57●カチオン性ポリマー分析用水系SECカラム
TSK−GEL PWXL−CPシリーズの特性とその応用
バイオサイエンス事業部 セパレーションメディア製造部 セパレーションセンター

TSK−GEL

１．はじめに

徳永 邦行
津田 輝彦
森山 弘之

PWXLシリーズと同一基材の全多孔性ポリメタクリレート粒子にイオン交換基を導入したもので水溶性高分子の分子量分布を測定する水系サイズ排あり、中性の低塩濃度溶離液条件下においても1回目除クロマトグラフィー（SEC）用充てん剤には、ポリの測定からカチオン性ポリマーが高い回収率で得らメタクリレート、ポリビニルアルコールおよびシリカれ、その結果、測定再現性に優れ、正確な分子量情報ゲル系基材が広く使用されている。

が入手可能となる。

イオン性（アニオン性およびカチオン性）高分子のSEC測定溶離液は、試料と充てん剤のイオン的相互作

2.2

用を抑制するためにまた、試料の安定性を高めるため

細孔特性

TSK−GELPWXL−CPシリーズには、表 １に示すよに塩水溶液あるいは緩衝液を使用することが一般的でうに低分子用から高分子用まで分子量分画範囲を適正ある。にした3グレードを揃えた。

とりわけカチオン性ポリマーのSEC測定において

図 １には、0.1mol／L硝酸ナトリウム水溶液におけは、イオン的相互作用を抑えるために高塩濃度あるいる標準ポリエチレンオキサイドおよびポリエチレングは低pH溶離液条件が必須であり、さらにこのようなリコールでの較正曲線を示した。3グレードの細孔特

厳しい条件下においてもイオン的相互作用が完全には性が低分子領域から高分子領域までバランスよく配置抑制できず充分な測定再現性が得られなかった。

されている。

今回、温和な中性溶離液条件下において、カチオン性ポリマーが高回収率かつ再現性に優れた測定が可能

2.3

試料注入量と理論段高さ（HETP）

図２に、TSK−GELとなったカチオン性ポリマー用水系SECカラムTSK−PWXL−CPシリーズにおける試料にエチレングリコール（EG）を用いた時の試料注

GEL PWXL−CPシリーズを開発した。
本報告では、新規SECカラムの特性と応用例につい入量と理論段高さ（HETP）の関係を示した。100μLを超えるとHETPが大きくなり、望ましい試料注入量て紹介する。

が100μL以下であることがわかる。

２．TSK−GEL PWXL−CPシリ−ズの基本特性
2.1

2.4

充てん剤の特長TSK−GEL

試料に低分子試料であるEGを用いて、TSK−GELPWXL−CPシリーズは、既存商品である
表１

充てん剤基材
粒子径
排除限界分子量（PEO）
分子量分画範囲（PEO&PEG）
カラム理論段数
カラムサイズ
ガードカラムサイズ

理論段高さ（HETP）の流速依存性

TSK−GELPWXL−CPシリーズのHETPの測定流速依存性を確認し

PWXL−CPシリ−ズの物性一覧表

TSKgel G3000PWXL−CP
Polymethacrylate
7μm
100,000

TSKgel G5000PWXL−CP
Polymethacrylate
10μm
1,000,000

TSKgel G6000PWXL−CP
Polymethacrylate
13μm
20,000,000*

200〜50,000

400〜500,000

1000〜10,000,000

16,000TP／30cm
7.8mmI.D. x 30cm
6.0mmI.D. x 4cm

10,000TP／30cm
7.8mmI.D. x 30cm
6.0mmI.D. x 4cm

7,000TP／30cm
7.8mmI.D. x 30cm
6.0mmI.D. x 4cm＊：推定値（ 57 ）58

TOSOH Research ＆ Technology Review Vol.51（2007）

1.E＋06Height equivalent to theoreticalPlates（HETP）

Log Molecular Weight（PEO）

80

TSKgel G6000PWXL−CPTSKgel G5000PWXL−CPTSKgel G3000PWXL−CP

1.E＋07

1.E＋05
1.E＋04
1.E＋03
1.E＋02579605040

TSKgel G6000PWXL−CP

30
TSKgel G5000PWXL−CP2010TSKgel G3000PWXL−CP

01.E＋00

1.E＋01370

11Elution time［min］

図１TSK−GEL

1.E＋01

1.E＋02

1.E＋03Sample injection volume［μL］

図２

PWXL−CPの較正曲線

TSK−GELPWXL−CPにおける試料注入量とHETPの関係

Conditions
Column : TSK−GEL PWXL−CP（7.8mmI.D. x 30cm）x 2
Eluent : H2O
Flow rate : 1.0mL／min
Temperature : 25℃
Detection : RI（RI−8020）
Sample : EG（0.5％）5〜500μL

