JPH05307026A - 超臨界流体クロマトグラフィーによる物質の分離方法及びその方法に使用する超臨界流体クロマト分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超臨界流体クロマトグラフィーによって各成
分を分取するのに、圧力変動がなく正確に試料を分離カ
ラムへ導入することができ、分離効率を高めた超臨界流
体クロマトグラフィーによる分離方法及びその装置を提
供する。 【構成】 試料のサンプリング時に、サンプルループ４
２内に試料がサンプリングされると同時にサンプリング
試料が超臨界流体ポンプの出口圧力に維持される（ステ
ップａ）。次に、この圧力に維持されたサンプルループ
４２内の試料を超臨界流体ポンプで分離カラムへ導入す
る（ステップｂ）。次に、サンプルループ４２の両端を
開にして圧力を開放する（ステップｃ）。このために、
保圧部では試料が常に適正な圧力に保たれ、分離カラム
へ安定して試料の供給ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、分取を目的とした超臨
界流体クロマトグラフィーに関し、特に、連続的にライ
ンに供給されている超臨界流体へ、安定して試料の導入
が行える超臨界クロマトグラフィーを用いた分離方法及
びその方法に使用する超臨界流体クロマト分離装置方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】超臨界流体は、物質の臨界点、即ち、臨
界温度及び臨界圧力を越えた流体であり、その密度は液
体に、その粘性・拡散係数は気体に近いという、液体と
気体の両者の中間の性質を示している。このために、優
れた溶解能力を発揮し、素早い抽出速度が期待されてお
り、この超臨界流体を移動相として使用した超臨界流体
クロマトグラフィーは、ガスクロマトグラフィーや液体
クロマトグラフィーにない様々な特徴、例えば、不揮発
性物質や熱的に不安定な物質に適用できたり、分離が迅
速でカラム効率に優れている等の特徴を有している。

【０００３】ところで、各成分物質が混合して存在する
ある程度の量の物質を分取するための一般的なクロマト
分離技術では、試料を、一定量、一定間隔、繰り返して
供給する必要がある。前記超臨界流体クロマトグラフィ
ーを用いて、各成分を分取するクロマト分離方法におい
ても、試料を、一定量、一定間隔、繰り返して供給する
ことが必要である。このような、分取を目的とする超臨
界流体クロマトグラフィーにおける、分離カラムへの試
料導入方法には、従来、次の２つの方法が知られてい
る。

【０００４】（１）高圧定流量ポンプで超臨界流体が流
れているラインに直接、試料を導入する方法である。こ
の分取を目的とする超臨界流体クロマト分離装置の全体
図を図１に示す。１は各成分物質が混合して存在する試
料を貯蔵している試料槽、２は試料をラインへ導入する
ための定流量ポンプ、３は切替弁、４は分離カラム、５
は超臨界流体の圧力を減圧して、溶解していた成分を析
出させるための圧力調整弁、６は分別分離され、析出し
た各成分をそれぞれの捕集槽へ切り換えるための切替
弁、７，８，９は各成分を捕集するための捕集槽、１０
は系へ超臨界流体を補充するための超臨界流体ボンベ、
１１は超臨界流体を分離カラム４へ送り出すための超臨
界流体ポンプである。

【０００５】この超臨界クロマト分離装置の操作は次の
ように行われる。試料槽１からの各成分の混在する試料
が、定流量ポンプ２により切替弁３を介し、超臨界ポン
プ１１からの超臨界流体とともに分離カラム４に送ら
れ、試料中の各成分の分離が行われる。各成分に分離さ
れた試料を含む超臨界流体は、圧力調整弁５により減圧
されて、その溶解力を失い、各成分が析出する。そこで
切替弁６が切り替えられて、分離された試料は成分毎に
捕集槽７，８，９に捕集される。次に、超臨界流体は超
臨界流体ポンプ１１に送られて再使用される。また、超
臨界流体の補充は超臨界流体ボンベ１０より行われる。

