(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超臨界流体を用いて試料成分の分離又は抽出を行なう超臨界流体装置であって、
二酸化炭素とモディファイアの混合流体が移動相として送液される移動相送液流路、及び前記移動相送液流路内において前記移動相を超臨界状態に維持するように、前記移動相送液流路内の圧力を調節する背圧弁を含む流体処理部であって、当該流体処理部を経た流体中に気相である二酸化炭素と液相であるモディファイアが含まれる流体処理部と、
前記流体処理部の下流で前記背圧弁の出口に接続され、気体を通過させ液体を通過させない材質により構成された気液分離管を有し、前記背圧弁の出口から流出した流体のうち二酸化炭素は圧力低下により気化して気相となり、モディファイアは液相を維持し、前記気液分離管を流れる流体の気相である二酸化炭素を前記気液分離管の壁面を介して前記気液分離管の外部へ排出することにより液相であるモディファイアを気相である二酸化炭素と分離する気液分離部と、
前記気液分離部よりも下流側に設けられ、前記気液分離部において前記気相である二酸化炭素と分離された液相であるモディファイアを回収する液相回収部と、を備えた超臨界流体装置。
【請求項２】
前記気液分離部は、前記気液分離管内の圧力を大気圧よりも高い圧力に維持する加圧部を備えている請求項１に記載の超臨界流体装置。
【請求項３】
前記気液分離管の下流端又はそれよりも下流側に、前記気液分離管の内径よりも小さい内径を有する流路区間が、前記加圧部として設けられている請求項２に記載の超臨界流体装置。
【請求項４】
前記気液分離管よりも下流側に、前記気液分離管内の圧力を大気圧よりも高い所定の圧力に調節する圧力調節弁が、前記加圧部として設けられている請求項２に記載の超臨界流体装置。
【請求項５】
前記気液分離部は、前記気液分離管の周囲の圧力を前記気液分離管内の圧力よりも低い圧力に減圧する減圧機構を備えている請求項１に記載の超臨界流体装置。
【請求項６】
前記気液分離管はポリテトラフルオロエチレンからなる請求項１から５のいずれか一項に記載の超臨界流体装置。
【請求項７】
二酸化炭素とモディファイアの混合流体が移動相として送液される移動相送液流路、及び前記移動相送液流路内において前記移動相を超臨界状態に維持するように、前記移動相送液流路内の圧力を調節する背圧弁を含む流体処理部を経た二酸化炭素からなる気相とモディファイアからなる液相を含む流体を、気体を通過させ液体を通過させない材質により構成された気液分離管に前記背圧弁の出口から直接的に導入し、当該気液分離管を流れる流体に含まれる気相を前記気液分離管の壁面を介して前記気液分離管の外部へ排出することにより液相を気相と分離し、前記気液分離管を経て気相と分離された液相を回収する液相回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超臨界流体を用いて試料成分の分離又は抽出を行なうための超臨界流体装置や、少なくとも１つのカラムに原料を含む液を流すことによって反応させて所定の化合物を合成するフロー合成を行なうためのフロー合成装置などを含む流体処理装置と、そのような流体処理装置における処理を経た液体を処理液として回収するための処理液回収方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、超臨界流体クロマトグラフ（ＳＦＣ：Super−Critical Fluid Chromatography）や超臨界流体抽出装置（ＳＦＥ：Super−Critical Fluid Extraction）では、二酸化炭素とモディファイアの混合流体を移動相として分析流路中で送液する。分析流路上には分析流路内の圧力を調節する背圧弁が設けられており、背圧弁によって分析流路内の圧力を１０ＭＰａ（メガパスカル）以上にする。分析流路内では、移動相中の二酸化炭素が超臨界流体又は液体状態となって流れる。背圧弁の後段側では、通常、流路内の圧力が大気圧となっているため、背圧弁を通過した二酸化炭素は大気圧に減圧されて気化する。【０００３】
分取機能を備えたＳＦＣやＳＦＥでは、二酸化炭素とモディファイアの混合流体に溶解している試料を背圧弁の通過後に捕集する。気化した二酸化炭素はその体積が４００倍にもなるため、線速度が大きい二酸化炭素にモディファイアがエアロゾル化し、気化した二酸化炭素とともに配管出口から噴出する。そのため、試料成分を含むモディファイアが飛散してしまい、試料成分の一部が失われるという問題があった。【０００４】
