CN113905821A - 用于在ps/dvb共聚物颗粒上形成亲水表面的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于改性在分析型或制备型分离方法中用作固定相的聚合物载体材料的方法，该方法包括以下步骤：提供至少部分地由包含至少两个乙烯基或烯丙基取代基的芳族烃化合物形成的聚合物载体材料；借助于包括氧化处理聚合物载体材料和随后还原处理或水解处理反应产物的方法在聚合物载体材料上/中生成羟基基团；使来自先前步骤的产物与多官能化合物反应。本发明还涉及一种根据本发明的方法制备的用作分析型或制备型分离方法、特别是色谱方法中的固定相的聚合物载体材料。

Description

用于在PS/DVB共聚物颗粒上形成亲水表面的方法
本发明涉及一种用于改性在分析型或制备型分离方法中用作固定相的聚合物载体材料的方法，该方法包括以下步骤：提供至少部分地由具有至少两个乙烯基或烯丙基取代基的芳族烃化合物形成的聚合物载体材料；通过包括氧化处理聚合物载体材料和随后还原处理或水解处理反应产物的方法在聚合物载体材料上/中产生羟基基团；使先前步骤的产物与多官能化合物反应。本发明进一步涉及一种通过根据本发明的方法制备的用作分析型或制备型分离方法、特别是色谱方法中的固定相的聚合物载体材料。
离子交换剂通常由在其表面上携带使其能够保持离子的电荷的微粒材料组成。在阴离子交换剂的情况下，这些通常是阳离子铵化合物，尽管磷离子和砷离子也是已知的。交换剂基团是单阳离子。在纯粹地静电相互作用中，保留时间由库仑定律确定。据此，仅延迟阴离子的电荷应影响其保留时间。
然而，在水溶液中的离子色谱法中，可以识别影响保留行为的其他因素，例如阴离子的水合和交换剂基团的水合。此外，所涉及的离子的极化率和在分析物与交换剂基材之间的更弱的、次级相互作用也起作用。由于携带交换剂基团的基础聚合物的亲水性也影响其水合，因此可以通过改性用于相同交换剂基团的载体材料改变离子交换剂的保留行为。阳离子基团的直接取代基也对保留行为有影响。
现有技术已经包括用于调节用于离子交换色谱法的颗粒的亲水性的方法。还选择性地讨论了其他期望的参数，例如离子交换材料的平衡容量、高理论板数或化学惰性。
在US20050181224中，通过二环氧化物和胺的环化反应将含有交换基团的交联层沉积在磺化的亲水载体颗粒上。随着每个循环，离子交换剂的容量增加。基本保证了亲水性。然而，由于交替的环氧/胺化学，不能获得独立于容量的额外亲水性。
在EP 3248678中，用改性多糖(与缩水甘油基苯基醚反应的琼脂糖)包覆多孔二乙烯基苯颗粒，并且然后用多官能交联剂(例如乙二醇二缩水甘油基醚)交联改性多糖以形成在表面上具有羟基基团的大分子。其后，将基材用二乙氨基乙基氯化物盐酸盐固定以获得实际的离子交换基团。本申请还寻求具有增加的稳定性(断裂强度)的亲水离子交换颗粒。由于作用在颗粒与初始凝胶状涂层之间的纯吸附力，基材也证明了是更不稳定的。
EP1217012从疏水性乙烯醇酯聚合物开始。首先，使所含有的酯水解以便释放醇基团。聚合物变成亲水的。使OH基团与二环氧化物反应，并且然后与胺反应以包覆基材。可以通过在第一步骤中使基础聚合物经受更广泛的水解进一步增加亲水性。然而，这将导致颗粒的机械稳定性的损失。可能发生不期望的溶胀行为。
在由
Figure BDA0003370172530000021
等人的出版物(J Sep Sci 2006,29.940)中，试图通过使用不同组成的聚(乙酸乙烯酯-共-二乙烯基苯)的颗粒基材优化所提及的参数中的一些，例如理论垢数、孔径和表面膨胀。根据印刷纸张，当使装填有基材的柱经受增加的流速时，增加的量的乙酸乙烯酯-和因此水解颗粒中的增加的量的OH基团-导致回流压力急剧增加。该不期望的回流压力归因于在分离方法期间变形的颗粒的机械稳定性的缺乏。
US5503933公开了共价键合至疏水表面的亲水涂层和用于其制备的方法。提供包含包括不饱和基团的疏水区和亲水区的化合物以形成包覆的表面。还提供了具有不饱和基团的疏水表面。化合物的分子吸附在疏水表面上，并且然后化合物的分子的疏水区中的不饱和基团通过自由基反应共价键合至疏水表面上的不饱和基团。在一个实施方案中，亲水涂层可以共价键合至二乙烯基苯交联的聚苯乙烯。然而，所得颗粒仅适用于大分子的分离。对于在其他色谱技术、特别是离子色谱法中的使用，颗粒由于其大的直径而具有不令人满意的理论板数。随着粒度的减小，大孔材料的机械负荷承载能力又将不足以用于在这种色谱方法中产生的压力。
本发明的目的是克服现有技术中的以上缺点。目前缺乏一种方法，根据该方法可以以这样的方式包覆聚合物基材，使得可以独立于聚合物核基材中的氧含量调节聚合物基材表面的亲水性并且得到机械稳定且稳固的颗粒。同时，基于其的离子交换基材应当在化学上很大程度上是惰性的，并且其应当能够彼此独立地配置亲水性和容量或者选择性和容量。
该任务通过具有权利要求1的特征的方法解决。其涉及一种用于改性在分析型或制备型分离方法中用作固定相的聚合物载体材料的方法。本发明进一步涉及一种根据本发明的方法制备的用作分析型或制备型分离方法、特别是色谱方法中的固定相的聚合物载体材料。本发明涉及一种填充有根据本发明的聚合物载体材料的色谱柱、一种使用根据本发明的聚合物载体材料的用于分离分析物的方法、以及根据本发明的聚合物载体材料用于分析物的分析型和制备型分离的用途。
该方法包括以下步骤：提供至少部分地由具有至少两个乙烯基或烯丙基取代基的芳族烃化合物形成、优选地至少部分地由二乙烯基苯单体形成的聚合物载体材料(步骤a)；通过包括以下步骤的方法在聚合物载体材料上/中产生羟基基团：氧化处理聚合物载体材料(步骤b.1)；随后还原处理或水解处理步骤b.1的反应产物(步骤b.2)；任选地：步骤b.2的产物与多官能化合物的反应，特别是与具有至少一个与羟基基团可反应的第一官能团、优选地卤素基团和至少一个与胺和/或羟基基团可反应的第二官能团、优选地环氧基团的化合物的反应(步骤c)。
不言而喻，与胺可反应的官能团与或者可以同时与第5主族的其他有机元素化合物，即与胂或膦反应。
如以下将进一步解释的，特别是关于根据本发明的方法，根据本发明的步骤对聚合物载体材料表面处的氧含量具有影响。因此，聚合物载体材料表面的亲水性与聚合物载体核基材中的氧含量无关。
步骤a.中提供的聚合物载体材料典型地作为颗粒、优选地作为球形颗粒、特别优选地作为具有1至50μm的平均粒度(中值)、甚至更优选地具有2至25μm的平均粒度、特别优选地具有3至9μm的平均粒度的球形颗粒提供。然而，其他聚合物载体材料也是可想到的，特别是呈膜或整料的形式的聚合物载体材料。
聚合物载体材料的表面的氧含量通过初始氧化和还原或水解而增加。改性还可以在不具有可检测氧含量的核聚合物载体材料上/中产生氧原子。增加的氧含量影响次级相互作用的性质和表现，特别是所得聚合物载体材料的亲水性。此外，通过在初始氧化和还原/水解之后的一系列步骤，可以独立于表面处的氧含量调节容量。
聚合物载体材料的表面或聚合物载体材料表面在此特别意指聚合物载体材料结构的可与溶液接触的外表面以及紧邻该外表面的1至30nm的层，其中可与溶液接触的外表面可以部分地位于例如多孔结构的微结构上。特别地，意指多孔或无孔结构的聚合物载体材料颗粒的可与溶液接触的外表面。
