DE2503999A1 - Feststoff-traegermaterial fuer chromatographische zwecke - Google Patents
Feststoff-traegermaterial fuer chromatographische zweckeInfo
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Description
1A-775
Toyo Soda Manufactoring Co., Ltd. Shin-nanyo-shi, Yamaguchi-ken / Japan
Feststoff-Trägermaterial für chromatographische Zwecke
Die Erfindung betrifft ein Feststoff-Trägermaterial für chromatographische Zwecke. Man unterscheidet unter anderem
gaschromatographische Verfahren und Verfahren der Flüssigkeitschromatographie.
Bei beiden können Feststoff-Trägermaterialien eingesetzt werden. Als solche kommen anorganische
Trägermaterialien in Frage, wie Siliziumoxyd, Aluminiumoxyd und Diatomeenerde. Bei der Flüssigchromatographie
ist insbesondere eine hohe Geschwindigkeit erforderlich. Daher verwendet man dort bevorzugt Feststoff-Trägermaterialien
in Form eines mit einer porösen Siliziumoxydschicht beschichteten Kernmaterials oder Feststoff-Trägermaterialien,
welche mit einer organischen Verbindung beschichtet oder chemisch verbunden sind, oder organische
polymere Gelträger. Es ist bereits vorgeschlagen worden, bei der VerteilungsChromatographie Feststoffträger zu verwenden,
welche durch Beschichten oder chemisches Verbinden eines Substrats mit poröser Oberfläche oder eines orga-
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nisehen Polymergels mit einer organischen Verbindung hergestellt
wurden. Diese Feststoffträger zeigen eine ausgezeichnete Trennwirkung. Sie haben jedoch die nachstehenden
Nachteile.
Feststoffträger, bei denen ein poröses Substrat mit einer
organischen Verbindung beschichtet oder chemisch verbunden ist, bedürfen nachteiligerweise einer Vorsäule, so
dass das Ausbluten der organischen Verbindung oder des Mediums für die mobile Phase oder der chemisch gebundenen
Materialien begrenzt ist. Diese Feststoff-Trägermaterialien haben eine geringe spezifische Oberfläche, so dass die
Belastung nicht erhöht werden kann.
Andererseits ist es bekannt, bei der Verteilungschromatographie einen Feststoffträger zu verwenden, welcher aus
Celit, einem feuerfesten Ziegelpulver, welches in der Hauptsache Diatomeenerde enthält, als stationärem Feststoff träger besteht, welcher mit einer stationären flüssigen
Verbindung oder einem polymeren Gel beschichtet ist. Ein Feststoffträger, welcher durch Beschichten einer
stationären Phase auf Celit oder auf Ziegelpulver hergestellt wurde, hat den Vorteil, dass viele verschiedene
stationäre flüssige Phasen eingesetzt werden können und dass die Art der stationären Phase leicht der jeweiligen
Probe angepasst werden kann. Dabei kommt es jedoch häufig zu einem Ausbluten der stationären flüssigen Phase, was
insbesondere bei Verwendung hochempfindlicher Detektoren oder beim Arbeiten bei hoher Temperatur sehr nachteilig
ist.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Feststoff-Trägermaterial
für chromatographische Zwecke zu schaffen, welches eine hohe Trennfähigkeit aufweist, nur sehr schwer
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quellbar ist und stark belastbar ist, und welches eine
grosse Hitzebeständigkeit aufweist und nicht zum Aus- ,
bluten neigt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein Feststoff-Trägermaterial
für chromatographische Zwecke gelöst, welches dadurch herstellbar ist, dass man ein mikroporöses
anorganisches Substrat in ein polymerisierbares Monomeres gibt und die Mischung einer Bestrahlung aussetzt, so dass das polymerisierbare Monomere einer
strahlungsinduzierten Polymerisation unterliegt.
Man kann in Gegenwart oder Abwesenheit eines Vernetzungsmittels arbeiten. Man erhält dabei ein Produkt, bei dem
das mikroporöse feste Material eine Schicht aus strahlungspolymerisiertem
Polymermaterial aufweist. Falls erwünscht, können in die Polymerschicht geeignete funktionelle Gruppen eingeführt werden.
Der erfindungsgemässe Feststoffträger kann in folgender Weise hergestellt werden:
Ein polymerisierbares Monomeres wird auf einem mikroporösen anorganischen Substrat absorbiert. Als Substrat
kommt entweder ein mikroporöses anorganisches Substrat
selbst in Frage, oder ein mikroporöses anorganisches Substrat, welches sich als Beschichtung auf einem Kernmaterial
befindet. Sodann wird das erhaltene Produkt an Luft oder Stickstoff oder - falls erforderlich - unter Vakuum
mit ionisierenden Strahlen bestrahlt.
Das mikroporöse anorganische Substrat weist eine durchschnittliche spezifische Oberfläche im Bereich von o,1 bis
2
3 ooo m /g und vorzugsweise im Bereich von 7o bis 1 5oo m /g
auf sowie einen durchschnittlichen Porendurchmesser von
2o bis 2 ooo A1 und vorzugsweise 3o bis 1 ooo Ä und einem
durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 1 mu bis 1 cm.
