緒説瑠璃前田開口噴樹田口闇口語田口糊口樹凹ロロ関前出口前曲闇励田脇田

ガラスキヤピラリーカラムの新しい展開
約30年前にGolayによって考案されたキャピラリーカラムが溶融シリカガ

ラスキャピラリーカラムをはじめとする画期的な進歩を遂げてきた適確の，幾つかのエポックを解説し，キャピラリーカラムが優れた性能とともに，今日ではたいへん使いやすいものになっていることを紹介する。

小

島

次

雄

ピラリーカラムによる石油関連の炭化水素の分析が行わ
l

は

じ

め

に

れたが 秀でだ性能が理解されるにつれて，このカラムを炭化水素以外の広範囲の物質の分析にも用いようとす

1957年，M．J．Golayによってキャピラリー管の内壁に固定相液体をコーティングした新しいタイプのガスクる気運が研究者の間に生まれ 生化学，医学，環境科学

ロマトグラフィー分離カラムが考案された。この種のなどの分野における複雑な組成の試料の分析への応用に

キャピラリーカラムは中空構造をもつため抵抗が小さくついて努力が積み重ねられた。しかし，このような分野

透過係数が大きいので 従来用いられてきた充てんカラの試料は，極性の官能基を有し，沸点の高い成分を多く

ムに比べると，i）50−100倍も長いカラム（ときには数含むため，幾つかの成分はカラムの′内壁に吸着されたり，百mにも及ぶ）を用いても，これに最適に近い速度で分解されたり，あるいはカラムが急速に劣化するなどとキャリヤーガスを流すことができ，これまで困難と考えいう問題が発生したため，必ずしも当初の予測のようにられていた対象物でも短い時間で容易に分離することが急速に普及するには至らなかった。このような問題を解できる（10万一20万の理論段数のカラムが作れるので決するには，金属に代わって不活性な材質が必要である

例えば2：2型のテトラクロロダイオキシンのすべてのということからガラスキャピラリーカラムの開発に多く異性体の分離が容易にできる），li）分離が割合容易なの研究者の興味が集中するようになった。そして今日よ

対象物ならば 比較的短いカラムを用いて極めて短時間

うやく安定しだ性能のカラムが容易に使用できるようにに迅速分離ができる（例えばへブタンのすべての異性体

なり，GCは新たな発展期に入ったといえよう。

が数十秒で分離される）などという優れた特長をもって2いることが明らかにされた。

ガラスキヤピラリーカラム

ガラスは一般に不活性な材質であると考えられている

1952年のMartinの提案以来，ガスクロマトグラ

フィー（GC）は年々急速度の発展を遂げてきていたがが，数十mにも及ぶ長いキャピラリーカラムの中に微

この中空構造のキャピラリーカラムはGCに飛躍的な進量の試料を通して分離を行うと，内壁表面上にわずかし歩をもたらす革新的な発明であることがいち早く認識さか存在しない活性点であってもその影響は顕著に現れ，れ，i958年にヨーロッパで開かれた第2回GCシンポ

次に述べるように，好ましくない現象が現れることが指ジウムに参加した多くの人は，すべてのGC分離は近い

摘され，単に金属をガラスに代えただけでは問題は解決

将来充てんカラムに代わってこの種のキャピラリーカラ

しないことが明らかになった。

ムによって行われることになるだろうと信じたほどであ1）キャピラリーカラムでは内壁が担体となって固定る。初期のころはもっぱらステンレススチール製のキャ

相液体は保持されるのであるが 滑らかな表面をもっているので，固定相液体を均一な厚さの薄膜として内壁表DevelopmentsmGlassCaplllaryColumns．

TsuglOKoJIMA
86

面上に広げ 安定に固定することが難しい。特に高い表京都大学工学部工業化学教室（54）

ぶんせき1988

2

面張力をもつ高極性の固定柏液体の場合にはガラス表面がぬれにくく，固定相液体が滴となる傾向がある。

このことは，高い効率を有するカラムを作る基本条件に反するばかりではなく言商状となった固定相液体は漏出現象を起こしやすく，カラムの熱安定性も低下する。
il）ガラス表面の活性点の接触作用によって固定相液体の熱分解が促進され，カラムの寿命が短くなる（例えばシリコンガムSE−30は耐熱性が高く400℃ぐらいの温度に耐えられるが，ガラスキャピラリーの内壁上で

−一

一−

−

一

薄膜として存在するときには250℃ぐらいで分解が起こる）。

試料：n−プクノール（3回続けて注入）；A：SE−30を固定相とするガラスキャピラリーカラムを用いた場合，B：不活性化
処理をしていないガラスキャピラリーをAに連結した場合．
C：塩酸浸出をしたパイレックス製ガラスキャピラリーをAに連結した場合，D：塩酸浸出をした軟質ガラス製ガラスキャピ
ラリーをAに連結した場合lii）極性の試料成分を分離対象とする場合，特に微量成分である場合には，ガラス表面に吸着されやすく，ク
ロマトグラム上に観察されるピークにはしばしばテーリ

