色谱分析用整体柱分离介质及其制造方法 技术领域 本发明涉及具有与具有三维网眼结构的有机聚合物的骨架相联通的细孔的色谱 分析用的整体柱分离介质及其制造方法。
背景技术 已知贯通流路与骨架成为一体的多孔质体 ( 称为整体柱， Monolith) 用作高速液 相色谱分析用的分离介质时， 显现出现有的粒子填充型色谱柱不能看到的优越性 ： 基于宽 流路和细骨架可得到高的色谱柱性能， 或即使在基于低压力损失的高流速下也可抑制性能 下降。主要使用硅胶的整体柱基于微细的结构控制实现了高性能， 部分产品也在市场上有 售。
还存在以有机高分子为基质的聚合物整体柱。 现有的有机聚合物整体柱的疏水性 单体成分中组合有作为不良溶剂的致孔性溶剂 ( 致孔剂 )。 在该溶液体系中， 与成长的聚合 物链的空间位阻相比， 聚合物链间的范德华力变得更大， 聚合物链凝聚。因此， 由聚合物链 的相互缠绕引起的核形成和由聚合物链凝聚引起的微凝胶粒子的成长导致体系的表面能 急剧上升， 进而微凝胶粒子凝聚， 凝胶持续地相似性成长 ( 分型化， 日文原文 ： フラクタル 化 ) 而粗大化。这样的单体和溶液体系的特征在于， 在凝胶采取粒子凝聚的形态成长的同 时， 相分离与凝胶化竞争性地很快产生， 形成比表面积小的整体柱形态被固定化的粒子凝 聚型整体柱。因此， 现有的有机聚合物整体柱中没有骨架结构， 贯通细孔的迷宫系数 ( 日文 原文 ： 迷路係数 ) 大。因而， 本质上存在高流速下的背压上升、 由整体柱压缩性引起的形态 变化等问题。
另外， 现有的有机聚合物整体柱直接形成于内径 1mm 以上的空色谱柱管内时， 由 于有机聚合物整体柱自身的收缩性而存在有机聚合物整体柱从空色谱柱剥离的问题， 难以 实现在空色谱柱管上直接形成有机聚合物整体柱。
本发明人等为了解决这样的课题进行了专心研究， 结果制成了骨架相由二官能性 以上的环氧化合物和二官能性以上的胺化合物的加成聚合物构成的、 具有可导入新的官能 团的官能团的整体柱分离介质 ( 参照专利文献 1。)。
作为其他的有机聚合物整体柱， 已知有骨架相包含 GMA( 甲基丙烯酸缩水甘油酯 ) 和 EDMA( 二甲基丙烯酸乙二醇酯 ) 的共聚物的、 使存在于其骨架相表面的环氧基与乙二胺 反应并导入氨基作为官能团的有机聚合物整体柱 ( 参照非专利文献 1， 2。)。
专利文献 1 ： WO 2007/083348A1
非 专 利 文 献 1： Journal of Peptide Science(《肽 科 学 杂 志》 )， Vol.10， p.719-730， 2004
非专利文献 2 ： Journal of Combinational Chemistry( 《组合化学杂志》 )， Vol.4， no.1， p.33-37， 2002
发明内容 本发明的目的在于提供一种整体柱分离介质， 所述整体柱分离介质的骨架相由二 官能性以上的环氧化合物和二官能性以上的胺化合物的加成聚合物构成， 其通过新型材料 的组合具有同样的骨架相。
