DE2236172A1

DE2236172A1 - Poroese, feinteilige oder kolloidale koerper und ihre verwendung fuer chromatographische trennungen

Info

Publication number: DE2236172A1
Application number: DE19722236172
Authority: DE
Inventors: Claude Bonnebat; Michel Deleuil; Francois Meiller
Original assignee: Rhone Progil SA
Current assignee: Rhone Progil SA
Priority date: 1971-07-26
Filing date: 1972-07-24
Publication date: 1973-02-08
Also published as: FR2147382A5; BE786642A; CH577843A5; IT969406B; NL7210258A; GB1370987A

Description

Prankreich

betreffend:

Poröse, feinteilige oder kolloidale Körper und ihre Ver-r yetidun.q; für chromatographische ffretinung;en

Die Erfindungbetrifft die Veränderung von Oberflächeneigenschaften von porösen oder feinteiligen Stoffen durch Aufpfropfen von organischen Atomgruppierungen unter Mitwirkung eines Siliciumatoms; diese Atomgruppierungen besitzen hydrophile Eigenschaften und verleihen den Stoffen, auf welche sie aufgepfropft werden, besondere chromatographische Eigenschaften.

Bekannt sind die sehr zahlreichen Anwendungsgebiete der Oberflächeneigenschaften von vielen porösen oder verteilten Stoffen natürlicheroder synthetischer Herkunft, beispielsweise Tone, Diatomeenerde, Zeolithe, Aktivkohle und ver- ■

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schiedene Oxide, wobei die Oberflächeneigenschaften bei vielen dieser Stoffe auch im kolloidalen Zustand zur Geltung kommen. Alle diese Stoffe verdanken ihre Eigenschaften der Entwicklung der Oberfläche, die bei porösen Stoffen von den Eigenschaften der Porosität oder bei sehr fein verteilten Stoffen einschließlich kolloiden Stoffen von den Elementarabmessungen der kleinen Teilchen abhängt .

Die Wahl unter diesen verschiedenen Stoffen fällt mehr und mehr auf synthetisch hergestellte Verbindungen, die mit gut definierten und reproduzierbaren Eigenschaften ausgestattet werden können; unter diesen wird eine ziemlich kleine Gruppe von einigen Oxiden und Hydroxiden sowie deren Gemischen bevorzugt, insbesondere die Oxide und/oder Hydroxide von Silicium, Aluminium und Magnesium.

Zu den wichtigsten und interessantesten Anwendungsgebieten für die Oberflächeneigenschaften der verschiedenen > Stoffe gehört die Chromatographie in ihren verschiedenartigen Ausführungsformen und zwar nicht wegen der Mengen der behandelten Produkte, sondern wegen der großen Selektivität, die bei diesen Trennungen erzielt werden kann. Diese beruht auf der großen Unterschiedlichkeit der Oberflächeneigenschaften dieser verschiedenen Verbindungen, die durch diese Trennungen besser ins Licht gesetzt wird. Bereits seit langem ist beispielsweise eine praktische chromatographische Trennvorrichtung bekannt, bei welcher ein fließfähiges Medium, welches das oder die auf-

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zutrennenden Produkte enthält, durch mit Bezug auf ihren Durchmesser lange Säulen geführt wird, die mit verschiedenen porösen Stoffen gefüllt sind;als poröse Stoffe werden dabei sehr häufig kieselartige Stoffe verwendet infolge der verschiedenen Eigenschaften der Oberfläche und der Porosität, die ihnen verliehen werden können.

Jedoch führen derartige kieselartige poröse Stoffe nicht zu den erwarteten Ergebnissen, wenn sie für bestimmte Trennungen mittels Chromatographie eingesetzt werden. Der Grund hierfür liegt wahrscheinlich in der starken Reaktionsfähigkeit der in ihnen vorhandenen restlichen Silanolgruppen und in den besonderen Adsorptionseigenschaften dieser porösen kieselartigen Stoffe.

Zur Lösung dieses Problems wurde bereits vorgeschlagen, die Oberflächeneigenschaften von kieselartigen Stoffen mit verschiedenen organischen Verbindungen, auch stationäre Phasen genannt, zu .modifizieren, die in mono- oder plurimolelcularer Schicht adsorbiert werden. Diese Arbeitsweise ist mit zahlreichen Nachteilen verbunden infolge der geringen Affinität dieser stationären Phasen für die Kieselsäure bzw. SiOo; infolgedessen sind die Füllungen der chromatographischen Trennsäulen nicht ausreichend beständig, weil die stationären Phasen sich beispielsweise verflüchtigen oder in den verwendeten Eluiermitteln lösen.

