(57)【要約】      （修正有）【課題】タンパク質、ＤＮＡ等の成分を体液・培養液等の試料から分離する液体クラマトグラフィに用いる耐圧性、耐溶媒性を有する無機系多孔質連続体カラムを提供する。【解決手段】無機系多孔質連続体１の周囲にフッ素樹脂製の熱収縮チューブ２、その周囲にエポキシ樹脂３、その周囲に金属製チューブ４を配置したものである。エポキシ樹脂は２００℃以下で硬化するものを用いることによりシリカ表面に化学修飾した官能基が分解することはなく、また耐圧性は３０ＭＰａ以上を得ることができる。【選択図】図１
0003145505.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
反応溶液を相分離を伴うゾル−ゲル転移を起こさせて作製したシリカを主成分とする無機系多孔質連続体の周囲にフッ素樹脂製の熱収縮チューブ、その周囲にエポキシ樹脂、その周囲に金属製チューブを配置したことを特徴とする液体クロマトグラフィー用カラム。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、タンパク質、DNA等の成分を体液、培養液等の試料から分離するための液体クロマトグラフィー用カラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）用カラムは、従来球状多孔質粒子をＳＵＳチューブ等の耐圧性、耐溶媒性を有するチューブ内に均一に充填した粒子充填型カラムが用いられてきた。粒子充填カラムでは粒子径が小さいほど分離能はよくなるが反面カラムに溶液を通すための負荷圧が大きくなる。また液体クロマトグラフィーでは種々の溶媒使用するため、粒子を充填するチューブに対しては耐圧性、耐溶媒性が要求され、主にＳＵＳチューブが使用されている。
これに対して、マイクロメーターサイズの連続細孔とナノメーターサイズのメソ孔を有する無機系多孔質連続体では粒子充填カラムよりも小さな負荷圧のカラムの作製が可能であり、低負荷圧で高分離能の固相抽出カラムの作製が可能である（例えば特許文献１）。
無機系多孔質連続体は棒状をしており、これをＨＰＬＣカラムとして用いるためには、無機系多孔質連続体の周囲を耐圧、耐溶媒性を有する材料で密着性よく覆わなければならない。
【０００３】
無機系多孔質連続体を用いたＨＰＬＣカラムに関しては、無機系多孔質連続体の周囲を炭素繊維で強化したＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂を成型して作製したもの（特許文献２）、無機系多孔質連続体の周囲を溶融型のフッ素樹脂層の外側に設けられた非溶融型のフッ素樹脂層の二層構造の熱収縮チューブで覆いさらにその外側に熱硬化性樹脂であるポリイミド樹脂が成型されているもの（特許文献３）、無機系多孔質連続体の周囲にフッ素ゴムを配置したカラムホルダーを用いたもの（特許文献４）などがある。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２８７７９１号公報
【特許文献２】特許公表２００３−５３０５７１号公報
【特許文献３】特開平１０−１９７５０８号公報
【特許文献４】特開平１１−２８７７９１号公報
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】
これらのうち、繊維強化ＰＥＥＫ樹脂を用いたものではＰＥＥＫ樹脂の成型温度が４００℃程度である。無機系多孔質連続体ゲルをＨＰＬＣカラムとして用いる場合、多くの場合はシリカ表面をオクタデキルシリル基等の官能基で化学修飾するが、４００℃ではこの修飾した官能基が分解してしまうため、ＰＥＥＫ樹脂成型後に化学修飾しなければならない。また、繊維強化PEEK樹脂の耐圧性が２０MPa程度と十分な耐圧性が得られない。ポリイミド樹脂の場合、熱収縮チューブとポリイミドの間の接着が十分ではなく間に隙間ができその隙間を液が流れるため、カラムとしての十分な特性が得られない。フッ素ゴムを用いる場合は耐圧が５ＭＰａ程度であり、ＨＰＬＣカラムとして用いるには耐圧性が十分とはいえない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本考案は、上記のような欠点を克服するものであり、耐溶媒製および３０ＭＰａ以上の耐圧製を有し低温で成型可能な無機系多孔質連続体カラムを提供するものである。
