JP2007518545A - Synthesis of ion-imprinted polymer particles - Google Patents

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Abstract

金属イオン認識部位を含有するイオンインプリントポリマーが合成される。これらの粒子は、3元複合体の形態をとって少なくとも一つのインプリント金属イオンの存在下で官能性および架橋性モノマーと共重合することにより合成される。重合は、γ線照射(開始剤なしでの)または光化学および熱重合(開始剤、AIBNの存在下での)により行われた。これらの材料を乾燥後粉砕し篩い分けして、エルビウムイオン・インプリントポリマー粒子を得た。エルビウムイオンは、ポリマー粒子中に空洞/結合部位を残す鉱酸による浸出によりポリマー粒子から除去された。得られるポリマー粒子は、希釈水溶液からのエルビウムイオンの選択的な濃縮用の固相抽出用溶剤として用いることができる。  An ion imprinted polymer containing a metal ion recognition site is synthesized. These particles are synthesized by copolymerizing with functional and crosslinkable monomers in the presence of at least one imprinted metal ion in the form of a ternary complex. The polymerization was carried out by gamma irradiation (without initiator) or photochemistry and thermal polymerization (in the presence of initiator, AIBN). These materials were dried, pulverized and sieved to obtain erbium ion-imprinted polymer particles. Erbium ions were removed from the polymer particles by leaching with mineral acid leaving cavities / bonding sites in the polymer particles. The resulting polymer particles can be used as a solid phase extraction solvent for selective concentration of erbium ions from dilute aqueous solutions.

Description

本発明は、エルビウムイオンの固相抽出前濃縮用のイオンインプリントポリマー粒子の合成、およびその方法に関する。イオンインプリントポリマー粒子は、放射線、光化学および熱重合により調製されてきた。   The present invention relates to the synthesis of ion-imprinted polymer particles for preconcentration of erbium ions prior to solid phase extraction, and a method thereof. Ion imprinted polymer particles have been prepared by radiation, photochemistry and thermal polymerization.

モナズ砂は一連の選鉱工程により処理されて、軽、中および重希土塩化物部分を作りだす。最後の部分は不純物としてのDy、GdおよびErと共に55〜60%のY23を含有する。99.9〜99.999%Y23の調製は、それがレーザー、超伝導材料およびカラーテレビ蛍光体の製造において広く用いられるので重要度を増す。従って、Dy、GdおよびErの分離は、こうした高純度Y23を調製するための本質的な必須条件である。本特許において記載される三つの異なる重合法は、Y23からのエルビウムの分離を可能とする。 Monaz sand is processed through a series of beneficiation processes to produce light, medium and heavy rare earth chloride parts. The last part contains 55-60% Y 2 O 3 with Dy, Gd and Er as impurities. The preparation of 99.9-99.999% Y 2 O 3 is of increasing importance because it is widely used in the manufacture of lasers, superconducting materials and color television phosphors. Thus, the separation of Dy, Gd and Er is an essential prerequisite for preparing such high purity Y 2 O 3 . Three different polymerization methods described in this patent allow the separation of erbium from Y 2 O 3 .

鏡像異性体分離
イブプロフェン、ナプロキセンおよびケトプロフェンの光学活性化合物のそれらそれぞれの鏡像異性体への分離用のインプリントポリマーを調製した、マーク(Mark)らの1998年、WO98/07671号を参照する。1以上の官能性モノマーと架橋性モノマーを、少なくとも一つのインプリント分子および酸化鉄または酸化ニッケルなどの少なくとも一つの磁気感受性成分の存在下で共重合することにより、磁気感受性成分を調製したモスバッハ(Mosbach)らの2001年、米国特許第6,316,235号を参照する。インプリント分子は、後に除去されて分子記憶認識部位を形成した。これらの粒子は二つの異なる鏡像異性体形態の選択的分離用に用いられる。また、光学活性アミノ酸またはペプチドの唯一の鏡像異性体を選択的に結合する分子インプリントにより1以上の金属複合体を含有する高分子マトリクスを含む固相抽出用溶剤材料を調製した、アーノルド(Arnold)らの1998年、米国特許第5,786,427号を参照する。アリールオキシプロパノール・アミン誘導体の鏡像異性体を分離するためのキラルクロマトグラフ材料を合成した、フィッシャー(Fischer)らの1995年、米国特許第5,461,175号を参照する。
Enantiomeric separations See Mark et al., 1998, WO 98/07671, which prepared imprinted polymers for the separation of optically active compounds of ibuprofen, naproxen and ketoprofen into their respective enantiomers. A Mosbach (Mussbach) prepared magnetically sensitive component by copolymerizing one or more functional monomers and a crosslinkable monomer in the presence of at least one imprinted molecule and at least one magnetically sensitive component such as iron oxide or nickel oxide. Mosbach et al., 2001, US Pat. No. 6,316,235. The imprint molecule was later removed to form a molecular memory recognition site. These particles are used for the selective separation of two different enantiomeric forms. In addition, Arnold (Arnold) prepared a solvent material for solid phase extraction comprising a polymer matrix containing one or more metal complexes by molecular imprinting that selectively binds only the enantiomers of optically active amino acids or peptides. ) Et al., 1998, US Pat. No. 5,786,427. See Fischer et al., 1995, US Pat. No. 5,461,175, which has synthesized chiral chromatographic materials for separating enantiomers of aryloxypropanol amine derivatives.

センサー
標的分子と結合しプロトンを放出するか、または金属複合体と標的分子間の結合相互作用の間、標的分子と交換される交換性リガンドを含む金属複合体からなるセンサーを開発した、アーノルド(Arnold)らの2000年、米国特許第6,063,637号を参照する。これらのセンサーは、糖および他の金属結合性検体の存在検出用を意味する。最初に溶媒および(a)ナイトレンとの付加反応を行うことができる高分子材料、(b)架橋剤、(c)官能性モノマーおよび(d)インプリント分子を含む溶液を形成することにより分子インプリント基板およびセンサーを調製した、ヤン(Yan)らの1996年、米国特許第5,587,273号を参照する。
Sensor Arnold has developed a sensor consisting of a metal complex that contains an exchangeable ligand that binds to the target molecule and releases a proton, or exchanges with the target molecule during the binding interaction between the metal complex and the target molecule ( Arnold) et al., 2000, US Pat. No. 6,063,637. These sensors are meant for detecting the presence of sugars and other metal binding analytes. First, a molecular material is formed by forming a solution comprising a solvent and (a) a polymeric material capable of undergoing an addition reaction with nitrene, (b) a crosslinking agent, (c) a functional monomer, and (d) an imprint molecule. Reference is made to Yan et al., 1996, US Pat. No. 5,587,273, which prepared printed circuit boards and sensors.