ングが見られたり，あるいは非可逆的吸着によってカラ

図1

ガラスキヤピラリーの内壁上への吸着

ムから溶出せず，ピークが消失してしまうことがある。
このような現象を引き起こす原因となる活性点は，ガ金属を除去するだけでなく，純度の高い丈夫なキセロゲ

ラス表面に存在する金属酸化物及び水酸基（シラノール

ル構造をもつSi02の表面層を作り，塩酸浸出処理の後基）であると考えられる。これらの活性点を不活性化しに再び内部から表面へ金属イオンが拡散移動してくるこないと広範囲の物質の分離分析においてキャピラリーカとのないような構造にすることが大切である。塩酸浸出

ラムのもつ高い分離効率を発揮させることはできないのの効果を示すクロマトグラムを示そう。

で ガラス表面を修飾して活性点を除いたり，ブロック

図1は高性能のガラスキャピラリーカラム（1）に不活

しようとする研究が盛んに行われるようになった。初期

性度をテストしようとするキャピラリー（lI）を連結し，には試行錯誤的な方法によって経験的にカラム技術を向試料を1−11の順序に通して，描いたクロマトグラムであ上させようとする研究が多く，人によっていろいろの方る5）。AはIのみを用いたとき，BはIに酸浸出処理を法が提案されるなどの混乱が見られ，追試の結果は再現

施していないIIを連結した場合のクロマトグラムであ性に乏しく，ガラスキャピラリーGCは科学ではなく，る。試料はIIの内壁に吸着されてしまいピークは現れ芸術であると言われたこともあったか ガラスの表面化ない。C及びDはそれぞれ酸浸出処理を施したIIを1

学が進歩するとともに，ガラス表面の化学修飾法，不活に連結したときのクロマトグラムである。酸浸出の効果性化法も進歩し，今日では効率の高い優れたカラムを再は歴然としている。最近は酸浸出の効果を表面分析機器

現性良く作製することができるようになっだ）￣4）。

を用いて判定しようとする試みもされるようになった。
例えば

ESCA法で調べると，酸浸出を行った後には表

2・1酸浸出

面からの深さ0．5−2．OAの範囲でK，Na，Ca，Mgのガラスキャピラリーカラムが導入された初期のころはほとんどが除かれ，ほぼ純粋なシリカ層が形成されるこ

ソーダ石灰ガラスあるいはホウケイ酸ガラス製のカラムとが分かっている3）。

が用いられたが，これらのガラスの表面に存在するアルカリ，アルカリ土類金属イオン，ホウ素及びアルミニウ

2・2

溶融シリカガラスキヤピラリーカラム

ムイオンなどはルイス酸として働き，ケトン，アミンな溶融シリカ製のガラスキャピラリーカラムは1979年

どのほか芳香族炭化水素，オレフィンなどのルイス塩基

Dandeneauらによって提案された6）。純度の高い四塩化成分に対して吸着活性点として作用する。更に，ポリジケイ素から作られ，ほとんど純粋なS102からできておメチルシロキサンのような固定相液体に接触的に働き，り，クロマトグラフ的性能に悪い影響を与える金属酸化

高温での解重合を促進しカラムの熱安定性を低下させる物は合わせてlppm以下しか含んでいない。このこと除去しなければならない。金属イオンを除くにはは普通のガラスキャビラl）−とは違った際立った特長で塩酸浸出法が用いられている。反応の方法としては溶液

あって酸浸出処理を必要としない。網目修飾イオンを含法と気相法がある。いずれの方法を採るにせよ．表面のまず，高度に架橋された3次元構造をもつので 軟化点

のでぶんせき1988

2

（55）

87

は高く（約2000℃），引っ張り強度も大きい。従って非methylcyclotetrasiloxane（D4）などが導入された。400

常に薄肉のキャピラリーを作ることができる。薄肉であ℃で反応させると表面シラノール基によってD4は開環るので 応力腐食を防ぐ目的で耐熱性のポリイミドで外し，D4あるいはそれから生成したオリゴマーは近接す

壁をコーティングすることが必要であるが，極めてしなる二つのシラノつレ基と反応し，ループを形成して結合やかであるということが第2の特長であって，折れにくするのではないかと考えられている4）。シリル化剤のほく，細工がしやすく，GC／MS直接結合の実験をするよ

かにポリジメチルシロキサン系の固定相液体を高温に加うな場合に便利である。溶融シリカガラス管をキャピラ

熱して部分的に熱分解を起こさせ，分解生成物によっ●てリーに引く際には，約2000℃まで加熱しなければなら

シラノール基をブロックするpolyslloxanedegradati。nないので，表面のシラノつレ基の濃度は低く，大部分はmethod（PSD法）と呼ばれる方法があるがシロキサン結合を作っている。このように酸性の活性点

