WO2002086488A1

WO2002086488A1 - Procede et instrument d'extraction d'un composant a l'etat de trace en phase solide

Info

Publication number: WO2002086488A1
Application number: PCT/JP2002/003912
Authority: WO
Inventors: Yuka Hiramatsu; Kazuhiko Yamasaki; Masahiro Furuno
Original assignee: Gl Sciences Incorporated
Priority date: 2001-04-20
Filing date: 2002-04-19
Publication date: 2002-10-31
Also published as: EP1382963A4; EP1382963B1; EP1382963A1; ATE407359T1; DE60228698D1; JP3711348B2; DE02722709T1; JPWO2002086488A1

Description

明細書固相微量抽出法及び装置

技術分野

本発明は、固相微量抽出方法及び装置に関するもので、就中クロマトグラフへ導入するサンプルの前処理に有効な処理方法及び装置に関するものである。

背景技術

クロマトグラフィー分析では、サンプリングから目的成分の抽出、濃縮等の試料調整、所謂前処理に要する時間と手間は、分析作業の 80 % を占めると言われている。 1 9 90年に Pawliszynによって開発された固相微量抽出方法（ S P ME =Solid-Phase- Micro extraction) は、これらの作業及びクロマトグラフへの導入が簡便に行えるサンプル前処理法である。 ' S P ME法は、表面に液相をコーテイングしたファイバ一をサンプルのへヅドスペース叉は溶液中に露出して抽出を行い、ファイバ —液相へ抽出された目的成分を G C中に注入口で熱脱離させて G Cに導入する方法である（特開平 5— 50 67 1 5 )。

更に、最近では吸着機構に G Cのキヤビラリ一カラムを使用する I n t ub e S PME方法（片山洋行、成松鎮雄、 Heather L Lord, J. Pawliszyn Chromatography 20(1999)237-249) が用いられている。キャピラリーカラムにサンプルを流し、カラムの液相に目的成分を保持させる。この後溶媒を流し、目的成分を溶媒離脱する手法である。又、シリンジを用い、中空の二一ドルの内表面に固定相を固定した中空二一ドルにより目的成分を保持させる。この後、溶媒を流したり熱をかけたりすることで、目的成分を脱離させる方法が提案されている（特閧平 8— 94 5 9 7 )。又、従来一般的に目的成分の濃縮に際して、ビーズ状の無機系充填剤を筒体に充填したカラムが使用されている。

前者の手法では試料負荷量を増やすため、ファイバ一液層の膜厚を厚くしてサンプル保持能力を上げることが一般的な手法である。ところが膜厚を厚くすると目的成分が液相と平衡に達するまでに時間がかかるという問題が生じる。実際の 1 00 /mの液相を用いた水中の農薬抽出では、平衡に達するまでの時間が 1 5分〜 6 0分以上という結果が多く報告されている（ J.Beltram，F. J.L pez.F.Hern ndez Journal of Chrmatography A.885(2000)389-404 )。この平衡時間を短くするために、サンプルや、シリンジを撹拌したり、サンプルに熱をかけるなどして平衡時間を短縮している例があるが、大幅な時間短縮には至っていない（大川真、笠松隆志、秋葉善弥第 8階環境化学討論会、九州、 1 9 9 9 )。又、本法ではサンプルを分析系に導入時に加熱離脱するため、熱分解する成分の分析には適用できない。又、 S PMEの加熱脱着を既存のガスクロマトグラフの注入口で行う場合、低沸点成分はィンジェクション時における成分拡散が大きいため、結果的にピーク巾が広がってしまう。又、キヤビラリ一カラムを用いた I n_t ub e S PME法もシリンジを用いた I n— t u b e S P ME法も、中空のニードルにおいて固定相は内表面に設けられ、中央は中空であり、サンプルは中空を自由通過するため、対象成分が固定相に拡散する機会が減じられ、平衡までに時間がかかる。又、試料負荷量を上げるためには、内径を大きくし、膜厚を厚くする必要がある。しかし、内径が大きくなると、拡散に時間がかかり接触効率が悪くなる。又、カラム内に充填剤を充填する方法は、 ① 充填状態によって流量の変化があり、結果的に分析値がばらつく。 ②流体の流れに対する抵抗犬で、単位時間当りの流量が少ないため、分析時間が長くかかる。等の問題がある。更に、この方法も、既存の G C注入口での熱脱着を行うので、ピーク巾の広がりは避けられない。

従って、本発明の目的は、クロマトグラフへサンプルを導入する際の前処理に、多連続孔を持ち解放構造の一体型構造（所謂モノリス構迨と云う）の多孔質体を使用することにより従来のキヤビラリ一カラム使用時より試料負荷量が大きく、粒状物質を詰めたカラムによるより、流通抵抗が小さく、更に従来の S P M Eや I n— t u b e法と比較して目的成分が分配平衡に達する時間が短縮できるようにするものである。本発明はガスクロマトグラフ法、高速液体クロマトグラフ法、その他の分析法の前処理として、その利用応用形態は広範である。発明の開示

本発明においては、これまで一般的に用いられてきた粒子充填型カラムの通液（叉は通気）に高圧を要する点を改良し、圧力が少なく流量を大量に流すことができ、叉 S P M E前処理法においてはサンプルによつては 1時間以上の平衡時間を要するため、 1分析に多大な時間を要する点を短時間に処理可能としたもので、第 1にサンプル中の成分を固相抽出する方法であって、円筒と該円筒内を摺動可能なブランジャーとを有するシリンジであり、 'シリンジ先端には二一ドルが設けられ、該ニードルには多連続孔を持ち解放構造の一体型構造（以下所謂モノリス構造と云う）の多孔質体を少なくとも適宜の長さ、全径に亘り形成し、ニードルをサンプルに揷入する工程と、ニードルにサンプルを通過させ、目的成分を多孔質内に保持させる工程、及び保持した目的成分を多孔質内より離脱させる工程とを含むことを特徴としている。

