JPS63265164A - クロマトグラフイ−分析方法 - Google Patents

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】 （技術分野） 本発明はクロマトグラフィー分析方法に係り、特に低分
子量の揮発性成分から高分子量の不揮発性成分に至る広
範囲の成分を含む天然物等の試料を有利に分析すること
の出来る手法に関するものである。

（背景技術） 従来から、分離カラムを用いたクロマトグラフィー分析
手法は、大きく分けて、用いられる移動相の種類によっ
て、ガスクロマトグラフィー、超臨界流体クロマトグラ
フィー、液体クロマトグラフィーの３つに分類されてい
る。しかしながら、クロマトグラフィーの定義、即ち移
動相中に注入された試料成分を移動相と固定相との相互
作用によって分離することと、物質は固相、液相、気相
、超臨界相を取り得るということを考えると、かかる分
類は、専ら従来の装置技術により設けられた枠と解すべ
きものである。

ところで、このようなりロマトグラフィー分析手法の一
つであるガスクロマトグラフィーにおいては、気体であ
る移動相の駆動源は、ボンベの充填圧力を元に、減圧弁
により適度の圧力のガス供給源を作ることにより、得ら
れるようになっているところから、加圧により移動相を
液相とすることは不可能であったのである。また、ガス
クロマトグラフィーを実施するための装置にあっても、
カラム温度調節装置を備えてはいるものの、移動相に対
する加圧が出来ないために、超臨界相を得ることは、ま
た不可能であったのである。

一方、液体クロマトグラフィーに従う分析手法にあって
は、ポンプにより液体である移動相を圧送するようにな
っているが、−Ｃに゛は、カラム温度調節装置は付属装
置と見做され、必須のものとは考えられていない。従っ
て、たとえカラム温度調節装置が液体クロマトグラフィ
ー装置に設けられているとしても、そのような温度調節
装置は、気相を得る程広い温度範囲を制御し得るように
は構成されていないのである。また、そのような液体ク
ロマトグラフィー装置は、背圧付加装置を欠くために、
臨界圧力、温度を越えた、所謂超臨界相を実現すること
も、また不可能であったのである。

また、二酸化炭素の如き、常温・常圧では気体であるガ
ス体を加熱・加圧することによって現出される超臨界状
態の流体を用いて、所定の液状試料の分離、分析を行な
う超臨界流体クロマトグラフィーにあっては、所定の超
臨界流体若しくは液化ガスを移動相溶媒として分離カラ
ムに送液するためのポンプを有し、また分離カラム内に
おいて超臨界状態の流体を形成するためにカラム温度調
節装置を備え、更にかかる分離カラム内の圧力を保持す
る背圧付加装置も備えた構造となっているが、従来から
の超臨界流体クロマトグラフィー装置は、何れも、単に
分離カラム内において超臨界状態を形成して、超臨界流
体クロマトグラフィーのみを行なわせるようにしたもの
に過ぎず、そのような装置の運転操作も、超臨界状態を
現出するだめの条件下に固定されたものであった。

ところで、分析されるべき試料が、低分子量の揮発性成
分から、高分子量の不揮発性成分に至る広範囲の成分を
含む天然物等の場合にあっては、そのような状態の試料
に対して、上記の如きガスクロマトグラフィー手法、液
体クロマトグラフィー手法或いは超臨界流体クロマトグ
ラフィー手法をそのまま適用することが出来ず、先ず、
試料を前処理により分画し、そしてそれぞれの分画物に
対して、ガスクロマトグラフィー、液体クロマトグラフ
ィー、或いは超臨界流体クロマトグラフィーを適用して
、その分離・分析を行なう必要があったのである。

しかしながら、このような試料に対する前処理による分
画操作やその得られた各分画物に対する各種のクロマト
グラフィー操作の適用は、目的とする試料の分離・分析
操作を極めて複雑で面倒なものと為し、また分析コスト
の上昇や誤操作を招いたり、分析精度や分析の信頼性の
低下を惹起する等の問題を内在していたのである。

