JPH0549872A - 透明電気透析セル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 微少容量、特に１ｍｌ以下の対象液を電気透
析脱塩する場合に、マイクロ・シリンジによる液の出し
入れ時の作業性が格段に良い電気透析セルを提案する。 【構成】 三室型電気透析セルの少なくとも一方の電極
室枠に、膜を通して脱塩室内部が見える透明部分を設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明の目的は、液量の少ない対
象液の脱塩に好適な電気透析セルを提供することにあ
る。特に対象液の液量が１ｍｌ以下の微少容量の対象液
を脱塩するさいに、対象液の出し入れ時の作業性を大幅
に改善した電気透析セルに関する。近年、電気泳動法に
よる蛋白質の分離や、高速液体クロマトグラフィー法に
よる分取技術の発達によって、微少容量、特に１ｍｌ以
下の対象液の簡便な脱塩方法の必要性が叫ばれていた。

【０００２】

【従来の技術】従来、微少容量の対象液を脱塩する方法
としては、ゲル濾過法、拡散透析法、逆相カラムを用い
た高速液体クロマト法、遠心分離法などが利用されてい
る。しかし、いずれの方法も操作に手間を要する、時間
がかかる、または一回に一点しかできないなどの欠点が
あった。

【０００３】一方、電気透析法はすでに食用塩の製造
や、各種医薬品・食品の製造プロセスにおいて広く工業
的に利用されている方法である。これは陰陽極間に多数
のカチオン交換膜とアニオン交換膜もしくは中性膜をガ
スケットを介して積層、脱塩室を形成し、陰陽極間に通
電することにより対象液の処理を行うものである。小容
量脱塩用の電気透析装置としては、実願昭６０−１９９
３３１や実願昭６０−１９９５７２の出願がある。この
うち前者は膜面積の小さい三室型の電気透析装置を用
い、脱塩室を正逆回転可能なポンプで攪拌しながら脱塩
を行うものである。また、後者は対象液を流すライン中
に空気を取り込んで、対象液を回収率良く回収せんとす
るものである。いずれも小容量の脱塩が可能であるが、
ポンプを用いて対象液を攪拌することが必要なため、１
ｍｌ以下の対象液になると、装置に必要な最小液量を下
回ってしまい、実質的に脱塩ができないという欠点があ
った。

【０００４】発明者らは、１ｍｌ以下の対象液の脱塩用
として、ポンプを使用せずにマイクロシリンジで脱塩室
に液を供給して脱塩する装置を検討したが、通常の電気
透析装置を単に小さくしただけの構造では脱塩室の内部
がまったく見えず、貴重な対象液が漏れずに処理されて
いるかどうか、また処理終了後に取り出しても、内部に
液が残存せずに回収できているかどうかの確認ができな
いという欠点があった。

【０００５】一方、内容量が１０ｍｌ以上あるような比
較的大きい実験用の装置では、セルをアクリルなどの透
明なプラスチックスで製作してセルの側面部分から脱塩
室内部が見える構造を採用した例がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、微少容量、
特に１ｍｌ以下の対象液を電気透析脱塩する際に、液の
出し入れ時の作業性が良く、しかも有効膜面積が大きく
取れる電気透析セルを提案することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、陰陽両極間に
イオン交換膜または中性膜を配置し、通電して脱塩する
三室型電気透析セルであって、外部から脱塩室内部が見
える透明部分を、少なくとも一方の電極室枠に有するこ
とを特徴とする電気透析セル、を内容とする。以下、本
発明について詳細に説明する。

【０００８】従来型の小型電気透析装置で脱塩室の内部
が見えないのは、脱塩室の側面が不透明なガスケットで
あり、また、膜に垂直方向には通電のための電極板があ
るからである。脱塩室を側面から見えるようにするため
に、アクリルなどの透明なプラスチックスで脱塩室を構
成すると、脱塩室の電極方向の厚みが厚くなるため、対
象液量を１ｍｌ以下にするには有効膜面積を小さくせざ
るを得ず、脱塩に長時間を要する。脱塩室の厚みを薄く
するために、比較的透明なシリコンゴムなどのガスケッ
トを使用しても、透明性が不十分なため脱塩室内部を側
面から見ることはできない。発明者らは、上記のごとき
点に関し鋭意検討した結果、少なくとも一方の電極室枠
に脱塩室内部が見える透明部分を設ける形状に想到した
のである。