通过聚合物载体材料与涂层之间的共价键对化学和机械稳定性做出初始贡献。这与基于胶乳的离子交换剂的情况相反，其中纯粹地静电相互作用将胶乳粒、以及因此交换剂基团保持至基材。由于共价键，还确保了高化学惰性。对机械稳定性的第二贡献是通过以下事实做出的：核聚合物载体材料至少部分地由具有至少两个乙烯基或烯丙基取代基的芳族烃化合物、优选地至少部分地由二乙烯基苯单体形成。该核聚合物载体材料的稳定性不受步骤b.1和b.2的影响。核聚合物载体材料优选地是单分散的。
步骤c，即步骤b.2.的产物与多官能化合物、特别是具有至少一个与羟基基团可反应的第一官能团和至少一个与胺和/或羟基基团可反应的第二官能团的化合物的反应是任选的。如果省略该步骤，则颗粒适用于例如尺寸排阻色谱法。
特别地，以下描述了用于基于根据本发明的改性的聚合物载体材料的阴离子交换色谱法或阳离子交换色谱法中的离子交换材料的制备。然而，颗粒的使用绝不限于此。颗粒还可以用于其他分析型和制备型分离方法，例如其他吸附色谱方法、HILIC色谱法(亲水相互作用液相色谱法)、反相色谱法、固相萃取等。
在优选的实施方案中，该方法包括如以上所描述的步骤a、b和c，以及在步骤c之后的另外的步骤，即进行多个包覆循环(步骤d)。单一包覆循环，步骤d，包括：通过使与胺和/或羟基基团可反应的第二官能团，优选地在步骤c中引入的环氧基团，与具有羟基基团的多官能化合物，特别是与多元醇反应，或者通过水解或它们的组合来引入或产生羟基基团(步骤d.1)；以及使步骤d.1的产物与多官能化合物反应，特别是与具有至少一个与羟基基团可反应的第一官能团，优选地卤素基团和至少一个与胺和/或羟基基团可反应的第二官能团，优选地环氧基团的化合物反应(步骤d.2)。包覆循环的次数是0至20。
如果包覆循环的次数是至少2，则从第一次重复起引入或产生羟基基团显然不再关注、或至少不再排他地关注在步骤c中引入的官能团，而是主要关注在步骤d.2中引入的相应官能团。如果选择条件使得当在步骤d.1中进行第一次包覆循环时，来自步骤c的第二官能团基本上完全反应，这是特别正确的。
通过增加包覆循环的次数，可以进一步提高聚合物载体材料的表面处的氧含量，并且可以增加基于聚合物载体材料的离子交换材料的亲水性。通过选择适当的亲水性程度，可以增强离子交换材料与高度水合的离子(例如氟离子)的相互作用，并且可以降低与太弱水合的离子(例如溴酸根、硝酸根、氯酸根)的相互作用。以该方式，例如，可以影响溴酸根和氯离子的保留顺序，使得在色谱图中溴酸根在氯离子之前定量地出现。此外，可以确保氟离子与注入峰分离，而且特别是当使用碳酸盐洗脱液时。
进一步地，通过根据本发明的方法，对于具有高信号对称性(不对称性<1.5)的七种标准阴离子(氟离子、氯离子、亚硝酸根、溴离子、硝酸根、磷酸根和硫酸根)，可以获得具有每柱米>50,000TP/m理论板的板数的离子交换材料。在具有总体上短的总色谱时间的色谱图中，所有以上离子出现彼此分离的基线。
当使装填有通过以上方法获得的聚合物载体材料的柱经受压力流量测试时，颗粒的高稳固性的优点特别明显。在这种应力测试中，柱中的压力进展作为连续增加的流速的函数测定。在根据本发明的柱中，压力线性地依赖于流速。这与用装填有具有高乙酸乙烯酯含量的亲水pDVB基材的常规柱所获得的结果相反。对于常规柱，压力作为流速的函数比线性增加得更多。例如，可以得到函数的双曲线斜率。这例如由在开头所引用的
Figure BDA0003370172530000051
Figure BDA0003370172530000053
等人的出版物(J Sep Sci 2006,29,940)得到。
与常规柱相比，根据本发明的柱在进行压力测试之后的性能也更好。在一方面，与常规柱相比，在进行应力测试之后，柱在整个柱上仅展现出小的压降增加。另外，在根据本发明的柱上的负荷测试期间，理论底部残留物的数目减少至比常规柱的情况(
Figure BDA0003370172530000052
等人，J Sep Sci 2006,29,940)小得多的程度。即使当使用高流速时，维持压力比和板数使高效的高性能分离方法成为可能。
然后该方法可以另外包括步骤e，在步骤c或d.2的反应产物上引入离子交换基团。通过步骤e，由聚合物载体材料制备实现与聚合物载体材料相关的优点的离子交换材料。在根据本发明的该离子交换材料中，亲水性和容量或者选择性和容量是可独立调节的。根据本发明的离子交换材料还具有大量的理论垢。
离子交换基团应理解为聚合物载体材料表面上的带电基团，特别是带电的胺、胂或膦基团。
对于至少部分地由具有至少两个乙烯基或烯丙基取代基的芳族烃化合物形成的聚合物载体材料，在本发明的上下文中应理解，聚合物载体材料可通过至少包含具有至少两个乙烯基或烯丙基取代基的芳族烃化合物的聚合反应制备。优选地，聚合物载体材料通过与二乙烯基苯的聚合反应形成。然而，与三乙烯基苯和二乙烯基萘以及本领域技术人员已知的等效化合物的反应也是可想到的。
该方法的特征可以在于，步骤a中的至少部分地由具有至少两个乙烯基或烯丙基取代基的芳族烃化合物形成的聚合物载体材料另外部分地由选自乙基乙烯基苯、乙酸乙烯酯、苯乙烯、以及它们的组合的单体形成。在这点上，具有至少两个乙烯基或烯丙基取代基的芳族烃化合物的比例优选地是至少50重量％。例如，步骤a中的聚合物载体材料可以包含至少50重量％的二乙烯基苯单元。这种聚合物载体材料具有关于孔结构的有利性质，特别是具有大量的用于随后表面改性的可用双键。
该方法的特征可以在于，步骤b.1中的氧化处理是用优选地选自间氯过苯甲酸(m-CPBA)、过甲酸、过乙酸、过氧三氟乙酸的过酸的处理，用KMnO4的处理，用氧等离子体的处理，或它们的组合。聚合物暴露于过酸使存在的任何双键氧化并使它们可用于随后还原或水解。不言而喻，该作用原则上也可以通过本领域技术人员已知的其他氧化方法实现，例如通过臭氧分解实现。
如果在步骤b.1中使用过酸，则是特别优选的。过酸的优点是可以达到比例如等离子体处理更高的氧含量。用氧等离子体可以达到2.0％的氧含量，而例如用mCPBA可以达到通过元素分析可测量的3.2％的氧含量。如果使用过酸，它可以添加至悬浮液形式的聚合物或者由酸和过氧化氢原位形成。优选地，将m-CPBA添加至悬浮的核聚合物载体材料，例如PS/DVB聚合物载体材料，因为这对于作为固体处理是不复杂的。
在优选的实施方案中，来自氧化步骤b.1的反应产物的还原处理在步骤b.2中使用用于还原极性键的试剂、优选地用金属氢化物进行。这可以是例如NaBH4、BH3、LAH、NaH、CaH。氢化物的使用具有溶解的试剂可以渗透入颗粒的孔中的优点。例如，用活性炭上的钯是不可能的。与可以将环氧化物转化成亚羟基(hydroxylene)(参见实施例3)的用盐酸水解相比，用金属氢化物还原还可以将羰基和羧基转化成亚羟基。还原将所形成的氧化产物转化成醇。优选地，使用在乙醚中的氢化铝锂。在一个实施方案中，提供了向其中添加了聚合物干重的5％-100％重量/重量的氢化铝锂的在干燥乙醚中的1％-20％重量/体积的聚合物悬浮液。特别优选的是，向其中添加了聚合物干重的5％-20％重量/重量的氢化铝锂的在干燥乙醚中的5％-15％重量/体积的聚合物悬浮液。可以选择25℃-70℃的温度、特别优选地乙醚的沸腾温度，并且反应时间是1min至72h、特别优选地3h至48h。
通过以上所描述的方法在聚合物载体表面上产生的OH基团现在以足够的数目可用于步骤c中的改性。作为还原条件的替代方案，也可以选择水解条件。
使步骤b.2的反应产物与多官能化合物反应，特别是与具有至少一个与羟基基团可反应的第一官能团、优选地卤素基团和至少一个与胺和/或羟基基团可反应的第二官能团、优选地环氧基团的化合物反应。