Es ist auch allgemein bekannt, daß man die OH-Gruppen, welche sich auf der Oberfläche von unterschiedlichen definierten festen chemischen Verbindungen oder auch von beliebigen Stoffen befinden, insbesondere die an der Ober-

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fläche von kieselsäureartigen Stoffen vorhandenen OH-Gruppen mit zahlreichen chemischen Kohlenstoff- und Siliciumverbindungen umsetzen kann, wobei der bewegliche Wasserstoff der OH-Gruppe entfernt und eine Sauerstoff-Silicium- oder eine Sauerstoff-Kohlenstoff-Bindung ausgebildet wird; die auf diese Weise gebundenen Atomgruppen und Eeste können sehr komplex sein.

Es wurde auch bereits empfohlen, auf diese Art und Weise verschiedene Atomgruppen, welche als stationäre Phase dienen, zu fixieren, insbesondere auf porösen Stoffen, welche ausgehend von Kieselsäuregel oder ausgehend von Gläsern erhalten werden und die durch besondere Behandlungen eine Mikroporosität erhalten, wodurch die Eigenschaften dieser Stoffe im Hinblick auf ihre chromatographische Verwendung verbessert werden. Ein solches Aufpfropfen von Atomgruppen unter Mitwirkung von "Siliciumatomen verschiedener Organosilane ist von besonderer Bedeutung, weil wenig reversibel und weil die dabei erhaltenen Stoffe eine gute Wärmefestigkeit und Hydrolysebeständigkeit besitzen.

Jedoch ist häufig die Auftrennung von besonders empfindlichen Molekülen, die häufig biologischer Herkunft sind, wie Proteine und Enzyme, nicht gut, selbst.nicht auf kieselartigen Stoffen, auf die verschiedene Atomgruppen mittels verschiedener Silane, wie oben angegeben,aufgepfropft worden sind.

Ziel der Erfindung ist es, die bisher erzielten Ergebnisse

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auf diesem Gebiet zu verbessern. Erfindungsgemäß sind hierzu poröse oder verteilte Stoffe vorgesehen, deren spezifische Eigenschaften, welche sie zur Auftrennung von bestimmten polaren Stoffen, insbesondere von Enzymen und Proteinen, mittels verschiedenen Chromatographie-Verfahren befähigen, durch aufgepfropfte Atomgruppen bedingt werden, die über eine - 0 - Si-Brücke gebunden sind und deren Molekulargewicht über 150 liegt und insbesondere 200 bis 4 000 beträgt; diese Gruppen enthalten außerdem mindestens eine hydrophile funktioneile Gruppe. Derartige funktionelle Gruppen sind allgemein bekannt, Beispiele hierfür sind Äther, Alkohole und Pyrrolidon.

Um solche Gruppen aufpfropfen zu können, muß von einer siliciumhaltigen chemischen Verbindung ausgegangen werden, welche zusätzlich zu den in Betracht gezogenen Gruppen ein Siliciumatom und gebunden an das Siliciumatom., mindestens eine Gruppe oder ein Atom enthält, welches mit einer Rest-OH-Gruppe der porösen oder verteilten Stoffe unter Entfernung des beweglichen Wasserstoffes dieser OH-Gruppe reagieren kann.

Selbstverständich müssen' die porösen oder verteilten Stoffe eine ausreichende OH-Gruppendichte aufweisen, damit eine ausreichende Anzahl von Atomgruppierungen aufgepfropft werden kann. Meist liegt diese Dichte über 0,5 OH je 1 nm (100 A) und beträgt vorzugsweise 1,5 bis 4 OH

ρ
je 1 nm ..

Unter den porösen Stoffen, die auf diese Weise behandelt werden können, eignen sich besonders gut Silicagelkörper, deren Entwicklung der Porosität auf thermischem Wege in Gegenwart

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von bestimmten Fremdatomen, wie Alkaliatomen, sowie von bestimmten Atomen, welche Säuregruppen liefern oder auf hydrothermischem Wege in Gegenwart von Ammoniak bewirkt worden ist· Derartige Verfahren werden in den französischen Patentschriften 1 473 240, 1 482 867 und 1 528 785 sowie in dem älteren Vorschlag, entsprechend der DT-OS 2 127 649 beschrieben. Danach werden großporige Silicagelkörper mit stark veränderten Merkmalen der Porosität erhalten, wobei die Verteilung der Porenabmessungen mehr oder weniger eng ist, je nach den Behandlungen, denen das als Ausgangsmaterial eingesetzte Gel unterworfen worden ist.

Die siliciumhaltigen Verbindungen,welche sich für die angestrebte Pfropfpolymerisation auf den porösen oder feinteiligen Stoffen eignen, können außerordentlich verschiedenen Formeln entsprechen; sie werden nach bekannten Verfahren erhalten, beispielsweise durch Addition einer Verbindung mit endständiger Vinyl- oder Allylgruppe und mindestens einer hydrophilen Gruppe an ein einfaches Silan oder durch Copolymerisation eines Vinylmonomeren, das mindestens eine hydrophile Gruppe enthält, mit einem ungesättigten Silan.