本发明人等发现， 为了解决上述课题， 通过将具有特定的分子结构的环氧化合物 溶解在致孔剂中， 在其中加入二官能性以上的胺化合物进行加热聚合， 使聚合物和致孔剂 旋节分解 (spinodal decomposition)， 通过相分离的成长在过渡为粒子凝聚结构前稳定地 进行交联， 从而将不是粒子凝聚型的共连续结构冻结， 接着除去致孔剂， 由此可得到骨架结 构极其均匀的多孔体。所谓具有特定的分子结构的环氧化合物， 是指 1， 3- 双 (N， N’ - 二缩 水甘油基氨基甲基 ) 环己烷 (1， 3-bis(N， N’ -diglycidylaminomethyl)cyclohexane)。1， 3- 双 (N， N’ - 二缩水甘油基氨基甲基 ) 环己烷是具有 4 个环氧基的环氧化合物， 是一种液 态的在室温下不聚合而在高温下发生聚合反应的环氧化合物。
对于基于如此所得的本发明的有机聚合物整体柱的分离介质而言， 其具备骨架 相、 由该骨架相所形成的以三维网眼状连续的细孔、 存在于骨架相的可导入新的官能团的 官能团， 其骨架相具有亚微米至微米尺寸的平均直径， 具有不是粒子凝聚型的共连续结构， 由作为环氧化合物的 1， 3- 双 (N， N’ - 二缩水甘油基氨基甲基 ) 环己烷和二官能性以上的 胺化合物的加成聚合物构成， 富含有机物质， 且不含来源于芳香族的碳原子或杂环。
所谓存在于骨架相可导入新的官能团的官能团， 除了由环氧基和氨基的反应生成 的羟基以外， 还包括未进行反应而残存的氨基或环氧基。
本发明的制造方法是用于制造基于本发明的有机聚合物整体柱的分离介质的方 法， 包括以下的工序 (A) 和 (B)。
(A) 在致孔剂中将作为环氧化合物的 1， 3- 双 (N， N’ - 二缩水甘油基氨基甲基 ) 环己 烷和二官能性以上的胺化合物在 60℃至 200℃的范围加热使之聚合得到凝胶状体的工序 ； 及
(B) 其后， 将凝胶状体用水等溶剂清洗除去致孔剂而留下骨架相的工序。
在致孔剂中的聚合温度是用于环氧化合物及胺化合物分别在致孔剂中溶解以进 行聚合反应的适当的温度， 根据环氧化合物、 胺化合物及致孔剂的种类适当设定即可。
胺化合物是作为固化剂所使用的化合物， 其为脂肪族胺类、 脂环式多胺类或者脂 肪族聚酰胺胺类， 可以使用含有两个以上的伯胺的多胺类。
作为脂肪族胺类， 可以使用乙二胺、 二乙三胺、 三乙四胺、 四乙五胺、 亚氨基二丙基 胺、 双 ( 六甲撑 ) 三胺、 1， 3， 6- 三氨甲基己烷、 聚亚甲基二胺、 三甲基六甲撑二胺、 聚醚二胺 等。
作为脂环式多胺类， 可以使用异佛尔酮二胺、 孟烷二胺、 N- 氨基乙基哌嗪、 3， 9- 双 (3- 氨基丙基 )2， 4， 8， 10- 四氧杂螺、 双 (4- 氨基环己基 ) 甲烷或它们的改性品等。
作为脂肪族聚酰胺胺类， 可以使用由多胺类和二聚酸形成的聚酰胺胺。
作为胺化合物， 特别优选的是双 (4- 氨基环己基 ) 甲烷及双 (4- 氨基 -3- 甲基环 己基 ) 甲烷。
所谓致孔剂， 是指能够溶解环氧化合物及固化剂、 并且在这些物质聚合后可产生 反应诱导相分离的溶剂。作为致孔剂， 可以使用溶纤剂类、 酯类或者二醇类。
作为溶纤剂类， 可以使用甲基溶纤剂及乙基溶纤剂等。
作为酯类， 可以使用乙二醇单甲醚醋酸酯及丙二醇单甲醚醋酸酯等。
作为二醇类， 可以使用聚乙二醇及聚丙二醇等。
在这些致孔剂中， 优选分子量为 600 以下的聚乙二醇， 特别优选分子量为 300 以下 的聚乙二醇。
