DE112004000906T5

DE112004000906T5 - Neue Nanoverbundstoffe und ihre Anwendung als Monolithsäulen

Info

Publication number: DE112004000906T5
Application number: DE112004000906T
Authority: DE
Inventors: John E. Ashland O'gara; Julia Middleton Ding; Daniel Danvers Walsh
Original assignee: Waters Investments Ltd
Current assignee: Waters Technologies Corp
Priority date: 2003-05-28
Filing date: 2004-05-03
Publication date: 2006-10-19
Also published as: US9289747B2; US10092859B2; GB0524182D0; US20140326649A1; US20160199753A1; WO2004105910A2; US20070141325A1; GB2419886B; JP2012042477A; WO2004105910A3; JP2014089185A; JP2007515503A; GB2419886A; JP5459933B2

Abstract

Anorganisches/organisches Hybridmaterial, das einen polymerisierten Gerüst-Nanoverbundstoff (PSN) umfasst, wobei der Nanoverbundstoff eine Gerüstfunktionalität enthält, die fähig ist, mit einer Oberfläche eines zweiten Materials chemisch wechselzuwirken.

Description

Verwandte Anmeldung
Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil der vorläufigen U.S.-Patentanmeldung Serien-Nr. 60/474,068, eingereicht am 28. Mai 2003, deren Offenbarung hier in ihrer Gesamtheit durch diese Bezugnahme eingeschlossen ist.

Hintergrund der Erfindung

Packungsmaterialien für die Flüssigkeitschromatographie (LC) werden im Allgemeinen in zwei Kategorien eingeteilt: organische Materialien wie Polydivinylbenzol und anorganische Materialien, die durch Silica vertreten sind. Viele organische Materialien sind gegenüber stark alkalischen und stark sauren mobilen Phasen chemisch stabil, was eine Flexibilität hinsichtlich der Auswahl des pH-Werts der mobilen Phase erlaubt. Jedoch führen organische chromatographische Materialien im Allgemeinen zu Säulen mit geringer Wirksamkeit, was zu einer unzureichenden Auftrennungsleistung führt, insbesondere bei Analyten mit niedrigem Molekulargewicht. Ferner schrumpfen und quellen viele organische chromatographische Materialien, wenn die Zusammensetzung der mobilen Phase verändert wird. Weiterhin weisen die meisten organischen chromatographischen Materialien nicht die mechanische Stärke von typischen chromatographischen Silica-Materialien auf.

Aufgrund hauptsächlich dieser Begrenzungen ist Silica das Material, das bei der Hochleistungsflüssigchromatographie (HPLC) am häufigsten verwendet wird. Die häufigsten Anwendungen verwenden Silica, das mit einer organischen Gruppe wie einer Octadecyl- (C₁₈), Octyl- (C₈), Phenyl-, Amino-, Cyangruppe usw. Oberflächenderivatisiert wurde. Als stationäre Phasen für eine HPLC führen diese Packungsmaterialien zu Säulen, die eine hohe Wirksamkeit aufweisen und kein Anzeichen für ein Schrumpfen oder Quellen aufweisen.

Jedoch ist ein weiteres Problem, das mit Silicapartikeln und Polymerpartikeln assoziiert ist, die Stabilität des gepackten Betts. Chromatographiesäulen, die mit sphärischen Partikeln gepackt sind, können als zufällige dicht gepackte Kristallgitter betrachtet werden, bei denen die Zwischenräume zwischen den Partikeln ein kontinuierliches Netzwerk von dem Säuleneinlass zu dem Säulenauslass bilden. Dieses Netzwerk bildet das Zwischenraumvolumen des gepackten Betts und fungiert als eine Leitung für Flüssigkeit, um durch die gepackte Säule zu fließen. Um eine maximale Stabilität des gepackten Betts zu erreichen, müssen die Partikel dicht gepackt sein und somit ist das Zwischenraumvolumen in der Säule begrenzt. Als ein Ergebnis liefern solche dicht gepackten Säulen hohe Säulenrückdrücke, die nicht erwünscht sind. Darüber hinaus werden Stabilitätsprobleme des Betts im Fall dieser Chromatographiesäulen typischerweise immer noch aufgrund von Partikelumordnungen festgestellt.

Ein Trend bei der gegenwärtigen HPLC-Entwicklung ist die Miniaturisierung von Säulendurchmessern, die durch die häufig begrenzte Menge an Proben motiviert ist, die von Bereichen wie den Biowissenschaften stammen. Im Fall von Säulen mit Minibohrungen und Mikrobohrungen, sowie Kapillarsäulen wird die Wechselbeziehung zwischen Partikelgröße und Rückdruck noch ausgeprägter. Zum Beispiel benötigten MacNair et al.⁽¹⁾ eine spezifisch entworfene Hardware, die einen Betriebsdruck von so hoch wie 500 MPa ermöglichte, um eine HPLC-Auftrennung eines tryptischen Verdaus in einer 25 cm langen Kapillarsäule zu erreichen, die mit 1 μm-Silicapartikeln gepackt war. Der Druck ist eine Größenordnung höher als die typische 40 MPa-Begrenzung eines käuflich verfügbaren HPLC-Systems.

In einem Versuch, die gleichzeitigen Probleme einer Stabilität des gepackten Betts und von hochgradig effizienten Auftrennungen bei niedrigen Rückdrücken und hohen Flussraten zu überwinden, beschrieben mehrere Gruppen die Verwendung von Monolithmaterialien bei chromatographischen Auftrennungen. Monolithmaterialien sind durch eine kontinuierliche, miteinander verbundene Porenstruktur von großen Makroporen gekennzeichnet, wobei deren Größe unabhängig von der Skelettgröße verändert werden kann, ohne eine Instabilität des Betts zu verursachen. Das Vorliegen von großen Makroporen ermöglicht Flüssigkeit, direkt mit einem sehr geringen Widerstand durchzufließen, was zu sehr geringen Rückdrücken sogar bei hohen Flussraten führt.

Monolithsäulen wurden entworfen, um der Wechselwirkungsregel, die mit gepackten Partikelbetten assoziiert ist, nicht unterworfen zu sein. Theoretisch können sie gemeinsame Eigenschaften von niedrigen Rückdrücken und hoher Wirksamkeit aufweisen, die über die Grenzen von gepackten Partikelsäulen in Druck-betriebener Flüssigchromatographie reichen. Kapillar-Monolithsäulen, die polymerische, anorganische Silica und organische/anorganische Hybridmaterialien umfassen, wurden untersucht und in der Literatur beschrieben^(2,3). Die polymerischen Monolithe werden hauptsächlich über eine Radikalpolymerisation von Methacrylat- oder Styrol-Divinylbenzol (DVB)-Monomeren hergestellt und werden unter elektroosmotischem Fluss in elektrochromatographischen Anwendungen und Pumpen-betriebenen Niedrigdruckanwendungen aufgrund ihrer begrenzten mechanischen Festigkeit unter hohem Druck verwendet.

Silica-Monolithe wurden ebenfalls bei HPLC-Auftrennungen von Nakanishi et al.⁽³⁾ eingesetzt und wiesen eine Wirksamkeit auf, die ähnlich zu 5 μm-Partikeln ist, jedoch war die Permeabilität 25- bis 30-fach höher. Jedoch zeigten Silica-Kapillaren mit einem I.D. von mehr als 50 µm aufgrund eines Schrumpfens des Silica-Skeletts eine viel geringere Wirksamkeit und in allen Fällen mussten 5-15% der Länge eines jeden kapillaren Endes vor einem Einsatz der Kapillare abgeschnitten werden, um große Hohlräume zu entfernen, die durch ein Schrumpfen verursacht wurden, das zwischen dem Monolith und der Kapillarwand auftrat.

In einer weiteren Veröffentlichung zeigten Nakanishi et al.⁽⁴⁾ die Möglichkeit eines Herstellens einer Kapillarsäule mit einem inneren Durchmesser (I.D.) von 200 µm aus einem Gemisch von Tetramethoxysilan und Methyltrimethoxysilan. Jedoch wiesen diese Hybrid-artigen Silica-Monolith-Kapillaren immer noch große Hohlräume auf, die durch ein Schrumpfen verursacht wurden, das zwischen dem Monolith und der Kapillarwand auftrat, und ein Abschneiden von 5-15% der Länge eines jeden kapillaren Endes vor einer Verwendung war erforderlich. Der Hybrid-artige Silica-Monolith wies auch eine dreifache Erhöhung hinsichtlich des Auftrennungs-Scheinwiederstands gegenüber der analogen Silica-Monolithsäule mit einem I.D. von 50 µm auf.

Polymerische Kapillar-Monolithsäulen, die durch eine UV-Polymerisation von (3-Methacryloxypropyl)trimethoxysilan hergestellt werden, wurden zuerst von Zare et al. im Jahr 2001⁽⁵⁾ beschrieben. Die Elutionsordnung der Zare-Säule ist ähnlich zu der einer Säule mit reverser Phase, bei denen Analyten mit einem größeren Moleku largewicht oder stärkerer Hydrophobizität später eluieren als die Analyten mit einem geringeren Molekulargewicht oder größerer Hydrophilizität, was anzeigt, dass die polymerisierten Methylacrylatgruppen auf der Oberfläche der Monolith-Struktur liegen. Obwohl die Arbeit von Zare erfolgreich in der Elektrochromatographie eingesetzt wurde, wurden eine schwache Säulenwirksamkeit, schwache Adhäsion zwischen der Kapillarwand und der Monolithstruktur und eine Inhomogenität der Monolithstruktur bei Druck-betriebenen Auftrennungen festgestellt 161. Darüber hinaus muss als eine Folge der Verwendung einer Photopolymerisation als vielmehr einer thermischen Polymerisation die Polyimidbeschichtung der Glaskapillare vor einer Verwendung entfernt werden. Dieses ungeschützte Röhrenmaterial aus Quarzglas wird sehr zerbrechlich und bricht leicht. Daher können nur Säulen mit einer begrenzten Länge durch dieses Verfahren hergestellt werden.

Gegenwärtige Monolithsäulen weisen ein signifikantes Schrumpfen auf, was zu einer schwachen Wandadhäsion führt, und somit wurden nur Säulen mit einem I.D. von weniger als 150 µm hergestellt. Es besteht daher ein Bedarf für neue Materialien, die die Probleme überwinden, die mit bekannten Materialien assoziiert sind. Insbesondere besteht ein Bedarf für Monolithmaterialien mit verbesserter Beständigkeit gegenüber einem Schrumpfen und verbesserter Wandadhäsion, die verwendet werden können, um chromatographische Säulen mit einem I.D. von 150 µm und mehr herzustellen.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß werden neue anorganische/organische Hybridmaterialien und Verfahren für ihre Herstellung bereitgestellt. Insbesondere werden erfindungsgemäß Nanoverbundstoff-Monolithmaterialien mit verbesserter Beständigkeit gegenüber einem Schrumpfen und neuen physikalischen Eigenschaften bereitgestellt. Die erfindungsgemäßen Nanoverbundstoffe weisen eine verbesserte Kapillarwandadhäsion im Vergleich zu Monolithmaterialien im Stand der Technik auf. Die verbesserte Adhäsion der erfindungsgemäßen Monolithe ermöglicht die Herstellung von Kapillarsäulen mit einem inneren Durchmesser (I.D.) ≥ 150 µm.

Dementsprechend wird erfindungsgemäß in einem Aspekt ein anorganisches/organisches Hybridmaterial bereitgestellt, das einen polymerisierten Gerüst-Nanoverbundstoff (PSN) umfasst, wobei der Nanoverbundstoff eine Gerüstfunktionalität ent hält, die fähig ist, chemisch mit einer Oberfläche eines zweiten Materials wechselzuwirken.

In einem weiteren Aspekt wird erfindungsgemäß ein anorganischer/organischer Hybrid-Monolith bereitgestellt, der einen polymerisierten Gerüst-Nanoverbundstoff (PSN) umfasst, wobei der Nanoverbundstoff eine Gerüstfunktionalität enthält, die in der Lage ist, mit einer Oberfläche eines zweiten Materials chemisch wechselzuwirken.

Darüber hinaus wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung eines anorganischen/organischen Hybrid-Monolithen bereitgestellt, der einen polymerisierten Gerüst-Nanoverbundstoff (PSN) umfasst, wobei der Nanoverbundstoff eine Gerüstfunktionalität enthält, die in der Lage ist, chemisch mit einer Oberfläche eines zweiten Materials wechselzuwirken, wobei das Verfahren die Schritte eines

a) Ausbildens eines Sol-Gels durch die Umsetzung von zwei oder mehreren Monomeren,
b) Startens einer Polymerisationsreaktion und
c) Ermöglichens der Monomere, sich über eine Polymerisation-Sol-Gel (PSG)-Reaktion umzusetzen,

umfasst, wodurch der anorganische/organische Hybrid-Monolith hergestellt wird.

In einem damit verwandten Aspekt wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung eines anorganischen/organischen Hybrid-Monolithen bereitgestellt, der einen polymerisierten Gerüst-Nanoverbundstoff (PSN) umfasst, wobei der Nanoverbundstoff eine Gerüstfunktionalität enthält, die in der Lage ist, chemisch mit einer Oberfläche eines zweiten Materials wechselzuwirken, wobei das Verfahren die Schritte eines

a) Ausbildens eines Sol-Gels durch die Umsetzung von zwei oder mehreren Monomeren,
b) Startens einer Polymerisationsreaktion,
c) Ermöglichens der Monomere, sich über eine Polymerisation-Sol-Gel (PSG)-Reaktion umzusetzen, und
d) Modifizierens der Porenstruktur des Materials umfasst, wodurch der anorganische/organische Hybrid-Monolith hergestellt wird.

In einem weiteren Aspekt wird erfindungsgemäß eine Auftrennvorrichtung bereitgestellt, umfassend

a) eine Oberfläche, die fähig ist, ein Monolithmaterial aufzunehmen, das ein polymerisiertes Gerüst-Nanoverbundstoff (PSN)-Material umfasst, wobei die Oberfläche eine Ankerfunktionalität umfasst, und
b) einen anorganischen/organischen Hybrid-Monolithen, der einen polymerisierten Gerüst-Nanoverbundstoff (PSN) umfasst, wobei der Nanoverbundstoff eine Gerüstfunktionalität enthält, die fähig ist, mit der Ankerfunktionalität auf der Oberfläche chemisch wechselzuwirken und der organische/anorganische Hybrid-Monolith an der Oberfläche durch eine chemische Wechselwirkung zwischen der Gerüstfunktionalität und der Ankerfunktionalität verankert ist.

In einem verwandten Aspekt wird erfindungsgemäß eine Quarzglas-Kapillarsäule bereitgestellt, umfassend

a) eine Quarzglas-Kapillarsäule mit einer zylindrischen inneren Oberfläche, die fähig ist, einen Monolithen aufzunehmen, der ein polymerisiertes Gerüst-Nanoverbundstoff (PSN)-Material umfasst, wobei die innere Oberfläche eine Ankerfunktionalität umfasst, und
b) einen anorganischen/organischen Hybrid-Monolithen, der einen polymerisierten Gerüst-Nanoverbundstoff (PSN) umfasst, wobei der Nanoverbundstoff eine Gerüstfunktionalität enthält, die fähig ist, mit der Ankerfunktionalität auf der Oberfläche chemisch wechselzuwirken und der organische/anorganische Hybrid-Monolith an der Oberfläche durch eine chemische Wechselwirkung zwischen der Gerüstfunktionalität und der Ankerfunktionalität verankert ist.

In einem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt wird ein Verfahren zur in situ-Herstellung eines anorganischen/organischen Hybrid-Monolithen in einer Quarzglas-Kapillarsäule bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst: Ausbilden einer Ankerfunktionalität auf einer inneren Oberfläche der Kapillarsäule und Ausbilden im Inneren der Kapillarsäule eines anorganischen/organischen Hybrid-Monolithen, der einen polymerisierten Gerüst-Nanoverbundstoff (PSN) umfasst, wobei der Nanoverbundstoff eine Gerüstfunktionalität enthält, die fähig ist, mit der Ankerfunktionalität auf der Oberfläche chemisch wechselzuwirken, wobei der Monolith ausgebildet wird durch:

a) Ausbilden eines Sol-Gels durch die Umsetzung von zwei oder mehreren Monomeren,
b) Starten einer Polymerisationsreaktion und
c) Ermöglichen der Monomere, sich über eine Polymerisation-Sol-Gel (PSG)-Reaktion umzusetzen,

wobei die Gerüstfunktionalität und die Ankerfunktionalität chemisch wechselwirken, um dadurch den Monolithen an die Oberfläche zu verankern, so dass ein anorganischer/organischer Hybrid-Monolith in situ in einer Quarzglas-Kapillarsäule hergestellt wird.

In einem weiteren verwandten Aspekt wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur in situ-Herstellung eines anorganischen/organischen Hybrid-Monolithen in einer Quarzglas-Kapillarsäule bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst:
Ausbilden einer Ankerfunktionalität auf einer inneren Oberfläche der Kapillarsäule und
Ausbilden im Inneren der Kapillarsäule eines anorganischen/organischen Hybrid-Monolithen, der einen polymerisierten Gerüst-Nanoverbundstoff (PSN) umfasst, wobei der Nanoverbundstoff eine Gerüstfunktionalität enthält, die fähig ist, mit der Ankerfunktionalität auf der Oberfläche chemisch wechselzuwirken, wobei der Monolith ausgebildet wird durch:

a) Ausbilden eines Sol-Gels durch die Umsetzung von zwei oder mehreren Monomeren,
b) Starten einer Polymerisationsreaktion,
c) Ermöglichen der Monomere, sich über eine Polymerisation-Sol-Gel (PSG)-Reaktion umzusetzen, und
d) Modifizieren der Porenstruktur des Monolithen,

In einem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt wird ein anorganischer/organischer Hybrid-Monolith bereitgestellt, der eine Gerüstfunktionalität umfasst, die fähig ist, mit einer Oberfläche eines zweiten Materials chemisch wechselzuwirken, hergestellt durch das Verfahren eines

a) Ausbildens eines Sol-Gels durch die Umsetzung von zwei oder mehreren Monomeren,
b) Startens einer Polymerisationsreaktion und
c) Ermöglichens der Monomere, sich über eine Polymerisation-Sol-Gel (PSG)-Reaktion umzusetzen.

In einem verwandten Aspekt wird erfindungsgemäß ein anorganischer/organischer Hybrid-Monolith bereitgestellt, der eine Gerüstfunktionalität umfasst, die fähig ist, mit einer Oberfläche eines zweiten Materials chemisch wechselzuwirken, hergestellt durch das Verfahren eines

a) Ausbildens eines Sol-Gels durch die Umsetzung von zwei oder mehreren Monomeren,
b) Startens einer Polymerisationsreaktion,
c) Ermöglichens der Monomere, sich über eine Polymerisation-Sol-Gel (PSG)-Reaktion umzusetzen, und
d) Modifizierens der Porenstruktur des Monolithen.

In einem noch weiteren verwandten Aspekt wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung eines anorganischen/organischen Hybridmaterials bereitgestellt, das einen polymerisierten Gerüst-Nanoverbundstoff (PSN) umfasst, umfassend die Schritte eines

wodurch der anorganische/organische Hybrid-Monolith hergestellt wird, wobei der Monolith eine Gerüstfunktionalität enthält, die fähig ist, mit einer Oberfläche eines zweiten Materials chemisch wechselzuwirken.

In einem weiteren Aspekt wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung eines anorganischen/organischen Hybridmaterials bereitgestellt, das einen polymerisierten Gerüst-Nanoverbundstoff (PSN) umfasst, umfassend die Schritte eines

a) Ausbildens eines Sol-Gels durch die Umsetzung von zwei oder mehreren Monomeren,
b) Startens einer Polymerisationsreaktion,
c) Ermöglichens der Monomere, sich über eine Polymerisation-Sol-Gel (PSG)-Reaktion umzusetzen, und
d) Modifizierens der Porenstruktur des Materials,

wodurch das anorganische/organische Hybridmaterial hergestellt wird, wobei der Nanoverbundstoff eine Gerüstfunktionalität enthält, die fähig ist, mit einer Oberfläche eines zweiten Materials chemisch wechselzuwirken.

In einem noch weiteren Aspekt wird erfindungsgemäß eine Kapillarsäule bereitgestellt, wobei die innere Oberfläche der Kapillarsäule mit einer polymerisierbaren Ankerfunktionalität derivatisiert ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1A-1D zeigen eine schematische Darstellung von Monolithen, die durch die Polymerisation-Sol-Gel (PSG)-Reaktion hergestellt wurden. 1A zeigt Beispiele für Hybrid- und anorganische Monomere in chemischer Struktur und schematischer Form. 1B ist eine schematische Darstellung einer Hydrolyse und Oligomerisierung von Hybrid- und anorganischen Monomeren. Figur C ist eine vereinfachte Darstellung der PSG-Reaktion für die Bildung eines Querschnittsblocks eines polymerisierten Gerüst-Nanoverbundstoff-Materials. Figur D ist eine vereinfachte Querschnittsansicht des PSN-Materials, einschließlich Erweiterungsansichten des PSN-Materials.