与羟基基团可反应的第一官能团可以是可被OH基团或胺基团亲核攻击的结构，例如卤代烃、环氧化物、甲苯磺酸酯、甲硫醚、或它们的混合物。与胺和/或羟基基团可反应的第二官能团可以是例如环氧化物。优选地，步骤c中的多官能化合物是表氯醇(ECH)。例如，基材可以悬浮在表氯醇中(优选地在ECH中5％-30％重量/体积固体，更优选地在ECH中10％-20％重量/体积固体)。然后它可以与碱反应，例如与碱金属氢氧化物和碱土金属氢氧化物水溶液反应。出于该目的，NaOH和KOH的水溶液，特别优选地以比率ECH:NaOH(水溶液)＝1:(0.1-10)的10％-50％重量/重量NaOH已被证明是合适的。特别优选地，使用季铵盐作为相转移催化剂进行反应。供选择地，悬浮在ECH中的基材可以与季铵氢氧化物反应。已经发现四甲基氢氧化铵适用于该目的。优选地，将与ECH相同量的二甲亚砜(DMSO)添加至如以上所制备的聚合物在ECH中的悬浮液中，并且优选地每克所使用的聚合物添加1至10mmol的在浓水溶液中的四甲基氢氧化铵、更优选地2至5mmol的四甲基氢氧化铵(水溶液)。
然而，步骤c中所使用的包含至少一个与羟基基团可反应的第一官能团和至少一个与胺和/或羟基基团可反应的第二官能团的多官能化合物也可以是间隔基分子。
在本申请的上下文中，间隔基分子(简称间隔基)意指具有上述至少两个官能团的分子，该分子确保在改性的聚合物载体材料表面与有待引入的离子交换基团之间至少3个原子、优选地3至20个原子的间隔。在成品离子交换材料中，间隔基分子一方面与改性的聚合物载体材料结合，并且另一方面与交换剂基团结合。间隔基分子的官能团可以是可被OH基团或胺基团亲核攻击的结构，例如卤代烃、环氧化物、甲苯磺酸酯、甲硫醚、或它们的混合物。间隔基原子可以是碳链但也可以包括杂原子，例如醚基团或硫醚。间隔基分子提供基材与离子交换基团之间的间隔。间隔基的功能是防止离子与基材相互作用。这抵消了色谱图中不需要的峰加宽。由于其更高的亲水性，优选具有醚基团的间隔碳链。特别优选地，间隔基具有可以与胺、膦、胂和/或羟基基团反应的缩水甘油基基团。特别优选的是间隔基分子1,4-丁二醇二缩水甘油醚。
当在步骤d.1中通过步骤c(或任选地在步骤d.2)中通过与包含羟基基团的多官能化合物反应引入的第二官能团的反应引入羟基基团时，优选使用二醇。特别优选丁二醇。二醇可以用作溶剂和反应物，并且反应可以在碱催化下在升高的温度下进行。特别优选的是，在60℃-160℃下，0.1-1mol/L KOH持续1-48h。最优选地，温度是100℃-130℃，并且反应时间是3-36h。通过添加这种化合物，先前结合至基材的环氧化物被转化成含有OH基团的链。
在一个实施方案中，步骤d.2中所使用的具有至少一个与羟基基团可反应的第一官能团和至少一个与胺和/或羟基基团可反应的第二官能团的多官能化合物是表卤代醇、优选地表氯醇。在这点上，载体聚合物颗粒可以首先悬浮在表氯醇中(优选地：在ECH中5％-30％重量/体积固体，更优选地在ECH中10％-30％重量/体积固体)。其后，悬浮液可以与碱反应，例如与碱金属氢氧化物或碱土金属氢氧化物的水溶液反应。出于该目的，NaOH和KOH的水溶液，特别优选地以比率ECH:NaOH(水溶液)＝1:(0.1-10)的10％-50％重量/重量NaOH已被证明是合适的。特别优选地，使用季铵盐作为相转移催化剂进行反应。
然而，间隔基分子可以供选择地用于步骤d.2中。特别优选的是，如果使用间隔基分子，则至少用于步骤d.2中的包覆循环的最后执行中。
本发明的优选特征是可以重复步骤d.1和d.2，它们一起也称为包覆循环。包覆循环的次数可以是0至20、优选地0至10。然而，优选的是包覆循环的次数是0至5、更优选地1至3。
聚合物载体材料的亲水性随每个循环而增加。通过选择适当的循环次数，可以最佳地调节有待分离的混合物的亲水性。具体地，通过选择适当的亲水性程度，可以增强基材与强水合离子(例如氟离子)的亲水相互作用，并且可以降低与弱水合离子(例如溴酸根、硝酸根、氯酸根)的相互作用。这可以影响保留顺序。每一层的产生还降低了一方面可极化离子例如氯酸根或溴酸根与另一方面基材之间的次级相互作用。由于这种次级相互作用而观察到的信号峰的拖尾显著减少，使得甚至可极化离子对称地洗脱。交换材料的总容量降低。
在优选的实施方案中，间隔基分子，特别是二环氧化物、优选地丁二醇二缩水甘油醚，在包覆循环d的最终执行中用作步骤d.2中的多官能化合物。间隔基分子的优点已经在上文结合步骤c进行了描述。间隔基分子的反应优选地在将极性溶剂、特别优选地以相对于二缩水甘油醚1:(0.1-5)的体积比、更优选地以1:(0.5-1.5)的比率的DMSO添加至反应混合物中的情况下进行。还优选使用季铵盐作为相转移催化剂，特别优选地以基于反应混合物的总体积优选地1-100mmol/L、特别优选地10-50mmol/L的浓度范围的四丁基溴化铵作为相转移催化剂。碱金属的氢氧化物和碳酸盐和碱土金属的氢氧化物和碳酸盐可以用作碱，优选地NaOH和KOH的水溶液，特别优选地以0.1-5mol/L的浓度范围、最优选地以0.1-1mol/L的浓度范围的NaOH用作碱。相对于二缩水甘油醚的体积比是1:(0.1-5)、优选地1:(0.5-1.5)。优选的反应温度是0℃-50℃、特别优选地20℃-30℃，优选的反应时间是2-40h、特别优选地15-25h。
在优选的实施方案中，通过使步骤c或d.2的化合物与第5主族的有机元素化合物、优选地胺、特别优选地叔胺反应引入离子交换基团。然而，离子交换基团可以包含膦或胂代替胺。已经证明含有具有1至3个每基团1至10个C的有机基团的胺的化合物，这也包括环状化合物，是特别合适的。环状化合物可以具有取代基。合适的化合物的实例包括含氮杂环，例如具有或不具有烃或羟基取代基的吡啶、单取代的烷基吡咯烷、单取代的烷基哌啶或双取代的烷基哌嗪。胺化合物的烃基还可以具有杂原子，例如氧或硫原子，或其他取代基。
然而，也可以考虑引入适用于阳离子交换色谱法或HILIC方法的化合物。合适的阳离子官能团包括磺酸、羧酸、或它们的组合。优选地，有待引入的化合物也可以具有多个官能团，例如当引入氨基酸时。
例如，为了产生阳离子交换中心，可以将在先前步骤中环氧化的聚合物悬浮在水和极性溶剂、优选地DMSO的混合物中，并且可以添加优选的胺。在20℃-70℃的优选温度下，优选的反应时间是0.5至48h。
优选的是，在引入离子交换基团的步骤e之后是包括在碱性溶液中加热提供有离子交换基团的聚合物载体材料的另外的步骤f。这允许调节来自前一步骤的离子交换材料的选择性和容量。该处理在下文中称为消除，并且具体包括在碱性水溶液中加热提供有交换基团的颗粒、特别优选地包括在碱金属的氢氧化物或碳酸盐或碱土金属的氢氧化物或碳酸盐的水溶液中例如在氢氧化钠溶液中加热。NaOH的优选浓度范围是在0.1至5mo l/L碱的范围内，并且特别优选的是0.2至2mol/L碱。反应温度可以是20℃-100℃，特别优选的是90℃-100℃，处理时间是0.1-150h、特别优选2-6h。
消除步骤改变了衬底与各个离子的相互作用的相对强度。特别地，可以减少与可极化分析物的次级相互作用。由于这种次级相互作用而观察到的信号峰的拖尾减少，使得可极化离子也对称地洗脱。同时，柱的静电相互作用容量在消除之后也降低，并且离子交换材料的总容量降低。
本发明的另一方面涉及一种用作分析型或制备型分离方法、特别是色谱方法中的固定相的聚合物载体材料，其可通过包括如以上所描述步骤，至少步骤a、b和c的方法获得。