又、第 2にサンプル中の成分を固相抽出する装置であって、円筒と該円筒内を摺動可能なプランジャーとを有するシリンジであり、シリンジ先端には二一ドルが設けられ、該ニ一ドルには所謂モノリス構造の多孔質体を少なくとも適宜の長さ、全径に亘り形成させてあり、該ニ一ドルにサンプルを通過させる際に、サンプルは多孔質体に保持され、且つ離脱可能に構成することを特徴としている。

又、第 3にサンプル中の成分を固相抽出する方法であって、円筒と該円筒内を摺動可能なプランジャーとを有するシリンジであり、シリンジ先端には二一ドルが設けられ、該ニ一ドルには所謂モノリス構造の多孔質体を少なくとも適宜の長さ、全径に亘り形成すると共に、二一ドルの全体或いは少なくとも多孔質体を形成させた部分をシリンジ或いは二一ドルに着脱自在に設け、該ニ一ドルよりサンプルを通過させる際に、多孔質体を通過させることにより目的成分を多孔質体に保持させたまま着脱自在とさせることを特徴としている。

又、第 4にサンプル中の成分を固相抽出する^置であって、円筒と該円筒内を摺動可能なプランジャーとを有するシリンジであり、シリンジ先端には二一ドルが設けられ、該ニードルには所謂モノリス構造の多孔質体を少なくとも適宜の長さ、全径に亘り形成させてあり、又、二一ドルの全体或いは少なくとも多孔質体を形成させた部分をシリンジ或いは二一ドルに着脱自在に設けたことを特徴としている。

又、第 5にシリンジ先端もしくはシリンジに設けたニードル固定部に着脱自在に形成した二一ドルであって、該ニ一ドルには所謂モノリス構造の多孔質体を少なくとも内径全径に亘り適宜の長さ形成させたことを特徴としている。

又、第 6に、第 5の二一ドルにおいてニードルがサンプルチヅプであることを特徴としている。

又、第 7に、第 5のニードルにおいてニードルの外側に外筒を設けたことを特徴としている。

又、第 8に第 1又は第 3の固相微量抽出方法において多孔質体がシングルポアであることを特徴としている。

又、第 9に、第 2又は第 4の固相微量抽出装置において多孔質体がシングルポアであることを特徴としている。

又、第 1 0に第 1又は第 3の固相微量抽出方法において多孔質体がダプルポアであることを特徴としている。

又、第 1 1に、第 2又は第 4の固相微量抽出装置において多孔質体がダブルポアであることを特徴としている。図面の簡単な説明

図 1は、本発明に使用するシリンジの一部縦断説明側面図であり、図 2は、本発明一方法実施説明図であり、図 3は、本発明他方法実施説明図であり、図 4は、本発明に使用する他シリンジの実施説明図であり、図 5は、本発明に使用する他シリンジの実施説明図であり、図 6は、本発明他方法実施説明図であり、図 7は本発明方法により実施した実験例のクロマトグラムであり、図 8は、上記実験例を中空カラムで実施したクロマトグラムであり、図 9は、本発明他実施例説明図であり、図 1 0 は、本発明他実施例使用状態説明図であり、図 1 1は、本発明他実施例説明図であり、図 1 2は、同上使用状態説明図である。発明を実施する為の最良の形態

本発明は、目的成分を含有した気体、液体、固体サンプルを全径に亘り所謂モノリス構造の多孔質体を形成させたニードルを用い、二一ドル通過により多孔質体に保持濃縮させる手法である。次いで、該ニードル内にある種の溶媒を通してサンプルを離脱させるか、濃縮を終えたニードルを加熱等物理的にサンプルを離脱させた後、分析系、例えばガスク口マトグラフへ導入する。

本発明に用いられるシリンジは、円筒と該円筒内に摺動自在に設けたブランジャーとシリンジ先端に設けた二一ドルにより構成される。ニードルには内径全径に多孔質体が適宜長さに亘り形成されている。その長さ及び細孔径は、多孔質体の材質、形成される細孔、目的成分等により選択可能である。

無孔性の充填剤をカラムにつめた場合、粒子間にのみ細孔が形成され、これをシングルポアと云う。細孔を有するシリカゲル粒子をカラムに充填した場合、粒子内の細孔と粒子間細孔の二重構造となる。これをダブルポアと云う。無孔性の充填剤をつめた場合、シングルポアであるが、粒子の充填状態により空間の形状が変化し、分離モードが複雑になる。又、ダブルポアによる分離は、単純な吸着分配とならず、分離モードが単純ではない。従って、空間の形状が変化しない状態のシングルポァが推奨される。これは多孔質体についても同様である。

所謂モノリス構造の多孔質体の有用性について説明する。

フアイバーや二—ドルの表面に固定相を設ける固相抽出では、発明が解決しょうとする課題に示したような種々の問題が生じる。その問題を解決する簡単な方法は、均一な固定相として作用する粒子をニードル内に充填する方法である。一般に粒子をカラムなどに充填する場合、個々の粒子の隙間に移動相が流れる粒子間空間が形成される。

その空間は粒子の充填状態によって決定されるため、空間は必ずしも均一にならない。更に、移動相の影響でその空間が変化することも考えられ再現性に乏しい。その空間不均一の影響をさけるため、高圧で移動相を送液する高速液体クロマトグラフィー法では、充填する粒子を小さくし、移動相の流れる空間も合わせて小さくし、均一性を上げる工夫がされている。