この問題を解決するため、一般的に、背圧弁を通過した後の流体を、容器の縁に沿ってらせん状に流すなどして気相（二酸化炭素）と液相（モディファイア、主にはメタノール）に分離する気液分離器が設けられる（特許文献１、２参照。）。気液分離器によって気相と分離された液相を所定の容器に回収する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００９−５４４０４２号公報
【特許文献２】特開２０１０−７８５３２号公報
【特許文献３】特開２０１５−１７２０２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような気液分離器を設けた場合でも、気化した二酸化炭素とともに液相が配管出口から噴出されるため、二酸化炭素によって液相が飛散し、回収率の低下や多回分析成分のコンタミネーションの発生を招くという問題があった。また、回収容器の前段に気液分離器を設けると、配管出口から噴出した液相が気液分離器内に残存しやすく、残存した液相がコンタミネーションの原因になり得ることから、分析ごとに気液分離器を洗浄する必要があった。そのため、流体を噴出させることなく容易に気液分離を行なうことのできるような構成が臨まれる。【０００７】
また、原料を段階的にカラムに流していきながら反応させて医薬品等の有用分子を生成するフロー合成の分野においても、生成物を含む液中に含まれる気相を除去して液相のみを回収するという処理が行われる場合がある（特許文献３参照。）。このような場合にも、フロー合成による処理の流れの中で流体から気相を容易に除去することができるような構成が臨ましい。【０００８】
そこで本発明は、超臨界流体を用いた分析・抽出やフロー合成などの分野において、所定の処理を経た気相と液相を含む流体から気相を除去して容易に液相を回収することができるようにすることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る流体処理装置は、流体を流路中で流しながら試料に対する処理を行なう流体処理部であって、当該流体処理部を経た流体中に気相と液相が含まれる流体処理部と、前記流体処理部の下流に接続され、気体を通過させ液体を通過させない材質により構成された気液分離管を有し、前記気液分離管を流れる流体の気相を前記気液分離管の壁面を介して前記気液分離管の外部へ排出することにより液相を気相と分離する気液分離部と、前記気液分離部よりも下流側に設けられ、前記気液分離部において前記気相と分離された液相を回収する液相回収部と、を備えている。【００１０】
本発明に係る流体処理装置は、超臨界流体を用いて試料成分の分離又は抽出を行なうための超臨界流体装置とすることができる。その場合、前記流体処理部は、二酸化炭素とモディファイアの混合流体が移動相として送液される移動相送液流路と、前記移動相送液流路内において前記移動相を超臨界状態に維持するように、前記移動相送液流路内の圧力を調節する背圧弁と、を備えている。【００１１】
本発明に係る流体処理装置は、少なくとも１つのカラムに原料を含む液を流すことによって反応させて所定の化合物を合成するフロー合成を行なうためのフロー合成装置とすることもできる。【００１２】
前記気液分離部は、前記気液分離管内の圧力を大気圧よりも高い圧力に維持する加圧部を備えていることが好ましい。そうすれば、気液分離管を流れる流体の気相をより効率的に気液分離管の外部へ排出することができる。【００１３】
前記加圧部を実現する構成として、前記気液分離管の下流端又はそれよりも下流側に、前記気液分離管の内径よりも小さい内径を有する流路区間を設けることが挙げられる。かかる構成にすることで、気液分離部の構造が簡易なものとなり、コストの低減も図ることができる。【００１４】
また、前記加圧部を実現する他の構成として、前記気液分離管よりも下流側に、前記気液分離管内の圧力を大気圧よりも高い所定の圧力に調節する圧力調節弁を設けることが挙げられる。気液分離管内を流れる流体の気相を気液分離管から排出するために必要な圧力が圧力調節弁によって確実に得ることができるので、気液分離部における気液分離をより確実に実現することができる。【００１５】