【０００９】本発明の電気透析セルは、脱塩室が直接電
極室に狭まれるいわゆる三室型構造であることが望まし
い。通常の電気透析装置で採用されている脱塩室が直列
に並ぶ多室型では、膜と膜の間の脱塩室の側面部分から
しか内部が見えず、微少容量の対象液の出し入れが行な
いにくいのである。ここで透明部分とは、アクリルなど
の透明材料で製作し、膜面に垂直方向から脱塩室が見え
る構造の部分をいう。具体的には電極室枠自体を透明プ
ラスチックスで製作し、電極をはさんで脱塩室の反対方
向から脱塩室内部を観察できるように、電極の形状が、
板状ではなく棒状や網状となっているごときものであ
る。この場合、電極の形状は、パンチングメタルのごと
き多孔性の金属板や、金属または炭素繊維の網などでも
良いが、棒状または針金状の金属製電極が、製作が簡単
でコストも低く視野の妨げになる部分も少ないので好ま
しい。

【００１０】透明部分を電極室枠に設けたために、膜に
垂直方向から脱塩室を観察することが可能になった。観
察のためには、有効膜面積を大きく、脱塩室の厚みを薄
くすることが望ましいが、この結果、脱塩の所要時間が
短くなるという長所も発見するのである。なお、外部か
らの観察方向は膜面に垂直方向に限定されるわけではな
く、透明部分を設けた側の電極に対し脱塩室と反対側に
斜めの反射面を設けることにより、上部もしくは側面か
ら観察できるようにしても良い。視野方向とマイクロシ
リンジの挿入方向が一致するため、操作性が一段と向上
する。また、電気透析セルの締め付けもセンタープレス
方式が採用でき、膜交換時の取扱いが簡単になる長所が
ある。この場合、脱塩室を拡大して見えるようにするた
め、反射面を凹面鏡にしたり、光路途中に凸レンズを設
けたりしても良い。

【００１１】各脱塩室の内容量は大きくとも３ｍｌ以下
であることが望ましい。ここで内容量とは実際に脱塩電
流が流れうる脱塩室内の対象液の体積をいい、液を出し
入れするための空間などは含まない。内容量が３ｍｌよ
り大きいと、対象液が１ｍｌの場合、通電面積の１／３
以下しか利用できず、均一な通電が難しくなる。均一な
通電のためには２ｍｌ以下であることがより望ましい。

【００１２】なお、脱塩室の通電面積は電極室と同じで
も良いが、脱塩室観察時に一見してどれが脱塩室かすぐ
分かるように、電極室よりやや小さめに作ることが望ま
しい。本発明の脱塩原理は、カチオン交換膜、アニオン
交換膜、中性膜などを使用して陰陽両極間に通電して脱
塩する公知の電気透析法である。本発明で使用する膜
は、公知の物が使用できるが、陰極側、陽極側の少なく
とも片方は、ある程度の透明性を有することが必要であ
る。例えば、塩ビ芯材のイオン交換膜では、カチオン交
換膜は黒色で透かして見ることができない場合が多い
が、アニオン交換膜は一般に透明性が高いので、アニオ
ン交換膜の側、すなわち陽極室枠側に透明部分を設けれ
ば良い。また、ポリオレフィン芯材のイオン交換膜は、
カチオン交換膜、アニオン交換膜共に透明性が高いもの
の、やはりアニオン交換膜の透明性が一般に良いので、
陽極室枠側に透明部分を設けることが好ましい。

【００１３】脱塩室は透視しやすいように背面から光が
あたることが望ましい。豆電球などの光源をセル内部に
設けても良いが、発熱の影響をさけるためには、透明部
分を設けた電極室枠と反対側の電極室枠に、外部の光の
脱塩室側に反射する反射面を設けることが望ましい。こ
の場合も電極が光が透過しやすい形状、例えば細い棒状
でなければならない。また、特別な照明のための構造を
持たなくとも、電極室枠など脱塩室の周辺を透明にする
ことによって、外部照明の光がセルで散乱することによ
り、光が脱塩室に当たる形式でもよい。透明部分の全面
より光を当てることが可能な場合は、透明部分を設けた
側の反対側の電極を板状とし、これの表面を鏡面加工し
てもよい。

【００１４】脱塩室の上部には、対象液の出し入れのた
めに、装置外部に開放可能な部分を有しなければならな
い。ここより注射針やチューブなどを使用して脱塩室内
部に液を送り込むのである。開放可能部分は脱塩室の上
部に設けなければならない。開放可能部分は常時開放し
たままでも良いが、外部の塵などの影響を避けるため、
通常は閉じて注射針などの挿入の際のみ開放できるほう
がより望ましい。具体的には金属箔やゴム薄膜でフタを
し、注射針を挿入して簡単に液の出し入れが行なえるこ
とが望ましい。液の給・排液口に、通常の電気透析装置
のごとき連通孔構造を採用すると、液の出入り口を締め
付け枠に設けなければならず、またライン中の液を脱塩
するためにポンプが必要になるなど必要な最小液量が大
幅に増加してしまい。本発明の目的とする１ｍｌ以下の
対象液の脱塩ができなくなる。

