JP2010529210A

JP2010529210A - 架橋された球形粒子を含む新しいポリマー材料、該材料を製造する方法およびそれらの使用

Info

Publication number: JP2010529210A
Application number: JP2009514686A
Authority: JP
Inventors: イルグム，クヌート; ライム，フレドリク
Original assignee: Merck Patent GmbH
Current assignee: Merck Patent GmbH
Priority date: 2006-06-13
Filing date: 2007-06-08
Publication date: 2010-08-26
Also published as: US20090326081A1; ATE474859T1; WO2007144118B1; EP2027163B1; DE602007007943D1; WO2007144118A1; EP2027163A1

Abstract

本発明は、開始剤および溶媒の存在下での、架橋モノマーおよび、選択的に、さらなるモノマーの光開始沈殿重合によって得られる架橋された球形粒子を含むポリマー材料に関する。また本発明は、該材料の製造方法および該材料を含むクロマトグラフィーカラムに関する。

Description

本発明は、架橋された球形粒子を含む、好ましくはポリマーの材料を提供する。本発明はまた、該材料を製造する方法であって、開始剤および溶媒の存在下で架橋モノマーの光開始沈殿重合を含む、前記方法を提供する。最後に、本発明は、クロマトグラフ分離のための該材料の使用ならびに架橋された球形粒子を含む分離カラムに関する。

球形のポリマー粒子および特に単分散のポリマー粒子は、液体クロマトグラフィーの充填材料として、ならびに、マイクロスフェア（microsphere）技術をベースとした他の用途について、非常に興味をもたれている。粒子は、その固有の孔構造に依存して、有孔性または無孔性に分類することができる。クロマトグラフィーに用いられる無孔性のミクロンサイズの粒子は、孔の内側の停滞した移動相中のゆっくりとした拡散によって制限されず、大小の分子のクロマトグラフ分離によく適している。粒子は、誘導体化せずに、または、表面に官能基を導入した後に用いられる（Lee et al., J. Chromatog. A, 1995, 704, 307-314; Zheng et al., Macromolecules 2002, 35, 6828 - 6834）。

狭い分散性のＤＶＢおよびスチレン粒子は、単一のバッチでミクロンサイズの粒子を製造するために、しばしば立体安定剤としてのポリ（Ｎ−ビニルピロリドン）とともに、分散重合によって作られてきた（Li et al., J. Polym.sci, Part A. Polym. Chem. 1993, 31, 2473 - 2479; Choi et al., Polym. Sci. Part A: Polym. Chem. 2002, 40, (23), 4368-4377; Kawaguchi et al., Adv. Polym. Sci. 2005, 175, 299 - 328）。これらの重合は、メタノールおよびエタノールが最も一般的であるが、多数の溶媒中で行われてきた（Lee et al., J. Chromatog. A, 1995, 704, 307-314; Kawaguchi et al., Adv. Polym. Sci. 2005, 175, 299 - 328）。分散重合には、特に高度の架橋がある場合、狭いサイズ分布を達成するために正確な最適化が要求される（Downey et al., Macromolecules 1999, 32, 2838-2844; Downey et al., Macromolecules 2001, 34, 4534-4541）。

１９９３年、Stoeverのグループが、熱開始を用いたアセトニトリル中での沈殿重合によって、球形の単分散ＤＶＢ粒子を重合した（Li et al., J. Polym. Sci., Part A, Polym. Chem. 1993, 31, 3257-3263)。モノマーおよび開始剤は、典型的には、溶媒中で可溶性であり、最初は均一な混合物を形成する。重合の間、溶媒中でのポリマーの沈殿により、乳濁液が形成される。多量の架橋によって粒子は自己安定化し、このことによって粒子の硬質な表面が得られる（Downey et al., Macromolecules 1999, 32, 2838-2844）。開始プロセスは、昇温（およそ７０℃）で、重合容器を回転または揺動させることによって穏やかにかき混ぜると、熱によって誘導される（Li et al., J. Polym. Sci., Part A, Polym. Chem. 1993, 31, 3257-3263; Shim et al., J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 2004, 42, 835-845; Shim et al., Colloid Polym. Sci. 2004, 283, 41-48; Downey et al., Macromolecules 1999, 32, 2838-2844; Downey et al., Macromolecules 2001, 34, 4534-4541）。

沈殿重合におけるモノマー添加量は、４０％までのモノマー濃度が用いられる分散重合プロセスに比べて、一般的に低い（典型的には、２〜５％）（Lee et al., J. Chromatog. A, 1995, 704, 307-314; Li et al., J. Polym. Sci., Part A, Polym. Chem. 1993, 31, 3257-3263; Paine et al., Macromolecules 1990, 23, (12), 3104-3109）。Bai et al. (Bai et al., Macromolecules 2004, 37, 9746-9752)では、彼らが、蒸留沈殿重合（distillation precipitation polymerization）と称するものを用い、７．５％（ｖ／ｖ）のモノマー添加によりＤＶＢ−８０の凝塊（coagulum）のないマイクロスフェアを得ることに成功した。沈殿重合は、単に架橋能力を備えたホモポリマー（例えばＤＶＢ）のためにではなく、さらにコポリマーのためにも適用されてきた。スチレン(Shim et al., J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 2004, 42, 835-845; Shim et al., Colloid Polym. Sci. 2004, 283, 41-48)、無水マレイン酸(Frank et al., J. Polymer Sci., Part A: Polym. Chem. 1998, 36, 2223-2227)および種々のメタクリレート(Li et al., J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 1999, 37, 2899-2907; Yang et al., J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 2005, 43, 1309-1311)が、単分散マイクロスフェアを形成するために、ＤＶＢと共重合されてきた。

１５容積％までのモノマー濃度の共重合は、マイクロスフェアをもたらすことが報告されているが、次いで、その後の多分散性の増加が報告されている(Shim et al., Colloid Polym. Sci. 2004, 283, 41-48; Yang et al., J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 2005, 43, 1309-1311)。沈殿重合によるマイクロスフェアの調製は、殆ど常に、熱により誘導されるフリーラジカル開始によるものであった。１つの例外は、開始剤を使用しないで様々なモノマーからなる単一のバッチ中でポリマー粒子を製造する、照射誘導重合である。モノマー溶液を有機溶媒と混合し、^６０Ｃｏ源のガンマ線を照射する(Yoshida et al., Radiat. Phys. Chem. 1987, Naka et al., J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 1991, 29, 1197-1202)。

一般に、熱開始のフリーラジカル重合反応は、速く、制御できないプロセスとして知られる。重合プロセスに亘って最終的な粒子サイズおよび分布を細かく調整することができることを保証する、より制御されたやり方での粒子の製造のための改善された経路の必要性が存在する。

発明の要旨
本発明は、光開始沈殿重合を用いることによる架橋された球形粒子を製造する新しい方法を提供する。驚くべきことに、このコンセプトは、重合プロセスを遅くし、粒子の制御された成長をもたらし、これが次いで、より狭いサイズ分布、ならびに粒子特性の最適化のための広い時間枠を与える。

