(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
球状多孔質ポリマ吸着材及び球状熱可塑性樹脂を備え、
前記球状熱可塑性樹脂と前記球状多孔質ポリマ吸着材とが融着することにより一体化しており、
前記球状多孔質ポリマ吸着材が、前記球状熱可塑性樹脂に対して７０／３０〜１０倍の粒径比率を有する、固相抽出材。
【請求項２】
前記球状熱可塑性樹脂が、ポリエチレン又はポリプロピレンを含む、請求項１に記載の固相抽出材。
【請求項３】
ブロック型又はシート型である、請求項１又は２に記載の固相抽出材。
【請求項４】
反射型測定用である、請求項１〜３いずれか一項に記載の固相抽出材。
【請求項５】
容器と、該容器に装着された請求項１〜４いずれか一項に記載の固相抽出材とを備える、固相抽出カートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学分析の前処理工程において使用される固相抽出材及び固相抽出カートリッジに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固相抽出法は、固相と液相との間の相互作用による抽出法であり、測定対象物質の固相抽出材への親和性を利用して、測定対象物質を固相抽出材で抽出・濃縮するものである。溶媒抽出法に比べ、高回収率、高精度、迅速性、簡便性、安全性、低コスト、溶媒低減、自動化が容易、フィールドサンプリングが可能等の特長を有している。そのため、多数の検体の迅速処理が必要とされる環境試料や食品試料中の農薬等の微量有害物質の抽出・濃縮に広く利用されている。
【０００３】
固相抽出材は、シランカップリング反応によりシリカゲル表面にオクタデシル基等の疎水基を導入したシリカ系固相抽出材が使用されてきた。しかし近年では、耐薬品性が高いこと、多彩な種類があること等の理由により、高分子物質を利用したポリマ系固相抽出材が急速に普及しつつある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３１６０４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらの固相抽出材は、破砕形あるいは球形の数十μｍの粉体であり、樹脂製（主に、ポリプロピレン製）のリザーバに充填して使用する。固相抽出用リザーバの作製は、下部にポリエチレン製等の焼結フィルタ（フリットと呼ぶ）を挿入したリザーバに乾式で充填を行い、その後、充填ベッドの上にもフリットを挿入し、固相抽出カートリッジとする。代表的な固相抽出カートリッジの構成を図７に示す。乾式充填によって充填された固相抽出材の充填状態は、高速液体クロマトグラフィーに使用される充填カラムのように高密度に充填されているわけではない。したがって、充填直後に均一に充填されているように見えても、振動や衝撃を受けると固相抽出材が動き、上部フリットと充填ベッド上部との間に隙間が生じてしまうことがある。このような隙間が生じたまま使用すると、均一な抽出ができない、速やかな溶出ができない等により、抽出回収率が変動する上、カートリッジ中に試料溶液が残存するといった問題が生じる。
【０００６】
また、固相抽出材は、通常、シリンジ型等の容器の上下に多孔質のフリット（フィルタ）を入れ、粉体吸着材（球状多孔質ポリマ吸着材）がこぼれない様に充填された形態をとっている。しかし、粉体吸着材が均等に充填されず充填量がばらつく、チャネルやボイドを発生する、フリットが斜めになる等の問題があった。
【０００７】
このような課題を解決するために、熱可塑性樹脂を溶融して形成したマトリックスに球状多孔質ポリマ吸着材を埋め込んだブロック型の一体型固相吸着材が提案されている。しかしながら、このような固相吸着材は、隙間の少ない密な構造をとっているため、通液速度が小さいという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記の問題点を回避し、粒子状の多孔質のポリマ系固相抽出材の機能を損なうことなく取扱いが容易で各種の要求に対応しやすく、かつ通液速度に優れる固相抽出材及びこれを備える固相抽出カートリッジ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】
【０００９】
