JP2004003897A - クロマトグラフィー用担体、前処理用担体及びキット - Google Patents

Abstract

【課題】酸、アルカリ条件下でもオクタデシル基などの疎水性場が脱離することがなく、分解されないため、分離性能が低下することがなく、担体寿命が長く、簡便かつ短時間で製造が可能であり、従って製造コストが低いクロマトグラフィー用担体及び前処理用担体；及びその製造用キットを提供すること。
【解決手段】硫黄化合物と反応しうる金属又は金属化合物からなる担体材料、又は前記金属又は金属化合物を被覆してなる担体材料の表面に、硫黄化合物を結合させてなるクロマトグラフィー用担体又は前処理用担体；及び、硫黄化合物と反応しうる金属又は金属化合物からなる担体材料、又は前記金属又は金属化合物を被覆してなる担体材料と、該硫黄化合物とを含む、クロマトグラフィー用担体又は前処理用担体製造用キット。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クロマトグラフィーに用いることが出来る担体又は前処理用担体に関し、さらに詳細には、金、銀、銅、白金、鉄、水銀、酸化銀、酸化銅、ガリウム砒素及びインジウムリンなどの金属又は金属化合物で表面を被覆した担体材料の表面、又は金、銀、銅、白金、鉄及び酸化銀などの金属又は金属化合物からなる担体材料の表面に硫黄化合物を結合させてなるクロマトグラフィー用担体、前処理用担体及び該クロマトグラフィー用担体又は前処理用担体製造用キットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のクロマトグラフィー用担体及び前処理用担体は、多孔質シリカ表面に存在する水酸基にモノクロロジメチルオクタデシルシラン等を結合させている。この結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｃ結合）は、酸性又はアルカリ性溶離液で分解を受け、担体表面からオクタデシル基が容易に脱離する。そのために、溶離液としてｐＨが８以上の溶媒を使用することは困難である。
ｐＨが８以上の溶離液を使用する場合には、担体の材質として、架橋型高分子化合物を用いることが行われている。しかし、シリカ系の担体と比較して高価格で分離度が劣る。
モノクロロジメチルオクタデシルシラン等をシリカの水酸基に結合させる際、従来の合成法では、多い時には全体の水酸基の５０％にオクタデシル基が結合していない残存シラノール基を生じる場合がある。この残存シラノール基は、分離性能に悪影響を与える場合が多く、トリメチルクロロシラン等で処理することによってエンドキャッピング処理を行い、残存シラノール基を除去することが一般的であるが、立体障害等により完全にシラノール基を除去することはできない。
オクタデシル基やエンドキャッピング剤をシリカ表面に結合する際、モノクロロジメチルオクタデシルシランやトリメチルクロロシラン等の高価な試薬を使用し、なおかつ環境負荷の大きい多量の有機溶媒を使用し、高温、長時間という過酷かつ高コストな反応条件で結合を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の多孔質シリカを担体とした逆相クロマトグラフィー用担体及び前処理用担体は、シリカ表面の水酸基とモノクロロジメチルオクタデシルシランなどの疎水性化合物とを化学結合によって結合させている。生じたＳｉ−Ｏ−Ｃ結合は、酸、アルカリ条件下で分解を受け、その結果、シリカ表面に結合させたオクタデシル基などの疎水性場がシリカ表面から脱離し、分離が悪くなる欠点がある。
本発明の目的は、酸、アルカリ条件下でもオクタデシル基などの疎水性場が脱離しないクロマトグラフィー用担体及び前処理用担体を開発することである。
【０００４】
更に、シリカ自体もアルカリ条件下で分解を受け、分離性能が低下し、担体としての寿命が短くなる。本発明はこれらの問題点を解決することも課題としている。