したがって、第１の面において、本発明は、開始剤および溶媒の存在下での架橋モノマーおよび選択的にさらなるモノマーの光開始沈殿重合によって得られる架橋された球形粒子を含む、ポリマー材料を提供する。
好ましくは、架橋モノマーは、ジビニルベンゼン（ＤＶＢ）である。

好ましくは、さらなるモノマーは、スチレン、メタクリル酸（ＭＡＡ）、グリシジルメタクリレート（ＧＭＡ）、２−ヒドロキシメチルメタクリレート（ＨＥＭＡ）およびビニルベンジルクロリド（ＶＢＣ）の群から選択される。したがって、粒子のコアは、ポリＤＶＢ、ＭＡＡ−コポリ−ＤＶＢ、ＧＭＡ−コポリ−ＤＶＢ、ＨＥＭＡ−コポリ−ＤＶＢまたはＶＢＣ−コポリ−ＤＶＢを含む。
好ましくは、最終的な粒子は、単分散された粒子である。好ましくは、最終的な粒子のサイズは、１μｍ〜４μｍ、１μｍ〜１．５μｍ、１．５μｍ〜４μｍおよび４μｍ〜１０μｍなどの０．５μｍ〜１２μｍの範囲のサイズ内にある。

粒子は、選択的に、イオン交換性、親水性、極性、無極性または疎水性の基を含むモノマーまたはモノマーの混合物でグラフトされる。
選択的に、ビニル残基は、化学反応を介して、粒子の誘導体化に用いられる。さらに、クロロ基などのハロゲン残基、水酸基、カルボン酸基またはエポキシ基もまた、粒子の誘導体化のために用いることができる。
好ましくは、得られた誘導体化された粒子は、イオン交換性、親水性、極性、無極性または疎水性の基のいずれかまたはその混合物を含む。

第２の面において、本発明は、架橋された球形粒子を含むポリマー材料の製造方法を提供する。方法には、開始剤および溶媒の存在下での光開始沈殿重合による１つまたは２つ以上のモノマーの重合が含まれる。
好ましくは、モノマーは、
ａ）ジビニルベンゼンの群から選択される架橋モノマー、および、選択的に、
ｂ）スチレン、メタクリル酸（ＭＡＡ）、グリシジルメタクリレート（ＧＭＡ）、２−ヒドロキシエチルメタクリレート（ＨＥＭＡ）およびビニルベンジルクロリド（ＶＢＣ）の群から選択されるさらなるモノマー
である。
好ましくは、光開始は、光源、好ましくは強力な光源による、重合媒体の照射によって誘導される。前記光源は、好ましくは、キセノンランプ、より好ましくは、１５０Ｗキセノンランプである。

開始剤が、好ましくは、過酸化物、２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノン、ベンゾインメチルエーテルおよび、２，２’−アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）などのアゾ化合物の群から選択される。方法において用いる開始剤の濃度は、典型的には、１．５〜４％（ｗ／ｗ）、好ましくは、２〜４％（ｗ／ｗ）、そして最も好ましくは、約２％（ｗ／ｗ）である。
好ましくは、溶媒は、アセトニトリルであり、選択的にＴＨＦおよび／またはトルエンを伴う。アセトニトリルと共に共溶媒としてＴＨＦを用いた場合、ＴＨＦは、１０〜５０％（ｖ／ｖ）、好ましくは、１０〜４０％（ｖ／ｖ）、より好ましくは、１０〜３０％（ｖ／ｖ）、最も好ましくは、２０〜３０％（ｖ／ｖ）の量で含有される。

光開始は、凝塊を避け、高い単分散性の球形粒子に達するために用いられる。同様に、重合時間によって、転化および最終的な粒子の直径を制御する。さらに、モノマー濃度によって、転化および最終的な粒子の直径を制御する。
好ましくは、最初のモノマー濃度は、２〜１０％（ｖ／ｖ）、好ましくは、２〜８％（ｖ／ｖ）、より好ましくは、２〜６％（ｖ／ｖ）、そして最も好ましくは、２〜４％（ｖ／ｖ）の間である。代替的に、最初のモノマー濃度は、２％より低い。代替的に、最初のモノマー濃度は、１０％より高い。

第３の面において、本発明は、クロマトグラフ分離のための前記第１の面によるポリマー材料の使用を提供する。
第４の面において、本発明は、サンプル中の種々の分子のクロマトグラフ分離のための分離カラムであって、該カラムが、２つの開放端を備えた中空のチューブを含み、ここで該カラムが、前記第１の面によるポリマー粒子を含む、前記カラムを提供する。

発明の詳細な説明
本発明は、カラム充填材料として、ならびびに他のマイクロスフェアの用途に好適であり、単分散性が高いポリマー粒子の製造方法を提供する。ポリマー粒子は、ジビニルベンゼンモノマーと、選択的に、スチレン、メタクリル酸（ＭＡＡ）、グリシジルメタクリレート（ＧＭＡ）、２−ヒドロキシエチルメタクリレート（ＨＥＭＡ）およびビニルベンゼンクロリド（ＶＢＣ）の群から選択されるさらなるモノマーと一緒の、２，２’−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノン、ベンゾインメチルエーテルなどの開始剤、または、２，２’−アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）などのアゾ開始剤と一緒の、新規の光開始沈殿重合プロセスによって製造し得る。典型的には、１５０Ｗのキセノンランプが、サンプル溶液に照射するために用いられ、それによって重合プロセスが始まる。

アセトニトリルは、選択的に、テトラヒドロフランまたはトルエンと一緒に、モノマーに対して、シータ溶媒様（near-theta solvent）であるというその特性によって、沈殿重合プロセスの間の立体安定化剤の必要性を減らすことから、溶媒として用いられ得る。同様の特性を備えた他の溶媒もまた用いられ得る。粒子のサイズは、０．５μｍ〜１２μｍの範囲である。粒子サイズの例としては、１．５μｍ〜５μｍ、１μｍ〜４μｍ、１μｍ〜１．５μｍ、１．５μｍ〜４μｍ、４μｍ〜１０μｍが挙げられる。粒子サイズは、２〜１０％（ｖ／ｖ）の間でモノマー濃度を変化させたり、重合時間を変化させることによって、変化させ得る。熱開始の代わりに光開始を用いることによって、モノマーの大量添加の下で、凝塊を避け、高い単分散性を備えた球形粒子を得ることが可能となる。求められる非常に長い照射時間（重合時間）は、先に報告された熱による沈殿重合の開始プロセスに対して、１つの主要な差異を構成する。

本発明によるポリマー材料は、単分散されたビーズの形態が好ましい。架橋ジビニルベンゼンからなる粒子、並びにスチレン−コ−ジビニルベンゼンおよびビニルベンジルクロリド−コ−ジビニルベンゼンなどのコポリマーは、極度の疎水性である。メタクリル酸（ＭＡＡ）、グリシジルメタクリレート（ＧＭＡ）、２−ヒドロキシエチルメタクリレート（ＨＥＭＡ）の群から選択されたモノマーと共重合されたジビニルベンゼンからなる粒子は、より疎水性が低い。