しかしながら、粒子径を小さくすると、ガスや液体である移動相が流れるときの抵抗が大きくなり、移動相をスムーズに流すことが出来ないと言う問題が発生する。そのため、高圧で使用できない固相抽出においては、充填する粒子はおのずと大きな粒子径にならざるをえない。しかしながら粒子が大きいと、粒子間空間が不均一となりコントロールが困難になり、再現性の良い固相抽出が達成されないという元の問題が解決されない。又大きな粒子径では粒子間のスペースが大きくなり、分子が粒子表面に分配するのに時間差が生じる。このことはサンプルバンドの広がり、すなわち分離効率の低下を生じる。

そこで着目されるのは、移動相が流れる空間を一定に出来る所謂モノリス構造の多孔質体である。この構造において移動相が流れる空間とは、多孔質体のポア（孔）を意味する。このモノリス構造の優位性については既に文献等でまとめられている（Analyti cal Chemistry vol . 73 No . 5 421A-429A( 2000 ) ) o

特に、試料容量の小さい微量固相抽出においては、移動相が流れる空間以外の小さなポアは分離に大きな影響を与えず、移動相空間だけを持つシングルポアの多孔質体で充分である。シングルポアの所謂モノリス構造においては、空間の不均一が生じなくなるため、吸着，溶出による分離がスムーズに生じるようになる。高分子の分離においては、移動相の流れる空間以外に分子が入り込める大きさの異なるポアがあると、脱着スムーズに起こり難く都合が悪い場合がある。

そのため、シングルポア構造は夕ンパク質を始めとする高分子の微量固相抽出には有用である。これが前記シングルポアを推奨した理由である。

一方、目的成分の存在するマトリクス量が多くなつた場合には、そのマトリクスで表面が覆われ、目的成分の分離が出来なくなる場合もある。そのマトリクスの影響を少なくするためには、表面積を増やすのが有用な方法である。表面積を増やす方法としては、移動相が通るポア（スル —ポア）構造の表面に別な後処理によって、粒子などを形成させる方法と、移動相が通るポア（スルーポア）と前記スルーポアよりも径が小さいポア（メソポア）を骨格構造中に同時に作成する方法がある。

後者の方法により形成される所謂モノリス構造は、上端から下端まで連通したスル一ポア構造と、その連通孔の中に形成される骨格中のメソポアとのダブルポア構造と呼べる構造である。化合物を効率よく保持し、分離するためには、メソポアは不可欠であり、このポアサイズは分離対象低分子が通過できる'サイズであれば良く、 5 η π！〜 1 0 0 mぐらいが適当である。

前者では、骨格となる所謂モノリス構造体と異なる性質の粒子を形成させることも可能で、吸着性を減らすことも容易となる。又、形成させる粒子などは自由に選ぶことができ、タンパク質に影響を与えない無孔' 性の粒子などを形成することもできる。固相抽出の目的に合わせた任意の多孔質体を形成できる。

一方後者の方法では、前者のように任意に内部粒子を形成することはできず、組成は一定となるが、 1回の合成処理で、異なる大きさのポアを作成することによって表面積を大きくすることができる。この方法は製造上非常に有用であり、更に均一組成で作成できるため、均一に化学結合基を導入することができ、様々な性質を持つ広範囲の比較的低分子化合物が含まれる固相抽出に有効である。これが前記においてダブルポァを推奨する理由である。

サンプルや目的成分の性質及びその前処理目的によって、シングルポァが最適か、或はダブルポアが最適かが決まることになる。何れにしろ重要なのは、移動相がスムーズに流れる均一なポアを持つ、所謂モノリス構造の多孔質体が固相となることである。

次いで、多孔質体について説明する。

本発明において用いられる多孔質体は、以下に述べる如き細孔を有し、その細孔は上端から下端まで連通した構造、所謂モノリス構造を有するものである。然も細孔は軸方向断面が円形又はそれに近いものが好ましく、多孔質体の材質は、マクロ細孔の径を下記の大きさに制御し得る材質であれば、特に制限されないが、多孔質セラミック、多孔質ガラスなどの無機質の多孔体、例えば、多孔質ガラスが望ましい。多孔質ガラスの例としては、組成が N a 0— : B ₂0₃— S i 0₂— C a 0系のものが挙げられ、 A 1₂0₃, Z r 02₃ Z n〇 ₂， T i 0₂， S n0₂, M g 0₂ など種々の酸化物を添加したガラスを用いて製造する場合もある。

ホウケィ酸ガラスの熱処理による分相現象を利用して、からみ合い分相構造をとらせた後、片方の相を酸溶出させることで作製する方法が提案されている。例えば、けい砂、硼酸、ソ一ダ灰及びアルミナを混合し、 12 00〜 1400 °Cに溶融する。これを 800〜 1 100 °Cにて成形後、未分相硼けいガラスを得、熱処理により S i 0₂相と B ₂0₃— N a 20— C a 0相に分相させ、酸処理によって、 S i 0₂骨格を残した多孔質体を製造する。細孔径は、用途によって、熱処理時の条件を変化させることにより、 0. 1〜 1 0ミクロンの細孔分布の均一なものが用途に応じて製造可能である。

多孔質セラミックの例としては、シリカ、アルミナシリケート質 A (硬磁気粒子を燒結したもの）、けい砂質、アルミナ質、アルミナシリト質 B (シャモヅト粒子を燒結したもの）、多孔質ムライト質、けいそう土質のものなどがある。多孔質セラミックは、例えば、一定範囲の粒子径の陶磁器粒子（硬磁気粉砕物、シリカ、アルミナ、シャモヅトなど）と気孔形成材、例えば結晶セルロース（旭化成：アビセル）と適当な分散溶媒と混合 ·成形 ·燒結して製造する。細孔径 5 0 0 //程度から 0 . 1 ^程度又はそれを越える範囲のもので、細孔分布の均一なものが用途に応じて製作可能である。

