HPLCの高速化と高性能化のためのキャピラリー型シリカ連続体カラムの開発

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12554032
• 研究機関: 京都工芸繊維大学
• 研究代表者: 田中 信男 京都工芸繊維大学, 繊維学部, 教授 (60127165)
• 研究分担者: 水口 博義 有限会社エムアールシー, 研究部, リーター(研究職) ; 中西 和樹 京都大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (00188989) ; 細矢 憲 京都工芸繊維大学, 繊維学部, 助教授 (00209248) ; 池上 亨 京都工芸繊維大学, 繊維学部, 助手 (20301252)
• キーワード: ミクロ液体クロマトグラフィー / 電気クロマトグラフィー / 多孔性シリカ連続体 / HPLC充填剤 / カラム圧力 / 分離インピーダンス / シリカモノリス / 理論段数

研究概要

液体クロマトグラフィーの高速化と高性能化を目的として、粒子充填型カラムより高い性能をもたらすシリカ連続体をキャピラリー中に調製することを試みた。さらにドメインサイズ(シリカ骨格サイズ+骨格間隙の流路サイズ)と流路サイズ/シリカ骨格サイズ比の効果を検討した。sol-gel法によりテトラメトキシシランから内径50-250ミクロンのシリカキャピラリー管壁に共有結合しながらネットワーク状のシリカを調製すると、100ミクロン以下の内径をもつキャピラリー中で、骨格サイズ2ミクロン、空隙サイズ8ミクロンのシリカ連続体が管内を満たした状態で得られた。このシリカ連続体は、従来の粒子充填型カラムの約30分の1のカラム圧力で同等の理論段数を発生することができ、130cmのカラムは10万段以上の理論段数を発生した。ドメインサイズの小さなシリカ連続体はより高い理論段数を与え、また流路/骨格比の大きなシリカ連続体は低いカラム圧力を与えた。キャピラリー内シリカ連続体を電気クロマトグラフィーに適用したとき、25cmのカラムが8万段の理論段数を与えたが、高性能カラムの実用化のためには電気浸透流の増大が必要である。これらのアプローチにより、ミクロ液体クロマトグラフィーおよび電気クロマトグラフィーにおいて、1本のカラムにより現在より1桁高い10万段の理論段数の実用化が可能となる。キャピラリー型シリカ連続体は次世代に必要とされる10万段の理論段数の発生を可能としたが、(1)骨格-流路構造の最適化、(2)骨格の収縮を避ける調製法、および(3)多様な選択性をもたらす化学修飾のためのオンカラム反応の開発等が、実用化のための今後の課題である。同時に、粒子充填構造と異なるネットワーク構造について、新規な性能-流速関係式の理論的、実験的解明が、次の基礎的な課題である。

研究成果

• [文献書誌] N.Tanaka, et al.: "Monolithic columns-A new type of chromatographic support for liquid chromatography."Analytical Chemistry. 73(印刷中). (2001)
• [文献書誌] M.Turowski, et al.: "Selectivity of stationary phases in reversed-phase liquid chromatography based on the dispersion interactions."Journal of Chromatography, A. 911. 177-190 (2001)
• [文献書誌] T.Tanigawa, et al.: "Stationary phase structure enhancing electro-osmotic flow in CEC"Journal of Chromatography, A. 887. 299-305 (2000)
• [文献書誌] N.Ishizuka, et al.: "Performance of a silica rod column in a capillary under pressure-driven and electro-driven conditions."Analytical Chemistry. 72. 1275-1280 (2000)
• [文献書誌] N.Tanaka, et al.: "Monolithic Silica Columns for HPLC, micro-HPLC, and CEC"Journal of High Resolution Chromatography. 23. 111-116 (2000)
• [文献書誌] N.Tanaka, et al.: "Capillary electrochromatography on monolithic silica columns"Elsevier(印刷中). (2001)