JPS63182564A

JPS63182564A - 分離カラム

Info

Publication number: JPS63182564A
Application number: JP62014475A
Authority: JP
Inventors: Junkichi Miura; 順吉三浦; Masako Mizuno; 水野　昌子; Mamoru Taki; 滝　守; Yoshio Watanabe; 渡辺　吉雄; Masao Kamahori; 政男釜堀; Hiroyuki Miyagi; 宮城　宏行
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-01-24
Filing date: 1987-01-24
Publication date: 1988-07-27

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】〔産業上の利用分野〕本発明は分離カラムに係り、特に有機ポーラスポリマを
用いた液体クロマトグラフ用として好適な分離カラムに
関するものである。

〔従来の技術〕

従来の多孔性樹脂は、特開昭５４−３２３９２号公報に
記載のように、粒径２０μｍ以下、比表面積０．５ｍ”
／ｇ以上、細孔容積が０　、０５　ｍ　ｆｌ　／　ｇ以
上で第４級アンモニウム基を有するものとなっていた。

しかし、従来例では、液体クロマトグラフによる分析法
の高速化に必須な分離カラムの高の充填剤性能の関係に
ついては述べられていない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、分離カラムの高性能化と高耐圧化につ
いては配慮されておらず、微粒化した充填剤を充填して
得られる分離カラムは圧力損失が大きく、充填剤の変形
にともなう性能低下の問題があった。

本発明の目的は、分離能が高く、しかも、高速分離の可
能な液体クロマトグラフ用分離カラムを提供することに
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、第１の乾燥状態での多孔性樹脂の粒径が３
μｍ以下、比表面積が１００〜４００ｍ”／　ｇ　　＋
細孔径が５〜１５　ｎ　ｍ　ｒ細孔容積が１ｍ　ｆｌ　
／　ｇ以下であるものを充填して達成するようにし、第
２に上記の充填剤に官能基を導入した後充填して達成す
るようにした。

〔作用〕

これまでの充填剤の歴史は上記の事実を示しており、最
も微小な充填剤で現在市販されているものは、粒径３μ
ｍのものである。このような充填剤は、合成の原料によ
り有機系ポリマーと無機ポリマーとに分けられる。無機
ポリマーではシリカゲルが広く使用されている。シリカ
ゲルは材料の性質上、微粒化しても耐圧の問題はないが
、有機系ポリマー、特に多孔性樹脂からなる充填剤では
、微粒化することによりカラムの圧力損失が大きくなる
。その結果、充填剤がこの圧力により変形し、分離カラ
ムの性能が低下する。従って多孔性樹脂の充填剤を充填
した分離カラムでは、充填剤自身の耐圧性を向上させる
とともに、カラムの透過性を高める工夫が必要となるが
、現在のところ、こＬ− の目的を達成する方向伯ホされていない。本発明者らは
、上記欠点を克服すべく充填カラムの性能改良に努めた
結果、高性能分離カラムに必要とされる主に充填剤の物
性値とカラムの分離能、透過性及び耐圧の関係を明らか
にし、分離性能が大きく、透過性及び耐圧性の高い分離
カラムの提供に成功した。すなわち、充填剤物性値のう
ち、比表面積は分離能と透過性に、細孔径は分離能と耐
圧性に、細孔容積は耐圧性に関係している。特に、粒径
３μｍ以下の充填剤では、上記した３つの物性値の最適
範囲が従来用いられてきたものよりも狭い条件で存在す
ることを見い出した。また、この条件は、例えば、第４
級アンモニウム基等を導入した陰イオン交換樹脂におい
ても同様であり、官能基導入以前の充填剤の物性値の最
適化が極めて重要である。

