(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空キャピラリー管（１）の内壁に、表面（４ａ）に設けた多数の孔（２）の各々の内側に拡張空包（３）を有した固定相（４）を形成したことを特徴とする中空キャピラリーカラム。
【請求項２】
溶融シリカキャピラリー管を中空キャピラリー管（１）の素材としたことを特徴とする請求項１記載の中空キャピラリーカラム。
【請求項３】
中空キャピラリー管（１）を任意の適切な長さに切断できるものとしたことを特徴とする請求項１記載の中空キャピラリーカラム。
【請求項４】
オリゴシリカを固定相（４）基材の原料としたことを特徴とする請求項１記載の中空キャピラリーカラム。
【請求項５】
オリゴジルコニアを固定相（４）基材の原料としたことを特徴とする請求項１記載の中空キャピラリーカラム。
【請求項６】
オリゴチタニアを固定相（４）基材の原料としたことを特徴とする請求項１記載の中空キャピラリーカラム。
【請求項７】
固定相（４）の表面（４ａ）と固定相（４）の内側の拡張空包（３）の何れか一方、又は双方に化学修飾を加え化学修飾型固定相としたことを特徴とする請求項１記載の中空キャピラリーカラム。
【請求項８】
固定相（４）の表面（４ａ）と固定相（４）の内側の拡張空包（３）に異なった化学修飾を加え化学修飾型固定相としたことを特徴とする請求項１記載の中空キャピラリーカラム。
【請求項９】
化学修飾の官能基として、アルキル基、γ―アミノプロピル基、シアノエチル基、シクロデキストリン基、イオン交換基から選択される何れかとしたことを特徴とする請求項７又は８記載の中空キャピラリーカラム。
【請求項１０】
中空キャピラリー管の内壁をアルカリ処理し、次いで前記内壁にオリゴシリカ、オリゴジルコニア又はオリゴチタニアを塗布して、アルカリ水溶液を前記中空キャピラリー管中に満たし、シリカ層、ジルコニア層又はチタニア層の熟成を行い、前記アルカリ水溶液を取り除いた後、熱処理を前記キャピラリー管に加えることにより、固定相の基盤を形成することを特徴とする中空キャピラリーカラムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体クロマトグラフィー及び電気クロマトグラフィーなど、分離分析分野に供することのできる中空キャピラリーカラム及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の中空キャピラリーカラムでは、液体クロマトグラフィーにおける化学修飾型中空キャピラリーカラムの逆相条件下においての良好なクロマトグラムを与え、同時に５０％メタノール水溶液の条件下で保持比の値が０．５以上を与えることは少なかった。保持比は固定相の表面積の大きさとその相の厚さによって定まるが、固定相の厚さは物質移動の係数に関与するのであまり厚くすると良好な分離を示すクロマトグラムが得られないので、大きな表面積を有する固定相の開発が遅れていた。
【０００３】
電気クロマトグラフィー用のカラムとしては、充填キャピラリーカラム、緩く充填したカラム及び中空キャピラリーカラムの三つが存在する。電気クロマトグラフィーにおいては電圧をカラム軸方向に印加するので、カラム中に電流が流れジュール熱が発生する。前記ジュール熱による気泡のカラム内での発生が起こり得る。気泡が発生した場合には、いったん操作を止めて気泡をカラム中より除去しなくてはならない。この問題解決のためには、液体クロマトグラフィーの高圧によるカラムの洗浄を行なうなど操作性の問題がある。前記除去操作の容易さが電気クロマトグラフィーの安定な操作を得るための決め手になる。そのため、電気クロマトグラフィー用のカラムとしては、中空キャピラリーカラムの採用が最も有効である。
【０００４】