60 98 18/063 7 ; ; v:;
Es ist bevorzugt, ein mikroporöses anorganisches Substrat mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von
2 bis 5o u für Flüssigchromatographie oder mit einer durchschnittlichen Teilchengrösse von 3o bis 12o Maschen/2,5
cm für GasChromatographie einzusetzen. Das erfindungsgemässe
mikroporöse feste Trägermaterial, welches eine durch Induzierung mit Bestrahlung polymerisierte
Schicht trägt, wird im folgenden der Einfachheit halber als Feststoff-Trägermaterial bezeichnet. Dieses weist vorzugsweise
eine durchschnittliche spezifische Oberfläche von
P 2
1 bis 2 ooo m /g und insbesondere von 5o bis 1 ooo m /g auf sowie einen durchschnittlichen Porendurchmesser von
1o bis 1 9oo S und vorzugsweise 2o bis 1 ooo 2. sowie
einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 1 mu bis 1 cm auf. Es ist bevorzugt, einen mikroporösen Feststoff
träger mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 2 bis 5o ρ für Flüssigchromatographie und mit
einer durchschnittlichen Teilchengrösse von 3o bis 12o Maschen/2,5 cm für GasChromatographie einzusetzen.
Als anorganisches festes Substrat kommen Siliziumoxyd, Aluminiumoxyd, Diatomeenerde (Celit), Zeolit, poröses Glas,
Kohlenstoff (Ruß), Aktivkohle, Ton oder dergleichen in Frage. Im folgenden seien einige typische anorganische
Substrate angegeben:
Anorganisches Teilchen- Spezifische Substrat grösse Oberfläche
(m2/g)
Diatomeenerde | 30-50 u | 1-10 |
Silicagel | ■1p- | 200-600 |
Feines Silicagel | ||
(weisser Ruß) | 10 mu - | 100-300 |
Glaskugelchen | 30-50 ρ | -1 |
Aktivkohle | 1000-3000 | |
Ruß | 1-500 mu | - |
Aluminiumoxyd | 10 u - | 100-300 |
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Andererseits kommen als polymerisierbare Monomere Monomere vom Styroltyp in Frage, wie Styrol, od-Methylstyrol,
Natriumstyrolsulfonat; Monomere vom Fluortyp, wie Tetrafluoräthylen, Vinylfluorid; siliziumhaltige
Monomere,wie Vinyltriäthoxysilan; Acrylate, wie Methylacrylat;
Methacrylate, wie Methylmethacrylat; andere Vinylmonomere, wie Acrylnitril, Acrylamid, Vinylpyrrolidon,
Vinylisocyanat, Vinylchlorid, Natriumvinylsulfonat; Monomere
vom Olefintyp, wie Äthylen, Isobutylen; Monomere vom Dientyp, wie Butadien, Isopren, 1,3-Pentadien, Cyclopentadien,
Chloropren; Aldehyde, wie Propionaldehyd;
Ketone, wie Bromazeton; zyklische Äther, wie Epichlorhydrin, Cyclopentenoxyd, Cyclohexenoxyd, Arylglyöidyläther,
Vinyläther und andere Monomere, welche der durch Strahlung induzierten Polymerisation im Zustand der
Adsorption an ein anorganisches Substrat fähig sind. Das Monomere kann derart ausgewählt werden, dass ein Polymeres
mit erwünschten funktioneilen Gruppen leicht gepfropft werden kann. Dies ist ein wesentlicher Vorteil des
erfindungsgemässen Trägers. Da erwünschte funktionelle Gruppen leicht eingeführt werden können, ist das Spektrum der
trennbaren Proben sehr breit.
Als inosierende Strahlen kommen/-Strahlen, /^-Strahlen,
Röntgenstrahlen oder Elektronenstrahlen in Frage. Die Be-
4 Q
strahlungsintensität beträgt Io bis 1o r/h und die gesamte
Dosis beträgt vorzugsweise o,1 Mr bis 5o Mr. Im Falle des Aufpropfens eines Polymeren auf ein anorganisches
Substrat durch strahlungsinduzierte Polymerisation erhöht sich die Menge des aufgepropften Polymeren je nach Senkung
der Bestrahlungsdosis. Somit ist es bevorzugt, eine niedri-
4 5 ge Bestrahlungsdosis von 1o bis 1o r/h zu wählen. Die
optimale Gesamtbestrahlungsdosis hängt ab von der Art des Monomeren und von der Bestrahlungsihtensität. Das der
Polymerisation unter Induktion durch Bestrahlung fähige Monomere ist vorzugsweise ein Monomeres mit einem hohen G-Wert.
Es kann schon bei geringer Gesamtbestrahlungsdosis zu loo;
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umgewandelt werden. Andererseits ist die erforderliche Gesamtbestrahlungsdosis
zur Polymerisierung eines Monomeren mit einem niedrigen G-Wert mit 1oo% Umwandlung sehr hoch.
Die Gesamtbestrahlungsdosis wird vorzugsweise so gewählt, dass etwa 1oo% Umwandlung des Monomeren erzielt wird. Es
ist nicht bevorzugt, einen zu grossen Überschuss der Gesamtbestrahlungsdosis
zu wählen, da dies zu einem Abbau des erhaltenen Polymeren führt. Zum Beispiel hängt die
optimale Gesamtbestrahlungsdosis für die Polymerisation von Styrol von der Bestrahlungsintensität ab und beträgt
etwa 1 bis 1o Mr. Die Bestrahlungstemperatur liegt vorzugsweise
bei Zimmertemperatur bis etwa 5o C. Der Propfprozentsatz erhöht sich gewöhnlich mit zunehmender Temperatur.
Einige Monomere jedoch, welche nur durch ionische Polymerisation polymerisiert werden können, können nur bei einer
Temperatur unterhalb O0C polymerisiert werden. Der Feststoff träger,
welcher durch strahlungsinduzierte Polymerisation behandelt wird, eignet sich für Flüssigchromatographie und
Gaschromatographie. Wenn das Trägermaterial für die Flüssigchromatographie verwendet werden soll, so kann es geschehen,
dass beim Durchfliessen' einer mobilen Phase es zu einer Elutionierung von nicht gepfropften Polymeren
kommt. Es ist bevorzugt, das nicht gepfropfte Polymere mit einem ausgewählten Medium zu entfernen, bevor das Trägermaterial
verwendet wird. Das verbleibende Trägermaterial, von dem das nicht gepfropfte Polymere entfernt wurde, besteht
sodann aus einem anorganischen Substrat, an welches das verbleibende Polymere chemisch gebunden ist, so dass
keinerlei Gefahr des Ausblutens des Polymeren während des Gebrauchs besteht, gleich welches Medium verwendet wird.