Conditions:（7.8mmI.D. x 30cm）
Column : TSK−GEL PWXL−CP
Eluent : 0.1mol／L NaNO3
Flow rate : 1.0mL／min
Temperature : 25℃
Detection : RI（RI−8020）
Sample : STD PEO, PEG & EG

た結果を図 ３に示した。

50
Height equivalent to theoreticalPlates（HETP）

粒子径が小さいTSKgel G3000PWXL−CPの適正流速は、0.8〜1.0mL／minと比較的高い流速であり、粒子径を大きく設定した高分子用グレードは、適正流速が低い領域にあり、推奨される流速は、0.5〜0.8mL／minである。

３. TSK−GEL PWXL−CPシリーズにおけるカチオ

TSKgel G6000PWXL−CP（13μm）

4030

TSKgel G5000PWXL−CP（10μm）

2010TSKgel G3000PWXL−CP（7μm）

0ン性ポリマーの溶出特性

00.5

11.5

Flow rate［mL／min］

3.1

TSK−GEL PWXL−CPと現行品によるクロマト特
図３性TSK−GELPWXL−CPにおける測定流速とHETPの関係

Conditions
Column :（A）TSKgel G6000PWXL−CP（7.8mmI.D. x 30cm）（B）TSKgel G5000PWXL−CP（7.8mmI.D. x 30cm）（C）TSKgel G3000PWXL−CP（7.8mmI.D. x 30cm）
Eluent : H2O
Flow rate : 0.25〜1.5mL／min
Temperature : 25℃
Detection : RI（RI−8020）
Sample : EG（0.5％）20μL

TSKgel G5000PWXL−CP、現行TSKgel G5000PWXLおよび他社カラムを用いて、中性の低塩濃度溶離液（0.1 mol/L 硝酸ナトリウム水溶液）でカチオン性ポリマーであるポリアリルアミン塩酸塩（PAA−HCl）の溶出特性の比較を図 ４に示した。
現行グレードと他社品においては、PAA−HClは吸着現象により溶出しなかったが 、本開発品である

６に示した。

TSKgel G5000PWXL−CPでは、良好な溶出クロマトグラムが得られた。

本開発品では、1回目の測定からPAA−HClの回収率が高い数値を示しており、かつクロマトパターンおよ

図５には、３グレード別に分子量の異なるPAA−
HClの回収率とSEC法による平均分子量（Mw）を示

びSEC法による平均分子量（Mw）の測定再現性に優れていることが確認された。

した。全グレードにおいて良好なクロマトグラムと分3.3

子量データが得られた。

TSK−GEL PWXL−CPによる各種カチオン性ポリマーの測定
（1）

3.2

図７にTSKgel G3000PWXL−CPにおける各種ポリエ

TSK−GEL PWXL−CPによるクロマト再現性

TSKgel G5000PWXL−CPを用い、3.1の溶離液条件下チレンイミンとPAA−HClの溶出クロマトグラムを示

でPAA−HClの測定再現性（日内）を調べた結果を図した。図８には、TSKgel G6000PWXL−CPを用いて分（ 58 ）

東ソー研究・技術報告 第51巻（2007）

59180330

Inject. No.

280（C）他社カラム

140100180（B）TSKgel G5000PWXL（5）mVmV

230130（4）6080（3）（A）TSKgel G5000PWXL−CP（2）2030（1）

−203

図４579
Elution time［min］

11−20133

TSKgel G5000PWXL−CPと既存品によるポリアリルアミン塩酸塩のクロマトグラム

図６Conditions
Column :（A）TSKgel G5000PWXL−CP（7.8mmI.D. x 30cm）（B）TSKgel G5000PWXL（7.8mmI.D. x 30cm）（C）Commercial column（7.8mmI.D. x 30cm）
Eluent : 0.1mol／L NaNO3Flow rate : 1.0mL／min
Temperature : 25℃
Detection : RI（RI−8020）
Sample : Polyallylamine Hydrochloride（0.3％）100μL

579
Elution time［min］

1113

TSKgel G5000PWXL−CPによるポリアリルアミン
塩酸塩のクロマトグラム注入再現性

Conditions（7.8mmI.D. x 30cm）
Column : TSKgel G5000PWXL−CP
Eluent : 0.1mol／L NaNO3
Flow rate : 1.0mL／min
Temperature : 25℃
Detection : RI（RI−8020）
Sample : Polyallylamine Hydrochloride（0.3％）100μL

130

Inject. No.

