JP5313032B2

JP5313032B2 - 固相抽出用焼結型吸着材およびカートリッジ

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Publication number: JP5313032B2
Application number: JP2009107965A
Authority: JP
Inventors: 嘉則井上; 満齊藤; 敏文加藤; 英之梁井
Original assignee: Nippon Filcon Co Ltd
Current assignee: Nippon Filcon Co Ltd
Priority date: 2009-04-27
Filing date: 2009-04-27
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2029-04-27
Also published as: JP2010256225A

Description

この発明は、化学分析の前処理工程において使用される固相抽出用の吸着材およびそれを用いた固相抽出用カートリッジに関するものである。

液体試料中からの測定対象物の抽出には溶媒抽出法（液−液抽出法）が古くから用いられてきた。溶媒抽出法は、操作が煩雑で、かつ環境負荷の高い有機溶媒を大量に使用する等、種々の問題が指摘されているため、近年は固相抽出法に移行しつつある。固相抽出法は、固相と液相との間の相互作用による物理的抽出法で、測定対象物質の固相抽出剤への高い親和性を利用して、測定対象物質を固相抽出剤表面に抽出・濃縮するものである。溶媒抽出法に比べ、高回収率、高精度、迅速性、簡便性、安全性、低コスト、溶媒低減、自動化が容易、フィールドサンプリングが可能等の特長を有している。そのため、多数の検体の迅速処理が必要とされる環境試料や食品試料中の農薬等の微量有害物質の抽出・濃縮に広く利用されている。

固相抽出剤としては、シランカップリング反応によりシリカゲル表面にオクタデシル基やオクチル基等の疎水基を導入したシリカ系固相抽出剤が使用されてきたが、近年では、負荷量が大きいこと、耐薬品性が高いこと、ロット間のバラツキが少ないこと、多彩な種類があること等の理由により、高分子物質を利用したポリマー系固相抽出剤が急速に普及しつつある。ポリマー系固相抽出剤としては、当初は、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体が用いられたが、抽出効率を改善するためメタクリレートとジビニルベンゼン共重合体（特許文献１参照）やビニルピロリドンとジビニルベンゼン共重合体（特許文献２参照）等、内部に極性基をもつ固相抽出剤が提案されている。また、疎水性固相抽出剤にイオン交換基を導入したもの（特許文献３参照）やキレート性官能基を導入したもの（特許文献４参照）等多機能な固相抽出剤も提案されている。

これらの固相抽出剤は、破砕形あるいは球形の数十μｍの粉体であり、樹脂製（主に、ポリプロピレン製）のリザーバに充填して使用する。固相抽出用リザーバの作成は、下部にポリエチレン製等の焼結フィルタ（フリットと呼ぶ）を挿入したリザーバに乾式で充填を行い、その後、充填ベッドの上にもフリットを挿入し、固相抽出カートリッジとする。代表的な固相抽出カートリッジの構成を図１に示す。乾式充填によって充填された固相抽出剤の充填状態は、高速液体クロマトグラフィーに使用される充填カラムのように高密度に充填されているわけではない。したがって、充填直後に均一に充填されているようにみえても、振動や衝撃を受けると固相抽出剤が動き、上部フリットと充填ベッド上部との間に隙間が生じてしまうことがある。このような隙間が生じたまま使用すると、均一な抽出ができないとか、速やかな溶出ができない等により、抽出回収率が変動する上、カートリッジ中に試料溶液が残存するといった問題が生じる。

固相抽出剤がポリマー系固相抽出剤の場合には膨潤・収縮による問題も生じる。固相抽出カートリッジを用いて水試料からの抽出を行う場合、まず有機溶媒で固相抽出剤を洗浄するとともに、充填ベッドの調整を行う。その後、純水等を流して試料溶液の液性に合わせるという作業を行う（この操作をコンディショニングとよんでいる。）。一般に、ポリマー系固相抽出剤は有機溶媒中で膨潤するが、有機溶媒で膨潤した固相抽出剤を水中に入れると一気に収縮する。つまり、コンディショニングの間に充填ベッドは膨潤した後、収縮することとなるため、上記のような隙間やチャネリングが発生してしまうことがある。このような状態で使用すると、抽出回収率の低下やバラツキが生じてしまう。これらの問題を解決するためには、形状が安定しており、かつ膨潤・収縮のないポリマー系固相抽出剤が必要となる。

上記問題を解決することが可能と思われる技術が、特許文献５〜６に提案されている。これらの特許文献では、粉体の固相抽出剤を高分子繊維（パルプ）と混合し、溶媒留去法あるいは加熱融着法によってシート状あるいは膜状とした固相抽出体として使用することが開示されている。これらは、ポリテトラフルオロエチレン、ポリオレフィン、ポリアラミド、ポリアミド、ポリウレタン、セルロース等の繊維により形成される網目状のシートあるいは膜内部に微粒子の固相抽出剤を保持させたものである。保持担体となる繊維は、通常の固相抽出工程において使用される溶媒では溶解することはなく、膨潤することもない。したがって、このような方法を用いることで膨潤・収縮のない固相抽出体を製造することができるとともに、上下のフリットも不要となる。しかしながら、このような方法によって製造される固相抽出体は厚さ１ｍｍ以下の薄膜状であり、一般的な固相抽出カートリッジのように円柱状に充填して、充填ベッド高さの調整によって必要な充填量を得るためには煩雑な作業が必要となる。これらの薄膜状固相抽出体は、通常のろ紙と同様の方法で使用するため、固相抽出カートリッジと共通の器具を使用することはできないから、専用の器具を準備しなければならない。さらに、孔径も小さいため、高流速での抽出処理がしにくく、目詰まりが生じやすいという問題もある。