上記の細孔は従来の充填剤に用いられている分離試料に適したコーティング剤及び/又は化学的修飾剤を適用して細孔の表面を修飾 ·改質し得る。コーティング剤としては、例えばポリエチレングリコ一ル、シリコンオイルなどが挙げられる。又、化学的修飾剤としては、トリメチルクロロシラン（ T M S )、ジメチルー n—ォクチルクロロシラン、ジメチルー n—ォク夕デシルクロロシラン（ O D S ) などのアルキルクロロシラン、 rーァミノプロビルトリエトキシシランなどァミノアルコキシシラン、その他エポキシシランなど各種シラン処理剤が挙げられる。更に、表面修飾剤の修飾基にタンパク質などの高分子化合物又は低分子化合物が結合していてもよい。

又、上記の多孔質体の他に、上記の多孔質体の細孔内にミクロ細孔を有する多孔質体を充填した構造の多孔質体を用いることは推奨される。これについて説明する。

マクロ細孔を持つ骨格体のマクロ細孔内にミクロ多孔質体を作成するためのモノマーを含浸させ、予め加えていた溶媒等を利用し、マクロ細孔内で重合させることにより、マクロ細孔より小さく、解放構造を持ち、ミクロ細孔を持つ多孔質体が充填され、一体化した構造を持つ多孔質体を作成する。この場合、ミクロ多孔質体を作成するためのモノマ一とは、有機、無機のどちらの材料でもよく、無機系であればテトラエトキシランに塩酸などの触媒を加え、調整したゾルを含浸された後に、熟成させることにより、ミクロ細孔の多孔質シリカガラスを形成させることができる。又、有機系の場合、各種の樹脂が選択でき、例えばアクリルアミドモノマーを含浸させた後に、重合させることにより、ポリアクリルァミドゲル多孔質体を得ることが出来る。このミクロ細孔の範囲は、分離目的成分の液体中での分子の大きさによって決定される。化学物質は液体中になると蛋白質などの高次構造を持つものでも、液体親和力により最大で 1 0 0 0 n mであれば十分細孔内部に入れる。好ましくは 1 0 0 〜 5 0 0 n mである。

一方、液相反応であるゾル—ゲル法により無機質多孔質体を作成する方法も知られている。ゾルーゲル法とは、所謂重合可能な低分子化合物を生成し、最終的には擬集体や重合体を得る方法で、以下のような方法がとられている。具体的には水溶性高分子や非イオン性界面活性剤を酸性水溶液に溶かし、それに加水分解性の官能基を有する金属化合物を添加して加水分解反応を行い、生成物が固化した後、次いで乾燥加熱或は溶媒置換する方法である。均一に溶解した水溶性高分子や非イオン性界面活性剤が金属アルコキシド又はそのオリゴマーの加水分解 ·重合の過程で相分離する現象を利用するものである。

非イオン性界面活性剤、熱分解性化合物を酸性水溶液に溶かし、それに加水分解性の官能基を有する金属化合物を添加して加水分解反応を行い、生成物が固化した後、次いで湿潤状態のゲルを加熱することにより、ゲル調製時に予め溶解させておいた低分子化合物を熱分解させ、次いで乾燥し加熱する。

ここで、金属アルコキシド又はそのオリゴマーとしてはメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基等の炭素数の少ないものが好ましい。又、その金属としては、最終的に形成される酸化物の金属、例えば S i , T i , Z r , A 1が使用される。この金属としては、 1種又は 2種以上であつてもよい。特にケィ素アルコキシドが好ましく、ケィ素アルコキシドとしては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ェチルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシランを用いることができるが、これらに限定され ¾ぃ。一方、オリゴマーと、してはアルコールに均一に溶解分散できるものであればよく、具体的には 1 0量体程度まで使用することができる。有機高分子は、金属アルコキシド又はそのオリゴマー 1重量部に対し、 0 . 0 3〜 0 . 4 0重量部の割合で混合することが好ましい。

水溶性有機高分子は、加水分解の過程で相分離を生じ、金属アルコキシド又はそのォリゴマ一の加水分解により生成するアルコキシド又はそのォリゴマーの加水分解により生成するアルコール含有液に均一に溶解するものであればよい。具体的には高分子金属塩であるポリステレンスルホン酸のナトリウム塩、高分子酸であって解離してポリア二オンとなるポリアクリル酸等、高分子塩基であって水溶液中でポリカチオンを生ずるポリアリルアミン及びポリエチレンィミン等或は中性高分子であつて主鎖にエーテル結合を持つポリエチレンォキシド等測鎖にーラクタムを有するポリビニルピロリドン等が好適である。

非イオン性界面活性剤とは、ゾルーゲル転移と相分離過程とを同時に誘起する働きを持つ物質であり、これによつて溶媒リツチ相と骨格相とに分離すると同時にゲル化する。非イオン性界面活性剤は、ポリオキシエチレン等の親水部と主にアルキル基からなる疎水部を含むもの、例えばポリオキシエチレンノニルフエニルエーテル、ポリオキシエチレンォクチルフエ二ルェ一テル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、親水部としてはポリオキシプロピレンを含むもの、例えばポリオキシプロピレンアルキルエーテルなどが好ましいが、これらに限定されまい。添加する非イオン性界面活性剤の量は、界面活性剤の種類、金属アルコキシドの種類、量にも左右されるが、金属アルコキシド 1 0 gに対し、 1 . 0〜 1 0 . 0 g、好ましくは 1 . 5〜 6 . 0 gである。非イオン性界面活性剤、熱分解性化合物を酸性水溶液に溶かし、それに加水分解性の官能基を有する金属化合物を添加して加水分解反応を行うと、溶媒リツチ相と骨格相とに分離したゲルが生成する。生成物（ゲル）が固化した後、適当な熟成時間を経た後、湿潤状態のゲルを加熱することによって、反応溶液に予め溶解させておいた熱分解性化合物が熱分解し、骨格相の内壁面に接触している溶媒の p Hが上昇する。そして、溶媒がその内壁面を侵食し、内壁面の凸凹状態を変えることによって細孔径を徐々に拡大する。

