(57)【要約】【課題】  本発明の目的は背圧制御弁出口の配管からガスとともに噴霧される溶液を効率よく捕集するための捕集物採取用ノズルを提供することにある。【解決手段】  超臨界流体クロマトグラフまたは抽出装置の背圧制御手段の下流側の配管端部に装着され、該配管によって供給される流体から液体部分を捕集するために使用される捕集物採取用ノズル。このノズル１０は、所定容積の空間を囲むノズル本体１２と、前記配管の下流側端部をノズル本体内に挿入して固定するための配管孔１８と、前記配管から供給される流体の液体部分をノズル本体外部へ排出する開口部１４と、開口部の上流側近傍に設けられたフィルタ部１６と、前記配管から供給される流体の気体部分を所定の速度で排気してノズル本体内の圧力を調整するため、前記フィルタ部に対して上流側に設けられた排気口２０とを備える。【選択図】      図２
2006136838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超臨界流体クロマトグラフまたは超臨界流体抽出装置の背圧制御手段の下流側の配管端部に装着され、該配管によって供給される流体から液体部分を、捕集容器に捕集するために使用される捕集物採取用ノズルにおいて、
所定容積の空間を囲むノズル本体と、
前記配管の下流側端部をノズル本体内に挿入して固定するため、前記ノズル本体に設けられた配管孔と、
前記ノズル本体に設けられ、前記配管から供給される流体の液体部分をノズル本体外部へ排出するため、前記配管孔の下流側に位置する開口部と、
前記開口部の上流側のノズル本体内に配置されるフィルタ部と、
前記ノズル本体に設けられ、前記配管から供給される流体の気体部分を所定の速度で排気して、前記フィルタ部およびフィルタ部の上流側のノズル本体によって囲まれる空間内の圧力を調整するため、前記フィルタ部に対して上流側に位置する排気口と、
を備え、
ノズルの装着時には、前記配管の下流側端部が前記配管孔から差し込まれ、該配管の下流側端面が前記フィルタ部に略密着するように固定され、
前記配管から排出される流体が前記フィルタ部に噴霧され、その気体部分により前記フィルタ部およびフィルタ部の上流側のノズル本体によって囲まれる空間が加圧状態となり、液体部分はフィルタ部を通して前記開口部から排出されることを特徴とする捕集物採取用ノズル。
【請求項２】
超臨界流体クロマトグラフまたは超臨界流体抽出装置の背圧制御手段の下流側の配管端部に装着され、該配管によって供給される流体から液体部分を、捕集容器に捕集するために使用される捕集物採取用ノズルにおいて、
所定容積の空間を囲むノズル本体と、
前記配管の下流側端部に接続され、該配管によって供給される流体を前記ノズル本体内に導入するため、前記ノズル本体に設けられた導入管と、
前記ノズル本体に設けられ、前記導入管から供給される流体の液体部分をノズル本体外部へ排出するため、前記導入管の下流側に位置する開口部と、
前記開口部の上流側に配置され、前記導入管の下流側端面に略密着するようノズル本体内に配置されるフィルタ部と、
前記ノズル本体に設けられ、前記導入管から供給される流体の気体部分を所定の速度で排気して、前記フィルタ部およびフィルタ部の上流側のノズル本体によって囲まれる空間内の圧力を調整するため、前記フィルタ部に対して上流側に位置する排気口と、
を備え、
ノズルの装着時には、前記配管の下流側端部と前記導入管の上流側端部が接続され、
前記配管からの流体が前記導入管を通って、前記フィルタ部に噴霧され、その気体部分により前記フィルタ部およびフィルタ部の上流側のノズル本体によって囲まれる空間が加圧状態となり、液体部分はフィルタ部を通して前記開口部から排出されることを特徴とする捕集物採取用ノズル。
【請求項３】
請求項１または２に記載の捕集物採取用ノズルにおいて、
前記フィルタ部は、多孔質の物質、繊維を編んだフィルタ、もしくは粉末状の物質であることを特徴とする捕集物採取用ノズル。
【請求項４】
請求項３に記載の捕集物採取用ノズルにおいて、
前記フィルタ部は、多孔質の焼結金属、グラスウール、微細な球状金属、ポリマーやシリカゲルの粉末、の一群から選択されたものであることを特徴とする捕集物採取用ノズル。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の捕集物採取用ノズルにおいて、
