(57)【要約】【課題】加工が容易で流路閉塞も防止される分配系を有した栓と、この栓を備えたクロマトグラフィーカラムとを提供する。【解決手段】クロマトグラフィーカラム１の固定栓３及び可動栓４の本体３Ａ，４Ａに凹所３ａ，４ａと開口３ｂ，４ｂが設けられ、凹所３ａ，４ａに多孔質体５，６が配置されている。開口３ｂ，４ｂ側の多孔質体６は充填剤層Ｐ側の多孔質体５よりも粗である。多孔質体５，６は焼結金属又は焼結金網が好適である。【選択図】図１
2018044883.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クロマトグラフィーカラムに設置される栓であって、
充填剤層側に凹所が設けられ、該充填剤層と反対側に液の流入又は流出用の開口が設けられた栓本体と、
該凹所内に配置された多孔質体とを有するクロマトグラフィーカラム用栓において、
該多孔質体として、少なくとも、充填剤層側の第１の多孔質体と、前記開口側の第２の多孔質体とを備え、
該第１の多孔質体よりも第２の多孔質体が粗であることを特徴とするクロマトグラフィーカラム用栓。
【請求項２】
請求項１において、第１の多孔質体が孔径３８〜１５０μｍのポーラス板であり、第２の多孔質体が孔径２５０〜１７００μｍのポーラス板であるか、又は第１の多孔質体が目開き１００〜４００メッシュの網状体であり、第２の多孔質体が目開き１０〜６０メッシュの網状体であることを特徴とするクロマトグラフィーカラム用栓。
【請求項３】
請求項１において、第２の多孔質体として複数枚の網状体が積層されており、かつ、該網状体同士の間に該網状体よりも目開きの小さい網状体が介在されていることを特徴とするクロマトグラフィーカラム用栓。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のクロマトグラフィーカラム用栓を備えたクロマトグラフィーカラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、医薬品やファインケミカルや機能性成分などの分離・精製工程で用いられるクロマトグラフィー用のカラムに用いられる栓と、この栓を用いたクロマトグラフィーカラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
医薬品やファインケミカルの分離精製において、クロマトグラフィーカラム装置が汎用されており、特に構造が類似した化学物質の分離に威力を発揮している。クロマトグラフィーカラム装置は一般的に、分離対象物である試料を送液するポンプ、試料液を負荷するカラム、溶媒を流してカラムの中で試料成分を分離させる溶媒ポンプなどから構成されている。試料、充填剤、溶媒の三者の物理的、化学的相互作用によりカラム内で試料成分の移動速度に差が生じる事により分離が行われる。カラムに充填する充填剤は試料に対し相互作用が有効に働くものが選定される。
【０００３】
充填剤で達成される分離を最大限に発揮させるには、（１）充填剤層を安定維持できる事、（２）分離対象物を充填剤層へ均一に負荷できる事（均一分散）、（３）移動相溶媒を充填層へ偏流なくピストンフローで通液できる事（均一流れ）等が必要であり、後二者、即ち（２）と（３）が液分配系に関わるものである。
【０００４】
工業用クロマトグラフィーカラムにあっては、一方の栓、例えば可動栓の入口から試料液や溶媒が入り、可動栓の液分配系の中をカラム水平断面方向に展開しながら流れ、次に多孔質体を通って充填剤層に達し、充填剤層を通って、他方の栓、例えば固定栓の多孔質体に達し、固定栓の多孔質体を通って、固定栓の液分配系に達し、固定栓の液分配系に沿って液出口に集水される。
【０００５】
可動栓および固定栓の通液可能部分の径は、カラムの内径よりも小さくなっており、カラム内壁近傍の流れが遅くなり、均一に通液しにくい傾向がある。また、生産性向上の為、大口径カラム（例えば２００ｍｍ以上）が使用される機会が増えており、カラムに入ってくる液をカラム水平断面積方向全面に均一分散または集水し、均一流れを達成する事が必要であり、分配系が重要な役割を担っている。尚、多孔質体は微粒子状の充填剤がカラムから流出するのを防止するものであり、例えば、焼結金属、高分子多孔質フィルタ、金網積層体などが用いられている。
【０００６】