本発明は、球状多孔質ポリマ吸着材及び球状熱可塑性樹脂を備え、球状熱可塑性樹脂と球状多孔質ポリマ吸着材とが融着することにより一体化している固相抽出材である。上記固相抽出材は、粒子状の多孔質のポリマ系固相抽出材の機能を損なうことなく、取扱いが容易で各種の要求に対応しやすく、かつ通液速度に優れる。
【００１０】
上記球状熱可塑性樹脂が、ポリエチレン又はポリプロピレンを含むと好ましい。
【００１１】
上記固相抽出材の形状としては、ブロック型又はシート型であると好ましい。
【００１２】
上記固相抽出材は、反射型測定に用いることができる。
【００１３】
本発明はまた、容器と、該容器に装着された上記固相抽出材とを備える、固相抽出カートリッジを提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、粒子状の多孔質のポリマ系固相抽出材の機能を損なうことなく、取扱いが容易で各種の要求に対応しやすく、かつ通液速度に優れる固相抽出材及びこれを備える固相抽出カートリッジを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例１で得られたブロック型固相抽出材の外観例である。
【図２】実施例２で得られたシート型固相抽出材の外観例である。
【図３】本実施形態のブロック型固相抽出材において、球状多孔質ポリマ吸着材と球状の熱可塑性樹脂粉体とが融着することにより一体化している状態を示すＳＥＭ写真である。
【図４】熱可塑性樹脂が完全に溶解してマトリックスを形成し球状多孔質ポリマ吸着材が固定されていることを示すＳＥＭ写真である。
【図５】ブロック型固相抽出材を用いたシリンジ型固相抽出カートリッジの構成を示す。
【図６】シート型固相抽出材を濾過容器に装着した構成を示す。
【図７】従来の充填型固相抽出シリンジカートリッジタイプの構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本実施形態に係る固相抽出材は、球状多孔質ポリマ吸着材及び球状熱可塑性樹脂を備え、球状熱可塑性樹脂と球状多孔質ポリマ吸着材とが融着することにより一体化している。
【００１７】
上記球状多孔質ポリマ吸着材の材質は、特に限定されるものではなく、疎水性樹脂、親水性樹脂、イオン交換樹脂、キレート樹脂等を用いることができる。具体的には、スチレン、メチルスチレン、ジメチルスチレン、エチルスチレン、ブチルステレン等のスチレン変性モノマと、エチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、ペンチルメタクリレート、ヘキシルメタクリレート、オクチルメタクリレ−ト、ステアリルメタクリレート等との共重合体が挙げられる。これらの共重合体は、疎水性固相抽出材にイオン交換基を導入したもの、キレート性官能基を導入したもの等多機能なものであってもよい。このような共重合体の球状粒子は、例えば、公知の懸濁重合法、シード重合法により得られる。
【００１８】
より具体的には、本実施形態の球状多孔質ポリマ吸着材は、例えば、非架橋性ビニルモノマと架橋性ビニルモノマとの水性懸濁重合により得ることができる。該水性懸濁重合により反応を行う場合に、非架橋性ビニルモノマ及び架橋性ビニルモノマを溶解することができ且つ不活性な有機溶媒を添加してもよい。添加する有機溶媒は重合分散媒である水に対して不溶又は難溶性（水への溶解度が２５℃で３％以下）であることも必要である。
上記有機溶媒としては、酢酸エチル、酢酸ブチル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル等の脂肪族又は芳香族エステル、トルエン、ベンゼン、キシレン等の芳香族炭化水素等、酢酸エチレングリコールモノエチルエーテル、ヘキサン、オクタン、デカン、アミルアルコール、ヘキシルアルコール、ヘプチルアルコール、オクチルアルコール等の難溶性アルコール類などが使用できる。これらの有機溶媒は、得られる重合体において残基となる単量体の種類によって適宜使い分けられ、単独で使用してもよく、複数種類併用してもよい。
上記有機溶媒の配合割合は、多孔性の点からビニル単量体総量に対して好ましくは５〜３００重量％、より好ましくは２０〜２００重量％、さらに好ましくは５０〜１００重量％である。有機溶媒の配合割合が５〜３００重量％の範囲であると、重合系が不安定となり難く所望の多孔性が得られやすい傾向にある。