本考案の無機系多孔質連続体カラムは、無機系多孔質連続体の周囲にフッ素樹脂製の熱収縮チューブ、その周囲にエポキシ樹脂、その周囲に金属製チューブを配置したものである。熱収縮チューブは２００℃以下で収縮するフッソ樹脂製の熱収縮チューブを用いることにより、シリカ表面に化学修飾した官能基が分解することはなく耐溶媒性を確保することができる。エポキシ樹脂は硬化の際に体積変化が小さく、プラスチック、金属に対して密着性がよく、２００℃以下で硬化するという特性を有している。このエポキシ樹脂を用いることによりシリカ表面に化学修飾した官能基が分解することはなく、また金属およびフッソ樹脂と密着させ、フッソ樹脂と金属製チューブの間を隙間なく成形できる。さらにその周囲に金属製チューブを配置することにより耐圧性は３０ＭＰａ以上を得ることができる。
【０００７】
無機系多孔質連続体は、相分離を利用したゾル―ゲル法によって調製することが好ましく、本発明における無機系多孔質連続体は、直径100nm〜10000nmのマクロ孔と骨格が共連続構造をした無機系多孔質連続体で、骨格には直径2nm〜100nmのメソ孔が存在する。
無機系多孔質連続体は、シリカを主成分とする反応溶液を相分離を伴うゾル-ゲル転移を起こさせることにより得られる。ゾル−ゲル反応に用いられるゲル形成を起こす網目成分の前駆体としては、金属アルコキシド、錯体、金属塩、有機修飾金属アルコキシド、有機架橋金属アルコキシド、およびこれらの部分加水分解生成物、部分重合生成物である多量体を用いることができる。水ガラスほかケイ酸塩水溶液のｐＨを変化させることによるゾル−ゲル転移も、同様に利用することができる。
【０００８】
さらに具体的には、上記目的達成の手段は、水溶性高分子、熱分解する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、ゲル調製時にあらかじめ溶解させておいた低分子化合物を熱分解させ、次いで乾燥し加熱して製造することが好ましい。
【０００９】
ここで、水溶性高分子は、理論的には適当な濃度の水溶液と成し得る水溶性有機高分子であって、加水分解性の官能基を有する金属化合物によって生成するアルコールを含む反応系中に均一に溶解し得るものであれば良いが、具体的には高分子金属塩であるポリスチレンスルホン酸のナトリウム塩またはカリウム塩、高分子酸であって解離してポリアニオンとなるポリアクリル酸、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およびポリエチレンイミン、あるいは中性高分子であって主鎖にエーテル結合を持つポリエチレンオキシド、側鎖にカルボニル基を有するポリビニルピロリドン等が好適である。また、有機高分子に代えてホルムアミド、多価アルコール、界面活性剤を用いてもよく、その場合多価アルコールとしてはグリセリンが、界面活性剤としてはポリオキシエチレンアルキルエーテル類が最適である。
【００１０】
加水分解性の官能基を有する金属化合物としては、金属アルコキシド又はそのオリゴマーを用いることができ、これらのものは例えば、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。また、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Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌが使用される。この金属としては1種又は2種以上であっても良い。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１０量体程度まで使用できる。
【００１１】