分子インプリントの他の用途
界面活性剤類似体を自己組織化することにより分子インプリント多孔質構造を合成して露出インプリント基を有する少なくとも一つの超分子構造体を造りだした、マルコヴィッツ(Markowitz)らの2001年、米国特許第6,310,110号を参照する。インプリント多孔質構造は、混合物に反応性モノマーを添加し、モノマーが鋳型として役立つ超分子構造体と重合することを可能とすることにより形成される。また、ゾル・ゲル材料、溶媒、インプリント性分子の表面上への分子インプリントが分子インプリント金属酸化物ゾル・ゲル材料を形成するための方法を開発した、ササキ(Sasaki)らの2000年、米国特許第6,057,377号を参照する。メタクリル酸、ジメタクリル酸エチレングリコールおよびコルチコステロイド・プリント分子を混合して人工抗体を形成する分子インプリントによる人工抗体を調製した、モスバッハおよびオロフ(Orof)の2003年、米国特許第6,255,461号を参照する。これらの抗体は分離および分析操作法において用いることができる。また、生体高分子の精製または分析用に用いることができる選択性吸着材料を調製した、マグナス(Magnus)らの2003年、米国特許出願第2003−049970号を参照する。
Other applications of molecular imprinting Markovitz (Self-assembled surfactant analogues to synthesize molecularly imprinted porous structures to create at least one supramolecular structure with exposed imprinted groups, See Markowitz et al., 2001, US Pat. No. 6,310,110. An imprinted porous structure is formed by adding a reactive monomer to the mixture and allowing the monomer to polymerize with a supramolecular structure that serves as a template. In 2000, Sasaki et al. Developed a method for forming a molecularly imprinted metal oxide sol / gel material by molecular imprinting on the surface of the sol / gel material, solvent, and imprintable molecule. U.S. Pat. No. 6,057,377. Mossbach and Orof 2003, US Pat. No. 6,255, prepared a molecularly imprinted artificial antibody by mixing methacrylic acid, ethylene glycol dimethacrylate and corticosteroid print molecules to form an artificial antibody. , 461. These antibodies can be used in separation and analysis procedures. Reference is also made to Magnus et al., 2003, US Patent Application No. 2003-049970, which has prepared a selective adsorbent material that can be used for purification or analysis of biopolymers.

イオンインプリント−陰イオン
選択的にリン酸塩、硝酸塩および第2鉄イオンを集めるための分子的にインプリントされたポリマー膜を調製した、マーレー(Murray)の2003年、米国特許出願第2003−113234号を参照する。これらの膜は、マトリクスモノマー、架橋性モノマー、イオンインプリント複合体、透過剤および重合開始剤を共重合し、その後イオンインプリント複合体および透過剤のイオンが除去されることにより調製される。透過剤は膜中にチャンネルを造りだして、膜が膜中のイオン結合部位の外表面と連絡することを可能とする。マーレーの2003年、米国特許出願第2003−059346号は、選択透過性ポリマー膜を用いるリン酸塩/硝酸塩陰イオンの除去に対応する。選択的結合部位は、第2鉄イオンインプリントにより調製される。透過性は金属イオンと結合するポリエステルを用いることにより改善される;ポリエステルは第2鉄イオンを除去するために用いられるのと同じ酸処理により膜から除去される。ポリエステルはチャンネルを造りだしイオン移動をインプリント側に方向付け、その結果流束を増大させるが、しかし選択性は維持する。
Ion Imprint—Anions Prepared molecularly imprinted polymer membranes to selectively collect phosphate, nitrate and ferric ions, Murray 2003, US Patent Application 2003-2003. Reference is made to 113234. These membranes are prepared by copolymerizing a matrix monomer, a crosslinkable monomer, an ion imprint composite, a permeation agent and a polymerization initiator, and then removing ions from the ion imprint composite and the permeation agent. The permeant creates a channel in the membrane, allowing the membrane to communicate with the outer surface of the ion binding site in the membrane. Murray 2003, US Patent Application No. 2003-059346, addresses the removal of phosphate / nitrate anions using a selectively permeable polymer membrane. Selective binding sites are prepared by ferric ion imprint. Permeability is improved by using a polyester that binds metal ions; the polyester is removed from the membrane by the same acid treatment used to remove ferric ions. Polyester creates channels and directs ion migration to the imprint side, resulting in increased flux, but maintains selectivity.

