JP2002243713A - Hplc用充填剤、及びそれを用いたhplc用カラム - Google Patents

Hplc用充填剤、及びそれを用いたhplc用カラム

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JP2002243713A JP2001038652A JP2001038652A JP2002243713A JP 2002243713 A JP2002243713 A JP 2002243713A JP 2001038652 A JP2001038652 A JP 2001038652A JP 2001038652 A JP2001038652 A JP 2001038652A JP 2002243713 A JP2002243713 A JP 2002243713A
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hplc
silica gel
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alkyl group
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Shinichi Kobayashi
慎一 小林
Taketoshi Kanda
武利 神田
Yutaka Otsu
裕 大津
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Abstract

(57)【要約】 【課題】高流速下での理論段数の低下が極めて少なく、
分析時間の短縮が可能なHPLC用充填剤及びHPLC
用カラム。 【解決手段】平均粒子径2.6〜3.2μmのシリカゲ
ルと、該シリカゲルを被覆する下記一般式(I)で表さ
れるシリコーンポリマーと、該シリコーンポリマーに導
入されたアルキル置換基を有するHPLC用充填剤。 【化1】((R1SiO3/2)a(R1HSiO)b)n … (I) (式中、R1は低級アルキル基であり、aとbとはa+b=1
および0.6<=a<=1の関係を満足する数であり、n
は分子量を1.5×10以上にする整数である)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はHPLC用充填剤、
及びそれを用いたHPLC用カラム、特にその高速流下
での理論段数低下の改善に関する。
【0002】
【従来の技術】HPLC用充填剤は有機担体(ポリマー
系樹脂担体)を基材とするものと無機担体(シリカ系担
体)を基材とするものに大別することができる。しかし
実際には無機担体であるシリカゲルを基材とした充填剤
の使用頻度が高く、HPLCの全分離モードの60%以
上を占める逆相液体クロマトグラフィーではシリカゲル
担体表面を化学修飾したアルキルシリル化シリカゲルが
主に用いられている。これらシリカゲル基材の充填剤は
優れた分離性能を示し、機械的強度も良好である。
【0003】近年分析時間を短縮するために、充填剤粒
子を小径化する工夫が進んでいる。小粒子径のシリカゲ
ルを用いるとカラムの理論段数が向上するため、短いカ
ラム長でも分離を達成でき、分析時間の短縮が可能とな
る。しかし、極端に小粒子径のシリカゲルを使用する
と、使用時にカラム内の圧力が高くなりすぎてしまうこ
とから、小粒子化には限界がある。
【0004】また、分析時間は流速に反比例するため、
移動相流速を高めることによって分析時間を短縮するこ
とが可能である。上記のように分析時間の短縮には、使
用時のカラム内の圧力が実用上可能なものとなる程度に
小粒子径のシリカゲルを用い、合わせて移動相流速を高
めることが有用である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
市販HPLCカラムでは、低流速から中流速では流速に
比例して理論段数も上昇するが、高流速域では逆に理論
段数の低下が観察される。これは、低流速では、分析時
間が長くなりピークの拡散が生じるため、高流速では、
移動相・固定相間の物質分配が理想状態から外れるた
め、あるいは粒子間拡散が増大するためであると考えら
れる。
【0006】本発明は、高流速下での理論段数の低下が
極めて少なく、分析時間の短縮が可能なHPLC用充填
剤、及びそれを用いたHPLC用カラムを提供すること
を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記問題に鑑み、本発明
者が鋭意検討した結果、特定の物性値を有するシリカゲ
ルの表面をシリコーンポリマーでコーティングし、該シ
リコンポリマーにアルキル置換基を有する充填剤が上記
目的を達成できることを見出し本発明を完成した。
【0008】本発明の第一の主題はすなわち平均粒子径
2.6〜3.2μmシリカゲルと、該シリカゲルを被覆
する下記一般式(I)で表されるシリコーンポリマー
と、該シリコーンポリマーに導入されたアルキル置換基
を有するHPLC用充填剤である。
【化2】((R1SiO3/2)a(R1HSiO)b)n … (I) (式中、R1は低級アルキル基であり、aとbとはa+b=1
および0.6<=a<=1の関係を満足する数であり、n
は分子量を1.5×10以上にする整数である) 前記HPLC用充填剤において、シリカゲルの均等係数
(D40/D90)が1.28以下であることが好適で
ある。前記HPLC用充填剤において、シリカゲルの比
表面積が290〜350m2/g、細孔径が9.0〜14.