近年、高流速下で高分離が得られるとされるモノリス型充填剤の製造方法が提案（特許文献９など参照）されており、実際に商品化もされている。ポリマー系のモノリスに関しても種々検討されており、特許文献１０では固相抽出分野への適用例が示されている。特許文献１０のポリマーモノリスの製造方法によれば、０．５〜１０μｍ程度のスルーポア、２〜５０ｎｍのメソポアを有する円柱状の固相抽出剤を製造することが可能であるとされている。このポリマーモノリスのスルーポア径は、一般的な粒子状固相抽出剤を充填した空隙よりも小さいが、十分に固相抽出剤として使用可能であると推察される。ポリマーモノリスは、密閉された反応容器内にモノマー、架橋剤、希釈剤、重合開始剤を入れて重合反応によって製造されるものであり、反応容器の内部の形状と同じ形状の多孔質体が得られる。高速液体クロマトグラフィー用カラムや固相抽出カートリッジとして使用する場合には、製造されたポリマーモノリスを反応容器からいったん取り出してからさらに加工して目的のカラムやカートリッジに挿入して使用することが通常である。しかしこれでは煩雑であるため、目的のカラムやカートリッジそのものを反応容器として用い、それら内部に直接モノリス型の固相抽出剤ベッドを生成させてしまうというというものである。この製造方法は、粒子を充填する工程が省けるという利点があると同時に、ポリマーモノリスそのものが多孔体であるため、通常の固相抽出カートリッジで使用される上下フリットも不要となる。しかしながら、固相抽出カートリッジ一本ずつ個別に固相抽出剤ベッドを重合反応により直接製造する方法は煩雑であり、大量製造に適しないという問題とともに、重合反応による内圧上昇によって樹脂製の固相抽出カートリッジでは変形してしまうおそれもある。さらには、固相抽出剤にさらに化学反応により種々の官能基を導入して高機能化を図りたいという場合、スルーポアが小さいために反応が均一に進行せず、固相抽出剤への官能基の導入率が低いという問題が発生する。

特許３２７４８９８号公報特許公表２０００−５１４７０４号公報特許公表２００２−５１７５７４号公報特許公開２００５−２１３４７７号公報特許３７８５４３８号公報特表平１０−５０００５８号公報特表２００１−５０２７６２号公報特表２００２−５２４２４３号公報特開２００７−２９２７５１号公報特開２００６−１５３３３号公報特開２００８−２２１６１１号公報

本発明は、上記の問題点をかんがみてなされたもので、粒子状の多孔質のポリマー系固相抽出剤の機能を損なうことなく、取扱いが容易で各種の要求に対応しやすい固相抽出用吸着材および充填密度の変動がない固相抽出用カートリッジを提供することを目的とする。

本発明は、鋭意研究を行った結果、粒子状の多孔質のポリマー系固相抽出剤を熱可塑性樹脂粉体と混合して混合物とし、この混合物を加熱・焼結して多孔の焼結体（以下では多孔焼結体とよぶことがある。）とすることにより、この多孔焼結体が多孔質のポリマー系固相抽出剤の機能を損なうことなく、取り扱いが容易で各種要求に対応しやすい固相抽出用吸着材となる知見を得たことに基づくものである。すなわち、混合物を加熱・焼結すると、混合物中の熱可塑性樹脂粉体は、その表層付近が融着して相互に結合し、多孔質で三次元網目状の構造を形成するが、この際多孔質のポリマー系固相抽出剤がこの網目状の構造中に固定された焼結体となるので、多孔質のポリマー系固相抽出剤の機能を損なうことなく、取り扱いが容易で各種要求に対応しやすい固相抽出用吸着材を製造することができる。この際、ポリマー系固相抽出剤の粉体の表面と熱可塑性樹脂粉体の表面とが融着により結合して一体的になることも予想される。
すなわち、粒子状の多孔質のポリマー系固相抽出剤と熱可塑性樹脂粉体の混合物を加熱・焼結することにより得られた熱可塑性樹脂の焼結マトリックス中に多孔質ポリマー系固相抽出剤が分散固定されたものであることを特徴とする焼結型固相抽出用吸着材、およびこの焼結型固相抽出用吸着材をリザーバあるいはホルダに装着した固相抽出用カートリッジとすることにより上述の課題を解決しようとするものである。

本発明では、乾燥時のベッド体積と溶媒に膨潤させた時のベッド体積から下記式１により求められる膨潤度が１．０〜２．０である多孔質のポリマー系固相抽出剤が熱可塑性樹脂粉体に混合される。

式１

本発明においては、熱可塑性樹脂粉体に混合される多孔質のポリマー系固相抽出剤の混合率が、１０〜７０重量％である。

本発明において使用される熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレンのいずれかまたはそれらを混合したものを主成分とし、必要に応じて、エチレン−酢酸ビニル共重合体あるいはエチレン−ビニルアルコール共重合体を混合したものも使用することができる。

