(57)【要約】【課題】キャピラリーカラムの強い強度のシャープなピークや良好なリテンションタイムや高い感度を持つ性質と、表面積が大きくカラムの長さが短くできる充填カラムの性質をあわせもったカラムを実現し、カラムの小型化によりガスクロマトグラフ装置の小型化さらに低消費電力化を同時に実現すること。【解決手段】一枚の基板で形成されたガスクロマトグラフ用カラムであって、前記基板の表面に流路を形成し、この流路にガスを吸収する吸収手段を設けることを特徴とするもの。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一枚の基板で形成されたガスクロマトグラフ用カラムであって、
前記基板の表面に流路を形成し、この流路にガスを吸収する吸収手段を設けることを特徴とするガスクロマトグラフ用カラム。
【請求項２】
前記吸収手段は、多孔質固定相を有することを特徴とする請求項１記載のガスクロマトグラフ用カラム。
【請求項３】
前記吸収手段は、前記流路に離散的に複数設けることを特徴とする請求項１記載のガスクロマトグラフ用カラム。
【請求項４】
前記多孔質固定相は、２種類以上の層を有することを特徴とする請求項２記載のガスクロマトグラフ用カラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスクロマトグラフ用カラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図４は、非特許文献１に記載されている従来のガスクロマトグラフの一例を示す構成説明図であり、気体の成分の測定装置である。図４において、恒温槽１にカラム２を設け、このカラム２にガスボンベ３からヘリウムなどの気体を減圧弁４で調整しながら導入するとともに、試料導入口５から試料を導入し、カラム２を通過する時間の違いから物質を同定するために、カラム２を通過してきた試料を検出器６で分析し、増幅器７を介して、データ処理部８で、分析結果を確認する。
【０００３】
また、カラムは、ガスクロマトグラフの心臓部にあたるもので、キャピラリーカラムと充填（パックド）カラムの２種類がある。充填カラムには、担体に揮発性の少ない液体（固定相液体や液相と称する）を含浸させたものや、活性炭、アルミナ、シリカゲルなどの吸着剤をガラス管や金属管に充填したものを使用する。キャピラリーカラムには、内径0.1〜1mm程度の中空パイプの管内壁に液相を塗布したWCOT型（Wall Coated Open Tubular）、管壁に直径数μmの微粒子のポーラスポリマーやアルミナなどを約5〜20μm程度の層状に担持させたPLOT型（Porous Layer Open Tubular）、粒径数10μmの珪藻土担体に液相を含浸させたものを内壁に数100μmの層状に担持させたSCOT型（Support Coated Open Tubular）がある。また、一般的なカラムのサイズは、充填カラムが内径3mm、長さ2mであり、キャピラリーカラムが内径0.25mm、長さ30m〜60mである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】井原  俊英、他１４名「キャピラリーガスクロマトグラフィー」、朝倉書店、１９９７年７月２０日、p.１−５３
【非特許文献２】Sho Nishiyama、Four another names、”Parylene Stationary Phase for Micro Gas Chromatography Columns”、THE 25TH SENSOR SYMPOSUIUM、2008、p.154〜157
【非特許文献３】T.Nakai、Four another names、”Micro Fabricated Semi-Packed Gas Chromatography Column with Functionalized Parylene as the Stationary Phase”、Twelfth International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences、2008、p.1790〜1792
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、充填カラムは、流路内のカラム充填剤を通り抜ける際に充填剤との相互作用で分離されるため、クロマトグラフィのピークを広げる原因となり、また充填剤を詰める工程が必要であることから、カラムの小型化（細径化や短長化）は困難であるという問題がある。
【０００６】
また、キャピラリーカラムは、流路に障害物がなく、試料が移動相と固定相の間を行き来することで分離されるため、より強い強度のシャープなピークや良好なリテンションタイムや高い感度が得られるが、一方で分離性能を確保するためにカラムの長さが必要となるため小型化は困難であるという問題がある。
