(57)【要約】【課題】  簡便な方法で、効率よく溶媒等の揮発性物質を気化・除去することを可能とした揮発性物質留去用栓、そのような揮発性物質留去用栓を用いる揮発性物質留去用容器及びそのような揮発性物質留去用容器を用いる揮発性物質留去装置を提供する。【解決手段】  揮発性物質留去用容器１は、前記揮発性物質を含む溶液が収容される容器２と、容器２の開口を閉じる揮発性物質留去用栓３と、を有する。同栓３には、気化した揮発性物質が排出される貫通孔３ａが開けられている。さらに、栓３の上縁にガス導入口３ｂが設けられるとともに下縁にガス排出口３ｃが設けられ、栓３の側面に、ガス導入口３ｂとガス排出口３ｃとの間を結ぶ溝３ｄが形成されている。管２内を減圧すると、外部のガスが溝３ｄを通ってガス排出口３ｃから管２内に高速で吹き込まれ、管２の内壁に当たりながら、遠心力によって管の内壁に沿って螺旋状に回転する。これにより、揮発性物質が気流によって巻き上げられて撹拌され、その表面積が多くなり揮発性物質の気化が促進される。
2008078765.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
揮発性物質留去用容器の開口を閉じる揮発性物質留去用栓であって、
該栓に、排気用の貫通孔が開けられており、
該栓の上縁に容器内へのガス導入口が設けられるとともに、下縁に導入されたガスを容器内の溶液と接触させるためのガス排出口が設けられ、該栓の側面に、前記ガス導入口とガス排出口との間を結ぶ溝が形成されていることを特徴とする揮発性物質留去用栓。
【請求項２】
前記溝の、水平面に対する角度が１０〜４５°であることを特徴とする請求項１記載の揮発性物質留去用栓。
【請求項３】
前記溝の断面積が、栓の断面積の０．４〜１０％であることを特徴とする請求項１又は２記載の揮発性物質留去用栓。
【請求項４】
前記溝が、栓の側面に沿って螺旋状に形成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の揮発性物質留去用栓。
【請求項５】
試料溶液から揮発性物質を留去させるために使用される揮発性物質留去用容器であって、
前記揮発性物質を含む溶液が収容される容器と、
該容器の開口を閉じる揮発性物質留去用栓と、を有し、
該栓に、気化 した揮発性物質が排出される貫通孔が開けられており、
該栓の上縁に容器内へのガス導入口が設けられるとともに、下縁に導入されたガスを容器内の溶液と接触させるためのガス排出口が設けられ、該栓の側面に、前記ガス導入口とガス排出口との間を結ぶ溝が形成されていることを特徴とする揮発性物質留去用容器。
【請求項６】
前記溝の、水平面に対する角度が１０〜４５°であることを特徴とする請求項５記載の揮発性物質留去用容器。
【請求項７】
前記溝の断面積が、栓の断面積の０．４〜１０％であることを特徴とする請求項５又は６記載の揮発性物質留去用容器。
【請求項８】
前記溝が、栓の側面に沿って螺旋状に形成される、請求項５〜７のいずれか１項に記載の揮発性物質留去用容器。
【請求項９】
試料溶液から揮発性物質を留去させる揮発性物質留去装置であって、
前記試料溶液を収容する１以上の揮発性物質留去用容器と、
該揮発性物質留去用容器内を減圧する減圧手段と、
を具備し、
前記揮発性物質留去用容器が、
前記試料溶液が収容される容器と、
該容器の開口を閉じる揮発性物質留去用栓と、を有し、
該栓に、気化した揮発性物質が排出される貫通孔が開けられており、
該栓の上縁に容器内へのガス導入口が設けられるとともに、下縁に導入されたガスを容器内の溶液と接触させるためのガス排出口が設けられ、該栓の側面に、前記ガス導入口とガス排出口との間を結ぶ溝が形成されていることを特徴とする揮発性物質留去用 装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料溶液を撹拌して、同溶液中の揮発性物質を留去（気化・除去）させるために使用される揮発性物質留去用栓、この揮発性物質留去用栓を装着した揮発性物質留去用容器及びこの揮発性物質留去用容器を使用した揮発性物質留去装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