Wenn andererseits das Feststoff-Trägermaterial für die 2wekke
der GasChromatographie verwendet werden soll, so ist es
bevorzugt, nichtaufgepfropfte Polymerbestandteile zu entfernen,
so dass bei Betrieb bei hohen Temperaturen keine Ausblutungserscheinungen auftreten und die Hitzefestigkeit
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verbessert wird. Wie bereits erwähnt, werden die handelsüblichen anorganisch-organischen Trägermaterialien dadurch
hergestellt, dass man ein organisches Substrat mit einer
organischen Verbindung beschichtet oder auf ein anorganisches Substrat eine organische Schicht chemisch bindet,
zum Beispiel durch Esterbindungen. Wenn diese herkömmlichen Substrate für die Flüssigchromatographie eingesetzt werden
sollen, so bestehen nachteiligerweise Beschränkungen hinsichtlich des Mediums für das Trägermaterial, da eine Zersetzung der Esterbindungen eintreten kann. Wenn das herkömmliche Material für die Zwecke der GasChromatographie
verwendet werden soll, so kommt es nachteiligerweise leicht zu einem Ausbluten der organischen Verbindungen. Das erfindungsgemässe
Trägermaterial weist keine derartigen Nachteile auf.
Im allgemeinen kommt es zu einer teilweisen Bildung eines Polymeren, welches durch ein Lösungsmittel nicht extrahiert
werden kann, selbst wenn das polymerisierbare Monomere mit einem herkömmlichen Starter auf dem mikroporösen anorganischen
Substrat polymerisiert wird. Die Menge des Polymeren, welches nicht extrahierbar ist, ist jedoch im Vergleich
zur strahlungsindizierten Polymerisation recht gering, da nämlich bei Bestrahlung mit ionisierenden Strahlen viele
aktive Reaktionszentren in gleichförmiger Verteilung auf
der Oberfläche des anorganischen Substrats gebildet werden,
so dass das erhaltene Polymere an viele aktive Stellen gebunden
wird. Feste Monomere, wie Acrylamid, sind schwer mit
herkömmlichen Startern zu polymerisieren. Man kann jedoch eine Feststoff-Pfropfpolymerisation durchführen. Hierzu
wird das Acrylamid im Wasser aufgelöst und ein anorganisches Substrat, wie Silicagel, wird hinzugegeben. Dann wird das
Wasser verdampft und das zurückbleibende Acrylamidmonomere befindet sich in adsorbierter Form auf der Oberfläche dei
anorganischen Substrats. Bei nachfolgender bestrahlungsinduzierter
Polymerisation des adsorbierten Acrylamids erhält man Polyacrylamid, welches· auf das anorganische Substrat
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aufgepfropft ist. Es ist eines der wesentlichen Merkmale der Erfindung, dass ein Feststoffmonomeres leicht aufgepfropft
werden kann. Wenn die Menge des auf das anorganische Substrat aufgepfropften Polymeren gering ist, gelingt
eine wirksame Trennung nicht leicht. Wenn andererseits die Menge des auf das anorganische Substrat aufgepfropften
Polymeren gross ist, so werden feine Hohlräume im anorganischen Substrat verschlossen, so dass auch in diesem Fall
die Trennung erschwert ist. Somit ist es vom Standpunkt einer optimalen Trennwirkung bevorzugt, die Menge des
Pfropfpolymeren auszuwählen. Die optimale Menge des Pfropfpolymeren auszuwählen. Die optimale Menge des Pfropfpolymeren
hängt ab von der Art des anorganischen Substrats. Im Falle eines anorganischen Substrats mit grosser spezifischer
Oberfläche ist die optimale Pfropfmenge relativ gross. Andererseits ist im Falle eines anorganischen
Substrats mit einer kleinen spezifischen Oberfläche die optimale Pfropfmenge relativ klein. Im allgemeinen gelingt
eine gute Trennwirkung bei der Verwendung eines Feststoffträgers, bei dem mehr als 5o% der Oberfläche des anorganischen
Substrats durch aufgepfropftes Polymeres bedeckt sind und bei dem alle feinen Hohlräume des
porösen anorganischen Substrats nicht gefüllt sind (gewöhnlich das 6- bis 7-fache einer monomolekularen Schicht).
Somit gelingt im allgemeinen eine Trennung im Bereich von o,5 A bis 7 A, wobei A die Menge des Monomeren bedeutet,
welche zur Bedeckung der gesamten Oberfläche des anorganischen Substrats mit einer monomolekularen Schicht erforderlich
ist. Der Wert A hängt ab von der spezifischen Oberfläche des anorganischen Substrats und von der Art des Monomeren
und kann durch folgende Gleichung gegeben werden:
S X Γι
A(g/anorganisches Substrat - g). = —; ■
(1)
a χ ϊ;
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wobei S: die spezifische Oberfläche des anorganischen
Substrats (m /g);
Substrats (m /g);
a: Querschnittsfläche des Moleküls eines Monomeren (a );
m: Molekulargewicht des Monomeren;
N: Avogadro!sehe Zahl
bedeutet.
N: Avogadro!sehe Zahl
bedeutet.
