CN105126792A - 包含可离子化改性剂的高纯度色谱材料 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及包含可离子化改性剂的高纯度色谱材料。本发明提供了新的色谱材料，例如用于色谱分离，其制备方法和含有所述色谱材料的分离装置；包含所述色谱材料的分离装置、色谱柱和试剂盒；及其制备方法。本发明的色谱材料是包含色谱表面的高纯度色谱材料，其中所述色谱表面包含疏水表面基团和一种或多种可离子化改性剂。

Description

包含可离子化改性剂的高纯度色谱材料
本申请是申请号为201080034817.0母案的分案申请。该母案的申请日为2010年8月4日；发明名称为“包含可离子化改性剂的高纯度色谱材料”。
相关申请的交叉引用
本申请要求2009年8月4日提交的美国临时申请系列号61/231,045和2010年6月11日提交的美国临时申请系列号61/353,999的优先权，这些申请的公开内容经该引用全部并入本文。
背景技术
用于液相色谱法（LC）的填充材料一般分为两类：有机材料，例如聚二乙烯基苯，和无机材料，典型的是二氧化硅。许多有机材料对于强碱性和强酸性流动相是化学稳定的，使得在流动相pH值选择方面具有灵活性。但是，有机色谱材料一般产生低效率的柱，特别是对于低分子量分析物。许多有机色谱材料不仅缺乏典型色谱二氧化硅的机械强度，而且当流动相的组成变化时会收缩和溶胀（swelling）。
二氧化硅是高效液相色谱法(HPLC)、超高效液相色谱法(UPLC)、和超临界流体色谱法（SFC）中最广泛使用的材料。最常见的应用使用已用有机官能团表面衍生化的二氧化硅，所述有机官能团例如十八烷基(C18)、辛基(C8)、苯基、氨基、氰基等。做为HPLC的固定相，这些填充材料产生具有高效率的柱并且不显示收缩或溶胀的迹象。
目前的杂化材料技术(Hybrid Material Technologies，HMT)为使用二氧化硅基填充材料遇到的传统色谱问题提供了重要的解决方案。HMT改进包括大大改善的高pH稳定性和优异的低pH稳定性、高机械稳定性、在pH7使用时的良好峰形状、高效率、良好的保持力（retentivity）、以及理想的色谱选择性。
然而，对于某些HMT和二氧化硅材料，已经注意到两个问题。第一个问题是在低pH值使用时对于碱差的峰形状，这可能不利地影响在低pH值使用时的加载能力和峰容量（peak capacity）。
对于许多HMT和二氧化硅材料观察到的第二个问题是：在柱暴露于流动相pH值的重复变化后（例如从pH 10到3重复转换），酸性和碱性分析物保留时间的变化（记为“漂移”）。
因此，仍然需要提供优异的峰形状和减少的漂移的替代性材料。
发明内容
本发明提供新的色谱材料，例如用于色谱分离，提供其制备方法和含有所述色谱材料的分离装置。
在一个方面，本发明提供高纯度色谱材料（high purity chromatographic material, HPCM），其包含色谱表面，其中所述色谱表面包含疏水表面基团和一种或多种可离子化改性剂（ionizable modifier），前提是当所述可离子化改性剂不含两性离子时，所述可离子化改性剂不含季铵离子部分。
在一些方面，HPCM还可以包含色谱芯材料。在某些方面，所述色谱芯是二氧化硅材料、杂化无机/有机材料、表面多孔材料(superficially porous material)或表面多孔材料。
在另一个方面，可离子化改性剂含有羧酸基团、磺酸基团、磷酸基团、硼酸基团、氨基基团、亚氨基基团、酰氨基基团、吡啶基、咪唑基、脲基、亚硫酰-脲基基团或氨基硅烷基团。
在另一个方面，可离子化改性剂选自锆、铝、铈、铁、钛、其盐、氧化物及它们的组合。
在另一个方面，可离子化改性剂可得自选自具有式(I)：
式(II)：
式(III)：
的可离子化改性试剂或其组合，
其中：
m是1-8的整数；
v是0或1；
当v为0时，m’是0；
当v为1时，m’是1-8的整数；
Z表示化学反应性基团，包括（但不限于）
、-OH、-OR6、胺、烷基胺、二烷基胺、异氰酸酯、酰基氯、三氟甲磺酸酯/盐(triflate)、异氰酸盐、硫氰酸酯/盐(thiocyanate)、咪唑碳酸酯/盐（imidazole carbonate）、NHS-酯、羧酸、酯、环氧化物（epoxide）、炔、烯、叠氮化物（azide）、-Br、-Cl或-I；
Y是嵌入的极性官能团（embedded polar functionality）；
R1的每次出现独立地表示在硅上的化学反应性基团，包括（但不限于）-H、-OH、-OR6、二烷基胺、三氟甲磺酸酯/盐、Br、Cl、I、乙烯基、烯、或-(CH2)m ’’Q；
Q的每次出现是-OH、-OR6、胺、烷基胺、二烷基胺、异氰酸酯、酰基氯、三氟甲磺酸酯/盐、异氰酸盐、硫氰酸酯/盐、咪唑碳酸酯/盐、NHS-酯、羧酸、酯、环氧化物、炔、烯、叠氮化物、-Br、-Cl或-I；
m’’是1-8的整数；
p是1-3的整数；
R1 ’的每次出现独立地表示F、C1-C18烷基、C2-C18烯基、C2-C18炔基、C3-C18环烷基、C1-C18杂环烷基、C5-C18芳基、C5-C18芳氧基或C1-C18杂芳基、氟代烷基或氟代芳基；
R2、R2 ’、R3和R3 ’的每次出现独立地表示氢、C1-C18烷基、C2-C18烯基、C2-C18炔基、C3-C18环烷基、C1-C18杂环烷基、C5-C18芳基、C5-C18芳氧基或C1-C18杂芳基、-Z、或具有式-Si(R’)bR’’a或-C(R’)bR’’a的基团；
a和b各自表示0-3的整数，条件是a+b=3；
R’表示C1-C6的直链、环状或支链烷基；
R’’是选自烷基、烯基、炔基、芳基、氰基、氨基、二醇、硝基、酯、阳离子或阴离子交换基团、含有嵌入的极性官能团的烷基或芳基、和手性部分的功能化基团（functionalizing group）；
R4表示氢、C1-C18烷基、C2-C18烯基、C2-C18炔基、C3-C18环烷基、C1-C18杂环烷基、C5-C18芳基、C5-C18芳氧基或C1-C18杂芳基；
R5表示氢、C1-C18烷基、C2-C18烯基、C2-C18炔基、C3-C18环烷基、C1-C18杂环烷基、C5-C18芳基、C5-C18芳氧基或C1-C18杂芳基；
R6的每次出现独立地表示C1-C18烷基、C2-C18烯基、C2-C18炔基、C3-C18环烷基、C1-C18杂环烷基、C5-C18芳基、C5-C18芳氧基或C1-C18杂芳基；
Het表示含有至少一个氮原子的杂环或杂芳基环系统；和
A表示酸性可离子化改性剂部分或双电荷可离子化改性剂部分。
在某些方面，当可离子化改性试剂选自式(III)时，A表示含有磷酸、羧酸、磺酸或硼酸的被保护的或未被保护的烷基、芳基或芳烷基。
在某些其他方面，当可离子化改性试剂选自式(III)时，A表示双电荷可离子化改性剂（dual charge ionizable modifier）。虽然不限于理论，但是双电荷可离子化改性剂具有可以显示相反电荷的两个子基团。在某些条件下，双电荷可离子化改性剂可以类似地起到两性离子和两性电解质的作用，以显示正电荷和负电荷两者并且保持零净电荷。在其它条件下，双电荷可离子化改性剂可以仅仅具有一个离子化的基团并且可以显示出净正电荷或净负电荷。
双电荷可离子化改性试剂包括但不限于可以显示出正电荷（通常在氮原子或氧原子上），和通过包含羧酸、磺酸、膦酸或硼酸的酸性基团显示出负电荷的烷基、支链烷基、芳基、环状、多芳香族(polyaromatic)、多环、杂环和多杂环基团。作为选择，某些含金属的络合物可以显示出正电荷和负电荷这两者。
双电荷可离子化改性试剂还可以包括但不限于两性离子、两性电解质、氨基酸、氨基烷基磺酸、氨基烷基羧酸、单甲基氨基烷基磺酸和二甲基氨基烷基磺酸、单甲基氨基烷基羧酸和二甲基氨基烷基羧酸、吡啶鎓烷基磺酸、和吡啶鎓烷基羧酸基团。作为选择，双电荷可离子化改性剂可以包括2-(N-吗啉代)乙磺酸、3-(N-吗啉代)丙磺酸、4-(2-羟基乙基)-1-哌嗪乙磺酸、哌嗪-N,N’-二(2-乙磺酸)、N-环己基-3-氨基丙磺酸、N-环己基-2-羟基-3-氨基丙磺酸、3-[(3-胆酰胺(cholamido)丙基)二甲基铵]-1-丙磺酸盐、6-甲基-9,10-双脱氢-麦角灵-8-羧酸、苯酚磺酞、甜菜碱、quinonoid、N,N-二(2-羟基乙基)氨基乙酸、和N-[三(羟甲基)甲基]氨基乙酸基团。
在某些方面，当可离子化改性试剂选自式(I)、(II)或(III)时，m为2或3。
在某些方面，当可离子化改性试剂选自式(I)、(II)或(III)时，R1表示Cl、-OH、二烷基氨基、甲氧基或乙氧基。
在一些方面，当可离子化改性试剂选自式(I)、(II)或(III)时，R1 ’表示甲基、乙基、异丁基、异丙基或叔丁基。
在其他方面，当可离子化改性试剂选自式(I)、(II)或(III)时，R2和R3的每次出现表示氢。
在其他方面，当可离子化改性试剂选自式(I)、(II)或(III)时，R2 ’和R3 ’的每次出现表示氢。
在其他方面，当可离子化改性试剂选自式(I)时，R4和R5的每一个表示氢。
在又其他方面，当可离子化改性试剂选自式(II)时，Het是吡啶基、嘧啶基、哒嗪基、吡嗪基、哌啶基、哌嗪基、六氢嘧啶基、吡咯基、吡唑基、咪唑基、吡咯烷基、吡唑烷基、咪唑烷基或三嗪基。
在其他方面，当可离子化改性试剂选自式(I)、(II)或(III)时，V为1，m’为3，并且R2、R2 ’、R3和R3 ’的每次出现是氢。在一些方面，当可离子化改性试剂选自式(I)、(II)或(III)时，V为1，m’为3，并且R2、R2 ’、R3和R3 ’的每次出现是氢，Y是氨基甲酸酯、碳酸酯、酰胺、脲、醚、硫醚、亚硫酰基、亚砜、磺酰基、硫脲、硫代碳酸酯、硫代氨基甲酸酯或三唑。
在仍其他方面，可离子化改性试剂是氨基丙基三乙氧基硅烷、氨基丙基三甲氧基硅烷、2-(2-(三氯甲硅烷基)乙基)吡啶、2-(2-(三甲氧基)乙基)吡啶、2-(2-(三乙氧基)乙基)吡啶、2-(4-吡啶基乙基)三乙氧基硅烷、2-(4-吡啶基乙基)三甲氧基硅烷、2-(4-吡啶基乙基)三氯硅烷、氯丙基三甲氧基硅烷、氯丙基三氯硅烷、氯丙基三氯硅烷、氯丙基三乙氧基硅烷、咪唑基丙基三甲氧基硅烷、咪唑基丙基三乙氧基硅烷、咪唑基丙基三氯硅烷、磺基丙基三硅烷醇（sulfopropyl trisilanol）、羧乙基硅烷三醇（carboxyethylsilanetriol）、2-(甲酯基)乙基甲基二氯硅烷、2-(甲酯基)乙基三氯硅烷、2-(甲酯基)乙基三甲氧基硅烷、n-(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺三乙酸、(2-二乙基磷酰（phosphato）乙基)三乙氧基硅烷、3-巯基丙基三乙氧基硅烷、3-巯基丙基三甲氧基硅烷、二[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]二硫化物（disulfide）、二[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]四硫化物、2,2-二甲氧基-1-硫杂-2-硅杂环戊烷、二(三氯甲硅烷基乙基)苯基磺酰氯、2-(氯磺酰基苯基)乙基三氯硅烷、2-(氯磺酰基苯基)乙基三甲氧基硅烷、2-(乙氧基磺酰基苯基)乙基三甲氧基硅烷、2-(乙氧基磺酰基苯基)乙基三甲氧基硅烷、2-(乙氧基磺酰基苯基)乙基三氯硅烷、磺酸苯乙基三硅烷醇、(三乙氧基甲硅烷基乙基)苯基膦酸二乙酯、(三甲氧基甲硅烷基乙基)苯基膦酸二乙酯、(三氯甲硅烷基乙基)苯基膦酸二乙酯、膦酸苯乙基三硅烷醇、N-(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)吡咯、N-(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)-4,5-二氢咪唑、二(甲基二甲氧基甲硅烷基丙基)-N-甲基胺、三(三乙氧基甲硅烷基丙基)胺、二(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-N-甲基胺、(N,N-二乙基-3-氨基丙基)三甲氧基硅烷、N-(羟乙基)-N-甲基氨基丙基三甲氧基硅烷、3-(N,N-二甲基氨基丙基)三甲氧基硅烷、二(2-羟乙基)-3-氨基丙基三乙氧基硅烷、N,N’-二(羟乙基)-N,N’-二(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺、或N,N-二甲基-3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷。
在某些方面，在本发明的HPCM中的疏水表面基团:可离子化改性剂的比为约2.5:1至约350:1，约3:1至约200:1，约4:1至约150:1，约4:1至约35:1，约5:1至约25:1，约5:1至约22:1，约20:1至约100:1，约25:1至约100:1。
在其他方面，在本发明的HPCM中的可离子化改性剂的浓度为小于约0.5μmol/m2，小于约0.4μmol/m2，小于约0.3μmol/m2，为约0.01μmol/m2至约0.5μmol/m2，为约0.01μmol/m2至约0.4μmol/m2，或者为约0.03μmol/m2至约0.3μmol/m2。
在另一方面，本发明的HPCM的疏水表面基团是C4-C30键合相。在一些方面，所述疏水表面基团是C18键合相。在其他方面，所述疏水表面基团是芳香族、苯基烷基、氟代芳香族、苯基己基、五氟苯基烷基或手性键合相。在仍然其他方面，疏水表面基团是嵌入的极性键合相。
在一些方面，本发明的HPCM的形式可以为：颗粒、粒状材料（granular material）、整体料（monolith）、表面多孔材料、表面多孔颗粒、表面多孔整体料、或用于开管色谱法的表面多孔层。
在一些方面，本发明的HPCM可以是无机材料（例如二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化锆）、杂化有机/无机材料、具有杂化表面层的无机材料（例如二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化锆）、具有无机（例如二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化锆）表面层的杂化材料、或者具有不同杂化表面层的杂化材料。在其他方面，本发明的HPCM可以具有有序的孔结构、非周期性的孔构造、非晶或无定形孔构造或基本无序的孔构造。
在一个方面，本发明的HPCM没有色谱增强性孔几何结构（chromatographically enhancing pore geometry）。
在另一个方面，本发明的HPCM具有色谱增强性孔几何结构。
在一些方面，本发明的HPCM的表面积为约25-1100m2/g，约80-500m2/g，或约120-330m2/g。
在其他方面，本发明的HPCM的孔体积为约0.15 – 1.5cm3/g，或约0.5 – 1.3cm3/g。
在仍然其他方面，本发明的HPCM的微孔表面积小于约110 m2/g，小于约105 m2/g，小于约80 m2/g，或小于约50 m2/g。
在仍然其他方面，本发明的HPCM的平均孔径为约20 - 1500Å，约50 - 1000Å，约100 - 750Å，或者约110 - 500Å。
在仍然其他的方面，在本发明的HPCM为颗粒形式时，本发明的HPCM的平均颗粒尺寸为约0.3 - 100μm，约0.5 - 20μm，0.8 - 10μm，或约1.0 – 3.5μm。
在另一个方面，本发明的HPCM在约1 – 约14的pH值，在约10 – 约14的pH值，或者在约1 – 约5的pH值是水解稳定的。
在仍然另一个方面，本发明的HPCM具有约2.5 – 约300的量化的表面覆盖率比（surface coverage ratio）B/A，其中A表示可离子化改性剂，B表示疏水基团。在一些方面，量化的表面覆盖率比B/A为约3 – 约200，约4 – 约35，或约5 – 约22。