従来の技術では、残存シラノール基の問題を解決するために、トリメチルクロロシラン等で処理することによりエンドキャッピングを行っている。エンドキャッピングを行うことによって高品質の担体の製造が可能であるが、価格は高くなる。また、エンドキャッピング処理を行っても未キャッピングのシラノール基が残存することや、酸、アルカリ条件下でキャッピング剤が脱離する問題点がある。
本発明は、これらの問題点を解決することも課題としている。
【０００５】
従来の技術によるモノクロロジメチルオクタデシルシランによる疎水性場の形成やエンドキャッピング処理は、脱水したトルエン等の有機溶媒を使用して、１１０℃、５時間以上という過酷な条件下で行っている。このような合成法では、高価な試薬の使用、環境に高負荷を与える有機溶剤の使用やその廃棄の処理費用、高温、長時間の合成条件、これらの諸条件が、最終製品を高価格にしている。
本発明は、これらの問題点を改善し、安価な試薬を使用して、室温合成、短時間合成が可能な方法を開発することも課題としている。
従来のクロマトグラフィー用担体及び前処理用担体は、オクタデシル基などをシリカに結合した後、カラムに充填している。この方法では、必要時に担体の製造から行う必要があり、非効率的である。本発明は、この問題を解決することも課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記の課題を解決すべく、鋭意検討を重ねた結果、クロマトグラフィー用担体材料又は前処理用担体材料に金属又は金属化合物を被覆してなる担体材料の表面、あるいは金属又は金属化合物からなる担体材料の表面に、硫黄化合物を反応させて結合させてなるクロマトグラフィー用担体又は前処理用担体が上記課題を解決しうることを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明は、硫黄化合物と反応しうる金属又は金属化合物からなる担体材料、又は前記金属又は金属化合物を被覆してなる担体材料の表面に、硫黄化合物を結合させてなるクロマトグラフィー用担体及び前処理用担体を提供するものである。
本件はまた、硫黄化合物と反応しうる金属又は金属化合物からなる担体材料、又は前記金属又は金属化合物を被覆してなる担体材料と、該硫黄化合物とを含む、クロマトグラフィー用担体又は前処理用担体製造用キットを提供するものである。
【０００７】
本発明で使用するクロマトグラフィー用担体材料又は前処理用担体材料は、クロマトグラフィーに用いることができる担体材料であれば特に限定されない。例えば、従来からあるシリカ、多孔質シリカ、ガラス、セルロース、セラミックス、カーボン、多孔質架橋型高分子化合物（例えば、スチレンジビニルベンゼン共重合体、ポリメタクリレート等）からなる担体の他、金、銀、銅、白金、鉄、水銀、酸化銀、酸化銅、ガリウム砒素及びインジウムリンなどの金属又は金属化合物を使用することができる。担体材料の形状は任意であり、繊維状、球状、破砕状、いずれの形状のものでもよい。繊維状の場合には、その直径は１ｍｍ〜１ｎｍ程度が適当である。球状、破砕状の担体材料ではその粒子サイズは、１ｍｍ〜１ｎｍ程度が適当である。更に、細管の内壁やマイクロチップ内の細管の内壁を担体材料として使用することもできる。
【０００８】
硫黄化合物と反応しうる金属又は金属化合物以外の担体材料を使用する場合には、担体材料表面に硫黄化合物と反応しうる金属又は金属化合物を被覆する。担体材料を金属又は金属化合物で被覆する方法は特に限定されない。薄膜を形成できる手法であれば特に限定されない。例えば、化学メッキ、蒸着、気相成長法、化学気相析出法、交互吸着法等の方法を適宜使用できる。金属又は金属化合物の被覆量又は厚さは、クロマトグラフィー用担体又は前処理用担体として十分な性質を発揮すれば良く、特に限定されないが、１ｍｇ／ｍ^２〜２０００ｇ／ｍ^２程度、又は厚さ０．０５ｎｍ〜１０μｍ程度が適当である。耐酸性、耐アルカリ性を向上させる場合には、シリカの表面を３０％以上被覆することが望ましい。