応のタイプとしては環状シロキサンの場合と同様であが少ないということは，高性能のカラムを作るうえで極る。

めて好ましいことであり，溶融シリカガラスキャピラリーカラムの第3の特長ということができる。

これも反シリル化はたいへん有効な表面の不活性化法であり，表面被膜の耐熱性も優れているが，表面がメチル基で被表面が普通のガラスよりも不活性であるということか覆されるので化学修飾前と比較するとガラスの表面張力

らもたらされるもう一つの特長は，固定相液体の熱安定は減少し，疎水性を帯びることになる。このことは低い

性が良くなることである。固定化処理を施さなくても表面張力をもつ無極性の固定相をコーティングする場合

Carbowax20Mは250℃まで使用することができるし，には問題とならないが 極性が高く表面張力の大きい固SE￣30，SE−52などの無極性固定相だと325℃ぐらいま

定相液体をコーティングしようとする場合には表面がぬれで使用することができる。熱安定性が良くなるというこ

にくいという問題を引き起こすことになる。高とは昇温クロマトグラフィーを実施する場合に極めて好い効率のカラムを作るためには，ガラスキャピラリーのましいことである。

内壁が均一な厚さの固定相液体膜によって覆われなければならないので

2・3

シリル化

ガラス表面のぬれやすさはガラス

キャピラリーカラム作製のうえでたいへん重要な問題で普通のガラスを酸浸出処理したとき表面に生成するシある。シラノつレ基をブロックすると同時に，極性の高リカ層には，nm2当たり2．84個程度のシラノール基がい固定相液体によっても存在するといわれている。溶融シリカガラスの場合には，なガラス表面が得られるならば理想的な表面化学修飾法

これより少なく0．2個／nm2程度である。400℃まで加といえるわけである。

ぬれやすい表面張力の大き

熱すると水が遊離してシロキサン結合が作られるが こ

このような要望を満たす方法として次のような修飾法の反応は可逆的であって冷却後水が存在すればシラノーが提案された。例えば0V−73，OV−17あるいはSE−52

ル基が再生される。酸性のシラノつレ基はプロトン受容のようにフェニル基を含むシリコーン系の固定相液体を性のグループに対する吸着活性点として働くので 吸着

用いたい場合にはジフェニルテトラメチルジシラザンと不活性なカラムを作るには，酸浸出処理に引き続いてシかテトラフユニルジメチルジシラザンのようにフェニル

ラノール基をブロックし，吸着活性を抑制する処理を施

基を含むシリル化剤でシリル化を行うのである9）。シラ

さなければならない。溶融シリカガラスの場合には普通

ノつレ基がブロックされるとともにガラス表面はフェニ酸浸出を省いてもよいが シラノール基の吸着活性を抑ル基で覆われ，固定相液体と同程度の表面張力をもつよ

制する処理は必要である4）7）。

うになり，

ぬれ

やすい表面が得られる。より高い極

普通用いられているのはシリル化である。シラノール性をもつシアノプロピル基を有するシリコーン系の固定基に環状メチルシロキサンとかヘキサメチルジシラザン

相液体を用いようとする場合には，シアノプロピル（メ（HMDS）などを反応させてシリルエーテルとする反応

チル）シクロテトラシロキサンとかビス（シアノプロピである。ガラス表面のシラノール基の徹底的シリル化はル）シクロテトラシロキサンのようなシリル化剤でシリ長い間困難なことだと考えられてきたが高温（350−

ル化を行うのである。シアノ基が固定相液体膜の方向に400℃）で長時間反応させる方法が提案されてから再現

配向し，表面修飾膜と固定相液体が互いに化学的類似性

性良くほぼ完全に行われるようになっか。シリル化剤をもつようになり，表面張力もほとんど等しくなって，としてHMDSのほかいろいろの試薬が用いられている

表面はシアノプロピルシリコーン類によって容易にが，最近になって環状のシロキサン，例えば。Cta＿

れ

88

（56）

ぬ

るようになる。フッ素を含む固定相液体（例えばぶんせき19882

OV−215）を用いたい場合にはフッ素を含むシリル化剤る。シリコーンガムSE−30などではこのような現象が（例えばトリフルオロプロピル（メチル）シクロシロキサ

見られないのは，粘度が高く表面エネルギーの温度変化ン）を用いればよい。不活性さとが小さいからである。また充てんカラムでは保持体の表

ぬれやすさの両方の点で満足すべき表面が得られ，高効率のキャビデ）−面は平滑ではなく粗であるので，物理的にこのような現カラムを作ることができる4）。

象は起こりにくい。長寿命で安定なガラスキャピラリー

カラムを作るために，固定相液体分子間に架橋を行うとCarbowax20Mをコーティングした後キャピラリーの両端を閉じて280℃に16時間加熱すると，熱分解によっ

ともに固定相液体フイルムをガラスカラムの内壁に化学て生成するエチレンオキシドによってシラノール基がブ結合させて固定化する方法が開発され，広く用いられてロックされ，固定相としてCarbowax20Mをコーティン