（解決課題） ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為さ
れたものであって、その目的とするところは、移動相温
度、圧力を経時的に制御することにより、ガスクロマト
グラフィー、超臨界流体クロマトグラフィー及び液体ク
ロマトグラフィーを連続的に実行して、広範囲の成分を
含む天然物等の試料を分析する場合において、その前処
理を全く不要と為し得た、優れた特徴を備えたクロマト
グラフィー分析方法を提供することにある。

（解決手段） そして、本発明は、かかる目的を達成するために、被分
析試料を所定の移動相と共に分離カラムに導いて、該試
料を各成分に分離せしめ、それぞれの成分を分析するに
際して、かがる分離カラムに供給される移動相の温度及
び該分離カラムの温度並びに該分離カラムに付加する背
圧をそれぞれ経時的に調節することにより、（ａ）該移
動相を気相状態下に保持しつつ、前記試料のガスクロマ
トグラフィー分析を実施するＧＣ工程と、（ｂ）かかる
ＧＣ工程に引き続いて、前記移動相を超臨界相の状態下
に保持しつつ、前記試料の超臨界流体クロマトグラフィ
ー分析を実施するＳＦＣ工程と、（ｃ）更に該ＳＦＣ工
程に引き続いて、前記移動相を液相状態下に保持しつつ
、前記試料の液体クロマトグラフィー分析を実施するＬ
Ｃ工程とを連続的に実行するようにしたのである。

すなわち、本発明では、一つの物質、例えば二酸化炭素
を、気相、超臨界相、液相の三つの相形態をとる移動相
として用いることにより、試料成分のうち、揮発性成分
は、低圧で、比較的高温の二酸化炭素ガスを用いてクロ
マトグラフィー展開（ガスクロマトグラフィー分析；Ｇ
Ｃ）を行ない、また難揮発性成分は、高圧、高温で超臨
界状態の二酸化炭素流体を用いてクロマトグラフィー展
開（超臨界流体クロマトグラフィー１ｓＦｃ）を行ない
、更に不揮発性成分は、高圧、低温で二酸化炭素液体を
用いてクロマトグラフィー展開（液体クロマトグラフィ
ー１Ｌｃ）を行なうようにしたのである。

（発明の具体的構成・実施例） 以下、図面を参照しつつ、本発明を更に具体的に説明す
ることとする。

先ず、第１図は、本発明に従うり６マトグラフイ一分析
方法を実施するための装置の一例に係る系統図であり、
そこにおいて、２は、移動相溶媒（溶離液）を収容する
貯槽である。゛この貯槽２内には、移動相としての気体
、超臨界流体、液体の三相を形成し得る溶媒、例えば、
二酸化炭素、ｎ−へブタン、ｎ−ヘキサン、アンモニア
、或いはこれらと他の適当な有機溶媒との混合物等が、
液体状態において収容されている。そして、この貯槽２
内の移動相溶媒は、プランジャ型ポンプ等のような適当
な定流量型若しくは定圧型のポンプ４によって、分離カ
ラムｌＯに給送されるようになっている。このポンプ４
は、例えば、本発明者らが、先に特願昭５８−１１７７
７３号にて明らかにした如き、ポンプ冷却器を備えてい
るか、或いはその吸引側の流路上に熱交換器６等を備え
ており、それらポンプ冷却器若しくは熱交換器６等によ
る冷却によって、貯槽２から液状の移動相溶媒が有利に
吸引され、そして吐出せしめられ得るようになっている
。

また、このような移動相溶媒に対して、そのクロマトグ
ラフィー特性に応じて、貯槽３内に収容されているモデ
ィファイヤ溶媒が、ポンプ５によって所定割合で或いは
経時的に変化する割合にて供給され、ミキサ７にて混合
せしめられるようになっており、以て移動相強度を変化
させて保持時間をコントロールし得るようになっている
。