本発明においては、熱可塑性樹脂多孔焼結体内部に多孔質ポリマー系固相抽出剤が固定された焼結型固相抽出用吸着材をリザーバあるいはホルダに装着して固相抽出用カートリッジとする。

本発明によれば、多孔質のポリマー系固相抽出剤と熱可塑性樹脂粉体とを混合し、融着法を用いて製造される多孔焼結体を固相抽出用吸着材として用いることで、多孔質ポリマー系固相抽出剤の機能を損なうことなく、取扱いが容易で各種要求に対応しやすい固相抽出用吸着材となり、この多孔焼結体を適切なリザーバあるいはホルダに装着することで、振動や膨潤・収縮による充填密度の変動がない固相抽出用カートリッジを、簡便かつ安価に得ることができる。

図１は、一般的な固相抽出用カートリッジの構成例を示す。図２は、焼結型固相抽出用吸着材を用いた固相抽出用カートリッジの構成例を示す。図３は、上下に細孔径の異なる多孔焼結体層を一体成形した多層式焼結型固相抽出用吸着材を用いた固相抽出用カートリッジの構成例を示す。図４は、焼結型固相抽出用吸着材を用いたルアー型固相抽出用カートリッジの構成例を示す。図５は、焼結型固相抽出用吸着材を用いた平板型固相抽出用カートリッジの構成例を示す。図６は、固相抽出法の操作工程を示した図を示す。図７は、固相抽出法に用いる吸引マニュホールドの構成例を示す。図８は、実施例１の焼結型固相抽出用吸着材Ａとキレート樹脂粒子ａの各ｐＨにおける金属吸着特性比較を行ったグラフを示す。図８ａは、五価ヒ素Ａｓ（V）の各ｐＨにおける吸着特性比較を示す。図８ｂは、カドミウムＣｄの各ｐＨにおける吸着特性比較を示す。図８ｃは、コバルトＣｏの各ｐＨにおける吸着特性比較を示す。図８ｄは、三価クロムＣｒ（III）の各ｐＨにおける吸着特性比較を示す。図８ｅは、銅Ｃｕの各ｐＨにおける吸着特性比較を示す。図８ｆは、鉄Ｆｅの各ｐＨにおける吸着特性比較を示す。図８ｇは、マンガンＭｎの各ｐＨにおける吸着特性比較を示す。図８ｈは、モリブデンＭｏの各ｐＨにおける吸着特性比較を示す。図８ｉは、ニッケルＮｉの各ｐＨにおける吸着特性比較を示す。図８ｊは、鉛Ｐｂの各ｐＨにおける吸着特性比較を示す。図８ｋは、バナジウムＶの各ｐＨにおける吸着特性比較を示す。図８ｌは、亜鉛Ｚｎの各ｐＨにおける吸着特性比較を示す。

本発明は、粒子状の多孔質のポリマー系固相抽出剤と熱可塑性樹脂粉体とを混合した後、公知の方法によりこの混合物を加熱・焼結し、冷却して多孔焼結体とし、この焼結体を固相抽出用吸着材として用い、この多孔焼結体を適切なリザーバあるいはホルダに装着して固相抽出用カートリッジとするものである。

本発明において使用される多孔質のポリマー系固相抽出剤の材質は、特に限定されるものではない。既存の疎水性樹脂、親水性樹脂、イオン交換樹脂、キレート樹脂等を用いることができる。また、その形状に関しても特に限定されるものではなく、公知の塊状重合法により得られる樹脂の粉砕による不定形粒子、公知の懸濁重合法により得られる球状粒子であってもよい。

一般に、ポリマー系の吸着材は良溶媒中で膨潤するという特性をもつ。疎水性のポリマー系固相抽出剤は有機溶媒中で、イオン交換樹脂やキレート樹脂は水中で高度に膨潤する。乾燥体積を基準とすると、良溶媒中での膨潤体積は数倍以上にもなるものもある。膨潤することにより吸着材の細孔が大きくなると同時に比表面積も増加するが、非膨潤状態での比表面積は数十ｍ^２／ｇ以下と非常に小さいため、その粒子のもつ機能を十分に発揮することができない。多孔焼結体も細孔を有してはいるものの比表面積は低いため、このような比表面積の小さい粒子を熱可塑性樹脂粉体に混合して多孔焼結体としても十分な機能は発現しない。このとき、多孔焼結体の内部に保持された粒子が膨潤することができれば比表面積が大幅に増加することとなるが、粒子の周囲は熱可塑性樹脂との融着によって固定されていて十分に膨潤することができない。一部が膨潤して細孔を広げたとしても、多孔焼結体が形成する細孔の閉塞を引き起こしてしまう。さらに、膨潤・収縮が繰り返されると、熱可塑性樹脂との融着状態が崩れて、多孔焼結体から脱離・漏出が生じる恐れもある。これらの問題を解消するためには、膨潤度合いが小さく、かつ比表面積の大きい粒子を用いる必要がある。