本发明的另一方面涉及一种用作分析型或制备型分离方法、特别是色谱方法中的固定相的聚合物载体材料，其可通过包括如以上所描述步骤，至少步骤a和b、优选地至少步骤a和b和c的方法获得，其中在步骤a中提供的聚合物载体材料是疏水的且微孔的或介孔的。对于疏水的，在此应当理解为，聚合物载体材料是非极性的，即没有具有偶极矩>0.2D的单体单元。对于微孔的或介孔的，在此应理解为，聚合物载体材料具有至多50nm的平均孔径。
当方法包括至少步骤a、b、c和e时，本发明的另一方面涉及一种用作离子交换色谱法中的固定相的改性的聚合物载体材料。
以该方式可获得的改性的聚合物载体材料的特征在于
-在每种情况下，从最大O含量的值开始，至少20％的差值、优选地至少50％的差值、特别优选地100％的差值是借助X射线光电子光谱XPS在穿过聚合物载体材料的截面上可检测的；
-含氧基团共价键合至核聚合物载体材料；
-聚合物载体材料是机械稳定的，使得在装填有聚合物载体材料的整个柱上的压降仅作为增加的流速的函数线性地增加；
-聚合物载体材料在中性pH下不携带电荷；
-聚合物载体材料具有小于2％的氮含量。
特别地，改性的聚合物载体材料在表面处具有比在核中更高的氧含量。通过该方法获得的改性的聚合物载体材料也在很大程度上是化学惰性的。由此获得的聚合物载体材料是可调节的，因为它可以具有或多或少的含氧表面。由于其结构和表面性质，该材料特别适合用作分析型或制备型分离方法中的固定相。特别地，基材适用于进一步加工成通过以上所描述的方法制备的微粒离子交换材料，这也是本发明的一部分。然而，聚合物载体材料也可以进一步加工用于其他吸附色谱方法、HILIC方法、反相色谱法、固相萃取等。由于微孔性或介孔性，改性的聚合物载体材料适用于生产具有大量理论板与相应地良好的分离性能的柱，因为微孔和介孔颗粒即使在小直径下也是机械稳定的，并且扩散路径可以因此设置得更短。
本发明的另一方面涉及一种根据本发明的改性的用于用作离子交换色谱法中的固定相的聚合物载体材料，其是通过包括以上所描述的步骤的方法可获得的，其中根据步骤e将离子交换基团另外引入聚合物载体材料中。
以该方式可获得的离子交换材料的特征可以在于
-在每种情况下，从最大O含量的值开始，至少20％的差值、优选地至少50％的差值、特别优选地100％的差值是借助X射线光电子光谱XPS在穿过聚合物载体材料的截面上可检测的；
-含氧基团共价键合至核聚合物载体材料；
-离子交换材料是机械稳定的，使得装填有聚合物载体材料的柱中的压降仅作为增加的流速的函数线性地增加；
-除了所引入的离子交换基团之外，离子交换材料不是基于借助环氧化物-胺反应的改性，可能通过霍夫曼消除可检测的；
-任选地，离子交换材料具有>50,000TP/m的板数；
-任选的，选择性和容量是用消除步骤f另外可调节的。
特别地，离子交换材料在表面处具有比在核中更高的氧含量。例如，根据本发明的直至并包括步骤c的方法所制备的改性的聚合物载体材料的表面具有基于最大O含量的值比通过XPS测量可检测的内部颗粒区域高50％、优选地高60％的氧含量。
根据本发明的离子交换材料的优点是亲水性和容量或者选择性和容量可以在单独的步骤中配置，即彼此独立地配置。通过根据本发明的方法所制备的离子交换材料仅示出与可极化离子的弱次级相互作用，并增加了强水合离子的保留时间。装填有亲水化的离子交换基材的柱示出了期望的选择性。该材料不溶胀并且在应力测试中示出了有利的性质。可以用离子交换材料装填特别高效的柱。
如以上所描述的聚合物载体材料适合用作离子色谱方法中的固定相，特别是用于分离标准离子氟离子、氯离子、亚硝酸根、溴离子、硝酸根、磷酸根和硫酸根的色谱方法中的固定相。柱的高离子交换容量对于分离小的、单电荷离子或双电荷离子是特别必要的。相反地，如通过大孔结构实现的分析物溶液的对流或灌注质量传递是不期望的。大孔结构也经常与较差的机械负荷承载能力相关。
本发明还涉及一种如以上所描述的改性的聚合物载体材料，其中步骤a中所提供的聚合物载体材料基本上完全由选自以下的单体单元组成：
-衍生自具有至少两个乙烯基或烯丙基取代基的芳族烃化合物、优选地衍生自二乙烯基苯的单体单元；
-衍生自乙基乙烯基苯的单体单元；
-衍生自苯乙烯的单体单元；
-它们的组合。
对于“基本上完全构建”，在此应理解为，步骤a中提供的聚合物载体材料中所列出的单体单元的总比例是至少95重量％、优选地至少98重量％、特别优选地至少99重量％。换言之，单体单元可以基本上完全衍生自不含氧原子的化合物，以便获得疏水颗粒核。
本发明的另一方面涉及一种如以上所描述的改性的聚合物载体材料，其中步骤a中提供的聚合物载体材料具有通过BJH模型中的氮吸附可测量的1至50nm、优选地2至25nm、更优选地2至10nm的平均孔半径。如以下实施例5中所描述的进行测量。
本发明的另一方面涉及一种如以上所描述的改性的聚合物载体材料，其中步骤a中提供的聚合物载体材料具有通过BET模型中的氮吸附可测量的80至1000m2/g、优选地100至800m2/g、甚至更优选地200至600m2/g的比表面积。如以下实施例5中所描述的进行测量。高比表面积增加了柱的容量和分辨能力，尤其是当分离小离子例如标准离子时。
本发明的另一方面涉及一种如以上所描述的改性的聚合载体材料，其中步骤a中提供的聚合载体材料具有至多220巴、优选地至多250巴的压力稳定性。对于压力稳定性，在此应理解为，压力增加作为流速的函数表现为仅线性的。如以下实施例6中所描述的进行测量。高压力稳定性由颗粒结构的小粒径尺寸和微/介孔性产生。
优选地，改性的聚合物载体材料作为颗粒、优选地作为球形颗粒、更优选地作为具有1至50μm的平均粒度(中值)的球形颗粒存在。特别优选地，颗粒以2至25μm的尺寸范围并且非常特别优选地以3至9μm的尺寸范围存在。在该情况下，粒度是借助扫描电子显微镜(SEM)和自动图像评价可测量的，通过颗粒的中心的最长与最短直线之间的平均值。
可以通过合适的搅拌速度、溶剂的选择、溶剂中聚合物的浓度等调节颗粒的尺寸。方法是技术人员已知的。该形状和尺寸的载体聚合物具有已经发现对于交换容量特别有利的体积/表面积比。它展现出进入孔的高扩散性并且是可容易装填的。
本发明的一个方面涉及一种如以上所描述的改性的聚合物载体材料，其中该改性的聚合物载体材料在0至14的pH范围内是稳定的。对于pH稳定，在此应理解为，硫酸根在装填有用1M NaOH溶液冲洗和/或用1MHCl溶液冲洗之后的改性的聚合物载体材料的柱中的保留时间与硫酸根在装填有先前未暴露于0和/或14的pH值的改性的聚合物载体材料的柱中的保留时间偏差不超过8％、优选地不超过5％、更优选地不超过3％。用于pH稳定性的测量方法产生于以下实施方案实施例8。
本发明的另一方面涉及一种装填有改性的聚合物载体材料、优选地微粒的改性的聚合物载体材料的离子交换色谱柱，其是通过根据本发明的方法可制备的。
此外，本发明涉及一种用于分析物的色谱分离的方法，其特征在于，使含有分析物的溶液与根据本发明的改性的聚合物载体材料接触，特别是使其通过根据本发明的离子交换色谱柱。
本发明还涉及通过根据本发明的方法可获得的聚合物载体材料用于分析物的分析型或制备型分离，特别是用于阴离子交换色谱法、阳离子交换色谱法和/或HILIC色谱法(亲水相互作用液相色谱法)的用途。
为了进一步说明本发明，描述了以下示例性实施方案。示例性实施方案对本发明的公开内容和权利要求没有限制作用。
它示出了以下附图：
图1：聚合物载体材料上的示例性改性顺序的示意图；
图2：改性步骤b.1和b.2的示意图；
