特開 2025-11498 選択支援装置、選択支援方法及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025011498

(43)【公開日】2025-01-24

(54)【発明の名称】選択支援装置、選択支援方法及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   B01D 15/00 20060101AFI20250117BHJP

   G01N 30/00 20060101ALI20250117BHJP

   G16C 10/00 20190101ALI20250117BHJP

   G01N 1/10 20060101ALN20250117BHJP

【ＦＩ】

B01D15/00 Z

G01N30/00 Z

G16C10/00

G01N1/10 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023113650

(22)【出願日】2023-07-11

(71)【出願人】

【識別番号】000183303

【氏名又は名称】住友金属鉱山株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100136825

【弁理士】

【氏名又は名称】辻川 典範

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(74)【代理人】

【識別番号】100181618

【弁理士】

【氏名又は名称】宮脇 良平

(72)【発明者】

【氏名】西原 泰孝

【テーマコード（参考）】

2G052

4D017

【Ｆターム（参考）】

2G052AD26

2G052ED07

2G052JA07

4D017BA04

4D017CA13

4D017CA14

4D017DA01

4D017EB10

(57)【要約】      （修正有）

【課題】固相抽出法における固定相の効率的な選択を支援する。
【解決手段】選択支援装置１０は、固相抽出法における固定相の選択を支援する。構造エネルギー計算部１１３は、中性分子と固定相分子との複合体の構造エネルギーである第１構造エネルギーと、イオン化分子と固定相分子との複合体の構造エネルギーである第２構造エネルギーとを、量子化学計算を用いて計算する。結合エネルギー計算部１１５は、第１構造エネルギーに基づいて中性分子と固定相分子との結合エネルギーである第１結合エネルギーを計算し、第２構造エネルギーに基づいてイオン化分子と固定相分子との結合エネルギーである第２結合エネルギーを計算する。出力部１１９は、結合エネルギー計算部１１５により計算された第１結合エネルギー及び第２結合エネルギーに基づいて推定された、吸着対象分子の吸着に適するｐＨ領域を示す出力情報を出力する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

固相抽出法における固定相の選択を支援する選択支援装置であって、
吸着対象分子である中性分子と、固定相分子と、の複合体の構造エネルギーである第１構造エネルギーと、
前記吸着対象分子がイオン化したイオン化分子と、前記固定相分子と、の複合体の構造エネルギーである第２構造エネルギーとを、量子化学計算を用いて計算する構造エネルギー計算部と、
前記構造エネルギー計算部により計算された前記第１構造エネルギーに基づいて、前記中性分子と前記固定相分子との結合エネルギーである第１結合エネルギーを計算し、前記構造エネルギー計算部により計算された前記第２構造エネルギーに基づいて、前記イオン化分子と前記固定相分子との結合エネルギーである第２結合エネルギーを計算する結合エネルギー計算部と、
前記結合エネルギー計算部により計算された前記第１結合エネルギー及び前記第２結合エネルギーに基づいて推定された、前記吸着対象分子の吸着に適するｐＨ領域を示す出力情報を出力する出力部と、を備える、
選択支援装置。

【請求項2】

前記出力部は、
前記第１結合エネルギーが前記第２結合エネルギーよりも低い場合、前記ｐＨ領域が中性領域であることを示す前記出力情報を出力し、
前記第１結合エネルギーが前記第２結合エネルギーよりも高い場合、前記ｐＨ領域が酸性領域又はアルカリ性領域であることを示す前記出力情報を出力する、
請求項１に記載の選択支援装置。

【請求項3】

前記構造エネルギー計算部は、前記第１構造エネルギーと前記第２構造エネルギーとを計算する構造エネルギー計算処理を、複数の固定相分子のそれぞれに対して実行し、
前記結合エネルギー計算部は、前記第１結合エネルギーと前記第２結合エネルギーとを計算する結合エネルギー計算処理を、前記複数の固定相分子のそれぞれに対して実行し、
前記出力部は、前記結合エネルギー計算部により前記複数の固定相分子のそれぞれに対して計算された前記第１結合エネルギー及び前記第２結合エネルギーに基づいて推定された前記ｐＨ領域を示す前記出力情報を出力する、
請求項１又は２に記載の選択支援装置。

【請求項4】

前記複数の固定相分子のうちの第１の固定相分子は電気的に中性な分子であり、前記複数の固定相分子のうちの第２の固定相分子はイオン化した分子である、
請求項３に記載の選択支援装置。

【請求項5】

前記構造エネルギー計算部は、
前記中性分子の立体構造モデルと前記固定相分子の立体構造モデルとを組み合わせた前記複合体の立体構造モデルに対して構造最適化計算を実施することにより、前記第１構造エネルギーを計算し、
前記イオン化分子の立体構造モデルと前記固定相分子の立体構造モデルとを組み合わせた前記複合体の立体構造モデルに対して構造最適化計算を実施することにより、前記第２構造エネルギーを計算する、
請求項１又は２に記載の選択支援装置。

【請求項6】

固相抽出法における固定相の選択を支援する選択支援方法であって、
吸着対象分子である中性分子と、固定相分子と、の複合体の構造エネルギーである第１構造エネルギーと、
前記吸着対象分子がイオン化したイオン化分子と、前記固定相分子と、の複合体の構造エネルギーである第２構造エネルギーとを、量子化学計算を用いて計算し、
前記第１構造エネルギーに基づいて、前記中性分子と前記固定相分子との結合エネルギーである第１結合エネルギーを計算し、前記第２構造エネルギーに基づいて、前記イオン化分子と前記固定相分子との結合エネルギーである第２結合エネルギーを計算し、
前記第１結合エネルギー及び前記第２結合エネルギーに基づいて、前記吸着対象分子の吸着に適するｐＨ領域を推定する、
選択支援方法。

【請求項7】

コンピュータを、
吸着対象分子である中性分子と、固定相分子と、の複合体の構造エネルギーである第１構造エネルギーと、
前記吸着対象分子がイオン化したイオン化分子と、前記固定相分子と、の複合体の構造エネルギーである第２構造エネルギーとを、量子化学計算を用いて計算する構造エネルギー計算部、
前記構造エネルギー計算部により計算された前記第１構造エネルギーに基づいて、前記中性分子と前記固定相分子との結合エネルギーである第１結合エネルギーを計算し、前記構造エネルギー計算部により計算された前記第２構造エネルギーに基づいて、前記イオン化分子と前記固定相分子との結合エネルギーである第２結合エネルギーを計算する結合エネルギー計算部、
前記結合エネルギー計算部により計算された前記第１結合エネルギー及び前記第２結合エネルギーに基づいて推定された、前記吸着対象分子の吸着に適するｐＨ領域を示す出力情報を出力する出力部、として機能させる、
プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、選択支援装置、選択支援方法及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

溶液や懸濁液等の各種試料に含まれる特定の物質を分離する技術が知られている。例えば、特許文献１は、溶媒抽出法において、目的とする被抽出物を抽出するために最適な抽出剤を効率的に選択できる抽出剤の選択方法を開示している。

【0003】

溶液や懸濁液等の各種試料に含まれる特定の物質を分離する方法の１つとして、固相抽出法（ＳＰＥ：Solid Phase Extraction）が知られている。固相抽出法は、化学分析の前処理として物質の分離又は濃縮に用いられる。固相抽出法では、移動相と呼ばれる溶液や懸濁液等に含まれる溶質が、固定相と呼ばれる固体の中を流れる間に、各物質間の親和性に応じた吸着の有無を利用して目的物質を抽出する。

【0004】

物質間の親和性に関連するメカニズムとして、（１）疎水性相互作用（逆相系）と、（２）極性相互作用（順相系）と、（３）イオン交換と、の３つのメカニズムが知られている。これらのうちのいずれかのメカニズムで、固相（固定相）に対する目的物質又は不純物の吸着が起こる。

【0005】

固相抽出法は、固相（固定相）に不純物を吸着させる通過型と、固相に目的物質を吸着させる保持型と、に分類される。通過型では、固相に不純物を吸着させた後、目的物質を含む流出液を以降の分析に使用する。逆に、保持型では、固相に目的物質を吸着させた後、別の移動相を流して目的物質を溶出し、これを以降の分析に用いる。よって、物質間の親和性を予測できれば、固相に対する目的物質又は不純物の吸着を促進することにつながる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第６８６３１３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

