特許 7163691 イオン交換体の細孔分布の測定方法、その測定方法を用いた判定方法及びその測定方法を用いた選択方法。

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-24

(45)【発行日】2022-11-01

(54)【発明の名称】イオン交換体の細孔分布の測定方法、その測定方法を用いた判定方法及びその測定方法を用いた選択方法。

(51)【国際特許分類】

   G01N 30/88 20060101AFI20221025BHJP

   B01J 20/281 20060101ALI20221025BHJP

【ＦＩ】

G01N30/88 N

G01N30/88 C

G01N30/88 P

B01J20/281 G

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2018178569

(22)【出願日】2018-09-25

(65)【公開番号】P2019076890

(43)【公開日】2019-05-23

【審査請求日】2021-05-19

(31)【優先権主張番号】P 2017204240

(32)【優先日】2017-10-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006035

【氏名又は名称】三菱ケミカル株式会社

(72)【発明者】

【氏名】足立 正

【審査官】中村 直子

(56)【参考文献】

【文献】特開平１１－２７１２９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２５８２２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０１７６７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１４１２１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１３－５３５５４４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｊ ２０／２８１－２０／２９２

Ｇ０１Ｎ ３０／００－３０／９６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

分子サイズ既知の標品を用いた逆サイズ排除クロマトグラフィーによるイオン交換体の
湿潤状態の細孔分布の測定方法であって、
前記イオン交換体が、ポリスチレン系イオン交換樹脂であり、
分子サイズ既知の標品が、非イオン解離性多糖類と非イオン解離性単糖類とグリセロー
ルとエチレングリコールとメタノールと重水のみからなる、測定方法。

【請求項2】

分子サイズ既知の標品を用いた逆サイズ排除クロマトグラフィーによるイオン交換体の
湿潤状態の細孔分布の測定方法であって、
前記イオン交換体が、ポリスチレン系イオン交換樹脂であり、
分子サイズ既知の標品が、非イオン解離性多糖類と非イオン解離性単糖類と重水のみか
らなる、測定方法。

【請求項3】

非イオン解離性多糖類が、デキストラン、プルラン、マルトオリゴ糖、マルトース、イ
ソマルトース及びスクロースからなる群より選ばれる少なくとも１種である、請求項１又
２に記載の測定方法。

【請求項4】

非イオン解離性単糖類が、グルコース、ガラクトース、マンノース、フルクトース、エ
リトリトール、キシリトール、キシロース、Ｄ－マンノヘプツロース及びソルビトールか
らなる群より選ばれる少なくとも１種である、請求項１～３のいずれか１項に記載の測定
方法。

【請求項5】

新品のイオン交換体の細孔分布と使用したイオン交換体の細孔分布とを、請求項１～４
のいずれか１項に記載の測定方法により測定し、イオン交換体の劣化度合いを判定する、
判定方法。

【請求項6】

イオン交換体の細孔分布を、請求項１～４のいずれか１項に記載の測定方法により測定
し、その用途に好適なイオン交換体を選択する、選択方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、イオン交換体の細孔分布の測定方法、その測定方法を用いた判定方法及びその測定方法を用いた選択方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、多孔質体の細孔構造の測定方法として、窒素吸着法や水銀圧入法が広く用いられているが、近年、多孔質体の細孔構造の測定方法として、分子サイズ既知の標品を用いてサイズ排除クロマトグラフィー（ゲル濾過クロマトグラフィー）を行う方法、いわゆる、逆サイズ排除クロマトグラフィー（Ｉｎｖｅｒｓｅ ｓｉｚｅ ｅｘｃｌｕｓｉｏｎ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ（ＩＳＥＣ））法が用いられるようになってきた。

【0003】

逆サイズ排除クロマトグラフィーによる多孔質体の細孔構造の測定方法として、例えば、非特許文献１に記載の測定方法が開示されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【文献】Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ Ａ，８８３ （２０００），ｐ３９．

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

多孔質体の細孔構造の測定方法として従来用いられている窒素吸着法や水銀圧入法は、測定する多孔質体を乾燥状態にしなければならない。そのため、イオン交換樹脂に代表される水等で湿潤した状態で用いる樹脂については、乾燥による樹脂の収縮から細孔構造が消失する、また、仮に細孔構造が維持されていても湿潤状態での細孔構造を反映しないという課題がある。

【0006】

また、非特許文献１に記載されている逆サイズ排除クロマトグラフィーによる多孔質体の細孔構造の測定方法は、高分子量のタンパク質が分離対象のイオン交換分離剤を測定対象としていて、細孔径も大きく、骨格も親水性の高いものに限られる。そのため、細孔径が小さいものや骨格の親水性が低いものには適さず、ポリスチレン樹脂系の工業用イオン交換樹脂を含むイオン交換樹脂全般の湿潤状態での細孔構造の測定に必ずしも適するものでない。

