DE3040106C2

DE3040106C2 - Hydrophiles Füllmaterial für die Chromatographie

Info

Publication number: DE3040106C2
Application number: DE3040106A
Authority: DE
Inventors: Makoto Setagaya Tokyo Honda; Kohji Yokohama Kanagawa Noguchi; Hiroshi Yamato Kanagawa Suzuki; Yuzo Yanagihara
Original assignee: Asahi Kasei Kogyo KK
Current assignee: Asahi Kasei Corp
Priority date: 1979-11-01
Filing date: 1980-10-24
Publication date: 1983-07-14
Also published as: DE3040106A1; NL188072C; SE8007067L; FR2468906A1; JPS5664657A; SE449700B; GB2061954B; GB2061954A; FR2468906B1; NL188072B; US4339500A; JPS648304B2; NL8005769A

Description

Die Erfindung-betrifft ein hydrophiles Füllmaterial für die Chromatographie, insbesondere ein vollständig poröses Füllmaterial für die Chromatographie, das aus

_fio' Körnern eines Hydroxylgruppen enthaltenden nichtionischen und hydrophilen organischen synthetischen vernetzten Polymerisats besteht, wobei die Körner in einer wäßrigen Lösung von zu trennenden Substanzen Porengrößen, die den Molekülgrößen der zu trennen-

'5 den Substanzen entsprechen, sowie eine hohe mechanische Festigkeit aufweisen.

Die Flüssigkeitschromatographie erfährt in letzter Zeit eine auffallende Entwicklung, weil es möglich geworden ist, auf Grund kürzlicher Verbesserungen der

-0 mechanischen Festigkeit der Füllung und der erfolgreichen Verkleinerung der Korngröße des Füllmaterials die Analyse mit hoher Durchfiußrate in kurzer Zeil durchzuführen. Bisher werden jedoch als Füllung, die aus einem nichtionischen und hydrophilen Polymerisat besteht, gewöhnlich Gele verwendet, die die chemische Struktur von vernetzten! Dextran oder Polyacrylamid und damit eine sehr schlechte mechanische Festigkeit haben. Demgemäß ist auf dem Gebiet der wäßrigen Gelpermeationschromatographie, bei der hauptsächlich diese Füllinaterialien verwendet werden, die Verbesserung der Arbei&gesch windigkeit verhältnismäßig gering und zögernd.

Da jedoch der Nutzen und die Bedeutung der wäßrigen Gelpermeationschromatographie (die GeI-permeationschromatographie wird nachstehend häufig als »GPC« bezeichnet) auf den mit der Biochemie zusammenhängenden Gebieten sehr groß ist, nimmt die Bedeutung der wäßrigen GPC zu, und die Entwicklung eines Füllmaterials (nachstehend häufig als »Gel« bezeichnet), das für die wäSrige bchnell-GPC verwendet werden kann, wird stark angestrebt

Bei der GPC wird eine mit Gelen gefüllte Säule verwendet, und Stoffe werden gemäß ihren Molekülgrößen allmählich nach dem Prinzip getrennt und eluiert, daß Stoffe, deren Molekülgrößen kleiner sind als die Größe der Poren im Gel, nach ihren MolekülgröBen in das Gel eindringen, während Stoffe, deren Moleküle größer sind als die Poren im Gel, die Säule durchlaufen, ohne in das Gel einzudringen. Kurz gesagt, die GPC ist eine Art von Flüssigkeitschromatographie. Die GPC wird ferner nach der Art des zu verwendenden Lösungsmittels in eine wäßrige GPC und eine mit organischem Lösungsmittel durchgeführte GPC unterteilt.

Organische Polymerg'ele, die für die GPC zu verwenden sind, werden nach der mechanischen Festigkeit der Gelkörner in weiche Gele und harte Gele (oder halbharte Gele) eingeteilt (siehe beispielsweise Tsuguo Takeuchi und Sadao Mori »Gel Permeation Chromatography«, herausgegeben von Maruzen K. K. Japan 1976), Im weichen Gel dienen Maschen in der durch Vernetzung gebildeten Netzwerkstruktur als Poren für die GPC, und die Vernetzungsbrücken sind gleichmäßig im gesamten Gel verteilt. Daher wird das weiche Gel auch als »gleichmäßig vernetztes Gel« bezeichnet. Das weiche Gel hat eine gewünschte Porengröße, wenn es in einem Lösungsmittel gequollen ist, aber im trockenen Zustand schrumpft das weiche

Ge! so, daß die Poren im wesentlichen verschwinden. Andererseits hat das harte Gel eine Struktur, in der feine Löcher die Poren für die GPC darstellen und dichte Skeletteile im gesamten Korn verteilt sind. Daher wird das harte oder starre Gel auch als »ungleichmäßig s vernetztes Gel« oder »vollständig poröses Gel« bezeichnet. Die Porengröße ändert sich im wesentlichen nicht, gleichgültig, ob das Gel im gequollenen Zustand oder im trockenen Zustand vorliegt

Die bereits Anfang der 60iger Jahre verwendeten Gele von organischen synthetischen Polymerisaten waren sowohl bei der mit organischen Lösungsmitteln als auch bei der mit Wasser durchgeführten GPC weiche Gele. Da bei einem weichen Gel Maschen in der durch Vernetzung gebildeten Neizwerkstruktur als Poren dienen, sollte der Vernetzungsgrad bis zit einem gewissen Grade gering sein. Aus diesem Grunde hat das weiche Gel gewöhnlich schlechte mechanische Festigkeit, und durch den Druck des durch die gefüllte Säule fließenden Lösungsmittels wird es leicht deformiert Das weiche Gel hat demgemäß den Nachteil, daß es nicht für die mit hoher Strömungsgeschwindigkeit durchgeführte Analyse verwendet werden kann. Daher wird db GPC unter Verwendung des weichen Gels mit niedriger Strömungsgeschwindigkeit unter Verwendung von verhältnismäßig großen Körnern durchgeführt Dies hat zur Folge, daß für die Analyse eine verhältnismäßig lange Zeit erforderlich und das Trenavermögen ungenügend ist

J. C Moore schlug 1964 ein Gel aus einem Styrol- in Divinylbenzol-Gerüst vor, das steifer und starrer ist als die üblichen Gele und einer hohen Strömungsgeschwindigkeit bei der Analyse zu widerstehen vermag (siehe J. Polym. Sei, Teil A 2 (1964) 835). Es wurde berichtet daß ein Gel mit einer gewünschten Porengröße durch j> Suspensionspolymerisation eines flüssigen Monomerengemisches zusammen mit einem in geeigneter Weise gewählten Porenbildungsmittel erhalten werden kann. Die Porengröße variiert in Abhängigkeit von der Art und Menge des Porenbildungsmittels und der Menge ·«> des Vernetzungsmittel. Dieses Gel unterscheidet sich jedoch von dem weichen Gel in der Hinsicht daß die Porengröße mit zunehmender Menge des Vernetzungsmittels gewöhnlich zunimmt. In dem in dieser Weise erhaltenen Gel ist der Vernetzungsgrad in dem das -n Gerüst bildenden Teil höher als der Vernetzungsgrad in weichen Gelen, und die Poren haben <^ine starke und feste Struktur. Daher ist die mechanische Festigkeit eines solchen Gels im nassen Zustand viel höher als die von weichen Gelen. Dieses Gel wird im Gegensatz zum ■" weichen Gel als »starres oder hartes Gel« bezeichnet. Da bei Verwendung des starren Gels die Flüssigkeit mit hoher Rate durchlaufen kann, kann die für die Analyse erforderliche Zeit verkürzt werden. Da ferner die Korngröße verkleinert werden kann, kann das Trenn- >:■ vermögen verbessert werden. Wie die vorstehenden Ausführungen zeigen, hat die mit organischen Lösungsmitteln durchgeführte GPC einen schnellen Fortschritt gemacht weil es möglich geworden ist, die Strömungsrate der Flüssigkeit und das Trennvemiögen zu t>o erhöhen. Auf dem Gebiet der mit Wasser durchgeführten GPC ist jedoch ein Gel, das genügende mechanische Festigkeit und hohes Trennvermögen in Kombination aufweist, nicht entwickelt worden. Daher ist die Entwicklung eines Gels, das diese Voraussetzungen erfüllt, erwünscht.

