JP2011169660A - Adsorbent for extractive separation and method for separating polar compound - Google Patents

Adsorbent for extractive separation and method for separating polar compound Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an adsorbent for a polar compound excellent in selectivity which can efficiently extract and separate the polar compound present in a sample to be inspected without being affected by impurities in a chemical analyzing method for performing the qualitative analysis and quantitative analysis of the polar compound in food or an environment sample. <P>SOLUTION: The polar compound is selectively and simply extracted and separated by developing hydrophilic interaction by chemically bonding an ampholytic ionic polymer 13, which has an imino or amino group and a carboxylic group in its molecule, to a hydrophilic base material 11 having a reactive functional group 12 which can be reacted with the imino or amino group to form a hydration layer on the surface of the adsorbent 10. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、有機化合物の定性および定量を行う化学分析および分離分析において、環境や食品などの試料中から測定対象物である極性化合物を抽出分離し、非測定対象である夾雑物質を分離除去するための抽出分離用吸着剤および極性化合物の分離法に関するものである。 In the chemical analysis and separation analysis for qualitative and quantitative analysis of organic compounds, the present invention extracts and separates polar compounds as measurement objects from samples such as the environment and food, and separates and removes non-measurement contaminants. The present invention relates to an adsorbent for extraction separation and a method for separating polar compounds.

現在、数万〜10万種類にも及ぶとされる化学物質が年間数億トンもの規模で生産されているが、これらによる環境汚染と共に、人や生態系への悪影響も懸念され、管理、監視体制のさらなる強化が求められている。1999年交付の「特定化学物質の環境への排出量の把握等および管理の改善の促進に関する法律」に基づく環境汚染物質排出・移動登録(PRTR)制度により、大量に使用される物質はその使用量および環境への排出量の把握努力がされている。しかしながら、PRTR制度の対象化学物質は数百物質程度にすぎず、使用量の少ない化学物質、個人事業や家庭内などで使用される化学物質に関しての実態は把握されていない。一方、食品に関しても残留農薬や食品添加物の大量使用による健康への影響が問題視されている。近年、「食の安全・安心」が叫ばれる中、2002年のBSE発生を引き金に牛肉偽装、中国産冷凍野菜問題、無登録農薬事件が連鎖的に発生し、さらに、2007〜8年にかけ、中国産冷凍餃子事件、汚染米事件、中国でのメラミン混入事件など再び食害の連鎖反応が起きた。食品の成分に係わる規格(残留基準)に関しては旧来より定められていたが、2003年の食品衛生法改正に伴い、食品中に残留する農薬、飼料添加物及び動物医薬品(農薬など)について、一定量を超えて農薬などが残留する食品の販売などを原則的に禁止するというポジティブリスト制度が2006年5月から施行された。 Currently, several tens of thousands to 100,000 of chemical substances are produced on the scale of several hundred million tons per year. However, along with environmental pollution caused by these, there are concerns about adverse effects on humans and ecosystems. Further strengthening of the system is required. Substances used in large quantities in accordance with the Environmental Pollutant Release and Transfer Registration (PRTR) system based on the 1999 Act on Understanding the Emissions of Specific Chemical Substances to the Environment and Promoting Improvements in Management Efforts are being made to ascertain the volume and emissions to the environment. However, there are only a few hundred chemical substances subject to the PRTR system, and the actual situation regarding chemical substances that are used in small quantities, personal businesses, and households is not known. On the other hand, regarding foods, health effects due to the large use of residual agricultural chemicals and food additives are regarded as problems. In recent years, while “food safety and security” are screamed, the BSE outbreak in 2002 triggered a chain of beef disguise, a Chinese frozen vegetable problem, and an unregistered pesticide incident. The chain reaction of food damage occurred again, such as the Chinese frozen dumplings case, the contaminated rice case, and the melamine contamination case in China. Standards related to food ingredients (residue standards) have been established for some time, but with the revision of the Food Sanitation Law in 2003, certain amounts of pesticides, feed additives and veterinary drugs (such as agricultural chemicals) remained in foods. In May 2006, the positive list system was in effect to prohibit the sale of foods with pesticides remaining in excess of the amount.

環境や食品に限らず、監視や規制すべき有害性の高い化合物に関しては、例え微量であっても正確な測定が必要である。近年の機器分析法の飛躍的な進歩により、ppb〜pptレベルの極微量化合物の高感度測定が可能となった。しかしながら、環境や食品中に存在する微量化合物の測定においては、多種多彩な夾雑物質の妨害により、信頼性のある結果を得ることが難しい。また、夾雑物質があたかも対象化合物のように振る舞い、誤検出や大きな正誤差を生じてしまう恐れもある。つまり、分析の成否は、高度に存在する夾雑物質を如何に分離・除去するかといった前処理に大きく依存している。多種多彩な要求や、年々増加する検体数に対応するためには、前処理の高度化、省力化、迅速化が重要な課題である。 Not only the environment and food, but also highly harmful compounds that should be monitored and regulated, accurate measurement is required even in trace amounts. Recent breakthroughs in instrumental analysis have enabled highly sensitive measurement of extremely small amounts of compounds at the ppb to ppt level. However, in the measurement of trace compounds present in the environment and foods, it is difficult to obtain reliable results due to the interference of a wide variety of contaminants. Moreover, there is a possibility that the contaminants behave as if they are the target compound, resulting in erroneous detection or a large positive error. In other words, the success or failure of the analysis largely depends on the pretreatment such as how to separate and remove highly contaminated substances. In order to cope with a wide variety of demands and the number of samples increasing year by year, advancement of pretreatment, labor saving, and speedup are important issues.

夾雑物質が多量に含まれる環境や食品試料の前処理は、溶媒抽出法による予備抽出後、固相抽出法によって精製するといった手法が一般に用いられている。例えば、食品分析においては、ポジティブリスト制度の施行に伴い、「食品に残留する農薬、飼料添加物又は動物用医薬品成分である物質の試験法について」が、食安発第0124001号として厚生労働省から平成17年1月24日付で告示(非特許文献1)され、その後、「食品に残留する農薬、飼料添加物又は動物用医薬品成分である物質の試験法について(一部改正)」が、食安発第1129002号として平成17年11月29日に通知(非特許文献2)されている。ポジティブリスト制度に関わる試験方法は、旧厚生省時代の平成9年4月8日に通知されている「残留農薬迅速分析法の利用について」(平成9年衛化第43号、非特許文献3)が基となっている。この通知試験方法では、高度な分析機器であるGC−MSやLC−MSを用いた一斉試験法が多数採用されている。衛化第43号に示される試料前処理における主な工程は、図7に示すように、溶媒抽出→GPC分画→濃縮という順に行われる。また、予備抽出液から固相抽出法を用いて直接抽出・濃縮が行われる場合もある。 For pretreatment of an environment or food sample containing a large amount of contaminants, a method of preliminarily extracting by a solvent extraction method and then purifying by a solid phase extraction method is generally used. For example, in food analysis, with the enforcement of the positive list system, “Testing methods for substances that are pesticides, feed additives, or veterinary pharmaceutical ingredients remaining in food” has been issued by the Ministry of Health, Labor and Welfare as No. 0124001 Announced on January 24, 2005 (Non-Patent Document 1), then, “Regarding test methods for substances that are agricultural chemicals, feed additives or veterinary pharmaceutical ingredients remaining in food (partially revised)” It was notified on November 29, 2005 as Non-patent No. 1290002 (Non-patent Document 2). The test method related to the positive list system is “About the Use of Rapid Analysis Method for Residual Pesticides” notified on April 8, 1997 during the former Ministry of Health and Welfare (Heisei 43, Non-patent Document 3) Is based. In this notification test method, many simultaneous test methods using GC-MS and LC-MS, which are advanced analytical instruments, are employed. As shown in FIG. 7, the main steps in the sample pretreatment shown in Sanka No. 43 are performed in the order of solvent extraction → GPC fractionation → concentration. In some cases, direct extraction / concentration is performed from a pre-extraction solution using a solid-phase extraction method.