ビーズは、ポリマー、またはイオン交換性基を含むを含むモノマーで、および／または、親水性もしくは極性モノマーもしくは非極性モノマーで、グラフトされていることができる。また、化学反応を介して、化学基で誘導体化されていてもよい。誘導体化のための基の例としては、ビニル基、イオン交換性基、親水性および／または疎水性基、これら全て、クロロ基などのハロゲン基、水酸基、カルボン酸基またはエポキシ基が挙げられる。

用語「開始剤」は、例えば、本発明の方法において用いられるＡＩＢＮなどのアゾ開始剤などの、ラジカル重合の分野で用いられる開始剤に関する。開始剤として用いることができるさらなるアゾ化合物は、Stevens, Polymer Chenistry, an Introduction, 3^rd edition; Oxford University Press, New York 1999, pp. 172において見出すことができる。２，２’−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノン、ベンゾインメチルエーテル、過酸化物または他のアゾ開始剤などの光開始剤もまた、選択され得る。
本明細書に記載のとおり、用語「親水性」は、水酸基または他の極性若しくは荷電した基を含む化学基、ポリマーまたはモノマーに関する。

用語「疎水性」は、水に親和的ではない、すなわち、水に溶解せず、水を吸収せず、水と容易に混合しない化学基、ポリマーまたはモノマーに関する。
用語「極性」は、永久双極子を有するか、永久双極子を備えた分子を有する化学基、ポリマーまたはモノマーに関する。
用語「数平均粒子径（Ｄ_ｎ）」および用語「重量平均粒子径Ｄ_ｗ」は、以下の等式を用いて計算される：

用語「Ｎ_ｉ」は測定した粒子数であり、用語「Ｄ_ｉ」は測定した粒子の直径である。多分散性指数Ｕは、Ｄ_ｎおよびＤ_ｗを用いて算出できる。

多分散性（Ｕ）指数が１．０〜１．１の間の場合、粒子の分布は「単分散性」とみなされる。
本明細書に記載のとおり、用語「イオン交換性基を含むポリマー」は、イオン交換クロマトグラフィーに一般に用いられるカチオン交換性またはアニオン交換性基、またはクロマトグラフィーに用いられ得る両性イオン基を含むポリマーに関し、ここで前記ポリマーは、ポリ（Ｓ−コ−ＤＶＢ）またはポリ（ＤＶＢ）にグラフトした対応するモノマーに製造される。

本発明はまた、本発明のカラム充填材料を含むクロマトグラフカラム、好ましくは、液体クロマトグラフィー（ＬＣ）システムに用いられるものを提供する。
初めて、光開始沈殿重合アプローチを用いて、粒子表面でグラフトまたは化学反応のために用いることができる未反応（ペンダント）ビニル基を含む、制御された粒子サイズのポリ（ＤＶＢ）またはポリ（スチレン−コ−ＤＶＢ）粒子を製造し、カラム充填材料として好適な単分散性が高い球形粒子が製造された。

表および図の簡単な説明
ここで本発明を添付の図面および表を参照して説明する：
表１は、ＤＶＢおよびＳ−コ−ＤＶＢ粒子の両方について、開始のモノマー添加を増大させることによって得られた粒子サイズおよび収率を示す。
表２は、開始剤の濃度を２〜４重量％に増大させた場合の粒子サイズおよび収率への効果を示す。
表３は、固定した重合時間（夫々、５２時間および１６３時間）について、粒子サイズ、収率および単分散性の再現性を示す。

表４は、モノマー濃度または重合時間が増大する場合のポリ（ＤＶＢ）粒子の数平均粒子径の増大を示す。
表５は、ＤＶＢと種々のモノマーとの光開始共重合の結果を示す。
表６は、種々のＴＨＦ濃度での光開始重合の結果を示す。

表７は、種々の共溶媒となした光開始重合の結果を示す。
表８は、６０ＭＰａでステンレス鋼カラムに詰めたバッチを示す。
表９は、ＨＩＬＩＣ条件下でのテスト化合物に対する保持係数を示す。

図１は、光開始沈殿重合プロセスのための光重合のセットアップのスキーム図を示す。図２は、熱により開始された沈殿重合プロセスの成果に対応するＳＥＭ顕微鏡写真図を示す。顕微鏡写真中のスケールは、５μｍ（上および中の顕微鏡写真）および２μｍ（下の顕微鏡写真）に対応する。図３は、２ｗｔ％開始剤（ＡＩＢＮ）、８８時間または１１２時間の重合時間、または、４ｗｔ％開始剤（ＡＩＢＮ）、８８時間または１１２時間の重合時間での光開始沈殿重合によって製造されたポリ（ＤＶＢ）粒子のＳＥＭ顕微鏡写真を示す。顕微鏡写真中のスケールは、２μｍに対応する。

図４は、重合混合物中、１０％（ｖ／ｖ）のモノマー濃度を用いて夫々製造したポリ（ＤＶＢ）およびポリ（Ｓ−コ−ＤＶＢ）の光開始沈殿重合から得られたＳＥＭ顕微鏡写真を示す。顕微鏡写真中のスケールは、２０μｍに対応する。図５は、重合時間（すなわち照射時間）を２４時間に短くした後のポリ（ＤＶＢ）粒子のＳＥＭ顕微鏡写真を示す。顕微鏡写真中のスケールは、２μｍに対応する。図６は、４％（ｖ／ｖ）ＤＶＢモノマーおよび２ｗｔ％開始剤（ＡＩＢＮ）を用いて重合されたポリ（ＤＶＢ）粒子についての、重合時間（夫々、８８時間、１１２時間および１６３時間）の効果を示す。顕微鏡写真中のスケールは、５μｍに対応する。

図７は、表５に記載の条件下で、（Ａ）ＭＡＡ、（Ｂ）ＶＢＣ、（Ｃ）ＧＭＡおよび（Ｄ）ＨＥＭＡとのＤＶＢ共重合のＳＥＭ顕微鏡写真を示す。モノマー濃度は、２容積％の濃度を有するＤＶＢ−コ−ＶＢＣを除いて４容積％であった。図８は、（Ａ）は１０％ＴＨＦ、（Ｂ）２０％ＴＨＦ、（Ｃ）３０％ＴＨＦおよび（Ｄ）４０％ＴＨＦである共溶媒としてＴＨＦを用いた重合からのＳＥＭ顕微鏡写真を示す。５０００倍に拡大。図９は、共溶媒として１０％ＴＨＦを（Ａ）用いずに、および（Ｂ）用いて、４日間重合したＤＶＢ−コ−ＧＭＡ粒子のＳＥＭ顕微鏡写真を提供する。５０００倍に拡大。