〔実施例〕

以下本発明を第１図〜第１０図を用いて詳細に説明する
。

本発明で用いる多孔性樹脂は、通常巨大網状構造を有し
、粒径が３μｍ以下、比表面積が１００〜４００ｍ２／
ｇ、中心細孔径が５〜１’　５　ｎ　ｍ　。

細孔容積か］、　ｍ　Ｑ　／　ｇ以下のものであり、モ
ノビニルモノマー及びポリビニルモノマーの共重合体を
母体とするものである。

このような樹脂は、例えば、モノビニルモノマー及びポ
リビニルモノマーをこれらのモノマーに対して溶媒とし
て作用し、水に不溶性または難溶性で、かつ、生成重合
体を膨潤し得る有機溶媒（以下有機膨潤溶媒と呼ぶ）な
らびにこのモノマー及びこの有機膨潤溶媒とともに均一
液相を形成し得るモノビニル線状重合体の共存下、水性
媒体中でＳ濁重合して得られる。また、官能基は上述の
方法で得られた共重合体に掌性により導入することで製
造できる。また、これとは別に、スチレン、メタクリル
酸メタル、酢酸ビニルなどのモノビニル化合物と、架橋
剤としてジビニルベンゼン、ジメタクリル酸グリコール
などのビニル基を分子内に２つ以上持つ物質の混合物に
沈殿剤としてアルミアルコール、第２級ブチルアルコー
ル。

ｎ−ブチルアルコールなどを加えて重合を行うことでも
得られる。これらの場合、一般にパール重合を行うので
、得られる樹脂は球状である。これら共重合体の１１！
ｌ！造方法は、特公昭３７−１３７９２号公報に示され
ており、本発明の分離カラムもここに示された方法で製
造できる。出発原料として用いられるモノビニルモノマ
ーは、スチレン、メチルスチレン、エチルスチレン、ク
ロロスチレン、クロロメチルスチレンの如き芳香族モノ
ビニル化合物、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、
アクリル酸ブチル、メタクリル酸メタル、メタクリル酸
エチル笠の脂肪族モノビニル化合物から適宜選定される
。

また、一方の原料、すなわち、架橋剤として用いられる
ポリビニルモノマーとしては、ジビニルベンセ゛ン、ジ
ビニルトルエン、ジビニルナフタレン等の芳香族ポリビ
ニル化合物、ジアクリル酸エチレングリコールエステル
、ジメタクリル酸エチレングリコールエステル、アジピ
ン酸ジビニル等の脂肪族ポリビニル化合物などがある。

これらのポリビニル化合物は、原料モノマー混合物の全
重量に対して１０％以」二、好ましくは２０％以上の割
合で使用される。

重合に際しては、懸濁安定剤を加えた水中に、原料モノ
マー混合物を溶解した有機膨潤溶媒とラジカル重合開始
剤をあらかじめ混合して均一にした液を加え、ナイスパ
ーサ−あるいはホモジナイザー等の名称で呼ばれる攪拌
機で攪拌し、油滴が所定の大きさになった後、攪拌を続
けながら７０〜８４℃で３〜１０時間重合反応を行う。

有機膨潤溶媒としては種々のものが挙げられるが、実際
には原料モノマーに応じて決められる。例えば、原料子
ツマ−としてスチレンのような芳香族ビニル化合物を使
用した場合には、ベンゼン、トルエン、キシレン、四塩
化炭素、トリクロルエチレン等から選ばれ、メタクリル
酸エステル等の脂肪族ビニル化合物を使用する場合には
、ベンゼン、１−ルエン、ジクロルエタン等から選ばれ
る。有機膨潤溶媒量はモノマー混合物に対して体積で２
０〜３００％、好ましくは５０〜１５０％の割合で使用
される。

重合の際に添加される線状ポリマーは、原料子ツマ−の
種類に関係なくいかなるモノビニル線状ポリマーも使用
することができ、例えば、ポリスチレン、ポリメチルス
チレン、ポリ酢酸ビニル。