Gele, die durch Vernetzung von Dextran mit Epichlorhydrin gebildet werden, sind als übliche Gele für die mit Wasser durchgeführte GPC bekannt und werden häufig verwendet Ein Gel dieser Art wird durch Vernetzung von in Wasser gelöstem Dextran mit Epichlorhydrin im Swspensionssystem mit Phasenumkehr erhalten. Es hat sich eingebürgert, daß die Eigenschaften des Gels durch die erneute Aufnahme von Wasser (nachstehend als »W«« bezeichnet) bestimmt werden, wobei ein Gel mit höherem Wr-Wert vorteilhaft ist (siehe US-PS 32 08 994). Im Hinblick auf das vorstehend genannte Herstellungsverfahren und die physikalischen Eigenschaften wird dieses Gel offensichtlich als weiches Gel eingestuft Dies ergibt sich auch daraus, daß J. C. Moore 1964 erstmals das harte und starre Gel vom Typ des organischen Polymerisats veröffentlichte und es vor dieser Zeit auch auf dem Gebiet der GPC mit organischen Lösungsmitteln kein solches starres und hartes Gel gab. Genauer gesagt, die Porengröße eines durch Vernetzung eines Polymerisats im gelösten Zustand erhaltenen Gels wird nur durch den Vernetzungsgrad eingestellt und, wie vorstehend erwähnt steifen die Maschen in der durch Vernetzung gebildeten Netzwerkstruktur die Ροικη dar. Wenn demgemäß Stoffe von hohem Molekulargewicht veranlaßt werden sollen, in die Körner einzudringen, muß die Maschengröße durch Senkung des Vernetzungsgrades erhöht werden. Wenn der Vernetzungsgrad niedrig ist quillt das Gel leicht in Wasser, und der Wr-Wert steigt Es ist eines der charakteristischen Merkmale des weichen Gels, daß der Wr-Wert um so größer ist je größer der Mindestwert des Molekulargewichts, das nicht in die Gelkörner eindringen darf, d. h. die Ausschließungsgrenze des Molekulargewichts (nachstehend als »Mlim« bezeichnet) ist Dieses weiche Gel ist demgemäß noch ungenügend; weil die Flüssigkeit nicht mit hoher Strömungsrate durchgeleitet werden kann und somit eine lange Zeit für die Analyse erforderlich ist

Wie Versuche gezeigt haben, die in der japanischen Patentanmeldung 21 404/1972 (entsprechend der US-PS 32 08 994) beschrieben werden, ist bei Verwendung dieses weichen Gels für die Entfernung eines Stoffs mit sehr niedrigem Molekulargewicht, z. B. Natriumchlorid, aus einer Flüssigkeit die Analyse in verhältnismäßig kurzer Zeit beendet aber im Falle der Analyse von Proteinen in Rinderserum wird die Probe mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 30 ml/Sid. durrh eine gefüllte Säule mit einem Volumen von 450 ml unter Verwendung eines Gels geleitet, das einen HVWert von 20 g/g und eine Korngröße von 105 bis 37 μπι hat Kurz gesagt im Falle von hochmolekularen Stoffen, z.B. Proteinen, sind etwa 15 Stunden für die Durchführung der Analyse erforderlich. Andererseits ist diese Analyse bei der GPC mit einem organischen Lösungsmittel unter Verwendung eines starren Gels vom Styroltyp innerhalb von 20 bis 30 Minuten, längrten: in einer Stunde beendet. Dies zeigt, daß die Zeit für die vorstehend genannte Analyse durch GPC unter Verwendung von Wasser im Vergleich zu dieser Analyse unter Verwendung des organischen Lösungsmittels äußerst lang ist.

Bekannt ist ferner ein wäßriges Gel, das durch Verseifen eines körnigen Copolymerisats von Vinylacetat mit 1,4-Butandioldivinyläther erhalten wird (siehe US-PS 35 86 626). Wie jedoch von W. Heiti, dem Erfinder dieser US-Patentschrift angegeben, weist das gebildete Gel keine genügende mechanische Festigkeit auf und kann praktisch nicht für die GPC mit hoher Geschwindigkeit verwendet werden, da dieses Gel den Nachteil hat, daß die Copolymerisierbarkeit der für die

Copolymerisation verwendeten Monomeren gering ist (W. Heitz, J. Chromatogr., 53(1970) 37).

Es wurde berichtet, daß ein wäßriges Gel mit hoher mechanischer Festigkeit durch Verseifen eines körnigen Copolymerisats von Diäthylenglykoldimethacrylat oder -, Glycidylmethacrylat mit Vinylacetat und Vernetzen des verseiften Copolymerisats mit Epichlorhydrin erhalten werden kann (siehe US-PS 41 04 208). Das nach diesem Verfahren erhaltene Gel wird jedoch nicht bevorzugt, weil im Gerüst funktioneile Gruppen, die in Gegenwart in einer Säure oder Base leicht hydrolysiert werden oder auf gewisse zu trennende Stoffe eine adsorbierende Wirkung ausüben, z. B. Estergruppen oder Carboxylgruppen, vorhanden sind.

Ferner wurden Gele von anorganischen Verbindun- ,5 gen. z. B. Siliciumdioxid, mit hoher mechanischer Festigkeit vorgeschlagen; da diese jedoch in wäßriger Lösung eine adsorbierende Wirkung auf zu trennende Stoffe ausüben, werden sie für die mit Wasser durchgeführte GPC zweckmäßig nicni verwendet. _ίι

Die Erfindung stellt sich daher die Hauptaufgabe, für die mit hoher Geschwindigkeit und Wasser durchgeführte GPC ein Gel verfügbar zu machen, das nicht die Nachteile aufweist, die bei den vorstehend genannten üblichen Füllmaterialien für die mit Wasser durchge- >■> führte Chromatographie zwangsläufig vorhanden sind, keine Carboxyl- oder Estergruppen, sondern alkoholische Hydroxyl- und Äther-gruppen als hauptsächliche hydrophile Gruppen enthält, eine für die GPC geeignete Mikroporenstruktur sowie eine genügend hohe mecha- jo nische Festigkeit aufweist.

Gegenstand der Erfindung ist demgemäß ein vollkommen poröses, hydrophiles Füllmaterial gemäß obigem Patentanspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der nachfolgenden Unteransprüehe.

Unter dem erfindungsgemäß verwendeten. Hydroxylgruppen enthaltenden nichtionischen und hydrophilen synthetischen vernetzten Polymerisat, das als Hauptgeriist eine chemische Struktur mit Kohlenstoffatomen, Wasserstoffatomen und Sauerstoffatomen aufweist, die über Einfachbindungen gebunden sind, ist ein synthetisches Polymerisat zu verstehen, das ein Hauptgerüst aufweist, das Hydroxylgruppen, Äthergruppen. Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen und Kohlenstoff-Kohlenstoff-Einfachbindungen enthält. Sauerstoff-Sauerstoff-Bindungen und instabile Gruppen, z. B. drei- oder viergliedrige Ringe, die aus Kohlenstoff- und Sauerstoffatomen bestehen, sollten in dem gemäß der Erfindung verwendeten synthetischen Polymerisat im wesentlichen nicht enthalten sein.

Das Gel wird durch die Anwesenheit von Hydroxylgruppen und Äthergruppen hydrophil gemacht. Die Dichte der Hydroxylgruppen (nachstehend als »<7oh« bezeichnet) ist sehr wichtig, und diese Dichte sollte im Bereich von 1 bis 15 Milliäquivalent/g (nachstehend einfach als meq/g) bezeichnet) liegen. Wenn der <7oH-Wert die obere Grenze überschreitet, wird die mechanische Festigkeit des Gels schlechter, und wenn der (Jon-Wert unter der unteren Grenze liegt, geht die <■/> hydrophile Beschaffenheit des Gels verloren, und die Adsorptionseigenschaft tritt hervor. Vom praktischen Gesichtspunkt wird ein <?o»-Wert des Geis von 2 bis 12 meq/g bevorzugt. Übrigens kann der <?OH-Wert bestimmt werden, indem das Gel mit Essigsäureanhyr!-id in Pyridin als Lösungsmittel umgesetzt, die Menge des für die Reaktion mit den Hydroxylgruppen verbrauchten Essigsäureanhydrids gemessen und die Konzentration der Hyddroxylgruppen aus diesem gemessenen Wert berechnet wird. Wenn beispielsweise 1 Millimol Essigsäureanhydrid für die Reaktion mit 1 g eines trockenen Gels verbraucht wird, beträgt der «ToH-Wert dieses Gels 1 meq/g.