図１０は、開始剤を使用しないで、ＤＶＢの光重合からのＳＥＭ顕微鏡写真を示す。このバッチ（06-1-125）は、４日間重合し、粒子径０．７〜０．８μｍになった。図１１は、ＤＶＢ粒子（バッチ05-1-033）で充填した２．１ｍｍ（内径（i.d.））Ｘ５０カラムを用いたＲＰＬＣ分離を示すクロマトグラムを示す。溶出順の化合物は、ウラシル、エチルベンゼンおよびブチルベンゼンであり、すべて５．０ｐｐｍの濃度である。注入容積は、０．２μＬであり、溶離液は、アセトニトリル：水（８０：２０）からなり、０．１ｍｌ／ｍｉｎの流速である。図１２は、平均直径１．５２μｍを有するＤＶＢ粒子で充填した５０ｍｍカラムの透過度を示す。

図１３は、炭酸塩溶離液（３．９ｍＭのＮａＨＣＯ_３および３．１ｍＭのＮａ_２ＣＯ_３）を用いた４つのアニオンの分離のクロマトグラムを示す。サンプルの濃度は、０．１ｍＭＣＨ_３ＣＯＯ⁻およびＣｌ⁻ならびに０．０５ｍＭのＰＯ_４ ^３−およびＳＯ_４ ^２−であった。溶離ピークは、１：ＣＨ_３ＣＯＯ⁻、２：Ｃｌ⁻、３：ＰＯ_４ ^３−、４：ＳＯ_４ ^２−である。図１４は、カラム194BF3Qを用いたクロマトグラムを示す。溶出順の化合物は、ＣＨ_３ＣＯＯ⁻、Ｃｌ⁻、ＰＯ_４ ^３−およびＳＯ_４ ^２−である。

図１５は、炭酸塩溶離液（３．９ｍＭのＮａＨＣＯ_３および３．１ｍＭのＮａ_２ＣＯ_３）を用いて、０．９ｍｌ／ｍｉｎの流速で、カラムN3106A2での５つのアニオンの分離を示す。注入ループは、１００μｌであり、溶出順は、Ｆ⁻、ＣＨ_３ＣＯＯ⁻、ＰＯ_４ ^３−、Ｃｌ⁻、ＳＯ_４ ^２−であった。図１６は、炭酸塩溶離液（３．９ｍＭＮａＨＣＯ_３および３．１ｍＭＮａ_２ＣＯ_３）を用いて、０．７ｍｌ／ｍｉｎの流速で、カラムN1-106Aでの５つのアニオンの分離を示す。注入ループは、１００μｌであり、溶出順は、Ｆ⁻、ＣＨ_３ＣＯＯ⁻、ＰＯ_４ ^３−、Ｃｌ⁻、ＳＯ_４ ^２−であった。

本発明は、記載された特定の態様に関して記載されているが、当業者は、とくに言及されていないがそれでもなお添付された請求項の範囲内である他の態様、改変または組み合わせを予見し得る。
本明細書に記載された全ての参照文献は、それらの全体がここに参照によって組み込まれる。
本明細書に用いられるように表現「含む（comprising）」は、記載された事項に限定されるのではなく、それらを包含するものと理解されるべきである。

実験セクション
本発明を、ここに包含する例を参照して記載する。これらの例は、例示の目的にのみ提供され、本発明の範囲を制限するものと解釈されるべきではない。

例１：ＤＶＢおよびスチレン−コポリ−ＤＶＢからなる単分散粒子
化学品
８０％ジビニルベンゼン異性体（Fluka, Buchs, Switzerland）およびスチレン（Acros Organics, Geel, Belgium）からなるジビニルベンゼン（ＤＶＢ−８０；工業グレード）を塩基性Ａｌ_２Ｏ_３（Aldrich, Milwaukee, USA）を通過させることによって、阻害剤を取り除いた。開始剤２，２’−アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）（Serva, Heidelberg, Germany）を受け取ったまま用いた。アセトニトリル（分析グレード）（Fischer Scientific, Loughborough, UK）を溶媒として用い、使用前に３Å分子ふるいで乾燥した。アセトン（Fischer Scientific, Loughborough, UK）、エタノール（９９．５％；Solveco Chemicals AD, Taeby, Sweden）、メタノールおよびテトラヒドロフラン（J.T. Baker, Deventer, Holland）などの有機溶媒は分析グレードであり、さらなる精製をすることなく用いた。

重合反応
典型的な重合反応は、２５０ｍｌポリプロピレン（場合により、Teflon（登録商標）PFA）フラスコで行い、モノマー含有量は、溶媒（アセトニトリル）に対して、２〜１０％（ｖ／ｖ）の間で変化させた。開始剤（ＡＩＢＮ、モノマー濃度に対して２％（ｗ／ｗ））を添加し、フラスコをすべての開始剤が溶解するまで振盪した。重合を開始する前に、溶液を少なくとも５分間、窒素で脱気し、溶解した酸素を除去した。フラスコを４つ同時に特製のタンブリング回転デバイスに取り付け、ギアを低速にしたＤＣモーターによって、５〜１５ｒｐｍの間で変化する速度で、中心軸の周りを回転させた。集束光学素子（focusing optics）を備えた１５０Ｗキセノンランプを、横から３０ｃｍの距離でフラスコ群の中心へ向けた。ランプは、同時には１つのフラスコだけを照射していたが、回転によって各々のフラスコを各４〜１２秒毎に強度の光路へ運んだ。

実際には、このことは本当の放射時間が総時間の約４分の１だけであったことを意味する。重合のセットアップのスキームの説明については、図１を参照。反応時間を、２４時間から１６３時間まで変化させ、操作の間、ランプによる熱によって、反応フラスコの温度は、室温から約３１℃まで上がった。スチレンおよびＤＶＢとの両方からなる粒子について、ＤＶＢの割合を５０ｍｏｌ％に合わせた。重合の後、溶媒および未反応のモノマーを、０．４５μｍナイロン膜フィルタ（Millipore, Bedford, MA）を用いて濾別した。粒子をアセトンに再懸濁し、２時間、シェイカー上に置いた。この手順をエタノールを用いて繰り返し、粒子を最終的にテトラヒドロフランで３回洗浄し、その後、真空オーブンで４０℃、２４時間、乾燥した。いくつかの場合で、ナイロン膜フィルタの代わりに、Ｇ５焼結ガラスフィルタでの吸引濾過を、濾過のために用いた。

特徴付け
粒子のサイズおよび形態は、ＬａＢ_６電子エミッターで実行したCambridge 360ixp顕微鏡（Leica Cambridge Ltd., Cambridge, UK）を用いて、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって特徴付けた。顕微鏡写真は、種々の標準化された倍率でランダムに選択された粒子集団および領域で記録し、すべての標本は標準化方法に従って調製した。サンプルをアルミナスタブ（alumina stubs）（Agar Scientific Ltd., Stanstead, UK）にマウントした粘着性カーボンテープに付着させ、その後、Edwards E12 Vacuum Coating Unit（Edwards High Vacuum Ltd., Crawley, UK）を用いて、およそ１５ｎｍの炭素および金で蒸着被覆した。これらのＳＥＭ顕微鏡写真から１００個の粒子を測定し、それらの直径を、数平均粒子径Ｄ_ｎおよび重量平均粒子径Ｄ_ｗを前記等式１〜３を用いて計算するために用いた（Bai et al., Polym. Int. 2005, 54, 168-174; Liu et al., Langmuir 1997, 13, 4988-4994）。
多分散性指数が１．０〜１．１の間の場合、粒子分布は単分散であるとみなされる（Liu et al., Langmuir 1997, 13, 4988-4994）。