従来、ガラスキャピラリー管の素材としてソーダガラスが用いられることがあったが、ガラス表面の化学的処理が容易で水酸化ナトリウム水溶液によるガラス表面の溶解と同時に発生するシリカの沈着により、良好なシリカ固定相が実現されている。しかしながらソーダガラスはもろく折れやすいので、広く使用するのに適していない。現在、溶融シリカキャピラリーガラスが非常に安定なガラスとして広く採用されているが、この素材はガラス表面が非常に安定であり化学処理による表面積の増大は非常に困難が伴う。溶融シリカキャピラリーガラス表面を重フッ化アンモニウム試薬による高温（例えば３５０℃から４００℃）での処理により表面のエッチングが可能であるが、この方法による良好なカラムは未だ得られていない。また、激しい条件での表面処理は、長期的にはカラムの劣化を伴う。
【０００５】
従来、固相抽出管としてガスクロマトグラフィーで開発されてきたカラムを適切に短くして試料採集に用いることがあるが、本来液体溶液の試料を扱うときは液体用に開発された採集管が望ましい。採集管として中空キャピラリー管を用いると、採集する際に流量抵抗が少なく採集操作が容易にできるが、この目的のために供せられる試料付加量の大きな固定相を形成した中空キャピラリー管、すなわち短いキャピラリーカラムが望まれる。しかし、このような中空キャピラリー管としての適切な機能を有する素材は未だ存在していない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、液体クロマトグラフィー及び電気クロマトグラフィーなど、分離分析分野に供する中空キャピラリーカラムとして、非常に大きな表面積を有する固定相を形成したカラムを提供すると共に、そのカラムの製造方法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の中空キャピラリーカラムは、中空キャピラリー管１の内壁に、表面４ａに設けた多数の孔２の各々の内側に拡張空包３を有した固定相４を形成したものとしている。
【０００８】
本発明において中空キャピラリー管１の素材としては、溶融シリカキャピラリー管とすることができる。
【０００９】
さらに、中空キャピラリー管１は、任意の適切な長さに切断できるものとすることができる。
【００１０】
本発明において固定相４基材の原料としては、オリゴシリカ、オリゴジルコニア、オリゴチタニアとすることができる。
【００１１】
さらに、固定相４は、化学修飾を加え化学修飾型固定相とすることができる。すなわち、固定相４の表面４ａと固定相４の内側の拡張空包３の何れか一方、又は双方に化学修飾を加え化学修飾型固定相とすることがきる。この場合、固定相４の表面４ａと固定相４の内側の拡張空包３に異なった化学修飾を加え化学修飾型固定相としてもよい。
【００１２】
本発明において化学修飾の官能基としては、アルキル基、γ―アミノプロピル基、シアノエチル基、シクロデキストリン基、イオン交換基から選択される何れかとすることができる。
【００１３】
そして、本発明の中空キャピラリーカラムは、中空キャピラリー管の内壁をアルカリ処理し、次いで前記内壁にオリゴシリカ、オリゴジルコニア又はオリゴチタニアを塗布して、アルカリ水溶液を前記中空キャピラリー管中に満たし、シリカ層、ジルコニア層又はチタニア層の熟成を行い、前記アルカリ水溶液を取り除いた後、熱処理を前記キャピラリー管に加えることにより、固定相の基盤を形成するものとしている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は、本発明の中空キャピラリーカラムの拡大断面図であり、図２は、本発明の中空キャピラリーカラムの一部をさらに拡大した顕微鏡写真図である。図１、２に見るように、中空キャピラリー管１の内壁には、表面４ａに設けた多数の孔２の各々の内側に拡張空包３を有した固定相４を形成したものとしている。
【００１６】
本発明において中空キャピラリー管１の素材としては、溶融シリカキャピラリー管とすることができる。中空キャピラリー管１は、試料を採集する際に流量抵抗が少なく採集操作が容易であるので、試料負荷量の大きな固定相を形成したクロマトグラフィー用の中空キャピラリー管１を任意の適切な長さに切断して、固相抽出管として供することができる。これによって希釈な試料の効率的な補集能力を持つ補集管として使用できる。
【００１７】
