JPS61104255A - 高速液体クロマトグラフイ−用微粒子多孔質ガラス充填剤の湿式充填方法 - Google Patents

高速液体クロマトグラフイ−用微粒子多孔質ガラス充填剤の湿式充填方法

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JPS61104255A
JPS61104255A JP22659284A JP22659284A JPS61104255A JP S61104255 A JPS61104255 A JP S61104255A JP 22659284 A JP22659284 A JP 22659284A JP 22659284 A JP22659284 A JP 22659284A JP S61104255 A JPS61104255 A JP S61104255A
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filling
porous glass
wet
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packing
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JP22659284A
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Yukio Murakami
村上 幸男
Sadao Mori
定雄 森
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02Column chromatography
    • G01N30/50Conditioning of the sorbent material or stationary liquid
    • G01N30/56Packing methods or coating methods

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  • Pathology (AREA)
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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】 [発明の分野] 本発明は、高速液体クロマトグラフィー用微粒子多孔質
ガラス充填剤の湿式充填方法に間するものであり、特に
平均粒子径が30pm以下の微粒子多孔質ガラス充填剤
をゲル浸透クロマトグラフィー用分析クロマト管に充填
する方法に関するものである。
〔発明の背景] 高速液体クロマトグラフィー法(以下HPLCと略称す
る)は測定時間が短時間で且つ高分離能を有するため、
各種物質(検体)の分離1分析技術のための有用技術と
して汎用されている。
HPLCを利用した測定システムの中で、検体の分離機
能を示す充填カラムの良、不良は分析精度及び効率に大
きく寄与するものである。その充填カラムの性能評価は
、たとえば、ゲル浸透クロマトグラフィー(以下GPC
と略称する)においては、理論段数と検量曲線の形状に
より決まる。
そして、この検量曲線は充填剤の性質を左右する諸因子
により決まるものである。すなわち、均一、かつ最密状
態に充填剤を充填することにより高理論段数のカラムが
得られるものである。
従来、シリカゲル系充填剤の充填方法としては乾式充填
法と湿式充填法が知られており、前者は乾燥状態の充填
剤をカラム内に、振動を与えながら大気雰囲気下で充填
する方法であり、平均粒子径が約304mより大きい粉
体に適しており、比較的容易に最密充填が得られる方法
である。しかし、平均粒子径が約30pm以下の特に微
粒子状の充填剤の場合には乾式充填法では均質な最密充
填が困難となるため、後者の湿式充填法が用いられてい
る。この湿式充填法は、溶媒(分散媒体)中に充填剤を
分散させてスラリーを調製し、このスラリーをカラム内
に送液ポンプなどで高圧をかけながら充填する方法であ
る。r、) 湿式充填法は大別して、平衡スラリー法と粘度Xl!I
整法に分けられる。平衡スラリー法は充填剤粒子と比重
が略々等しい分散媒体を用いることにより、自然沈降に
伴うサイジング効果(カラムの高さに沿った粒度の不均
一化が発生する現象)を防止するものである。一方、粘
度調整法は高粘度の分散媒体を用いることによって、上
記のサイジング効果を防止するものである。
いずれにしろ、湿式充填法の実施に際しては、自然沈降
に伴うサイジング効果を防ぐために、充填剤スラリーを