【０００９】
硫黄化合物としては、金属又は金属化合物に結合できるものであれば良く、特に限定されないが、スルフィド化合物（例えば、ジヘプチルスルフィド等のジアルキルスルフィド、ジフェニルスルフィド等のジアリールスルフィド等）、ジスルフィド化合物（例えば、ジヘプチルジスルフィド等のジアルキルジスルフィド、ジフェニルジスルフィド等のジアリールジスルフィド等）、アルキルキサントゲン酸又はその塩（例えば、ペンチルキサントゲン酸又はその塩）、アルカンチオール化ＤＮＡ等が挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素原子数４〜４０のアルカンチオール化合物であり、特に、オクタデシルメルカプタンが好ましい。
また本発明に使用される硫黄化合物は、水酸基、カルボキシル基、アミノ基等の官能基を１種又は２種以上有していても良い。官能基の数は１つでも２つ以上でも良い。これらの官能基はクロマトグラフィー用担体又は前処理用担体の目的とする性質に合わせて適宜選択することができる。
【００１０】
硫黄化合物を溶解させる溶媒は、硫黄化合物を溶解しうるものであればよく、例えば、アセトン、アセトニトリル、メタノール、エタノール等を用いることが出来る。これらのうち、環境への負荷の少ないエタノール、アセトンを用いることが特に好ましい。
硫黄化合物による被覆は、例えば、硫黄化合物を上記溶媒に溶解して０．０１〜１０質量％溶液を調製し、この溶液に担体材料を分散させ、攪拌した後、未反応の硫黄化合物を除去し、乾燥すれば良い。
【００１１】
本発明の特徴について、シリカ担体材料を使用した場合を例にとり説明する。
本発明では、酸、アルカリ条件下での分解に由来するシリカ担体材料の安定性を向上させるために、シリカ担体材料を金属又は金属化合物で被覆している。シリカ表面を被覆しているので、シリカの安定性が向上するとともに、残存シラノール基が全く生じないのでエンドキャッピング処理を行う必要は全くない。
オクタデシル基等の分離場の担体材料への結合は、硫黄化合物と金、銀、銅、白金、鉄、水銀、酸化銀、酸化銅、ガリウム砒素及びインジウムリンなどの金属又は金属化合物との反応を用いている。この反応は自己組織化膜を作成する一般的な方法と同じである。自己組織化膜は硫黄化合物のイオウ原子と金属又は金属化合物との間の直接的な結合とともに、硫黄化合物、例えばアルカンチオールのアルキル鎖間の疎水性相互作用によって安定化しているので、アルカリや酸などでは容易に結合が切断しない非常に強固な膜である。
このような強固な自己組織化膜をクロマトグラフィー用担体又は前処理用担体の分離場として用いることで、耐酸性、耐アルカリ性の高い、これまでにないクロマトグラフィー用担体及び前処理用担体の作成が可能と考えられた。本発明では、これらの考え方に基づいて、多孔質シリカ等の担体材料を金属又は金属化合物で被覆し、硫黄化合物とこれらの金属又は金属化合物との反応を利用することで、クロマトグラフィー用担体及び前処理用担体の持つ問題点を解決する。
【００１２】
逆相クロマトグラフィー用の担体を合成する際に使用されるモノクロロジメチルオクタデシルシラン等は非常に高価である。本発明では、この問題点を解決するために、非常に安価な硫黄化合物を分離場として用いている。また、従来の技術で担体を合成する際に使用する溶媒は、乾燥トルエンなどであり、廃棄などの際には環境に対する負荷が大きい。
本発明では、硫黄化合物が金属と結合を形成する際の反応に使用する溶媒としてエタノール、アセトンを主として用いることによって、この課題を解決している。
また、従来の担体の合成法では、モノクロロジメチルオクタデシルシラン等を用いたシリカへの分離場の結合は、水が存在しているとモノクロロジメチルオクタデシルシランの分解が起こるので、脱水条件下で行う必要があった。本発明による方法では水の存在は合成に影響を与えないので脱水条件下で行う必要性はなく、簡便に合成することが出来る。