【0007】

本発明は、このような課題を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、工業用イオン交換樹脂を含むイオン交換体全般の湿潤状態の細孔分布の測定方法、その測定方法を用いたイオン交換体の劣化度合いの判定方法及びその測定方法を用いたその用途に好適なイオン交換体の選択方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

このように、工業用イオン交換樹脂を含むイオン交換体全般の湿潤状態の細孔分布の測定に適した方法は見出されていなかったが、本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、逆サイズ排除クロマトグラフィー法に用いる分子サイズ既知の標品として、特定の物質を選択することで、工業用イオン交換樹脂を含むイオン交換体全般の湿潤状態の細孔分布の測定に適した方法を見出した。

【0009】

即ち、本発明の要旨は、以下の通りである
［１］分子サイズ既知の標品を用いた逆サイズ排除クロマトグラフィーによるイオン交
換体の湿潤状態の細孔分布の測定方法であって、前記イオン交換体が、ポリスチレン系イ
オン交換樹脂であり、分子サイズ既知の標品が、非イオン解離性多糖類と非イオン解離性
単糖類とグリセロールとエチレングリコールとメタノールと重水のみからなる、測定方法
。
［２］分子サイズ既知の標品を用いた逆サイズ排除クロマトグラフィーによるイオン交
換体の湿潤状態の細孔分布の測定方法であって、前記イオン交換体が、ポリスチレン系イ
オン交換樹脂であり、分子サイズ既知の標品が、非イオン解離性多糖類と非イオン解離性
単糖類と重水のみからなる、測定方法。
［３］非イオン解離性多糖類が、デキストラン、プルラン、マルトオリゴ糖、マルトー
ス、イソマルトース及びスクロースからなる群より選ばれる少なくとも１種である、［１
］又は［２］に記載の測定方法。
［４］非イオン解離性単糖類が、グルコース、ガラクトース、マンノース、フルクトー
ス、エリトリトール、キシリトール、キシロース、Ｄ－マンノヘプツロース及びソルビト
ールからなる群より選ばれる少なくとも１種である、［１］～［３］のいずれか１項に記
載の測定方法。
［５］新品のイオン交換体の細孔分布と使用したイオン交換体の細孔分布とを、［１］
～［４］のいずれか１項に記載の測定方法により測定し、イオン交換体の劣化度合いを判
定する、判定方法。
［６］イオン交換体の細孔分布を、［１］～［４］のいずれか１項に記載の測定方法に
より測定し、その用途に好適なイオン交換体を選択する、選択方法。

【発明の効果】

【0010】

本発明の測定方法は、工業用イオン交換樹脂を含むイオン交換体全般の湿潤状態の細孔分布の測定に適する。また、本発明の測定方法を用いることで、イオン交換体の劣化度合いの判定やその用途に好適なイオン交換体の選択が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施例１における各標品の分子量と溶離体積との関係を示す図である。

【図2】実施例１におけるイオン交換体の細孔半径と細孔容積との関係を示す図である。

【図3】比較例１における各標品の分子量と溶離体積との関係を示す図である。

【図4】実施例２における各標品の分子量と溶離体積との関係を示す図である。

【図5】実施例２におけるイオン交換体の細孔半径と細孔容積との関係を示す図である。

【図6】比較例２における各標品の分子量と溶離体積との関係を示す図である。

【図7】実施例３における各標品の分子量と溶離体積との関係を示す図である。

【図8】実施例３におけるイオン交換体の細孔半径と細孔容積との関係を示す図である。

【図9】実施例４における各標品の分子量と溶離体積との関係を示す図である。

【図10】実施例４におけるイオン交換体の細孔半径と細孔容積との関係を示す図である。

【図11】実施例５における各標品の分子量と溶離体積との関係を示す図である。

【図12】実施例５におけるイオン交換体の細孔半径と細孔容積との関係を示す図である。

【図13】実施例６における各標品の分子量と溶離体積との関係を示す図である。

【図14】実施例６におけるイオン交換体の細孔半径と細孔容積との関係を示す図である。

【図15】実施例７における各標品の分子量と溶離体積との関係を示す図である。

【図16】実施例７におけるイオン交換体の細孔半径と細孔容積との関係を示す図である。

【図17】実施例８における各標品の分子量と溶離体積との関係を示す図である。

【図18】実施例８におけるイオン交換体の細孔半径と細孔容積との関係を示す図である。

【図19】実施例９における新品、使用品１、使用品２のイオン交換体の細孔半径と細孔容積との関係を示す図である。

【図20】実施例１０におけるステビオール配糖体の色素成分のクロマトグラムを示す図である。

【図21】実施例１０における各標品の分子サイズと溶離時間との関係を示す図である。

【図22】実施例１０における吸光度の推移を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に本発明について詳述するが、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更して実施することができる。尚、本明細書において「～」という表現を用いる場合、その前後の数値又は物性値を含む表現として用いるものとする。