Mw

Recovery（％）

12345168,000
169,000
168,000
170,000
170,000

98.8
99.1
99.199.399.2（B）（C）

mV80（A）（1）

18030（2）mV

130−203579
Elution time［min］

118013（4） （3）60

図５TSK−GEL PWXL−CPによるポリアリルアミン
塩酸塩のクロマトグラム−206Conditions
Column :（A）TSKgel G3000PWXL−CP（7.8mmI.D. x 30cm）（B）TSKgel G5000PWXL−CP（7.8mmI.D. x 30cm）（C）TSKgel G6000PWXL−CP（7.8mmI.D. x 30cm）
Eluent : 0.1mol／L NaNO3
Flow rate : 1.0mL／min
Temperature : 25℃
Detection : RI（RI−8020）
Sample : Polyallylamine Hydrochloride（0.3％）100μL（A）PAA−HCl−01（B）PAA−H−HCl（C）PAA−HCl−10S
GradeMw

Recovery（％）

TSKgel G3000PWXL−CPTSKgel G5000PWXL−CPTSKgel G6000PWXL−CP

6,500
168,000
455,000

100.2
98.897.4

図７810121416
Elution time［min］

1820

TSKgel G3000PWXL−CPによるカチオン性ポリマーのクロマトグラム

Conditions
Column : TSKgel G3000PWXL−CP（7.8mmI.D. x 30cm）x 2
Eluent : 0.1mol／L NaNO3
Flow rate : 1.0mL／min
Temperature : 25℃
Detection : RI（RI−8020）
Sample : Cationic Polymer（0.3％）100μL（1）Polyethyleneimine（10000）（2）Polyethyleneimine（1800）（3）Polyethyleneimine（300）（4）Polyallylamine−HCl

子量の異なる各種PAA−HClの溶出クロマトグラムをいる。

示した。
何れの測定においても1回目の測定から良好なクロ3.4

マトグラムが得られ、分子量の大きい（分子サイズの大きい）試料から溶出し、正常なSEC溶出が行われて（ 59 ）TSK−GEL PWXL−CPによる各種カチオン性ポリマーの測定（2）

TSKgel G3000PWXL−CP、TSKgel G5000PWXL−CPお60

TOSOH Research ＆ Technology Review Vol.51（2007）100

４. TSK−GEL PWXL−CPシリーズによるカチオン（5）性ポリマーの絶対分子量測定（3）（4）

60

本開発品TSK−GEL PWXL−CPカラムを用い、SEC−mV

（2）

20

MALS法による各種カチオン性ポリマーの絶対分子量の測定および慣性半径との関係を調査した。

（1）

4.1
−20

ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライドの絶対分子量68101214161820
Elution time［min］

222426

カラムにTSKgel G6000PW XL −CPを用い、SEC−MALS法によりポリジアリルジメチルアンモニウムク

図８TSKgel G6000PWXL−CPによるポリアリルアミン塩酸塩のクロマトグラム

ロライド（PDADM−NH 4Cl）の絶対分子量測定結果を図10に示す。

Conditions
Column : TSKgel G6000PWXL−CP（7.8mmI.D. x 30cm）x 2
Eluent : 0.1mol／L NaNO3
Flow rate : 1.0mL／min
Temperature : 25℃
Detection : RI（RI−8020）
Sample : Polyallylamine Hydrochloride（0.3％）100μL（1）PAA−HCl（2）PAA−H−HCl（3）PAA−HCl−3L（4）PAA−HCl−05（5）PAA−HCl−01

図11には、絶対分子量と慣性半径の関係図を示す。
これらのデータより、高分子量成分から順次溶出し、良好な分離が行われていることが確認され、また絶対分子量と慣性半径の関係も良好であった。
4.2

PDADM−NH4Cl共重合体の絶対分子量

PDADM−NH4ClとアクリルアミドおよびSO2との共よびTSKgel G6000PWXL−CPを接続したカラム系にお重合体の絶対分子量を4.1と同条件で測定した。

いて、特性の異なる各種カチオン性ポリマーの重ね書

図12に絶対分子量と慣性半径の関係を示す。正常きクロマトグラムを図９に示した。これらのデータは、なSEC分離が行われていた。ここで得られた結果では、あらゆるカチオン性ポリマーのSEC測定が良好に行え両者の絶対分子量は、同程度（約20万）であったが、ることを示している。

慣性半径はアクリルアミドとの共重合体の方が1.5倍程度大きかった。

10552mV65

1.E＋0764251.23811.E＋06

10.870.6

1.E＋040.4mV

1.E＋05−1510152025Elution time［min］

30350.2
1.E＋03

図９0TSK−GEL PWXL−CPによる各種カチオン性ポリマーのクロマトグラム

1.E＋02Conditions
Column : TSKgel G3＋5＋6000PWXL−CP（7.8mmI.D. x 30cm）x 3
Eluent : 0.1mol／L NaNO3
Flow rate : 1.0mL／min
Temperature : 25℃
Detection : RI（RI−8020）
Sample : Cationic Polymer（0.3％）100μL（1）PAA−HCl（2）PAA−H−10C（3）Polyethyleneimine（70000）（4）P（DADMACl）（5）PAS−A−5（6）PAS−J（7）Cationic Dextran（8）Chitosan 10（ 60 ）−0.2357911Elution time［min］