在另一个方面，本发明的HPCM可以是表面改性的。在一些方面，本发明的HPCM可以是通过涂覆聚合物进行表面改性的。在其他方面，本发明的HPCM可以是通过涂覆聚合物、通过有机基团和硅烷醇基团改性的组合、通过有机基团改性和涂覆聚合物的组合、或者通过硅烷醇基团改性和涂覆聚合物的组合进行表面改性的。在其他方面，本发明的HPCM可以是已经通过有机基团改性、硅烷醇基团改性和涂覆有机物的组合进行表面改性的材料。在仍然其他的方面，本发明的HPCM可以是通过在所述材料的有机基团与改性试剂之间形成有机共价键进行表面改性的。
在一些方面，本发明的HPCM可以进一步包含分散在所述材料内的纳米颗粒。在还包含纳米颗粒的方面中，所述纳米颗粒可以是多于一种的纳米颗粒的混合物。在包含纳米颗粒的某些方面，纳米颗粒的存在量按纳米复合材料的重量计为<20%或按纳米复合材料的重量计<5%。在包含纳米颗粒的其他方面中，所述纳米颗粒是结晶的或无定形的。在一些方面，所述纳米颗粒是包含选自碳化硅、铝、金刚石、铈、碳黑、碳纳米管、锆、钡、铈、钴、铜、铕、钆、铁、镍、钐、硅、银、钛、锌、硼、其氧化物、以及其氮化物的一种或多种成分的物质。在一些其他的方面，所述纳米颗粒是包含选自纳米金刚石、碳化硅、二氧化钛、立方氮化硼的一种或多种成分的物质。在另一个方面，所述纳米颗粒的直径小于或等于200nm，小于或等于100nm，小于或等于50nm，或小于或等于20nm。
附图说明
图1表示使用(a)传统的商业C18键合材料和(b)本发明的材料随pH转换（从pH3到pH10）的漂移（drift）。
图2表示使用(a)传统的商业C18键合材料和(b)本发明的材料的各种分析物的峰形状。
图3表示在含有三种不同HPCM C18材料的4.6×150mm柱上的阿米替林等强度（isocratic）加载行为的比较：(a)具有高水平可离子化改性剂的产品2e显示前伸/反Langmuirian峰形状，表明凹形的Langmuirian等温线；(b)具有平衡水平的可离子化改性剂的产品2d显示出接近对称的Gaussian/线性峰形状，表明线性的Langmuirian等温线；和(c)具有非常低水平可离子化改性剂的产品2b显示拖尾/Bi-Langmuirian峰形状，表明凸形的Langmuirian等温线。
图4表示在C18柱（二者都是2.1×50mm）上的阿米替林等强度加载行为的比较。
具体实施方式
本发明提供新的色谱材料，例如用于色谱分离，提供其制备方法以及含有所述色谱材料的分离装置。通过参考下面给出的定义将更充分地说明本发明。
定义
“高纯度”或“高纯度色谱材料”包括从高纯度前体制备的材料。在某些方面，高纯度材料具有减少的金属污染物和/或未降低的色谱性能，包括但不限于表面硅烷醇的酸度和表面的异质性。
“色谱表面”包括为样品的色谱分离提供的表面。在一些方面，色谱表面是多孔的。在某些方面，色谱表面可以是颗粒、表面多孔材料或整体料的表面。在一些方面，色谱表面由在色谱分离过程中组合使用的一种或多种颗粒、表面多孔材料或整体料的表面组成。在某些其他方面，色谱表面是无孔的。
“可离子化改性剂”包括带有供电子基团或吸电子基团的官能团。在一些方面，可离子化改性剂含有一个或多个羧酸基团、氨基基团、亚氨基基团（imido group）、酰氨基基团、吡啶基、咪唑基、脲基、亚硫酰-脲基基团（thionyl-ureido groups）或氨基硅烷基团，或其组合。在其他方面，可离子化改性剂包含带有具有自由孤电子对(free electron lone pair)的氮原子或磷原子的基团。在一些方面，可离子化改性剂共价结合到所述材料表面并且具有可离子化基团。在某些情况下，其通过表面杂化基团(surface hybrid group)的化学改性连接到所述色谱材料。
“疏水表面基团”包括表现出疏水性的在所述色谱表面上的表面基团。在一些方面，疏水基团可以是碳键合相(carbon bonded phase)，例如C4 – C18键合相。在其他方面，疏水表面基团可以含有嵌入的极性基团使得疏水表面的外部部分保持疏水性。在某些情况下，其通过表面杂化基团的化学改性连接到色谱材料。在其他情况下，疏水基团可以是C4-C30、嵌入的极性、手性、苯基烷基、或五氟苯基键合和涂层。
“色谱芯”包括色谱材料，包括但不限于颗粒、整体料或其他合适结构形式的无机材料如二氧化硅或本文所定义的杂化材料，其形成本发明的材料的内部部分。在某些方面，色谱芯的表面代表本文所定义的色谱表面，或者代表被本文所定义的色谱表面包围的材料。色谱表面材料可以以分离的或清晰的过渡是可辨别的方式布置在色谱芯上或者结合到或退火(annealed)到色谱芯上，或者可以以与色谱芯的表面混合产生材料梯度并且没有分离的内部芯表面的方式结合到色谱芯上。在某些实施方案中，色谱表面材料可以与色谱芯的材料相同或不同，并且可以呈现出与色谱芯不同的物理或物理化学性质，包括但不限于孔体积、表面积、平均孔径、碳含量或水解pH稳定性。
“杂化（hybrid）”（包括“杂化无机/有机材料”）包括基于无机物质的结构，其中有机官能团对内部或“骨架”无机结构以及杂化材料表面都是不可或缺的。杂化材料的无机部分可以是例如氧化铝、二氧化硅、钛、铈、或锆或其氧化物，或者陶瓷材料。“杂化”包括基于无机物质的结构，其中有机官能团对内部或“骨架”无机结构以及杂化材料表面都是不可或缺的。如上所述，示例性杂化材料在美国专利No. 4,017,528、6,528,167、6,686,035和7,175,913中示出。
术语“脂环族基团”包括三个或更多个碳原子的闭环结构。脂环族基团包括作为饱和环状烃的环烷烃或环烷属烃、用两个或更多个双键不饱和的环烯烃、和具有三键的环炔烃。它们不包括芳香族基团。环烷烃的实例包括环丙烷、环己烷和环戊烷。环烯烃的实例包括环戊二烯和环辛四烯。脂环族基团也包括稠环结构和取代的脂环族基团如烷基取代的脂环族基团。在脂环族类（alicyclics）的情况下，此类取代基还可以包含低级烷基、低级烯基、低级烷氧基、低级烷硫基、低级烷基氨基、低级烷基羧基、硝基、羟基、-CF3、-CN等等。
术语“脂肪族基团”包括以直链或支链为特征的有机化合物，通常具有1 – 22个碳原子。脂肪族基团包括烷基、烯基和炔基。在复杂结构中，所述链可以是支化的或交联的。烷基基团包括具有一个或多个碳原子的饱和烃，包括直链烷基和支链烷基。这样的烃部分可以在一个或多个碳原子上用例如卤素、羟基、巯基、氨基、烷氧基、烷基羧基、烷硫基、或硝基基团取代。除非另外说明碳的数量，否则本文所用的“低级脂肪族”是指如上定义的脂肪族基团（例如低级烷基、低级烯基、低级炔基），但是具有1 – 6个碳原子。这样的低级脂肪族基团的典型，例如低级烷基，是甲基、乙基、正丙基、异丙基、2-氯丙基、正丁基、仲丁基、2-氨基丁基、异丁基、叔丁基、3-thiopentyl等。如本文所用的那样，术语“硝基”是指-NO2；术语“卤素”是指-F、-Cl、-Br或-I；术语“巯基（thiol）”是指SH；术语“羟基”是指-OH。因此，本文所用的术语“烷基氨基”是指具有与其连接的氨基的如上所定义的烷基基团。合适的烷基氨基基团包括具有1 – 约12个碳原子的基团，优选具有1 – 约6个碳原子的基团。术语“烷硫基”是指具有与其连接的硫基的如上所定义的烷基。合适的烷硫基基团包括具有1 – 约12个碳原子的基团，优选具有1 – 约6个碳原子的基团。本文所用的术语“烷基羧基”是指具有与其连接的羧基的如上所定义的烷基基团。本文所用的术语“烷氧基”是指具有与其连接的氧原子的如上所定义的烷基基团。代表性的烷氧基基团包括具有1 – 约12个碳原子的基团，优选具有1 – 约6个碳原子的基团，例如甲氧基、乙氧基、丙氧基、叔丁氧基等。术语“烯基”和“炔基”是指与烷基类似的不饱和的脂肪族基团，但是其分别含有至少一个双键或三键。合适的烯基和炔基基团包括具有2 – 约12个碳原子的基团，优选具有1 – 约6个碳原子的基团。
术语“烷基”包括饱和的脂肪族基团，包括直链烷基基团、支链烷基基团、环烷基（脂环族）基团、烷基取代的环烷基基团和环烷基取代的烷基基团。在某些实施方案中，直链或支链烷基在其主链上具有30个或更少碳原子，例如对于直链为C1 – C30或对于支链为C3 – C30。在某些实施方案中，直链或支链烷基在其主链上具有20个或更少碳原子，例如对于直链为C1 – C20或对于支链为C3 – C20，更优选为18个碳原子或更少。类似地，优选的环烷基在其环结构中具有4 – 10个碳原子，更优选在环结构中具有4 – 7个碳原子。术语“低级烷基”是指在链上有1 – 6个碳的烷基基团和在环结构中有3 – 6个碳的环烷基。
此外，在整个说明书和权利要求中所用的术语“烷基”（包括“低级烷基”）包括“未取代的烷基”和“取代的烷基”，其中后者是指烃主链的一个或多个碳上的氢被取代基替代的烷基部分。这样的取代基可以包括例如卤素、羟基、烷基羰氧基、芳基羰氧基、烷氧基羰氧基、芳氧基羰氧基、羧酸盐/酯、烷基羰基、烷氧基羰基、氨基羰基、烷基硫代羰基、烷氧基、磷酸盐/酯、phosphonato、phosphinato、氰基、氨基（包括烷基氨基、二烷基氨基、芳基氨基、二芳基烷基和烷基芳基氨基）、酰基氨基（包括烷基羰基氨基、芳基羰基氨基、氨基甲酰基和脲基）、脒基、亚氨基、氢硫基（sulfhydryl）、烷硫基、芳硫基、硫代羧酸盐/酯、硫酸盐/酯、sulfonato、氨磺酰基、磺酰氨基（sulfonamido）、硝基、三氟甲基、氰基、叠氮基、杂环基、芳烷基、或芳香族或杂芳族部分。本领域技术人员将会理解，如果合适，在烃链上取代的部分本身可以被取代。环烷基可以例如用上述取代基进一步取代。“芳烷基”部分是用芳基取代的烷基，例如具有1 – 3个单独的或稠合的环并具有6 – 约18个碳环原子，例如苯基甲基（苄基）。
本文所用的术语“氨基”是指式-NRaRb的未取代的或取代的部分，其中Ra和Rb各自独立地是氢、烷基、芳基或杂环基，或者Ra和Rb与它们连接的氮原子一起形成在环中有3 – 8个原子的环形部分。因此，术语“氨基”包括环形氨基部分，例如哌啶基或吡咯烷基，除非另有说明。“氨基取代的氨基基团”是指其中Ra和Rb的至少一个进一步用氨基取代的氨基。
术语“芳香族基团”包括含有一个或多个环的不饱和环状烃。芳香族基团包括5元和6元单环基团，其可以包括0 – 4个杂原子，例如苯、吡咯、呋喃、噻吩、咪唑、唑、噻唑、三唑、吡唑、吡啶、吡嗪、哒嗪和嘧啶等。芳香族环可以用例如卤素、低级烷基、低级烯基、低级烷氧基、低级烷硫基、低级烷基氨基、低级烷基羧基、硝基、羟基、-CF3、-CN等在一个或多个环位置上进行取代。
术语“芳基”包括5元和6元单环芳香族基团，其可以包括0 – 4个杂原子，例如未取代的或取代的苯、吡咯、呋喃、噻吩、咪唑、唑、噻唑、三唑、吡唑、吡啶、吡嗪、哒嗪和嘧啶等。芳基基团也可以包含多环稠合芳香族基团，例如萘基、喹啉基、吲哚基等。芳香族环可以用例如以上对烷基所描述的这些取代基在一个或多个环位置上进行取代。合适的芳基包括未取代的和取代的苯基。本文所用的术语“芳氧基”是指具有与其连接的氧原子的如上所定义的芳基。本文所用的术语“芳烷氧基”是指具有与其连接的氧原子的如上所定义的芳烷基。合适的芳烷氧基具有1 – 3个单独的或稠合的环并且具有6 – 约18个碳环原子，例如O-苄基。
术语“陶瓷前体”意在包括导致形成陶瓷材料的任何化合物。
术语“手性部分”意在包括允许手性或立体选择性合成的任何官能团。手性部分包括但不限于具有至少一个手性中心的取代基、天然和非天然的氨基酸、肽和蛋白质、衍生化的纤维素、大环抗生素、环糊精、冠醚、和金属络合物。
术语“嵌入的极性官能团”是提供必需的极性部分，使得由于在二氧化硅表面上的未反应硅烷醇基团的屏蔽作用与碱性（basic）样品的相互作用被减少的官能团。嵌入的极性官能团包括但不限于碳酸酯/盐、酰胺、脲、醚、硫醚、亚硫酰基、亚砜、磺酰基、硫脲、硫代碳酸酯/盐、硫代氨基甲酸酯/盐、乙二醇、杂环、三唑官能团或氨基甲酸酯/盐官能团，如在美国专利5,374,755中所公开的，以及手性部分。
表述“色谱增强性孔几何结构”包括已经被发现增强材料的色谱分离能力的目前公开材料的孔构造的几何结构，例如与本领域中其他色谱介质不同。例如，可以形成、选择或构建几何结构，并且各种性质和/或因素可以用来确定材料的色谱分离能力是否已经被“增强”，例如与本领域中已知的或常规使用的几何结构相比较。这些因素的实例包括高分离效率、更长的柱寿命和高传质性能（如通过例如减小的带展开和良好的峰形状所证明）。这些性质可以使用本领域承认的技术测量或观察。例如，本发明的多孔无机/有机杂化材料的色谱增强性孔几何结构通过不存在“墨水瓶”或“壳形”孔几何结构或形态而与现有技术材料区分开来，这两种孔几何结构或形态都是不希望的，因为它们例如降低传质速度，导致更低的效率。
色谱增强性孔几何结构在仅含有少量微孔的杂化材料中被发现。当直径约<34Å的所有孔对材料的比表面积贡献小于约110m2/g时，在杂化材料中实现少量的微孔。具有这样的低微孔表面积（MSA）的杂化材料产生色谱增强，包括高分离效率和良好的传质性能(如通过例如减小的带展开和良好的峰形状所证明)。微孔表面积（MSA）定义为直径小于或等于34Å的孔中的表面积，使用BJH法通过多点氮气吸附分析从等温线的吸附段（adsorption leg）确定。如本文所用的那样，首字母缩写词“MSA”和“MPA”可以相互交换地用来表示“微孔表面积”。
术语“功能化基团”包括向色谱固定相赋予某种色谱功能的有机官能团。
术语“杂环基团”包括环中原子的一个或多个是除了碳以外的元素例如氮、硫或氧的闭环结构。杂环基团可以是饱和的或不饱和的，并且杂环基团如吡咯和呋喃可以具有芳香特性。它们包括稠合环结构，例如喹啉和异喹啉。杂环基团的其它实例包括吡啶和嘌呤。杂环基团也可以在一个或多个构成原子上用例如卤素、低级烷基、低级烯基、低级烷氧基、低级烷硫基、低级烷基氨基、低级烷基羧基、硝基、羟基、-CF3、-CN等取代。合适的杂芳族和杂脂环族基团一般将具有1 – 3个单独的或稠合的环，每个环具有3 – 约8个环成员，和一个或多个N、O或S原子，例如香豆素基（coumarinyl）、喹啉基、吡啶基、吡嗪基、嘧啶基、呋喃基、吡咯基、噻吩基、噻唑基、唑基、咪唑基、吲哚基、苯并呋喃基、苯并噻唑基、四氢呋喃基、四氢吡喃基、哌啶基、吗啉代和吡咯烷基。
术语“金属氧化物前体”意在包括含有金属并导致形成金属氧化物如氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆的任何化合物。
术语“整体料”意在包括堆积成床形式的单独颗粒的集合，其中单独颗粒的形状和形态被保持。所述颗粒有利地是使用将所述颗粒结合在一起的材料堆积。可以使用本领域公知的任何数量的结合用材料，例如二乙烯基苯、甲基丙烯酸酯、氨基甲酸酯、烯烃、炔烃、胺、酰胺、异氰酸酯或环氧基团的线形或交联的聚合物，以及有机烷氧基硅烷、四烷氧基硅烷的缩合反应、聚有机烷氧基硅氧烷、聚乙氧基硅氧烷，和陶瓷前体。在某些实施方案中，术语“整体料”也包括通过其他方法制备的杂化整体料，如美国专利7,250,214中详细描述的杂化整体料、含有0 – 99摩尔%二氧化硅（例如SiO2）从一种或多种单体的缩合制备的杂化整体料、由聚结的多孔无机/有机颗粒制备的杂化整体料、具有色谱增强性孔几何结构的杂化整体料、不具有色谱增强性孔几何结构的杂化整体料、具有有序的孔结构的杂化整体料、具有非周期性孔结构的杂化整体料、具有非结晶或无定形分子有序性的杂化整体料、具有结晶微区或区域的杂化整体料、具有多种不同大孔（macropore）和中孔（mesopore）性质的杂化整体料、和处于各种不同纵横比的杂化整体料。在一些实施方案中，术语“整体料”还包括无机整体料，如在G. Guiochon/J. Chromatogr. A 1168 (2007) 101-168中所描述的那些。
