JPH05258992A - 通液型コンデンサ、それを用いたクロマトグラフ装置およびクロマトグラフによる精製方法 - Google Patents

通液型コンデンサ、それを用いたクロマトグラフ装置およびクロマトグラフによる精製方法

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JPH05258992A
JPH05258992A JP5018004A JP1800493A JPH05258992A JP H05258992 A JPH05258992 A JP H05258992A JP 5018004 A JP5018004 A JP 5018004A JP 1800493 A JP1800493 A JP 1800493A JP H05258992 A JPH05258992 A JP H05258992A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 大静電容量と高表面積大吸収容量の通液型コ
ンデンサ、それを用いたクロマトグラフ装置および精製
方法を提供することを目的とする。 【構成】 （ａ）第一の非導電性多孔のスペーサ層、第
一の導電性支持層、第一の高表面積導電性表面層、第二
の非導電性多孔のスペーサ層、第二の導電性支持層およ
び第二の高表面積導電性表面層が複数の隣接層群を形成
し、さらに（ｂ）上記第一および第二の支持層から延設
されたアノード・リードとカソード・リードを設けて、
これらのアノード・リードとカソード・リードが直流電
源と接続されることによって上記第一および第二の支持
層上に独立かつ逆の電荷を生じるようにし、（ｃ）精製
されるべき液体が上記複数の隣接層群を介して流れるよ
うに配設された多孔質管等の通液用ガイド部材と、
（ｄ）上記ガイド部材ならびに隣接層群をシールする手
段と、（ｅ）上記ガイド部材に液体を導入しあるいはそ
のガイド部材から液体を回収するための手段、を含む通
液型コンデンサである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、通液型コンデンサ、定
電荷精製クロマトグラフ装置およびクロマトグラフによ
る精製に関し、より詳しくは大静電容量と高表面積大吸
収容量の通液型コンデンサを用いたクロマトグラフ装置
および方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】クロマトグラフ用カラム、特に液体クロ
マトグラフ用カラムは、導電性固定相を使用して、クロ
マトグラフ法で分離すべき流体中の溶質と固定相との選
択的相互反応を可能ならしめた。
【０００３】たとえば、バーバラ・バスラーおよびリチ
ャード・ハートウィックの「高速液体クロマトグラフ用
導電性固定相」［１９８９年１１月５〜１０日開催のカ
リフォルニア州サンフランシスコＡＩＣＨＥ会議からの
要約］（Bassler, Barbara and Hartwick, Richard, "E
lectrically Conductive Stationary Phases for HPL
C", Abstract from AICHE Meeting, San Francisco, Ca
lifornia, November 5-10, 1989)、およびロバート・ア
ントリム、ロバート・シェラーおよびアレキサンダー・
ヤシニックの「電気クロマトグラフィ−印加電位が炭素
質クロマトグラフ・カラムに及ぼす効果に関する予備的
研究」 (Antrim, Robert; Scherrer, Robert and Yacyn
ych, Alexander, "Electrochromatography - A Prelimi
nary Studyof the Effect of Applied Potential On A
Carbonaceous Chromatographic Column", Anal. Chim.
Acta., 164 (1984) 283) は、この種の技術を開示して
いる。
【０００４】これらの文献は、電子密度の高い多孔グラ
ファイト性炭素固定相が電位の制御された表面として作
用して、クロマトグラフ法により分離されるべき溶質の
極性溶媒および非極性溶媒中での分離性に影響を及ぼす
ことを述べている。
【０００５】ＨＰＬＣのようなクロマト用のカラムの場
合、導電性充填剤が一方の電極として用いられ、それを
取り囲むカラムの金属管が他方の電極として用いられ
る。このようなカラムはコンデンサとしての作用を果た
さない。それは電圧低下がほとんどすべて金属管を介し
て生じ、本願のように制御電位表面を介して起こる割合
が極めて小さいからであり、従ってまた静電力による吸
収がほとんど起こらない。
【０００６】さらに、溶質を電気分解によって析出させ
除去するのに導電性の固定相が用いられている。たとえ
ば、ダブリュ・ジェイ・ブレデルおよびジェイ・エッチ
・ストロールの「連続定量電気分解」 (Blaedel, W. J.
