(57)【要約】【課題】  より高圧力で高速分析を行っても分離性能を低下させない。【解決手段】  試料及び移動相が分離用充填剤１１０に流入する分離カラム１を用いた液体クロマトグラフにおいて、分離用充填剤１１０の外周を被覆する被覆材１２０と、被覆材１２０で被覆された分離用充填剤１１０が挿入された支持体１３０と、を備え、被覆材１２０と支持体１３０との間は、流入側に比べて流出側の圧力が小さくされている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料及び移動相が分離用充填剤に流入する分離カラムを用いた液体クロマトグラフにおいて、
前記分離用充填剤の外周を被覆する被覆材と、
前記被覆材で被覆された前記分離用充填剤が挿入された支持体と、
を備え、前記被覆材と前記支持体との間は、流入側に比べて流出側の圧力が小さくされたことを特徴とする液体クロマトグラフ。
【請求項２】
請求項１に記載のものにおいて、前記被覆材と前記支持体との間を流入側から流出側へ圧力が低下するように加圧することを特徴とする液体クロマトグラフ。
【請求項３】
請求項１に記載のものにおいて、前記被覆材と前記支持体との間に流体を流入させることを特徴とする液体クロマトグラフ。
【請求項４】
請求項１に記載のものにおいて、前記分離用充填剤は多孔質体で円筒形状に成形されたモノリスロッドであることを特徴とする液体クロマトグラフ。
【請求項５】
請求項１に記載のものにおいて、前記被覆材と前記支持体との間に前記移動相を流入させることを特徴とする液体クロマトグラフ。
【請求項６】
請求項１に記載のものにおいて、前記分離用充填剤は多孔質体とされたモノリスロッドであり、前記モノリスロッド内の圧力に対応して前記被覆材と前記支持体との間を加圧することを特徴とする液体クロマトグラフ。
【請求項７】
試料及び移動相が分離用充填剤に流入する液体クロマトグラフ用分離カラムにおいて、
前記分離用充填剤の外周を被覆する被覆材と、
前記被覆材で被覆された前記分離用充填剤が挿入された支持体と、
を備え、前記被覆材と前記支持体との間は、流入側に比べて流出側の圧力が小さくされることを特徴とする液体クロマトグラフ用分離カラム。
【請求項８】
請求項７に記載のものにおいて、前記被覆材と前記支持体との間を流入側から流出側へ圧力が低下するように加圧されることを特徴とする液体クロマトグラフ用分離カラム。
【請求項９】
請求項７に記載のものにおいて、前記分離用充填剤は多孔質体で円筒形状に成形されたモノリスロッドであることを特徴とする液体クロマトグラフ用分離カラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速液体クロマトグラフ等に使用される液体試料中の成分を分離する分離カラム及びそれを用いた液体クロマトグラフに関し、特に分析時間を短縮するものに好適である。
【背景技術】
【０００２】
従来、高速液体クロマトグラフ等において、一般に使用されている粒子充填型カラムと異なり三次元ネットワーク状の骨格とその空隙（流路，マクロポア，スルーポア）が一体となった構造を持つモノリスカラムを使用することで、表面積は増加するが、空隙率が大きく流動抵抗が増加しないカラムが可能となり、例えば、細管内に多孔質体（モノリスロッド，モノリシックシリカロッド）を組み込んだモノリス型シリカカラムで高性能化が図られている。
【０００３】
また、分離用充填剤としての多孔質体は、その外径、そりなどを高精度に成形することが困難であるため、細管と多孔質体との間に隙間を生じやすく、カラム側面からの移動相の漏出を防止するため、多孔質体の外周面に樹脂被覆材を設け、さらにその外周をPEEK材で固定することが知られ、例えば特許文献１に記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−６４３１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術においては、従来の粒子充填型カラムよりも高圧である２０〜３０メガパスカル程度の圧力で用いるには適しているが、より高速分析に必要な５０〜１００メガパスカル程度の圧力とした場合、多孔質体内部を通過する移動相の内圧、特に移動相の流入側で高圧、流出側で低圧となることより、多孔質体に密着した樹脂被覆材を圧縮あるいは押し広げたり、多孔質体そのものが破損したりして、分離性能が低下する恐れがある。
