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田口 丈雄 薦田 康夫 岡田 賢造 端 洋志 栗原 美穂 JP 2007064990 公開特許公報(A) 20070315 2006334164 20061212 にかわ及びゼラチンの濃度及び分子量分布の測定方法 三井金属鉱業株式会社 000006183 羽鳥 修 100076532 松嶋 善之 100101292 田口 丈雄 薦田 康夫 岡田 賢造 端 洋志 栗原 美穂 G01N 30/88 20060101AFI20070216BHJP G01N 30/26 20060101ALI20070216BHJP G01N 30/46 20060101ALI20070216BHJP JPG01N30/88 JG01N30/26 AG01N30/88 201XG01N30/46 AG01N30/88 101KG01N30/88 101PG01N30/88 101S 5 1 2000158938 20000529 ＯＬ 11 本発明は、液中に、特に銅電解液中に少量存在しているにかわ及びゼラチンの濃度及び分子量分布の測定方法に関し、特に２５００以下という低分子量成分の測定を可能としたにかわ及びゼラチンの濃度及び分子量分布の測定方法に関する。 粗銅の電解製錬及び銅箔製造等に使用されている電解液中には、しばしば添加剤として少量のにかわ及びゼラチン（以下、場合によってにかわと総称する）が用いられている。このにかわは、銅箔等の電着銅の機械的強度、表面の結晶構造、粗さ及び硬さ等の物性を制御する役割を果たしており、安定した品質の製品を作るためには、電解液中のにかわ濃度を管理することが極めて重要である。 また、にかわの分子量の大きさの違いによって銅の電着作用への効果、影響に違いがあるといわれており、また電解液中では、にかわは高濃度の硫酸及び電解作用により、極めて急速に低分子量物質に分解されるため、にかわの分子量分布を知ることも重要である。 従来、銅電解液中の少量のにかわの濃度を測定する方法として、分極の大きさを測定する方法、回転電極上に少量銅を析出、溶解させる方法等の電気化学的測定法（例えば特許文献１）や、濾紙ににかわを捕集し、これに色素を吸着させ、吸光度を測定する色素吸着法（例えば特許文献２）等が提案されている。 しかし、特許文献１に示されるような電気化学的測定法では、共存物質の影響を受け易い。また、特許文献２に示されるような色素吸着法では分子量２０，０００以下のにかわが定量的には捕集されない等の欠点がある。また、これらの方法からは、にかわの分子量分布は全く得られない。さらに従来の方法は、電解液中の電解質成分と共存させたまま測定したり、また電解液中の電解質成分を前処理で除去する場合もその除去に時間を要する方法が多く、その間ににかわの分解が進むと考えられる。従って、工程中の正確なにかわの存在状態を評価しているとはいい難い。 また、従来においては、電解液中の主成分である硫酸銅の影響から低分子量部分については測定が困難とされていた。この低分子量にかわも銅箔等の物性に影響があるとして注目されており、その測定方法の開発が強く求められていた。特開平８−３０４３３８号公報特開平６−３３７２４７号公報 従って、本発明の目的は、液中のにかわ及びゼラチン、特に低分子量（＜２５００）のにかわ及びゼラチンの濃度及び分子量分布の有効な測定方法を提供することにある。 本発明者らは、検討の結果、カラムスイッチング法を併用した高速液体クロマトグラフィを用いることによって、上記目的が達成し得ることを知見した。 本発明は、上記知見に基づきなされたもので、電解液中に含有されているにかわ及びゼラチンの濃度及び分子量分布の測定方法であって、カラムスイッチング法を併用した高速液体クロマトグラフィにより測定することを特徴とするにかわ及びゼラチンの濃度及び分子量分布の測定方法を提供するものである。 