いる1）弔7）。固定化によってもたらされる利点として，グすることができる高い表面張力をもつガラス表面が得

上述の熱的転移現象によるカラム効率の低下を防ぐことられる。

ができるほかに，i）大抵の溶媒に不溶性となるので，
オンカラム試料注入法によって大量の溶媒がカラムに導高温シリ）レ化はたいへん有効な不活性化法であるが，400℃では外壁上に保護膜として塗られているポリイミ

入されても固定相膜がはく離されることがない。Ii）生

ドの分解が起こる。これを防ぐため窒素置換したオーブ

体成分とか環境汚染成分のように，複雑な組成の試料のン中で加熱処理を行わなければならないという不便さが分析を行う場合に高沸点成分によってカラムが汚染されあり，それでもポリイミドの酸化を完全には防ぐことがても，溶媒洗浄に よって汚染成分を取り除き，劣化したできないという問題がある。そこでポリイミドの代わりカラムを再生させることができるなどという点を挙げるに保護膜としてアルミニウムをコーティングした耐熱性ことができる。

の高い溶融シリカキャピラリーを使う方法24）も提案さ

固定化法を大別すると二つの方法がある。その一つはれているが，一方ではポリメチルとドロシランあるいはジメチルクロロシランとトリメチルクロロシランの混合

ポリフェニルメチルとドロシランなどを用いて250−

物の加水分解によってα，の−ヒドロキシポリメチルシロ

350℃という比較的低い反応温度でシリル化を行う方法

キサンのプレポリマーを調製し，あらかじめ四塩化ケイも報告されている10）。

素（多官能性のモノマーを与える）で処理しておいたキャ

γ−ダリシドオキシプロピルトリメトキシシラン

ピラリーの内壁にコーティングする。320℃に加熱して（GPTMS，下記）は低温で使用できるシl）ル化剤である

縮合させるとSL0−Sl結合によって架橋され，ガラス表面に固定化された固定相膜が形成される。もう一つは，遊離基発生剤から発生させた遊離基によってメチル側鎖やゲHCH20CH2CH2CHZSi（OCH3）30の水素引き抜きを行わせ，Sl−C−C−Si結合によって固定が，この試薬はシラノール基と反応して結合するメトキ

相液体分子間の架橋を行うとともに，シリル化されたガシ基のほかにエポキシ基を含んでいる。エポキシ基が開ラス表面に固定相液体を固定化する。

現在では後者の方法が広く用いられており，遊離基発環してジオールとなるとCarbowax20MとかSuperoxな

どによって

ぬれ

生剤を添加した固定相液体溶液をカラムにコーティング

やすく，極性ガラスカラムを作るのし，固定相膜が形成されてから温度を上げて遊離基を発に都合のよい表面張力の高い表面を与える。）。

3

生させ，架橋反応を行わせる。遊離基発生剤としてベン

固定相液体の架橋と固定化

ゾイルベルオキシドなどは分解産物として安息香酸を生

キャピラリーカラムでは平滑な内壁表面上に固定相液成するので 塩基性成分の溶出を妨げたり，シリコーン体がコーティングされているため，充てんカラムと異系の固定相の分解反応を促進するなどの現象が現れ，カなって固定相液体フイルムは不安定であり，特に粘度のラム性能に悪い影響を及ぼすので避けなければならな低い固定相液体では，充てんカラムの場合と比べるとはい。無害の分解生成物のみを与えるという理由からジタ