固相抽出法の基本原理は、溶媒抽出法と同様に二相間での溶質の分配に基づくものであるが、固相抽出法では液相と不溶性の固相とにより構成され、被検成分の固相への親和力を利用して抽出が行われる。固相抽出法は優れた捕集効率と有機溶媒使用量の低減といった環境配慮性が評価されて広く普及している。また、溶離液の強度を段階的に変化させることで、固相に抽出された成分を順次溶出させて分画・分離を行うことも可能である。固相抽出法は選択性や精製度などの点で溶媒抽出法と比較して優れており、多彩な目的に対する高い順応性を持っている。固相抽出剤としては、オクタデシル基結合シリカゲル(一般に、ODSまたはC18と呼ばれる)やポリスチレンゲルなどの主に疎水性相互作用を利用した所謂逆相型固相抽出剤が主流となっている。旧来から使用されている農薬は脂溶性化合物が多いため、これらの疎水性固相抽出剤を用いて予備抽出液から容易に抽出でき、夾雑物質との分離も可能である。しかしながら、近年においては、生分解性が高く、蓄積性の低い、つまり親水性の高い農薬が多用されており、既存の抽出技術では対応困難な場合も多い。特に、疎水性固相抽出剤は疎水性相互作用のみに頼って測定対象化合物を抽出するため、極性化合物の抽出には必ずしも有効であるとはいえない。 The basic principle of the solid-phase extraction method is based on the distribution of the solute between the two phases, similar to the solvent extraction method. However, the solid-phase extraction method is composed of a liquid phase and an insoluble solid phase. Extraction is performed using affinity for the solid phase. The solid-phase extraction method is widely used because it has been evaluated for environmental considerations such as excellent collection efficiency and reduction in the amount of organic solvent used. In addition, by changing the strength of the eluent stepwise, it is possible to sequentially elute the components extracted on the solid phase and perform fractionation / separation. The solid-phase extraction method is superior to the solvent extraction method in terms of selectivity and degree of purification, and has high adaptability for various purposes. As the solid phase extraction agent, a so-called reverse phase type solid phase extraction agent mainly utilizing hydrophobic interaction such as octadecyl group-bonded silica gel (generally referred to as ODS or C18) or polystyrene gel has become the mainstream. Since agrochemicals used from the past have many fat-soluble compounds, they can be easily extracted from a pre-extraction solution using these hydrophobic solid phase extractants and can be separated from contaminants. However, in recent years, agricultural chemicals with high biodegradability and low accumulation, that is, high hydrophilicity, are frequently used, and it is often difficult to cope with existing extraction techniques. In particular, the hydrophobic solid-phase extraction agent is not necessarily effective for extracting polar compounds because it extracts a measurement target compound by relying only on hydrophobic interaction.

このような課題を解消するため、副次的な相互作用を発現する官能基を共存させて極性化合物の抽出を促進しようとする試みもなされている。特許文献1には、ジビニルベンゼンとN−ビニルピロリドンとの共重合体を利用した固相抽出剤に関して開示されており、この固相抽出剤を用いることで極性化合物から疎水性化合物までの広い範囲の化合物を一斉に抽出可能であるとされている。これらの固相抽出剤とGC−MSまたはLC−MSとの融合により多成分一斉分析が達成されている。しかしながら、このような固相抽出剤は、高極性化合物やイオン性化合物のような水溶性の高い化合物に対する選択性・特異性は非常に低い。実際、前述の通知試験法においても、高極性農薬などに関しては、抽出効率が低い、他の成分と抽出条件が異なるなどの課題から、一斉試験法は採用されておらず個別試験法が通知されている。イオン性化合物の抽出特性を改善するため、上記ジビニルベンゼンとN−ビニルピロリドンとの共重合体にイオン交換基を導入した固相抽出剤が特許文献2に開示されている。この固相抽出剤を用いることにより、イオン交換相互作用と疎水性相互作用との複合効果によりイオン性化合物の抽出率を高めることが可能となった。しかしながら、疎水性が低くかつイオン性も低い化合物や、非イオン性の極性化合物などの抽出率は低く、満足行く抽出結果を得ることは難しい。 In order to solve such a problem, an attempt has been made to promote the extraction of polar compounds by coexisting a functional group that exhibits a secondary interaction. Patent Document 1 discloses a solid-phase extraction agent using a copolymer of divinylbenzene and N-vinylpyrrolidone, and a wide range from polar compounds to hydrophobic compounds by using this solid-phase extraction agent. It is said that these compounds can be extracted simultaneously. Multicomponent simultaneous analysis has been achieved by fusing these solid-phase extraction agents with GC-MS or LC-MS. However, such solid-phase extraction agents have very low selectivity and specificity for highly water-soluble compounds such as highly polar compounds and ionic compounds. In fact, even in the above-mentioned notification test methods, for high-polarity pesticides etc., the simultaneous test method is not adopted and individual test methods are notified due to problems such as low extraction efficiency and different extraction conditions from other components. ing. In order to improve the extraction characteristics of the ionic compound, Patent Document 2 discloses a solid-phase extraction agent in which an ion exchange group is introduced into the copolymer of divinylbenzene and N-vinylpyrrolidone. By using this solid phase extractant, it became possible to increase the extraction rate of ionic compounds by the combined effect of ion exchange interaction and hydrophobic interaction. However, the extraction rate of compounds having low hydrophobicity and low ionicity and nonionic polar compounds is low, and it is difficult to obtain satisfactory extraction results.

近年、高速液体クロマトグラフィーの新規な分離機構として親水性相互作用が注目を浴びている(非特許文献4)。親水性相互作用とは、吸着剤の親水基に基づく極性や水素結合などの相互作用や、吸着剤に保持された水相への分配などの複合的な相互作用である。この分離系は極性固定相とアセトニトリルなどの極性移動相とにより構成され、極性固定相への親和性を利用して極性化合物の分離を行うものである。この親水性相互作用を固相抽出法に利用できれば、疎水性固相抽出剤では高回収率が望めない極性化合物の抽出が容易となる。被検溶液の溶媒としては極性有機溶媒が用いられるため、食品分析で多用される極性有機溶媒による予備抽出液からの極性化合物の抽出に有効な手法となる。また、極性化合物の溶出には水または塩水溶液を用いるため、ODS(C18)のような逆相高速液体クロマトグラフィーで分離分析を行う場合には最適な前処理手法となる。親水性相互作用に用いられる吸着剤としては、アミノ基、アミド基、ジオール基などを結合したシリカゲルがあるが、これらの吸着剤の極性化合物に対する本質的な親和性は必ずしも高くはない。高速液体クロマトグラフィーにおいては、連続的な分離平衡によって分離を行うため高い親和性は必要としないが、固相抽出法においては捕捉された化合物が試料中に含まれる夾雑成分や有機溶媒により溶出してしまうことがないような高い親和性が必要となる。 In recent years, hydrophilic interaction has attracted attention as a novel separation mechanism of high performance liquid chromatography (Non-patent Document 4). The hydrophilic interaction is a complex interaction such as an interaction such as polarity or hydrogen bond based on the hydrophilic group of the adsorbent, or distribution to an aqueous phase held by the adsorbent. This separation system is composed of a polar stationary phase and a polar mobile phase such as acetonitrile, and separates polar compounds using affinity for the polar stationary phase. If this hydrophilic interaction can be used in the solid phase extraction method, it becomes easy to extract polar compounds that cannot be expected to have a high recovery rate with a hydrophobic solid phase extraction agent. Since a polar organic solvent is used as a solvent for the test solution, this is an effective technique for extracting a polar compound from a pre-extraction solution using a polar organic solvent frequently used in food analysis. In addition, since water or an aqueous salt solution is used for elution of polar compounds, it is an optimal pretreatment method when performing separation analysis by reverse phase high performance liquid chromatography such as ODS (C18). Adsorbents used for hydrophilic interaction include silica gel bonded with amino groups, amide groups, diol groups, etc., but the intrinsic affinity of these adsorbents for polar compounds is not necessarily high. In high-performance liquid chromatography, high affinity is not required because the separation is performed by continuous separation equilibrium, but in the solid-phase extraction method, the captured compounds are eluted by contaminant components or organic solvents contained in the sample. A high affinity is required so that it does not occur.