【0013】

（イオン交換体）
イオン交換体は、イオン交換能を有するものであれば特に限定されず、例えば、無機系イオン交換体、有機系イオン交換体等が挙げられる。

【0014】

無機系イオン交換体としては、例えば、シリカを骨格とするシリカ系イオン交換体；アルミナを骨格とするアルミナ系イオン交換体等が挙げられる。

【0015】

有機系イオン交換体としては、例えば、セルロース、デキストラン、アガロース等を骨格とする多糖類イオン交換体；ポリ（スチレン－ジビニルベンゼン）、ポリ（スチレン－エチルスチレン－ジビニルベンゼン）、ポリ（（メタ）アクリル酸－ジビニルベンゼン）、ポリジビニルベンゼン等を骨格とするポリスチレン系イオン交換樹脂；ポリ（メタクリル酸２，３－ジヒドロキシプロピル－二メタクリル酸エチレン）、ポリ（メタクリル酸ヒドロキシエチル－トリメチロールプロパントリメタクリレート）、ポリ（メタ）アクリル酸エステル等を骨格とするアクリル系イオン交換樹脂；ポリ（ビニルアルコール－トリアリルイソシアヌレート）等を骨格とするポリビニルアルコール系イオン交換樹脂；ポリ（２－ヒドロキシエチルビニルエーテル－ジエチレングリコールビニルエーテル）、ポリ（クロロエチルビニルエーテル－トリエチレングリコールビニルエーテル）等を骨格とするポリビニルエーテル系イオン交換樹脂等が挙げられる。

【0016】

これらのイオン交換体の中でも、工業的に多用されることから、有機系イオン交換体が好ましく、ポリスチレン系イオン交換樹脂、アクリル系イオン交換樹脂が更に好ましく、ポリスチレン系イオン交換樹脂が特に好ましい。

【0017】

イオン交換体の細孔半径分布は、本発明の測定方法で十分に測定できる範囲にあることから、０．１ｎｍ～１０００ｎｍが好ましく、０．１ｎｍ～６００ｎｍがより好ましく、０．１ｎｍ～２００ｎｍが更に好ましい。

【0018】

（逆サイズ排除クロマトグラフィー）
逆サイズ排除クロマトグラフィー（以下、「ＩＳＥＣ」と略す場合がある。）は、分子サイズ既知の標品を用いて、多孔質体の細孔構造を測定することができる。非特許文献１に具体的な方法が例示されている。

【0019】

イオン交換体の細孔分布を測定する目的でＩＳＥＣに用いる溶離液としては、例えば、水、水溶性溶媒を含む水溶液等が挙げられる。また、ＩＳＥＣに用いる溶離液に、緩衝成分の無機塩類や有機化合物等を含ませることもできる。イオン交換体の収縮を抑制するため、水溶性溶媒の濃度や緩衝成分の濃度は、低い方が好ましい。

【0020】

ＩＳＥＣを行う温度は、溶離体積の安定のため、カラムオーブン等で一定の温度にすることが好ましく、イオン交換体の実用的な使用の観点から、０℃～１００℃が好ましい。

【0021】

（分子サイズ既知の標品）
本発明の測定方法において、分子サイズ既知の標品として用いる化合物の選定が重要である。
分子サイズ既知の標品は、イオン交換体のイオン交換基との相互作用を実質的に有しない必要があることから、非イオン解離性化合物を用いることが好ましい。また、分子サイズ既知の標品は、イオン交換体を構成する骨格との相互作用を実質的に有しない必要があることから、例えば、有機系イオン交換体に対して、疎水性相互作用を実質的に有しない化合物を用いることが好ましい。このように、イオン交換体のイオン交換基やイオン交換体を構成する骨格との相互作用を実質的に有しない標品を選択することで、ＩＳＥＣを行った場合に、本来溶離すべき体積から遅れて溶離することが抑制され、より正確な細孔分布を測定することができる。
上記要素を鑑み、イオン交換体の細孔分布を測定するための分子サイズ既知の標品は、非イオン解離性化合物が好ましく、疎水性相互作用を実質的に有しないことから、非イオン解離性糖類がより好ましく、非イオン解離性多糖類、非イオン解離性単糖類が更に好ましい。

【0022】

非イオン解離性化合物は、実質的に非イオン解離性の化合物をいい、具体的には、水及び重水よりもイオン解離性が低い化合物をいい、より具体的には、酸性化合物の場合は酸解離定数の負の常用対数（ｐＫａ）が１４以上、塩基性化合物の場合は塩基解離定数の負の常用対数（ｐＫｂ）が１４以上の化合物をいう。非イオン解離性化合物としては、例えば、非イオン解離性多糖類、非イオン解離性単糖類、ポリ（エチレンカーボネート）の加水分解物、多価アルコール、メタノール等が挙げられる。
非イオン解離性糖類は、実質的に非イオン解離性の糖類をいい、例えば、非イオン解離性多糖類、非イオン解離性単糖類等が挙げられる。