Wie bereits erwähnt, hat das Gel gemäß der Erfindung ein Hauptgerüst, das Hydroxylgruppen, Äthergruppen, C—Η-Bindungen und C-C-Einfachbindungen enthält. Dieses Gerüst kann außerdem andere Atome und/oder chemische Strukturen, die in das Gerüst durch den Polymerisationsinitiator während des Gelherstellungsprozesses eingeführt werden, und/oder chemische Strukiiren enthalten, die durch Nebenreaktionen während des Gelherstellungsprozesses gebildet werden, soweit die wesentlichen Eigenschaften des Gels durch die Anwesenheit dieser und anderer Atome und/oder chemischer Strukturen nicht verändert werden. Im allgemeinen sollte jedoch die Menge von Atomen und/oder chemischen Strukturen außer dem vursichciiij genännien ! !sUpigCrÜSt vorzugsweise nicht mehr als 3 Gew.-%, bezogen auf das trockene Gel, ausmachen. Mit anderen Worten, vorzugsweise liegt die chemische Struktur aus Kohlenstoffatomen, Wasserstoffatomen und Sauerstoffatomen, die über Einfachbindungen gebunden sind, in einer Menge von 97 Gew.-% oder mehr, bezogen auf das Gesamtgewicht des trockenen Gels, d. h. des synthetischen vernetzten Polymerisats, vor. Wenn die chemische Struktur des Gels gvMäß der Erfindung hiervon abweicht, tritt häufig die unerwünschte Erscheinung der Adsorption von abgetrennten Stoffen am Gel während der Durchfüh- f rung der GPC ein. >

Das Füllmaterial gemäß der Erfindung in Form von Körnern eines Hydroxylgruppen enthaltenden nichtionischen und hydrophilen synthetischen vernetzten Polymerisats hat eine chemische Struktur, die durch Umsetzung eines vollkommen porösen, Hydroxylgruppen enthaltenden nichtionischen Polymerisats, das eine spezifische Oberfläche von nicht mehr als I m²/g, gemessen nach dem Trocknen des in Wasser getauchten oder gelösten Polymerisats, und eine Hydroxylgruppendichte von 5 bis 23 Milliäquivalent/g hat, mit einer als Vernetzungsmittel dienenden polyfunktionellen Substanz, die mit den Hydroxylgruppen des Polymerisats unter Bildung von vernetzenden Äthergruppen reaktionsfähig ist, in einem Lösungsmittel, das Polyvinylalkohol nicht löst oder quillt, erhalten wird.

Unter dem vollkommen porösen. Hydroxylgruppen enthaltenden nichtionischen Polymerisat, das eine spezifische Oberfläche von nicht mehr als 1 m²/g, gemessen nach dem Trocknen des in Wasser getauchten oder gelösten Polymerisats, und eine Hydroxylgruppendichte von 5 bis 23 Milliäquivalent/g hat, ist ein vollkommen poröses Polymerisat, das wenigstens Vinylalkoholeinheiten und/oder Allylaikoholeinheiten enthält, zu verstehen. Als Beispiele sind lineare Polymerisate, z. B. Polyvinylalkohol, PolyaUylalkohol, Copolymerisate von Vinylalkohol mit Allylalkohol und Polymerisate mit einer chemischen Struktur zu nennen, die durch Verseifen eines Copolymerisats eines Monomeren, das wenigstens eine Carbonsäurevinylestergruppe enthält, und/oder eines Monomeren, das wenigstens eine Carbonsäureallylestergruppe enthält, mit einem Polyvinylmonomeren, das eine Äthergruppe enthält, z. B. 1,4-ButandioIdivinyläther, Diäthylenglykoldivinyläther oder Diäthylenglykoidiallyläther, erhalten worden ist. Das Molekulargewicht des zu verwendenden Polymerisats ist nicht entscheidend wichtig. Als

lineare Polymerisate werden jedoch vorzugsweise solche mit einem Gewichtsmittelmolekulargewicht von 5 χ 10³ bis 2 χ 10⁵, gemessen nach der Ostwald-Viskositätsmethode, verwendet. Bei Copolymerisaten mit Vernetzungsbrücken ist das Molekulargewicht nicht meßbar, jedoch spielt dies keine Rolle. Diese Polymerisate sollten eine vollkommen poröse Struktur haben. Unter einer vollkommen porösen Struktur ist eine Strukw-:.' zu verstehen, bei der feine Poren über das gesamte Korn des Polymerisats verteilt sind, wobei die spezifische Oberfläche wenigstens 5 m²/g im trockenen Zustand des Korns beträgt. Die vorstehend genannten Polymerisate sind jedoch nicht vernetzt oder weisen einen niedrigen Vemetzungsgrad auf. Wenn sie in Wasser getaucht oder gelöst und dann getrocknet werden, verschwinden daher die feinen Poren im wesentlichen, wodurch die spezifische Oberfläche des Polymerisats kleiner als 1 m²/g wird. Aus diesem Grunde dürfen diese Polymerisate vor der Messung erhalten bleiben, ist demgemäß die spezifische Oberfläche viel größer als die eines weichen Gels. Im Gel gemäß der Erfindung ist die spezifische Oberfläche auch dann, wenn der Mlim-Wert groß ist, die spezifische > Oberfläche im trockenen Zustand groß, da die Poren eine feste Struktur aufweisen. Ein Wert der spezifischen Oberfläche von weniger als 5 m²/g läßt erkennen, daß das Gel eine gleichmäßig vernetzte Struktur (weiches Gel) hat, die kaum feine Poren aufweist, und ein solches

ίο Gel wird für die mit hoher Geschwindigkeit durchgeführte GPC nicht bevorzugt. Für die Verwendung des Gels gemäß der Erfindung als Füllung für eine mit hoher Geschwindigkeit durchgeführte GPC, bei der das Gel eine praktisch ausreichende mechanische Festigkeit und

π ein ausreichendes Trennvermögen haben muß, wird für das Gel eine spezifische Oberfläche von 10 bis 500 mVg bevorzugt.

Für die Bestimmung der spezifischen Oberfläche sind verschiedene Methoden bekannt. Für die Zwecke der

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mit dem Vernetzungsmittel nicht mit Wasser in Berührung kommen.

Als polyfunktionelle Substanzen, die mit Hydroxylgruppen unter Bildung von vernetzenden Äthergruppen reaktionsfähig sind, sind beispielsweise Epihalogenhydrinverbindungen, z. B. Epichlorhydrin und Epibromhydrin, Verbindungen mit wenigstens zwei Epoxygruppen, z. B. Äthylenglykoldiglycidyläther, Propylenglykoldiglycidyläther und Trimethylolpropantriglycidyläther, und Verbindungen mit wenigstens zwei Aldehydgruppen, z. B. Glyoxal und Glutaraldehyd, zu nennen. Im Rahmen der E.'indung wird eine vernetzende Acetalgruppe in die vernetzende Äthergruppe einbezogen.

Die das Gel gemäß der Erfindung bildenden Elemente können durch Elementaranalyse und die chemischen Strukturen hauptsächlich durch die Infrarot-Absorptionsspektralanalyse bestimmt werden. Wenn die Anwesenheit von anderen funktioneilen Gruppen als den hauptsächlichen chemischen Strukturen gemäß der Erfindung durch die lnfrarotanaiyse festgestellt wird, werden die funktionellen Gruppen quantitativ durch chemische Analyse oder polarographische Analyse bestimmt. In dieser Weise kann somit festgestellt werden, ob das Gel chemische Strukturen, die in den Rahmen der Erfindung fallen, aufweist oder nicht.