【０００６】（２）超臨界流体が流れているラインに６
ポートバルブを用いて試料を導入する方法である。図２
（ａ），（ｂ）にこの６ポートバルブを示す。この６ポ
ートバルブは試料ポンプに通じているポート１２、試料
槽へ通じているポート１３、サンプルループ１８の両端
のポート１４及びポート１５、超臨界流体ポンプに通じ
ているポート１６、分離カラムに通じているポート１７
を有している。

【０００７】この６ポートバルブの切り替え状態を次に
説明する。 （ａ）は、サンプリングを行っている状態を示してお
り、ポート１２はポート１４に、及びポート１５はポー
ト１３に連結され、同時にポート１６とポート１７が連
結されている。この状態では、試料ポンプにより試料が
試料槽からサンプルループ１８内に導入され、再び試料
槽へ連続的に循環されているので、サンプルループ１８
内は絶えず一定量の試料が入っている。同時に、超臨界
流体ポンプからの超臨界流体は分離カラムへ導入されて
おり、分離カラムは超臨界流体で満たされている。

【０００８】（ｂ）は、分離カラムへの試料導入時の状
態を示しており、ポート１２はポート１３に連結されて
おり、同時に、ポート１６はポート１４に、及びポート
１５はポート１７に連結されている。この状態では、サ
ンプルループ１８内に取り込まれている一定量の試料
は、超臨界流体と共に分離カラムへ導入されることにな
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前記（１）の方法は、
試料を分離カラムへ一定量導入するためには、高精度の
定流量ポンプを必要とし、なおかつ一定時間毎に定流量
ポンプにより試料を導入する必要があるために定流量ポ
ンプは、起動・停止を繰り返し行っている。しかしなが
ら、定流量ポンプは連続運転においては正確な定流量を
維持できるが、起動時及び停止時においては、試料を正
確に一定量計量することはできず、正確な量の試料を分
離カラムへ導入することは困難であるという問題点があ
る。また、試料の導入時に系内の圧力が変動しやすく、
そのために超臨界流体の溶解力が変動したり、また圧力
変動のために拡散が生じ、分離能が悪くなるという問題
点がある。

【００１０】また、前記（２）の方法は、高圧定流量ポ
ンプを用いないで一定量を分離カラムへ導入できるとい
う利点を有するが、サンプルループ内の圧力が、図２
（ａ）のサンプリング時には試料ポンプによる低い圧力
から、図２（ｂ）の試料導入時には高圧運転している超
臨界流体ポンプによる高い圧力に切り替わるために、系
内の圧力が変動し易く、そのために、上記（１）と同じ
問題点を有し、さらに、試料内に超臨界流体が混入する
という問題点もある。

【００１１】以上のように、従来の（１）及び（２）の
分取を目的とした超臨界流体クロマト分離技術において
は、僅かな圧力の変動によっても、超臨界流体の溶解力
が変化し、分離効率に影響を与える。そこで本発明は、
各成分が混在する試料を超臨界流体クロマトグラフィー
によってそれぞれの成分として分取するのに、正確に試
料を分離カラムへ導入することができ、しかも試料導入
時に圧力の変動をなくし、安定して試料を導入し、分離
効率を高めることのできる超臨界流体クロマトグラフィ
ーによる分離方法及びその分離方法に使用する超臨界流
体クロマト分離装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記した問題点を解決す
るために、本発明は、試料をサンプルループを用いて超
臨界流体とともに分離カラムへ導入する超臨界流体クロ
マトグラフィーによる物質の分離方法において、（１）
サンプルループ内に試料をサンプリングすると同時に、
サンプリングされた試料を超臨界流体を搬送する超臨界
流体ポンプの出口と同じ圧力に維持し、（２）前記超臨
界流体ポンプの出口と同じ圧力に維持されている試料
を、超臨界流体ポンプの圧力により搬送される超臨界流
体により分離カラムへ導入し、（３）サンプルループ内
の圧力を解放することを特徴とする超臨界流体クロマト
グラフィーによる物質の分離方法とするものである。

