Retention Behavior of Rare Earth Elements in High Speed Counter Current Chromatography with Polyethylene Glycol/Sodium Sulfate Aqueous Two-Phase SystemHaruna WATANABE and Masami SHIBUKAWA PEG/

(1)

PEG/硫酸ナトリウム水性二相系高速向流クロマトグラフィーにおける希土類元素の保持挙動

日大生産工（院）○渡辺春菜日大生産工渋川雅美

【緒言】高速向流クロマトグラフィー(HSCCC) は，強い遠心力とアルキメデスのスクリュー効果によって液体をカラム内に固定し，その液体と混和しない他の液体を送液する分離システムである。液体を固定相として用いるため，溶質の吸着剤への不可逆的な吸着による損失がないという特徴があり， HPLC に匹敵する高い効率で物質を分離することが可能である。一方，

有機溶媒を用いない環境に優しい抽出法として水性二相抽出法がある。水性二相抽出系は，

2 種類の水溶性高分子または高分子と塩の水溶液を用いて構成される。最近，当研究室ではポリエチレングリコール(PEG)-Na

2

SO

4

水性二相系を希土類元素の分離に適用するための基礎的検討について報告した。

¹⁾

さらに，この水性二相系を HSCCC に導入し，数種の希土類元素の相互分離に成功した。

¹⁾

しかし，その保持機構については明らかにされていない。そこで，

本研究では PEG-Na

2

SO

4

水性二相系 HSCCC における希土類元素の保持機構の解明を目的として検討を行った。

【実験】HSCCC 装置には，東日本セミコンダクタテクノロジーズ製 J 型高速向流クロマトグラフを用い，カラムチューブには，内径 2.0

mm，チューブ内容量 17.5 ml のテフロンチュ

ーブを用いた。水性二相抽出系は， PEG#1000，

Na

2

SO

4

，MES,BES 緩衝溶液，アセチルアセトンを混合して構成し， PEG に富む相を固定相，

Na

2

SO

4

に富む相を移動相とした。試料溶液としては，La， Nd， Ce， Yb の原子吸光分析用標準溶液を移動相で 0.05 mM に希釈したものを用いた。これらの希土類元素は，ポストカラム反応試薬として Arsenazo-Ⅲを用いることにより検出した。検出器は UV-VIS 検出器を用い，

検出波長は 650 nm とした。溶液の流量は全て

1.0 ml/min とし，また HSCCC 装置の回転速度は 750 rpm とした。図 1 に HSCCC システムの概略を示す。

【結果及び考察】初めに固定相(PEG 相)の pH に対する希土類元素の保持の依存性について検討した。その結果を図 2 に示す。固定相の pH を 7.22 としたところ , 各希土類元素は La<Ce<Nd の順に溶出し,保持に差が生じた。

pH 6.87 の時は，各希土類元素の保持時間はい

ずれも約 15 min であり,各希土類元素間に保持

の差はほとんど見られなかった。また,どちらの場合においても Yb の検出は行えなかった。

さらに pH6.18 としたところ,全ての希土類元素

を検出することができた。このとき,Yb の保持は他の希土類元素よりも大きくなった。これらの結果から,固定相の pH が高くなると各希土類元素の保持は大きくなることがわかった。固定相の pH が高いとき,希土類元素はアセチルアセトナト錯体を形成し,固定相へ分配される。

よって,希土類元素のアセチルアセトナト錯体の安定度定数は,原子番号が大きいほど大きいことから,希土類元素の保持は,アセチルアセトナト錯体の安定度定数に依存していると考えられる。

図1 HSCCC図

1 HSCCCシステム

システム Pump 1

HSCCC

Pump 2 UV-VIS

detector Waste

0.1 mM Arsenazo-III solution (pH 2.5) 1. Stationary phase

Sample loop

Injector

2. Mobile phase PEG#1000 rich-phase

Na₂SO₄rich-phase

図1 HSCCC図

1 HSCCCシステム

システム Pump 1

HSCCC

Pump 2 UV-VIS

detector Waste

0.1 mM Arsenazo-III solution (pH 2.5) 1. Stationary phase

Sample loop

Injector

2. Mobile phase PEG#1000 rich-phase

Na₂SO₄rich-phase

Retention Behavior of Rare Earth Elements in High Speed Counter Current Chromatography with Polyethylene Glycol/Sodium Sulfate Aqueous Two-Phase System

Haruna WATANABE and Masami SHIBUKAWA

(2)