Genaue Beschreibung der Erfindung

Erfindungsgemäß werden neue anorganische/organische Hybridmaterialien und Verfahren für ihre Herstellung bereitgestellt. Insbesondere werden erfindungsgemäß Nanoverbundstoff-Monolithmaterialien mit erhöhter Beständigkeit gegenüber einem Schrumpfen und neuen physikalischen Eigenschaften bereitgestellt. Die erfindungsgemäßen Nanoverbundstoffe weisen eine verbesserte Adhäsion an die Kapillarwand im Vergleich zu Monolithmaterialien des Standes der Technik auf. Die verbesserte Adhäsion der erfindungsgemäßen Monolithe ermöglicht die Herstellung von Kapillarsäulen mit einem inneren Durchmesser (I.D.) ≥ 150 µm.

In einer vorteilhaften Ausführungsform werden erfindungsgemäß neue anorganische/organische Monolithmaterialien innerhalb einer Quarzglas-Kapillarsäule bereitgestellt. Gemäß dieser Ausführungsform werden die erfindungsgemäßen Monolithe in situ innerhalb einer Oberflächen-modifizierten Quarzglas-Kapillarsäule über gleichzeitige organische Polymerisation und Sol-Gel-Reaktion eines Silangemisches hergestellt, das ein Organosilanmonomer mit mindestens einer organischen polymerisierbaren Gruppe aufweist, wie (3-Methacryloxypropyl)trimethoxysilan.

Definitionen

Diese und andere erfindungsgemäße Ausführungsformen werden unter Bezugnahme auf die nachstehenden Definitionen beschrieben werden, die zur Vereinfachung hier gesammelt sind.

Der Begriff "alicyclische Gruppe" beinhaltet geschlossene Ringstrukturen mit drei oder mehreren Kohlenstoffatomen. Alicyclische Gruppen beinhalten Cycloparaffine oder Naphthene, die gesättigte cyclische Kohlenwasserstoffe sind, Cycloolefine, die mit zwei oder mehreren Doppelbindungen ungesättigt sind, und Cycloacetylene, die eine Dreifachbindung aufweisen. Sie beinhalten keine aromatischen Gruppen. Beispiele für Cycloparaffine beinhalten Cyclopropan, Cyclohexan und Cyclopentan. Beispiele für Cycloolefine beinhalten Cyclopentadien und Cyclooctatetraen. Alicyclische Gruppen beinhalten auch kondensierte Ringstrukturen und substituierte alicyclische Gruppen, wie Alkyl-substituierte alicyclische Gruppen. Im Fall der alicyclischen Gruppen können solche Substituenten ferner eine Niederalkyl-, Niederalkenyl-, Niederalkoxy-, Niederalkylthio-, Niederalkylamino-, Niederalkylcarboxyl-, Nitro-, Hydroxyl-, -CF₃-, -CN-Gruppe oder dergleichen umfassen.

Der Begriff "aliphatische Gruppe" beinhaltet organische Verbindungen, die durch gerade oder verzweigte Ketten mit typischerweise 1 bis 25 Kohlenstoffatomen gekennzeichnet sind. Aliphatische Gruppen beinhalten Alkylgruppen, Alkenylgruppen und Alkinylgruppen. In komplexen Strukturen können die Ketten verzweigt oder quervernetzt sein. Alkylgruppen beinhalten gesättigte Kohlenwasserstoffe mit einem oder mehreren Kohlenstoffatomen, einschließlich geradkettiger Alkylgruppen und verzweigtkettiger Alkylgruppen. Solche Kohlenwasserstoffgruppen können an einem oder mehreren Kohlenstoffatomen mit beispielsweise einer Halogen-, Hydroxyl-, Thiol-, Amino-, Alkoxy-, Alkylcarboxyl-, Alkylthio- oder Nitrogruppe substituiert sein. Wenn nicht die Anzahl an Kohlenstoffatomen anderweitig spezifiziert ist, bedeutet "niederaliphatisch" wie hier verwendet eine aliphatische Gruppe wie vorstehend definiert (wie Niederalkyl-, Niederalkenyl-, Niederalkinylgruppe), jedoch mit einem bis sechs Kohlenstoffatomen. Beispiele für solche niederaliphatischen Gruppen wie Niederalkylgruppen sind Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, Isopropyl-, 2-Chlorpropyl-, n-Butyl-, sec-Butyl-, 2-Aminobutyl-, Isobutyl-, tert-Butyl-, 3-Thiopentylgruppen und dergleichen. Wie hierin verwendet betrifft der Begriff "Nitrogruppe" eine NO₂-Gruppe. Der Begriff "Halogenatom" bezeichnet -F-, -Cl-, -Br- oder -I-Atom. Der Begriff "Thiolgruppe" betrifft eine SH-Gruppe und der Begriff "Hydroxylgruppe" betrifft eine -OH-Gruppe.

Die Begriffe "Alkenylgruppe" und "Alkinylgruppe" betreffen ungesättigte aliphatische Gruppen, die zu Alkylgruppen analog sind, jedoch mindestens eine Doppel- oder Dreifachbindung enthalten. Geeignete Alkenyl- und Alkinylgruppen beinhalten Gruppen mit 2 bis etwa 12 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 1 bis etwa 6 Kohlenstoffatomen.

Der Begriff "Alkoxygruppe" wie hierin verwendet betrifft eine Alkylgruppe wie hierin definiert mit einem daran gebundenen Sauerstoffatom. Beispiele für Alkoxygruppen beinhalten Gruppen mit 1 bis etwa 12 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 1 bis etwa 6 Kohlenstoffatomen wie Methoxy-, Ethoxy-, Propoxy-, tert-Butoxygruppen und dergleichen.

Der Begriff "Alkylgruppe" beinhaltet gesättigte aliphatische Gruppen, einschließlich geradkettiger Alkylgruppen, verzweigtkettiger Alkylgruppen, Cycloalkylgruppen (alicyclische Gruppen), Alkyl-substituierter Cycloalkylgruppen und Cycloalkyl-substituierter Alkylgruppen. In bestimmten Ausführungsformen weist eine geradkettige oder verzweigtkettige Alkylgruppe 30 oder weniger Kohlenstoffatome in ihrem Rückgrat auf, wie C₁-C₃₀ im Fall von geradkettigen oder C₃-C₃₀ im Fall von verzweigtkettigen Alkylgruppen. In bestimmten Ausführungsformen weist eine geradkettige oder verzweigtkettige Alkylgruppe 20 oder weniger Kohlenstoffatome in ihrem Rückgrat auf, wie C₁-C₂₀ im Fall von geradkettigen Alkylgruppen oder C₃-C₂₀ im Fall von verzweigtkettigen Alkylgruppen und mehr bevorzugt weist sie 18 oder weniger Kohlenstoffatome auf. In ähnlicher Weise weisen bevorzugte Cycloalkylgruppen 4 bis 10 Kohlenstoffatome in ihrer Ringstruktur auf und mehr bevorzugt weisen sie 4 bis 7 Kohlenstoffatome in der Ringstruktur auf. Der Begriff "Niederalkylgruppe" betrifft Alkylgruppen mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen in der Kette und Cycloalkylgruppen mit 3 bis 6 Kohlenstoffatomen in der Ringstruktur.

Darüber hinaus beinhaltet der Begriff "Alkylgruppe" (einschließlich "Niederalkylgruppe") wie in der gesamten Beschreibung und in den Patentansprüchen verwendet sowohl "unsubstituierte Alkylgruppen" als auch "substituierte Alkylgruppen", wobei das letztere Alkylgruppen mit Substituenten betrifft, die ein Wasserstoffatom an einem oder mehreren Kohlenstoffatomen des Kohlenwasserstoffrückgrats ersetzen. Solche Substituenten beinhalten beispielsweise Halogenatom, Hydroxyl-, Alkylcarbonyloxy-, Arylcarbonyloxy-, Alkoxycarbonyloxy-, Aryloxycarbonyloxy-, Carboxylat-, Alkylcarbonyl-, Alkoxycarbonyl-, Aminocarbonyl-, Alkylthiocarbonyl-, Alkoxyl-, Phosphat-, Phosphonato-, Phosphinato-, Cyan-, Amino- (einschließlich Alkylamino-, Dialkylamino-, Arylamino-, Diarylamino- und Alkylarylamino-), Acylamino- (einschließlich Alkylcarbonylamino-, Arylcarbonylamino-, Carbamoyl- und Ureido-), Amidino-, Imino-, Sulfhydryl-, Alkylthio-, Arylthio-, Thiocarboxylat-, Sulfat-, Sulfonato-, Sulfamoyl-, Sulfonamido-, Nitro-, Trifluormethyl-, Cyan-, Azid-, Heterocyclyl-, Aralkylgruppen oder eine aromatische oder heteroaromatische Gruppe. Der Fachmann wird verstehen, dass die an der Kohlenwasserstoffkette substituierten Gruppen selbst substituiert sein können, falls angemessen. Cycloalkylgruppen können weiter z.B. mit den vorstehend beschriebenen Substituenten substituiert sein. Eine "Aralkylgruppe" ist eine Alkylgruppe, die mit einer Arylgruppe wie einer Arylgruppe mit 1 bis 3 getrennten oder kondensierten Ringen und 6 bis etwa 18 Kohlenstoff-Ringatomen substituiert ist, wie Phenylmethylgruppe (Benzylgruppe).

Der Begriff "Alkylaminogruppe" wie hierin verwendet betrifft eine Alkylgruppe wie hier definiert mit einer daran gebundenen Aminogruppe. Beispiele für Alkylaminogruppen beinhalten Gruppen mit 1 bis etwa 12 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 1 bis etwa 6 Kohlenstoffatomen.

Der Begriff "Alkylthiogruppe" betrifft eine Alkylgruppe wie hierin definiert mit einer daran gebundenen Sulfhydrylgruppe. Beispiele für Alkylthiogruppen beinhalten Gruppen mit 1 bis etwa 12 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 1 bis etwa 6 Kohlenstoffatomen. Der Begriff "Alkylcarboxylgruppe" wie hierin verwendet betrifft eine Alkylgruppe wie vorstehend definiert mit einer daran gebundenen Carboxylgruppe. Der Begriff "Aminogruppe" wie hierin verwendet betrifft eine unsubstituierte oder substituierte Gruppe der Formel -NR_aR_b, worin R_a und R_b jeweils unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, eine Alkyl-, Aryl- oder Heterocyclylgruppe sind oder R_a und R_b mit dem Stickstoffatom, an das sie gebunden sind, zusammengenommen eine cyclische Gruppe mit 3 bis 8 Atomen in dem Ring bilden. Somit beinhaltet der Begriff "Aminogruppe" cyclische Aminogruppen wie Piperidinyl- oder Pyrrolidinylgruppen, wenn nicht anders angegeben. Eine "Amino-substituierte Aminogruppe" betrifft eine Aminogruppe, in der mindestens eine der R_a- und R_b-Gruppen weiter mit einer Aminogruppe substituiert ist.

Der Begriff "Ankerfunktionalität" soll funktionelle Gruppen beinhalten, die die Fähigkeit des zweiten Materials verstärken, chemisch mit dem PSN-Material wechselzuwirken. In bestimmten Ausführungsformen ist die Ankerfunktionalität eine polymerisierbare Gruppe, einschließlich in nicht begrenzender Weise Vinyl-, Acrylat-, Methacrylat-, Acrylamid-, Methacrylamid-, Styrol-, Divinylbenzol-, Itaconat-, Fumarat-, Alkingruppen, Azoverbindungen und Kombinationen davon.

Der Begriff "verankern" betrifft den Vorgang einer Adhäsion eines Materials an ein zweites Material. Das Ausmaß einer Adhäsion ist ein direktes Ergebnis der chemischen Wechselwirkung des ersten Materials mit dem zweiten Material und es ist beabsichtigt, einen Bereich an Wechselwirkungen einzuschließen, die sich von flexiblen Wechselwirkungen bis zu strenger Immobilisierung erstrecken.

Der Begriff "aromatische Gruppe" beinhaltet ungesättigte cyclische Kohlenwasserstoffe mit einem oder mehreren Ringen. Aromatische Gruppen beinhalten 5- und 6-gliedrige Einzelring-Gruppen, die 0 bis 4 Heteroatome enthalten können wie Benzol-, Pyrrol-, Furan-, Thiophen-, Imidazol-, Oxazol-, Thiazol-, Triazol-, Pyrazol-, Pyridin-, Pyrazin-, Pyridazin- und Pyrimidingruppen und dergleichen. Der aromatische Ring kann an einer oder mehreren Ringpositionen mit beispielsweise einem Halogenatom, einer Niederalkyl-, Niederalkenyl-, Niederalkoxy-, Niederalkylthio-, Niederalkylamino-, Niederalkylcarboxyl-, Nitro-, Hydroxyl-, -CF₃-, -CN-Gruppe oder dergleichen substituiert sein.

Der Begriff "Arylgruppe" beinhaltet 5- und 6-gliedrige aromatische Gruppen mit einem einzigen Ring, die 0 bis 4 Heteroatome enthalten können, wie unsubstituierte oder substituierte Benzol-, Pyrrol-, Furan-, Thiophen-, Imidazol-, Oxazol-, Thiazol-, Triazol-, Pyrazol-, Pyridin-, Pyrazin-, Pyridazin- und Pyrimidingruppen und dergleichen. Arylgruppen beinhalten auch polycyclische kondensierte aromatische Gruppen wie Naphthyl-, Chinolyl-, Indolylgruppen und dergleichen. Der aromatische Ring kann an einer oder mehreren Ringpositionen mit Substituenten, wie sie beispielsweise vorstehend für Alkylgruppen beschrieben sind, substituiert sein. Geeignete Arylgruppen beinhalten unsubstituierte und substituierte Phenylgruppen.

Der Begriff "Aryloxygruppe" wie hierin verwendet betrifft eine Arylgruppe wie vorstehend definiert mit einem daran gebundenen Sauerstoffatom. Der Begriff "Aralkoxygruppe" wie hierin verwendet betrifft eine wie vorstehend definierte Aralkylgruppe mit einem daran gebundenen Sauerstoffatom. Geeignete Aralkoxygruppen weisen 1 bis 3 getrennte oder kondensierte Ringe und 6 bis etwa 18 Kohlenstoff-Ringatome auf wie O-Benzylgruppe.

Der Begriff "Azoverbindungen" soll Azogruppen-enthaltende Gruppen als Oberflächenfunktionalitäten beinhalten. Diese Azogruppen auf der Oberfläche können die Polymerisation von der Oberfläche in die Masse des Nanoverbundstoffs starten. Dieser Ansatz wird unter Verwendung von Silanen erreicht, die Azogruppen enthalten und auf die Wände der Glaskapillaren gebunden werden können^9,10.

Der Begriff "chemische Wechselwirkung" soll in nicht begrenzender Weise hydrophobe/hydrophile, ionische (wie Coulomb-Anziehung/Abstoßung-, Ionendipol-, Ladungstransfer-), chemische, Van der Waals- und Wasserstoff-Bindungen beinhalten. Der Begriff chemische Wechselwirkung soll von physikalischen Wechselwirkungen wie physikalischer Reibung zwischen Oberflächen unterschieden werden.

Der Begriff "chemische Bindung" soll die Bildung einer chemischen Bindung wie einer organischen kovalenten Bindung oder einer anorganischen kovalenten Bindung beinhalten. Organische kovalente Bindungen beteiligen definitionsgemäß die Bildung einer kovalenten Bindung zwischen den herkömmlichen Elementen der organischen Chemie, einschließlich in nicht begrenzender Weise Wasserstoff-, Bor-, Kohlenstoff-, Stickstoff-, Sauerstoff-, Silizium-, Phosphor-, Schwefel- und Halogenatome. Weiterhin sind Kohlenstoff-Silizium- und Kohlenstoff-Sauerstoff-Silizium-Bindungen als organische kovalente Bindungen definiert, während Silizium-Sauerstoff-Silizium-Bindungen, die nicht als organische kovalente Bindungen definiert sind, wie Silizium-Sauerstoff-Silizium-Bindungen als anorganische kovalente Bindungen definiert sind.

Der Begriff "Kapillarsäule" betrifft eine chromatographische Säule mit inneren Durchmessern (I.D.) in einem Bereich von 50 bis 2000 µm.

Die Begriffe "koaleszierend" und "koalesziert", wie in dem Ausdruck "koaleszierte Partikel" verwendet, sollen ein Material beschreiben, bei dem mehrere einzelne Komponenten kohärent wurden, um eine neue Komponente durch einen geeigneten chemischen oder physikalischen Vorgang wie Erhitzen zu ergeben. Der Begriff koalesziert soll von einer Ansammlung an einzelnen Partikeln in unmittelbarer physikalischer Nähe wie in einer Bettformation unterschieden werden, worin das Endprodukt einzelne Partikel umfasst.

Der Begriff "dichtes Material" soll Hybridmaterialien beinhalten, die bei Ansicht eines axialen Querschnitts der Oberfläche des Materials aus dem Hybridmaterial und Makroporen mit einem durchschnittlichen Durchmesser von weniger als 0,5 µm, die das Hybridmaterial trennen, bestehen.

Die Begriffe "derivatisiert" oder "Derivatisierung" sollen die Eigenschaft oder das Charakteristikum einer Verankerung oder einer Beschichtung eines Mittels mit alternierender Funktionalität auf einem zweiten Material durch Umwandlung der Funktionalität der empfangenen Oberfläche des zweiten Materials in die alternierende Funktionalität, wie durch Beschichten oder chemische Bindung, z.B. Polymerisation, beinhalten.

Der Begriff "funktionalisierende Gruppe" beinhaltet organische Gruppen, die einer chromatographischen stationären Phase eine bestimmte chromatographische Funktionalität verleihen, einschließlich beispielsweise Octadecylgruppe (C₁₈) oder Phenylgruppe. Solche funktionalisierenden Gruppen liegen beispielsweise in Oberflächen-Modifizierungsmitteln, wie hierin beschrieben, vor, die an das Grundmaterial beispielsweise über Derivatisierung oder Beschichtung und später Quervernetzung gebunden werden, was den chemischen Charakter des Oberflächen-Modifizierungsmittels auf das Grundmaterial überträgt. In einer Ausführungsform weisen solche Oberflächen-Modifizierungsmittel die Formel Z_a(R')_bSi-R auf, worin Z ein Cl-, Br-, I-Atom, eine C₁-C₅-Alkoxy-, Dialkylamino- oder Trifluormethansulfonatgruppe ist, a und b jeweils ganze Zahlen von 0 bis 3 sind, mit der Maßgabe, dass a + b = 3, R' eine C₁-C₆-geradkettige, cyclische oder verzweigte Alkylgruppe ist und R eine funktionalisierende Gruppe ist. R' kann beispielsweise eine Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Isopropyl-, Butyl-, t-Butyl-, sec-Butyl-, Pentyl-, Isopentyl-, Hexyl- oder Cyclohexylgruppe sein und vorzugsweise ist R' eine Methylgruppe.

Die funktionalisierende Gruppe R kann Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Aryl-, Cyan-, Amino-, Diol-, Nitro-, Estergruppen, eine Kationen- oder Anionen-Austauschergruppe, eingebettete polare Funktionalitäten oder eine Alkyl- oder Arylgruppe mit einer eingebetteten polaren Funktionalität beinhalten. Beispiele für geeignete R-funktionalisierende Gruppen beinhalten C₁-C₃₀-Alkylgruppen, einschließlich C₁-C₂₀-Alkylgruppen wie Octyl- (C₈), Octadecyl- (C₁₈) und Triacontylgruppen (C₃₀), Alkarylgruppen wie C₁-C₄-Phenylgruppen, Cyanalkylgruppen wie Cyanpropylgruppe, Diolgruppen wie Propyldiolgruppe, Aminogruppen wie Aminopropylgruppe und Alkyl- oder Aryl gruppen mit eingebetteten polaren Funktionalitäten wie Carbamat-Funktionalitäten wie sie in der U.S.-PS 5,374,755 beschrieben sind, deren Text hier durch eine Bezugnahme eingeschlossen ist. Solche Gruppen beinhalten diejenigen der allgemeinen Formel

worin 1, m, o, r und s den Wert 0 oder 1 aufweisen, n den Wert 0, 1, 2 oder 3 aufweist, p den Wert 0, 1, 2, 3 oder 4 aufweist und q eine ganze Zahl von 0 bis 19 ist, R₃ ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoffatom, Alkyl-, Cyan- und Phenylgruppen, und Z, R', a und b wie vorstehend definiert sind. Vorzugsweise weist die Carbamat-Funktionalität die nachstehend angegebene allgemeine Struktur auf:

worin R⁵ z.B. eine Cyanalkyl-, t-Butyl-, Butyl-, Octyl-, Dodecyl-, Tetradecyl-, Octadecyl- oder Benzylgruppe sein kann. Vorzugsweise ist R⁵ eine Octyl-, Dodecyl- oder Octadecylgruppe.