and Strohl, J. H., "Continuous Quantitative Elect
rolysis", Anal. Chem., Vol. 36, No. 7, June, 196
4)、ジョン・ストロールおよびトーマス・ポルタノウィ
ッヒの「薄層クロマトグラフ用充填グラファイト電池」
(Strohl, John and Polutanovich, Thomas, "APacked
Graphite Cell for Thin-Layer Chromatography", Ana
lytical Letters, 2(8), pp. 423-431 (1969)) 、藤永
太一郎の「カラム電極を用いた電気分解クロマトグラフ
ィおよび電量検出」 (Fujinaga, Taitiro, "Electolyti
c Chromatography and Coulometric Detection With th
e Column Electrode", Pure Applied Chemistry, 25 (1
971), pp. 709-726)、およびジェームズ・ヘレンおよび
ジョン・エッチ・ストロールの「キレート反応およびイ
オン交換用の改質グラファイト」 (Hern, James and St
rohl, John H., "Modified Graphites for Chelationan
d Ion Exchange", Analytical Chemistry, Vol. 50, N
o. 14, December, 1978)を参照。
【０００７】さらに、血液蛋白の金属への吸着にキャパ
シタンス技術が用いられている。たとえば、ジー・スト
ーナーおよびエス・スリニヴァサンの「キャパシタンス
技術を用いた血液蛋白の金属への吸収」 (Stoner, G. a
nd Srinivasan, S., "Absorption of Blood Proteins o
n Metals Using Capacitance Techniques", Journalof
Physical Chemistry, Vol. 74, No. 5, pp. 1088-1094,
March 5, 1970)参照。
【０００８】溶液の精製には種々の電解装置が用いられ
ているが、これらの装置は静電力によらず、電気化学的
な析出とストリッピングによって材料の精製を行うもの
である。
【０００９】１９８８年９月６日発行のアメリカ合衆国
特許第４７６９１９１号 (Newman,Arnold L., "Sintere
d Pellet with Biochemically Active Layer", U.S. Pa
tent 4,769,191, September 6, 1988) は、電極の細孔
内に生化学的活性物質層を埋め込んだ電解コンデンサの
アノード電極を開示し、化学層の存在によって電極がそ
れらの電気的性質を変えると記載している。この特許は
生化学層の使用を開示しており、分析対象分子が生化学
的活性物質層から他の分子を置換によって除くことによ
って電極の誘電率を変化させ、この変化を用いて分析物
質分子の濃度を測定する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
先行技術文献のいずれにも、大静電容量と通液設計を組
み合わせてクロマトグラフによって分離すべき溶質の吸
収ないし分離を行い、コンデンサをクロマトグラフ装置
として利用する技術が開示されていない。
【００１１】アノードとカソードの両方に高表面積の材
料を用いた通液型コンデンサを用いて高効率で有効な精
製システムを構成し、極性および非極性溶媒中のイオン
および非イオン性溶質の吸収および／または分離を調節
できる定電荷（電荷制御）クロマトグラフ装置および方
法の開発は望ましいことである。
【００１２】本発明は、通液型コンデンサ、定電荷精製
クロマトグラフ装置およびクロマトグラフによる精製方
法に関するものであって、より詳しくは大静電容量と高
表面積大吸収容量の通液型コンデンサ、それを用いたク
ロマトグラフ装置および精製方法を提供することを目的
とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】非極性物質と極性物質の
両方を含む液中の溶質の精製を可能とする定電荷クロマ
トグラフ装置および方法が発見された。この装置および
方法に用いられるカラムは、精製すべき流体を導入する
ための入口と精製された流体および一つまたは二つ以上
の濃縮イオン物質を排出するための出口を備える。
【００１４】この定電荷クロマトグラフ用カラムは、ま
た、その入口と出口の間に通液型コンデンサ手段を介在
させて流体を該通液型コンデンサ手段中を流れるように
し、前記の通液型コンデンサ手段は直流電源と接続可能
とすることによってコンデンサ内の薄膜ないし層に電荷
を発生させるよう構成される。
【００１５】この通液型コンデンサは、たとえば、螺旋
状に巻回されたコンデンサをはじめとして様々な形状を
とることができる。このような螺旋巻回通液型コンデン
サはカラム軸に概ね沿って配設された複数の隔膜からな
り、これらの層は供給流体が流れることのできる流路を
形成する第一の非導電性多孔スペーサ層を含んでいる。
【００１６】このスペーサ材としては、多孔質の不活性
物質合成材料、たとえば、ナイロンやスクリーン状のガ
ラス繊維などの合成材料からなる織布や空隙を有するも
のを用いることができる。
【００１７】第一の導電性支持層はいかなる導電性材料
を用いて構成してもよく、たとえば、アルミニウムなど
の金属箔および／またはより望ましくは導電性グラファ