るかに低温でカラムから漏出する現象が見られる。これ

ミルベルオキシドとかアゾ化合物が広く用いられていはガラス表面と固定相液体の間で表面エネルギーの温度

る12）。

変化が異なるために起こる現象であって，高温で固定相ガンマ線を固定相膜に照射して結合電子を活性化し遊液体の表面張力が相対的に大きくなるとフイルムの厚さ

離基を発生させる方法は，外部から遊離基発生試薬を加が不均一になったり，あるいは形状が渦状に変化するた

えないのでカラム性能に悪影響を与える分解産物が生ずめに生ずる現象（熱的転移現象）であると考えられている心配がなく，また架橋反応は室温で行えるという長所

ぶんせき1988

2

（57）

89

がある13）。固定相として用いるポリシロキサンがフェニ

ンタシロキサン（V5）あるいは1．2．3−トリビニルー1．1，

ル基あるいはシアノプロピル基を含む場合には架橋反応

3，5，5−ペンタメチルトリシロキサンを混合し，ジタミル

は進みにくくなるので，これらのグループの含量が増え

ベルオキシドを加え180−200℃に加熱して架橋反応をるほど遊離基発生試薬の必要量も多くなり，分解産物に行うのである。こうして得られる架橋固定相は水を含む

よってカラム性能が損なわれる危険も増す。従ってフェいろいろの溶媒に不溶であり，300℃の高温に耐えるこ

ニル基の含量はたかだか30％と考えられていたがとができる15）。

ビ

ニル基あるいはトリル基を含むポリシロキサンを使用す

4

ると架橋反応が容易に進行することが明らかにされた。
例えば

ビニル基4％，フェニル基70％，メチル基26

オンカラム試料導入法

GC分離系において分離結果に影響を及ぼす重要な要％のポリシロキサンあるいはシアノプロピル基50％，素としてカラムのほかに試料導入部がある。キャピラ

メチル基40％，トリル基10％のポリシロキサンなどは

リーカラムは充てんカラムに比べてカラム負荷量が少な

ビニル基あるいはトリル基の存在によって架橋は容易にいため試料導入が困難であり，当初はもっぱらスプリッ

進むようになる。トリル基は特に有効であってこれを側ト法といって試料導入部に設けられたスプリッターと呼鎖の中に10％含ませるとシアノプロピル基を90％含ばれる装置によって導入試料量の大部分を系外に放出さむ極性の強い固定相であっても不溶化することができ

せ，数十分の1ないし数百分の1のみをカラムに注入する4）7）。

る方法が採用された。しかし，いったん蒸発させてからポリエチレンダ）コール（PEG）は極性で選択性のあ

スプリットするため不安定な物質は蒸発過程で分解したる固定相として広く用いられるが，キャリヤーガス中にり，あるいは分別蒸発現象のためスプリッターに導入さ水分とか酸素が存在すると分解するし，またかなり低いれた試料の組成とカラムに注入された微量の試料の組成

温度（220−240℃）で熱分解するという短所をもってが異なることがあり，信頼できる定量分析結果を得るたいる。このような性質を改善するため，最近Superox

めに解決しなければならない重要な課題とされてきた。

と呼ばれる分子量分布のそろった高分子量のPEGが開そのためスプリットレス法，直接試料導入法など多くの発されている。架橋と固定化を行うことも，シリコーン方法が提案されたが，最も信頼できる方法は低温オンカ

系の場合と同様に，安定なPEG固定相を得る方法の一つである。最近はPEGを固定化したカラムが幾つかのラム注入法であろう2）16）。特殊な方法によって低温に保たれたカラムの先端部に試料溶液を直接注入するのであ会社から販売されているが，製法の詳細は不明のものがるが，初期のカラム温度を溶媒の沸点より数十度低く保多いので，ここでは最近の文献に発表されたPEGの架つことによって溶媒による試料成分の濃縮効果を利用

橋と固定化の方法を紹介しよう。

し，数回という比較的多量の試料溶液を注入しながら

GPTMSによってカラムの不活性化処理を行った後，試料バンドを広げることなくキャピサ）−カラムの優れ

Carbowax20M，GPTMS，遊離基発生試薬ジタミルベル

た分離能を充分発揮させようとした方法である。この方オキシT．dibutyltindilaurateを含む溶液をコーティン法の導入によって優れた定量分析結果が得られるようにグし，290℃で熱処理を行うと，メカニズムは不明であなり，不安定な物質でも熱分解の危険を最小限度に抑えるが，固定化が達成されて分析することができるようになった。

相が得られる。まだ300℃まで耐えるPEG固定

PEGをコーティングした後，エ5

チレンオキシド（EO）を満たし，キャピラリーカラム

LCとキヤビラIノーカラムGCとの結合の両端を閉じて280℃に加熱すると，ガラス表面に存

GCは他のいかなる方法よりも優れた分離法である

在する微量のアルカリイオンの触媒作用によってシラが，それでも複雑な組成の試料を分離対象とする場合にノール基及びPEG末端OH基へのEOの付加重合が起は，なお分離能の不足を痛感することがある。このよう

こり固定化が達成される14）。

な場合に2次元ガスクロマトグラフィーと呼ばれる方法

ジタミルベルオキシドのみを用いて直接ポリオール固を用いると，個々の成分の分離度をたいへん改善するこ

定相を固定化しようとする試みもあるが，非常に薄い固とができるが，基本的に異なる分離技術であるHPLCと定相膜を除いて一般には良い結果は得られない。そこでキャピラリーカラムGCを組み合わせて2次元クロマト

シリコーンの場合と同様にビニル基を含むシロキサンをグラフィーを行うことができれば理想的であって，最も介してPEG分子の架橋を行う方法が提案されている。

有効な分離系を組み立てることができる。もちろん従来

例えばから複雑な組成の試料のGC分析を行う場合には，あら90

PEGに架橋剤としてメチル（ビニル）シクロペ（58）

ぷんせき1988

2LC 凵mE］ 劍8ﾈ7R

ポンプ

カラム 佶

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GC

tention
gap

図2

分離
カラム

retehtiongap法によるLC−GC話合

かじめLCによって試料のクリーンアップを行うとか，グループ分離を行うという方法はよく用いられた。筆者
らも石炭液化油の分析においてTLCとGCの組み合わせが非常に有効な分析法であることを報告してきだ7）。
ト−3高in一一一1