【００１３】
硫黄化合物による自己組織化膜の形成は、２種以上の硫黄化合物を用いることによって、ナノサイズの表面形態を持った自己組織化膜を作成することが可能である。本発明において、二種類以上の硫黄化合物を併用することにより、一種類の硫黄化合物では得られない特異的な分離が可能になる。例えば、硫黄化合物として、１−オクタンチオールと８−ヒドロキシ−１−オクタンチオールを使用することにより、担体の極性を自由自在に設定することが可能となる。
【００１４】
金属又は金属化合物を被覆した担体材料を予めカラムに充填し、必要な時に必要な種類の硫黄化合物をこのカラムに流し込んで、カラム中で硫黄化合物と金属又は金属化合物を反応させることもできる。これは、本発明で利用している硫黄化合物と金属又は金属化合物との反応が室温下、短時間で進行しうるからである。こうすることにより、充填効率を著しく向上させることができ、また、目的に合わせて硫黄化合物を選択し、最適の担体をその場で調製することができる。
【００１５】
本発明において「クロマトグラフィー」とは、逆相クロマトグラフィー、順相クロマトグラフィー、薄層クロマトグラフィー、陰イオン交換クロマトグラフィー、陽イオン交換クロマトグラフィー、イオン対クロマトグラフィー等の液体クロマトグラフィーのほか、アフィニティークロマトグラフィー、電気泳動、ガスクロマトグラフィー等を意味する。これらのクロマトグラフィー用担体は、用いる硫黄化合物の種類を変えたり、併用する硫黄化合物の組み合わせやその使用比率等を変えることにより、種々のものが製造できる。
本発明において「前処理」とは、対象物質の吸着、脱着、濃縮、不要物質の除去、脱塩等の処理を意味する。
【００１６】
本発明では、シリカ等のクロマトグラフィー用担体材料又は前処理用担体材料の表面を金属又は金属化合物で被覆しているので、これまで酸性、アルカリ性溶離液を使用する際に問題とされてきた担体の不安定性が全くなくなる。更に、分離ピークのテーリングの原因となる残存シラノール基も金属又は金属化合物により被覆されてしまうため、テーリングのないシャープな分離ピークを得ることが出来る。
また本発明のクロマトグラフィー用担体及び前処理用担体の製造には、オクタデシル化等の分離層を反応させるための脱水系有機溶媒、高温、長時間反応などの過酷な反応条件を必要とせず、溶媒としてエタノール、アセトンを使用することができ、室温、短時間の穏和な反応条件でオクタデシル化等の処理を施した分離層が導入されたクロマトグラフィー用担体及び前処理用担体を製造することできる。
更に、残存シラノール基を金属又は金属化合物で被覆しているので、残存シラノール基をキャッピングするためのエンドキャッピング処理を行う必要がなく、環境に対する負荷が小さくなるとともに、クロマトグラフィー用担体又は前処理用担体の製造に要する時間も大幅に短縮できる。
【００１７】
逆相クロマトグラフィー用担体や逆相用充填剤を充填した前処理用担体の場合には、オクタデシルメルカプタンを硫黄化合物として用いることが最も一般的であるが、種々の鎖長を持ったアルカンチオールや分枝した硫黄化合物、チオール基とともに他の官能基を持ったチオール化合物などを使用することにより、使用用途に合わせてクロマトグラフィー用担体及び前処理用担体を製造することが出来る。
更に、官能基を有する硫黄化合物の場合、その官能基にタンパク質などを結合させアフィニティークロマトグラフィーなどに応用することも容易である。
クロマトグラフィー用担体材料として、金属又は金属化合物で表面を被覆することが出来れば、多孔質シリカ以外にも本発明をクロマトグラフィーに応用することは容易である。マイクロチップ等の内部の細管を金属又は金属化合物で被覆すれば、容易に硫黄化合物による自己組織化膜を形成させクロマトグラフィーをチップ上に集積することが可能となる。