ポリアクリル酸メチル、ポリメタアクリル酸メチル等が
ある。しかし、これらのモノビニル線状ポリマーの選定
にあたっては、有機膨潤溶媒と原料モノマー混合相と均
一液体を形成するように選ぶ必要がある。このモノビニ
ル線状ポリマーの重合度は特に限定されるものではない
が、溶解性を考慮して通常５０００〜５０万、好ましく
は１〜３０万程度のものが用いられる。使用する量は多
くすれば多くするほど多孔性が増大する傾向にある。

ラジカル開始剤は、例えば、過酸化ベンゾイル。

第三級ブチルパーオキサイド、過酸化ラウロイル。

アゾビスイソブチルニトリル等が用いられる。

懸濁安定剤も、この種の重合に一般に用いられているも
のから任意に選べばよく、例えば、ポリビニルアルコー
ル、ポリメタクリル酸アルコール。

炭酸カルシウム、カルボキシメチルセルローズ。

殿粉などが使用される。

重合の終った粒子は濾別して、生成した共重合体から重
合時に添加したモノビニル線状ポリマーを適当な溶媒で
抽出する。この抽出処理は、例えば、第四級アンモニウ
ム基のような官能基導入後に行う場合もある。

このようにして重合された粒子は、一般に粒径分布が広
く、特゛定の粒径のものを採取するために分級操作が必
要であるが、従来用いられてきた空気分緩機等の分級機
を用いることができる。一般には、粒径分布はなるべく
狭いことが好ましいが、特定の粒径のものを混合した場
合、分離の向上かみられることもある。

３μｍ以下の粒径になるように分級された多孔性樹脂は
、走査形電子顕微鏡写真を撮影したり。

コールタ−カウンターにより粒径を評価し、目的の粒径
に合致していることを確認した。細孔径及び細孔容積は
水銀圧入法で、比表面積はＢＥＴ法で評価し、すべての
物性値が本発明の目的に合致するものだけを選択し、分
離カラムに充填した。

充填方法は、均一で充填率を制御できる方法であれば公
知の方法でよい。充填率の制御は、例えば、充填操作の
送液流量を充填開始より時間経過に従って増大させたり
して達成できる。

本発明のカラムは、内径１〜４ｍｍ、長さ２０ｃｍ以下
、好ましくは１０〜２　ｃ’ｍの円筒形のものがよい。

また、充填剤の物性値を上述した方法で評価し、目的に
合致したものを選択した後に、第四級アンモニウム基、
スルホン基、フェニル基、カルボキシメチル基、オクタ
デシル基等のような官能基を導入することもある。この
場合には、従来用いられてきた方法でよい。充填法、カ
ラムも上述したようにするとよい。

次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本
発明のその要旨を超えない限り、以下の実施例により何
等の限定を受けるものではない。

以下本発明の分離カラムの製造の実施例について説明す
る。

実施例１〜３（１）充填剤用共重合体の製造スチレン３０ｇ、工業用ジビニルベンゼン（純度５５％
、エチルビニルベンゼン４０％、その他飽和化合物５％
）７５ｇ、　トルエン１００ｇ＋ポリスチレン（平均分
子［１２０００ダルトン）５ｇ及び過酸化ベンゾイル０
．８　　ｇからなる均一な混合液を塩化す１〜リウム７
０ｇ及びドテシルベンゼンスルホン酸す１−リウム１％
水溶液７　ｍ　Ｑを添加した水溶液７２０ｍＲ中に混和
する。充分攪拌してモノマー相を分散し、窒素ガスを導
入しながら８０℃で８時間加熱重合した。生成した共重
合体をろ過し、水洗した後過剰の溶媒及び水分を加熱除
去する。得られた乾燥共重合体に約５倍量のトルエンを
加え、重合時に加えたポリスチレンを抽出する。次いで
共重合体をろ別し、トルエンで洗浄した後、加熱乾燥し
て溶媒を除去する。さらに、この共重合体を空気分級機
（日清エンジニアリンク株式会社製、ＴＣ−１５Ｎ）で
分級し、平均粒径２．９　μｍの充填剤を得た。この充
填剤についてＢＥＴ法で比表面積を水銀圧入法で細孔径
及び細孔容積を測定した。その結果は次の通りである。

