2022 Fiscal Year Research-status Report

単一微粒子計測法による細孔内物質移動とクロマトグラフィーによる分離過程の解明

Research Project

Project/Area Number	21K05107
Research Institution	University of Tsukuba
Principal Investigator	中谷清治筑波大学, 数理物質系, 教授 (00250415)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords	細孔内拡散 / 物質移動 / 多孔性粒子 / 顕微分析 / クロマトグラフィー
Outline of Annual Research Achievements	本研究は，単一微粒子マニピュレーション法と顕微分析法を組み合わせた手法で，アセトニトリル-水混合溶媒等で低分子のODS-シリカゲル系での物質移動過程を，また，多点吸脱着を伴う高分子の細孔内拡散過程や高分子/細孔サイズ比の効果を明らかにし，細孔内物質移動とクロマトグラフィーによる分離過程との関係を解明することを目的とした。前年度に開発した手法を用いて，アセトニトリル-水混合溶媒系でクマリン102が分配平衡に達した直径~3マイクロメートル, 細孔直径12ナノメートルの単一ODSシリカゲル粒子をマイクロ流路セルに入れ，クマリン102の分配速度の温度依存性を測定した。粒子内拡散について，活性化エネルギーの観点から解析できるようになった。また，アセトニトリルだけでなく，1-ブタノールを用いて，細孔内拡散の混合溶媒依存性を検討した。細孔内拡散は，ポア拡散及び表面拡散の両者が関与することが予想されるが，表面拡散の寄与が極めて大きいことを明らかにした。さらに粒子外拡散と粒子内拡散を考慮した解析プログラムを作成し，粒子内物質移動の詳細な検討を可能とした。高分子の細孔内拡散の検討を行った。直径~3マイクロメートルのシリカゲル粒子にミオグロビン誘導体が分配する過程の計測を試みたが，蛍光計測できるレーザー強度ではミオグロビン誘導体が退色し，定量的なデータ取得が困難であった。そこで数10マイクロメートルのシリカゲル粒子を用いて，共焦点顕微蛍光分析を行った。粒子外拡散と粒子内拡散を考慮した解析プログラムで粒子内拡散の細孔サイズ依存性の検討に着手し，低分子-シリカゲル系の細孔内物質移動と大きく異なることを見出した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本年度は，逆相クロマトグラフィーでよく用いられるアセトニトリルと水の混合溶媒系で，単一ODS粒子系の物質移動過程の温度効果の計測を可能とした。粒子外拡散と粒子内拡散を考慮した解析プログラムを作成し，低分子-ODSシリカゲル系及び高分子-シリカゲル系の細孔内拡散を定量的に議論できるようになった。研究全体としては，おおむね順調に進展していると考えている。
Strategy for Future Research Activity	ODSシリカゲル/アセトニトリル-水混合溶媒系の様々な条件下で細孔内物質移動速度が決定できるようになったので，同じ条件下でクロマトグラフ測定を行い，両者の関係を議論していく。また，高分子系では細孔サイズと粒子内物質移動の関係を明らかにしていく。