Selbstverständlich muß allgemein beim Aufpfropfen dieser siliciumhaltigen Verbindungen auf die porösen oder feinteiligen Stoffe jede andere Hydrolysereaktion der siliciumhaltigen Verbindungen vermieden werden, welche auf dem einfach durch diese Stoffe adsorbiertem Wasser beruht j

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auch müssen die zu "behandelnden Stoffe sorgfältig getrocknet sein. Die porösen oder feinteiligen Stoffe werden mit den gewünschten siliciumhaltigen Verbindungen, welche in Lösungsmitteln gelöst sein können, in Dampfphase oder in flüssiger Phase während einer Reaktionsdauer "bis zu mehreren Stunden in Berührung gebracht; nach beendeter Pfropfpolymerisation wird mit dem bereits verwendeten Lösungsmittel gewaschen und anschließend getrocknet; darauf wird mit einem der' in Frage kommenden Lösungsmittel mehrere Stunden lang heiß extrahiert; diese Behandlung dient dazu, . etwaige Reste siliciumhaltiger Verbindungen, welche lediglich adsorbiert und nicht chemisch gebunden sind, zuverlässig zu entfernen.

Die durch aufgepfropfte Gruppen erfindungsgemäß veränderten porösen oder feinteiligen Stoffe besitzen zusätzlich zu ihren hydrophilen Eigenschaften, ihrer Wärmefestigkeit

und Hydrolysebeständigkeit eine gute Beständigkeit gegenüber der Einwirkung von zahlreichen organischen Lösungsmitteln, -wie Aceton oder.Toluol; infolge der Gesamtheit ihrer Eigenschaften eignen sich diese neuen Stoffe für zahlreiche unterschiedliche, chromatographische Arbeitsweisen, beispielsweise für die Chromatographie durch Alis Schluß * (Gel-Eiltration), welche zur Auftrennung von Biopolymeren und wasserlöslichen Polymeren angewandt wird, für die Auftrennung durch Sreaning in flüssiger oder Gas Chromatographie (Elutions-Chromatographie) sowie für.die Adsorptionschromatographie in flüssiger Phase oder in Gasphase, wobei dLe flüssigen Phasenwäßrige Phasen oder organische Phasen sind.

- 8 ^Creläurchdringungsohromatographie

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In den folgenden Beispielen werden die guten Ergebnisse erläutert, welche mit Silicagelkörpern mit erfindungsgemäß veränderten Oberflächeneigenschaften erreicht wurden, weil sich das Silicagel besonders gut für die Herstellung von stark porösen Stoffen mit sehr unterschiedlicher Porosität eignet. Die Vergleichsbeispiele bringen unzureichende Trennungen infolge von aufgepfropften Gruppen, welche nicht den oben angeführten Charakteristika entsprechen.

Beispiel 1

Ausschluß-Chromatographie

Zum Aufpfropfen wurden Silicagel-Mikrokügelchen der folgenden Eigenschaften verwendet:

- 0 100 bis 200 /im;
spez. Oberfläche 130 m /g;

- Porenvolumen 0,8 cmVg;

- mittl. Porendurchmesser 22,5 nm (225 &) »

- zwei OH-Gruppen je 1 mn (100 A. );

die letzte Eigenschaft wurde rechnerisch ermittelt nach Me,ssen der Gewichtserhöhung, welche durch Reaktion von Hexamethyldisilazan mit einer Probe getrockneter Mikrokügelchen erzielt wurde, wobei sich an der Pfropfreaktion praktisch alle vorhandenen OH-Gruppen beteiligten. 80 g dieser Silicagel-Mikrokügelchen wurden zunächst drei Stunden unter einem Druck von 0,1 mm Hg bei 150⁰G getrocknet und dann mit 400 cnr Toluollösung in Berührung gebracht, die 40 g Silan enthielt, welches durch Addition eines Äthylenoxid-Kondensationsproduktes mit endständigen Vinylgruppen der Formel:

209886/1173 -9-

1A-M 575

— 9 —

CH₂ = CH -CH₂- (OCH₂ - CH₂) £ OH ,

worin η einen Wert von 8 bis 10 hat, an Dimethylchlorsilan erhalten worden war (Silan A).

Die behandelten Mikrokügelchen wurden dann mit Toluol gewaschen, abgesaugt und 1 h im Trockenschrank bei 110⁰G getrocknet.

Der Kohlenstoffgehalt der aufgepfropften Gruppen betrug 5,4- Gew.-%, bezogen auf die behandelten Mikrokügelchen, was etwa einer Absattigung von 80 % der vorhandenen OH-Gruppen entspricht. Eine thermogravimetrxsehe Analyse der behandelten (gepfropften) Mikrokügelchen, durchgeführt unter Stickstoff mit linear programmiertem Temperaturanstieg von 200°C/h ergab, daß Gewichtsverlust durch thermische Zersetzung erst ab 280⁰C eintrat? dies zeigt die Wärmebeständigkeit des Pfropfpolymerisates.