术语“纳米颗粒”是粉末/纳米粉末的微观颗粒/晶粒或微观成员，至少一个尺寸小于约100nm，例如直径或颗粒厚度小于约100nm(0.1 mm)，其可以是晶体或非晶体。纳米颗粒的性能不同于且常常优于传统本体（bulk）材料的那些，包括例如更大的强度、硬度、延展性、烧结性，尤其是更大的反应性。大量的科学研究继续致力于确定纳米材料的性能，已经通过许多方法合成了少量的纳米材料（主要作为纳米尺寸的粉末），所述方法包括胶体沉淀、机械研磨和气相成核与生长。大量的综述已经记录了纳米相材料新近的进展，并且通过对其引用而并入本文：Gleiter, H. (1989) “Nano-crystalline materials”, Prog. Mater. Sci. 33:223-315和Siegel, R.W. (1993) “Synthesis and properties of nano-phase materials”, Mater. Sci. Eng. A168:189-197。在一些实施方案中，纳米颗粒包括以下的氧化物或氮化物：碳化硅、铝、金刚石、铈、碳黑、碳纳米管、锆、钡、铈、钴、铜、铕、钆、铁、镍、钐、硅、银、钛、锌、硼、及其混合物。在一些实施方案中，本发明的纳米颗粒选自金刚石、氧化锆（无定形、单斜、四方和立方晶型）、二氧化钛（无定形、锐钛矿、板钛矿和金红石晶型）、铝（无定形、α和γ晶型）、和氮化硼（立方晶型）。在特定的实施方案中，本发明的纳米颗粒选自纳米金刚石、碳化硅、二氧化钛（锐钛矿晶型）、立方氮化硼、及其任何组合。此外，在特定的实施方案中，纳米颗粒可以是结晶的或无定形的。在特定的实施方案中，纳米颗粒的直径小于或等于100mm，例如直径小于或等于50 mm，例如直径小于或等于20mm。
此外，应当理解，特征为分散在本发明的复合材料内的纳米颗粒意在描述外加的纳米颗粒。这与能够原位形成的纳米颗粒或者含有与公认纳米颗粒的显著相似性的形成物相反，其中例如大分子结构如颗粒可包含内源产生的这些的聚集体。
术语“基本无序”是指基于x射线粉末衍射分析缺少孔有序性。具体地，“基本无序”由在x射线衍射图案中在对应于至少1nm的d值（或d-间距）的衍射角处缺少峰来定义。
“表面改性剂”（通常）包括向色谱固定相赋予某种色谱功能性的有机官能团。多孔无机/有机杂化材料具有可以另外用表面改性剂取代或衍生化的有机基团和硅烷醇基团。
表述“表面改性的”在本文中用来描述具有有机基团和硅烷醇基团二者的本发明的复合材料，所述基团可以另外用表面改性剂取代或衍生化。“表面改性剂” （通常）包括向色谱固定相赋予某种色谱功能性的有机官能团。表面改性剂例如本文所公开的被连接到基础材料，例如通过衍生化或涂覆和以后的交联，将表面改性剂的化学特性赋予基础材料。在一个实施方案中，杂化材料的有机基团与表面改性剂反应形成有机共价键。改性剂可以通过有机和聚合物化学中熟知的多种机理形成到所述材料的有机基团的有机共价键，包括但不限于亲核、亲电、环加成、自由基、卡宾、氮宾、和碳阳离子反应。有机共价键定义为涉及在有机化学的常见元素，包括但不限于氢、硼、碳、氮、氧、硅、磷、硫和卤素之间形成共价键。此外，碳-硅和碳-氧-硅键被定义为有机共价键，而硅-氧-硅键没有被定义为有机共价键。各种各样的合成转化在文献中是熟知的，参见例如March, J. Advanced Organic Chemistry, 第三版，Wiley, New York, 1985。
色谱表面材料
本发明提供包含色谱表面的高纯度色谱材料(HPCM)，其中所述色谱表面包含疏水表面基团和一种或多种可离子化改性剂，条件是当所述可离子化改性剂不含两性离子时，所述可离子化改性剂不含季铵离子部分。
在一些方面，所述HPCM还可包含色谱芯材料。在某些方面，所述色谱芯是二氧化硅材料、杂化无机/有机材料、表面多孔材料、或表面多孔颗粒。色谱芯材料可以是离散颗粒的形式或者可以是整体料。色谱芯材料可以是任何多孔材料并且可以商购或者可以通过已知的方法制备，例如在例如美国专利4,017,528、6,528,167、6,686,035和7,175,913中所描述的那些方法。在一些实施方案中，色谱芯材料可以是无孔芯。
本领域普通技术人员可以改变色谱表面材料和色谱芯材料（如果存在的话）的组成以提供增强的色谱选择性、增强的柱化学稳定性、提高的柱效率、和/或提高的机械强度。类似地，包围材料的组成提供亲水/亲脂平衡(HLB)、表面电荷（例如等电点或硅烷醇pKa）、和/或用于增强的色谱分离的表面功能性方面的变化。此外，在某些实施方案中，色谱材料的组成也可以提供可用于进一步的表面改性的表面功能性。
本发明的HPCM的可离子化改性剂和疏水表面基团可以使用已知方法制备。一些可离子化改性剂试剂是可以商业购得的。例如具有氨基烷基三烷氧基硅烷、甲基氨基烷基三烷氧基硅烷和吡啶基烷基三烷氧基硅烷的硅烷是可以商业购得的。其他硅烷如氯丙基烷基三氯硅烷和氯丙基烷基三烷氧基硅烷也可以商业购得。这些可以与咪唑键合并反应，产生咪唑基烷基甲硅烷基表面物类，或者与吡啶键合并反应产生吡啶基烷基甲硅烷基表面物类。其他酸性改性剂也是可以商业购得的，包括但不限于磺基丙基三硅烷醇、羧乙基硅烷三醇、2-（甲酯基）乙基甲基二氯硅烷、2-（甲酯基）乙基三氯硅烷、2-（甲酯基）乙基三甲氧基硅烷、n-(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺、三乙酸、（2-二乙基磷酰乙基）三乙氧基硅烷、2-（氯磺酰基苯基）乙基三氯硅烷、和2-（氯磺酰基苯基）乙基三甲氧基硅烷。
本领域技术人员已知使用通常的合成方案来合成这些类型的硅烷，包括格氏反应（grinard reactions）和氢化硅烷化。产物可以通过色谱法、重结晶或蒸馏来纯化。
其他添加剂如异氰酸酯也是可以商业购得的或者可由本领域技术人员合成。一种通常的异氰酸酯形成方案是伯胺与碳酰氯或称为Triphosgene的试剂的反应。
在一些实施方案中，可离子化改性剂含有羧酸基团、磺酸基团、磷酸基团、硼酸基团、氨基基团、亚氨基基团、酰氨基基团、吡啶基基团、咪唑基基团、脲基、亚硫酰-脲基基团或氨基硅烷基团。
在其他方面，可离子化改性剂试剂可以选自式(I)：
式(II)：
式(III)：
其中：
m是1-8的整数；
v是0或1；
当v为0时，m’是0；
当v为1时，m’是1-8的整数；
Z表示化学反应性基团，包括（但不限于）
、-OH、-OR6、胺、烷基胺、二烷基胺、异氰酸酯、酰基氯、三氟甲磺酸酯/盐、异氰酸盐、硫氰酸酯/盐、咪唑碳酸酯/盐、NHS-酯、羧酸、酯、环氧化物、炔、烯、叠氮化物、-Br、-Cl或-I；
Y是嵌入的极性官能团；
R1的每次出现独立地表示在硅上的化学反应性基团，包括（但不限于）-H、-OH、-OR6、二烷基胺、三氟甲磺酸酯/盐、Br、Cl、I、乙烯基、烯、或-(CH2) m ’’Q；
Q的每次出现是-OH、-OR6、胺、烷基胺、二烷基胺、异氰酸酯、酰基氯、三氟甲磺酸酯/盐、异氰酸盐、硫氰酸酯/盐、咪唑碳酸酯/盐、NHS-酯、羧酸、酯、环氧化物、炔、烯、叠氮化物、-Br、-Cl或-I；
m’’是1-8的整数；
p是1-3的整数；
R1 ’的每次出现独立地表示F、C1-C18烷基、C2-C18烯基、C2-C18炔基、C3-C18环烷基、C1-C18杂环烷基、C5-C18芳基、C5-C18芳氧基或C1-C18杂芳基、氟代烷基或氟代芳基；
R2、R2 ’、R3和R3 ’的每次出现独立地表示氢、C1-C18烷基、C2-C18烯基、C2-C18炔基、C3-C18环烷基、C2-C18杂环烷基、C5-C18芳基、C5-C18芳氧基或C4-C18杂芳基、-Z、或具有式-Si(R’)bR’’a或-C(R’)bR’’a的基团；
a和b各自表示0-3的整数，条件是a+b=3；
R’表示C1-C6直链、环状或支链的烷基基团；
R’’是选自烷基、烯基、炔基、芳基、氰基、氨基、二醇、硝基、酯、阳离子或阴离子交换基团、含有嵌入的极性官能团的烷基或芳基和手性部分的功能化基团；
R4表示氢、C1-C18烷基、C2-C18烯基、C2-C18炔基、C3-C18环烷基、C1-C18杂环烷基、C5-C18芳基、C5-C18芳氧基或C1-C18杂芳基；
R5表示氢、C1-C18烷基、C2-C18烯基、C2-C18炔基、C3-C18环烷基、C1-C18杂环烷基、C5-C18芳基、C5-C18芳氧基或C1-C18杂芳基；
R6的每次出现独立地表示C1-C18烷基、C2-C18烯基、C2-C18炔基、C3-C18环烷基、C1-C18杂环烷基、C5-C18芳基、C5-C18芳氧基或C1-C18杂芳基；
Het表示含有至少一个氮原子的杂环或杂芳基环系统；和
A表示酸性可离子化改性剂部分或双电荷可离子化改性剂部分。
在又其他实施方案中，可离子化改性剂是氨基丙基三乙氧基硅烷、氨基丙基三甲氧基硅烷、2-(2-(三氯甲硅烷基)乙基)吡啶、2-(2-(三甲氧基)乙基)吡啶、2-(2-(三乙氧基)乙基)吡啶、2-(4-吡啶基乙基)三乙氧基硅烷、2-(4-吡啶基乙基)三甲氧基硅烷、2-(4-吡啶基乙基)三氯硅烷、氯丙基三甲氧基硅烷、氯丙基三氯硅烷、氯丙基三氯硅烷、氯丙基三乙氧基硅烷、咪唑基丙基三甲氧基硅烷、咪唑基丙基三乙氧基硅烷、咪唑基丙基三氯硅烷、磺基丙基三硅烷醇、羧乙基硅烷三醇、2-(甲酯基)乙基甲基二氯硅烷、2-(甲酯基)乙基三氯硅烷、2-(甲酯基)乙基三甲氧基硅烷、n-(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺三乙酸、(2-二乙基磷酰乙基)三乙氧基硅烷、3-巯基丙基三乙氧基硅烷、3-巯基丙基三甲氧基硅烷、二[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]二硫化物、二[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]四硫化物、2,2-二甲氧基-1-硫杂-2-硅杂环戊烷、二(三氯甲硅烷基乙基)苯基磺酰氯、2-(氯磺酰基苯基)乙基三氯硅烷、2-(氯磺酰基苯基)乙基三甲氧基硅烷、2-(乙氧基磺酰基苯基)乙基三甲氧基硅烷、2-(乙氧基磺酰基苯基)乙基三甲氧基硅烷、2-(乙氧基磺酰基苯基)乙基三氯硅烷、磺酸苯乙基三硅烷醇、(三乙氧基甲硅烷基乙基)苯基膦酸二乙酯、(三甲氧基甲硅烷基乙基)苯基膦酸二乙酯、(三氯甲硅烷基乙基)苯基膦酸二乙酯、膦酸苯乙基三硅烷醇、N-(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)吡咯、N-(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)-4,5-二氢咪唑、二(甲基二甲氧基甲硅烷基丙基)-N-甲基胺、三(三乙氧基甲硅烷基丙基)胺、二(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-N-甲基胺、(N,N-二乙基-3-氨基丙基)三甲氧基硅烷、N-(羟乙基)-N-甲基氨基丙基三甲氧基硅烷、3-(N,N-二甲基氨基丙基)三甲氧基硅烷、二(2-羟乙基)-3-氨基丙基三乙氧基硅烷、N,N’-二(羟乙基)-N,N’-二(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺、或N,N-二甲基-3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷。
在一些实施方案中，当可离子化改性剂具有式(III)时，酸性可离子化改性剂是三硅烷醇、三烷氧基硅烷或三氯硅烷的被保护或去保护的形式，或者是磺酸烷基硅烷、磺酸苯基烷基硅烷、磺酸苄基烷基硅烷、磺酸苯基硅烷、磺酸苄基硅烷、羧酸烷基硅烷、羧酸苯基烷基硅烷、羧酸苄基烷基硅烷、羧酸苯基硅烷、羧酸苄基硅烷、磷酸烷基硅烷、膦酸苯基烷基硅烷、膦酸苄基烷基硅烷、膦酸苯基硅烷、膦酸苄基硅烷、硼酸烷基硅烷、硼酸苯基烷基硅烷、硼酸苄基烷基硅烷、硼酸苯基硅烷、硼酸苄基硅烷的盐。
在一些实施方案中，当可离子化改性剂具有式(III)时，酸性可离子化改性剂是磺酸烷基异氰酸酯、磺酸苯基烷基异氰酸酯、磺酸苄基烷基异氰酸酯、磺酸苯基异氰酸酯、磺酸苄基异氰酸酯、羧酸烷基异氰酸酯、羧酸苯基烷基异氰酸酯、羧酸苄基烷基异氰酸酯、羧酸苯基异氰酸酯、羧酸苄基异氰酸酯、磷酸烷基异氰酸酯、膦酸苯基烷基异氰酸酯、膦酸苄基烷基异氰酸酯、膦酸苯基异氰酸酯、膦酸苄基异氰酸酯、硼酸烷基异氰酸酯、硼酸苯基烷基异氰酸酯、硼酸苄基烷基异氰酸酯、硼酸苯基异氰酸酯、或硼酸苄基异氰酸酯的被保护或去保护形式或盐。
在一些实施方案中，当可离子化改性剂试剂选自式(III)时，A表示双电荷可离子化改性剂部分。虽然不限于理论，但是双电荷可离子化改性剂部分具有可以显示相反电荷的两个子基团。在某些条件下，双电荷可离子化改性剂部分可以类似地起到两性离子和两性电解质的作用，以显示正电荷和负电荷两者并且保持零净电荷。在其它条件下，双电荷可离子化改性剂部分可以仅仅具有一个离子化的基团并且可以显示出净正电荷或净负电荷。双电荷可离子化改性剂部分包括但不限于可以显示出正电荷（通常在氮原子或氧原子上），和通过包含羧酸、磺酸、膦酸或硼酸的酸性基团显示出负电荷的烷基、支链烷基、芳基、环状、多芳香族、多环、杂环和多杂环基团。作为选择，某些含金属的络合物可以显示出正电荷和负电荷这两者。双电荷可离子化改性剂部分还可以包括但不限于两性离子、两性电解质、氨基酸、氨基烷基磺酸、氨基烷基羧酸、单甲基氨基烷基磺酸和二甲基氨基烷基磺酸、单甲基氨基烷基羧酸和二甲基氨基烷基羧酸、吡啶鎓烷基磺酸、和吡啶鎓烷基羧酸基团。作为选择，双电荷可离子化改性剂部分可以是2-(N-吗啉代)乙磺酸、3-(N-吗啉代)丙磺酸、4-(2-羟基乙基)-1-哌嗪乙磺酸、哌嗪-N,N’-二(2-乙磺酸)、N-环己基-3-氨基丙磺酸、N-环己基-2-羟基-3-氨基丙磺酸、3-[(3-胆酰胺丙基)二甲基铵]-1-丙磺酸盐、6-甲基-9,10-双脱氢-麦角灵-8-羧酸、苯酚磺酞、甜菜碱类、quinonoids、N,N-二(2-羟基乙基)氨基乙酸、和N-[三(羟甲基)甲基]氨基乙酸基团。
在某些实施方案中，在本发明的HPCM中的疏水表面基团:可离子化改性剂的比为约4:1至约150:1，约20:1至约100:1，或约25:1至约100:1。
在其他实施方案中，在本发明的HPCM中的可离子化改性剂的浓度为小于约0.5μmol/m2，小于约0.4μmol/m2，小于约0.3μmol/m2，为约0.01μmol/m2至约0.5μmol/m2，为约0.1μmol/m2至约0.4μmol/m2，或者为约0.2μmol/m2至约0.3μmol/m2。
在仍然另一个方面，本发明的HPCM具有为约2.5 – 约300的量化的表面覆盖率比B/A，其中A表示可离子化改性剂，B表示疏水基团。在一些方面，量化的表面覆盖率比B/A为约3 – 约200，约4 – 约35，或约5 – 约22。
在另一个方面，本发明的HPCM的疏水表面基团是C4-C18键合相。在一些方面，所述疏水表面基团是C18键合相。在又其他方面，所述疏水表面基团是嵌入的极性键合相。在其他方面，所述疏水表面基团是芳香族、苯基烷基、氟代芳香族、苯基己基、或五氟苯基烷基键合相。在另一个方面，所述疏水表面基团是C4-C30、嵌入的极性、手性、苯基烷基、或五氟苯基键合或涂层。
在一些实施方案中，本发明的HPCM的形式可以为颗粒、整体料、或表面多孔材料。在一些其他的方面，本发明的HPCM是无孔材料。
在一些方面，本发明的HPCM可以是无机材料（例如二氧化硅）、杂化有机/无机材料、具有杂化表面层的无机材料（例如二氧化硅）、具有无机（例如二氧化硅）表面层的杂化颗粒、或者具有不同杂化表面层的杂化颗粒。
在一个实施方案中，本发明的HPCM不具有色谱增强性孔几何结构。在另一个实施方案中，本发明的HPCM具有色谱增强性孔几何结构。
在一些实施方案中，本发明的HPCM的表面积为约25-1100m2/g，约80-500m2/g，或约120-330m2/g。
在其他实施方案中，本发明的HPCM的孔体积为约0.15 – 1.7cm3/g，或约0.5 – 1.3cm3/g。