次に,数種の希土類元素の相互分離を達成した際,金属試料溶液は移動相よりも酸性であったことに着目し

⁽¹⁾

,金属試料溶液の pH を低くして,検討を行った。今回の検討では,Yb 試料溶液に 1MHCl,HNO

3

をそれぞれ添加し,pH2.17 に調整して検討を行った。その結果を図 3 に示す。図 3 のクロマトグラムから Yb

は約 17 min に溶出していることがわかる。こ

れは図 2 の固定相 pH6.18のクロマトグラムと

比較すると,保持時間がほとんど同じであり, さらに,ピークの広がりは減少していることがわかる。この結果は,試料溶液に添加した H

⁺

の影響によるものであるかを調べるために,経過時間における移動相の pH 測定を行った。その結果を図 4 に示す。図 4 より,約 20 min 付近で H

⁺

は最も溶出していることがわかった。

以上の結果から,Yb と H

⁺

の保持は Yb<H

⁺

であることがわかった。このことから,固定相に分配された Yb は,保持の遅いH

⁺

が流れてくることによって,固定相の pHが低くなり,移動相に分配したと考えられる。つまり,Yb は保持の遅い H

⁺

によって押し出され,溶出したと考えられる。さらに,図 3 においてマイナスピークが観測され,これは H

⁺

の保持時間と一致する。この結果から, Yb が溶出した後,H

⁺

が溶出したと考えられる。また,Arsenazo-Ⅲと H

⁺

が共存することで吸光度が変化し,マイナスピークとなったと考えられる。

1) 日本大学生産工学部修士論文栗林弘晃 (2004)

-5 0 5 10 15 20 25

3 13 23 33 43 53

Retention time (min) 図4 [H 図 4 [H

⁺⁺

] ]の溶出量と保持時間の関係の溶出量と保持時間の関係緩衝溶液:1 mM BES 緩衝溶液 :1 mM BES溶液溶液 ( (固定相固定相pH 6.50) pH 6.50) 酸:1M HCl,HNO 酸 :1M HCl,HNO

₃₃

[H

+

] (m o l/ d m

3

)

x10

^-5

-5 0 5 10 15 20 25

3 13 23 33 43 53

Retention time (min) 図4 [H 図 4 [H

⁺⁺

] ]の溶出量と保持時間の関係の溶出量と保持時間の関係緩衝溶液:1 mM BES 緩衝溶液 :1 mM BES溶液溶液 ( (固定相固定相pH 6.50) pH 6.50) 酸:1M HCl,HNO 酸 :1M HCl,HNO

₃₃

[H

+

] (m o l/ d m

3

)

x10

^-5

0 10 20 30 40 50

0 10 20 30 40

0 10 20 30 40 50

30 20 40 50 20 30 40 50

10 0 10 20 30 40 10

0

⁰

10

¹⁰

20

²⁰

30

³⁰

40

⁴⁰

50

⁵⁰

0 0 10 10 20 20 30 30 40 40

⁰

0 10

¹⁰

20 30 40 50

²⁰ ³⁰ ⁴⁰ ⁵⁰

0 0

Retention time (min)

A b so rb a n ce

① ② ③

図

図 2 2

固定相の

固定相の pH pH

に対するランタノイドの保持の依存性

①

① pH:6.18 pH:6.18 ② ② pH:6.87 ③ pH:6.87 ③ pH:7.22 pH:7.22 La

Ce Nd

Yb Yb

Nd

Yb Nd

Ce Ce

La La

0 10 20 30 40 50

0 10 20 30 40

0 10 20 30 40 50

30 20 40 50 20 30 40 50

10 0 10 20 30 40 10

0

⁰

10

¹⁰

20

²⁰

30

³⁰

40

⁴⁰

50

⁵⁰

0 0 10 10 20 20 30 30 40 40

⁰

0 10

¹⁰

20 30 40 50

²⁰ ³⁰ ⁴⁰ ⁵⁰

0 0

Retention time (min)

A b so rb a n ce

① ② ③

図

図 2 2

固定相の

固定相の pH pH

に対するランタノイドの保持の依存性

①

① pH:6.18 pH:6.18 ② ② pH:6.87 ③ pH:6.87 ③ pH:7.22 pH:7.22 La

Ce Nd

Yb Yb

Nd

Yb Nd

Ce Ce

La La

0 10 20 30 40 50 60

図図3

3 Yb Yb試料溶液に酸を添加した時のクロマトグラム

試料溶液に酸を添加した時のクロマトグラム固定相

固定相

pH:6.50 pH:6.50

Retention time (min)