イオンインプリント−陽イオン
アクリルキレート剤を重合性官能基に置き換えることにより選択的な架橋キレートポリマーを作成した、シン(Singh)らの2001年、米国特許第6,248,842号を参照する。得られる置換アクリルキレート剤は、次に、標的金属イオン、すなわち、銅と複合体化する。次に、架橋性モノマーが添加され、複合体化材料は架橋する。次に、複合体化金属は除去され、標的金属イオン用に鋳型化された架橋高分子キレート剤を提供する。錯化性官能基が、式中Tが水素またはあらゆるハロゲン(好ましくは塩素)、それらのメチルおよびハロゲン置換体またはCOOHまたはPhCOOHである式CTCOOHからなるポリマーインプリントによるウラニルイオンの検出および抽出に関する、ジョン(John)らの1999年、WO99/15707号を参照する。グラジス(Gladis)およびラオ(Rao)は、また、水性および合成海水溶液の両方からの4価、3価および2価の無機イオンのホストからのウラニルイオンの固相抽出前濃縮/分離用のイオンインプリントポリマーの合成を教示している。それらは、官能性および架橋性モノマーとしてのスチレンおよびジビニルベンゼンの存在下で、インプリントイオンのキノリン−8−オールまたはそのジハロ誘導体および4−ビニルピリジンとの3元混合リガンド複合体を形成する。アミン、チオール、カルボン酸、スルホン酸およびホスホン酸などの2官能性リガンドを用いる無機物の分離用のイオンインプリント技術によりメソホラス(mesophorous)吸着剤材料を調製した、ダイ(Dai)らの、2001年、米国特許第6,251,280号を参照する。2官能性リガンド上のカルボン酸基は、エルビウム鋳型イオンに特定のメソホリック吸着剤材料の形成の間に用いられる。
Ion Imprint—Cation See, Singh et al., 2001, US Pat. No. 6,248,842, which produced a selectively crosslinked chelate polymer by replacing an acrylic chelator with a polymerizable functional group. The resulting substituted acrylic chelator is then complexed with the target metal ion, ie copper. Next, a crosslinkable monomer is added and the composite material is crosslinked. The complexed metal is then removed to provide a cross-linked polymeric chelator templated for the target metal ion. The complexing functional group relates to the detection and extraction of uranyl ions by polymer imprints consisting of the formula CTCOOH, wherein T is hydrogen or any halogen (preferably chlorine), their methyl and halogen substituents or COOH or PhCOOH, See John et al., 1999, WO 99/15707. Gladis and Rao are also ions for preconcentration / separation of uranyl ions from hosts of tetravalent, trivalent and divalent inorganic ions from both aqueous and synthetic seawater solutions. Teaches the synthesis of imprinted polymers. They form ternary mixed ligand complexes with imprinted ions quinolin-8-ol or its dihalo derivatives and 4-vinylpyridine in the presence of styrene and divinylbenzene as functional and crosslinkable monomers. Dai et al., 2001, prepared a mesophorous adsorbent material by ion imprint technology for the separation of minerals using bifunctional ligands such as amines, thiols, carboxylic acids, sulfonic acids and phosphonic acids. Reference is made to US Pat. No. 6,251,280. Carboxylic acid groups on the bifunctional ligand are used during the formation of mesophoric adsorbent materials specific for erbium template ions.

ラオら[Trends in Anal. Chem;2003]は、固相抽出用のイオンインプリントポリマー(IIP−SPE)による金属の前濃縮/分離用の注文通りの材料の調製を見直してきた。ナノポアを有するイオンインプリントポリマー(IIP)材料は、パラジウムインプリントイオンのジメチル・グリオキシムおよび4−ビニルピリジンとの3元複合体の形成、およびポロゲンとしてのシクロヘキサノールを用いて2,2’−アゾビスイソブチロニトリルの存在下でスチレンおよびジビニルベンゼンと熱的に共重合することにより調製された[Sobhiら, Anal. Chim. Acta,488(2003)173〜182]。ジエチレントリアミン5酢酸(DTPA)誘導体に基づくLaおよびGdの分離用の陽イオンインプリントSPE材料が調製されてきた。インプリント効果は、Gd塩の存在下で調製された材料により観察され、対応するブランクポリマーよりも高い効率および選択性を示した[Garciaら,Tetrahedran Lett.,39(1998)8651]。DTPAの官能化モノマーは、Gd3+塩の存在下でエチルスチレン45%を含有する市販されているジビニルベンゼン(DVB)と共重合した。得られるIIPは、LaよりもGdに対してより選択的であることが見出された[Vigneauら,Anal. Chim. Acta,435(2001)75]。これらの選択研究は、GdインプリントIIPを用いてSGd/EuおよびSGd/Luを決定するまで広げられた[Logneauら,Chem. Lett.(2002)202]。ビジュー(Biju)ら[Anal. Chim. Acta,478(2003)43〜51]は、架橋性モノマーとしてのDVBの存在下でスチレン(官能性モノマー)を共重合することによりDy(III)IIP粒子を合成してきた。一部の著者[Talanta,60(2003)747〜754]は、DyIIP粒子のγ線照射後に関してLa、Nd、YおよびLuよりもDyに対する改善された選択係数を報告してきた。 Lao et al. [Trends in Anal. Chem; 2003] has reviewed the preparation of custom materials for preconcentration / separation of metals with ion-imprinted polymers (IIP-SPE) for solid phase extraction. An ion-imprinted polymer (IIP) material with nanopores is formed using 2,2′-azo with the formation of a ternary complex of palladium imprinted ions with dimethyl glyoxime and 4-vinylpyridine and cyclohexanol as the porogen. Prepared by thermal copolymerization with styrene and divinylbenzene in the presence of bisisobutyronitrile [Sobhi et al., Anal. Chim. Acta, 488 (2003) 173-182]. Cationic imprinted SPE materials for the separation of La and Gd based on diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA) derivatives have been prepared. The imprint effect was observed with materials prepared in the presence of Gd salts and showed higher efficiency and selectivity than the corresponding blank polymer [Garcia et al., Tetrahedran Lett. 39 (1998) 8651]. The functionalized monomer of DTPA was copolymerized with commercially available divinylbenzene (DVB) containing 45% ethylstyrene in the presence of Gd 3+ salt. The resulting IIP was found to be more selective for Gd than La [Vigneau et al., Anal. Chim. Acta, 435 (2001) 75]. These selection studies were expanded to determine S Gd / Eu and S Gd / Lu using Gd imprinted IIP [Logneau et al., Chem. Lett. (2002) 202]. Biju et al. [Anal. Chim. Acta, 478 (2003) 43-51] describes Dy (III) IIP particles by copolymerizing styrene (functional monomer) in the presence of DVB as a crosslinkable monomer. Has been synthesized. Some authors [Talanta, 60 (2003) 747-754] have reported improved selectivity factors for Dy over La, Nd, Y and Lu after γ-irradiation of DyIIP particles.

調製された分子インプリントポリマー粒子は、鏡像異性体、構造に関係のある薬物、アミノ酸誘導体、ヌクレオチド塩基誘導体などの分離において広く用いられる。従って、それらは化学および医薬産業、水精製および廃水処理において広範な用途を見出す。他方、イオンインプリントポリマー粒子の調製は、密接な関係にある無機イオンの分離用によく知られているものではない。ダイらによる特許[米国特許第6,251,280号;2001]は単独でこの問題に対応しているが、しかし、あまりにも一般的であり、密接な関係にあるランタニド系元素からのErの分離を含んでいない。   The prepared molecularly imprinted polymer particles are widely used in the separation of enantiomers, structurally related drugs, amino acid derivatives, nucleotide base derivatives and the like. They therefore find wide application in the chemical and pharmaceutical industries, water purification and wastewater treatment. On the other hand, the preparation of ion-imprinted polymer particles is not well known for the separation of closely related inorganic ions. The patents by Die et al. [US Pat. No. 6,251,280; 2001] address this problem alone, but are too common and closely related to Er from lanthanide-based elements. Does not include separation.