在某些其他实施方案中，本发明的HPCM是无孔的。
在仍然其他的实施方案中，本发明的HPCM的微孔表面积小于约110 m2/g，小于约105 m2/g，小于约80 m2/g，或小于约50 m2/g。
在仍然其他实施方案中，本发明的HPCM的平均孔径为约20 - 1500Å，约50 - 1000Å，约100 - 750Å，或者约150 - 500Å。
在另一个实施方案中，本发明的HPCM在约1 – 约14，在约10 – 约14，或者在约1 – 约5的pH值是水解稳定的。
在另一个方面，本发明提供本文所述的材料，其中所述HPCM材料还含有分散在色谱表面内的纳米颗粒或者多于一种的纳米颗粒的混合物。
在一些实施方案中，纳米颗粒的存在量按纳米复合材料（nanocomposite）的重量计为<20%，按纳米复合材料的重量计为<10%，或者按纳米复合材料的重量计为<5%。
在其他实施方案中，所述纳米颗粒是结晶的或无定形的并且可以是碳化硅、铝、金刚石、铈、碳黑、碳纳米管、锆、钡、铈、钴、铜、铕、钆、铁、镍、钐、硅、银、钛、锌、硼、它们的氧化物、或它们的氮化物。在特定的实施方案中，所述纳米颗粒是包含选自纳米金刚石、碳化硅、二氧化钛和立方氮化硼的一种或多种成分的物质。
在其他实施方案中，所述纳米颗粒的直径可以小于或等于200nm，小于或等于100nm，小于或等于50nm，或小于或等于20nm。
表面改性
本发明的HPCM材料可以进一步被表面改性。
因此，在一个实施方案中，本文所述的材料可以用具有式Za(R’)bSi-R’’的表面改性剂进行表面改性，其中Z=Cl、Br、I、C1-C5烷氧基、二烷基氨基或三氟甲磺酸酯/盐；a和b各自是0 – 3的整数，条件是a+b=3；R’是C1 – C6直链、环状或支链的烷基，和R’’是功能化基团。
在另一个实施方案中，所述材料通过涂覆聚合物而进行表面改性。
在一些实施方案中，R’选自甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、叔丁基、仲丁基、戊基、异戊基、己基和环己基。在其他实施方案中，R’选自烷基、烯基、炔基、芳基、氰基、氨基、二醇、硝基、酯、阳离子或阴离子交换基团、含有嵌入的极性官能团的烷基或芳基基团和手性部分。在一些实施方案中，R’选自芳香族、苯基烷基、氟代芳香族、苯基己基、五氟苯基烷基和手性部分。
在一个实施方案中，R’’是C1 – C30烷基基团。在另一个实施方案中，R’’包含手性部分。在又另一个实施方案中，R’’是C1 – C20烷基基团。
在一些实施方案中，所述表面改性剂包含嵌入的极性官能团。在一些实施方案中，这样的嵌入的极性官能团包括碳酸酯/盐、酰胺、脲、醚、硫醚、亚硫酰基、亚砜、磺酰基、硫脲、硫代碳酸酯/盐、硫代氨基甲酸酯/盐、乙二醇、杂环、或三唑官能团。在其他实施方案中，这样的嵌入的极性官能团包括氨基甲酸酯/盐官能团，例如在美国专利5,374,755中公开，以及手性部分。这样的基团包括具有以下通式的那些：
其中，l、m、o、r和s为0或1，n为0、1、2或3，p为0、1、2、3或4，q是0 – 19的整数；R3选自氢、烷基、氰基和苯基；并且Z、R’、a和b是如上所定义。优选地，氨基甲酸酯/盐官能团具有下示通式结构：
其中，R5可以是例如氰基烷基、叔丁基、丁基、辛基、十二烷基、十四烷基、十八烷基、或苄基。有利地，R5是辛基、十二烷基或十八烷基。
在一些实施方案中，所述表面改性剂选自苯基己基三氯硅烷、五氟苯基丙基三氯硅烷、辛基三氯硅烷、十八烷基三氯硅烷、辛基二甲基氯硅烷和十八烷基二甲基氯硅烷。在一些实施方案中，所述表面改性剂选自辛基三氯硅烷和十八烷基三氯硅烷。在其他实施方案中，所述表面改性剂选自异氰酸酯或1,1’-羰基二咪唑（特别是当杂化基团含有(CH2)3OH基团时）。
在另一个实施方案中，所述材料通过有机基团和硅烷醇基团改性的组合进行表面改性。
在仍然另一个实施方案中，所述材料通过有机基团改性和涂覆聚合物的组合进行表面改性。在另一个实施方案中，所述有机基团包含手性部分。
在又另一个实施方案中，所述材料通过硅烷醇基团改性和涂覆聚合物的组合进行表面改性。
在其他实施方案中，所述材料通过形成所述颗粒的有机基团和改性试剂之间的有机共价键进行表面改性。
在仍其他实施方案中，所述材料通过有机基团改性、硅烷醇基团改性和涂覆聚合物的组合进行表面改性。
在另一个实施方案中，所述材料通过硅烷醇基团改性进行表面改性。
在一些实施方案中，所述经表面改性的层可以是多孔的或无孔的。
分离装置和试剂盒
另一个方面提供具有包含本文所述的HPCM材料的固定相的各种各样的分离装置。所述分离装置包括例如色谱柱、薄层板、过滤膜、样品净化装置和微量滴定板。
由于其改善的稳定性，所述HPCM材料为这些装置赋予改善的寿命。因此，在一个特定的方面，本发明提供具有改善的寿命的色谱柱，包含：
a) 具有用于接收填充材料的圆筒形内部的柱，和
b) 包含本文所述的高纯度色谱材料的填充的色谱床。
在另一个特定的方面，本发明提供一种色谱装置，包含：
a) 用于接收填充材料的内部通道和
b) 包含本文所述高纯度色谱材料的填充的色谱床。
本发明还提供如本文所述的包含本文所述HPCM材料和使用说明的试剂盒。在一个实施方案中，所述说明是与分离装置一起使用，所述分离装置例如色谱柱、薄层板、过滤膜、样品净化装置和微量滴定板。
本发明的材料的合成
本发明还提供制备本文所述的高纯度色谱材料(HPCM)的方法。
在一个实施方案中，本发明提供一种制备本文所述的HPCM的方法，包括以下步骤：
a. 使色谱芯与可离子化改性试剂反应，获得可离子化的改性的材料；和
b. 使所得的材料与疏水表面改性基团反应。
在另一个实施方案中，本发明提供一种制备本文所述的高纯度色谱材料的方法，包括以下步骤：
a. 使色谱芯与疏水表面改性基团反应，获得表面改性的材料；和
b. 使所得的材料与可离子化改性试剂反应。
在另一个实施方案中，本发明提供一种制备本文所述的高纯度色谱材料的方法，包括以下步骤：
a. 使色谱芯与疏水表面改性基团反应，获得表面改性的材料；和
b. 使所得的材料与封端表面基团反应，和
c. 使所得的材料与可离子化改性试剂反应。
在另一个实施方案中，本发明提供一种制备本文所述的高纯度色谱材料的方法，包括以下步骤：
a. 使色谱芯与可离子化改性试剂反应，获得可离子化的改性的材料；和
b. 使所得的材料反应，产生杂化表面层；和
c. 使所得的材料与疏水表面改性基团反应。
在一个方面，如上所述的本发明的HPCM制备为具有约3 – 约133的负载比（charge ratio）B’/A’，其中A’表示在制备中负载的（charged）可离子化改性剂试剂，B’表示在制备中负载的疏水基团。在某些方面中，负载比B’/A’为约4 – 约80，约4 – 约15，或者约6 – 约7。
在一个实施方案中，本文所述的方法还包含封端残余硅烷醇基团的步骤。
在一个实施方案中，在所述的方法中，各步骤同时进行。
在另一个实施方案中，所制备的高纯度色谱材料的孔结构通过水热处理（hydrothermal treatment）进行改性，其扩大孔的开口以及孔直径，如通过氮(N2)吸附分析所证实的那样。水热处理通过制备含有所制备的杂化材料和碱的水溶液的浆料、在高压釜中在升高的温度如100 - 200℃将所述浆料加热10 – 30小时来进行。烷基胺如三甲基胺(TEA)或三（羟甲基）甲基胺的使用或者氢氧化钠的使用是有利的。将这样处理的材料冷却、过滤并用水和甲醇洗涤，然后在80℃减压干燥16小时。
在一些实施方案中，在水热处理后，高纯度色谱材料的表面用各种试剂改性。这样的“表面改性剂”（通常）包括向色谱固定相赋予某种色谱功能性的有机官能团。在一些方面，当HPCM是杂化材料时，它具有有机基团和硅烷醇基团，这些基团可以另外用表面改性剂取代或衍生化。
水热处理的高纯度色谱材料的表面含有有机基团，其可以通过与对材料的有机基团是反应性的试剂反应而衍生化。例如，在材料上的乙烯基基团可以与各种烯烃反应性试剂如溴(Br2)、氢(H2)、自由基、增长聚合物自由基中心（propagating polymer radical center）、二烯等反应。在另一个实例中，材料上的羟基基团可以与各种醇反应性试剂反应，例如如下所述的异氰酸酯、羧酸、酰氯和反应性有机硅烷。这类反应在文献中是熟知的，参见例如March, J. Advanced Organic Chemistry, 第三版，Wiley, New York, 1985; Odian, G. The Principles of Polymerization, 第二版，Wiley, New York, 1981。
此外，经水热处理的高纯度色谱材料的表面还含有硅烷醇基团，其可以通过与反应性有机硅烷反应进行衍生。高纯度色谱材料的表面衍生化根据标准方法进行，例如在回流条件下在有机溶剂中通过与十八烷基三氯硅烷或十八烷基二甲基氯硅烷反应。有机溶剂如甲苯通常用于该反应。将有机碱如吡啶或咪唑加入到反应混合物中以催化该反应。该反应的产物然后用水、甲苯和丙酮洗涤。该材料可通过在调节pH的含水有机溶液中在环境温度或升高温度下水解而进一步处理。有机溶剂如丙酮通常用于该水解。pH的调节可以使用酸或碱调节剂实现，所述酸或碱调节剂包括三氟乙酸、甲酸、盐酸、乙酸、甲酸钠或甲酸铵、乙酸钠、乙酸钾或乙酸铵、磷酸盐缓冲剂、氢氧化铵、碳酸铵、或碳酸氢铵。水解产物然后用水、甲苯和丙酮洗涤，并在80℃ - 100℃减压干燥16小时。所得的材料可以进一步通过使用与上述类似的过程与短链硅烷如三甲基氯硅烷反应来封端剩余的硅烷醇基团。
表面改性剂如本文所公开的连接到基础材料，例如通过衍生化或涂覆和之后交联，为基础材料赋予表面改性剂的化学特性。在一个实施方案中，高纯度色谱材料的有机基团与表面改性剂反应形成有机共价键。改性剂可以通过有机和聚合物化学中熟知的多种机理形成到所述材料的有机基团的有机共价键，包括但不限于亲核、亲电、环加成、自由基、卡宾、氮宾、和碳阳离子反应。有机共价键定义为涉及在有机化学的常见元素，包括但不限于氢、硼、碳、氮、氧、硅、磷、硫和卤素之间形成共价键。此外，碳-硅和碳-氧-硅键被定义为有机共价键，而硅-氧-硅键没有被定义为有机共价键。
术语“功能化基团”包括向色谱固定相赋予某种色谱功能性的有机官能团，包括例如十八烷基(C18)或苯基。将这样的功能化基团直接引入到基础材料中，或者存在于例如连接到基础材料的表面改性剂（例如本文所公开的）中，例如通过衍生化或涂覆和之后交联，向基础材料赋予表面改性剂的化学特性。
在一些实施方案中，硅烷醇基团被表面改性。在其他实施方案中，有机基团被表面改性。在又其他实施方案中，高纯度色谱材料的有机基团和硅烷醇基团都被表面改性或衍生化。在另一个实施方案中，高纯度色谱材料通过涂覆聚合物进行表面改性。在一些实施方案中，通过涂覆聚合物进行的表面改性与硅烷醇基团改性、有机基团改性、或者硅烷醇和有机基团改性二者结合使用。可以通过硅烷醇基团改性、有机基团改性、或硅烷醇和有机基团改性二者将可离子化改性剂加入到所述材料中。通过硅烷醇基团改性、有机基团改性或通过硅烷醇和有机基团改性二者，可以将疏水表面基团加入到所述材料中。
更一般地，高纯度色谱材料的表面可以通过如下改性：用包括式Za(R’)bSi-R’’的化合物的表面改性剂处理，其中Z=Cl、Br、I、C1 – C5烷氧基、二烷基氨基例如二烷基氨基、或三氟甲磺酸酯；a和b各自是0 – 3的整数，条件是a+b=3；R’是C1 – C6直链、环状或支链的烷基基团，R’’是功能化基团。在一些情况中，这样的材料已通过涂覆聚合物进行表面改性。
R’包括例如甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、叔丁基、仲丁基、戊基、异戊基、己基或环己基；优选R’是甲基。
功能化基团R’’可以包括烷基、烯基、炔基、芳基、氰基、氨基、二醇、硝基、酯、阳离子或阴离子交换基团、含有嵌入的极性官能团的烷基或芳基基团或手性部分。合适的R’’功能化基团的实例包括手性部分、C1 – C30烷基包括C1 – C20烷基，如辛基(C8)、十八烷基(C18)和三十烷基(C30)；烷芳基，例如C1 – C4-苯基；氰基烷基基团，例如氰基丙基；二醇基团，例如丙二醇；氨基例如氨基丙基；和具有嵌入的极性官能团的烷基或芳基，例如碳酸酯、酰胺、脲、醚、硫醚、亚硫酰基、亚砜、磺酰基、硫脲、硫代碳酸酯、硫代氨基甲酸酯、乙二醇、杂环和三唑官能团或氨基甲酸酯官能团（如在美国专利5,374,755中所公开），和手性部分。在一些实施方案中，R’’选自芳香族、苯基烷基、氟代芳香族、苯基己基、五氟苯基烷基和手性部分。这样的基团包括具有以下通式的那些：
其中，l、m、o、r和s为0或1，n为0、1、2或3，p为0、1、2、3或4，q是0 – 19的整数；R3选自氢、烷基、氰基和苯基；并且Z、R’、a和b是如上所定义。优选地，氨基甲酸酯官能团具有下示通式结构：
其中，R5可以是例如氰基烷基、叔丁基、丁基、辛基、十二烷基、十四烷基、十八烷基、或苄基。有利地，R5是辛基、十二烷基或十八烷基。
在某些应用中，例如手性分离中，包含手性部分作为功能化基团是特别有利的。
聚合物涂层在文献中是已知的，并且一般可以通过以下方式提供：将物理吸附的单体聚合或缩聚到表面上而没有聚合物层到载体的化学键合(类型I)，将物理吸附的单体聚合和缩聚到表面上，具有聚合物层到载体的化学键合（类型II），物理吸附的预聚物到载体上的固定（类型III）和预合成的聚合物到载体表面上的化学吸附（类型IV）。参见例如Hanson等，J. Chromat. A656 (1993) 369 – 380，其内容经引用并入本文。如上所述，用聚合物涂覆杂化材料可以与本发明所描述的各种表面改性结合使用。
因此，在一些实施方案中，所述疏水表面改性剂选自苯基己基三氯硅烷、五氟苯基丙基三氯硅烷、辛基三氯硅烷、十八烷基三氯硅烷、辛基二甲基氯硅烷和十八烷基二甲基氯硅烷。在一个进一步的实施方案中，所述表面改性剂选自辛基三氯硅烷和十八烷基三氯硅烷。
在另一个实施方案中，所述高纯度色谱材料通过有机基团和硅烷醇基团改性的组合进行表面改性。
在其他实施方案中，所述高纯度色谱材料通过有机基团改性和涂覆聚合物的组合进行表面改性。
在其他实施方案中，所述高纯度色谱材料通过硅烷醇基团改性和涂覆聚合物的组合进行表面改性。
在另一个实施方案中，所述高纯度色谱材料通过形成杂化芯和/或包围材料的有机基团和改性试剂之间的有机共价键进行表面改性。
在一些实施方案中，所述高纯度色谱材料通过有机基团改性、硅烷醇基团改性和涂覆聚合物的组合进行表面改性。
在一个实施方案中，所述高纯度色谱材料通过硅烷醇基团改性进行表面改性。
在另一个实施方案中，本发明提供一种方法，其中，高纯度色谱材料通过进一步包括致孔剂（porogen）进行改性。在一个另外的实施方案中，所述致孔剂选自环己醇、甲苯、1,3,5-三甲基苯、2-乙基己酸、邻苯二甲酸二丁基酯、1-甲基-2-吡咯烷酮、1-十二烷醇和Triton X-45。在一些实施方案中，所述致孔剂是甲苯或1,3,5-三甲基苯。
在一个实施方案中，本发明提供一种方法，其中所述高纯度色谱材料通过包括表面活性剂或稳定剂进一步进行改性。在一些实施方案中，表面活性剂是Triton X-45、Triton X100、Triton X305、TLS、Pluronic F-87、Pluronic P-105、Pluronic P-123、十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基硫酸铵、TRIS十二烷基硫酸盐、或Triton X-165。在一些实施方案中，表面活性剂是十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基硫酸铵、或TRIS十二烷基硫酸盐。
以上描述的包括杂化材料、二氧化硅、颗粒、整体料和表面多孔材料的本发明的HPCM的合成的一些实施方案在下面的实施例中进一步进行说明。
实施例