試験管内の試料溶液中の溶媒を気化・除去させる装置として、近年、ガスを吹き付けて、あるいは、管内を減圧して溶媒等の揮発性物質を気化し、吹きつけガスと共に気体に同伴・除去させるタイプ（ガス吹き付け式）の溶媒気化装置が提案されている。このタイプの溶媒気化装置は、ロータリーエバポレータによる溶媒の気化除去に比較して、一度に多数のサンプルを処理でき、また、従来の遠心濃縮器と比較した場合には、比較的短時間で処理できるとともに、試料数が少ない場合にも適用できるという利点を有する。【０００３】
このガス吹き付け式、あるいは、減圧式の溶媒気化・除去装置においては、試料溶液を活発に撹拌して、同液の表面積を増大させ蒸発を促進させるために、ガス吹き付けや減圧手法を工夫した試験管を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。特許文献１に記載の試験管は、試験管の蓋を貫通するガス供給導管を備え、同ガス供給導管の内壁に向けられた構造を有している。これにより、容器内に導入されたガスは内壁に当たって渦巻状となって液面に当たり、溶液を撹拌する。特許文献２に記載のものも、蓋体を貫通する気流供給孔を備え、同気流供給孔が試験管内壁に斜めに衝突するように形成されている。【０００４】
【特許文献１】特表昭６３−５０２６４６号公報
【特許文献２】実開昭６０−１１０５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１及び特許文献２に記載された方法によっても、溶媒留去用容器内の溶媒を留去させることは可能であるが、溶液を活発かつ効率的に撹拌し、気体に対する液体の接触面積を増大させるには不十分であり、必ずしも容易に効率よく溶媒を留去できるものではなかった。
本発明は、簡便な方法で、効率よく溶媒等の揮発性物質を気化・除去することを可能とした揮発性物質留去用栓、そのような揮発性物質留去用栓を用いる揮発性物質留去用容器及びそのような揮発性物質留去用容器を用いる溶媒留去装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明者らは鋭意検討した結果、特定の溝を有する溶媒留去用栓、該栓を用いた揮発性物質留去用容器が上記目的を達成し得るという知見を得た。
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、揮発性物質留去用容器の開口を閉じる揮発性物質留去用栓であって、該栓に、排気用の貫通孔が開けられており、該栓の上縁に容器内へのガス導入口が設けられるとともに、下縁に導入されたガスを容器内の溶液と接触させるためのガス排出口が設けられ、該栓の側面に、前記ガス導入口とガス排出口との間を結ぶ溝が形成されていることを特徴とする揮発性物質留去用栓を提供するものである。【０００７】
また、本発明は、試料溶液から揮発性物質を留去させるために使用される揮発性物質留去用容器であって、前記揮発性物質を含む溶液が収容される容器と、該容器の開口を閉じる揮発性物質留去用栓と、を有し、該栓に、気化 した揮発性物質が排出される貫通孔が開けられており、該栓の上縁に容器内へのガス導入口が設けられるとともに、下縁に導入されたガスを容器内の溶液と接触させるためのガス排出口が設けられ、該栓の側面に、前記ガス導入口とガス排出口との間を結ぶ溝が形成されていることを特徴とする揮発性物質留去用容器を提供する。【０００８】