前記排気口に、気体の排気量を調整するための排気量調整部を設けたことを特徴とする捕集物採取用ノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超臨界流体クロマトグラフや超臨界流体抽出装置の背圧制御手段の下流の配管に接続され、該配管から供給される流体から液体部分を捕集容器に捕集するために用いる捕集物採取用ノズル、特にその液体捕集機構の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
超臨界流体クロマトグラフィー（ＳＦＣ）や超臨界流体抽出法（ＳＦＥ）は、種々の物質の分離精製法、分離分析法として利用されている（例えば、特許文献１を参照）。特に超臨界二酸化炭素を用いた方法は、高い抽出効率と精製後の後処理が溶媒抽出法などと比較して容易にできる利点を有している。同時に、低コスト、無毒性、有害な有機溶媒よりも環境に優しい媒体として注目を集めており、分取液体クロマトグラフィーの換わりとしても広い分野で利用されていくことが予想される。
【特許文献１】特開平２−１９４８０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
超臨界流体は、臨界温度、臨界圧力以上の状態の環境下で利用するため、カラム（ＳＦＣの場合）や抽出容器（ＳＦＥの場合）の下流側に背圧制御弁を使用している。この背圧制御弁の出口側では、加圧している状態から大気圧へ開放しているため、圧縮されていた液化二酸化炭素、または超臨界二酸化炭素はガスとなる。そのため背圧制御弁の出口側の配管からは、エントレーナー（モディファイヤ）として超臨界二酸化炭素の助溶媒として使用している液体が、抽出・分離した試料とともに、飛散した状態で飛び出してしまう。このような状況では、フラクションを捕集する容器間でのコンタミネーションが生じるおそれがある。さらに溶液状態での飛散からミストが発生し、抽出した成分が操作する人の健康へ影響を与えることも考えられる。
【０００４】
このため、従来は次のような方法を採用し分取していた。
（１）背圧制御弁の出口側にもう一つ密閉計の空間を設け、その中に分取容器を配置し、空間の下流側にさらに背圧をかけるバルブを接続し、加圧下状態とすることにより、飛散を防ぐ方法。
（２）複数のフラクションを捕集する場合、背圧制御弁の出口側にバルブを設け、分取容器に振り分けながら分取し、この各容器を上記（１）の機構により、密閉系にして加圧下にする方法。
（３）背圧制御弁の出口側にバルブを設け、分取容器に入る前に捕集カラムにて分取成分をトラップしてから、リンス溶液を用いて分取容器に入れる方法。
（４）分取容器内に液体を入れ、その中で捕集する方法。
しかしながら、（１）や（２）の方法ではシステムが大掛かりになると同時にコストが高くなる。また、（３）ではリンス液相液ポンプなどの装置が別途必要となり、コストが高くなる。（４）の方法では液体の飛び散りという問題があるため有効な方法とはなっていない。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は背圧制御弁出口の配管からガスとともに噴霧される溶液を効率よく捕集するための捕集物採取用ノズルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の捕集物採取用ノズルは、超臨界流体クロマトグラフまたは超臨界流体抽出装置の背圧制御手段の下流側の配管端部に装着され、該配管によって供給される流体から液体部分を、捕集容器に捕集するために使用される捕集物採取用ノズルにおいて、所定容積の空間を囲むノズル本体と、前記配管の下流側端部をノズル本体内に挿入して固定するため、前記ノズル本体に設けられた配管孔と、前記ノズル本体に設けられ、前記配管から供給される流体の液体部分をノズル本体外部へ排出するため、前記配管孔の下流側に位置する開口部と、前記開口部の上流側のノズル本体内に配置されるフィルタ部と、前記ノズル本体に設けられ、前記配管から供給される流体の気体部分を所定の速度で排気して、前記フィルタ部およびフィルタ部の上流側のノズル本体によって囲まれる空間内の圧力を調整するため、前記フィルタ部に対して上流側に位置する排気口と、を備えることを特徴とする。
そして、ノズルの装着時には、前記配管の下流側端部が前記配管孔から差し込まれ、該配管の下流側端面が前記フィルタ部に略密着するように固定され、前記配管から排出される流体が前記フィルタ部に噴霧され、その気体部分により前記フィルタ部およびフィルタ部の上流側のノズル本体によって囲まれる空間が加圧状態となり、液体部分はフィルタ部を通して前記開口部から排出される。
【０００７】
