JPS6058217A

JPS6058217A - 磁場を用いた磁性体の連続分離装置

Info

Publication number: JPS6058217A
Application number: JP16613883A
Authority: JP
Inventors: Makoto Takeuchi; 誠竹内
Original assignee: Jeol Ltd; Nihon Denshi KK
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1983-09-09
Filing date: 1983-09-09
Publication date: 1985-04-04

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】本発明は磁場勾配を用いて常磁性物質、又は常磁性物質
でラベルした物質成るいは反磁性物質を連続的に分離す
る新規な装置に関する。

従来から液体の分離には液体クロマトグラフが広く使用
されている。該装置は、例えばイオン交換樹脂等を充填
したカラムの上端に試料を注入し、該試料を任意な展開
液により展開し、前記ａ４脂との反応の程度により試料
弁１１１を行なうようになしたものであり、現在液体試
料の分析に不可欠の手段となっている。しかしながら、
従来のカラム液体クロマ１〜グラフは比較的分子量の低
い試料に対しては有効に分離できるが、１０４以上の分
子量を持つ物質に関しては分離能が著しく低下づると言
う欠点がある。

これに対し、ＧｉｄｄｉｎΩＳによって提唱されたＦ、
　Ｆ、　Ｆ、（Ｆｉｅｌｄ−Ｆｌｏｗ　Ｆｒａｃｔｉｏ
ｎａ＋１ｏｎ）は生体高分子を含む分子量が１０４以上
の物質を高分解能で分離分析できると言う利点があり、
近時注目され始めている。このＦ、Ｆ、Ｆ、の原理を第
１図に基づき簡単に説明づる。

第１図（ａ）、（ｂ）は分離器を示し、非常に薄い短冊
状の通路１が形成され、該通路に一端から試料溶液を流
入し、他端から流出づるように構成する。そして、この
試料液の流れに対して直角方向に該試料液に特異的に動
く場（フィールド）、例えば遠心力場を加えると、その
場の力によって壁面に押し付けられた試料分子は流れの
速度より遅く移動するようになる。このとき、遠心力は
質量が大ぎいもの程大きなノｊを受（プるため、分子量
が人きい溶買程遅く溶出することになり、分子量に応じ
た分離が可ＯＬとなる。第１図（Ｃ）はその分ｍｌの過
程を示してあり、分子量の小さな×に比べ分子量の大き
な　や　が次第に壁面２に抑圧されて遅れて行き、最終
的に第１図（ｄ　）に示づように最も質量の小さな溶質
×が最初に溶出［）、次いで分子１の比較的小さい　が
溶出し、最後に最も分子ｍの大きな粒子　が流出し、夫
々リデンションタイムの異なったスペクトルとなる。

このＦ、Ｆ、Ｆ、の作用場としては様々な場が理論的に
は可能であるが、これまでに具体的に発表された事例と
しては熱勾配、遠心力場、電場及びＯｒ　ｒｏｓｓ　Ｆ
ｌｏｗに限られている。しかし、熱勾配場の場合には、
高い分解能を得るためには前記第１図の通路中、場の方
向に１００℃以上の温瓜勾配を必要とし、取り扱える溶
媒にも溶質にも大きな制限がある。又、遠心力を使用す
る場合は１２００ｒ、　ｐ、…０以上の高速回転の内部
に外部より液体を連続的に流し込み、又そこから取り出
さねばならないので、構造的に複雑であり、且つ技術的
に困難な耐久性の高い回転ジヨイントが必須となり高価
なものになってしまう。又、電場やＣｒ０３ｓ　「ＩＯ
Ｗを用いるものは、これまで初期的な実験研究の範囲で
未だ充分評価される結梁は発向して、本発明はＦ、、Ｆ
、Ｆ、の原理に従い、液体クロマトグラフのように連続
的に多くの試料を無人運転で分離でき、必要に応じて流
出分を分取でさ且つ使用温度に基本的制限がなく、又高
速回転ジヨイント等の技術的に困難な構成の要求なしに
任意な試料溶液の分離が可能な新規な装置を提供するも
のである。