比表面積　２１０ｍ”／ｇ細孔径　　８ｎｍ細孔容積　０　、６１　ｍ　Ｑ　／　ｇまた、上記方法
と同様にして、第１表に示した通りの原料を重合し、分
級して第１表実施例番号１〜３の通りの充填剤を製造し
た。比較例１〜４は実施例と同様の方法で第１表に示し
た通りの原料を重合し、分級して第１表比較例１〜４に
示す充填剤を製造した。

（２）分離カラム性能評価第１表に示す充填剤を内径４ｍｍ、長さ５ｃｍのステン
レス鋼製カラムに充填し、ベンゼンを試料とし、アセト
ントリルと水を７対３の割合で混合した溶液を溶離液と
して、この溶離液の流量を変えてＨＥＴＰ　（理論段一
段当りの充填層の高さ、以下単にＨＥＴＰと言う）と圧
力損失（カラ八人口圧）を測定した。実験装置には日立
６５５−１５形高速液体クロマトグラフを使用した。

第１図から第４図はその結果を示したものである。第１
図は本発明による分離カラムの性能を示すＨＥＴＰと溶
離液流量の関係を示す図、第２図は比較例１〜４の充填
剤を充填した分離カラムのＨＥＴＰと溶離液流量の関係
を示す図である。第１図に示す例では実施例１〜３とも
ＨＥＴＰの最小値は１５〜１８μｍであり、溶離液流量
が増えてもその値はほとんど一定である。一方、第２図
の比較例ではＨＥＴＰの最小値が比較例１を除いて、第
１図に示した本発明例よりもやや大きくなっており、し
かも、溶離液流量の増加にともないＨＥ　Ｔ　Ｐも大き
くなり、性能の低下が著しい。第３図及び第４図はそれ
ぞれ本発明と比較例による分離カラムの圧力損失と溶離
液流量の関係を示したものである。本発明による実施例
では、いずれも２ｍＱ／ｍｊｎまで圧力損失と溶離液流
量は直線関係にあり、圧力による充填剤の変形が起こっ
ていないことか予想される。ところが、第４図の比較例
では、比較例２を除いて１ｍｌ／ｍｉｎ以上の流量で溶
離液を送液することができなかった。この理由は圧力の
ために充填剤が変形し、カラムの透過性が低下してしま
うためと考えられる。比較例２は細孔が小さいため、充
填剤の耐圧性が高いものと思われる。しかし、この充填
剤は分離性能か悪いという欠点がある。本発明による実
施例と比較例との性能の差について吟味すると、粒径は
両者とも分級操作で３μｍ以下にしてあり、異なってい
るのは充填剤物性値である。従って、微粒化して充填剤
の高性能化をはかる場合、物性値を適当な範囲に制御し
なければ高性能充填剤にならないことは以上のことによ
り明らかである。

実施例４本発明による分離カラムの製造市販メタクリル酸メチル３０ｇ、工業用ジビニルベンゼ
ン（純度５５％）７２ｇ、　　トルエン４．００ｇ、ポ
リスチレン６ｇ及び過酸化ベンゾイルからなる均一混合
物を、塩化ナトリウム３２ｇ及びポリビニルアルコール
Ｉｇを水８００ｇに溶解した水溶液中に混和する。攪拌
によりモノマー相を分散させ、窒素ガスを導入しながら
８０℃で８時間加熱反応させる。反応終了後生成した共
重合体をろ過し、溶媒を加熱除去する。さらに、得られ
た乾燥共重合体にトルエンを加え、ポリスチレンを抽出
する。共重合体をろ別したあと溶媒を加熱除去し、空気
分級機で分級し、平均粒径３．０μｍの充填剤を得た。