Mit den behandelten Mikrokügelchen wurde eine Glassäule mit 0 2,5 cm und Länge 20 cm gefüllt, die mit einer Pufferlösung vom pH-Wert 7*5 in einer Menge von 200 ciir/h eluiert wurde.. Die gesamte verwendete Chromatographiervorrichtung umfaßte ein Einspritzventil, einen UV-Detektor, für Wellenlänge 276 m/um mit logarithmischem Schreiber für die quantitative Bestimmung der eluierten Produkte, sowie einer Zelle mit konstantem Volumen von 8 cnr für die Messung des Eluatvolumens der injizierten Substanzen.

■■/ - : ■ ■-. 10 -

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223617?

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- 10 -

In die Säule wurde eine 1%ige wäßrige Lösung eines Gemisches aus gleichen Gew.-Teilen Phthalsäure und Dextranblau, welches ein Molekulargewicht von etwa 2 χ 10 besitzt und als Standard für Chromatographie in wäßrigem Medium gebräuchlich ist, eingespritzt. Die Differenz der Elutionsvolumina dieser beiden Verbindungen betrug

32 cnr ; hieraus errechnete sich das chromatographisch wirksame Porenvolumen der Säulenfüllung zu 0,75 cm-yg. Dieser Wert ist praktisch identisch mit dem Wert für die ursprünglich eingesetzten Mikrokügelchen, was den hydrophilen Charakter der Füllung aus behandelten (gepfropften Mikrokügelchen) beweist.

Mit der vorbereiteten und standardisierten Säule wurden dann verschiedene Protein- und Enzymlösungen chromatographiert·, jede Substanz wurde zu 0,5 Gew.-% in dem gleichen Puffer gelöst, welcher zum Eluieren der Kolonne verwendet wurde; diese Proteine und Enzyme werden üblicherweise als Standard oder Norm in der Chromatographie verwendet .

Gemessen wurden bei jedem erhaltenen Chromatograaam die

■χ Eluatvolumina in Vielfachem von 8 cnr sowie der Flächeninhalt der (pics) Zonen, woraus sich der jeweilige Anteil in Prozent der aufgegebenen und eluierten Substanz sowie die Anteile in Prozent der gegebenenfalls vorhandenen Begleitstoffe errechnen ließ.

Zum Vergleich wurden dieselben Versuche mit; derselben Säule durchgeführt, als Füllung aber das gleiche Gewicht nicht behandelter Mikrokügelchen verwendet. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt:

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- 11 -

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- 11 -

TABE	LLE I	unbehan- delt
verwendete Substanz	Mikrökugeln	% eluierte Substanz
(Protein oder Enzym) und ungefähres MG	behandelt
	%. eluierte Sub- Eluat- stanz oder Be- volumen gleitstoffe der Zone
	χ 8 cm*	0
Cytochrom C (enthal tend 0,43 % Fe)		0
,v 13 000	>90 8	0
Pferdemyoglobin rJi8 000	■ >90 6,7 0 (Begleitstoffe) 4
Rinderhämoglobin	>95 6
^64 000	<Λ (Besleitstoffe) 4

Serumbalbumin vom Men- ^95 -5 sehen #2 (Begleitstoff e)8

r> 67 000

γ Globulin aus menschlichem Serum

000

>90

4,4

Fibrinogen aus Rinderserum >90 4

000 ^⁴ 5(Begleitstoffe)8

Thyroglobulin aus Rinderserum

^600 000

<^ 5(Begleitstof f e)8

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Diese Tabelle zeigt durch einen Vergleich der Eluatvolumina, daß die Klassierung nach zunehmendem Molekulargewicht und daß die Elutionen praktisch total sind, wenn die Versuche mit behandelten, d.h.gepfropften Mikrokügelchen durchgeführt wurden, während sich die nicht behandelten Mikrokügelchen wie Adsorbentien verhielten, die nur eine schwache oder gar keine Elution gestatteten.

Ein Alterungsversuch, durchgeführt über 4 Wochen, durch Eluieren mit 50 cmVh bei einer Temperatur von 25 bis JO⁰C der Säule, welche die behandelten Mikrokügelchen als Füllung enthielt, ergab keinerlei Verminderung der erhaltenen Ergebnisse. Dies zeigt die Beständigkeit der aufgepfropften Atomgruppen.

Beispiel 2

In diesem Beispiel wird durch Vergleich mit den Ergebnissen des vorangegangenen Beispieles gezeigt, daß die aus dem Silan stammenden Atomgruppen ein ausreichendes Gewicht besitzen müssen.