【０００７】
上記理由により、充填カラムおよびキャピラリーカラムが大きい場合、温度制御を行う大型の恒温槽が必要となるため装置も大型化してしまい高価格となり、設置場所が限定され、さらに消費電力が大きくなるという問題がある。
【０００８】
そこで、カラムの小型化の事例として、非特許文献２、３にあるように、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を用いて、シリコンチップ上にガスクロマトグラフ装置を実現するマイクロガスクロマトグラフの研究が行われている。
【０００９】
しかし、小型化と分析速度向上を実現するには、カラムの長さが短く、かつ分離効率の高いものが要求されるが、表面積が大きくなる３次元構造の作製が難しいという問題がある。
【００１０】
本発明は、これらの問題点を解決するものであり、その目的は、キャピラリーカラムの強い強度のシャープなピークや良好なリテンションタイムや高い感度を持つ性質と、表面積が大きくカラムの長さが短くできる充填カラムの性質をあわせもったカラムを実現し、カラムの小型化によりガスクロマトグラフ装置の小型化さらに低消費電力化を同時に実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
一枚の基板で形成されたガスクロマトグラフ用カラムであって、
前記基板の表面に流路を形成し、この流路にガスを吸収する吸収手段を設けることを特徴とする。
【００１２】
請求項２は、請求項１記載のガスクロマトグラフ用カラムにおいて、
前記吸収手段は、多孔質固定相を有することを特徴とする。
【００１３】
請求項３は、請求項１記載のガスクロマトグラフ用カラムにおいて、
前記吸収手段は、前記流路に離散的に複数設けることを特徴とする。
【００１４】
請求項４は、請求項２記載のガスクロマトグラフ用カラムにおいて、
前記多孔質固定相は、２種類以上の層を有することを特徴とする。
【００１５】
このように構成することにより、単位長さあたりの内壁面積を増加させることでカラムの長さが短くでき、分離時間も短くなり、また恒温槽のサイズも比例して小さくできるためガスクロマトグラフ装置の小型化、低消費電力化ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に基づく微細流路を形成したカラムの一実施例を示す構成図である。
【図２】図１のガスクロマトグラフ用カラムを作製するプロセスの具体例を断面図により示す構成図である。
【図３】従来のガスクロマトグラフの一例を示す構成説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明のガスクロマトグラフ用カラムの一実施例を示す構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘダッシュ断面図である。
【００１８】
（ａ）、（ｂ）において、基板は１枚のセラミック基板１０で形成されたものであり、その表面には試料およびガスの流路（以下、流路１０ａという）が設けられている。
【００１９】
流路１０ａは、セラミック基板１０の表面に蛇行形に形成されて一端にはガスの導入口１０ｂが設けられるとともに他端にはガスの導出口１０ｃが設けられている。
【００２０】
（ａ）、（ｂ）には、図示されていないが、蛇行形の流路１０ａには、ガスを吸収する吸収手段である複数のマイクロピラー１２が形成されている。
【００２１】
本発明のカラムは、導入口１０ｂからキャリアガスと試料が導入されると、キャリアガスと試料は移動相と固定相をいききしながら微細流路を流れ、試料出口から検出器（図示せず）に接続されている。検出器にキャリアガス中の試料成分が入力されると、試料成分の濃度や質量に比例した信号が出力される。
【００２２】
まず、アルミナと酸化シリコンが混合して焼成されたセラミック基板１０（たとえば、ＬＴＣＣ(Low Temperature Co-fired Ceramic:低温焼成多層セラミックス)基板）においてキャリアガスおよび試料を導入するためのキャリアガスおよび試料の導出入口１０ｂ、１０ｃを形成する。
【００２３】
フォトレジストなどでマスキングされたセラミック基板１０の表面をたとえばフッ酸などでエッチングする。これにより、セラミック基板１０のパイレックス（登録商標）成分のみがエッチングされてアルミナ成分がポーラス状に残るため、カラムとして機能する多孔質１３ａの構造となり、表面に固定相１３ｂが形成されるとともに、溝部よりなる流路１０ａが形成される。また、セラミック基板１０の表面にアルミナが残った多孔質１３ａの構造で、表面に固定相１３ｂが形成される構造をマイクロピラー１２という。
【００２４】