分配系は、入口から入った液をカラム水平断面方向に分散させたり、あるいは、充填剤層から多孔質体を透過してきた液を液出口へ集水する役割を有するとともに、多孔質体を物理的に支える役割を有する。
【０００７】
分配系としては、放射線状凸部で多孔質体を支え、放射線状凸部と凸部の谷間の凹部が液の分配流路になる構造の分配系（特許文献１，２）と、液流路が線状凹形状で、線状凹形状の末端に点在する孔のみが裏面まで連通しており、液はこの孔を通って多孔質体側へ流通し、孔の無い平面が多孔質体を支える構造の分配系（特許文献３）などが用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２００７−５０６０７９号公報
【特許文献２】特表２００６−５１００３７号公報
【特許文献３】特表２００８−５１２６５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
工業用クロマトグラフィー装置の接液部材には、硬さと耐食性が求められ、その構成材料として、ステンレス３１６や３１６Ｌが用いられている。このようなステンレス材に多数の放射線状凸部と谷間凹部からなる分配系（特許文献１，２）を掘り込み加工するには、時間と手間がかかり、加工コストも廉価ではない。分配系の片側に液の流路を掘り込み、流路の末端に裏側まで連通する小さな孔をあけた分配系（特許文献３）も、流路が複雑であり、加工が煩雑である。また、通液に伴い、溶媒や試料に含まれる固形成分や、溶存成分の析出により、孔が詰まり易い問題も懸念される。
【００１０】
本発明は、加工が容易で流路閉塞も防止される分配系を有した栓と、この栓を備えたクロマトグラフィーカラムと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】
【００１１】
本発明の一態様のクロマトグラフィーカラムの栓は、クロマトグラフィーカラムに設置される栓であって、充填剤層側に凹所が設けられ、該充填剤層と反対側に液の流入又は流出用の開口が設けられた栓本体と、該凹所内に配置された多孔質体とを有するクロマトグラフィーカラム用栓において、該多孔質体として、少なくとも、充填剤層側の第１の多孔質体と、前記開口側の第２の多孔質体とを備え、該第１の多孔質体よりも第２の多孔質体が粗であることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の一態様では、第１の多孔質体が孔径３８〜１５０μｍのポーラス板であるか、又は第１の多孔質体が目開き１００〜４００メッシュの網状体であり、第２の多孔質体が孔径２５０〜１７００μｍのポーラス板であるか、又は第２の多孔質体が目開き１０〜６０メッシュの網状体である。
【００１３】
本発明のクロマトグラフィーカラムは、かかる栓を備えたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のクロマトグラフィーカラムの栓は、栓本体の凹所に多孔質体を設けた栓において、凹所の充填剤層側に第１の多孔質体を配置し、開口側に第１の多孔質体よりも粗な第２の多孔質体を配置したものである。第２の多孔質体によって、栓に液分配系の機能をもたせ、第１の多孔質体によって充填剤の流出を防ぐ。本発明では、栓本体に、煩雑な流路加工することが不要である。また、流路閉塞し易い小孔がなく、栓の流路閉塞などの懸念もない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態に係るクロマトグラフィーカラムの縦断面図である。
【図２】多孔質体を構成する焼結金属板積層体の断面図である。
【図３】多孔質体を構成する焼結金網積層体の断面図である。
【図４】シミュレーションの結果を示すクロマトグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明についてさらに詳細に説明する。
【００１７】
本発明の栓は、栓本体の凹所に多孔質体を配置したものであって、多孔質体として少なくとも、充填剤層側の第１の多孔質体と、開口側（すなわち該第１の多孔質体を挟んで充填剤層と反対側）の第２の多孔質体とを有しており、第２の多孔質体は第１の多孔質体よりも粗である。
【００１８】