この課題に対して、非特許文献5および非特許文献6に親水性樹脂に両性イオンであるスルホベタインを導入した固相抽出剤に関する報告がある。この報告によれば、アンチカオトロピック性であるスルホベタイン基の高い水和力によって吸着剤表面に水和層が形成され、この水和層に効率的に極性化合物が抽出されることとなる。この文献では、親水性相互作用を発現するとされる市販の固相抽出剤との比較において、スルホベタイン型固相抽出剤は種々の極性化合物に対して最も高い回収率を示したとされている。この文献に従えば、この固相抽出剤は極性化合物の抽出や極性化合物の高速液体クロマトグラフィーに有効な吸着剤・分離剤であるといえる。しかし、両性イオンは分子内での自己中和により非イオン性化合物として挙動するとされているが、実際の測定に用いる場合には対イオンが結合してしまい正または負の荷電を帯びていると考えられる。例えば、測定試料中にナトリウムイオンが大量に存在する場合には、スルホ基がナトリウム型になってしまうため、四級アンモニウム基に基づく正の荷電を帯びてしまうこととなる。特に、スルホベタイン基はイオン性が高いため、測定対象化合物によっては強いイオン交換相互作用またはイオン排除相互作用が加味された親水性相互作用により抽出分離されることとなる。実際、非特許文献5および非特許文献6に記載の方法によればスルホ基は対イオンとしてナトリウム持っていることとなる。さらに、報告されている官能基の導入量は決して高いとはいえず、かつ水和層(保水量や水和層の厚さ)の調整、つまり疎水性相互作用の調整は容易ではないものと考えられる。 In response to this problem, Non-Patent Document 5 and Non-Patent Document 6 report on a solid-phase extraction agent in which sulfobetaine which is an amphoteric ion is introduced into a hydrophilic resin. According to this report, a hydration layer is formed on the surface of the adsorbent due to the high hydration power of the sulfobetaine group which is antichaotropic, and a polar compound is efficiently extracted into this hydration layer. In this document, it is said that the sulfobetaine type solid phase extractant showed the highest recovery rate with respect to various polar compounds in comparison with a commercially available solid phase extractant that expresses hydrophilic interaction. According to this document, it can be said that this solid phase extraction agent is an adsorbent / separation agent effective for extraction of polar compounds and high performance liquid chromatography of polar compounds. However, the zwitterion is supposed to behave as a nonionic compound by self-neutralization in the molecule, but when used for actual measurement, the counterion is bound and has a positive or negative charge. Conceivable. For example, when a large amount of sodium ions are present in the measurement sample, the sulfo group becomes a sodium type, so that it is positively charged based on the quaternary ammonium group. In particular, since the sulfobetaine group is highly ionic, depending on the compound to be measured, it is extracted and separated by a hydrophilic interaction with a strong ion exchange interaction or ion exclusion interaction added. In fact, according to the methods described in Non-Patent Document 5 and Non-Patent Document 6, the sulfo group has sodium as a counter ion. Furthermore, the reported introduction of functional groups is by no means high, and adjustment of the hydration layer (water retention amount and thickness of the hydration layer), that is, adjustment of hydrophobic interaction is not easy. Conceivable.

特許公表2000−514704号公報Patent Publication 2000-514704 特許公表2002−517574号公報Patent Publication 2002-517574

厚生労働省、食安発第0124001号、平成17年1月24日付通知Ministry of Health, Labor and Welfare, Food Safety No. 012001, dated January 24, 2005 厚生労働省、食安発第1129002号、平成17年11月29日付通知Ministry of Health, Labor and Welfare, Food Safety No. 1129002, Notification of November 29, 2005 厚生省、衛化第43号、平成9年4月8日付通知Ministry of Health, Welfare No. 43, April 8, 1997 notice A.J. Alpert:Journal of Chromatography、vol.499、p.177 (1990).A. J. et al. Alpert: Journal of Chromatography, vol. 499, p. 177 (1990). T. Tsukamoto、A. Yamamoto、W. Kamichatani and Y. Inoue:Chromatographia、vol.70、p.1525 (2009)T.A. Tsukamoto, A .; Yamamoto, W.H. Kamichitani and Y.K. Inoue: Chromatographia, vol. 70, p. 1525 (2009) T. Tsukamoto、M. Yasuma、A. Yamamoto、K. Hirayama、T. Kihou、S. Kodama and Y. Inoue:Journal of Separation Science、vol.32、p.3591 (2009)T.A. Tsukamoto, M .; Yasuma, A .; Yamamoto, K .; Hirayama, T .; Kihou, S.A. Kodama and Y.K. Inoue: Journal of Separation Science, vol. 32, p. 3591 (2009)

本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたもので、夾雑成分を多量に含む試料中の極性化合物の化学分析及び分離分析において使用される、両性イオン性の高分子が親水性基材の表面に化学的に結合された親水性相互作用を発現する極性化合物のための抽出分離に好適な吸着剤を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and a zwitterionic polymer used in chemical analysis and separation analysis of polar compounds in a sample containing a large amount of impurities is a hydrophilic substrate. An object of the present invention is to provide an adsorbent suitable for extraction separation for a polar compound that expresses a hydrophilic interaction chemically bound to a surface.

本発明の発明者が鋭意研究を行った結果、分子内にイミノ基またはアミノ基とカルボキシル基を多数有する水溶性の両性イオン性高分子を親水性基材に化学的に結合させることにより、親水性相互作用によって極性化合物を効率よく抽出分離することが可能な吸着剤が得られることを見いだした。 As a result of intensive studies by the inventors of the present invention, a water-soluble zwitterionic polymer having a large number of imino groups or amino groups and carboxyl groups in the molecule is chemically bonded to a hydrophilic substrate, thereby It was found that an adsorbent capable of efficiently extracting and separating polar compounds by sexual interaction was obtained.

本発明において、親水性基材に化学的に結合される水溶性の両性イオン性高分子は、下記式(1)に示されるジアリルアミン−マレイン酸共重合体または下記式(2)に示されるアリルアミン−マレイン酸共重合体、およびこれらの混合物である。 In the present invention, the water-soluble zwitterionic polymer chemically bonded to the hydrophilic substrate is a diallylamine-maleic acid copolymer represented by the following formula (1) or an allylamine represented by the following formula (2). -Maleic acid copolymers, and mixtures thereof.

Figure 2011169660
Figure 2011169660

Figure 2011169660
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本発明において使用される親水性基材は、イミノ基またはアミノ基と反応することが可能な反応性モノマーと架橋性モノマーとの共重合反応により得られる親水性の共重合体、または、イミノ基またはアミノ基と反応することが可能な官能基を導入可能な親水性の共重合体である。 The hydrophilic substrate used in the present invention is a hydrophilic copolymer obtained by a copolymerization reaction of a reactive monomer capable of reacting with an imino group or an amino group and a crosslinkable monomer, or an imino group. Or it is a hydrophilic copolymer which can introduce | transduce the functional group which can react with an amino group.

本発明においては、式(1)または式(2)に代表される分子内にイミノ基またはアミノ基とカルボキシル基を多数有する水溶性の両性イオン性高分子を親水性基材に結合した後、導入された両性イオン性高分子同士をエポキシ化合物を用いて架橋させる。 In the present invention, after binding a water-soluble zwitterionic polymer having a large number of imino groups or amino groups and carboxyl groups in the molecule represented by the formula (1) or (2) to a hydrophilic substrate, The introduced zwitterionic polymers are cross-linked using an epoxy compound.

本発明においては、式(1)または式(2)に代表される分子内にイミノ基またはアミノ基とカルボキシル基を多数有する水溶性の両性イオン性高分子を親水性基材に結合した後のエポキシ化合物による架橋反応時に、エポキシ化合物と共に当該両性イオン性高分子を更に添加して架橋を行う。この方法により、保水量や水和層の状態を調節する。 In the present invention, a water-soluble zwitterionic polymer having a large number of imino groups or amino groups and carboxyl groups in the molecule represented by formula (1) or formula (2) is bonded to a hydrophilic substrate. In the crosslinking reaction with the epoxy compound, the zwitterionic polymer is further added together with the epoxy compound to perform crosslinking. By this method, the amount of water retention and the state of the hydrated layer are adjusted.