しかし，HPLCで分離された成分を回収して更にGC分160。C

80ccで溶媒蒸発

l00Oc

離を行おうとすると，カラム溶出液を集め，LCの移動

フルオレンの30ppmジクロロメタン溶液2plをHPLCカラム

柏溶媒を蒸発させ，数山に濃縮してからGCカラムに（Spherisorb，100×3mm）に注入し．フルオレンを含む溶出液
170vIをretent10ngapに導入したときのクロマトグラム

注入するという一連の実験操作が必要であった。操作が

図3

複雑でめんどうであるだけでなく，濃縮過程で目的成分

フルオレンのクロマトグラム

恒温楢の温度をLC移動相溶媒の沸点より少し高めにしの大部分が失われることが多かっだ。こういう理由でHPLCとGCをオンライン結合することが望まれていたておくと溶媒は蒸発し，キャl）ヤーガスによって運ばれが，最近の研究によって実用的な装置が現れるのも追い

分離カラムを通過して系外に排出される。その後昇温操のではないかと思われる。

作を始めると目的とする成分はretentiongapより分離

カラムのほうへ蒸発移動するが，分離カラムには固定相HPLCで分離された画分を直接GCのキャピラリーカ
ラムに注入する際に問題となることは，LCカラムでの液体が存在するため，目的成分はカラム入口付近で固定

分離過程で試料成分が希釈されることである。目的とす相液体に吸収され再濃縮される。そして温度が上昇する

る成分は数百直のカラム溶出液中に含まれるのが普通につれてカラム中での移動を始め，やがて分離されて溶であるが，これはキャピラリーカラムGCにおける試料出する。

注入量の数千倍にも達する量である。しかもオンライン

図3はフルオレン30ppmを含むジクロロメタン溶液

結合では，これだけのLCカラム溶出液がほぼ1分あま

2両をLCカラムに注入し，フルオレンを含むカラム溶りの時間をかけてccに注入されるのであるから，キャ

出液170両を上述の方法によりGCカラムに移して得た

ピラリーカラムの入口付近は数m一致十mにもわたっクロマトグラムである。GCカラム入口付近での再濃縮て試料溶液によって満たされることになり，とてもキャ効果によって鋭い形のフルオレンのピークが得られておピラリーカラムのもつ優れた分離性能を充分に発揮させり，ピーク幅は試料溶液を直接オンカラム法によってることはできない。そこでK．Grob，Jr．は図2に示すよccカラムに注入したときと同程度であり，HPLCで分

うなrctentiongap法と呼ばれる方法を提案している18）。

離された画分を高分解能のキャピラリーGCで効率良く溶融シリカ製のキャピラリー分離カラムとほぼ同じ内径分離することが可能なことが分かる。しかし，この方法をもち，内壁にシリル化処理を施してあるが固定相液体

では，キャリヤーガスの流速を4ml／minとしたとき，をコーティングしていない長さが数十mの裸の溶融シ

約400plの溶媒をretentiongapから蒸発させてGC分析

リカ製のキャピラリー（retentiongap）を分離カラムのを開始するまでに25−50分も要する点に問題がある。

前に連結してカラム恒温楢の中に収容する。LCクロマ

そこでLCカラム溶出液をretentiongap中に導入するとトグラムを見ながら4万コックを切り換えることによっ

同時に蒸発させる方法を採用することにより，短いre−て目的とする国分をLCポンプの圧によってオンカラム

tentiongapを用いても多量の溶出液を導入することがインジェククーを通してretentiongap中に導入する。

でき，しかも短時間にGC分析を終了することが可能な

ぶんせき1988

2

（59）

9I

ような装置が工夫されている。
もう一つの問題は，逆相液体クロマトグラフィー（RPLC）における水系のカラム溶出液をシリル化処理を施したretentlOngap中に導入することができないことである。そこでRPLCの場合には，2mXO．3mm程度のGC用キャピラリーカラムを抽出管として使い，これに水系のカラム溶出液を通して溶質を固定相中に抽出した後，キャリヤーガスを通しながら抽出管の温度を上げ
024て溶質を追い出し，それらを比較的低湿度に保ってある

6

8

時間（min）

GC用キャピラリーカラムの入口付近に捕集した後，昇キャピラリーカラム（WCOT），4．1mX55Llm，OV工225℃

温ガスクロマトグラフィーによって分離を行う方法が提図4

Arochlcr1260のガスクロマトグラム

案されている19）。

6

小口径カラムと大口径カラム（a）

ガラスキャピラリーカラムとして通常は内径d。が0・25−0・30mmのものが好んで使用されているが，このことには確たる理論的根拠があるわけではなく，この程度の内径のキャピラリーカラムだとキャピラリー管の作
10製，固定相液体のコーティング，クロマトグラフィー分