本研究の主目的は、種々の量のメタクリル酸メチル(MMA)(官能性モノマー)の存在下でγ線照射によりエルビウムIIP材料を調製することである。   The main purpose of this study is to prepare erbium IIP materials by gamma irradiation in the presence of various amounts of methyl methacrylate (MMA) (functional monomer).

露光時間の関数としての光化学重合によるエルビウムIIP材料調製用の方法を提供することは、本発明の別の目的である。   It is another object of the present invention to provide a method for the preparation of erbium IIP material by photochemical polymerization as a function of exposure time.

EGDMA濃度(架橋性モノマー)の関数としての熱重合によるエルビウムIIP材料調製用の方法を提供することは、本発明のもう一つの目的である。   It is another object of the present invention to provide a method for the preparation of erbium IIP material by thermal polymerization as a function of EGDMA concentration (crosslinkable monomer).

本発明のなお別の目的は、固相抽出を通してIIP粒子を用いて他の選択されたランタニド系元素からエルビウムを前濃縮的に分離することである。   Yet another object of the present invention is to preconcentrate the separation of erbium from other selected lanthanide-based elements using IIP particles through solid phase extraction.

従って、本発明は、(a)エルビウムインプリントイオンの5,7−ジクロロキノリン−8−オールおよび4−ビニルピリジンとの混合リガンド3元複合体を形成し、
(b)3元複合体を適したポロゲン中に溶解して前重合混合物を形成し、
(c)ステップ(b)の混合物を官能性モノマーおよび架橋性モノマーと組合せ、γ線照射によるかまたは光化学および熱重合により重合してポリマー材料を得、
(d)(c)において得られるポリマー材料の粉砕および篩い分けによりエルビウムイオン・インプリントポリマー粒子を調製し、
(e)鉱酸を用いて(d)のポリマー粒子中のインプリントイオン埋め込み材料を選択的に浸出させること、を含むエルビウムイオンの固相抽出前濃縮用のイオンインプリントポリマー粒子の合成方法を提供する。
Thus, the present invention forms (a) a mixed ligand ternary complex of erbium imprinted ions with 5,7-dichloroquinolin-8-ol and 4-vinylpyridine,
(B) dissolving the ternary complex in a suitable porogen to form a prepolymerized mixture;
(C) combining the mixture of step (b) with a functional monomer and a crosslinkable monomer and polymerizing by gamma irradiation or by photochemistry and thermal polymerization to obtain a polymeric material;
(D) preparing erbium ion imprinted polymer particles by grinding and sieving the polymer material obtained in (c);
(E) selectively leaching the imprinted ion-embedded material in the polymer particles of (d) using a mineral acid, and a method of synthesizing ion-imprinted polymer particles for preconcentration of erbium ions for solid phase extraction. provide.

本発明の一つの実施形態において、γ線照射はメタクリル酸メチル(官能性モノマー)濃度の関数として行われる。   In one embodiment of the invention, gamma irradiation is performed as a function of methyl methacrylate (functional monomer) concentration.

本発明の別の実施形態において、光化学重合はUV照射時間の関数として行われる。   In another embodiment of the invention, photochemical polymerization is performed as a function of UV irradiation time.

本発明の別の実施形態において、熱重合はジメタクリル酸エチレングリコール(架橋性モノマー)濃度の関数として行われる。   In another embodiment of the invention, thermal polymerization is performed as a function of ethylene glycol dimethacrylate (crosslinkable monomer) concentration.

本発明の別の実施形態において、官能性モノマーは4−ビニルピリジンおよびメタクリル酸メチルからなる群から選択される。   In another embodiment of the invention, the functional monomer is selected from the group consisting of 4-vinylpyridine and methyl methacrylate.

本発明の別の実施形態において、架橋性モノマーはジメタクリル酸エチレングリコールを含む。   In another embodiment of the invention, the crosslinkable monomer comprises ethylene glycol dimethacrylate.

本発明の別の実施形態において、反応はステップ(c)における開始剤として用いられる2,2’−アゾビスイソブチロニトリルを用いて行われる。   In another embodiment of the invention, the reaction is carried out using 2,2'-azobisisobutyronitrile used as an initiator in step (c).

本発明のなお別の実施形態において、ステップ(d)における粉砕および篩い分けは、エルビウムイオン・インプリントポリマー材料の乾燥後行われる。   In yet another embodiment of the invention, the grinding and sieving in step (d) is performed after drying the erbium ion imprinted polymer material.

本発明の別の実施形態において、浸出用に用いられる鉱酸はHClを含む。   In another embodiment of the invention, the mineral acid used for leaching comprises HCl.

本発明は、希釈水溶液からの固相抽出用の接近可能で均質的なインプリント部位を有する選択的なエルビウムイオン・インプリントポリマー粒子を合成するための方法を提供する。   The present invention provides a method for synthesizing selective erbium ion imprinted polymer particles with accessible and homogeneous imprinted sites for solid phase extraction from dilute aqueous solutions.

