JPH06294789A - ガスクロマトグラフィー法 - Google Patents

ガスクロマトグラフィー法

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JPH06294789A
JPH06294789A JP5312968A JP31296893A JPH06294789A JP H06294789 A JPH06294789 A JP H06294789A JP 5312968 A JP5312968 A JP 5312968A JP 31296893 A JP31296893 A JP 31296893A JP H06294789 A JPH06294789 A JP H06294789A
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フック−シー チェー クリストファー
Shinn-Der Chang
チャン シン−ダー
Chengwen Weng
ウェン チェンウェン
Yuanming Tang
タン ユアンミン
Ingo B Holzhueter
バーンド ホルツヒューター インゴ
Samuel H Hawthorne
ヒュー ホーソン サミュエル
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、カラムの長さに沿ってまたは直列
に連結した数個のカラムの長さに沿って、温度プロフィ
ルを適用することによる、化学混合物成分の分離のため
のガスクロマトグラフィー法に関する。 【構成】 目的の混合物成分が固定相に対し異なる親和
力をもつ固定相を充填したカラムに混合物を入れ、温度
がカラムの入口から出口へとカラム長さに沿って増加す
る溶出温度プロフィルにカラムを維持し、混合物をカラ
ムを通し流して混合物成分の少なくとも部分分離を行
い、カラムの出口から分離したまたは部分分離した成分
を回収することからなる、ガスクロマトグラフィー法。 【効果】 本発明の方法は、驚くほど小さなカラムを使
用する多量の化合物混合物の分離を可能とするものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】本発明は、カラムの長さに沿ってまたは直
列に連結した数個のカラムの長さに沿って、温度プロフ
ィルを適用することによる、化学混合物成分の分離のた
めのガスクロマトグラフィー法に関する。
【0002】従来、ガスクロマトグラフィー分離は、一
定温度でまたは特定の温度範囲にわたり特定の速度で全
カラムの温度を増加させる温度プログラムで実施されて
きた。温度プログラミングは、定温ガスクロマトグラフ
ィーで達成できるものより一層鋭いピークをもつ、すな
わち一層尾引きの少ないガスクロマトグラフィー分離を
提供できることが、長い間認められてきている。また、
温度プログラミングは、定温条件の場合よりも多量の混
合物をカラムで分離することを可能にする。
【0003】化学混合物のガスクロマトグラフィーによ
る分離は、移動ガス相内を運ばれる混合物成分と固定相
カラムパッキングとの親和平衡特性を利用する。成分の
分離は、固定相と異なる親和力をもつ、すなわち他の成
分の速度とは異なる速度でカラム内を移動する各成分に
依存する。移動相と固定相の間の混合物成分の分配は温
度依存性である。混合物の一層揮発性成分の分離に有利
なクロマトグラフィー温度は、一層揮発性でない成分の
長いカラム保持時間をまねく。このような条件では、揮
発性成分は比較的鋭い溶離ピークを示す、すなわち揮発
性成分は短時間で各々カラムから去るであろう。一方一
層揮発性でない成分は尾引きを示し、完全には互に分離
できない。逆に、クロマトグラフィー温度条件が一層揮
発性でない成分の溶離に有利なときは、揮発性成分はそ