固相抽出法において、目的物質を効率良く抽出するために、目的物質に対する適切な固定相を選択することが必要になる。吸着対象分子の吸着メカニズムがイオン交換となる場合、その抽出効率は、一般にｐＨに依存する。そのため、目的物質に対する適切な固定相を選択するための指標の１つとして、吸着対象分子の吸着に適するｐＨ領域を推定することが重要となる。ｐＨ領域を実験的に探索するには、時間とコストがかかるため、吸着対象分子の吸着に適するｐＨ領域を効率的に推定できるようにすることが求められている。

【0008】

本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、固相抽出法における固定相の効率的な選択を支援することが可能な選択支援装置等を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

（１）上記目的を達成するため、本発明に係る選択支援装置は、
固相抽出法における固定相の選択を支援する選択支援装置であって、
吸着対象分子である中性分子と、固定相分子と、の複合体の構造エネルギーである第１構造エネルギーと、前記吸着対象分子がイオン化したイオン化分子と、前記固定相分子と、の複合体の構造エネルギーである第２構造エネルギーとを、量子化学計算を用いて計算する構造エネルギー計算部と、
前記構造エネルギー計算部により計算された前記第１構造エネルギーに基づいて、前記中性分子と前記固定相分子との結合エネルギーである第１結合エネルギーを計算し、前記構造エネルギー計算部により計算された前記第２構造エネルギーに基づいて、前記イオン化分子と前記固定相分子との結合エネルギーである第２結合エネルギーを計算する結合エネルギー計算部と、
前記結合エネルギー計算部により計算された前記第１結合エネルギー及び前記第２結合エネルギーに基づいて推定された、前記吸着対象分子の吸着に適するｐＨ領域を示す出力情報を出力する出力部と、を備える。

【0010】

（２）上記（１）に記載の選択支援装置において、
前記出力部は、
前記第１結合エネルギーが前記第２結合エネルギーよりも低い場合、前記ｐＨ領域が中性領域であることを示す前記出力情報を出力し、
前記第１結合エネルギーが前記第２結合エネルギーよりも高い場合、前記ｐＨ領域が酸性領域又はアルカリ性領域であることを示す前記出力情報を出力しても良い。

【0011】

（３）上記（１）又は（２）に記載の選択支援装置において、
前記構造エネルギー計算部は、前記第１構造エネルギーと前記第２構造エネルギーとを計算する構造エネルギー計算処理を、複数の固定相分子のそれぞれに対して実行し、
前記結合エネルギー計算部は、前記第１結合エネルギーと前記第２結合エネルギーとを計算する結合エネルギー計算処理を、前記複数の固定相分子のそれぞれに対して実行し、
前記出力部は、前記結合エネルギー計算部により前記複数の固定相分子のそれぞれに対して計算された前記第１結合エネルギー及び前記第２結合エネルギーに基づいて推定された前記ｐＨ領域を示す前記出力情報を出力しても良い。

【0012】

（４）上記（３）に記載の選択支援装置において、
前記複数の固定相分子のうちの第１の固定相分子は電気的に中性な分子であり、前記複数の固定相分子のうちの第２の固定相分子はイオン化した分子であっても良い。

【0013】

（５）上記（１）から（４）のいずれかに記載の選択支援装置において、
前記構造エネルギー計算部は、
前記中性分子の立体構造モデルと前記固定相分子の立体構造モデルとを組み合わせた前記複合体の立体構造モデルに対して構造最適化計算を実施することにより、前記第１構造エネルギーを計算し、
前記イオン化分子の立体構造モデルと前記固定相分子の立体構造モデルとを組み合わせた前記複合体の立体構造モデルに対して構造最適化計算を実施することにより、前記第２構造エネルギーを計算しても良い。

【0014】

（６）上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る選択支援方法は、
固相抽出法における固定相の選択を支援する選択支援方法であって、
吸着対象分子である中性分子と、固定相分子と、の複合体の構造エネルギーである第１構造エネルギーと、前記吸着対象分子がイオン化したイオン化分子と、前記固定相分子と、の複合体の構造エネルギーである第２構造エネルギーとを、量子化学計算を用いて計算し、
前記第１構造エネルギーに基づいて、前記中性分子と前記固定相分子との結合エネルギーである第１結合エネルギーを計算し、前記第２構造エネルギーに基づいて、前記イオン化分子と前記固定相分子との結合エネルギーである第２結合エネルギーを計算し、
前記第１結合エネルギー及び前記第２結合エネルギーに基づいて、前記吸着対象分子の吸着に適するｐＨ領域を推定する。

【0015】

（７）上記目的を達成するため、本発明の第３の観点に係るプログラムは、
コンピュータを、
吸着対象分子である中性分子と、固定相分子と、の複合体の構造エネルギーである第１構造エネルギーと、前記吸着対象分子がイオン化したイオン化分子と、前記固定相分子と、の複合体の構造エネルギーである第２構造エネルギーとを、量子化学計算を用いて計算する構造エネルギー計算部、
前記構造エネルギー計算部により計算された前記第１構造エネルギーに基づいて、前記中性分子と前記固定相分子との結合エネルギーである第１結合エネルギーを計算し、前記構造エネルギー計算部により計算された前記第２構造エネルギーに基づいて、前記イオン化分子と前記固定相分子との結合エネルギーである第２結合エネルギーを計算する結合エネルギー計算部、
前記結合エネルギー計算部により計算された前記第１結合エネルギー及び前記第２結合エネルギーに基づいて推定された、前記吸着対象分子の吸着に適するｐＨ領域を示す出力情報を出力する出力部、として機能させる。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、固相抽出法における固定相の効率的な選択を支援することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】実施形態１に係る選択支援装置の構成を示すブロック図である。

【図2】実施形態１に係る選択支援装置の入力画面の例を示す図である。

【図3】（ａ）、（ｂ）は、実施形態１に係る吸着対象分子の立体構造モデルの例を示す図である。（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ、実施形態１に係る固定相分子の立体構造モデルの例を示す図である。

【図4】（ａ）～（ｃ）は、それぞれ、実施形態１に係る複合体の立体構造モデルの例を示す図である。

【図5】実施形態１において、構造エネルギーと結合エネルギーと関係を示す図である。

【図6】実施形態１において、結合エネルギーの計算例を示す図である。

【図7】実施形態１に係る選択支援装置の出力画面の例を示す図である。

【図8】実施形態１に係る選択支援装置により実行される選択支援処理の流れを示すフローチャートである。

【図9】実施形態１に係る選択支援装置により実行される結合エネルギー計算処理の流れを示すフローチャートである。

【図10】実施形態２に係る選択支援システムの構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付す。

【0019】

（実施形態１）
図１に、実施形態１に係る選択支援装置１０の構成を示す。選択支援装置１０は、固相抽出法（ＳＰＥ：Solid Phase Extraction）において、目的物質に対する適切な固定相の選択を支援する装置である。

【0020】

より具体的には、選択支援装置１０は、吸着対象分子と固定相分子との結合エネルギーを量子化学計算により計算し、吸着対象分子の吸着に適したｐＨ領域を推定してユーザに提示する。これにより、ユーザは、目的物質を抽出するのに適するｐＨの目安を得ることができるようになる。

【0021】

ここで、吸着対象分子は、固相抽出法において、固相（固定相）に吸着させる対象となる分子である。通過型の固相抽出法では、固定相に不純物を吸着させるため、吸着対象分子は、不純物を構成する分子に相当する。これに対して、保持型の固相抽出法では、固定相に目的物質を吸着させるため、吸着対象分子は、目的物質を構成する分子に相当する。固定相分子は、固定相を構成する分子である。固定相は、抽出剤、吸着剤、分離剤等とも呼ばれ、移動相に含まれる吸着対象分子を吸着して固定させるための、カラム内に充填される相である。

【0022】

選択支援装置１０は、例えば、パーソナルコンピュータ、タブレット端末、クラウドサーバ等のような情報処理装置である。選択支援装置１０は、制御部１１と、記憶部１２と、操作部１３と、表示部１４と、通信部１５と、を備える。