この充填剤について実施例１〜３と同様に物性値を測定
した。その結果は次の通りである。

比表面積　１２０ｍ”／ｇ細孔径　　１４　ｎ　ｍ細孔容積　０　、５１　ｍ　ｆｌ　／　ｇ比較例５」１記実施例４の材料のうち、トルエンを９０ｇに、ポ
リスチレンを３ｇに変えて同様に処理した。

物性値は次の通りである。

比表面積　８０ｍ２／ｇ細孔径　　５ｎｍ細孔容積　０．５２ｍΩ／ｇこれらの充填剤を内径４ｍｍ、長さ５ｃｍのステンレス
鋼性カラムに充填し、実施例１〜３と同様にＨＥ　Ｔ　
Ｉ）　、圧力損失を調べた。その結果を第５図。

第６図に示す。第５図に示したＨＥＴＰと溶離液流量の
関係を見ると、本発明実施例４に比較して比較例５は最
小ＨＥ　Ｔ　Ｐも大きく、さらに、流量が増えるにした
がいＨＥＴＰも増加している。第６図に示した圧力損失
の関係では、実施例４及び比較例５ともほぼ同様である
。比較例５のこのような性質は比表面積、細孔径の小さ
いことに起因していると考えられる。

以上、具体例を示して述べてきたように、充填材の物性
値のうち、比表面積は分離能とカラム透過性、細孔径は
分離能と耐圧性、細孔容積は耐圧性と関係していると考
えられる。それ故、これらの物性値にはある範囲の適正
値が存在し、その値は、比表面積　１００〜４００ｍ”／　ｇ細孔径　　５〜１５ｎｍ細孔容積　１　ｍ　Ｑ　／　ｇ以下である。充填剤の物性値はそれぞれ密接に関連しており
、それらの値を独立に制御して製造することは非常に困
難である。また、反応の状態によっては全く同じ組成比
の原料を用いても同じ物性値の充填剤が得られるとは限
らない。そこで、充填剤を製造するごとに物性値を測定
し、確認することが必要である。

実施例５強塩基性イオン交換樹脂の製造（、ａ）実施例１で得られた共重合体５０ｇ、クロロメ
チルエーテル２２５ｇ及び塩化仰鉛３０ｇを（］８）フラスコ内に移し、攪拌下５０℃で１０時間保持した。

反応混合物を多量の冷水に投入し、過剰のクロロメチル
エーテル及び塩化亜鉛を分解する。生成したクロロメチ
ル化重合体を水で充分洗浄後乾燥し、ベンゼン１５０ｇ
を加え、３０分間放置して共重合体を膨潤させる。次い
で、３０％トリメチルアミン水溶液１００ｇを添加し、
攪拌下５０℃で３時間反応させた。反応終了後、生成物
をろ過し、水洗した。

（ｂ）比較例１の充填剤を（ａ）の方法と全く同様にし
て強塩基性イオン交換樹脂を得た。（ａ）、　（ｂ）の
比表面積はそれぞれ２１．１，２０．３ｍ２／ｇであっ
た。（ａ）及び（ｂ）の充填剤をそれぞれ内径４ｍｍ、
長さ５ｃｍのステンレス鋼製スラムに充填し、性能を評
価した。条件は次の通りである。

溶離液；　０．０６７Ｍ　ＮＨ４ＣΩ。

０　、　ＯＩ　Ｍ　Ｋ　ＨＩＰ　０４−　Ｋ２ＨＰ　０
４゜６％ＣＨａ　ＣＮサンプル；ウラシル第７図にＨＦＴＰと溶離液流量の関係を、第８（ｊ９）図に圧力損失と溶離液流量の関係を示す。官能基を導入
した充填剤は、そうでない充填剤よりもＨＥ　Ｔ　Ｐは
改善され、最／ＪＸＨＥ　Ｔ　Ｐ値は物性値による差は
さほど大きくはない。しかし、第８図に示したように、
圧力損失は官能基導入前の性質と同様に（ｂ）の例は圧
力損失が大きい。第７図の比較例（ｂ）のＨＥＴＰが０
　、５　ｍ　（１／ｍｊｎを越える点で立上っているの
は圧力がかかり過きてカラム内の充填層に変化が生じた
ためと考えられる。