イトで構成することができる。
【００１８】高度な多孔構造によって極めて大きな表面
積を与える第一の高表面積導電層材料が前記の導電性支
持層に固着または隣接して配置されるが、より望ましく
は、たとえば圧縮された多孔質の活性炭、さらにまた活
性炭織布を使用する。導電層は、たとえば層間に多孔性
スペーサ材料をはさんで螺旋状に巻回することができ、
そうすることによって６層の巻回体中で隔離された二つ
の螺旋巻回支持層上に独立で逆の電荷を与えることがで
きる。
【００１９】電気リードで第一と第二の導電性支持層を
直流電源に接続し、支持層と一体的に構成する。一般
に、通液型コンデンサは通液用ガイド部材たとえば中空
の多孔質中心管の周りに各層を巻回することによって形
成することができ、多孔質中心管上の内側から外側に向
けてスペーサ層、支持層、高表面積層、スペーサ層、支
持層、高表面積層を順次積層し、端部を樹脂、たとえば
熱硬化性エポキシ樹脂でシールする。このようにするこ
とにより、流体を螺旋巻回装置の側方から導入すると、
流体は各層を通して流れ、この通液型コンデンサによっ
て精製された流体と濃縮された一つまたはそれ以上のイ
オン性物質が中心管の他端から排出される。
【００２０】このように定電荷イオン精製クロマトグラ
フ装置は、通液型コンデンサを含むクロマトカラムと、
たとえば、イオン性物質を含む液体などの流体源と、該
液体材料をクロマトカラムの入口に圧入その他の方法で
導入するポンプ手段とを含み、典型的に該カラムはカー
トリッジ式通液型コンデンサを含み、該通液型コンデン
サのリードがカラム外に延設されて直流電源に接続さ
れ、望ましくは電圧、ＯＮ／ＯＦＦサイクル、電圧勾配
および極性変換などをプログラムし、コンデンサを電気
的に制御する論理回路に接続され、さらにカラム出口近
傍に配設されて精製された物質または各種の溶出され濃
縮されたイオン性物質を別々に集めることのできるコレ
クタ手段を含む。
【００２１】本発明の方法は、極性または非極性溶媒中
にイオン性物質を含む流体を大静電容量、たとえば１０
００ファラッドを上回る静電容量をもつ通液型コンデン
サに流すことからなり、前記のコンデンサは支持材に固
定された高表面積導電層が隣接の支持材および高表面積
導電層とスペーサ層によって隔離されてコンデンサの保
持容量と静電容量が向上されている。該コンデンサ上の
電荷を制御して、コンデンサの静電容量に代表される電
荷保持能力により流体中の帯電分子を吸引・保持するこ
とにより、通液型コンデンサを流れる流体の濃度を変化
させて、たとえば溶液中の帯電分子の精製および／また
は分析を行う方法を可能とするものである。
【００２２】本発明の通液型コンデンサは、溶液が帯電
金属板または層、あるいは電解コンデンサの場合はイオ
ン・プレートを貫通ないし横断して流れることのできる
限り、様々な形状で設計することができ、本態様の通液
型コンデンサは流体の流れを可能とする多孔スペーサ層
と、導電層と、支持層に隣接または支持層と電気的に接
続された高表面積導電層とからなる。
【００２３】通液型コンデンサは、電極間が絶縁された
誘電薄層をもつ一対の金属電極間に流体を通過させる薄
層コンデンサでもよい。薄層コンデンサのあるものは静
電容量が小さく、分析物質の所要量が少ない分析目的に
有用であろう。しかし、このような薄層コンデンサは静
電容量がもともと低いので電荷保持性に乏しい。
【００２４】電解コンデンサもまた使用することができ
る。この場合、アルミニウムやタンタルのような金属を
用いるが、それらは金属との密着性にすぐれた酸化層を
形成し、良好な絶縁体でもあって、極めて薄い絶縁層を
作る。静電容量は誘電層の厚みが薄いほど増大する。従
って、これらの薄い酸化層は極めて良好な静電容量を示
す。
【００２５】電解コンデンサにおいては、他のコンデン
サに典型的な二つの金属板のうちの一つを酸化物と密な
接触を生じ金属と反応して自身の酸化物を生じるイオン
性溶液に代えた。
【００２６】電解コンデンサは典型的にはアルミニウム
またはタンタルを使用する。アルミニウムは狭いｐＨ領
域外では可溶であってハロゲン・イオンによって容易に
侵され、従ってまた容易に腐食されるが、そのコストは
低い。一方、タンタルは広いｐＨ領域にわたって安定な
不溶性の酸化物層をもち、腐食に対しても安定である。
従って、電解コンデンサは比較的大きい静電容量を示
す。しかし、希薄な溶液でも精製に要する静電容量は非
常に大きいから、電解コンデンサは高純度水の精製や、
原料流がイオン濃度の比較的低い蛋白精製に典型的な用
途を持っている。
【００２７】本発明の通液電気二重層コンデンサは、典
型的な薄層または電解コンデンサに見られる諸問題を回
避することができる。これはキャパシタンスが誘電厚み
と逆比例し、電極表面積と正比例するからである。
【００２８】本発明の通液型コンデンサは高表面積の導
電物質層をもつ導電性層を使用する。望ましい一実施例
では、この高表面積導電層は導電性支持層に接して配設
された多孔炭素繊維層、典型的には可撓性の織布層から
なり、さらに望ましくは導電性にすぐれた可撓性グラフ
ァイト層からなる。この高表面積導電層はまたパラジウ
ムまたは白金黒で構成してもよい。活性炭を使用するこ
とができるが、粒状活性炭は圧縮された多孔性のもので
ないと良好な導電性を有しない。ただし、圧縮は多孔度
を低下させる。
【００２９】本発明の望ましい一実施例では高い導電性
と多孔性をもつ活性炭素繊維編成層を用いるが、導電性
が高く微孔構造をもつ物質なら他の如何なる材料でも高
表面積層として利用することができる。たとえば、東洋
紡績株式会社の活性炭素ＫＦ布で構成したコンデンサは