本发明通过描述多孔色谱材料的表面改性的以下非限制性实施例可以进一步进行说明。
材料
除非另外说明，所有的试剂都以其原状使用。本领域技术人员将认识到存在下列供应源和供应商的等同方式，因此下面列出的供应商不理解为限制性的。
表征
本领域技术人员将认识到存在以下仪器和供应商的等同方式，因此下面列出的仪器不理解为限制性的。
%C、%H、%N值通过燃烧分析（CE-440元素分析仪；Exeter Analytical Inc., North Chelmsford, MA）测量，或者%C通过Coulometric Carbon Analyzer(CM5300、CM5014型，UIC Inc., Joliet, IL)测量。这些材料的比表面积(SSA)、比孔容(SPV)和平均孔径(APD)使用多点N2吸附法测量（Micromeritics ASAP 2400；Micromeritics Instruments Inc., Norcross, GA）。SSA使用BET法计算，SPV是对于P/P0>0.98确定的单点值，APD使用BJH法从等温线的解吸段计算。扫描电子显微镜(SEM)图像分析在7kV进行(JEOL JSM-5600仪器，日本东京)。颗粒尺寸使用Beckman Coulter Multisizer 3 分析仪测量（30 μm孔，70,000计数；Miami, FL）。颗粒直径（dp）测量为基于体积的颗粒尺寸分布的50%累计直径。所述分布的宽度测量为90%累计体积直径除以10%累计体积直径（记为90/10比）。使用Bruker Instruments Advance-300质谱仪（7 mm双宽带探针）获得多核(13C, 29Si) CP-MAS NMR谱。旋转速度通常为5.0 – 6.5 kHz，循环延迟（recycle delay）为5秒，交叉极化接触时间为6毫秒。使用外标金刚烷（13C 38.55CP-MAS NMR, ）和六甲基环三硅氧烷（29 -9.62Si CP-MAS NMR, ）相对于四甲基硅烷记录所报告的13C和29Si CP-MAS NMR谱位移。使用DMFit软件通过谱去卷积评价不同硅环境的总体。[Massiot, D.; Fayon, F.; Capron, M.; King, I.; Le Calvé, S.; Alonso, B.; Durand, J.-O.; Bujoli, B.; Gan, Z.; Hoatson, G. Magn. Reson, Chem. 2002, 40, 70 – 76]。使用具有6.0232.100 pH电极的Metrohm 716 DMS Titrino自动滴定仪进行滴定（Metrohm, Hersau, Switzerland, 或等同物）。
实施例1
将式(O1.5SiCH2CH2SiO1.5)(SiO2)4（按照美国专利6,686,035中描述的方法制备）的BEH多孔杂化颗粒（15g，Waters Corporation, Milford, MA; 6.5%C; SSA=186 m2/g；SPV=0.79 cm3/g; APD=151Å）使用Dean-Stark分离器（trap）在甲苯（100mL，Fisher Scientific, Fairlawn, NJ）中回流1小时。反应1a使用7.2 g的BEH材料。在冷却后，加入组分A硅烷添加剂，其包括氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES, Gelest Inc., Morrisville, PA)、2-(2-(三氯甲硅烷基)乙基)吡啶（2PE, Gelest Inc., Morrisville, PA）、2-(4-吡啶基乙基)三乙氧基硅烷（4PE, Gelest Inc., Morrisville, PA）、N-三甲氧基甲硅烷基丙基-N,N,N-三甲基氯化铵(QPTMS, 50%的甲醇溶液，Gelest Inc., Morrisville, PA)或氯丙基三甲氧基硅烷(CPTMS, Gelest Inc., Morrisville, PA)。将反应加热至回流1小时。在冷却后，加入咪唑（Aldrich, Milwaukee, WI）和十八烷基二甲基氯硅烷（组分B，ODMCS, Aldrich或Gelest）。然后将反应加热至回流3小时。对于反应1j和1k，使用200mL甲苯，与CPTMS同时加入咪唑。然后将反应冷却并将产物过滤，依次用甲苯、1:1v/v丙酮/水和丙酮（所有的溶剂来自Fisher Scientific）洗涤。然后将产物在80℃减压干燥16小时。反应数据列于表1中。产物1a是对比实验，其不采用组分A硅烷添加剂。对于产物1b – 1l，组分A硅烷添加剂负载量为0.03 – 10.6 μmol/m2，并且组分B与A的负载摩尔比为0.19 – 66.6。产物1k和1l引入氯丙基硅烷基团到颗粒中，其已知与咪唑反应获得咪唑丙基基团[A. M. Lazarin, Y. Gushikem和S. C. deCastro, J. Mater. Chem., 2000, 10, 2526；B. Gadenne, P. Hesemann, J. J. E. Moreau Chem. Commun., 2004, 1768]。在氯丙基基团与咪唑之间的反应使用13C CP-MAS NMR谱进行了证实。
组分A硅烷添加剂的表面覆盖率由通过元素分析测定的表面改性后颗粒N%的差异来确定。如表1所示，未键合的BEH颗粒以及产物1a – 1c没有通过这种测量可测定的氮含量。ND代表未测定。C18基团的表面覆盖率通过由元素分析测定的在表面改性之前和之后颗粒%C的差异确定。C18基团的表面覆盖率（surface coverage）可通过以下方式校正：通过假定硅烷添加剂完全缩合排除由组分A硅烷添加剂产生的碳含量因子（校正方法I），或通过使用由组分A硅烷添加剂覆盖率计算所获得的值（校正方法II）。对于产物1b – 1j，C18覆盖率的校正可能被过高估计，但仍然是非常小的（小于0.11 μmol/m2）。
实施例2
将来自实施例1的材料使用咪唑（Aldrich, Milwaukee, WI）在回流甲苯(100 mL)中用三甲基氯硅烷(TMCS, Gelest Inc., Morrisville, PA)改性4小时。然后将反应冷却，并将产物过滤和依次用水、甲苯、1:1v/v丙酮/水和丙酮（所有的溶剂来自J.T. Baker）洗涤，然后在80℃减压干燥16小时。反应数据列于表2中。
实施例3
将式(O1.5SiCH2CH2SiO1.5)(SiO2)4（按照美国专利6,686,035中描述的方法制备）的BEH多孔杂化颗粒（Waters Corporation, Milford, MA; 6.5%C; SSA=182 - 185 m2/g；SPV=0.72 – 0.76 cm3/g; APD=142 - 151Å）使用Dean-Stark分离器在甲苯（5mL/g，Fisher Scientific, Fairlawn, NJ）中回流1小时。在冷却后，加入组分A硅烷添加剂，其包括氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES, Gelest Inc., Morrisville, PA)、2-(4-吡啶基乙基)三乙氧基硅烷（4PE, Gelest Inc., Morrisville, PA）、或二乙基磷酰乙基三乙氧基硅烷（DEPS，Gelest Inc. Morrisville, PA）、或2-(4-氯磺酰基苯基)乙基三氯硅烷（SPETCS, 50%的甲苯溶液，Gelest Inc., Morrisville PA）。将反应加热回流1小时。在冷却后，加入咪唑（Aldrich, Milwaukee, WI）和十八烷基三氯硅烷（组分B，ODTCS, Aldrich，Milwaukee, WI）。然后将反应加热至回流16小时。产物3c反应3小时。产物3af-3aj不加组分B。
然后将反应冷却并将产物过滤，依次用甲苯、1:1v/v丙酮/水和丙酮（所有的溶剂来自J.T. Baker）洗涤。然后将材料在丙酮/0.12 M乙酸铵水溶液（Sigma Chemical Co., St. Louis, MO）中回流2小时（水解类型A）、在丙酮/0.1M碳酸氢铵(pH 8)水溶液中在50℃回流20小时（水解类型B）、或在丙酮/0.1M碳酸氢铵(pH 10)水溶液中在50℃回流20小时（水解类型C）。然后将反应冷却并将产物过滤，依次用甲苯、1:1v/v丙酮/水和丙酮（所有的溶剂来自J.T. Baker）洗涤。然后将产物在80℃减压干燥16小时。反应数据列于表3中。硅烷添加剂（组分A）负载量为0.03 – 3.70 μmol/m2，并且组分B与A的负载摩尔比为4.3 – 133.4。
C18基团的表面覆盖率通过由元素分析测定的在表面改性之前和之后颗粒%C的差异确定。C18基团覆盖率的校正，通过假定硅烷添加剂完全缩合通过排除由于硅烷添加剂产生的碳含量获得，对于该数据组是小的（小于0.15μmol/m2），并且没有包括在表3中。通过滴定，产物3aj具有0.22 mequiv/g的离子交换容量。
实施例4
将来自实施例3的材料使用咪唑（Aldrich, Milwaukee, WI）在回流甲苯(5mL/g)中用三乙基氯硅烷(TECS, Gelest Inc., Morrisville, PA)或叔丁基二甲基氯硅烷（TBDMCS，Gelest Inc., Morrisville, PA）进行改性4 – 20小时。然后将反应冷却，并将产物过滤，依次用水、甲苯、1:1v/v丙酮/水和丙酮（所有的溶剂来自J.T. Baker）洗涤，然后在80℃减压干燥16小时。反应4a-4g和4m-4ab反应4小时，反应4h-4l反应20小时。加入额外的三甲基氯硅烷(TMCS，Gelest Inc., Morrisville, PA)和咪唑到反应4m – 4ab中并将反应再加热16小时。所选择的产物在类似的过程中进一步与TMCS（反应4k）或六甲基二硅氮烷（反应4c, Gelest Inc., Morrisville, PA）反应。反应数据列于表4中。
实施例5
将式(O1.5SiCH2CH2SiO1.5)(SiO2)4（按照美国专利6,686,035中描述的方法制备）的BEH多孔杂化颗粒（Waters Corporation, Milford, MA; 3.9μm；6.68%C; SSA=182m2/g；SPV=0.75cm3/g; APD=148Å）使用Dean-Stark分离器在甲苯（5mL/g，Fisher Scientific, Fairlawn, NJ）中回流1小时。在冷却后，加入组分A硅烷添加剂，其包括氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES, Gelest Inc., Morrisville, PA)、2-(4-吡啶基乙基)三乙氧基硅烷（4PE, Gelest Inc., Morrisville, PA）、或2-(甲酯基)乙基三氯硅烷（CMETCS，Gelest Inc., Morrisville PA）。将反应加热至回流1小时。对于反应5f和5g，使用APTES和CMETCS的混合物。在冷却后，加入咪唑（Aldrich, Milwaukee, WI）或二异丙基乙基胺（DIPEA, Aldrich, Milwaukee, WI）和组分B硅烷，其包括苯基己基三氯硅烷（PTCS）、辛基三氯硅烷(OTCS，Aldrich, Milwaukee, WI)、五氟苯基丙基三氯硅烷（PFPPTCS）或十八烷基二甲基氯硅烷（ODMCS, Aldrich，Milwaukee, WI）。产物5a – 5h使用咪唑。产物5i – 5t使用DIPEA。然后将反应加热至回流16小时。
将反应冷却并将产物过滤，依次用甲苯、1:1v/v丙酮/水和丙酮（所有的溶剂来自J.T. Baker）洗涤。然后将材料如实施例3中所详细描述的那样进行水解。产物5a – 5h使用水解类型A。产物5i – 5u使用水解类型C。然后将反应冷却并将产物过滤，依次用甲苯、1:1v/v丙酮/水和丙酮（所有的溶剂来自J.T. Baker）洗涤。然后将产物在70℃减压干燥16小时。反应数据列于表5中。组分A硅烷添加剂负载量为0.03 – 0.35 μmol/m2，并且组分B与A的负载摩尔比为6.5 – 133.3。表面覆盖率通过由元素分析测定的在表面改性之前和之后颗粒%C的差异确定。
实施例6
将来自实施例5的材料用三乙基氯硅烷(TECS, Gelest Inc., Morrisville, PA)或叔丁基二甲基氯硅烷（TBDMCS，Gelest Inc., Morrisville, PA）使用咪唑（Aldrich, Milwaukee, WI）在回流甲苯(5mL/g)中进行改性17 – 20小时。在4小时后向反应6e、6i-6o和6q中加入额外的TMCS和咪唑，并将反应再加热16小时。对于反应6i和6j，使用二异丙基乙基胺(DIPEA, Aldrich, Milwaukee, WI)代替咪唑。然后将反应冷却，并将产物过滤，依次用水、甲苯、1:1v/v丙酮/水和丙酮（所有的溶剂来自J.T. Baker）洗涤，然后在70℃减压干燥16小时。产物6p的样品在乙腈水溶液中或用实施例3的水解类型C进一步水解。没有观察到碳含量的显著变化。反应数据列于表6中。
实施例7
将式(O1.5SiCH2CH2SiO1.5)(SiO2)4（按照美国专利6,686,035中描述的方法制备）的BEH多孔杂化颗粒（15g, 1.7μm, Waters Corporation, Milford, MA; 6.5%C; SSA=92m2/g；SPV=0.73cm3/g; APD=311Å）使用Dean-Stark分离器在甲苯（100mL，Fisher Scientific, Fairlawn, NJ）中回流2小时。在冷却后，加入组分A硅烷添加剂氨基丙基三乙氧基硅烷(0.018g, 0.06μmol/m2负载量, Gelest Inc., Morrisville, PA)，并将反应加热至回流1小时。在冷却后，加入咪唑（5.06g, Aldrich, Milwaukee, WI）和组分B硅烷叔丁基二甲基氯硅烷（2.08g, Gelest Inc., Morrisville, PA）。然后将反应加热至回流20小时。然后将反应冷却并将产物过滤，依次用水、甲苯、1:1v/v丙酮/水和丙酮（所有的溶剂来自J.T. Baker）洗涤，然后在80℃减压干燥16小时。产物7a的表面覆盖率，通过元素分析测定的在表面改性之前和之后颗粒%C的差异（7.88％C）确定，被确定为2.50 μmol/m2。
实施例8
将多孔二氧化硅颗粒（Waters Corporation, Milford, MA; 3.5μm; SSA=251m2/g；SPV=0.80cm3/g; APD=119Å）使用Dean-Stark分离器在甲苯（5mL/g二氧化硅，Fisher Scientific, Fairlawn, NJ）中回流1小时。在冷却后，加入组分A硅烷添加剂，其包括氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES, Gelest Inc., Morrisville, PA)或2-(4-吡啶基乙基)三乙氧基硅烷(4PE, Gelest Inc., Morrisville, PA)。产物8a使用APTES。产物8b-d使用4PE。将反应加热至回流1小时。在冷却后，加入咪唑（Aldrich, Milwaukee, WI）或二异丙基乙基胺(DIPEA, Aldrich, Milwaukee, WI)和组分B硅烷，其包括苯基己基三氯硅烷(PTCS)、五氟苯基丙基三氯硅烷（PFPPTCS）或十八烷基二甲基氯硅烷（ODMCS, Aldrich, Milwaukee, WI）。产物8a和8b使用咪唑。产物8c和8d使用DIPEA。然后将反应加热至回流20小时。然后将反应冷却并将产物过滤，依次用甲苯、1:1v/v丙酮/水和丙酮（所有的溶剂来自J.T. Baker）洗涤。然后将材料在丙酮/0.1M乙酸铵水溶液(Sigma Chemical Co., St. Louis, MO)中回流3.5小时。产物8b、8c和8d在50℃加热20小时。然后将反应冷却并将产物过滤，依次用甲苯、1:1v/v丙酮/水和丙酮（所有的溶剂来自J.T. Baker）洗涤。然后将产物在80℃减压干燥16小时。产物的表面覆盖率通过由元素分析测定的在表面改性之前和之后颗粒%C的差异确定。产物8a用与关于产物4c所述类似的方式进一步反应，获得产物8e。产物8b和8d用与关于产物4m所述类似的方式进一步反应，获得产物8f和8g。反应数据列在表7中。