【0023】

制御部１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を備える。ＣＰＵは、マイクロプロセッサ等を備えており、様々な処理や演算を実行する中央演算処理部であって、プロセッサと呼ぶこともできる。制御部１１において、ＣＰＵが、ＲＯＭに記憶されている制御プログラムを読み出して、ＲＡＭをワークメモリとして用いながら、選択支援装置１０全体の動作を制御する。

【0024】

記憶部１２は、フラッシュメモリ、ハードディスク等の不揮発性メモリを備えており、いわゆる二次記憶装置又は補助記憶装置としての役割を担う。記憶部１２は、制御部１１が各種処理を行うために使用するプログラム及びデータを記憶する。また、記憶部１２は、制御部１１が各種処理を行うことにより生成又は取得するデータを記憶する。

【0025】

操作部１３は、キーボード、マウス、ボタン、タッチパッド、タッチパネル等の入力装置を備えており、ユーザからの操作入力を受け付ける。

【0026】

表示部１４は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ等の表示装置を備えており、制御部１１による制御のもとで様々な画像を表示する。

【0027】

通信部１５は、選択支援装置１０の外部の機器と通信するための通信インタフェースを備える。例えば、通信部１５は、ＬＡＮ（Local Area Network）、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）等の周知の通信規格に則って、外部の機器と通信する。例えば、通信部１５は、インターネット等の広域通信網である通信ネットワークＮに接続し、通信ネットワークＮを介して外部の機器と通信する。

【0028】

制御部１１は、機能的に、入力受付部１１１と、構造エネルギー計算部１１３と、結合エネルギー計算部１１５と、推定部１１８と、出力部１１９と、を備える。制御部１１において、ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されたプログラムをＲＡＭに読み出して、そのプログラムを実行して制御することにより、これら各部として機能する。

【0029】

入力受付部１１１は、吸着対象分子及び固定相分子の入力を受け付ける。入力受付部１１１は、例えば図２に示す入力画面を表示部１４に表示する。ユーザは、操作部１３を操作して、表示部１４に表示された入力画面に対して、所望の吸着対象分子と、その吸着対象分子の吸着に適した固定相分子の候補となる固定相分子と、を入力する。

【0030】

図２では、吸着対象分子として「ＮＨ_２－Ｃ_６Ｈ_５（アニリン）」と「ＮＨ_３ ^＋－Ｃ_６Ｈ_５（アニリニウムイオン）」を入力し、固定相分子として「ＳＩ（シラノール）」と「ＰＲＳ（スルホニルプロピルシリカゲル）」を入力した例を示している。これら各分子の分子構造の概略を、以下に示す。

【0031】

【化1】

【0032】

【化2】

【0033】

【化3】

【0034】

【化4】

【0035】

なお、吸着対象分子及び固定相分子としてユーザが選択可能な複数の分子の情報が、記憶部１２に予め用意されており、ユーザは、予め用意された複数の分子のうちから、吸着対象分子及び固定相分子を選択しても良い。入力受付部１１１は、このようにしてユーザから入力された吸着対象分子及び固定相分子を受け付けて、計算対象とする吸着対象分子及び固定相分子の分子式を決定する。

【0036】

第１の吸着対象分子である「アニリン（ＮＨ_２－Ｃ_６Ｈ_５）」は、電気的に中性な分子である。第２の吸着対象分子である「アニリニウムイオン（ＮＨ_３ ^＋－Ｃ_６Ｈ_５）」は、アニリンがイオン化した分子である。アニリンは「中性分子」の一例であり、アニリニウムイオンは「イオン化分子」の一例である。第１の固定相分子である「ＳＩ」は、電気的に中性な分子である。第２の固定相分子である「ＰＲＳ」は、イオン化した分子である。アニリニウムイオン及びＰＲＳは、酸性領域において主に存在するイオン分子である。

【0037】

図１に戻って、構造エネルギー計算部１１３は、複数の吸着対象分子（中性分子とイオン化分子）のそれぞれの構造エネルギーと、複数の固定相分子のそれぞれの構造エネルギーとを、量子化学計算を用いて計算する。量子化学計算は、シュレディンガー方程式等を原子又は分子に対して適用することで、計算によって原子又は分子の構造、性質等を解析する手法である。量子化学計算と類似の手法として、例えば、第一原理計算等が挙げられる。

【0038】

分子のエネルギーは、分子が有するエネルギーである。より詳細に量子力学の観点では、原子核の運動エネルギー、電子の運動エネルギー、原子核－電子間の相互作用エネルギー、電子－電子間の相互作用エネルギー、原子核－原子核間の相互作用エネルギーの和で表され、量子化学計算で算出可能である。原子核の運動エネルギー以外は分子の構造に関係するエネルギー（分子の構造エネルギー）であり、分子が分子内（近接分子が存在する場合は分子間）に有するエネルギーである。古典力学的かつ分子構造的に解釈すると、共有結合で結ばれた２原子間エネルギー（Bond項）、共有結合で結ばれた３原子間のエネルギー（Angle項）、共有結合で結ばれた４原子間のエネルギー（Dihedral-Angle項）、静電相互作用エネルギー（Coulomb項）、分子間相互作用エネルギー（van der Waals項）の和で表され、原子核の位置を変数とした原子・分子固有の係数をもつ初等関数の和（ポテンシャル関数）で近似される。分子の構造エネルギーは、分子が分子内、もしくは、分子間に構造的に有するエネルギーである。構造エネルギーは、このような分子内、もしくは、分子間に存在するエネルギーを総合的に表現するものであって、例えば、量子力学的には分子内の量子状態を表すシュレディンガー方程式を解くことにより、古典力学的にはポテンシャル関数を用いることにより計算することができる。前者は量子化学計算、後者は分子力学法（分子力学計算）、もしくは、分子動力学法（分子動力学計算）と呼ばれる。

【0039】

構造エネルギーを計算するために、構造エネルギー計算部１１３は、まず、複数の吸着対象分子及び複数の固定相分子のそれぞれの単一分子での立体構造モデルを作成する。ここで、分子の立体構造モデルは、その分子を構成する複数の原子の立体的な配置を表すモデルであって、その分子の構造エネルギーを計算するための計算系として用いられる。構造エネルギー計算部１１３は、複数の吸着対象分子及び複数の固定相分子のそれぞれの立体構造モデルとして、後述する構造最適化計算が実施される前における各原子の初期配置を表す初期構造モデルを作成する。

【0040】

図３（ａ）及び図３（ｂ）に、それぞれ吸着対象分子の例である「アニリン（ＮＨ_２－Ｃ_６Ｈ_５）」及び「アニリニウムイオン（ＮＨ_３ ^＋－Ｃ_６Ｈ_５）」の立体構造モデルを示す。また、図３（ｃ）及び図３（ｄ）に、それぞれ、固定相分子の例である「ＳＩ」及び「ＰＲＳ」の立体構造モデルを示す。これらの立体構造モデルにおいて、ＸＹＺ座標系で表される３次元の仮想空間において、分子を構成する複数の原子のそれぞれを球で表し、原子間の結合を線で表している。なお、図３に示した立体構造モデルにおける各原子の大きさ、原子間の距離、及び、原子間の相対的な位置関係は、実際のものとは同じとは限らない。

【0041】

立体構造モデルを作成すると、構造エネルギー計算部１１３は、次に、構造最適化計算を実施する。第１に、構造エネルギー計算部１１３は、複数の吸着対象分子のそれぞれの立体構造モデルに対して構造最適化計算を実施することにより、複数の吸着対象分子のそれぞれの構造エネルギーを計算する。第２に、構造エネルギー計算部１１３は、複数の固定相分子のそれぞれの立体構造モデルに対して構造最適化計算を実施することにより、複数の固定相分子のそれぞれの構造エネルギーを計算する。

【0042】

ここで、構造最適化計算は、分子構造計算により化学的に安定な分子の配座を求めることを意味する。分子内に生じる分子の構造エネルギーの大きさは、分子を構成する複数の原子の位置関係により変化する。より詳細には、２つの原子の間の結合長、３つの原子の間の結合角、４つ以上の原子の間のねじれ具合等によって原子同士の距離が変化するため、それに伴い分子の構造エネルギーも変化する。構造最適化計算は、このような構造エネルギーがエネルギー曲面において勾配が０になる、すなわち極小になる位置関係を探索することに相当する。構造エネルギーが極小となる位置関係に各原子が配置された構造を最適化構造と呼ぶ。

