JP4968815B2 - エマルジョンの自動分離方法 - Google Patents

Description

本発明は、エマルジョンをフィルターに通して２相に分離する方法に関する。

食品、医療、化粧品、塗料、接着剤または油剤などの分野における研究開発において、互いに相溶解しない液体を攪拌混合してエマルジョン化し、再度２相に分離回帰させることがある。例えば、合成物の粗精製、血中薬物の抽出または農作物の残留農薬抽出などのために、液液抽出を行なう際に必要な工程である。その際に、遠心分離法に代えて、エマルジョンをフィルターに通して２相に分離する方法が特許文献１および特許文献２に開示されている。

特許文献１では、水とポリカーボネート溶液からなるエマルジョンを、水との接触角が４０度以下のフィルターに通すことによって、水溶液相とポリカーボネート溶液相とに分離している。

特許文献２では、液中に油を含むエマルジョンを、それぞれ繊維径および繊維密度を段階的に変えた複数層のフィルターからなる第１セパレーターと第２セパレーターとに通して分離している。具体的には、被処理液を第１セパレーターに繊維径が大きくてかつ繊維密度の粗い方から、繊維径が小さくかつ繊維密度の細かい方に向かって通して、粗大なごみの除去および油分をある程度肥大化させる。ついで被処理液を第２セパレーターに繊維径が小さくてかつ繊維密度の細かい方から、繊維径が大きくかつ繊維密度の粗い方に向かって通すことで、エマルジョンを２相に分離している。

特公昭４６−４１６２２号公報（第３欄） 特開平８−３０９１０２号公報（段落番号００２０〜００２１、図２）

特許文献１、２に記載の発明は、特定のエマルジョンを画一的に大量処理するのには適しているが、少量の各種の試液を処理する際には適さないことがある。研究室などでは新薬の開発、含有成分の検出などのために多種多様なエマルジョンを取り扱い、その取扱量は少量で足りる。各試験では別試液の混入を防ぐため試験毎に容器やフィルターを交換する必要があるが、特許文献１、２では、一度装置を組んでしまえば目詰まりや老朽化がない限りフィルターを交換することはなく、研究室レベルでの分離方法には適用できないからである。

研究室などでの試験操作の殆どは手作業で行われており、個々の試液の試験手順は基本的に共通している。したがって、研究者は試液の分注操作などの単純作業を繰り返し行なうだけで多くの手間暇を要しており、非常に煩雑であった。単純作業とは言え、データの正確性を確保するために、ある程度の熟練を要し、有能な研究者が煩雑な作業に拘束される無駄が生じていた。

そこで本発明の目的は、多種多様な少量の試液の分注やエマルジョンの分離など一連の操作の自動化および無人化を図り、試験に要するコストを削減することにある。本発明の目的は、機械化を図って常に一定の試液を作成でき、確度の高いデータを得ることにある。

本発明のエマルジョンの自動分離方法では、エマルジョン化した試液をフィルターに通して２相に分離するために、処理テーブル２上をＸＹＺ方向に移動可能なアーム４と、アーム４に設けた試液分注用のプローブ５と、プローブ５に試液を吸引保持したプローブ５から試液を排出する分注手段とを含む自動分注装置１を備えている。

そして分離方法は、図３に示すごとく、プローブ５によって、分散媒容器１５から分散媒１６をエマルジョン容器７に分注する第１工程と、プローブ５によって、分散液容器１７から分散液１８をエマルジョン容器７に分注する第２工程と、エマルジョン容器７内において上下２相に分かれている分散媒１６と分散液１８とを、攪拌混合してエマルジョン化する第３工程と、プローブ５によって、エマルジョン化された試液をエマルジョン容器７から分離容器１１へと、分離容器１１上に配されたフィルター１３を通して分注することにより、エマルジョン化された試液を分離容器１１内で分散媒１６と分散液１８の２相に再分離する第４工程とからなる。なお、図３の第２工程図では、エマルジョン容器７内において分散媒１６が下方に、分散液１８が上方に積相しているが、分散媒１６や分散液１８の比重によってはこれが上下逆転することもある。