【００１８】
硫黄化合物による自己組織化膜は、二種類以上の異なる硫黄化合物を混合した際にナノサイズの特異的な表面構造を持った膜が生成する。本発明でも二種類以上の硫黄化合物を用いて自己組織化膜を作製し、特異的な表面構造を形成させることによって、これまでにない特異的な分離性能を得ることが出来る。
本発明による手法を用いると、金属又は金属化合物で被覆しておいた担体材料を予めカラムに充填し、必要となった際に、必要な種類の硫黄化合物をカラム中で金属又は金属化合物と反応させて、その場でクロマトグラフィー用担体又は前処理用担体を製造することが出来、極めて高効率で多品種少量生産が可能となる。
【００１９】
【実施例】
次に、実施例により本発明を説明するが、本発明の範囲はこれら実施例に限定されるものではない。
実施例１
１．２ｇの銅微粒子（粒径約７０μｍ）と１０ｍＬのアセトンに溶解させた０．１４ｇのオクタデシルメルカプタンとを混合し、室温下、一晩反応させた。得られたオクタデシル化銅微粒子をアセトンで数回洗浄した。乾燥後、カラム長１ｃｍ、内径４．０ｍｍのカラムにオクタデシル化銅微粒子を約０．３ｇ充填した。充填圧は５０ｋｇｆ／ｃｍ^２を用いた。このカラムを、紫外可視検出器ＳＰＤ−６ＡＶ（株式会社島津製作所、京都府）を備えた高速液体クロマトグラフィー装置ＬＣ−９Ａ（株式会社島津製作所、京都府）に取り付けた。ウラシル、ナフタレン、ジフェニルを含む５０％メタノール溶液をサンプルとし、溶離液として２０％メタノール水を使用し、流速０．３ｍＬ／ｍｉｎで溶離し、検出波長２５４ｎｍで検出した。図１に示すように、３本のピークに分離した。オクタデシルメルカプタンを結合していない銅微粒子を調製し、同様の手法で分析したがピークは１本となった。
【００２０】
実施例２
０．８ｇの銀微粒子（粒径約１μｍ）と１０ｍＬのアセトンに溶解させた０．１４ｇのオクタデシルメルカプタンとを混合し、室温下、一晩反応させた。得られたオクタデシル化銀微粒子をアセトンで数回洗浄した。乾燥後、カラム長１ｃｍ、内径４．０ｍｍのカラムにオクタデシル化銀微粒子を約０．３ｇ充填した。充填圧は１００ｋｇｆ／ｃｍ^２を用いた。このカラムを、紫外可視検出器ＳＰＤ−６ＡＶを備えた高速液体クロマトグラフィー装置ＬＣ−９Ａに取り付けた。ウラシル、ナフタレン、ジフェニルを含む５０％メタノール溶液をサンプルとし、溶離液として１５％メタノール水を使用し、流速０．３ｍＬ／ｍｉｎで溶離し、検出波長２５４ｎｍで検出した。図２に示すように、３本のピークに分離した。オクタデシルメルカプタンを結合していない銀微粒子を調製し、同様の手法で分析したがピークは１本となった。
【００２１】
実施例３
０．０５ｇの金メッキしたクロマトグラフィー用多孔質シリカ微粒子（粒径１０μｍ）と２ｍＬのエタノールに溶解させた０．３ｇのオクタデシルメルカプタンとを混合し、室温下、２０分間反応させた。得られたオクタデシル化金シリカ微粒子をアセトンで数回洗浄した。乾燥後、カラム長１ｃｍ、内径４．０ｍｍのカラムにオクタデシル化金シリカ微粒子を約０．３ｇ充填した。このカラムを、紫外可視検出器ＳＰＤ−６ＡＶを備えた高速液体クロマトグラフィー装置ＬＣ−９Ａに取り付けた。ウラシル、ナフタレン、ジフェニルを含む５０％メタノール溶液をサンプルとし、溶離液として水を使用し、流速０．５ｍＬ／ｍｉｎで溶離し、検出波長２５４ｎｍで検出した。図３に示すように、３本のピークに分離した。
【００２２】
実施例４
０．３ｇの銅微粒子（粒径約７０μｍ）を、カラム長１ｃｍ、内径４．０ｍｍのカラムに充填した。充填圧は１００ｋｇｆ／ｃｍ^２を用いた。１０ｍＬのアセトンに溶解させた０．１４ｇのオクタデシルメルカプタンをカラムに接続したパッカーに入れ、アセトンを溶媒として、流速１ｍＬ／ｍｉｎで３０分間、ポンプＬＣ−９Ａで溶出させた。バッカーからカラムをはずし、紫外可視検出器ＳＰＤ−６ＡＶを備えた高速液体クロマトグラフィー装置ＬＣ−９Ａに取り付けた。ウラシル、ナフタレン、ジフェニルを含む５０％メタノール溶液をサンプルとし、溶離液として４０％メタノール水を使用し、流速０．５ｍＬ／ｍｉｎで溶離し、検出波長２５４ｎｍで検出した。図４に示すように、３本のピークに分離した。