本明細書において用いられる用語「イオンインプリントポリマー(IIP)」は、インプリントイオンが材料から除去される場合に、インプリントイオンの形状およびサイズに相補的である空洞または「インプリント部位」が材料中に残るような方法でインプリントイオン周りに重合した材料を指す。インプリントイオンを含有する希釈溶液にIIP材料を添加すると、インプリント部位はインプリントイオンを選択的に結合する。こうした結合は、インプリントイオンに類似の他のこうしたイオンからのその濃縮/分離用に上記注文通りの材料の使用を可能とする。本発明の顕著な特徴には以下が挙げられる:
i)熱、光および□−照射重合による注文通りのIIP粒子の合成、
ii)インプリントイオンを浸出させるためのポリマーの前処理、
iii)希釈水溶液からの濃縮。
As used herein, the term “ion imprint polymer (IIP)” refers to a cavity or “imprint site” that is complementary to the shape and size of the imprint ion when the imprint ion is removed from the material. It refers to a material polymerized around imprint ions in such a way that it remains in the material. When IIP material is added to a dilute solution containing imprint ions, the imprint sites selectively bind the imprint ions. Such binding allows the use of the ordered material for its concentration / separation from other such ions similar to imprinted ions. The salient features of the present invention include the following:
i) Synthesis of custom-made IIP particles by thermal, light and □ -irradiation polymerization,
ii) polymer pretreatment to leach imprint ions;
iii) Concentration from dilute aqueous solution.

i)注文通りのエルビウムIIP粒子の合成。
注文通りのエルビウムIIP材料の合成には、二つの主ステップ、(I)インプリントイオン(エルビウム)との3元混合リガンド複合体の形成および(ii)3元混合リガンド複合体のMMAおよびEGDMAとの重合がある。3元複合体の形成は2−メトキシエタノール(ポロゲン)中で行われた。複合体形成の形跡はUV〜可視スペクトルを記録することにより監視した。図1は5,7−ジクロロキノリン−8−オール(DCQ)、4−ビニルピリジン(VP)、DCQ+VP、Er3++DCQ、Er3++VP、およびEr3++DCQ+VPの吸収スペクトルを示す。これらのスペクトルはメトキシエタノール溶液中での3元複合体形成を明確に示す(図2を参照すること)。
i) Synthesis of erbium IIP particles as ordered.
The synthesis of custom erbium IIP materials involves two main steps: (I) formation of a ternary mixed ligand complex with imprinted ions (erbium) and (ii) MMA and EGDMA of the ternary mixed ligand complex. There is polymerization. The formation of the ternary complex was performed in 2-methoxyethanol (porogen). The evidence of complex formation was monitored by recording the UV-visible spectrum. FIG. 1 shows the absorption spectra of 5,7-dichloroquinolin-8-ol (DCQ), 4-vinylpyridine (VP), DCQ + VP, Er 3+ + DCQ, Er 3+ + VP, and Er 3+ + DCQ + VP. These spectra clearly show ternary complex formation in methoxyethanol solution (see FIG. 2).

3元複合体は官能性(MMA)および架橋性(EGDMA)モノマー添加の際にインプリントされた。熱および光化学重合の場合において、2,2’−アゾビスイソブチロニトリルのみが重合開始剤として添加される。得られるIIP材料を50℃でオーブン中において乾燥してエルビウムIIP材料を得た。図3はポリマーインプリント法の模式図を示す。これらの材料を粉砕し篩い分けしてエルビウムIIP粒子を得た。図4、図5および図6は、それぞれ、□−照射、光化学および熱重合により合成されるIIPsを用いてのEr3+の濃縮に与えるMMA濃度、UV照射時間およびEGDMA濃度の効果を示す。 The ternary composite was imprinted upon addition of functional (MMA) and crosslinkable (EGDMA) monomers. In the case of thermal and photochemical polymerization, only 2,2′-azobisisobutyronitrile is added as a polymerization initiator. The resulting IIP material was dried in an oven at 50 ° C. to obtain an erbium IIP material. FIG. 3 shows a schematic diagram of the polymer imprint method. These materials were pulverized and sieved to obtain erbium IIP particles. 4, 5 and 6 show the effect of MMA concentration, UV irradiation time and EGDMA concentration on Er 3+ concentration using IIPs synthesized by □ -irradiation, photochemistry and thermal polymerization, respectively.

ii)インプリントイオンを浸出させるためのIIP材料の前処理
インプリントイオン、すなわち、Er3+は、5N・HCl溶液と6時間にわたり攪拌することによりポリマーから浸出した。得られるIIP粒子を50℃でオーブン中において乾燥して、希釈水溶液からのエルビウムイオンの選択的な濃縮のために用いることができるIIP−SPE粒子を得た。
ii) Pretreatment of IIP material to leach imprint ions Imprint ions, Er 3+ leached from the polymer by stirring with 5N HCl solution for 6 hours. The resulting IIP particles were dried in an oven at 50 ° C. to obtain IIP-SPE particles that could be used for selective concentration of erbium ions from dilute aqueous solution.

iii)希釈水溶液からのEr3+の濃縮
エルビウムIIP粒子を用いての希釈水溶液からのエルビウムイオンの濃縮は詳細に研究された。図4は、γ線照射により重合されるEr3+IIPsを用いてのエルビウムイオンの濃縮%に与えるメタクリル酸メチル(MMA)濃度の効果を示す。光化学重合により合成されるIIP粒子を用いてのエルビウムの濃縮%に与えるUV照射時間の効果が図5に示される。熱重合により合成されるIIP粒子を用いてのエルビウムイオン濃縮の間での架橋性モノマー(EGDMA)濃度の影響が図6に示される。
iii) Concentration of Er 3+ from dilute aqueous solution The concentration of erbium ions from dilute aqueous solution using erbium IIP particles has been studied in detail. FIG. 4 shows the effect of methyl methacrylate (MMA) concentration on the percent concentration of erbium ions using Er 3+ IIPs polymerized by gamma irradiation. The effect of UV irradiation time on the percent concentration of erbium using IIP particles synthesized by photochemical polymerization is shown in FIG. The effect of crosslinkable monomer (EGDMA) concentration during erbium ion concentration using IIP particles synthesized by thermal polymerization is shown in FIG.

従って、本発明は、以下の関連工程を含む「エルビウムイオン取り込み用の注文通りのIIP−SPE粒子の合成およびその方法」を提供する:
(i)γ線照射、光化学および熱重合によるIIP粒子の作製、
(ii)希釈水溶液からのエルビウムイオンの濃縮、
(iii)他のランタニド系元素からのエルビウムの分離。
Accordingly, the present invention provides a “synthesized custom-made IIP-SPE particles for erbium ion incorporation and method” comprising the following related steps:
(I) Preparation of IIP particles by γ-ray irradiation, photochemistry and thermal polymerization,
(Ii) concentration of erbium ions from the dilute aqueous solution,
(Iii) Separation of erbium from other lanthanide elements.