A b so rb an ce

Yb

0 10 20 30 40 50 60

図図3

3 Yb Yb試料溶液に酸を添加した時のクロマトグラム

試料溶液に酸を添加した時のクロマトグラム固定相

固定相

Retention Behavior of Rare Earth Elements in High Speed Counter Current Chromatography with Polyethylene Glycol/Sodium Sulfate Aqueous Two-Phase SystemHaruna WATANABE and Masami SHIBUKAWA PEG/

PEG/硫酸ナトリウム水性二相系高速向流クロマトグラフィーにおける 希土類元素の保持挙動

日大生産工（院）○渡辺 春菜 日大生産工 渋川 雅美

有機溶媒を用いない環境に優しい抽出法とし て水性二相抽出法がある。水性二相抽出系は，

2 種類の水溶性高分子または高分子と塩の水 溶液を用いて構成される。最近，当研究室では ポリエチレングリコール(PEG)-Na

SO

水性二 相系を希土類元素の分離に適用するための基 礎的検討について報告した。

さらに，この水 性二相系を HSCCC に導入し，数種の希土類元 素の相互分離に成功した。

しかし，その保持 機構については明らかにされていない。 そこで，

本研究では PEG-Na

SO

水性二相系 HSCCC に おける希土類元素の保持機構の解明を目的と して検討を行った。

【実験】HSCCC 装置には，東日本セミコンダ クタテクノロジーズ製 J 型高速向流クロマト グラフを用い，カラムチューブには，内径 2.0

mm，チューブ内容量 17.5 ml のテフロンチュ

ーブを用いた。水性二相抽出系は， PEG#1000，

Na

SO

，MES,BES 緩衝溶液，アセチルアセト ンを混合して構成し， PEG に富む相を固定相，

Na

SO

検出波長は 650 nm とした。溶液の流量は全て

1.0 ml/min とし，また HSCCC 装置の回転速度 は 750 rpm とした。図 1 に HSCCC システムの 概略を示す。

【結果及び考察】初めに固定相(PEG 相)の pH に対する希土類元素の保持の依存性について 検討した。その結果を図 2 に示す。固定相の pH を 7.22 としたところ , 各希土類元素は La<Ce<Nd の順に溶出し,保持に差が生じた。

pH 6.87 の時は，各希土類元素の保持時間はい

ずれも約 15 min であり,各希土類元素間に保持

の差はほとんど見られなかった。また,どちら の場合においても Yb の検出は行えなかった。

さらに pH6.18 としたところ,全ての希土類元素

よって,希土類元素のアセチルアセトナト錯体 の安定度定数は,原子番号が大きいほど大きい ことから,希土類元素の保持は,アセチルアセト ナト錯体の安定度定数に依存していると考え られる。

1 HSCCCシステム

1 HSCCCシステム

Retention Behavior of Rare Earth Elements in High Speed Counter Current Chromatography with Polyethylene Glycol/Sodium Sulfate Aqueous Two-Phase System

Haruna WATANABE and Masami SHIBUKAWA

次に,数種の希土類元素の相互分離を達成 した際,金属試料溶液は移動相よりも酸性で あったことに着目し

,金属試料溶液の pH を 低くして,検討を行った。今回の検討では,Yb 試料溶液に 1MHCl,HNO

をそれぞれ添加 し,pH2.17 に調整して検討を行った。 その結果 を図 3 に示す。図 3 のクロマトグラムから Yb

は約 17 min に溶出していることがわかる。こ

れは図 2 の固定相 pH6.18のクロマトグラムと

比較すると,保持時間がほとんど同じであり, さらに,ピークの広がりは減少していること がわかる。この結果は,試料溶液に添加した H

の影響によるものであるかを調べるため に,経過時間における移動相の pH 測定を行っ た。 その結果を図 4 に示す。 図 4 より,約 20 min 付近で H

は最も溶出していることがわかっ た。

以上の結果から,Yb と H

の保持は Yb<H

であることがわかった。このことから,固定相 に分配された Yb は,保持の遅いH

が流れてく ることによって,固定相の pHが低くなり,移動 相に分配したと考えられる。つまり,Yb は保持の遅い H

によって押し出され,溶 出したと考えられる。さらに,図 3 におい てマイナスピークが観測され,これは H

の保持時間と一致する。この結果から, Yb が溶出した後,H

が溶出したと考えら れる。また,Arsenazo-Ⅲと H

が共存する ことで吸光度が変化し,マイナスピーク となったと考えられる。

1) 日本大学生産工学部 修士論文 栗林 弘晃 (2004)