本発明の測定方法によって、液中のにかわ及びゼラチン、特に低分子量のにかわ及びゼラチンの濃度及び分子量分布の測定が可能となる。この結果、電解やメッキの最適条件を決定することによって、銅箔の物性（伸び、抗張力、粗度等）を効率的に制御することが可能となる。 以下、本発明の実施の形態について説明する。 本発明は、カラムスイッチング法を併用した高速液体クロマトグラフィ（ＨＬＰＣ）、特にゲルパーミエーションクロマトグラフィ（ＧＰＣ）を用いて液中、特に電解液中に含有されているにかわの濃度及び分子量分布を測定する。この測定方法の一例を示すフロー図を図１に示す。 図１において、試料としては、にかわを含有する液が用いられる。特に銅箔の製造に用いられる銅電解液が好ましく用いられる。また、銅箔以外の銅電解、銅以外の電解液も使用できる。さらに、銅メッキ、銅以外のメッキ液にも適用できる。 本発明の測定方法では、移動相として好ましくはアセトニトリル３容量％以上、濃度０．００２〜０．０１Ｍの希硫酸９７容量％以下の混合溶液を用いる。このような移動相を用いることによって、にかわがカラム中のサイズ排除モードの吸着剤に吸着されることがないので正確に測定することができる。このアセトニトリルの割合が３容量％未満の場合には、にかわ吸着防止効果が不充分である。このアセトニトリルの割合がかなり高くても、にかわの吸着防止効果があるが、アセトニトリルの割合が高くなり過ぎると、カラム中のサイズ排除モードの吸着剤に悪影響を及ぼすので、好ましくはアセトニトリルの割合は５〜２０容量％である。 また、本発明では、前処理カラム（Ａ）として、排除限界分子量が２５００以下のサイズ排除モードの充填剤を用いることが望ましい。この前処理カラムにおいて、電解液中のにかわと電解質成分とを分離し、にかわは分離カラムに送り、電解質成分は系外に排出される。このような前処理カラムとしては、例えばファルマシアバイオシステムズ（株）社製、セファデックスＧ−１５の粒径６６μｍ以下の充填剤（排除限界分子量１５００）を収容した内径７．５ｍｍ、長さ２５０ｍｍのＰＥＥＫ製カラム等が挙げられる。 充填剤の最大微細孔径より大きい溶液中の溶質は充填剤の微細孔より排除される（充填剤に保持されない）のでマトリックス成分から分離できない。この排除される限界の分子量を排除限界分子量と呼び、ＧＰＣカラムでマトリックスから分離可能な溶質の分子量の上限を表す。 本発明では、分離カラム（Ｂ）の充填剤として排除限界分子量が１００００以上のサイズ排除モードの充填剤を用いることが望ましい。この分離カラムにおいて、液中のにかわが分子量に応じて分離され、分子量の大きい順に溶出される。このような分離カラムとして、昭和電工（株）社製、ＳＨＯＤＥＸ・ＰＲＯＴＥＩＮ ＫＷ−８０２．５（排除限界分子量５００００、内径８ｍｍ、長さ３００ｍｍ）、昭和電工（株）社製、Ａｓａｈｉｐａｋ ＧＳ−３２０ＨＱ（排除限界分子量４００００、内径７．６ｍｍ、長さ３００ｍｍ、昭和電工（株）社製、ＯＨｐａｋ ＳＢ−８０３ＨＱ（排除限界分子量１０００００、内径８ｍｍ、長さ３００ｍｍ）等が用いられる。 この分離カラムを直列に２本以上接続することによって、銅イオン、硫酸イオンとにかわの分離効率が上昇する。 この分離カラムの充填剤として、具体的にはシリカ、カルボキシル化ポリビニルアルコール又はポリヒドロキシメタクリレートからなるもの等が挙げられる。 この分離カラムによって溶出されたにかわは、検出器、例えば吸光光度検出器により検出される。そして、ピークの面積から試料濃度、溶出時間から平均分子量を算出することができる。 すなわち、濃度の測定は、既知濃度のにかわ水溶液を用いて同一条件で分析を行い、そのピーク面積から検量線を作成することにより行う。