本発明においては、熱可塑性樹脂と混合される多孔質ポリマー系固相抽出剤は、多孔焼結体内に安定して固定し、かつ使用時の通液特性を確保するために膨潤度合いの小さいものが用いられる。多孔質ポリマー系固相抽出剤の膨潤度は、乾燥時のベッド体積と溶媒に膨潤させた時のベッド体積から、上記の式１により求められる。本発明においては１．０〜２．０、好ましくは１．０〜１．８の膨潤度を示す高分子担体が用いられる。多孔質のポリマー系固相抽出剤の細孔径、比表面積は吸着対象成分や共存成分の特性にも依存するため特に限定されるものではないが、一般に、非膨潤時の細孔物性として、平均細孔径４〜５０ｎｍ、比表面積１００〜１０００ｍ^２／ｇのものを用いる。

本発明において、熱可塑性樹脂粉体に混合される多孔質のポリマー系固相抽出剤の量は１０〜７０重量％であり、好ましくは１０〜６０重量％である。添加量が１０重量％未満では多孔焼結体中に固定される多孔質のポリマー系固相抽出剤量が少なくなり、十分抽出機能を発揮することができなくなる。また、多孔質のポリマー系固相抽出剤の添加量が７０重量％を超えると、多孔焼結体の成形性が低下したり、強度や柔軟性等の物性が低下したりする。

本発明の焼結型固相抽出用吸着材は、多孔質のポリマー系固相抽出剤と熱可塑性樹脂粉体とを混合後に加熱・焼結するため、多孔質のポリマー系固相抽出剤の熱変性が問題となる。一般にポリマー系固相抽出剤は、耐熱性が低いため、この熱変性を防ぐため熱可塑性樹脂の材料としては融点が比較的低いポリエチレンやポリプロピレンが用いられる。これら熱可塑性樹脂粉体を単独あるいは混合して用いることができる。これらの材質は撥水性の強い材質であるが、濡れ性を改善させるため、さらには柔軟性を改善するために、エチレン−酢酸ビニル共重合体やエチレン−ビニルアルコール共重合体の粉体を混合することができる。

本発明において使用される多孔質のポリマー系固相抽出剤と熱可塑性樹脂粉体の粒子径は、とくに限定はなく、任意のものを使用することができるが、一般に、多孔質のポリマー系固相抽出剤の平均粒子径は５〜３００μｍ、熱可塑性樹脂粉体の平均粒子径は２０〜８００μｍのものが用いられる。多孔質のポリマー系固相抽出剤の平均粒子径が小さい場合には多孔焼結体からの漏出が起きてしまう可能性がある。このような場合、熱可塑性樹脂の溶融度合いを高めることで多孔質のポリマー系固相抽出剤の脱落を防ぐことが可能であるが、得られた多孔焼結体の開孔率が低下し、透過性の悪い多孔焼結体となってしまう。そのため、通常は、混合する多孔質のポリマー系固相抽出剤の平均径に対して０．５〜４倍の平均径を有する熱可塑性樹脂粉体が使用される。一方、多孔質のポリマー系固相抽出剤の粒子径が大きすぎる場合には熱可塑性樹脂粉体との融着度が低くなり、強度、柔軟性ともに不十分な多孔焼結体となってしまう。なお、熱可塑性樹脂粉体の形状に関しては、不定形の破砕型であっても、球形であってもかまわない。

本発明の焼結型固相抽出用吸着材は、公知のプラスチックの多孔焼結体の製造法の応用によって製造される。すなわち、１）目的の機能を有する反応性官能基を有する多孔質のポリマー系固相抽出剤を準備する工程、２）前記多孔質のポリマー系固相抽出剤の粒子と熱可塑性樹脂粉体とを混合する工程、３）前記多孔質のポリマー系固相抽出剤と熱可塑性樹脂粉体との混合物を金型のキャビティに振動させながら充填する工程、４）前記粒子および粉体の混合物が充填された金型を熱可塑性樹脂の融点付近の温度に設定された恒温炉に入れて所定時間加熱して多孔焼結体を成形する工程、および、５）金型を冷却して成形された多孔焼結体を取り出す工程、により製造される。

本発明の焼結型固相抽出用吸着材における多孔焼結体の細孔径は、使用する熱可塑性樹脂粉体の平均粒子径および粒度分布により決定される。多孔焼結体の濾過精度や通液精度を調節するために、特許文献１１に示されるような多層式焼結体とすることも可能である。すなわち、金型下部に、目的濾過精度を達成しうる粒子径を有する熱可塑性樹脂粉体を、目的の厚さが得られる量だけ充填して恒温炉中で加熱融着により多孔焼結体を成形後、いったん金型を開け、本発明の粒子および粉体の混合物の一定量を充填し、再度恒温炉中で所定時間加熱して多孔焼結体を成形するという方法を用いる。この方法により、下面（あるいは上面）に細孔径の異なる多孔焼結体層を有する多孔焼結体を得ることができる。