Der Begriff "heterocyclische Gruppe" beinhaltet geschlossene Ringstrukturen, worin ein oder mehrere der Atome in dem Ring ein von Kohlenstoff verschiedenes Element sind wie Stickstoff-, Schwefel- oder Sauerstoffatome. Heterocyclische Gruppen können gesättigt oder ungesättigt sein und heterocyclische Gruppen wie Pyrrol- und Furangruppen können einen aromatischen Charakter aufweisen. Sie beinhalten kondensierte Ringstrukturen wie Chinolin- und Isochinolingruppen. Weitere Beispiele für heterocyclische Gruppen beinhalten Pyridin- und Puringruppen. Heterocyclische Gruppen können auch an einem oder mehreren konstituierenden Atomen mit beispielsweise einem Halogenatom, einer Niederalkyl-, Niederalkenyl-, Niederalkoxy-, Niederalkylthio-, Niederalkylamino-, Niederalkylcarboxyl-, Nitro-, Hydroxyl-, -CF₃-, -CN-Gruppe oder dergleichen substituiert sein. Geeignete heteroaromatische und heteroalicyclische Gruppen werden im Allgemeinen 1 bis 3 getrennte oder kondensierte Ringe mit 3 bis etwa 8 Mitgliedern pro Ring und einem oder mehreren N-, O- oder S-Atomen aufweisen wie Coumarinyl-, Chinolinyl-, Pyridyl-, Pyrazinyl-, Pyrimidyl-, Furyl-, Pyrrolyl-, Thienyl-, Thiazolyl-, Oxazolyl-, Imidazolyl-, Indolyl-, Benzofuranyl-, Benzothiazolyl-, Tetrahydrofuranyl-, Tetrahydropyranyl-, Piperidinyl-, Morpholino- und Pyrrolidinylgruppe.

Der Begriff "Hybrid", wie er in dem Ausdruck "anorganisches/organisches Hybridmaterial" oder "anorganischer/organischer Hybrid-Monolith" verwendet wird, beinhaltet Strukturen auf anorganischer Basis, worin eine organische Funktionalität integraler Bestandteil sowohl der inneren als auch "Skelett"-anorganischen Struktur ist. Der anorganische Anteil des Hybridmaterials kann in nicht begrenzender Weise aus Aluminiumoxid, Silica, Titanoxid, Zirkonoxid und keramischem Material ausgewählt sein. In einer Ausführungsform ist der anorganische Anteil des Hybridmaterials Silica.

Der Begriff "Hydrophilie-Lipophilie-Gleichgewicht (HLB)" ist im Fachgebiet bekannt und soll die Löslichkeit von Tensiden charakterisieren. Der Wert stellt einen Hinweis für den Fachmann bei der Entscheidung bereit, welches Tensid in einer bestimmten Emulsion verwendet werden soll. Tenside mit einem HLB-Wert von < 10 (oder abhängig von der Referenz, 3-6) weisen eine Affinität für Öl gegenüber Wasser auf und als ein Ergebnis davon besteht eine Neigung für eine Bildung von Wassertröpfchen in einer Ölphase. Das Umgekehrte trifft für Tenside mit einem HLB-Wert > 10 (oder 8-13) zu, die eine Affinität für Wasser gegenüber Öl aufweisen, und als ein Ergebnis davon besteht eine Neigung für eine Bildung von Öltröpfchen in einer Wasserphase. In bestimmten Ausführungsformen reicht der HLB-Wert typischerweise von 0 bis etwa 15, kann jedoch so hoch wie 60 ansteigen. Der HLB-Wert kann durch eine Vielzahl von Verfahren abgeleitet werden, die einen relativen Wert als vielmehr einen genauen Wert bereitstellen.

Der Begriff "Material", wie er hierin verwendet wird, soll dreidimensionale Copolymere beinhalten, die in einem einzigen Stück gebildet wurden. In einer Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Material durch Gießen von Vorläufern in eine Form einer gewünschten Gestalt hergestellt. Erfindungsgemäße Materialien be inhalten in nicht begrenzender Weise polymerische Materialien wie Monolithe oder Nicht-Monolithmaterialien wie Partikel, Copolymere mit geringer Porosität oder poröse Copolymere, die keine verbundene Porenstruktur aufweisen.

Der Begriff "Makropore" soll Poren eines Materials oder Kanäle durch das Material beinhalten, die Flüssigkeit ermöglichen, direkt durch das Material mit verringertem Widerstand bei chromatographisch geeigneten Flussraten zu fließen. Beispielsweise sollen erfindungsgemäße Makroporen in nicht begrenzender Weise Poren mit einem Porendurchmesser von mehr als etwa 0,05 µm, Poren mit einem Porendurchmesser von etwa 0,1 µm bis etwa 10 µm, Poren mit einem Porendurchmesser von etwa 0,5 µm bis etwa 5 µm und Poren mit einem Porendurchmesser von etwa 0,8 µm bis etwa 4 µm beinhalten. Es soll verstanden werden, dass die Auswahl einer Makroporengröße in den erfindungsgemäßen Materialien für eine Verwendung in der Chromatographie basierend auf zumindest Säulen-Rückdruck und -Wirksamkeit analysiert werden kann. Wenn die Makroporengröße zu gering ist, wird der Säulen-Rückdruck zu groß für eine chromatographische Verwendung, während, wenn der Makroporendurchmesser zu groß ist, die Säule chromatographische Wirksamkeit verlieren wird.

Der Ausdruck "minimal wasserlöslich" soll die Fähigkeit der Verbindung beinhalten, zumindest löslich genug zu verbleiben, um der beabsichtigten Reaktion zu erlauben voranzuschreiten. In bestimmten Ausführungsformen soll der Begriff "minimal löslich" einen Bereich einer Löslichkeit zwischen gering löslich und vollständig löslich beinhalten. Es soll verstanden werden, dass die Löslichkeit eine Löslichkeit beinhaltet, die durch Verwendung von beispielsweise Wärme oder weiteren Reagenzien induziert wird. Der Fachmann würde verstehen, dass in bestimmten Ausführungsformen 2,2'-Azobis(isobutyronitril) minimal wasserlöslich sein würde.

Der Begriff "Monolith" betrifft ein poröses, dreidimensionales Material mit einer kontinuierlichen verbundenen Porenstruktur in einem einzigen Stück. Der Begriff Monolith soll von einer Ansammlung an einzelnen Partikeln unterschieden werden, die in einer Bettformation gepackt sind, worin das Endprodukt einzelne Partikel umfasst. Der Begriff Monolith soll auch von dreidimensionalen Polymeren mit geringer Porosität oder porösen dreidimensionalen Polymeren, die keine verbundene Porenstruktur aufweisen, unterschieden werden. In einer Ausführungsform wird ein erfindungsgemäßer Monolith durch diesen von Vorläufern in eine Form einer gewünschten Gestalt hergestellt. In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Mo nolith koaleszierte Partikel. In einer noch weiteren Ausführungsform kann das Monolithmaterial für eine Chromatographie verwendet werden, d.h. der Monolith ist ein chromatographisch verwendbares Material wie eine chromatographische Säule.

Der Begriff "Nanophase" betrifft organische oder anorganische Phase-Aggregationen, die sich basierend auf Phasentrennungen auf molekularer Ebene gebildet haben. In bestimmten erfindungsgemäßen Ausführungsformen wird eine Phasentrennung auf molekularer Ebene bei gleichzeitiger Umsetzung von Hybrid- und anorganischen Monomeren durch eine Polymerisation-Sol-Gel-Reaktion erzeugt. 1 ist eine graphische Darstellung der erfindungsgemäßen Polymerisation-Sol-Gel-Reaktion, die zu der Herstellung von organischen und anorganischen Nanophasen führt.

Der Ausdruck "polymerisierter Gerüst-Nanoverbundstoff (PSN)" betrifft Hybrid-Verbundmaterialien, die eine polymerisierte organische Nanophase umfassen, die von einer anorganischen Nanophase wie polymerisiertem Siloxan umgeben ist, wobei sich die Nanophasen unabhängig durch unabhängige Reaktionen wie eine Polymerisation und eine Sol-Gel-Reaktion bilden und die organischen und anorganischen Nanophasen sich durch eine Bildung von chemischen Bindungen über ein Hybrid-Monomer verbinden, z.B. durch Kondensation der anorganischen Phase, beispielsweise des Hybrid-Monomers an ein anorganisches Monomer und Polymerisation der organischen Phase wie durch Radikalpolymerisation, so dass sich ein Hybridmaterial mit einer Vielzahl von Oberflächen-Gerüstfunktionalitäten bildet.

Der Ausdruck "Polymerisation-Sol-Gel (PSG)-Reaktion" betrifft den Ansatz eines Herstellens von Hybridmaterialien unter Verwendung von gleichzeitigen Polymerisationsreaktionen und Sol-Gel-Reaktionen, wobei die organischen und anorganischen Nanophasen sich durch Bildung von chemischen Bindungen über eine Wechselwirkung mit einem Hybrid-Monomer verbinden, z.B. durch Kondensation der anorganischen Phase, beispielsweise des Hybrid-Monomers an ein anorganisches Monomer und Polymerisation der organischen Phase, beispielsweise Radikalpolymerisation, so dass sich ein Hybridmaterial bildet. In einer bestimmten Ausführungsform bestehen die Materialien aus einem Gemisch eines Tetraalkoxysilans wie Tetramethoxysilan und einem polymerisierbaren Organosilan wie (3-Methacryloxypropyl)trimethoxysilan, wobei das Organosilan minimal wasserlöslich ist, beispielsweise ausreichend, um einen polymerisierten Gerüst-Nanoverbundstoff bereitzustellen (d.h. die polymerisierbare Gruppe wird eine Wirkung auf diese Löslichkeit aufweisen). Beispielsweise weisen die Ausgangssilane eine begrenzte Löslichkeit in Wasser auf. Wie die SiOR-Bindungen zu SiOH hydrolysiert werden, ist das SiOH-Monomer, das sich bildet, in Wasser im Wesentlichen löslich.

Der Begriff "Polymerisation" betrifft einen jeglichen Prozess, der sich aus der Bindung oder Kopplung kleinerer Moleküle, um ein größeres Molekül zu bilden, ergibt. Der Fachmann würde erkennen, dass der Begriff "Polymerisation" einen Bereich unterschiedlicher Polymerisationsgrade beinhalten soll, d.h. sie reichen von einer einzigen Reaktion, z.B. setzen sich zwei Moleküle miteinander um, um ein Dimer zu bilden, bis zu einer Vielzahl von Reaktionen, z.B. setzt sich eine große Anzahl an Molekülen um, um ein Makromolekül zu bilden.

Der Begriff "Gerüstfunktionalität" betrifft funktionelle Gruppen wie organische Funktionalitäten, z.B. von Organosilanen, die fähig sind, chemisch mit einer Oberfläche eines zweiten Materials, z.B. eines Einschlussgefäßes, wechselzuwirken, wodurch dem PSN-Material ermöglicht wird, sich an das zweite Material zu verankern und es dadurch im Verhältnis dazu immobilisiert wird. In bestimmten erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist die funktionelle Gruppe eine "polymerisierbare Gruppe", einschließlich in nicht begrenzender Weise Vinyl-, Acrylat-, Methacrylat- wie 3-Methacryloxypropyl-, Acrylamid-, Methacrylamid-, Styrol- wie Styrylethyl-, Divinylbenzol-, Itaconat-, Fumarat-, Alkingruppen und Kombinationen davon. Der Fachmann würde verstehen, dass die Gerüstfunktionalität während einer Polymerisationsreaktion in einem unterschiedlichen Ausmaß abhängig von den ausgewählten Reaktionsbedingungen verbraucht werden würde, und dass die vorstehend aufgeführten Funktionalitäten in ihrem nicht umgesetzten oder monomerischen Zustand bereitgestellt werden.

Der Begriff "zweites Material" soll jedes zweite Material mit einer Oberfläche beinhalten, die fähig ist, das PSN-Material aufzunehmen.

Der Begriff "Oberflächen-Modifizierungsmittel" soll funktionalisierende Gruppen beinhalten, die einer chromatographischen stationären Phase eine bestimmte chromatographische Funktionalität verleihen. Oberflächen-Modifizierungsmittel, wie sie hierin beschrieben sind, sind an das Grundmaterial beispielsweise durch Derivatisierung oder Beschichtung und spätere Vernetzung gebunden, was den chemischen Charakter des Oberflächen-Modifizierungsmittels auf das Grundmaterial überträgt.

Der Begriff "Wandadhäsion" betrifft eine Eigenschaft eines Materials wie eines PSN-Materials, wobei das Material eine ausreichende chemische Wechselwirkung zwischen dem Material und einem zweiten Material (wie der Innenwand einer Kapillarsäule) aufweist, so dass die chemischen Wechselwirkungen beibehalten werden, wenn das Material zusätzlichen Faktoren wie während einer Verwendung des Materials in chromatographischen Auftrennungen unterzogen wird. In bestimmten Ausführungsformen weist das PSN-Material eine ausreichende Wandadhäsion auf, damit Flusswege zwischen dem PSN-Material und dem zweiten Material wie einer chromatographischen Säule minimiert oder verhindert werden, wobei die Flusswege sich auf die Auftrennwirksamkeit in der chromatographischen Säule negativ auswirken würden.

I. Erfindungsgemäße Zusammensetzungen

In einem Aspekt wird erfindungsgemäß ein anorganisches/organisches Hybridmaterial bereitgestellt, das einen polymerisierten Gerüst-Nanoverbundstoff (PSN) umfasst, wobei der Nanoverbundstoff eine Gerüstfunktionalität enthält, die fähig ist, mit einer Oberfläche eines zweiten Materials chemisch wechselzuwirken. Das Hybridmaterial enthält Strukturen auf anorganischer Basis, wobei eine organische Funktionalität integraler Bestandteil sowohl der inneren oder "Skelett"-anorganischen Struktur ist, wobei der anorganische Anteil in nicht begrenzender Weise ausgewählt ist aus Silica, Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Titanoxid, Keramikmaterialien, Zinkoxid und Kombinationen davon.

In bestimmten Ausführungsformen ist die organische Funktionalität des Hybridmaterials zumindest teilweise von einem Hybrid-Monomer wie einem Organosilan, z.B. einem Organoalkoxysilan, abgeleitet, das sowohl eine anorganische als auch eine organische Komponente umfasst, d.h. dies betrifft das Vorliegen von sowohl einer Silizium-Sauerstoff-Bindung als auch einer Kohlenstoff-Silizium-Bindung in einer einzigen monomerischen Einheit. In bestimmten Ausführungsformen ist das Organosilan ein Organoalkoxisilan der Formel R²Si(OR¹)₃ oder R⁶[Si(OR¹)₃]_m, worin R² eine Styryl-, Vinyl-, Acrylat-, Methacrylat-, Acrylamid-, Methacrylamid-, Divinylbenzol-, Itaconat-, Fumarat-, substituierte oder unsubstituierte C₁-C₁₈-Alkenylen-, Alkinylen- oder Arylengruppe oder eine Kombination davon ist, R¹ eine C₁-C₄-Alkylgruppe ist, R⁶ eine substituierte oder unsubstituierte C₁-C₁₈-Alkenylen-, Alkinylen- oder Arylengruppe ist, die zwei oder mehrere Siliziumatome verbrückt, und m eine ganze Zahl größer als oder gleich 2 ist. In bestimmten Ausführungsformen ist R² eine Vi nyl-, Methacryloxypropyl-, Methacrylamidpropyl- oder Styrylethylgruppe und R¹ ist eine Methyl- oder Ethylgruppe oder R⁶ ist eine verbrückende N,N-Bis(propylen)acrylamidgruppe, m weist den Wert 2 auf und R¹ ist eine Ethyl- oder Methylgruppe. In einer spezifischen erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das Organosilan (3-Methacryloxypropyl)trimethoxysilan. In bestimmten Ausführungsformen ist das Organosilan minimal wasserlöslich, z.B. ausreichend, um einen polymerisierten Gerüst-Nanoverbundstoff bereitzustellen.

In einer Ausführungsform ist das PSN das Produkt einer Umsetzung eines organischen/anorganischen Hybrid-Monomers wie eines Organosilans und eines anorganischen Monomers wie eines Silanmonomers. In einer spezifischen Ausführungsform ist das PSN das Produkt einer Reaktion eines Tetraalkoxysilans und eines Organosilans mit mindestens einer polymerisierbaren Gruppe wie 3-Methacryloxypropyl- oder Styrylethylgruppe.

In einer Ausführungsform weist das Tetraalkoxysilan die Formel Si(OR¹)₄ auf, worin R¹ eine C₁-C₃-Alkylgruppe ist, beispielsweise Tetramethoxysilan oder Tetraethoxysilan. In bestimmten Ausführungsformen sind das Organosilan und/oder das Tetraalkoxysilan minimal wasserlöslich, z.B. ausreichend, um einen polymerisierten Gerüst-Nanoverbundstoff bereitzustellen. In einer spezifischen Ausführungsform sind das (3-Methacryloxypropyl)trimethoxysilan und das Tetramethoxysilan in einem Volumen-zu-Volumen-Verhältnis von 1 zu 4 vorhanden.

Das anorganische/organische Hybridmaterial kann in eine jegliche Form durch bekannte Verfahren wie Formpressen gebracht werden, sofern die Eigenschaften des Materials nicht wesentlich beeinflusst werden. In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das anorganische/organische Hybridmaterial ein poröser anorganischer/organischer Hybrid-Monolith wie ein Kapillar-Monolith. Die erfindungsgemäßen Monolithe weisen verbesserte Eigenschaften auf, einschließlich in nicht begrenzender Weise verbesserte Wandadhäsion, d.h. Kapillarwandadhäsion, und erhöhte Beständigkeit gegenüber Schrumpfen und verbesserte mechanische Stabilität im Vergleich zu bekannten Kapillar-Monolithen.

In bestimmten erfindungsgemäßen Ausführungsformen sind die polymerisierbaren Organogruppen innerhalb des Silica-Skeletts eingebettet, was Monolithe ergibt, die große Oberflächen-Silanolkonzentrationen, d.h. eine große Population an chromatographisch zugänglichen Silanolen, und im Wesentlichen keine chromatographisch zugänglichen oder geeigneten Organogruppen aufweisen. Die Monolith-Skelette dieser Monolithe bestehen aus einem organischen/anorganischen Nanoverbundstoff, wobei die organische Gruppe im Inneren des anorganischen Silica-Netzwerks eingebettet ist. Dieser Ansatz liefert Monolithe mit einer erhöhten Beständigkeit gegenüber Schrumpfen, sowie guter Beständigkeit gegenüber Schrumpfen und Quellen bei Aussetzen gegenüber organischem Lösungsmittel. In bestimmten Ausführungsformen wird das Schrumpfen des Silica-Skeletts/-Gerüsts aufgrund des hohen Gehalts an organischen Gruppen minimiert. Somit können Monolithsäulen mit inneren Durchmessern von mehr als 50 µm, wie 1 bis 2 mm, in situ unter Verwendung dieses Reaktionsverfahrens hergestellt werden.

In einer alternativen Ausführungsform ist die polymerisierte organische Phase chromatographisch zugänglich und verändert die Hydrophobizität der porösen Oberfläche, was zu neuen Selektivitäten für chromatographische Auftrennungen führt. In bestimmten Ausführungsformen hängt das Ausmaß, in dem die organische Phase chromatographisch zugänglich ist, von dem Ausmaß ab, zu dem die Gerüstfunktionalität bei einer Verankerung des PSN-Materials an die innere Oberfläche der chromatographischen Säule verbraucht wird. In bestimmten Ausführungsformen können unpolymerisierte Gerüstfunktionalitäten direkt wie Methacrylatgruppen oder indirekt wie hydrolysierte Methacrylatgruppen, die chromatographisch zugängliche organische Phase bereitstellen. Diese Polymerisationsreaktion kann reguliert werden, um gewünschte chromatographische Selektivitäten zu erzeugen.

Erfindungsgemäß enthält das PSN eine Gerüstfunktionalität, die fähig ist, mit einer Oberfläche eines zweiten Materials wie eines Einschlussgefäßes chemisch wechselzuwirken, wodurch dem PSN-Material ermöglicht wird, sich an das zweite Material zu verankern. In bestimmten erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist die Gerüstfunktionalität eine "polymerisierbare Gruppe", einschließlich in nicht begrenzender Weise Vinyl-, Acrylat-, Methacrylat-, wie 3-Methacryloxypropyl-, Acrylamid-, Methacrylamid-, Styrol- wie Styrylethyl-, Divinylbenzol-, Itaconat-, Fumarat-, Alkingruppen und Kombinationen davon.

Die erfindungsgemäß bereitgestellten verbesserten Eigenschaften wie verstärkte Wandadhäsion und/oder erhöhte Beständigkeit gegenüber Schrumpfen sind das Ergebnis der Gerüstfunktionalität, die das Polymer an die Wand des Einschlussgefäßes verankert. Der Fachmann würde verstehen, dass die Gerüstfunktionalität während einer Polymerisationsreaktion wesentlich verbraucht würde, und dass die vorstehend aufgeführten Funktionalitäten in ihrem nicht umgesetzten oder monomerischen Zustand bereitgestellt werden.

Das zweite Material ist erfindungsgemäß ein jegliches Material mit einer Oberfläche, die fähig ist, das PSN-Material aufzunehmen. In bestimmten Ausführungsformen ist das zweite Material ein Einschlussgefäß, das einen Trägereinschluss für das PSN-Material bereitstellt. Das zweite Material wie ein Einschlussgefäß kann als das primäre Reaktionsgefäß für eine Herstellung des PSN-Materials verwendet werden oder das PSN-Material kann unabhängig von dem zweiten Material hergestellt werden und sodann in das zweite Material wie ein sekundäres Einschlussgefäß überführt werden, so dass das PSN-Material fähig ist, mit dem zweiten Material wechselzuwirken.