ガス吸着アナライザーを自動化したMicrometrics（Norcross, GA）Tristar 3000を用いて、Brunauer-Emmett-Teller方程式（Brunauer, The Adsorption of Gases and Vapors. I. Physical Adsorption; Princeton University Press: Princeton 1945）に基づいて、粒子のマルチポイントの表面積および平均孔幅を測定した。Tristar 3000はまた、大気圧に近い窒素吸着測定により粒子の全孔容積を計算するためにも用いた。分析の前に、粒子を、真空オーブンにおいて４０℃で一晩乾燥し、孔から吸着したガスを除去した。およそ１００ｍｇの粒子をサンプルチューブに置き、分析の前に、Micrometrics SmartPrep脱気装置を用いて窒素の連続流の下、１２０℃で少なくとも３時間再び乾燥した。

結果および考察
この研究において、重合システムを、単分散性が高く架橋されたミクロンサイズの粒子の製造のために開発した。新規の光開始沈殿重合アプローチによって、文献（Stoever et. al.）に報告された他の手順に比較して、粒子サイズおよび凝塊に対する制御の改善をもたらすことが見出された。
ミクロンサイズの粒子は、液体クロマトグラフィーにおけるカラム充填材料などの種々の分野において、おおいに関心が示されている。

初期の実験では、Stoever et. al.によって開発された手順に従って、熱開始が試験された（Li et al., J. Polym. Sci., Part A, Polym. Chem. 1993, 31, 3257-3263）。しかしながら、反応フラスコを昇温したウォーターバス中で水中に沈めた場合、開始剤からの窒素の放出と、アセトニトリルの蒸気圧との組合せによってポリプロピレンフラスコ中に作り出された圧力によって、モノマー混合物がウォーターバスへ漏れ出していた。初期の重合の間、本発明者らはまた、相当の量の凝塊および多分散性粒子についても経験していた（図２）。

熱開始沈殿重合は、セットアップにおける小さな変化に高度に感受性であり、反応容器を加熱しないで空気中で回転させることによる光開始は、より確かな手順であることが見出された。反応条件の他に、モノマーの組成および濃度、開始剤の濃度、温度、回転速度および重合時間などの最終生成物の結果に影響を及ぼす多くの因子が存在する。

モノマーおよび開始剤の濃度の効果
熱開始沈殿重合においてモノマーの添加が増大した場合、粒子径および収率も増加することは既に報告されていた（Li et al., J. Polym. Sci., Part A, Polym. Chem. 1993, 31, 3257-3263; Shim et al., Colloid Polym. Sci. 2004, 283, 41-48; Bai et al., Macromolecules 2004, 37, 9746-9752; Yang et al., J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 2005, 43, 1309-1311）。光開始重合に対する本発明者らの結果を表１に示すが、これはサイズおよび収率の増大については、以前に公開された結果に対応する。用いた最も高いモノマー濃度は１０％（ｖ／ｖ）であり、なおＤＶＢのみを用いた場合には凝塊なしに球形の単分散粒子をもたらす。１０％（ｖ／ｖ）濃度のＳ−ＤＶＢ混合物については、粒子は得られたが、カリフラワー様の形状になり、モノリシック材料に類似する凝塊と混合していた。高いモノマー濃度を用いた場合、６％（ｖ／ｖ）で始めると、モノマーがポリプロピレンフラスコの壁に粘着する傾向があった。この壁への被覆によって、光が遮蔽され、同時に、いくらか大きなサイズ分布を与えるタンブリングを妨害する。

実験はまた、開始剤の濃度を２％から４％（ｗ／ｗ）に変化させて行い、その結果、粒子径が増大した。これらの重合においてモノマー濃度は４％（ｖ／ｖ）に設定した。２倍の量の開始剤を用いた結果、重合時間を２４時間増大させたのと同じであった。開始剤の濃度を、８８時間の重合の間、２％から４％（ｗ／ｗ）に増大した場合、数平均粒子径は、１．７μｍから２．３μｍまで、０．６μｍ増大した。開始剤の濃度を２％（ｗ／ｗ）に保った場合、おおよそ同じ数平均粒子径を達成したが、しかし、重合時間は、図３に示すことができるように、２４時間から１１２時間まで増大した。両方の場合で、収率は約１９％であり、結果を表２にまとめた。収率および粒子サイズの両方が、２つの実験で同じであったので、２％（ｗ／ｗ）開始剤が十分のものと考えられ、残りの実験に用いた。

光開始沈殿重合での粒子形成
一般的に、本発明者らは、室温近くで光開始を用いた場合、同じ開始剤（ＡＩＢＮ）での熱開始に比べて、粒子形成はよりゆっくりとなることを見出した。より高い温度で、溶液はおよそ１時間後に乳白色になり、一方、光開始された系は、用いたモノマー濃度に依存して、数時間の後にこの段階に到達する。熱開始沈殿重合では、転化は、最初は極めて急であり、その後横ばいとなる（Downey et al., Macromolecules 1999, 32, 2838-2844）。本発明者らの光開始アプローチを用いた場合、転化は、１６３時間の重合時間の時間枠内にプラトーに達することはない。開始剤の濃度を増大させることによって重合が早くなることを見出し、モノマー濃度を増大させることによってより速い粒子の成長をもたらすこともまた見出した。粒子形成プロセスは、より高い濃度では、より迅速であるが、粒子の凝塊の危険性は同大する。よりゆっくりした重合速度によって、粒子の表面にもたらされるゲルタイプの層はより少なくなり、溶液中の捕捉可能なオリゴマーの量はより少なくなるようである。よりゆっくりした重合速度はまた、樹脂のようなカリフラワー状の凝塊の形成する他の粒子との相互作用を防ぐ。

熱開始は、５％（ｖ／ｖ）を越えるモノマー濃度で凝塊となることが報告されている（Li et al., J. Polym. Sci., Part A, Polym. Chem. 1993, 31, 3257-3263）。本発明者らの光開始沈殿重合のアプローチでは、本発明者らは、ポリ（ＤＶＢ）粒子について、１０％（ｖ／ｖ）のモノマーを用い、球形の凝塊のない粒子を達成した。ポリ（スチレン−コ−ＤＶＢ）粒子について、８％（ｖ／ｖ）モノマー（ＤＶＢ：スチレン１：１）を用いることができ、なお、球形の単分散ビーズを生成することができた。