以下の実施例は、エルビウムイオンの選択的な固相抽出用のイオンインプリントポリマー材料の合成を例示する。   The following examples illustrate the synthesis of ion imprinted polymeric materials for selective solid phase extraction of erbium ions.

実施例1:γ線照射による重合
塩化エルビウム1.0mM(0.44g)、DCQ3.0mM(0.64g)およびVP2mM(0.21g)を50mlR.B.フラスコ中に入れ、2−メトキシエタノール5または10ml中で攪拌により溶解した。MMAの4(0.4g)または8(0.8g)および12(1.2g)mM、およびEGDMAの16(3.17g)または32(6.34g)および48(9.52g)mMを添加し、均質な溶液が得られるまで攪拌した。モノマー混合物を試験管中に移し、0℃に冷却し、10分間にわたりN2でパージし、密封した。
Example 1: Polymerization by gamma irradiation Erbium chloride 1.0 mM (0.44 g), DCQ 3.0 mM (0.64 g) and VP2 mM (0.21 g) in 50 ml R.D. B. The flask was placed in a flask and dissolved in 5 or 10 ml of 2-methoxyethanol by stirring. MMA 4 (0.4 g) or 8 (0.8 g) and 12 (1.2 g) mM and EGDMA 16 (3.17 g) or 32 (6.34 g) and 48 (9.52 g) mM added And stirred until a homogeneous solution was obtained. The monomer mixture was transferred into a test tube, cooled to 0 ° C., purged with N 2 for 10 minutes, and sealed.

これらの溶液を、4時間にわたりCo60源を用いる1メガラドのγ線照射にさらした。形成された固形物を水で洗浄し、50℃でオーブン中において乾燥した。これは、それぞれ、4、8および12mMの官能性モノマーにより5.70、9.43および14.27gのポリマー材料をもたらした。ポリマー埋め込みエルビウムイオンを、6時間にわたり攪拌しながら50%(v/v)HClにより浸出させた。これは、50℃でのオーブン中における乾燥後、それぞれ4、8および12mMの官能性モノマーにより4.14、7.52および11.29gのポリマー材料をもたらした。 These solutions were exposed to 1 megarad of gamma irradiation using a Co 60 source for 4 hours. The formed solid was washed with water and dried in an oven at 50 ° C. This resulted in 5.70, 9.43 and 14.27 g of polymer material with 4, 8 and 12 mM functional monomer, respectively. Polymer embedded erbium ions were leached with 50% (v / v) HCl with stirring for 6 hours. This resulted in 4.14, 7.52 and 11.29 g of polymer material with 4,8 and 12 mM functional monomer, respectively, after drying in an oven at 50 ° C.

実施例2:光手段による重合
塩化エルビウム1.0mM(0.44g)、DCQ3.0mM(0.64g)およびVP2mM(0.21g)を50mlR.B.フラスコ中に入れ、2−メトキシエタノール10ml中で攪拌により溶解した。MMA8mM(0.8g)、EGDMA32mM(6.35g)およびAIBN50mgを添加し、均質な溶液が得られるまで攪拌した。次に、モノマー混合物を試験管中に移し、0℃に冷却し、10分間にわたりN2でパージし、密封した。これらの溶液を、4、8および16時間にわたりUV照射(300nm)にさらすことにより重合した。形成された固形物を水で洗浄し、50℃でオーブン中において乾燥した。これは、4、8および16時間のUV照射(300nm)により7.55、9.85および9.95gのポリマー材料をもたらした。ポリマー埋め込みエルビウムイオンを、6時間にわたり攪拌しながら50%(v/v)HClにより浸出させた。これは、50℃でのオーブン中における乾燥後、それぞれ4、8および16時間のUV照射により5.35、7.31および7.36gのポリマー材料をもたらした。
Example 2: Polymerization by light means Erbium chloride 1.0 mM (0.44 g), DCQ 3.0 mM (0.64 g) and VP2 mM (0.21 g) in 50 ml R.D. B. It put in the flask and melt | dissolved by stirring in 10 ml of 2-methoxyethanol. MMA 8 mM (0.8 g), EGDMA 32 mM (6.35 g) and AIBN 50 mg were added and stirred until a homogeneous solution was obtained. The monomer mixture was then transferred into a test tube, cooled to 0 ° C., purged with N 2 for 10 minutes, and sealed. These solutions were polymerized by exposure to UV irradiation (300 nm) for 4, 8 and 16 hours. The formed solid was washed with water and dried in an oven at 50 ° C. This resulted in 7.55, 9.85 and 9.95 g of polymer material with 4, 8 and 16 hours of UV irradiation (300 nm). Polymer embedded erbium ions were leached with 50% (v / v) HCl with stirring for 6 hours. This resulted in 5.35, 7.31 and 7.36 g of polymer material after 4, 8 and 16 hours of UV irradiation, respectively, after drying in an oven at 50 ° C.

実施例3:熱手段による重合
塩化エルビウム1.0mM(0.44g)、DCQ3.0mM(0.64g)およびVP2.0mM(0.21g)を50mlR.B.フラスコ中に入れ、2−メトキシエタノール10ml中で攪拌により溶解した。MMA8.0mM(0.8g);および8、16および32mMのEGDMA(1.59、3.17および6.34g)およびAIBN50mgを添加し、均質な溶液が得られるまで攪拌した。重合混合物を0℃に冷却し、10分間にわたりN2でパージし、密封し、2時間にわたり攪拌することにより〜80℃でオイル・バス中において加熱した。形成された固形物を水で洗浄し、50℃でオーブン中において乾燥した。これは、50、66および80%の架橋性モノマーにより4.32、5.50および8.84gのポリマー材料をもたらした。ポリマー埋め込みエルビウムイオンを、6時間にわたり攪拌しながら50%(v/v)HCl、100mlにより浸出させ、濾過し、50℃でオーブン中において乾燥した。これは2.59、3.90および7.90gのエルビウムイオン・インプリントポリマー材料をもたらした。
Example 3 Polymerization by Thermal Means Erbium chloride 1.0 mM (0.44 g), DCQ 3.0 mM (0.64 g) and VP 2.0 mM (0.21 g) in 50 ml R.D. B. It put in the flask and melt | dissolved by stirring in 10 ml of 2-methoxyethanol. MMA 8.0 mM (0.8 g); and 8, 16 and 32 mM EGDMA (1.59, 3.17 and 6.34 g) and 50 mg AIBN were added and stirred until a homogeneous solution was obtained. The polymerization mixture was cooled to 0 ° C., purged with N 2 for 10 minutes, sealed and heated in an oil bath at ˜80 ° C. by stirring for 2 hours. The formed solid was washed with water and dried in an oven at 50 ° C. This resulted in 4.32, 5.50 and 8.84 g of polymer material with 50, 66 and 80% crosslinkable monomer. The polymer-embedded erbium ions were leached with 50 ml (v / v) HCl, 100 ml with stirring for 6 hours, filtered and dried in an oven at 50 ° C. This resulted in 2.59, 3.90 and 7.90 g of erbium ion imprinted polymer material.