0nm、細孔容積が0.8〜1.0ml/minであることが好
適である。
【0009】前記HPLC用充填剤において、アルキル
基がC〜C30の直鎖状炭化水素であることが好適で
ある。特にオクタデシル基、オクチル基が好ましく用い
られる。
【0010】前記HPLC用充填剤において、炭素含有
量が14.8〜16.5%であることが好適である。
【0011】本発明の第二の主題は前記HPLC用充填
剤を内径5mm以下、長さ150mm以下のカラムに充填し
たHPLC用カラムである。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
ついて説明する。本発明者は、高流速下で理論段数の低
下が少なくなるような基材シリカゲル、シリコンポリマ
ー、アルキル基の選定を鋭意検討した。
【0013】シリカゲル 本発明において用いられるシリカゲルは、平均粒径2.
6〜3.2μm、均等係数(D40/D90)が1.2
8以下、比表面積290〜350m2/g、細孔径9.0〜
14.0nm、細孔容積0.8〜1.0ml/minであるもの
が好適である。特に好適なシリカゲルとしては、球形あ
るいは破砕型のシリカゲルが挙げられる。
【0014】シリコーンポリマー 本発明において使用されるシリコーンポリマーは、下記
一般式(I)の1種である。
【0015】
【化3】((R1SiO3/2)a(R1HSiO)b)n … (I) (式中、R1は低級アルキル基であり、aとbとはa+b=1
および0.6<=a<=1の関係を満足する数であり、n
は分子量を1.5×10以上にする整数である)
【0016】前記式(I)のシリコーンポリマーを作る
シリコーン化合物の具体例としては、1,3,5-トリメチル
シクロトリシロキサン、1,3,5,7-テトラメチルシクロテ
トラシロキサン、1,3,5,7,9-ンペンタメチルシクロペン
タシロキサン、1,3,5-トリエチルシクロトリシロキサ
ン、1,3,5,7-テトラエチルシクロテトラシロキサン、及
び1,3,5,7,9-ンペンタエチルシクロペンタシロキサン等
を挙げることができる。
【0017】前記シリコーン化合物は、気相状態または
液相状態で前記シリカゲルと接触させる。気相状態での
接触(気相処理)は、例えば密閉容器を用い、120℃
以下好ましくは100℃以下の温度下で、200mmH
g以下好ましくは100mmHg以下の圧力下におい
て、前記シリコーン化合物の蒸気を分子状態でシリカゲ
ル表面上に接触させる方法、120℃以下好ましくは1
00℃以下の温度下で前記シリコーン化合物とキャリヤ
ーガスとの混同ガスをシリカゲルと接触させる方法等に
より行うことができる。この気相処理に適した化合物と
しては、例えば1,3,5,7-テトラメチルシクロテトラシロ
キサン、1,3,5,7-テトラエチルシクロテトラシロキサン
を挙げることができる。
【0018】一方、液相状態での接触(液相処理)は、
例えば前記シリコーン化合物を溶解することができる揮
発性溶媒であるベンゼン、ジクロロメタン、またはクロ
ロホルム等、特にヘキサンに溶解した1〜50重量%シ
リコーン化合物溶液をシリカゲル1重量部に対してシリ
コーン化合物0.01〜1重量部になるように添加すれ
ば良い。この場合、撹拌下に添加することが好ましい。
【0019】シリカゲル表面上でのシリコーン化合物の
表面重合は前記接触処理後のシリカゲルを温度50〜2
00℃で2時間以上放置あるいは撹拌することによって
行うことができる。この表面重合は、シリカゲル自体の
表面活性点の作用により促進されるので、特に触媒を加
える必要はない。ここで、「活性点」とはシロキサン結
合(Si−O−Si)または−SiH(ヒドロシリル)
基をもつシリコーン化合物の重合を触媒することのでき
る部位であり、例えば酸点、塩基点、酸化点、又は還元
点を意味する。表面重合は、シリカゲル表面の活性点が
シリコーンポリマーの被覆で覆われてしまうまで行われ
る。
【0020】シリカゲル自体の活性が非常に弱い場合に
は、前記接触処理前又は後のシリカゲルにアルカリ触媒
例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチ
ウム、水酸化アンモニウムもしくは水酸化カルシウム
等、アルキル金属触媒例えばジブチル錫等を適宜添加し
た後に重合させても良い。
【0021】以上のように、本発明においては分子量の
低いシリコーン化合物を担体として接触させるので、シ