記載する光開始沈殿重合プロセスの再現性を、３％（ｖ／ｖ）のモノマー添加で３個のフラスコを回転させることによって、ポリ（ＤＶＢ）に関して試験した。表３から、結果はほとんど同一であったと結論付けることができる。同様の再現性についての研究を、ポリ（スチレン−コ−ＤＶＢ）重合について、２および４％（ｖ／ｖ）のモノマー濃度を用いて、それぞれ行い、同様の結果（表３）を得た。

重合時間の効果
熱開始重合について、粒子は、２４時間の重合の間に、２．５〜３．０μｍのサイズに達する。これに対して、光開始沈殿プロセスの２４時間の重合時間によって、極めて多分散性である粒子サイズ分布に悩まされるナノメーター範囲の粒子がもたらされる（図５）。この傾向は、試験した全てのモノマー濃度で見られた。

重合時間を増大することによって、増大した粒子の成長を引き起こすことが見出され、より均一に分布するようになった。図６の顕微鏡写真から、夫々８８時間、１１２時間および１６３時間で重合した粒子を比較した場合、重合時間によって粒子サイズの顕著な増大が存在することが結論付けられる。

前記のとおり、キセノンランプからの強度を用いた光開始によって、同じ開始剤（ＡＩＢＮ）を用いた昇温での熱開始に比べて、より低い転化速度がもたらされる。光開始沈殿重合について、多様なサイズの単分散粒子を得るために、モノマーまたは開始剤濃度に依存して、典型的には、４８時間が要求される。光開始沈殿重合について、収率は、用いたモノマー濃度に依存せず、２４時間後の３．４％から１６３時間後の２７．６％へ変化した重合時間につれて増大する（表４）。これに対して、開始剤としてＡＩＢＮを用いた７０℃での熱開始は、典型的に、２４時間後におよそ６０％の収率をもたらす。

４％（ｖ／ｖ）のＤＶＢモノマーで１６３時間重合した粒子について、平均粒子径は約３．０μｍとなった（表４）。５０％架橋剤（ＤＶＢ）からなる４％（ｖ／ｖ）のモノマー濃度でのコポリマーについて、平均粒子径は、同じ時間量で３．７μｍに増大した（表３）。

表面積および形態
ポリ（ＤＶＢ）およびポリ（スチレン−コ−ＤＶＢ）の２つの異なるタイプの粒子は、それらの表面積および孔隙率について違いを示した。ポリ（スチレン−コ−ＤＶＢ）粒子は、５ｍ^２／ｇより小さい表面積を有し、一般的に粒子サイズが増大するとともに減少する。それらは、粒子表面に存在する低いメソ多孔性の範囲のいくらかの孔を有し、平均孔径は、３．７〜４．５ｎｍに変化する。粒子の孔の小さな容積ならびに吸着等温線は、材料が無孔性固体のように振る舞うことを示す。

ポリ（ＤＶＢ）粒子は、より複雑な孔構造を有する。重合プロセスの間、アセトニトリルは、重度の架橋によって創出された硬質構造によって、粒子の内側でトラップされる。この効果は、材料の表面積および孔サイズ分布を測定する場合、平衡に達することを困難にする。しかしながら、昇温での少なくとも２４時間の高真空を含む広範なサンプル調製の後、表面の特徴付けを行うことを可能になった。ポリ（ＤＶＢ）粒子を含むサンプルの吸着等温線は、容積ガス吸着の極めて急激な上昇を示し、次いで、横ばいになり、ほとんど水平になった。このことは、細孔が比較的低圧下で満たされ、その後、吸着が起こらない細孔構造を示す。細孔のある固体はまた、より大きい表面積をもたらし、より長く粒子を成長させるにしたがって減少する。ポリ（ＤＶＢ）粒子は、平均粒子径１．５μｍの粒子について１５０ｍ^２／ｇの粒子から、３．９μｍの粒子についてほとんど４５ｍ^２／ｇまでの範囲の表面積を有する。

例２：ビニルベンゼンと種々のメタクリレートとの光開始沈殿重合による共重合
化学品
８０％ジビニルベンゼン異性体からなるジビニルベンゼン（ＤＶＢ−８０）の工業グレード、グリシジルメタクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、ビニルベンジルクロリド（Fluka, Buchs, Switzerland）およびメタクリル酸（Aldrich, Milwaukee, USA）をAldrichから供給されている塩基性Ａｌ_２Ｏ_３を通過させることによって、重合阻害剤を取り除いた。開始剤２，２’−アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）（Serva, Heidelberg, Germany）を使用前にメタノールから再結晶化し、一方で、ベンゾインメチルエーテル（Fluka）および２，２’−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノン（Aldrich）は受け取ったまま用いた。アセトニトリル（Fisher Scientific, Loughborough, UK）、テトラヒドロフラン（J.T Baker, Deventer, Holland)およびトルエン(Merck, Darmstadt, Germany）はすべて分析グレードであり、溶媒として用い、使用前に３Å分子ふるいで乾燥した。２−メトキシエタノール（Riedel-de Haeen, Seelze, Germany）および２−プロパノール（Fisher Scientific)は共溶媒であり、受け取ったまま用いた。アセトン（VWR International, Leuven, Belgium）、エタノール（９９．５％ Solveco Chemicals AB, Taeby, Sweden）、メタノール（J.T Baker, Deventer, Holland）などの合成工程において用いた有機溶媒は分析グレードであり、さらなる精製なしに用いた。官能基化反応のために用いたアミンは、ジエタノールアミン(Aldrich)、ジエチルアミンおよびジエチレントリアミン（ともにFluka）およびヨウ化メチル（Fluka）であった。クロマトグラフィーのための溶媒（アセトニトリルおよびメタノール）は、夫々、急勾配ＨＰＬＣグレードおよびＨＰＬＣグレードであった。溶離液調製のために用いる水は、Milli-Q quality＞１５ＭΩ／ｃｍ（Millipore, Bedford, MA）であった。

共重合
２５０ｍｌのポリプロピレンフラスコ内で、溶媒の総量に対して２〜４容容積％の範囲のモノマー濃度で重合を行なった。実験に用いた架橋モノマー（ＤＶＢ）の量は、コモノマーのモル数から算出した。ＡＩＢＮ（モノマー濃度に関して２ｗｔ％）を加え、フラスコを全ての開始剤が溶解するまで振盪した。重合を開始する前に、溶解した酸素を除去するために溶液を窒素で１０分間脱気した。フラスコをローターに、４つ同時に取り付け、１５ｒｐｍで長軸に沿って回転した。１５０Ｗのキセノンランプをフラスコの１つに焦点を合わせ、反応時間を９５時間に設定した。重合の後、溶媒および未反応モノマーを、０．４５μｍナイロン膜フィルタを用いて濾別し、アセトンで洗浄した。粒子は、室温で２４時間、真空オーブンで乾燥した。