実施例６実サンプルの分析実施例１で得られた分離カラムを使用し、多環芳香族の
分離を行った。本実施有すに使用した液体クロマトグラ
フ及び溶離液は実施例１と同様である。なお、溶離液流
量は１．５ｍＱ／ｍｊｎに設定した。

比較例６市販充填剤日立ゲル＃３Ｑ１３　（粒径５±］μｍ）を
内径４ｍｍ、長さ１５ｃｍのステンレス銅製カラムに充
填し、実施例６と同様の分離を行った。

なお、このときの溶離液流量は０．６ｍｆｆ／ｍｉｎに
設定した。

得られたクロマ１−グラムを第９図及び第１０図に示し
た。第９図、第１０図における吸収ピークの番号とそれ
に対応する成分を第２表に示す。

第　　２　　表第９図と第１Ｏ図を比較すると、本発明による分離カラ
ムを使用することで、従来２５分要していた分析を約４
分までに短縮できることが明らかになる。これは、充填
剤が高性能化したため、分離カラムが短くてよいこと及
び高流速で溶離液を流してもＨＥ　Ｔ　Ｉ）の低下が小
さいことによる。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明によれば、分離能が高く、ｆ？１）しかも、透過性及び耐圧性の高い分離カラムが得られる
ので、従来長時間を必要としていた分析を短時間で実行
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による分離カラムのＨＦＴＰと溶離液流
量の関係を示す線図、第２図は比較例の充填剤を充填し
た分離カラムのＨＥ　Ｔ　Ｐと溶離液流量の関係を示す
線図、第３図は本発明による分離カラムの圧力損失と溶
離液流量の関係を示す線図、第４図は比較例による分離
カラムの圧力損失と溶離液流量の関係を示す線図、第５
図、第６図はそれぞれ実施例４と比較例５の充填剤を充
填したカラムのＨＥＴＰ及び圧力損失と溶離液流量の関
係を示す線図、第７図、第８図はそれぞれ強塩基性イオ
ン交換樹脂を充填した本発明による分離カラムと比較例
による分離カラムのＨＥＴＰ及び圧力損失と溶離液流量
の関係を示す線図、第９図。第１０図はそ九ぞれ本発明による分解カラム及び従来の
分離カラムを用いた場合に得られたクロマトグラムであ
る。

Claims

【特許請求の範囲】１、モノビニルモノマー及びポリビニルモノマーの共重
合体を母体とする多孔性樹脂からなる液体クロマトグラ
フ用充填剤を充填してなる分離カラムにおいて、乾燥状
態での前記多孔性樹脂の粒径が３μｍ以下、比表面積が
１００〜４００ｍ＾２／ｇ、細孔径が５〜１５ｎｍ、細
孔容積が１ｍｌ／ｇ以下であるものを充填することを特
徴とする液体クロマトグラフ用分離カラム。２、モノビニルモノマー及びポリビニルモノマーの共重
合体を母材とする多孔性樹脂からなる液体クロマトグラ
フ用充填剤を充填してなる分離カラムにおいて、乾燥状
態での前記多孔性樹脂の粒径が３μｍ以下、比表面積が
１００〜４００ｍ＾２／ｇ、細孔径が５〜１５ｎｍ、細
孔容積が１ｍｌ／ｇ以下であるものに官能基を導入した
充填剤を充填してなることを特徴とする液体クロマトグ
ラフ用分離カラム。