そして、かかるポンプ４から吐出された移動相溶媒は、
溶媒給送路８を通じて分離カラム１０に導かれるように
なっている一方、かかる溶媒給送路８上にはバルブ・イ
ンジェクタ（特願昭５４−５２１２６号参照）１２が設
けられており、このパルプ・インジェクタ１２によって
、分析されるべき液状試料の所定量が系内に導入される
ようになっている。なお、かかるパルプ・インジェクタ
１２にて導入された試料やポンプ４から給送された移動
相溶媒が導き入れられる分離カラム１０は、通常のクロ
マトグラフィー分析に用いられるカラムであって、例え
ば溶融シリカを充填したキャピラリーカラムの所定の長
さのもの等から構成されている。

さらに、かかる分離カラム１０内において、試料が移動
相溶媒にて展開され、それぞれの試料成分に順次分離せ
しめられて、流出させられる流出流路１４上には、適当
な検出器１６が設けられており、この検出器１６によっ
て分離、カラム１０から順次分離溶出せしめられる試料
成分が検出されるようになっている。また、この検出器
１６よりも下流側の流出流路１４上には、所定の背圧調
整弁１８が設けられており、この背圧調整弁１８にて、
流出流路１４を通じて排出せしめられる試料成分を含む
移動相溶媒の流通量が制御されて、該背圧調整弁１８よ
りも上流側の流路、換言すれば分離カラム１０側の圧力
（背圧）が調整され得るようになっている。

そして、このような試料のクロマトグラフィー分離シス
テムにおいて、そのバルブ・インジェクタ１２を含む溶
媒給送路８部分と分離カラム１０と検出器１６の検出セ
ルを含む流出流路１４部分とを、所定の温度に保持し、
それらの内部を流通せしめられる移動相溶媒が液相、超
臨界相、気相の何れをも取り得る温度に、加熱乃至は冷
却によって調節し得る恒温槽２０が、配設されている。

なお、この恒温槽２０は、ヒータ２２や冷却管２４を備
え、ファン２６によって均一な温度に保持され得るよう
になっており、またその内部の温度が温度センサ２８に
て検出されるようになっている。

また、かかる恒温槽２０の温度調節は、制御装置３０に
よって、ヒータ２２による加熱や冷却管２４による冷却
を制御することにより、行なわれ得るようになっており
、更にかかる制御装置３０は、背圧調整弁１８も制御Ｂ
シ得るようになっており、この背圧調整弁１８の制御に
よって、分離カラム１０例の圧力が調整され得るように
なっている。従って、この制御装置３０による恒温槽２
０内の温度の制御並びに背圧調整弁１８の制御によって
、分離カラム１０に供給される移動相溶媒の温度や分離
カラム１０内の温度、更には分離カラム１０に付加され
る背圧が調整されて、かかる分離カラム１０における移
動相の状態が、ガス相、超臨界相、液相の何れの状態と
もなり得るようになっており、これによって目的とする
ガスクロマトグラフィー分析や超臨界流体クロマトグラ
フィー分析ζ更には液体クロマトグラフィー分析が適宜
に実行され得るようになっているのである。

なお、ここでは、検出器１６としてＵＶ検出器等を用い
た場合のシステムとして、背圧調整弁１８を検出器１６
の下流側の流路上に設けた例を示したが、検出器１６と
して水素炎イオン化検出器（Ｆ　Ｉ　Ｄ）や質量分析器
（ＭＡＳ）等を用いた場合には、背圧調整弁１８は、検
出器１６の上流側の流路１４上に設けられることとなる
。また、ポンプ４とバルブ・インジェクタ１２との間の
溶媒給送路８上には、必要に応じて、熱交換器３２が設
けられており、この熱交換器３２による移動相溶媒に対
する熱交換作用によって、恒温槽２０による温度制御に
加えて、分離カラム１０に給送される移動相溶媒の有効
な温度調節を行なって、その効果的な相形態の変化乃至
は保持を行ない得るようになっている。

従って、このようなシステムにあっては、制御装置３０
による恒温槽２０の温度制御並びに背圧制御弁１８の制
御によって、ポンプ４から給送された移動相溶媒は、分
離カラム１０内において気相状態、超臨界相状態、液相
状態を取り得ることとなり、以てバルブ・インジェクタ
１２から系内に導入された試料には、経時的に、ガスク
ロマトグラフィー分析、超臨界流体クロマトグラフィー
分析、液体クロマトグラフィー分析が連続して実行せし
められ得ることとなるのである。