Es ist bevorzugt, mehr als 5o% und insbesondere mehr als
7o% der Gesamtfläche des anorganischen Substrats mit dem
Pfropf polymeren zu bedecken. Die Steuerung der Pfropfpolymerisation gelingt gewöhnlich durch Auswahl der Absorption des Monomeren, der Dosis, der Bestrahlungsdauer und der Reaktionstemperatur oder dergleichen. Diese Parameter schwanken je nach Art des Monomeren, und somit werden die jeweiligen Bedingungen von einem Monomeren zum anderen ausgewählt. Im allgemeinen erhöht sich der Pfropfprozentsatz mit zunehmender Adsorption des Monomeren, während er mit abnehmender Strahlungsintensität zunimmt und mit zunehmender Bestrahlungsdauer zunimmt. Der Pfropfprozentsatz erhöht sich bei zunehmender "Bestrahlungstemperatur (Reaktionstemperatur).
7o% der Gesamtfläche des anorganischen Substrats mit dem
Pfropf polymeren zu bedecken. Die Steuerung der Pfropfpolymerisation gelingt gewöhnlich durch Auswahl der Absorption des Monomeren, der Dosis, der Bestrahlungsdauer und der Reaktionstemperatur oder dergleichen. Diese Parameter schwanken je nach Art des Monomeren, und somit werden die jeweiligen Bedingungen von einem Monomeren zum anderen ausgewählt. Im allgemeinen erhöht sich der Pfropfprozentsatz mit zunehmender Adsorption des Monomeren, während er mit abnehmender Strahlungsintensität zunimmt und mit zunehmender Bestrahlungsdauer zunimmt. Der Pfropfprozentsatz erhöht sich bei zunehmender "Bestrahlungstemperatur (Reaktionstemperatur).
Die Steuerung des Pfropfpolymeren gelingt leicht auf folgende Weise: Eine kleine Menge eines Vernetzungsmittels, wie
Divinylbenzol wird dem Monomeren zugesetzt, bevor die strahlungsinduzierte
Polymerisation vorgenommen wird. Das in Abwesenheit des Vernetzungsmittels gebildete nichtgepfropfte
Polymere wird in Gegenwart des Vernetzungsmittels vernetzt. Das vernetzte Polymere wird durch Zugabe eines Vernetzungsmittels gebildet. Dieses wird durch Lösungsmittelextraktion im wesentlichen nicht extrahiert» Das absorbierte Monomere
wird im wesentlichen mit 1oo% Umwandlung auf das anorganische Substrat gepfropft. Die Steuerung des PfropfProzentsatzes
gelingt leicht durch Steuerung der Menge des adsorbierten
Monomeren. Die Menge des zugegebenen Vernetzungsmittels bexräg-c vorzugsweise 1 bis 1o Gewichtsprozent bezogen auf das Monomere. Ein mikroporöses Trägermaterial, -welches unter
Verwendung eines Vernetzungsmittels hergestellt wurde, zeigx
Polymere wird in Gegenwart des Vernetzungsmittels vernetzt. Das vernetzte Polymere wird durch Zugabe eines Vernetzungsmittels gebildet. Dieses wird durch Lösungsmittelextraktion im wesentlichen nicht extrahiert» Das absorbierte Monomere
wird im wesentlichen mit 1oo% Umwandlung auf das anorganische Substrat gepfropft. Die Steuerung des PfropfProzentsatzes
gelingt leicht durch Steuerung der Menge des adsorbierten
Monomeren. Die Menge des zugegebenen Vernetzungsmittels bexräg-c vorzugsweise 1 bis 1o Gewichtsprozent bezogen auf das Monomere. Ein mikroporöses Trägermaterial, -welches unter
Verwendung eines Vernetzungsmittels hergestellt wurde, zeigx
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-1ο-
die gleichen Trennwirkungen wie ein Trägermaterial, welches ohne Vernetzungsmittel hergestellt wurde. Jedenfalls wird
diese Methode als Simultan-Bestrahlungsmethode bezeichnet.
Es ist ferner möglich, das erfindungsgemässe Trägermaterial
dadurch herzustellen, dass man auf einem anorganischen Substrat durch Bestrahlung mit ionisierenden Strahlen aktive Zentren
ausbildet und danach das anorganische Substrat mit dem Monomeren kontaktiert. Diese Methode wird als Vorbestrahlungsmethode
bezeichnet. Das dabei erhaltene feste Trägermaterial eignet sich ebenso gut für Chromatographiezwecke wie
das bei der Simultan-Bestrahlungsmethode erhaltene Trägermaterial und die Trennwirkung ist im wesentlichen die
gleiche.
Wie bereits erwähnt, kann das erfindungsgemässe feste Trägermaterial
eine Oberfläche mit gewünschten funktioneilen Gruppen aufweisen. Dieses gelingt durch Auswahl des zur Pfropfpolymerisation
verwendeten Monomeren. Wenn jedoch ein Monomeres mit einer erwünschten funktioneilen Gruppe ausgewählt
wird, welches der Pfropfpolymerisation nur schwer unterliegt, oder wenn ein Monomeres mit einer gewünschten funktionellen
Gruppe nicht gefunden werden kann, so kann man ein festes Trägermaterial mit den erwünschten funktioneilen Gruppen dadurch
herstellen, dass man die funktionellen Gruppen durch chemische Reaktion nachträglich in das aufgepfropfte Polymere
einführt. Zum Beispiel kann ein Feststoff-Trägermaterial für Chromatographiezwecke mit SO^H-Gruppen dadurch hergestellt
werden, dass man Styrol auf ein anorganisches Substrat pfropfpolymerisiert und nachfolgend das aufgepfropfte Polymere
sulfoniert. Man kann auch ein Feststoff-Trägermaterial dadurch herstellen, dass man gleichzeitig zwei oder mehrere
Comonomere pfropfpolymerisiert. Die dabei erhaltenen fester. Trägermaterialien haben andere Eigenschaften und andere
Trennwirkung als Trägermaterialien, welche durch Pfropfpolymerisation von nur jeweils einem Monomeren hergestellt wurden.