第１ないし第４工程の各工程において、それぞれ次の工程に移る前には、リンスステーション２０でプローブ５を洗浄する。エマルジョンとは、互いに溶解しない２つの液相からなり、一方の液相（分散液）が他方の液相（分散媒）に微粒子状に分散している状態をいい、乳濁液ともいう。

本発明によれば、試液の分注からエマルジョンの分離にわたる第１ないし第４工程の一連の作業を自動的に行なえるので、この操作に研究員が付きっきりになる必要がなくなり、これらの作業に要する人的コストを大幅に削減できる。自動分注装置の分注手段によって分注量などを精密に量れるので、常に一定量の試液を分注でき、確度の高いデータが得られる。

次の工程に移る前にプローブ５の内外面に付着している残留試液をリンスステーション２０で洗い落せば、各工程で扱う試液に他の試液が混ざることがなく、正確なデータを得るに有利である。

図１および図２は本発明方法を実施するのに用いる自動分注装置１を示しており、処理テーブル２に隣接配置されている。自動分注装置１は、アーム４を駆動する本体部２５と、本体部２５に連結されて処理テーブル２上をＸＹＺ方向に移動するアーム４と、アーム４に設けた中空針状のステンレス製プローブ５と、プローブ５に正圧または負圧を作用させてプローブ５に試液を吸引保持したりプローブ５から試液を排出する分注手段とを備えている。分注手段は図外の三方弁シリンジポンプを使用しており、三方弁シリンジポンプとプローブ５とが、フレキシブルなチューブによってつながっている。

これらの機器の動作はコンピュータ制御されており、自動分注装置１の動作手順を時間の経過に従って制御する専用のプログラムソフトが組み込んである。試験を行う前に、試液の種類とその収容位置、および分注量などの試験パラメータを例えばキーボードで入力することにより分注手順が決定され、任意の分注工程で任意の場所にアーム４を移動させることにより、プローブ５で試液を正確に吸引保持し、次に保持していた試液を排出できる。

処理テーブル２上には、エマルジョン容器７を保持するエマルジョン生成ラック８と、エマルジョン生成ラック８の下方に設置され、エマルジョン容器７内の試液を攪拌混合してエマルジョンを生成するスターラー９と、分離容器１１を保持するフィルターラック１２と、分散媒１６を収容する分散媒容器１５と、分散液１８を収容する分散液容器１７と、プローブ５を洗浄するリンスステーション２０とが、それぞれ任意位置に配置してある。図１および図２における機器の配置は一例であって、他の異なる配置でもよい。上記のようにアーム４の動きは全てコンピュータ制御されているので、その配置に合わせてアーム４の動きを設定できるからである。

エマルジョン生成ラック８とフィルターラック１２とには、それぞれ複数個のエマルジョン容器７と分離容器１１とが起立状に保持されており、各エマルジョン容器７内には攪拌子を入れてある。スターラー９には、各エマルジョン容器７の位置に対応させた複数個の磁石が内蔵されており、これを回転させるとエマルジョン容器７内の攪拌子が回転し、エマルジョン容器７内の試液を攪拌混合できる。

フィルターラック１２上の各分離容器１１の上方には、フィルターが配されている。具体的には、図３の第４工程図において分離容器１１の開口上端に内嵌する円形の筒部と、筒部の上端外周縁に設けたフランジと、筒部の下端に連設した細管部と、分離容器１１の開口上端に嵌合する上蓋とからなる注射器状のカラム１４を使用し、カラム１４の筒部内に円盤状のフィルター１３が配されている。このカラム１４を分離容器１１の上端内部に上方から装着し、上蓋の中央にはプローブ５が密着状に挿通される挿通孔が貫通状に設けられている。