图3：改性步骤b.1和b.2、随后示例性改性步骤c和d.1的示意图；
图4：供选择的改性步骤c或d.2的示意图；
图5：改性步骤d.1、随后与BDGE(丁二醇二缩水甘油醚)反应的结果的示意图；
图6：步骤c或d.2之后的改性步骤e，引入离子交换基团的实施例的示意图；
图7：用根据实施方案1或4的色谱柱可获得的色谱图；
图8：用根据具有增加的改性步骤d的重复次数的实施方案实施例1或4的色谱柱可获得的色谱图；
图9：在根据本发明的色谱柱上测量的压力-流量曲线；
图10：用根据具有增加的步骤f的持续时间的实施方案实施例1或4的色谱柱可获得的色谱图；
图11：在装填有根据本发明的聚合物载体材料的色谱柱上测量的来自方法步骤b.2的压力-流量曲线；
图12：通过SEM的粒度分析的结果(数目对直径[μm])。
实施例1：
所有使用的物质被分类为“纯”或“pa”(过氧化氢和甲酸除外)，溶剂通过在旋转蒸发仪上蒸馏而与低挥发性组分分离。
用高锰酸钾氧化
将10.0g PS/DVB(55％DVB，在EVB中)置于350mL硫酸化烧瓶中并用100mL乙腈悬浮。然后经20分钟添加溶解于100mL水中的5.0g KMnO4。用少量酸将反应溶液调节至酸性pH。将悬浮液在25℃下搅拌120h。用半浓盐酸处理颗粒，随后用超纯水洗涤。将产物在真空干燥箱中干燥至恒重。最终重量是9.7g。
用氢化铝锂还原
将8.6g的干燥的、氧化的颗粒置于500mL反应器中并与150mL THF混合。在氩气气氛下和外部冷却至5℃下，缓慢添加1.5g的氢化铝锂并与另外50mL的THF混合。将反应器升温至室温并搅拌17h。停止反应。通过缓慢添加水停止反应。随后用水/丙酮处理，用稀硫酸酸化并用水中性洗涤。最后用丙酮洗涤之后，将所获得的固体在真空干燥箱中干燥。获得8.35g的颗粒。
与表氯醇(ECH)反应
将7.6g的还原的、干燥的颗粒置于250mL三颈烧瓶中。添加35mL的表氯醇，并将混合物抽排3次并用氩气充气。将溶液加热至45℃。随后，添加7mL的相转移催化剂溶液(3g四丁基氢氧化铵，在10mL水中)，进一步添加140mL氢氧化钠溶液。将反应搅拌3.5小时，并且然后通过添加水/乙醇停止。用水/乙醇或水/丙酮进行处理。产物不经干燥直接用于下一步骤。
与丁二醇反应
然后在室温下将以上聚合物连同1.98g的KOH悬浮于70mL的丁二醇中，并且然后在130℃下搅拌18h。然后允许反应混合物反应几分钟。反应时间结束之后，将水添加至反应混合物中并过滤。将聚合物用水和丙酮洗涤数次。将滤饼在真空干燥箱中干燥过夜。获得7g的聚合物。
附接间隔基
将6.6g的以上聚合物悬浮于16.5mL DMSO和16.5mL丁二醇二缩水甘油醚中，并抽排三次，随后充气。然后，添加1.4mL的1M四丁基溴化铵溶液和16.5mL的0.6M NaOH(水溶液)，并机械搅拌22h。通过添加溶剂终止反应。通过添加水和乙醇的1:1混合物终止反应。用水/乙醇混合物进行重复洗涤。最后将产物过滤至干。将聚合物直接用于下一步骤。
阴离子交换基团的引入
然后将以上聚合物在未转换的情况下悬浮在45mL的DMSO中，并且随后添加45mL的水。将悬浮液加热至70℃并添加45mL的N-甲基吡咯烷。2h的反应时间结束之后，通过添加乙酸停止反应。将聚合物滤出并用水洗涤数次。将湿聚合物直接用于下一步骤。
消除
将以上聚合物悬浮在50mL的水中并添加7.5mL的40％NaOH(水溶液)。然后将悬浮液在100℃下搅拌4h。通过过滤停止反应。将滤饼用超纯水洗涤数次，并且然后根据已知的高压装填程序装填进4×100mm PEEK柱中。
实施例2：
用低压氧等离子体氧化
将40g PS/DVB(55％DVB，在EVB中)在等离子体粉末设备中使用氧等离子体氧化。颗粒可以在处理之后直接进一步加工。
用氢化铝锂(LAH)还原
在具有压力均衡的1000mL反应器中，将30g的氧化的、干燥的聚合物悬浮于250mL的干燥乙醚中。回火至25℃，在氩气气氛下缓慢添加6g的氢化铝锂，在搅拌下加热至30℃持续6h，并且在室温下再搅拌20h。通过将反应混合物冷却至0℃并缓慢添加15mL的乙酸乙酯停止反应。用水、稀硫酸、水、5重量％NaOH溶液、超纯水和稀盐酸进行处理。
将聚合物用超纯水中和洗涤并用丙酮过滤干燥。
将产物在真空干燥箱中干燥。获得30g的聚合物。
与表氯醇反应
将5.0g的还原的、干燥的颗粒置于250mL三颈烧瓶中并添加25mL的表氯醇。将悬浮液抽排3次并用氩气充气。随后，添加1.75mL的1M相转移催化剂溶液(在水中的四丁基溴化铵)和25mL的30％氢氧化钠溶液，加热至45℃并搅拌3.5小时。通过添加水/乙醇终止反应。通过用水/乙醇或水/丙酮洗涤数次进行产物的纯化。产物不经干燥直接用于下一步骤。
与丁二醇反应
然后在室温下将以上聚合物与1.3g KOH悬浮在50mL的丁二醇中并加热至130℃持续18h。然后允许反应混合物沉降。反应时间结束之后，将200mL的水添加至反应混合物中并过滤。
用水和丙酮洗涤滤饼。将产物在真空干燥箱中干燥并获得4.2g的干燥产物。
附接间隔基
将3.8g的以上聚合物悬浮于10mL的DMSO和10mL的丁二醇二缩水甘油醚中，并使其经受压力循环三次，用氩气回填反应容器。然后，添加0.8mL的1M四丁基溴化铵溶液和10mL的0.6M NaOH(水溶液)，并搅拌22h。然后使反应混合物经受三次压力变化。随后，将200mL的水和乙醇的1:1混合物添加至反应混合物中并过滤。将该洗涤程序重复数次，将产物过滤至干燥并直接用于下一步骤。
离子交换基团的引入
将以上聚合物悬浮于30mL的DMSO中，添加30mL的水并将悬浮液加热至70℃。达到反应温度之后，添加30mL的N-甲基吡咯烷并在70℃下搅拌2h。反应时间结束之后，添加60mL的浓乙酸并将产物滤出。将滤饼用水中性洗涤并用于消除中。
消除
将以上聚合物悬浮于100mL的水中，与20mL的30％NaOH(水溶液)混合并在100℃下搅拌28h。在反应时间结束之后，通过添加盐酸停止反应，过滤悬浮液，将滤饼用水中性洗涤数次，并且然后根据已知的高压装填程序装填进4×100mm PEEK柱中。
实施例3：
用间氯过苯甲酸氧化
将20g PS/DVB(55％DVB，在EVB中)置于具有螺纹盖的250mL玻璃瓶中并用93g二氯甲烷悬浮。然后，添加5.5g的呈固体的间氯过苯甲酸，并将反应混合物在室温下在振荡器上混合18h。将产物用乙醇和水洗涤数次并在真空干燥箱中干燥至重量一致。最终重量是19.0g。
用盐酸水解
将19g的氧化的、干燥的聚合物置于具有螺纹盖的250mL玻璃瓶中并用52g的丙酮和13g的盐酸37％悬浮。将反应混合物在40℃下在循环空气加热振荡器上混合21h。然后将混合物从瓶中移出。将产物用水中性洗涤，然后用水和丙酮洗涤数次并在真空干燥箱中干燥至恒重。最终重量是18.5g。
与表氯醇反应
将11.8g的水解的、干燥的聚合物悬浮于含有60mL的表氯醇的250mL三颈烧瓶中。使反应容器经受三次真空/氩气循环。将反应混合物在搅拌下加热至45℃，并且然后添加3mL的1M(水溶液)四丁基溴化铵溶液。随后，添加60mL的30％(水溶液)氢氧化钠溶液并剧烈搅拌。反应22h之后，将反应混合物用200mL的水和200mL的乙醇稀释，并且然后将聚合物滤出。将聚合物用丙酮、水洗涤，并且然后再次用丙酮洗涤。
与丁二醇反应
将5g的以上产物悬浮于具有1.4g的氢氧化钾和50mL的1,4-丁二醇的100mL三颈烧瓶中，并在130℃下混合19h。随后，将反应混合物冷却并与45mL的水混合。将产物滤出并用水洗涤至中性，然后在真空干燥箱中干燥至重量一致。最终重量是4.0g。