Wie bereits erwähnt, sollte das Gel gemäß der Erfindung im trockenen Zustand eine spezifische Oberfläche von 5 bis 1000 m²/g haben. Diese spezifische Oberfläche steht in engem Zusammenhang mit der Struktur des Gels. Ein organisches synthetisches Polymerisat mit einer Vernetzungsstruktur quillt gewöhnlich in einem Lösungsmittel, das Affinität zum Polymerisat aufweist, schrumpft jedoch, wenn es getrocknet wird. Im Falle eines weichen Gels, in dem Poren, die im gequollenen Zustand mit dem Lösungsmittel gefüllt sind, nur durch die Maschen des Netzwerks der Vernetzung aufrecht erhalten werden, kann, wenn das Gel getrocknet wird, der ausgedehnte Zustand in den Maschen nicht aufrecht erhalten werden, so daß sie brechen. In diesem Fall beträgt die spezifische Oberfläche im allgemeinen nur etwa 1 m²/g oder weniger, weil der Wert der spezifischen Oberfläche nur derjenige des äußeren Teils des Korn ist Im Gegensatz hierzu schrumpfen die Poren eines starren Gels mit fester Porenstruktur in einem gewissen Ausmaß, wenn das Gel getrocknet wird, jedoclj bleibt der Zustand zu der Zeit, wenn das Gel gequollen ist im wesentlichen erhalten. Da die feinen Poren im Innern des Korns Γιανιι uC" am

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meisten verbreiteten BET-Methode unter Verwendung von Stickstoffgas bestimmt. Die für die Bestimmung der spezifischen Oberfläche zu verwendende Probe muß ausreichend trocken sein. Das Gel gemäß der Erfindung hat einen hohen Vemetzungsgrad und eine feste Porenstruktur, so daß es auch dann, wenn es in Wasser getaucht und dann getrocknet wird, die gleiche spezifische Oberfläche wie das Polymerisat vor den genannten Meßnahmen, d. h. Eintauchen in Wasser mit anschließendem trocknen, bewahrt. Da es jedoch schwierig ist, das Gel gemäß der Erfindung auf Grund seiner hohen Hydrophile zu trocknen, wird das Gel vorzugsweise zuerst mit Aceton ins Gleichgewicht gebracht und dann unter vermindertem Druck bei einer

)' Temperatur unterhalb von 60⁰C getrocknet.

Wie bereits erwähnt, soll die Wiederaufnahme von Wasser Wr beim Gel gemäß der Erfindung im Bereich von 0,3 bis 3,0 g/g liegen. Der H-VWert ist die Wassermenge, die in den Poren des Gels pro

Gewichtseinheit des Gels im trockenen Zustand enthalten sein kann, wenn das Gel mit Wasser ins Gleichgewicht gebracht wird. Kurz gesagt, der Wr-Wert kann ein Anhaltspunkt sein, der die Menge der Poren angibt, die an der GPC teilnehmen. Mit

4-. zunehmendem Wr-Wert wird das Gewicht des das Gerüst bildenden Teils des Gels in Wasser, d. h. das Gewicht des Gels als solches, relativ geringer. Wenn der Wr- Wert zu hoch ist wird demgemäß die mechanische Festigkeit des Gels im Wasser geringer, so daß es

"><> unmöglich ist, die Strömungsrate und den Druckverlust in der gefüllten Säule zu erhöhen. Wenn der Wr-Wert zu niedrig ist, wird das Trennvermögen des Gels geringer, da die Menge der an der GPC teilnehmenden Poren in den Körnern geringer ist Vom Standpunkt der physikalischen Eigenschaften des Gels für die mit hoher Geschwindigkeit durchgeführte GPC ist es daher sehr wichtig, daß der HVWert innerhalb des oben genannten Bereichs liegt.

Im üblichen weichen Gel, das eine ähnliche chemische Struktur wie das Gei gemäß der Erfindung hat müßte natürlich ein Anstieg des Mlim-Wertes einen Anstieg des W_x-Wertes und eine Verringerung der mechanischen Festigkeit zur Folge haben. Da es im weichen Gel, wie bereits erläutert zur Erhöhung des Mlim-Wertes notwendig ist den Vemetzungsgrad zur Erweiterung der Maschenabstände zu verringern, wird das HVWert mit geringer werdender mechanischer Festigkeit zwangsläufig erhöht Im Gegensatz hierzu liegt der

HVWert im Gel gemäß der Erfindung unabhängig vom Mlim-Wert im Bereich von 0,3 bis 3,0 g/g, und auch ein Gel mit hohem Mlim-Wert kann für die GPC mit hoher Geschwindigkeit verwendet werden. Dies ist eine bahnbrechende Eigenschaft von Gelen für die mit Wasser durchgeführte GPC mit hoher Geschwindigkeit. Der WVWert kann bestimmt werden, indem das mit destilliertem Wasser ausreichend ins Gleichgewicht gebrachte Gel iivt Entfernung des an der Oberfläche des Gels haftenden Wassers zentrifugiert, das Gewicht (W\) des Gels gemessen, das Gel getrocknet, das Gewicht (W₂) des Gels nach dem Trocknen ermittelt und der WVWert nach der folgenden Gleichung berechnet wird:

bezeichnet) des erfindungsgemäßen Gels beträgt im allgemeinen 1 bis 2000 μπι, vorzugsweise 2 bis 500 um. Bei Verwendung des Gels für die GPC mit hoher Geschwindigkeit wird ein D,*-Wert im Bereich von 2 bis 50 μηι besonders bevorzug!. Im Falle von kleinem Korn wird der D„-Wert mit dem »Coulter Counter« (Hersteller Coulter Electronics Inc., USA) bestimmt, und im Falle von großem Korn wird der D₁^ Wert nach der folgenden Gleichung durch Messen der Häufigkeit η des Auftretens der Korngröße d unter Verwendung eines Mikroskops oder Siebes berechnet:

Im Gel gemäß der Erfindung kann der Mlim-Wert linie! liaiLi eines Weiten Bereichs variieren. Wie bereits erwähnt, gibt der Mlim-Wert die untere Grenze des Molekulargewichts eines Moleküls an, das nicht in die Poren des Gels eindringen kann. Stoffe mit einem Molekulargewicht, das unter diesem kritischen Wert liegt, können durch GPC abgetrennt werden, aber Stoffe, deren Molekulargewichte über diesem kritischen Wert liegen, können nicht in die Poren des Gels eindringen, sondern bewegen sich direkt durch die Abstände zwischen den Körnern. Demgemäß zeigen die letztgenannten Stoffe unabhängig vom Molekulargewicht im wesentlichen die gleiche Elutionsrate. so daß diese Stoffe nicht abgetrennt werden können. Der Mlim-Wert kann aus der Eichkurve des GPC ermittelt werden. Die Eichkurve kann erhalten werden, indem Meßwerte von Proben mit bekannten Molekulargewichten auf eine graphische Darstellung aufgetragen werden, auf der das Elutionsvermögen einer gelgefüllten Säule als Abszisse und der Logarithmus des Molekulargewichts als Ordinate aufgetragen ist. und diese Eichkurve umfaßt eine Linie, die im wesentlichen parallel zur Ordinate verläuft, und eine anschließende Linie eines negativen Gradienten.

Bei der Bestimmung des Mlim-Wertes im Rahmen der Erfindung wird Polyäthylenglykol oder Dextran als Bezugssubstanz mit bekanntem Molekulargewicht und destilliertes Wasser als Lösungsmittel verwendet, und der Wert der Ordinate an dem Punkt, an dem die Verlängerung der Linie parallel zur Ordinate der so erhaltenen Eichkurve die Verlängerung der geneigten Linie schneidet, wird abgelesen und der abgelesene Wert als Mlim-Wert bezeichnet. Übrigens kann, da im Handel erhältliche wasserlösliche Standardpolymerisate ein Molekulargewicht von weniger als 2 000 000 haben, eine vollständige Eichkurve für ein Gel mit einem Mlim-Wert von mehr als 2 000 000 nicht erhalten werden. Daher kann der Mlim-Wert eines solchen Gels nicht genau bestimmt werden, aber der Mlim-Wert wird aus dem Schnittpunkt ermittelt wo die Verlängerung der für Molekulargewichte von weniger als 2 000 000 bestimmten Eichkurve die Verlängerung der Linie parallel zur Ordinate schneidet, die unter den gleichen Bedingungen für ein Gel mit niedrigerem Mlim-Wert bestimmt wird. Der Mlim-Wert des Gels gemäß der Erfindung ist im allgemeinen höher als 10³, jedoch ist das Gel mit einem Mlim-Wert von 10⁴ bis 10⁸ bei der Durchführung der GPC sehr wirksam, so d^ß es bevorzugt wird.