また、本発明の捕集物採取用ノズルは、所定容積の空間を囲むノズル本体と、前記配管の下流側端部に接続され、該配管によって供給される流体を前記ノズル本体内に導入するため、前記ノズル本体に設けられた導入管と、前記ノズル本体に設けられ、前記導入管から供給される流体の液体部分をノズル本体外部へ排出するため、前記導入管の下流側に位置する開口部と、前記開口部の上流側に配置され、前記導入管の下流側端面に略密着するようノズル本体内に配置されるフィルタ部と、前記ノズル本体に設けられ、前記導入管から供給される流体の気体部分を所定の速度で排気して、前記フィルタ部およびフィルタ部の上流側のノズル本体によって囲まれる空間内の圧力を調整するため、前記フィルタ部に対して上流側に位置する排気口と、を備えることを特徴とする。そして、ノズルの装着時には、前記配管の下流側端部と前記導入管の上流側端部が接続され、前記配管からの流体が前記導入管を通って、前記フィルタ部に噴霧され、その気体部分により前記フィルタ部およびフィルタ部の上流側のノズル本体によって囲まれる空間が加圧状態となり、液体部分はフィルタ部を通して前記開口部から排出される。
【０００８】
上記の捕集物採取用ノズルにおいて、前記フィルタ部は、多孔質の物質、繊維を編んだフィルタ、もしくは粉末状の物質であることが好適である。
上記の捕集物採取用ノズルにおいて、前記フィルタ部は、多孔質の焼結金属、グラスウール、微細な球状金属、ポリマーやシリカゲルの粉末、の一群から選択されたものであることが好適である。
上記の捕集物採取用ノズルにおいて、前記排気口に、気体の排気量を調整するための排気量調整部を設けることが好適である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の捕集物採取用ノズルによれば、配管出口の直後にフィルタ部が配置され、さらにノズル本体内が適切な加圧状態となるため、液体部分を飛散させることなく、効率よく捕集することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明にかかる捕集物採取用ノズルは、超臨界流体クロマトグラフや超臨界流体抽出装置の背圧制御手段の下流の配管に接続され、該配管から供給される流体から液体部分を捕集するために用いられる。そこで、まず本発明にかかる捕集物採取用ノズルを適用可能な装置の例として、図１に一般的な超臨界流体抽出装置の概略構成を示す。また以下では、超臨界流体として二酸化炭素、エントレーナとしてメタノールを用いた場合を想定して説明を行う。ただし、本発明にかかる捕集物採取用ノズルを適用できる装置は下記のものに限定されない。
図１に示した超臨界流体抽出装置２１０は、超臨界流体およびエントレーナを供給する流体供給手段２１２と、前記流体供給手段２１２から供給される超臨界流体により抽出を行う抽出手段２１４と、抽出手段２１４の下流に設置され、配管内の圧力を制御するための背圧制御手段２１６と、背圧制御手段２１６の下流に位置し、抽出物の回収を行う捕集手段２１８と、を備える。
【００１１】
前記流体供給手段２１２は、ＣＯ２ボンベ２２０と、ＣＯ２ボンベ２２０の流出口に接続されたＣＯ２送液ポンプ２２２と、メタノールタンク２２４と、該メタノールタンク２２４の流出口に接続されたメタノール送液ポンプ２２６とを備える。ＣＯ２ボンベ２２０から供給される液化二酸化炭素はプレ冷却コイル２２８を通り、ＣＯ２送液ポンプ２２２によって抽出手段２１４へ加圧送液される。また、メタノール送液ポンプ２２６の送出側は、ＣＯ２送液ポンプ２２６の送出管に接続されており、メタノールも同様に抽出手段２１４へ供給される。また、図中符号２３０、２３２はストップバルブ、符号２３４は安全弁を示している。
抽出手段２１４は、配管内の圧力の変動を抑えるためのアキュムレータ２３６と、プレヒートコイル２３８と、抽出容器２４０と、を含み、これらは恒温槽２４２内に配置されている。プレヒートコイル２３８は流体供給手段２１２から送られてきた液体二酸化炭素を臨界温度以上に加熱して超臨界流体とする。超臨界二酸化炭素は抽出容器２４０に供給され、所定の抽出操作を行ない、背圧制御手段２１６へ向う。
【００１２】
背圧制御手段２１６は、抽出物およびエントレーナが含まれる二酸化炭素超臨界流体が送られてくる配管の背圧を検出し、圧力制御弁の弁開度を制御することによって、配管内の圧力が常時一定値となるようフィードバック制御する。