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I503999
Im Falle der Verwendung für die Flüssigchromatographie erzielt man eine höhere Trennwirkung durch kleinere Abmessungen
und kugelförmige Gestalt der Feststoff-Trägerteilchen, während grosse Abmessungen und unrunde Gestalt zu einer geringeren
Trennwirkung führen. Es ist ferner bevorzugt, ein ' sphärisches Feststoff-Trägermaterial mit einem Teilchendurchmesser
von 2 bis 5o μ auszuwählen, wenn eine hohe
Trennleistung gefordert ist.
V/enn andererseits das Feststoff-Trägermaterial zum Zwecke
der GasChromatographie eingesetzt werden soll, so verwendet
man gewöhnlich ein Trägermaterial mit grossdimensionierten Teilchen mit einer Teilchengrösse von 3o bis 12o Maschen/2,5cm.
Ferner ist es bevorzugt, ein Feststoff-Trägermaterial mit einer Teilchengrösse von 3o bis 12o Maschen/2,5 cm einzusetzen,
wenn eine hohe Trennleistung gefordert ist.
Unter den verschiedensten Monomeren eignen sich Styrol, Methylmethacrylat, Vinylacetat oder dergleichen besonders
gut für die strahlungsinduzierte Polymerisation. Diese
Monomeren sind bei Zimmertemperatur flüssig, so dass sie leicht gehandhabt v/erden können. Polystyrolgel, Polymethylmethacrylatgel
und Polyvinylacetatgel sind im Handel erhältlich. Ein mit Polymergel gepfropftes festes Trägermaterial,
welches durch strahlungsinduzierte Polymerisation hergestellt wurde, hat eine Trennwirkung welche gleich ist wie die
Trennwirkung des entsprechenden Polymergels. Andererseits
ist jedoch der Quellungsgrad geringer als bei dem Polymergel. Es ist bevorzugt, Styrol, Methylmethacrylat, Vinylacetat oder
dergleichen einzusetzen. Das Molekulargewicht des gepfropften
Polymeren ist höher als dasjenige des nichtgepfropften Polymeren (Homopolymeren) oder eines Polymeren, welches durch
Substanzblockpolymerisation hergestellt wurde. Das Molekulargewicht des gepfropften Homopolymeren hängt ab von der Art
des Monomeren und liegt gevröhnlich im Bereich von 1 ο bis
1o'. Zum Beispiel beträgt das Gewichtsmittei des Molekular-
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9 R η 9 3 9 Q
gewichts (M) bei gepfropftem Polystyrol etwa 1o bis 1o
und kann in der Hauptsache durch die Bestrahlungsintensität gesteuert werden. Das Molekulargewicht kann durch Erhöhung
der Bestrahlungsintensität gesenkt weiden und durch Senken der Bestrahlungsintensität erhöht werden. Wenn ein Vernetzungsmittel
beigegeben wird, so kommt es zu einer Vernetzung des gepfropften Polymeren. Das erfindungsgemässe
Feststoff-Trägermaterial weist ein anorganisches Substrat ■ auf. Es hat daher eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit,
eine grosse Kompressionsfestigkeit und eine grosse Hitzefestigkeit. Wenn das Feststoff-Trägermaterial gemäss
der Erfindung zum Zwecke der Flüssigchromatographie eingesetzt werden soll, so ist der Quellungsgrad des Feststoff-Trägermaterials
gering, so dass eine trockene Packung erzielt werden kann und ein Austausch des Mediums leicht durchgeführt
werden kann.
Anhand nachstehender Tabelle 1 soll die Eignung des erfindungsgemässen
Feststoff-Trägermaterials für die Zwecke der Flüssigchromatographie nachgewiesen werden. Diese Tabelle
zeigt die mechanische Festigkeit, die Hitzefestigkeit, die Lebensdauer, die Selektivität hinsichtlich des Lösungsmittels
(Mediums) und die Lösungsmittel-Austauschbarkeit (Mediumaustauschbarkeit) bei drei ehromatographisehen Feststoff-Trägermaterialien
für die Flüssigchromatographie. Das Symbol 0 bezeichnet ein gutes Ergebnis, das Symbol A bezeichnet
ein etwas schlechteres Ergebnis und das Symbol X bezeichnet ein schlechtes Ergebnis.
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Tabelle 1 | Beschich tung von Silicagel |
Polyme res Gel |
2503999 | |
O | Δ | |||
Chemische Bindung (Estertyp Silicagel |
X | Λ | ||
O | X | 0 | Anorganisches Substrat, wel ches durch Be strahlung ge pfropft wurde |
|
Mechanische Festigkeit |
Δ | X | Δ | 0 |
Wärmefestigkeit | Δ | X | Λ | 0 |
Lebensdauer | Λ | O | ||
Lö sungsmittel- selektivität |
Δ | 0 | ||
Lösungsmittel austauschbar keit |
O | |||
Bemerkung:
Das durch Bestrahlung gepfropfte Feststoff-Trägermaterial
hat eine höhere Hitzefestigkeit als das Polymergel, welches aus dem gleichen Polymeren hergestellt wurde, da das Polymere
chemisch an das anorganische Substrat gebunden ist.