与1,4-丁二醇二缩水甘油醚反应
将3.1g的以上产物悬浮于含有8mL的二甲基亚砜和8mL的1,4-丁二醇二缩水甘油醚的100mL三颈烧瓶中。使反应容器经受三次真空/氩气循环。在搅拌下，将0.8mL的1M(水溶液)四丁基溴化铵溶液和8mL的0.6M氢氧化钠溶液添加至反应中。反应22h之后，将25mL的水和25mL的乙醇添加至反应混合物中，并且然后滤出。将产物用水和乙醇洗涤一次。
离子交换基团的引入
将以上产物悬浮于具有15mL的二甲基亚砜、15mL的水和15mL的N-甲基吡咯烷的100mL三颈烧瓶中。将反应混合物在70℃下搅拌一小时，然后冷却并添加30mL的乙酸。将聚合物滤出并用水洗涤。
消除
将以上产物悬浮于在100mL圆底烧瓶中的50mL的水和7.5mL的40％(水溶液)氢氧化钠溶液中并加热至100℃。反应4h之后，将反应混合物冷却并滤出。将产物用水洗涤两次，并且然后根据已知的高压装填程序装填进4×100mm PEEK柱中。
实施例4：
用甲酸氧化
将25.0g PS/DVB(55％DVB，在EVB中)悬浮在具有压力均衡的500mL 3颈烧瓶中的188mL甲酸中。经由滴液漏斗缓慢添加54mL的35％过氧化氢，并将反应溶液外部冷却。反应热已经消散之后，在室温下进行搅拌65h。反应时间结束之后，将反应混合物用超纯水洗涤至无酸，并且然后在真空干燥箱中干燥至恒重。最终重量是27.78g。
用氢化铝锂还原
将27.64g的氧化的、干燥的聚合物悬浮于在500mL加压3颈烧瓶中的270mL的干燥乙醚中，用冰浴冷却至0℃，并且在搅拌下小心地添加8.8g的氢化铝锂。添加完成之后，移除冰浴并将反应混合物在搅拌下回流10h并在室温下再搅拌24h。通过外部冷却和添加乙醚、乙酸乙酯和超纯水终止反应。
剩余的氢化物反应之后，将反应混合物置于冰上并在搅拌下添加稀冷冻硫酸。将反应混合物用以下溶液洗涤：水、5％NaOH溶液、水、稀乙酸、水和丙酮。将滤饼过滤至干燥并在干燥箱中干燥。收率是26.20g。
与表氯醇反应
将4.00g的聚合物悬浮于各20mL的ECH和DMSO中，在超声浴中超声处理15min，并且然后使其经受两次压力变化，用氩气回填反应容器。添加4.30mL的25％四甲基氢氧化铵在水中的溶液之后，在室温下进行搅拌2h。过滤反应混合物并用水与2-丙醇的1:1混合物和丙酮洗涤。将滤饼过滤至干。
与丁二醇反应
然后在室温下将以上聚合物连同1.12g的KOH悬浮于40mL的丁二醇中，并且然后在120℃下搅拌20h。将反应混合物用水和丙酮洗涤数次。反应时间结束之后，将反应混合物用水和丙酮洗涤数次。将产物过滤至干。湿质量是13.36g。
包覆循环：与表氯醇(ECH)反应
将来自以上步骤的仍然湿的聚合物用水补足至13.50g，并添加1mL的1M四丁基溴化铵和20mL的ECH。随后，添加10.5mL的50％NaOH(水溶液)并搅拌5.5h。然后将反应混合物用水与2-丙醇的1:1混合物和丙酮洗涤。将滤饼过滤至干。
包覆循环：与丁二醇反应
在室温下将以上聚合物连同1.12g的KOH悬浮于40mL的丁二醇中，并且然后在120℃下搅拌18h。将反应混合物用水和丙酮洗涤数次。反应时间结束之后，将反应混合物用水和丙酮洗涤数次。将产物过滤至干。最后干燥聚合物，之后进一步反应。收率是5.66g。
附接间隔基
将2.30g的以上聚合物悬浮于6mL的DMSO和6mL的丁二醇二缩水甘油醚中，并使其经受压力循环三次，用氩气回填反应容器。在搅拌下，添加0.5mL的1M四丁基溴化铵溶液和6mL的0.6M NaOH(水溶液)，并搅拌22h。然后使反应混合物经受三次压力变化。然后将反应混合物用水与2-丙醇的1:1混合物洗涤并过滤至干燥。
阴离子交换基团的引入
将以上聚合物悬浮于5mL DMSO中并与5mL水和5mL N-甲基吡咯烷混合。随后，将反应混合物在70℃下搅拌1h。通过添加水和稀乙酸停止反应。然后将滤饼用稀盐酸、水和丙酮洗涤。将所获得的聚合物在干燥箱中在60℃下干燥。收率是2.54g。
消除
将以上聚合物悬浮于50mL的水中，添加5mL的30％NaOH(水溶液)并在100℃下搅拌2h。通过过滤终止反应，随后用水、稀HCl、水和丙酮洗涤。将滤饼过滤至干燥，并且随后在干燥箱中在60℃下干燥聚合物。未观察到显著的重量损失。
图1示意性地示出核聚合物载体材料(pDVB)上的不同的、示例性的改性顺序。在初始的氧化(b.1)和随后的还原(供选择地：随后的水解，b.2)之后，可获得在表面上具有羟基基团的聚合物载体材料(pDVB-OH)。然后可以使具有OH基团的聚合物载体材料(pDVB-OH)与表氯醇(ECH)反应。这产生根据步骤c的化合物。供选择地，可以使包含OH基团的聚合物载体材料(pDVB-OH)在步骤c中与丁二醇二缩水甘油醚(BDGE)反应。
根据本发明，可以使聚合物载体材料在步骤b.2之后在一个或多个包覆循环中与ECH、二醇反应，并且随后再次与ECH或BDGE反应(步骤c、d.1、d.2)。也可以使聚合物载体材料在例如步骤b.2之后直接与BDGE反应。结果是在表面上具有合适的反应性官能团的改性的聚合物载体材料。在所示出的实施例中，这些是环氧基团。
原则上，分别在步骤c和d.2中的ECH/BDGE改性的任何组合，以及在步骤d.1中的二醇转化/水解的任何组合都是可想到的。然而，如以上所描述的，如果间隔基分子在d.2中的最后包覆循环期间插入，则是优选的。
图1中所示出的改性的聚合物载体材料适用于随后引入离子交换基团。改性的聚合物载体材料的表面处的氧含量以先前部分中所列出的变体(图中从上至下的变体)的顺序增加。当将离子交换基团引入每个产物中时，结果是其亲水性以所列变体的顺序增加的离子交换材料。增加的亲水性本身表明例如从NO3至Cl的降低的选择性σ。
图2至6意图说明根据本发明的方法步骤并且以高度简化的形式示出反应顺序。他们不要求是完整的。焦点在于聚合物载体材料表面上的各自的改性。在各自的步骤中未改性的聚合物载体材料的部分以简化形式呈球形颗粒示出。
图2示意性地示出改性步骤b.1和b.2。在氧化和还原之后(供选择地：水解)，提供了在表面上具有OH基团的聚合物载体材料。技术人员已知的是，在氧化步骤中不仅可以形成酮。根据处理并且特别是在用KMnO4处理期间，除了酮之外，还可以形成二醇、二酮或作为裂解产物的二羧酸。这种方法和中间体被所要求保护的方法涵盖，并且不意图被图中所示出的实施例所排除。
图3示意性地示出改性步骤b.1和b.2、随后是示例改性步骤c和d.1。在所示出的变体中，步骤c中所使用的具有至少一个与羟基基团可反应的第一官能团和至少一个与胺和/或羟基基团可反应的第二官能团的化合物是表氯醇。在所示出的实施方案中，步骤d.1中所使用的包含羟基基团的多官能化合物是丁二醇。由与表氯醇和丁二醇的交替反应组成的包覆顺序可以如d.1和d.2重复。在双箭头之后再次抽象地示出所得到颗粒。
图4示意性地示出供选择的改性步骤c或d.2。步骤c或d.2中所使用的具有至少一个与羟基基团可反应的第一官能团和至少一个与离子交换基团和/或羟基基团可反应的第二官能团的化合物是BDGE。
用BDGE的转化也可以完成一个或多个包覆循环，如图3中所示出的。图5示意性地和示例性地示出了改性步骤d.1的结果。在步骤c中使用ECH之后，在步骤d.2中使用ECH进行包覆循环。在与丁二醇反应之后，然后使用BDGE作为间隔基进行最后的步骤d.2。结果是具有其他条件不变下比由图3/图4方案所得载体材料中更高的表面氧含量的改性的聚合物载体材料。