高流速で充填する方法が一般に用いられる。
しかしながら、充填操作を高流速で実施すると、パフカ
ー(加圧充填装at)内でスラリーが乱流となり、形成
される充填層に乱れが生じ、その結果としてカラムの中
心側の充填状態が疎になる現象が発生しやすい、この現
像は特にカラム内径が大きい程著しくなる。この乱流は
レイノルズ数Rs=ρuD/g(ρは流体密度、Uは流
体線速度、Dはカラム内径、ルは流体の粘度)で推定す
ることが出来る。従って、乱流(Re)を大きくするこ
となく流体線速度(U)を高く維持するためには、流体
の粘度(ル)を高くすれば良いことになる。またカラム
内径CD)が大きくなれば、それに応じて流体の粘度(
ト)を太きくしなけらばならない。
なお1分散媒体は充填剤に対して親和性をもつことが必
要である。これは充填剤を均一に分散させるためである
また、湿式充填操作に際しては、カラムに充填剤スラリ
ーを導入した後、更に加圧下に充填溶媒(加圧液体)を
導入するが、この加圧液体が充填剤スラリーが混合しな
いことも必要である。すなわち、加圧液体と充填剤スラ
リーとが混合した場合には、充填剤スラリーの均一性が
失われ、その結果、形成される充@暦に疎密が生じる。
従って、得られる充填カラムの理論段数が低くなると共
に、充填された充填層は柔らかくなり、時間の経過と共
に充填層が収縮し、カラム上部に空隙が生じる様になる
。すなわち、理論段数の経時変化が発生することになる
水系GPC用のシリカゲル充填剤を平衡スラリー法で充
填する場合の分散媒体として、たとえばテトラブロモエ
タン、テトラクロロエチレンなどを使用することが知ら
れているが、これらは毒性があり、また加水分解し易い
不安定な液体であるため、取り扱いに注意が必要であり
、実用上に問題が多い、また粘度調整法における分散媒
体としテ、シクロヘキサノール、流動パラフィン、ホI
Jエチレングリコール類を用いることも知られているが
、これらを用いて高速で充填すると、カラム上部に空隙
が形成されやすいとの問題がある。
上記のような公知の充填剤用分散媒体の問題点は、多孔
質ガラス充填剤の湿式充填方法においては特に問題とな
る。すなわち、高速液体クロマトグラフィー法に用いる
充填剤として多孔質ガラス充填剤微粒子を用いる技術は
既に知られている。
この微粒子状多孔質ガラス充填剤を湿式充填法によりカ
ラムに充填する場合においても、上述のようなシリカゲ
ル充填剤を用いる場合と同様な問題が発生する。特に、
微粒子状多孔質ガラス充填剤は、その製造工程において
破砕などの操作が加わることが多い、そのような破砕粒
子を多量含む微粒子状多孔質ガラス充填剤の均一な充填
は、球状もしくはそれに類似した形態の粒子を中心とす
るシリカゲル充填剤に比較して更に困難となる。特に従
来知られているよりも径の小さい微粒子状の多孔質ガラ
ス充填剤では、上記の問題はその充填剤の使用における
大きな障害となる。
[発明の目的] 本発明の目的は、改良された高速液体クロマトグラフィ
ー用微粒子多孔賀ガラス充填剤の湿式充填方法を提供す
ることにある。
本発明は特に、高速液体クロマトグラフィー用微粒子多
孔質ガラス充填剤の湿式充填方法において、特定の分散
媒体組成物を用いることにより。
高流速の充填条件であっても均質な充填剤カラムの形成
を可能とする湿式充填方法を提供することにある。
また本発明は、特に径の小さい微粒子多孔質ガ    
   、)ラス充填剤のカラムへの高流速かつ均質な充
填に適した高速液体クロマトグラフィー用微粒子多孔質
ガラス充填剤の湿式充填方法を提供することをもその目
的とする。
[発明の要旨] 本発明は、微粒子多孔質ガラス充填剤を充填用分散媒体
に均一に分散させてスラリーを調製したのち、これをカ
ラムに導入することからなる高速液体クロマトグラフィ
ー用微粒子多孔質ガラス充損剤の湿式充填方法において
、上記充填用分散媒体が、エチレングリコール、低級ア
ルコールおよび低級脂肪酸の三成分を基本成分とする混
合液体であることを特徴とする湿式充填方法を提供する
ものである。
[発明の詳細な記述] 本発明で用いる充填用分散媒体は、エチレングリコール
、低級アルコールおよび低級脂肪酸の三成分を体積比で
、50〜70 : 20〜300 :0.1〜2の割合
にて含有する混合液体であることが好ましい、上記分散
媒体組成物は、他の溶媒を含有することを妨げるもので
はない0本発明で用いる充填用分散媒体は、その比重が
0.80〜1、lOg/c♂の範囲にあることが望まし
く、0 、90〜l 、 OOg / c m’の範囲
にあることが特に望ましい、一方、上記分散媒体組成物
の粘度は2,0〜8.OcPの範囲にあることが望まし