【0023】

非イオン解離性化合物の分子量は、３２～５０，０００，０００が好ましく、３２～３０，０００，０００がより好ましく、３２～１０，０００，０００が更に好ましい。

【0024】

非イオン解離性多糖類としては、例えば、デキストラン、アガロース、アミロース、プルラン、イソマルトオリゴ糖、マルトオリゴ糖、フルクトオリゴ糖、ガラクトオリゴ糖、ラフィノース、イソマルトース、マルトース、スクロース、ラクトース等が挙げられる。これらの非イオン解離性多糖類は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。これらの非イオン解離性多糖類の中でも、分子サイズ情報が文献等で公知であることから、デキストラン、プルラン、マルトオリゴ糖、マルトース、イソマルトース、スクロースが好ましく、デキストランとマルトオリゴ糖との併用、プルランとマルトオリゴ糖との併用、デキストランとマルトオリゴ糖とマルトースとの併用、プルランとマルトオリゴ糖とマルトースとの併用がより好ましい。

【0025】

非イオン解離性単糖類としては、例えば、グルコース、ガラクトース、マンノース、フルクトース、エリトリトール、キシリトール、キシロース、Ｄ－マンノヘプツロース、ソルビトール等が挙げられる。これらの非イオン解離性単糖類は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。これらの非イオン解離性単糖類の中でも、デキストラン、プルラン及びマルトオリゴ糖との構造類似性の観点から、グルコースが好ましい。

【0026】

また、分子サイズ既知の標品は、例えば、天然物抽出液から脱塩と脱色を同時に行う用途等に用いられる、広範囲の細孔分布を有するイオン交換体を測定対象とするためには、非イオン解離性単糖類よりも分子サイズが小さい化合物を用いることが好ましい。
上記要素を鑑み、イオン交換体の細孔分布を測定するための分子サイズ既知の標品は、多価アルコール、メタノールが好ましい。

【0027】

多価アルコールとしては、例えば、グリセロール、エチレングリコール、ペンタエリトリトール等が挙げられる。これらの多価アルコールは、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。これらの多価アルコールの中でも、分子サイズ情報が文献等で公知であることから、グリセロール、エチレングリコールが好ましい。

【0028】

多価アルコールは、有機系イオン交換体に対して疎水性相互作用を実質的に有しないことから、ジエチレングリコール以上の分子量のポリエチレングリコール、そのモノアルキルエーテル類、そのジアルキルエーテル類を含まないことが好ましい。

【0029】

有機系イオン交換体に対して疎水性相互作用を実質的に有するため、分子サイズ既知の標品として、エタノール以上の分子量を有する１価アルコールを用いないことが好ましい。

【0030】

更に、分子サイズ既知の標品は、例えば、無機イオンの脱塩性能等を判定するためには、重水を用いることが好ましい。

【0031】

以上のことから、分子サイズ既知の標品は、非イオン解離性化合物群及び重水が好ましい。また、分子サイズ既知の標品は、非イオン解離性糖類、多価アルコール、メタノール及び重水からなる群より選ばれる少なくとも２種が好ましい。

【0032】

分子サイズ既知の標品の組合せは、広範囲の細孔分布を有するイオン交換体を測定対象とすることができることから、非イオン解離性化合物と重水との併用、非イオン解離性多糖類と非イオン解離性単糖類と多価アルコールと重水との併用、非イオン解離性多糖類と多価アルコールと重水との併用、非イオン解離性多糖類と非イオン解離性単糖類と重水との併用、非イオン解離性多糖類と多価アルコールとの併用、非イオン解離性多糖類とメタノールとの併用、非イオン解離性多糖類と多価アルコールとメタノールとの併用、非イオン解離性多糖類と非イオン解離性単糖類と多価アルコールとの併用、非イオン解離性多糖類と非イオン解離性単糖類とメタノールとの併用、非イオン解離性多糖類と非イオン解離性単糖類と多価アルコールとメタノールとの併用が好ましく、有機系イオン交換体に対して疎水性相互作用を実質的に有しないことから、非イオン解離性多糖類と非イオン解離性単糖類と多価アルコールと重水との併用、非イオン解離性多糖類と多価アルコールと重水との併用、非イオン解離性多糖類と非イオン解離性単糖類と重水との併用がより好ましく、非イオン解離性多糖類と非イオン解離性単糖類とグリセロールとエチレングリコールと重水との併用、非イオン解離性多糖類とグリセロールとエチレングリコールと重水との併用、非イオン解離性多糖類と非イオン解離性単糖類とグリセロールと重水との併用、非イオン解離性多糖類とグリセロールと重水との併用、非イオン解離性多糖類と非イオン解離性単糖類とエチレングリコールと重水との併用、非イオン解離性多糖類とエチレングリコールと重水との併用、非イオン解離性多糖類と非イオン解離性単糖類と重水との併用が更に好ましい。