の分離に有効な十分なカラム滞留時間を有することがで
きない。
【0004】温度プログラミングは、この問題を取り扱
うために使われる。全カラム温度を時間にわたり均一に
上昇することにより、一層揮発性成分を分離でき、一層
揮発性でない成分は分離を改善し尾引きを減らす速度で
溶離される。典型的には、全カラム温度プログラミング
は、カラムの過負荷で問題ではない分析ガスクロマトグ
ラフィーで使うのにしばしば適している。しかし、ガス
クロマトグラフィー系がモル量の混合物の分離に要求さ
れるときは、カラムにかけられる分離物質の負荷はかな
らずしつこい尾引きを生じるから、全カラム温度プログ
ラミング技術は不満足なものである。
【0005】通常は、分取ガスクロマトグラフィーは、
試料ループを経て分離混合物を入れることを含み、この
ループから混合物はキャリヤーガスを使ってカラムに入
れられる。多量の試料は長い試料ループを必要とし、試
料がカラムに入れられるとき混合物は希釈される。この
希釈はさらにピークのブロードニングおよび成分の不完
全な分離の原因となる。
【0006】本発明は確立された温度プログラミング技
術とは異なり、驚くほど小さなカラムを使い多量の混合
物さえもすぐれた分離を達成できるガスクロマトグラフ
ィー法を提供する。ガスクロマトグラフィー分離を行な
うため、時間にわたり全カラムの温度を上昇するよりも
むしろ、本発明の方法はカラムの長さに沿って一定の温
度プロフィルを利用し、それによって各温度帯域におけ
る各混合物成分の溶離速度に影響を与える。上昇する温
度プロフィルをもつカラムでは、一層揮発性成分を一層
揮発性でない成分よりも速くカラムに沿って移動させる
温度効果は、全カラム昇温加熱に比べて増強される。上
昇する温度プロフィルカラムクロマトグラフィーはま
た、カラムの過負荷を許し、そこで驚くほど多量の混合
物を処理できる。ある場合には、カラムのこの過負荷は
一層揮発性でない成分の溶離のブロードニングを生じる
が、上昇する温度プロフィルカラムと少なくとも一つの
降下する温度プロフィルカラムを結合させることによっ
て、このブロードニングまたは尾引き効果を著しく減少
できることが見出された。
【0007】一定の降下する温度プロフィルは、ガスク
ロマトグラフィー法では独特と考えられる。この降下す
る温度様式は、一定の上昇する温度プロフィルクロマト
グラフィーにはじめにかけた混合物の総括分離を予想外
に増大させる。
【0008】従って、本発明は、温度がカラムの入口か
ら出口へとカラム長さに沿って増加する溶出温度プロフ
ィルに保ったカラムに混合物を入れ、混合物をカラムを
通して流して混合物成分の少なくとも部分分離を行い、
カラムの出口から分離したまたは部分分離した成分を回
収することからなる、ガスクロマトグラフィー法を提供
する。
【0009】本発明はまた、混合物が上昇する温度プロ
フィルに保った第1カラムを通過後、第1カラムからの
溶出物を温度が入口から出口へとカラム長さに沿って減
少する温度プロフィルに保った第2カラムに通して流す
2段階ガスクロマトグラフィー法も含む。好ましくは、
第2カラムの温度プロフィルは第1カラムの温度プロフ
ィルとはほぼ逆である。混合物の分離した成分は第2カ
ラムの出口から回収される。
【0010】多量の混合物の分離に特に有用な本発明の
別の実施態様は、通常100℃より高い大きな温度範囲
にわたり可変の降下する温度プロフィルをもつ第1カラ
ムを使い、ついで通常100℃より低い比較的狭い温度
範囲にわたり維持された上昇する温度プロフィルをもつ
第2カラムに通して溶出することを含む。分離を最適化
するためには、減少する温度プロフィルに保った第3カ
ラムを含めることが好ましい。可変の降下する温度プロ
フィルカラムは、混合物成分のはじめの大体の順位づけ
をし、それによって多量の混合物を温度上昇方式カラム