リコーン化合物が担体の細孔内部にまで進入してシリカ
ゲルの実質的全表面上に付着又は吸着して重合し、シリ
コーンポリマーのきわめて薄い被膜(3〜30Åの被
膜)が形成され、シリカゲルの多孔性が実質的に元のま
ま維持される。
【0022】以上の重合反応によりシリカゲル表面に形
成されたシリコーンポリマーの分子量(重量平均分子
量)は1.5×10以上である。但し、シリコーン化
合物の場合、重合により高分子化するにつれ、水や有機
溶媒に溶けにくくなってしまい、ポリマーを抽出して分
子量を測定することはできず、また担体表面上にコート
されている状態でのポリマーの分子量を測定することも
不可能である。
【0023】そこで、重合進行中の各段階のポリマーを
クロロホルム抽出し、ポリスチレン換算でポリマーの分
子量を求めたところ、最大1.5×10のポリマーが
存在することが確認された。従って、クロロホルムに抽
出されない状態のままで十分に重合させたポリマーの分
子量は、1.5×10以上であるということができる
が、より詳しく分子量を確認することは困難である。
【0024】アルキル基 アルキル基の導入は、シリコーン化合物中の−SiH基
に、ビニル化合物を反応させることによって行うことが
できる。前記ビニル化合物としては、エチレン、α−オ
レフィン化合物、対称形ビニル化合物、あるいは非対称
形ビニル化合物のいずれであっても良い。好ましいビニ
ル化合物は、C〜C30までの直鎖状炭化水素であ
り、特にオクタデシル基、オクチル基が好ましく用いら
れる。
【0025】前記ビニル化合物と前記シリコーン化合物
との反応は、例えば溶媒の存在下において50〜300
℃、気相あるいは液相で2時間以上接触させることによ
り行うことができる。触媒としては、白金属触媒すなわ
ちルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イ
リジウム又は白金の化合物が適合している。特にパラジ
ウム化合物及び白金化合物が良好である。
【0026】従来のシリカゲルを基材とする充填剤で
は、基材シリカゲル由来の残存シラノール基や金属の影
響により、塩基性化合物等のピークにテーリングが顕著
に生じる場合があり、これは、特に短いカラムを使用す
る時に顕著になる傾向がある。しかし、本発明のHPL
C用充填剤によれば、緻密なポリマーコーティングによ
って、シリカゲルの影響を抑制しているため、短いカラ
ムを使用する時にも対称性に優れたピークが得られる。
【0027】カラム 小粒子径の充填剤を使用すると、短いカラム長で同じ理
論段数が得られる。さらに内径の小さいカラムを使用す
れば、省溶媒効果がある。よって、本発明によるHPL
C用カラムは内径5mm以下、長さ150mm以下であるこ
とが好適である。カラムの材質は特に限定されず、ステ
ンレス、合成樹脂いずれも用いることが出来る。カラム
充填はシクロヘキサノール・クロロホルム混液を用いた
スラリー充填法を用いることが出来る。
【0028】粒子径3μmの充填剤を使用すると、粒子
径5μmの充填剤を使用する場合と比較して、約2/3
のカラム長で同じ理論段数が得られるため、分析時間が
約2/3に短縮できる。さらに、流速を2倍にすること
によって分析時間が1/2に短縮できる。即ち、本発明
のHPLC用充填剤によれば、従来の約3倍の高速分析
が可能となる。
【0029】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例についてさらに
詳しく説明する。なお、本発明はこれにより限定される
ものではない。
【0030】〈製造例〉 平均粒子径2.8μm、均等係数(D40/D90)
=1.26、比表面積314m2/g、細孔径11.7nm、
細孔容積0.92ml/minの球状シリカゲル200gと
1、3、5、7−テトラメチルテトラシクロシロキサン
30gとを密閉容器に入れ、100℃で24時間加熱し
て1、3、5、7−テトラメチルシクロテトラシロキサ
ンをシリカゲル表面に接触させ表面重合させた(シリコ
ーン被覆)。 続いて、シリコーン被覆シリカゲルを1-オクタデセン
600mlに分散し、120℃以上で加熱攪拌する。触
媒として塩化白金酸を適量加え、ヒドロシリル化反応に
よりシリコーン被膜上にオクタデシル基を導入した(C
18化)。 これをグラスフィルターでろ過し、続いてクロロホル
ム及びメタノールで十分洗浄した後、100℃で送風乾
燥させて充填剤を得た。このようにして調製した充填剤
