技術発達史

ク

ロマトグラフィーの発展荒木峻＊

Short Historyof ChromatQgraPhy

Shun ARAXI＊

Kuh，E．hderer3）らにより受け継がれた。いずれのよく知られているように「クロマトグラフィー」の名付親はM．S．Tswettである。Tswettは1906年

場合も移動相は液体，固定相は吸着剤である。一方同時）にこの手法を用いて植物色素の分離を初めて行なった○すな

期に隷hu血n

わち，固体の吸着剤をつめたカラムの上端から，試料溶気体，固定相に吸着剤を用いる方法を手がけているoこ

液を入れ，ついで溶媒を流すと，試料中の各成分は異なる速度でカラム中を移動し，ある時間後には各成分ごとれらはいずれも今日いう吸着クロマトグラフィーであるに着色パントを示す。

トグラフィー））らをはじめとする研究者は．移動相に（前者は液一回クロマトグラフィー，後者は気一団クロマ

Tswe廿の発表（こ先立つ数年前に，類似の手法がすで1941年A．J．P．MartinとR・L・M・SyngeDは液体をに発表されている。すなわち，地質学者であり，鉱山毅固定柏とする方法（液一波クローマトゲラフィー）を開発

郎のD．T．Dayが石灰岩の粉末をつめたカラムに下かし，ペーパークロマトグラフィー＊Bへと発睦させ，そのら試料（石油原油）を押し込み分離する方法を，1900年

業績により1銘2年度のノーベル化学賞を受賞しているo

パリで開かれた第1回Intemational Petroleum Con−

Martinらが，液一波クロマトグラフィーーの最初の論文をgressで発表し賞賛を博した。この発表がクロマトグラフィーの誕生であるとする人も多いか。しかしながら，性について示唆したけれども、その後数年間だれも注目Tswe録が溶媒で洗い流す手法を取り入れたことは画期するものがなく，彼ら自身が試みるまで何の発表も見ら的というべきであろう。

れなかった。l塊9年M劃宣lnとA・T．Jam恵）はこれに発表したともすでに気一波クロマトグラフィーの有用

現在，クロマトグラフィーは，試料成分の若色の有無にかかわらず，つきのように定義される。

着手し，1952年に〇五ordで開かれたCbngress forAnal〕証calChemistryで発表したoクロマトグラフィーは分解法の1つでもって，各成Martinらは，キャリヤーガスに蜜素を用い，検出に分は2つの相すなわち固定相（粒状吸着剤または多孔は自動滴定を利用して，低沸点の脂肪酸，アミン類，ピ質粒状固体にまぶされた液体）と，それを通して動くリジン類の分析を行なうとともに，いわゆる段理論を展移動相（液体または気体）の間に分配され，その割合が成分ごとに相違することにより分離がおこなわれ開させた。ついで，N．H．Rayで）が，今日広く用いられるo熱伝導度セルを用いる装置を考案し，炭化水素，アルコDayの成果は早速数人の研究者により受けつがれ，ール，エステル．ケトンなどの分析を行なった。ているガスクロマトグラフの原型ともいえる，検出器に専ら石油成分の研究に用いられたが，その後の発展は見Rayの発表からわずか2年後（l錐）には，この手法られず，とだえてしまった＊！。一方TsWe請の方もしばらく忘れられていたが，4半世紀だった1931年にR．