本発明において拡張空包３とは、固定相４の表面４ａの孔２よりも内側の方が広くなった空包であればよい。前記固定相４の厚さは、約０．２〜０．９μｍ、孔２の径は、約０．１〜０．５μｍ、空包３の内径は、約０．２〜０．８μｍとすることができるが、限定されるものではない。
【００１８】
本発明において固定相４基材の原料としては、オリゴシリカ、オリゴジルコニア、オリゴチタニアとすることができる。そして、この固定相４は、化学修飾を加え化学修飾型固定相とすることができる。すなわち、固定相４の表面４ａと固定相４の内側の拡張空包３の何れか一方、又は双方に化学修飾を加え化学修飾型固定相とすることができる。この場合、固定相４の表面４ａと固定相４の内側の拡張空包３に異なった化学修飾を加え化学修飾型固定相としてもよい。なお、化学修飾の官能基としては、アルキル基、γ―アミノプロピル基、シアノエチル基、シクロデキストリン基、イオン交換基から選択される何れかとすることができる。
【００１９】
そして、本発明の中空キャピラリーカラムは、以下の製造プロセスにより製造される。
（製造プロセス１：前処理過程）
中空キャピラリー管の内壁に、オリゴシリカが固着しやすいように、前処理過程として、アルカリ処理を８０℃で一時間行う。
（製造プロセス２：オリゴシリカ塗布の過程）
中空キャピラリー管の内壁に、オリゴシリカを塗布する。使用するオリゴシリカは、テトラエトキシシランを重合し、重合度を１０から２０に調整した化学物質である。オリゴシリカは、キャピラリー管素材の石英と非常に類似した構造を有し、オリゴシリカはキャピラリー管内壁面との馴染みが非常に良く、前記内壁面への固着による安定が迅速に進む。重合度１０から２０のオリゴシリカは、シリカ層生成のための核の形成が容易であり、オリゴシリカの使用により安定に薄層を形成できる。
【００２０】
オリゴシリカの塗布は、オリゴシリカ溶液を溶融シリカキャピラリーガラス管内に満たし、ついでガス圧をキャピラリー管の一端に加え、オリゴシリカの溶液を管中から除去する。この課程においてオリゴシリカ試薬がキャピラリー管内に残留する。
（製造プロセス３：アルカリ溶液によるシリカ層の形成）
アンモニア水溶液を前記中空キャピラリー管中に満たし、一時間この状態に保つ。この間にシリカ層の形成が進む。ついでアンモニア溶液をキャピラリー管中より除く。
（製造プロセス４：熱処理の過程）
前記キャピラリー管中に窒素ガスを通じながら、連続的な昇温による熱処理を加える。
【００２１】
前記の各製造プロセスにより、中空キャピラリー管の内壁に、表面に設けた多数の孔の各々の内側に拡張空包を有した固定相が形成される。この固定相の厚さは製造プロセスにより異なってくるが、一例として挙げれば、厚さを０．８μｍ、孔の大きさを０．３μｍ、拡張空包の内径を約０．６μｍとする固定相が形成された。厚さ及び孔の大きさはアンモニア濃度に依存するので、上記の例と異なったアンモニア濃度で実施した他例では、厚さを０．３μｍ、孔の大きさを０．１５μｍ、拡張空包の内径を約０．２μｍとする固定相が形成された。
【００２２】
なお、本発明の中空キャピラリーカラムを製造するには、前記の製造プロセス２において、オリゴシリカに代えて、オリゴジルコニア、オリゴチタニアを用いることもできる。
【００２３】
さらに、前記製造プロセスに続いて、固定相に化学修飾を加え化学修飾型固定相とする製造プロセスを追加することもできる。この製造プロセスでは、固定相の表面と固定相の内側の拡張空包の何れか一方、又は双方に化学修飾を加え化学修飾型固定相とすることができる。この場合、固定相の表面と固定相の内側の拡張空包に異なった化学修飾を加え化学修飾型固定相としてもよい。なお、化学修飾の官能基としては、アルキル基、γ―アミノプロピル基、シアノエチル基、シクロデキストリン基、イオン交換基から選択される何れかとすることができる。
【００２４】
次に、前記の各製造プロセスにより製造した中空キャピラリーカラムの固定相に化学修飾を加えて得られた化学修飾型固定相を形成した中空キャピラリーカラムを用いて、液体クロマトグラフィー及び電気クロマトグラフィーを実施した。その結果、以下に示すように、これまで実現されなっかた大きな保持比を与える中空キャピラリーカラムを提供することができた。