本発明の構成上の特徴は幅及び長さに仕べて厚みの充分
に小さい通路からなる分離溝と、該分離溝の長さ方向に
分離すべき液体を流づ手段と、前記分離溝を形成する通
路の少なくとも一つを形成する面に設けられ、前記通路
の幅方向に延び微小な幅を持ち且つ該通路の長さ方向に
所定の間隔で相互に磁気的に分離して多数配列された強
磁性体と、前記強磁性体の配列された分離溝の面に直交
する方向に強い磁場を与える手段を備えた磁場を用いた
磁性体の連続分離装置に存づる。

本発明は従来公知のＦ、Ｆ、Ｆ、にお（プる作用場とし
ての熱勾配や遠心力の場に代えて磁場を用ＩＸ７＋士、
出丁魚ス　告丘蚤耕ｌ蚤竺出ひｔ耕ｌ去＋−１ｊｉ　４
口１１．：、　ｔｉｎえた場合、該磁性体に動く力「は［さ△χ・Ｈｏ　−Ｇ−Ｖで勾えられる。ここで、Δχは溶質と溶媒の体積磁化率
の差、１」ｏは加えられた磁界の強度、Ｇは磁場勾配、
■は溶質の体積である。この式にＪ３いて、△χとＶは
溶質固有の値であり、１−ＩＯとＧは分離を目的にして
人為的に変え得るパラメータである。しかし、Ｈｏを大
きくづるには限界があり、又１−１ｏのみを大きくして
も実用に供しうる程度の分離は果せない。

而１）で、本発明は磁場勾配Ｇを著しく大きくして作用
楊として磁場の使用を可能にづるもので、以下図面に示
した実施例に基づき詳説覆る。

第２図は本発明の一実施例の全体構成図であり、３ａ及
び３ｂは電磁石の磁極で、その周囲には励磁コイル４ａ
、４ｂが巻回されている。前記！１極３ａと３ｂの間に
は第３図及び第４図に示づ様な分離器５が配置しである
。該分離器の母材はステンレス鋼などの常磁性材料、成
るいはガラスやセラミック等の反磁性材料で形成され、
その中に厚さｔが１００μｍ程度、幅２０ｍｍ、長さ２
００ｍｍ程度の短冊状の通路６が形成される。該通路６
にはパイプ７及び８が接続され、７を通しで試料溶液が
通路内に流入され、８を通して分離された溶液が流出さ
れる。前記通路は分離溝を形成づ゛るもので、該通路の
広い面の一方には第４図のｙ１面図から容易に理解され
るように多数の強磁性体９ａ、９ｂ、’　９ｃ・・・・
・・９ｎが所定間隔で且つ相互に磁気的に分離して配列
されている。該強磁性体は幅Ｗが数乃至百μｍ程度であ
り、試料溶液の流れｊに対Ｉノで直交する方向に相互に
平行に配列され、又相互の間隔Ｔは数十乃至数百μｍに
保たれている。外部磁界ＨＯは溶液の流れに対しＣ直角
で月つ短冊状通路６を直交して貫通ずる方向に印加され
る。強磁性体９ａ、９ｂ、９ｃ、・・・・・・９ｎが配
列された通路の面は凹凸がないように高精痕に鏡面仕上
されている。このような構成で強磁場１」０を印加づる
と第４図に一部図示するように各強磁性体９ａ、９ｂ、
・・・・・・９ｎの先端部に磁束が集中して流れ、通路
中の該強磁性体の周辺に極めて犬きな磁場勾配Ｇが生ず
る。この大きなＧと直流磁場１」０とにより磁性粒子は
大きな力を受け、通路６の壁面に押圧されながら溶質が
層状をなしＣ通路内を移動づる。この押圧力は前述した
ようにΔχどＶにより異なるため溶質粒子に応じて通路
６内の速度が変化し、第５図に示すように分離が行なわ
れる。同図中、×は殆ど磁性を有しない粒子、は磁性の
弱い及び又は体ｈＲＶの比較的小さな粒子、　は最も大
きな磁性及び又は体積■を持つ粒子である。