【０００６】
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、より高圧力で高速分析を行っても分離性能が低下することのないものとすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は、試料及び移動相が分離用充填剤に流入する分離カラムを用いた液体クロマトグラフにおいて、前記分離用充填剤の外周を被覆する被覆材と、前記被覆材で被覆された前記分離用充填剤が挿入された支持体と、を備え、前記被覆材と前記支持体との間は、流入側に比べて流出側の圧力が小さくされたものである。
【０００８】
また、本発明は、試料及び移動相が分離用充填剤に流入する液体クロマトグラフ用分離カラムにおいて、前記分離用充填剤の外周を被覆する被覆材と、前記被覆材で被覆された前記分離用充填剤が挿入された支持体と、を備え、前記被覆材と前記支持体との間は、流入側に比べて流出側の圧力が小さくされるものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、分離カラムにおける分離用充填剤の外周が被覆され、被覆材と支持体との間は、流入側に比べて流出側の圧力が小さくされるので、分離用充填剤内を流れる移動相による流れ方向の圧力分布に対応した圧力を分離用充填剤の外側に発生することができ、被覆材及び多孔質体へ負荷される応力を低減できる。したがって、より高圧力で高速分析を可能とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
従来の高速液体クロマトグラフ等において、一般に使用されている粒子充填型カラムで分析時間を短縮するためには、単位時間当たりの送液量を増やす必要があるが、分離性能を維持するためには、充填する粒子径を小さくし粒子表面積を増やす必要がある。しかし、内径４mm程度の円筒容器に直径５μｍ程度の粒子を充填した従来のカラムに対して、粒子直径を２μｍ程度に変更することで分析時間を１０分の１に短縮したとしても、粒子径を小さくすることで流動抵抗が増加し、より高圧での送液が必要となる。  
そこで、多孔質体で円柱形状に成形されたモノリスロッドによるモノリス型の分離カラムを液体クロマトグラフに用いることが良い。
【００１１】
図１は、分離カラムの断面図を、図２に液体クロマトグラフの分離部流路配管系を示す。  
図２において移動相送液ユニット７１０はポンプ，バルブ，圧力計を備え、移動相容器６１０より移動相を吸引し、試料導入部８１０へ移動相を流動させる。試料送液ユニット７２０は、複数の試料を格納可能な試料保持部６２０より分析に必要な試料を吸引し、試料導入部８１０から試料を移動相に導入する。試料が導入された移動相は、移動相送液ユニット７１０により試料流入配管９１０から分離カラム１へ流入する。  
分離カラム１で試料は構成する化学成分ごとに分離され、分離カラム出口から試料流出配管９２０へと流出し、下流に配置した検出器８２０で検出され、試料廃棄容器６３０に廃棄される。
【００１２】
一方、加圧用流体容器６４０からは、加圧用流体が加圧用送液ユニット７４０（ポンプ，バルブ，圧力計を備える）で吸引され、流入配管９４０を経て分離カラム１に流入し、流出配管９５０から加圧用流量調節部７５０を経て加圧用廃棄容器６５０へ流出する。  
図１において、多孔質材で柱状に成形されたモノリスロッド（モノリシックシリカロッド）１１０は被覆材１２０で被覆され例えばステンレス材とされた支持体（細管）１３０に挿入され、被覆材１２０と支持体１３０との間には微小な隙間５１０が形成されている。
【００１３】