図１は、クロマトグラフィーカラムの一例を示す模式的な縦断面図である。このクロマトグラフィーカラム１は、円筒形のカラム本体２と、該カラム本体２の下端に取り付けられた固定栓３と、カラム本体２内に配置された可動栓４と、該固定栓３と可動栓４との間に充填された充填剤層Ｐとを有する。固定栓３の本体３Ａ及び可動栓４の本体４Ａの充填剤層側の面、すなわち固定栓本体３Ａの上面及び可動栓本体４Ａの下面には、それぞれ凹所３ａ，４ａが設けられている。
【００１９】
固定栓３の中央部には、凹所３ａ内を固定栓３の下面側に連通させる、液出入り用の開口３ｂが設けられている。また、可動栓４の中央部には、凹所４ａ内を可動栓４の上面側に連通させる、液出入り用の開口４ｂが設けられている。
【００２０】
この固定栓本体３Ａ及び可動栓本体４Ａを製造する場合、凹所３ａ，４ａ及び開口３ｂ，４ｂは容易に形成されるので、製造コストが安価である。
【００２１】
凹所３ａ，４ａ内に、それぞれ、充填剤層Ｐ側の第１の多孔質体５と、開口３ｂ，４ｂ側の第２の多孔質体６が配置されている。第２の多孔質体６は、第１の多孔質体５よりも粗であり、分配系を構成する。
【００２２】
図１では、可動栓４が上側に配置され、固定栓３が下側に配置されているが、固定栓３が上側に配置され、可動栓４が下側に配置されてもよい。
【００２３】
図１では、第１及び第２の多孔質体５，６の２層が示されているが、３層以上の多孔質体が配置されてもよい。
【００２４】
本発明に用いる多孔質体としては、焼結金属や高分子多孔質体などのポーラス板のほか、焼結金網などの金網が例示されるが、焼結金属又は焼結金網が好適である。ただし、本発明は、これらに限定されるものではない。
【００２５】
焼結金属は、一般的に、金属球を鋳型に敷き詰め、加熱により焼結して隣り合う球面と球面を結着させて多孔質（ポーラス）となるように形成されたものである。金属球と金属球の隙間が孔（連続気孔（ポア））になる為、ほぼ同等のサイズの孔を有する多孔質体となる。焼結金属よりなる多孔質体は、通常、板状である。
【００２６】
クロマトグラフィーカラムに用いられる充填剤の粒子径は様々であるが、一般的には数十μｍから百数十μｍ程度のものが用いられている。従って、充填剤層側に配置される多孔質体５を構成する焼結金属は、孔径が数μｍ〜十μｍ程度のものが好ましい。
【００２７】
金網は、金属線をメッシュ状に織製したものであり、金属線の太さや織り込み密度により、種々の目開き、即ち、孔の大きさのものがある。金網よりなる多孔質体としては、通常、複数枚の金網を重ね合わせて端部を溶着して、金網積層体として多孔質体としたものが好適である。
【００２８】
液流入側の開口３ｂ又は４ｂから流入した液は、多孔質体が焼結金属の場合、孔が大きな粗な多孔質体６で水平方向に分散し、均一流れが形成される。多孔質体が焼結金網の場合も同様に、目開きが大きな多孔質体６で水平方向に分散し、均一流れが形成される。
【００２９】
多孔質体が焼結金属板の場合、孔の小さな、即ち密な焼結金属と、孔の大きな、即ち粗な焼結金属板とを板面がカラム軸心線方向に対して垂直方向となるように配置する。孔径の異なる２種類の焼結金属板の組み合わせでも良く、３種類以上組み合わせても良い。密な焼結金属の孔径は、前述の通り、孔径が数μｍ〜十μｍ程度が好ましい。粗な焼結金属の孔径は密な焼結金属の孔径の２倍から１００倍程度、特に５倍から６０倍程度が好ましい。焼結金属板を組み合わせる場合、重ね合わせる、あるいは、重ね合わせて円外周を溶着するのが好ましい。
【００３０】
多孔質体が焼結金網などの金網の場合、目開きの小さな、即ち密な金網と、目開きの大きな、即ち粗な金網とを網面がカラム軸心線方向に対して垂直方向となるように配置する。孔径の異なる２種類の金網を組み合わせて用いてもよく、３種類以上組み合わせても良い。密な金網は、１００〜４００メッシュ特に２００メッシュ程度で、粗な金網は１０〜６０メッシュ程度であることが好ましい。なお、メッシュはＪＩＳメッシュを表わす。
【００３１】
焼結金属や金網の金属としては、ステンレス、チタン、ハステロイ、インコネル、フェクラロイ、モネルなどが好適である。
【００３２】
図２は、第１の多孔質体として密な焼結金属板７を用い、第２の多孔質体として粗な焼結金属板８を用い、これらを積層した構成例を示す断面図である。焼結金属板７，８は、いずれも凹所３ａ，４ａに嵌合する大きさの円形板状である。焼結金属板７，８の厚さは１〜１０ｍｍ特に２〜８ｍｍ程度が好適である。