In einer Ausführungsform wird das Einschlussgefäß als das Reaktionsgefäß verwendet, wobei chemische Wechselwirkungen wie eine chemische Bindung, z.B. eine kovalente Bindung, zwischen dem sich bildenden PSN-Material und dem zweiten Material während der Polymerisation des PSN-Materials auftreten. In einer alternativen Ausführungsform wird das PSN-Material sodann in das zweite Material wie ein sekundäres Einschlussgefäß überführt, worin chemische Wechselwirkungen wie eine chemische Bindung, z.B. kovalente Bindung, durch eine weitere chemische Prozessierung wie Zugabe eines Vernetzungsmittels, Fotoinitiierung einer Radikalpolymerisationsreaktion oder Zugabe eines Hydrosilylierungskatalysators für eine Hydrosilylierungsreaktion auftreten. Die Einschlussgefäße, die für erfindungsgemäße PSN-Materialien verwendet werden können, beinhalten in nicht begrenzender Weise eine chromatographische Säule wie eine Kapillarsäule, z.B. eine Quarzglas-Kapillarsäule, eine Stahlsäule mit einer Glasauskleidung, eine Radialkompressionssäule, eine Fallensäule, eine Mikrofluiditätsvorrichtung, einen Mikrochip, einen Sensor, eine elektronische Schaltung, eine Festphasenextraktionsvorrichtung (SPE-Vorrichtung) wie eine miniaturisierte SPE-Vorrichtung und eine Säulen-gekoppelte Fritte.

In bestimmten Ausführungsformen weist das zweite Material selbst eine Funktionalität auf, die für eine Wechselwirkung mit dem Nanoverbundstoff geeignet ist. In weiteren Ausführungsformen ist die Oberfläche des zweiten Materials mit einer Ankerfunktionalität derivatisiert oder behandelt, um die Ankerfunktionalität bereitzustellen.

Die Ankerfunktionalität und die Gerüstfunktionalität können copolymerisierbar sein, so dass eine kovalente Bindung als ein Ergebnis einer Copolymerisation der Gerüst- und Ankerfunktionalitäten gebildet wird. In einer Ausführungsform kann diese Polymerisation durch einen Radikalstarter gestartet werden, einschließlich in nicht begrenzender Weise 2,2'-Azobis(isobutyronitril), 2,2'-Azobis(2-methylpropionamidin)dihydrochlorid, 4,4'-Azobis(4-cyanvalerinsäure), Kaliumpersulfat und Peressigsäure. Zusätzlich ist der Radikalstarter zumindest minimal löslich wie minimal wasserlöslich.

In bestimmten Ausführungsformen ist erfindungsgemäß die Wechselwirkung von Silanol-Funktionalitäten beteiligt wie eine chemische Bindung zwischen einem Silanol einer zweiten Oberfläche und einem Silanol des PSN-Materials (d.h. eine Oberfläche einer Glaskapillare mit Silanolen, die sich mit den Si-OH-Gruppen eines Silica-Sols umsetzen, um ein verbrückendes Siloxan zwischen einem gelierenden Monolithen und der Kapillarwand auszubilden). Jedoch sollte verstanden werden, dass in bestimmten Ausführungsformen, bei denen die chemische Wechselwirkung die Wechselwirkung von Silanol-Funktionalitäten ist, diese Wechselwirkung in Kombination mit einer anderen chemischen Wechselwirkung/anderen chemischen Wechselwirkungen auftritt, wie einer chemischen Bindung über eine Polymerisation, wodurch beispielsweise eine organisch-chemische Bindung gebildet wird. In bestimmten anderen Ausführungsformen ist die chemische Wechselwirkung nicht die Wechselwirkung von Silanol-Funktionalitäten.

In einem weiteren Aspekt wird erfindungsgemäß ein PSN bereitgestellt, das ein Verbundmaterial ist, das durch die Polymerisation-Sol-Gel-Reaktion hergestellt wird, die hier nachstehend beschrieben ist. Beispielsweise umfasst in einer Ausführungsform die Herstellung eines PSN-Materials die Schritte eines

In bestimmten Ausführungsformen kann die Herstellung des PSN ferner den Schritt eines (d) Modifizierens der Porenstruktur des Materials umfassen. Die erfindungsgemäßen porösen anorganischen/organischen Hybridmaterialien können, wie durch das Verfahren hergestellt, verwendet werden, das vorstehend beschrieben ist und weiter in Abschnitt II nachstehend beschrieben wird, ohne dass eine weitere Modifikation durchgeführt wird.

Alternativ können die erfindungsgemäßen Hybridmaterialien weiter durch eine oder mehrere Bearbeitungsbehandlungen modifiziert werden, wie durch chemische Bearbeitungsbehandlung wie Derivatisierung von Oberflächenfunktionalitäten des hergestellten Materials, Einbau von Additiven in die PSG-Reaktion, die die physikalischen Eigenschaften beeinflussen, z.B. Porogene wie Tenside oder Lösungsmittel wie Toluol, physikalische Bearbeitungsbehandlungen wie hydrothermale Behandlung oder eine Kombination von mehreren Bearbeitungsbehandlungen.

Chemische Bearbeitung

A. Einbau von Additiven

In einer Ausführungsform wird die Porenstruktur der erfindungsgemäßen Materialien, z.B. Monolithmaterialien, durch ferner einen Einbau eines Tensids oder einer Kombination verschiedener Tenside in die PSG-Reaktion modifiziert. In einer spezifischen Ausführungsform enthält das Tensid oder die Kombination von Tensiden mindestens ein nicht ionisches Tensid. Beispiele für nicht ionische Tenside beinhalten in nicht begrenzender Weise Tenside, die aus Block-Copolymeren von Polyethylenglykol und Polypropylenglykol aufgebaut sind, Tenside, die aus Alkylphenoxypolyethoxyethanol und Polyethylenglykol aufgebaut sind, z.B. Pluronic F38. In spezifischen Ausführungsformen ist das Tensid oder die Kombination von Tensiden aus Tensiden mit einem Hydrophilie-Lipophilie-Gleichgewicht von etwa 0 bis 60 wie etwa 10 bis 50, etwa 20 bis 40, etwa 30 bis 40 oder etwa 33 ausgewählt.

Die Tenside erhöhen vermutlich die Konzentration an Wasser und des Säure/Base-Katalysators auf der Oberfläche des Materials während der Polymerisation-Sol-Gel-Reaktion. Die Verwendung von Tensiden, um die Oberflächenstruktur des Materials zu modulieren, stabilisiert das Polymermaterial, das sich während der Reaktion bildet, und minimiert oder unterdrückt eine inhomogene Morphologie.

B. Oberflächen-Modifikation

Die Verfahren einer Herstellung können ferner eine Oberflächen-Modifikation der erfindungsgemäßen Materialien wie der erfindungsgemäßen Monolithmaterialien umfassen. Die erfindungsgemäßen Hybridmaterialien weisen sowohl organische Gruppen als auch Silanolgruppen auf, die zusätzlich mit einem Oberflächen-Modifizierungsmittel substituiert oder derivatisiert werden können.

In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform werden organische Gruppen auf der Oberfläche des porösen anorganischen/organischen Hybridmaterials in einem darauffolgenden Schritt durch Bildung einer organischen kovalenten Bindung zwischen dem Modifizierungsreagenz und organischen Gruppen des Materials derivatisiert oder modifiziert, wobei das Material ausreichend Gerüstfunktionalität beibehält, so dass das Material fähig ist, mit einem zweiten Material wechselzuwirken. Alternativ werden die Silanolgruppen an der Oberfläche des Hybrid-Silicas in organische Siloxangruppen derivatisiert, z.B. durch Umsetzen mit einem Organotrihalogensilan wie Octadecyltrichlorsilan oder einem Halogenpolyorganosilan wie Octadecyldimethylchlorsilan. Alternativ werden die organischen Gruppen und Silanolgruppen an der Oberfläche des Hybrid-Silicas beide derivatisiert.

In einer spezifischen Ausführungsform werden die Silanolgruppen mit Verbindungen der Formel Z_a(R')_bSi-R Oberflächen-modifiziert, worin Z ein Cl-, Br-, I-Atom, eine C₁-C₅-Alkoxy-, Dialkylamino- oder Trifluormethansulfonatgruppe ist, a und b jeweils ganze Zahlen von 0 bis 3 sind, mit der Maßgabe, dass a + b = 3, R' eine C₁-C₆-geradkettige, cyclische oder verzweigte Alkylgruppe ist und R eine funktionalisierende Gruppe ist. R' kann beispielsweise eine Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Isopropyl-, Butyl-, t-Butyl-, sec-Butyl-, Pentyl-, Isopentyl-, Hexyl- oder Cyclohexylgruppe sein und vorzugsweise ist R' eine Methylgruppe. In weiteren Ausführungsformen können die organischen Gruppen in ähnlicher Weise funktionalisiert werden.

In einer Ausführungsform setzen sich die organischen Gruppen der Hybridmaterialien um, um eine organische kovalente Bindung mit einem Oberflächen-Modifizierungsmittel auszubilden. Die Modifizierungsmittel können auch eine organische kovalente Bindung zu der organischen Gruppe des Materials über eine Reihe von Mechanismen bilden, die in der organischen Chemie und Polymerchemie bekannt sind, einschließlich in nicht begrenzender Weise nukleophile, elektrophile Reaktionen, Cycloadditions-, Radikal-, Carben-, Nitren- und Carbokationenreaktionen.

In einer Ausführungsform kann das Oberflächen-Modifizierungsmittel ein Organotrihalogensilan wie Octyltrichlorsilan oder Octadecyltrichlorsilan sein. In einer weiteren Ausführungsform kann das Oberflächen-Modifizierungsmittel ein Halogenpolyorganosilan wie Octyldimethylchlorsilan oder Octadecyldimethylchlorsilan sein. In bestimmten anderen Ausführungsformen ist das Oberflächen-Modifizierungsmittel Octadecyldimethyl-N,N-dimethylaminosilan.

In einer weiteren Ausführungsform kann die Oberfläche des Hybrid-Silicamaterials auch durch Beschichten mit einem Polymer an der Oberfläche modifiziert werden. Polymerbeschichtungen sind in der Literatur bekannt und können im Allgemeinen durch Polymerisation oder Polykondensation von physikalisch absorbierten Monomeren auf die Oberfläche ohne chemische Bindung der Polymerschicht an den Träger (Typ I), Polymerisation oder Polykondensation von physikalisch absorbierten Monomeren auf die Oberfläche unter chemischer Bindung der Polymerschicht auf den Träger (Typ II), Immobilisierung von physikalisch absorbierten Präpolymeren auf den Träger (Typ III) und Chemisorption von vorsynthetisierten Polymeren auf die Oberfläche des Trägers (Typ IV) bereitgestellt werden ⁽¹¹⁾. Wie vorstehend beschrieben kann eine Beschichtung des Hybridmaterials mit einem Polymer in Verbindung mit verschiedenen Oberflächenmodifikationen, die erfindungsgemäß beschrieben sind, verwendet werden.

Darüber hinaus kann die Oberfläche der erfindungsgemäßen Materialien restliche organische Gruppen enthalten, die durch Umsetzen mit einem Reagenz, das gegenüber der organischen Gruppe reaktiv ist, derivatisiert werden können. Zum Beispiel können Vinylgruppen wie nicht umgesetzte Methacrylatgruppen auf dem Partikel mit einer Vielzahl von reaktiven Olefinreagenzien wie Brom (Br₂), Wasserstoff (H₂), Radikalen, propagierenden Polymer-Radikalzentren, Dienen und dergleichen umgesetzt werden. In einem weiteren Beispiel können Hydroxylgruppen auf dem Material mit einer Vielzahl von reaktiven Alkoholreagenzien wie Isocyanaten, Carbonsäuren, Carbonsäurechloriden und reaktiven Organosilanen wie nachstehend beschrieben umgesetzt werden. Reaktionen dieser Art sind in der Literatur bekannt; vgl. z.B. March, J "Advanced Organic Chemistry", 3. Auflage, Wiley, New York, 1985; Odian, G. "The Principles of Polymerization", 2. Auflage, Wiley, New York, 1981, deren Beschreibungen hier durch eine Bezugnahme eingeschlossen sind. Darüber hinaus kann eine Regulierung des Ausmaßes der (Methacrylat-) Polymerisationsreaktion verwendet werden, um mehr oder weniger organische Gruppen für eine Derivatisie rung mit Reagenzien zuzuführen, die gegenüber den organischen Funktionalitäten reaktiv sind.

Zusätzlich kann die Oberfläche der erfindungsgemäßen Materialien Silanolgruppen enthalten, die durch Umsetzen mit einem reaktiven Organosilan derivatisiert werden können. Die Derivatisierung der Oberfläche des Hybridmaterials kann gemäß Standardverfahren erfolgen, z.B. durch Umsetzen mit Octadecyltrichlorsilan oder Octadecyldimethylchlorsilan in einem organischen Lösungsmittel bei erhöhter Temperatur. Ein organisches Lösungsmittel wie Toluol oder Methylenchlorid wird typischerweise für diese Reaktion verwendet. Eine organische Base wie Pyridin oder Imidazol wird zu dem Reaktionsgemisch hinzugefügt, um die Reaktion zu katalysieren. Das Produkt dieser Reaktion wird sodann mit einem oder mehreren Lösungsmitteln wie Methanol, Wasser, Toluol, Methylenchlorid und/oder Aceton gewaschen und kann manchmal ferner bei etwa 80°C bis 100°C unter vermindertem Druck für etwa 16 Stunden getrocknet werden. Das sich ergebende Hybridmaterial kann ferner mit einem kurzkettigen Silan wie Trimethylchlorsilan umgesetzt werden, um jegliche verbleibende Silanolgruppen am Ende mit einer Kappe zu versehen, wobei ein zu dem vorstehenden Verfahren ähnliches Verfahren verwendet wird.

C. Hydrothermalbehandlung

Weiterhin können die erfindungsgemäßen Materialien wie die erfindungsgemäßen Monolithmaterialien einer Hydrothermalbehandlung unterzogen werden, um die Porenstruktur des Materials beispielsweise durch weitere Kondensation des während der PSG-Reaktion gebildeten Siloxan-Polymer-Netzwerks und Lösen und erneute Anordnung von Kieselsäuresilicaten von und zu der Oberfläche der Porenstruktur zu verbessern. Insbesondere wäre diese Behandlung anwendbar, nachdem die Polymerisation einen festen Zustand erreicht hat. In einer Ausführungsform erfolgt die Hydrothermalbehandlung in einer basischen Lösung bei einer erhöhten oder hohen Temperatur wie 120°C (d.h. die Hydrothermalbehandlung erfolgt in der Kapillare). Der pH-Bereich der Hydrothermalbehandlung beträgt etwa 6 bis 12 wie etwa 8 bis 11, beispielsweise etwa 9 bis 10. Das Monolithmaterial wird sodann mit Wasser gespült, gefolgt von einem Lösungsmittelaustausch, beispielsweise mit Methanol, Ethanol, Acetonitril oder Tetrahydrofuran, gefolgt von einem Trocknen bei Raumtemperatur wie etwa 20 bis 25°C. Das Material wird sodann bei etwa 25 bis 120°C und vorzugsweise bei etwa 70°C unter vermindertem Druck über Nacht getrocknet.

In einer Ausführungsform erfolgt die Kondensation durch Katalyse einer Base wie Ammoniak. In bestimmten Ausführungsformen wird das Ammoniak durch die Zersetzung von Harnstoff oder einem geeigneten organischen Amid bei hoher Temperatur erzeugt.

Die Oberfläche des hydrothermal behandelten Hybridmaterials kann in einer Weise modifiziert werden, die ähnlich zu derjenigen des Hybridmaterials ist, das nicht durch Hydrothermalbehandlung modifiziert ist, wie vorstehend beschrieben. Zum Beispiel können in einem darauffolgenden Schritt die organischen Gruppen an der Oberfläche des Hybridmaterials gegebenenfalls durch Bildung einer kovalenten Bindung zwischen der organischen und/oder Silanolgruppe des Monolithmaterials und dem modifizierenden Reagenz modifiziert werden und gegebenenfalls kann mit einem Polymer, wie ebenfalls vorstehend beschrieben, beschichtet werden.

II. Herstellungsverfahren

In einem verwandten Aspekt wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung eines anorganischen/organischen Hybridmaterials bereitgestellt, das einen polymerisierten Gerüst-Nanoverbundstoff (PSN) umfasst, umfassend die Schritte eines

a) Ausbildens eines Sol-Gels durch die Umsetzung von zwei oder mehreren Monomeren,
b) Startens einer Polymerisationsreaktion und
c) Ermöglichens der Monomere, sich über eine Polymerisation-Sol-Gel (PSG)-Reaktion umzusetzen, wodurch der anorganische/organische Hybrid-Monolith hergestellt wird, wobei der Monolith eine Gerüstfunktionalität enthält, die fähig ist, mit einer Oberfläche eines zweiten Materials chemisch wechselzuwirken.

In bestimmten Ausführungsformen umfassen die Verfahren ferner den Schritt eines (d) Modifizierens der Porenstruktur des Materials. Wie vorstehend beschrieben kann das sich ergebende PSN-Material sodann in das zweite Material wie ein sekundäres Einschlussgefäß überführt werden, wobei chemische Wechselwirkungen wie eine chemische Bindung, z.B. eine kovalente Bindung, durch eine weitere chemische Bearbeitung wie Zugabe eines Vernetzungsmittels, Fotoinitiierung einer Radikal- Polymerisationsreaktion oder Zugabe eines Hydrosilylierungskatalysators für eine Hydrosilylierungsreaktion auftreten.

Alternativ wird erfindungsgemäß ein Verfahren für eine in situ-Herstellung eines anorganischen/organischen Hybrid-Monolithen in einer chromatographischen Säule wie einer Kapillarsäule, z.B. einer Quarzglas-Kapillarsäule, bereitgestellt. Das Verfahren umfasst:
Ausbilden einer Ankerfunktionalität auf einer inneren Oberfläche der chromatographischen Säule und
Ausbilden im Inneren der chromatographischen Säule eines anorganischen/organischen Hybrid-Monolithen, der einen polymerisierten Gerüst-Nanoverbundstoff (PSN) umfasst, wobei der Nanoverbundstoff eine Gerüstfunktionalität enthält, die fähig ist, mit der Ankerfunktionalität auf der Oberfläche chemisch wechselzuwirken, und der Monolith gebildet wird durch:

a) Ausbilden eines Sol-Gels durch die Umsetzung von zwei oder mehreren Monomeren,
b) Starten einer Polymerisationsreaktion und
c) Ermöglichen der Monomere, sich über eine Polymerisation-Sol-Gel (PSG)-Reaktion umzusetzen, wobei die Gerüstfunktionalität und die Ankerfunktionalität chemisch wechselwirken, um dadurch den Monolithen an die Oberfläche zu verankern, so dass ein anorganischer/organischer Hybrid-Monolith in situ in der chromatographischen Säule hergestellt wird.

In bestimmten Ausführungsformen beinhaltet das in situ-Verfahren eine Ausbildung einer kovalenten Bindung zwischen dem PSN-Material und der Oberfläche der chromatographischen Säule, d.h. einen Verbrauch einer Vielzahl von Gerüstfunktionalitäten bei einer Bildung von kovalenten Bindungen zu dem zweiten Material.

Gemäß diesen erfindungsgemäßen Aspekten werden die Hybridmaterialien unter Verwendung einer Polymerisation-Sol-Gel (PSG)-Reaktion hergestellt. Insbesondere werden die Hybridmaterialien unter Verwendung von gleichzeitigen Polymerisationsreaktionen und Sol-Gel-Reaktionen hergestellt, wobei die organischen und an organischen Nanophasen sich durch Ausbilden von chemischen Bindungen über eine Wechselwirkung mit einem Hybrid-Monomer verbinden, z.B. durch Kondensation der anorganischen Phase, beispielsweise des Hybrid-Monomers zu einem anorganischen Monomer, und Polymerisation der organischen Phase wie Radikalpolymerisation, so dass sich ein Hybridmaterial bildet. In einer spezifischen Ausführungsform werden die Materialien aus einem Gemisch eines Tetraalkoxysilans wie Tetramethoxysilan und einem polymerisierbaren Organosilan wie (3-Methacryloxypropyl)trimethoxysilan hergestellt, wobei das Organosilan minimal wasserlöslich ist, z.B. ausreichend, um einen polymerisierten Gerüst-Nanoverbundstoff herzustellen (d.h. die polymerisierbare Gruppe wird eine Wirkung auf diese Löslichkeit aufweisen).

In einer beispielhaften Ausführungsform beginnt die PSG-Reaktion mit einer Hydrolyse wie einer Säure-katalysierten Hydrolyse, beispielsweise durch Essigsäure, und einer langsamen Kondensation eines Hybrid-Monomers und eines anorganischen Monomers wie eines Gemisches aus Tetramethoxysilan und einem polymerisierbaren Organosilan wie (3-Methacryloxypropyl)trimethoxysilan und schreitet bei niedriger Temperatur (beispielsweise einer Temperatur von etwa 0°C bis etwa Raumtemperatur, z.B. etwa 20 bis 25°C) und niedrigem pH-Wert (beispielsweise etwa 2-3) voran, wobei ein Gemisch an Oligomeren mit geringem Molekulargewicht gebildet wird. In einem darauffolgenden Schritt wird eine Polymerisationsreaktion gestartet, beispielsweise radikalisch gestartet. In bestimmten Ausführungsformen findet der Radikalstart bei einer erhöhten Temperatur (beispielsweise über Raumtemperatur, z.B. etwa 60-65°C) statt. Die gebildeten Oligomere werden sodann gleichzeitig polymerisiert, z.B. durch Radikalkettenpolymerisation, und weiter kondensiert, um ein polymerisiertes Sol-Gel auszubilden (in 1 gezeigt). Darüber hinaus kann sich die polymerisierbare Gruppe (in 1A sowohl in chemischer Struktur als auch schematischer Form gezeigt) mit weiteren polymerisierbaren Gruppen umsetzen oder in einer Reaktion mit der Oberfläche eines zweiten Materials, z.B. einer Ankerfunktionalität auf der inneren Oberfläche einer chromatographischen Säule, abbrechen. Ein vereinfachtes Beispiel des Produkts der Polymerisation-Sol-Gel-Reaktion ist in einem Querschnittsblock eines inneren Anteils des PSN-Materials in den 1C und 1D gezeigt, d.h. die Polymerisation zu dem zweiten Material ist nicht gezeigt. Jedoch sollen die Darstellungen in 1 den Umfang der Erfindung nicht begrenzen.