-5 0 5 10 15 20 25

3 13 23 33 43 53

Retention time (min) 図4 [H 図 4 [H

] ]の溶出量と保持時間の関係 の溶出量と保持時間の関係 緩衝溶液:1 mM BES 緩衝溶液 :1 mM BES溶液 溶液 ( (固定相 固定相pH 6.50) pH 6.50) 酸:1M HCl,HNO 酸 :1M HCl,HNO

[H

] (m o l/ d m

)

x10

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3 13 23 33 43 53

Retention time (min) 図4 [H 図 4 [H

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0 10 20 30 40

30

20 40 50 20 30 40 50

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0

10

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30

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0 0 10 10 20 20 30 30 40 40

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20 30 40 50

0 0

Retention time (min)

PEG/硫酸ナトリウム水性二相系高速向流クロマトグラフィーにおける希土類元素の保持挙動

日大生産工（院）○渡辺春菜日大生産工渋川雅美

有機溶媒を用いない環境に優しい抽出法として水性二相抽出法がある。水性二相抽出系は，

2 種類の水溶性高分子または高分子と塩の水溶液を用いて構成される。最近，当研究室ではポリエチレングリコール(PEG)-Na

水性二相系を希土類元素の分離に適用するための基礎的検討について報告した。

さらに，この水性二相系を HSCCC に導入し，数種の希土類元素の相互分離に成功した。

しかし，その保持機構については明らかにされていない。そこで，

水性二相系 HSCCC における希土類元素の保持機構の解明を目的として検討を行った。

【実験】HSCCC 装置には，東日本セミコンダクタテクノロジーズ製 J 型高速向流クロマトグラフを用い，カラムチューブには，内径 2.0

，MES,BES 緩衝溶液，アセチルアセトンを混合して構成し， PEG に富む相を固定相，

1.0 ml/min とし，また HSCCC 装置の回転速度は 750 rpm とした。図 1 に HSCCC システムの概略を示す。

【結果及び考察】初めに固定相(PEG 相)の pH に対する希土類元素の保持の依存性について検討した。その結果を図 2 に示す。固定相の pH を 7.22 としたところ , 各希土類元素は La<Ce<Nd の順に溶出し,保持に差が生じた。

の差はほとんど見られなかった。また,どちらの場合においても Yb の検出は行えなかった。

よって,希土類元素のアセチルアセトナト錯体の安定度定数は,原子番号が大きいほど大きいことから,希土類元素の保持は,アセチルアセトナト錯体の安定度定数に依存していると考えられる。

次に,数種の希土類元素の相互分離を達成した際,金属試料溶液は移動相よりも酸性であったことに着目し

,金属試料溶液の pH を低くして,検討を行った。今回の検討では,Yb 試料溶液に 1MHCl,HNO

をそれぞれ添加し,pH2.17 に調整して検討を行った。その結果を図 3 に示す。図 3 のクロマトグラムから Yb

比較すると,保持時間がほとんど同じであり, さらに,ピークの広がりは減少していることがわかる。この結果は,試料溶液に添加した H

の影響によるものであるかを調べるために,経過時間における移動相の pH 測定を行った。その結果を図 4 に示す。図 4 より,約 20 min 付近で H

は最も溶出していることがわかった。

であることがわかった。このことから,固定相に分配された Yb は,保持の遅いH

が流れてくることによって,固定相の pHが低くなり,移動相に分配したと考えられる。つまり,Yb は保持の遅い H

によって押し出され,溶出したと考えられる。さらに,図 3 においてマイナスピークが観測され,これは H

が溶出したと考えられる。また,Arsenazo-Ⅲと H

が共存することで吸光度が変化し,マイナスピークとなったと考えられる。

1) 日本大学生産工学部修士論文栗林弘晃 (2004)

] ]の溶出量と保持時間の関係の溶出量と保持時間の関係緩衝溶液:1 mM BES 緩衝溶液 :1 mM BES溶液溶液 ( (固定相固定相pH 6.50) pH 6.50) 酸:1M HCl,HNO 酸 :1M HCl,HNO

] ]の溶出量と保持時間の関係の溶出量と保持時間の関係緩衝溶液:1 mM BES 緩衝溶液 :1 mM BES溶液溶液 ( (固定相固定相pH 6.50) pH 6.50) 酸:1M HCl,HNO 酸 :1M HCl,HNO