クロマトグラフィー

白いろ紙に黒い水性ペンでちょんと点を打ち、紙の端を水にそっと浸してみると、不思議なことが起こります。水が紙のすき間を伝ってゆっくり上へ吸い上げられていくにつれて、黒い点から青、ピンク、黄色の帯が順番に現れてくるのです。

黒いペンのインクは、1種類だけの純粋な物質ではありません。目には見えない何種類もの色素の分子が、まんべんなく混ざり合った混合物です。紙をのぼっていく水の流れに乗って、インクの中のいろいろな色素の粒も一緒に上へ動き出します。

ところが、色素ごとに「水に溶けて前へ進もうとする性質」と「紙の表面にくっついて踏みとどまろうとする性質」は、それぞれ違います。水となじみやすい色素は速く先頭を走り、紙にしっかりくっつく色素は遅れをとります。その結果、混ざっていた物質たちが移動する速さの違いによって、それぞれ別の位置に並んで分離されるのです。

クロマトグラフィーの仕組みには、いつも2人の主役が登場します。その場にじっととどまっている固定相と、そのすき間をたえず流れていく移動相です。

水性ペンの実験でいえば、じっと動かないろ紙が固定相で、紙の繊維に沿って上へしみ上がっていく水が移動相です。分けたい混合物は、固定相の上で移動相の流れに乗って旅に出ることになります。

このとき、混合物の中の成分たちは、2人の主役のあいだで絶え間なく綱引きをしています。移動相と性質が似ていてなじみやすい成分は、流れに乗ってぐんぐん進みます。一方、固定相と仲のよい成分は足を取られて、ゆっくりとしか進めません。結局、物質ごとの固定相と移動相への引かれやすさの違いが、最終的な到着地点を変えるカギになるのです。

もう少し正確にいうと、クロマトグラフィーは目に見える色を分けるだけの実験にとどまりません。もともとは植物の葉のさまざまな色素(クロロフィルと黄色・オレンジ色の色素)を分離する過程で初めて使われ、「色を記録する」という意味の名前が付きましたが、現代の科学では、色のない気体や透明な液体の分子も分けることができます。

今日の研究室では、紙の代わりに精密なガラス管や金属の筒(カラム)に特殊な粒を詰めて実験します。移動相も、ただの水だけでなく、特殊なガスや高圧の液体が使われます。これらはガスクロマトグラフィーや高速液体クロマトグラフィー(HPLC)と呼ばれています。

こうした技術のおかげで、アスリートのドーピング検査、環境汚染物質の測定、香水や食品原料の純度検査など、きわめて精密な成分分析が必要な数多くの産業の現場で、欠かせない技術として使われています。