Die PSG-Reaktion erfolgt bei einer Temperatur, die ausreichend ist, um gleichzeitige Polymerisations- und Sol-Gel-Reaktionen zu erreichen, beispielsweise bei 65°C, und sie erfolgt für eine Zeitspanne, die ausreichend ist, um das anorganische/organische Hybridmaterial wie das PSN-Material herzustellen. In bestimmten Ausführungsformen wird die Polymerisation mit einem Radikalstarter eingeleitet wie einem Radikalstarter, der minimal wasserlöslich ist, z.B. 2,2'-Azobis(isobutyronitril), 2,2'-Azobis(2-methylpropionamidin)dihydrochlorid, 4,4'-Azobis(4-cyanvalerinsäure), Kaliumpersulfat oder Peressigsäure. In bestimmten erfindungsgemäßen Ausführungsformen findet die Sol-Gel-Reaktion in Gegenwart von Harnstoff statt.

III. Vorrichtungen

Die erfindungsgemäßen porösen anorganischen/organischen Hybridmaterialien weisen eine große Vielzahl von Endverwendungen in den Auftrennungswissenschaften auf, z.B. als Materialien für chromatographische Säulen, Dünnschicht-chromatographische (DSC-) Platten, Filtrationsmembranen, Mikrotiterplatten, Abfangträger, Träger für die organische Festphasen-Synthese, Kapillar-LC-Säulen, Radialkompressionssäulen, Fallensäulen, Mikrofluiditätsvorrichtungen, Mikrochips, Sensoren, elektronische Schaltungen, miniaturisierte Festphasenextraktions (SPE)-Vorrichtungen und Säulen-gekoppelte Fritten und dergleichen, die eine stationäre Phase aufweisen, die erfindungsgemäße poröse anorganische/organische Hybridmaterialien wie erfindungsgemäße Monolithmaterialien beinhaltet. Die stationäre Phase kann in die Vorrichtung durch Beschichten, Imprägnieren, Auskleiden, Umkleiden oder andere bekannte Techniken, die mit den erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren konsistent sind, usw., abhängig von den Erfordernissen der spezifischen Vorrichtung eingebracht werden.

Somit wird erfindungsgemäß in einem weiteren Aspekt eine Trennvorrichtung bereitgestellt, umfassend

a) eine Oberfläche, die zur Aufnahme eines Monolithmaterials fähig ist, das ein polymerisiertes Gerüst-Nanoverbundstoff (PSN)-Material umfasst, wobei die Oberfläche eine Ankerfunktionalität umfasst, und
b) einen anorganischen/organischen Hybrid-Monolithen, der einen polymerisierten Gerüst-Nanoverbundstoff (PSN) umfasst, wobei der Nanoverbundstoff eine Gerüstfunktionalität enthält, die fähig ist, mit der Ankerfunktionalität auf der Oberfläche chemisch wechselzuwirken, und wobei der organische/anorganische Hybrid-Monolith an die Oberfläche durch chemische Wechselwirkung zwischen der Gerüstfunktionalität und der Ankerfunktionalität verankert ist.

In bestimmten Ausführungsformen beinhalten die erfindungsgemäßen Vorrichtungen chromatographische Säulen, wie eine mit Glas ausgekleidete Stahlsäule, eine Kapillarsäule, Dünnschichtplatten, Filtrationsmembranen, Probenaufreinigungsvorrichtungen und Mikrotiterplatten.

In bestimmten Ausführungsformen ist die Trennvorrichtung eine fusionierte anorganische Kapillarsäule, worin der anorganische Anteil in nicht begrenzender Weise aus Silica, Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Titanoxid, Keramikmaterialien, Zinnoxid und Kombinationen davon ausgewählt sein kann.

In einer spezifischen vorteilhaften Ausführungsform wird erfindungsgemäß eine chromatographische Säule wie eine Kapillarsäule, z.B. eine Quarzglas-Kapillarsäule, bereitgestellt, umfassend

a) eine chromatographische Säule mit einer zylindrischen inneren Oberfläche, die fähig ist, einen Monolithen aufzunehmen, der ein polymerisiertes Gerüst-Nanoverbundstoff (PSN)-Material umfasst, wobei die innere Oberfläche eine Ankerfunktionalität umfasst, und
b) einen anorganischen/organischen Hybrid-Monolithen, der einen polymerisierten Gerüst-Nanoverbundstoff (PSN) umfasst, wobei der Nanoverbundstoff eine Gerüstfunktionalität enthält, die fähig ist, mit der Ankerfunktionalität auf der Oberfläche chemisch wechselzuwirken, und wobei der organische/anorganische Hybrid-Monolith an die Oberfläche durch eine chemische Wechselwirkung zwischen der Gerüstfunktionalität und der Ankerfunktionalität verankert ist.

In bestimmten Ausführungsformen ist die Vorrichtung eine chromatographische Säule wie eine Kapillarsäule, z.B. eine Quarzglas-Kapillarsäule, wobei die innere Oberfläche der Kapillarsäule mit einer polymerisierbaren Ankerfunktionalität derivatisiert ist. In bestimmten erfindungsgemäßen Ausführungsformen weist die Kapillarsäule einen inneren Durchmesser (I.D.) von mehr als etwa 50 µm, z.B. mehr als etwa 100 µm, z.B. mehr als etwa 150 µm, z.B. mehr als etwa 200 µm, z.B. mehr als etwa 250 µm, z.B. mehr als etwa 500 µm, z.B. mehr als etwa 1,0 mm, z.B. mehr als etwa 2 mm, z.B. mehr als etwa 3 mm auf. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die chromatographische Vorrichtung eine chromatographische Säule, wie sie herkömmlich in der HPLC verwendet wird.

Die Erfindung kann weiter durch die nachstehenden, nicht begrenzenden Beispiele veranschaulicht werden, die die Herstellung von porösen anorganischen/organischen Hybrid-Monolithmaterialien und ihre Verwendung beschreiben.
Materialen
Alle Reagenzien wurden wie erhalten verwendet, wenn nicht anders angegeben. Der Fachmann wird erkennen, dass Äquivalente der nachstehend aufgeführten bezogenen Materialien und Bezugsquellen vorhanden sind und somit sind die nachstehend aufgeführten Bezugsquellen nicht begrenzend zu verstehen.
Gelest Inc., Morrisville, PA: (3-Methacryloxypropyl)trimethoxysilan (MAPTMOS), Tetramethoxysilan (TMOS) und Octadecyldimethyl(dimethylamino)silan; BASF Corp., Mount Olive, NJ: Pluronic^® F38; Sigma-Aldrich Chemical Co., Milwaukee, WI: Thioharnstoff, Acenaphthen, Naphthalen, Natriumhydroxid; DuPont, Wilmington, DE, Vazo^® 64 und Vazo^® 44; J.T. Baker, Philipsburgh, NJ: Harnstoff, Methylenchlorid, Methanol, Acetonitril, Aceton, Toluol, Pyridin, Chlorwasserstoffsäure und Eisessig. Alle Lösungsmittel waren von HPLC-Güte. Wasser wurde direkt von einer Millipore Milli-Q-Anlage (Millipore Corp., Bedford, MA) verwendet. Quarzglas-Kapillarsäulen (Cat # FS-115, 150 µm I.D., Cat # FS-150, 50 µm I.D. oder Äquivalente) und alle Endstücke und Verbindungen (Cat # P-760) stammten von Upchurch Scientific (Oak Harbor, WA) und von Polymicro Technologies, Phoenix, AZ (Cat # TSP 530660, 520 µm I.D. oder Äquivalente). Kompressionsschrauben waren von Waters Corp. (Milford, MA).
BEISPIEL 1
Eine Harvard-Apparatus Model "33"-duale Spritzenpumpe (Harvard Apparatus Inc., Hollistion, MA oder Äquivalent) und eine 10 ml-Pharmaseal^®-Spritze (American Pharmaseals Laboratory, Glendale, CA oder Äquivalent) wurden in allen Kapillarbefüllungs- und Spülschritten verwendet.
Eine Quarzglas-Kapillarsäule (ca. 2 m lang) wurde durch die nachfolgenden fünf Schritte behandelt: (1) die Säule wurde mit 1N NaOH bei einer Flussrate von 50 μl/Min. für mindestens 5 Minuten gespült, mit Hilfe von Kompressionsstücken verschlossen und 17 Stunden auf 90°C erhitzt; (2) die Säule wurde mit einer 1N HCl-Wasserlösung bei einer Flussrate von 50 μl/Min. mindestens 5 Minuten gespült; (3) die Säule wurde mit Wasser, Aceton und sodann Toluol bei einer Flussrate von 50 μl/Min. für jeweils 10 Minuten gespült (Gesamtvolumen ~ 500 μl, > 10-faches Säulenvolumen); (4) die Säule wurde mit einem Gemisch aus 0,5 ml (3-Methacryloxypropyl)trimethoxysilan/0,5 ml Pyridin/10 ml Toluol bei einer Flussrate von 50 μl/Min. 5 Minuten befüllt, an beiden Enden der Säule verschlossen und die Säule wurde sodann in einem 90°C-Ofen 21 Stunden erhitzt und (5) die Säule wurde mit Toluol, Aceton und Wasser jeweils 10 Minuten bei einer Flussrate von 50 μl/Min. gewaschen.
Nach einer Oberflächen-Derivatisierung wurden Abschnitte der 2 m-Kapillare abgeschnitten, um mehrere, kürzere Kapillar-Monolithe herzustellen, die in weiteren Experimenten verwendet werden konnten.
BEISPIEL 2
Pluronic^® F38 (Beispiel 2a – 0,622 g, Beispiel 2b – 0,596 g) und Harnstoff (Beispiel 2a – 0,517 g, Beispiel 2b – 0,515 g) wurden zu 5 ml einer 15 mM Essigsäurelösung bei Raumtemperatur in einem Glasgefäß gegeben. Die Lösungen wurden durch Stickstoffgas-Spülung für mindestens zwei Minuten desoxigeniert, bevor Vazo^® 64 (1-2 mg) zugegeben wurde und sodann wurde die Lösung auf 0°C abgekühlt. In einem getrennten Glasgefäß wurde ein 2 ml-Silangemisch (4/1 TMOS:MAPTMOS v/v) hergestellt und sodann auf 0°C abgekühlt. Sodann wurde das Silangemisch langsam zu der Essigsäurelösung gegeben. Die vereinten Lösungen wurden bei 0°C eine Stunde gerührt und sodann bei Raumtemperatur (Rt) 1,75 Stunden gerührt.
Die sich ergebenden Lösungen wurden in zwei getrennte 50 µm (I.D.) × 40 mm (L)-Kapillarsäulen gegeben, die wie in Beispiel 1 Oberflächen-behandelt wurden, mit der Ausnahme, dass Schritt (1) 2 Stunden lang erfolgte. Die Säulen wurden sodann an beiden Enden mit zwei Kompressionsschrauben verschlossen und bei 45°C in einem Ofen 18,5 Stunden erhitzt.
Die Monolith-Morphologie der Querschnitte einer jeden Säule wurde durch Scanning-Elektronenmikroskopie (SEM) (JEOL, Peabody, MA oder Äquivalent) untersucht und zeigte die Bildung von Monolithmaterialien mit einem Hauptanteil an Makroporen mit Durchmessern von mehr als 0,5 µm und das Fehlen eines Schrumpfens zurück von der Kapillarwand.
BEISPIEL 3
Wie in Beispiel 2 beschrieben wurden Pluronic^® F38 und Harnstoff zu 5 ml einer Essigsäurelösung bei Raumtemperatur gegeben. Die Lösungen wurden durch Stickstoffgas-Spülung für mindestens 2 Minuten desoxigeniert, bevor Vazo^® 64 zugegeben wurde. Die gerührten Lösungen wurden auf 0°C für eine spezifische Zeitspanne abgekühlt und 2 ml eines Silangemisches (4/1 TMOS:MAPTMOS v/v) bei 0°C wurden langsam zu der Essigsäurelösung hinzugegeben. Die vereinten Lösungen wurden bei 0°C für eine vorgeschriebene Zeitspanne gerührt und sodann bei Rt für eine zusätzliche Zeitspanne gerührt.
Die sich ergebenden Lösungen wurden in getrennte 150 µm (I.D.) × 40 mm (L)-Kapillarsäulen gegeben, die wie in Beispiel 1 beschrieben Oberflächen-behandelt worden waren. Die Säulen wurden sodann an beiden Enden mit zwei Kompressionsschrauben verschlossen und bei 65°C für eine vorgeschriebene Zeitspanne und sodann bei einer erhöhten Temperatur (Beispiel 3a,b 120°C; Beispiel 3c-j 105°C; Beispiel 3k-o 110°C; Beispiel 3p-t 125°C) für eine zusätzliche Zeitspanne erhitzt.
Die Monolith-Morphologie der Querschnitte einer jeden Säule wurde durch SEM wie in Beispiel 2 beschrieben untersucht. Abhängig von den Reaktionsbedingungen wurden dichte Monolithmaterialien (ein Hauptteil an Makroporen mit Durchmessern von weniger als 0,5 µm) bis nicht dichte Monolithmaterialien (ein Hauptteil an Makroporen mit Durchmessern von mehr als 0,5 µm) festgestellt und ein unterschiedliches Ausmaß an Wandadhäsion wurde erreicht. Spezifische Mengen an Reagenzien, die für eine Herstellung dieser Produkte verwendet wurden, und Kennzeichnungsdaten sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Die Beispiele 3k und 3t wurden zu Längen von 20 cm abgeschnitten und das Tensid wurde aus der Monolith-Struktur durch ausgedehntes Spülen mit Methanol unter Verwendung einer Eldex MicroPro-Spritzenpumpe (Eldex, Napa, CA oder Äquivalent) entfernt. Die Säule wurde mit Methanol 5 Tage bei einer Flussrate von 1,0 μl/Min. gespült und an diesem Zeitpunkt konnte kein Tensid in der mobilen Phase bei Messung durch FTIR-Spektroskopie (Polaris, ThermoMattson, Madison, WI oder Äquivalent) festgestellt werden.
Oberflächen-Modifikation:
Nach einer chromatographischen Bewertung wie in Beispiel 9 beschrieben (vgl. Tabelle 4) wurde Beispiel 3t mit Methylenchlorid bei 1,0 μl/Min. 16 Stunden gespült und sodann mit einer Lösung aus Octadecyldimethyl(dimethylamino)silan in Methylenchlorid (1/4 v/v) bei 1 μl/Min. 3 Stunden gespült. Nach Oberflächen-Modifikation wurde die Säule mit Methylenchlorid bei einer Flussrate von 1 μl/Min. 16 Stunden gespült, das sodann gegen Acetonitril durch Spülen mit mehr als 3 Säulenvolumina ausgetauscht wurde. Der sich ergebende Oberflächen-modifizierte Monolith ist als Beispiel 3u identifiziert, das wiederum, wie in Beispiel 9 beschrieben, bewertet wurde (vgl. Tabelle 4).
BEISPIEL 4
Wie in Beispiel 2 beschrieben wurden Pluronic^® F38 und Harnstoff zu 5 ml einer Essigsäurelösung bei Raumtemperatur gegeben. Die Lösungen wurden durch Spülung mit N₂ für mindestens zwei Minuten desoxigeniert, bevor Vazo^® 64 zugegeben wurde. Die gerührten Lösungen wurden auf 0°C für eine spezifische Zeitspanne abgekühlt und 2 ml eines Silangemisches (4/1 TMOS:MAPTMOS v/v) bei 0°C wurden langsam zu der Essigsäurelösung gegeben. Die vereinigten Lösungen wurden bei Rt für eine vorgeschriebene Zeitspanne gerührt.
Die sich ergebenden Lösungen wurden in getrennte 150 µm (I.D.) × 40 mm (L)-Kapillarsäulen gegeben, die wie in Beispiel 1 beschrieben Oberflächen-behandelt waren. Die Säulen wurden sodann an beiden Enden mit zwei Kompressionsschrauben verschlossen und für eine vorgeschriebene Zeitspanne auf 65°C erhitzt und sodann bei einer erhöhten Temperatur (4a-e 120°C; 4f-n 110°C) für eine weitere Zeitspanne erhitzt.
Die Monolith-Morphologie in einem Querschnitt der Säule wurde durch SEM, wie in Beispiel 2 beschrieben, untersucht. Abhängig von den Reaktionsbedingungen wurden dichte Monolithmaterialien (eine Hauptmenge an Makroporen mit Durchmessern von weniger als 0,5 µm) bis nicht dichte Monolithmaterialien (eine Hauptmenge an Makroporen mit Durchmessern von mehr als 0,5 µm) festgestellt und verschiedene Grade an Wandadhäsion wurden erreicht. Spezifische Mengen an Reagenzien, die für eine Herstellung dieser Produkte verwendet wurden, und Kennzeichnungsdaten sind in Tabelle 2 aufgeführt.
TABELLE 1
TABELLE 2
TABELLE 3
BEISPIEL 5
Pluronic^® F38 (0,424 g) und 0,503 g Harnstoff wurden zu 5 ml einer 15 mM Essigsäurelösung bei Raumtemperatur in einem Glasgefäß gegeben. Die Lösungen wurden durch Spülen mit Stickstoffgas für mindestens 2 Minuten desoxigeniert, bevor 3 mg Vazo^® 64 zugegeben wurde. Sodann wurde die Lösung auf 0°C abgekühlt. In einem getrennten Glasgefäß wurden 2 ml Silangemisch (4/1 TMOS:MAPTMOS v/v) hergestellt und sodann auf 0°C abgekühlt. Sodann wurde das Silangemisch langsam zu der Essigsäurelösung gegeben. Die vereinigten Lösungen wurden bei 0°C eine Stunde gerührt und sodann bei Raumtemperatur (Rt) 1,75 Stunden gerührt.
Die sich ergebende Lösung wurde in eine Quarzglas-Kapillare mit einer Länge von 40 cm (Beispiele 5a-b) oder 120 cm (Beispiele 5c-d) und einem inneren Durchmesser von 150 µm (Beispiele 5a-c) oder 520 µm (Beispiel 5d), die wie in Beispiel 1 beschrieben vorbehandelt wurde, bei einer Flussrate von 50 μl/Min. für 5-7 Minuten gegeben.
Die Säule wurde sodann an beiden Enden unter Verwendung von Kompressionsschrauben (Beispiele 5a-b) oder Upchurch P760-Kompressionsstücken und einer einzigen Upchurch P760-Verbindung (Beispiele 5c-d) verschlossen. Die verschlossene Säule wurde zwei Stunden bei Raumtemperatur gehalten, nachdem die gemischten Silane zu dem Essigsäuregemisch gegeben worden waren. Die Säule wurde sodann in einem 65°C-Ofen 2 Stunden erhitzt und in einen 125°C-Ofen überführt und über Nacht gehalten (20 Stunden).
Die Säule wurde sodann langsam auf Raumtemperatur abgekühlt. Das Tensid wurde aus der Struktur durch ausgedehntes Spülen mit Methanol unter Verwendung einer Eldex-MicroPro-Spritzenpumpe (Eldex, Napa, CA) entfernt. Die Säule wurde mit Methanol 6 Stunden bei einer Flussrate von 0,5 μl/Min. und sodann 20 Stunden bei einer Flussrate von 1 μl/Min. gespült.
Die Monolith-Morphologie in dem Querschnitt der Säule wurde durch SEM, wie in Beispiel 2 beschrieben, untersucht. Nicht dichte Monolithmaterialien (eine Hauptmenge an Makroporen mit Durchmessern von mehr als 0,5 µm) wurden festgestellt und Wandadhäsion wurde erreicht.
BEISPIEL 6
Die Monolith-Oberflächen der Säulen aus den Beispielen 5a-d wurden unter Verwendung des nachstehenden Verfahrens Oberflächen-modifiziert, was Oberflächen-modifizierte Monolithe ergab, die analog als Beispiele 6a-d definiert sind.
Eine 0,32 M Lösung an Octadecyldimethyl(dimethylamino)silan wurde in Toluol oder Tetrahydrofuran hergestellt. Die Säule wurde mit dieser Lösung unter Verwendung einer Eldex MicroPro-Spritzenpumpe bei einer Flussrate von 1 μl/Min. mit mehreren Säulenvolumina gespült und sodann von 25°C auf 50-55°C erhitzt und bei 50-55°C 19 Stunden gehalten. Die Säule wurde unter Verwendung eines Hot Pocket-Säulenheizers (Thermo Hypersil-Keystone, Bellefonte, PA oder Äquivalent) aufgeheizt. Nach Abkühlen wurde Methanol durch die Säule bei einer Flussrate von 1 μl/Min. mindestens 5 Stunden bei 35°C gespült.
BEISPIEL 7
Eine Borsilicatglas-ausgekleidete Stahlsäule mit einem inneren Durchmesser von 1,0 mm und einer Länge von 150 mm (SGE Inc., Austin, TX oder Äquivalent) wurde wie in Beispiel 1 beschrieben Oberflächen-behandelt, mit der Ausnahme, dass 6 ml-Mengen an Lösungsmittel in Schritt (5) verwendet wurden. Pluronic^® F38 (1,272 g) und Harnstoff (1,506 g) wurden in ein Glasgefäß eingewogen und in 15,0 ml einer 32 mM-Essigsäurelösung gelöst. Das Gemisch wurde durch Spülen mit Stickstoffgas 5 Minuten desoxigeniert, bevor 9 mg Vazo^® 64 zugegeben wurden. Das Gemisch wurde 5 Minuten bei Raumtemperatur gerührt und sodann 23 Minuten auf 0°C abgekühlt.
Sodann wurden 6 ml Silangemisch (4/1 TMOS:MAPTMOS v/v) langsam in das vorstehend beschriebene Gemisch bei 0°C gegeben. Nach Zugabe von Silan wurde das Gemisch bei 0°C 1,5 Stunden gerührt. Das sich ergebende Gemisch wurde in die mit Glas ausgekleidete Stahlsäule gegeben. Die Säule wurde sodann an beiden Enden unter Verwendung von zwei Waters-Edelstahl-Kompressionsstopfen verschlossen. Die verschlossene Säule wurde 2 Stunden bei Raumtemperatur gehalten, nachdem die gemischten Silane zu dem Essigsäuregemisch gegeben worden waren. Die Säule wurde in einem 65°C-Ofen 2 Stunden erhitzt und sodann in einen 125°C-Ofen überführt und 18 Stunden gehalten. Die Säule wurde sodann langsam auf Raumtemperatur abgekühlt.
Das Tensid wurde aus der Monolith-Struktur durch ausgedehntes Spülen mit Methanol unter Verwendung einer HPLC-Pumpe (Modell 515, Waters Corp. oder Äquivalent) entfernt. Nach einem Spülen mit Methanol wurden die Endstücke und Fritten der Säule entfernt. Eine Untersuchung der Monolith-Struktur ergab kein Anzeichen für ein Schrumpfen des Monolithen, wie durch ein optisches Mikroskop festgestellt (Modell C-P-S, Nikon, Tokio, Japan oder Äquivalent).
BEISPIEL 8
Lösungen aus Tensid, Harnstoff und Silan in Essigsäure wurden wie in Beispiel 4 beschrieben hergestellt, mit der Ausnahme, dass Vazo^® 64 durch Vazo^® 44 ersetzt wurde. Die sich ergebenden Lösungen wurden in getrennte 150 µm I.D. × 40 mm L-Kapillarsäulen gegeben, die wie in Beispiel 1 beschrieben Oberflächen-behandelt waren. Die Säulen wurden verschlossen, erhitzt und wie in Beispiel 4 beschrieben untersucht, wobei die erhöhte Temperatur 110°C betrug. Die spezifischen Mengen an Reagenzien, die für eine Herstellung dieser Produkte verwendet wurden, und die sich ergebenden Kennzeichnungsdaten sind in Tabelle 3 aufgeführt.
BEISPIEL 9
Druckdaten bezüglich Monolithsäulen wurden mit Hilfe von nicht Oberflächenbehandelten und Oberflächen-behandelten Monolithen unter Verwendung des Druckwandlers einer Eldex MicroPro-Spritzenpumpe (Eldex, Napa, CA oder Äquivalent) gesammelt. Ein äquivalenter Partikeldurchmesser (apparente Partikelgröße) wurde basierend auf der Kozeny-Carman-Gleichung erhalten. Eine Zwischenraum-Porosität von 0,4 der Partikel-gepackten Säule, die die gleiche Permeabilität wie das Monolithbett ergeben würde, wurde angenommen. Lösungsmittelviskositäten von Lösungsmittelgemischen wurden basierend auf den Daten von Colin et al. [H. Colin, J.C. Diez-Masa, G. Guiochon, T. Czajkowska, I. Miedziak, J. Chromatogr., 167 (1978) 41-65] erhalten. Lösungsmittelviskositäten von reinen Lösungsmitteln wurden aus dem Handbook of Chemistry and Physics auf CD-Rom (Version 2002, Chefredakteur D.R. Lide, Chapman & Hall/CRC) erhalten.
Ergebnisse der Bestimmung der Äquivalent-Partikelgröße sind in Tabelle 4 zusammengefasst.
TABELLE 4
BEISPIEL 10
Das nachstehende Beispiel zeigt die Porosität der anorganischen/organischen Hybridmaterialien und kennzeichnet ferner die Materialien unter Verwendung chromatographischer Kriterien, d.h. Wirksamkeit und Schweifbildungsfaktor.
Experimentelle Bedingungen:
Die experimentellen Daten wurden unter Verwendung einer Eldex MicroPro-Spritzenpumpe (Eldex, Napa, CA oder Äquivalent), eines Valco-inneren Proben Injektors (Valco Instruments, Co. Inc., Houston, TX oder Äquivalent) und eines Waters 2487-Dual-λ-Absorptionsdetektors, der mit einer 250 nl-Kapillarflusszelle ausgerüstet war (Waters Corp. oder Äquivalent), gesammelt. Eine Datensammlung und Bestimmung von chromatographischen Parametern erfolgte unter Verwendung von Millenium 32-Software (Waters Corp. oder Äquivalent). Acetonitril und Wasser wurden in einem Volumenverhältnis von 40/60 gemischt. Thioharnstoff, Naphthalen und Acenaphthen wurden als Analyten verwendet. Die Pumpe wurde bei volumetrischen Flussraten von 0,25 bis 4,0 μl/Min. betrieben. Thioharnstoff, Naphthalen und Acenaphthen wurden in einem Acetonitril-Wasser 55:45 (v/v)-Gemisch bei 20, 100 bzw. 400 μg/ml gelöst. Das Injektionsvolumen betrug 20 nl. Eine UV-Detektion erfolgte bei 254 nm. Die Experimente wurden bei Umgebungstemperatur (24°C) durchgeführt.
Experimentelles Protokoll:
Die Säulen wurden direkt an den Injektor und an den Einlass einer Kapillarflusszelle angeschlossen, mit der Ausnahme von 3u, die mit Quarzglas-Kapillaren mit einem inneren Durchmesser von 50 µm verbunden wurde. Ergebnisse einer Chromatographiebewertung sind in Tabelle 5 zusammengefasst. Gesamtporosität wurde durch Teilen des Elutionsvolumens an nicht zurückgehaltener Verbindung (Thioharnstoff) durch das Gesamt-Säulenvolumen berechnet.
TABELLE 5
Literaturstellen