に有効に入れる手段を事実上提供する。
【0011】本発明のガスクロマトグラフィー法の能力
を例示するために、本発明を水素の同位体混合物の分取
規模分離に適用できる実施例によって説明する。しか
し、当業者はガスクロマトグラフィーによる化合物混合
物の分析的および分取分離に本発明は一般に適用できる
ことが理解できるであろう。
【0012】図1において、らせん状コイルのクロマト
グラフィーカラム10が、真空ジャケット付デュワー容
器の如き絶縁容器12内に位置しており、流入する混合
物を所望の初期温度より低く冷すため、液体窒素(L
N)をカラム10の十分な長さを浸漬する水準まで容器
12に加える。カラム10のこの入口予冷部分13に
は、混合物がカラム10のこの部分13で短かい滞留時
間をもつように、混合物の成分に対し低い親和力をもつ
物質を充填するのが好ましい。
【0013】液体窒素は常圧下では−196℃で沸とう
する。容器12内の液体窒素水準の丁度上方のカラム1
0の回りに、絶縁電熱テープ15または類似の調節でき
る加熱手段を使って、容器12内に温度プロフィルをつ
くり、維持する。全カラム10の吸着剤充填部分19に
隣接した容器12内に垂直に置かれた複数の温度センサ
ー17を使って、温度プロフィルを監視する。
【0014】同様に、温度降下方式カラム20を図2に
示す。カラム20の入口部分は、混合物成分に対し低い
親和力をもつ物質を充填した予冷器部分23を含み、つ
いで図1のカラム10で説明したように、調節できる加
熱手段25を使い降下する温度プロフィルに保ったカラ
ム20および温度監視手段27を含む。
【0015】分取クロマトグラフィーに特に有用な第3
の型のカラムを図3に示す。ガスクロマトグラフィーカ
ラム30を、デュワー容器または他の適当な絶縁容器3
2内の液体窒素中に浸漬する。容器32は垂直に伸縮自
在のプラットホーム33上に位置しており、混合物を溶
出する場合、たとえば水圧ピストン36によってプラッ
トホームを徐々に引下げ、それによって入口端34でカ
ラム温度を上昇させる。容器32の引下げは、液体窒素
に浸漬されたカラム30の部分と通常環境にさらされた
カラム部分の間に比較的大きな温度差をつくり出す。こ
の型のカラムは、固定の上昇する温度プロフィルカラム
または固定の上昇する温度プロフィルカラムと固定の降
下する温度プロフィルカラムの対で、多量の混合物を完
全に分離しようとする予備工程として最も有用である。
好ましくは、まずカラム30を排気し、圧力差を使って
ガス混合物をカラム30に注入することによって、分離
しようとする多量の混合物をカラム30に入れる。この
充填法はキャリヤーガスによる混合物の初期希釈を避
け、極端なカラム過負荷条件下で水素同位体のような類
似種の分離を可能にする。そこで、分取クロマトグラフ
ィー用途では、混合物が図1および図2のカラム10お
よび20に入る前に、カラム30は揮発度によって混合
物成分の大体の順位づけを許す。
【0016】本発明のカラムに入ると、混合物はキャリ
ヤーガスを使って溶出される。水素同位体のクロマトグ
ラフィー分離には、ヘリウムが好ましいキャリヤーガス
である。以下の実施例は、水素同位体の分取分離に関し
本発明を例示するものである。本発明は分析ガスクロマ
トグラフィーにも同様に応用できるが、以下の実施例は
本発明の能力を示すために与えるものであることは、当
業者は理解されるであろう。
【0017】
【実施例】
〔実施例1〕H2 ,HD,D2 計6.2リットル(0
℃、1気圧で)の多量の試料混合物を、径12mm、長さ
4.6mで5Åモレキュラーシーブを充填した可変温度
降下方式カラム30(図3)に真空充填した。充填中カ
ラム30を液体窒素中に浸漬し、ついで液体窒素容器を
約30分かけて徐々に引下げながら、カラム30を1.