また、本発明は、試料溶液から揮発性物質を留去させる揮発性物質留去装置であって、前記試料溶液を収容する１以上の揮発性物質留去用容器と、該揮発性物質留去用容器内を減圧する減圧手段と、を具備し、前記揮発性物質留去用容器が、前記試料溶液が収容される容器と、該容器の開口を閉じる揮発性物質留去用栓と、を有し、該栓に、気化した揮発性物質が排出される貫通孔が開けられており、該栓の上縁に容器内へのガス導入口が設けられるとともに、下縁に導入されたガスを容器内の溶液と接触させるためのガス排出口が設けられ、該栓の側面に、前記ガス導入口とガス排出口との間を結ぶ溝が形成されていることを特徴とする揮発性物質留去用装置を提供する。【０００９】
本発明の揮発性物質留去用栓は揮発性物質留去用容器を閉じるために用いられ、本発明の揮発性物質留去用容器を作製することができる。【００１０】
本発明においては、揮発性物質留去用栓の前記溝の、水平面に対する角度は、特に限定されることはないが、好ましくは１０〜４５°である。角度が１０〜４５°であると、溶液の撹拌を効率よく行うことができ、揮発性物質を効率よく留去することができる。溝の角度は、より好ましくは１５〜２５°である。溝の角度を上記範囲とすることにより、揮発性物質の除去効率が向上する。【００１１】
なお、本発明の揮発性物質留去容器又は揮発性物質留去装置を用いて留去することのできる揮発性物質としては、通常の有機化学（有機合成や精製）の実験に用いられる溶媒や、蒸気圧を有する固体物質等を意味するものである。溶媒としては、特に限定されることはないが、一定の温度条件（室温や加温状態）において蒸気圧を有するものであればよく、例えば、メタノール、酢酸エチル、水、エタノール、プロパノール、ブタノール、アセトン、メチルエチルケトン、アセトニトリル、酢酸、ヘキサン、ジエチルエーテル、クロロホルム、塩化メチレン等の溶媒が挙げられる。また、特定の温度において蒸気圧を有する固体であっても、本発明の揮発性物質留去容器又は揮発性物質留去装置を用いて留去することができる。具体的には、一定の温度範囲において昇華するような固体化合物が挙げられ、例えば、塩化アルミニウム等の金属ハロゲン化物が挙げられる。【００１２】
本発明の揮発性物質留去用容器は、試料溶液から揮発性物質を留去させるために使用される揮発性物質留去用容器であって、前記試料溶液が収容される容器と、該容器の開口を閉じる揮発性物質留去用栓と、を有し、該栓に、気化 した揮発性物質が排出される貫通孔が開けられており、該栓の上縁に容器内へのガス導入口が設けられるとともに、下縁に導入されたガスを容器内の溶液と接触させるためのガス排出口が設けられ、該栓の側面に、前記ガス導入口とガス排出口との間を結ぶ溝が形成されている。すなわち、本発明の揮発性物質留去用容器は、開口を閉じる栓として、上述した本発明の揮発性物質留去用栓を用いている。
本発明の揮発性物質留去用容器を用いることにより、容器内を減圧すると、外部のガスが溝を通ってガス排出口から揮発性物質留去用容器内に高速で吹き込まれ、かつ上記栓に設けられた溝を通過することから、回転をうけて導入され、遠心力によって容器の内壁に沿って螺旋状に回転する。これにより、試料溶液が気流によって巻き上げられ、かつ回転力を与えられて撹拌され、その表面積（揮発性物質から気体が蒸発する蒸発面積）が増大し、溶媒等の揮発性物質の気化が促進される。【００１３】
本発明の溶媒留去装置は、試料溶液から揮発性物質を留去させる揮発性物質留去装置であって、前記試料溶液を収容する１以上の揮発性物質留去用容器と、該揮発性物質留去用容器内を減圧する減圧手段と、を具備し、前記揮発性物質留去用容器が、前記試料溶液が収容される容器と、該容器の開口を閉じる揮発性物質留去用栓と、を有し、該栓に、気化した揮発性物質が排出される貫通孔が開けられており、該栓の上縁に容器内へのガス導入口が設けられるとともに、下縁に導入されたガスを容器内の溶液と接触させるためのガス排出口が設けられ、該栓の側面に、前記ガス導入口とガス排出口との間を結ぶ溝が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の揮発性物質留去用栓によれば、試料溶液に、留去用のガスを吹き付け、気化した揮発性物質を強制排気することを、同一の容器内で行うことができる。その結果、沸点が高く、留去しにくい揮発性物質であっても、本発明の揮発性物質留去用栓を使用した揮発性物質留去用容器によれば、従来の揮発性物質留去のための試験管等に比べ、迅速に揮発性物質を留去することができる。