支持体１３０の外周側には外ホルダ２１０があり、固定部材３１０を外ホルダ２１０に対して回転することにより、ねじ部２２０で締め付け、接続部材３８０に設けたパッキン３４０を支持体１３０に押し付ける。  
外ホルダ２１０の端部に設けた突起２３０が接続部材３８０に設けた凹み３３０に位置決めされるため、固定部材３１０が回転しても接続部材３８０は回転せず、すなわちパッキン３４０は回転せず支持体１３０に押し付けられる。
【００１４】
接続部材３８０の接続部３５０に試料流入アダプタ４１０を介して試料流入配管９１０を接続し、移動相に導入された試料を分離カラム１に流入させる。試料は試料流入口360を経て拡散部材３７０を通過して径方向に拡散した後モノリスロッド１１０に流入し、脱着を繰り返しながら流出側に移動することで試料を構成する化学成分ごとに分離し、分離カラム出口から試料流出配管９２０へと流出し、下流に配置した検出器で検出される。
【００１５】
加圧用流体は流入配管９４０から上流保持部５２０に流入し、隙間５１０を流動して下流保持部５３０から流出配管９５０へと流出する。上流保持部５２０，隙間５１０および下流保持部５３０は、モノリスロッド１１０とほぼ同心円状の空間であり、隙間５１０は上流保持部５２０および下流保持部５３０の隙間に比べて小さくされている。
【００１６】
隙間５１０の大きさは、モノリスロッド１１０内を試料が流動するときの流動抵抗とほぼ同じになるのが望ましい。すなわち、隙間５１０の水平断面（モノリスロッド１１０の中心軸に垂直な断面）の面積をモノリスロッド１１０の水平断面における空孔部面積以下にするのが良い。  
たとえば、モノリスロッド１１０の直径が２mmで空孔率が５０％の場合、支持体１３０の内径を直径２.４５mm以下にする。さらに、被覆材１２０の厚さを考慮し、例えば被覆材１２０の厚さが０.２mmでモノリスロッド１１０に被覆材１２０を被覆した状態での直径が２.４mmとなる場合、支持体１３０の内径を直径２.７９mm以下にする。
【００１７】
以上、モノリスロッド１１０内を試料が流動するときの流動抵抗と、隙間５１０を加圧用流体が流動するときの流動抵抗を同じにでき、モノリスロッド１１０内の流れ方向において、モノリスロッド１１０内の圧力分布と隙間５１０内の圧力分布はほぼ等しくなる。すなわち流入側から流出側にかけて圧力はほぼ一定の割合で低下し、モノリスロッド110内部から被覆材１２０を押し広げようとする圧力と隙間５１０内から被覆材１２０を押し狭めようとする圧力が被覆材１２０の流れ方向の全領域でほぼ釣り合う。したがって、高速分析のためにより高圧力としても被覆材１２０の内外で圧力がつりあうため、モノリスロッド１１０と被覆材１２０との間に隙間が発生したり、被覆材１２０が押し狭められてモノリスロッド１１０が破壊したり、することを防ぐことができる。
【００１８】
モノリスロッド１１０のような多孔質体を流体が流れる場合の流動抵抗は、上記空孔部面積が同じ２重円筒空間（支持体１３０の内壁と被覆材１２０の外壁との間に形成される空間すなわち隙間５１０）を流動する流動抵抗に比べて一般に大きく、モノリスロッド内の流量と同一の流速で加圧用流体を隙間５１０に流しても、モノリスロッド１１０内の圧力は隙間５１０内の圧力より大きくなる可能性がある。そして、圧力は流速にほぼ比例して大きくなるため、加圧用送液ユニット７４０のポンプで加圧用流体の流量を大きくし流速を速くすれば隙間５１０内の圧力が増加し、モノリスロッド１１０内の圧力と同じ圧力にすることができる。  
さらに、モノリスロッド１１０の強度が大きければ、隙間５１０内の圧力をモノリスロッド１１０内の圧力より高くして、被覆材１２０を押し狭める状態に保つのが望ましい。モノリスロッド１１０の表面には凹凸があり、被覆材１２０に熱収縮チューブ等を使用した場合、モノリスロッド１１０と被覆材１２０との間に隙間ができやすいため、被覆材
１２０を押し狭めるようにすることにより隙間の発生を防止し、分離性能の低下を防止できる。
【００１９】
試料流出配管９２０の下流に配置された検出器８２０が大きな流動抵抗となる場合には、流出配管９５０に設置した加圧用流量調節部７５０で同等の流動抵抗を加えればよい。検出器８２０の流動抵抗が小さい装置の場合には、加圧用流量調節部７５０を設けないでも良い。