¥enn das erfindungsgemässe Feststoff-Trägermaterial für die
Zwecke der Flüssigchromatographie eingesetzt wird, so ist die Trennwirkung gleich derjenigen des Polymergels, welches
aus dem gleichen Monomeren hergestellt wurde. Darüber hinaus neigt das erfindungsgemässe Trägermaterial jedoch nicht zum
Quellen, da es ein anorganisches Substrat aufweist. Das erfindungsgemässe Feststoffmaterial weist eine hohe spezifische
Oberfläche auf, so dass die Belastung erhöht werden kann. Da das Polymere chemisch an das anorganische Substrat
gebunden ist, wird dieses nicht in dem Medium aufgelöst, s*.
dass keinerlei Beschränkungen hinsichtlich der Art des Mediums bestehen. Dies ist einer der wesentlichen Vorteile
des erfindungsgemässen Trägermaterials. Wenn andererseits das Feststoff-Trägermaterial für die Zwecke der Gaschrome-
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tographie eingesetzt werden soll, so ist auch hier die Trennfähigkeit die gleiche wie bei einem Polymergel,
welches aus dem gleichen Monomeren hergestellt wurde. Andererseits ist das Polymer .Jedoch chemisch an das anorganische
Substrat gebunden, so dass die Wärmefestigkeit höher ist als diejenige des polymeren Gels. Es besteht
keinerlei Neigung zum Ausbluten, und zwar im Gegensatz zu Trägermaterialien, bei denen sich eine stationäre flüssige
Phase auf einem Feststoffmaterial befindet.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert:
8 g Styrol werden auf 1o g Silicagel (spezifische Oberfläche 33o m /g; durchschnittlicher Durchmesser 2o - 25 w)
adsorbiert und die Mischung wird mit ^-Strahlen einer Kobalt-6o-Strahlungsquelle bestrahlt, und zwar mit einer
Bestrahlungsintensität von 1o r/h während 2o h im
Vakuum bei Zimmertemperatur. Nach der Bestrahlung wird das gebildete Homopolymere durch Extraktion mit Benzol entfernt.
Der PfropfProzentsatz ergibt sich aus der Formel
gepfropftes Polymeres (g)
χ 1oo
Silicagel (g)
Der Pfropfprozentsatz beträgt 25%, was der 2,2-fachen Menge einer monomolekularen Styrolschicht entspricht. (Berechnet
auf Basis einer Querschnittsfläche des Styrolmonomoleküis von 5o 2 .) Eine Säule mit einer Länge von 3o cm und einem
Durchmesser von 9,4 mm wird mit dem Trägermaterial gepackx.
Dabei wird eine trockene Packungsmethode angewandt. Sodanr wird bei Zimmertemperatur eine Mischung von aromatischen Verbindungen,
und zwar Benzol, Naphthalin und Anthracen, getrennt, wobei als Medium Methanol verwendet wird. Es v.'irc
mit einer Strömungsrate von 2,r. ml/min, unter einem Drucl:
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von 15 kg/cm gearbeitet. Der Detektor arbeitet mit Ultravioletten
Strahlen mit einer Wellenlänge von 254 um."
Das Verfahren wird wiederholt, wobei jedoch nichtgepfropftes
Silicagel anstelle des gepfropften Silicagel-Trägermaterials eingesetzt wird. Man beobachtet keine Trennung im Falle des
nichtgepfropften Silicagels. Im Falle des gepfropften
Trägermaterials wird jedoch eine ausgezeichnete Trennung
von Benzol, Naphthalin und Anthracen beobachtet.
7 g Methylmethacrylat werden zur Adsorbtion auf To g
Silicagel (spezifische Oberfläche 33o m /g; durchschnittlicher
Durchmesser 2o bis 25 p) gebracht und die Mischung wird mit -^-Strahlen einer Kobalt-6o-Quelle mit einer Bestrahlungsintensität
von 1o r/h während 6 Stunden im Vakuum (oder einer Stickstoffatmosphäre) bei Zimmertemperatur bestrahlt. Nach der Bestrahlung wird das gebildete
Homopolymere durch Extraktion mit Azeton entfernt» Der PfropfProzentsatz beträgt 46%, was der 4,2-fachen Menge einer
monomolekularen Methylmethacrylatschicht entspricht (berechnet auf Basis einer Querschnittsfläche des Methylmetha/
crylatmoleküls von 5o S ).
Eine Säule mit einer Länge von 3o cm und einem Durchmesser
von 1 cm wird mit dem Trägermaterial gepackt und eine Mischung von aromatischen Ketonen, nämlich Benzophenon,
Acetophenon und Benzil wird bei Zimmertemperatur unter Verwendung eines Mediums aus Äthanol/V/a s ε er im Verhältnis
85/15 bei einer Strömungsrate von 2,5 ml/min, unter einen
Druck von 25 g/cm getrennt. Der Detektor arbeitet mit.. ultravioletten Strahlen mit einer Yfellenlängevon 254 Tön.
Das Verfahren wird wiederholt, wobei nichtgepfropftes Silicagel
anstelle des gepfropften Trägermaterials eingesetzt v.ird. lir. Falle des nichtgepfropften Silicaiiels wird keine Trennunr
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beobachtet, während im Falle des gepfropften Trägermaterials eine vollständige Trennung von Benzophenon, Acetophenon
und Benzil eintritt.
5 g Styrol werden auf 1o g Aluminiumoxyd (spezifische Ober-
fläche 16o m /g; durchschnittlicher Durchmesser 3o p)
adsorbiert und die Mischung wird mit ^-Strahlen einer Kobalt-6o-Quelle
bei einer Bestrahlungsintensität von 1o r/h während 2o Stunden im Vakuum bei Zimmertemperatur bestrahlt.
Nach der Bestrahlung wird das gebildete Homopolymere durch Extraktion mit Benzol entfernt. Der PfropfProzentsatz des
Produkts beträgt 15%, was der 2,7-fachen Menge einer monomolekularen
Styrolschicht entspricht.