本発明の利点
液−液抽出法は、それが高い信頼性があり、拡大するのに容易であるので、従来型のイオン交換法を置き換えている。しかし、液−液抽出法は、Yに対するErの分離係数が1.0により近くあるので、対向流抽出40〜50段を必要とする。さらに、大量の有害化学物質、すなわち、溶媒および抽出用溶剤の使用は必須である。他方、本発明において記載されるイオンインプリントポリマー粒子に基づく分離は、環境的により扱いやすくあり、化学物質のより低い消費量のせいでの低減コストを含むと共に、Y、Dy、Gd、Tbなどに対するErのより優れた選択係数を提供する。
Advantages of the Invention The liquid-liquid extraction method replaces the conventional ion exchange method because it is highly reliable and easy to expand. However, the liquid-liquid extraction method requires 40-50 stages of countercurrent extraction because the Er separation factor for Y is closer to 1.0. In addition, the use of large amounts of hazardous chemicals, ie solvents and extraction solvents, is essential. On the other hand, separations based on ion-imprinted polymer particles described in the present invention are environmentally more manageable and include reduced costs due to lower consumption of chemicals, as well as Y, Dy, Gd, Tb, etc. Provides a better selection factor for Er with respect to

参考文献:
特許文書
WO9807671号 マークら
Separating enatiomers by molecular imprinting
米国特許第6,316,235号 モスバッハら
Preparation and use of magnetically susceptible polymer particles
米国特許第5,786,428号 アーノルドら
Adsorbents for amino acids and neptide separation
References:
Patent document WO9807671 Mark et al.
Separating enatiomers by molecular imprinting
US Pat. No. 6,316,235 Mosbach et al.
Preparation and use of magnetically susceptible polymer particles
U.S. Pat. No. 5,786,428 Arnold et al.
Adsorbents for amino acids and neptide separation

米国特許第5,461,175号 フィッシャーら
Method for separating enantiomers of aryloxipropanolamine derivatives and chiral solid phase chromatography material for use in the method
米国特許第6,063,637号 アーノルドら
Sensors for sugars and other metal binding analytes
米国特許第5,587,273号 ヤンら
Molecularly imprinted materials,method for their preparation and devices employing such materials
US Pat. No. 5,461,175 Fisher et al.
Method for separating enantiomers of aryloxipropanolamine derivatives and chiral solid phase chromatography material for use in the method
U.S. Patent No. 6,063,637 Arnold et al.
Sensors for sugars and other metal binding analytes
US Patent No. 5,587,273 Yang et al.
Molecularly imprinted materials, method for their preparation and devices including such materials

米国特許第6,310,110号 マルコヴィッツら
Molecularly imprinted material made by template directed synthesis
米国特許第6,057,377号 ササキら
Molecular receptors in metal oxide sol-gel materials
米国特許第6,255,461号 モスバッハら
Artificial antibodies to corticosteroids prepared by molecular imprinting
米国特許第2003049870号 マグナスら
Selective affinity material,preparation there of by molecular imprinting,and use of the same.
US Patent No. 6,310,110 Markowitz et al.
Molecularly imprinted material made by template directed synthesis
US Patent No. 6,057,377 Sasaki et al.
Molecular receptors in metal oxide sol-gel materials
US Pat. No. 6,255,461 Mosbach et al.
Artificial antibodies to corticosteroids prepared by molecular imprinting
US Patent No. 20030487070 Magnus et al.
Selective affinity material, preparation there of by molecular imprinting, and use of the same.

米国特許第2003113234号 マーレー
Polymer based permeable membrane for removal of ions
米国特許第2003059346号 マーレー
Method and apparatus for environmental phosphate/nitrate pollution removal using a selectively permeable molecularly imprinted polymer membrane
米国特許第6,248,842号 シンら
Synthetic polymer matrices including pre-organised chelation sites for the selective and reversible binding of metals.
US Patent No. 2003113234 Murray
Polymer based permeable membrane for removal of ions
US Patent No. 2003059346 Murray
Method and apparatus for environmental phosphate / nitrate pollution removal using a selectively permeable molecularly imprinted polymer membrane
US Pat. No. 6,248,842 Shin et al.
Synthetic polymer matrices including pre-organised chelation sites for the selective and reversible binding of metals.

WO9915,707号 ジョンら
Detection and extraction of an ion in a solution,particularly uranium ion.
米国特許第6,251,280号 ダイら
Imprint coating synthesis of selective functionalized ordered mesoporous sorbents for separation and sensors
WO9915,707 John et al.
Detection and extraction of an ion in a solution, particularly uranium ion.
US Pat. No. 6,251,280 Dai et al.
Imprint coating synthesis of selective functionalized ordered mesoporous sorbents for separation and sensors

非特許文献
ガルシアら、Tetrahedron Lett.,39(1998)8651.
Ionic imprinting effect in gadolinium/lanthanum separation
ビグニューら、Anal.Chim.Acta,435(2001)75.
Ionic imprinted resins based on EDTA and DTPA derivatives for lanthanides(III)separation
ビグニューら、Chem.Lett.(2002)202.
Solid-Liquid separation of lanthanide/lanthanide and lanthanide/actinide using ionic imprinted polymer based on a DTPA derivative
Non-patent literature Garcia et al., Tetrahedron Lett., 39 (1998) 8651.
Ionic imprinting effect in gadolinium / lanthanum separation
Bignew et al., Anal. Chim. Acta, 435 (2001) 75.
Ionic imprinted resins based on EDTA and DTPA derivatives for lanthanides (III) separation
Bignew et al., Chem. Lett. (2002) 202.
Solid-Liquid separation of lanthanide / lanthanide and lanthanide / actinide using ionic imprinted polymer based on a DTPA derivative