本発明の焼結型固相抽出用吸着材は、適切な形状および容量を有するリザーバあるいはホルダに装着して、固相抽出用カートリッジとして用いる。図２に、本発明の焼結型固相抽出用吸着材１２を注射筒型のリザーバ１に挿入したときの例を示す。このとき、本発明の焼結型固相抽出用吸着材の透過性やろ過精度が問題となれば、図１に示すように、粒子状固相抽出剤１１を充填した固相抽出カートリッジと同様に上部あるいは下部、またはその両方に、適切な透過性あるいはろ過精度を示すフリット（２および３）を挿入してもよい。また、図３に示すように、上部あるいは下部、またはその両方に多孔焼結体層１３ａおよび１３ｂを一体成形した焼結型固相抽出用吸着材１３も用いることができる。この他、図４に示すように、上部が開放形でなくメス型ルアー部を有するキャップ４ａを使用するリザーバ４ｂに焼結型固相抽出用吸着材１４を挿入したルアー型固相抽出用カートリッジとしたり、図５に示すように、フィルタホルダ類似構造をもつ平板型ホルダ５に平板状に成形した焼結型固相抽出用吸着材１５を装着した平板型固相抽出用カートリッジ等とすることも容易である。

本発明において、固相抽出用のリザーバあるいはホルダの材質はとくに限定されるものではなく、必要に応じて、ステンレス、ガラス、プラスチック製のものを用いることができる。通常は、ディスポーザブルカートリッジとして使用するため、安価なポリプロピレン等のプラスチック製が用いられる。

本発明の固相抽出用カートリッジは、通常の固相抽出用カートリッジと同様の方法で用いることができる。すなわち、図６に示すように、１）適切な溶媒・溶液を用いてコンディショニングを行い、固相抽出剤の活性化（水和、溶媒和）を行う、２）一定量の試料溶液を適切な流速で通液し、試料溶液中の測定対象物質を抽出・濃縮する、３）適切な溶媒・溶液を用いて固相抽出剤に抽出された不要成分を洗い出す、４）適切な溶離液を用いて固相抽出剤に抽出・濃縮された測定対象成分を溶離させる、５）溶離された測定対象成分を含む溶液を適切な機器で測定する、という工程により行われる。固相抽出用カートリッジへのコンディショニング液、試料溶液、洗浄液、溶離液等の送液は、注射筒等を用いて手動で行うこともできるが、再現性の向上や省力化のため、種々の送液ポンプや図７に示すような固相抽出用マニュホールド２１等を用いて行うことも可能である。

図７において、固相抽出用カートリッジ６を固相抽出用マニュホールド２１にセットする。固相抽出用マニュホールド２１内に溶出液用受器（たとえば試験管、ビーカー）２３をセットする。つぎに、アスピレータなどにより吸引を開始してマニュホールド２１内を減圧とし、特定の減圧に保持する。ついで、固相抽出用カートリッジ６に、たとえば、アセトニトリル、水、３Ｍ硝酸、水および０．１Ｍ酢酸アンモニウム緩衝液（ｐＨ５）の順で、それぞれ１０ｍＬずつ通液してコンディショニングを行う。この際、コック２２の開閉により通液を行う。この後、試料溶液を固相抽出用カートリッジ６に投入して通液させ、目的とする成分を固相抽出用カートリッジ６の焼結型固相抽出用吸着材に吸着させる。試料が固相抽出用カートリッジ６を抜けきったら、適当な溶媒を通液して焼結型固相抽出用吸着材中に吸着された不要成分を洗い出し、この洗浄液が固相抽出用カートリッジ６を抜けきったあと、コックを閉じ、固相抽出用カートリッジ６を隣のコックに移動させて取り付ける。さらに、吸着された成分を溶出させるため、適当な溶媒を固相抽出用カートリッジ６にコックの開閉により通液する。溶出された成分を溶出液用受器２３に導く。このあと、受器２３を取出し、さらに必要な分析などの操作を行うものである。
つぎに実施例によって本発明を説明するが、この実施例によって本発明をなんら限定するものではない。

焼結型固相抽出用吸着材Ａの製造
（１）キレート樹脂粒子ａの合成
多孔質ポリマー系担体の合成は、懸濁重合法により行った。グリシジルメタクリレート８０ｇ、エチレンジメタクリレート１２０ｇ、酢酸ブチル２００ｇおよび２，２’−アゾビスイソブチロニトリル２ｇの混合物を、０．１％ポリビニルアルコール水溶液２，０００ｍＬ中に加え、油滴径が６０μｍになるように攪拌した。その後、７０℃で６時間重合反応を行った。生成した共重合体粒子を濾取し、水、メタノールの順で洗浄した。一日風乾後、分級を行い、３２〜９０μｍの多孔質ポリマー系担体８０ｇを得た。得られた多孔質ポリマー系担体７０ｇを、イソプロピルアルコール２００ｍＬ、水８００ｍＬにペンタエチレンヘキサミン８０ｇを溶解した溶液中に加え、５０℃で６時間反応させてポリアミノ化を行いポリアミノ化樹脂とする。このポリアミノ化樹脂を濾取後、水、メタノール、水の順で洗浄した。洗浄したポリアミノ化樹脂の全量を、１ＭＮａＯＨ１，０００ｍＬにクロロ酢酸ナトリウム１５０ｇを溶解した溶液中に入れ、４０℃で６時間反応させ、カルボキシメチル化を行った。反応物を濾過して十分に水で洗浄後、メタノールに置換し、乾燥させてキレート樹脂粒子ａを得た。