は，過去10ないし扮年間の分析化学の発展のうち最大のものと賞讃されるようになり，その後の進歩発達が加＊わって有力な分析手段として急速に普及していった。

東京都立大学工学部工業化学科（158東京都世田谷区深沢2−1−1）＊

TokyoMetropolitanUniversity（Fukasawa2−1−1，

今日その凍れむくむものにシリカゲルによる石油留分のPONA（バラブインIオレフィンlナブテンI芳香族）分析法がある。

Setagaya−ku，Tokyo，158）

また1867年唄Shonbeinもにより十二：−試みられているという幻

ペーパークロマトグラフィーの手法はl鈍4年？．F．Runge・二よi）．

−304−

（61）

ク∴ロマトゲラフ

いまさら説明するまでもないことであるが．ガスクロィ

ーの発展

305

先発変型検出器（FPD）であろう。衷1にTCDを加マトグラフは淡路系で構成されており，キャリャーガス

えて4種の検出器の特性の比較を示す。という流体が装罷内を流れている間に，分離と検出が行なわれる。このことが本手法をきわめで融通性に富む多ラフー質韮分析計直結装麿（上帝っ語るGC−MS）は，ガス彩なものにしているといえる。一般の分析機韓の場合，クロマトグラフの側から見れば 質最分析計は検出器で改良が行なわれるとすると，分解能や感度のより商いもあり，未知成分の探索や有機化合物の構造決芯に大きなの，または．より使い易−ィ、ものを目ざすにとどまもこと役割を果たす。ガスクロマトグラフと質量分析計は分析が多いが，ガスクロマトグラフの場合は，南峰能カラムや高感受検出器のほか、バックフラッシュ．プレカット

対象になる試料の形態が共通しておら前者による高度分離（見方を変えれぜ注目成分の覇魁）と後者によるス

近年各方面で利用されるようになったガスクロマトグなど淡路系の工夫，反応ガスクロマトグラフィー，自動ペクトルを通じての判別が見事結びつけられている。クガスクロマトグラフ（プロセスガスクロマトグラフ）な

ロマトグラムは，賢愚分析計の方の特定のI）寝の†オ

ど，いろいろとにぎゃがであり，どの場合も，ガスタロン量または金イオン屋を記録して得ることができる。

でトグラフが流路系で構成されているという特徴を生しガスタロマトグラフと質壁分析計を結合するには，通たものである。これらに昇温法や自動分数、さらに連続辞それらの間にいわ母るセパレーター（インターフェーガスクロマトグラフが加わり，その発展はとどきるとこ

ス1を置き，ガスクロマトグラフからの溶出成分をキャろを知らない。これらの開発は，すでに，1950年代に芽iJ十一ガスから分離して質量分析諒二送り込む必要があ

ばえ，1900年代にはそのほとんどが実用化の段階に入っるが，最近，質窺分析別のイオン源に化学イオン化

たことは驚嘆に倣する。ここでは主として装彊面から，（Cllemicalionization）方式を採用しセパレーターの不その幾つかを取り上げ，進歩のあとをたどって見よう。

用のものも現われている。

1・検出器

2・昇漁法

楽酎痛での新らしい埼秦の車で検出器は最も多彩なも通常のガスクロマトグラフの操作案件では，カラム温のであり，40数種類に達している。そのうち、初期にRayによって取り入れられた熱伝導度セル（現任は熱伝度は一定に保たれ，卑く溶出する成分（低沸点成分）群は互に近接したするどいピークとして現われるが言堅れ導度型検出器，略称TCDと呼ぶことが多い）は現在でて溶出する成分（潜航烹成分）群のピークは幅の広い互も愚も基本的な検拙盤である。しかし，VanDeemterをに間隔をおいたもの：こ点る。したがって、広い沸点範囲

先達として，ガスクロマトグラフィーの理論が展開されの試料をあつかう場合言蛾粧点の戒分は保持時間が非常るに伴い閑管カラム（Goぬyカラム）をはじめとする高性能カラムが開発されて雨蛙分離に伴う条件として，試に長くなり，実際上分析不能となる。高沸点物の分腰に好都合な商いカラム温度を選べ浩，低沸点的のピークは料の徴亜化が要求されるようになる一方，微愚成分の分分離しない。その困難を避けるため，ガスクローマトグラ