实施例9
将来自实施例2、4、6和8的多孔颗粒的样品用于分离表8中列出的中性、极性和碱性化合物的混合物。使用浆液填充技术填充2.1×100 mm色谱柱。色谱系统由ACQUITY UPLC®系统和ACQUITY UPLC® Tunable UV检测器组成。Empower 2 Chromatography Data Software (Build 2154)用于数据收集和分析。流动相条件是：20 mM K2HPO4/KH2PO4，pH 7.00±0.02/甲醇（40/60 v/v）；流量：0.25mL/min；温度：30℃；检测：254nm；分析物：尿嘧啶、普萘洛尔、对羟基苯甲酸丁酯、萘、邻苯二甲酸二丙基酯、苊（acenaphthene）、和阿米替林。柱4g和8a在23℃测试。
可以看出，用来自实施例2、4、6、7和8的颗粒填充的柱在这些条件下在中性、极性和碱性化合物的分离中提供了足够的保留值和分辨率。相对保留值是分析物的保留时间除以苊的保留时间。所以，小于1的值表明比苊更小的保留值，大于1的值表明比苊更大的保留值。（相对保留值在HPLC领域中是公知的参数）。
实施例10
使用实施例9的流动相和试验条件针对USP峰拖尾因子评价来自实施例2、4、6和8的多孔颗粒的样品。结果表示于表9中。峰拖尾因子是HPLC领域中公知的参数（较低的值对应于减少的拖尾）。显然用来自实施例2、4、6、7和8的颗粒填充的柱与市售可得的C18-柱具有相当的拖尾因子。
实施例11
将来自实施例2 – 8的多孔颗粒的样品用于分离表10中列出的中性、极性和碱性化合物的混合物。使用浆液填充技术填充2.1×100 mm色谱柱。用产物5i – 5m、6i – 6o和8c – 8g填充的柱使用2.1×50mm色谱柱。色谱系统由ACQUITY UPLC®系统和ACQUITY UPLC® Tunable UV检测器组成。Empower 2 Chromatography Data Software (Build 2154)用于数据收集和分析。流动相条件是：15.4 mM甲酸铵，pH 3.00±0.02/乙腈（65/35 v/v）；流量：0.25mL/min；温度：30℃；检测：254nm；分析物：尿嘧啶（uracil）、芘磺酸（pyrenesulfonic acid）、去甲丙咪嗪（desipramine）、阿米替林、对羟基苯甲酸丁酯和甲苯。柱4g和8a在23℃测试验。
可以看出，用来自实施例2-8的颗粒填充的柱在这些条件下在中性、极性和碱性化合物的分离中提供了足够的保留值和分辨率。相对保留值是分析物的保留时间除以甲苯的保留时间。所以，小于1的值表明比甲苯更小的保留值，大于1的值表明比甲苯更大的保留值（相对保留值在HPLC领域中是公知的参数）。
实施例12
使用实施例11的流动相和试验条件针对USP峰拖尾因子评价来自实施例2-8的多孔颗粒的样品。结果表示于表11中。峰拖尾因子是HPLC领域中公知的参数（较低的值对应于减小的拖尾）。显然用来自实施例2-8的颗粒填充的柱与市售可得的C18-柱具有相当的拖尾因子。
实施例13
将来自实施例2、4 – 8的多孔颗粒的样品用于分离表12中列出的中性和碱性化合物的混合物。使用浆液填充技术填充2.1×50 mm色谱柱。色谱系统由ACQUITY UPLC®系统和ACQUITY UPLC® Tunable UV检测器组成。Empower Chromatography Data Software (Build 1154)用于数据收集和分析。梯度条件：经4.6分钟15-65%乙腈（溶剂B）在0.1%甲酸（溶剂A）中，然后保持1.4分钟；流量：0.4mL/min；温度：30℃；检测：260nm；在甲醇中制备16.7%碱性试验混合物：尿嘧啶、酒石酸美托洛尔、罂粟碱、阿米替林；在甲醇中制备16.7%中性试验混合物：尿嘧啶、泼尼松、咖啡因。用产物5l、5n、6i、6j、8c和8f填充的柱使用15 – 95%乙腈。对比柱A和B是市售可得的并且含有2.7μmC18-键合的表面多孔二氧化硅填充材料。对比柱C是市售可得的并且含有1.7μm式(O1.5SiCH2CH2SiO1.5)(SiO2)4的多孔杂化颗粒，其用ODTCS表面改性之后封端。
使用三次注入的峰宽（4 ）的平均值计算峰容量。峰容量的确定和由于差峰形状导致的问题以及产生的在低pH梯度分离中碱性分析物的差峰容量在HPLC和UPLC领域中是公知的。通过比较在这些测试条件下碱性分析物（阿米替林）与中性分析物（泼尼松）的峰容量的比值，可以进行碱性分子物色谱性能的更好的比较。接近1的峰容量比表明碱性和中性分析物类似的性能。小于0.8的峰容量比表明色谱性能明显降低。大于1的峰容量比表明，相对于中性分析物，碱性分析物的色谱性能得以改善。
通过比较用产物4u、4j和4n填充的柱的峰容量比，可以观察到由于颗粒尺寸变化引起的差异。虽然这些产物具备类似的组分A和B类型和负载量，它们的颗粒尺寸范围为1.8μm（产物4u）、2.9μm（产物4j）和3.9μm（产物4n）。峰容量比被分别确定为0.86、1.09和1.02。我们可得出结论，颗粒尺寸在这些条件下影响性能，特别是对于<2μm的填充材料。与对比柱A – D相比，产物4u在峰容量比方面仍然有明显的改善。
通过比较用产物2a和2d填充的柱的峰容量比，可以观察到组分A硅烷添加剂的影响。这些产物具有类似的尺寸、组分B硅烷类型和组分B硅烷负载量。产物2a不含组分A硅烷添加剂。产物2d用负载量为0.3 μmol/m2的APTES制备。峰容量比分别确定为0.72和1.18。我们可以得出结论，组分A硅烷添加剂类型在这些条件下改善了性能。
通过比较用产物4c和4i填充的柱的峰容量比，可以观察到组分A硅烷添加剂类型的差别。这些产物具有类似的尺寸和组分B硅烷负载量。虽然他们使用相同的组分A硅烷添加剂负载量制备，组分A硅烷添加剂类型对于产物4c是APTES，对产物4i是4PE。峰容量比分别被确定为0.74和0.38。我们得出结论，组分A硅烷添加剂类型在这些条件下影响性能。
通过比较用产物4h和4j填充的柱的峰容量比，可以观察到组分A硅烷添加剂负载量的差别。这些产物具有类似的尺寸、组分B硅烷类型和组分B硅烷负载量。虽然这些产物用相同的组分A硅烷添加剂类型制备，组分A负载量从0.06μmol/m2（产物4h）变化到0.3μmol/m2（产物4j）。峰容量比分别被确定为0.67和1.09。我们得出结论，组分A硅烷添加剂负载量在这些条件下影响性能。
通过比较用产物4k和6e填充的柱的峰容量比，可以观察到组分B硅烷类型的差异。这些产物具有类似的尺寸、组分A硅烷添加剂类型和组分A硅烷添加剂负载量。虽然这些产物用相同的组分B硅烷负载量制备，组分B硅烷类型对于产物4k是ODTCS，对于产物6e是OTCS。峰容量比分别被确定为1.02和0.34。我们得出结论，组分B硅烷类型在这些条件下影响性能。
通过比较用产物4l和4j填充的柱的峰容量比，可以观察到组分B硅烷负载量的差异。这些产物具有类似的尺寸、组分A硅烷添加剂类型和负载量。虽然这些产物用相同的组分B硅烷制备，组分B硅烷负载量为4μmol/m2（产物4l）和2μmol/m2（产物4j）。峰容量比分别被确定为0.45和1.09。我们得出结论，组分B硅烷负载量在这些条件下影响性能。
实施例14
针对增加碱性分析物的加载量时的效率差异来评价来自实施例2和4的多孔颗粒的样品。使用浆液填充技术填充4.6×150 mm色谱柱。色谱系统由Alliance HPLC®系统和Waters 996 PDA检测器组成。Empower 2 Chromatography Data Software (Build 2154)用于数据收集和分析；注入体积20μL；流量：1.0mL/min；温度：30℃；检测：230nm；分析物：阿米替林或普萘洛尔（制备为在流动相中60μg/mL）。在表13中的加载范围：在柱上0.1μg – 2.5μg分析物。为了具有相当的保留因子（0.9-2.0），流动相条件被修改用于使用阿米替林的分离[0.05%TFA在乙腈/水（60/40v/v）中]和使用普萘洛尔的分离[0.05%TFA在乙腈/水（70/30v/v）中]。对比柱A是市售的并且含有5μmC18键合的多孔二氧化硅填充材料。对比柱B是市售可得的并且含有5μm式(O1.5SiCH2CH2SiO1.5)(SiO2)4的多孔杂化填充材料，其用ODTCS表面改性之后封端。对比柱C和D是市售可得的并且含有5μm的多孔二氧化硅填充材料，其用有机官能的硅烷表面改性之后进行C18表面改性。
在低pH等强度条件下使用时，在提高的加载下对于碱性分析物观察到效率降低和峰形状变差在HPLC和UPLC领域中是公知的。不限于理论，对于碱性分析物这种分离性能变差已经归因于分析物过载。如表12中所列表的那样，在增加的加载下的性能降低被确定为在0.1 – 1.2μg或0.1 – 2.5μg阿米替林或普萘洛尔加载之间柱效率的百分比损失。
在1.2 μg和2.5μg加载对于阿米替林和普萘洛尔获得了类似的结果。在该试验中表现良好的柱，包括含有产物2c、2g和4g的柱，在1.2μg分析物加载具有低效率损失（<20%）。这些柱与对比柱A和C相比有相当的性能，并且相对于对比柱B和D具有改善的性能。这些表现良好的柱在1.2μg和2.5μg加载之间具有约100%的进一步的效率降低。所试验的其它柱在1.2μg分析物加载下效率有更大的损失（>20%），以及在1.2μg和2.5μg加载之间存在约25 – 50%的进一步效率降低。
通过针对用产物2c和2g填充的柱比较阿米替林效率损失(在柱上1.2μg)，可以观察到组分A硅烷添加剂类型的影响。这些产物具有相同的组分B硅烷类型和组分B硅烷负载量。虽然它们使用相同的组分A硅烷添加剂负载量制备，组分A硅烷添加剂对于产物2c是APTES，对于产物2g是4PE。阿米替林效率的损失被分别确定为4%和13%。
通过针对用产物4c、4f和4g填充的柱比较阿米替林效率损失(在柱上1.2μg)，可以观察到组分A硅烷负载量的影响。这些产物具有相同的组分B硅烷类型和组分B硅烷负载量。尽管它们使用相同的组分A硅烷添加剂类型制备，但是组分A硅烷负载量对于产物4c为0.06μmol/m2，对于产物4f为0.12μmol/m2，对于产物4g为0.20μmol/m2。阿米替林效率的损失分被确定为40%、34%和10%。
通过针对填充产物2c和4b填充的柱比较阿米替林效率损失(在柱上1.2μg)，可以观察组分B硅烷类型的影响。这些产物具有相同的组分A硅烷添加剂类型和组分A硅烷添加剂负载量。虽然它们使用相同的组分B硅烷负载量制备，但是组分B硅烷类型对于产物2c是ODMCS，对于产物4b是ODTCS。阿米替林效率的损失分别被确定为4%和43%。
实施例15
将在实施例1、3、5、7和8中详细描述的改性表面硅烷醇基团导致显示疏水表面基团和可离子化改性剂的一般过程用来改性不同多孔材料的表面硅烷醇基团。这里包括的是整体料、球形、粒状、表面多孔和不规则材料，其是二氧化硅；杂化无机/有机材料；在杂化无机/有机材料、二氧化硅、二氧化钛、氧化铝、氧化锆、聚合物或碳材料上的杂化无机/有机表面层；和在杂化无机/有机材料、二氧化硅、二氧化钛、氧化铝、氧化锆或聚合物或碳材料上的二氧化硅表面层。球形、粒状或不规则材料的颗粒尺寸为5 - 500μm，更优选15 - 100μm，更优选20 - 80μm，更优选40 - 60μm。这些材料的APD为30 – 2,000Å，更优选40 - 200 Å，更优选50 - 150 Å。这些材料的SSA为20 – 1000 m2/g，更优选90 – 800 m2/g，更优选150 – 600 m2/g，更优选300 – 550 m2/g。这些材料的TPV为0.3 – 1.5 cm3/g，更优选为0.5 – 1.2 cm3/g，更优选0.7 – 1.1 cm3/g。整体料材料的大孔直径为0.1 – 30μm，更优选0.5 - 25μm，更优选1 - 20μm。
可离子化改性剂，组分A，选自实施例1、3、5、7和8中所用的基团或者选自具有式(I)、式(II)或式(III)的基团，包括酸性可离子化改性剂，包括但不限于含有磷酸、羧酸、磺酸和硼酸的烷基、芳基和芳烷基基团的被保护和未保护的形式。
式I和II的优选的硅烷可离子化改性试剂包括4-吡啶基烷基三烷氧基硅烷、3-吡啶基烷基三烷氧基硅烷、2-吡啶基烷基三烷氧基硅烷、咪唑烷基三烷氧基硅烷、氨基烷基三烷氧基硅烷、以及单-和二-烷基氨基烷基三烷氧基硅烷。
式III的优选的硅烷可离子化改性试剂包括三硅烷醇，三烷氧基硅烷或三氯硅烷，被保护的和脱保护的酸形式，氯代形式，以及磺酸烷基硅烷、磺酸苯基烷基硅烷、磺酸苄基烷基硅烷、磺酸苯基硅烷、磺酸苄基硅烷、羧酸烷基硅烷、羧酸苯基烷基硅烷、羧酸苄基烷基硅烷、羧酸苯基硅烷、羧酸苄基硅烷、磷酸烷基硅烷、膦酸苯基烷基硅烷、膦酸苄基烷基硅烷、膦酸苯基硅烷、膦酸苄基硅烷、硼酸烷基硅烷、硼酸苯基烷基硅烷、硼酸苄基烷基硅烷、硼酸苯基硅烷、硼酸苄基硅烷的盐。
实施例16
来自实施例15中制备的所选材料的残余硅烷醇基团按照实施例2、4和6中详细描述的方案进一步反应。
实施例17
在一个一般过程中，用如下的多步过程制备了丙醇杂化材料包围的杂化颗粒（产物17a）：
在烧瓶中将乙酰氧基丙基三甲氧基硅烷(700 g, Gelest Inc., Morrisville, PA)与乙醇（374 g，无水，J.T. Baker, Phillipsburgh, NJ）和0.01 M乙酸水溶液（22 g，J.T. Baker, Phillipsburgh, NJ）混合。将所得的溶液搅拌并在氩气或氮气气氛中回流16小时。通过在大气压下蒸馏从烧瓶中除去醇。通过在氩气或氮气的吹扫流中在110℃加热17小时，除去残余的醇和挥发性物类。所得的聚有机烷氧基硅氧烷（polyorganoalkoxy siloxanes）是清澈粘性液体，粘度为95 cP。
将该聚有机烷氧基硅氧烷加入到式(O1.5SiCH2CH2SiO1.5)(SiO2)4（按照美国专利6,686,035中所述的方法制备）的BEH多孔杂化颗粒(20 g, Waters Corporation, Milford, MA; 6.5%C; SSA=190 m2/g；SPV=0.80 cm3/g；APD=155Å)在无水甲苯（Fisher Scientific, Fairlawn, NJ; 5 mL/g）中的悬浮液中。使用Dean-Stark分离器将该反应在80℃加热1小时，在110℃加热20小时，以除去残余水。将该反应冷却到室温，将颗粒在0.5μm滤纸上分离，并使用乙醇（无水，J.T. Baker, Phillipsburgh, NJ）反复洗涤。然后将材料在具有乙醇（3 mL/g，无水，J.T.Baker, Phillipsburgh, NJ）、去离子水（7mL/g）和30%氢氧化铵（20 g, J.T. Baker, Phillipsburgh, NJ）的悬浮液中加热到50℃达4小时。然后将反应冷却，将产物过滤并依次用水和甲醇（Fisher Scientic, Fairlawn, NJ）洗涤。然后将产物在80℃减压干燥16小时。