また、分子量分布の測定は、分子量既知の標準たんぱく質を用いて同一条件で分析を行い、分離カラムから溶出される時間を測定し、分子量と溶出時間との関係を示す分子量検量線を作成することにより行う。 さらに、本発明の電解液中のにかわの濃度及び分子量分布の測定方法について具体的に説明する。本発明の測定方法は、上述したように、カラムスイッチング法を併用した高速液体クロマトグラフィによって下記の通り測定するものである。 （ａ）送液ポンプと、６方切換バルブと、該送液ポンプと該６方切換バルブの第１の連結口との間に連結配置されたインジェクタと、該切換バルブの第２の連結口に連結配置された前処理カラムと、該前処理カラムと該切換バルブの第５の連結口との間に連結配置された第１検出器と、該切換バルブの第６の連結口に連結配置された分離カラムと、該分離カラムと該切換バルブの第３の連結口との間に連結配置された第２検出器と、該第２検出器での検出データに基づいてにかわの濃度及び分子量分布を求めるためのデータ処理装置と、該切換バルブの第４の連結口に連結配置された排液パイプと、該前処理カラム及び該分離カラムを一定温度に保つための恒温槽とを有する測定装置を用いること、 （ｂ）移動相として希硫酸９７容量％以下とアセトニトリル３容量％以上との混合液を用いること、 （ｃ）前処理カラム中の充填剤として排除限界分子量が２５００以下のサイズ排除モードの充填剤を用いること、 （ｄ）分離カラム中の充填剤として排除限界分子量が１００００以上のサイズ排除モードの充填剤を用いること、 （ｅ）少量のにかわを含有している電解液をインジェクタに注入し、前処理カラムに送ること、 （ｆ）前処理カラムにおいて、電解液中のにかわと電解質成分とを分離し、にかわは分離カラムに送り、電解質成分は系外に排出すること、 （ｇ）分離カラムにおいて、にかわを分子量の大きさによって分離し、その結果を第２検出器で検出し、その検出データに基づいてデータ処理装置でにかわの濃度及び分子量分布を求めること、からなる電解液中に含有されているにかわの濃度及び分子量分布の測定方法である。 次に、本発明の測定方法を、図面を参照して詳細に説明する。図２は本発明の測定方法で用いる装置の一例を示す概略説明図である。図２に示す測定装置は、送液ポンプ１と、６方切換バルブ３と、該送液ポンプ１と該６方切換バルブ３の第１の連結口４との間に連結配置されたインジェクタ２と、該切換バルブの第２の連結口５に連結配置された前処理カラム１０と、該前処理カラム１０と該切換バルブの第５の連結口８との間に連結配置された第１検出器１１と、該切換バルブの第６の連結口９に連結配置された分離カラム１２と、該分離カラム１２と該切換バルブの第３の連結口６との間に連結配置された第２検出器１３と、該第２検出器１３での検出データに基づいてにかわの濃度及び分子量分布を求めるためのデータ処理装置（図示せず）と、該切換バルブの第４の連結口７に連結配置された排液パイプ１４と、該前処理カラム及び該分離カラムを一定温度に保つための恒温槽１５とを有する。配管には好ましくはＰＥＥＫ製又はテフロン（登録商標）製のチューブを使用する。 排除クロマトグラフィにおける一般的な移動相として、ｐＨ緩衝液としてのリン酸緩衝液と中性塩としての塩化ナトリウムを使用した移動相が知られているが、このような移動相を用いてにかわ含有電解液を排除クロマトグラフィにかけると、にかわの一部がカラム中のサイズ排除モードの充填剤に吸着されてしまうのでにかわを正確に測定することができない。しかし、上述のように、この移動相として希硫酸９７容量％以下とアセトニトリル３容量％以上との混合液を用いると、にかわがカラム中のサイズ排除モードの充填剤に吸着されることがないので正確に測定することができる。 本発明において、前処理カラムを用いる目的は電解液中に共存している電解質成分を除去することであり、また電解液中に含有されているにかわの濃度及び分子量分布を測定する目的は電解液中に添加されているにかわの添加目的に対して有効な分子量範囲のにかわがどの程度存在しているかを測定することである。