処理テーブル２上にはリンスステーション２０が設けられており、ここに洗浄水を収容した容器が配されている。リンスステーション２０にプローブ５を突入して洗浄水を吸引排出するオーバーフロー方式により、プローブ５の内外面が洗浄される。

〈準備工程〉
処理テーブル２上のエマルジョン生成ラック８およびフィルターラック１２に、それそれ必要個数、すなわち試液の種類や試験回数分のエマルジョン容器７および分離容器１１をセットし、各分離容器１１の上方に試液に対応したフィルターを設置する。分散媒容器１５および分散液容器１７は、一定の試液を配合量を変更して混合する場合は図１および図２に示すように一種類でよいが、種々の試液を使用する場合にはそれら全てを配置しておく。次いで、コンピュータのプログラムソフトに各工程におけるアーム４の移動工程や移動場所、および試液の分注量などを入力する。これらの作業は人手で行うが、後の第１〜第４工程は自動分注装置１が行ってくれる。

〈第１工程〉
まず、自動分注装置１のアーム４が分散媒容器１５上に移動し、分注手段でプローブ５に分散媒１６を所定量吸引保持し、プローブ５から分散媒１６をエマルジョン生成ラック８上のひとつのエマルジョン容器７に排出する。これを繰り返して分散媒容器１５内の分散媒１６をエマルジョン生成ラック８の各エマルジョン容器７に所定量ずつ順次分注して行く。全てのエマルジョン容器７に分散媒１６を分注し終えると、リンスステーション２０でプローブ５は洗浄される。

〈第２工程〉
次に、アーム４が分散液容器１７上に移動して、分注手段でプローブ５に分散液１８を所定量吸引保持し、プローブ５から分散液１８をエマルジョン生成ラック８上のひとつのエマルジョン容器７に排出する。これを繰り返して、分散液容器１７内の分散液１８をエマルジョン生成ラック８の各エマルジョン容器７に所定量ずつ順次分注していく。第２工程での分注順序は、第１工程での分注順序と同一である。全てのエマルジョン容器７に分散液１８を分注し終えると、再びリンスステーション２０でプローブ５は洗浄される。

〈第３工程〉
各エマルジョン容器７に分散媒１６および分散液１８を分注し終えると、スターラー９が起動してエマルジョン容器７内の分散媒１６および分散液１８を攪拌混合し、エマルジョン化される。スターラー９の起動タイミングや攪拌時間もコンピュータのプログラムソフトで制御されており、起動・攪拌・停止は全自動で行われる。

〈第４工程〉
スターラー９によってエマルジョン容器７内の分散媒１６および分散液１８がエマルジョン化したら、プローブ５でエマルジョン容器７内の全エマルジョン１９を吸引保持したのちに、プローブ５がカラム１４の上蓋の挿通孔に挿通してエマルジョン１９をカラム１４内に排出し、エマルジョン１９をフィルター１３に通して分離容器１１に分注する。カラム１４の上蓋の挿通孔にプローブ５が挿通されると、カラム１４は密閉状態となり、ここにエマルジョン１９を注入するとカラム１４の内部圧力が上昇してエマルジョン１９は加圧状にフィルター１３を透り、これでエマルジョン１９が分離容器１１内において分散媒１６と分散液１８とに分離される。また、カラム１４と分離容器１１とは密着していないので、分離容器１１の内部空気の逃げ道も確保されている。

（試験例）
上記の自動試験装置を用いて、馬血清中の含有薬物成分測定用の試液と、オレンジジュースの色素量試験用の試液を作成した。本試験例では、分散液１６は馬血清および果汁１００％のオレンジジュースであり、分散媒１８には馬血清に対してｎ−ヘキサンおよびクロロホルムを、オレンジジュースに対して２，２，４−トリメチルペンタンをそれぞれ使用した。オレンジジュースは、試験に際してジュース５ｍｌに対して0.５ｍｌの塩酸を添加してｐＨを調整した。