Die mittlere Korngröße (nachstehend als »D„·«

ν „,/■'

Das Gel gemäß der Erfindung hat die charakteristische Eigenschaft, daß selbst bei einem hoheni Mlim-Wert der W«-Weit ausreichend niedrig und die spezifische Oberfläche im trockenen Zustand groß ist. Aus dieser charakteristischen F'gensrhaft prcnhf sirh daß das Gel gemäß der Erfindung ein starres Gel mit sog. permanenten Poren ist, worin die Änderung der Struktur der Poren sehr gering ist. wenn das gequollene Gel getrocknet wird. Demgemäß hat das Gel gemäß der Erfindung eine höhere mechanische Festigkeit als das weiche Gel unabhängig vom Mlim-Wert, und seine Korngröße kann verkleinert werden. Auch wenn eine Säule mit dem Feinkorn gemäß der Erfindung gefüllt wird, kann das Lösungsmittel die gefüllte Säule mit hoher Strömungsgeschwindigkeit durchlaufen. Gewöhnlich wird das Trennvermögen bei der Chromatographie je nach der Verkleinerung der Korngröße des Füllmaterials verbessert. Beim Gel gemäß der Erfindung kann das Trennvermögen durch Verringerung der Korngröße verbessert werden, und da die Flüssigkeit mit hoher Strömungsgeschwindigkeit durchlaufen kann, ist eine erhebliche Verkürzung der Analysenzeit erreichbar. Bei Verwendung eines üblichen vernetzten Dextrangels sind mehrere Stunden oder in einigen Fällen mehr als 10 Stunden für eine gewöhnliche Analyse erforderlich. Im Gegensatz hierzu ist bei Verwendung des Gels gemäß der Erfindung die Analyse in 20 bis 30 Minuten oder höchstens innerhalb einer Stunde beendet. Da ferner im Gel gemäß der Erfindung der Vernetzungsgrad im Gerüstteil höher ist als der Vernetzungsgrad des weichen Gels und außerdem funktionell Gruppen, die leicht hydrolysierbar sind, z. B. Estergruppen, nicht vorhanden sind, ist die chemische Beständigkeit sehr hoch. Eine wäßrige Lösung einer Säure oder eines Alkalis wird häufig als Lösungsmittel bei der mit Wasser durchgeführten GPC verwendet. Demgemäß vermag eine hohe chemische Beständigkeit den Auswahlbereich der für die wäßrige GPC geeigneten Lösungsmittel zu erweitern. Da ferner das Gel gemäß der Erfindung ein Hydroxylgruppen enthaltendes nichtionisches und hydrophiles synthetisches vernetztes Polymerisat ist, das als Hauptgerüsl eine chemische Struktur aus Kohlenstoffatomen, Wasserstoffatomen und Sauerstoffatomen aufweist, die über Einfachbindungen verbunden sind, hat das erfindungsgemäße Gel kein Adsorptionsvermögen für praktisch alle wasserlöslichen Stoffe. Demgemäß wird bei der Trennung und Analyse von wasserlöslichen Polymerisaten, Sacchariden und Proteinen die Beziehung zwischen dem Elutionsvolumen und dem Logarithmus des Molekulargewichts durch eine Eichkurve angezeigt, die im wesentlichen geradlinig oder !eicht gekrümmt ist Ferner kann im Gel gemäß der Erfindung die

Porensröße des Gels nach dem Molekulargewicht des abzutrennenden Stoffs eingestellt werden. Dieses ausgezeichnete, vollkommen poröse starre Gel mit einem organischen synthestischen Polymerisat als Gerüst, das in einer wäßrigen Lösung kein Adsorpt'onsvermögen hat, eingestellte und geregelte feine Poren enthält und ferner eine genügend hohe chemische Beständigkeit aufweist, wird durch die Erfindung erstmals verfügbar gemacht.

Die Abbildung zeigt Elutionskurven, die durch einen Trennversuch erhalten wurden, der mit einem wäßrigen Gemisch von Äthylenglykol, zwei Arten von Propylenglykolen und Dextran unter Verwendung der Gele . gemäß der Erfindung für die wäßrige GPC auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise durchgeführt wurde.

Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Gels gemäß der Erfindung beschrieben. Die Herstellung der Gele gemäß der Erfindung ist natürlich nicht auf das nachstehend

Zunächst werden vollkommen poröse Polymerkörner mit einer dreidimensionalen Vernetzungsstruktur hergestellt, indem ein gleichmäßiges flüssiges Gemisch aus 100 Gew.-Teilen eines Monomeren, das wenigstens einen Divinylester einer Dicarbonsäure, 50 bis 250 Gew.-Teile eines inerten organischen Lösungsmittels zur Einstellung der feinen Porengröße und 0.1 bis 5 Gew.-Teile eines freie Radikale bildenden Polymerisationsii ' i'.irs enthält, der Suspensionspolymerisation in Wasser uii;er\<Orf«~r wird. Wen" die hierbei gebildeten Körner der E'-teraiistau.schreaktion oder Verseifung^reaktion in einem Lösungsmittel, das Polyvinylalkohol nicht löst oder quillt, unterworfen werden, werden Körner eines vollkommen porösen Polymerisats, das Vinylalkoholeinheiten als hauptsächliche Struktureinheiten enthält, erhalten. Die so erhaltenen Körner werden dann mit einer polyfunktionellen Substanz, die mit Hydroxylgruppen unter Bildung von vernetzenden Äthergruppen zu reagieren vermag, z. B. einer Epihalogenhydrinverbindung, einer Diepoxyverbindung oder einer Dialdehydverbindung, in einem Lösungsmittel, das Polyvinylalkohol nicht löst oder quillt, umgesetzt, wodurch ein Gel gemäß der Erfindung erhalten wird.

Als Beispiele von Divinylestern von Dicarbonsäuren, die für die Herstellung der Gele gemäß der Erfindung geeignet sind, sind Divinylsuccinat, Divinylglutarat, Divinyladipat, Divinylsebacat und Divinylphthalat zu nennen. Diese Divinylester von Dicarbonsäuren können in Kombination mit einem Vinylester einer Monocarbonsäure, z. B. Vinylacetat, einem Diallylester einer Dicarbonsäure, z. B. Diallylphthalat, oder einer Polyvinylverbindung, die eine Äthergruppe enthält, z. B. Diäthylenglykoldivinyläther, Diä'.hylenglykoldiallyläther und 1,4-Butandioldivinyläther, verwendet werden. Um vollkommen poröse Körner mit feinen Poren von eingestellter Größe durch Suspensionspolymerisation zu erhalten, ist es wichtig, daß ein Divinylester einer Dicarbonsäure in der zu polymerisierenden Monomerflüssigkeit in einer Menge von wenigstens 10 Gew.-%, vorzugsweise von wenigstens 20 Gew.-°/o enthalten ist. Wenn eine Monomerflüssigkeit die Vinylacetat als Hauptkomponente sowie den Divinylester einer Dicarbonsäure in einer Menge von weniger als 10 Gew.-% enthält, als Ausgangsmaterial für die Herstellung des Gels verwendet wird, können keine vollkommen porösen Polymerkörner mit dreidimensionaler vernetzter Struktur erhalten werden, auch wenn die Suspensionspolymerisation in Wasser unter Verwendung des vorstehend genannten inerten organischen Lösungsmit tels und des freie Radikale bildenden Polymerisationsinitiators durchgeführt wird. Daher kann in keinem Fall ein vollkommen poröses C ei erhalten werden, selbst wenn die so erhaltenen Körner den anschließenden Reaktionen für die Herstellung eines Gels unterworfen werden.

Ferner ist auch dann, wenn vollkommen poröse Polymerkörner durch Suspensionspolymerisation eines Divinylesters einer Dicarbonsäure und von 1,4-Butandioldivinyläther in Wasser in Gegenwart des vorstehend genannten inerten organischen Lösungsmittels und Verseifen der erhaltenen, vollkommen porösen Polymerkörner in einem Lösungsmittel, das Polyvinylalkohol nicht löst, erhalten werden, die mechanische festigkeit des Gels ungenügend und das Gel daher für die GPC mit hoher Geschwindigkeit ungeeignet, wenn die Körner unmittelbar als Gel verwendet werden, oh: e der Vernetzungsreaktion unterworfen worden zu sein.