く、3.0〜5.OcPの範囲にあることが特に望まし
い。
本発明において低級アルコールとは炭素数1〜4の脂肪
族アルコールを意味し、その例としてはメタ/−ル、エ
タノール、プロパツール、インプゴバノール、およびn
−ブタノールを挙げることができる。これらの内で、メ
タノールおよびエタノールが好ましく、特にメタノール
が好ましい。
本発明において低級脂肪酸とは炭素数1〜4の脂肪酸を
意味し、その例としてはギ酸、酢酸、およびプロピオン
酸を挙げることができる。これらの内で、酢酸が好まし
い。
エチレングリコールは高粘性で、サイジング現象を防ぐ
のに特に効果的であり、またメタ/−ルなどの低級アル
コールは低密度(メタノールでは0.79g/mu、2
5°C)であって、レイノルズ数低減に特に効果的であ
り、さらに酢酸などの低級脂肪酸は充填剤を分散媒体に
均一に分散させるのに特に有効である。
本発明のエチレングリコール、低級アルコールおよび低
級脂肪酸の三成分を基本成分とする混合液体は高速液体
クロマトグラフィー用微粒子多孔質ガラス充填削の湿式
充填方法において特に有効である。
すなわち、微粒子多孔質ガラスを高速液体クロマトグラ
フィー用充填剤として用いる技術は既に知られており1
本発明の高速液体クロマトグラフィー用微粒子多孔買ガ
ラス充填剤の湿式充填方法は、それらの公知の微粒子多
孔質ガラス充填剤の充填に際して有効に利用することが
できる。前述のように公知の微粒子多孔質ガラス充填剤
は破砕粒子を多量含むものが多く、本発明の充填用分散
媒体はそれらの充填剤の高流速かつ均質の充填に有効に
利用できる。
ただし、本発明の高速液体クロマトグラフィー用微粒子
多孔質ガラス充填剤の湿式充填方法は、その平均粒子径
が30pm以下の微粒子多孔質ガラス充填剤の湿式充填
に特に有効に利用できる。
上述のような平均粒子径が30ルm以下の微粒子多孔質
ガラス充填剤の例としては、S i O2・B2O2・
Na2Oの三成分系からなる硼硅酸ソーダ多孔質ガラス
微粒子であって、該微粒子の平均直径が0.1〜30p
mであり、かつ所望により、粒子表面がシランカップリ
ング剤で処理されていてもよい多孔質ガラス充填剤を挙
げることができる。
上記の多孔質ガラス充填剤は、5i02・B2O3ψN
a2Oの三成分系の分相性硼硅酸ソーダガラスに熱処理
を施して分相させた後、酸溶出処−理により酸可溶性相
の少なくとも一部を溶出除去して得られる多孔質ガラス
粒子を、微粉砕操作と分級操作とにかけることによって
平均直径0.1〜30pmの多孔質ガラス微粒子を得て
1次いで所望により該粒子の表面をシランカー2プリン
グ剤     −で処理することからなる製造法により
製造することができる。なお、このような平均粒子径が
30トm以下の微粒子多孔質ガラス充填剤の物性、特性
値、5i!遣方法などの詳細については、本願出願人に
よる特願昭59−95380号出願の明細書に記載があ
る。
本発明の湿式充填方法の実施に際しては、まず微粒子多
孔質ガラス充填剤を、上記に規定した充填用分散媒体に
均一に分散して充填剤スラリーをyJ製する0次いで、
高速液体クロマトグラフィー用カラム(クロマト管)に
上記充填剤スラリーなパッカーなどの公知の充填装置を
利用して加圧充填する。
本発明の湿式充填方法に際して、カラムへの充填操作時
のスラリーの流量を10〜20m27分とし、かつ加圧
用液体の流量を30〜35mft/分となるように調整
することが望ましい、また、充填圧は2〜8kg/cr
n’とするのが望ましい。
なお、カラムへの充填操作時の加圧用液体としては、n
ゴヘプタンなどの脂肪族炭化水素溶媒を用いることが好
ましい、n−ヘプタンなどの脂肪族炭化水素溶媒は適度
に密度が小さく(n−ヘプタンは0.88g/ml、2
0℃)、かつ本発明の分散媒体と混和性に乏しく、スラ
リーの均一性を保持しつつ加圧するのに優れた液体であ
る。
第1図および第2図に、本発明の湿式充填方法により微
粒子多孔質ガラス充填剤を高速液体クロマトグラフィー
用カラムに充填して得た充填カラムを用いた場合の溶出
曲線、および分子量対保持容量の関係を示した検量曲線
の例を示す、これらの曲線は下記の充填剤、分散媒体お
よび装置を用い、下記の条件にて充填を行なった際に得
られたものである。
五厘1 S i O2含量が約92%の高ケイ酸質であって、通
常の分相熱処理、可溶性相の酸による溶出、コロイド状
シリカのアルカリ溶液による溶出、微粉砕、水ひ分級の
工程を経て作られ、最後に粒子表面をγ−グリシドオキ
シプロビルトリメトキシシランにより親水性に二表面改
質したものである。平均孔径は170〜500A、孔容
積は0.70〜1.0m免/g、モして粒子直径は5.