【００１５】電極液にはリン酸バッファなどの緩衝液を
用いることが望ましい。これは電極室のすぐ隣が脱塩室
となるため、電極でのｐＨ変動の影響を受けやすいから
である。通電条件は定量圧方式が望ましい。定電流方式
では脱塩が進行して塩濃度が低くなった場合にｐＨ変動
が生じるトラブルとなりやすいからである。また、脱塩
室と電極室の間に緩衝室を設けても良い。緩衝室は、そ
れを形成する陰極側隔膜、陽極側隔膜ともに同じ種類の
膜であることが望ましい。電極室での生成物が脱塩室に
移行し難いからである。ただし、緩衝室の脱塩室に接す
る側は中性膜でも良い。この場合、対象液中の塩と交換
したいバッファを緩衝液として入れておくことにより、
対象液の塩交換ができる。

【００１６】緩衝室を設けても脱塩室は一つであり、脱
塩室と緩衝室の全体が脱塩される以上実質的に三室型電
気透析装置の一種類である。脱塩室は特に攪拌しないこ
とも可能である。液量が著しく少ないことから脱塩は短
時間に終了し、水解現象の影響は大型装置ほど深刻では
ない。攪拌することはより望ましいが、蛋白質などでは
攪拌によってかえって回収率が落ちることがある。攪拌
がどうしても必要な場合は、電極液側に脈流や超音波振
動を与えれれば良い。対象液自体を直接攪拌する場合
は、細いプラスチックスやセラミックスの針を脱塩室に
挿入し、針に回転か振動を与えれば良い。特願昭５４−
１４２３６１で開示されているごとく脱塩室に気泡を導
入することも考えられるが、一般に蛋白質は気泡を嫌う
ので、対象物が限定されてしまい好ましくない。

【００１７】

【実施例】以下、実施例により本発明を説明する。

【００１８】

【実施例１】第１図に本発明の実施例の一つであるセル
の概略図を示す。斜線部分はパッキンである。脱塩室は
パッキンを３枚重ね合わせて構成されており、中央上部
に開口部がある。対象液はマイクロシリンジによって開
口部から注入される。電極室枠はアクリル製で、陰極室
枠の中には外部照明を反射して脱塩室を照らすよう反射
面を設けてある。全体は２本のボルトで液漏れの無いよ
う締め付ける。両方の電極室枠の電極とも棒状で、中央
に一本のみ設けられており、視野もしくは光を遮らない
よう配慮されている。電極液はパイプを通して供給・排
出される。陽極室枠の外側から透明部分を通して脱塩室
内部の状態が見える。脱塩室は横幅２０ｍｍ×高さ２０
ｍｍ×厚さ５ｍｍで内容量は２ｍｌである。有効膜面積
は４ｃｍ ² と大きく、内容量１ｍｌあたりの膜面積は２
ｃｍ² と、通常の脱塩用電気透析装置の倍以上である。
電極室は脱塩室より少し大きくしてあり、のぞいた時に
脱塩室が額縁に囲まれたような形状となって、どれが脱
塩室か良く分る構造になっている。１ｍｌの対象液を注
入したところ、脱塩室の半分が満たされ、ちょうど液面
が視野の中央に見えた。カチオン交換膜は、旭化成工業
株式会社製のアシプレックスＫ−１０１、アニオン交換
膜も同じく旭化成工業株式会社製のアシプレックスＡ−
２０１を使用した。膜はどちらも透明であり、脱塩室内
部が明るくよく見える。液の出し入れの作業性は格段に
良く、安心感があった。

【００１９】

【比較例１】第２図は、陰陽両極とも板状電極とし、外
部照明光の反射面を無くした以外は、実施例１と同様な
電気透析セルである。マイクロシリンジを用いて対象液
を注入する際、脱塩室内部の状態が全く見えないため手
探りの作業になった。注入後、気泡が残っていないかど
うか分からない。脱塩終了して液を取り出した後も残存
液があるかどうかの確認ができないという、不満足な結
果であった。

【００２０】

【比較例２】実施例１で脱塩室の厚みを１０ｍｍ、内容
量を４ｍｌとした他は同様なセルを製作した。１ｍｌの
対象液を注入したところ、液は膜の一部に接するのみで
均一な通電ができにくい状態であった。