ＧＭＡ−コポリ−ＤＶＢ粒子の官能基化
表面のエポキシ基にアミンを付加することによる官能化は、２つの工程からなされる：１）エポキシ開環反応、続いて、２）三級から四級アミンへの転化。第１の工程において、０．５ｇのＤＶＢ−コ−ＧＭＡコポリマー粒子をマグネチックバーを含む丸底フラスコに量り入れた。粒子を１５ｍｌのメタノールに懸濁し、油浴中、６０℃で加熱した。混合物が均一になったときに、０．４４ｍｌのジエタノールアミンをゆっくりと溶液に加えた。ジエチルアミンを用いた場合、添加量は、０．３ｍｌであり、ジエチレントリアミンについては０．５ｍｌであった。溶液を２４時間攪拌し、最終生成物を濾過し、メタノールおよびアセトンで濯ぎ、最後に真空オーブン中、３０℃で乾燥した。第２の工程について、四級アミンを含む０．４ｇの乾燥した粒子をマグネチックバーとともに丸底フラスコに量り入れ、１５ｍｌのアセトンを添加した。溶液を厳密に懸濁させ、その後、０．２５〜０．７５ｍｌのヨウ化メチルを溶液に滴下して加えた。第２の工程の反応時間は、３０℃の温度で２４〜３０時間であった。最終生成物を濾過し、アセトンで濯ぎ、３０℃で２４時間真空オーブンで乾燥した。

特徴付け
粒子のサイズおよび形態は、ＬａＢ_６電子エミッターで実行したCambridge 360ixp顕微鏡（Leica Cambridge Ltd., Cambridge, UK）を用いて、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって特徴付けた。顕微鏡写真は、種々の標準化された倍率でランダムに選択された領域で記録し、すべての標本は標準化方法に従って調製した。サンプルをアルミナスタブ（alumina stubs）（Agar Scientific Ltd., Stanstead, UK）にマウントした粘着性カーボンテープに付着させ、その後、Edwards E12 Vacuum Coating Unit（Edwards High Vacuum Ltd., Crawley, UK）を用いて、およそ１５ｎｍの炭素および金で蒸着被覆した。

Tristar窒素吸着脱着システム(Micrometrics Instrument Co., Norcross, GA)を、Brunauer-Emmett-Teller方程式に基づいて粒子の表面積を測定するために用いた。粒子を、吸着したガスを孔から除去するために、一晩、４０℃での真空オーブンで乾燥した。およそ１００ｍｇの粒子をサンプルチューブに置き、分析の前に、窒素ガスを追い出す間、１２０℃で再び乾燥した。

ＤＶＢ粒子に対する圧力安定性試験
粒子の圧力安定性を試験するため、粒子をアセトンに懸濁し、メタノールを溶媒として用い、空気駆動流体充填ポンプを備えた２．１ｍｍの内径、５０ｍｍの長さのステンレス鋼カラムにスラリー充填した。充填ポンプの圧力をゆっくり６０ＭＰａまで上昇させ、次いで、１時間一定を保った。圧力を次いでゆっくりと、さらに３０分間かけて１０ＭＰａまで低下させた。その後、カラムをBischoffモデル2250 HPLCポンプ(Bischoff, Leonberg, Germany)に接続し、Darcyの法則に従って、充填ベッドへの圧力低下および固有透過度を測定した。Darcyの法則は、

式中、ｕは流体速度、ΔＰはカラム圧力低下、Ｋ_０は固有透過度、ｄ_ｐは粒子の平均サイズ、ηは溶離液の速度、Ｌはカラムの長さである。システムは、メタノール／水（８０／２０）からなる溶離液でイソクラティック（isocratic）に実行し、一方で、背圧を記録した。使用後、カラムを空にし（unpacked）、粒子を真空オーブンで乾燥し、ダメージを受けているか否かを見るためにＳＥＭでスキャンした。

結果および考察
共重合
新しい共重合の結果は、ある程度、スチレン−コ−ＤＶＢ粒子を得た実験結果と異なっていた。ＭＡＡおよびＤＶＢを含むコポリマーについて、単分散性を達成することができることを証明した。ＧＭＡまたはＨＥＭＡをＤＶＢと共重合した場合、粒子を形成したが、しかし最初の試みは、粒子がサイズにおいて幾分不均一であること（多分散性）を示した。試験した全ての共重合において一貫していると思われることは、粒子が、ＤＶＢが単独で重合される場合よりもはるかに速く成長することである。この予期しない効果はまた、例１におけるスチレン−コ−ＤＶＢ粒子に対して明白になった。共重合のリストを表５に示し、対応するＳＥＭ顕微鏡写真を図７に示す。ＶＢＣをコモノマーとして用いた場合、低いモノマー濃度であっても、滑らかな粒子表面を得ることができなかった。ＳＥＭ顕微鏡写真は、互いに密着する多くの小さな粒子の傾向を明らかにし、これは、高過ぎるモノマー濃度を用いて行った重合に対しても見られた。

共溶媒
いくつかの重合について、共溶媒（ＴＨＦまたはトルエン）をアセトニトリルに混合した。ＴＨＦと混合したアセトニトリル中で重合したサンプルについて、表面積は低減されたが、粒子はまだ細孔性であると考えられた。重合反応は、１０、２０、３０、４０および５０％（ｖ／ｖ）のＴＨＦを含むアセトニトリル中で行い、ＴＨＦ濃度を４０％（ｖ／ｖ）まで増大させると、より速い成長速度がもたらされた。５０％（ｖ／ｖ）のＴＨＦを含むアセトニトリルを用いた場合、ナノラテックス（nanolatex）が形成された。単分散性は、ＴＨＦの量が増加するとともに低下することが一般的に観察され、２０および３０％（ｖ／ｖ）のＴＨＦを含むアセトニトリルにおいて調製したポリマーについて、多くの小さな粒子サイズがみられた（表６、図８）。ＴＨＦをまた、ＤＶＢとＧＭＡとの共重合において、１０％（ｖ／ｖ）の量で共溶媒として試験した。結果は、これらのＤＶＢ−コ−ＧＭＡ粒子が、あまり多分散性ではなく、共溶媒としてＴＨＦを用いずに調製した粒子の２倍のサイズの領域において粒子径を有していることを示す（図９参照）。したがって、共溶媒としてＴＨＦを用いることによって、粒子の成長速度を増大し得るが、これはまた単分散性を低くする可能性がある。

３つの他の溶媒（２−メトキシエタノール、２−プロパノールおよびトルエン）はまた、アセトニトリルと組み合わせて用い、最終的な粒子の形と表面特性への影響を調査した。これらの結果を表７にまとめた。これらの実験は、ＴＨＦが光開始沈殿重合において好ましい共溶媒であることを示した。

例３：開始剤の効果
ＤＶＢをＡＩＢＮ以外の開始剤を用いて光重合し、ポリマー粒子を製造した。実験は、モノマー濃度に対して２ｗｔ％の開始剤を用い、同様の実験のセットアップを用いて行った。得られた粒子は単分散になった（ＳＥＭ顕微鏡写真は利用できない）。ベンゾインメチルエーテルおよび２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノンの他に、同様のタイプの開始剤並びに他のアゾ開始剤によって、比較可能な結果を得られることが予測できた。キセノンアークランプからの光度が高いことから、重合混合物において開始剤を使用せずに狭いか単分散性のＤＶＢの粒子を達成することはできた（図１０）。しかしながら、収率は、４日の重合の後でほんの４％であり、粒子径はおおよそ０．８μｍであった。開始剤を別として、重合手順は同じであった。