Für die Einstellung der feinen Porengröße werden

lösen, aber in Wasser schwer löslich :^: H_: z.B. Äthylacetat. n-Butylaeetat, Butanol. H :ptanol oder Octan, verwendet. Zur weiteren Einstellung der feinen Porengröße kann ein Ih.eares Polymerisat, ζ. Β Polystyrol oder Polyvinylacetat, in Kombination mit dem inerten organischen Lösungsmittel verwendet werden. Dieses lineare Polymerisat hat vorzugsweise ein Gewichtsmittelmolekulargewicht von !0 000 bis 1 000 000 und kann in einer Menge von 10 Gew.-Teilen oder weniger pro 100 Gew.-Teile des Monomeren verwendet werden.

Als freie Rr!;kale bildende Polymerisationsinitiatoren eignen .si ;. <.;i·. üblicherweise verwendeten Initiatoren, nämlich Initiatoren vom Azotyp, z. B. 2.2'-Azobisisobutyronitril und 2.2'-Azobis(2.4-dimethylvaleronitril), und" Initiatoren vom Peroxidtyp, z. B. Benzoylperoxid u id Lauroylperoxid.

Die Suspensionspolymerisation kann im allgemeinen bei Temperaturen von 60° bis 90°C durchgeführt werden.

Die gewünschte Korngröße kann durch Rühren der Flüssigkeit mit geeigneter Geschwindigkeit vor dem Erhitzen in einer solchen Weise, daß die Größen der Öltröpfchen auf die gewünschte Korngröße eingestellt werden, erhalten werden.

Die Esterausiauschreaktion der durch die Polymerisation erhaltenen Körner oder die Verseifungsreaktion der Körner mit einer Säure oder einem Alkali wird in einem Lösungsmittel, das Polyvinylalkohol nicht löst oder quillt, bei einer Temperatur unterhalb des Siedepunktes des Lösungsmittels durchgeführt. Als Beispiele von Lösungsmitteln, in denen Polyvinylalkohol schwerlöslich ist, sind niedere Alkohole, z. B. Methanol und Äthanol, und Gemische von Aceton mit einem niederen Alkohol zu nennen. Wenn die Verseifungsreaktion der durch die Polymerisation erhaltenen Körner in einem Lösungsmittel, das Polyvinylalkohol leicht löst, z. B. in Wasser, durchgeführt wird, vermag das gebildete Polymerisat, das Vinylalkoholmonomereinheiten als hauptsächliche strukturbildende Einheiten enthält, seine Kugelform nicht zu bewahren, sondern wird leicht gelöst oder äußerst stark gequollen, wobei es die während der Polymerisation gebildete feinporöse Struktur verliert, so daß das gewünschte Gel nicht herstellbar ist

Aus dem gleichen Grunde, der vorstehend im Zusammenhang mit der Verseifungsreaktion der durch Polymerisation erhaltenen Körner genannt wurde, muß

die Reaktion des Polymerisats, das durch die Verseifungs- oder Esteraustauschreaktion erhalten worden ist, mit einer polyfunktionellen Substanz, die mit den Hydroxylgruppen des Polymerisats unter Bildung von vernetzenden Äthprgruppen reaktionsfähig ist, in einem Lösungsmittel, das Polyvinylalkohol nicht löst oder quillt, durchgeführt werden. Als Beispiele solcher Lösungsmittel sind Diäthyläther, Dibutyläther, Chloroform, Tetrachlorkohlenstoff, 1,2-DichIoräthan, Aceton und Gemische von Aceton und Dimethylsulfoxid zu nennen. Die Menge der zuzusetzenden polyfunktionellen Substanz ist unterschiedlich in Abhängigkeit von den gewünschten Eigenschaften des Gels und der Art des Polymerisats, jedoch beträgt die Menge der polyfunktionellen Substanz vorzugsweise 10 bis 600Gew.-%, insbesondere 20 bis 400Gew.-%, bezogen auf das Polymerisat, mit dem die polyfunktionelle Substanz umzusetzen ist. Die Reaktion wird vorzugsweise in Gegenwart eines sauren Katalysators, z. B. Bortrifluoridäthylätherat oder Schwefelsäure, oder eines alkalischen Katalysators, z. B. Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid, bei einer Temperatur unterhalb des Siedepunkts des verwendeten Lösungsmittels durchgeführt.

Bei dem vorstehend genannten, in der US-PS 32 08 994 beschriebenen üblichen Verfahren wird in Wasser gelöstes Dextran oder in Wasser gelöster Polyvinylalkohol in einem in Wasser unlöslichen Lösungsmittel suspendiert und mit Epichlorhydrin umgesetzt Das Gel gemäß der Erfmdung kann nicht durch Vernetzung von Polyvinylalkohol o. dgl. unter Bildung des Gerüsts des Gels in dem in Wasser gelösten Zustand wie bei dem üblichen Verfahren erhalten werden. Mit anderen Worten, im Rahmen der Erfindung ist es wichtig, daß Körner eines vollkommen porösen Polymerisats, das eine chemische Struktur aufweist, die durch Verseifung in ein Vinylalkoholeinheiten als hauptsächliche strukturbildende Einheiten enthaltendes Polymerisat umwandelbar ist und ferner feine Poren mit eingestellter Größe aufweist, durch Suspensionspolymerisation hergestellt werden, worauf die so erhaltenen Körner der Esteraustauschreaktion oder Verseifungsreaktion und anschließenden Vernetzungsreaktion unter Bedingungen, unter denen die feine Porenstruktur in den Körnern im wesentlichen erhalten bleibt, zu unterwerfen sind

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele weiter erläutert

Beispiel 1

Ein flüssiges Gemisch von 80 g Divinyladipat (mit einer Reinheit von mehr als 99%), 200 g n-Butylacetat und 1 g 2,2'-Azobisisobutyronitril wurde zusammen mit 1,21 Wasser, das einen Suspensionsstabilisator enthielt, in einen zylindrischen Kolben mit einem Fassungsvermögen von 21 gegeben, worauf das Gemisch I Stunde gerührt wurde. Der Kolben wurde dann 20 Stunden auf dem Wasserbad bei 70° C erhitzt, um die Suspensionspolymerisation zu bewirken. Nach beendeter Polymerisation wurden die gebildeten Körner abfiltriert, mit Wasser und dann mit Methanol gewaschen und getrocknet. Die Körner wurden zusammen mit 1 I Methanol, das 32 g Natriumhydroxid enthielt, in einen 2-l-Rundkolben gegeben, worauf das Gemisch 24 Stunden bei 40°C gerührt wurde. Nach beendeter Reaktion wurden die gebildeten Körner abfiltriert und mit Methanol und dann mit Aceton gewaschen. Eine geringe Menge der Körner wurde getrocknet und für die Infrarotanalyse und die Bestimmung der spezifischen Oberfläche verwendet Der verbleibende über-

ϊ wiegende Teil der Körner wurde für die Umsetzung mit Epichlorhydrin verwendet Im Infrarotspektrum wurde keinerlei Absorption, die für die Estergruppe des für die Polymerisation verwendeten Divinyladipats charakteristisch war, beobachtet Die spezifische Oberfläche

ίο betrug 180 m²/g, bestimmt nach der BET-Methode unter Verwendung von Stickstoffgas. Diese Meßergebnisse bestätigten, daß die durch die Esteraustauschereaktion erhaltenen Kömer aus vollkommen porösem Polyvinylalkohol bestanden.