Eine Säule mit einer Länge von 3o cm und einem Durchmesser
Ύοη 1 cm wird mit dem Trägermaterial gepackt und eine
Mischung von aromatischen Verbindungen, nämlich Benzol, Naphthalin und Anthracen wird bei Zimmertemperatur unter
Verwendung von Methanol als Medium mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 2,5 ml/min, unter einem Druck von
15 kg/cm getrennt. Der Detektor arbeitet mit ultravioletten Strahlen mit einer Wellenlänge von 254 mu.
Das Verfahren wird mit nichtgepfropften Aluminiumoxyd
anstelle des gepfropften Trägermaterials wiederholt. Im Falle des nichtgepfropften Trägermaterials tritt keine
Trennung ein, während im Falle des gepfropften Trägermaterials eine ausgezeichnete Trennung von Benzol, Naphthalin
und Anthracen beobachtet wird.
8 g Allylglycidyläther werden auf 1o g Silicagel (spezifisehe
Oberfläche 33o m /g; durchschnittlicher Durchmesser 2o bis 25 u) adsorbiert und die Mischung wird mit '/-Strahlen
einer Kobalt-6o-Strahlungsouelle mit einer Bestrahlungsinten-
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sität von 1o r/h während 16 Stunden im Vakuum bei Zimmertemperatur bestrahlt. Nach der Bestrahlung wird das gebildete
Homopolymere durch Extraktion mit Benzol entfernt. Das Feststoff-Trägermaterial weist einen PfropfProzentsatz
von 15% auf. .Der PfropfProzentsatz von 15% entspricht der
1,5-fachen Menge einer monomolekularen Allylglycidylätherschicht (berechnet auf Basis einer Querschnittsfläche eines
Allylglycidyläther-Moleküls von 5o & '.
Eine Säule mit einer Länge von 3o cm und einem Durchmesser von 1 cm wird mit dem Trägermaterial gepackt und eine
Mischung von Methylphthalat, Äthylphthalat und Butylphthalat
wird bei Zimmertemperatur unter Verwendung von Methanol/V/a s s er im Volumenverhältnis von 7o/3o bei Zimmertemperatur bei einer Strömungsgeschwindigkeit von
2,5 ml/min, unter einem Druck von 15 kg/cm getrennt. Der
Detektor arbeitet mit ultravioletten Strahlen einer Wellenlänge von 254 mu.
Das Verfahren wird unter Verwendung von nichtgepfropftem Silicagel wiederholt. Im Falle des nichtgepfropften Silicagels
tritt keine Trennung ein. Im Falle des gepfropften Trägermaterials beobachtet man eine ausgezeichnete Trennung
von Methylphthalat, Äthylphthalat und Butylphthalat.
o,2 g Divinylbenzol und 2,5 g Acrylnitril werden auf 1o g
Silicagel (spezifische Oberfläche 33o m /g; Durchmesser 2o bis 25 u) adsorbiert. Die Mischung wird mit ^-Strahlen
einer Kobalt-6o-Strahlungsquelle mit einer Bestrahlungsintensität von 1o r/h während 16 Stunden im Vakuum bei
Zimmertemperatur bestrahlt. Nach der Bestrahlung wird das erhaltene Homopolymere durch Extraktion mit Benzol entfernt.
Der Pfropfprozentsatz des Produkts beträgt 25%, was
der 2,6-fachen luenge einer monomolekularen Acrylnitrilschictn
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7503999
entspricht (berechnet auf Basis einer Querschnittsfläche des Acrylnitrils von 3o 2. ).
Eine Säule mit einer Länge von 3o cm und einem Durchmesser von 1 cm wird mit dem Feststoff-Trägermaterial gepackt und
eine Mischung von Chinon, Naphthochinon und Benzanthrachinon wird bei Zimmertemperatur unter Verwendung von Methanol als
Strömungsmedium mit einer Strömungsrate von 2,5 ml/min, unter einem Druck von 15 kg/cm getrennt. Der Detektor arbeitet
mit ultravioletten Strahlen einer Wellenlänge von 254 mu.
Das Verfahren wird unter Verwendung von nichtgepfropftem Silicagel wiederholt. Im Falle des nichtgepfropften Silicagels
tritt keine Trennung ein. Im Falle des gepfropften Trägermaterials beobachtet man eine ausgezeichnete Trennung von
Chinon, Naphthochinon und Benzanthrachinon.
Das gepfropfte Silicagel gemäss Beispiel 1 wird mit 1o?o
rauchender Schwefelsäure bei 4o C während 6o Minuten behandelt, um Sulfonsäuregruppen einzufüllen. Das erhaltene
Trägermaterial zeigt eine Ionenaustauschkapazität von 2,ο mäqu/g.
Eine Säule mit einer Länge von 5o cm und einem Durchmesser von 4 mm wird mit dem Trägermaterial gepackt und eine
Mischung von Aminosäuren wird unter Verwendung einer Pufferlösung von Natriumeitrat bei 45°C und bei einem pH von
3,27 und bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 2 ml/min, und bei einem Druck von 47 kg/cm getrennt. Die Aminosäuremischung
besteht aus Asparaginsäure, Threonin, Serin, Glutaminsäure, Glycin und Alanin.
Der Quellungsgrad der Feststoff-Trägermaterialien gemäss den Beispielen 1 und 2 wird gemessen, wobei als Medium
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Azeton oder Tetrahydrofuran eingesetzt wird. Zum Vergleich
wird der Quellungsgrad von nichtgepfropftem Silicagel und Polymergel (Polystyrol) gemessen. Die Ergebnisse sind in
Tabelle 2 zusammengestellt. Der Quellungsgrad kann mit Hilfe
der folgenden Formel errechnet v/erden:
Gequollenes Gel (ml)/trockenes Gel (ml).