Im vorliegenden Falle wurde ein Silan der Formel: (OEt) ^

-W

L-(CHo)_xO-CH₀-CH -

* \ .'
Me 0

aufgepfropft, welches sichtlich ein niedriges Molekularge-

- 13 -

1) Et = C₀H₅-, Me = CH₅

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- 13 -

wicht besitzt (Silan B).

In gleicher Weise wie im vorangegangenen Beispiel wurden die gleichen Mikrokugelchen mit einer Lösung des Silans B in Toluol behandelt. Der Pfropfgrad wurde durch Kohlenstoffbestimmung ermittelt; der Kohlenstoffgehalt betrug 1,8 Gew.-%, bezogen auf die behandelten Mikrokügeichen; dies entsprach unter Berücksichtigung des Verhältnisses der Kohlenstoffmengen, vorhanden in den beiden Atomgruppieren aus den Silanen A und B, einer besseren Ausbeute bei der Pfropfreaktion. Diese behandelten Mikrokugelchen wurden in gleicher Weise wie im vorangegangenen¹Beispiel für die Chromatographie bestimmter Substanzen aus dem vorangegangenen Beispiel verwendet. In der folgenden Tabelle II sind die Ergebnisse hinsichtlich des prozentualen Anteils der eluierten Substanzen aufgeführt.

TABELLE. II " _

Verwendete Substanz Eluierte Substanz

Myoglobin ' <1O

Albumin

γ-Globulin

Fibrinogen χ 10

Thyroglobulin *& 40

Dieses Beispiel zeigt, daß Silan B, obwohl es ebenso wie Silan A hydrophile funktioneile Gruppen besitzt, zu einer

1) in io der auf gegebenen Menge

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ungünstigen Veränderung der chromatographischen Eigenschaften führt, ausgenommen für das Thyroglobulin, dessen eluierter Anteil jedoch sehr viel kleiner ist als bei der Elution in Beispiel 1.

Beispiel 3

Dieses Beispiel betrifft die Chromatographie durch Ausschluß unter Verwendung von Mikrokügelchen, welche mit einem anderen Silan der Formel:

CH
• 5

Cl-Si- (CH₂),(OCH₂-CH₂)^-OH (Silan C)

das ein Molekulargewicht von 550 und eine hydrophile funkiionelle Gruppe besitzt, behandelt wurden.

Die Silicagel-Mikrokügelchen besaßen folgende Eigenschaften:

0 100 bis 200 /im;
- spez. Oberfläche 6 m /g;
Porenvolumen 0,8 cmVg;
mittl. Porendurchmesser 520 nm (5200 S); Anzahl der OH-Gruppen 1,9/1 nm² (100 £²>.

Der hydrophile Charakter der gepfropften Mikrokügelchen wurde in gleicher Weise überprüft; die verwendete Säule unterschied sich etwas von der in den vorangegangenen Beispielen verwendeten Säule. Zum Vergleich wurden Versuche mit der gleichen Menge ungepfropfter Füllkörper in der gleichen Säule

- 15 -

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durchgeführt. Die mit den bereits im Beispiel 1 verwendeten Substanzen erzielten Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt:

T	•Verwendete Sub	A B E L L E	III	unbehandelt
stanz		Mikrokugjeln	% eluierte Substanz
	behandelt
	% eluierte stanz oder gleitstoffe	Sub- Eluat- ' Be- volumen der Zone	0
Cytochrom C		χ 8 cnr	0
Myoglobin	> 95	9	<60
Albumin	>95	9
Thyrο globulin	>95	4,5 (Begleit stoffe)
>95	8 #,5 (Begleit stoffe)

Dieser Versuch zeigt, daß das in diesem Beispiel verwendete Silan 0 sich sehr gut eignet zur Behandlung von Trägern mit großen mittleren Porendurchmessern und die Ab- bzw. Auftrennung von hochmolekularen Stoffen gestattet.

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- 16 Beispiel 4

Dieses Beispiel betrifft wiederum die Chromatographie durch Ausschluß. Das verwendete Silan mit Molekulargewicht 1 900 entsprach folgender Formel:

Cl - Si -(CH₂)₅-(OCH₂-CH₂ )_n-(OCH₂-CH₂ )_ffl -CH₂COOCH₅ 5

' (Silan D)

Erhalten wurde es durch Addition von Dimethylchlorsilan an ein Polykondensat aus Propylenoxid und Äthylenoxid, enthaltend etwa 2 Mol Äthylenoxid auf 1 Mol Propylenoxid. Die gemäß Beispiel 1 behandelten Mikrokügelchen besaßen folgende Eigenschiften, (vor dem Aufpfropfen):

- 0 100 bis 200 ,um;

- spez. Oberfläche 280 m²/g;

- Porenvolumen 0,85 cnr/g;

- mittl. Porendurchmesser 10,8 nm (IO8 Ä);

- Anzahl OH-Gruppen 2,1/1 nm² (100 S ²);

der Kohlenstoffgehalt nach dem Aufpfropfen betrug 6,70 Gewr-% bezogen auf die behandelten Mikrokügelchen.