13

図10 TSKgel G6000PWXL−CPによるPDADM−NH4Clの溶出クロマトグラムと絶対分子量
Conditions
Column : TSKgel G6000PWXL−CP（7.8mmI.D. x 30cm）
Eluent : 0.1mol／L NaNO3
Flow rate : 1.0mL／min
Temperature : 40℃
Detection : MALS（DAWN HELEOS）
Detection : RI（RI−8020）
Sample : PDADM−NH4Cl（0.1％）100μL東ソー研究・技術報告 第51巻（2007）

1.E＋06

Molar mass［g／mol］

rms radius［nm］

1.E＋03

1.E＋02

1.E＋01

1.E＋00
1.E＋03

1.E＋04

1.E＋05
1.E＋06
Molar mass［g／mol］

1.11.E＋05

0.7

1.E＋040.3

1.E＋03

1.E＋02

1.E＋073579
Elution time［min］−0.111

図11 TSKgel G6000PWXL−CPによるPDADM−NH4Clの絶対分子量と慣性半径の関係

図13 TSKgel G5000PWXL−CPによるポリエチレンイミンの溶出クロマトグラムと絶対分子量

Conditions
Column : TSKgel G6000PWXL−CP（7.8mmI.D. x 30cm）
Eluent : 0.1mol／L NaNO3
Flow rate : 1.0mL／min
Temperature : 40℃
Detection : MALS（DAWN HELEOS）
Detection : RI（RI−8020）
Sample : PDADM−NH4Cl（0.1％）100μL

Conditions
Column : TSKgel G5000PWXL−CP（7.8mmI.D. x 30cm）
Eluent : 0.1mol／L NaNO3
Flow rate : 1.0mL／min
Temperature : 40℃
Detection : MALS（DAWN HELEOS）
Detection : RI（RI−8020）（100μL）
Sample : Polyethyleneimine（Wako）1mg／mL

1.E＋03

1.E＋03rms radius［nm］

rms radius［nm］61

1.E＋02(A）(B）

1.E＋01

1.E＋00
1.E＋03

1.E＋04

1.E＋05
1.E＋06
Molar mass［g／mol］

1.E＋02

1.E＋01

1.E＋00
1.E＋03

1.E＋07

1.E＋04
1.E＋05
Molar mass［g／mol］

1.E＋06

図12 TSKgel G6000PWXL−CPによるPDADM−NH4Cl共重合体の絶対分子量と慣性半径の関係

図14 TSKgel G5000PWXL−CPによるポリエチレンイミンの絶対分子量と慣性半径の関係

Conditions
Column : TSKgel G6000PWXL−CP（7.8mmI.D. x 30cm）
Eluent : 0.1mol／L NaNO3
Flow rate : 1.0mL／min
Temperature : 40℃
Detection : MALS（DAWN HELEOS）
Detection : RI（RI−8020）（100μL）
Sample :（A）PDADM−NH4Cl／Acrylamide（PAS−J−81）1mg／mL（100μL）（B）PDADM−NH4Cl／SO2（PAS−A−120L）1mg／mL

Conditions（7.8mmI.D. x 30cm）
Column : TSKgel G5000PWXL−CP
Eluent : 0.1mol／L NaNO3
Flow rate : 1.0mL／min
Temperature : 40℃
Detection : MALS（DAWN HELEOS）
Detection : RI（RI−8020）（100μL）
Sample : Polyethyleneimine（Wako）1mg／mL

4.3

ポリエチレンイミンの絶対分子量

カラムにTSKgel G5000PWXL−CPを用い、ポリエチ５．おわりにレンイミン（PEI）の絶対分子量を4.1と同条件で測定した。

おいては、試料と充てん剤とのイオン的相互作用によ

測定データを図 13、14に示した。これまでのカチオン性ポリマーと同様に良好な分離が行われた。

これまで、水溶性カチオン性ポリマーのSEC測定にる吸着現象を充分に抑えられないために、正確で精度の高い分子量情報を取得することが困難であった。

（ 61 ）

62

TOSOH Research ＆ Technology Review Vol.51（2007）

今回、われわれの開発したカチオン性試料用水系
SECカラムTSK−GELPWXL−CPシリーズは、中性の低塩濃度水溶液でカチオン性ポリマーが再現性良く測定出来る従来にはなかったカラムであることを確認した。
また、SEC−MALS測定による絶対分子量と慣性半径データからも、正常にSEC分離されていることも確認され、今後の応用範囲の拡大が期待される。

（ 62 ）