本発明によれば、分子内にイミノ基またはアミノ基とカルボキシル基を多数有する水溶性の両性イオン性高分子を親水性基材に化学的に結合させることにより、極性化合物の抽出分離に適した吸着剤を容易に得ることが可能である。本発明の吸着剤は、極性有機溶媒を用いた環境や食品などの試料の予備抽出液から親水性相互作用によって極性化合物を選択的に抽出分離することが可能であると共に、高親水性高分子による吸着剤表面の高度な被覆により疎水性化合物が捕捉されることがないため、環境や食品などの試料中の極性化合物の前処理用固相抽出剤および高速液体クロマトグラフィー用分離剤として好適な吸着剤となりうる。 According to the present invention, a water-soluble zwitterionic polymer having a large number of imino groups or amino groups and carboxyl groups in the molecule is chemically bonded to a hydrophilic substrate, which is suitable for extraction and separation of polar compounds. It is possible to easily obtain an adsorbent. The adsorbent of the present invention is capable of selectively extracting and separating polar compounds from a pre-extraction solution of a sample such as an environment or food using a polar organic solvent by hydrophilic interaction and a highly hydrophilic polymer. Because hydrophobic compounds are not trapped by the high-level coating on the adsorbent surface, it is suitable as a solid phase extractant for pretreatment of polar compounds in samples such as the environment and food, and as a separating agent for high-performance liquid chromatography. Can be an adsorbent.

図1は、本発明の吸着剤の両性イオン性高分子の結合状態および架橋反応による両性イオン性高分子の結合状態の変化を示す概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram showing the binding state of the zwitterionic polymer of the adsorbent of the present invention and changes in the binding state of the zwitterionic polymer due to a crosslinking reaction. 図2は、本発明の吸着剤を固相抽出法に用いる場合のシリンジ型固相抽出カートリッジの一例である。FIG. 2 is an example of a syringe-type solid phase extraction cartridge when the adsorbent of the present invention is used in the solid phase extraction method. 図3は、本発明の吸着剤を固相抽出法に用いる場合のルアー型固相抽出カートリッジの一例である。FIG. 3 is an example of a Luer type solid phase extraction cartridge when the adsorbent of the present invention is used in the solid phase extraction method. 図4は、本発明の吸着剤を固相抽出法に用いる場合の操作フローを示したものである。FIG. 4 shows an operation flow when the adsorbent of the present invention is used in the solid phase extraction method. 図5は、本発明の両性イオン性高分子結合吸着剤A、B、Cおよび比較例のスルホベタイン型吸着剤における極性化合物の抽出回収率を比較したグラフである。FIG. 5 is a graph comparing the extraction recovery rates of polar compounds in the zwitterionic polymer-bound adsorbents A, B, C of the present invention and the sulfobetaine-type adsorbents of the comparative examples. 図6は、本発明の両性イオン性高分子結合吸着剤D、EおよびFを用いて高速液体クロマトグラフィーにより核酸塩基類を分離したクロマトグラムである。FIG. 6 is a chromatogram obtained by separating nucleobases by high performance liquid chromatography using the zwitterionic polymer-bound adsorbents D, E and F of the present invention. 図7は、食品中の残留農薬迅速分析法の操作フローを示した説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing an operation flow of the rapid analysis method of pesticide residues in food.

本発明では、分子内にイミノ基またはアミノ基とカルボキシル基を多数有する水溶性の両性イオン性高分子を親水性基材に化学的に結合させることにより極性化合物の抽出分離に適した吸着剤を製造する。 In the present invention, an adsorbent suitable for the extraction and separation of polar compounds is obtained by chemically binding a water-soluble zwitterionic polymer having many imino groups or amino groups and carboxyl groups in the molecule to a hydrophilic substrate. To manufacture.

本発明において親水性基材に結合される水溶性の両性イオン性高分子としては、下記式(1)に示されるジアリルアミン−マレイン酸共重合体または下記式(2)に示されるアリルアミン−マレイン酸共重合体が用いられ、これら共重合体単独またはこれら共重合体を混合して親水性基材に結合してもよい。これらの両性イオン性高分子は、例えば、ジアリルアミンまたはアリルアミンと無水マレイン酸との共重合により得られる共重合体を加水分解することにより得ることができる。ジアリルアミンまたはアリルアミンと無水マレイン酸との存在比(式(1)および式(2)におけるn:m)は概ね1:1である。これらの高分子の分子量を正確に求めることは難しいが、本発明においては大凡の平均分子量として5、000〜100、000のものが用いられる。これらの高分子は水溶性であり、それぞれのイオン性基の周りに多数の水分子が水和しており、高い保水性を示す。一般に、高分子は直鎖状に伸長しているのではなく、螺旋状または球状構造を取っており、これらの構造内部には多数の水分子が保持されている。親水性相互作用においては両性イオン性高分子のイオン性基も極性化合物の抽出に有効に寄与することができるが、イオン交換相互作用またはイオン排除相互作用が強く発現することは好ましくはない。そのため、本発明においては、弱陽イオン性および弱陰イオン性の官能基を有する両性イオン性高分子を使用する。 In the present invention, the water-soluble zwitterionic polymer bonded to the hydrophilic substrate is a diallylamine-maleic acid copolymer represented by the following formula (1) or an allylamine-maleic acid represented by the following formula (2). Copolymers are used, and these copolymers alone or a mixture of these copolymers may be bonded to the hydrophilic substrate. These zwitterionic polymers can be obtained, for example, by hydrolyzing a diallylamine or a copolymer obtained by copolymerization of allylamine and maleic anhydride. The abundance ratio of diallylamine or allylamine to maleic anhydride (n: m in formula (1) and formula (2)) is approximately 1: 1. Although it is difficult to accurately determine the molecular weight of these polymers, those having an average molecular weight of 5,000 to 100,000 are used in the present invention. These polymers are water-soluble, and a large number of water molecules are hydrated around each ionic group, and show high water retention. In general, a polymer does not extend linearly, but has a helical or spherical structure, and a large number of water molecules are retained inside these structures. In the hydrophilic interaction, the ionic group of the zwitterionic polymer can also contribute effectively to the extraction of the polar compound, but it is not preferable that the ion exchange interaction or the ion exclusion interaction is strongly expressed. For this reason, in the present invention, zwitterionic polymers having weak cationic and weak anionic functional groups are used.

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上記、式(1)または式(2)に示すイミノ基またはアミノ基とカルボキシル基を多数有する両性高分子としては、アミノアルキル(メタ)アクリレートあるいはアミノアルキルアクリルアミドと(メタ)アクリル酸の共重合体があげられる。このような両性高分子は,アミノアルキル(メタ)アクリレートあるいはアミノアルキルアクリルアミドと(メタ)アクリル酸との共重合により得ることができるが,アミノアルキル(メタ)アクリレートあるいはアミノアルキルアクリルアミドと(メタ)アクリル酸のアルキルエステルとの共重合により得られる共重合体のエステル部分を加水分解してすることにより得ることもできる。アミノアルキル(メタ)アクリレートあるいはアミノアルキルアクリルアミドとしては、N,N-ジメチルアミノエチルアクリレート,N,N-ジメチルアミノエチルメタクリレート,N,N-ジエチルアミノエチルメタクリレート,N,N-ジメチルアミノプロピルアクリルアミド等があげられる。また、(メタ)アクリル酸のアルキルエステルとしては、メチルメタクリレート、メチルアクリレート、エチルメタクリレート、エチルアクリレートなどがあげられる。さらに、イミノ基またはアミノ基とカルボキシル基を多数有する両性高分子としては、グリシジル(メタ)アクリレートと(メタ)アクリル酸あるいは(メタ)アクリル酸のアルキルエステルとの共重合体のグリシジル基に各種アミンを反応させたものも使用することが可能である。(メタ)アクリル酸のアルキルエステルを用いた場合には、グリシジル基にアミンを反応させた後、エステルの加水分解を行う。 Examples of the amphoteric polymer having a large number of imino groups or amino groups and carboxyl groups represented by the above formula (1) or formula (2) include aminoalkyl (meth) acrylates or copolymers of aminoalkylacrylamide and (meth) acrylic acid Can be given. Such amphoteric polymers can be obtained by copolymerization of aminoalkyl (meth) acrylate or aminoalkylacrylamide and (meth) acrylic acid, but aminoalkyl (meth) acrylate or aminoalkylacrylamide and (meth) acrylic. It can also be obtained by hydrolyzing the ester portion of the copolymer obtained by copolymerization with an acid alkyl ester. Examples of aminoalkyl (meth) acrylate or aminoalkylacrylamide include N, N-dimethylaminoethyl acrylate, N, N-dimethylaminoethyl methacrylate, N, N-diethylaminoethyl methacrylate, and N, N-dimethylaminopropyl acrylamide. It is done. Examples of the alkyl ester of (meth) acrylic acid include methyl methacrylate, methyl acrylate, ethyl methacrylate, and ethyl acrylate. Further, amphoteric polymers having a large number of imino groups or amino groups and carboxyl groups include glycidyl (meth) acrylate and (meth) acrylic acid or copolymers of (meth) acrylic acid alkyl esters with various amines. It is also possible to use a product obtained by reacting. When an alkyl ester of (meth) acrylic acid is used, the ester is hydrolyzed after the amine is reacted with the glycidyl group.