Als Füllung wurden 34 g dieser Mikrokügelchen unter

gleichen Bedingungen wie im Beispiel 1 verwendet. Das in gleicher Weise bestimmte chromatographische Porenvolumen betrug 0,4 cnr/g; dieser geringere Wert beruht auf dem größe-

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— 17 —

ren Raumbedarf der aufgepfropften Gruppen.

Chromatographiertwurden in diesem Falle Rinderhämoglobin und menschliches Serumalbumin; beide Substanzen wurden vollständig an den nicht behandelten Mikrokügelchen adsorbiert; aus den durch Pfropfen modifizierten Mikrokügelchen wurde beide Proteine bereits nach der ersten Injektion quantitativ eluiert. .

Beispiel

Dieses Beispiel betrifft wiederum die Chromatographie durch Ausschluß. Verwendet wurde· ein Silan der Formel:

- (CH₂ - CH )_m
Si(OEt)

mit m/n etwa 3. Dieses Silan wurde durch radikalische Copolymerisation von Vinyltriäthoxysilan mit H-Vinylpyrrolidon erhalten und fiel als viskoses Öl an, dessen mittleres Molekulargewicht, bestimmt mit einen Dampfdruck-Osmometer in Benzol von 37°C, etwa 3 500 betrug.

Gepfropft wurde in gleicher Weise wie im Beispiel 1 unter Verwendung der gleichen Mikrokügelchen und zwar mit 7 g Silan auf 50 g Mikrokügelchen.

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Nach dem Waschen und Trocknen verblieben auf den Mikrokügelchen 0,55 Gew»-% Stickstoff und 4,65 % Kohlenstoff, was den tatsächlich erfolgten PfropfVorgang anzeigt. Die hydrophile Beschaffenheit wurde wie in den vorangegangenen Beispielen anhand von Versuchen mit Phthalsäure und Dextranblau nachgewiesen. Die Chromatographierversuche wurden unter praktisch gleichen Bedingungen wie im Beispiel 1 an verschiedenen Substanzen durchgeführt.

Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt.

TABELLE IV

Verwendete Substanz

Phthalsäure Cytochrom C Myoglobin Hämoglobin Albumin Globulin Fibrinogen Dextranblau

Eluatvolumen	% eluierte	Sub-
des Hauptpic	stanz
χ 8 cm^
8,4	100
7,4	95
7,1	Il
6,6	η
5,9	Il
5,15	ti
4,8	Il
4,8	100

In diesem Falle ist eine Verringerung des Porenvalumens des Trägers zu beobachten, die zweifellos auf der bereits hohen

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Raumausfüllung des Silans "beruht. Alle geprüften Substanzen wurden vollständig elulert mit praktisch Meßgenauigkeit, während sie praktisch vollständig und irreversibel auf dem nicht "behandelten Träger adsorbiert wurden.

Beispiel 6

Dieses Beispiel betrifft die Auftrennung von Polyvinylalkoholen mittels Chromatographie durch Ausschluß. "Verwendet wurde Silan A gemäß Beispiel 1. Die Silicagel Mikrokügelchen hatten folgende Eigenschaften:

- 0 100/125/um;

- spez. Oberfläche 60 m /g;

- Porenvolumen 0,95 CE

- mittl. Porendurchmesser 48 nm (480 S);

- Anzahl OH-Gruppen 1,95/1nm² (100 £"²);

gepfropft wurde mit 15 g Silan auf 100 g Mikrokügeichen.

Die behandelten Silicagelkörper wurden in eine Analysesäule mit Länge 4 m und Durchmesser 0,8 cm gefüllt; an die Säule schloß sich ein . Refraktometer als differ ent ie Ha: Detektor an. In Ermanglung von engen charakterisierten Fraktionen von Polyvinylalkohol wurden zwei handelsübliche Polyvinylalkohole, RHODOVIOL 4/20 und RHODOVIOL 60/20 verwendet, welche dieselbe Menge freies Acetat enthalten. Beide Polyvinylalkohole wurden getrennt voneinander eingespritzt; für jede Einspritzung wurde ein Volumen von 0,5 cm , enthaltende,5 Gew.-% Alkohol, gelöst in Wasser, verwendet. Eluiert wurde mit entmineralisiertem und entgastem

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Wasser in einer Menge von 60 cnr/h.

Der Vergleich der Chromatogramme zeigte, daß beide Polyvinylalkohole unterschiedliche mittlere molekulare Gewichte "besitzen. Das Molekulargewicht von BHODOVIOL 60/20 lag höher. Diese Substanz ergab eine Zone, die vor Beginn der Elution von BHODOVIOL 4/20 lag; beide Pics oder Zonen waren frei von Nachlauf oder "Schwanzbildung" ,* der (die) das Gesamt-Eluatvolumen der Kolonne übertraf.