析の必要から，協感度検出器がつぎつぎと若葉された。

フが普及しはじめた初期には，カラム温度を段階的に，まそれらの中で，現在本邦で多用されているのは，水素炎

たは，連続的に上げる方法や，2台ないし3台の装置をイオン化検出器（FID，∴藍子捕獲型検出器（ECD），炎穫列につなぐ多段階ガスクローマトゲラフ（装置ごとにカ

哀1主なガスクロマトグラフ用検出器の比敬承【∴∴∴ECD（e轟Ni）
用

途

汎用

惑∴∴∴度∴

10．000V．mllg

ノイlX10￣，l

検出下限i

ズ．

直線領域

操作集∵偉

有機化合物一般

P化合物
こ高逐邁￣謡議￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣

0．01クーロンIg

i2×10−dml

く2xlO一陣sec十7×10−華lSeC

50

セル電流

おOlllA

温220℃

キ出￣ガス

Hc流量：抑証′min＊文離8）に恕ィ．、∴作蒔

40A．m肱∴∴∴左00クーロンIgi470クーロ∵／lg

10−1軸n1109

度

FPD

志試料アルドリン

畠

流出20m肱i。

上甑′紬l中 燕謹
塵雷−′20mllmini

H重し源∴愚170mlImin

351nll・min O雪慧気2。n臨Ng流：∴壷：∴50mVmin

306

有授合成化学館泌巻第4号（1977）

ラム粗宴を変え，最初の装置を最高にしてつぎつぎと低（鎚）クロマトグラフが利用できるようになろう。

い温蝉こ設定する）などが考案されたが，終局手法とし3）定性的情報が得られる。ガスクロマトグラフィーて趣酋したのは連続昇漁法である。この方法のうち直線は定盤にはうってつけであるが，定性のよりどころは保的な連続昇温法によると、等温操作の場合の同族列内の持値だけであ男不安が残る。そのため，他の定性手段が併用される。化学反応は，選択性がおるところから，測点対保講比の対数の直線関係が，沸点と保持時間または溶出粗壁（成分がカラムから溶出するときのカラム温利用できるものの一つであ虹飽和・不飽和の区別，各度）とrj問に患られ，同族列内の未知成分の沸点の推定が容易となる。これは騎密蒸留試験に相当することを山

種官能基の判別などに用いられる。反応カラムを通したオーダーの試料を用いてできることを意味する9）。

クの消滅・移動の有無などから判断する。
4）検出の前段階に化学反応を取り入れ高感度化・3．反応ガスクロマトグラフィー

ときと通さないときのクロマトゲラムを比較して，ピー補正係数の単純化ができる。その一例はCOの水素気流

ガスクロマトグラフィーは化学反応に基づく従来の化中でのNi触媒によるCH，への変換である。FIDは学分析が役立たない炭化水素をはじめとする各寵有機化COには応答しないが，CH日になれば0．1ppmも匝瑳合物の各個を覿こ偉力を発揮してきた。それば，分配係分析できる。この手執ま自動ガスクロマトグラフによる数の相連という化学反応とは彊接関係のないものに根拠

環境大気中のCHJCOの監視に実用されている。

を置いて∵（、るからにはかならない。しかし、それにも限界があり．ガスクロマトグラフの流路系内に化学反応を4・向流連続ガスクロマトグラフ
ガスクロマトゲラフにカラムからの溶出成分をキャリ取り入れる手法が生れた。そのはしりは1955年にR．J．
Kokesら証の行なった炭素数8までの化合物の接触分ヤーガスから分離して各個に取出す機構を取り付けれ解生成杓い分酷二始まる。

ば純物質を得ることができる。通常のガスクロマトグ

反毒す17コマトゲラフィーでは．分離調のカラムのラフでは，試料の一回の注入鼠は証のオーダーである

前また嵐麦に反応カラム（lIアクター）をもうけ、そこから，得られる純物街もごく少盛にすぎず分析化学的で化掌反応を行なわせる。それにより、な日的以外には利周できない。そこでカラムの断面積を1＼通常．ブスタロでトゲラフの系外で行なう絢処理

大きく（内径の小さいカラムを東にして用い，または，を系内で青みうことにより．試料の徴艶化，分析の迅速内径の大きいカラムを用いる）するとともに，試料の注化ができる。高分子化合物の熱分解生成物の分析よその入を一定時間間隔で繰返し行なし、これに分数機構を連好例である。