第２図に戻って、通路６に繋るパイプ７はリンブリング
バルブ１０及び送液ポンプ１１を介して展開液槽１２に
接続している。前記１ナン１リングバルブ１０は試料吸
入管１３とサンプリングポンプ１４に繋る系を有し、前
記送液ポンプ１１に繋る系との切換えが可能である。前
記吸入管１３はターンテーブル１５上に配置された多数
の試１’３１符１６中の任意な管から試料を吸い上げ、
（ノンプリングバルブ１０に供給づ”る。この吸い上げ
られた試料溶液はポンプ１１によって送られる展開液に
より分離器５に送り込まれる。−分離の終了した溶液は
パイプ８を通して検出器１７に送り込まれ、成分の分析
がなされる。該検出器からの信号は記録計１８に供給さ
れ、クロマトグラムが描かれる。

検出器を通過した試料溶液はフラクションコレクター１
９に送られ、所定の管２０内に貯留される。

２１はターンテーブルコン１−ローラ、２２はフラクシ
ョンコレクターコントローラ、２３は電磁石の電源であ
り、これら及びポンプ１１，１４、リンブリングバルブ
１０はマイクロコンピュータ等のプログラマブルコント
ローラ２４によって制御される。

この様な装置において、先ず展開液をポンプ１１により
分離器５内に流し、該分１１１１器の分１！ｌ溝及び検
出器１７を平衡状態にしておく。次に、コントローラ２
４によって電源２３を制即し、コイル４ａ、４ｂに大電
流を流し、分離器５を強い磁界中に置く。この状態でリ
ンブリングバルブ１ｏを制御してポンプ１４によりター
ンテーブル１５上の所定の試料管１６から試料を吸い上
げ該バルブ内に満たす。この状態でサンプリングバルブ
１０を切換え、ポンプ１１を働かせて展開液を供給し、
前記サンプリングされた試料溶液を展開液で分離器５内
に送り込む。該分離器において第３図乃至第５図で説明
したように、送られた試料粒子の磁化率及び体積に応じ
て移動速度が変化し、該分離器の出口では完全な分離が
生じ、該分離された液はパイプ８を介して検出器１７に
導入される。この検出器の出力信号は記録計１８に送ら
れ、電磁石電源２３の電流設定基準電圧と同時に記録さ
れる。検出後の溶液はフラクション］クタ−１９の所定
の管２０内に貯留される。この一連の過程が終了でると
電源２３に信号を送り、磁極３ａ、３ｂ内の磁場を零に
した状態で展開液のみを流して全流系をフラッシュアウ
トした後、前述の動作を繰り返Ｕば次の試料の測定がで
きる。

前記分離器５に印加する磁場の強度は測定中一定でも良
いが、該磁場の強度を一定にした場合（第６図（ａ））
　、同図（ｂ）に示づ様にｍｌ。

ｍ２　、ｍ３　、ｍ４と溶出される溶質の内、リテンシ
ョンタイムが長くなるに従い、即ちΔχと■が大きい溶
質は分離溝で吸着ツノが強くピークの幅が広く尾を引く
ようになり、且つ全体の分離時間も長くなる。そこで、
第７図（ａ）に示すように磁界強度を分離の初期は強く
、次第に弱くするように、例えば指数関数的に変化させ
れば、磁界による押圧拘束力Ｆは次第に減少し”Ｃいく
ので、第７図（ｂ）に示すようにｍｌ　、ｍ２　、ｍ３
．ｍ４が狭い半値幅で溶出し、且つ全体の分離時間も減
少する。上記磁界強度の変化は指数関数に限定されるも
のではなく、例えばリニヤ−な形で変化させても良い。