また、前記気液分離部は、前記気液分離管の周囲の圧力を前記気液分離管内の圧力よりも低い圧力に減圧する減圧機構を備えていてもよい。この減圧機構は、前記加圧部に代えて、又は前記加圧部とともに設けられていてもよい。気液分離管内の圧力を高めるだけでなく、気液分離管の周囲の圧力を減圧することによっても、気液分離管内を流れる流体の気相をより気液分離管から排出することができる。【００１６】
前記気液分離管の材質の一例として、ポリテトラフルオロエチレンが挙げられる。【００１７】
本発明に係る処理液回収方法は、流体を流路中で流しながら試料に対する処理を行なう流体処理部を経た気相と液相を含む流体を、気体を通過させ液体を通過させない材質により構成された気液分離管に導入し、当該気液分離管を流れる流体に含まれる気相を前記気液分離管の壁面を介して前記気液分離管の外部へ排出することにより液相を気相と分離し、前記気液分離管を経て気相と分離された液相を処理液として回収するものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る流体処理装置は、流体を流路中で流しながら試料に対する処理を行なう流体処理部の下流に、気体を通過させ液体を通過させない材質により構成された気液分離管を有し、気液分離管を流れる流体の気相を当該気液分離管の壁面を介して当該気液分離管の外部へ排出することにより液相と分離する気液分離部が設けられているので、流体処理部を経た流体中からの気相の除去が容易になされる。これにより、流体処理部を経た流体中の液相の回収を容易かつ高効率に行なうことができる。さらに、従来のような気液分離器が不要であるため、構成が簡易になり、かつ液相を配管出口から飛散させることがないため、従来の気液分離器のように、飛散した液相が気液分離器内に残存するといったことがなく、分析ごとに洗浄しなければならないという問題も生じない。【００１９】
本発明に係る処理液回収方法は、流体処理部を経た流体を流路中で流しながら気相を除去し、気相と分離された液相を処理液として回収するので、流体処理部を経た流体中の液相の回収を容易かつ高効率に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】液体処理装置の１つである超臨界流体クロマトグラフの一実施例を概略的に示す流路構成図である。
【図２】気液分離部の構成の一例を概略的に示す構成図である。
【図３】気液分離部の構成の他の例を概略的に示す構成図である。
【図４】気液分離部の構成のさらに他の例を概略的に示す構成図である。
【図５】液体処理装置の他の実施例を概略的に示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る流体処理装置の実施例について、図面を用いて説明する。
【００２２】
流体処理装置の１つである超臨界流体装置の一実施例を図１に示す。
【００２３】
この実施例の超臨界流体装置は、流体を流路中で流しながら成分の分析処理を行なう流体処理部１、気液分離部２４及び液相回収部２７を備えている。流体処理部１は、移動相送液流路２、試料注入部１４、分析カラム１６、検出器２０及び背圧弁２２を備えている。試料注入部１４、分析カラム１６及び検出器２０は、移動相送液流路２上において上流側からその順に設けられている。背圧弁２２は移動相送液流路２の下流端に接続されている。
【００２４】
気液分離部２４は背圧弁２２の下流に設けられ、さらにその気液分離部２４の下流に液相回収部２７が設けられている。液相回収部２７は、気液分離部２４の下流に接続された流路切替バルブ２８と、その流路切替バルブ２８の各ポートに接続された複数の回収容器３０ａ〜３０ｄを備えている。なお、この実施例では、４つの回収容器３０ａ〜３０ｄが示されているが、回収容器の個数はいくらであってもよい。
【００２５】
移動相送液流路２の上流側には、液体状態の二酸化炭素とモディファイアをそれぞれ送液する送液ポンプ８、１０とそれらを混合するミキサ１２が設けられている。送液ポンプ８によって二酸化炭素ボンベ４から送液される二酸化炭素と、送液ポンプ１０によってモディファイア容器６から送液されるモディファイアはミキサ１２で混合されて混合流体となり、移動相として移動相送液流路２を流れる。
【００２６】
背圧弁２２は移動相送液流路２内の圧力が所定の圧力（例えば１０ＭＰａ）になるように制御され、それによって移動相中の二酸化炭素が超臨界状態で移動相送液流路２を流れる。