图6示意性地示出步骤c或d.2之后的改性步骤e，引入离子交换基团的实施例。在所示出的实施例中，离子交换基团通过1-甲基吡咯烷的季铵化形成。在根据本发明进行改性之后，得到在表面上具有侧链的聚合物载体材料，例如实施例中所示出的那些。
图7示出用根据实施例1或4的色谱柱可获得的色谱图。x轴示出运行时间，以分钟为单位。y轴示出电导率，以μS/cm为单位。出于该目的，将干燥的基材装填进150×4mm柱中。所用洗脱液是6.0mmol/L Na2CO3和1.0mmol/L NaHCO3。标准溶液的分析物呈现相互分离的基线，其中从左至右的洗脱顺序是氟离子、溴酸根、氯离子、亚硝酸根、溴离子、氯酸根、硝酸根、叠氮离子、磷酸根、硫酸根。溴酸根可定量地存在于氯离子之前(在5.2、5.7min运行时间处的峰)，并且色谱图给出高信号对称性。柱的总运行时间短为15min。在实施例1的条件下制备的色谱柱提供了类似的色谱图。
图8示出用根据实施例4的色谱柱所获得的三个色谱图。实施例1提供了非常相似的色谱图。X轴示出运行时间，以分钟为单位。y轴示出电导率，以μS/cm为单位。曲线示出了相同标准溶液的色谱图，其中从左至右的洗脱顺序是氟离子、氯离子、亚硝酸根、溴离子、硝酸根、磷酸根和硫酸根。改性步骤d.1/d.2的重复次数增加(从上至下)。对于绘制的曲线A，步骤顺序d.1/d.2被执行一次。对于点曲线B，步骤顺序d.1/d.2被执行两次。对于短划线曲线C，步骤顺序d.1/d.2被执行三次。因此，具体地，在绘制的曲线A的情况下，使用经受氧化/还原处理、用ECH处理一次、并且然后用1,4-丁二醇处理一次、并且随后与BDGE反应的聚合物基材。在曲线B中，使用经受氧化/还原处理、用ECH处理并且然后用1,4-丁二醇处理、然后再次用ECH处理并且然后用1,4-丁二醇处理、并且然后与BDGE反应的聚合物基材。曲线C示出了经受氧化/还原处理的聚合物基材。其后，发生以下步骤顺序：与ECH反应；与1,4-丁二醇反应；与ECH反应；与1,4-丁二醇反应；与ECH反应；与1,4-丁二醇反应；与BDGE反应。在所有三种情况下，改性的基材随后与甲基吡咯烷反应。由色谱图显然，受拖尾影响的阴离子(亚硝酸根、溴离子、硝酸根)的信号随着包覆循环次数的增加而获得对称性。NO3对Cl的选择性σ随着镀覆循环次数的增加而降低。总容量降低。
图9示出在室温下测量的、在根据实施例4制备的根据本发明的色谱柱上测量的压力-流量曲线。y轴示出系统压力，以MPa为单位。x轴示出流速，以mL/min为单位。测量十七个每20分钟的间隔，同时将流速从1mL/min逐渐增加至2.6mL/min。压力线性依赖于流速。这与用装填有亲水pDVB基材的常规柱所获得的结果相反。对于常规柱，压力作为流速的函数比线性增加得更多。例如，可以得到函数的双曲线斜率。
图10示出用根据本发明的色谱柱、特别是用装填有根据实施例1或4的改性的聚合物载体材料的色谱柱可获得的色谱图。x轴示出运行时间，以分钟为单位。y轴示出电导率，以μS/cm为单位。步骤f的持续时间不同。将干燥的基材装填进100×4mm柱中。在每种情况下，曲线示出了相同标准溶液的色谱图，其中从左至右的洗脱顺序是氟离子、氯离子、亚硝酸根、溴离子、硝酸根、磷酸根、以及硫酸根。从上至下，曲线示出了在0min(A)、60min(B)、120min(C)、180min(D)、240min(E)和300min(F)期间在步骤f中消除柱基材之后可获得的色谱图。当省略步骤f(0min)时，硝酸根峰和磷酸根峰重叠。总容量随更长的消除时间而降低。分析物呈现彼此分离的基线并且色谱图提供了高信号对称性。柱的总运行时间短为大约14至20分钟。
实施例5：步骤a中所提供的聚合物载体材料的平均孔半径和比表面积的测定。
在实施例1中，根据本发明的改性在PS/DVB(55％DVB，在EVB中)上进行。所提供的起始聚合物载体材料因此是疏水的并且是微孔的或介孔的。所提供的起始聚合物载体材料如下获得：
在用聚乙烯吡咯烷酮稳定并用偶氮二异丁腈引发的苯乙烯在乙醇中的分散聚合中制备聚苯乙烯种子颗粒。获得具有1.5μm直径和MN＝15kg/mol、MW＝55kg/mol的聚苯乙烯颗粒。将所获得的聚苯乙烯颗粒在55％二乙烯基苯(DVB)/45％乙基乙烯基苯(EVB)和甲苯在水/异戊醇中的乳液中溶胀，用聚乙烯醇稳定并且随后通过偶氮二异丁腈引发聚合。获得具有5μm半径和1cm3/g的孔隙率的多孔的、高度交联的聚(DVB-共-EVB)颗粒。
通过BJH(Barret，Joyner，Halenda)模型中的氮吸附测定起始聚合物载体材料的平均孔半径。通过BET模型(Brunauer，Emmett，Teller)中的氮吸附测定比表面积。将0.0945g PS/DVB聚合物载体材料的样品用于两种分析。样品材料的密度是1.05g/cc。在Autosorb iQ S/N:14713051301仪器上在9mm小室中进行测量。浴温是77.35K。最终脱气温度是60℃。测量在Quantachrome ASiQwin版本3.01上评价。测量进行两次，一次具有80min的浸泡时间，一次具有40min的浸泡时间。脱气速率分别是1.0℃/min和20.0℃/min。由基于孔体积的BJH方法得到的平均孔半径是5.060nm。根据多点BET图的比表面积计算为815.0m2/g。
实施例6：根据步骤b.2的聚合物载体材料的压缩稳定性的测定
在实施例4中，根据本发明的改性在PS/DVB(55％DVB，在EVB中)上进行。所提供的起始聚合物载体材料如实施例5中所描述的获得。根据步骤b.2的结果，在起始聚合物载体材料上进行用过氧化氢的氧化和用氢化铝锂的还原，两者均如实施例4中所描述的。使所得颗粒经受压缩测试。对于压力测试，用所得颗粒装填250×4mm柱，并使水以增加的流速通过柱。图11示出了在室温下测量的压力-流量曲线。y轴示出系统压力，以巴为单位。x轴示出流速，以mL/min为单位。测量八个每30秒的间隔，其中流速从0.2mL/min逐步增加至1.6mL/min。如从图中可以看出的，压力线性依赖于流速，直至400巴或40MPa的压力。
实施例7：平均粒度的测定
测定步骤a中所提供的起始聚合物载体材料的样品的圆度和平均粒径。将样品以单颗粒层溅射至扫描电子显微镜载玻片上。出于该目的，将样品以单颗粒层沉积在扫描电子显微镜载玻片上，并使用连接至Vacubrand RZ 6真空泵的LOTAutomaticSputterCoaterMSC1溅射涂覆机用金涂覆。使用扫描电子显微镜(Phenom ProX)获取一系列的27个图像，并使用Olympus成像溶液钪识别和测量单个颗粒。分析所识别的颗粒的球形直径和圆度。使用相同的阈值和测量设置在批处理中分析所有图像。测量总共6039个颗粒，并且它们的圆度总是≥0.8。测量结果如图12中所示出的。其示出y轴是颗粒的数目，并且x轴是直径，以μm为单位。最小测量半径是0.8μm，最大直至10μm。平均直径(中值)是4.59μm，具有6.23％的相对标准偏差。多分散指数PDI(Mw/Mn)是1.044。
实施例8：pH稳定性的测定