【0033】

イオン交換体を構成するイオン交換基は、非解離状態にある場合はイオン交換基自体に疎水性が生じることから、解離状態にあることが好ましい。

【0034】

（標品の分子サイズ）
標品の分子サイズは、例えば、粘度法、蒸気圧法、浸透圧法、光散乱法等により測定することができる。
また、標品の分子サイズは、公知の文献にも記載されている。例えば、デキストランの分子サイズは、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ Ａ，７４３ （１９９６），ｐ３３に、マルトオリゴ糖の分子サイズは、Ｂｉｏｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，６ （２００５），ｐ１４３に、（ポリ）エチレングリコール、ポリエチレンオキシド、エタノール及びメタノールの分子サイズは、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ，２０６ （１９８１），ｐ４４９に、グリセロールの分子サイズは、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ，９０（１９８９），ｐ１２００に、水の分子サイズは、純水・超純水製造法－要素技術と応用システム－，大矢晴彦監修、１９８５年、幸書房刊、ｐ３にそれぞれ分子サイズ又はその計算方法が記載されている。
更に、標品の分子サイズは、サイズ排除クロマトグラフィー用標準品とした場合、製造ロットごとに分子量の情報が記載されている。
尚、重水の分子サイズは、水の分子サイズと同一として取り扱う。

【0035】

標品の分子サイズ（半径）は、０．１ｎｍ～１０００ｎｍが好ましく、０．１ｎｍ～６００ｎｍがより好ましく、０．１ｎｍ～２００ｎｍが更に好ましい。

【0036】

（細孔分布の測定方法）
細孔分布の測定方法は、測定するイオン交換体をカラムに充填し、分子サイズ既知の標品を注入し、サイズ排除クロマトグラフィーを行い、その溶離時間と通液速度から得られた溶離体積を分子サイズ順に並べ、イオン交換体単位体積あたりの溶離体積の差分とその差分を構成する分子サイズの体積平均値とをプロットすることで求める。

【0037】

（本発明の測定方法の応用）
本発明の測定方法を用いることで、イオン交換体の劣化度合いの判定やその用途に好適なイオン交換体の選択が可能となる。

【0038】

イオン交換体の劣化度合いの判定は、新品のイオン交換体の細孔分布と使用したイオン交換体の細孔分布とを、本発明の測定方法により測定し、得られた細孔分布を比較することで、新品からの劣化度合いを確認することができる。具体的には、イオン交換体全体としての細孔容積積算値の減少割合、イオン交換体の分離又は除去対象となる化合物・化合物群の分子サイズに相当する細孔径領域の細孔容積値の減少割合を求め、イオン交換体を新品に交換する又は使用しているイオン交換体を使用し続けるといった判定を行うことができる。

【0039】

その用途に好適なイオン交換体の選択は、イオン交換体の細孔分布を本発明の測定方法により測定し、その用途の目的と得られた細孔分布とを比較することで行うことができる。具体的には、ある用途にイオン交換体を用いる場合に、分離又は除去対象となる化合物・化合物群の分子サイズと、イオン交換体各銘柄の細孔分布とを比較し、該当する分子サイズ領域に細孔容積を有する、好ましくは該当する分子サイズに対してより大きな細孔容積を有するイオン交換体や該当する分子サイズよりも大きな細孔サイズに細孔分布が存在するイオン交換体を選択することで、最適銘柄のスクリーニング作業における絞り込みができる。

【実施例】

【0040】

以下、実施例を用いて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、以下の実施例の記載に限定されるものではない。

【0041】

（分子サイズ）
表１に示す各標品の分子サイズは、以下の文献に記載された数値又は計算式を用いた。
デキストランの分子サイズ：Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ Ａ，７４３ （１９９６），ｐ３３
マルトオリゴ糖の分子サイズ：Ｂｉｏｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，６ （２００５），ｐ１４３
（ポリ）エチレングリコール、ポリエチレンオキシド、エタノール及びメタノールの分子サイズ：Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ，２０６ （１９８１），ｐ４４９
グリセロールの分子サイズ：Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ，９０（１９８９），ｐ１２００
水の分子サイズ：純水・超純水製造法－要素技術と応用システム－，大矢晴彦監修、１９８５年、幸書房刊、ｐ３

【0042】

［実施例１］
内径１８ｍｍ、長さ２００ｍｍのポリカーボネート製カラムに、イオン交換体として「ダイヤイオン ＳＡＦ１１ＡＬ」（商品名、三菱ケミカル株式会社製、ゲル型アニオン交換樹脂、骨格：ポリ（スチレン－エチルスチレン－ジビニルベンゼン）、イオン交換基：トリメチルアンモニウム基）をクロル形として充填した。
サイズ排除クロマトグラフィーの構成装置及び評価条件を以下の通りとし、オートサンプラーにて分子サイズ既知の標品（図１に示す化合物）を注入し、その溶離時間を測定した。
ＨＰＬＣポンプ：「ＬＣ－２０ＡＴ」（機種名、株式会社島津製作所製）
オートサンプラー：「ＳＩＬ－２０Ａ」（機種名、株式会社島津製作所製）
カラムオーブン：「ＣＴＯ－１０ＡＳｖｐ」（機種名、株式会社島津製作所製）
示差屈折率検出器：「ＲＩＤ－１０Ａ」（機種名、株式会社島津製作所製）
溶離液：脱イオン水
通液速度：１．０ｍＬ／分
温度：３０℃

