において、前記電気二重層容量の
大きな材料が活性炭，カーボンブラック，黒鉛粉末など
の炭素粉末，白金黒，パラジウム黒，ラネーニッケルな
どの微細金属粉末などである電気泳動装置。
【請求項３】請求項１において、泳動槽の分離室とカソ
ード電解液室がイオン交換膜で仕切られ、泳動槽の分離
室とアノード電解液室がイオン交換膜で仕切られた構造
をもつ電気泳動装置。
【請求項４】電解液室，電解液ポンプ及び電解液タンク
からなる電解液系統に電解液に不溶であり、かつ、その
電気化学的酸化生成物も不溶性であるガス吸着材または
吸収材を収納した部分を設けたことを特徴とする電気泳
動装置。
【請求項５】請求項４において、電解液に不溶であり、
かつその電気化学的酸化生成物も不溶性である前記ガス
吸着材または吸収材が、吸着（平衡）反応を利用する活
性炭，ニッケル（Ｎｉ）粉末，パラジウム（Ｐｄ）粉末
，水素吸蔵合金または触媒作用により、水素（Ｈ２　）
を水（Ｈ２Ｏ）に変換する酸化銀（Ａｇ２Ｏ），酸化パ
ラジウム（ＰｄＯ）、二酸化白金（ＰｔＯ２　）の中の
いずれかである電気泳動装置。
【請求項６】請求項４において、前記ガス吸着または吸
収材料を付着または固定させた物質の下流側または外側
に親水性の材質でできた網または多孔質の物質を設けた
電気泳動装置。