動させることにより処理能力を増大させた自動ガスクロマトグラフが実現した。しかし，この手法では処理量の熱分解ゼスクロマトグラフィーは，反応ガスクロマトグラフィーのうちで応用例の最も多い方法であるが，高分子化需短こかざらず，離党桂の大きな化合物にも拡大通閂きれて、、も。すなわち，一定の条件下（たとえば金増大に限界があり，ここにガスクロマトグラフの連続化の構想が生れた。
P・E．Barker，8）は1960去置

カラムの塔頭から充て

グラム−弾化合物にl：lに対応することに茸目して，ん物を徐々に落下させるとともに下端から乾燥室気を送り．試料はカラムの中央からボンガこより連続的に導入

これに質量てベクトルや赤外吸収スペクトルなどと同等する装直をつくり，ベンゼン（沸点約．1℃）とシクロヘの役割を果たさせようとする試みである。

キサン（沸点約・7℃）を分離した。この方法では充て細管中）丁の熱分解生成物のクロマトブラムーパイロ

2）従薬の化学分析のうち，目的成分が気体に変換さん物の破損が激しいので，ドーナツ型のカラムを回転されて分辞される場合は，ガスクロマトグラフィーに結びつけて上記同様の効果が期待できる。売薬分析のうち，せることにより無限に充てん物を移動させて同一の効果

炭水索分静こいちはやくガスクロマトグラフィーが導入された捕ま当然のことといえよう，官能基分析のうち，を得る方法を考案しさらに改良を重ねた−3）。
一方，B・J・Bradley一）らは1963年，0．Gmbnerら5）は1964年，充てん物を機械的に移動させる代りに，カアルゴキシんの場合，従来ヨウ化物（CH3I，C揖I）にラムの塔頂から液体（固定相液体に相当するもの）を充変換されて分析されていたから，これもそのままガスクロマトゲラフ系内でできる＝）。元来．化学分析では，一てん物（磁興，金属線など）の表面を薄膜として落下させ般には揮発牲化合物に変換されることは少ない。したが対して向流となるように流す方式を考案した。筆者の研って，新たにそのような反応が発掘されればもっとガス究室でもこの方式を検討し興味ある結果を待ているIe）。

るとともに，カラムの下端からキャリャーガスを液体にヽ＼ヽ（餌）クロマトグラフィーの発展

307

この場合一本のカラムでは，ある分配係数を界として2か，いろいろな考案がおこなわれた。すなわち，紫外吸つの部分に分厳し得るだげであるから，多成分系中の1収の測定，ゲイ光強度の測定，熱検出，FIDの利用な成分を分輔製するには，この方式を繰返す必要があどである。しかしながら，これらの検出法はいずれも，る。試作した3成分乗用装置では，たとえばシクロヘキサンーベンゼンートルエン（1‥2‥l）の3成分系中各成分通用範囲，感度で一長一短がもり，きめ手になるのがないというのが現状であろう。特に，汎用でかつ高感度のとも関％以上のものが同廟こ得られた。現在のところ，ものの出現が待望される。GC−MSにならいLC−MSの処理整数ml／hrであるが，実用には大型化する必要がめ開発も進められている。高速液体クロマトゲラフでは，る。また，高性能充てん物，液体，ガス循環方法の開発

数十から数百kg／C証の高圧を用いるので，ガスタロマなど今後に残されたいくつかの課題がある。

トグラフにくらべて，充てん物の劣化が激しい。したがって，いかにして耐久性のあるものにするかについての

以上ガスクロマトグラフィーの発展のあとを若干具体的に述べてきたが，最後に，液体クロマトグラフィーの機器化についてふれておく。

工夫がいろいろ行なわれている。担体と液芯を化学的に緒合させる試みもその例である。
以上，クロマトグラフィーの発展のあとを主として機ガスクロマトグラフィーの長足の進歩にくらべて，液器の側からたどって見た。現在この技術は．化学、薬学