この際、使用される酸性水溶液としては、通常塩酸、硝酸等の鉱産 0 . 0 0 1規定以上のものが好ましい。加水分解に当っては、かかる溶液を密閉容器に入れ、室温 4 0〜 8 0 °Cで 0 . 5 ~ 5時間保持することにより達成される。加水分解は当初透明な溶液が白濁して有機高分子との相分離を生じ、ついにゲル化する過程を経る。この加水分解過程で有機高分子又はその重合体は分散状態にあり、それらの沈殿は実質的に生じない。

かくしてゲル化したものは、 4 0〜 8 0 °Cに数時間〜数十時間程度放置して熟成した後、水により洗浄して有機高分子を除去し、 8 0 0〜 1 , 0 0 o °c程度で焼成して多孔質ガラスを得る。

この所謂モノリス構造の多孔質カラムは、強固な骨格体である多孔質体ガラスや多孔質セラミックのマクロ細孔中に脆いゾル .ゲル法多孔質体ガラスもしくは多孔質ポリマ一を固定することにより、骨格体全体としては、大変強固な構造を持つことになつた。従って、周囲のシールは従来フィルターなどで利用されるような、テフロンもしくはポリプロビレンなどのリングに強固に嵌め込むことで容易に実施できる。

〔実施例 1〕本発明の一実施例を図 1により説明する。

シリンジ 1は円筒 2とその内円筒 3に摺動自在に設けたプランジャ一 4から構成される。プランジャー 4の頭頂にはハンドル 5が設けられている。円筒 2の先端には二一ドル 6が設けられている。二一ドル 6には多孔質ガラスで形成され、細孔 8 , 8 , …が軸方向に貫通しており、その細孔平均径 1 0 である柱状に形成された多孔質体 7が二一ドル 6内に長さ 4 m mに亘つて充填されている。

シリンジ 1を手動にて操作する手法として図 2により説明する。先ずニードル 6にメ夕ノール等を通液して多孔質体の状態調整を行う。二一ドル 6をサンプル瓶 9に揷通し、サンプルをブランジャー 4操作により吸引する図 2 ( a )。この吸引によりサンプルがニードル 6を通過する際に、多孔質体 7の多孔質ガラスを通過する。この際この通過により対象成分が多孔質の細孔 8 , 8 , …に拡散保持される。吸引は一回に処定量を行ってもよいし、必要であればボンビングを行うことも出来る。又、吸引する毎にサンプル瓶 9がらニードル 6を引出し、ニードル 6を押出して目的成分でないサンプルを追い出した後、再度サンプル瓶 9に揷通し、同様の操作を行うことを繰返してサンプリングすることも出来る。更に、洗浄ガスなどを流してサンプル溶媒を二一ドル 6内から追い出すことも出来る。

次いで、二一ドル 6をサンプル瓶 9から引出し、溶媒瓶 1 0に挿入し、溶媒の吸引を行う図 2 ( b )。この溶媒吸引により、対象成分が細孔 8 , 8， …より脱着されシリンジ 1の円筒 2内又はニードル 6内に収容される。次いで、シリンジ 1をガスクロマトグラフ 1 3に持来し、注入口 1 1より対象成分抽出溶媒をプランジャー 4を押し出すことにより注入し分析を行う図 2 ( c：)。

〔実施例 2〕本発明の次の実施例を図 3により説明する。

この実施例では、実施例 1の溶媒により対象成分を溶出させていたのに対し、溶媒を用いず熱によって試料の離脱を行わせるものである。具体例として、実施例 1 と同様にサンプルを ;^ ジャー操作により吸引する図 3 ( a )。次いで、ガスクロマトグラフ注入口 1 1に通常設置されている加熱機構 1 2を利用する。該注入口 1 1に、前記実施例 1 と同様に多孔質体の細孔 8 , 8 , …に試料を拡散保持したニードル 6を差し込む。シリンジ 1上部或いは途中に設ける供給口からガスを供給し、加熱機構 1 2により二一ドル 6を加熱することにより、物理的に離脱させガスクロマトグラフに導入させる図 3 ( b ) o

〔実施例 3〕本発明の別の実施例を図 4、図 5により説明する。

この実施例では二一ドル 6がシリンジ 1に着脱自在に構成してある。この構成としてはニードル 6を短く構成し、その先端に、ニードル 6への揷着部 6 1を有する細管 6 2を構成し、該細管 6 2内に前記柱状の多孔質体 7を形成させて着脱自在とする構成がある（図 4 )。これは従来から化学反応、免疫反応などのために使用される、先端が絞られているサンプルチップを細管 6 2 として多孔質体を形成する構成とすることも出来る。又、他の例としてシリンジ 1の先端に二一ドル 6を固定する固定部 6 3を形成し、ニードル 6側にも対応する揷通部 6 4を設けた構成がある（図 5 )。