5リットル/分の速度のヘリウムで溶出した。この可変
温度降下方式カラム30を、径12mm、長さ4.9mの
上昇する温度プロフィルカラム10(図1)に直列に連
結した。カラム10には5Åモレキュラーシーブを充填
し、−170℃から−143℃の上昇する温度プロフィ
ルをカラム長さに沿って維持した。クロマトグラムを図
4に示す。
【0018】〔実施例2〕H2 ,HD,D2 の5.2リ
ットル混合物(0℃、1気圧で)を、径12mm、長さ
4.6mで、5Åモレキュラーシーブを充填した可変温
度降下方式カラム30(図3)に真空で充填した。充填
中、カラム30を液体窒素中に浸漬し、ついで液体窒素
容器を約30分かけて徐々に引下げながら、カラム30
を2.5リットル/分の速度でヘリウムで溶出した。こ
の可変温度降下方式カラム30を、温度上昇カラムおよ
び温度降下カラムの対と直列に連結した。上昇温度方式
カラム10は実施例1で説明した通りであるが、長さは
4.6mであり、固定の上昇する温度プロフィルは−1
70℃から−138℃であった。降下温度プロフィル方
式カラム20(図2)は径12mm、長さ4.6mをも
ち、固定温度プロフィルは−145℃から−155℃で
あった。クロマトグラムを図5に示す。
【0019】〔実施例3〕H2 ,HD,HT,D2 ,D
T,T2 の2.1リットル(0℃、1気圧で)の混合物
を、径12mm、長さ4.6mで、5Åモレキュラーシー
ブを充填した可変温度降下方式カラム30(図3)に真
空充填した。充填中、カラム30を液体窒素に浸漬し、
ついで液体窒素容器を約30分かけて徐々に引下げなが
ら、カラム30を2.5リットル/分の速度でヘリウム
で溶出した。この可変温度降下方式カラム30を、実施
例2で説明した温度上昇カラムと温度降下カラムの対と
直列に連結し、固定の上昇温度プロフィルは−168℃
から−152℃であり、固定の降下温度プロフィルは−
147℃から−165℃であった。クロマトグラムを図
6に示す。
【0020】〔実施例4〕1.9リットルの容量(0
℃、1気圧で)をもつH2 ,HD,D2 の混合物を、真
空フィード方式を使ってカラム30に入れた。カラム3
0は5Åモレキュラーシーブが充填され、径12mm、長
さ4.6mをもっていた。充填中、カラム30を液体窒
素中に浸漬し、ついで液体窒素容器を約30分かけて徐
々に引下げながら、2.5リットル/分の速度でヘリウ
ムでカラム30を溶出した。この可変温度降下方式カラ
ム30を、5Åモレキュラーシーブを充填し、しかし、
−155℃〜−130℃の固定した上昇温度プロフィル
下に保った類似寸法のカラム10と直列に連結した。こ
のカラム10を、入口から出口へ−130℃から−15
7℃の固定した温度プロフィルをもつ同一寸法の降下温
度プロフィルカラム20に直列に連結した。図7のクロ
マトグラムからわかるように、成分は約75分で第3カ
ラム20から完全に溶出された。
【0021】〔実施例5〕分取規模では、カラム系に順
次に入れることによって、混合物の順次のバッチを分離
できる連続式で本発明の方法を実施できる。そこで、
1.0リットル(0℃、1気圧で)のH2 ,HD,H
T,D2 ,DT,T2 の第1混合物を、真空フィード方
式を使ってカラム30に入れた。カラム30は5Åモレ
キュラーシーブが充填されており、径12mm、長さ4.
