Development of pressure-responsive chromatography utilizing specific properties of nano-bubbles

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21K14657
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 中村 圭介 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (30805148)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 液体クロマトグラフィー / ナノバブル / 疎水性材料 / 水／疎水性材料界面

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題では，カラム充填剤（疎水基を修飾した多孔質シリカ粒子）の細孔内に気体を固定化し，これを分離場として利用するHPLCシステム（表面気泡変調液体クロマトグラフィー：SBMLC）を深化させ，圧力によって分離選択性を自在かつ可逆的に変換可能な分離法とするとともに，質量分析計（MS）との接続を可能にすることでより微量の目的物質の分析を可能とすることを目的としている。また，分子をプローブとして用いる解析方法によって，ナノ気泡の分離媒体としての機能を解明すること目指している。
昨年度の研究により，細孔径が7 nm程度の多孔質シリカ粒子にアルキル基を修飾した充填剤を用いることで，SBMLCカラム内の気泡の圧力に対する安定性の向上が望めることが明らかになった。そこで本年度は，平均細孔径が7 nm程度のSBMLC用充填剤を合成し，SBMLCカラムとしての性能を評価した。その結果，一般の充填剤と同様の方法で合成したシリカ粒子では細孔径の分布が生じ，これにより設計した細孔径から予測される圧力よりも低い圧力で細孔への水の入り込みが起こることがわかった。また，SBMLCにおいてベンゼンと重水素化ベンゼン（ベンゼン-d6）の保持を解析することで，水とカラム充填剤との界面における物質分布における重水素置換効果を評価した。その結果，以前から報告されていた，物質のバルク水－アルキル基間の分配に対する重水素置換効果だけでなく，バルク水－水／アルキル基界面間の分配にも重水素置換効果が生じており，その大きさも同等であることが明らかとなった。
研究を通じて，SBMLC用充填剤の検討，SBMLCとMSとの接続，SBMLCを用いたナノ気泡の評価を行った。SBMLC用充填剤については，設計や合成における問題点が明らかになったが，理想的な充填剤の開発には至っていない。研究成果の発表含め，助成期間終了後も検討を行う。