【0043】

以下、構造最適化計算を具体的に説明する。構造エネルギー計算部１１３は、まず、初期構造モデルにおいて、分子を構成する各原子に働く力を計算し、その力の方向に各原子を少し動かす。すると、エネルギーが少し下がり、各原子に働く力も少し小さくなる。そして、更にその力の方向に各原子を動かすと、最適化構造を超えて逆向きの力が働くことも起こる。このような力の方向に各原子を動かすステップを繰り返すと、少しずつ力の大きさが小さくなっていき、最終的に全ての原子に働く力が０となる。この時の構造が最適化構造となる。構造エネルギー計算部１１３は、このような最適化構造におけるエネルギーを、構造エネルギーとして導出する。

【0044】

構造エネルギー計算部１１３は、構造最適化計算により構造エネルギーを計算する方法として、例えば、Ｈａｒｔｒｅｅ－Ｆｏｃｋ法、Ｍｅｌｌｅｒ－Ｐｌｅｓｓｅｔの摂動法、配置間相互作用法、結合クラスター法等の非経験的分子軌道法、ＭＮＤＯ、ＡＭ１、ＰＭ６等の半経験的分子軌道法、又は、密度汎関数法を用いることができる。また、構造エネルギー計算部１１３は、構造最適化計算により構造エネルギーを計算するためのソフトウェアとして、例えば、Ｇａｕｓｓｉａｎ、ＧＡＭＥＳＳ、Ｍｏｌｐｒｏ、ＶＡＳＰ、ＷＩＥＮ２ｋ、ＯｐｅｎＭＸ等の既存のプログラム、又は、自作のプログラムを用いることができる。

【0045】

構造エネルギー計算部１１３は、このような立体構造モデルを作成する処理と、作成した立体構造モデルに対して構造最適化計算を実施する処理とを、入力受付部１１１により入力を受け付けた複数の吸着対象分子及び複数の固定相分子のそれぞれに対して実行する。これにより、構造エネルギー計算部１１３は、入力受付部１１１により入力を受け付けた複数の吸着対象分子及び複数の固定相分子のそれぞれに対して、最適化された構造エネルギーを計算する。

【0046】

複数の吸着対象分子及び複数の固定相分子のそれぞれの単一分子での構造エネルギーを計算すると、次に、構造エネルギー計算部１１３は、吸着対象分子と固定相分子との複合体の構造エネルギーを計算する。ここで、複合体は、２つ以上の分子が複合した系であって、吸着対象分子と固定相分子とが組み合わされた系である。複合体は、吸着対象分子と固定相分子との距離が互いに分子間相互作用を及ぼす程度にまで近づき、固定相分子が吸着対象分子を吸着することにより形成される。

【0047】

構造エネルギー計算部１１３は、１つの吸着対象分子と１つの固定相分子との複合体の構造エネルギーを計算する構造エネルギー計算処理を、入力受付部１１１により入力を受け付けた複数の吸着対象分子及び複数の固定相分子のうちから組み合わせ可能な、１つの吸着対象分子と１つの固定相分子の複数通りの組み合わせのそれぞれに対して実行する。これにより、構造エネルギー計算部１１３は、複数の吸着対象分子と複数の固定相分子とのうちから組み合わせ可能な複数の複合体のそれぞれの構造エネルギーを計算する。

【0048】

例えば、上記の例のように入力受付部１１１が２つの吸着対象分子（アニリン及びアニリニウムイオン）と２つの固定相分子（ＳＩ及びＰＲＳ）の入力を受け付けた場合、構造エネルギー計算部１１３は、２×２の４通りの組み合わせの複合体のそれぞれに対して、構造エネルギー計算処理を実行する。言い換えると、構造エネルギー計算部１１３は、中性分子（例えばアニリン）と固定相分子との複合体の構造エネルギーである第１構造エネルギーと、イオン化分子（例えばアニリニウムイオン）と固定相分子との複合体の構造エネルギーである第２構造エネルギーと、を計算する構造エネルギー計算処理を、複数の固定相分子（例えばＳＩ及びＰＲＳ）のそれぞれに対して実行する。一般に、入力受付部１１１がＭ個の吸着対象分子とＮ個の固定相分子の入力を受け付けた場合、構造エネルギー計算部１１３は、Ｍ×Ｎ通りの組み合わせの複合体のそれぞれに対して、構造エネルギー計算処理を実行する。

【0049】

複合体の構造エネルギーを計算するために、構造エネルギー計算部１１３は、まず、複合体の立体構造モデルを作成する。ここで、複合体の立体構造モデルは、複合体を構成する複数の分子及び複数の原子の立体的な配置を表すモデルであって、複合体の構造エネルギーを計算するための計算系として用いられる。構造エネルギー計算部１１３は、複合体の立体構造モデルとして、後述する構造最適化計算が実施される前における各原子の初期配置を表す初期構造モデルを作成する。

【0050】

より詳細には、構造エネルギー計算部１１３は、１つの吸着対象分子（中性分子又はイオン化分子）の立体構造モデルと１つの固定相分子の立体構造モデルとを組み合わせることで、複合体の初期構造モデルを作成する。その際、構造エネルギー計算部１１３は、１つの吸着対象分子の立体構造モデルと１つの固定相分子の立体構造モデルとして、構造エネルギー計算部１１３により構造最適化計算が実施された後の立体構造モデルを用いる。

【0051】

図４（ａ）～（ｃ）に、「アニリン」と「ＳＩ」との複合体の立体構造モデルを示す。ここで、複合体を構成する吸着対象分子と固定相分子とは、立体的に様々な位置関係で配置され得る。そのため、図４（ａ）～（ｃ）では、吸着対象分子と固定相分子とが互いに異なる相対的な位置関係で配置された３つの例を示している。なお、図４（ａ）～（ｃ）の配置は例示であって、実際の配置とは同じとは限らない。

【0052】

構造エネルギー計算部１１３は、「アニリン」と「ＳＩ」との複合体について、図４（ａ）～（ｃ）に示すような、吸着対象分子と固定相分子との相対的な位置関係が異なる複数通りの立体構造モデルを作成する。また、構造エネルギー計算部１１３は、「アニリン」と「ＰＲＳ」との複合体、「アニリニウムイオン」と「ＳＩ」との複合体、及び、「アニリニウムイオン」と「ＰＲＳ」との複合体についても同様に、吸着対象分子と固定相分子との相対的な位置関係が異なる複数通りの立体構造モデルを作成する。ここで、複数通りの数は、どのような数であっても良いが、以下では１０通りである場合を例として説明する。このように、構造エネルギー計算部１１３は、複数の固定相分子のそれぞれに対して、吸着対象分子との相対的な位置関係が異なる複数通りの立体構造モデルを作成する。

【0053】

より詳細には、構造エネルギー計算部１１３は、構造エネルギー計算処理において、分子力学法に基づいて複合体の立体構造モデルにおける１つの吸着対象分子と１つの固定相分子との相対的な位置関係を決定する。分子力学法は、分子の立体配座の安定性及び立体配座間のエネルギー差を原子間に働く力によるポテンシャルエネルギーの総和によって計算する手法である。

【0054】

具体的に説明すると、構造エネルギー計算部１１３は、分子力学法を用いて、複合体を構成する２つの分子が化学的に安定する位置関係の複数の候補を、ある程度の精度で決定する。そして、構造エネルギー計算部１１３は、決定した複数の候補のそれぞれの位置関係で吸着対象分子と固定相分子とを配置することで、図４（ａ）～（ｃ）に示したような、１つの複合体に対して複数通りの立体構造モデルを作成する。このように吸着対象分子と固定相分子との位置関係を分子力学法によりある程度の精度で決定することで、２つの分子をランダムで配置するよりも、後述する構造最適化計算に要する時間を削減することができる。

【0055】

複合体の立体構造モデルを作成すると、構造エネルギー計算部１１３は、次に、構造最適化計算を実施する。構造エネルギー計算部１１３は、分子力学法に基づいて決定された位置関係で１つの吸着対象分子と１つの固定相分子とが配置された複合体の立体構造モデルに対して構造最適化計算を実施することにより、複合体の構造エネルギーを計算する。