従って、前処理カラムに用いるサイズ排除モード充填剤の排除限界分子量はにかわの有効分子量範囲の下限及び共存している電解質成分の分子量によって決められる。本発明においては、前処理カラム中のサイズ排除モード充填剤の排除限界分子量は、上述のように、一般的には２５００以下、例えば１５００である。 本発明において、分離カラムを用いる目的は電解液中に少量存在しているにかわの濃度及び分子量分布を測定することである。従って、分離カラムに用いるサイズ排除モード充填剤の排除限界分子量は電解液中のにかわの有効分子量範囲の上限によって決められる。本発明においては、分離カラム中のサイズ排除モード充填剤の排除限界分子量は、上述のように、一般的には１００００以上、例えば５００００である。 本発明においては、検出器としてｍｇ／ｌレベルのにかわを検出することのできる、高速液体クロマトグラフィに一般に用いられている検出器を用いることができ、例えば吸光光度検出器を用いることができる。 本発明においては、検出器で検出したデータに基づいてにかわの濃度及び分子量分布を求めるための演算機能を持ったいかなるデータ処理装置も用いることができる。 上記のような測定装置を用いて測定する際に、先ず最初に、６方切換バルブ３により、第１の連結口４と第２の連結口５とを連絡させ、第５の連結口８と第６の連結口９とを連絡させ、かつ第３の連結口６と第４の連結口７とを連絡させる。この状態で、例えば０．００５Ｍ硫酸とアセトニトリルとの容量比９５：５の混合溶液からなる移動相を送液ポンプ１により一定流量で、移動相溜め１６→送液ポンプ１→インジェクタ２→６方切換バルブ３→前処理カラム１０→第１検出器１１→６方切換バルブ３→分離カラム１２→第２検出器１３→６方切換バルブ３→排液パイプ１４の順で流動させる。この状態で、にかわを含有している電解液２００μｌを直接に又は純水で希釈した試料２００μｌをインジェクタ２に導入する。電解液は排除限界分子量が２５００以下の水系のサイズ排除モード充填剤を充填した前処理カラム１０、例えば、ファルマシアバイオシステム（株）社製、セファデックスＧ−１５（排除限界分子量１５００）を収容した内径７．５ｍｍ、長さ２５０ｍｍのＰＥＥＫ製カラムに流入する。前処理カラム１０に流入した電解液はサイズ排除クロマトグラフィの分離原理により分離されて分子量の大きいにかわが先に溶出し、その後低分子量物質である電解質成分が溶出する。 前処理カラム１０から溶出されたにかわ及び電解質成分を第１検出器１１、例えば吸光光度検出器において測定波長２１０ｎｍでモニターし、にかわが分離カラム１２に導入された後で、大量の電解質成分が分離カラム１２に導入される前に、６方切換バルブを切換えて第１の連結口と第６の連結口とを連絡させ、第３の連結口と第２の連結口とを連絡させ、かつ第５の連結口と第４の連結口とを連絡させる。この状態では移動相は、移動相溜め１６→送液ポンプ１→インジェクタ２→６方切換バルブ３→分離カラム１２→第２検出器１３→６方切換バルブ３→前処理カラム１０→第１検出器１１→６方切換バルブ３→排液パイプ１４の順で流動し、電解質成分を排液パイプ１４経由で系外に排出させる。 分離カラム１２として、排除限界分子量が１００００以上の水系のサイズ排除モード充填剤を充填した分離カラム、例えば、昭和電工（株）社製、ＳＨＯＤＥＸ・ＰＲＯＴＥＩＮ ＫＷ−８０２．５（排除限界分子量５００００、内径８ｍｍ、長さ３００ｍｍ）を使用する。分離カラム１２に導入されたにかわは、その分子量の大きさ、分子量分布に従って分離させ、溶出する。溶出したにかわを第２検出器、例えば、吸光光度検出器において測定波長２１０ｎｍで検出し、その検出データに基づいてデータ処理装置でにかわの濃度及び分子量分布を求める。 