（２）キレート樹脂粒子ａの特性評価
前記（１）で得られたキレート樹脂粒子ａの比表面積および平均細孔径（ＢｅｃｋｍａｎＣｏｕｌｔｅｒＳＡ３１００ＳｕｒｆａｃｅＡｒｅａＡｎａｌｙｚｅｒで測定）は、それぞれ１８０ｍ^２／ｇおよび１２．１ｎｍであった。また、乾燥状態のベッド体積とメタノール膨潤ベッド体積から求めた膨潤度は１．１８であり、膨潤度が低いことが確認された。このキレート樹脂粒子ａの２５０ｍｇをとり、下部に孔径２０μｍのフィルタを挿入した内径８．９ｍｍ、高さ６４mmのポリプロピレン製の注射筒型リザーバに充填し、充填ベッド上部にも同様のフィルタを挿入し、固相抽出用カートリッジを作成した。この固相抽出用カートリッジに、アセトニトリル、水、３Ｍ硝酸、水および０．１Ｍ酢酸アンモニウム緩衝液（ｐＨ５）の順で、それぞれ１０ｍＬずつ通液してコンディショニングを行った。その後、０．０５Ｍ酢酸アンモニウム緩衝液（ｐＨ５）で調整された０．５Ｍ硫酸銅溶液３ｍＬを通液し、キレート性官能基を銅で飽和させた後、水１０ｍＬ、０．００５Ｍ硝酸５ｍＬで洗浄した。吸着された銅を３Ｍ硝酸３ｍＬで溶出し、溶出液を１０ｍＬに定容後、吸光光度計で８０５ｎｍにおける銅の吸光度を測定し、銅吸着量を求めた。その結果、銅の吸着量は、０．４４ｍｍｏｌＣｕ／ｇであり、十分な金属吸着能を示した。また、このキレート樹脂粒子ａ充填固相抽出用カートリッジを用いて、−３０ｋＰａの減圧下での純水の通液速度を測定したところ、４４ｍＬ／ｍｉｎであった。

（３）焼結型固相抽出用吸着材Ａの製造
前記（１）で得られたキレート樹脂粒子ａの２５ｇとポリエチレン粉体（平均粒子径１２５μｍ）２５ｇを混合して、混合物とした。この混合物の一部を直径９ｍｍ、高さ１０ｍｍの円柱状の成形体が得られる金型のキャビティに振動させながら充填をした。その後、金型に蓋をし、１３０℃の恒温炉中で２０分間加熱した。加熱終了後、金型を空冷し、成型品を取り出し、円柱状の焼結型固相抽出用吸着材Ａを得た。この円柱状の焼結型固相抽出用吸着材Ａの平均重量は０．２２ｇ／個であり，キレート樹脂粒子ａの混合量は５０％であるので，キレート樹脂粒子ａが０．１１ｇ含まれていることとなる。

（４）焼結型固相抽出用吸着材Ａの特性評価
前記（３）で得られた焼結型固相抽出用吸着材Ａを、内径８．９ｍｍ、高さ６４mmのポリプロピレン製の注射筒型リザーバに挿入して固相抽出用カートリッジを作成し、前記（２）と同様の方法で銅の吸着量を調べた。銅吸着量は０．２１ｍｍｏｌＣｕ／ｇであり、十分な金属吸着能を示した。この焼結型固相抽出用吸着材Ａ中のキレート樹脂粒子ａの混合量は５０％であるので、キレート樹脂粒子ａの吸着能力の９５．５％を維持していることとなり、ポリエチレン粉体との融着による大きな機能低下はなく十分な金属吸着能を示した。また、この焼結型固相抽出用吸着材Ａ挿入固相抽出カートリッジを用いて、−３０ｋＰａの減圧下での純水の通液速度を測定したところ、３９ｍL／ｍｉｎであり、（２）で得られたキレート樹脂粒子ａ充填固相抽出用カートリッジより若干通液速度は低下したが、十分使用可能な範囲のものであった。この評価試験時における流出液をＢｅｃｋｍａｎＣｏｕｌｔｅｒＭｕｌｔｉｓｉｚｅｒ３ＣｏｕｌｔｅｒＣｏｕｎｔｅｒを用いて測定したが、キレート樹脂粒子の漏出は観察されなかった。さらに、水６０ｍL−メタノール６０ｍLの通液を繰り返し5回行ったが、体積変化はまったく観察されなかった。

評価試験１

焼結型固相抽出用吸着材Ａの吸着特性評価
前記（２）で得られたキレート樹脂粒子ａを充填した固相抽出用カートリッジと、前記（４）で得られた焼結型固相抽出用吸着材Ａを挿入した固相抽出用カートリッジを用いて種々のｐＨにおける金属吸着特性を調べた。前記（２）にしたがい、各固相抽出用カートリッジのコンディショニングを行った後、種々のｐＨに調整した金属混合標準液（五価ヒ素Ａｓ（５価）、カドミウムＣｄ、コバルトＣｏ、三価クロムＣｒ（ＩＩＩ）、銅Ｃｕ、鉄Ｆｅ、マンガンＭｎ、モリブデンＭｏ、ニッケルＮｉ、鉛Ｐｂ、バナジウムV、亜鉛Ｚｎ、各０．１ｍｇ／Ｌ）を通液し、金属を吸着させた。吸着させた金属は、３Ｍ硝酸３ｍＬで溶出させ、溶出液中の金属濃度を測定して、回収率を求めた。金属濃度の測定には、ＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒＯｐｔｉｍａ３０００ＤＶＩＣＰ発光分光分析装置を用いた。その結果を図８に示す。焼結型固相抽出用吸着材Ａの吸着特性は、混合したキレート樹脂粒子ａの吸着特性とほとんど同じであり、本発明による焼結型固相抽出用吸着材は、多孔焼結体内に固定された機能性樹脂粒子の吸着特性を変化させていないことが分かった。