緯クロマトグラフィーの機器化は遅々として進まなかっ

生物学，農学，医学およびそれぞれの応用分野で広く活た。その一番の障害は，キャリヤーガスに相当する溶離用され，基本的な分能技術，分析技術としての役割をは液の組成が単純でなく，しばしば混合溶媒が用いられ，たすにいたっている。このことは今後も変ることはな士、また，その組成を時間的に変える（勾配溶離）ため，検であろう。

出手段の適当なものがなかなか得られなかったことである○もっとも，特殊な目的のものは比較的早くから装置化された。それはイオン交換樹脂を用いるアミノ酸混合物の分職である。この場合の検出は，ニンヒドリンによる発色の吸光度測定で行な潰れている。

文

献1）M・S・Tswett，Ber．DcuE．Botan．Ges

24．316，

鋳出（150ゆ2）S・Ⅴ・Heines，Chenl．Tech′Wl．，May1971，280

3）R・Kuhn，E・Lederer，Ber・Deuc・Chem・Ges．，LXIV，1349（1931）

1959年PI胞thとFlodinは，デキストランとエビタ

ロルヒドリンの交さ結合反応で得られるゲ7レ物頃を用いるゲル源過クロマトグラフィーを開発した。この手法は水溶性嵩分子の分離，分子量測定など主として生化学方面で広く用いられてきた。19蝕年J．C．M00re17）は（昭和51年11月24日受理）

ス4）P・Schuftan，Die Technische GasanalJiSe（S．

Hir境l）Lipzig．（1掬l）5）A・J・P・Martin，R．LM．Synge，Bio布M．J．，

35，1諜嶋（1947）
6）A・T・James，A・J・P・Martin，AnaLyヾl（LmtOn），77，915（1952）

チレンとジビニルベンゼンの共重合体を用いるゲルバー

7）N・H．Ray，J．Appl．CheIn．，ら21（19瓢）

ミエィションクロマトグラフィーを開発した。これは高8）C・H・Hartmann，Anal．C掃e伽．，43、No，2．113Å

分子化学関係で合成高分子の分子量分布の測定法として重要な手法である。この場合，検出には示差屈折計を用いている。このあたりから液体クロマトグラフィーは機器化へ大きく動きはじめる。
液体クロマトグラフィ細は，ガスクロマトグラフィーと相補的な関係にあり，不揮発性物質や，熱的に不安定な物質にも通用できるが，謝述の検出のむづかしさとともに，分態に時間がかかるのが欠点であった。1969年
J・J・Kikl孤dlDが創始した液体クロマトグラフィーの高速化は，この問題に答えたものであり，その後急速に（1971）
9）F・T・Eggertsen，S・Groennings，J．J．HoIst，Anal．Ckem．，32，9鎚（1960）
10）R・J・Kokes，H．Tnbin，Jr，P．H．Emmett、J．

477L C定例．Soc．，77，5800（1955）

11）荒木壊，鈴木繁喬，北野大，分析化学，18，008（1969）［同様の手法でN−アルキル基の分析をおこなった同上，19，488（1970）］
12）P・E・Barker，D・Critcher，Chem．Enq．Sti．，13，

82（1960）
13）P・E・Barker，D．H，lluntington，J．Gas〔旋oIna−ioor．，4，59（1966）14）B・J・Bmdley，P・F・Tiley，CIzel′l．Il，d．九鬼y4，743（1963）

発展して今日に到っている。高速化を可能にしたのは，15）〇・Gmbner，E．Kneem，Cblleetzo，lC群でhoslの．

多孔質の薄膜破痩型（ペリキュラー型）の充てん物や，粒径が小さく（10仰n）そろった多孔質球状の充てん物

16）渡部勝憲，千石智弘，鈴木繁喬，荒木唆．日化誌と高性能の高圧用送液ポンプの開発である。また，南遷17）J・C・M00re，J、Pobmer Sc3．，62，301（1964）

化の実現にともなって検出手段も前記の示差計屈折のほα肥朋．α）m棚競．，29，722（19製）
1975，8818）J・J・Kirklmd，Ed・言Å40dern P′raCticeofLlq−

uidCh0ma10gnLt・hy（1971）（MarcelDd永er）