【００２７】
分析対象の試料は試料注入部１４によって移動相送液流路２内に導入される。試料注入部１４の下流側に分析カラム１６が接続されており、試料注入部１４を通じて移動相送液流路２内に導入された試料は、分析カラム１６において成分ごとに分離される。分析カラム１６はカラムオーブン１８内に収容されており、分析カラム１６の温度が一定温度に維持されている。分析カラム１６の下流側に検出器２０が接続されており、分析カラム１６から溶出する試料成分が順次検出器２０に導入されて検出される。
【００２８】
検出器２０のさらに下流側に背圧弁２２が接続され、背圧弁２２の出口側に気液分離部２４が設けられている。気液分離部２４は気液分離管２６を備えている。気液分離管２６は、気体を通過させ液体を通過させない性質をもつ材質によって構成された配管である。気液分離管２６の材質としては、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）が挙げられる。気液分離部２４は、気液分離管２６を利用して、背圧弁２２の出口から流出した流体を気相と液相に分離する。
【００２９】
背圧弁２２の出口から流出した流体のうち二酸化炭素は、圧力が急激に低下することによって気化し、気相となる。他方、モディファイアは背圧弁２２の前後において液体状態である。分析カラム１６から溶出した試料成分は、そのほぼ全量が液相であるモディファイアに溶解している。気液分離部２４は、気液分離管２６を流れる流体の気相である二酸化炭素を気液分離管２６の外部へ排出し、液相のみを後段の流路切替バルブ２８に導くように構成されている。
【００３０】
液相回収部２７の流路切替バルブ２８は、例えばロータリー式の切替バルブであり、気液分離部２４からの流路を回収容器３０ａ〜３０ｄのうちいずれか一つの回収容器に接続するようになっている。流路切替バルブ２８の流路切替動作は検出器２０の検出信号と同期するようになっており、分析カラム１６で分離された各試料成分を含む液相が別々の回収容器３０ａ〜３０ｄに回収されるようになっている。
【００３１】
この実施例の超臨界流体装置は、気液分離部２４において気相が流路の外部へ排出されるため、各回収容器３０ａ〜３０ｄには液相のみが滴下される。したがって、気化した二酸化炭素が回収容器３０ａ〜３０ｄに通じる配管の出口から噴出することがなく、液相が飛散することはない。
【００３２】
気液分離部２４における流体の気液分離効率は、気液分離管２６内の圧力を高める加圧部を設けることによって向上させることができる。
【００３３】
加圧部が設けられた気液分離部２４の一例を図２に示す。
【００３４】
図２の構成では、気液分離管２６の下流側に継手３２を介して加圧部としての細管３４が接続されている。細管３４は気液分離管２６よりも内径が小さくなっており、細管３４によって気液分離管２６内の圧力が大気圧よりも高い圧力（例えば３ＭＰａ）に維持されるようになっている。気液分離管２６内の圧力が大気圧よりも高い圧力に維持されることで、気液分離管２６を流れる流体中の気相が気液分離管２６の外部へ排出されることが促進され、背圧弁２２の出口から流出した流体の気液分離の効率が向上する。
【００３５】
加圧部が設けられた気液分離部２４の構成の他の例を図３に示す。
【００３６】
図３の構成では、気液分離管２６の下流側に圧力センサ３６が設けられ、さらにその下流側に加圧部としての圧力制御バルブ３８が設けられている。圧力制御バルブ３８は、例えば背圧弁２２と同様の構成を有するものである。圧力制御バルブ３８の動作は制御部４０によって制御される。制御部４０は、圧力センサ３６の検出信号に基づき、気液分離管２６内の圧力が大気圧よりも高い圧力（例えば３ＭＰａ）となるように、圧力制御バルブ３８の動作を制御する。制御部４０は、図に示されているように、例えば背圧弁２２の動作制御を行なう制御部と共通のものでよい。
【００３７】
図３の構成でも、図２の構成と同様に、気液分離管２６を流れる流体中の気相が気液分離管２６の外部へ排出されることが促進され、背圧弁２２の出口から流出した流体の気液分離の効率が向上する。
【００３８】
なお、加圧部としては図２及び図３に示されたものに限らず、例えば、気液分離管２６の下流端又はそれよりも下流側に、気液分離管２６の内径よりも小さい内径を有するオリフィス部が設けられたものなど、気液分離管２６内の圧力を大気圧よりも高い圧力に維持することができる構造のものであればいかなるものであってもよい。
