2016 Fiscal Year Annual Research Report
ナノ気泡およびナノ超臨界流体を構成要素とする複合分離場の創製と高機能化
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16H04161
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
渋川 雅美 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (60148088)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
齋藤 伸吾 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (60343018)
半田 友衣子 埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (20586599)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | クロマトグラフィー / 疎水性ナノ空間 / ナノ気泡 / ナノ超臨界流体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，疎水性ナノ細孔が気相および超臨界流体を安定に保持するという特異的機能を利用して，気相から超臨界流体まで広範囲に密度変換可能なナノ空間を介在する複合分離場を有する液体クロマトグラフィーシステムを開発することを第一の目的としている。
本年度は，まず，ナノ気泡固定化法の最適化とそのサイズ制御技術の確立を目指して研究を行った。疎水性多孔質材料を充填したカラムを乾燥し，ついで純水を低圧で送液するという，すでに開発したナノ気泡固定化法を，アルキル結合型シリカのほかフッ化炭素修飾シリカ，フェニルヘキシル基修飾シリカ，そしてポリスチレンゲルに適用したところ，いずれも細孔内に気相が安定に固定化されることが明らかになった。また，C18シリカについて固定化される気相体積の温度依存性を調べたところ，検討した25－60℃の範囲では一定の体積となることがわかった。また，水にアセトニトリルを添加した移動相を用いた場合，10％までであれば気相は消失せず，安定に保持されていることが示された。さらに固定化気相体積は圧力を増加させると連続的に減少するので，圧力によってナノ気泡のサイズを制御できることがわかった。
次に，疎水性ナノ空間への超臨界二酸化炭素固定化法の最適化とサイズおよび密度制御技術の確立を目的として検討を行った。粉砕したドライアイスを耐圧容器に充填し，これに水を送液しながら温度と圧力を調整して超臨界二酸化炭素をつくり出し，これと平衡化した水溶液をC18シリカカラムに送液するシステムを構成して，充填剤細孔内に超臨界二酸化炭素を固定化する方法を試みた。その結果，細孔内に超臨界二酸化炭素を安定に固定化することに成功した。さらに，送液する水溶液中の二酸化炭素濃度を変えることによって固定化超臨界二酸化炭素の体積を，また圧力によってその密度を変換できることを見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
アルキル結合型シリカだけでなく，フッ化炭素修飾シリカ，フェニルヘキシル基修飾シリカ，およびポリスチレンゲルでも気相を充填剤のナノ細孔内に形成できることを明らかにし，ナノ気泡を固定相として含む表面気泡変調液体クロマトグラフィー（surface-bubble-mudulated liquid chromatography, SBMLC）が多様な表面化学構造を持つ疎水性充填剤を用いて実施できることを示すことができた。これは，SBMLCが多様な分離選択性を発現する可能性を示すものである。また，移動相は純水だけでなく，有機溶媒の添加が可能であることが明らかになり，これによって一部の化合物に見られたSBMLCでのピークテーリングが著しく改善された。
また，超臨界二酸化炭素を気相と同様に疎水性多孔質充填剤の細孔内に固定化する技術を確立することができた。これにより，超臨界流体固定相液体クロマトグラフィー（supercritical fluid stationary phase liquid chromatography, SFS-LC）を実現することに成功した。これらの成果は，当初の目標を超えるものと評価できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
気相および超臨界二酸化炭素を疎水性ナノ細孔に固定化し，さらにそのサイズを制御する技術を確立することができた。今後は確立したSBMLCを用いて水／疎水性界面と水／ナノ気泡界面の分離機能評価と溶質保持機構の解明を進める。また，疎水性ナノ空間における超臨界流体の分離機能解析も同時に行う予定である。
なお，SBMLCを用いて水／疎水性界面における化学反応計測を質量分析計を検出器として実施する予定であったが，交付される研究費が質量分析計を購入するには不足するため，購入する機器をフォトダイオードアレイ検出器に変更し，反応前後で紫外可視スペクトルが変化する化学反応を対象とすることを計画している。
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[Presentation] 液体クロマトグラフィー2016
Author(s)
渋川雅美
Organizer
第44回湘南ハイテクセミナー
Place of Presentation
KUポートスクエア（神奈川県，横浜市）
Year and Date
2016-06-02 – 2016-06-02
Invited
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