電解コンデンサの１０００倍の電荷デリバリー能力をも
っている（「電気二重層コンデンサ用ＫＦ」（"KF for
Electro Double LayerCapacitors", Toyobo Co. Bullet
in, PCF 110）参照）。
【００３０】たとえば、高表面積層として使用すること
のできる一つの材料として、アザイト(azite) と呼ばれ
る材料をあげることができる。これは極めて多孔性で非
常に強靭で、かつ導電性の高い黒色のセラミック状物質
であって、孔（細孔）に対してフラットな構造の合成炭
素重合体である［Waldrop, M. Mitchell, Science, Vo
l. 247, No. 4939, January 12, 1990, p. 161 参
照］。
【００３１】さらに高表面積導電性層に、ある種の分子
を吸着させて電気的特性を変化させるなどの化学的修飾
を施すことも望ましい。たとえば、荷電原子団を含む芳
香族分子を炭素クロス材に吸着させて表面活性部分を化
学修飾すると、イオン交換器としての作用が得られる。
【００３２】アザイト材料は微孔からなり、これらの細
孔は一つの拡散バリヤー、すなわちマクロな孔層とミク
ロな孔層の不存在によってすぐれた静電容量特性を示
し、また加工が容易である。アザイト材料は三次元構造
をとることができ、支持体を用いずにそのまま非多孔性
の誘電スペーサと組み合わせて通液型コンデンサに組み
立てることができる。また、アザイトの三次元構造は孔
についてフラットであるから、材料の細孔を通る対流が
他の材料よりも高い精製速度を可能とする。他の材料、
たとえば活性炭や白金黒の場合、多孔性は表面に分布し
ていて電気拡散のプロセスが遅いので、分離速度が限定
される。
【００３３】本発明の通液型コンデンサの一実施例で
は、複数の巻回層をガイド部材たとえば中空中央管の周
りに巻き付け、この中央管にクロマトカラムの入口と出
口の機能を与え、かつその長さ方向に複数の孔を設けて
分離または精製すべき流体が通液型コンデンサ内の非導
電性多孔スペーサ層に流れるようにした。流路は、クロ
マトカラム内に挿入される通液カートリッジの中心管層
からあるいは外側から流れるように形成される。
【００３４】一般に、この通液型コンデンサは各末端で
シールされ、直流制御電源と接続するリードが延設され
る。カートリッジは、多孔スペーサ層、導電性支持層、
導電性高表面積層を他の導電多孔スペーサ層、第二の導
電支持層および第二の導電性高表面積層と中央管の周り
に共に巻回して形成される。
【００３５】本発明は、流体含有物質の精製を目的とす
るクロマトグラフ装置に用いる通液型コンデンサからな
る。
【００３６】いま一つの実施例において、本発明の通液
型コンデンサは、通液用ガイド部材たとえば中央の非電
導性の管または支持手段の周りに固定された複数の積層
ワッシャないしディスクを含み、各ワッシャの端部がシ
ールされる。ガイド部材は、多孔質であるかあるいは穿
孔を有するか、あるいは流体の流れることのできる長手
方向の溝をもつロッドとすることができる。
【００３７】積層ワッシャは、第一の非導電性スペーサ
・ワッシャ、たとえば、ポリプロピレンやポリエステル
などの不織布やスパンボンドされた高分子繊維材料と、
第二の高表面積導電ワッシャ、たとえば押出成形された
活性炭、導電性高分子、白金黒、圧縮バッキー・ボール
などで構成されたたとえば２５ないし２００ミルの比較
的厚い層と、第一の導電性支持ワッシャ、一般にグラフ
ァイト箔や銀またはチタンのような導電性金属上に白金
黒を電着して表面積を大きくしたたとえば厚さ１ないし
５ミルの比較的薄い可撓性シート材料を順次配設したも
のからなる。
【００３８】必要に応じ、しかし望ましくは、前記の導
電性支持ワッシャには液の流通を可能にする複数の孔を
設ける。ワッシャは中央管の周りに系列的に積層配設さ
れて、ねじを刻設した末端キャップや各側に設けられね
じを刻設したロッド、その他の手段で圧縮された状態で
固定される。積層されるワッシャ・ユニット数は任意で
あって、たとえば１０ないし４０である。直流電源から
の電気アノード・リードおよびカソード・リードは、前
記第一および他の導電性ワッシャに接続される。一つの
接続方法として、各導電支持層の外周にノッチを設け、
対応タブをもつ逆の固体電極を積層ワッシャの各側部に
固定してタブが導電性支持ワッシャのノッチと電気的に
接続されるようにする。
【００３９】電気的接続のためのいま一つの手段とし
て、導電支持ワッシャを一対の単位ワッシャが短かい可
撓性の延設部で結合させた形で構成し、この延設部が外
方にＶ形に張り出して、たとえば可撓性グラファイト箔
の積層ワッシャ組立体上に延設された周縁タブを形成す
る。ついで各側の電極を交互に側方へ延設されたタブと
接続する。
【００４０】通液型コンデンサには、ねじを刻設したプ
ラスチック末端キャップを設けることができ、その場合
これらのキャップは、中央管のねじ切り端にそれぞれ係
合される。次にこの積層ワッシャ型通液型コンデンサを
標準フィルタ・カートリッジなどのカートリッジ・ホル
ダに入れ、コンデンサの一端をカートリッジの出口部に
対してゴム・ワッシャでシールする。カートリッジは、
それを貫通して導電ワッシャ層に連結されたたとえばグ
ラファイトのアノード・カソード・ロッドを備えてい
る。カートリッジは、コンデンサ周りに流体を導入する
入口部と制御された充電が行われたときに流体が外側か
ら内側へ流れるように構成される。液は中央管から出口
へと回収される。
【００４１】タブ支持手段の一端はシールして、精製さ
れた流体が開放端から出口へ排出されるようにするか、