1 MacNair J.E., etc. Anal. Chem. 1999, 71, 700
² Svec F., etc. Review J. Chromatography A, 2000, 887, 3-29
³ Nakanishi K., Tanaka N. etc., J. High Resol. Chromatogr. 1998, Band 21, Nr. 8 S. 477-479; Nakanishi K., Tanaka N. etc., J. Chromatography A 2002, 960, 85-96
⁴ Nakanishi K., Tanaka N. etc., J. Chromatography A 2002, 961, 53-63
⁵ Zare R.N. etc., Anal. Chem. 2001, 73, 3921-3926
⁶ Zare R.N. etc. J. Chromatography A, 2002, 961, 45-51.
⁷ Zare R.N. etc. US-Patentanmeldung 2002/0079257
⁸ Nakanishi K. etc. WO 99/50654
⁹ O. Prucker und J. Rühe, Macromolecules 1998, 31, 592-601
¹⁰ O. Prucker und J. Rühe, Macromolecules 1998, 31, 602-613
¹¹ Hanson et al., J. Chromat. A656 (1993) 369-380

Aufnahme durch Bezugnahme
Der gesamte Inhalt aller Patente, veröffentlichter Patentanmeldungen und anderer Referenzen, die hier zitiert sind, ist hierdurch ausdrücklich hier in seiner Gesamtheit durch eine Bezugnahme eingeschlossen.
Äquivalente
Der Fachmann wird zahlreiche Äquivalente für die hier beschriebenen spezifischen Verfahren erkennen oder fähig sein, diese unter Zuhilfenahme von nicht mehr als Routineexperimentieren zu bestimmen. Solche Äquivalente werden als innerhalb des Umfangs der Erfindung liegend betrachtet und sind durch die nachstehenden Patentansprüche abgedeckt. Der Inhalt aller Referenzen, erteilter Patente und veröffentlichten Patentanmeldungen, die in dieser Anmeldung zitiert sind, ist hierdurch durch Bezugnahme eingeschlossen.
Zusammenfassung
Die Erfindung betrifft Materialien für chromatographische Auftrennungen, Verfahren für ihre Herstellung, und Auftrennvorrichtungen mit den chromatographischen Materialien. Insbesondere werden anorganische/organische Hybridmonolithmaterialien beschrieben, die einen polymerisierten Gerüst-Nanoverbundstoff (PSN) umfassen, wobei der Nanoverbundstoff eine Gerüstfunktionalität enthält, die fähig ist, mit einer Oberfläche eines zweiten Materials chemisch wechselzuwirken. Die anorganischen/organischen Hybridmonolithmaterialien weisen eine verbesserte Wandadhäsion und eine erhöhte Beständigkeit gegenüber einem Schrumpfen im Vergleich zu Monolithmaterialien im Stand der Technik auf. Die verbesserte Adhäsion der Monolithe ermöglicht die Herstellung von Kapillarsäulen mit einem inneren Durchmesser (ID) ≥ 50 µm.