【００２１】

【実施例２】第３図は、セルの上面から脱塩室が見える
ように陰陽室のみならず陽極室の内部にも反射面を設け
た例である。脱塩室の内容量は０．８ｍｌ（１６ｍｍ×
１６ｍｍ×３ｍｍ）。プレス板を使用しても視野を妨げ
る心配がないので、全体の締め付けはセンタープレス方
式を採用した。電極棒はプレス器の底板を貫通して下部
に突き抜け、電源に接続されている。上面から操作でき
るのでマイクロシリンジを挿入する方向と視線方向が一
致し、さらに操作性が良くなった。また、膜の交換も簡
単である。

【００２２】

【実施例３】第４図は、比較例１のセルの電極を実施例
１の棒状電極とし、その両側からガラス製の鏡を斜めに
配置した透明プラスチック性の室枠とプレス板を追加し
て、センタープレス法を採用したセルである。電極室枠
と独立して鏡室枠を設けたため、製作が容易で、脱塩室
がはっきり見える。鏡を配置したセルの上部内面には凸
レンズが設けてあり、拡大して脱塩室を見ることができ
た。

【００２３】

【実施例４】第５図は、脱塩室の内容量０．５ｍｌで脱
塩室と電極室の間に緩衝室を設けた例である。膜は、陰
極側からカチオン交換膜、カチオン交換膜、ポリビニル
アルコール性の中性膜、アニオン交換膜である。膜、パ
ッキン、電極室枠、脱塩室枠、緩衝室枠はすべて接着さ
れている。電極液、緩衝液、対象液はすべてセル上部の
開口部からマイクロシリンジで注入する。電極は棒状
で、視野を妨げないように電極室の上端に付いている。
通電時に電極で発生する気泡が視野の中に入らないので
脱塩室の状態が脱塩中でも分かりやすかった。

【００２４】

【実施例５】第６図は、実施例２と同じ様にセンタープ
レス方式を用いながら、反射板などの部品が不要な例で
ある。締め付けネジと反射側のプレス板に穴を設けて、
セル内部がここから見える構造を採用した。

【００２５】

【発明の効果】微少液量の対象液、特に１ｍｌ以下の対
象液の電気透析脱塩に際し、液の出し入れ時の操作性が
著しく改善された。また、対象液あたりの有効膜面積が
大きく、脱塩スピードを大きくできる効果があった。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の電気透析セルの一例で、側面よ
り見た場合の断面図である。

【図２】図２は図１の正面図である。

【図３】図３は図１の側面図である。

【図４】図４は従来型の小容量脱塩用電気透析セルの側
面より見た場合の断面図である。

【図５】図５は図４の正面図。

【図６】図６図４の側面図。

【図７】図７は本発明の電気透析セルの一例の側面より
見た場合の断面図で、矢印がセンタープレスで締め付て
いることを示す。

【図８】図８は本発明の電気透析セルの一例の側面より
見た場合の断面図。

【図９】図９は本発明の電気透析セルの一例で側面より
見た場合の断面図。

【図１０】図１０は図９の正面図。

【図１１】図１１は図９の上面図。

【図１２】図１２は本発明の電気透析セルの一例で、そ
の上面図。

【図１３】図１３は図１２の側面より見た場合の断面
（Ａ−Ａ´) 図。

【図１４】図１４は図１２の正面図。

【符号の説明】

１ 陰イオン交換膜 ２ 陽イオン交換膜 ３ パッキン ４ 陽極室枠 ５ 陰極室枠 ６ 陽極 ７ 陰極 ８ 陽極室 ９ 陰極室 １０ 対象液出入口 １１ 脱塩室 １２ 反射面 １３ 電極液入口 １４ 電極液出口 １５ ボルト・ナット １６ 外部照明 １７ マイクロシリンジ １８ 観察者 １９ 電極液 ２０ プレス板 ２１ センタープレス ２２ 鏡室枠 ２３ 鏡 ２４ 電極液出入口 ２５ 凸レンズ ２６ 緩衝液出入口 ２７ 緩衝液室 ２８ 中性膜 ２９ ガイド棒 ３０ 架台

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 陰陽両極間にイオン交換膜または中性膜
   を配置し、通電して脱塩する三室型電気透析セルであっ
   て、脱塩室内部が見える透明部分を少なくとも一方の電
   極室枠に有することを特徴とする電気透析セル。
2. 【請求項２】 脱塩室の内容量が３ｍｌ以下である請求
   項１に記載の電気透析セル。
3. 【請求項３】 該透明部分を設けた側の電極に対し、脱
   塩室と反対側に反射面を設ける請求項１から２のいずれ
   かに記載の電気透析セル。
4. 【請求項４】 脱塩室内部が見える透明部分を有する電
   極室枠の電極が棒状電極である請求項１または２のいず
   れかに記載の電気透析セル。
5. 【請求項５】 脱塩室内部が見える透明部分を陽極室枠
   のみに有する請求項１から３のいずれかに記載の電気透
   析セル。