タブ支持手段を各端部で開放して各端をカートリッジ内
でシールし、精製された液を各端から集めるようにして
もよい。
【００４２】この定電荷クロマトグラフ装置は各種の流
体の分離に使用することができ、特に別々の種に分離す
ることによって濃縮または精製することの望ましいあら
ゆる溶質、溶媒または液体系に適用することができる。
【００４３】溶媒は、水のように極性のものでもよい
し、芳香族化合物のような非極性のものでもよく、固相
に対して選択性をもち固相すなわち高表面積層の電荷を
制御することによって調節させることのできる物質を含
むものである。たとえば、溶液は塩化ナトリウムその他
の塩のようなイオン種を分離バンドとする脱イオン水で
あってもよく、その他有機、無機または生物学的分子で
あってもよい。
【００４４】ここでは、本発明をイオン性の液状溶質の
分離を例にとって説明するが、本発明の装置および方法
は疎水性溶質などの非イオン性溶質やその他の導電性表
面との間で相互反応を生じたり、それによって影響され
る流体、たとえばＤＮＡ、ウィルス、細菌、細胞、コロ
イド、それらの混合物を含む液などの分離に有利に使用
することができる。この通液型コンデンサは、高表面積
相としての固定相上の電荷の制御を可能とする。
【００４５】以下に若干の実施例を示して本発明を例示
するが、当業者は本発明の趣旨と範囲内でこれらの望ま
しい実施態様に様々な改変・改良・追加を加えることが
できる。
【００４６】
【実施例】図１は本発明の通液型コンデンサを例示する
一部分解概略図、図２は本発明の通液型コンデンサの完
成概略図である。図３は本発明の通液型コンデンサを用
いたクロマトグラフ・カラムを示す概略図である。図４
は本発明の定電荷イオン精製クロマトグラフ装置および
方法を示す概略図である。図５は本発明の積層ワッシャ
通液型コンデンサの分解略図であり、図６は図５に用い
た導電支持ワッシャの頂面図、図７は図５の通液型コン
デンサの組立斜視図、図８は図５の通液型コンデンサを
備えた定電荷クロマトグラフ装置の一部破断概略図であ
る。
【００４７】まず特に図１および図２を参照して本発明
を説明すると、図１に分解した状態で示した本発明の通
液型コンデンサ(10)は、長さ方向に複数の孔(32)を備
え、その一端が精製すべき流体の入口を構成し、他端が
精製された流体とイオン種を排出するための出口を構成
する通液用ガイド部材(24)の一例としてのプラスチック
製の中心管と、該ガイド部材(24)の周りに巻回配設され
た複数の層からなる。
【００４８】層(12)と層(18)は厚さ約５０ミルないし１
２０ミルの同一または相異なるシート状の非電導性多孔
のスペーサ、特に望ましくはナイロン織布層からなり、
アノードとカソード両電極間の非導電性スペーサを構成
している。
【００４９】層(14)と層(20)とはそれぞれ導電性支持層
であって、流れ性能を向上させる目的で穿孔を設けても
よく、また電源接続用のリード(28), (30)を構成する水
平葉状片を延設することもできる。導電性支持層(14),
(20)用の導電性支持材としては、たとえば厚さ５ミルの
グラファイト箔であるユニオン・カーバイド社の商標品
グラフォィル (Graphoil) にパンチングでピンホールを
設けたものを使用することができる。
【００５０】層(16), (22)は高表面積導電性材料からな
り、特に望ましくは図示の実施例における如く活性炭織
布を用いた電荷保持・導電性高表面積布（たとえば日本
の東洋紡績株式会社製ＡＮＦ＃６２クロス）で構成され
る。
【００５１】図２に概略を示すように、この通液型コン
デンサ(10)では各層がガイド部材(24)である中心管の周
りに巻回され、両端が中心管の入口と出口を残してエポ
キシ樹脂(26)でシールされている。図２の一部破断図か
ら知れるように、ガイド部材(24)が外径 3/16"の中心管
の場合、中心管には一連の孔(32)、たとえば 1/10"間隔
で直径１mmの孔が設けられている。他の態様のコンデン
サではエポキシ樹脂のシールは無く、ガイド部材(24)と
して中実の円柱を用いるが、この場合は層間に流通が行
われる。コンデンサ(10)は中空の管の上端をシールして
閉鎖することもできる。その場合、流れの方向は装置の
側面から、つまり層列を介して行われ、ついで中空の管
の開放端から流出することになる。
【００５２】図３は、通液型コンデンサ(10)を概ねカラ
ム軸に沿って内蔵させたクロマトグラフ用カラム(34)の
一例を示す。このカラム(34)は、末端キャップ(36)、精
製すべき流体物質を導入するための導入チューブ(40)、
および連結された入口(38)を備え、末端キャップ(36)は
ガスケットで規定圧たとえば１００psi に調整されてお
り、さらにこのカラム(34)は出口(42)を備えている。カ
ラム(34)からは導電リード(28), (30)が延設され、導出
チューブ(50)とこれらのグラフォイル製リード(28), (3
0)がカラム(34)を通過する部分でエポキシ・シールされ
ている。カラム(34)は、たとえば透明のポリプロピレン
の注射筒状の筒体とすることができる。
【００５３】図４に示す定電荷精製クロマトグラフ装置
は、流体たとえば溶液の供給源(46)と、ポンプ(48)を介
して流体を通液型コンデンサ内蔵クロマトグラフ用カラ
ム(34)の末端キャップ(36)の入口(38)に導く導入チュー
ブ(40)を含み、コンデンサ(10)から延設されたリード(2
8), (30)は、電圧、ＯＮ／ＯＦＦサイクル、電圧勾配の
プログラムと制御を行って極性反転やその他２４ボルト