又、試料溶液は分離溝６内で強磁性体が配列された面に
沿って層状に分布する必要があるので、分離の初期にお
いてのみ極めて強い磁界を印加するようにすると良い。

第８図は本発明の他の形態を示づもので、分離溝６を形
成する通路の両側に多数の強磁性体９ａ。

９ｂ、９ｃ・・・・・・９ｎを配列したものである。こ
の様にづると、通路の両側において大きな磁場勾配が生
じ、溶質粒子は該通路の両側に押圧されることになるの
で試料保持量が２倍向上するため、１回の分析の試料注
入量を多くできる。

第９図は更に他の例を示すもので、強磁性体９ａ、９ｂ
、９ｃ・・・・・・９ｎの両側に通路６ａと６ｂを形成
し、磁場内で通路を折り返して有効利用づるものである
。この場合、両通路６ａと６ｂに関し、第８図で説明し
たように通路の上下面に強磁性体を配列すると更に分離
は効果的になる。勿論、通路の折り返しは図のように１
回に限らず、２回以上行なっても良い。

第１０図と第１１図は強磁性体の配列の仕方を例示する
もので、第１０図は母Ｈの常磁性体の表面に数十μｍ乃
至百μｍの溝２５を溶液の流れに対して直交り−る方向
に多数刻設し、該満に例えば純鉄のような強磁性体のワ
イヤー２６を接着剤などにより埋め込み、その表面に金
などの化学的に不活性で透磁率のあまり高くない材料２
７をコーティングしである。

第１１図＜ａ）と（ｂ）は強磁性体配列の他の例を示す
もので、（ａ）図に示すようにダイシングソー等により
、細くて比較的深い溝２８を母材表面に刻み、該溝内に
強磁性体の粉末又は粒を接着剤でまぶしたものを詰込み
、（ｂ）図のように強磁性体層２９を形成する。

上記純鉄のワイＡアーや強磁性体の粉末の埋設に代えて
アモルファス金属（非晶質金属）の箔を使用しても良い
。即ち、Ｆｅ、ＣＯ，Ｂ、ｓ；等の組成をもつ金属を高
速冷却して作る非晶質金属の箔（厚さ２５−程度）を所
定の大ぎさに切断し、第１０図及び第１１図に示す溝内
に埋め込む構成となすことが可能である。°上記のよう
なアモルファス金属は飽和磁化が高く、保磁力が小さい
と言う優れた磁気特性を有しているので本発明の実施に
は極めて好都合である。

勿論、本発明はこれらの配列方法に限定されるものでは
なく、正確な強磁性体の積層体が形成できるならばどの
ような方法でも適用できる。

第１２図は更に他の実施例を示すもので、磁場発生用の
電磁石を小型にして強い磁界を分Ｍｎに印加できるよう
に構成したものである。図中、第２図と同様３ａ、３ｂ
は磁石の磁極、４ａ、４ｂは励磁コイルである。該磁極
の先端には純鉄や鉄コバルト合金で形成された磁極片３
０ａ、３０ｂが固定してあり、その端面中央部に常磁性
体であるガラスやステン＼レス鋼等の薄い母材３１．ａ
、３１ｂが固着されている。そして、両母材の間に１０
０μロ１〜３００μｒ７１程度の厚みの通路を形成し、
該両、又は一方の母材の表面付近に第１０図や第１１図
で説明したような多数の強磁性体を配列すれば分離溝が
形成される。第１３図は第１２図のＡ部の拡大図である
。このような構成となせば、母材３１ａと３１ｂは１ｍ
ｍ乃至２ｍｒＴ１程度あれば良いので、分離器の全体の
厚さを３ｍｍ程度の極めて薄いものにＪることができる
。これにより、磁極片３０ａと３０ｂとの間隔は著しく
狭くでき、小型のｍ１ｉｔ！石で強磁場を印加可能とな
る。

以上説明したような構成となせば、従来のカラム液体ク
ロマトグラフで分離できなかった１０４以上の高分子量
の試料溶液を極めて一簡単に且つ充分な分離能で分離で
きる単相の液体クロマトグラフができ上がる。本発明に
よれば構造は簡単で、溶質や溶媒の温度は自由に選択で
き、又遠心ツノ等の必要性がないので、ロータリージョ
ントの如き技術的困難性もない。更に、赤血球、フェリ
チン、セルロブラスミン等の生体常磁性蛋白質の分離が
容易に行なえ生化学分野への適用が可能となる。