また、酸性水溶液としては、通常塩酸、硝酸等の鉱酸０．００１モル濃度以上のもの、あるいは酢酸、ギ酸等の有機酸０．０１モル濃度以上のものが好ましい。
【００１２】
相分離・ゲル化にあたっては、溶液を室温４０〜８０℃で０．５〜５時間保存することにより達成できる。相分離・ゲル化は、当初透明な溶液が白濁してシリカ相と水相との相分離を生じついにゲル化する過程を経る。この相分離・ゲル化で水溶性高分子は分散状態にありそれらの沈殿は実質的に生じない。
【００１３】
あらかじめ共存させる熱分解性の化合物の具体的な例としては、尿素あるいはヘキサメチレンテトラミン、ホルムアミド、Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、アセトアミド、Ｎ−メチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド等の有機アミド類を利用できるが、加熱後の溶媒のｐＨ値が重要な条件であるので、熱分解後に溶媒を塩基性にする化合物であれば特に制限はない。
共存させる熱分解性化合物は、化合物の種類にもよるが、例えば尿素の場合には、反応溶液１０ｇに対し、０．０５〜０．８ｇ、好ましくは０．１〜０．７ｇである。また、加熱温度は、例えば尿素の場合には４０〜２００℃で、加熱後の溶媒のｐＨ値は、６．０〜１２．０が好ましい。
また、熱分解によってフッ化水素酸のようにシリカを溶解する性質のある化合物を生じるものも、同様に利用できる。
【００１４】
上記方法では、水溶性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化合物を添加して加水分解反応を行うと、溶媒リッ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、反応溶液にあらかじめ溶解させておいたアミド系化合物が熱分解し、骨格相の内壁面に接触している溶媒のｐＨが上昇する。そして、溶媒がその内壁面を浸食し、内壁面の凹凸状態を変えることによって細孔径を徐々に拡大する。
シリカを主成分とするゲルの場合には、酸性あるいは中性領域においては変化の度合は非常に小さいが、熱分解が盛んになり水溶液の塩基性が増すにつれて、細孔を構成する部分が溶解し、より平坦な部分に再析出することによって、平均細孔径が大きくなる反応が顕著に起こるようになる。
【００１５】
巨大空孔を持たず３次元的に束縛された細孔のみを持つゲルでは、平衡条件としては溶解し得る部分でも、溶出物質が外部の溶液にまで拡散できないために、元の細孔構造が相当な割合で残る。これに対して巨大空孔となる溶媒リッチ相を持つゲルにおいては、２次元的にしか束縛されていない細孔が多く、外部の水溶液との物質のやり取りが十分頻繁に起こるため、大きい細孔の発達に並行して小さい細孔は消滅し、全体の細孔径分布は顕著に広がることがない。
【００１６】
なお、加熱過程においては、ゲルを密閉条件下に置き、熱分解生成物の蒸気圧が飽和して溶媒のｐＨが速やかに定常値をとるようにすることが有効である。
【００１７】
溶解・再析出反応が定常状態に達し、これに対応する細孔構造を得るために要する、加熱処理時間は、巨大空孔の大きさや試料の体積によって変化するので、それぞれの処理条件において実質的に細孔構造が変化しなくなる、最短処理時間を決定することが必要である。
【００１８】
加熱処理を終えたゲルは、溶媒を気化させることによって、溝内において、管壁に密着した乾燥ゲルとなる。この乾燥ゲル中には、出発溶液中の共存物質が残存する可能性があるので、適当な温度で熱処理を行い、有機物等を熱分解することによって、目的の無機系多孔質体を得ることができる。なお、乾燥は、３０〜８０℃で数時間〜数十時間放置して行い、熱処理は、２００〜８００℃程度で加熱する。
【００１９】
熱収縮チューブは２００℃以下で収縮し耐溶媒性を有しているものであればよく、ＦＥＰ等のフッソ樹脂製の熱収縮チューブを用いることができる。フッソ樹脂の表面は熱硬化性樹脂と密着するよう表面改質を行っておく。
【００２０】