焼結型固相抽出用吸着材Ｂの作製
（１）キレート樹脂粒子ｂの合成
グリシジルメタクリレート６０ｇ、エチレンジメタクリレート１４０ｇとした他は、前記（１）と同様の条件で多孔質ポリマー系担体を合成し、４５〜９０μｍに分級した。この多孔質ポリマー系担体を用いて、実施例１（１）と同様の条件でキレート樹脂粒子ｂを合成した。得られたキレート樹脂粒子ｂの比表面積は２３２ｍ^２／ｇ、平均細孔径は１１．６ｎｍ、および膨潤度は１．１７であった。また、前記（２）と同様の方法で銅吸着量を求めたところ、０．３３ｍｍｏｌＣｕ／ｇであった。

（２）焼結型固相抽出用吸着材Ｂの作製と評価
前記（１）で得られたキレート樹脂粒子ｂの１０ｇ、ポリエチレン粉体（平均粒子径１２５μｍ）２０ｇおよびエチレン−酢酸ビニル共重合体粉体（平均粒子径１２０μｍ）２０ｇを混合後、実施例１（３）と同様の方法で成形し、直径９ｍｍ、高さ１０ｍｍの円柱状の焼結型固相抽出用吸着材Ｂを得た。この焼結型固相抽出用吸着材Ｂの金属吸着量を前記（４）にしたがい測定した。銅吸着量は、０．０５ｍｍｏｌＣｕ／ｇであった。この焼結型固相抽出用吸着材Ｂ中のキレート樹脂粒子ｂの混合量は２０％であるので、キレート樹脂粒子ａの吸着能力の７５．８％を維持していた。エチレン−酢酸ビニル共重合体粉体を混合した焼結型固相抽出用吸着材Ｂは、乾燥状態でも速やかに水が浸透し、濡れ性の改善効果があることが分かった。

焼結型固相抽出用吸着材Ｃの作製
（１）陰イオン交換基を導入した疎水性固相抽出剤ｃの合成
グリシジルメタクリレート３０ｇ、ジビニルベンゼン１７０ｇ、トルエン１８０ｇ、ｎ−ドデカン２０ｇおよび２，２’−アゾビスイソブチロニトリル２ｇの混合物を、０．１％ポリビニルアルコール水溶液２，０００ｍＬ中に加え、油滴径が４０μｍになるように攪拌した。その後、８０℃で６時間重合反応を行った。生成した共重合体粒子を濾取し、水、メタノールの順で洗浄した。一日風乾後、分級を行い、３２〜６３μｍの多孔質ポリマー系担体７５ｇを得た。得られた多孔質ポリマー系担体７０ｇを、イソプロピルアルコール２００ｍＬ、水８００ｍＬにＮ，Ｎ−ジメチルエチルアミン７０ｇを溶解した溶液中に加え、４０℃で６時間反応させて四級アンモニウム基を導入した。得られた樹脂を、濾取後、水、メタノールの順で洗浄し、乾燥させて、疎水性固相抽出剤ｃを得た。

（２）陰イオン交換基を導入した疎水性固相抽出剤ｃの特性評価
実施例１（１）で得られたキレート樹脂粒子ａの比表面積および平均細孔径は、それぞれ６４５ｍ^２／ｇおよび５．２ｎｍであった。また、乾燥状態のベッド体積とメタノール膨潤ベッド体積から求めた膨潤度は１．７１であった。この陰イオン交換基を導入した疎水性固相抽出剤ｃのイオン交換容量を逆滴定法により測定したところ、０．３４ｍｅｑ／ｇであった。また、この陰イオン交換基を導入した疎水性固相抽出剤ｃの６０ｍｇを実施例１（２）と同様の注射筒型リザーバに充填した固相抽出用カートリッジを用いて、−３０ｋＰａの減圧下での純水の通液速度を測定したところ、３８ｍL／ｍｉｎであった。

（３）焼結型固相抽出用吸着材Ｃの作製と評価
前記（２）で得られた陰イオン交換基を導入した疎水性固相抽出剤ｃの２５ｇとポリエチレン粉体（平均粒子径１２５μｍ）２５ｇを混合後、直径９ｍｍ、高さ５ｍｍの円柱状の成形体が得られる金型のキャビティに振動させながら充填をし、実施例１（３）と同一条件で、円柱状の焼結型固相抽出用吸着材Ｃを得た。この円柱状の焼結型固相抽出用吸着材Ｃの平均重量は０．１２ｇ／個であり、陰イオン交換基を導入した疎水性固相抽出剤ｃの混合量は５０％であるので、陰イオン交換基を導入した疎水性固相抽出剤ｃが０．０６ｇ含まれていることとなる。この焼結型固相抽出用吸着材Ｃのイオン交換容量を逆滴定法により測定したところ、０．１５ｍｅｑ／ｇであった。この焼結型固相抽出用吸着材Ｃ中の陰イオン交換基を導入した疎水性固相抽出剤ｃの混合量は５０％であるので、陰イオン交換基を導入した疎水性固相抽出剤ｃのイオン交換容量の８８．２％を維持していた。この焼結型固相抽出用吸着材Ｃを実施例１（４）と同一の注射筒型リザーバに挿入して固相抽出用カートリッジを作成し、−３０ｋＰａの減圧下での純水を通液した時の通液速度は、３２ｍL／ｍｉｎであり、十分使用可能な範囲のものであった。また、流出液中にも粒子の漏出は観察されなかった。さらに、水−メタノール通液を繰り返し試験においても、体積変化はまったく観察されなかった。