【００１３】また本発明は、超臨界流体を移動相とする
分離カラムと、その分離カラムへ超臨界流体を供給する
超臨界流体ポンプと、その分離カラムへ試料を供給する
試料ポンプと、試料導入機構とを有する超臨界流体クロ
マト分離装置であって、前記試料導入機構が、 （１）第１導管、サンプルループ及び第２導管からな
り、分離カラムへ試料を導入するための試料導入部と、 （２）超臨界流体ポンプから排出される超臨界流体の背
圧を利用することにより、試料の圧力を前記超臨界流体
ポンプの出口と同じ圧力に維持することのできる保圧部
と、 （３） 試料のサンプリング時には、第１導管の両端
が閉じられ、サンプルループの一端が試料ポンプに他端
が保圧部に連結され、第２導管の一端が超臨界流体ポン
プに他端が分離カラムへ連結され、試料の分離カラム
への導入時には、第１導管の一端は試料ポンプに他端は
保圧部に連結され、サンプルループの一端が超臨界流体
ポンプに他端が保圧部に連結され、第２導管の両端が閉
じられ、サンプルループ放圧時には、第１導管の一端
が試料ポンプに他端が保圧部に連結され、サンプルルー
プの両端が解放され、第２導管の一端が超臨界流体ポン
プに他端が分離カラムに連結されることができる切替機
構、とから構成されることを特徴とする超臨界流体クロ
マト分離装置とするものである。

【００１４】

【実施例１】本発明の超臨界流体クロマト分離装置の全
体図を図３に示す。２１は各成分物質が混合して存在す
る試料を貯蔵する試料槽、２２は試料槽２１とパイプで
繋がれ、試料槽２１から試料を試料導入部２３へ送り出
すための試料ポンプ、２３は超臨界流体ポンプ３３によ
り導入された超臨界流体と試料ポンプにより導入された
試料を受入れ、正確な一定量の試料であり且つ超臨界流
体ポンプ３３の出口圧力と同じ圧力に保たれた試料を超
臨界流体と共に分離カラム２５へ導入するための試料導
入部、２４は試料の圧力を超臨界流体の圧力と同一にコ
ントロールする保圧部、２５は試料中の各成分を分離し
て排出するための分離カラム、２６は超臨界流体の圧力
を減圧して、溶解していた成分を析出させるための圧力
調整弁、２７は析出した各成分をそれぞれの捕集槽へ切
り替えるための切替弁、２８，２９，３０は各成分を捕
集するための捕集槽、３１は系へ超臨界流体を補充する
ための超臨界流体ボンベ、３２は使用済の超臨界流体を
精製するための超臨界流体精製装置、３３は超臨界流体
を分離カラムへ送り出すための超臨界流体ポンプであ
る。

【００１５】図３の超臨界流体クロマト分離装置の運転
を次に説明する。試料槽２１に貯蔵されている試料は、
試料ポンプ２２により試料導入部２３を経て、保圧部２
４に送られる。一方、超臨界流体ポンプ３３により送ら
れてきた超臨界流体の一部は保圧部２４に送られ、試料
の圧力が超臨界流体の圧力と同一の圧力にコントロール
される。その後の操作は、通常の超臨界流体クロマトグ
ラフィーと同様に行われる。即ち、試料導入部２３の試
料は、分離カラム２５の処理能力によって、一定量、一
定時間毎に超臨界流体により分離カラム２５に送られ、
試料中の各成分の分離が行われる。

【００１６】分離された試料を含む超臨界流体は、圧力
調整弁２６により減圧されて、その溶解力を失い分離さ
れた各成分は析出する。そこで切替弁２７が切り替えら
れて、分離された各成分は成分毎に捕集槽２８，２９，
３０に捕集される。超臨界流体は超臨界流体精製装置３
２により精製されて超臨界流体ポンプ３３に送られて再
使用される。超臨界流体の補充は超臨界流体ボンベ３１
より行われる。

【００１７】つぎに、試料の圧力を超臨界流体の圧力と
同一にコントロールする保圧部２４の作用と、試料の圧
力がコントロールされたまま、正確な一定量を分離カラ
ム２５へ導入することができる試料導入部２３の作用を
図５及び図４に基づいて詳細に説明する。保圧部 図５において、保圧部２４は、ピストン・シリンダ機構
になっており、シリンダ５４内にピストン５５が配設さ
れている。このシリンダ５４の一端には超臨界流体ポン
プから排出される超臨界流体の一部が導入される導管５
２が配設されている。導入された超臨界流体は、ピスト
ン５５の一端にあり且つシリンダ５４の内壁を摺動する
ヘッド部５６を押している。