在本发明的制造方法中， 胺化合物相对于环氧化合物的原料组成用摩尔比表示， 适宜为环氧化合物∶胺化合物＝ 1 ∶ 1 ～ 1 ∶ 3 的范围。
另外， 致孔剂的添加量相对于环氧化合物、 胺化合物及致孔剂的总重适宜为 1 ～ 99 重量％。
1， 3- 双 (N， N’ - 二缩水甘油基氨基甲基 ) 环己烷是具有光学对映体的手性化合 物， 在本发明中， 外消旋物质和旋光性物质均可以使用。
作为胺化合物， 可以使用手性化合物， 作为胺化合物， 外消旋物质和旋光性物质均 可以使用。
对于利用液体色谱法以分离光学对映体的 S 体和 R 体为目的的光学拆分用的分离 介质而言， 可以通过环氧化合物及胺化合物均使用旋光性物质来实现。
在本发明中， 由于在粒子凝聚前进行交联反应， 因此， 可以实现具有清晰的骨架相 的共连续结构的有机聚合物整体柱。 另外， 由于是多官能性环氧化合物， 因此容易进行交联 反应， 可期待因交联反应而引起的有机聚合物整体柱的收缩较小。特别是由于作为环氧化 合物的 1， 3- 双 (N， N’ - 二缩水甘油基氨基甲基 ) 环己烷是液体， 在室温下的反应性不足， 因 此， 与像作为固体的环氧化合物那样的需要在高温下溶解在致孔剂中的环氧化合物相比， 容易填充到色谱柱等中。另外， 由于 1， 3- 双 (N， N’ - 二缩水甘油基氨基甲基 ) 环己烷是四 官能性环氧化合物， 因此， 相分离后进行交联而凝胶化时收缩小。
对于这样的本发明的整体柱分离介质而言， 其骨架相具有亚微米至微米尺寸的平 均直径， 具有不是粒子凝聚型的共连续结构， 由二官能性以上的环氧化合物和二官能性以 上的胺化合物的加成聚合物构成， 富含有机物质， 且不含来源于芳香族的碳原子， 由此， 作 为可提供以往完全不能见到的高性能的液相色谱用固定相是有效的。而且， 从毛细管色谱 柱至普通尺寸的色谱柱中均可使用。
由于本发明的制造方法是将环氧化合物和胺化合物在致孔剂中进行加热使之聚 合的极其简便的方法， 因此， 可以有效地应用于毛细管色谱柱至具有比较大的直径的色谱 柱。 附图说明
图 1 是表示由一个实施例制造的有机聚合物整体毛细管色谱柱的扫描电镜照片 的图。
图 2 是利用同一实施例的毛细管色谱柱分离尿嘧啶和苯的色层分离谱。
图 3 是利用由比较例制造的有机聚合物整体柱毛细管色谱柱分离尿嘧啶和苯的 分离色谱图。 具体实施方式
以非粒子凝聚型形成高性能的聚合物整体柱而成的本发明的分离介质， 通过原料中使用的作为环氧化合物的 1， 3- 双 (N， N’ - 二缩水甘油基氨基甲基 ) 环己烷和固化剂的 特定组合来形成。具体而言， 环氧化合物的 1， 3- 双 (N， N’ - 二缩水甘油基氨基甲基 ) 环己 烷是四官能性的非芳香族环氧化合物， 固化剂是二官能性以上的非芳香族胺化合物。 由此， 可得到非粒子凝聚型且具有三维分支结构的高性能聚合物整体柱分离介质。
下面， 对于本发明中可以使用的环氧化合物及固化剂进行示例。
( 实施例 1)
对分离介质的实施例和适于制造该分离介质的制造方法的实施例进行说明。环 氧化合物为 1， 3- 双 (N， N’ - 二缩水甘油基氨基甲基 ) 环己烷 (BDAC)， 作为胺化合物使用 双 (4- 氨基环己基 ) 甲烷 (BACM)， 作为致孔剂使用分子量为 300 的聚乙二醇 (PEG300 ： 日本 Nacalai Tesque 公司的商品名 )。1， 3- 双 (N， N’ - 二缩水甘油基氨基甲基 ) 环己烷可以是 外消旋物质， 也可以是旋光性物质。BDAC 和 BACM 的化学结构式如下所示。