更に、ニードル 6全体を、先端が絞られており、シリンジ円筒への揷通部を備えたサンプルチヅプ 6 5とし、固定部 6 3に挿入して使用することも勿論可能である。

その作動の一例について図 6により説明すると、先ず 2 5 0 // 1シリンジ 1を用い、二一ドル 6或いは細管 6 2を外した状態で農薬を添加した水試料を吸引する図 6 ( a )。次いで該シリンジ 1に内径 2 0 0 z m、長さ 5 0 m m、 Cェ ₈で化学修飾された多孔質体を形成させた二一ドル 6或いは細管 6 2 (以下同じ）を取付ける図 6 ( b )。プランジャー 4 を押し下げて、ニードル 6に通液し、目的成分を細孔 8 , 8 , …に保持させる図 6 ( c )。全てのサンプルを排出後、シリンジ 1の吸引操作を行い多孔質体 7に残った水を除去する。次いで、ニードル 6をシリンジ 1から外す。次いで別の 1 00〃 1シリンジ 1でへキサン：酢酸ェチル = 3 ： 1の溶媒を 2 0 /z l量り取る図 6 (d)。該 1 00〃 1シリンジ 1の先端に先程の目的成分を保持しているニードル 6を取付ける図 6 (e)。該二一ドル 6をガスクロマトグラフの注入口に差し込む。ブランジャー 4を押し下げ、溶媒で目的成分を溶出し、農薬をガスクロマトグラフ 1 3に導入する図 6 ( f )o クロマトグラフ分析条件は下記に示す通りである。

注入口温度： 40°C〜 2 5 0 °C 1秒間に 1 °C昇温（オンカラム注入） GC温度： 40°C ( 1分）〜2 5 0 °C ( 5分） 1分間に 1 5 °C昇温カラム：ジメチルポリシロキサンを化学修飾したキヤビラリ一カラム内径 0. 2 5 mm 長さ 1 5 m 膜厚 0. 2 5 mm 検出器： F P D 200 °C

抽出用固相多孔質体力ラム：内径 0. 2mm 長さ 5 Omm

この試料分析のクロマトグラムを図 7に示す。図中ピーク 1はダイアジノン、 2はィプロベンホス、 3はフヱニトロチオン、 4はイソキサチォン、 5は E PNである。これに対し、 5 %ジフエニル 9 5 %ジメチルポリシロキサンをキヤビラリ一チューブの内表面に化学修飾させたィンチュ一ブを使用し、同様の操作で水中農薬を抽出したクロマトグラムを図 8に示す。分析条件は図 7の場合と同様である。インチューブ法では、平衡に達するまでに時間を要するため、ピークが殆ど確認できないが、本法では短時間で抽出が完了し、分析が可能であることがわかる。

ガスクロマトグラフのサンプリングは、通常オ^"トサンプラーを使用し、自動化が行われている。本発明のシリンジをそのォ一トサンプラーに適用すると、抽出 ·脱着時間が通常の固相抽出より非常に短縮できるため、通常の液体やガス体の直接サンプリングと同様な扱いで自動化が可能となる。又、現行の固相微量抽出自動分析装置は、抽出部位をシリンジに対して 1つしか取付けることが出来ない。そのため抽出部位が劣化した場合や、抽出する化学修飾部の種類や、その厚さを変更したい場合には、手動での交換が必要となる。しかし、多孔質体を形成させたシリンジの二一ドルを着脱可能に為した本発明では、抽出部分のみ自動交換することが可能となり、全体的な自動化が可能となる。

前処理にシリンジ 1を利用する場合の 1つとして、ピペットタイプについて説明する。

シリンジ 1の円筒 2の先に、柱状の多孔質体 7を形成した二一ドル 6 を接続する。本例のような着脱式の二一ドル 6は通常サンプルチップ 6 5 とも呼ばれているものである。図 9に示すサンプルチヅプ 6 5について述べると、テ一パ一状の二一ドル 6の開放端 6 6はシリンジ 1に揷脱自在とし、ニードル 6の先端或は一部に多孔質体 7を充填形成させてあ o

シリンジ 1のハンドル 5を操作してプランジャーを押し下げ、微量試料中に二一ドル 6を揷入し、更に必要に応じ、プランジャーのポンピング動作により、ニードル 6への注入出を繰返す。その後試料を適当な移動相で二一ドル 6の排出口から排出させる。

この簡単な操作により、試料中から目的の成分、時には不純物が固相に吸着分離され、後は溶出移動相を適宜選択することにより、精製することが確実に行える。更には、ニードル 6が着脱式のサンプルチップ 6 5であるため、サンプルチヅプ 6 5のみを順次使い捨てることができ、多数のサンプルを迅速に、汚染なく前処理することが可能である。

臨床診断や遺伝子診断などの分野、又は生化学実験の場においては、大量の液体サンプルを短時間で処理する必要に迫られるため、サンプリングには複数のゥエル（孔）が配置されたマルチウエルプレートを使用することが一般的になっている。又、そのゥエルに格納されたサンプルを吸引 ·吐出するためには前述した着脱可能な使い捨てのチップが用いられる。ゥエルを使うような微量サンプル、大量サンプルの場合にも使い捨てにすることによって、サンプル同士の汚染や、臨床に関する感染を防く、ことができるため、頻繁に用いられるようになってきている。更には、手動ではなく、自動処理装置からの指示によるサンプル前処理が一般化されている。自動処理装置には、サンプリング用のノズルがピぺヅト又はシリンジ本体に設置されている。そのノズルがサンプルチップの配置されているラック上に移動し、使用目的のサンプルチヅプを選んでノズル先端に配置する（第 1 0図）。次に、目的液体サンプルのゥエル上に移動し、吸引や吐出など必要な前処理ピべット操作を自動処理装置の命令によって実行し、操作の終わったサンプルチップは廃棄される。その後は順次対応するサンプル毎に同じ操作を繰り返すことで短時間で大量のサンプルを処理することが可能となる。

又、ノズル部分があらかじめピぺット又はシリンジ本体に複数設置され、' サンプルチップの位置に順次移動せずに 1回の操作ですベてのサンプルチップの前処理を実行することも可能である。サンプルゥエルの数と同数設置しておけば、ゥエル全体の前処理が 1回で完了するためさらに短時間での自動サンプリングが可能となる。