【００１９】
上記球状多孔質ポリマ吸着材をそのまま用いてもよく、各種の要求に呼応して、疎水性樹脂、親水性樹脂、イオン交換樹脂、キレート樹脂等を導入して用いても問題ない。
【００２０】
上記球状熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン及びポリプロピレンのいずれか、又はそれらの混合物が挙げられ、これらを主成分（例えば５０質量％以上、好ましくは６０質量％〜８０質量％）として含むことが好ましい。上記球状熱可塑性樹脂は、必要に応じて、エチレン−酢酸ビニル共重合体又はエチレン−ビニルアルコール共重合体を含むことができる。また、球状熱可塑性樹脂は、球状多孔質ポリマ吸着材よりも低い融点を有するものであると好ましい。
【００２１】
ここで、本明細書において、球状という用語は、必ずしも真球である必要はなく、楕円体等の回転体などを含んでいてもよく、表面の一部に平面部分を有していてもよい。アスペクト比としては、例えば、０．６０〜１．００の範囲であれば球状とみなされる。
【００２２】
球状多孔質ポリマ吸着材の粒径、粒度分布、細孔径は使用用途により決定される。球状多孔質ポリマの平均粒径については、球状熱可塑性樹脂が部分融着しやすいサイズであると好ましく、具体的には、球状多孔質ポリマ吸着材が球状熱可塑性樹脂に対して粒経比率１〜１０倍が好ましい。球状熱可塑性樹脂の平均粒径は２０〜４０μｍであると好ましい。なお、ここでいう平均粒径とは、コールターカウンター法により測定された、体積基準での中位径を言う。
【００２３】
本実施形態の固相抽出材は、上記球状熱可塑性樹脂と上記球状多孔質ポリマ吸着材とが融着することにより一体化しているものである。ここで、一体化とは、上記球状熱可塑性樹脂と上記球状多孔質ポリマ吸着材とが融着して全体としてひとつながりの固相抽出材を形成していることを意味する。図３に示されるように、本実施形態の固相抽出材では個々の球状熱可塑性樹脂１１（粒径の小さいもの）及び球状多孔質ポリマ吸着材１２（粒径の大きいもの）が球状の形状を維持している。一方、図４に示されるように、熱可塑性樹脂を溶融して形成した無定形のマトリックス１３に、球状多孔質ポリマ吸着材１２が埋め込まれているものは、本実施形態の固相抽出材には含まれない。
【００２４】
本実施形態の固相抽出材は、球状熱可塑性樹脂及び球状多孔質ポリマ吸着材を混合し、焼結及び成形することによって得ることができる。球状熱可塑性樹脂及び球状多孔質ポリマ吸着材の焼結及び成型は公知の方法で行うことができる。そのような方法としては、例えば、まず、球状多孔質ポリマ吸着材と球状熱可塑性樹脂とを混合させ金型に振動させ充填を行う。その際に使用される金型は固相抽出材の製造等に用いられる際に適した形のものを使ってよい。
【００２５】
本実施形態の固相抽出材を製造する際に、球状多孔質ポリマ吸着材と球状熱可塑性樹脂との混合比（球状多孔質ポリマ吸着材量比）は、特に限定されないが、球状多孔質ポリマ吸着材量比が３０〜６０％であることが好ましい。球状多孔質ポリマ吸着材量比が３０〜６０％である場合、単位容積あたりの球状多孔質ポリマ吸着材の量が十分であり、目的物の回収率や反射型測定のばらつき等を抑制できる傾向にある。また、球状多孔質ポリマ吸着材量比が上記範囲であると、ブロック型又はシート型固相抽出材として十分一体化されやすくなるため、もろくなり壊れやすくなる傾向にある。なお、球状多孔質ポリマ吸着材量比は以下の式で定義される。
球状多孔質ポリマ吸着材量比＝球状多孔質ポリマ吸着材の質量／（球状熱可塑性樹脂の質量＋球状多孔質ポリマ吸着材の質量）
【００２６】
焼結は、球状熱可塑性樹脂が焼結するものの、球状多孔質ポリマ吸着材は焼結しない温度範囲で行うことが好ましい。このような温度範囲であれば、得られる固相抽出材において球状多孔質ポリマ吸着材同士が融着することがないため好ましい。
焼結する際の加熱温度は用いる球状熱可塑性樹脂の融点付近が望ましく、一般的には８０〜２００℃付近が好ましく、この温度範囲であれば、固相抽出材をブロック化又はシート化しやすく、かつ丈夫な固相抽出材を得られやすい。また、熱可塑性樹脂の球状が維持されやすいために、吸着量及び通液性能に優れる傾向にある。加熱時間としては、１０〜６０分であると、丈夫な固相抽出材が得られやすく、かつ生産性に優れる傾向にある。