【0056】

複合体に対して実施される構造最適化計算は、個々の吸着対象分子及び個々の固定相分子に対して実施したものと同様である。但し、単一分子に対して実施される構造最適化計算では、上述したように、１つの分子内に生じる構造エネルギーが極小となる位置関係を探索する。これに対して、複合体に対して実施される構造最適化計算では、個々の分子内に生じる構造エネルギーに加えて、複合体を構成する２つの分子間に生じる相互作用も考慮して、複合体全体の構造エネルギーが極小となる位置関係を探索する。

【0057】

具体的に説明すると、構造エネルギー計算部１１３は、まず、初期構造モデルにおいて、複合体を構成する２つの分子のそれぞれに対して、分子を構成する各原子に働く力を計算し、その力の方向に各原子を少し動かす。このような力の方向に各原子を動かすステップを繰り返して、最終的に複合体内の全ての原子に働く力が０となる構造が、複合体の最適化構造となる。構造エネルギー計算部１１３は、このような最適化構造におけるエネルギーを、複合体の構造エネルギーとして導出する。

【0058】

構造エネルギー計算部１１３は、このような立体構造モデルを作成する処理と、作成した立体構造モデルに対して構造最適化計算を実施する処理とを、１つの複合体の構造エネルギーを計算する構造エネルギー計算処理において実行する。構造エネルギー計算部１１３は、このような構造エネルギー計算処理を、入力受付部１１１が入力を受け付けた複数の吸着対象分子（中性分子とイオン化分子）と複数の固定相分子とから組み合わせ可能な複数の複合体のそれぞれに対して、且つ、吸着対象分子と固定相分子との相対的な位置関係が異なる複数通りの配置のそれぞれに対して実行する。これにより、構造エネルギー計算部１１３は、組み合わせ可能な複数の複合体のそれぞれに対して、且つ、複数通りの配置のそれぞれに対して、最適化された構造エネルギーを計算する。

【0059】

図１に戻って、結合エネルギー計算部１１５は、構造エネルギー計算部１１３により計算された複合体の構造エネルギーに基づいて、吸着対象分子と固定相分子との結合エネルギーを計算する。結合エネルギー計算部１１５は、このような結合エネルギー計算処理を、組み合わせ可能な複数の複合体のそれぞれに対して実行する。

【0060】

言い換えると、結合エネルギー計算部１１５は、構造エネルギー計算部１１３により計算された第１構造エネルギーに基づいて、中性分子と固定相分子との結合エネルギーである第１結合エネルギーを計算する。また、結合エネルギー計算部１１５は、構造エネルギー計算部１１３により計算された第２構造エネルギーに基づいて、イオン化分子と固定相分子との結合エネルギーである第２結合エネルギーを計算する。結合エネルギー計算部１１５は、このような第１結合エネルギーと第２結合エネルギーとを計算する結合エネルギー計算処理を、入力受付部１１１が入力を受け付けた複数の固定相分子（例えばＳＩ及びＰＲＳ）のそれぞれに対して実行する。

【0061】

ここで、結合エネルギーは、吸着エネルギー、束縛エネルギー等とも呼ばれ、２つの分子の結合及び吸着の強さを示す値である。吸着対象分子と固定相分子との結合エネルギーは、吸着対象分子と固定相分子とがばらばらに存在するときと複合体を形成しているときとの構造エネルギーの差分に相当する。

【0062】

より具体的には、図５に示すように、吸着対象分子と固定相分子との複合体の構造エネルギーＥ１２は、その吸着対象分子の単一分子での構造エネルギーＥ１とその固定相分子の単一分子での構造エネルギーＥ２との和とは異なる場合がある。その差分は、吸着対象分子と固定相分子との結合エネルギーΔＥに相当する。より具体的には、結合エネルギーΔＥは、“ΔＥ＝Ｅ１２－（Ｅ１＋Ｅ２）”の計算式により負の値として計算される。なお、図５における上端がエネルギー０に相当し、構造エネルギーＥ１，Ｅ２，Ｅ１２は、それぞれ負の値をとる。ΔＥの値が負になる場合は、吸着対象分子は固定相分子に吸着された方が安定するが、ΔＥの値が正になる場合は、２つの分子は吸着せずに互いに離れた単体の状態の方が安定する。

【0063】

結合エネルギーΔＥの値が負でその絶対値が大きいほど、２つの分子の結合後のエネルギーが低い、すなわち結合後の状態が安定であることに相当する。そのため、結合エネルギーΔＥの値が負でその絶対値が大きいほど、その２つの分子の結合が強く親和性が高い、言い換えると、吸着対象分子が固定相分子に吸着されやすいことを意味する。なお、結合エネルギーΔＥは負の値として表されるため、結合エネルギーΔＥの絶対値が大きいことは、結合エネルギーΔＥが低いことに相当する。

【0064】

結合エネルギー計算部１１５は、１つの固定相分子と１つの吸着対象分子との複合体の構造エネルギーＥ１２と、その１つの固定相分子の構造エネルギーＥ２とその１つの吸着対象分子の構造エネルギーＥ１との和と、の差分である結合エネルギーΔＥを計算する。結合エネルギー計算部１１５は、このような結合エネルギー計算処理を、入力受付部１１１により入力を受け付けた複数の吸着対象分子と複数の固定相分子とのうちから組み合わせ可能な複数の複合体のそれぞれに対して、且つ、吸着対象分子と固定相分子との相対的な位置関係が異なる複数通りの配置のそれぞれに対して実行する。

【0065】

例えば、入力受付部１１１が２つの吸着対象分子（アニリン及びアニリニウムイオン）と２つの固定相分子（ＳＩ及びＰＲＳ）の入力を受け付け、且つ、構造エネルギー計算部１１３が各固定相分子に対して１０通りの異なる配置で複合体の構造エネルギーを取得した場合、結合エネルギー計算部１１５は、４０（＝２×２×１０）通りの結合エネルギーを計算する。これにより、結合エネルギー計算部１１５は、図６に示すように、「アニリン」と「ＳＩ」、「アニリニウムイオン」と「ＳＩ」、「アニリン」と「ＰＲＳ」、「アニリニウムイオン」と「ＰＲＳ」という４通りの複合体のそれぞれに対して、複数通りの配置での結合エネルギーを計算する。なお、図６に示す結合エネルギーの値は一例であって、実際のものとは同じとは限らない。

【0066】

更に、結合エネルギー計算部１１５は、複合体毎に、複数通りの結合エネルギーの代表値を計算する。これにより、結合エネルギー計算部１１５は、１つの複合体に対して結合エネルギーの値を１つ取得する。

【0067】

一例として、図６に示すように、結合エネルギー計算部１１５は、結合エネルギーの代表値として、複合体毎に、複数通りの配置での結合エネルギーの平均値を計算する。吸着対象分子と固定相分子の配置ｊでの複合体の構造エネルギーをＥｊと表すと、１０通りの配置ｊ（ｊ＝１～１０）での結合エネルギーの平均値ΔＥ’は、“ΔＥ’＝１／１０×Σ｛Ｅｊ－（Ｅ１＋Ｅ２）｝”の計算式により計算される。なお、“Σ”は、１０通りの配置ｊ（ｊ＝１～１０）での和を表す。結合エネルギー計算部１１５は、このような計算式により、結合エネルギーの代表値として平均値ΔＥ’を計算する。

【0068】

なお、代表値は、複数通りの配置での結合エネルギーに基づく値であれば、単純な平均値に限らない。例えば、代表値は、中央値であっても良いし、他の配置での値と大きく異なる値を除いた平均値であっても良い。

【0069】

図１に戻って、推定部１１８は、結合エネルギー計算部１１５により計算された第１結合エネルギー及び第２結合エネルギーに基づいて、吸着対象分子の吸着に適するｐＨ領域を推定する。ここで、ｐＨ領域は、目的物質及び不純物を含む溶液や懸濁液等における水素イオン濃度の範囲を表す。

【0070】

例えば、吸着対象分子の一例であるアニリンは、ｐＨが中性の領域では中性分子の状態であるが、ｐＨが酸性の領域ではイオン化してアニリニウムイオンになる。中性分子であるアニリンとイオン化分子であるアニリニウムイオンとは、固定相分子に吸着される吸着メカニズムが異なるため、吸着効率が異なる。具体的には、アニリニウムイオンが固定相分子に吸着される主な吸着メカニズムはイオン交換となるのに対して、アニリンが固定相分子に吸着される主な吸着メカニズムはイオン交換以外となる。