本発明においては、親水性相互作用を明確に発現させるため、前記両性イオン性の高分子を結合する基材にも親水性のものが使用される。親水性基材としては、公知の方法により、親水性モノマーと親水性架橋性モノマーとの共重合により得ることが可能であるが、前記両性イオン性の高分子を化学的に結合させるため、反応性官能基を有する必要がある。このような反応性基材は、反応性モノマーと架橋性モノマーとの共重合、または親水性基材に後反応により反応性官能基を導入することにより得られる。前記両性イオン性高分子の結合においては、イミノ基またはアミノ基との反応、またはカルボキシル基との反応により行うことが可能であるが、結合反応の容易さおよび反応生成物の安定性の点を考えると、イミノ基またはアミノ基との反応を利用するのが有利である。従って、本発明においては、反応性官能基として、イミノ基またはアミノ基と反応可能な官能基を有する基材が用いられる。 In the present invention, in order to express the hydrophilic interaction clearly, a hydrophilic material is also used for the substrate to which the zwitterionic polymer is bound. The hydrophilic substrate can be obtained by copolymerization of a hydrophilic monomer and a hydrophilic crosslinkable monomer by a known method. However, in order to chemically bond the zwitterionic polymer, a reaction is performed. It is necessary to have a functional group. Such a reactive substrate can be obtained by copolymerizing a reactive monomer and a crosslinkable monomer, or introducing a reactive functional group into a hydrophilic substrate by a post reaction. The binding of the zwitterionic polymer can be performed by a reaction with an imino group or an amino group, or a reaction with a carboxyl group. However, the ease of the binding reaction and the stability of the reaction product are limited. When considered, it is advantageous to utilize a reaction with an imino or amino group. Therefore, in the present invention, a substrate having a functional group capable of reacting with an imino group or an amino group is used as the reactive functional group.

イミノ基またはアミノ基と反応可能な官能基を有する親水性基材の一つの形態は、イミノ基またはアミノ基と反応可能な官能基を有する親水性のビニルモノマーと、2個以上のビニル基を有する親水性の架橋性モノマーとの共重合によって得られる架橋性高分子である。イミノ基またはアミノ基と反応する官能基を有する親水性のビニルモノマーの官能基としては、ハロゲン化アルキル基、エポキシ基などがあげられる。ハロゲン化アルキル基を有する反応性モノマーとしては、例えば、3−クロロ−2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、3−クロロ−2−ヒドロキシプロピルアクリレート、2−クロロエチルメタクリレート、2−クロロエチルアクリレートなどがあげられる。エポキシ基を有する官能性モノマーとしては、例えば、グリシジルメタクリレート、グリシジルアクリレートなどがあげられる。これらモノマーと共重合が可能なビニル基を2個以上有する親水性の架橋性モノマーとしては、エチレンジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、グリセリンジメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、ネオペンチルグリコールトリメタクリレートなどの多官能メタクリレート系モノマー、この他、トリアリルイソシアヌレート、トリメタアリルイソシアヌレートなどのシアヌル酸骨格を持つ架橋性モノマーなどがあげられる。また、親水性基材の親水性や水素結合性などの物性を改善するために、第三のビニルモノマーを添加することも可能である。物性改善のためのビニルモノマーとしては、N,N−ジメチルアクリルアミド、N,N−ジエチルアクリルアミド、モルホリノアクリルアミドなどのアミド系モノマー、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、グリセリンメタクリレート、ネオペンチルグリコールメタクリレート、トリメチロールプロパンメタクリレートなどのメタクリレートモノマー、さらにはN−ビニルピロリドンなどがあげられる。 One form of the hydrophilic substrate having a functional group capable of reacting with an imino group or an amino group includes a hydrophilic vinyl monomer having a functional group capable of reacting with an imino group or an amino group, and two or more vinyl groups. It is a crosslinkable polymer obtained by copolymerization with a hydrophilic crosslinkable monomer. Examples of the functional group of the hydrophilic vinyl monomer having a functional group that reacts with an imino group or an amino group include a halogenated alkyl group and an epoxy group. Examples of the reactive monomer having a halogenated alkyl group include 3-chloro-2-hydroxypropyl methacrylate, 3-chloro-2-hydroxypropyl acrylate, 2-chloroethyl methacrylate, 2-chloroethyl acrylate, and the like. Examples of the functional monomer having an epoxy group include glycidyl methacrylate and glycidyl acrylate. Examples of hydrophilic crosslinkable monomers having two or more vinyl groups copolymerizable with these monomers include ethylene dimethacrylate, diethylene glycol dimethacrylate, glycerin dimethacrylate, trimethylolpropane trimethacrylate, and neopentyl glycol trimethacrylate. Other examples include functional methacrylate monomers, crosslinkable monomers having a cyanuric acid skeleton such as triallyl isocyanurate and trimethallyl isocyanurate. In addition, a third vinyl monomer can be added in order to improve the physical properties such as hydrophilicity and hydrogen bonding properties of the hydrophilic substrate. Examples of vinyl monomers for improving physical properties include amide monomers such as N, N-dimethylacrylamide, N, N-diethylacrylamide, and morpholinoacrylamide, 2-hydroxyethyl methacrylate, glycerin methacrylate, neopentyl glycol methacrylate, and trimethylolpropane methacrylate. And methacrylate monomers such as N-vinylpyrrolidone.

本発明の親水性基材において、イミノ基またはアミノ基と反応する官能基を有するビニルモノマーの量は、全ビニルモノマーに対して20〜80重量%、好ましくは30〜80重量%であり、十分な硬度を確保するためにビニル基を2個以上有する親水性の架橋性モノマーは少なくとも20重量%以上用いる。また、親水性基材の親水性や水素結合性などの物性を改善するために添加される他のビニルモノマーは、0〜20重量%で用いるのが好ましい。 In the hydrophilic substrate of the present invention, the amount of the vinyl monomer having a functional group that reacts with an imino group or an amino group is 20 to 80% by weight, preferably 30 to 80% by weight, based on the total vinyl monomer. In order to ensure sufficient hardness, at least 20% by weight or more of a hydrophilic crosslinkable monomer having two or more vinyl groups is used. Moreover, it is preferable to use 0-20 weight% of other vinyl monomers added in order to improve the physical properties, such as hydrophilic property and hydrogen bonding property of a hydrophilic base material.