Claims

Anorganisches/organisches Hybridmaterial, das einen polymerisierten Gerüst-Nanoverbundstoff (PSN) umfasst, wobei der Nanoverbundstoff eine Gerüstfunktionalität enthält, die fähig ist, mit einer Oberfläche eines zweiten Materials chemisch wechselzuwirken.
Hybridmaterial nach Anspruch 1, wobei das zweite Material ein Einschlussgefäß ist.
Hybridmaterial nach Anspruch 1, wobei die Gerüstfunktionalität ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Vinyl-, Acrylat-, Methacrylat-, Acrylamid-, Methacrylamid-, Styrol-, Divinylbenzol-, Itaconat-, Fumarat-, Alkingruppen und Kombinationen davon.
Hybridmaterial nach Anspruch 1, wobei die Oberfläche des zweiten Materials mit einer Ankerfunktionalität derivatisiert ist.
Hybridmaterial nach Anspruch 4, wobei die Ankerfunktionalität ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Vinyl-, Acrylat-, Methacrylat-, Acrylamid-, Methacrylamid-, Styrol-, Divinylbenzol-, Itaconat-, Fumarat-, Alkingruppen, Azoverbindungen und Kombinationen davon.
Hybridmaterial nach Anspruch 4, wobei die Gerüstfunktionaltät und die Ankerfunktionalität copolymerisierbar sind.
Hybridmaterial nach Anspruch 2, wobei das Einflussgefäß ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus einer Kapillarsäule, einer Glasausgekleideten Stahlsäule, einer Radialkompressionssäule, einer Fallensäule, einer Mikrofluiditätsvorrichtung, einem Mikrochip, einem Sensor, einer elektronischen Schaltung, einer miniaturisierten SPE-Vorrichtung und einer Säulengekoppelten Fritte.
Hybridmaterial nach Anspruch 2, wobei das Einflussgefäß eine Quarzglas-Kapillarsäule ist.
Hybridmaterial nach Anspruch 1, wobei die chemische Wechselwirkung die Bildung einer kovalenten Bindung ist.
Hybridmaterial nach Anspruch 9, wobei die kovalente Bindung durch Polymerisation gebildet wird.
Hybridmaterial nach Anspruch 10, wobei die Polymerisation mit einem Radikalstarter eingeleitet wird.
Hybridmaterial nach Anspruch 11, wobei der Radikalstarter minimal wasserlöslich ist.
Hybridmaterial nach Anspruch 11, wobei der Starter ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus 2,2'-Azobis(isobutyronitril), 2,2'-Azobis(2-methylpropionamidin)dihydrochlorid, 4,4'-Azobis(4-cyanvalerinsäure), Kaliumpersulfat und Peressigsäure.
Hybridmaterial nach Anspruch 1, wobei der anorganische Anteil des Hybridmaterials ein Material ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Aluminiumoxid, Silica, Titanoxid, Zirkonoxid und keramischem Material.
Hybridmaterial nach Anspruch 1, wobei der anorganische Anteil des Hybridmaterials Silica ist.
Hybridmaterial nach Anspruch 1, wobei das PSN das Produkt einer Reaktion eines Organosilans und eines anorganischen Silanmonomers ist.
Hybridmaterial nach Anspruch 16, wobei das PSN das Produkt einer Reaktion eines Tetraalkoxysilans und eines Organosilans mit mindestens einer polymerisierbaren Gruppe ist.
Hybridmaterial nach Anspruch 17, wobei das Tetraalkoxysilan die Formel Si(OR¹)₄ aufweist, worin R¹ eine C₁-C₃-Alkylgruppe ist.
Hybridmaterial nach Anspruch 17, wobei das Organosilan ein Organoalkoxysilan der Formel R²Si(OR¹)₃ oder R⁶[Si(OR¹)₃]_m ist, worin R² eine Styryl-, Vinyl-, Acrylat-, Methacrylat-, Acrylamid-, Methacrylamid-, Divinylbenzol-, Itaconat-, Fumarat-, substituierte oder unsubstituierte C₁-C₁₈-Alkenylen-, Alkinylen- oder Arylengruppe oder eine Kombination davon ist, R¹ eine C₁-C₄-Alkylgruppe ist, R⁶ eine substituierte oder unsubstituierte C₁-C₁₈-Alkenylen-, Alkinylen- oder Arylengruppe ist, die zwei oder mehrere Siliziumatome verbrückt, und m eine ganze Zahl von mehr als oder gleich 2 ist.
Hybridmaterial nach Anspruch 19, wobei R² eine Vinyl-, Methacryloxypropyl-, Methacrylamidpropyl- oder Styrylethylgruppe ist und R¹ eine Methyl- oder Ethylgruppe ist oder R⁶ eine verbrückende N,N-Bis(propylen)acrylamidgruppe ist, m den Wert 2 aufweist und R¹ eine Ethyl- oder Methylgruppe ist.
Hybridmaterial nach Anspruch 17, wobei das Organosilan minimal wasserlöslich ist.
Hybridmaterial nach Anspruch 17, wobei das Tetraalkoxysilan ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Tetramethoxysilan und Tetraethoxysilan.
Hybridmaterial nach Anspruch 17, wobei das Tetraalkoxysilan Tetramethoxysilan ist.
Hybridmaterial nach Anspruch 17, wobei die polymerisierbare Gruppe eine 3-Methacryloxypropylgruppe ist.
Hybridmaterial nach Anspruch 17, wobei die polymerisierbare Gruppe eine Styrylethylgruppe ist.
Hybridmaterial nach Anspruch 17, wobei das Tetraalkoxysilan minimal wasserlöslich ist.
Hybridmaterial nach Anspruch 17, wobei das Organosilan (3-Methacryloxypropyl)trimethoxysilan ist.
Hybridmaterial nach Anspruch 1, wobei die Porenstruktur des Hybridmaterials durch ferner Einbau eines Tensids oder einer Kombination verschiede ner Tenside in die Reaktion und Unterziehen des Materials einer Hydrothermalbehandlung modifiziert wird.
Hybridmaterial nach Anspruch 28, wobei das Tensid oder die Kombination von Tensiden nicht ionische Tenside sind.
Hybridmaterial nach Anspruch 29, wobei die Tenside ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Tensiden, die aus Block-Copolymeren von Polyethylenglykol und Polypropylenglykol aufgebaut sind, Tensiden, die aus Alkylphenoxypolyethoxyethanol und Polyethylenglykol aufgebaut sind.
Hybridmaterial nach Anspruch 29, wobei das Tensid Pluronic F38 ist.
Hybridmaterial nach Anspruch 28, wobei das Tensid oder die Kombination von Tensiden ausgewählt sind aus Tensiden mit einem Hydrophilie-Lipophilie-Gleichgewicht von etwa 0 bis 60.
Hybridmaterial nach Anspruch 28, wobei das Tensid oder die Kombination von Tensiden ausgewählt sind aus Tensiden mit einem Hydrophilie-Lipophilie-Gleichgewicht von etwa 10 bis 50.
Hybridmaterial nach Anspruch 28, wobei das Tensid oder die Kombination von Tensiden ausgewählt sind aus Tensiden mit einem Hydrophilie-Lipophilie-Gleichgewicht von etwa 20 bis 40.
Hybridmaterial nach Anspruch 28, wobei das Tensid oder die Kombination von Tensiden ausgewählt sind aus Tensiden mit einem Hydrophilie-Lipophilie-Gleichgewicht von etwa 30 bis 40.
Hybridmaterial nach Anspruch 28, wobei das Tensid oder die Kombination von Tensiden ausgewählt sind aus Tensiden mit einem Hydrophilie-Lipophilie-Gleichgewicht von etwa 33.
Hybridmaterial nach Anspruch 1, wobei das Material durch ein Oberflächen-Modifizierungsmittel, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus einem organische Gruppe-Oberflächen-Modifizierungsmittel, einem Silanolgruppe-Oberflächen-Modifizierungsmittel, einem polymerische Beschichtung- Oberflächen-Modifizierungsmittel und Kombinationen davon, Oberflächenmodifiziert wurde.
Hybridmaterial nach Anspruch 37, wobei das Material durch ein polymerische Beschichtung-Oberflächen-Modifizierungsmittel Oberflächen-modifiziert wurde.
Hybridmaterial nach Anspruch 37, wobei das Material durch eine Kombination eines organische Gruppe-Oberflächen-Modifizierungsmittels und eines Silanolgruppe-Oberflächen-Modifizierungsmittels Oberflächen-modifiziert wurde.
Hybridmaterial nach Anspruch 37, wobei das Material durch eine Kombination aus einem organischen Gruppe-Oberflächen-Modifizierungsmittel und einem polymerische Beschichtung-Oberflächen-Modifizierungsmittel Oberflächen-modifiziert wurde.
Hybridmaterial nach Anspruch 37, wobei das Material durch eine Kombination aus einem Silanolgruppe-Oberflächen-Modifizierungsmittel und einem polymerische Beschichtung-Oberflächen-Modifizierungsmittel Oberflächenmodifiziert wurde.
Hybridmaterial nach Anspruch 37, wobei das Material durch eine Kombination aus einem organische Gruppe-Oberflächen-Modifizierungsmittel, einem Silanolgruppe-Oberflächen-Modifizierungsmittel und einem polymerische Beschichtung-Oberflächen-Modifizierungsmittel Oberflächen-modifiziert wurde.
Hybridmaterial nach Anspruch 37, wobei das Material durch ein Silanolgruppe-Oberflächen-Modiffzierungsmittel Oberflächen-modifiziert wurde.
Hybridmaterial nach Anspruch 37, wobei das Material durch Bildung einer organischen kovalenten Bindung zwischen einer organischen Gruppe des Materials und einem Oberflächen-Modifizierungsmittel Oberflächen-modifiziert wurde.
Hybridmaterial nach Anspruch 37, wobei das Oberflächen-Modifizierungsmittel die Formel Z_a(R')_bSi-R aufweist, worin Z ein Cl-, Br-, I- Atom, eine C₁-C₅-Alkoxy-, Dialkylamino- oder Trifluormethansulfonatgruppe ist, a und b jeweils ganze Zahlen von 0 bis 3 sind, mit der Maßgabe, dass a + b = 3, R' eine C₁-C₆-geradkettige, cyclische oder verzweigte Alkylgruppe ist und R eine funktionalisierende Gruppe ist.
Hybridmaterial nach Anspruch 45, wobei R' ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Isopropyl-, Butyl-, t-Butyl-, sec-Butyl-, Pentyl-, Isopentyl-, Hexyl- und Cyclohexylgruppen.
Hybridmaterial nach Anspruch 45, wobei die funktionalisierende Gruppe R eine C₁-C₃₀-Alkylgruppe ist.
Hybridmaterial nach Anspruch 45, wobei die funktionalisierende Gruppe R eine C₁-C₂₀-Alkylgruppe ist.
Hybridmaterial nach Anspruch 45, wobei das Oberflächen-Modifizierungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Octyltrichlorsilan, Octadecyltrichlorsilan, Octadecyldimethyl-N,N-dimethylaminosilan, Octyldimethylchlorsilan und Octadecyldimethylchlorsilan.
Hybridmaterial nach Anspruch 45, wobei das Oberflächen-Modifizierungsmittel Octadecyldimethyl-N,N-dimethylaminosilan ist.
Hybridmaterial nach Anspruch 45, wobei die funktionalisierende Gruppe R ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Aryl-, Cyan-, Amino-, Diol-, Nitro-, Estergruppen, einer Kationen- oder Anionenaustauschergruppe, einer Alkylgruppe mit einer eingebetteten polaren Funktionalität und einer Arylgruppe mit einer eingebetteten polaren Funktionalität.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith, der einen polymerisierten Gerüst-Nanoverbundstoff (PSN) umfasst, wobei der Nanoverbundstoff eine Gerüstfunktionalität enthält, die fähig ist, mit einer Oberfläche eines zweiten Materials chemisch wechselzuwirken.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 52, wobei der Monolith ein Kapillarmonolith ist.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 53, wobei der Monolith verbesserte Eigenschaften aufweist, die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus verbesserter Wandadhäsion und erhöhter Beständigkeit gegenüber Schrumpfen.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 54, wobei die verbesserte Wandadhäsion das Ergebnis einer chemischen Wechselwirkung zwischen der Gerüstfunktionalität des Polymers und einer Ankerfunktionalität auf der Oberfläche des zweiten Materials ist.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 52, wobei das zweite Material ein Einschlussgefäß ist.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 52, wobei die Gerüstfunktionalität ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Vinyl-, Acrylat-, Methacrylat-, Acrylamid-, Methacrylamid-, Styrol-, Divinylbenzol-, Itaconat-, Fumarat-, Alkingruppen und Kombinationen davon.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 52, wobei die Oberfläche des zweiten Materials mit einer Ankerfunktionalität derivatisiert ist.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 58, wobei die Ankerfunktionalität ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Vinyl-, Acrylat-, Methacrylat-, Acrylamid-, Methacrylamid-, Styrol-, Divinylbenzol-, Itaconat-, Fumarat-, Alkingruppen, Azoverbindungen und Kombinationen davon.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 58, wobei die Gerüstfunktionalität und die Ankerfunktionalität copolymerisierbar sind.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 56, wobei das Einflussgefäß ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus einer Kapillarsäule, einer Glas-ausgekleideten Stahlsäule, einer Radialkompressionssäule, einer Fallensäule, einer Mikrofluiditätsvorrichtung, einem Mikrochip, einem Sensor, einer elektronischen Schaltung, einer miniaturisierten SPE-Vorrichtung und einer Säulen-gekoppelten Fritte.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 56, wobei das Einflussgefäß eine Quarzglas-Kapillarsäule ist.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 52, wobei die chemische Wechselwirkung die Bildung einer kovalenten Bindung ist.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 63, wobei die kovalente Bindung durch Polymerisation gebildet wird.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 64, wobei die Polymerisation mit einem Radikalstarter eingeleitet wird.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 65, wobei der Radikalstarter minimal wasserlöslich ist.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 65, wobei der Starter ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus 2,2'-Azobis(isobutyronitril), 2,2'-Azobis(2-methylpropionamidin)dihydrochlorid, 4,4'-Azobis(4-cyanvalerinsäure), Kaliumpersulfat und Peressigsäure.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 52, wobei der anorganische Anteil des Hybridmaterials ein Material ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Aluminiumoxid, Silica, Titanoxid, Zirkonoxid und keramischem Material.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 52, wobei der anorganische Anteil des Hybridmaterials Silica ist.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 52, wobei das PSN das Produkt einer Reaktion eines Organosilans und eines anorganischen Silanmonomers ist.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 70, wobei das PSN das Produkt einer Reaktion eines Tetraalkoxysilans und eines Organosilans mit mindestens einer polymerisierbaren Gruppe ist.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 71, wobei das Tetraalkoxysilan die Formel Si(OR¹)₄ aufweist, worin R¹ eine C₁-C₃-Alkylgruppe ist.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 71, wobei das Organosilan ein Organoalkoxysilan der Formel R²Si(OR¹)₃ oder R⁶[Si(OR¹)₃]_m ist, worin R² eine Styryl-, Vinyl-, Acrylat-, Methacrylat-, Acrylamid-, Methacrylamid-, Divinylbenzol-, Itaconat-, Fumarat-, substituierte oder unsubstituierte C₁-C₁₈-Alkenylen-, Alkinylen- oder Arylengruppe oder eine Kombination davon ist, R¹ eine C₁-C₄-Alkylgruppe ist, R⁶ eine substituierte oder unsubstituierte C₁-C₁₈-Alkenylen-, Alkinylen- oder Arylengruppe ist, die zwei oder mehrere Siliziumatome verbrückt, und m eine ganze Zahl von mehr als oder gleich 2 ist.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 73, wobei R² eine Vinyl-, Methacryloxypropyl-, Methacrylamidpropyl- oder Styrylethylgruppe ist und R¹ eine Methyl- oder Ethylgruppe ist oder R⁶ eine verbrückende N,N-Bis(propylen)acrylamidgruppe ist, m den Wert 2 aufweist und R¹ eine Ethyl- oder Methylgruppe ist.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 71, wobei das Organosilan minimal wasserlöslich ist.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 71, wobei das Tetraalkoxysilan ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Tetramethoxysilan und Tetraethoxysilan.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 71, wobei das Tetraalkoxysilan Tetramethoxysilan ist.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 71, wobei die polymerisierbare Gruppe eine 3-Methacryloxypropylgruppe ist.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 71, wobei die polymerisierbare Gruppe eine Styrylethylgruppe ist.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 71, wobei das Tetraalkoxysilan minimal wasserlöslich ist.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 71, wobei das Organosilan (3-Methacryloxypropyl)trimethoxysilan ist.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 52, wobei die Porenstruktur des Hybrid-Monolithen durch ferner Einbau eines Tensids oder einer Kombination verschiedener Tenside in die Reaktion und Unterziehen des Monolithen einer Hydrothermalbehandlung modifiziert wird.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 82, wobei das Tensid oder die Kombination von Tensiden nicht ionische Tenside sind.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 82, wobei die Tenside ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Tensiden, die aus Block-Copolymeren von Polyethylenglykol und Polypropylenglykol aufgebaut sind, Tensiden, die aus Alkylphenoxypolyethoxyethanol und Polyethylenglykol aufgebaut sind.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 83, wobei das Tensid Pluronic F38 ist.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 82, wobei das Tensid oder die Kombination von Tensiden ausgewählt sind aus Tensiden mit einem Hydrophilie-Lipophilie-Gleichgewicht von etwa 0 bis 60.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 82, wobei das Tensid oder die Kombination von Tensiden ausgewählt sind aus Tensiden mit einem Hydrophilie-Lipophilie-Gleichgewicht von etwa 10 bis 50.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 82, wobei das Tensid oder die Kombination von Tensiden ausgewählt sind aus Tensiden mit einem Hydrophilie-Lipophilie-Gleichgewicht von etwa 20 bis 40.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 82, wobei das Tensid oder die Kombination von Tensiden ausgewählt sind aus Tensiden mit einem Hydrophilie-Lipophilie-Gleichgewicht von etwa 30 bis 40.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 82, wobei das Tensid oder die Kombination von Tensiden ausgewählt sind aus Tensiden mit einem Hydrophilie-Lipophilie-Gleichgewicht von etwa 33.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 52, wobei das Material durch ein Oberflächen-Modifizierungsmittel, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus einem organische Gruppe-Oberflächen-Modifizierungsmittel, einem Silanolgruppe-Oberflächen-Modifizierungsmittel, einem polymerische Beschichtung-Oberflächen-Modifizierungsmittel und Kombinationen davon, Oberflächen-modifiziert wurde.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 91, wobei das Material durch ein polymerische Beschichtung-Oberflächen-Modifizierungsmittel Oberflächen-modifiziert wurde.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 91, wobei das Material durch eine Kombination eines organische Gruppe-Oberflächen-Modifizierungsmittels und eines Silanolgruppe-Oberflächen-Modifizierungsmittels Oberflächen-modifiziert wurde.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 91, wobei das Material durch eine Kombination aus einem organische Gruppe-Oberflächen-Modifizierungsmittel und einem polymerische Beschichtung-Oberflächen-Modifizierungsmittel Oberflächen-modifiziert wurde.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 91, wobei das Material durch eine Kombination aus einem Silanolgruppe-Oberflächen-Modifizierungsmittel und einem polymerische Beschichtung-Oberflächen-Modifizierungsmittel Oberflächen-modifiziert wurde.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 91, wobei das Material durch eine Kombination aus einem organische Gruppe-Oberflächen- Modifizierungsmittel, einem Silanolgruppe-Oberflächen-Modifizierungsmittel und einem polymerische Beschichtung-Oberflächen-Modifizierungsmittel Oberflächen-modifiziert wurde.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 91, wobei das Material durch ein Silanolgruppe-Oberflächen-Modifizierungsmittel Oberflächenmodifiziert wurde.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 91, wobei das Material durch Bildung einer organischen kovalenten Bindung zwischen einer organischen Gruppe des Materials und einem Oberflächen-Modifizierungsmittel Oberflächen-modifiziert wurde.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 91, wobei das Oberflächen-Modifizierungsmittel die Formel Z_a(R')_bSi-R aufweist, worin Z ein Cl-, Br-, I-Atom, eine C₁-C₅-Alkoxy-, Dialkylamino- oder Trifluormethansulfonatgruppe ist, a und b jeweils ganze Zahlen von 0 bis 3 sind, mit der Maßgabe, dass a + b = 3, R' eine C₁-C₆-geradkettige, cyclische oder verzweigte Alkylgruppe ist und R eine funktionalisierende Gruppe ist.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 99, wobei R' ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Isopropyl-, Butyl-, t-Butyl-, sec-Butyl-, Pentyl-, Isopentyl-, Hexyl- und Cyclohexylgruppen.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 99, wobei die funktionalisierende Gruppe R eine C₁-C₃₀-Alkylgruppe ist.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 99, wobei die funktionalisierende Gruppe R eine C₁-C₂₀-Alkylgruppe ist.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 99, wobei das Oberflächen-Modifizierungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Octyltrichlorsilan, Octadecyltrichlorsilan, Octadecyldimethyl-N,N-dimethylaminosilan, Octyldimethylchlorsilan und Octadecyldimethylchlorsilan.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 99, wobei das Oberflächen-Modifizierungsmittel Octadecyldimethyl-N,N-dimethylaminosilan ist.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith nach Anspruch 99, wobei die funktionalisierende Gruppe R ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Aryl-, Cyan-, Amino-, Diol-, Nitro-, Estergruppen, einer Kationen- oder Anionenaustauschergruppe, oder einer Alkyl- oder Arylgruppe mit einer eingebetteten polaren Funktionalität.
Verfahren zur Herstellung eines anorganischen/organischen Hybrid-Monolithen, der einen polymerisierten Gerüst-Nanoverbundstoff (PSN) umfasst, wobei der Nanoverbundstoff eine Gerüstfunktionalität enthält, die fähig ist, mit einer Oberfläche eines zweiten Materials chemisch wechselzuwirken, wobei das Verfahren die Schritte eines a) Ausbildens eines Sol-Gels durch die Umsetzung von zwei oder mehreren Monomeren, b) Startens einer Polymerisationsreaktion und c) Ermöglichens der Monomere, sich über eine Polymerisation-Sol-Gel (PSG)-Reaktion umzusetzen, umfasst, wodurch der anorganische/organische Hybrid-Monolith hergestellt wird.
Verfahren zur Herstellung eines anorganischen/organischen Hybrid-Monolithen, der einen polymerisierten Gerüst-Nanoverbundstoff (PSN) umfasst, wobei der Nanoverbundstoff eine Gerüstfunktionalität enthält, die fähig ist, mit einer Oberfläche eines zweiten Materials chemisch wechselzuwirken, wobei das Verfahren die Schritte eines a) Ausbildens eines Sol-Gels durch die Umsetzung von zwei oder mehreren Monomeren, b) Startens einer Polymerisationsreaktion, c) Ermöglichens der Monomere, sich über eine Polymerisation-Sol-Gel (PSG)-Reaktion umzusetzen, und d) Modifizierens der Porenstruktur des Materials, umfasst, wodurch der anorganische/organische Hybrid-Monolith hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 106 oder 107, wobei die Sol-Gel-Reaktion Säurekatalysiert ist.
Verfahren nach Anspruch 108, wobei die Säure Essigsäure ist.
Verfahren nach Anspruch 106 oder 107, wobei die Sol-Gel-Reaktion bei einer Temperatur von etwa 0°C bis etwa Raumtemperatur erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 110, wobei die Sol-Gel-Reaktion bei einer Temperatur von etwa 0°C erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 110, wobei die Sol-Gel-Reaktion bei Raumtemperatur erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 106 und 107, wobei die Sol-Gel-Reaktion bei niedrigem pH-Wert erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 113, wobei die Sol-Gel-Reaktion bei einem pH-Wert von etwa 2-3 erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 106 oder 107, wobei die Sol-Gel-Reaktion in Gegenwart von Harnstoff erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 106 oder 107, wobei die Polymerisation durch einen Radikalstarter eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 116, wobei die Polymerisation durch einen Radikalstarter bei erhöhter Temperatur eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 117, wobei die erhöhte Temperatur über Raumtemperatur liegt.
Verfahren nach Anspruch 118, wobei die erhöhte Temperatur etwa 60-65°C beträgt.
Verfahren nach Anspruch 116, wobei der Radikalstarter minimal wasserlöslich ist.
Verfahren nach Anspruch 116, wobei der Starter ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus 2,2'-Azobis(isobutyronitril), 2,2'-Azobis(2-methylpropionamidin)dihydrochlorid, 4,4'-Azobis(4-cyanvalerinsäure), Kaliumpersulfat und Peressigsäure.
Verfahren nach Anspruch 106 und 107, wobei die PSG-Reaktion bei einer Temperatur erfolgt, die ausreichend ist, um gleichzeitige Polymerisations- und Sol-Gel-Reaktionen zu erreichen.
Verfahren nach Anspruch 122, wobei die PSG-Reaktion bei 65°C erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 122, wobei die PSG-Reaktion für eine Zeitspanne erfolgt, die ausreichend ist, um den anorganischen/organischen Hybrid-Monolithen herzustellen.
Verfahren nach Anspruch 106 oder 107, wobei das zweite Material ein Einschlussgefäß mit einer Oberfläche ist, die fähig ist, das PSN-Material aufzunehmen.
Verfahren nach Anspruch 106 oder 107, wobei die Oberfläche des zweiten Materials mit einer Ankerfunktionalität derivatisiert ist.
Verfahren nach Anspruch 126, wobei die Gerüstfunktionalität und die Ankerfunktionalität copolymerisierbar sind.
Verfahren nach Anspruch 125, wobei das Einschlussgefäß ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus einer Kapillarsäule, einer Glasausgekleideten Stahlsäule, einer Radialkompressionssäule, einer Fallensäule, einer Mikrofluiditätsvorrichtung, einem Mikrochip, einem Sensor, einer elektronischen Schaltung, einer miniaturisierten SPE-Vorrichtung und einer Säulengekoppelten Fritte.
Verfahren nach Anspruch 128, wobei das Einschlussgefäß eine Kapillarsäule ist.
Verfahren nach Anspruch 129, wobei das Einschlussgefäß eine Quarzglas-Kapillarsäule ist.
Verfahren nach Anspruch 106 oder 107, wobei die chemische Wechselwirkung die Bildung einer chemischen Bindung ist.
Verfahren nach Anspruch 131, wobei die kovalente Bindung durch Copolymerisation gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 106 oder 107, wobei das PSN das Produkt einer Umsetzung eines Organosilans und eines anorganischen Silanmonomers ist.
Verfahren nach Anspruch 133, wobei das PSN das Produkt einer Umsetzung eines Tetraalkoxysilans und eines Organosilans mit mindestens einer polymerisierbaren Gruppe ist.
Verfahren nach Anspruch 134, wobei das Tetraalkoxysilan die Formel Si(OR¹)₄ aufweist, worin R¹ eine C₁-C₃-Alkylgruppe ist.