【0071】

このようにｐＨによって吸着メカニズムが異なるため、吸着対象分子を効率的に吸着するためのｐＨ領域は異なる。そこで、推定部１１８は、吸着対象分子が固定相分子に対して効率的に吸着されるのに適するｐＨ領域を推定する。

【0072】

具体的に説明すると、推定部１１８は、結合エネルギー計算部１１５により計算された、中性分子と固定相分子との結合エネルギーである第１結合エネルギーと、イオン化分子と固定相分子との結合エネルギーである第２結合エネルギーと、を比較する。比較の結果、第１結合エネルギーが第２結合エネルギーよりも低い場合、中性分子の方がイオン化分子よりも固定相分子に対する親和性が高く、強く吸着することを意味する。この場合、推定部１１８は、吸着対象分子の吸着に適するｐＨ領域が中性領域であると推定する。ここで、中性領域は、例えばｐＨが７程度のような、ｐＨが中程度の領域に相当する。

【0073】

これに対して、第１結合エネルギーが第２結合エネルギーよりも高い場合、イオン化分子の方が中性分子よりも固定相分子に対する親和性が高く、強く吸着することを意味する。この場合、推定部１１８は、吸着対象分子の吸着に適するｐＨ領域が酸性領域又はアルカリ性領域であると推定する。ここで、酸性領域は、例えばｐＨが３程度のような、ｐＨが低い領域に相当する。また、アルカリ性領域は、例えばｐＨが９程度のような、ｐＨが高い領域に相当する。なお、中性領域、酸性領域及びアルカリ性領域は、ユーザにとって目安となるものであれば良く、厳密なｐＨの範囲を示すものでなくて良い。

【0074】

図６に示した結合エネルギーの例では、固定相分子がＳＩである場合、中性分子であるアニリンとＳＩとの結合エネルギー（第１結合エネルギー）の方が、イオン化分子であるアニリニウムイオンとＳＩとの結合エネルギー（第２結合エネルギー）よりも高い。また、固定相分子がＰＲＳである場合、中性分子であるアニリンとＰＲＳとの結合エネルギー（第１結合エネルギー）の方が、イオン化分子であるアニリニウムイオンとＰＲＳとの結合エネルギー（第２結合エネルギー）よりも高い。そのため、推定部１１８は、アニリンよりもアニリニウムイオンの方が、ＳＩ及びＰＲＳに対して親和性が高く、強く吸着することが分かる。アニリニウムイオンは、アニリンが酸性のｐＨ領域においてイオン化した状態である。そのため、推定部１１８は、吸着対象分子であるアニリン及びアニリニウムイオンの吸着に適するｐＨ領域は酸性領域であると推定する。

【0075】

これとは逆に、アニリンとＳＩとの結合エネルギーの方がアニリニウムイオンとＳＩとの結合エネルギーよりも低く、且つ、アニリンとＰＲＳとの結合エネルギーの方がアニリニウムイオンとＰＲＳとの結合エネルギーよりも低い場合、推定部１１８は、吸着対象分子であるアニリン及びアニリニウムイオンの吸着に適するｐＨ領域は中性領域であると推定する。

【0076】

なお、上記の吸着対象分子の例であるアニリンは、酸性領域でアニリニウムイオンにイオン化する分子であるため、推定部１１８は、吸着対象分子の吸着に適するｐＨ領域が中性領域であるか酸性領域であるかを推定する。これに対して、吸着対象分子がアルカリ性領域でイオン化する分子である場合、推定部１１８は、吸着対象分子の吸着に適するｐＨ領域が中性領域であるかアルカリ性領域であるかを推定する。ＰＲＳは酸性領域において主に存在するイオンであるのに対して、吸着対象分子がアルカリ性領域でイオン化する分子である場合、吸着対象分子に対応する固定相分子として、アルカリ性領域において主に存在するイオンを用いることが好適である。

【0077】

吸着対象分子の吸着に適するｐＨ領域が中性領域であるかアルカリ性領域であるかを推定するための吸着対象分子として、例えば、「プロピオン酸」と「プロピオン酸イオン」とが挙げられる。プロピオン酸は、アルカリ性領域でプロピオン酸イオンにイオン化する分子である。また、これらの吸着対象分子に対応する固定相分子として、例えば、「アミノプロピルシリカゲル（ＮＨ２）」と「トリメチルアミノプロピルシリカゲル（ＳＡＸ）」とが挙げられる。これら各分子の分子構造の概略を、以下に示す。入力受付部１１１が吸着対象分子及び固定相分子の入力としてこれら各分子を受け付けた場合、推定部１１８は、吸着対象分子の吸着に適するｐＨ領域が中性領域であるかアルカリ性領域であるかを推定する。

【0078】

【化5】

【0079】

【化6】

【0080】

【化7】

【0081】

【化8】

【0082】

なお、図６の例ではＳＩとＰＲＳという２つの固定相分子を用いているため、２つの固定相分子を用いた計算結果の間で第１結合エネルギーと第２結合エネルギーとの大小関係が逆転する場合もあり得る。具体的には、アニリンとＳＩとの結合エネルギーの方がアニリニウムイオンとＳＩとの結合エネルギーよりも低く、且つ、アニリンとＰＲＳとの結合エネルギーの方がアニリニウムイオンとＰＲＳとの結合エネルギーよりも高い場合、又は、アニリンとＳＩとの結合エネルギーの方がアニリニウムイオンとＳＩとの結合エネルギーよりも高く、且つ、アニリンとＰＲＳとの結合エネルギーの方がアニリニウムイオンとＰＲＳとの結合エネルギーよりも低い場合、がそれに該当する。このような場合、推定部１１８は、予め定められたルールに従って、ｐＨ領域を推定する。ここで、予め定められたルールは、適宜設定することができる。

【0083】

例えば、推定部１１８は、複数の固定相分子に対応する複数通りの第１結合エネルギーの和と複数通りの第２結合エネルギーの和とを比較しても良い。この場合、推定部１１８は、第１結合エネルギーの和の方が第２結合エネルギーの和よりも低い場合、吸着対象分子の吸着に適するｐＨ領域は中性領域であると推定し、第１結合エネルギーの和の方が第２結合エネルギーの和よりも高い場合、吸着対象分子の吸着に適するｐＨ領域は酸性領域又はアルカリ性領域であると推定することができる。

【0084】

或いは、推定部１１８は、複数通りの第１結合エネルギーと複数通りの第２結合エネルギーとで、予め定められた閾値よりも低い数を比較しても良い。この場合、推定部１１８は、閾値よりも低い数として、第１結合エネルギーの数の方が第２結合エネルギーの数よりも多い場合、吸着対象分子の吸着に適するｐＨ領域は中性領域であると推定し、第１結合エネルギーの数の方が第２結合エネルギーの数よりも少ない場合、吸着対象分子の吸着に適するｐＨ領域は酸性領域又はアルカリ性領域であると推定することができる。

【0085】

出力部１１９は、推定部１１８により推定されたｐＨ領域を示す出力情報を出力する。具体的に説明すると、出力部１１９は、吸着対象分子の吸着に適するｐＨ領域が中性領域であるか、酸性領域であるか、それともアルカリ性領域であるかを示す出力情報を出力する。

【0086】

推定部１１８により推定されたｐＨ領域が酸性領域である場合、出力部１１９は、例えば図７に示すように、吸着対象分子の吸着に適するｐＨ領域が酸性領域であって、その吸着メカニズムとしてイオン交換が支配的であることを示す出力情報を表示部１４に表示する。これに対して、推定部１１８により推定されたｐＨ領域が中性領域であると推定された場合、出力部１１９は、図示を省略するが、吸着対象分子の吸着に適するｐＨ領域が中性領域であって、その吸着メカニズムとしてイオン交換以外が支配的であることを示す出力情報を表示部１４に表示する。或いは、推定部１１８により推定されたｐＨ領域がアルカリ性領域であると推定された場合、出力部１１９は、図示を省略するが、吸着対象分子の吸着に適するｐＨ領域がアルカリ性領域であって、その吸着メカニズムとしてイオン交換が支配的であることを示す出力情報を表示部１４に表示する。