ところで、このようなシステムを用いたクロマトグラフ
ィー分析の一例が、第２図及び第３図に示されている。

すなわち、かかる第２図及び第３図は、超臨界から準臨
界温度、そして低温領域において、カラム絶対温度の逆
数（１／Ｔ）に対する多環芳香族炭化水素のキャパシテ
ィ比の対数（ｌｏｇ　ｋ　’　）のプロットを示してい
る。なお、移動相溶媒としては、二酸化炭素を用い、第
２図では、１２０ｋｇ／Ｃ１１”、第３図では９Ｑｋｇ
／ａｍ”で、分離カラム（１０）に供給された。また、
分離カラム（１０）としては、内径：　０．３　酊のＳ
ＯＳパイプを用い、充填剤：　Ｄｅｖｅｌｏｓｉｌ　Ｏ
ＤＳ　　（５ｌ　ｍ　ｉ野村化学）を充填して、１４５
ｍ（第２図）または１３０ｍｍ（第３図）のカラムとし
た。更に、検出器（１６）としては、ＵＶ検出器を用い
た。そして、制御装置（３０）による恒温槽（２０）内
の温度調節並びに背圧調整弁（１８）の制御によって、
分離カラム（１０）における超臨界領域、準臨界領域、
低温領域を現出した。

また、これら第２図及び第３図における数字は、以下の
試料成分を意味するものであり、更にＣＴは臨界温度を
意味するものである。

４：ナフタレン　・　　５：ビフェニル６：フルオレン
　　　　７：０−ターフェニル８：アントラセン　　　
９：フルオランテンｌＯ：ピレン　１１：９−フェニル
アントラセン１２ニトリフエニレン かかる第２図の結果から明らかなように、移動相溶媒と
して二酸化炭素を用いた場合において、保持時間の指標
であるキャパシティ比の対数は、カラム温度、移動相温
度が１００℃以上では、温度の逆数に比例し、保持は吸
着、脱着支配されており、このことは、即ちガスクロマ
トグラフィーとして機能していることを示しているので
ある。

ところが、臨界温度：３１℃付近〜１００℃の領域では
、その傾向は逆転し、温度が下降するにつれて保持時間
が短くなることを示している。この領域は超臨界流体ク
ロマトグラフィーとされるものであって、吸脱着と移動
相の試料成分に対する溶解度による分配の双方が保持に
寄与することにより、そのような現象を生じるのである
。ところが、第３図に示されるように、温度が臨界温度
よりも更に下降すると、保持時間は再び長くなることを
示しているのであって、これは移動相溶媒の試料に対す
る溶解度が温度の低下により下がることが寄与している
ことを示している。従って、この温度領域では、液体ク
ロマトグラフィーとして機能している事実を示している
のである。

これら第２図及び第３図の結果から、移動相温度、圧力
を制御することによって、ガスクロマトグラフィー分析
、超臨界流体クロマトグラフィー分析、液体クロマトグ
ラフィー分析を連続的に実行することが出来ることは明
らかである。

また、第４図、第５図及び第６図は、それぞれ多環芳香
族炭化水素の正の温度変化、負の温度変化及び等温状態
での溶離を示すクロマトグラムの一例であり、第４図で
は、カラム温度は８５℃〜３０５℃まで直線的に増加せ
しめられ、また第５図では、超臨界領域で、指数関数的
な負の温度変化を行ない、第６図では、室温（２２℃）
における多環芳香族炭化水素の等温分離の結果が示され
ている。

なお、それぞれの図において、１：ベンゼン、２：トル
エン、３：エチルベンゼンを示し、他の数字は、第２図
の場合と同じである。また、測定条件は、以下の通りで
ある。