本発明の測定方法においては、分離カラムの前に前処理カラムを接続することにより、移動相の流れの中でにかわと電解質成分を自動的に分離できるのでインジェクタに注入する前の予備処理が不要であり、そのため測定中のにかわの分解を極力抑えることが可能となる。また、大量に共存する電解質成分は６方切換バルブを切換えることにより系外に排出されるので、共存物質の影響を受けることも少ない。さらに、分離カラムでにかわの分子量分布を測定することができるので、分子量の情報も得られることから、にかわの分解の経時変化も測定することが可能である。 本発明の測定方法により、種々の電解液、めっき液中の少量（ｍｇ／ｌレベル）のにかわの濃度の測定及び分子量分布の測定が可能となる。銅電解液の場合には、分子量が７９０以上のにかわの濃度の測定及び分子量分布の測定が可能である。このことによって、従来の測定方法では分からなかった低分子量にかわ、例えば分子量７９０〜２５００のにかわと銅箔の熱間伸び、粗度、抗張力等との関係が判明し、工程管理に利用できる。他の電解液、めっき液等に適用する場合には、移動相組成の変更が必要な場合がある。また、前処理カラムと分離カラムは他の種類に変更することが可能であり、試料中のにかわの分子量の大きさの違いによって選択することが望ましい。 以下、実施例に基づき本発明を具体的に説明する。 〔実施例１〕 粗銅の電解製錬で使用中の銅電解液をサンプリングし、その場で純水を加えて２倍に希釈し、測定まで冷蔵庫中に保管しておいた。これを分析に供した。 図２に示した装置を用い、移動相として０．００５Ｍ硫酸とアセトニトリルとの容量比９５：５の混合溶液を用い、前処理カラムとしてファルマシアバイオシステムズ（株）社製セファデックスＧ−１５の粒径６６μｍ以下の充填剤（排除限界分子量１５００）を収容した内径７．５ｍｍ、長さ２５０ｍｍのＰＥＥＫ製カラムを用い、分離カラムとして昭和電工（株）社製ＳＨＯＤＥＸ・ＰＲＯＴＥＩＮ ＫＷ−８０２．５（排除限界分子量５００００、内径８ｍｍ、長さ３００ｍｍ）を用い、これらのカラムの温度を２５℃に維持した。移動相を０．６ｍｍ／ｍｉｎの一定流量で送液しておき、ベースラインが安定したところで試料２００μｌをインジェクタで注入して前処理カラムに導入した。前処理カラムからにかわが溶出し、Ｃｕ2+イオンが溶出し始めたところで６方切換バルブを切換え、その後に溶出してくる電解質成分を系外に排出した。分離カラムに一部Ｃｕ2+イオンを含んだにかわが導入され、分子量分布に従って分離溶出されたにかわピークを吸光光度検出器（測定波長２１０ｍｍ）で検出し、その信号をＧＰＣ演算が可能なデータ処理装置に記憶させ、予め作成したおいた分子量検量線及び濃度検量線から分子量分布と濃度を求めた。分子量分布曲線から、数平均分子量、重量平均分子量等の各種平均分子量を算出することが可能である。 このようにして銅電解液実試料中のにかわを分析した結果（クロマトグラム）は図３に示す通りである。またこのクロマトグラムから得られたにかわの分子量分布は図４に示す通りである。Ｃｕ2+イオンが溶出する直前までのにかわのピーク面積から求めた分子量約２５００以上のにかわの濃度は２．８ｍｇ／ｌであった。 〔実施例２〕 下記の条件で銅電解液中のにかわの分子量の測定を行った。得られた結果（クロマトグラム）を図５に示す。この分子量の測定は、図６に示すにかわの分子量検量線に基づき計算された。Ｃｕ2+イオンが溶出するまでのにかわのピーク面積から求めた分子量７９０以上のにかわの濃度は０．９ｍｇ／ｌであった。 ＜測定条件＞ 前処理カラム：ファルマシアバイオシステムズ（株）社製、セファデックスＧ−１５の粒径６６マイクロメータ以下の充填剤（排除限界分子量１５００）を収容した内径７．５ｍｍ、長さ２５０ｍｍのＰＥＥＫ製カラム 分離カラム：昭和電工（株）社製、Ａｓａｈｉｐａｋ ＧＳ−３２０ＨＱ （排除限界分子量４００００、内径７．