【0087】

このように、出力部１１９は、入力受付部１１１により入力を受け付けた吸着対象分子の吸着に適するｐＨ領域をユーザに提示する。ユーザは、このような出力画面を確認することにより、固相抽出法における固定相を選択する際の指標となるｐＨ領域の目安を得ることができる。

【0088】

次に、図８に示すフローチャートを参照して、選択支援装置１０により実行される選択支援処理の流れを説明する。図８に示す選択支援処理は、吸着対象分子の吸着に適したｐＨ領域の情報を得ることを望むユーザが、操作部１３を操作して選択支援装置１０に選択支援処理の開始指示を入力すると、開始する。図８に示す選択支援処理は、選択支援方法の一例である。

【0089】

選択支援処理を開始すると、制御部１１は、入力受付部１１１として機能し、吸着対象分子及び固定相分子の入力を受け付ける（ステップＳ１）。制御部１１は、例えば図２に示した入力画面を表示部１４に表示して、目的とする吸着対象分子である中性分子とイオン化分子と、候補となる複数の固定相分子と、の入力をユーザから受け付ける。

【0090】

吸着対象分子及び固定相分子の入力を受け付けると、制御部１１は、構造エネルギー計算部１１３として機能し、入力を受け付けた複数の吸着対象分子及び複数の固定相分子のそれぞれの単一分子での構造エネルギーを計算する（ステップＳ２）。具体的に説明すると、制御部１１は、図３（ａ）～（ｄ）に示したように、入力を受け付けた複数の吸着対象分子及び複数の固定相分子のそれぞれの立体構造モデルを作成する。そして、制御部１１は、作成した立体構造モデルのそれぞれに対して構造最適化計算を実施し、最適化構造における構造エネルギーを計算する。

【0091】

構造エネルギーを計算すると、制御部１１は、入力を受け付けた複数の固定相分子のそれぞれに対して、入力を受け付けた第１の吸着対象分子である中性分子との結合エネルギーを計算する（ステップＳ３）。ステップＳ３における結合エネルギー計算処理の詳細は、図９を参照して説明する。

【0092】

図９に示す結合エネルギー計算処理を開始すると、制御部１１は、入力を受け付けた複数の固定相分子のうちから１つを選択する（ステップＳ３１）。そして、制御部１１は、入力を受け付けた吸着対象分子と選択した固定相分子との配置を１つ設定する（ステップＳ３２）。

【0093】

配置を設定すると、制御部１１は、構造エネルギー計算部１１３として機能し、設定した配置における、入力を受け付けた中性分子と選択した固定相分子との複合体の構造エネルギーを計算する（ステップＳ３３）。具体的に説明すると、制御部１１は、設定した配置に中性分子と固定相分子とを設置した複合体の立体構造モデルを作成する。そして、制御部１１は、作成した立体構造モデルに対して構造最適化計算を実施し、最適化構造における構造エネルギーを計算する。

【0094】

複合体の構造エネルギーを取得すると、制御部１１は、結合エネルギー計算部１１５として機能し、結合エネルギーを計算する（ステップＳ３４）。具体的に説明すると、制御部１１は、ステップＳ２で計算した構造エネルギーのうちの、中性分子の単一分子での構造エネルギーと、ステップＳ３１で選択した固定相分子の単一分子での構造エネルギーと、の和を計算する。そして、制御部１１は、計算した和と、ステップＳ３３で計算した複合体の構造エネルギーと、の差分を、その複合体の結合エネルギーとして計算する。

【0095】

結合エネルギーを計算すると、制御部１１は、予め定められた数の異なる配置で結合エネルギーを計算したか否かを判定する（ステップＳ３５）。予め定められた数の異なる配置で結合エネルギーを計算していない場合（ステップＳ３５；ＮＯ）、制御部１１は、処理をステップＳ３２に戻す。この場合、制御部１１は、ステップＳ３２において中性分子と固定相分子との相対的な位置関係が異なる別の配置を１つ設定する。そして、制御部１１は、設定した配置で中性分子と固定相分子とを設置した複合体の構造エネルギーを取得し、結合エネルギーを計算する。

【0096】

最終的に、予め定められた数の異なる配置で結合エネルギーを計算し終えると（ステップＳ３５；ＹＥＳ）、予め定められた数の異なる配置で計算した結合エネルギーの平均値を計算する（ステップＳ３６）。

【0097】

結合エネルギーの平均値を計算すると、制御部１１は、未選択の固定相分子が有るか否かを判定する（ステップＳ３７）。未選択の固定相分子が有る場合（ステップＳ３７；ＹＥＳ）、制御部１１は、処理をステップＳ３１に戻す。この場合、制御部１１は、ステップＳ３１において、入力を受け付けた複数の固定相分子のうちの、未選択の固定相分子を１つ選択する。そして、制御部１１は、入力を受け付けた吸着対象分子と選択した固定相分子との複合体に対してステップＳ３２～Ｓ３６の処理を実行し、予め定められた数の異なる配置で計算した結合エネルギーの平均値を計算する。

【0098】

最終的に、未選択の固定相分子が無くなると（ステップＳ３７；ＮＯ）、制御部１１は、図９に示した結合エネルギー計算処理を終了する。

【0099】

図８に戻って、次に、制御部１１は、入力を受け付けた複数の固定相分子のそれぞれに対して、入力を受け付けた第２の吸着対象分子であるイオン化分子との結合エネルギーを計算する（ステップＳ４）。ステップＳ４における結合エネルギー計算処理は、図９を参照して説明したステップＳ３における結合エネルギー計算処理を、「中性分子」を「イオン化分子」に置き換えることで同様に説明することができる。

【0100】

図８に戻って、ステップＳ３，Ｓ４における結合エネルギー計算処理を終了すると、制御部１１は、推定部１１８として機能し、ステップＳ３，Ｓ４で計算した結合エネルギーに基づいて、ステップＳ１で入力を受け付けた吸着対象分子の吸着に適するｐＨ領域を推定する（ステップＳ５）。具体的に説明すると、制御部１１は、ステップＳ３で計算した結合エネルギーとステップＳ４で計算した結合エネルギーとを比較することにより、吸着対象分子の吸着に適するｐＨ領域が中性領域と酸性領域とアルカリ性領域とのいずれの領域であるかを推定する。

【0101】

ｐＨ領域を推定すると、制御部１１は、出力部１１９として機能し、推定したｐＨ領域を示す出力情報を出力する（ステップＳ６）。具体的に説明すると、制御部１１は、例えば図７に示した出力画面を表示部１４に表示する。以上により、図８に示した選択支援処理は終了する。

【0102】

以上説明したように、実施形態１に係る選択支援装置１０は、中性分子と固定相分子との複合体の構造エネルギーである第１構造エネルギーと、イオン化分子と固定相分子との複合体の構造エネルギーである第２構造エネルギーと、を量子化学計算を用いて計算する。そして、実施形態１に係る選択支援装置１０は、第１構造エネルギーに基づいて中性分子と固定相分子との結合エネルギーである第１結合エネルギーを計算し、第２構造エネルギーに基づいてイオン化分子と固定相分子との結合エネルギーである第２結合エネルギーを計算し、第１結合エネルギー及び第２結合エネルギーに基づいて吸着対象分子の吸着に適するｐＨ領域を推定して出力する。

【0103】

このように、実施形態１に係る選択支援装置１０は、量子化学計算を用いて結合エネルギーを計算して吸着対象分子を扱うのに適切なｐＨ領域を推定する。そのため、ユーザは、ｐＨ領域を実験で探索する必要が無く、目的物質を抽出するのに適切なｐＨ領域の目安を容易に知ることができる。その結果、ユーザは、目的物質に対して適切な固定相を効率的に選択することが可能になる。