15

20

25

30

離などの操作が容易なことと，大抵の試料の分離に際してほぼ満足できる高いカラム効率が得られるということ（に由来していると思われる。しかし，通常用いられているより内径の細い0．05−0．10mmの小口径カラムを用いると何十万段というはるかに高い理論段数を短時間に得ることができることが理論的にもまた実験的にも明らかにされ，注目を浴びるようになった。

102030

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S

ﾄ

例えば，HETPの最小値Hm，。はk′が10以下の場合には，ほぼd。に等しくなるので，d。の減少とともに得られる理論段数は多くなる。また単位時間当たりに得られる理論段数で分離速度を表現すると，分離速度もd。減少とともに大となり，特にd。が3（恒m以下になると分離速度の増加の傾向は著しく，500段／Sも可能であることが理論的に明らかにされている○実際4・lmX55匹の短いカラムを用いても分離時間7分で得られる理論段数は約7万にも達し，鋭いピーク形のクロマトグラムを描くことができるので，ECDを用いると約1015gとい

010

う超微量の塩素化殺虫剤でも検出できるようになること

20

30

時間（min）が報告されている20）。

（a）充てんカラム，0V−1／クロモソルブW（3％），185cmX2mm，
200℃，ECD；（b）キャピラリーカラム（WCOT），OV−1，30

またポリタロロビフェニル（Arochlor）を通常のガラ

mx250um，140℃→230℃（2℃／mln），ECD；（C）小口径キャスキャピラリーカラムで分離すると約30分を要するが，ピラリーカラム（WCOT），OV−1，25mXlO4um，180℃→230℃（1℃／mln），ECD

小口径カラムを用いると，図4に示すように，8分で分

図5

Toxapheneのカスクロマトグラム

離が完了する。またポリクロロカンフェン（Toxaphene）

は殺虫剤として用いられるが，残留成分の生体に及ぼす上も含まれるため，全成分を同定し定量することは図5

毒性が問題となっている。このものには置換塩素数の異（a）及び（b）に示すように極めて困難である。しかし，なる化合物及びそれらの異性体などが合わせて170種以

小口径のガラスキャピラリーカラムで分離すると，図5

92

（60）

ぶんせき19882

（a）（a）充てんカラムによるクロマトグラム−カラム：OV−101，3％／クロモツルブW，6ftX2mm，150℃，試料注
入量：lL・‖（b）大口径キャピラリーカラムによるクロマトグラム−カラム：OV十01，15mX530匹，150℃，
試料注入量：0．3回；1：4−クロロフェノール，2：ドデカン，3：1−デシルアミン，4：1−ウンデカノつレ，5：テ

トラデカン，6：アセナフテン，7：ペンタデカン

図6

充てんカラムと大口径キャピラリーカラムの比較（C）に示すように，（b）に比べ約半分の時間で優れた分離ることができ，分離速度とか分離効率以外の点でいろい

度のクロマトグラムが得られることが分かる21）。クロマ

ろな利点をもつようになる。

トグラムプロフィルの間の類似性をパターン認識法に例えばi）最近のガラスキャピラリーカラムは内壁

よって測り，汚染源の同定を行いたいような場合に，（C）の修飾法の進歩によって充てんカラムに比べるとはるかのような分離度が良く，試料の特徴がよく現れたクロマに化学的に不活性であるので，極性物質とか不安定物質

トグラムを用いるとまことに都合がよい。小口径のガラを分離するには大口径ガラスキャピラリーカラムのほう

スキャピラリーカラムはこのように優れた分離性能をが有利である。ii）内径0．053mmのガラスキャピラリー

もっているが，ガスクロマトグラフに装着してその性能

カラムでは，最適キャリヤーガス速度はヘリウムで約を発揮させるには，もちろんキャリヤーガスの圧，流速，20cm／Sという大きな値になるので分離効率は悪いがサンプルの注入量，注入法，検出器のセル容積，時定数