背圧制御手段２１６の下流に接続された配管２４６は捕集手段２１８へと向かう。捕集手段２１８では、捕集容器２４４に配管２４６から供給される流体の液体部分を捕集する。本発明の実施形態にかかる捕集物採取用ノズル１０は、背圧制御手段２１６の下流側の配管２４６に接続されるものである。以下に図面を参照して本発明にかかる捕集物採取用ノズルの好適な実施形態について説明を行う。
【００１３】
図２は、本発明の実施形態にかかる捕集物採取用ノズル１０の部分断面図である。図２の（ａ）は配管に装着する前、（ｂ）は配管に装着後の様子を示している。図２（ａ）に示したノズル１０は、所定容積の空間を囲むノズル本体１２と、ノズル本体１２に設けられた配管孔１８と、配管孔１８の下流側に設けられた開口部１４と、開口部１４付近のノズル本体内に設けられたフィルタ部１６と、フィルタ部１６の上流側に設けられた排気口２０とを備える。配管孔１８は、図１に示したような装置の背圧制御手段の出口側配管の下流側端部を、ノズル本体１２内に挿入して固定するために用いられる。この配管から供給される流体のうち、気体部分はフィルタ部１６およびフィルタ部１６の上流側のノズル本体１２によって囲まれる空間内に充満し、このノズル本体内の圧力を高める。そこで排気口２０により、この気体部分を所定の速度で排気して、圧力を調整する。また、配管からノズル本体内へ供給される流体の液体部分は、フィルタ部１６を通り、その下流側に位置する開口部１４からノズル本体１２外部へ排出される。
【００１４】
図２の実施形態では、ノズル本体１２は、略筒状で一方の端部が先端に向って細くなる形状の容器部１２ａと、他方の端部を閉じるためのゴム栓１２ｂとで構成される。ここで、排気孔２０と配管孔１８はゴム栓１２ｂに設けられている。また、フィルタ部としてはグラスウールを用いた。
ノズル１０を装置の配管に装着するときには、図２（ｂ）に示されるように装置からの配管の下流側端部は配管孔１８に差し込まれ、配管の下流端面がフィルタ部１６に略密着するよう固定される。また、配管孔１８の内面と配管の外面とは略気密に密着している。
フィルタ部１６としては、多孔質の物質、微細な繊維を編んだもの、微細な粉末などを用いればよい。例えば、グラスウールや、焼結金属、微細な球状金属、フィルターで挟んだポリマーやシリカゲルの粉末などを使用することができる。つまり、配管から流出する液体部分を十分に捕らえる表面積を持ち、かつ液体部分を開口部へと浸透させる微細な流路を有するものを用いればよい。
また、排気孔から排出されるガスの量を調整するための排気量調整部２２を設けることが好適である。つまり、排気孔の抵抗の大きさを変化させることのできる機構を設けることで、流量を変更したときにも、ノズル内部の加圧状態を適切なものにすることができる。また、ガスの開放口の径を可変にすることによっても対応することができる。
【００１５】
以上が本実施形態の捕集物採取用ノズルの概略構成であり、以下にその作用を説明する。
図３に示すように、配管から排出される流体がフィルタ部１６に噴霧されると、ノズル部分は常温、常圧の環境下に置かれているため、流体中の超臨界もしくは液化二酸化炭素は気化し、エントレーナなどの液体部分はフィルタ部１６に吸着し液化が促進される。このときガス化した二酸化炭素により、ノイズ本体１２内のフィルタ部１６の上流側は、わずか（１ＭＰａ〜１０ＭＰａ）に加圧状態となる。つまり、フィルタ部１６による気液の分離と、気化した二酸化炭素による加圧、という二つの効果により液体の飛散が抑えられている。さらに配管の下流側端面をフィルタ部１６に略密着させておくことで、配管の端面から排出される流体の液体部分がフィルタ部１６に効率よく噴霧される。
また、フィルタ部１６およびフィルタ部１６上流側のノズル本体１２に囲まれた領域内の内圧が高くなるため、液体部分（エントレーナ、抽出物など）がフィルタ部１６を通して開口部１４へと押し出され、ノズル本体１２外部へと流れていく。これらはノズル先端の開口部１４から、液体状態で穏やかに滴下され、ノズル１０の下方に位置する捕集容器内に集められる。さらに、ノズル本体１２内を適切な加圧状態に保つため、フィルタ部１６の上流側に設けられた排気口２０から二酸化炭素ガスが排気される。
【００１６】
このように、本実施形態にかかる捕集物採取用ノズルによれば、従来出口配管から溶液がガスとともに噴霧、飛散していた状態をＨＰＬＣと同等に液体のみを静かに落下させることができるようになる。
またノズル本体内の内圧を適度に高く保つことができるため、溶液がノズル下方に向って、静かに順序よく押し出されることになる。そのため、ノズル本体内での成分の混合などのコンタミネーションの生じる恐れが少ない。