Tabelle | 2 | 1 ,oo | |
1,o5 | |||
Feststoff- Trägermaterial |
Pfropf prozent satz |
: 1,o5 | |
Silicagel | 2, ο | ||
mit Styrol ge pfropftes Pro dukt |
25% | Quellungsgrad Azeton THF |
|
mit Methylmetha- crylat gepfropftes Produkt |
46% | 1 , oo | |
Polymergel | - | 1,o3 | |
1,o5 | |||
1,7 |
Aus Tabelle 2 ergibt sich klar, dass das erfindungsgemasse
Feststoff-Trägermaterial einen sehr geringen Quellungsgrad
im Vergleich zu dem Polymergel aufweist.
Die spezifische Oberfläche der Feststoff-Trägermaterialien
der Beispiele 1, 2, 4 und 5 werden nach der B.E.T,-Methode
gemessen. Zum Vergleich wird die spezifische Oberfläche von
nichtgepfropftem Trägermaterial gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 zusammengestellt.
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-2ο-Tabelle 5
Feststoff-Trägermaterial. Spezifische Oberfläche
Silicagel 33o m ,
mit Styrol gepfropftes
Silicagel 17ο »
mit Methylmethacrylat
gepfropftes Silicagel 115 "
mit Allylglycidyläther
gepfropftes Silicagel 23o "
mit Acrylnitril gepfropftes Silicagel . I6o "
Aus Tabelle 3 ergibt sich klar, dass das gepfropfte Feststoff-Trägermaterial
eine grosse spezifische Oberfläche auf v/eist.
18 g Methylmethacrylat werden auf 3o g Silicagel (spezifisehe
Oberfläche 48o m /g; Teilchengrösse 5o bis 7o Maschen/ 2,5 cm) adsorbiert und die Mischung wird mit ^-Strahlen einer
Kobalt-6o-Strahlungsquelle mit einer Bestrahlungsintensität von 1o r/h während 5 Stunden im Vakuum bei Zimmertemperatur
bestrahlt. Nach der Bestrahlung wird das erhaltene Homopolymere durch Extraktion mit Azeton entfernt. Der Pfropfprozentsatz
des Produkts beträgt h2%, was der 3,8-fachen Menge einer monomolekularen Methylmethacrylatschicht entspricht.
Eine Säule mit einem Durchmesser von 3 mm und einer Länge von 1,9 m wird mit dem Feststoff-Trägermaterial gepackt
und eine Mischung von Methanol, Äthanol, Isopropanol und n-Propanöl wird sodann getrennt. Dabei wird mit Heliumgas
bei 1oo°C und mit <
35 ml/min, gearbeitet.
35 ml/min, gearbeitet.
gas bei loo C und mit einer Strömungsgeschwindigkeit von
Wenn nichtgepfropftes Silicagel verwendet wird., so wird die
Mischungsprobe fuf dem Silicagel adsorbiert und man findet.
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kelnen Peak. Im Fall von nichtgepfropftem Sllicagel tritt
keine Trennung ein. Wenn man jedoch das erfindungsgemäss· gepfropfte Trägermaterial einsetzt, so beobachtet man
eine ausgezeichnete Trennung von Methanol, Äthanol, Isopropanol
und n-Propanol.
Die Figur zeigt eine graphische Darstellung der Beziehung
zwischen dem Pfropf Prozentsatz von Styrol und der spezifischen Oberfläche (A) des mit Styrol gepfropften Silicagels
sowie eine Beziehung zwischen dem Pfropfprozentsatz und
der spezifischen Oberfläche (B) des gepfropften Polystyrols, hergestellt unter Entfernung der Silicagel-Komponente mit
Fluorwasserstoffsäure. In Figur 1 ist auf der Ordinate die
spezifische Oberfläche aufgetragen, während auf der Abszisse der Pfropfprozentsatz und im Falle (B) der Pfropf Prozentsatz
des Produkts vor Entfernung des Silicagels aufgetragen ist. Die spezifische Oberfläche des Polystyrols nach Entfernung
des Silicagels beträgt etwa 1oo m /g und ist damit sehr hoch. Die Pfropfung findet somit Innerhalb der feinen Hohlräume
des Silicagels statt, und es findet somit beim Pfropfen eine Abbildung des gepfropften Polymeren statt.
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Claims (7)
1. Feststoff-Trägermaterial für chromatographische
Zwecke, hergestellt durch Adsorbtion eines polymerisierbaren Monomeren an einem mikroporösen anorganischen Substrat und Durchführung einer bestrahlungsinduzierten Polymerisation des Monomeren.
Zwecke, hergestellt durch Adsorbtion eines polymerisierbaren Monomeren an einem mikroporösen anorganischen Substrat und Durchführung einer bestrahlungsinduzierten Polymerisation des Monomeren.
2. Feststoff-Trägermaterial nach Anspruch 1, hergestellt
unter Zusatz eines Vernetzungsmittels vor der bestrahlungsinduzierten Polymerisation.
3. Feststoff-Trägermaterial nach einem der Ansprüche 1
oder 2, hergestellt unter Einführung von funktionellen Gruppen in das gepfropfte Polymere.
4. Feststoff-Trägermaterial nach einem der Ansprüche 1
bis 3, hergestellt unter Entfernung eines nicht an
das anorganische Substrat gebundenen nichtgepfropften Polymeren durch Extraktion mit einem Lösungsmittel.
5. Feststoff-Trägermaterial nach einem der Ansprüche 1
bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mikroporöse anorganische Substrat ein mikroporöses anorganisches
Trägermaterial ist.
6. Feststoff-Trägermaterial nach einem der Ansprüche 1
bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mikroporöse anorganische Substrat sich als Beschichtung auf einem
Kernmaterial befindet.
7. Feststoff-Trägermaterial nach einem der Ansprüche 1
bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das anorganische Substrat eine durchschnittliche spezifische Oberfläche
ir. Bereich von o,1 bis 3ooo m /g aufweist.
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