直流電源(58)から通液型コンデンサ(10)への電力供給を
コントロールする電気制御システム(56)と接続されてい
る。カラム(34)の出口は符号(52)で略示するような回転
式フラクション・コレクタに物質ないし溶出液を送り込
む導出チューブ(50)を介して出口(42)を構成している。
出口(42)はＯＮ／ＯＦＦ切り換え制御弁を備えることが
できる。
【００５４】図４に示すクロマトグラフ装置は、イオン
性物質を含む各種の溶液の精製に使用することができ
る。たとえば、供給源(46)から0.01モル濃度の塩化ナト
リウム水溶液をポンプ(48)で導入チューブ(40)を介して
カラム(34)の上端入口(38)に送り込み、ガイド部材(24)
である中心管を介して約２ボルトに調整された電荷をも
つ通液型コンデンサ(10)に導入することにより、かかる
精製を行うことができる。塩化ナトリウム原料水溶液は
出口(42)から制御弁(60)を介して導出チューブ(50)へ、
さらにフラクション・コレクタ(52)と流速0.23ml/minで
流すことにより、１×10-4モル濃度まで精製される。こ
の間、電気制御システム(56)である論理回路とリード(2
8), (30)を介してＤＣ電源から２ボルトを通液型コンデ
ンサに印加する。
【００５５】精製された塩化ナトリウム溶液はリード(2
8), (30)をショートさせるだけで回収される。他の実施
例では、リード(28)，(30)の極性を約５秒間反転させる
ことにより、５×１０4 精製出力ピークから0.05モル濃
度出力ピークまで、さらに大きなピークないし出力が得
られた。流速は可変である。しかし、塩化ナトリウムを
用いた精製実験では秒当り0.23mlから秒当り３ml以上の
変化であった。
【００５６】図５は積層ワッシャ型通液型コンデンサ(1
00) の分解図である。ここでは、頂部にゴム製ワッシャ
(102) が設けられ、コンデンサ(100) を標準型フィルタ
・カートリッジ・ホルダ(126) に入れた場合に水密のシ
ールを形成する（図８参照）。
【００５７】該コンデンサ(100) は、不活性の非導電性
材料、たとえば高密度ポリプロピレン樹脂で作られた末
端キャップ(106) を含み、これらのキャップ(106) はそ
れぞれガイド部材（中央管）(110) の端部に刻設された
ねじ(108) と係合するねじ部を内側に備えている。底部
の末端キャップ(106) は、ガイド部材(110) である中央
管の下端を閉止する中実キャップである。上端キャップ
(106) は、たとえば、金、金箔、黒鉛または白金族金属
などで作られた不活性導電部材(104) からなる二つの同
心円部材を含む。
【００５８】ガイド部材(110) は多孔のプラスチック管
からなり、この管はたとえば外径3/8"、壁厚1/8"の長さ
１０インチの多孔ポリエチレン管である。ガイド部材(1
10)は円型のワッシャ型部材を固定する支持体として機
能し、末端キャップ(106) をガイド部材(110) の端部に
ねじ係合させると、前記部材を圧縮状態に保持する。ガ
イド部材(110) はその中央部から上端までの流れを可能
にする。ガイド部材(110) は、ワッシャエレメントを支
持し、流れを可能にする長手方向に溝部を備えた中実の
ロッド様部材であってもよい。前記の多孔ポリエチレン
管を用いることによるさらなる利点は、たとえば１ない
し５ミクロン以下のマイクロフィルタとして作用するこ
とによって、炭素ディスクその他のワッシャ材料から洩
出するおそれのある微小物質をろ去することである。コ
ンデンサ(100) には複数のワッシャ材料が系列的に配設
され、細孔をもつ多孔性の非導電性スペーサ材、たとえ
ば合成繊維材料やファイバ・ガラス、ナイロン織布など
の材料からなる非導電性スペーサを介在させている。
【００５９】ワッシャ状の支持層(116) は、不活性で導
電性の支持材であれば如何なるものでもよく、たとえば
厚さ５mmのグラフォイル（登録商標：ユニオン・カーバ
イド社のグラファイトフォイル材）に液の流通性を向上
するための孔(119) を多数穿設したものを用いることが
できる。このグラファイトフォイル（図６参照）を用い
て、ノッチ(114) を有するあるいは有しない連結タブ(1
18) で相互に連結した一対の支持層(116) を形成し、導
電材への電気通路を保証する。連結タブ(118)を持つ支
持層(116) を高表面積導電性ワッシャ材料(120) の上方
と下方にワッシャ材料(120) 中の平均粒子に対する抵抗
の半分で配設することにより、内部抵抗の小さいコンデ
ンサを形成する。この内部抵抗が小さいとコンデンサの
充電速度を増し、従って精製すべき溶液の許容流速を増
大させることが可能となるので望ましい。支持層(116)
の二つの半分を連結している連結タブ(118) を曲げ、組
み立てられた通液型コンデンサの外方に延設されるよう
にすることが可能であり、こうして延設されたタブは導
電リードとして利用することができる。望ましい態様で
は、電荷を持つ導電リードを内方に向けて配設すること
ができる。
【００６０】ワッシャ材料(120) は、高表面積の導電性
材料なら如何なるものであってもよい。一例として、Ｋ
Ｘインダストリーズ社製の複数の押出活性炭素チューブ
を少量のポリプロピレン・バインダで接合したものを用
いることができる。これらのチューブは１〜3/8 インチ
の拡大内径をもつ総直径２インチのチューブ状に押し出
し、約 1/8インチ厚のリングに切断する。このような高
表面積導電材料としては、また、繊維状活性炭で作られ
た活性炭素布を用いることもできる。すなわち、積層ワ
ッシャ・カートリッジ流通設計によって加えられる圧縮