Die Vergleichsversuche mit unbehandelten bzw. nicht gepfropften Mikorkügelchen gaben keine quantitative Elution; die erhaltenen Zonen waren stark asymmetrisch und die Nachläufe überstiegen das Volumen der Kolonne.

Beispiel 7

Dieses Beispiel betrifft die Auftrennung von aromatischen Verbindungen mittels Adsorptionschromatographie in wäßrigem Medium. Zum Pfropfen wurde Silan A gemäß Beispiel 1 verwendet; die Mikrokügelchen besaßen folgende Eigenschaften:

- 0 40 bis 100 ,um;

- spez. Oberfläche 480 m /g;

- Porenvolumen 0,85 cm^/g;

- mittl. Porendurchmesser 6 nm (60 X);

- Anzahl OH-Gruppen 1,9/1 nm² (100 Ä²);

gepfropft wurde mit 16 g Silan auf 100 g Mikrokügelchen. ♦(trainee bzw. trailing)

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- 21 -

Gearbeitet wurde mit einer Säule mit Länge 200 cm und Durchmesser 1 cm und einem UV-Spektro photometer als Detektor; die Wellenlänge wurde auf die beste Sensibilität für jede aromatische Verbindung eingestellt.

Benzylamin, Anilin, Phenol und Pyridin wurden getrennt voneinander injiziert und mit einem Puffer mit pH-Wert 7,5 eluiert.

Zum Vergleich wurden dieselben Versuche mit nicht gepfropften Mikrokügelchen durchgeführt.

In der folgenden Tabelle sind die für den Nachweis jeder aromatischen Verbindung verwendeten Wellenlängenλ sowie die Verteilungskoeffizienten K angegeben. Diese Koeffizienten K ergeben sich aus den verschiedenen erhaltenen Eluat- -volumina, den Zwischenraumvolumina und Porenvolumina der Kolonne aus der Gleichung: V Elution (Eluat) = V Zwischenraum ·»-" K*V Poren.

Das Eluatvolumen ist definiert als das Volumen des bis zum Auftreten der Zone oder des Pie auf dem Chromatogramm ausfließenden Eluens; das Zwischenraumvolumen ist das Volumen zwischen den Mikrokügelchen und dem Porenvolumen^ dem jenigetiihrer Poren.

. TABELLE V:

- 22 -

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1Α-Λ1 575

- 22 -

	T A	BELLE	248	V	K-Mikrokügel-
			255	K-	chen,
aromatische	λ	Detektor in	276	Mikrokügel-	unbehandelt
Verbindungen		/um	280	chen behan
			delt mit	1,0
		Silan A	3,0
Benzylamin		2,35	1,8
Anilin		3,08	1,0
Phenol		3,38
Pyridin		3,55

Die Tabelle zeigt, daß die Verteilungskoeffizienten stets erhöht sind, dies zeigt die Bedeutung der behandelten Mikrokügelchen für die Auftrennung von aromatischen Verbindungen. Außerdem ist die Reihenfolge der Elution verschieden; hieraus ergibt sich die Bedeutung der gepfropften Atomgruppen. Außerdem, fällt auf, daß Benzylamin und Pyridin mit ungepfropften Mikrokügelchen nicht getrennt werden können.

Beispiel

Dieses Beispiel betrifft die Trennung durch Ausschluß-Ghromatographie in nicht wäßrigem Medium. Getestet wurden 0,5-gew--%ige Lösungen in Aceton von Polyäthyleaaiglykol mit mittlerem Molekulargewicht 202O₁ 1220 und 790. Gearbeitet

- 23 -

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- 23 -

wurde mit den gepfropften Mikrokügelchen gemäß Beispiel 7 als Füllkörper in einer 1,50 ι langen Säule mit Durchmesser 0,8 cm, an die sich ein Refraktometer als Detektor anschloß. Die injizierten Volumina betrugen 0,5 cnr ί eluiert wurde mit Aceton in einer Menge von 50 cm-yh. Gemessen wurden die Eluatvolumina, sowie zum Vergleich'.das Eluatvolumen für Benzol mit wesentlich geringerem Molekulargewicht. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:

TABELLE

VI

Substanz

Eluatvolumina

in willkürlichen Einheiten

Polyäthylenglykol 2020 Polyäthylenglykol 1220 Polyäthylenglykol 790 Benzol

6,1 6,8

8,5

Die Eluatvolumina entsprechen der Reihenfolge des abnehmenden Molekulargewichtes. Der Versuch mit Benzol zeigt, daß keine Elutionsverzögerung, also keine irreversible Adsorption auftritt.