0卦mである。
ユ之」 内径7.2mm、長さ250mmの分析用クロマト管を
使用した。
充JL駈Z 内径16mm、長さ400mm、内容積80mlのパフ
カーに、メインカラムと同サイズのプレカラムを連結し
、その下にメインカラムをユニオンで接続したもの、パ
ッカーを上に、カラムを下側にしてスタンドに保持し、
パフカーへの送液は定圧式ポンプを使用した。
Li1立盈1遣 エチレングリコール・メタノール・酢酸(62:38:
l、体積比) 比Q : 0 、95 g / Cm2、粘度:4.0
cPL1ユj まずパッカー上部より四塩化炭素25mjlを注入した
0次に充填剤7.8〜8.0gを分散媒体70m文に加
え、超音波で均一に分散させた。得られた充填剤スラリ
ーをすみやかにバッカー上部より加える。バッカー上部
の空白部をn−ヘプタンで充満させる。加圧#奴の流量
が10〜20mfL1分(充填剤の種類により異なる)
の間の最適値になるように、ガス圧を徐々に上昇させ、
最高充填圧力を500kg/Crrl’とする。メイン
カラム出口より溶出液が95mA流れた出した後。
加圧溶媒流量を30〜35m見/分となるようにガス圧
をy4FMシ合計300mJ1の加圧溶媒が流れ出した
時点で中止する。
充填終了後、カラム内の溶媒をクロロホルム、メタノー
ル、および水で順次置換し、得られた充填剤カラムをH
PLC測定装置にかける。
HPLC測定装置はTRIROTAR−Vを用い、検出
器は示差屈折計5E−11(レンジ8)および紫外部検
出器UNIDECニー100 (波長280mm、L/
7ジ0.08)を用いた。理論段数の測定は標準物質と
じてエチレングリコール(1,0%)を用い。
注入量5JLJ1、示差屈折検出器(x8)、移動線 
      ?水流量0.5ml/分で測定した。得ら
れた溶出曲線を第1図に示す(チャート速度:1cm/
分)、理論段数(N)=9aoo。
検量曲線の測定は標準物質としてポリエチレンオキサイ
ド(分子i: 300〜300,000)を用い、注入
量25路文、紫外部検出器(波長280nm、L/7ジ
0.08)、移動相水、流量1.0ml1分にて測定し
た。得られた検量曲線を第2図に示す。
以下に本発明の実施例を記載する。
〔叉施例1コ (1)微粒子多孔質ガラス充填剤 ケイ酸、ホウ酸および硝酸ナトリウムを原料として、酸
化物換算の組成が5i02=60.3%、B 20 z
 ” 30 、0%、Na20=9.7%(いずれも重
量%)となるようにボールミルで均一に混合して80k
gの原料混合物を得た。この原料混合物を白金ルツボに
入れ、電気炉中で1350℃で10時間攪拌しながら熔
解した0次いで室温迄急冷し、550℃で96時間分相
熱処理を施した。そののちクロスビータ−ミルで粗粉砕
し、篩分機で80〜400メツシユに粒度を整え、3N
塩酸を用い、90℃で24時間酸処理を行った。水洗後
、172N水酸化ナトリウム溶液を用い、20〜25℃
で2時間コロイダルシリカ除去処理を行なった。
アルカリ溶液を除去するために、十分に水洗を施し、そ
の後IN塩酸にて、室温で2時間酸洗浄を行なった。P
H=7になるまで水洗を行ない、最後に100℃で乾燥
を行なって粗粒子多孔質ガラスを作成した。
このサンプルの特性は平均孔径170人、比孔容積0.