力が弛緩状の材料を圧縮することにより内部粒子の接触
が生じて導電性を生じるので、他の安価な導電性高表面
積導体を選択することを可能にする。
【００６１】導電リード材料(122) は、図５の分解図の
右側に示す如く、連結タブ材料(124) を含むが、この連
結タブ材料(124) は、たとえばグラフォイル（登録商
標）など如何なる導電材料から構成されていてもよく、
あるいは周囲から保護するために適当に塗装されたワイ
ヤであってもよいし、あるいは金またはプラチナで作っ
た裸心線を導電性物質と共に連結タブ(118) に取り付け
ることもできる。図中、導電性材料は波形として示して
ある。扁平な連結タブ材料(124) はワッシャ材料(120)
または支持層(116) の上に載置されて圧縮時に電気接触
を形成するように設計されている。図示のように、タブ
の厚さを吸収するためのノッチ(114) を設けることもで
きるが、多くの場合他の諸部材が充分な圧縮性を持って
いるのでノッチを設ける必要がない。導電リード材料(1
22) と連結タブ材料(124) は絶縁スペーサ(112) で隔置
された支持層(116) 、ワッシャ材料(120) からなる交番
層を共にショートしてガイド部材(110) の上下に交番的
にワッシャ型のアノードとカソードを構成する。
【００６２】図７は、アノードとカソードのワッシャ交
番層を並列にショートするリード材料(122) を示す組立
通液型コンデンサ(100) を示す。連結タブ材料(124) は
支持層(116) に対して圧縮されて電気接触を生じてい
る。導電リード(122) はまた末端キャップ(106) 中の円
形導電部材(104) のそれぞれと電気的に接続されてい
る。図７に示した組立通液型コンデンサ(100) は、その
まま標準的なフィルタ・カートリッジに挿入して、定電
荷クロマトグラフ装置として使用することができる。
【００６３】図８は定電荷クロマトグラフ装置の破断部
分断面略図であり、定電荷クロマトグラフィによって精
製すべき液を導入するためのねじ結合ヘッド(128) とガ
イド部材(110) である中央支持管の中心から精製された
液体を排出するための出口(132) を備えた標準フィルタ
・ホルダ(126) に挿入して通液型コンデンサ(100) を使
用する態様を示している。
【００６４】カートリッジ・ヘッド(128) は、導電ヘッ
ド対、たとえばカートリッジの同心円状の導電部材(10
4) と末端キャップ(106) と電気的に接続された、先端
を鋭くした 3/8インチのグラファイト製導電ロッド(13
4), (136)を用いて外部直流電源（図示せず）と液密に
導電リード(138) を接続するように改変されており、圧
縮ナットを用いて導電ロッド(134), (136)に水密のシー
ルを形成している。ねじを刻設したインサートがヘッド
(128) を通ってトップ・カバーの対応ねじ孔に入り、導
電ロッド(134), (136)と液密に係合する。これらの導電
ロッドは電源（図示せず、ただし図４参照）へのリード
(138) を備えている。
【００６５】ヘッド(128) は、ねじによって締めつけら
れてワッシャ(102) に対し液密なシールを生じる。導電
ロッド(134), (136)は同心円形の導電部材(104) に対し
てしっかり押圧されて導電リード材料(122) への電気接
続を形成している。ワッシャは同心円形であるから、ど
のように前記上部をねじ結合しても、導電ロッド(134),
(136)とは導電部材(104) に対して常に正しい位置に置
かれる。
【００６６】操作時に、精製すべき液体が入口(130) か
ら導入されホルダ(126) 内の外側に流入し、ワッシャ(1
02) の内側から外側へ流れる。精製された流体はガイド
材料(110) である中央支持管を介して、従って出口(13
2) から回収される。導電性支持材はその一実施例、つ
まり連結タブ(118) で相互に接続された二つの支持層(1
16) として示したが、本発明の通液型コンデンサの動作
にこの形状は不可欠なものではなく、他の形状に代えて
もよいことは自明である。しかし、図示の形状は本発明
の積層ワッシャ型通液型コンデンサに導電性支持材を用
いる場合の望ましい一態様をなすものである。
【００６７】
【発明の効果】以上詳説し図示した新規な改良されたか
つユニークな通液型コンデンサと定電荷精製クロマトカ
ラム装置および方法は、大静電容量、高表面積大吸収容
量、導電性を持つ固相をクロマトカラム中に用いること
によって有効かつ迅速な分離を可能ならしめるものであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の通液型コンデンサを例示する一部分解
概略図である。
【図２】本発明の通液型コンデンサの完成概略図であ
る。
【図３】本発明の通液型コンデンサを用いたクロマトグ
ラフ・カラムを示す概略図である。
【図４】本発明の定電荷イオン精製クロマトグラフ装置
および方法を示す概略図である。
【図５】本発明の積層ワッシャ通液型コンデンサの分解
略図である。
【図６】図５に用いた導電支持ワッシャの頂面図であ
る。
【図７】図５の通液型コンデンサの組立斜視図である。
【図８】図５の通液型コンデンサを備えた定電荷クロマ
トグラフ装置の一部破断概略図である。
【符号の説明】