〈準備工程〉
エマルジョン容器７としてバイアルを、分離容器１１として試験管をそれぞれ３個ずつ用意し、エマルジョン生成ラック８とフィルターラック１２の所定位置にセットした。試験管１１上に設置するフィルター１３は、ｎ−ヘキサン分散媒エマルジョン用に、ＰＴＦＥ製２０μｍ細孔フィルター内蔵のインキュベーションカラム（Ｉｎｔａｖｉｓ社製）を、クロロホルム分散媒エマルジョン用に、ＰＴＦＥ製１μｍ細孔フィルター内蔵のカラム（Ｗｈａｔｍａｎ社製）を、オレンジジュースエマルジョン用に、ＰＥ製２０μｍ細孔フィルター内蔵のインキュベーションカラム（Ｉｎｔａｖｉｓ社製）をそれぞれ使用した。

〈第１〜第４工程〉
処理テーブル２上には、分散媒容器１５としてｎ−ヘキサン、クロロホルムおよび２，２，４−トリメチルペンタンのそれぞれを収容した試液瓶を３個配置し、分散液容器１７として馬血清を収容した試液瓶ひとつと、ｐＨ調整オレンジジュースを収容したバイアルひとつを配置した。その後、プログラムソフトにアーム４の移動手順や各試液の分注量などの必要データを入力して自動分注装置１を起動したところ、上記第１〜第４工程が自動で遂行されてエマルジョンが全自動で２相に分離された。なお、本試験例では、第１、第２および第４工程において、次の工程に移る前以外にも、一回の分注毎にリンスステーション２０でプローブ５を洗浄した。

全ての工程が終了したのち、試験管１１上のフィルター１３を手で取り外して分散媒１８をスポイトで取り出し、含有薬物量の測定など次ステップの各試験を行った。

本発明者らは、本発明の自動分離方法の信頼性を評価するために、遠心分離機でエマルジョンを分離した場合と比較した。その結果、本発明によれば遠心分離機で分離した場合と同等もしくはそれ以上に、明確にエマルジョンが２相に分離されることを確認できた。

上記の実施例では、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸のそれぞれに移動可能な３つの腕からなるアーム４を例示したが、その必要はない。例えば、産業用ロボットなどで使用されているような１本のアームがＸＹＺ方向に移動できるものでもよい。

本発明で使用する装置の斜視図 処理テーブル上の機器の配置例を示す概略平面図 各工程を示す概念図

符号の説明

１ 自動分注装置
２ 処理テーブル
４ アーム
５ プローブ
７ エマルジョン容器
８ エマルジョン生成ラック
９ スターラー
１１ 分離容器
１２ フィルターラック
１５ 分散媒容器
１７ 分散液容器
２０ リンスステーション

Claims (2)

1. エマルジョン化した試液をフィルターに通して２相に分離するために、処理テーブル（２）上をＸＹＺ方向に移動可能なアーム（４）と、アーム（４）に設けた試液分注用のプローブ（５）と、プローブ（５）に試液を吸引保持したプローブ（５）から試液を排出する分注手段とを含む自動分注装置（１）を備えており、
   プローブ（５）によって、分散媒容器（１５）から分散媒（１６）をエマルジョン容器（７）に分注する第１工程と、
   プローブ（５）によって、分散液容器（１７）から分散液（１８）をエマルジョン容器（７）に分注する第２工程と、
   エマルジョン容器（７）内において上下２相に分かれている分散媒（１６）と分散液（１８）とを、攪拌混合してエマルジョン化する第３工程と、
   プローブ（５）によって、エマルジョン化された試液をエマルジョン容器（７）から分離容器（１１）へと、分離容器（１１）上に配されたフィルター（１３）を通して分注することにより、エマルジョン化された試液を分離容器（１１）内で分散媒（１６）と分散液（１８）の２相に再分離させる第４工程とからなるエマルジョンの自動分離方法。
2. 第１ないし第４工程の各工程において、それぞれ次の工程に移る前にリンスステーション（２０）で前記プローブ（５）を洗浄する請求項１記載のエマルジョンの自動分離方法。

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