【００２３】
実施例５
０．８ｇの銀微粒子（粒径約１μｍ）と１０ｍＬのアセトンに溶解させた０．１４ｇのオクタデシルメルカプタンとを混合し、室温下、一晩反応させた。得られたオクタデシル化銀微粒子をアセトンで数回洗浄した。乾燥後、カラム長１ｃｍ、内径４．６ｍｍのカラムにオクタデシル化銀微粒子０．２８ｇを乾式充填した。このカラムを高速液体クロマトグラフィー装置ＬＣ−９Ａに取り付け、１００ｍＬのフタル酸ジエチル水溶液（２．３×１０^−５Ｍ）を流速１ｍＬ／ｍｉｎで流し、フタル酸ジエチルを吸着させた。０．５ｍＬのメタノールを溶媒として脱着させ、吸着前後で、紫外可視分光光度計ＵＶ−１６００（株式会社島津製作所、京都府）で２３０ｎｍを観測波長として吸光度を測定した。その結果、吸着率は４２％であり、脱着率は７５％であった。
【図面の簡単な説明】
【図１】オクタデシル化銅微粒子を充填したカラムで、ウラシル、ナフタレン、ジフェニルを含む試料を分離した際のクロマトグラムである。
【図２】オクタデシル化銀微粒子を充填したカラムで、ウラシル、ナフタレン、ジフェニルを含む試料を分離した際のクロマトグラムである。
【図３】オクタデシル化金多孔質シリカを充填したカラムで、ウラシル、ナフタレン、ジフェニルを含む試料を分離した際のクロマトグラムである。
【図４】銅微粒子をカラムに充填後オクタデシル化し、ウラシル、ナフタレン、ジフェニルを含む試料を分離した際のクロマトグラムである。

Claims (10)

1. 硫黄化合物と反応しうる金属又は金属化合物からなる担体材料、又は前記金属又は金属化合物を被覆してなる担体材料の表面に、硫黄化合物を結合させてなるクロマトグラフィー用担体又は前処理用担体。
2. 金属又は金属化合物が、金、銀、銅、白金、鉄、水銀、酸化銀、酸化銅、ガリウム砒素及びインジウムリンからなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項１記載のクロマトグラフィー用担体又は前処理用担体。
3. 担体材料が、多孔質担体材料又は非多孔質担体材料である請求項１又は２記載のクロマトグラフィー用担体又は前処理用担体。
4. 担体材料が、金、銀、銅、白金、鉄、水銀、酸化銀、酸化銅、ガリウム砒素及びインジウムリンからなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項１又は２記載のクロマトグラフィー用担体又は前処理用担体。
5. 担体材料が、シリカ、ガラス、セルロース、セラミックス、カーボン又は架橋型高分子化合物である請求項１〜４のいずれか１項記載のクロマトグラフィー用担体又は前処理用担体。
6. 担体材料が、球状担体材料、繊維状担体材料、破砕状担体材料、又は細管内表面である請求項１〜５のいずれか１項記載のクロマトグラフィー用担体又は前処理用担体。
7. 硫黄化合物が、炭素原子数１〜４０のアルカンチオール化合物である請求項１〜６のいずれか１項記載のクロマトグラフィー用担体又は前処理用担体。
8. チオール化合物が、オクタデシルメルカプタンを含む請求項７記載のクロマトグラフィー用担体又は前処理用担体。
9. 硫黄化合物が、二種類以上の硫黄化合物を含む請求項１〜８のいずれか１項記載のクロマトグラフィー用担体又は前処理用担体。
10. 硫黄化合物と反応しうる金属又は金属化合物からなる担体材料、又は前記金属又は金属化合物を被覆してなる担体材料と、該硫黄化合物とを含む、クロマトグラフィー用担体又は前処理用担体製造用キット。

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