然后将颗粒与0.3M的三(羟甲基)氨基甲烷(TRIS, Aldrich Chemical, Milwaukee, WI)水溶液以5 mL/g浆液浓度混合。使用乙酸（J.T. Baker, Phillipsburgh, NJ）将所得浆液的pH值调节到9.8。然后把浆液装在不锈钢高压釜中并加热到155℃加热20小时。在将高压釜冷却到室温后，将产物在0.5μm滤纸上分离，并用水和甲醇（Fisher Scientific, Suwanee, GA）洗涤。然后将颗粒在80℃真空干燥16小时。
然后在98℃将颗粒在1molar盐酸溶液（Aldrich, Milwaukee, WI）中分散20小时。将颗粒在0.5μm滤纸上分离，并用水洗涤至中性pH，然后用丙酮（HPLC级，Fisher Scientific, Fairlawn, N.J.）洗涤。将颗粒在80℃真空干燥16小时。通过该方法获得的产物具有8.1 – 8.6%C；SSA=150 – 166 m2/g；SPV=0.6 – 0.7 cm3/g；APD=134 – 145 Å)。结构分析用NMR谱进行。丙醇基团的表面覆盖率，使用元素分析通过颗粒%C的差异确定，为3.2 – 3.8μmol/m2。
实施例18
将来自实施例17的丙醇杂化材料包围的杂化颗粒用异氰酸十八醇酯(ODIC, Aldrich Chemical)、异氰酸五氟苯基酯（PFPIC, Aldrich Chemical）、异氰酸2,2-二苯基乙基酯(DPEIC，Aldrich Chemical)、异氰酸4-氰基苯基酯（4CPIC, Aldrich Chemical）、或异氰酸3-氰基苯基酯（3CPIC, Aldrich Chemical）的无水甲苯（5 mL/g, J.T. Baker）中在氩气覆盖下改性。将悬浮液加热至回流（110℃）16小时，然后冷却到<30℃。将颗粒转移到过滤器装置中，并用甲苯和丙酮彻底洗涤。然后如实施例3的水解部分详细描述的那样处理该材料，或者将该材料在丙酮和1%三氟乙酸（Aldrich, Milwaukee, WI）溶液的1:1v/v混合物中在50℃加热1小时（10mL/g颗粒）（水解D）。然后将反应冷却，将产物过滤并依次用丙酮和甲苯（在70℃加热）洗涤。然后将产物在70℃减压干燥16小时。反应数据列于表14中。氨基甲酸酯/盐基团的表面覆盖率通过元素分析所测定的表面改性前后的颗粒%C的差异确定。
实施例19
将实施例18的材料用氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES, Gelest Inc., Morrisville, PA)、2-(4-吡啶基乙基)三乙氧基硅烷（4PE, Gelest Inc., Morrisville, PA）或2-(2-吡啶基乙基)三甲氧基硅烷(2PE，Gelest Inc., Morrisville, PA)在回流甲苯（5mL/g）中进一步改性20小时。产物19a和19b反应4小时。然后将反应冷却，将产物过滤并依次用水、甲苯、1:1 v/v丙酮/水和丙酮（所有的溶剂来自J.T. Baker）洗涤。然后将该材料按实施例3的水解部分中详细描述的那样进行处理，或者将该材料在丙酮和1%三氟乙酸（Aldrich, Milwaukee, WI）溶液的1:1 v/v混合物中在50℃加热1小时（10mL/g颗粒）（水解D）。然后将反应冷却，将产物过滤并依次用水、甲苯、1:1 v/v丙酮/水和丙酮洗涤，然后在70℃减压干燥16小时。反应数据列于表15中。
实施例20
将实施例19的选定材料通过按实施例4中详细描述的那样封端来进一步改性。数据列于表16中。
实施例21
将来自实施例17的丙醇杂化材料包围的杂化颗粒用2-(4-吡啶基乙基)三乙氧基硅烷（4PE, Gelest Inc., Morrisville, PA）在回流甲苯（5 mL/g）中改性20小时。然后将反应冷却，将产物过滤并依次用水、甲苯、1:1 v/v丙酮/水和丙酮（所有的溶剂都来自J.T. Baker）洗涤。然后将材料按实施例3的水解C进行处理。然后将反应冷却，将产物过滤并依次用水、甲苯、1:1 v/v丙酮/水和丙酮洗涤。然后将选定的产物在70℃减压干燥16小时。反应数据列于表17中。
实施例22
使用水解C，将来自实施例21的产物按实施例18中详细描述的那样用异氰酸酯改性。反应数据列于表18。
实施例23
使用以下过程量化了实施例3、4、21和22中制备的选定材料的表面吡啶基基团（可离子化改性剂）的浓度。向来自实施例3、21或22的样品（0.2000 g）中加入在甲醇(0.4 mL，HPLC级)中的2-(4-吡啶基乙基)三乙氧基硅烷（1.12μmol, Gelest Inc., Morrisville, PA）。然后用氢氧化钠溶液（4.0 mL, 2.5M）将样品在64℃消化60分钟。将样品通过Millex-LCR过滤器（0.45 μm, 25mm, Millipore）过滤并用己烷（HPLC级）萃取。然后使用UV/可见光光谱仪（300 – 240 nM，0.1nM间隔，扫描速度=120 nM/min，缝隙宽度=2 nM）分析水层。使用在两个波长的吸收率计算吡啶基的浓度，对基础颗粒对吸收率的贡献进行校正。结果列于表19中。这些结果表明在表面上的吡啶基乙基基团（组分A）的浓度比所负载的浓度减小。使用所测定的组分B的覆盖率，我们可以确定所测定的B/A表面覆盖率比。该结果是比摩尔负载比（6 – 80）更大的表面覆盖率比B/A范围（8 – 190）。
实施例24
向式(O1.5SiCH2CH2SiO1.5)(SiO2)4（按照美国专利6,686,035中所述的方法制备）的5μm的BEH多孔杂化颗粒（25g，Waters Corporation, Milford, MA; 6.5%C; SSA=190 m2/g；SPV=0.80 cm3/g; APD=155Å）在无水甲苯（250 mL，Fisher Scientific）中的悬浮液中加入组分A，2-(4-吡啶基乙基)三乙氧基硅烷（0.2182 g，0.2μmol/m2，Gelest Inc., Morrisville, PA），然后进行实施例17中详细描述的制备丙醇杂化材料包围的杂化颗粒的一般过程。该反应的产物24a在形成具有8.3%C和3.70 μmol/m2丙醇基团的丙醇杂化材料包围的杂化颗粒过程中引入了低含量的可离子化改性剂。
实施例25
将来自实施例24的一部分产物24a(16.2g)与组分B，异氰酸十八醇酯（7.51 g, 10 μmol/m2），以与实施例18中详细描述的过程类似的过程进行反应，使用水解C。该反应的产物具有14.27%C和2.00 μmol/m2的氨基甲酸酯基团。该所得产物25a的摩尔负载比B/A为50。
实施例26
将实施例17中详细描述的制备丙醇杂化材料包围的芯材料的一般过程应用于不同的多孔材料。这里包括的是在实施例15中详细描述的芯材料。
实施例27
使用实施例1、3或5中详细描述的硅烷法或者用实施例18中详细描述的异氰酸酯法完成了用组分B疏水基团进行的实施例26中制备的这些丙醇杂化材料包围的芯材料的表面改性。
使用实施例19中详细描述的硅烷法完成了用组分A可离子化改性剂进行的这些材料的表面的进一步改性。作为选择，按照实施例18中详述的方法，使表面丙醇基团与式I或II的可离子化改性试剂反应，其中Z是异氰酸酯或1-氨基甲酰基咪唑。优选的可离子化改性剂包括4-吡啶基烷基异氰酸酯、3-吡啶基烷基异氰酸酯、2-吡啶基烷基异氰酸酯、咪唑烷基异氰酸酯、1-(N-(4-吡啶基烷基)氨基甲酰基)咪唑、1-(N-(3-吡啶基烷基)氨基甲酰基)咪唑、1-(N-(2-吡啶基烷基)氨基甲酰基)咪唑、和1-(N-(咪唑-1-基-烷基)氨基甲酰基)咪唑。
作为选择，按照实施例18中详述的方法，使表面丙醇基团与式III的可离子化改性试剂反应，其中Z是异氰酸酯或1-氨基甲酰基咪唑。优选的可离子化改性剂包括异氰酸根合-烷基磺酸、异氰酸根合-烷基羧酸、异氰酸根合-烷基磷酸、异氰酸根合-烷基硼酸、[(咪唑-1-羰基)-氨基]-烷基磺酸、[(咪唑-1-羰基)-氨基]-烷基羧酸、[(咪唑-1-羰基)-氨基]-烷基磷酸、[(咪唑-1-羰基)-氨基]-烷基硼酸、异氰酸根合-芳基磺酸、异氰酸根合-芳基羧酸、异氰酸根合-芳基磷酸、异氰酸根合-芳基硼酸、[(咪唑-1-羰基)-氨基]-芳基磺酸、[(咪唑-1-羰基)-氨基]-芳基羧酸、[(咪唑-1-羰基)-氨基]-芳基磷酸、[(咪唑-1-羰基)-氨基]-芳基硼酸、异氰酸根合-芳基烷基磺酸、异氰酸根合-芳基烷基羧酸、异氰酸根合-芳基烷基磷酸、异氰酸根合-芳基烷基硼酸、[(咪唑-1-羰基)-氨基]-芳基烷基磺酸、[(咪唑-1-羰基)-氨基]-芳基烷基羧酸、[(咪唑-1-羰基)-氨基]-芳基烷基磷酸、[(咪唑-1-羰基)-氨基]-芳基烷基硼酸、异氰酸根合-烷基芳基烷基磺酸、异氰酸根合-烷基芳基烷基羧酸、异氰酸根合-烷基芳基烷基磷酸、异氰酸根合-烷基芳基烷基硼酸、[(咪唑-1-羰基)-氨基]-烷基芳基烷基磺酸、[(咪唑-1-羰基)-氨基]-烷基芳基烷基羧酸、[(咪唑-1-羰基)-氨基]-烷基芳基烷基磷酸、和[(咪唑-1-羰基)-氨基]-烷基芳基烷基硼酸的酸保护形式和酸未保护形式。
实施例28
按照实施例27中详述的那样这些丙醇杂化材料包围的芯材料的表面改性，但是在疏水基团之前使可离子化基团反应。
实施例29
将实施例24中详述的制备具有可离子化基团的丙醇杂化材料包围的芯材料的一般过程应用于不同的芯材料。这里包括的是实施例15中详述的芯材料。具有疏水基团的这些丙醇杂化材料包围的芯材料的表面改性使用实施例1、3或5中详述的硅烷法完成，或者使用实施例18中详述的异氰酸酯法完成。
实施例30
实施例27 – 29中制备的材料的表面的进一步改性使用实施例2、4、6和20中详述的方法完成，或者使表面丙醇基团进一步如实施例18中详述的那样与烷基异氰酸酯或芳基异氰酸酯反应。
实施例31
按照实施例17和24中详述的一般方法，使用实施例15中详述的芯材料，将制备杂化材料包围的杂化颗粒的一般方法用来制备具有不同于硅烷醇和丙醇基团的反应性表面基团的新的杂化材料包围的材料。当制备了具有乙烯基、卤代烷基、氨基烷基、环氧基或苯基的杂化表面时，进行不同的反应来连接疏水或可离子化改性剂。乙烯基基团使用自由基加成、复分解反应、环氧化反应和氢化硅烷化进行改性。卤代烷基基团通过亲核取代和Grinard反应进行改性。氨基烷基基团与酸、异氰酸酯反应或者亲核取代。环氧基团被水解呈现表面醇基团，或者与胺反应。苯基用氯甲基、磺基或硝基取代。产生式I、II或III型的可离子化改性试剂，其中，Z表示化学反应性基团，包括（但不限于）硅烷、硅烷醇、醚、胺、烷基胺、二烷基胺、异氰酸酯、酰基氯、三氯甲磺酸酯/盐、异氰酸盐、硫氰酸酯/盐、咪唑碳酸酯/盐、1-氨基甲酰基咪唑、NHS-酯、羧酸、酯、环氧化物、炔、烯、叠氮化合物、-Br、-Cl或-I。
这些材料的进一步改性按照实施例27 – 30中所详述的那样实现。
实施例32
在一个一般的过程中，以多步过程制备了含有可离子化改性剂的丙醇包围的颗粒。使用咪唑使来自实施例3的产物3af – 3ah与乙酰氧基丙基三氯硅烷在无水甲苯中反应。将该反应加热至回流20小时，然后冷却、过滤并用甲苯、1:1 v/v丙酮/水和丙酮洗涤。将该材料在丙酮/0.1M碳酸氢铵(pH 10)水溶液中在50℃回流20小时。将该反应冷却，将产物过滤并依次用甲苯、1:1 v/v丙酮/水和丙酮洗涤。然后将产物在1N HCl中在升高的温度下水解20小时。将该反应冷却，将产物过滤并用水和丙酮洗涤。将产物在80℃减压干燥16小时。通过该方法制备的产物具有表面吡啶基乙基和丙醇基团。
实施例33
将使用乙酰氧基丙基三氯硅烷或聚有机烷氧基硅氧烷制备丙醇杂化材料包围的芯材料的一般过程（具有使用可离子化改性剂的初始改性）应用于不同的芯材料。这里包括的是实施例15中详述的芯材料。这些芯材料使用可离子化改性剂的改性使用实施例1、3或5中详述的硅烷法实现，或者使用实施例15中详述的式I、II或III的可离子化改性试剂实现。用乙酰氧基丙基三氯硅烷改性芯材料的一般方法详述于实施例33中。用乙酰氧基丙基三氯硅烷改性芯材料的一般方法详述于实施例17中。
实施例34
将乙酰氧基丙基三甲氧基硅烷（323g，Gelest Inc., Morrisville, PA）与2-(4-吡啶基乙基)三乙氧基硅烷（13.04g, Gelest Inc., Morrisville, PA）、乙醇（218g, 无水，J.T. Baker, Phillpsburgh, NJ）和2.2 M乙酸水溶液（26g, J.T. Baker, Phillipsburgh, NJ）在烧瓶中混合。将所得的溶液搅拌并在氩气或氮气气氛中回流16小时。通过在大气压下蒸馏从烧瓶中除去醇。通过在氩气或氮气吹扫流中在110℃加热5小时除去残余的醇和挥发性物类。所得的聚有机烷氧基硅氧烷，产物34a，是清澈粘性液体，粘度为27 cP。
实施例35
在一个一般过程中，通过多步过程制备了含有可离子化改性剂的丙醇杂化材料包围的芯材料，其中使用来自实施例34的产物34a代替实施例17中的聚有机烷氧基硅氧烷。
作为选择，将制备丙醇杂化材料包围的芯材料之前制备增加可离子化改性剂的该一般过程应用于不同的芯材料。这里包括的是实施例15中详述的芯材料。
实施例36
用疏水基团改性实施例31 – 33和35中制备的材料的表面使用实施例1、3或5中详述的硅烷法完成，或者用实施例18中详述的异氰酸酯法完成。
实施例37
实施例36中制备的材料的二次表面改性使用实施例2、4、6和20中详述的方法完成或者用实施例18中详述的异氰酸酯法完成。
实施例38
在实施例15、16、19 – 22、24 – 25、27 – 33和35 – 37中制备的产物如实施例9 – 14中详述的那样进行色谱评价。可离子化改性剂的浓度按照实施例23中详述的那样确定。
实施例39
评价了来自产物4aa和一种3μm市售可得C18柱的多孔颗粒样品在暴露于不同pH值的流动相时的离子化的分析物保留值的变化。使用浆液填充技术填充2.1×50mm色谱柱。色谱系统由ACQUITY UPLC®系统和ACQUITY UPLC® Tunable UV检测器组成。Empower Chromatography Data Software (Build 1154)用于数据收集和分析；注入体积2μL；流量：0.8mL/min；温度：30℃；检测：260nm；分析物：美托洛尔和阿米替林。在7个循环之前（最初）和之后（最后）比较数据；每个循环交替地包括7次用0.1%甲酸/乙腈梯度的注入，然后是17次用10mM碳酸氢铵(pH 10)/乙腈梯度的注入。酸性和pH10梯度在2.5分钟内从5%乙腈运行到95%乙腈。
如图1所示，在暴露于不同pH值的流动相时离子化的分析物的保留值变化是本领域已知的一个问题。市售可得的C18柱对于阿米替林保留值产生7%的变化，而产物4aa在这些条件下对阿米替林保留值产生0.4%的变化。虽然不限于理论，但是已经提出缓慢的表面平衡应对此负责。因为传统的高纯度反相柱在低pH值具有大大减小的表面电荷，所以表面电荷的非常小的变化可能导致离子化的分析物的保留值的很大变化。这种效果被低离子强度流动相的使用加重。选择性的变化不是由于键合相的损失，因为该变化是可逆的，并且对于中性分析物没有观察到保留值的损失。柱在低pH流动相中的储存和/或平衡（允许扩散时间）将最终使他们恢复其原始的选择性。由于去质子化硅烷醇的相对高的浓度，这种缓慢的平衡在升高的pH值不会发生。
这些数据表明，与市售可得的C18柱不同，产物4aa可以用于筛选高和低pH梯度条件的方法开发中，并保证所述方法在未使用的柱上将是能工作的。
实施例40
与实施例13类似，将来自实施例4j的多孔颗粒样品和一种市售可得的C18柱用于中性和碱性化合物混合物的分离。所制备的碱性试验混合物包括尿嘧啶、酒石酸美托洛尔、拉贝洛尔、阿米替林，中性试验混合物包括尿嘧啶、泼尼松、咖啡因。对比C18柱是市售可得的并且含有3.5μm的式(O1.5SiCH2CH2SiO1.5)(SiO2)4的多孔杂化颗粒，其用ODTCS表面改性，然后封端。