エポキシ樹脂は２００℃以下で硬化し硬化する際の体積変化が小さく、耐溶媒性を有し金属およびフッソ樹脂と密着するものであればよく、ビスフェノールＡを主剤とするエポキシ樹脂、ウレタン変性エポキシ樹脂などを使用することができる。
【００２１】
金属製チューブは耐圧性、耐溶媒性を有していればよく、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、チタン等の金属製チューブを用いることができる。
【考案を実施するための最良の形態】
【００２２】
実施例1
直径２．３mm、マクロ細孔径１．５μm、メソ細孔径１１nmのシリカ多孔質連続体を用い、図１に示すようなＨＰＬＣカラムを作製した。シリカ多孔質連続体１をＦＥＰ製の熱収縮チューブ（収縮前内径３．２ｍｍ）２内にいれ、１１０℃で収縮させることにより熱収縮チューブ２とシリカ多孔質連続体１を密着させた。ＦＥＰ製の熱収縮チューブ２は、樹脂との密着性がよくなるように表面をあらかじめサンドブラスト処理を行っておいた。
次に外径１／４インチ、内径４ｍｍのＳＵＳ３１６チューブ４内に熱収縮チューブ２で被覆したシリカ多孔質連続体１をＳＵＳ３１６チューブ４の中央に来るように配置し、その隙間にウレタン変性エポキシ樹脂３（主剤：製品名アデカレジン  EPU-17T-6、硬化剤：製品名アデカハードナー  EH-3895）を注入し２５℃で７日間硬化させた。
【００２３】
作製したものを長さ８５mmに切断し、両端に配管が接続可能なエンドフィッティングを固定しＨＰＬＣカラムとしての性能を評価した。
移動相としてメタノール８０％・水２０％、試料としてアルキルベンゼンＣ６Ｈ５（ＣＨ２）ｎＨ（ｎ＝０〜６）を用い、流量を１．２ml/min.とした時に得られたクロマトグラムを図２に示す。
アミルベンゼン（ｎ＝５）の段数は８，３６６であり、また対称性は１．０３であった。この結果から十分な理論段数と対称性を有しており各層の間を液が流れていないことがわかる。このとき負荷圧は１５．４ＭＰaであった。
同様の試験を流量２．５ml/minにして行った結果を図３に示す。この場合も良好な理論段数と対称性を示している。このときの負荷圧は３２．０ＭＰaであり、十分な耐圧性を有していた。
【００２４】
次にこのカラムにトリフルオロ酢酸を１％含むアセトトリル６０％・水４０％溶媒を流量０．８ｍｌ／ｍｉｎで５時間連続流した後に測定したクロマトグラムを図４に示す。この時の移動相はアセトニトリル６０％、水４０％を用いた。流量が０．４ml/minの時、アミルベンゼンの段数は１０，２６０でありまた対称性は１．１１であり、劣化は見られず十分な耐酸性を有していた。
【００２５】
次にこのカラムにテトラヒドロキシフラン１００％を流量０．８ｍｌ／ｍｉｎ．で５時間連続で流した後に測定したクロマトグラムを図５に示す。移動相はアセトニトリル６０％、水４０％で流量が０．４ml/min.の時、アミルベンゼンの段数は９，６０３でありまた対称性は１．１０であり、劣化は見られず十分な耐有機溶媒性を有していた。
【産業上の利用分野】
【００２６】
本考案は、クロマトグラフィー用分離カラム、血液および血漿成分分離用カラム、あるいはリアクター用カラムとして利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本考案の固相抽出カラムの概略図
【図２】本考案の一体型カラムで得られたクロマトグラム
【図３】本考案の一体型カラムで得られたクロマトグラム
【図４】本考案の一体型カラムで得られたクロマトグラム
【図５】本考案の一体型カラムで得られたクロマトグラム
【符号の説明】
【００２８】
１：シリカ多孔質連続体
２：ＦＥＰ熱収縮チューブ
３：ウレタン変性エポキシ樹脂
４：ＳＵＳ３１６チューブ
【図１】
0003145505.tif 000003
【図２】
0003145505.tif 000004
【図３】
0003145505.tif 000005
【図４】
0003145505.tif 000006
【図５】
0003145505.tif 000007