イミノ基またはアミノ基と反応可能な官能基を有する親水性基材のもう一つの形態は、水酸基を多数有する親水性担体に、イミノ基またはアミノ基と反応可能な官能基を化学反応によって導入することにより得られる。水酸基を多数有する親水性担体としては、ポリビニルアルコール系架橋性樹脂、ヒドロキシメタクリレート系架橋性樹脂などの合成高分子系の親水性担体、さらにはセルロース、デキストランなどの多糖類を原料とする親水性担体などを使用することができる。イミノ基またはアミノ基と反応する官能基としては、ハロゲン化アルキル基、エポキシ基などがあげられる。これらの官能基は、親水性担体の水酸基に、エピクロロヒドリンやポリグリシジルエーテルを反応させることでエポキシ基を導入することが可能である。導入されたエポキシ基は必要に応じてハロゲン化水素酸で処理することで、イミノ基またはアミノ基と反応するハロゲン化アルキル基(クロロヒドリン基)に変換することも可能である。また、親水性担体の水酸基をピリジン中で塩化チオニルとの反応で水酸基を塩素化することが可能であり、このような方法によってハロゲン化アルキル基を導入しても良い。 In another embodiment of the hydrophilic substrate having a functional group capable of reacting with an imino group or an amino group, a functional group capable of reacting with an imino group or an amino group is introduced into a hydrophilic carrier having many hydroxyl groups by a chemical reaction. Can be obtained. Examples of the hydrophilic carrier having a large number of hydroxyl groups include hydrophilic hydrophilic carriers made of synthetic polymers such as polyvinyl alcohol-based crosslinkable resins and hydroxymethacrylate-based crosslinkable resins, and hydrophilic carriers made from polysaccharides such as cellulose and dextran. Etc. can be used. Examples of the functional group that reacts with the imino group or amino group include a halogenated alkyl group and an epoxy group. These functional groups can introduce an epoxy group by reacting a hydroxyl group of a hydrophilic carrier with epichlorohydrin or polyglycidyl ether. The introduced epoxy group can be converted into a halogenated alkyl group (chlorohydrin group) that reacts with an imino group or an amino group by treating with a hydrohalic acid as necessary. Further, the hydroxyl group of the hydrophilic carrier can be chlorinated by reaction with thionyl chloride in pyridine, and a halogenated alkyl group may be introduced by such a method.

本発明においては、高い捕捉能が要求されるため、十分な比表面積を有する多孔質の基材が必要となる。また、結合させる官能基が高分子であるため、高分子が細孔内部まで浸透できるだけの細孔径が必要である。そのため、ビニルモノマーの共重合時に、ビニルモノマーと相溶性を持ちかつ重合反応に寄与しない細孔調節剤となる溶媒を存在させて共重合を行う。細孔調節剤は、使用するモノマーの物性により適宜選択されるものであるが、一般的に、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素、酢酸ブチル、フタル酸ジメチルなどのエステル類、アミルアルコール、オクチルアルコールなどの難溶性アルコール類、オクタン、ドデカンなどのパラフィン類が使用され、重合性モノマー100重量部に対して30〜200重量部、好ましくは60〜150重量部の範囲で使用する。多孔質の基材の細孔径、比表面積は捕捉対象成分や共存成分の特性にも依存するが、本発明においては、非膨潤時の細孔物性として、平均細孔径10〜50nm、比表面積10〜800m/gのものを用いるのが好ましい。 In the present invention, since a high capturing ability is required, a porous substrate having a sufficient specific surface area is required. In addition, since the functional group to be bonded is a polymer, a pore size that allows the polymer to penetrate into the pores is necessary. Therefore, at the time of copolymerization of the vinyl monomer, the copolymerization is carried out in the presence of a solvent serving as a pore regulator that is compatible with the vinyl monomer and does not contribute to the polymerization reaction. The pore regulator is appropriately selected depending on the physical properties of the monomer used, but in general, aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene, esters such as butyl acetate and dimethyl phthalate, amyl alcohol, octyl Slightly soluble alcohols such as alcohol and paraffins such as octane and dodecane are used and used in the range of 30 to 200 parts by weight, preferably 60 to 150 parts by weight, based on 100 parts by weight of the polymerizable monomer. Although the pore diameter and specific surface area of the porous substrate depend on the characteristics of the components to be captured and the coexisting components, in the present invention, the pore physical properties at the time of non-swelling are as follows: average pore diameter of 10 to 50 nm, specific surface area of 10 It is preferable to use one having a particle size of ˜800 m 2 / g.

本発明において使用される親水性基材の粒子径は任意に設定することができるが、一般に、固相抽出用としては平均粒子径で25〜200μm、高速液体クロマトグラフィー用としては2〜20μmのものが用いられる。また、親水性基材の形状に関しては、不定形の破砕型であっても、球形であってもかまわない。流量特性や分離能を重視する場合には球状のほうが好ましく、この場合には、懸濁重合法により球状の共重合体を得るのが効率的である。 The particle size of the hydrophilic substrate used in the present invention can be arbitrarily set, but in general, the average particle size is 25 to 200 μm for solid phase extraction and 2 to 20 μm for high performance liquid chromatography. Things are used. Moreover, regarding the shape of the hydrophilic substrate, it may be an irregular crushing type or a spherical shape. When importance is attached to the flow characteristics and separation ability, the spherical shape is preferred. In this case, it is efficient to obtain a spherical copolymer by suspension polymerization.

図1に、本発明の吸着剤の両性イオン性高分子の結合状態および架橋反応による両性イオン性高分子の結合状態の変化を示す。本発明において、両性イオン性高分子13の親水性基材11への結合は、両性イオン性高分子13中のイミノ基またはアミノ基と、親水性基材11中のイミノ基またはアミノ基と反応する反応性の官能基との反応により行われる。この場合、両性イオン性高分子13中のカルボキシル基との反応が生じてしまう可能性もあるため、アルカリ条件下で反応を行う。すなわち、導入目的の両性イオン性高分子13を、水、または必要に応じてアルコール、ジメチルホルムアミドなどの水溶液中に溶解し、その溶液中に親水性の反応性官能基12を有する親水性基材を分散させて、攪拌しながら、室温〜80℃で、3〜24時間反応させる。両性イオン性高分子13中にはイミノ基またはアミノ基が多数存在しているため、親水性基材11中の複数の反応性官能基12と反応する。また、高分子鎖間の絡み合いも存在するため、本発明の吸着剤10は、図1a)に示すように、親水性基材11が両性イオン性高分子13によって被覆された状態となっている。尚、両性イオン性高分子13の導入量は、両性イオン性高分子13の量および濃度、反応温度などにより調節する。上記の反応により、水和性を有する両性イオン性高分子13を結合した親水性相互作用を示す吸着剤10を合成することができる。 FIG. 1 shows the binding state of the zwitterionic polymer of the adsorbent of the present invention and changes in the binding state of the zwitterionic polymer due to a crosslinking reaction. In the present invention, the zwitterionic polymer 13 is bonded to the hydrophilic substrate 11 by reacting with the imino group or amino group in the zwitterionic polymer 13 and the imino group or amino group in the hydrophilic substrate 11. It is carried out by reaction with a reactive functional group. In this case, the reaction with the carboxyl group in the zwitterionic polymer 13 may occur, so the reaction is performed under alkaline conditions. That is, a hydrophilic base material in which the zwitterionic polymer 13 to be introduced is dissolved in water or an aqueous solution of alcohol, dimethylformamide or the like, if necessary, and has a hydrophilic reactive functional group 12 in the solution. And is allowed to react at room temperature to 80 ° C. for 3 to 24 hours with stirring. Since there are many imino groups or amino groups in the zwitterionic polymer 13, it reacts with a plurality of reactive functional groups 12 in the hydrophilic substrate 11. Further, since there is entanglement between polymer chains, the adsorbent 10 of the present invention is in a state where the hydrophilic substrate 11 is covered with the zwitterionic polymer 13 as shown in FIG. 1a). . The introduction amount of the zwitterionic polymer 13 is adjusted by the amount and concentration of the zwitterionic polymer 13 and the reaction temperature. By the above reaction, it is possible to synthesize the adsorbent 10 having a hydrophilic interaction in which the zwitterionic polymer 13 having hydration property is bound.