【００１８】ピストン５５の前記ヘッド部５６とは反対
の他端には、先端が円弧状の小ヘッド部５７が設けられ
ており、この小ヘッド部５７はシリンダ５４の内壁には
接していない。シリンダ５４の内壁にはピストン５５の
小ヘッド部５７の先端をシリンダ５４の途中でストップ
させるためのシート５８が配設されている。そのシート
５８の中央にはピストン５５の小ヘッド部５７を通さな
いだけの大きさの貫通孔が設けられている。

【００１９】シリンダ５４の他端には、試料導入部を通
して試料が試料ポンプから加圧されて供給されるための
導管５３が配設されており、前記シート５８の穴を塞い
でいるピストン５５の小ヘッド部５７の先端を、加圧供
給されている試料圧で押している。試料ポンプよりこの
導管５３に送られた試料は、超臨界流体ポンプより少し
高めの吐出圧に設定されているので、ピストン５５の小
ヘッド部５７を押し上げる。

【００２０】超臨界流体ポンプの出口圧とのバランスを
崩したピストン５５は上方に動き、加圧されている試料
は、シート５８とピストン５５の小ヘッド部５７との隙
間からシリンダ５４内に入り、シリンダ５４の内壁に設
けた導管５１を通って試料槽に戻る。このとき導管５３
内の試料の圧力が下がるため、ピストン５５は超臨界流
体に押されて下方へ下がり、ピストン５５の小ヘッド部
５７がシート５８に当接して試料の導入をストップす
る。このような動作の繰り返しにより導管５３につなが
る試料の圧力は超臨界流体ポンプの出口圧力と同じ圧力
にコントロールされる。

【００２１】試料導入部 試料導入部は図４に示されるように、第１導管４１、サ
ンプルループ４２、第２導管４３から構成されている。
図４に基づいて試料導入部の動作を説明する。試料導入
部の動作は、ステップ（ａ）：サンプリング、ステップ
（ｂ）：試料導入、ステップ（ｃ）：サンプルループ放
圧の三つのステップに分けられる。

【００２２】ステップ（ａ）：サンプルループ４２の両
端が開となり、試料ポンプからの試料がサンプルループ
４２内へ導入され、試料のサンプリングが行われる。こ
のとき、第１導管４１の両端は閉じられており、その中
に試料が封入されている。また、サンプルループ４２の
他端は保圧部につながっており、サンプルループ４２内
は保圧されるから、サンプルループ４２内の試料の圧力
は超臨界流体ポンプの出口圧力と同一に保たれる。この
とき第２導管４３の両端は開となっており、超臨界流体
ポンプと分離カラムをつないでいる。

【００２３】ステップ（ｂ）：サンプルループ４２の両
端は開となったまま、一端は超臨界流体ポンプとにつな
がり、他端は分離カラムにつながるので、サンプルルー
プ４２内の試料は超臨界流体の流れに乗って分離カラム
に導入される。このとき第１導管４１は、試料ポンプと
保圧部をつないでいる。ここでサンプルループ４２内の
試料の圧力は超臨界流体ポンプ出口の圧力と同一となる
ので、圧力の変動なしにステップ（ａ）からの切り替え
が行える。さらにこのとき、第２導管４３の両端は閉じ
られており、その中に超臨界流体が圧力を保持したまま
封入されている。

【００２４】ステップ（ｃ）：サンプルループ４２は両
端が開となったまま、ラインからは切り放され、サンプ
ルループ４２内の超臨界流体の放出が行われる。このと
き第１導管４１は、ステップ（ｂ）と同じ状態のままで
ある。また、第２導管４３の両端は開となり、超臨界流
体ポンプと分離カラムにつながる。このときステップ
（ｂ）で、第２導管４３内には超臨界流体が圧力を保持
したまま封入されているので、ステップ（ｃ）への切り
替えの時も圧力変動は起こらない。