ただし、上記に示した温度、時間等の製造条件は一例であり、これに限定されるものではない。
【００２７】
上記の方法により球状熱可塑性樹脂を加熱することにより、球状熱可塑性樹脂の表面を融かし部分的に球状多孔質ポリマ吸着材に融着することにより、図１及び２に示すとおり球状多孔質ポリマ吸着材が球状を維持した熱可塑性樹脂を介して固定化、一体化され、ブロックやシート状の固相抽出材を成型できる。
【００２８】
焼結後は、冷却し、金型から成型された一体化された固相抽出材を取出し、直に固相抽出等に使用することが可能であるが、打ち抜きプレス機や工作機等を使用し、さらに一体化ブロックを使用用途に適した形に成型することも可能である。上述の方法に従うと、図１及び２に示すとおり、球状熱可塑性樹脂と球状多孔質ポリマ吸着材とが融着することにより一体化しているブロック型又はシート型の固相抽出材が得られる。すなわちポリエチレン、ポリプロピレン等の球状熱可塑性樹脂粉体と球状多孔質ポリマ吸着材を混合し、熱を加えることにより球状熱可塑性樹脂を部分融着させ焼結し、熱可塑性樹脂が球状を維持した状態で一体化したブロック型・シート型固相抽出材である。
【００２９】
本実施形態において、上記固相抽出材をリザーバ又はホルダ等の容器に装着して固相抽出カートリッジと使用しても良い。具体例としては、図５に示すように、シリンジ型ホルダ３にブロック型固相抽出材４を装着したシリンジ型固相抽出カートリッジが挙げられる。また、図６に示すように、下部にフリットフィルタ２ｂが備え付けられたガラスロート５及び上部にフリットフィルタ２ａが備え付けられたフリットガラスサポート７の間にシート型固相抽出材６を挟み込んだファンネル型の固相抽出カートリッジも挙げられる。
【００３０】
特に、固相抽出カートリッジは、専用カートリッジを用い、反射型ＵＶ、反射型蛍光分析のサンプルとして使用し、測定することも可能である。従来型の多孔質ポリマ吸着材充填固相抽出材だと、多孔質ポリマ吸着材充填がこぼれない様、上下にフリットが不可欠で、吸着材が露出していないため、反射で分析することが出来ないのは自明である。
【実施例】
【００３１】
［実施例１］
（１）球状多孔質ポリマ吸着材の製造
テトラメチロールメタントリメタクリレート４０ｇ、ジビニルベンゼン９０ｇ、イソアミルアルコール３２．４ｇ、及び酢酸ｎ−ブチル１２９．３ｇの混合物を０．１重量％メチルセルロース水溶液８００ｇに加え、８０℃で６時間懸濁重合させた。反応液を冷却した後、生成した共重合体を濾過し、水洗、メタノール、アセトニトリル洗浄して、次いで、６０℃で１５時間乾燥し、分級して平均粒径７０μｍの架橋性アクリル重合体粒子を得た。
（２）ブロック型固相抽出材の製造
上記（１）で得られた球状多孔質ポリマ吸着材と球状ポリエチレン粒子（平均粒径３０μｍ）とを混合し、球状多孔質ポリマ吸着材量比５０％の混合物を３００ｍｍ（縦）×３００ｍｍ（横）×１０ｍｍ（高さ）のブロック成形用の金型に入れ、振動させながら充填を行った。金型上部に蓋をし、１８０℃で、１５分加熱した後、金型を冷却し吸着ブロック（３００ｍｍ×３００ｍｍ×１０ｍｍ）を得た。この吸着ブロックを１２．７５ｍｍ（直径）×１０ｍｍ（高さ）の円柱状に打ち抜きプレスで加工し、ブロック型固相抽出材を作製した。このブロック型固相抽出材を、内径１２．７５ｍｍ、高さ６８ｍｍのポリピロピレン製のシリンジ型リザーバの挿入し、ブロック型固相抽出材を使用したシリンジ型固相抽出カートリッジを作製した。
【００３２】
＜評価＞
上記（２）で得られたブロック型固相抽出材を輪切りにし、ＳＥＭ（ＳＵ−７０、（株）日立ハイテクノロジーズ製）観察を行った。
【００３３】
また、上記シリンジ型固相抽出カートリッジに１０ｐｐｍに調整した農薬（チラウム溶液）を２００ｍＬ通液後、アセトニトリル５ｍＬでカートリッジから溶出（濃縮）し溶出液を高速液体クロマトグラフィー（Ｌ２０００、株式会社日立ハイテクノロジーズ製）を用い下記の条件で農薬吸着量と回収率の測定を行った。
溶離液：アセトニトリル／りん酸二水素カリウム溶媒  ４５／５５体積比  （ｐＨ３．５）
流速：１．０ｍＬ／ｍｉｎ
カラム：Ｉｎｅｒｔ  Ｓｉｌ  ＯＤＳ３  （ＧＬサイエンス製）
測定波長：ＵＶ−２２０ｎｍ