本発明の揮発性物質留去用容器によれば、減圧手段により容器内を減圧すると、外部のガスが揮発性物質留去用容器内に前記溝を経由して回転しながら、高速で吹き込まれて、遠心力によって容器の内壁に沿って螺旋状に回転して高速の回転流が発生する。この回転流により揮発性物質が高効率で撹拌されてその表面積（蒸発面積）が増大するので、揮発性物質の気化が促進され、比較的短時間で揮発性物質を留去させることができる。【００１５】
また、本発明の揮発性物質留去用容器を用いることにより、試料溶液を活発かつ高効率に撹拌することができ、温度をそれほど上昇させず、低温で揮発性物質を留去することができるため、試料化合物を分解することなく、揮発性物質の留去を効率よく行なうことができる。
本発明の揮発性物質留去装置は、１個の減圧手段で多数の揮発性物質留去用容器内を減圧することができるので、一度に多数の試料を処理することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る揮発性物質留去用栓及び揮発性物質留去用容器を説明する図であり、図１（Ａ）は揮発性物質留去用容器の正面図、図１（Ｂ）は揮発性物質留去用栓（なお、本明細書において、単に「栓」ともいう）の斜視図、図１（Ｃ）は栓の正面図である。
揮発性物質留去用容器１は、試料溶液が収容される容器２と、同容器２の開口を閉じる揮発性物質留去用栓３と、を有する。
【００１７】
まず、本発明の揮発性物質留去用栓について図１（Ｂ）及び（Ｃ）を参照しつつ説明する。同栓３を製造するための素材としては特に限定されないが、例えば、シリコンゴム等が挙げられる。同栓３の中心には、気化した揮発性物質が排出される貫通孔３ａが開けられている。さらに、同栓３の上縁にガスの導入口３ｂが形成されており、下縁にはガス排出口３ｃが形成されている。そして、同栓３の側面には、ガス導入口３ｂとガス排出口３ｃとの間を結ぶ溝３ｄが形成されている。この溝３ｄの、水平面に対する角度θ（図１（Ｃ）参照）は、１０〜４５°、特には、１５〜２５°であることが好ましい。
【００１８】
揮発性物質留去用栓３の大きさについて特に制限はないが、揮発性物質留去用容器の大きさに合わせて製造することができる。図１（Ｂ）及び（Ｃ）においては、上部が底部よりも大きく作製されているが、これは、使い勝手をよくするためのものであり、この形態に限定されない。上部及び底部が同じ大きさ、すなわち、円柱状の形態であってもよい。
【００１９】
また、溝３ｄの深さや幅は、栓３の寸法によって適宜調整することができるが、好ましい実施態様については以下の通りである。
本発明においては、揮発性物質留去用栓の前記溝の断面積は、栓の断面積の０．４〜１０％であることが好ましく、１．６〜３．５％であることが更に好ましい。溝の断面積が栓の断面積の０．４％未満であると、溝から吹き込まれるガスが容器の底まで入り、吹き上げられた試料のあがりが、容器の上部にまで達してしまい、ポンプに入ってしまう場合があり、一方、溝の断面積が栓の断面積の１０％を超えると、溝から吹き込まれるガスが試料溶液の上部にのみあたり、試料溶液の上部のみが撹拌されることとなり、揮発性物質の気化を促進する効果が十分でなくなる場合がある。
また、本発明の揮発性物質留去用栓を用いて揮発性物質を留去する場合、後述するように、揮発性物質留去用容器の内部をポンプを用いて減圧することができる。
【００２０】
容器を上述した栓３で閉じて用いることにより、本発明の揮発性物質留去用容器となる。容器２の開口をこの栓３で閉じると、溝３ｄと容器２の内面との間に、外部と容器２の内部を連通する空間（ガス導入孔）が形成される。
【００２１】