上述のように、親水性基材11に結合された両性イオン性高分子13は層状になって親水性基材11を覆っているため、親水性基材11表面に水和層が形成され、この状態で親水性相互作用が発現する。さらに保持される水の量を増加して相互作用を明確に発現させるためには、親水性基材11に結合された両性イオン性高分子13の自由度を少し制限することで、吸着剤表面の水和層をさらに強くすることが可能である。高分子鎖の自由度を制限する方法としては、架橋により高分子鎖同士を結合させるという方法を用いる。この架橋により形成される三次元空間に水のクラスターが形成されて水和層が強くなるものと推定される(図1b)。図中14が架橋部位である。架橋の方法としては、親水性基材11に両性イオン性高分子13を結合させた後、アルカリ条件下で適切なエポキシ化合物を反応させればよい。例えば、ジアリルアミンとマレイン酸との共重合体を結合した吸着剤の場合には、下記式(3)に示すように、両性イオン性高分子13同士が残存イミノ基とエポキシ化合物との反応によって架橋されると同時に、エポキシ基の開環反応によって新たな水酸基が生成し、吸着剤の親水性を増強することとなる。エポキシ化合物としては、エピクロロヒドリンのようなエピハロヒドリン類、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ネオペンチルグリコールなどのジオール(グリコール)のジグリシジルエーテル類、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリトリトール、ソルビトールなどのポリオールのポリグリシジルエーテル類などを使用することができる。これらエポキシ化合物による架橋の度合いは両性イオン性高分子13の自由度や表面の存在状態に影響するため、固定される水和層の厚さと状態が変化する。架橋度が高すぎる場合には、両性イオン性高分子13が固い層状となるため、水和層が形成されにくくなってしまう。エポキシ化合物による架橋度を測定することは困難であるため、反応時の試薬量で調節を行う。親水性基材11に両性イオン性高分子13を導入した後、導入された窒素量を測定し、窒素量の2〜20モル%のエポキシ化合物を用いて架橋反応を行う。なお、この架橋反応によって、ジアリルアミンとマレイン酸との共重合体の場合には三級アミノ基が、アリルアミンとマレイン酸との共重合体の場合には二級アミノ基が生成される。この三級または二級アミノ基はイオン交換相互作用を発現するため、被検化合物の特性によって架橋度を調節する。この手法を応用することで、親水性相互作用とイオン交換相互作用との複合作用によって、被検化合物を抽出分離させることも可能である。 As described above, since the zwitterionic polymer 13 bonded to the hydrophilic substrate 11 is layered and covers the hydrophilic substrate 11, a hydrated layer is formed on the surface of the hydrophilic substrate 11, In this state, hydrophilic interaction is expressed. Furthermore, in order to increase the amount of retained water and to express the interaction clearly, the degree of freedom of the zwitterionic polymer 13 bonded to the hydrophilic base material 11 is slightly limited, so that the adsorbent surface It is possible to further strengthen the hydration layer. As a method for limiting the degree of freedom of the polymer chains, a method of bonding the polymer chains by crosslinking is used. It is presumed that water clusters are formed in the three-dimensional space formed by this cross-linking and the hydration layer becomes stronger (FIG. 1b). In the figure, 14 is a crosslinking site. As a crosslinking method, after the zwitterionic polymer 13 is bonded to the hydrophilic substrate 11, an appropriate epoxy compound may be reacted under an alkaline condition. For example, in the case of an adsorbent in which a copolymer of diallylamine and maleic acid is bound, as shown in the following formula (3), the zwitterionic polymers 13 are cross-linked by the reaction between the remaining imino group and the epoxy compound. At the same time, a new hydroxyl group is generated by the ring-opening reaction of the epoxy group, and the hydrophilicity of the adsorbent is enhanced. Epoxy compounds include epihalohydrins such as epichlorohydrin, diglycidyl ethers of diols (glycols) such as ethylene glycol, propylene glycol, butanediol, and neopentyl glycol, glycerin, trimethylolpropane, pentaerythritol, sorbitol, etc. Polyglycidyl ethers of polyols can be used. Since the degree of crosslinking by these epoxy compounds affects the degree of freedom of the zwitterionic polymer 13 and the presence state of the surface, the thickness and state of the fixed hydrated layer change. When the degree of cross-linking is too high, the zwitterionic polymer 13 becomes a hard layer, so that it becomes difficult to form a hydrated layer. Since it is difficult to measure the degree of crosslinking with an epoxy compound, the amount of reagent at the time of reaction is adjusted. After introducing the zwitterionic polymer 13 into the hydrophilic substrate 11, the amount of introduced nitrogen is measured, and a crosslinking reaction is performed using an epoxy compound having 2 to 20 mol% of the amount of nitrogen. This crosslinking reaction produces a tertiary amino group in the case of a copolymer of diallylamine and maleic acid, and a secondary amino group in the case of a copolymer of allylamine and maleic acid. Since this tertiary or secondary amino group expresses an ion exchange interaction, the degree of crosslinking is adjusted depending on the characteristics of the test compound. By applying this technique, the test compound can be extracted and separated by the combined action of the hydrophilic interaction and the ion exchange interaction.

Figure 2011169660
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さらに水和層を厚くして親水性相互作用を強く発現させるために、架橋反応時にエポキシ化合物と共に両性イオン性高分子13を添加して反応を行うという方法をとることができる。この方法を用いることにより、図1c)に示すように、一次反応により導入された両性イオン性高分子13が架橋されて明確な三次元構造を持った層状構造となると同時に、追加した両性イオン性高分子13がさらに架橋反応して、両性イオン性高分子層を厚くすることができる。このような方法により、保持される水の量を増加させて親水性相互作用を増強することが可能である。当然のことであるが、この反応を繰り返し行うことで結合される両性イオン性高分子13の量および厚さが増加するため、繰り返し回数によってその度合いを調節することが可能である。 Furthermore, in order to thicken the hydration layer and to strongly develop the hydrophilic interaction, a method can be used in which the reaction is performed by adding the zwitterionic polymer 13 together with the epoxy compound during the crosslinking reaction. By using this method, as shown in FIG. 1c), the zwitterionic polymer 13 introduced by the primary reaction is crosslinked to form a layered structure having a clear three-dimensional structure, and at the same time, the added zwitterionic The polymer 13 can further undergo a crosslinking reaction to increase the thickness of the zwitterionic polymer layer. By such a method, it is possible to increase the amount of water retained and enhance the hydrophilic interaction. As a matter of course, since the amount and thickness of the zwitterionic polymer 13 to be bonded are increased by repeating this reaction, the degree can be adjusted by the number of repetitions.

本発明により製造される親水性相互作用を発現する吸着剤10は、固相抽出法による極性化合物の抽出または高速液体クロマトグラフィーによる極性化合物の分離に利用される。 The adsorbent 10 that exhibits the hydrophilic interaction produced according to the present invention is used for extraction of a polar compound by a solid phase extraction method or separation of a polar compound by high performance liquid chromatography.

吸着剤10を固相抽出法に用いる場合には、例えば、図2または図3に示すような固相抽出カートリッジ(カラム)に充填して使用する。図2には、シリンジ型の固相抽出カートリッジ20を示す。吸着剤10は、下部フリット40が挿入されている円筒状のエンプティカラムボディに充てんされ、上部フリット30を挿入して固定される。図3には、ルアー型の固相抽出カートリッジ50を示す。吸着剤10は、下部フリット40が挿入されているエンプティカラムボディ51に充てんされ、上部フリット30を挿入した後、エンプティカラムキャップ52が挿入されて固定される。ここで、53が溶液の入口となる上部接続部、54が溶液の出口となる下部接続部である。 When the adsorbent 10 is used in the solid-phase extraction method, for example, it is used by filling a solid-phase extraction cartridge (column) as shown in FIG. 2 or FIG. FIG. 2 shows a syringe-type solid phase extraction cartridge 20. The adsorbent 10 is filled in a cylindrical empty column body in which the lower frit 40 is inserted, and the upper frit 30 is inserted and fixed. FIG. 3 shows a lure type solid phase extraction cartridge 50. The adsorbent 10 is filled in an empty column body 51 in which the lower frit 40 is inserted. After the upper frit 30 is inserted, an empty column cap 52 is inserted and fixed. Here, 53 is an upper connection part that becomes an inlet of the solution, and 54 is a lower connection part that becomes an outlet of the solution.