図 1 1、図 1 2により二一ドル 6の多の実施例を説明する。二一ドル 6の外側にステンレススティ一ル等の金属その他の強度を有する材質にて外筒 6 7を形成してニードル 6を保護することが行われる。

これは二一ドル 6を、例えばゥエルプレートのゥエルに揷入する際、被膜を被せてある場合にはこれを突き破ることが可能とするもので、これにより二一ドル 6は確実に保護され破損等の事故を防く、ものである。 (合成法例）

〔実施例 4〕シリンジ内に通常の方法によって、直径 lmmx長さ 2 5mmの 2 zmマクロ細孔を持つ S i 0₂の骨格の骨格体を形成した後、 5 %塩酸水溶液 200 mLに全体を浸し、 1 20 °Cで 8時間還流し活性化する。活性化後にテフロンチューブに入れ、加熱収縮させ、液体を流せる状態にしておく。テトラエトキシシラン 9mL、水 l l mL、メタノール 4mL、ジメチルホルムアミド 4mL、アンモニア水 4mLを 0°C で 10分間減圧撹拌し活性化させる。この液を上記骨格体に 0. 5mL /mi nの流速で 10分間流す。空気層が入り込まないように封入する。全体を 1分間に 2 °Cの昇温スピードで、 60°Cに上げ、 6時間ホールドし、マクロ細孔表面に結合しながらゲル化する。室温に戻し、 0. 0 1 N水酸化ナトリゥム水溶液 1 0 mLを連続して 0. 1 mL/m i nの流速で流し、未反応液を追い出す。封入し、 80°Cで 6時間熟成させ、ミクロ細孔を持つ多孔質体にする。窒素吸着測定法により、表面積 40 0 πι²/^ 細孔径 2 0 nmであることを確認した。室温に戻し、水 5 m L、アセトン 5mL、へキサン 20 mLの順に流速 0. SmLZmi n で洗浄する。ここで、マクロ細孔とミクロ細孔の比が、 0. 1〜20 0 倍であること、マクロ細孔相とミクロ細孔相の容量比が、 0. 1〜2 0 00倍であることは推奨される。

〔実施例 5〕本発明の別の実施例を以下に説明する。

先ず、約 1 00 nm以上の巨大空孔となる溶媒リツチ相をもつゲルをゾル一ゲル法によって作製し、そのバルク状ゲルを粉砕せずに様々な組成を持つ水溶液に浸漬することにより、巨大空孔の内壁が最大 20 nm 程度の狭い細孔分布を持った二重気孔の多孔質体に変化させる。この方法によれば、従来の多孔質体において避け得なかった広い細孔径分布ではなく、所望する中心細孔径と狭い分布を持つ細孔構造を再現性よく与える無機系多孔質体を作ることができる。つまりは巨大空孔と細孔の二種類のポア、ダブルポア構造が実現する。

先ず、水溶性高分子であるポリエチレンォキシド 0 . 7 0 を 0 . 0

0 1規定酢酸水溶液 1 0 gに溶解し、この溶液にテトラメトキシシラン 5 m 1を撹拌下で加えて加水分解反応を行った。数分撹拌した後、得られた透明溶液を密閉容器に移し、 4 0 °Cの恒温槽中に保持したところ、約 4 0分後に固化した。

固化した試料を更に数時間熟成させ、 0 . 1規定アンモニア水溶液中に 4 0 °Cで 1 日毎に溶液を更新しながら 3日間以上浸潰した。このときアンモニア水溶液の p H値は約 1 0であった。この処理の後、ゲルを 6

0 °Cで乾燥し、 1 0 0 °C/ hの昇温速度で 6 0 0 °Cまで加熱した。これによって非晶質シリカよりなる多孔質体を得た。得られた多孔質体中には中心径 1 . 6〃m ( = 1 6 0 0 n m ) 程度の揃った貫通孔が 3次元網目状に絡み合つた構造で存在していることが電子顕微鏡及び水銀圧入測定によって確かめられた。そして、その貫通孔の内壁に直径 1 0 n m程度の細孔が多数存在していることが窒素吸着測定によって確かめられた尚、アンモニア溶液浸潰の温度を 2 5 °C或は 6 0 °Cに変化させた以外は上記と同一条件で多孔質体を製造したところ、貫通孔の空孔分布は変らないが、窒素吸着法によって計られる中心細孔径は夫々、約 6 n m或は 1 3 n mに変化した。

アンモニア溶液浸漬の温度が高いほど大きい細孔径が得られることが判り、温度によってコントロールが可能であることも確認された。

〔実施例 6〕水溶性有機高分子を酸性水溶液に溶かし、それに加水分解性の官能基を有する金属アルコキシド又はそのオリゴマー化合物を添加して加水分解反応を行い、生成物が固化した後、ついで乾燥加熱あるいは溶媒置換を行う。それにより有機高分子相とシリカポリマ一相が絡み合った状態で、解放構造を形成する。

先ず、高分子金属塩であるポリスチレンスルホン酸ナトリウムを、 1 規定硝酸水溶液 5. 5 1 gに溶解して 2 0重量％溶液とした。これにメ夕ノ一ル 5 mlを加え、均一溶液とした後、テトラメトキシシラン 5 m 1を約 1分間かけて滴下し、加水分解反応を行った。数分撹拌した後、得られた透明溶液を密閉容器に移し、 40 °Cの恒温槽中に保持したところ、約 2 0時間後に固化した。固化したサンプルを更に数日熟成させ、 60 °Cで乾燥した後 1 00 °C/hの昇温速度で 5 00 °Cまで加熱した。蒸留水でポリスチレンスルホン酸ナトリゥムの分解生成物を洗浄し、最後に 800 °Cで 2時間熱処理を行った。 5 m程度の揃った細孔が解放構造で存在する多孔質シリ力ガラスが得られた。産業上の利用可能性