例４：クロマトグラフ評価
５つの異なる合成バッチからのＤＶＢ粒子を、２．１ｍｍの内径、５０ｍｍのステンレス鋼カラムに６０ＭＰａで充填した（表８）エチルベンゼンおよびブチルベンゼンの分離は、逆相クロマトグラフモードで、アセトニトリルおよび水（８０：２０）を含む溶離液を用いたイソクラティック条件下で行った（一例を図１１に示す）。かかる系についての溶離液の粘性データが利用可能であるので（Carr et al., Ind. Eng. Chem. 1951, 43, 692-696）、充填カラムの透過度は、メタノール：水溶離液（８０：２０）で測定した。低い流速では、低い流速で正確に実行することができないポンプに起因して、固有透過度はわずかに落ちる（図１２）。

例５：アニオン性クロマトグラフィー
アニオンクロマトグラフィーのセットアップ
TOA ICA 5220導電率検出器（TOA electronics Ltd., Tokyo, Japan）を接続したLKB 2150分析HPLCポンプ(LKB, Bromma, Sweden)を用いて、アニオン交換カラムを評価した。バックグランドの導電率を抑制するため、連続的なアニオン再生システム（ＣＡＲＳ）(SeQuant AB, Umea, Sweden)と一緒に、アニオン膜サプレッサー（ＳＡＭＳ）(SeQuant AB, Umea, Sweden)を用いた。小さな無機アニオンをアニオン交換クロマトグラフモードで分離する場合、炭酸塩および水酸化物溶離液の両方を用いた。

ＤＶＢ−コ−ＧＭＡ粒子の２つの異なる官能化戦略を用いて、アニオンのアニオンクロマトグラフ分離を行った。図１３は、ジエタノールアミンで官能化した粒子（C8F1Q）からのクロマトグラムを示し、図１４は、ジエチレントリアミンで官能化した粒子（194BF3Q）を用いて得たクロマトグラムを示す。図１５および１６に示したクロマトグラムは、ジエチルアミンで官能化した粒子を含むカラムを用いて得られた。アニオンクロマトグラフィー評価のために用いた粒子を、２．１ｍｍの内径、５０ｍｍのＰＥＥＫカラムにスラリー充填した。

例６：ＨＩＬＩＣ実験
親水性相互作用クロマトグラフィー（ＨＩＬＩＣ）において、極性または親水性化合物は、相対的に親水性の静止相および高い濃度のアセトニトリルを含む溶離液を用いると、一般的に、無極性または疎水性化合物よりも高い保持力を有する。これらの粒子がＨＩＬＩＣモードのクロマトグラフィーに用いるのに十分に親水性であるかを調査するために、既に実験セクションで記載したジメチルアミンのルートで官能化されたＧＭＡ−ＤＶＢ粒子を含むカラムに、一連の検体を注入した。

８０％アセトニトリルおよび２０％酢酸アンモニウムバッファー（ｐＨ６．８、５ｍＭ総濃度）を含む溶離液を用い、ＵＶ検出を２５４ｎｍで行った。保持力は、保持係数k´として一覧にされ、以下のとおり算出される：

式中、t_rは、検体の保持時間であり、t₀は、保持されていない化合物の保持時間であり、これはカラムの空隙容積（void volume）に対応する。得られた結果を表９に示す。

トルエンは、典型的に、逆相クロマトグラフィー（ＲＰＬＣ）に高い保持力を有することが知られている。しかしながら、ＨＩＬＩＣにおいて、トルエンは、典型的には、カラムの空隙容積に近く溶出する。
これらの実験は、より多くの無極性化合物がカラム空隙容積に近く溶出しており、一方で、より多くの親水性の検体がカラムにより長く保持されているので、ＨＩＬＩＣのメカニズムが、ＲＰＬＣのメカニズムよりもむしろ保持力を制御していることを示した。

表

Claims

開始剤および溶媒の存在下で、
ａ）ジビニルベンゼン（ＤＶＢ）の群から選択される架橋モノマー、および、選択的に、
ｂ）スチレン、メタクリル酸（ＭＡＡ）、グリシジルメタクリレート（ＧＭＡ）、２−ヒドロキシエチルメタクリレート（ＨＥＭＡ）およびビニルベンジルクロリド（ＶＢＣ）の群から選択されるさらなるモノマー、
の重合によって得られる架橋された球形かつ単分散の粒子からなるポリマー材料であって、重合が、光開始沈殿重合であることを特徴とする、前記ポリマー材料。
球形粒子が、１μｍ〜４μｍ、１μｍ〜１．５μｍ、１．５μｍ〜４μｍおよび４μｍ〜１０μｍなどの０．５μｍ〜１２μｍの範囲の大きさを有することを特徴とする、請求項１に記載のポリマー材料。
粒子が、イオン交換性、親水性、極性、無極性または疎水性の基によって官能化されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のポリマー材料。
ビニル残基、クロロ基などのハロゲン基、ヒドロキシ基、カルボン酸基またはエポキシ基が、化学反応を介する粒子の誘導体化に用いられていることを特徴とする、請求項３に記載のポリマー材料。
誘導体化された粒子が、イオン交換性、親水性、極性、無極性または疎水性の基のいずれかまたはその混合物を含む、請求項４に記載のポリマー材料。
開始剤および溶媒の存在下で、
ａ）ジビニルベンゼン（ＤＶＢ）の群から選択される架橋モノマー、および、選択的に、
ｂ）スチレン、メタクリル酸（ＭＡＡ）、グリシジルメタクリレート（ＧＭＡ）、２−ヒドロキシエチルメタクリレート（ＨＥＭＡ）およびビニルベンジルクロリド（ＶＢＣ）の群から選択されるさらなるモノマー、
を重合する、架橋した球形の単分散粒子からなるポリマー材料の製造方法であって、重合が、光誘導沈殿重合であることを特徴とする、前記製造方法。
光開始が、光源、好ましくは、キセノンランプ、最も好ましくは、１５０Ｗのキセノンランプによる重合媒体の照射によって誘導されることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
開始剤が、過酸化物、２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノン、ベンゾインメチルエーテルおよび、２，２’−アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）などのアゾ化合物の群から選択される、請求項６または７に記載の方法。
溶媒がアセトニトリルであることを特徴とする、請求項６〜８のいずれかに記載の方法。
開始モノマー濃度が２〜１０％の間であることを特徴とする、請求項６〜９のいずれかに記載の方法。
請求項１〜５のいずれかに記載のポリマー材料の、クロマトグラフ分離用材料としての使用。
２つの開放端を備えた中空のチューブを含む、サンプル中に存在する異なる分子のクロマトグラフ分離用分離カラムであって、カラムが請求項１〜５のいずれかに記載のポリマー粒子を含むことを特徴とする、前記カラム。