81mJ1/g、孔径分布+21/−15%、比表面積
162rrr’/g、シラノール基22フルモル/gで
あった。孔特性の測定は水銀圧入法により、比表面積は
B、E、T法により、そしてシラ/−ル基はメチルレッ
ド吸若法によって行なった・ 上記の粗粒子多孔質ガラスを衝撃型ピンミルで微粉砕後
、気流分級機を用い分級点4.OPLm及び6.0ルm
で分級し、この4.0〜6.0ルmの粒子を水篩分級に
かけた。
水篩分級は沈降高さ10cm、沈降時間1.5及び2.
0時間にて10回繰り返し行なった0分散媒は純水とし
た。最後に100℃で真空乾燥を行ない、微粒子状多孔
質ガラスを得た。得られた微粒子状多孔質ガラスの粒度
特性は、平均粒径(050)’−5、0μm、粒度分布
(D 90/ D 50)=1.30、粒度分布(D5
01010) = 1 、31であった。
上記で製造した微粒子状多孔質ガラスに対して水系GP
C用の親水性表面改質を行なった。すなわち0.2N硝
酸を用い、80℃で3時間1表面活性化処理を行い、冷
却後pH約6.0になる迄洗浄し、その後120℃で数
時間乾燥した。シランカップリング処理(グリセリル化
処理)は市原のγ−グリシドキシプロピルトリメトキシ
シランを使用し、これを試料(微粒子状多孔質ガラス)
のシラノール基量に対し、約5倍当量添加した。
また界面活性剤も少量添加し、水溶媒中で90℃、8時
間反応させて処理を行なった。冷却後。
水、アセトン、メタノールで十分に洗浄し、60℃、1
0−” トールで真空乾燥した。処理後の微粒子状多孔
質ガラスの残存シラノール基量は未処理試料のそれに対
し約3.0%であった。この測定はメチルレッド吸着法
によった。
得られた充填剤は下記の特性値を有するものであった。
平均孔径:500A 孔容積 :0.70m見/g 平均粒径:5.OILm (2)充填用分散媒体 エチレングリコール、メタノール、酢酸(62:38:
1.体積比)からなる混合物を、1.5倍(体積比)の
メタノールで希釈したもの、比重:0.9g/art?
、粘度:3.2cP。
(3)充填方法 充填剤8.5gを上記の分散媒体70℃見に加え、超音
波で3分分散させて充填剤スラリーを調製した。
パフカーの上部より四塩化炭素25mJlを注入した。
パフカー上部の空白部をn−ヘプタンで充満させ、メイ
ンカラム出口からの流出液が平均流ill l 7 m
 l 7分になるよう昇圧させ、95℃見が流れ出す迄
、最高充填圧500に、g/am’に保持した。その後
、最高充填圧を450 k g / c tn’に下げ
、流出液合計300mlになる迄流速を35m文/分と
した。充填終了後、カラム内溶媒をクロロホルム、メタ
ノール、水で順次置換し、標準物質ピレンを用いて理論
段数を測定した。得られた理鵡段数は下記の通りである
N=12000/25cm 上述の如く本発明の充填方法により、破砕状の微粒子多
孔質ガラスを充填すると、HPLC用分析カラムとして
高理論段数のカラムが得られることが確認できた。
[実施例2] (1)微粒子多孔質ガラス充填剤 実m例1記載の方法と同様な方法により下記の特性値を
有する微粒子多孔質ガラス充填剤を製造した。
平均孔径:170A 孔容a :0.75rnl/g 平均粒径:5.6糾m (2)充填用分散媒体 エチレングリコール、メタノール、酢酸(62:38:
1、体積比)からなる混合物を、同量(体積比)のメタ
ノールで希釈したもの、比重=0 、95 g / c
m’、粘度:4.QcP。
(3)充填方法 充填剤8.5gを上記の分散媒体70mlに加え、超音
波で3分分散させて充填剤スラリーを調製した。
パッカーの上部より四基化炭′素25m見を注入した。
パッカー上部の空白部をn−ヘプタンで充満させ、メイ
ンカラム出口からの流出液が平均流速12mJ1/分に
なるよう昇圧させ、95ml流れ出す迄、最高充填圧5
00 k g / c nfに保持した。その後、最高
充填圧を500kg/crn’で保ち、流出液合計30
0mMになる迄流速を30117分とした。充填終了後
、カラム内の溶媒をクロロホルム、メタノール、水で順
次置換し、標準物質ピレンを用いて理論段数を測定した
。得られた理論段数は下記の通りである。
N=12500725cm 上述の如く本発明の充填方法により、破砕状の微粒子多
孔質ガラスを充填すると、HPLC用分析カラムとして