本発明の請求項 1によれば、目的とする対象成分を二一ドルを通過させるだけで固相抽出することが出来、極めて簡単な手法にて対象成分の濃縮が出来る。更に試料がニードルを通過する際に、全径に亘り形成される多孔質体の細孔に対象成分が極めて効率的に拡散保持され、濃縮時間の短縮が図れる。又、目的とする対象成分の脱着も溶媒による兌着は溶媒が少なくて済み、加熱による脱着も極めて容易で手間も省ける。更に、試料は一体的な所謂モノリス構造の多孔質体を通るため、キヤビラリーカラム等より試料負荷量が大きく、粒状物質を詰めたカラムより流通抵抗が小さい。実際、内径 0. 3 mmx l 0mm、 3 の008 シリ力ゲルに 2 00〃 L/m i nの速度で通過するのに約 1 0 Mp a以上の圧力がかかるのに対し、同サイズの所謂モノリス構造のカラムを使用した場合、 0. 2Mp aであった。又、 S P M E用ファイバ一と比較して目的成分が分配平衡に対する時間が短縮できる等、時間の大幅な短縮により効率的な分析が出来る。

又、本発明の請求項 2によれば、上記請求項 1の効果に加えてシリンジ対応のォ一トインジェクタ一の使用が容易で装置の自動化が簡単である

又、本発明の請求項 3によれば、上記請求項 1の効果の他に、ニードルを着脱自在にすることにより、試料、対象成分を保持したニードル、シリンジの交換が容易となり、多種及び又は多量の試料、対象成分の処理が極めて円滑に行われ、分析の完全自動化が達成できる。

又、本発明の請求項 4によれば、請求項 1の効果の他に請求項 3と同様の効果を得られる。更に、請求項 5によれば、請求項 4の効果に加えてサンプルチヅプとしてサンプルの簡単な濃縮や精製にも利用できる。請求項 6によれば、サンプルチップは着脱式であり、それのみを順次使い捨てることができ、多数のサンプルを迅速に汚染なく前処理できる。更に請求項 7によれば、ニードルの外側が外筒により保護されているので、マルチウエルプレートのゥエルに被膜がかけられている場合にも簡単にニードルをゥエルに挿通でき、二一ドルの保護ができ、且つ二一ドルのゥエルへの揷通が自動化されるのに有効である。又、請求項 8及び請求項 9によれば、分離モードが単純になり、正確な分離が行われ、分析性能の向上が図れる効果がある。又、請求項 1 0及び請求項 1 1によれば、多孔質体の表面積を増やすことができると共に、骨格体と異なる性質を持たせることが可能であり、様々な性質を持つ広範囲のサンプルに対応することができる。

Claims

請求の範囲

1 . サンプル中の成分を固相抽出する方法であって、円筒と該円筒内を摺動可能なプランジャーとを有するシリンジであり、シリンジ先端には二一ドルが設けられ、該ニ一ドルには所謂モノリス構造の多孔質体を少なくとも適宜の長さ、全径に亘り形成し、二一ドルをサンプルに挿入する工程と、二一ドルにサンプルを通過させ、目的成分を多孔質内に保持させる工程、及び保持した目的成分を多孔質内より離脱させる工程とを含むことを特徴とする固相微量抽出方法。

2 . サンプル中の成分を固相抽出する装置であって、円筒と該円筒内を摺動可能なブランジャーとを有するシリンジであり、シリンジ先端には二一ドルが設けられ、該ニ一ドルには所謂モノリス構造の多孔質体を少なくとも適宜の長さ、全径に亘り形成させてあり、該ニ一ドルにサンプルを通過させる際に、サンプルは多孔質体に保持され、且つ離脱可能に構成することを特徴とする固相微量抽出装置。

3 . サンプル中の成分を固相抽出する方法であって、円筒と該円筒内を摺動可能なブランジャーとを有するシリンジであり、シリンジ先端にはニードルが設けられ、該ニ一ドルには所謂モノリス構造の多孔質体を少なくとも適宜の長さ、全径に亘り形成すると共に、二一ドルの全体或いは少なくとも多孔質体を形成させた部分をシリンジ或いはニードルに着脱自在に設け、該ニ一ドルよりサンプルを通過させる際に、多孔質体を通過させることにより目的成分を多孔質体に保持させたまま着脱自在とさせることを特徴とする固相微量抽出方法。

4 . サンプル中の成分を固相抽出する装置であって、円筒と該円筒内を摺動可能なブランジャーとを有するシリンジであり、シリンジ先端には二一ドルが設けられ、該ニードルには所謂モノリス構造の多孔質体を少なくとも適宜の長さ、全径に亘り形成させてあり、又、二一ドルの全体或いは少なくとも多孔質体を形成させた部分をシリンジ或いはニードルに着脱自在に設けたことを特徴とする固相微量抽出装置。

5 . シリンジ先端もしくはシリンジに設けたニードル固定部に着脱自在に形成した二一ドルであって、該ニ一ドルには所謂モノリス構造の多孔質体を少なくとも内径全径に亘り適宜の長さ形成させたことを特徴とする二一ドル。

6 . 二一ドルがサンプルチップであることを特徴とする請求項 5に記載のニードル。

7 . 二一ドルの外側に外筒を設けたとを特徴とする請求項 5に記載の二一ドル。

8 . 多孔質体がシングルポアであるとを特徴とする請求項 1又は請求項 3に記載の固相微量抽出方法。

9 . 多孔質体がシングルポアであるとを特徴とする請求項 2又は請求項 4に記載の固相微量抽出装置。

1 0 . 多孔質体がダブルポアであるとを特徴とする請求項 1又は請求項 3に記載の固相微量抽出方法。

1 1 . 多孔質体がダブルポアであるとを特徴とする請求項 2又は請求項 4に記載の固相微量抽出装置。