6mをもっていた。充填中、カラム30を液体窒素中に
浸漬し、ついで液体窒素容器を約30分かけて徐々に引
下げながら、カラム30を2.5リットル/分の速度で
ヘリウムで溶出した。この可変温度降下方式カラム30
を、5Åモレキュラーシーブを充填した、しかし、−1
65〜−145℃の上昇温度プロフィル下に保った類似
寸法のカラム10と直列に連結した。図8のクロマトグ
ラムからわかるように、H2 は約2時間後第2カラム1
0から溶出しはじめた。約140分で、第1カラム30
を溶出流から隔離し、液体窒素に再浸漬し、水素同位体
種6種類を含む1.0リットル(0℃、1気圧で)の第
2混合物を、真空フィード方式を使って第1カラム30
に入れた(図8、矢印2参照)。直列の二つのカラムの
溶出を前のように進め、液体窒素容器を再び約30分か
けて徐々に引下げた。約250分で、この第2混合物か
らのH2 が第2カラム10から溶出したとき、第1カラ
ム30を再び溶出系から隔離し、液体窒素に再浸漬し、
水素同位体種6種類を含む1.1リットル(0℃、1気
圧で)の第3混合物を、真空フィード方式を使って第1
カラム30に入れた(図8、矢印3参照)。直列の二つ
のカラムの溶出を前のように進め、液体窒素容器を再び
約30かけて徐々に引下げた。この3バッチの全分離の
クロマトグラムを図8に示す。
【0022】上記実施例からわかるように、驚くほど小
さなカラムを使い、本発明により多量の類似種を分離で
きる。上記およびその異例の能力の実施例から、当業者
は本発明の一般的適用性を評価できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は上昇する温度プロフィルをもつカラムの
模式図である。
【図2】図2は降下する温度プロフィルをもつカラムの
模式図である。
【図3】図3は可変の降下する温度プロフィルをもつカ
ラムの模式図である。
【図4】図4は本発明の種々の実施態様に従って作成し
たクロマトグラムである。
【図5】図5は本発明の種々の実施態様に従って作成し
たクロマトグラムである。
【図6】図6は本発明の種々の実施態様に従って作成し
たクロマトグラムである。
【図7】図7は本発明の種々の実施態様に従って作成し
たクロマトグラムである。
【図8】図8は本発明の種々の実施態様に従って作成し
たクロマトグラムである。
【符号の説明】
10 クロマトグラフィーカラム 12 絶縁容器 13 予冷部分 15 絶縁電熱テープ 17 温度センサー 19 吸着剤充填部分 20 温度降下方式カラム 23 予冷器部分 25 加熱手段 27 温度監視手段 30 ガスクロマトグラフィーカラム 32 絶縁容器 33 プラットホーム 34 入口端部分 36 水圧ピストン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 593225275 チェンウェン ウェン 中華人民共和国,610003,シチュアン,チ ェンドゥ ピー.オー.ボックス 515− 25(番地なし) (71)出願人 593225286 ユアンミン タン 中華人民共和国,610003,シチュアン,チ ェンドゥ ピー.オー.ボックス 515− 25(番地なし) (71)出願人 593225297 インゴ バーンド ホルツヒューター カナダ国,エム3エヌ 1アール9,オン タリオ,ノース ヨーク,ビミニ クレセ ント 6 (71)出願人 593225301 サミュエル ヒュー ホーソン カナダ国,エル6ダブリュ 2ヴィ1,オ ンタリオ,ブランプトン,ファーミントン ドライヴ 3 (72)発明者 クリストファー フック−シー チェー カナダ国,エル4ダブリュ 2ダブリュ 1,オンタリオ,ミッシソウガ,アーンワ ールド プレイス 4239 (72)発明者 シン−ダー チャン カナダ国,エム9シー 1ヴィ6,オンタ リオ,エトビコーク,ユニット 905,ニ ールソン ドライヴ 14 (72)発明者 チェンウェン ウェン 中華人民共和国,610003,シチュアン,チ ェンドゥ ピー.オー.ボックス 515− 25(番地なし) (72)発明者 ユアンミン タン 中華人民共和国,610003,シチュアン,チ ェンドゥ ピー.オー.ボックス 515− 25(番地なし) (72)発明者 インゴ バーンド ホルツヒューター カナダ国,エム3エヌ 1アール9,オン タリオ,ノース ヨーク,ビミニ クレセ ント 6 (72)発明者 サミュエル ヒュー ホーソン カナダ国,エル6ダブリュ 2ヴィ1,オ ンタリオ,ブランプトン,ファーミントン ドライヴ 3