【0043】

各標品の分子量、分子量の常用対数、溶離時間、溶離体積、溶離体積の差分（負の値の場合は０）、分子サイズ（半径）、細孔半径（イオン交換体単位体積あたりの溶離体積の差分を構成する分子サイズの体積平均値）、細孔容積（イオン交換体単位体積あたりの溶離体積の差分）を、表１示す。

【0044】

【表1】

【0045】

各標品の分子量の常用対数と溶離体積との関係を、図１に示す。イオン交換体単位体積あたりの溶離体積の差分を構成する分子サイズの体積平均値（細孔半径）とイオン交換体単位体積あたりの溶離体積の差分（細孔容積）との関係を、図２に示す。
図１からも分かるように、本発明で規定された分子サイズ既知の標品を選択したため、図２のようにイオン交換体の細孔分布を測定することができた。

【0046】

［比較例１］
標品としてエタノール及びイソプロパノールを加えた以外は、実施例１と同様に操作を行った。
各標品の分子量の常用対数と溶離体積との関係を、図３に示す。
図３から分かるように、エタノールやイソプロパノールを用いたため、イオン交換体との疎水性相互作用により溶離体積が増大し、細孔分布を算出できなかった。

【0047】

［実施例２］
イオン交換体を「ダイヤイオン ＨＰＡ２５Ｌ」（商品名、三菱ケミカル株式会社製、ハイポーラス型アニオン交換樹脂、骨格：ポリ（スチレン－エチルスチレン－ジビニルベンゼン）、イオン交換基：トリメチルアンモニウム基）に変更し、標品としてグリセロール、エチレングリコール、メタノールを除いた以外は、実施例１と同様に操作を行った。
各標品の分子量の常用対数と溶離体積との関係を、図４に示す。イオン交換体の細孔半径と細孔容積との関係を、図５に示す。
図４からも分かるように、本発明で規定された分子サイズ既知の標品を選択したため、図５のようにイオン交換体の細孔分布を測定することができた。

【0048】

［比較例２］
標品を図６に示す化合物に変更した以外は、実施例２と同様に操作を行った。尚、ジエチレングリコール以上の分子量のポリエチレングリコールとして、ポリエチレンオキシド（分子量２，０００，０００～２１，０００）及びポリエチレングリコール（分子量１０，０００～４００）を用いた。
各標品の分子量の常用対数と溶離体積との関係を、図６に示す。
図６からも分かるように、エタノール、イソプロパノール、ジエチレングリコール以上の分子量のポリエチレングリコールを用いたため、イオン交換体との疎水性相互作用により溶離体積の増大又は揺らぎが起こり、細孔分布を算出できなかった。

【0049】

［実施例３］
イオン交換体を「ダイヤイオン ＨＰＡ５１２Ｌ」（商品名、三菱ケミカル株式会社製、ハイポーラス型アニオン交換樹脂、骨格：ポリ（スチレン－エチルスチレン－ジビニルベンゼン）、イオン交換基：トリメチルアンモニウム基）に変更し、標品としてグリセロール、エチレングリコール、メタノールを除いた以外は、実施例１と同様に操作を行った。
各標品の分子量の常用対数と溶離体積との関係を、図７に示す。イオン交換体の細孔半径と細孔容積との関係を、図８に示す。
図７からも分かるように、本発明で規定された分子サイズ既知の標品を選択したため、図８のようにイオン交換体の細孔分布を測定することができた。

【0050】

［実施例４］
イオン交換体を「ダイヤイオン ＰＡ３０８」（商品名、三菱ケミカル株式会社製、ポーラス型アニオン交換樹脂、骨格：ポリ（スチレン－エチルスチレン－ジビニルベンゼン）、イオン交換基：トリメチルアンモニウム基）に変更し、標品としてグリセロール、エチレングリコール、メタノールを除いた以外は、実施例１と同様に操作を行った。
各標品の分子量の常用対数と溶離体積との関係を、図９に示す。イオン交換体の細孔半径と細孔容積との関係を、図１０に示す。
図９からも分かるように、本発明で規定された分子サイズ既知の標品を選択したため、図１０のようにイオン交換体の細孔分布を測定することができた。

【0051】

［実施例５］
イオン交換体を「ダイヤイオン ＷＡ３０」（商品名、三菱ケミカル株式会社製、ポーラス型アニオン交換樹脂、骨格：ポリ（スチレン－エチルスチレン－ジビニルベンゼン）、イオン交換基：ジメチルアミノ基）に変更し、標品としてグリセロール、エチレングリコール、メタノールを除き、塩酸塩形として充填した以外は、実施例１と同様に操作を行った。
各標品の分子量の常用対数と溶離体積との関係を、図１１に示す。イオン交換体の細孔半径と細孔容積との関係を、図１２に示す。
図１１からも分かるように、本発明で規定された分子サイズ既知の標品を選択したため、図１２のようにイオン交換体の細孔分布を測定することができた。