また、本実施形態にかかるノズルは、小型で軽量であるから、従来から使用しているＨＰＬＣ用フラクションコレクタに取り付けることが可能となり、その機能（時間による分取、検出器信号によるクロマトグラムから分取部を指定するなど）に使用することができるので便利である。
【００１７】
上記フラクションコレクタ等に本実施形態にかかるノズルを適用する場合、図４（ａ）に示すように、装置側の配管にノズルを装着しておいて、各捕集容器の上部へノズル１０ごと移動するようにすればよい。もしくは、図４（ｂ）に示すように、あらかじめフラクションコレクタ等の各捕集容器の上部に本実施形態にかかるノズル１０を固定しておき、装置側の配管が移動してノズル１０の配管孔へ挿入されるようにしておいてもよい。
図５は、本発明にかかる捕集物採取用ノズルの第２の実施形態の部分断面図である。図２と対応する部分には、符号１００を加え詳細な説明を省略する。図５の捕集物採取用ノズル１１０は、所定容積の空間を囲むノズル本体１１２と、ノズル本体１１２に設けられた導入管１２４と、該導入管１２４下流端部の下流側に位置する開口部１１４と、導入管１２４の下流側端面と前記開口部１１４との間に設けられたフィルタ部１１６と、フィルタ部１１６に対して上流側に設けられた排気口２０とを備える。ここで、フィルタ部１１６は前記導入管１２４の下流側端面に略密着するよう配置されている。
【００１８】
ノズル本体に設けられた導入管１２４は、その上流側端部が装置側の配管の下流側端部に接続可能なように構成されており、装置側の配管から供給される流体をノズル本体１１２内に導入するために設けられている。つまり、図２の実施形態では装置側の配管を直接ノズル内に挿入して装着するタイプであったのに対し、図５の実施形態では、装置側の配管から供給される流体をノズル本体１１２内へ導入する流路をノズル本体１１２にあらかじめ設けている。この場合、導入管１２４と装置側の配管との接続部分は略気密に保たれる必要がある。
また、図５の実施形態では、導入管１２４はノズル本体１１２を構成する栓部１１２ａと一体構成されている。容器部１１２ｂの構成は図２の実施形態と同様であり、栓部１１２ａによって、容器部１１２ｂの開口部１１４の反対側の端部が閉じられている。また、栓部１１２ａには、排気口１２０も設けられており、フィルタ部１１６とその上流側のノズル本体１１２内に囲まれた空間内の圧力状態を調整している。また、図２の実施形態と同様に、排気口１２０から排出されるガスの量を調整するための排気量調整部１２２を設けることも好適である。
【００１９】
ノズル１１０の装着時には、装置側の配管からの流体が導入管１２４を通ってノズル本体内に導入され、その流体が導入管１２４の下流側端部からフィルタ部１１６に噴霧される。そして、図３で説明したのと同様に、流体の気体部分によりフィルタ部１１６およびフィルタ部の上流側のノズル本体１１２によって囲まれる空間が加圧状態となり、液体部分はフィルタ部１１６を通して開口部１１４から排出される。
また、図５の実施形態においては、導入管１２４をノズル本体１１２の栓部１１２ａと一体構成した例を示したが、導入管１２４と栓部１１２ａとが独立した構成としてもよい。つまり、導入管となる管を栓部に単に差し込んで固定する構成でもよい。
以上の実施形態では、超臨界流体として、広く用いられている二酸化炭素を例として説明したが、これに限定されず、例えば常温（捕集環境下）で気化する物質を超臨界流体として用いればよい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】超臨界流体抽出装置の概略構成図
【図２】本発明にかかる実施形態の捕集物採取用ノズルの概略構成図
【図３】本発明にかかる実施形態の捕集物採取用ノズルの説明図
【図４】図２の実施形態にかかる捕集物採取用ノズルの使用例の説明図
【図５】本発明にかかる捕集物採取用ノズルの第２実施形態の概略構成図
【符号の説明】
【００２１】
１０        捕集物採取用ノズル
１２        ノズル本体
１４        開口部
１６        フィルタ部
１８        配管孔
２０        排気口
【図１】
2006136838.tif 000003
【図２】
2006136838.tif 000004
【図３】
2006136838.tif 000005
【図４】
2006136838.tif 000006
【図５】
2006136838.tif 000007