Im Vergleichsversuch wurden die gleichen Verbindungen gelöst in Aceton vollständig von unbehandelten Mikrokügelchen adsorbiert. Außerdem wurden die Eigenschaften der Säule auch bei längerem Gebrauch über 1 Monat hinweg mit dem gleichen Lösungsmittelmedium nicht verändert.

- 24 -

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1A-41 575

Beispiel 2_

Dieses Beispiel betrifft die Gasphasenchromatographie eines Alkoholgemisches.

Silan A gemäß Beispiel 1 wurde wie dort "beschrieben auf Mikrokügelchen mit folgenden Eigenschaften aufgepfropft:

0 100/200,um;

spez. Oberfläche 100 m /g; Porenvolumen 1 cm

- mittl. Porendurchraesser 32 nm ($20 R);

Anzahl der OH-Gruppen 2,1 auf 1 nm² (100 1 ²).

Für die Vergleichsversuche wurden einmal unbehandelte Mikrokügelchen und zum anderen durch Zugabe einer handelsüblichen stationären Phase und zwar Polyoxyäthylen mit Molekulargewicht 400 in einer Menge von 20 g auf 100 g modifizierte Mikrokügelchen verwendet. Gearbeitet wurde in einer Säule mit Länge 200 cm und Innendurchmesser 0,3 cm; der Detektor war ein Katharometer.

Untersucht wurden Gemische aus gleichen Gewichtsteilen Methanol, Äthanol und Isopropanol; als Trägergas wurde Stickstoff verwendet.

Es zeigte sich, daß die unbehandelten Mikrokügelchen eine er s t Q

Elution^ab 150 C gestatteten und keine symmetrischen Zonen ergaben; die mit stationärer Phase behandelten Mikrokügelchen gaben zwar symmetrische Zonen bei 55⁰C, trennten aber schlecht Methanol und Äthanol voneinander; die erfindungsgemäß

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mit Silan A behandelten Mikrokügelchen gaben eine gute Trennung der drei Alkohole ab einer Temperatur von 50⁰C, was ihre technische Überlegenheit erweist.

Weitere Versuche über die Wärmefestigkeit der mit "stationärer Phase behandelten Mikrokügelchen zeigten für die stationäre Phase eine Abweichung (Abdrängung) ab 105⁰C, die bei mit Silan behandelten Mikrokügelchen erst ab 24-0⁰C auftrat.

Diese Zahlenwerte wurden bestätigt durch die Kurven für den Gewichtsverlust beim Erhitzen der Proben unter Stickstoff mit einem Temperaturanstieg von 10°C/min.

PATENTANSPRÜCHE:

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

rl)) Poröse,feinteile oder kolloidale Körper, modifiziert durch aufgepfropfte organische Atoingruppen unter Mitwirkung eines Siliciumatomes unter Ausbildung von -O- Si-Bindungen * mit den restlichen OH-Gruppen der Körper, dadurch gekennzeichnet , daß die aufgepfropften Gruppen ein Molekulargewicht über 150, vorzugsweise von 200 bis 4· 000 und mindestens eine hydrophile Gruppe besitzen·
2) Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Trägermaterial vor dem Aufpfropfen mindestens 0,5 OH-Gruppen, vorzugsweise 1,5 bis

4- OH-Gruppen auf 1 nm besitzen.
3) Körper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die aufgepfropften organischen Atomgruppen von siliciumhaltigen "Verbindungein stammen, welche durch Addition einer Verbindung mit en&stän&iger Vinyl- oder Allylgruppe und mindestens einer hydrophilen Gruppe an ein einfaches Silan erhalten «irden.
4) Körper nach Anspruch 1 oder 2, da&ujpch g e kennzeichnet , daß die aufgepfropften

< nach Reaktion von siliciumhaltigen Verbindungen

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sehen Gruppen von siliciumhaltigen Verbindungen stammen, welche durch Copolymerisation eines Vinylmonomeren, enthaltend mindestens eine hydrophile Gruppe mit einem ungesättigten Silan erhalten wurden.
5) Körper nach Anspruch 1 "bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Trägermaterial Silicagel, enthaltend bestimmte Mengen Fremdatome ist, dessen Porosität vor dem Aufpfropfen durch thermische Entwicklung verändert worden ist.
6) Körper nach Anspruch 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet , daß das Trägermaterial Silicagel ist, dessen Porosität vor dem Pfropfen auf hydrothermischem Wege in Gegenwart von Ammoniak verändert worden ist.
7) Silicagel-Körper nach Anspruch 5 und 6 in Form von Kugeln.
8) Silicagel-Körper nach Anspruch 5 und 6 in Form von Bruchstücken.
9) Anwendung der Körper nach einem der Ansprüche 1■ bis 8 für chromatographische Trennungen durch Ausschluß, Verteilung oder Adsorption.
10) Anwendung der Körper nach Anspruch 9 für chromatographische Trennung von polaren Substanzen, insbesondere von Biopolymeren»

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