Die Umsetzung der Körner mit Epichlorhydrin wurde wie folgt durchgeführt:

Die Polyvinylalkoholkörner wurden zusammen mit einem flüssigen Gemisch von 350 ml Dünethylsulfoxid, 350 ml Aceton, 37 g Epichlorhydrin und 16 g Natrium hydroxid in einen Rundkolben gegeben. Das Gemisch wurde 24 Stunden bei 50⁰C gerührt. Nach beendeter Reaktion wurden die Körner abfiltriert und mit heißem Wasser und dann mit Aceton gut gewaschen. Die Körner wurden dann mit einem frisch hergestellten, Epichlorhydrin enthaltenden flüssigen Gemisch, das die gleiche, vorstehend genannte Zusammensetzung hatte, gemischt. Das Gemisch wurde 24 Stunden bei 50° C gerührt Diese Arbeitsgänge, d.h. Filtration, Wäsche und Reaktion, wurden nochmals in der gleichen Weise,

jo wie vorstehend beschrieben, wiederholt

Die erhaltenen Körner wurden zusammen mit einer wäßrigen lN-Natriumhydroxidlösung 24 Stunden bei 80⁰C gerührt, dann mit Wasser gut gewaschen und in Wasser dispergicrt Eine einfache Klassierung unter Ausnutzung des !Unterschiedes in der Sedimentationsgeschwindigkeit wurde mehrmals durchgeführt Die durchschnittliche Größe der hierbei erhaltenen Körner wurde unter Verwendung eines »Coulter Counter, Modell ZB« (ein von Coulter Electronics Ine, USA, hergestellter Zähler) bestimmt Eine mittlere Korngröße von 133 μπι wurde ermittelt Der W/r Wert betrug 130 g/g, bestimmt nach der vorstehend beschriebenen Methode. Ein Teil des in der beschriebenen Weise erhaltenen Gels wurde mit Essigsäureanhydrid bei 90° C in Pyridin als Lösungsmittel umgesetzt Die Berechnung der OH-Gruppendichte (qon) im Gel aus der Menge des umgesetzten Essigsäureanhydrids ergab einen <7oh-Wert von 8,7 Milliäquivalent/g. Die spezifische Oberfläche des Gels im trockenen Zustand betrug 70 mVg.

Die in dieser Weise erhaltenen Gele wurden in eine aus nichtrostendem Stahl bestehende Kolonne von 73 mm Innendurchmesser und 50 cm Länge gefüllt Eine wäßrige Lösung verschiedener Dextrane und Polyäthylenglykole mit unterschiedlichem Molekulargewicht wurde durch die Säule geleitet Es wurde gefunden, daß die Substanz mit höherem Molekulargewicht zuerst eluiert wurde. Wenn die erhaltenen Werte graphisch dargestellt wurden, wobei der Logarithmus des Molekulargewichts als Ordinate und das Elutionsvolu men als Abszisse aufgetragen wurden, wurde eine glatte Kurve mit negativem Gradienten erhalten. Die aus dieser Eichkurve ermittelte Ausschließungsgrenze des Molekulargewichts (Mlim) betrug etwa 23XlO⁵. Die Messung wurde bei einer Durchflußrate von I ml/Minu te vorgenommen. Die Analyse war auch bei der Substanz mit niedrigerem Molekulargewicht innerhalb von 20 Minuten beendet. Eine Probe einer gemischten wäßrigen Lösung, die

1) Äthylenglykol,

2) Polyäthyiengiykol (Gewichtsmittelmolekulargewicht 300),

3) Polyäthyiengiykol (Gewichtsmittelmolekulargewicht 4000) und

4) Dextran (Gewichtsmittelmolekulargewicht 70 QOCi)

enthielt, wurde unter Verwendung der vorstehend genannten gefüllten Kolonne bei einer Durchflußrate von 1 ml/Minute analysiert Wie die graphische Darstellung (F i g. 1) zeigt, konnten die Substanzen sehr gut getrennt werden. Diese graphische Darstellung wurde innerhalb von 20 Minuten erhalten. Angesichts der Tatsache, daß für diese Analyse bei Verwendung eines im Handel erhältlichen weichen Gels »Sephadex« mehr als 2 Stunden notwendig waren, ist eindeutig erkennbar, daß die Analysendauer durch Verwendung des Gels gemäß der Erfindung erheblich verkürzt werden kann.

Beispiel 2

Ein flüssiges Gemisch von 80 g Divinyladipat (mit einer Reinheit von 99%), 160 g n-Heptanol und Ig 2_r2'-Azobisisobutyronitril wurde auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise polymerisiert Die erhaltenen Körner wurden der Esteraustauschreaktion auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise unterworfen. Aus den Ergebnissen der Infrarotanalyse der esterausgetauschten Körner sowie aus der Tatsache, daß die spezifische Oberfläche der Körner im trockenen Zustand 85 mVg betrug, ergab sich, daß die Kömer vollkommen poröse Polyvinylalkoholkörner waren. Diese Körner wurden mit Epiehlorhydrin auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise umgesetzt Nach der Reaktion wurde die Klassierung durchgeführt, wobei ein Gel für die wäßrige GPC erhalten wurde. Das Gel war durch einen £VWert von 14,0 μπι, einen Wr-Wert von 1,8 g/g, einen qoH-Wert von 7,5 Milliäquivalent/g und eine spezifische Oberfläche von 35 mVg im trockenen Zustand gekennzeichnet

Auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise wurden die Gele in eine Kolonne gefüllt, worauf wäßrige Lösungen von Dextranen bzw. Polyäthylenglykolen analysiert wurden. Hierbei wurde festgestellt, daß die Substanz mit dem höheren Molekulargewicht zuerst eluiert wurde. Für die verwendeten Dextrane (maximales Molekulargewicht etwa 2 000 000) konnte der Mlim-Wert nicht genau bestimmt werden, jedoch wurde geschätzt, daß er etwa 10⁷ betragen würde. Die Messung wurde bei einer Durchflußrate von 1 ml/Minute durchgeführt. Die Analyse jeder Substanz war innerhalb von 20 Minuten beendet.

Beispiel 3

Körniges Polyvinylalkohol wurde durch Suspensionspolymerisation und Esteraustauschreaktion unter den in Beispiel 1 genannten Bedingungen hergestellt. Die Körner wurden zusammen mit einem flüssigen Gemisch von 141 g Propylenglykoldiglycidyläther, 20 g Natriumhydroxid und 500 ml Aceton in einen 2 1-Rundkolben gegeben, worauf die Reaktion 40 Stunden am Rückfluß durchgeführt wurde. Nach der Reaktion wurden die Körner in eine wäßrigen 1 N-Schwefelsäurelösung gegeben und bei 80⁰C gerührt. Die Körner wurden dann gewaschen und klassiert, wobei ein wäßriges Gel, das durch einen Z5»-Wert von 18,5 μιη, einen HVWert von 1,47 g/g, einen qcm-Wert von 11 Milliäquivalent/g und

eine spezifische Oberfläche von 21 m²/g im trockenen Zustand gekennzeichnet war, erhalten wurde.

Durch eine mit den Gelen gefüllte Kolonne konnte

eine Flüssigkeit mit einer Durchflußrate von 1 ml/Minu-

te geleitet werden. Da jedoch der Druck bei dieser

Durchflußrate hoch war, wurde die Analyse bei einer Durchflußrate von 0,5 ml/Minute durchgeführt Aus den Ergebnissen der Analyse einer wäßrigen Lösung von Dextranen und Poiyäthylenglykolen wurde festgestellt,

ίο daß der Mlim-Wert des Gels 8 χ 10* betrug. Die für die

Analyse jeder Substanz erforderliche Zeit war kürzer

als 40 Minuten.

Beispiel 4

Auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise wurde ein flüssiges Gemisch von 60 g Divinyladipat, 20 g Diallylphthalat, 160 g n-Butylacetat und 1 g Benzoylpeioxid polymerisiert Die erhaltenen Körner wurden der Esteraustauschreaktion unterworfen. Die esterausge-

tauschten Körner hatten eine spezifische Oberfläche von 155 m²/g im trockenen Zustand. Die Ergebnisse der

Infrarotanalyse bestätigten, daß die Körner keine Estergruppe im Gerüst enthielten. Gele für die wäßrige GPC wurden durch Umsetzung

der Körner mit Epichlorhydrin auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise hergestellt Das Gel war durch einen Dw Wert von 14,1 μπι, einen Wr- Wert von 1,8 g/g, einen <jo_H-Wert von 7,5 Milliäquivalent/g und eine spezifische Oberfläche von 65m²/g im trockenen

Zustand gekennzeichnet

Eine wäßrige Lösung von Dextranen bzw. Polyäthylenglykolen wurde bei einer Durchflußrate von 1 ml/Minute unter Verwendung einer mit den so erhaltenen Gelen gefüllten Kolonne analysiert Der Mlim-Wert betrug 5 χ 10⁴, und die für die Analyse jeder Substanz erforderliche Zeit war kürzer als 20 Minuten.