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 目的の混合物成分が固定相に対し異なる
    親和力をもつ固定相を充填したカラムに混合物を入れ、
    温度がカラムの入口から出口へとカラム長さに沿って増
    加する溶出温度プロフィルにカラムを維持し、混合物を
    カラムを通し流して混合物成分の少なくとも部分分離を
    行い、カラムの出口から分離したまたは部分分離した成
    分を回収することからなる、ガスクロマトグラフィー
    法。
  2. 【請求項2】 目的の混合物成分が固定相に対し異なる
    親和力をもつ固定相を充填した第1カラムに混合物を入
    れ、温度が入口から出口へとカラム長さに沿って増加す
    る溶出温度プロフィルにカラムを維持し、混合物を第1
    カラムを通し流して混合物成分の少なくとも部分分離を
    行い、第1カラムからの溶出物を、目的の混合物成分が
    固定相に対し異なる親和力をもつ固定相を充填した第2
    カラムを通して流し、温度が入口から出口へとカラム長
    さに沿って減少する温度プロフィルにカラムを維持し、
    第2カラムの出口から混合物の分離した成分を回収する
    ことからなる、ガスクロマトグラフィー法。
  3. 【請求項3】 カラム固定相としてモレキュラーシーブ
    を使って水素同位体混合物を分離し、カラムを−130
    ℃から−175℃の温度範囲に維持する請求項2記載の
    クロマトグラフィー法。
  4. 【請求項4】 カラム直径が10〜15mmの範囲であ
    り、カラム長さが4.5〜5.5mである請求項3記載
    のガスクロマトグラフィー法。
  5. 【請求項5】 目的の混合物成分が固定相に対し異なる
    親和力をもつ固定相を充填したカラムに混合物を入れ、
    ついでカラムにカラムの入口から出口へとカラム長さに
    沿って減少する可変の溶出温度プロフィルを与え、混合
    物をカラムを通し流して混合物成分の少なくとも部分分
    離を行い、カラム出口から分離したまたは部分分離した
    成分を回収することからなる、ガスクロマトグラフィー
    法。
  6. 【請求項6】 可変の溶出温度プロフィルの第1クロマ
    トグラフィーカラムからの溶出物を、温度が入口から出
    口へと第2カラムの長さに沿って増加する温度プロフィ
    ルに維持した第2クロマトグラフィーカラムを通して流
    し、第2カラムの出口から混合物の分離した成分を回収
    することをさらに含む請求項5記載のクロマトグラフィ
    ー法。
  7. 【請求項7】 カラム固定相としてモレキュラーシーブ
    を使って水素同位体混合物を分離し、可変の溶出温度プ
    ロフィルの第1カラムの温度プロフィルを0℃から−1
    96℃の範囲内で変え、第2カラムの温度プロフィルを
    −130℃から−175℃の範囲で固定する請求項6記
    載のクロマトグラフィー法。
  8. 【請求項8】 可変の溶出温度プロフィルの第1クロマ
    トグラフィーカラムからの溶出物を、温度が入口から出
    口へと第2カラムの長さに沿って増加する溶出温度プロ
    フィルに維持した第2クロマトグラフィーカラムを通し
    て流し、混合物を第2カラムを通して流して混合物成分
    の少なくとも部分分離を行い、第2カラムからの溶出物
    を温度が入口から出口へと第3カラムの長さに沿って減
    少する温度プロフィルに維持した第3クロマトグラフィ
    ーカラムを通して流し、第3カラムの出口から混合物の
    分離した成分を回収することをさらに含む請求項5記載
    のクロマトグラフィー法。
  9. 【請求項9】 カラム固定相としてモレキュラーシーブ
    を使って水素同位体混合物を分離し、第1カラムの温度
    プロフィルが0℃から−196℃の範囲内で変化し、第
    2および第3のカラムの温度プロフィルを−130℃か
    ら−175℃の範囲内で固定する請求項8記載のクロマ
    トグラフィー法。
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