[ 聚合物整体柱的制作 ]
按照相对于 0.93g 的 BDAC， 以使 BACM 为 0.47g、 PEG300 为 3.6g 的比例进行混合， 在室温下填充于熔融石英毛细管中， 用 150℃的油浴加热 24 小时使其聚合。 其后， 用甲醇和 水清洗。
将上述利用聚合制造的有机聚合物整体柱的毛细管色谱柱的扫描电镜照片示于 图 1。可知， 该有机聚合物整体柱的骨架相具有微米尺寸的平均直径， 具有不是粒子凝聚的 共连续结构， 由该骨架相所形成的细孔呈三维网眼状。
使用上述制造的本实施例的有机聚合物整体毛细管色谱柱 ( 内径 100μm、 长度 20cm) 分离尿嘧啶和苯， 将分离色谱图示于图 2。移动相为 60％的乙腈水溶液 ( 利用 20mM 磷酸缓冲液， pH7.0)， 柱温为室温， 利用在 210nm 的紫外线吸收进行检测。图 2 中， 前侧的峰 为尿嘧啶， 后侧的峰为苯， N 是理论塔板数。
理论塔板数采用半峰宽法由下式进行计算。
N ＝ 5.54(tr/W0.5h)2
在此， tr 为保留时间， W0.5h 为半峰宽。
( 比较例 )
使用作为芳香族化合物的 2-[(4-{1- 甲基 -1-[4-(2 环氧乙基甲氧基 ) 苯基 ] 乙 基 } 苯 氧 基 ) 甲 基 ] 环 氧 乙 烷 (2-[(4-{1-methyl-1-[4-(2oxiranylmethoxy)phenyl] ethyl}phenoxy)methyl]oxirane ： BADE) 作为环氧化合物， 胺化合物和致孔剂与实施例 1 相 同， 使用 BACM 作为胺化合物， 使用分子量为 200 的聚乙二醇 (PEG200 ： 日本 Nacalai Tesque 公司的商品名 ) 作为致孔剂。
将 0.52g 的 BACM 加热溶解于 7.20g 的 PEG200 中， 其后加入 2.33g 的 BADE 进行混 合、 搅拌。将该溶液填充于熔融石英毛细管中， 用 120℃的烘箱加热 1 小时进行聚合。
其后， 用水和甲醇清洗后进行真空干燥。
使用上述制造的比较例的有机聚合物整体毛细管色谱柱 ( 内径 100μm、 长度 20cm) 分离尿嘧啶和苯， 将分离色谱图示于图 3。移动相为 60％的乙腈水溶液 ( 利用 20mM 磷酸缓冲液， pH7.0)， 柱温为室温， 移动相的流量为 0.15mL/ 分钟， 线速度为 1.01mm/ 秒， 压 2 力为 50kg/cm ， 用配置在距色谱柱 9cm 的位置的内径 50μm 的毛细管利用 210nm 的紫外线 吸收进行检测。
在图 3 中， 前侧的峰为尿嘧啶， 后侧的峰为苯。利用半峰宽法求出的理论塔板数 ： 对尿嘧啶而言为 3085、 对于苯为 378， 比实施例 1 的本发明的有机聚合物整体柱毛细管色谱 柱差。可以认为， 这是因为由于使用芳香族化合物作为环氧化合物而导致所形成的骨架相 含有来自芳香族的碳原子的缘故。 产业上的可应用性
本发明的整体柱分离介质作为液相色谱用固定相可以应用于毛细管色谱柱至普 通尺寸的色谱柱。