次に、この揮発性物質留去用容器１における揮発性物質気化作用について説明する。  図２は、図１で示す揮発性物質留去用容器内の気流の状態を説明する図であり、図２（Ａ）は側面図、図２（Ｂ）は平面図である。
容器２内を減圧する際は、例えば、栓３の貫通孔３ａをポンプの吸引側に接続する。ポンプを稼動すると、容器２内のガスが引かれ、容器内が減圧される。すると、栓３のガス導入口３ｂから外部のガスが取り込まれる。このガスは、溝３ｄ（ガス導入口）を通ってガス排出口３ｃから容器２内に高速で吹き込まれる。ガス排出口３ｃから吹き込まれたガスは、図２に示すように、容器２の内壁に当たりながら、遠心力によって容器２の内壁に沿って螺旋状に回転すると考えられる。または、螺旋状の流れでなく、不均一な乱流が起こることもある。容器２内でこのような気流が起こると、試料溶液が気流によって巻き上げられて撹拌され、その表面積が多くなり揮発性物質の気化が活発になる。気化した揮発性物質は、栓３の貫通孔３ａから排出される。
【００２２】
次に、本発明の揮発性物質留去装置について図３を参照しつつ説明する。
図３は、本発明の実施の形態に係る揮発性物質留去装置の構成を模式的に説明する図である。
この揮発性物質留去装置１０は、試料溶液が収容される複数の揮発性物質留去用容器１と、これらの揮発性物質留去用容器１の内部を減圧するポンプ１１を備える。ポンプ１１の吸引側には主配管１２が接続しており、この主配管１２の途中には、各揮発性物質留去用容器１に延びる配管１３が分岐している。分岐した各配管１３は、揮発性物質留去用容器１の栓３の貫通孔３ａに通されている。各揮発性物質留去用容器１は、水（室温）が貯留された水槽１４内に支持されている。
ポンプ１１の下流には、トラップ１５が設けられている。
【００２３】
図３に示す揮発性物質留去装置の動作について説明する。ポンプ１１を稼動すると、各揮発性物質留去用容器１の内部の空気が、各分岐配管１３及び主配管１２を通って引かれ、揮発性物質留去用容器１内が減圧される。すると、前述のように、栓３のガス導入口３ｂから外部のガスが取り込まれ、溝３ｄを通ってガス排出口３ｃから揮発性物質留去用容器１内に高速で吹き込まれ、遠心力によって容器の内壁に沿って螺旋状に回転したり、不均一に流れて、試料溶液が巻き上げられて撹拌される。こうして揮発性物質が活発に気化し、気化した揮発性物質は、栓３の貫通孔３ａを通る分岐配管１３と主配管１２を通ってトラップ１５で補足される。
【００２４】
図３に示す例では、各揮発性物質留去用容器１を水槽１４内に支持したが、必ずしも水槽１４内に支持する必要はない。図３に示す例においては、水槽１４内の水は室温でよい。なお、水槽１４内の水を加温することもできる。この場合、蒸発し難い揮発性物質を用いている場合には、揮発性物質の気化を促進する効果がある。なお、加温温度は、通常は２０〜６０℃であり、好ましくは３０〜４０℃である。この範囲の温度であれば、試料溶液中の化合物を分解することなく揮発性物質の留去を行うことができる。
【００２５】
また、酸化しやすい試料溶液の場合は、栓３のガス導入口３ｂに、例えば、不活性ガス（例えば、窒素ガス、アルゴンガス）源から延びる配管を接続してもよい。これにより、不活性ガスが前述と同様に容器２内に送り込まれ、試料溶液が不活性ガスの気流で撹拌される。また、図３に示す装置を、不活性ガス雰囲気下に配置して操作を行うことも可能である。すなわち、不活性ガスの充満したチャンバー内に、図３に示す装置を導入して用いることもできる。
【実施例】
【００２６】
図２の揮発性物質留去装置を使用して、以下の条件下で揮発性物質の留去度合いを測定した。
容器２：ファルコンチューブ（容量１５ミリリットル）中にＭｅＯＨ（５ミリリットル）を入れ、水槽１４内の水温を３２℃に維持しながら、２分間ポンプ（VACCUUBRAND社製