如图2所示，在这些条件下，与没有添加任何可离子化改性剂的对比C18柱相比，产物4j的结果对于碱性分析物峰形状有明显改善。这种极大改善也可以在改善的峰容量方面得到证实，如实施例13中所详述的。
实施例41
针对阿米替林的等强度加载行为评价了来自实施例2的多孔颗粒的样品。使用浆液填充技术填充4.6×150 mm色谱柱。色谱系统由Alliance HPLC®系统和Waters 996 PDA检测器组成。Empower 2 Chromatography Data Software (Build 2154)用于数据收集和分析；注入体积20μL；流量：1.0mL/min；温度：30℃；检测：230nm；分析物：阿米替林（在流动相中制备60μg/mL）加载范围：在柱上0.3μg – 1.2μg分析物；流动相：在40%乙腈中0.05%TFA。
随着加载浓度增加碱性分析物的峰形状的变差对于在低pH值在HPCM上进行的分离是一个众所周知的问题。通过比较对于产物2b、2d和2e随着分析物浓度增大峰轮廓的变化，可以观察到表面电荷对峰轮廓的影响，如图3所示。产物2e具有高含量的可离子化改性剂，表现出前伸/Anti-Langmuirian峰形状，表明凹形Langmuirian等温线；(b)产物2d 具有最佳含量的可离子化改性剂，表现出几乎对称的Gaussian/线性峰形状，表明线性Langmuirian等温线；(c)产物2b具有非常低含量的可离子化改性剂，表现出拖尾/Bi-Langmuirian峰形状，表明凸形Langmuirian等温线。随着分析物加载的增加保持良好的峰形状的重要性在本领域中是公知的。产物2d具有优化的表面电荷，产生高加载效率，远超过在普通反相柱上可以获得的那些。
实施例42
针对阿米替林的等强度加载行为，评价了来自产物4aa和一种3μm的市售可得的C18柱的多孔颗粒样品。使用浆液填充技术填充2.1×50 mm色谱柱。色谱系统由ACQUITY UPLC®系统和ACQUITY UPLC® Tunable UV检测器组成。Empower Chromatography Data Software (Build 1154)用于数据收集和分析；注入体积1.5μL；流量：0.2mL/min；温度：30℃；检测：260nm；分析物：阿米替林加载范围：在柱上0.05μg – 6.0μg分析物；流动相：0.05%TFA，在39%（用于市售可得的3μm C18柱）或37%（产物4aa）乙腈中。如图4所示，显然，产物4aa在接近纯化应用中所用的那些的质量加载对于阿米替林保持接近线性的等温线行为。
实施例43
将式(O1.5SiCH2CH2SiO1.5)(SiO2)4（按照美国专利6,686,035中所述的方法制备）的BEH多孔杂化颗粒（20g，Waters Corporation, Milford, MA; 4.0μm；6.78%C; SSA=183 m2/g；SPV=0.70 cm3/g; APD=139Å）在水（60mL）中浆化，用于加入3-(三羟基甲硅烷基)丙基硫酸（6g, 50%溶液）。将该溶液在90℃加热20小时。将反应冷却，将产物过滤并用水和丙酮洗涤。然后将产物在70℃减压干燥16小时。在扣除未键合的BEH颗粒的硅烷醇的贡献后，产物具有7.29%C和通过滴定获得的0.160 mequiv/g的离子交换容量。表面覆盖率通过由元素分析测定的表面改性前后的颗粒%C的差异确定，为1.01 μmol/m2。
实施例44
以与实施例3中的详述类似的方式使表面多孔二氧化硅颗粒（20g, 1.3μm，SSA=90 – 205 m2/g；SPV=0.1 – 0.3 cm3/g；APD=80 – 130 Å）反应，产生具有最佳可离子化改性剂浓度的C18键合材料，所述可离子化改性剂例如4PE或APTES。将该材料(产物43a)按照实施例4中详述的进行封端，并且按照实施例9 – 14，41和42中详述的进行评价。将所述材料按照实施例9 – 14，41和42中详述的进行评价并与添加了组分A可离子化改性剂的类似材料进行比较。
实施例45
使用颗粒尺寸为0.3 – 2.0μm的表面多孔二氧化硅颗粒实施实施例44的方法。将材料按照实施例9 – 14，41和42详述的那样进行评价。
实施例46
使用颗粒尺寸为2 – 3μm的表面多孔二氧化硅颗粒实施实施例44的方法。将材料按照实施例9 – 14，41和42详述的那样进行评价。
实施例47
使用颗粒尺寸大于3μm的表面多孔二氧化硅颗粒实施实施例44的方法。将材料按照实施例9 – 14，41和42详述的那样进行评价。
实施例48
使用C4 – C12、C30、嵌入的极性、手性、苯基烷基、或五氟苯基键合和涂层代替C18键合来实施实施例44 – 47的方法。将材料按照实施例9 – 14，41和42详述的那样进行评价。
实施例49
实施实施例44 – 48的方法，在表征之前没有封端步骤。将材料按照实施例9 – 14，41和42详述的那样进行评价。
实施例50
将式(O1.5SiCH2CH2SiO1.5)(SiO2)4（按照美国专利6,686,035中所述的方法制备）的BEH多孔杂化颗粒（2.9 μm，Waters Corporation, Milford, MA; 6.38%C; SSA=86 m2/g；SPV=0.68 cm3/g; APD=297Å）使用Dean-Stark分离器在甲苯（9mL/g，Fisher Scientific, Fairlawn, NJ）中回流2小时。在冷却后，加入组分A硅烷添加剂2-(4-吡啶基乙基)三乙氧基硅烷，将反应加热至回流1小时。在冷却后，加入咪唑（Aldrich, Milwaukee, WI）和组分B硅烷叔丁基二甲基氯硅烷（TBDMCS, Gelest Inc., Morrisville, PA）或十八烷基三氯硅烷（ODTCS, Gelest Inc., Morrisville, PA）。然后将反应加热至回流20小时。然后将反应冷却，将产物过滤并依次用水、甲苯、1:1 v/v丙酮/水和丙酮（所有的溶剂来自J.T. Baker）洗涤，然后按照实施例3中，水解类型C所详述的进行水解。将产物过滤并依次用甲苯、1:1 v/v丙酮/水和丙酮洗涤。将产物在70℃减压干燥16小时。反应数据列于表20中。这些产物的表面覆盖率通过由元素分析所测定的表面改性前后颗粒%C的差异来确定。产物50b进一步按照实施例4中详述的进行封端，获得10.52%C的最终碳含量。
实施例51
将表面多孔二氧化硅颗粒（1.35 μm，SSA=55 m2/g；SPV=0.15 cm3/g; APD=107Å，1.2 μm无孔芯，0.1 μm厚的多孔壳）使用Dean-Stark分离器在甲苯（9mL/g，Fisher Scientific, Fairlawn, NJ）中回流2小时。在冷却后，对产物51a加入组分A可离子化改性剂2-(4-吡啶基乙基)三乙氧基硅烷（4PE，Gelest Inc., Morrisville, PA），并将反应加热至回流1小时，然后冷却。对于产物51b，不加入组分A可离子化改性剂。加入咪唑（Aldrich, Milwaukee, WI）和十八烷基三氯硅烷（ODTCS, Gelest Inc., Morrisville, PA）。然后将反应加热至回流20小时。然后将反应冷却，将产物过滤并依次用水、甲苯、1:1 v/v丙酮/水和丙酮（所有的溶剂来自J.T. Baker）洗涤，然后按照实施例3，水解类型C中所详述的进行水解。将产物过滤并依次用甲苯、1:1 v/v丙酮/水和丙酮洗涤。将产物在70℃减压干燥16小时。反应数据列于表21中。这些产物的表面覆盖率通过由元素分析所测定的表面改性前后颗粒%C的差异来确定。这些产物进一步按照实施例4中详述的进行封端。
实施例52
按照实施例13中详述的方案，对产物51a和51b进行峰容量比较，如表22中详述的那样。峰容量的确定和由差峰形状导致的问题以及所产生的在低pH梯度分离中碱性分析物的差峰容量是HPLC和UPLC领域中公知的。提高的峰容量比与这些试验条件下碱性分析物的改善的性能相关。产物51a和51b具有相同的进料材料并且二者被类似地键合，这些材料之间唯一的不同是对产物51a包含组分A可离子化改性剂。相对于51b，对于产物51a获得了峰容量比的改善，这是由于引入了组分A可离子化改性剂。
实施例53
在与美国专利7,563,367B中详述的方法类似的方法将多孔二氧化硅颗粒进行杂化涂覆、C18键合和封端，获得产物53a。作为选择，在该方法中的不同点加入可离子化改性剂试剂组分A（如实施例15中详述的）。产物53b在进行杂化涂覆之前引入组分A添加剂。产物53c在C18键合之前引入组分A添加剂。产物53d在封端之前引入组分A添加剂。产物53e在封端之后引入组分A添加剂。按照实施例9 – 14、41和42中详述的那样评价所述材料。
实施例54
在与美国专利7,563,367B中详述的方法类似的方法将表面多孔二氧化硅颗粒进行杂化涂覆、C18-键合和封端，获得产物54a。作为选择，在该过程中的不同点加入可离子化改性剂，组分A（如实施例15中详述的）。产物54b在进行杂化涂覆之前引入组分A添加剂。产物54c在C18键合之前引入组分A添加剂。产物54d在封端之前引入组分A添加剂。产物54e在封端之后引入组分A添加剂。按照实施例9 – 14、41和42中详述的那样评价所述材料。
实施例55
将式(O1.5SiCH2CH2SiO1.5)(SiO2)4（按照美国专利6,686,035中所述的方法制备）的BEH多孔杂化颗粒（4.0 μm，25 g, Waters Corporation, Milford, MA; 6.78%C; SSA=183 m2/g；SPV=0.70 cm3/g; APD=139Å）使用Dean-Stark分离器在甲苯（375mL，Fisher Scientific, Fairlawn, NJ）中回流。在冷却后，加入正丙醇锆（70%，在正丙醇中，4.28g，Gelest Inc., Morrisville, PA），将反应在环境温度搅拌1小时，然后加热至回流过夜。然后将反应冷却，将产物过滤并依次用甲苯和1%甲酸洗涤，然后在环境温度在1%甲酸中水解1.5小时。将产物55a过滤，并用大量的水和丙酮洗涤。将产物在80℃减压干燥16小时。
实施例56
按照实施例1 – 8和15中详述的将产物55a进一步改性。按照实施例9 – 14、41和42中详述的评价材料。
实施例57
通过使用选自（不限于）锆、铝、铈、铁、钛的醇盐、卤化物、盐和络合物和其他可离子化或两性基团的一种或多种可离子化改性剂实施实施例1、3、5、7、8、15、19、21、24、27 – 29、31 – 33、35、43 – 51、53 – 55的方法。这些产物按照实施例4详述的进行封端。按照实施例9 – 14、41和42详述的评价材料。
实施例58
按照实施例9 – 14、41和42中详述的那样评价含有1 - 5μm的C18键合的色谱材料的填充床的色谱柱。该柱然后用组分A可离子化改性剂在合适的溶剂中的稀溶液冲洗较长的时间，使得允许将可离子化改性剂引入到色谱床上。可离子化改性剂的实例包括在实施例15和57中。将该柱用合适的溶剂进一步洗涤并按照9 – 14、41和42详述的进行评价。
实施例59
用组分A可离子化改性剂改性C18-键合的且封端的1 – 5 μm色谱材料。色谱材料的实例包括在实施例15中。可离子化改性剂的实例包括在实施例15和57中。将材料按照实施例9 – 14、41和42中详述的那样进行评价并与不含有可离子化改性剂的C18键合且封端的材料进行比较。
实施例60
在表面多孔材料上实施实施例58和59的方法。按照9 – 14、41和42详述的进行评价。
实施例61
在用C4 – C12、C30、嵌入的极性、手性、苯基烷基、或五氟苯基键合和涂覆代替C18键合的色谱材料上实施实施例58 – 60的方法。按照实施例9 – 14、41和42详述的那样进行评价。
经引入并入
本文所引用的全部专利、公开的专利申请和其他参考文献的全部内容特此经引用以它们的整体明确地并入本文。
等同方式
本领域技术人员将会认识到或者仅使用常规实验能够确定本文所述的具体过程的众多等同方式。这样的等同方式被认为是在本发明的范围内并被以下权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.高纯度色谱材料，其包含色谱表面，其中所述色谱表面包含疏水表面基团和一种或多种可离子化改性剂，条件是当所述可离子化改性剂不包含两性离子时，所述可离子化改性剂不包含季铵离子部分，並且所述可离子化改性剂的浓度小于0.5μmol/m2，
其中，所述可离子化改性剂从选自具有式(I)：
式(II)：
式(III):
的可离子化改性试剂或其组合获得，
其中：
m是1-8的整数；
v是0或1；
当v为0时，m’是0；
当v为1时，m’是1-8的整数；
Z表示化学反应性基团，包括（但不限于）
、-OH、-OR6、胺、烷基胺、二烷基胺、异氰酸酯、酰基氯、三氟甲磺酸酯、异氰酸盐、硫氰酸酯、咪唑碳酸酯、NHS-酯、羧酸、酯、环氧化物、炔、烯、叠氮化物、-Br、-Cl或-I；
Y是嵌入的极性官能团；
R1的每次出现独立地表示在硅上的化学反应性基团，包括（但不限于）-H、-OH、-OR6、二烷基胺、三氟甲磺酸酯、Br、Cl、I、乙烯基、烯、或-(CH2) m ’’Q；
Q的每次出现是-OH、-OR6、胺、烷基胺、二烷基胺、异氰酸酯、酰基氯、三氟甲磺酸酯、异氰酸盐、硫氰酸酯、咪唑碳酸酯、NHS-酯、羧酸、酯、环氧化物、炔、烯、叠氮化物、-Br、-Cl或-I；
m’’是1-8的整数；
p是1-3的整数；
R1 ’的每次出现独立地表示F、C1-C18烷基、C2-C18烯基、C2-C18炔基、C3-C18环烷基、C1-C18杂环烷基、C5-C18芳基、C5-C18芳氧基或C1-C18杂芳基、氟代烷基或氟代芳基；
R2、R2 ’、R3和R3 ’的每次出现独立地表示氢、C1-C18烷基、C2-C18烯基、C2-C18炔基、C3-C18环烷基、C2-C18杂环烷基、C5-C18芳基、C5-C18芳氧基或C4-C18杂芳基、-Z、或具有式-Si(R’)bR’’a或-C(R’)bR’’a的基团；
a和b各自表示0-3的整数，条件是a+b=3；
R’表示C1-C6的直链、环状或支链的烷基；
R’’是选自由烷基、烯基、炔基、芳基、氰基、氨基、二醇、硝基、酯、阳离子或阴离子交换基团、含有嵌入的极性官能团的烷基或芳基、和手性部分组成的组的功能化基团；
R4表示氢、C1-C18烷基、C2-C18烯基、C2-C18炔基、C3-C18环烷基、C1-C18杂环烷基、C5-C18芳基、C5-C18芳氧基或C1-C18杂芳基；
R5表示氢、C1-C18烷基、C2-C18烯基、C2-C18炔基、C3-C18环烷基、C1-C18杂环烷基、C5-C18芳基、C5-C18芳氧基或C1-C18杂芳基；
R6的每次出现独立地表示C1-C18烷基、C2-C18烯基、C2-C18炔基、C3-C18环烷基、C1-C18杂环烷基、C5-C18芳基、C5-C18芳氧基或C1-C18杂芳基；
Het表示含有至少一个氮原子的杂环或杂芳基环系统；和
A表示酸性可离子化改性剂部分或双电荷可离子化改性剂部分。
2.权利要求1的高纯度色谱材料，其还包含色谱芯材料。
3.权利要求1的高纯度色谱材料，其中，所述可离子化改性试剂具有式I。
4.权利要求1的高纯度色谱材料，其中，所述可离子化改性试剂具有式II。
5.权利要求1的高纯度色谱材料，其中，所述可离子化改性试剂具有式III。
6.权利要求1的高纯度色谱材料，其中，m是2或3。
7.权利要求1的高纯度色谱材料，其中，R1表示Cl。
8.权利要求1的高纯度色谱材料，其中，R1表示-OH。
9.权利要求1的高纯度色谱材料，其中，R1表示二烷基氨基、甲氧基或乙氧基。
10.权利要求1的高纯度色谱材料，其中，R1 ’表示甲基。
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