【００３９】
また、気液分離部２４における流体の気液分離効率は、上記加圧部に代えて又は上記加圧部とともに、気液分離管２６の外部の圧力を減圧する減圧部を設けることによっても向上する。
【００４０】
減圧部を備えた気液分離部２４の構成の一例を図４に示す。
【００４１】
この例の気液分離部２４は、気液分離管２６が密閉空間４２内に収容されている。密閉空間４２内は真空ポンプによって大気圧よりも低い圧力に減圧されている。気液分離管２６内の圧力は大気圧又はそれに近い圧力であるため、密閉空間４２内が大気圧よりも低い圧力に減圧されることで、気液分離管２６内の圧力がその周囲の圧力よりも相対的に高くなる。これにより、気液分離管２６を流れる流体中の気相が気液分離管２６の外部へ排出されることが促進され、背圧弁２２の出口から流出した流体の気液分離の効率が向上する。
【００４２】
図４の例では、気液分離管２６内の圧力が大気圧又はそれに近い圧力となっているが、図２や図３に示したような加圧部を用いて気液分離管２６内の圧力を大気圧よりも高い圧力に加圧し、さらに図４に示したような減圧部を用いて気液分離管２６の外部の圧力を大気圧よりも低い圧力に減圧してもよい。これにより、気液分離管２６を流れる流体中の気相が気液分離管２６の外部へ排出されることがさらに促進され、背圧弁２２の出口から流出した流体の気液分離の効率がさらに向上する。
【００４３】
図１を用いて説明した超臨界流体装置は、背圧弁２２の出口から流出した流体を気液分離部２４で気液分離した後で、液相のみを流路切替バルブ２８を介して各回収容器３０ａ〜３０ｄに導くようになっているが、本発明はかかる構成に限定されない。背圧弁２２の下流側に気液分離部２４を介さずに流路切替バルブ２８を接続し、流路切替バルブ２８と各回収容器３０ａ〜３０ｄの間に気液分離部２４を設けても、上記実施例と同様の効果を得ることができる。
【００４４】
上記実施例において説明した超臨界流体装置は、超臨界流体を用いて試料の分離分析を行なう超臨界流体クロマトグラフであるが、本発明に含まれる超臨界流体装置はこれに限定されず、超臨界流体を用いて試料中に含まれる成分の抽出を行なう超臨界流体抽出にも同様に適用することができる。
【００４５】
また、本発明は、上述のような超臨界流体の分野だけでなく、特許文献３に開示されているようなフロー合成の分野にも同様に適用することができる。この場合、図５に示されているように、特許文献３に開示されているようなフロー合成部４６（流体処理部）の最終工程で得られる生成液に含まれるガス成分（気相）を除去するために、気液分離管２６を利用した上述の気液分離部２４を用いることができる。気液分離部２４の構成は図２から図４に示した構成と同様の構成でよい。
【００４６】
図示は省略されているが、フロー合成部４６には合成の原料物質を含む液の流れる流路上に少なくとも１つのカラムが設けられている。カラムには原料物質と反応する触媒等の固相が保持されており、原料物質を含む液をカラムに通過させることで、合成に必要な反応が液の流通過程で行なわれるようになっている。フロー合成部４６において生成された物質を含む液は気液分離部２４に導入され、気液分離部２４において不要なガス成分が除去される。気液分離部２４で不用なガス成分が除去された液相が処理液として回収容器４８に回収される。
【符号の説明】
【００４７】
１，４６      流体処理部
２      移動相送液流路
４      二酸化炭素ボンベ
６      モディファイア容器
８，１０      送液ポンプ
１２      ミキサ
１４      試料注入部
１６      分析カラム
１８      カラムオーブン
２０      検出器
２２      背圧弁
２４      気液分離部
２６      気液分離管
２７      液相回収部
２８      流路切替バルブ
３０ａ〜３０ｄ、４８      回収容器
３２      継手
３４      細管
３６      圧力センサ
３８      圧力制御バルブ
４０      制御部
４２      密閉空間
４４      真空ポンプ
【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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