【００２５】
図３は、本発明の中空キャピラリーカラムを用いて液体クロマトグラフィーを実施したときの構成図を示しており、ａは送液ポンプ、ｂは微量試料注入器、ｃは中空キャピラリーカラム、ｄは検出器である。図４は、本発明の中空キャピラリーカラムを用いて電気クロマトグラフィーを実施したときの構成図を示しており、ｃは中空キャピラリーカラム、ｅは高電圧電源、ｆは溶媒槽である。
【００２６】
前記液体クロマトグラフィーにおいて、移動相には４５％メタノール水溶液を用い、試料としてウラシル、ベンゼン、アゼナフテンを用いた。カラムは、内径２５μｍ、長さ４０ｃｍ、オクタデシルシランを化学修飾した固定相を形成した中空キャピラリーカラムを使用した。図５に示したクロマトグラム中のピーク、Ｕはウラシル、Ｂはベンゼン、Ａはアゼナフテンである。
【００２７】
前記電気クロマトグラフィーにおいて、移動相にはメタノール：５ｍＭ燐酸緩衝液（ｐＨ７）の１：１混合液を用い、試料としてチオ尿素、安息香酸メチル、ナフタレン、フルオレンを用いた。カラムは、内径２５μｍ、長さ４５ｃｍ、オクタデシルシランを化学修飾した固定相を形成した中空キャピラリーカラムを使用した。図６に示したクロマトグラム中のピーク、Ｔはチオ尿素、Ｍは安息香酸メチル、Ｎはナフタレン、Ｆはフルオレンである。
【００２８】
【発明の効果】
本発明は、以上に述べたように構成されているため、液体クロマトグラフィー及び電気クロマトグラフィーなど、分離分析分野に供する中空キャピラリーカラムとして、非常に大きな表面積を有する固定相を形成したカラムが提供でき、これにより優れた高分離能を示す分離が実現可能となる。すなわち、本発明の中空キャピラリーカラムにおける固定相は非常に大きな表面積を有し、試料に対しての大きな保持比を示すことができる。保持の能力の増大は、複雑な試料成分の分離に威力を発揮できることであり、本発明の中空キャピラリーカラムは高性能な分離に供することができるようになる。
【００２９】
本発明の中空キャピラリーカラムとして、溶融シリカキャピラリー管をキャピラリーカラムの素材として用いたものでは、機械的強度が強く、使用上構造的にも安定である。
【００３０】
本発明の中空キャピラリーカラムにおいて、オリゴシリカ、オリゴジルコニア又はオリゴチタニアを固定相基材としたものでは、複雑な構造を有する固定相を容易に得ることができる。
【００３１】
本発明の中空キャピラリーカラムにおいて、表面積の大きな化学修飾型固定相有するものでは、市販のキャピラリー電気泳動装置に装着して電気クロマトグラフィーを実施できる利便性がある。すなわち、市販のキャピラリー電気泳動装置はキャピラリー管両端に微加圧できるようになっており、この微圧力を用いてキャピラリーカラムの洗浄、コンディショニング、気泡が発生した場合の回復操作が実施できる。また、電気クロマトグラフィーにおいては、送液を電気浸透流のみにより実施すれば、高理論段の分離が達成でき有効な分離手法となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の中空キャピラリーカラムの拡大断面図である。
【図２】本発明の中空キャピラリーカラムの一部をさらに拡大した顕微鏡写真図である。
【図３】本発明の中空キャピラリーカラムを用いた液体クロマトグラフィーの構成図である。
【図４】本発明の中空キャピラリーカラムを用いた電気クロマトグラフィーの構成図である。
【図５】本発明の中空キャピラリーカラムを用いた液体クロマトグラフィーによるクロマトグラムである。
【図６】本発明の中空キャピラリーカラムを用いた電気クロマトグラフィーによるクロマトグラムである。
【符号の説明】
１  中空キャピラリー管
２  孔
３  拡張空包
４  固定相
４ａ  表面
【図１】
0003840524.tif 000002
【図２】
0003840524.tif 000003
【図３】
0003840524.tif 000004
【図４】
0003840524.tif 000005
【図５】
0003840524.tif 000006
【図６】
0003840524.tif 000007