【００２５】このステップ（ａ），（ｂ），（ｃ）を一
定時間毎に順次繰り返すことにより、圧力変動を全く起
こすことなく試料の正確な一定量を一定時間毎に分離カ
ラムへ送り込むことができる。

【００２６】

【発明の効果】本発明の超臨界流体クロマトグラフィー
の分離方法及びその分離方法に使用する超臨界流体クロ
マト分離装置において、試料導入部にサンプルループを
使用したので、正確に試料を分離カラムへ導入すること
ができ、しかもサンプルループ内にサンプリングされた
試料の圧力を、保圧部により超臨界流体ポンプの出口圧
力と同じ圧力にコントロールして試料導入時に圧力の変
動をなくしたので、分離カラムに安定して試料を導入で
き、分離効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の分取を目的とする超臨界流体クロマト分
離装置の全体図を示す。

【図２】従来の分取を目的とする超臨界流体クロマトグ
ラフィーにおける、分離カラムへの試料導入方法を示
す。

【図３】本発明の超臨界流体クロマト分離装置の全体図
を示す。

【図４】本発明の超臨界流体クロマト分離装置の試料導
入部を示す。

【図５】本発明の超臨界流体クロマト分離装置の保圧部
を示す。

【符号の説明】

２１ 試料槽 ２２ 試料ポンプ ２３ 試料導入部 ２４ 保圧部 ２５ 分離カラム ２６ 圧力調整弁 ２７ 切替弁 ２８，２９，３０ 捕集槽 ３１ 超臨界流体ボンベ ３２ 超臨界流体精製装置 ３３ 超臨界流体ポンプ ４１ 第１導管 ４２ サンプルループ ４３ 第２導管 ５１，５２，５３ 導管 ５４ シリンダ ５５ ピストン ５６ ヘッド部 ５７ 小ヘッド部 ５８ シート

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料をサンプルループを用いて超臨界流
   体とともに分離カラムへ導入する超臨界流体クロマトグ
   ラフィーによる物質の分離方法において、（１）サンプ
   ルループ内に試料をサンプリングすると同時に、サンプ
   リングされた試料を超臨界流体を搬送する超臨界流体ポ
   ンプの出口と同じ圧力に維持し、（２）前記超臨界流体
   ポンプの出口と同じ圧力に維持されている試料を、超臨
   界流体ポンプの圧力により搬送される超臨界流体により
   分離カラムへ導入し、（３）サンプルループ内の圧力を
   解放することを特徴とする超臨界流体クロマトグラフィ
   ーによる物質の分離方法。
2. 【請求項２】 超臨界流体を移動相とする分離カラム
   と、その分離カラムへ超臨界流体を供給する超臨界流体
   ポンプと、その分離カラムへ試料を供給する試料ポンプ
   と、試料導入機構とを有する超臨界流体クロマト分離装
   置であって、 前記試料導入機構が、 （１）第１導管、サンプルループ及び第２導管からな
   り、分離カラムへ試料を導入するための試料導入部と、 （２）超臨界流体ポンプから排出される超臨界流体の背
   圧を利用することにより、試料の圧力を前記超臨界流体
   ポンプの出口と同じ圧力に維持することのできる保圧部
   と、 （３） 試料のサンプリング時には、第１導管の両端
   が閉じられ、サンプルループの一端が試料ポンプに他端
   が保圧部に連結され、第２導管の一端が超臨界流体ポン
   プに他端が分離カラムへ連結され、試料の分離カラム
   への導入時には、第１導管の一端は試料ポンプに他端は
   保圧部に連結され、サンプルループの一端が超臨界流体
   ポンプに他端が保圧部に連結され、第２導管の両端が閉
   じられ、サンプルループ放圧時には、第１導管の一端
   が試料ポンプに他端が保圧部に連結され、サンプルルー
   プの両端が解放され、第２導管の一端が超臨界流体ポン
   プに他端が分離カラムに連結されることができる切替機
   構、とから構成されることを特徴とする超臨界流体クロ
   マト分離装置。