更に又、流系の化学的な条件を変えることなく且つ作用
場である磁場を極めて短時間に除去して次の試料の分析
のための準備を行なうことができ、効率的な分離・分析
が可能となる。

尚、上記は本発明の例示であり、実施に際しては種々の
変更が可能である。例えば、分離できる液体は常磁性体
に限らず、反磁性体や強磁性体であっても良い。又、磁
性を殆ど有しない物質については常磁性体でラベルする
ことも可能である。

更に、分離器を試料の分析に使用づるのみならず、単に
混合液体の分離にのみ使用しても良い。更に又、使用す
る材料は上記に限定されるものでないことは勿論である
。

【図面の簡単な説明】

第１図はＦ、Ｆ、Ｆ、の原理説明図、第２図は本発明の
一実施例の全体構成図、第３図乃至第５図は第２図の装
置における主要部の一例を示す図、第６図及び第７図は
第２図装置の一使用例を説明する図、第８図及び第９図
は第４図に対応する他の例を示づ図、第１０図及び第１
１図は夫々強磁性体の積層配列の仕方を例示する図、第
１２図及び第１３図は本発明主要部のより完成された実
施例を示す図である。３ａ、３ｂ：電磁石の磁極４ａ、４ｂ：励磁コイル５：分離器６：分離溝７．８＝パイプ９　ａ、　９　ｂ、　９　ｃ−−・−・９　ｎ　：強磁
性体１０：サンプリングバルブ１１：送液ポンプ１２：展開液槽１４：サンプリングポンプ１５：ターンテーブル１７：検出器１８：記録計１９：フラクションコレクター２３：電磁石電源２４：プログラマブルコンＩ・ローラ特許出願人日本電子株式会社代表者　伊藤−夫Ｏ８１問 ↓　↓　↓　↓　↓Ｈｏ４　↓ ％１　’７１１　箔３　笥に第１０図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）幅及び長さに比べて厚みの充分に小さい通路から
なる分１ｉｌｌｌ溝と、該分１１１溝の長さ方向に分離
すべき液体を流す手段と、前記分離溝を形成する通路の
少なくとも一つを形成する面に設けられ、前記通路の幅
方向に延び微小な幅を持ち且つ該通路の長さ方向に所定
の間隔で相互に磁気的に分離して多数配列された強磁性
体と、前記強磁性体の配列された分離溝の面に直交する
方向に強い磁場を与える手段を備えたことを特徴とする
ｒｔ！場を用いた磁性体の連続分離装置。
（２）前記多数の強磁性体を分離溝を形成する通路の対
向する両面に配列しである特許請求の範囲第１項記載の
磁場を用いた磁性体の連続分離装置。
（３）前記分離溝を形成する通路が磁場内で少なくとも
１回折り返されている特許請求の範囲第１離装置。
（４）前記強磁性体として微小直径のワイヤーが使用さ
れる特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載
の磁場を用いた磁性体の連続分離装Ｍ。
（５）前記強磁性体としてアモルファス金属の薄板を使
用する特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記
載の磁場を用いた磁性体の連続分離装置。
（６）前記通路を形成する母材に刻設された微小溝内に
強磁性の微小粉末又は粒を接着剤で埋め込んで強磁性体
を形成する特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか
に記載の磁場を用いた磁性体の連続分離装置。
（７）前記多数の強磁性体の配列される面の母材は磁場
を発生する磁極と一体的に構成される特許請求の範囲第
１項乃至第６項のいずれかに記載の磁場を用いた磁性体
の連続分離装置。
（８）前記分離溝に印加される磁場は可変である載の磁
場を用いた磁性体の連続分離装置。
（９）前記磁場は分離の初期においては強く、次第に弱
くなるような可変磁場である特許請求の範囲第８項記載
の磁場を用いた磁性体の連続分離装置。