Verfahren nach Anspruch 134, wobei das Organosilan ein Organoalkoxysilan der Formel R²Si(OR¹)₃ oder R⁶[Si(OR¹)₃]_m ist, worin R² eine Styryl-, Vinyl-, Acrylat-, Methacrylat-, Acrylamid-, Methacrylamid-, Divinylbenzol-, Itaconat-, Fumarat-, substituierte oder unsubstituierte C₁-C₁₈-Alkenylen-, Alkinylen- oder Arylengruppe oder eine Kombination davon ist, R¹ eine C₁-C₄-Alkylgruppe ist, R⁶ eine substituierte oder unsubstituierte C₁-C₁₈-Alkenylen-, Alkinylen- oder Arylengruppe ist, die zwei oder mehrere Siliziumatome verbrückt, und m eine ganze Zahl von mehr als oder gleich 2 ist.
Verfahren nach Anspruch 136, wobei R² eine Vinyl-, Methacryloxypropyl-, Methacrylamidpropyl- oder Styrylethylgruppe ist und R¹ eine Methyl- oder Ethylgruppe ist oder R⁶ eine verbrückende N,N-Bis(propylen)acrylamidgruppe ist, m den Wert 2 aufweist und R¹ eine Ethyl- oder Methylgruppe ist.
Verfahren nach Anspruch 133, wobei das Organosilan minimal wasserlöslich ist.
Verfahren nach Anspruch 134, wobei das Tetraalkoxysilan ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Tetramethoxysilan und Tetraethoxysilan.
Verfahren nach Anspruch 134, wobei das Tetraalkoxysilan Tetramethoxysilan ist.
Verfahren nach Anspruch 134, wobei die polymerisierbare Gruppe eine 3-Methacryloxypropylgruppe ist.
Verfahren nach Anspruch 134, wobei die polymerisierbare Gruppe eine Styrylethylgruppe ist.
Verfahren nach Anspruch 134, wobei das Tetraalkoxysilan minimal wasserlöslich ist.
Verfahren nach Anspruch 134, wobei das Organosilan (3-Methacryloxypropyl)trimethoxysilan ist.
Verfahren nach Anspruch 133, wobei das Organosilan (3-Methacryloxypropyl)trimethoxysilan und das anorganische Silanmonomer Tetramethoxysilan ist.
Verfahren nach Anspruch 145, wobei das (3-Methacryloxypropyl)trimethoxysilan und das Tetramethoxysilan in einem Volumen-zu-Volumen-Verhältnis von 1 bis 4 vorliegen.
Verfahren nach Anspruch 106 oder 107, wobei das Verfahren ferner ein Modifizieren der Oberfläche des Monolithen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 147, wobei der Monolith mit einem Oberflächen-Modifizierungsmittel, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus einem organische Gruppe-Oberflächen-Modifizierungsmittel, einem Silanolgruppe-Oberflächen-Modifizierungsmittel, einem polymerische Beschichtung-Oberflächen-Modifizierungsmittel und Kombinationen davon, Oberflächenmodifiziert wurde.
Verfahren nach Anspruch 148, wobei das Material durch ein polymerische Beschichtung-Oberflächen-Modifizierungsmittel Oberflächen-modifiziert wurde.
Verfahren nach Anspruch 148, wobei das Material durch eine Kombination eines organische Gruppe-Oberflächen-Modifizierungsmittels und eines Silanolgruppe-Oberflächen-Modifizierungsmittels Oberflächen-modifiziert wurde.
Verfahren nach Anspruch 148, wobei das Material durch eine Kombination aus einem organische Gruppe-Oberflächen-Modifizierungsmittel und einem polymerische Beschichtung-Oberflächen-Modifizierungsmittel Oberflächenmodifiziert wurde.
Verfahren nach Anspruch 148, wobei das Material durch eine Kombination aus einem Silanolgruppe-Oberflächen-Modifizierungsmittel und einem polymerische Beschichtung-Oberflächen-Modifizierungsmittel Oberflächenmodifiziert wurde.
Verfahren nach Anspruch 148, wobei das Material durch eine Kombination aus einem organische Gruppe-Oberflächen-Modifizierungsmittel, einem Silanolgruppe-Oberflächen-Modifizierungsmittel und einem polymerische Beschichtung-Oberflächen-Modifizierungsmittel Oberflächen-modifiziert wurde.
Verfahren nach Anspruch 148, wobei das Material durch ein Silanolgruppe-Oberflächen-Modifizierungsmittel Oberflächen-modifiziert wurde.
Verfahren nach Anspruch 148, wobei das Material durch Bildung einer organischen kovalenten Bindung zwischen einer organischen Gruppe des Materials und einem Oberflächen-Modifizierungsmittel Oberflächen-modifiziert wurde.
Verfahren nach Anspruch 106 oder 107, wobei die Porenstruktur des Monolithen durch ferner Einbau eines Tensids oder einer Kombination verschiedener Tenside in die Reaktion und Unterziehen des Monolithen einer Hydrothermalbehandlung modifiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 156, wobei das Tensid oder die Kombination von Tensiden nicht ionische Tenside sind.
Verfahren nach Anspruch 156, wobei der Monolith durch ferner Einbau eines Tensids modifiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 157, wobei die Tenside ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Tensiden, die aus Block-Copolymeren von Polyethylenglykol und Polypropylenglykol aufgebaut sind, Tensiden, die aus Alkylphenoxypolyethoxyethanol und Polyethylenglykol aufgebaut sind.
Verfahren nach Anspruch 157, wobei das Tensid Pluronic F38 ist.
Verfahren nach Anspruch 156, wobei das Tensid oder die Kombination von Tensiden ausgewählt sind aus Tensiden mit einem Hydrophilie-Lipophilie-Gleichgewicht von etwa 0 bis 60.
Verfahren nach Anspruch 156, wobei das Tensid oder die Kombination von Tensiden ausgewählt sind aus Tensiden mit einem Hydrophilie-Lipophilie-Gleichgewicht von etwa 10 bis 50.
Verfahren nach Anspruch 156, wobei das Tensid oder die Kombination von Tensiden ausgewählt sind aus Tensiden mit einem Hydrophilie-Lipophilie-Gleichgewicht von etwa 20 bis 40.
Verfahren nach Anspruch 156, wobei das Tensid oder die Kombination von Tensiden ausgewählt sind aus Tensiden mit einem Hydrophilie-Lipophilie-Gleichgewicht von etwa 30 bis 40.
Verfahren nach Anspruch 156, wobei das Tensid oder die Kombination von Tensiden ausgewählt sind aus Tensiden mit einem Hydrophilie-Lipophilie-Gleichgewicht von etwa 33.
Verfahren nach Anspruch 156, wobei die Hydrothermalbehandlung ein Unterziehen des Materials gegenüber einer Temperatur von 60-200°C umfasst.
Verfahren nach Anspruch 156, wobei die Hydrothermalbehandlung ein Unterziehen des Materials gegenüber einer Temperatur von 65-125°C umfasst.
Verfahren nach Anspruch 167, wobei die Temperatur 120°C beträgt.
Verfahren nach Anspruch 158, wobei die Porenstruktur durch Hydrothermalbehandlung modifiziert wird, die ferner eine Kondensation des Siloxan-Netzwerks, das während der PSG-Reaktion gebildet wird, und ein Lösen und eine erneute Anordnung von Kieselsäuresilicaten von und zu der Oberfläche der Porenstruktur umfasst.
Verfahren nach Anspruch 169, wobei die Kondensation Basen-katalysiert ist.
Verfahren nach Anspruch 170, wobei die Base Ammoniak ist.
Verfahren nach Anspruch 171, wobei das Ammoniak durch Zersetzung von Harnstoff bei hoher Temperatur erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 147, wobei der Oberflächen-Modifizierungsschritt ein Modifizieren der Oberfläche des Monolithen mit einem Oberflächen-Modifizierungsmittel der Formel Z_a(R')_bSi-R beinhaltet, worin Z ein Cl-, Br-, I-Atom, eine C₁-C₅-Alkoxy-, Dialkylamino- oder Trifluormethansulfonatgruppe ist, a und b jeweils ganze Zahlen von 0 bis 3 sind, mit der Maßgabe, dass a + b = 3, R' eine C₁-C₆-geradkettige, cyclische oder verzweigte Alkylgruppe ist und R eine funktionalisierende Gruppe ist.
Verfahren nach Anspruch 173, wobei R' ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Isopropyl-, Butyl-, t-Butyl-, sec-Butyl-, Pentyl-, Isopentyl-, Hexyl- und Cyclohexylgruppen.
Verfahren nach Anspruch 173, wobei die funktionalisierende Gruppe R eine C₁-C₃₀-Alkylgruppe ist.
Verfahren nach Anspruch 173, wobei die funktionalisierende Gruppe R eine C₁-C₂₀-Alkylgruppe ist.
Verfahren nach Anspruch 173, wobei die funktionalisierende Gruppe R eine C₁-C₁₀-Alkylgruppe ist.
Verfahren nach Anspruch 173, wobei das Oberflächen-Modifizierungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Octyltrichlorsilan, Octadecyl trichlorsilan, Octyldimethylchlorsilan, Octadecyldimethyl-N,N-dimethylaminosilan und Octadecyldimethylchlorsilan.
Verfahren nach Anspruch 178, wobei das Oberflächen-Modifizierungsmittel Octadecyldimethyl-N,N-dimethylaminosilan ist.
Verfahren nach Anspruch 173, wobei die funktionalisierende Gruppe R ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Aryl-, Cyan-, Amino-, Diol-, Nitro-, Estergruppen, einer Kationen- oder Anionenaustauschergruppe, oder einer Alkyl- oder Arylgruppe mit einer eingebetteten polaren Funktionalität.
Verfahren nach Anspruch 147, wobei jegliche freie Silanolgruppen, die nach dem Oberflächen-Modifizierungsverfahren verbleiben, an ihrem Ende mit einer Kappe versehen werden.
Auftrennvorrichtung, umfassend a) eine Oberfläche, die fähig ist, ein Monolithmaterial aufzunehmen, das ein polymerisiertes Gerüst-Nanoverbundstoff (PSN)-Material umfasst, wobei die Oberfläche eine Ankerfunktionalität umfasst, und b) einen anorganischen/organischen Hybridmonolithen, der einen polymerisierten Gerüst-Nanoverbundstoff (PSN) umfasst, wobei der Nanoverbundstoff eine Gerüstfunktionalität enthält, die fähig ist, mit der Ankerfunktionalität auf der Oberfläche chemisch wechselzuwirken, und der organische/anorganische Hybrid-Monolith an die Oberfläche durch eine chemische Wechselwirkung zwischen der Gerüstfunktionalität und der Ankerfunktionalität verankert ist.
Auftrennvorrichtung nach Anspruch 182, wobei die Vorrichtung ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus chromatographischen Säulen, Dünnschichtplatten, Filtrationsmembranen, Probenaufreinigungsvorrichtungen und Mikrotiterplatten.
Auftrennvorrichtung nach Anspruch 182, wobei die Vorrichtung eine chromatographische Säule ist.
Auftrennvorrichtung nach Anspruch 184, wobei die chromatographische Säule einen inneren Durchmesser (I.D.) von mehr als 50 µm aufweist.
Auftrennvorrichtung nach Anspruch 184, wobei die chromatographische Säule einen I.D. von mehr als 100 µm aufweist.
Auftrennvorrichtung nach Anspruch 184, wobei die chromatographische Säule einen I.D. von mehr als 150 µm aufweist.
Auftrennvorrichtung nach Anspruch 184, wobei die chromatographische Säule einen I.D. von mehr als 200 µm aufweist.
Auftrennvorrichtung nach Anspruch 184, wobei die chromatographische Säule einen I.D. von mehr als 250 µm aufweist.
Auftrennvorrichtung nach Anspruch 184, wobei die Vorrichtung eine Kapillarsäule ist.
Auftrennvorrichtung nach Anspruch 184, wobei die Vorrichtung eine fusionierte anorganische Kapillarsäule ist, wobei der anorganische Anteil ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Silica, Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Titanoxid, Keramikmaterialien, Zinnoxid und Kombinationen davon.
Auftrennvorrichtung nach Anspruch 182, wobei der Monolith verbesserte Eigenschaften aufweist, die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus verbesserter Wandadhäsion und erhöhter Beständigkeit gegenüber Schrumpfen.
Auftrennvorrichtung nach Anspruch 192, wobei die verbesserte Wandadhäsion das Ergebnis einer chemischen Wechselwirkung zwischen der Gerüstfunktionalität des Polymers und der Ankerfunktionalität der Wand des Einschlussgefäßes ist.
Quarzglas-Kapillarsäule, umfassend a) eine Quarzglas-Kapillarsäule mit einer zylindrischen inneren Oberfläche, die fähig ist, einen Monolithen aufzunehmen, der ein polymeri siertes Gerüst-Nanoverbundstoff (PSN)-Material umfasst, wobei die innere Oberfläche eine Ankerfunktionalität umfasst, und b) einen anorganischen/organischen Hybridmonolithen, der einen polymerisierten Gerüst-Nanoverbundstoff (PSN) umfasst, wobei der Nanoverbundstoff eine Gerüstfunktionalität enthält, die fähig ist, mit der Ankerfunktionalität auf der Oberfläche chemisch wechselzuwirken, und der organische/anorganische Hybrid-Monolith an die Oberfläche durch eine chemische Wechselwirkung zwischen der Gerüstfunktionalität und der Ankerfunktionalität verankert ist.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 194, wobei die Kapillarsäule einen inneren Durchmesser (I.D.) von mehr als 50 µm aufweist.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 194, wobei die Kapillarsäule einen I.D. von mehr als 100 µm aufweist.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 194, wobei die Kapillarsäule einen I.D. von mehr als 150 µm aufweist.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 194, wobei die Kapillarsäule einen I.D. von mehr als 200 µm aufweist.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 194, wobei die Kapillarsäule einen I.D. von mehr als 250 µm aufweist.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 194, wobei die Gerüstfunktionalität ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Vinyl-, Acrylat-, Methacrylat-, Acrylamid-, Methacrylamid-, Styrol-, Divinylbenzol-, Itaconat-, Fumarat-, Alkingruppen und Kombinationen davon.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 194, wobei die Ankerfunktionalität ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Vinyl-, Acrylat-, Methacrylat-, Acrylamid-, Methacrylamid-, Styrol-, Divinylbenzol-, Itaconat-, Fumarat-, Alkingruppen, Azoverbindungen und Kombinationen davon.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 194, wobei die Gerüstfunktionalität und die Ankerfunktionalität copolymerisierbar sind.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 194, wobei die chemische Wechselwirkung die Bildung einer kovalenten Bindung ist.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 203, wobei die kovalente Bindung durch Polymerisation gebildet wird.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 204, wobei die Polymerisation mit einem Radikalstarter eingeleitet wird.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 205, wobei der Radikalstarter minimal wasserlöslich ist.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 206, wobei der Starter ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus 2,2'-Azobis(isobutyronitril), 2,2'-Azobis(2-methylpropionamidin)dihydrochlorid, 4,4'-Azobis(4-cyanvalerinsäure), Kaliumpersulfat und Peressigsäure.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 194, wobei der anorganische Anteil des Hybridmaterials ein Material ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Aluminiumoxid, Silica, Titanoxid, Zirkonoxid und keramischem Material.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 194, wobei der anorganische Anteil des Hybridmaterials Silica ist.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 194, wobei das PSN das Produkt einer Reaktion eines Organosilans und eines anorganischen Silanmonomers ist.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 210, wobei das PSN das Produkt einer Reaktion eines Tetraalkoxysilans und eines Organosilans mit mindestens einer polymerisierbaren Gruppe ist.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 211, wobei das Tetraalkoxysilan die Formel Si(OR¹)₄ aufweist, worin R¹ eine C₁-C₃-Alkylgruppe ist.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 211, wobei das Organosilan ein Organoalkoxysilan der Formel R²Si(OR¹)₃ oder R⁶[Si(OR¹)₃]_m ist, worin R² eine Styryl-, Vinyl-, Acrylat-, Methacrylat-, Acrylamid-, Methacrylamid-, Divinylbenzol-, Itaconat-, Fumarat-, substituierte oder unsubstituierte C₁-C₁₈-Alkenylen-, Alkinylen- oder Arylengruppe oder eine Kombination davon ist, R¹ eine C₁-C₄-Alkylgruppe ist, R⁶ eine substituierte oder unsubstituierte C₁-C₁₈-Alkenylen-, Alkinylen- oder Arylengruppe ist, die zwei oder mehrere Siliziumatome verbrückt, und m eine ganze Zahl von mehr als oder gleich 2 ist.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 213, wobei R² eine Vinyl-, Methacryloxypropyl-, Methacrylamidpropyl- oder Styrylethylgruppe ist und R¹ eine Methyl- oder Ethylgruppe ist oder R⁶ eine verbrückende N,N-Bis(propylen)acrylamidgruppe ist, m den Wert 2 aufweist und R¹ eine Ethyl- oder Methylgruppe ist.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 211, wobei das Organosilan minimal wasserlöslich ist.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 211, wobei das Tetraalkoxysilan ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Tetramethoxysilan und Tetraethoxysilan.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 211, wobei das Tetraalkoxysilan Tetramethoxysilan ist.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 211, wobei die polymerisierbare Gruppe eine 3-Methacryloxypropylgruppe ist.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 211, wobei die polymerisierbare Gruppe eine Styrylethylgruppe ist.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 211, wobei das Tetraalkoxysilan minimal wasserlöslich ist.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 211, wobei das Organosilan (3-Methacryloxypropyl)trimethoxysilan ist.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 194, wobei die Porenstruktur des Hybridmaterials durch ferner Einbau eines Tensids oder einer Kombination verschiedener Tenside in die Reaktion und Unterziehen des Monolithen einer Hydrothermalbehandlung modifiziert wird.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 222, wobei das Tensid oder die Kombination von Tensiden nicht ionische Tenside sind.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 223, wobei die Tenside ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Tensiden, die aus Block-Copolymeren von Polyethylenglykol und Polypropylenglykol aufgebaut sind, Tensiden, die aus Alkylphenoxypolyethoxyethanol und Polyethylenglykol aufgebaut sind.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 223, wobei das Tensid Pluronic F38 ist.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 222, wobei das Tensid oder die Kombination von Tensiden ausgewählt sind aus Tensiden mit einem Hydrophilie-Lipophilie-Gleichgewicht von etwa 0 bis 60.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 222, wobei das Tensid oder die Kombination von Tensiden ausgewählt sind aus Tensiden mit einem Hydrophilie-Lipophilie-Gleichgewicht von etwa 10 bis 50.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 222, wobei das Tensid oder die Kombination von Tensiden ausgewählt sind aus Tensiden mit einem Hydrophilie-Lipophilie-Gleichgewicht von etwa 20 bis 40.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 222, wobei das Tensid oder die Kombination von Tensiden ausgewählt sind aus Tensiden mit einem Hydrophilie-Lipophilie-Gleichgewicht von etwa 30 bis 40.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 222, wobei das Tensid oder die Kombination von Tensiden ausgewählt sind aus Tensiden mit einem Hydrophilie-Lipophilie-Gleichgewicht von etwa 33.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 194, wobei der Monolith durch ein Oberflächen-Modifizierungsmittel, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus einem organische Gruppe-Oberflächen-Modifizierungsmittel, einem Silanolgruppe-Oberflächen-Modifizierungsmittel, einem polymerische Beschichtung-Oberflächen-Modifizierungsmittel und Kombinationen davon, Oberflächen-modifiziert wurde.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 231, wobei das Material durch ein polymerische Beschichtung-Oberflächen-Modifizierungsmittel Oberflächenmodifiziert wurde.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 231, wobei das Material durch eine Kombination eines organische Gruppe-Oberflächen-Modifizierungsmittels und eines Silanolgruppe-Oberflächen-Modifizierungsmittels Oberflächenmodifiziert wurde.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 231, wobei das Material durch eine Kombination aus einem organische Gruppe-Oberflächen-Modifizierungsmittel und einem polymerische Beschichtung-Oberflächen-Modifizierungsmittel Oberflächen-modifiziert wurde.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 231, wobei das Material durch eine Kombination aus einem Silanolgruppe-Oberflächen-Modifizierungsmittel und einem polymerische Beschichtung-Oberflächen-Modifizierungsmittel Oberflächen-modifiziert wurde.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 231, wobei das Material durch eine Kombination aus einem organische Gruppe-Oberflächen-Modifizierungsmittel, einem Silanolgruppe-Oberflächen-Modifizierungsmittel und einem polymerische Beschichtung-Oberflächen-Modifizierungsmittel Oberflächen-modifiziert wurde.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 231, wobei das Material durch ein Silanolgruppe-Oberflächen-Modifizierungsmittel Oberflächen-modifiziert wurde.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 231, wobei das Material durch Bildung einer organischen kovalenten Bindung zwischen einer organischen Gruppe des Materials und einem Oberflächen-Modifizierungsmittel Oberflächenmodifiziert wurde.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 231, wobei das Oberflächen-Modifizierungsmittel die Formel Z_a(R')_bSi-R aufweist, worin Z ein Cl-, Br-, I-Atom, eine C₁-C₅-Alkoxy-, Dialkylamino- oder Trifluormethansulfonatgruppe ist, a und b jeweils eine ganze Zahl von 0 bis 3 sind, mit der Maßgabe, dass a + b = 3, R' eine C₁-C₆-geradkettige, cyclische oder verzweigte Alkylgruppe ist und R eine funktionalisierende Gruppe ist.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 239, wobei R' ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Isopropyl-, Butyl-, t-Butyl-, sec-Butyl-, Pentyl-, Isopentyl-, Hexyl- und Cyclohexylgruppen.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 239, wobei die funktionalisierende Gruppe R eine C₁-C₃₀-Alkylgruppe ist.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 239, wobei die funktionalisierende Gruppe R eine C₁-C₂₀-Alkylgruppe ist.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 239, wobei das Oberflächen-Modifizierungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Octyltrichlorsilan, Octadecyltrichlorsilan, Octadecyldimethyl-N,N-dimethylaminosilan, Octyldimethylchlorsilan und Octadecyldimethylchlorsilan.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 239, wobei das Oberflächen-Modifizierungsmittel Octadecyldimethyl-N,N-dimethylaminosilan ist.
Quarzglas-Kapillarsäule nach Anspruch 239, wobei die funktionalisierende Gruppe R ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Aryl-, Cyan-, Amino-, Diol-, Nitro-, Estergruppen, einer Kationen- oder Anionenaustauschergruppe, oder einer Alkyl- oder Arylgruppe mit einer eingebetteten polaren Funktionalität.
Verfahren zur in situ-Herstellung eines anorganischen/organischen Hybrid-Monolithen in einer Quarzglas-Kapillarsäule, wobei das Verfahren umfasst: Ausbilden einer Ankerfunktionalität auf einer inneren Oberfläche der Kapillarsäule und Ausbilden im Inneren der Kapillarsäule eines anorganischen/organischen Hybrid-Monolithen, der einen polymerisierten Gerüst-Nanoverbundstoff (PSN) umfasst, wobei der Nanoverbundstoff eine Gerüstfunktionalität enthält, die fähig ist, mit der Ankerfunktionalität auf der Oberfläche chemisch wechselzuwirken, wobei der Monolith gebildet wird durch: a) Ausbilden eines Sol-Gels durch die Umsetzung von zwei oder mehreren Monomeren, b) Starten einer Polymerisationsreaktion und c) Ermöglichen der Monomere, sich über eine Polymerisation-Sol-Gel (PSG)-Reaktion umzusetzen, wobei die Gerüstfunktionalität und die Ankerfunktionalität chemisch wechselwirken, um dadurch den Monolithen an die Oberfläche zu verankern, so dass ein anorganischer/organischer Hybrid-Monolith in situ in der Quarzglas-Kapillarsäule hergestellt wird.
Verfahren zur in situ-Herstellung eines anorganischen/organischen Hybrid-Monolithen in einer Quarzglas-Kapillarsäule, wobei das Verfahren umfasst: Ausbilden einer Ankerfunktionalität auf einer inneren Oberfläche der Kapillarsäule und Ausbilden im Inneren der Kapillarsäule eines anorganischen/organischen Hybrid-Monolithen, der einen polymerisierten Gerüst-Nanoverbundstoff (PSN) umfasst, wobei der Nanoverbundstoff eine Gerüstfunktionalität enthält, die fähig ist, mit der Ankerfunktionalität auf der Oberfläche chemisch wechselzuwirken, wobei der Monolith gebildet wird durch: a) Ausbilden eines Sol-Gels durch die Umsetzung von zwei oder mehreren Monomeren, b) Starten einer Polymerisationsreaktion, c) Ermöglichen der Monomere, sich über eine Polymerisation-Sol-Gel (PSG)-Reaktion umzusetzen, und d) Modifizieren der Porenstruktur des Monolithen, wobei die Gerüstfunktionalität und die Ankerfunktionalität chemisch wechselwirken, um dadurch den Monolithen an die Oberfläche zu verankern, so dass ein anorganischer/organischer Hybrid-Monolith in situ in der Quarzglas-Kapillarsäule hergestellt wird.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith, der eine Gerüstfunktionalität umfasst, die fähig ist, mit einer Oberfläche eines zweiten Materials chemisch wechselzuwirken, hergestellt durch das Verfahren eines a) Ausbildens eines Sol-Gels durch die Umsetzung von zwei oder mehreren Monomeren, b) Startens einer Polymerisationsreaktion und c) Ermöglichens der Monomere, sich über eine Polymerisation-Sol-Gel (PSG)-Reaktion umzusetzen.
Anorganischer/organischer Hybrid-Monolith, der eine Gerüstfunktionalität umfasst, die fähig ist, mit einer Oberfläche eines zweiten Materials chemisch wechselzuwirken, hergestellt durch das Verfahren eines a) Ausbildens eines Sol-Gels durch die Umsetzung von zwei oder mehreren Monomeren, b) Startens einer Polymerisationsreaktion, c) Ermöglichens der Monomere, sich über eine Polymerisation-Sol-Gel (PSG)-Reaktion umzusetzen, und d) Modifizierens der Porenstruktur des Monolithen.
Verfahren zur Herstellung eines anorganischen/organischen Hybridmaterials, das einen polymerisierten Gerüst-Nanoverbundstoff (PSN) umfasst, umfassend die Schritte eines a) Ausbildens eines Sol-Gels durch die Umsetzung von zwei oder mehreren Monomeren, b) Startens einer Polymerisationsreaktion und c) Ermöglichens der Monomere, sich über eine Polymerisation-Sol-Gel (PSG)-Reaktion umzusetzen, wodurch das anorganische/organische Hybridmaterial hergestellt wird, wobei das Material eine Gerüstfunktionalität enthält, die fähig ist, mit einer Oberfläche eines zweiten Materials chemisch wechselzuwirken.
Verfahren zur Herstellung eines anorganischen/organischen Hybridmaterials, das einen polymerisierten Gerüst-Nanoverbundstoff (PSN) umfasst, umfassend die Schritte eines a) Ausbildens eines Sol-Gels durch die Umsetzung von zwei oder mehreren Monomeren, b) Startens einer Polymerisationsreaktion, c) Ermöglichens der Monomere, sich über eine Polymerisation-Sol-Gel (PSG)-Reaktion umzusetzen, und d) Modifizierens der Porenstruktur des Materials, wodurch das anorganische/organische Hybridmaterial hergestellt wird, wobei der Nanoverbundstoff eine Gerüstfunktionalität enthält, die fähig ist, mit einer Oberfläche eines zweiten Materials chemisch wechselzuwirken.