ビジューら、Anal.Chim.Acta,478(2003)43.
Ion imprinted polymer particles:synthesis.Characterization and dysprosium ion uptake properties suitable for analytical applications.
ビジューら、Talanta,60(2003)747.
Effect of γ-irradiation of ion imprinted polymer(IIP)particles for preconcentrative separation of dysprosium from other selected lanthanides.
Bijou et al., Anal. Chim. Acta, 478 (2003) 43.
Ion imprinted polymer particles: synthesis.Characterization and dysprosium ion uptake properties suitable for analytical applications.
Bijou et al., Talanta, 60 (2003) 747.
Effect of γ-irradiation of ion imprinted polymer (IIP) particles for preconcentrative separation of dysprosium from other selected lanthanides.

5,7−ジクロロキノリン−8−オール(DCQ)、4−ビニルピリジン(VP)、DCQ+VP、Er3++DCQ+Er、Er3++VP、およびEr3++DCQ+VPのUV〜可視吸収スペクトルを示す。The UV-visible absorption spectra of 5,7-dichloroquinolin-8-ol (DCQ), 4-vinylpyridine (VP), DCQ + VP, Er 3+ + DCQ + Er, Er 3+ + VP, and Er 3+ + DCQ + VP are shown. 3元混合リガンド複合体形成の模式図である。It is a schematic diagram of ternary mixed ligand complex formation. ポリマーインプリント法の模式図である。It is a schematic diagram of a polymer imprint method. □−照射により合成されるIIP粒子を用いてのEr3+の前濃縮に与えるメタクリル酸メチル(MMA)(官能性モノマー)濃度の効果を示す。-Shows the effect of methyl methacrylate (MMA) (functional monomer) concentration on the preconcentration of Er3 + using IIP particles synthesized by irradiation. 光化学重合により合成されるIIP粒子を用いてのEr3+の前濃縮に与えるUV照射時間の効果を示す。The effect of UV irradiation time on the preconcentration of Er 3+ using IIP particles synthesized by photochemical polymerization is shown. 熱重合により合成されるIIP粒子を用いてのEr3+の前濃縮に与えるジメタクリル酸エチレングリコール(EGDMA)(架橋性モノマー)濃度の効果を示す。Figure 6 shows the effect of ethylene glycol dimethacrylate (EGDMA) (crosslinkable monomer) concentration on preconcentration of Er3 + using IIP particles synthesized by thermal polymerization.

Claims (9)

(a)エルビウムインプリントイオンの5,7−ジクロロキノリン−8−オールおよび4−ビニルピリジンとの混合リガンド3元複合体(complex)を形成し、
(b)該3元複合体を、適したポロゲン(porogen)中に溶解して前重合(pre-polymerizing)混合物を形成し、
(c)ステップ(b)の混合物を、官能性モノマーおよび架橋性モノマーと組合せ(combining)、γ線照射によるかまたは光化学および熱重合により重合してポリマー材料を得、
(d)前記(c)において得られたポリマー材料の粉砕および篩い分け(sieving)により、エルビウムイオン・インプリントポリマー粒子を調製し、
(e)鉱酸を用いて、前記(d)のポリマー粒子中のインプリントイオン埋め込み材料を選択的に浸出させること、を含むエルビウムイオンの固相抽出前濃縮(preconcentration)用のイオンインプリント(ion imprinted)ポリマー粒子の合成方法。
(A) forming a mixed ligand ternary complex of erbium imprinted ions with 5,7-dichloroquinolin-8-ol and 4-vinylpyridine;
(B) dissolving the ternary complex in a suitable porogen to form a pre-polymerizing mixture;
(C) combining the mixture of step (b) with a functional monomer and a crosslinkable monomer and polymerizing by gamma irradiation or by photochemical and thermal polymerization to obtain a polymeric material;
(D) preparing erbium ion imprinted polymer particles by grinding and sieving the polymer material obtained in (c) above,
(E) ion imprint for solid phase extraction preconcentration of erbium ions, comprising selectively leaching the imprinted ion implant material in the polymer particles of (d) with a mineral acid ion imprinted) A method for synthesizing polymer particles.
γ線照射が、メタクリル酸メチル(官能性モノマー)濃度の関数(function)として行われる請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the gamma irradiation is performed as a function of the methyl methacrylate (functional monomer) concentration. 光化学重合が、UV照射時間の関数として行われる請求項1に記載の方法。   The method of claim 1 wherein the photochemical polymerization is performed as a function of UV irradiation time. 熱重合が、ジメタクリル酸エチレングリコール(架橋性モノマー)濃度の関数として行われる請求項1に記載の方法。   The method of claim 1 wherein the thermal polymerization is performed as a function of ethylene glycol dimethacrylate (crosslinkable monomer) concentration. 官能性モノマーが、4−ビニルピリジンおよびメタクリル酸メチルからなる群から選択される請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the functional monomer is selected from the group consisting of 4-vinylpyridine and methyl methacrylate. 架橋性モノマーが、ジメタクリル酸エチレングリコールを含む請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the crosslinkable monomer comprises ethylene glycol dimethacrylate. 反応が、ステップ(c)における開始剤として用いられる2,2’−アゾビスイソブチロニトリルを用いて行われる請求項1に記載の方法。   The process according to claim 1, wherein the reaction is carried out using 2,2'-azobisisobutyronitrile used as an initiator in step (c). ステップ(d)における粉砕および篩い分けが、エルビウムイオン・インプリントポリマー材料の乾燥後に行われる請求項1に記載の方法。   The process according to claim 1, wherein the grinding and sieving in step (d) is performed after drying the erbium ion imprinted polymer material. 浸出用に用いられる鉱酸が、HClを含む請求項1に記載の方法。   The process according to claim 1, wherein the mineral acid used for leaching comprises HCl.
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