【００２０】
加圧用流体は加圧用廃棄容器６５０で回収し、再び加圧用流体として使用する。あるいは、流出配管９５０から加圧用流量調節部７５０を経て、直接加圧用流体容器６４０に戻してもよい。
【００２１】
図３は、加圧用流体として移動相を用いた場合であり、移動相送液ユニット７６０で移動相容器６１０から移動相を吸引し、試料導入部８１０と流入配管９４０に分岐している。
【００２２】
被覆材１２０は内径がモノリスロッド１１０の外径より常温で大きく、加温することで小さくなる熱収縮チューブを用いることが組立を容易にするには良い。流動性の樹脂材やガラスのコーティングあるいは金属の蒸着等で被覆すれば、被覆の強度が高くなり、信頼性を向上するには望ましい。
【００２３】
さらに、モノリスロッド１１０は被覆材１２０と接触する外周表面に数マイクロメートルから数十マイクロメートル程度の凹凸があるため、被覆材１２０には凹凸を吸収して表面に接する弾性材や流動性の材料が適している。また、モノリスロッド１１０に液体を高圧で流動させるため、変形により隙間が生じないよう薄肉にするか、弾性率の大きな材料を選択することが望ましい。
【００２４】
隙間５１０はモノリスロッド１１０とほぼ等しい流動抵抗となるよう、十分狭い隙間である必要がある。しかし、モノリスロッド１１０が細い、あるいは空孔率が小さい場合には、隙間５１０を十分に狭くできない。例えば、モノリスロッド１１０のそりが隙間より大きい場合には、モノリスロッド１１０を隙間５１０に挿入することができない。その場合、図４に示すように、隙間５４０を十分広くし、抵抗材５５０を充填すればよい。  
充填材としてはモノリスロッド１１０と同等の流動抵抗が実現できればよく、例えば樹脂や金属あるいはガラス等の粒子を用いる。あるいはモノリスロッド１１０と同じシリカゲルでもよく、シリカゲルの粒子を隙間５４０に充填しても、隙間５４０内で成型してもよい。
【００２５】
粒子を隙間５４０に充填する場合の粒子径は、直径１マイクロメートルから１０マイクロメートルが望ましく、モノリスロッド１１０の流動抵抗に等しくならない場合には、加圧用送液ユニット７４０で流量を調整する。すなわち、加圧用流体の流量を増加すれば抵抗材での流動抵抗は増えて圧力は増加し、流量を低下すれば流動抵抗は低下し圧力も低下する。
【００２６】
モノリスロッド１１０の空孔率が低く流動抵抗が大きい場合、抵抗材５５０の流動抵抗も大きくしなければならない。この抵抗材５５０を用いた場合、抵抗材５５０内ではモノリスロッド１１０の軸中心線方向（流れ方向）だけでなく水平断面内での圧力分布が無視できなくなる。  
流入配管９４０から抵抗材５５０に流入した流体は水平断面内の反対側に到達するまでに圧力が低下し、被覆材１２０を押し狭めようとする圧力は、流入配管９４０側で大きくモノリスロッド１１０をはさんで反対側では小さくなる。モノリスロッド１１０内の圧力は水平断面内ではほぼ一様であるため、被覆材１２０を押し広げようとする圧力は流入配管９４０側でもその反対側でもほぼ等しく、被覆材１２０の場所によっては内外の圧力が大きく異なり、被覆材１２０に不均一な力が加わり、モノリスロッド１１０と被覆材120との間に隙間が発生したり、被覆材１２０が押し狭められてモノリスロッド１１０が破壊したりする恐れがある。そこで、流入配管９４０を１箇所だけでなく周方向に複数箇所設け、抵抗材５５０に複数箇所から同時に加圧用流体を流入させ、圧力を一様にすればよい。
【００２７】
流出配管９５０側でも同様で、流出配管９５０側では圧力が低くモノリスロッド１１０をはさんだ反対側では圧力が高い。したがって、流出配管９５０を１箇所だけでなく周方向に複数箇所設け、抵抗材５５０の複数箇所から同時に加圧用流体を流出させ、圧力を一様にすればよい。
【００２８】