６ｍｍ、長さ３００ｍｍ） 温度：２５℃ 移動相の種類と流量：アセトニトリル２０容量％と希硫酸（０．００５Ｍ）８０容量％の混合液０．６ｍｌ／分 注入量：２００マイクロリッター 検出法：２１０ｎｍのＵＶ吸収 図５の結果から明らかなように、本発明の測定方法によって、分子量７９０以上のにかわの濃度及び分子量分布の測定が可能となった。 〔実験例１〕 銅濃度８０ｇ／ｌ、硫酸濃度１５０ｇ／ｌ、塩化物イオン濃度３ｍｇ／ｌ、にかわ濃度を変量（ｍｇ／ｌ）とした電解液を用い、液温４９℃、電流密度１００Ａ／ｄｍ2で電解を行い、厚さ３５μｍの電解銅箔を製造した。 この際の電解液中のにかわの濃度を本発明の測定方法で測定し、にかわ濃度と銅箔の抗張力の関係を図７に示す。 図７から明らかなように、にかわ濃度と銅箔の抗張力とは比例関係にある。従って、本発明の測定方法によって、にかわ濃度を正確に測定することが可能であるから、銅箔の抗張力を任意に制御することが可能である。図１は、本発明の測定方法の一例を示すフロー図である。図２は、本発明の測定方法で用いる装置の一例を示す概略説明図である。図３は、実施例１における粗銅の電解製錬で使用中の銅電解液を分析して得たクロマトグラムである。図４は、図３のクロマトグラムから求められたにかわの分子量分布である。図５は、実施例２において銅電解液を分析して得たクロマトグラムである。図６は、実施例２におけるにかわの分子量検量線である。図７は、実験例１におけるにかわ濃度と銅箔の抗張力の関係を示すグラフである。符号の説明 １：送液ポンプ ２：インジェクタ ３：６方切換バルブ ４，５，６，７，８，９：６方切換バルブの連結口１０：前処理カラム１１：第１検出器１２：分離カラム１３：第２検出器１４：排液パイプ１５：恒温槽１６：移動相溜め 電解液中に含有されているにかわ及びゼラチンの濃度及び分子量分布の測定方法であって、カラムスイッチング法を併用した高速液体クロマトグラフィにより測定することを特徴とするにかわ及びゼラチンの濃度及び分子量分布の測定方法。 上記高速液体クロマトグラフィがゲルパーミエーションクロマトグラフィである請求項１記載のにかわ及びゼラチンの濃度及び分子量分布の測定方法。 移動相としてアセトニトリル３容量％以上、濃度０．００２〜０．０１Ｍの希硫酸９７容量％以下の混合溶液を用い、前処理カラムの充填剤として排除限界分子量が２５００以下のサイズ排除モードの充填剤を用い、分離カラムの充填剤として排除限界分子量が１００００以上のサイズ排除モードの充填剤を用いた請求項１又は２記載のにかわ及びゼラチンの濃度及び分子量分布の測定方法。 上記分離カラムを２本以上直列に接続した請求項３記載のにかわ及びゼラチンの濃度及び分子量分布の測定方法。 上記分離カラムの充填剤がシリカ、カルボキシル化ポリビニルアルコール又はポリヒドロキシメタクリレートからなる請求項３又は４記載のにかわ及びゼラチンの濃度及び分子量分布の測定方法。 【課題】液中のにかわ及びゼラチン、特に低分子量のにかわ及びゼラチンの濃度及び分子量分布の有効な測定方法を提供すること。【解決手段】電解質成分を含む電解液中に含有されているにかわ又はゼラチンの濃度又は分子量分布を高速液体クロマトグラフィを用いて測定する方法である。高速液体クロマトグラフィのカラムとして前処理カラムを用い電解液中のにかわ又はゼラチンと電解質成分とを分離する。電解質成分が分離され且つにかわ又はゼラチンを含む液を、サイズ排除モードの充填剤が充填された別のカラムに導入し、にかわ又はゼラチンをその分子量又は分子量分布に従って分離する。次いで分離されたにかわ又はゼラチンを含む液を検出器に導入する。【選択図】図１

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