高理論段数のカラムが得られることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の湿式充填方法により微粒子多孔質ガ
ラス充填剤を充填した充填剤カラムを、HPLC装置で
測定した溶出曲線の一例を示すグラフである。 第2図は1本発明の湿式充填方法により微粒子多孔質ガ
ラス充填剤を充填した充填剤カラムを。 HP L C装置で測定した分子量対保持容量の関係を
示す検量曲線の一例を示すグラフである。 特許出願人 富士写真フィルム株式会社代  理  人
  弁理士   柳 川  泰  男第1図 イ呆 )−1時 +fil

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、微粒子多孔質ガラス充填剤を充填用分散媒体に均一
    に分散させてスラリーを調製したのち、これをカラムに
    導入することからなる高速液体クロマトグラフィー用微
    粒子多孔質ガラス充填剤の湿式充填方法において、上記
    充填用分散媒体が、エチレングリコール、低級アルコー
    ルおよび低級脂肪酸の三成分を基本成分とする混合液体
    であることを特徴とする湿式充填方法。 2、上記充填用分散媒体が、エチレングリコール、低級
    アルコールおよび低級脂肪酸の三成分を体積比で、50
    〜70:20〜300:0.1〜2の割合にて含有する
    混合液体であることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の湿式充填方法。 3、上記充填用分散媒体の比重が0.80〜1.10g
    /cm^2の範囲にあることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項記載の湿式充填方法。 4、上記充填用分散媒体の粘度が2.0〜 8.0cPの範囲にあることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項記載の湿式充填方法。 5、上記充填用分散媒体の低級アルコールがメタノール
    であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の湿
    式充填方法。 6、上記充填用分散媒体の低級脂肪酸が酢酸であること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の湿式充填方法
    。 7、カラムへの充填操作時の加圧用液体としてn−ヘプ
    タンを用いることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の湿式充填方法。 8、カラムへの充填操作時のスラリーの流量を10〜2
    0ml/分とし、かつ加圧用液体の流量を30〜35m
    l/分となるように調整することを特徴とする特許請求
    の範囲第7項記載の湿式充填方法。 9、上記微粒子多孔質ガラスの粒子の平均径が30μm
    以下であることを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至
    第8項のいずれかの項記載の湿式充填方法。
JP22659284A 1984-10-27 1984-10-27 高速液体クロマトグラフイ−用微粒子多孔質ガラス充填剤の湿式充填方法 Pending JPS61104255A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0527846A (ja) * 1991-07-25 1993-02-05 Fujitsu Ltd 慣性負荷補正を行う装置
JP2007298455A (ja) * 2006-05-01 2007-11-15 Chemicals Evaluation & Research Institute 高速液体クロマトグラフィー用カラムの充填装置及び充填方法

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JP4664858B2 (ja) * 2006-05-01 2011-04-06 一般財団法人 化学物質評価研究機構 高速液体クロマトグラフィー用カラムの充填装置及び充填方法

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