長いカラムを使って多くの理論段数を生み出し，充てんなどの条件選定に細心の注意が必要である。

カラムに比べると短い時間に鋭いピーク形のクロマトグ

一方では，内径が0．50mm以上の大口径カラムのほラムを得ることができる。図6は充てんカラムに比べ大うにも関心が寄せられている22）。カラムのサンプル負荷

口径ガラスキャピラリーカラムが分離時間，検出感度，

量はカラム断面積にほぼ比例するので，大口径カラムを

カラムの不活性さにおいていかに優れているかを示して用いることによって充てんカラムに匹敵するほど多くのいる。ili）GC−FTIR法は有力な分離同定手段として用

試料量の分離が可能となるからである。もちろん，分離

いられているが，GC／MS法と比べると検出感度が低い

速度とか分離効率などの点では小口径カラムに比べて不ため良質のスペクトルを得ることが困難な場合がある。

利であるが，固定相液体膜を厚くし1−2いm程度にする

しかし，大口径ガラスキャピラリーカラムを用いることとサンプル負荷量を1成分当たり数唯程度にまで高め

によってこの困難を克服することができる。iv）揮発性

ぶんせき1988

2

（61）

93

の水質汚染成分の測定において，試料水中にガスをバブ

lnternatlOnalsymposiumonglasscapillarychromatography，

リングさせて日的成分を追い出し，トラップに捕集した

p．81（1979）．
7）L．G．Blomberg：HRC CC，）．HlghResohLt．Chromatogγ．

後，全量をカラムに移してGC分析を行う方法があるがChmatogγ．Commun当．7、232（1984）．

高いキャリヤーガス流速を用いることができる大口径ガ8）T．Welsh，W．Engewald，C．Klaucke：Chro〝面OgraPhia，

ラスキャビデ）−カラムだと操作が容易であり，高感度

10，22（1984）．

9）K．Grob，G．Grob：HRCCC，）．mghResolut．Chrtma毎γ．

検出を行うのに都合がよい23）などの利点があるため，

Chromatogγ．Conmun．、3．197（1980）．

この種のカラムは広く使用される傾向にある。キャピラ

10）K．E．Markldes，B．J．Tarbet，C．し．Woolley，C．M．

リーカラムが導入された当初予想されたように，GCのSchregenberger，J．S．Bradshaw，M．し．Lee．K．D．

分野では充てんカラムがすべてキャピラリーカラムにBantle：HRCCC．）．HighResoluE．Chmatogr．ChrolnatOgγ．

よって置き換えられる日も近いのではないかと思われ

Cam博聞刷上，8，378（1985）．
11）H．Traltler：HRCCC，）．mghResolut．ChγOmatOgγ．Chw・る。

ma的γ．Commll桁，6，60（1983）．

12）B．W．Wright，P．A．Peaden，M．し．Lee．T．J．Stark：）．
7

お

わ

り

に

Chmnal呼γ．．248．17（1982）．
13）J．A．Hubball，P．R．DiMauro，E．F．Barry．E．A．

過去10数年を回顧し，その間にガラスキャピラリー

Lyons．W．A．George：）．Chromatogγ．Sct．，22．185

カラムの製作及び応用技術の画期的な進歩発展に寄与し（1984）．

た幾つかのエポックを取り上げ解説した。キャピラリー

14）H．Traltler，し．Kolarovic，A．Sorio：）．Chmatogγ．．279，

69（1983）．

カラムがいかに秀でた性能をもち，しかもそれが今日で15）M．Przybyclel．M．A．Santangelo，M．D．Walla：

はたいへん使いやすいものになっていることを理解してAdvancesin CaJ茄Ialy ChlOnahgnzPfy

いただき，将来のキャピラリーカラムの普及発展に資す，Edlted byJ．G．

NikelIy，p．125（1986），（Huethlg）．

ることができれば幸いである。なお，この解説ではGC

16）K．Grob，K．Grob，Jr∴）．ChγOma梗γ．，151．311（1978）．

のみに限定して述べた。この種のカラムの真の優れた性17）S．MorlmOtO，F．Morishita．T．KoJima：）．ChrolnatOgr．．

368，291（1986）．

能はこの分野においてのみ発揮されると理論的に考えら

18）K．Grob，Jr．，D．FrOhlich，B．Schllllng．H．P．Neukom．

れるからである。

P．NageIl：）．Chnma解γ．，295，55（1984）．
19）K．Grob、Jr．．B．Schilling：HRC CC．）．mgh ResotuE．
Chmnatogγ．Cf，lVnatOgr．Conmun．．8，726（1985）．
文献20）C．p．M．SchutJeS．E．A．Vermeer．G．J．Scherpenzeel，l）小島次雄，森下富士夫：科学と工業，57．451（1983）．

2）正円芳郎，小島次雄絹：R．W．Bally，C．A．Cramers：）．Chnmatogγ．，289，157

高分解能ガスクロマトグラ（1984）．

フィー ，（1983），（化学同人）．

21）F．Onuska：）．ChrQma的7．．289．207（1984）．

3）M．し．Lee．B．W．Wright弓．Chronatogγ．，184，235

22）W．Jennings：

Adwncesinα（，潮aの，Chm的tOgratmy，（1980）．
EditedbyJ．G．Nlkelly．p．1（1986），（Huethlg）．
4）し．G．Blomberg．J．Buijten，K．Markides．T．Wann・23）EPA Method502．2and524．2，Purgeable Halocarbons．
mann：）．ChrolnatOgr．．279．9（1980）．

（1986）．

5）G．Schomburg．H．Husmann，F．Weeke：ChnmatOgmPhw．

24）小島盛昭，塩田孝夫，小出年男：日本分析化学会第34年会

10，580（1977）．

講演要旨集，p．612（1985）．

6）R．Dandeneau．E．H．Zerenner：Proceedingsorthethird

94

（62）

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