测定根据应用实施例5的微粒聚合物载体材料的样品的pH稳定性，其根据实施例4改性，即对应于根据步骤a至f可获得的聚合物材料。出于该目的，将样品装填进色谱柱(250×4mm)中，并且用6mmol/L Na2CO3和1mmol/L NaHCO3的洗脱液由十次测量测定硫酸根的保留时间。随后，用6mmol/L Na2CO3和1mol/L NaOH(pH 14)的洗脱液以0.8mL/min冲洗柱14h。然后，用6mmol/L Na2CO3和1mmol/L NaHCO3的洗脱液再次进行10次硫酸根保留时间的测量。随后，用由6mmol/L Na2CO3和1mol/LHNO3(pH 0)组成的洗脱液以0.8mL/min冲洗柱14h。然后，用6mmol/LNa2CO3和1mmol/L NaHCO3的洗脱液再次进行10次硫酸根保留时间的测量。每次更换洗脱液时，用水冲洗进行1h以避免沉淀。基于硫酸根的保留时间和板数研究可能的变化；两个参数与在碱性和酸性处理两者之后最初确定的参数偏离最大3％。

Claims (22)

1.一种改性在分析型或制备型分离方法中用作固定相的聚合物载体材料的方法，其包括以下步骤
a.提供聚合物载体材料，所述聚合物载体材料至少部分地由具有至少两个乙烯基或烯丙基取代基的芳族烃化合物形成、优选地至少部分地由二乙烯基苯单体形成；
b.通过包括以下步骤的方法在所述聚合物载体材料上/中产生羟基基团
b.1所述聚合物载体材料的氧化处理，和随后地
b.2步骤b.1的反应产物的还原处理或水解处理；
c.任选地：使步骤b.2的产物与多官能化合物、特别是包含以下的化合物反应
-与羟基基团可反应的至少第一官能团、优选地卤素基团，
和
-与胺和/或羟基基团可反应的至少一个第二官能团、优选地环氧基团。
2.权利要求1所述的方法，其包括步骤a、b和c，其中步骤c之后是步骤d：
d.进行包括以下步骤的多个包覆循环
d.1通过在步骤c中引入的所述第二官能团、优选地所述环氧基团的通过以下的反应引入或产生羟基基团
-与具有羟基基团的多官能化合物反应，特别是与多元醇反应，或者
-水解，或者
-它们的组合；
d.2步骤d.1的产物与多官能化合物、特别是包含以下的化合物的反应
-与羟基基团可反应的至少第一官能团、优选地卤素基团，
和
-与胺和/或羟基基团可反应的至少一个第二官能团、优选地环氧基团；
其中包覆循环的次数是0至20。
3.权利要求1所述的包括步骤a、b和c的方法或者权利要求2所述的方法，其另外包括步骤：
e.在来自步骤c或d.2的反应产物上引入离子交换基团。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，至少部分地由具有至少两个乙烯基或烯丙基取代基的芳族烃化合物形成、优选地至少部分地由二乙烯基苯单体形成的步骤a中的所述聚合物载体材料另外部分地由选自以下的单体形成
-乙基乙烯基苯，
-乙酸乙烯酯，
-苯乙烯，和
-它们的组合；
其中具有至少两个乙烯基或烯丙基取代基的芳族烃化合物的比例、特别是所述二乙烯基苯的比例优选地是至少50重量％。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，步骤b.1中的氧化处理是用优选地选自间氯过苯甲酸、过甲酸、过乙酸、过氧三氟乙酸的过酸处理，用KMnO4的处理，用氧等离子体的处理或它们的组合。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，步骤c中所使用的包含至少一个与羟基基团可反应的第一官能团和至少一个与胺和/或羟基基团可反应的第二官能团的所述化合物是表卤代醇、特别是表氯醇。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中步骤c中所使用的包含至少一个与羟基基团可反应的第一官能团和至少一个与胺和/或羟基基团可反应的第二官能团的所述多官能化合物是间隔基分子、优选地二环氧化物、更优选地丁二醇二缩水甘油醚。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的方法，其特征在于，步骤d.2中所使用的包含至少一个与羟基基团可反应的第一官能团和至少一个与胺和/或羟基基团可反应的第二官能团的所述多官能化合物是表卤代醇或间隔基分子。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的方法，其特征在于，包覆循环的次数是0至10、优选地0至5、更优选地1至3。
10.根据权利要求3至9中任一项所述的方法，其特征在于，通过使步骤c或d.2的所述化合物与第5主族的有机元素化合物、优选地胺、特别优选地叔胺反应引入所述离子交换基团。
11.根据权利要求3至10中任一项所述的方法，其特征在于，步骤e之后是步骤f，其包括在碱性溶液中加热提供有离子交换基团的所述聚合物载体材料。
12.一种通过根据权利要求1至11中任一项所述的方法可获得的用作分析型或制备型分离方法、特别是色谱方法中的固定相的改性的聚合物载体材料。
13.一种通过根据权利要求1至11中任一项所述的方法可获得的用作分析型或制备型分离方法、特别是色谱方法中的固定相的改性的聚合物载体材料，
其中步骤a中所提供的所述聚合物载体材料是疏水的并且是微孔的或介孔的。
14.权利要求12或13所述的改性的聚合物载体材料，其中步骤a中所提供的所述聚合物载体材料基本上完全由选自以下的单体单元组成：
-衍生自具有至少两个乙烯基或烯丙基取代基的芳族烃化合物、优选地衍生自二乙烯基苯的单体单元；
-衍生自乙基乙烯基苯的单体单元；
-衍生自苯乙烯的单体单元；
-它们的组合。
15.权利要求12所述的改性的聚合物载体材料，其中步骤a.中所提供的所述聚合物载体材料具有通过BJH模型中的氮吸附可测量的1至50nm、优选地2至25nm、更优选地2至10nm的平均孔半径。
16.权利要求12所述的改性的聚合物载体材料，其中步骤a.中所提供的所述聚合物载体材料具有通过BET模型中的氮吸附可测量的80至1000m2/g、优选地100至800m2/g、更优选地200至600m2/g的比表面积。
17.根据权利要求12所述的改性的聚合物载体材料，其中根据步骤b.2所提供的所述聚合物载体材料在至多220巴、优选地至多250巴的压力下、更优选地在至多300巴的压力下是压力稳定的。
18.权利要求12所述的改性的聚合物载体材料，其中所述材料呈颗粒、优选地球形颗粒、更优选地具有1至50μm的平均粒度、甚至更优选地具有2至25μm的平均粒度、更优选地具有3至9μm的平均粒度的球形颗粒的形式。
19.权利要求12所述的改性的聚合物载体材料，其中所述材料在0至14的pH范围内是稳定的，特别是硫酸根在装填有用1M NaOH溶液冲洗和/或用1M HNO3溶液冲洗之后的改性的聚合物载体材料的柱中的保留时间与硫酸根在装填有先前未暴露于0至14的pH值的改性的聚合物载体材料的柱中的保留时间偏差不超过8％、优选地不超过5％、特别优选地不超过3％。
20.一种装填有根据权利要求12至19中任一项所述的改性的聚合物载体材料的色谱柱、特别是离子交换色谱柱。
21.一种用于分析物的色谱分离的方法，其特征在于，使含有所述分析物的溶液与根据权利要求12至19中任一项所述的改性的聚合物载体材料接触，特别是使其通过根据权利要求20所述的色谱柱。
22.根据权利要求12至19中任一项所述的聚合物载体材料或者通过根据权利要求1至11中任一项所述的方法可获得的聚合物载体材料用于分析物的分析型或制备型分离，特别是用于阴离子交换色谱法、阳离子交换色谱法和/或HILIC色谱法中的用途。
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