評価試験２

焼結型固相抽出用吸着材Ｂの吸着特性評価
前記（３）で作製した陰イオン交換基を導入した疎水性固相抽出剤ｃを６０ｍｇ充填した固相抽出用カートリッジと、実施例２（１）で作製した直径９ｍｍ、高さ５ｍｍの円柱状の焼結型固相抽出用吸着材Ｃを挿入した固相抽出用カートリッジを用いて、薬物の固相抽出を行い回収率の比較を行った。試料は、表１に示す薬物を１ｍｏｌ／Ｌの酢酸ナトリウム緩衝液１０ｍLに溶解したものを用いた。

上記固相抽出用カートリッジにメタノール２ｍL、純水２ｍＬ、２ｍｏｌ／Ｌ酢酸ナトリウム緩衝液１ｍLを通液してコンディショニングした後、上記試料溶液全量を注入した。ついで、９５：５＝０．１ｍｏｌ／Ｌ酢酸ナトリウム緩衝液：メタノールの混合溶液２ｍLを同カートリッジに通液して洗浄した。その後、メタノール２ｍLを通液して固相抽出剤に吸着した薬物を溶出した。酸性物質に関しては、２％のギ酸−メタノール溶液４ｍLを通液して溶出した。溶出液中の各薬物濃度をHPLCを用いて表２に示す条件で測定し、吸着回収率を求めた。表３に各薬物の回収率を示す。

表３の結果から、円柱状の焼結型固相抽出用吸着材Ｃは、中性化合物、塩基性化合物および酸性化合物をほぼ１００％吸着回収することができ、混合された陰イオン交換基を導入した疎水性固相抽出剤ｃの特性を十分発揮できることがわかった。

本発明によれば、多孔質ポリマー系固相抽出剤と熱可塑性樹脂粉体との熱融着という簡単な方法で、疎水性樹脂、親水性樹脂、キレート樹脂、イオン交換樹脂等の多孔質ポリマー系固相抽出剤を高度に保持し、かつ充填密度の変動といった問題が生じない、高機能な焼結型固相抽出用吸着材を装着した固相抽出カートリッジを得ることができる。本発明の焼結型固相抽出用吸着材は、平板状や円盤状、円柱状や角柱状、中空の円筒状や角筒状、さらには、これらの一端を閉塞させたカップ状等の多彩な成形体を得ることが可能であり、液体試料中の測定対象成分の抽出・濃縮以外にも、大気中成分の捕集用カートリッジ等とすることも可能であり、化学分析に使用される前処理剤として広く使用することが可能である。

１：注射筒型リザーバ
２：上部フリット
３：下部フリット
４：ルアー型リザーバ、４ａ：キャップ、４ｂ：ボディ
５：平板型ホルダ、５ａ：キャップ、５ｂ：ボディ
６：固相抽出用カートリッジ
１１：粒子状固相抽出剤
１２：本発明の焼結型固相抽出用吸着材
１３：上部および下部に多孔焼結体層を一体成形した本発明の焼結型固相抽出用吸着材
１３ａ：上部多孔焼結体層、１３ｂ：下部多孔焼結体層
１４：本発明の焼結型固相抽出用吸着材
１５：平板状に成形した本発明の焼結型固相抽出用吸着材
２１：固相抽出用吸引マニュホールド
２２：ストップコック
２３：溶出液用受器
●：実施例１の焼結型固相抽出用吸着材Ａの金属の吸着回収率
△：実施例１のキレート樹脂粒子ａの金属の吸着回収率

Claims

粒子状の多孔質のポリマー系固相抽出剤と熱可塑性樹脂粉体の混合物を加熱・焼結することにより得られた熱可塑性樹脂の焼結マトリックス中に多孔質ポリマー系固相抽出剤が分散固定されたものであることを特徴とする焼結型固相抽出用吸着材。
熱可塑性樹脂粉体に混合される多孔質のポリマー系固相抽出剤が、乾燥時のベッド体積と溶媒に膨潤させた時のベッド体積から下記式１により求められる膨潤度として１．０〜２．０である請求項１に記載の焼結型固相抽出用吸着材。
熱可塑性樹脂粉体に混合される多孔質のポリマー系固相抽出剤の混合率が、１０〜７０重量％であることを特徴とする請求項１および請求項２に記載の焼結型固相抽出用吸着材。
熱可塑性樹脂が、ポリエチレン、ポリプロピレンのいずれかまたはそれらを混合したものを主成分としたものであることを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載の焼結型固相抽出用吸着材。
前記請求項１ないし４記載の熱可塑性樹脂多孔焼結体内部に多孔質ポリマー系固相抽出剤が固定された焼結型固相抽出用吸着材をリザーバあるいはホルダに装着した固相抽出用カートリッジ。