カラム：Ｄｅｖｅｌｏｓｉｌ　００５　　（３μｍ）　
、１００　ＸＯ，３■１ 人口圧カニ　１３０　ｋｇ／ｃｍｚ 流速（第４図、第６図）　　：　４．４〜６．５　ｍ　
ｌ　７ｍ１ｎ（第５図）　　：　６．３ｍｌ１／ｗｉｎ
検出紫外波長：２５４ｎｍ そして、これらの結果は、また液体クロマトグラフィー
による分離、超臨界クロマトグラフィーによる分離及び
ガスクロマトグラフィーによる分離が、一つの装置で行
なわれ得ることを示しているのである。

以上、本発明の一つの具体例並びに実験結果に基づいて
、本発明の詳細な説明してきたが、本発明が、そのよう
な例示のもののみに限定して解釈されるものでは決して
なく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、本発明
には、当業者の知識に基づいて種々なる変更、修正、改
良等が加えられ得るものであって、そのような実施形態
のものが、何れも本発明の範晴に属するものであること
が、理解されるべきである。

（発明の効果） 以上の説°明から明らかなように、本発明によれば、移
動相温度、圧力を制御することにより、ガスクロマトグ
ラフィー、超臨界流体クロマトグラフィー、液体クロマ
トグラフィーを連続的に実行することが可能となるので
あり、そしてそれによって、広範囲の成分を含む天然物
等の試料を分析する場合には、試料の注入後、先ず、ガ
スクロマトグラフィーを実行し、低分子量の揮発性成分
を分離せしめ、次いで超臨界流体クロマトグラフィーを
実行し、中分子量の難揮発性成分を分離し、最後に高分
子量の不揮発性成分を液体クロマトグラフィーを実行し
て分離して、それぞれの成分を分析するということが可
能となったのである。

また、か（の如き本発明手法を採用することにより、従
来では、試料の前処理により分画し、それぞれ、ガスク
ロマトグラフィー、超臨界流体クロマトグラフィー、液
体クロマトグラフィーを用いて分離・分析しなければな
らなかったものが、一度の注入により、その分離・分析
が可能となったのであり、これによって、広範囲の成分
を含む天然物等の試料に対する分析操作が極めて容易と
なり、またその分析コストを低減し、更には誤操作をな
くし、分析精度も有利に高め得る等の各種の効果を奏し
得たのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法を実施するための装置の一例を示
す系統図であり、第２図及び第３図は、それぞれ、超臨
界から準臨界温度及び低温領域におけるカラム絶対温度
の逆数に対する多環芳香族炭化水素のキャパシティ比の
対数の関係を示すグラブであり、第４図、第５図及び第
６図は、それぞれ、各種多環芳香族炭化水素の正の温度
変化、負の温度変化及び等温状態下での溶離の一例を示
すクロマトグラムである。 ２．３：貯槽　　　　　４，５：ポンプ６．３２：熱交
換器　　７：ミキサ ８：溶媒給送路　　　１０：分離カラム１２：バルブ・
インジェクタ １４：流出流路　　　　１６：検出器 １８：背圧調整弁　　　２０：恒温槽 ２２：ヒータ　　　　　２４：冷却管 ２６：ファン　　　　　２８：温度センサ３０：制御装
置 出願人　　日本分光工業株式会社 第２図 １／Ｔ 第３図 １／Ｔ 第４図 晴ＩＪ　（ｍｉｎ） 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被分析試料を所定の移動相と共に分離カラムに導いて、
   該試料を各成分に分離せしめ、それぞれの成分を分析す
   るに際して、かかる分離カラムに供給される移動相の温
   度及び該分離カラムの温度並びに該分離カラムに付加す
   る背圧をそれぞれ経時的に調節することにより、 該移動相を気相状態下に保持しつつ、前記試料のガスク
   ロマトグラフィー分析を実施するＧＣ工程と、 前記ＧＣ工程に引き続いて、前記移動相を超臨界相の状
   態下に保持しつつ、前記試料の超臨界流体クロマトグラ
   フィー分析を実施するＳＦＣ工程と、 更に該ＳＦＣ工程に引き続いて、前記移動相を液相状態
   下に保持しつつ、前記試料の液体クロマトグラフィー分
   析を実施するＬＣ工程とを、連続的に実行することを特
   徴とするクロマトグラフィー分析方法。