【0052】

［実施例６］
イオン交換体を「ダイヤイオン ＵＢＫ５１０Ｌ」（商品名、三菱ケミカル株式会社製、ゲル型カチオン交換樹脂、骨格：ポリ（スチレン－エチルスチレン－ジビニルベンゼン）、イオン交換基：スルホン酸基）に変更し、標品としてグリセロール、エチレングリコール、メタノールを除き、ナトリウム形として充填した以外は、実施例１と同様に操作を行った。
各標品の分子量の常用対数と溶離体積との関係を、図１３に示す。イオン交換体の細孔半径と細孔容積との関係を、図１４に示す。
図１３からも分かるように、本発明で規定された分子サイズ既知の標品を選択したため、図１４のようにイオン交換体の細孔分布を測定することができた。

【0053】

［実施例７］
イオン交換体を「ダイヤイオン ＲＣＰ１６０Ｍ」（商品名、三菱ケミカル株式会社製、ハイポーラス型カチオン交換樹脂、骨格：ポリ（スチレン－エチルスチレン－ジビニルベンゼン）、イオン交換基：スルホン酸基）に変更し、標品としてグリセロール、エチレングリコール、メタノールを除き、ナトリウム形として充填した以外は、実施例１と同様に操作を行った。
各標品の分子量の常用対数と溶離体積との関係を、図１５に示す。イオン交換体の細孔半径と細孔容積との関係を、図１６に示す。
図１５からも分かるように、本発明で規定された分子サイズ既知の標品を選択したため、図１６のようにイオン交換体の細孔分布を測定することができた。

【0054】

［実施例８］
イオン交換体を「ダイヤイオン ＷＫ１０Ｓ」（商品名、三菱ケミカル株式会社製、ポーラス型カチオン交換樹脂、骨格：ポリ（メタクリル酸－エチルスチレン－ジビニルベンゼン）、イオン交換基：カルボキシル基）に変更し、標品としてグリセロール、エチレングリコール、メタノールを除き、ナトリウム形として充填した以外は、実施例１と同様に操作を行った。
各標品の分子量の常用対数と溶離体積との関係を、図１７に示す。イオン交換体の細孔半径と細孔容積との関係を、図１８に示す。
図１７からも分かるように、本発明で規定された分子サイズ既知の標品を選択したため、図１８のようにイオン交換体の細孔分布を測定することができた。

【0055】

［実施例９］イオン交換体の劣化度合いの判定
内径１８ｍｍ、長さ２００ｍｍのポリカーボネート製カラムに、イオン交換体として「ＦＰＡ９０ＣＬ」（商品名、ダウケミカル社製、アニオン交換樹脂、骨格：ポリスチレン系、イオン交換基：強塩基型）の新品及び蔗糖液脱色に使用した２種類の使用品（それぞれ使用品１、使用品２という。）の合計３種類をクロル形としてそれぞれ充填した。
その後、標品としてグリセロール、エチレングリコール、メタノールを除いた以外は、実施例１と同様の条件でサイズ排除クロマトグラフィーを行い、その溶離時間を測定した。
新品、使用品１、使用品２のイオン交換体の細孔半径と細孔容積との関係を、図１９に示す。
図１９からも分かるように、使用品１（総イオン交換容量：０．９５ｅｑ／Ｌ）は、新品（総イオン交換容量：１．１３ｅｑ／Ｌ）とほぼ同一の細孔分布を示すのに対し、使用品２（総イオン交換容量：０．７８ｅｑ／Ｌ）は、細孔半径１ｎｍ～２ｎｍ領域の細孔容積が小さくなっていて、細孔の閉塞を確認することができた。

【0056】

［実施例１０］脱色工程に好適なイオン交換体の選択
本実施例は、ステビア葉由来のステビア甘味料製造におけるアニオン交換脱塩及び脱色工程に用いるアニオン交換樹脂の選択に関するものである。
ステビア葉からステビオール配糖体含有液を得る方法は、「ダイヤイオンマニュアル２」（ｐ３２９、三菱化学株式会社発行）に倣った。即ち、ステビア葉を６０℃にて抽出し、塩化カルシウム及び酸化マグネシウムを添加後に濾過を行い、抽出液を得た。この抽出液を合成吸着剤「セパビーズ ＳＰ７００」（商品名、三菱ケミカル株式会社製）に通液し、ステビオール配糖体を吸着させ、水洗押し出しを行った。次に、８５％メタノール水溶液にて溶離された画分及び更なる水洗押し出し画分をまとめて、ステビオール配糖体の約４０％メタノール水溶液を得た。この水溶液を、カチオン交換樹脂「ダイヤイオン ＳＫ１ＢＨ」（商品名、三菱ケミカル株式会社製）に通液してカチオン成分を脱塩し、アニオン交換脱塩及び脱色に供するステビオール配糖体の約４０％メタノール水溶液を得た。