さらに、５０ＫＰａに減圧度を調整したマニホールを使用し、シリンジ型固相抽出カートリッジに２００ｍＬの水溶液を通液し通液速度を以下の式から算出した。
＊通液速度（ｍＬ／ｍｉｎ）＝通液量／通液時間（ｍｉｎ）
得られたブロック型固相抽出材５０個を目視にてチャネリング、ボイド又はカケを有する物を不良品とし不良率＊を以下の式を用い算出した。
＊不良率（％）＝不良品／全固相抽出材（５０個）
【００３４】
ＳＥＭ観察の結果、球状熱可塑性樹脂と球状多孔質ポリマ吸着材とが融着することにより一体化している固相抽出材が得られた事を確認した（図３）。農薬吸着量は１０．０ｍｇ／Ｌであり、回収率は１００％であった。通液速度は３１．５ｍｌ／ｍｉｎであり、不良率は０％であった。評価結果を表１に記す。
【００３５】
［実施例２］
上記（１）で得られた球状多孔質ポリマ吸着材と球状ポリエチレン粒子（平均粒径３０μｍ）とを混合し、球状多孔質ポリマ吸着材量比５５％の混合物を１３０ｍｍ（縦）×８０ｍｍ（横）×１ｍｍ（厚さ）のシート成形用の金型に振動させ充填を行った。金型上部に蓋をし、１８０℃で、１５分加熱した後、金型を冷却し吸着シート（１３０ｍｍ×８０ｍｍ×１ｍｍ）を成型した。この吸着シートを４７ｍｍ（直径）×１ｍｍ（厚さ）の円形状に打ち抜きプレスで加工し、シート型固相抽出材を作製した。このシート型固相抽出材をファンネル型の減圧ろ過用フィルタホルダに装着し固相抽出を行った。
【００３６】
農薬吸着量、回収率、通液特性及び不良率評価を実施例１と同様の方法で行った。農薬吸着量は１０．０ｍｇ／Ｌであり、回収率は１００％であった。通液速度は６７．８ｍｌ／ｍｉｎであり、不良率は０％であった。評価結果を表１に記す。
【００３７】
［実施例３］
上記（１）で得られた球状多孔質ポリマ吸着材と球状ポリエチレン粒子（平均粒径３０μｍ）とを混合し、球状多孔質ポリマ吸着材量比４０％の混合物を３００ｍｍ（縦）×３００ｍｍ（横）×１０ｍｍ（高さ）のブロック成形用の金型に振動させ充填を行った。金型上部に蓋をし、１８０℃で、１５分加熱した後、金型を冷却し吸着ブロック（３００ｍｍ×３００ｍｍ×１０ｍｍ）を成型した。このシート状の吸着ブロックを１２．７５ｍｍ（直径）×１０ｍｍ（高さ）の円柱状に打ち抜きプレスで加工し、ブロック型固相抽出材を作製した。このブロック型固相抽出材を、内径１２．７５ｍｍ、高さ６８ｍｍのポリピロピレン製のシリンジ型リザーバの挿入し、ブロック型固相抽出材を使用したシリンジ型固相抽出カートリッジを作製した。
【００３８】
農薬吸着量は９．６ｍｇ／Ｌであり、回収率は９５．７％であった。通液速度は３０．２ｍｌ／ｍｉｎであり、不良率は０％であった。評価結果を表１に記す。
【００３９】
［比較例１］
市販されている一体型固相抽出材（フリットレスＳＰＥ）であるサーモフィッシャーサイエンティフィック社製ＳＯＬＡ  ５ｍｍ（直径）×５ｍｍ（高さ）について、ＳＥＭ観察及び通液速度の測定を実施例１と同様の方法で行った。
【００４０】
ＳＥＭ観察の結果、熱可塑性樹脂が完全に溶融して形成されたマトリックス中に球状多孔質ポリマ吸着材が固定されている事を確認した（図４）。通液特性評価で得られた通液速度は４．１ｍｌ／ｍｉｎであった。この通液速度を実施例１で作製したブロック型固相抽出材１２．７５ｍｍ（直径）×１０ｍｍ（高さ）のサイズとして算出した結果、通液速度は２６．６ｍｌ／ｍｉｎであり、実施例１で作製したブロック型固相抽出材とくらべ通液速度が約２０％低かった。評価結果を表１に記す。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
表１に示すように、実施例１〜３の回収率及び通液速度は良好であった。比較例１の通液速度は実施例１〜３と比べて劣っていた。
【符号の説明】
【００４３】
１…球状多孔質ポリマ吸着材、２ａ…上部フリットフィルタ、２ｂ…下部フリットフィルタ、３…シリンジ型ホルダ、４…ブロック型固相抽出材、５…ガラスロート、６…シート型固相抽出材、７…フリットガラスベースサポート、１１…球状熱可塑性樹脂、１２…球状多孔質ポリマ吸着材、１３…マトリックス。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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