【００３３】
図２では、２層の焼結金属板７，８を積層しているが、前述の通り、３層以上の焼結金属板を積層してもよい。この場合、開口側の焼結金属板ほど粗となるようにしてもよい。
【００３４】
分配系を構成する多孔質体として目開きの大きな金網同士を積層した場合、金網の凸部同士が対面し、且つ凹部同士が対面し、これにより、凹部と凹部の間に目開きの大きい流路が形成されることが期待される。しかしながら、実際には、重なり具合は調整できず、一方の金網の凸部と他方の金網の凹部が重なって、一定の目開きが必ずしも確保できず、断面方向に向かって目開きの大きな流路を確保できない。
【００３５】
そこで、本発明において目開きの大きい粗な金網を分配系の多孔質体として用いる場合は、図３の通り、粗な金網１１，１３同士の間に、目開きの小さな金網１２を挟み込み、粗な金網１１，１３同士の間に目開きの大きな流路（分配流路）を形成するのが好ましい。挟み込む目開きの小さな金網１２のメッシュナンバーは、粗な金網１１，１３のメッシュナンバーの１．５〜２０倍程度、特に２倍〜１０倍程度であることが望ましい。
【００３６】
図３では、充填剤層と接する側の目開きの最も小さい金網１５と、開口側の目開きの大きい金網１３との間には、目開きが両者の中間の金網１４が挟まれている。また、目開きの最も小さい金網１５の充填剤層側の表面を保護する為に、それよりもやや目開きの大きい金網１６が被さっている。ただし、この金網１６は省略されてもよい。
【００３７】
上記説明は、本発明の一例であり、本発明は上記以外の構成とされてもよい。
【実施例】
【００３８】
［実施例１］
図１に示すクロマトグラフィーカラムにおいて、多孔質体５，６の構成を図３の焼結金網積層体としたクロマトグラフィーカラムについて、数値流体力学（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｎａｌ  Ｆｌｕｉｄ  Ｄｙｎａｍｉｃｓ）によるトレーサー（色素）スパイクシミュレーションを実施した。シミュレーションソフトとしてはＡＮＳＹＳ社製ＣＦＸを用いた。結果を図４のＮｏ．１に示す。
【００３９】
主な条件は次の通りである。
カラム本体の内径：１０００ｍｍ
充填剤層高さ：２００ｍｍ
固定栓凹所３ａの内径×深さ：１０００ｍｍ×１．３５ｍｍ
可動栓凹所４ａの内径×深さ：９８０ｍｍ×１．３５ｍｍ
金網１１，１３：縦６４メッシュ、横１２メッシュ、厚さ１．４ｍｍ
金網１２：１００メッシュ、厚さ０．２ｍｍ
金網１４：縦１６５メッシュ、横８００メッシュ、厚さ０．９５ｍｍ
金網１５：１００メッシュ、厚さ０．２ｍｍ
金網１６：縦１６５メッシュ、横８００メッシュ、厚さ０．９５ｍｍ
充填剤：Ｑ−Ｓｅｐｈａｒｏｓｅ（平均粒径９０μｍ）
トレーサー：解析機能としてのトレーサー
展開剤：水
展開剤流速ＬＶ０．５ｍ／ｈｒ
【００４０】
［比較例１］
実施例１において、粗な金網１１，１３間の金網１２を省略し、金網１１の凸部が金網１３の凹部に重なり、金網１１の凹部が金網１３の凸部に重なることにより、分配系が殆ど形成されない構造としたこと以外は実施例１と同一条件としてシミュレーションを行った。結果を図４のＮｏ．２に示す。
【００４１】
［参考例１］
実施例１において、分配系として、金網１１〜１４の代りに特開２００８−２４１６２４に記載の分配系すなわち、金網１２のみ備えないものを用いた。結果を図４のＮｏ．３に示す。
【００４２】
［考察］
Ｎｏ．１，３のクロマトグラムは、きれいな山形形状であり、液の均一分散、均一流れになっているが、Ｎｏ．２ではピークトップが前方にあり、また、ピークトップ以降はテーリングのような状態になっており、均一分散、均一流れになっていないことが分かる。
【符号の説明】
【００４３】
１  クロマトグラフィーカラム
２  カラム本体
３  固定栓
４  可動栓
３ａ，４ａ  凹所
３ｂ，４ｂ  開口
５，６  多孔質体
７，８  焼結金属板
１１〜１６  金網
【図１】
2018044883.tif 000003
【図２】
2018044883.tif 000004
【図３】
2018044883.tif 000005
【図４】
2018044883.tif 000006