【0057】

得られたステビオール配糖体の約４０％メタノール水溶液の物性は、以下の通りである。
ステビオシド濃度：１７．５ｍｇ／ｍＬ
レバウジオシドＡ濃度：１．３ｍｇ／ｍＬ
電気伝導度：６１μＳ／ｃｍ
ｐＨ：３．５
４２０ｎｍ吸光度：４．５５ＡＵ（セル光路長：１ｃｍ）

【0058】

得られたステビオール配糖体の約４０％メタノール水溶液中の色素成分について、サイズ排除クロマトグラフィーを行った。サイズ排除クロマトグラフィーの構成装置及び評価条件を以下の通りである。
ＨＰＬＣポンプ：「ＬＣ－１０ＡＳ」（機種名、株式会社島津製作所製）
デガッサー：「ＤＧＵ－１２Ａ」（機種名、株式会社島津製作所製）
オートサンプラー：「ＳＩＬ－１２ＡＦ」（機種名、株式会社島津製作所製）
紫外・可視吸光度検出器：「ＳＰＤ－６ＡＶ」（機種名、株式会社島津製作所製）
示差屈折率検出器：「ＳＥ－７１」（機種名、昭和電工株式会社製）
カラム：「Ｓｕｐｅｒｄｅｘ ７５」（商品名、ＧＥヘルスケア社製）
カラムサイズ：内径１０ｍｍ、長さ３００ｍｍ
溶離液：１５ｍＭリン酸ナトリウム緩衝液（ｐＨ７．０）
通液速度：０．８ｍＬ／分
温度：２５℃

【0059】

波長４２０ｎｍにて測定したクロマトグラムを、図２０に示す。示差屈折率検出器にて測定したクロマトグラムから得られた各標品（分子量既知のＧＰＣ分析用デキストラン標準品各種、マルトオリゴ糖標準品各種、マルトース、グルコース及び重水）の分子サイズと溶離時間との関係を、図２１に示す。
図２０と図２１との比較から、カラムの排除限界溶離時間である約１０分より前の異常ピークを除くと、ステビオール配糖体の約４０％メタノール中の色素成分の分子サイズは、半径で５ｎｍ程度まで存在することが分かった。

【0060】

アニオン交換樹脂として「ダイヤイオン ＰＡ３０８」（商品名、三菱ケミカル株式会社製）、「ダイヤイオン ＨＰＡ５１２Ｌ」（商品名、三菱ケミカル株式会社製）及び「ダイヤイオン ＨＰＡ２５Ｌ」（商品名、三菱ケミカル株式会社製）を用い、得られたステビオール配糖体の約４０％メタノール水溶液を以下の条件で通液し、フラクションを採取し、諸物性を測定した。
カラム径：１５ｍｍ
樹脂量：４０ｍＬ
通液速度：２８０ｍＬ／時間
温度：２５℃

【0061】

波長４２０ｎｍ、１ｃｍ光路長にて紫外分光計を用いて測定した吸光度の推移を、図２２に示す。通液量の増加に伴い脱色能力が低下して吸光度が上昇するが、３商品の中で「ダイヤイオン ＰＡ３０８」が最も早く吸光度が上昇し、次いで、「ダイヤイオン ＨＰＡ５１２Ｌ」の吸光度が上昇、「ダイヤイオン ＨＰＡ２５Ｌ」の吸光度上昇までの通液量が最も多くなった。
この結果を、図５（「ダイヤイオン ＨＰＡ２５Ｌ」）、図８（「ダイヤイオン ＨＰＡ５１２Ｌ」）、図１０（「ダイヤイオン ＰＡ３０８」）の細孔分布と比較すると、細孔半径２ｎｍ以上の細孔分布がほとんど存在しない「ダイヤイオン ＰＡ３０８」が吸光度上昇までの通液量が最も少なく、細孔半径１～１０ｎｍの領域に細孔分布が存在するものの、その大部分が１～５ｎｍに存在する「ダイヤイオン ＨＰＡ５１２Ｌ」の吸光度が次いで上昇する。一方、「ダイヤイオン ＨＰＡ２５Ｌ」は、細孔半径１～２０ｎｍの領域に万遍なく細孔分布が存在することから、様々な分子量の色素成分が樹脂細孔内に拡散浸透し得るため、吸光度上昇までの通液量が最も多くなった。
また、先述したように、図２０と図２１との比較から、ステビオール配糖体の約４０％メタノール中の色素成分の分子サイズは、半径で５ｎｍ程度まで存在するため、この色素成分を効率よく脱色するためには、細孔半径５ｎｍにも充分な細孔容積が存在するアニオン交換樹脂である「ダイヤイオン ＨＰＡ２５Ｌ」を選択する必要があることが分かった。

【産業上の利用可能性】

【0062】

本発明の測定方法は、工業用イオン交換樹脂を含むイオン交換体全般の湿潤状態の細孔分布の測定に適する。また、本発明の測定方法を用いることで、イオン交換体の劣化度合いの判定やその用途に好適なイオン交換体の選択が可能となる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】