図２は、ガスクロマトグラフ用カラムを作製するプロセスの具体例を断面図により示す構成図であり、（ａ）は拡大構造図、（ｂ）は（ａ）のＹ−Ｙダッシュ断面図、（ｃ）は（ｂ）の多孔質固定相１３の拡大図である。
【００２５】
アルミナと酸化シリコンが混合して焼成されたセラミック基板１０にMEMS技術などで流路１０ａの内部にマイクロピラー１２を有する微細流路が形成されている。
【００２６】
このマイクロピラー１２とは、セラミック基板１０の表面、つまりガスの流路１０ａとなる表面に多孔質固定相１３が形成されているものをいう。また、多孔質固定相１３とは２種類以上の層を有し、つまりセラミック基板１０の表面に多孔質１３ａが形成され、さらにこの多孔質１３ａの表面に固定相１３ｂが形成されているものをいう。
【００２７】
また、図２（ａ）、（ｂ）より、流路１０ａにおいて、多孔質固定相１３が等間隔に複数設けられている。
【００２８】
固定相１３ｂは、導入口１０ｂから導入される試料の成分によって分離性能が高いポリマー薄膜や揮発性の少ない液体（たとえば、固定相液体や液相）などを担持する。また、固定相１３ｂは、ポリマーなどの固体であれば、CVD（Chemical Vapor Deposition：化学蒸着）法などを用いて多孔質１３ａの孔内部をコンフォーマルに薄膜を形成する。コンフォーマルとは形状適応性という意味であり、図２（ｃ）に示すように、セラミック基板１０の表面に多孔質１３ａを形成し、さらにこの多孔質１３ａの上面に固定相１３ｂを隙間なく形成する。
【００２９】
揮発性の少ない液体は流路１０ａに塗布および含浸してから他のセラミック基板１０を熱圧着などで接合することで作製でき、揮発性の少ない液体は他のセラミック基板１０を熱圧着などで接合した後から導入口１０ｂから流し入れて含浸して作製することもできる。
【００３０】
また、一般のキャピラリーカラムの移動相と固定相１３ｂの行き来は内壁面積に相関を持っているが、本発明のセラミック基板１０に形成する微細流路にマイクロピラー１２を構成した構造により、単位長さあたりの内壁面積が増加すればカラムの長さを短くできる。たとえば、内径0.25mm、長さ30m〜60mのキャピラリーカラムに対して、単位長さあたりの内壁面積が10倍になれば、長さ3〜6m程度で長さ30m〜60mのキャピラリーカラムと同等な分離性能のキャピラリーカラムが実現できる。また、流路幅が200μmであれば、50mm×50mm程度のセラミック基板１０に集積化することもできる。
【００３１】
また、セラミック基板１０に微細流路を形成し、多孔質固定相１３を設けることにより、キャピラリーカラムの強い強度のシャープなピークや良好なリテンションタイムや高い感度を持つ性質と、表面積が大きくカラム長が短くできる充填カラムの性質をあわせもったカラムを実現できるとともに、ガスクロマトグラフの小型化も実現できる。
【００３２】
そして、カラムの流路１０ａの長さが短くできることにより、分離時間を短くできる。
【００３３】
従来の充填カラムやキャピラリーカラムを巻いたサイズと比較すると、本発明によりカラムのサイズが1/10以下のサイズに小型化できるため、恒温槽のサイズも比例して小さくでき、ガスクロマトグラフ装置の小型化および低消費電力化が実現できる。
【００３４】
さらに、上述のカラムの基板に導出入口１０ｂ、１０ｃおよび検出器などガスクロマトグラフの基本要素を作製したマイクロガスクロマトグラフチップを実現できる。
【００３５】
なお、本発明のカラムは小型化を実現できるため、試料の成分によってカラムの固定相１３ｂの物質を変えたカラムを並列接続することにより、分離性能をさらに向上できる。
【００３６】
なお、流路１０ａを形成したセラミック基板１０と接合する材料は、セラミック基板１０以外の材料、たとえばシリコン基板でもよい。
【００３７】
なお、本発明のカラムが形成される基板に導出入口１０ｂ、１０ｃおよび検出器などガスクロマトグラフ装置の基本要素を作製してもよい。
【００３８】
なお、多孔質固定相１３は、流路１０ａに離散的に設けられる一例として、等間隔に複数設けられてもよい。
【００３９】
以上説明したように、本発明によれば、単位長さあたりの内壁面積を増加させることでカラムの長さが短くでき、分離時間も短くなり、また恒温槽のサイズも比例して小さくできるためガスクロマトグラフ装置の小型化、低消費電力化ができるカラムを実現できる。
【符号の説明】
【００４０】
１０  セラミック基板
１０ａ  流路
１０ｂ  導入口
１０ｃ  導出口
１２  マイクロピラー
１３  多孔質固定相
１３ａ  多孔質
１３ｂ  固定相
【図１】
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【図２】
2010266331.tif 000004
【図３】
2010266331.tif 000005