【0104】

（実施形態２）
次に、実施形態２について説明する。実施形態１と同様の構成及び機能については、適宜説明を省略する。

【0105】

実施形態１では、構造エネルギー計算部１１３は、入力受付部１１１により入力を受け付けた複数の吸着対象分子（中性分子とイオン化分子）及び複数の固定相分子のそれぞれに対して、立体構造モデルを作成し、作成した立体構造モデルに対して構造最適化を実施することで、各分子の単一分子での構造エネルギーを取得した。しかしながら、公知の分子の構造最適化計算が実施された立体構造モデル及び構造エネルギーは、既に知られている場合がある。そこで、実施形態２では、構造エネルギー計算部１１３は、入力受付部１１１により入力を受け付けた中性分子、イオン化分子及び複数の固定相分子のそれぞれの立体構造モデル及び構造エネルギーを、選択支援装置１０の外部から通信により取得する。

【0106】

図１０に、実施形態２に係る選択支援システム１の全体構成を示す。選択支援システム１は、選択支援装置１０と、データベース２０と、を備える。データベース２０は、吸着対象分子又は固定相分子となる可能性がある複数の分子のそれぞれについて、構造エネルギーと、構造最適化が実施された後の立体構造モデルと、のデータを格納している。データベース２０は、通信ネットワークＮを介して選択支援装置１０と通信可能に接続されている。

【0107】

構造エネルギー計算部１１３は、入力受付部１１１が中性分子、イオン化分子及び複数の固定相分子の入力を受け付けると、通信部１５によりデータベース２０と通信する。これにより、構造エネルギー計算部１１３は、入力が受け付けられた中性分子、イオン化分子及び複数の固定相分子のそれぞれについて、構造最適化計算が実施された後の立体構造モデルと構造エネルギーとをデータベース２０から取得する。

【0108】

構造エネルギー計算部１１３は、データベース２０から取得した、中性分子、イオン化分子及び複数の固定相分子のそれぞれの立体構造モデルを用いて、複合体の立体構造モデルを作成する。また、結合エネルギー計算部１１５は、データベース２０から取得した、中性分子、イオン化分子及び複数の固定相分子のそれぞれの構造エネルギーを用いて、結合エネルギーを計算する。その他の処理は実施形態１と同様である。

【0109】

以上説明したように、実施形態２に係る選択支援装置１０は、中性分子、イオン化分子及び複数の固定相分子のそれぞれの立体構造モデル及び構造エネルギーを、選択支援装置１０の外部から通信により取得する。このように、既知の分子の立体構造モデル及び構造エネルギーを外部から取得することで、選択支援装置１０において実行される処理を簡略化することができる。

【0110】

なお、構造エネルギー計算部１１３は、入力が受け付けられた中性分子、イオン化分子及び複数の固定相分子の全ての立体構造モデル及び構造エネルギーをデータベース２０から取得することに限らない。例えば、入力が受け付けられた中性分子、イオン化分子及び複数の固定相分子のうちの一部の分子の立体構造モデル及び構造エネルギーがデータベース２０に存在しない場合、構造エネルギー計算部１１３は、その一部の分子の立体構造モデル及び構造エネルギーを、実施形態１と同様の手法で作成及び計算する。そして、構造エネルギー計算部１１３は、残りの分子の立体構造モデル及び構造エネルギーを、データベース２０から取得しても良い。

【0111】

また、データベース２０は、選択支援装置１０の外部に設けられていることに限らず、選択支援装置１０の内部に設けられていても良い。

【0112】

（変形例）
以上、実施形態を説明したが、各実施形態を組み合わせたり、各実施形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

【0113】

例えば、上記実施形態で挙げた吸着対象分子及び固定相分子は一例であって、他の分子が吸着対象分子又は固定相分子であっても良い。

【0114】

上記実施形態では、複数の固定相分子はＳＩ及びＰＲＳの２つであったが、固定相分子の数は３つ以上であっても良い。具体的には、入力受付部１１１は、３つ以上の固定相分子の入力を受け付け、推定部１１８は、３つ以上の固定相分子のそれぞれに対して計算された第１結合エネルギー及び第２結合エネルギーに基づいて、吸着対象分子の吸着に適するｐＨ領域を推定しても良い。

【0115】

また、固定相分子の数は、１つであっても良い。但し、１つのみの固定相分子と吸着対象分子との複合体の構造エネルギーに基づくだけでは、そこから推定されるｐＨ領域が、その１つの固定相分子に特有の原因とする場合があるため、吸着対象分子に対して広く一般的に適するｐＨ領域では無い可能性がある。これに対して、複数の固定相分子のそれぞれに対して計算された第１結合エネルギー及び第２結合エネルギーに基づいてｐＨ領域を推定することで、１つの固定相分子に特有の原因による影響を抑制することができる。そのため、高い精度で吸着対象分子の吸着に適するｐＨ領域を推定することができる。特に、複数の固定相分子が電気的に中性の分子（例えばＳＩ）とイオン化された分子（例えばＰＲＳ）とをどちらも含むことで、中性領域と酸性領域又はアルカリ性領域とのそれぞれに対応させることができる。

【0116】

上記実施形態では、選択支援装置１０は、操作部１３及び表示部１４を備えており、これらがユーザインタフェースとして機能した。しかしながら、選択支援装置１０は、操作部１３及び表示部１４を備えていなくても良い。選択支援装置１０と通信ネットワークＮにより通信可能に接続された外部の装置が、操作部１３及び表示部１４に対応するユーザインタフェースを備えていても良い。この場合、入力受付部１１１は、通信部１５及び通信ネットワークＮを介して、外部の装置から吸着対象分子及び複数の固定相分子の入力を受け付ける。また、出力部１１９は、通信部１５及び通信ネットワークＮを介して、出力情報を外部の装置に出力する。

【0117】

上記実施形態では、出力部１１９は、図７に示したように出力情報を表示部１４に表示した。しかしながら、出力部１１９は、出力情報を表示することに限らず、例えば通信部１５による通信により選択支援装置１０の外部の装置に出力しても良い。或いは、出力部１１９は、出力情報をスピーカから音声で出力しても良い。

【0118】

上記実施形態では、選択支援装置１０は、入力受付部１１１、構造エネルギー計算部１１３、結合エネルギー計算部１１５、推定部１１８、及び、出力部１１９を備えていた。しかしながら、これら各部の全てが１つの装置に設けられていることに限らない。これら各部の少なくともいずれかが、通信ネットワークＮにより通信可能に接続された異なる装置に分散して設けられていても良い。例えば、制御部１１の各部が複数の独立した装置に分散して設けられており、通信ネットワークＮを介して必要なデータを送受信しながら、上記実施形態で説明した処理を実行しても良い。各部が複数の装置に分散して設けられている場合であっても、それら複数の装置を合わせて、選択支援装置１０と呼ぶことができる。

【0119】

上記実施形態では、制御部１１において、ＣＰＵがＲＯＭ又は記憶部１２に記憶されたプログラムを実行することによって、入力受付部１１１、構造エネルギー計算部１１３、結合エネルギー計算部１１５、推定部１１８、及び、出力部１１９のそれぞれとして機能した。しかしながら、制御部１１は、専用のハードウェアであってもよい。専用のハードウェアとは、例えば単一回路、複合回路、プログラム化されたプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、又は、これらの組み合わせ等である。制御部１１が専用のハードウェアである場合、各部の機能それぞれを個別のハードウェアで実現してもよいし、各部の機能をまとめて単一のハードウェアで実現してもよい。

【0120】

また、各部の機能のうち、一部を専用のハードウェアによって実現し、他の一部をソフトウェア又はファームウェアによって実現してもよい。このように、制御部１１は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又は、これらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。

【0121】

上述した選択支援装置１０の動作を規定するプログラムを、パーソナルコンピュータ、クラウドサーバ等の既存のコンピュータに適用することで、当該コンピュータを、上述した選択支援装置１０として機能させることも可能である。

【0122】

また、このようなプログラムの配布方法は任意であり、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disk ROM）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、ＭＯ（Magneto Optical Disk）、メモリカード等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布してもよいし、インターネット等の通信ネットワークを介して配布してもよい。

【0123】

以上、本発明の好ましい実施形態等について説明したが、本発明は上述した実施形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。

【符号の説明】

【0124】

１ 選択支援システム
１０ 選択支援装置
１１ 制御部
１２ 記憶部
１３ 操作部
１４ 表示部
１５ 通信部
２０ データベース
１１１ 入力受付部
１１３ 構造エネルギー計算部
１１５ 結合エネルギー計算部
１１８ 推定部
１１９ 出力部
Ｎ 通信ネットワーク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】