(10)…コンデンサ、 (12)…スペーサ、 (14)…導電性支持層、 (16)…高表面積導電性材料、 (18)…スペーサ、 (20)…導電性支持層、 (22)…高表面積導電性材料、 (24)…ガイド部材、 (26)…エポキシ樹脂、 (28)…リード、 (30)…リード、 (32)…孔、 (34)…カラム、 (36)…キャップ、 (38)…入口、 (40)…導入チューブ、 (42)…出口、 (46)…供給源、 (48)…ポンプ、 (50)…導出チューブ、 (52)…コレクタ、 (56)…電気制御システム、 (58)…電源、 (60)…制御弁、 (100)…コンデンサ、 (102)…ワッシャ、 (104)…導電部材、 (106)…キャップ、 (108)…ねじ、 (110)…ガイド部材、 (112)…スペーサ、 (114)…ノッチ、 (116)…支持層、 (118)…連結タブ、 (119)…孔、 (120)…ワッシャ材料、 (122)…リード材料、 (124)…連結タブ材料、 (126)…ホルダ、 (128)…ヘッド、 (130)…入口、 (132)…出口、 (134)…導電ロッド、 (136)…導電ロッド、 (138)…リード

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】液体の精製を目的とする定電荷 (controll
    ed charge)クロマトグラフ用カラム(controlled charg
    e) に用いる通液(flow-through)型コンデンサであっ
    て、（ａ）第一のスペーサ層、第一の支持層、第一の表
    面積層、第二のスペーサ層、第二の支持層および第二の
    表面積層が複数の隣接層群を形成し、前記第一および第
    二のスペーサ層はそれぞれ液体の流通を可能とする非導
    電性多孔質のスペーサ層からなり、前記第一および第二
    の支持層はそれぞれ第一および第二の導電性支持層であ
    り、前記第一および第二の表面積層はそれぞれクロマト
    グラフ用カラムの固定相として機能する高表面積導電性
    層であり、前記各層はクロマトグラフ用カラム中に載置
    することのできる寸法および形状に構成されており、さ
    らに（ｂ）前記第一および第二の支持層から延設された
    アノード・リードとカソード・リードを設けて、これら
    のアノード・リードとカソード・リードが直流電源と接
    続されることによって前記第一および第二の支持層上に
    独立かつ逆の電荷を生じるようにし、（ｃ）精製される
    べき液体が前記複数の隣接層群を介して流れるように配
    設された通液用ガイド部材と、（ｄ）前記ガイド部材な
    らびに隣接層群をシールする手段と、（ｅ）前記ガイド
    部材に液体を導入しあるいは該ガイド部材から液体を回
    収するための手段を含むことを特徴とする通液型コンデ
    ンサ。
  2. 【請求項２】非導電性多孔質スペーサ層が開孔組織の合
    成繊維材料からなることを特徴とする請求項１記載の通
    液型コンデンサ。
  3. 【請求項３】導電性支持層がアルミニウム、タンタルお
    よびグラファイトからなる群から選ばれた導電性薄層で
    あることを特徴とする請求項１記載の通液型コンデン
    サ。
  4. 【請求項４】高表面積導電性層が圧縮した活性炭粒子か
    らなることを特徴とする請求項１記載の通液型コンデン
    サ。
  5. 【請求項５】高表面積導電性層が繊維状活性炭布からな
    ることを特徴とする請求項１記載の通液型コンデンサ。
  6. 【請求項６】高表面積導電性層が電着処理された白金族
    黒であることを特徴とする請求項１記載の通液型コンデ
    ンサ。
  7. 【請求項７】第一および第二の支持層に液体の流通可能
    な孔を備えていることを特徴とする請求項１記載の通液
    型コンデンサ。
  8. 【請求項８】複数の隣接層群がガイド部材の周りに巻回
    されていることを特徴とする請求項１記載の通液型コン
    デンサ。
  9. 【請求項９】複数の隣接層群がガイド部材を中心として
    積層ワッシャエレメントとして配設されていることを特
    徴とする請求項１記載の通液型コンデンサ。
  10. 【請求項１０】ワッシャエレメントが導電性タブによっ
    て接続されていることを特徴とする請求項９記載の通液
    型コンデンサ。
  11. 【請求項１１】ワッシャエレメントがグラファイトフォ
    イル材料からなることを特徴とする請求項１０記載の通
    液型コンデンサ。
  12. 【請求項１２】通液用ガイド部材が、多孔質管、穿孔管
    または長手方向の溝をもつ中実のロッド様部材である請
    求項１記載の通液型コンデンサ。
  13. 【請求項１３】請求項１の通液型コンデンサを内包する
    液体精製クロマトグラフ用カラム。
  14. 【請求項１４】（ａ）アノードエレメントとカソードエ
    レメントを電源に電気的に接続してコンデンサ内に電荷
    が制御されたアノード層とカソード層とを発生させた請
    求項１記載の通液型コンデンサの入口に除去すべき物質
    を含む流体を導入し、（ｂ）精製すべき流体を高表面積
    層を通過させて流体中の一つあるいはそれ以上の物質を
    高表面積層上に定電荷吸収し、（ｃ）クロマトグラフに
    よって精製された流体をカートリッジの出口から流出さ
    せることを特徴とする流体の定電荷クロマトグラフによ
    る精製方法。
  15. 【請求項１５】流体として一つまたはそれ以上のイオン
    性の塩を含む水溶液を用いてそれらイオン性の塩の一つ
    またはそれ以上を除去した精製水溶液を得る請求項１４
    記載の方法。
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