の物性データは以下の通りであった。 元素分析装置による炭素含有量測定:C%=15.6
【0031】[実施例1]製造例で調製した充填剤を、
400kg/cm2の充填圧力で内径2.0mm、長さ50mmの
ステンレス製カラムに平衡スラリー法で充填し、充填カ
ラムを作成した。このカラムを用いて、50%アセトニ
トリル移動相におけるナフタレンの分離状態を調べ、ナ
フタレンピークの理論段数を下記一般式(a)により算
出した。
【数式1】 理論段数(N)=5.54×(ピーク面積/ピーク高さ)2 … (a)
【0032】比較例として、平均粒子径3.3〜3.4
μm、均等係数(D40/D90)=1.50以下、比
表面積270〜330m2/g、細孔径11〜14nm、細孔
容積0.9〜1.0ml/minの球状シリカゲルをシリコン
ポリマーで被覆した比較品の充填剤も同様にカラムに充
填し、50%アセトニトリル移動相におけるナフタレン
の分離状態を調べた。
【0033】図1に移動相流速に対するナフタレンピー
クの理論段数プロットを示す。図1から明らかなよう
に、比較品を充填したカラムは200μl/min以上の流
速域では理論段数の低下が観察された。一方、本発明品
は流速400μl/minにおいて、最大の理論段数を示
し、流速600μl/minにおいても理論段数の低下は殆
ど見られないことが確認された。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るHP
LC用充填剤によれば、高流速下での理論段数の低下が
極めて少なく、分析時間の大幅な短縮が可能なHPLC
用充填剤、及びそれを用いたHPLC用カラムを得るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明品と比較品の移動相流速に対するナフタ
レンピークの理論段数プロットである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大津 裕 神奈川県横浜市都筑区早渕2丁目2番1号 株式会社資生堂リサーチセンター(新横 浜)内 Fターム(参考) 4G066 AA22B AA22C AB18B BA20 BA23 BA25 BA26 BA38 CA18 CA51 DA09 EA01

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 平均粒子径2.6〜3.2μmのシリカ
    ゲルと、該シリカゲルを被覆する下記一般式(I)で表
    されるシリコーンポリマーと、該シリコーンポリマーに
    導入されたアルキル置換基を有するHPLC用充填剤。 【化1】((R1SiO3/2)a(R1HSiO)b)n … (I) (式中、R1は低級アルキル基であり、aとbとはa+b=1
    および0.6<=a<=1の関係を満足する数であり、n
    は分子量を1.5×10以上にする整数である)
  2. 【請求項2】請求項1記載のHPLC用充填剤におい
    て、シリカゲルの均等係数(D40/D90)が1.2
    8以下であることを特徴とするHPLC用充填剤。
  3. 【請求項3】請求項1及び2記載のHPLC用充填剤に
    おいて、シリカゲルの比表面積が290〜350m2/g、
    細孔径が9.0〜14.0nm、細孔容積が0.8〜1.
    0ml/minであることを特徴とするHPLC用充填剤。
  4. 【請求項4】請求項1〜3記載のHPLC用充填剤にお
    いて、アルキル基がC〜C30の直鎖炭化水素である
    ことを特徴とするHPLC用充填剤。
  5. 【請求項5】 請求項1〜3に記載のHPLC用充填剤
    において、アルキル基がオクタデシル基であることを特
    徴とするHPLC用充填剤。
  6. 【請求項6】 請求項1〜3に記載のHPLC用充填剤
    において、アルキル基がオクチル基であることを特徴と
    するHPLC用充填剤。
  7. 【請求項7】 請求項1〜6記載のHPLC用充填剤に
    おいて、炭素含有量が14.8〜16.5%であること
    を特徴とするHPLC用充填剤。
  8. 【請求項8】 請求項1〜7に記載のHPLC用充填剤
    を内径5mm以下、長さ150mm以下のカラムに充填した
    HPLC用カラム。
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