図５は、隙間５４０の上下端には抵抗材５５０を充填しないようにしたもので、流入配管５４０から流入隙間５６０に流入した流体は、流入隙間５６０内では流動抵抗をほとんど受けず、流入隙間５６０内では圧力は一様である。流出配管９５０側も同様で、流出隙間５７０内の圧力も一様である。したがって、抵抗材５５０の上下端での圧力はそれぞれ一様となり、抵抗材５５０内部の流動抵抗が一様であれば水平断面内で圧力は一様になる。充填しないことに代えて、流入隙間５６０および流出隙間５７０に抵抗材５５０に比べて流動抵抗の小さい部材を充填しても同様の効果がある。
【００２９】
以上、支持体１３０の外周にねじ部２２０および突起２３０を備えた外ホルダ２１０を備えているが、支持体と外ホルダは一体とすれば部品点数が削減される。たとえば、図６は、図１に示したものにおいて、支持体１３０と外ホルダ２１０を一体にして支持体133とした分離カラムを示している。
【００３０】
図１の説明で述べたように、モノリスロッド１１０内を試料が流動するときの流動抵抗と、隙間５１０を加圧用流体が流動するときの流動抵抗を同じにすれば、モノリスロッド１１０内の圧力分布と隙間５１０内の圧力分布はモノリスロッド１１０の中心軸方向にほぼ等しくなる。  
すなわち流入側から流出側にかけて圧力はほぼ一定の割合で低下し、モノリスロッド
１１０内部から被覆材１２０を押し広げようとする圧力と隙間５１０内から被覆材１２０を押し狭めようとする圧力が被覆材１２０の全領域でほぼつりあい、モノリスロッド110と被覆材１２０との間に隙間が発生したり、被覆材１２０が押し狭められてモノリスロッド１１０を破壊したりする恐れはない。
【００３１】
多孔質で円柱形状に形成されたモノリスロッドによるモノリス型の分離カラムについて説明したが、粒子充填型カラムについても適用することができる。  
具体的には、図１に示すものに対して、被覆材１２０として樹脂製のチューブを使用し、モノリスロッド１１０に代えて粒子を充填し、支持体１３０に挿入する。  
あるいは図４において、被覆材１２０として樹脂製のチューブを支持体１３０に挿入しておいて、モノリスロッド１１０に代えて粒子を充填するのと同時に抵抗材５５０を隙間５４０に充填する。
【００３２】
特に、隙間５１０あるいは５４０内の圧力を充填された分離用粒子を通過する試料の圧力より大きくし、被覆材１２０を押し狭めるのが望ましい。すなわち被覆材１２０を押し狭めることにより、充填された分離用粒子の最外周側の凹凸を被覆材１２０で吸収し、充填された分離用粒子と被覆材１２０との隙間の発生を抑制することで、分離性能の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施の形態による分離カラムを示す断面図。
【図２】本発明の一実施の形態による流路配管系を示すブロック図。
【図３】他の実施の形態による流路配管系を示すブロック図。
【図４】他の実施の形態による分離カラムを示す断面図。
【図５】さらに他の実施の形態による分離カラムを示す断面図。
【図６】さらに他の実施の形態による分離カラムを示す断面図。
【符号の説明】
【００３４】
１  分離カラム
１１０  モノリスロッド（分離用充填剤）
１２０  被覆材
１３０  支持体
２１０  外ホルダ
２２０  ねじ部
２３０  突起
３１０  固定部材
３３０  凹み
３４０  パッキン
３５０  接続部
３６０  試料流入口
３７０  拡散部材
３８０  接続部材
４１０  試料流入アダプタ
５１０  隙間
５２０  上流保持部
５３０  下流保持部
５５０  抵抗材
６１０  移動相容器
６２０  試料保持部
６３０  試料廃棄容器
６４０  加圧用流体容器
６５０  加圧用廃棄容器
７１０  移動相送液ユニット
７２０  試料送液ユニット
７４０  加圧用送液ユニット
７５０  加圧用流量調節部
８１０  試料導入部
８２０  検出器
９１０  試料流入配管
９２０  試料流出配管
９４０  流入配管
９５０  流出配管
【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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