Vergleichsbeispiel 1 Ein Gel wurde durch Vernetzung von Polyvinylalko-

*o hol im gelösten Zustand mit Epichlorhydrin hergestellt und mit dem Gel gemäß der Erfindung verglichen.

In 140 ml Wasser wurden 20 g Polyvinylalkohol (Polymerisationsgrad etwa 500) gelöst Der Lösung wurden 60 ml einer wäßrigen 5 N-Natriumhydroxidlö-

■(5 sung zugesetzt Das Gemisch wurde gerührt, wobei eine homogene Flüssigkeit gebildet wurde. Das flüssige Gemisch wurde zusammen mit 500 ml Kerosin, das ein öllösliches oberflächenaktives Mittel aus Polyethylenglycololeylether enthielt, in einen Rundkolbrn gegeben.

Das Gemisch wurde gerührt, wobei eine Dispersion gebildet wurde. Dann wurden der Dispersion 20 ml (233 g) bpichlorhydrin zugesetzt, worauf das Gemisch gut gerührt wurde. Dann wurde die Reaktion 16 Stunden bei 50° C und anschließend 4 Stunden bei 70° C durchgeführt. Nach beendeter Reaktion wurde das Reaktionsgemisch in ein 21-Becherglas überführt und mit Aceton versetzt. Das Gemisch wurde stehen gelassen. Das Lösungsmittel wurde durch Dekantieren entfernt Dann wurde weiteres Aceton zugesetzt und

«i erneut eine Dekantierung vorgenommen. Das Gel wurde in ein flüssiges Wasser-Äthanol-Gemisch, das 2 N-Natriumhydroxid enthielt, gegeben, worauf das Gemisch 15 Minuten gerührt wurde. Die Flüssigkeit wurde dann mit verdünnter Salzsäure neutralisiert und

"> das Gel abfiltriert. Das Gel wurde mit Äthanol gut gewaschen und getrocknet. Das erhaltene Gel war durch einen D»-Wert von 30 μπι, einen WVWert von 9,6 g/g, eine spezifische Oberfläche von 0,2 m²/g im

trockenen Zustand und einen goH-Wert von 16,1 meq/g gekennzeichnet

Das Gel wurde in eine aus nichtrostendem Stahl bestehende Kolonne von 7,5 mm Durchmesser und 50 cm Länge gefüllt, worauf eine wäörige Lösung von Dextranen bzw. Polyäthylenglykolen analysiert wurde. Bei Verwendung einer Hochdruckpumpe für die Zuführung der Flüssigkeit war der Druckverlust in der gefüllten Schicht sehr hoch, so daß die Flüssigkeit nicht durchgeleitet werden konnte. Daher wurde keine Pumpe verwendet, vielmehr wurde die Flüssigkeit durch Ausnutzung der Druckdifferenz des Flüssigkeitsstandes durch die Säule geleitet Daher waren etwa 7 Stunden für die Analyse eines Probengemisches von Dextranen und Polyäthylenglykolen erforderlich.

Beispiel 5

Im wesentlichen das gleiche Polymerisationsverfahren wie in Beispiel 1 Wurde wiederholt wobei jedoch Divinylsebacat an Stelle von Divinyladipat verwendet wurde. Die hierbei erhaltenen Körner wurden der Esteraustauschreaktion unterworfen. Die esterausgetauschten Körner hatten eine spezifische Oberfläche von 127m²/g im trockenen Zustand. Die spezifische

5 Oberfläche und die Ergebnisse der Infrarot-Analyse bestätigten, daß sie durch die Esteraustauschreaktion erhaltenen Körner aus vollkommen porösem Polyvinylalkohol bestanden.
Die Polyvinylalkoholkörner wurden zusammen mit 55 g Äthylenglykoidiglycidyläther und 1200 ml 1,2-Dichloräthan in einen 21-KoIben gegeben. Unter Rühren wurde dann 1,0 g Bortrifluoridäthylätherat zugesetzt. Das Gemisch wurde 20 Minuten unter Rühren bei 70⁰C gehalten. Nach beendeter Reaktion wurden die Körner gewaschen und klassiert wobei ein wäßriges Gel, das durch einen ZV-Wert von 18,5 μπι, einen Wr-Wert von t,82 g/g, einen <jo_H-Wert von 7,2 meq/g und eine spezifische Oberfläche von 42mVg im trockenen Zustand gekennzeichnet war, erhalten wurde.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Vollkommen poröses hydrophiles Füllmaterial für die Chromatographie, bestehend aus Körnern eines Hydroxylgruppen enthaltenen nicht-ionischen und hydrophilen synthetischen vernetzten Polymerisats, das als Hauptgerüst eine chemische Struktur aus Kohlenstoffatomen, Wasserstoffatomen, und Sauerstoffatomen aufweist, die über Einfachbindungen gebunden und in Form von Hydroxylgruppen, Athergruppen, Kohlenstoff-Wasserstoffbindungen und Kohlenstoff-Kohlenstoff-Einfachbindungen unter Ausschluß von Sauerstoff-Sauerstoffbindungen und unter Ausschluß von aus Kohlenstoff- und Sauerstoffatomen bestehenden 3- oder 4gliedrigen Ringen vorhanden sind, wobei das synthetische Polymerisat eine Hydroxylgruppendichte von 1 bis 15 Milliäquivalent/g, eine spezifische Oberfläche von 5 bis 1000 m²/g und eine Wasserstoff-Wiederaufnahme von OJ bis 3,0 g/g hat, dadurch gekennzeichnet, daß es hergestellt worden ist durch Umsetzung eines vollkommen porösen, Hydroxylgruppen enthaltenden nicht-ionischen Polymerisats mit einer spezifischen Oberfläche von nicht mehr als 1 m²/g, gemessen nach dem Trocknen des vorher in Wasser getauchten oder gelösten Polymerisats, und einer Hydroxylgruppendichte von 5 bis 23 Milliäquivalent/g, wobei das nicht-ionische Polymerisat entweder ein lineares Polymerisat ist, ausgewählt aus Polyvinylalkohol, Polyallylalkohol und Copolymerisaten von Vinylalkohol mit Allylalkohol oder durch Verseifen eines Copolymt--sats eines wenigstens eine Carbonsäurevipylestergruppe enthaltenden Monomeren und/oder eines venigstens eine Carbonsäureallylestergruppe enthaltenden Monomeren mit 1,4-Butandioldivinyläther, Diälhylenglykoldiallyläther erhalten worden ist, mit 10 bis 600 Gew.-°/o (bezogen auf das vollkommen poröse Hydroxylgruppen enthaltende nicht-ionische Polymerisat) einer polyfunktionellen Substanz, die Epihalogenhydrin, Äthylenglykoldiglycidyläther, Propylenglykoldiglycidyläther, TrimethylolpropantriglycidylätLer oder ein Gemisch dieser Verbindungen, oder Glyoxal, Glutaraldehyd oder ein Gemisch dieser beiden ist, wobei die Reaktion in einem Lösungsmittel, das Polyvinylalkohol nicht löst oder quillt, durchgeführt worden ist, und die Polymerisatkörner einen mittleren Korndurchmesser von 1-2000μπι haben.

2. Füllmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vollkommen poröse, Hydroxylgruppen enthaltende nichtionische Polymerisat erhalten worden ist, indem eine Monomerflüssigkeit, die, bezogen auf die Gesamtmenge des Monomeren, 10 Gew.-% oder mehr wenigstens eines Dicarbonsäuredivinylesters enthält, der Suspensionspolymerisation unterworfen wird und die hierbei gebildeten Körner der Esteraustauschreaktion oder Verseifung in einem Lösungsmittel, das Polyvinylalkohol nicht löst oder quillt, unterworfen werden.

3. Füllmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Epihalogenhydrin Epichlorhydrin verwendet worden ist.

4. Füllmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Körner einen mittleren Korndurchmesser von 2 bis 500 μπι haben.

5. Füllmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß die Körner einen mittleren Korndurchmesser von 2 bis 50 μπι haben.