| 研究課題/領域番号 |
25288062
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 研究機関 | 埼玉大学 |
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研究代表者 |
渋川 雅美 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (60148088)
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| 研究分担者 |
齋藤 伸吾 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (60343018)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | ナノバブル / 疎水性ナノ細孔 / 界面水 / ハイブリッド固定相 / HPLC |
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| 研究概要 |
本研究は，疎水性ナノ細孔をもつ多孔質材料が気相（ナノバブル）を安定に保持できることを利用して，複数の界面液相水と気相空間からなる分離場，すなわちナノバブルをプラットホームとするハイブリッド固定相を創製し，界面水の状態およびハイブリッド固定相自体の構造を圧力と温度によって制御する新しい液体クロマトグラフィーシステムを開発することを目的とする。本年度は，ハイブリッド固定相の最適な形成法を検討し，ついでその分離機構と分離効率の調査およびナノバブルサイズ制御法の検討を行った。
ジクロロメタンを満たしたカラムを所定の温度および時間で加熱乾燥処理した後に，純水を通液してカラム内全水相体積を測定した。また，加圧により細孔内を水で満たしたカラムについても同様にカラム内全水相体積を測定し，両者の差より，カラム内に形成した気体固定相体積を求めた結果，70 ℃で2時間の加熱乾燥を行うと，充填剤細孔内に気相が形成し，しかも安定に維持できることが明らかになった。気相形成後のカラムにおける種々の有機化合物の保持係数を測定したところ，気相を含まないときに比べて気液分配係数が大きい化合物ほど保持係数の値が大きくなることがわかった。また，気相形成後のカラムにかかる圧力を変化させることで，気相体積と固液界面水の量を制御でき，分離選択性を大きく変化させうることが明らかになった。次に，気相形成後のカラムについて揮発性化合物の理論段高さと線流速の関係を調べたところ，流速の増大とともに理論段数が大きくなり，化合物の分離効率を損なうことなく高速分離が可能であることが明らかになった。これは，気体固定相中の物質の拡散係数が非常に大きいことによると考えられる。
以上の結果から，ハイブリッド固定相HPLCシステムは従来のHPLCとは異なる新たな分離選択性を有し，高速分離が可能な新規分離法として有用であることが明らかとなった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
平成25年度は，疎水性多孔質粒子を充填したカラムを用いて，粒子内の細孔中に気相（ナノバブル）を再現性良く形成し，かつ安定に維持できる条件を確立することを第一の目的とした。当初は，以下の方法を考案し，種々検討を行った。(1)疎水性多孔質粒子を充填したカラムに有機溶媒（メタノールまたはアセトニトリル）を通液し，ついでグラジエントシステムを用いて有機溶媒濃度を下げながら通液し，最後は水を通してカラム内液相を完全に水に置換する。
(2)溶出液中に有機溶媒が含まれていないことを確認した後，カラムを一定の圧力下，一定温度に置くことによりナノバブルを生成させる
ところが，この方法では，有機溶媒を完全に除去できない上，アルキル鎖長の短い充填剤粒子内部には気相がほとんど形成されないことがわかった。そこで，発想を転換して，最初にカラムを揮発性溶媒（アセトンまたはジクロロメタン）で満たした後，これを加熱して完全に乾燥させ，次いで水を通液するという方法を考案した。その結果，新たに考案した方法により，対象としたすべてのカラム（C8およびC18シリカカラム）について細孔内に完全に気相を生成できることが明らかになり，当初計画した方法とは全く異なるが，目的を達成することができた。
これにより，翌年度以降実施する計画であった，各種有機化合物の気相／水間の気液分配係数の測定に取り組むことができ，その結果，60℃程度では揮発性の高い化合物でも気相の固定相としての容量はあまり大きくないこと，および極性官能基を持たない化合物についてはアルキル結合相への分配が大きく寄与している可能性があることが明らかになるなど，研究の大きな進展があった。。
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| 今後の研究の推進方策 |
ナノバブルの形成及び固定化の方法を確立でき，かつ圧力によるナノバブルのサイズ制御も可能であることが明らかになったので，平成26年度以降はまず，ハイブリッド固定相HPLCシステムの分離機構を明らかにすることを目的とし，各固定相への化合物の分配係数（気液分配係数，疎水基結合相への分配係数，および気液界面への吸着平衡定数）の測定を行う。これにより，ナノバブルサイズの変換による分離選択性の制御法を考案する。さらに，気相を固定相に含む利点を生かした高速・高分離能システムの構築を目指して，超高温水を移動相とするHPLCの研究を進める。また，分離場として機能する固液及び気液界面水の構造を熱分析及び分光分析法を駆使して解明を試みる。
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