、ＭＺ−２ｃ）により吸引（流量：３３〜３５Ｌ／分）を行い、ポンプを止めた後、ファルコンチューブ中に残留するＭｅＯＨ量を測定した。５なお、栓３の溝３ｄの角度θ：１０°、２０°、３０°、４５°、６０°とし、溝の太さ及び深さは１．５ｍｍとした。なお、栓の太さは底部分が直径１６ｍｍであり、上部の直径は１６ｍｍのものを用い、溝の深さ及び太さは１．５ｍｍとした。従って、溝の断面積は、栓の断面積の１．１％となる。
実験結果を表１及び図４に示す。【００２７】
【表１】
2008078765.tif 000003
【００２８】
図４は、容器内の揮発性物質の残容量を示すグラフである。横軸が溝の角度θ、縦軸が残容量を示す。
図４及び表４に示すように、溝３ｄの角度が１０°、３０°、４５°のものは、残容量が３．０ミリリットルであり、溝３ｄの角度が２０°のものは、残容量が２．８ミリリットルであった。溝３ｄの角度が６０°のものは、乱流が起こった。【００２９】
以上の結果から、溝３ｄの角度が１０〜４５°の栓を使用することにより、４０％から６０％程度の揮発性物質が気化したことがわかる。【００３０】
実施例２
図２の揮発性物質留去装置を用いて、栓３の断面積及び排気流量を変化させた場合の残存溶媒量を測定した。栓３の表面に螺旋状に形成された溝の断面は、深さ・幅を規定した四角形とし、溝の角度は２０°とした。測定条件を以下に示す。
留去用試験管：  １５ｍｌ  ＢＤファルコンチューブ（遠心分離用、日本ベクトン・ディッキンソン（株）製）
排気ポンプ：    ＶＤＥ０５３０  ＭＤ４Ｃ（Vacuubrand社製）
溶媒：          メタノール
初期溶媒量：    ５ｍｌ
湯浴温度：      ３２℃
気化時間：      ２分
流量計：        P-062-A1000-Lo（東京計装株式会社製）【００３１】
上記条件で、試験管内メタノールを気化し、残存するメタノール量を測定した。なお、排気流量は流量計で調整を行った。その際、試験管内で螺旋状に液面上部に巻き上がる溶媒高さが、最大で試験管の目盛りで１２ｍｌを示す位置までになるように調整した。また、栓３の溝の深さ、幅による制限で、流量が最大で３０Ｌ／分にならない場合は、その栓での最大流量測定を行った。結果を表２に示す。【００３２】
【表２】
2008078765.tif 000004
【００３３】
試料３と試料６との対比、試料６と試料７との対比から明らかなように、栓の断面積に対する溝の断面積の割合が同一の場合であっても、深さより幅が大きい場合に、より効率的に溶媒を気化できることがわかる。このことより、吹きつけガスを壁に沿って流れるようにし、吹きつけガスに回転力を与えることで、より効率的に溶媒の気化を行うことが可能であることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態に係る揮発性物質留去用容器を説明する図であり、図１（Ａ）は揮発性物質留去用容器の正面図、図１（Ｂ）は栓の斜視図、図１（Ｃ）は栓の正面図である。
【図２】図１の揮発性物質留去用容器内の気流の状態を説明する図であり、図２（Ａ）は側面図、図２（Ｂ）は平面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る揮発性物質留去装置の構成を模式的に説明する図である。
【図４】容器内の揮発性物質の残容量を示すグラフである。横軸が溝の角度θ、縦軸が残容量を示す。
【符号の説明】
【００３５】
１  揮発性物質留去用容器
２  容器
３  揮発性物質留去用栓
１０  揮発性物質留去装置
１１  ポンプ
１２  主配管
１３  分岐配管
１４  水槽
１５  トラップ
【図１】
2008078765.tif 000005
【図２】
2008078765.tif 000006
【図３】
2008078765.tif 000007
【図４】
2008078765.tif 000008
【国際調査報告】
2008078765.tif 000009
2008078765.tif 000010
2008078765.tif 000011
2008078765.tif 000012