このような固相抽出カートリッジ(カラム)の使用方法の一例について図4を用いて説明する。測定試料、例えば、食品試料のホモジナイズを行い、アセトニトリルまたはアセトンなどの水と混和する極性有機溶媒で予備抽出(調整)を行う。予備抽出後、必要に応じて濾過、希釈などを行う。
固相抽出用カートリッジには、アセトニトリル、水、90%アセトニトリルの順で、例えば各10mLずつ通液し、コンディショニングを行う。必要に応じて、アセトニトリルの代わりにアセトンやテトラヒドロフランなど、水の代わりに、緩衝液や酸塩基などを用いても良い。
コンディショニング済みのカートリッジに予備抽出した試料溶液を、例えば20mLを通液し、測定対象の極性化合物を吸着剤10に捕捉し、濃縮させ、抽出する。
その後、測定対象の極性化合物が溶出しない範囲の水を含む水と混和する極性有機溶媒、例えば、アセトニトリル(必要に応じて、アセトンやテトラヒドロフランなど)を用いて、カートリッジ内の不要成分を洗浄する。
洗浄後、水(必要に応じて、緩衝液や酸塩基、極性有機溶媒を添加した溶液など)で極性化合物を溶出する。極性化合物を含む溶出液は、高速液体クロマトグラフィーや吸光光度法などを用いて溶液中の濃度を求める。
An example of how to use such a solid phase extraction cartridge (column) will be described with reference to FIG. A measurement sample, for example, a food sample is homogenized and pre-extracted (adjusted) with a polar organic solvent miscible with water such as acetonitrile or acetone. After pre-extraction, filtration, dilution, etc. are performed as necessary.
For example, 10 mL each of acetonitrile, water, and 90% acetonitrile are passed through the cartridge for solid phase extraction in order. If necessary, acetone or tetrahydrofuran may be used instead of acetonitrile, and a buffer solution or an acid base may be used instead of water.
For example, 20 mL of the sample solution preliminarily extracted into the conditioned cartridge is passed, and the polar compound to be measured is captured by the adsorbent 10, concentrated, and extracted.
Thereafter, unnecessary components in the cartridge are washed with a polar organic solvent miscible with water containing water in a range in which the polar compound to be measured does not elute, for example, acetonitrile (acetone, tetrahydrofuran or the like, if necessary).
After washing, the polar compound is eluted with water (if necessary, a solution containing a buffer, acid base, or polar organic solvent). For the eluate containing a polar compound, the concentration in the solution is determined using high performance liquid chromatography, absorptiometry or the like.

本発明の吸着剤10を高速液体クロマトグラフィーに用いる場合には、適切な内径と長さ、または内容積のエンプティカラムに高圧スラリー充填を行い液体クロマトグラフに装着して使用する。移動相には、水と混和する極性有機溶媒と水または緩衝液との混合溶媒、例えば、アセトニトリルと酢酸アンモニウム水溶液との混合溶媒を用いる。必要に応じて、アセトンやテトラヒドロフランなども使用することができる。一般に、親水性相互作用クロマトグラフィーでは、移動相中の有機溶媒濃度が高くなるに連れ保持時間が増加するので、有機溶媒濃度を調節して適切な分離を得る条件設定にして分離を行う。これにより、測定対象の極性化合物を吸着剤10でクロマトグラフィックに分離する。 When the adsorbent 10 of the present invention is used for high-performance liquid chromatography, an empty column having an appropriate inner diameter and length or internal volume is filled with a high-pressure slurry and used in a liquid chromatograph. As the mobile phase, a mixed solvent of a polar organic solvent miscible with water and water or a buffer solution, for example, a mixed solvent of acetonitrile and an aqueous ammonium acetate solution is used. If necessary, acetone, tetrahydrofuran, or the like can be used. In general, in hydrophilic interaction chromatography, the retention time increases as the concentration of the organic solvent in the mobile phase increases. Therefore, the separation is performed by adjusting the organic solvent concentration and setting conditions for obtaining appropriate separation. As a result, the polar compound to be measured is chromatographically separated by the adsorbent 10.

以上のように、本発明の両性イオン性高分子13を結合させた吸着剤10を用いることで、食品や飼料または環境試料中の極性化合物を選択的かつ簡便に抽出分離することが可能となる。次に実施例によって本発明を説明するが、この実施例によって本発明を何ら限定するものではない。 As described above, by using the adsorbent 10 combined with the zwitterionic polymer 13 of the present invention, it is possible to selectively and easily extract and separate polar compounds in food, feed, or environmental samples. . EXAMPLES Next, the present invention will be described with reference to examples, but the present invention is not limited to the examples.

(実施例1) 両性イオン性高分子結合吸着剤(抽出分離用吸着剤)Aの合成
(1) 親水性基材Lの合成
親水性基材は、水系懸濁重合法により作製した。グリシジルメタクリレート160g、エチレンジメタクリレート40g、酢酸ブチル200gの混合溶液に2、2’−アゾビスイソブチロニトリル2gを溶解した混合物を、0.1%メチルセルロース水溶液1000mL中に加え、攪拌機を用いて攪拌羽根を400rpmで回転させ、油層を分散した。その後、分散液(懸濁液)を加温し、80℃で6時間重合反応を行った。生成した共重合体粒子を濾取し、水、メタノールの順で洗浄した。一日風乾後、分級を行い、45〜90μmの親水性基材L 75gを得た。この親水性基材Lの平均粒子径と分散度(d75/d25)をBeckman Coulter Multisizer 3 Coulter Counterで測定したところ、平均粒子径は64.5μm、分散度は1.26であった。また、比表面積と平均細孔径をBeckman Coulter SA3100 Surface Area Analyzerで測定したところ、比表面積は31m/g、平均細孔径は20nmであった。
Example 1 Synthesis of Zwitterionic Polymer Bond Adsorbent (Adsorbent for Extraction Separation) A (1) Synthesis of Hydrophilic Substrate L A hydrophilic substrate was prepared by an aqueous suspension polymerization method. A mixture prepared by dissolving 2 g of 2,2′-azobisisobutyronitrile in a mixed solution of 160 g of glycidyl methacrylate, 40 g of ethylene dimethacrylate, and 200 g of butyl acetate was added to 1000 mL of a 0.1% aqueous solution of methylcellulose and stirred using a stirrer. The blade was rotated at 400 rpm to disperse the oil layer. Thereafter, the dispersion (suspension) was heated, and a polymerization reaction was performed at 80 ° C. for 6 hours. The produced copolymer particles were collected by filtration and washed with water and methanol in this order. After air-drying for one day, classification was performed to obtain 75 g of a hydrophilic base material L of 45 to 90 μm. When the average particle size and dispersity (d75 / d25) of this hydrophilic substrate L were measured with a Beckman Coulter Multisizer 3 Coulter Counter, the average particle size was 64.5 μm and the dispersity was 1.26. Moreover, when the specific surface area and average pore diameter were measured with a Beckman Coulter SA3100 Surface Area Analyzer, the specific surface area was 31 m 2 / g and the average pore diameter was 20 nm.

(2) 両性イオン性高分子の導入
ジアリルアミン−マレイン酸共重合体(日東紡績製PSA−410C、濃度40%)50mLを、水250mL、2−プロパノール100mLの混合溶媒中に加え、均一な溶液とした後、実施例1の(1)で得られた親水性基材L 50gを加え、攪拌して均一なスラリーとした。さらに、5M NaOH 50mLを加えて、攪拌しながら60℃で20時間反応をさせた。反応終了後、2−プロパノール、水、メタノールの順で洗浄し、一晩風乾させ、両性イオン性高分子結合吸着剤Aを得た。導入された両性イオン性高分子の量を求めるため、Perkin Elmar 2400 Series II CHNS/O Elemental Analyzerで測定したところ、窒素量は0.64N%であった。
(2) Introduction of zwitterionic polymer 50 mL of diallylamine-maleic acid copolymer (Nittobo PSA-410C, concentration 40%) is added to a mixed solvent of 250 mL of water and 100 mL of 2-propanol to obtain a homogeneous solution. After that, 50 g of the hydrophilic substrate L obtained in (1) of Example 1 was added and stirred to obtain a uniform slurry. Further, 50 mL of 5M NaOH was added and reacted at 60 ° C. for 20 hours with stirring. After completion of the reaction, washing with 2-propanol, water, and methanol was performed in this order, followed by air drying overnight to obtain a zwitterionic polymer-bound adsorbent A. In order to determine the amount of the introduced zwitterionic polymer, the amount of nitrogen was 0.64 N% as measured by Perkin Elmar 2400 Series II CHNS / O Elemental Analyzer.

(実施例2) 両性イオン性高分子結合吸着剤Bの合成
実施例1で得られた両性イオン性高分子結合吸着剤Aの内20gを、水200mLと5M NaOH 20mLの混合溶液中に分散し、均一なスラリーとした。その後、ソルビトールポリグリシジルエーテル(ナガセケムテック製、デナコールEX−611、平均分子量約630)1gを加え、攪拌しながら60℃で4時間反応をさせた。反応終了後、水、メタノールの順で洗浄し、一晩風乾させ、両性イオン性高分子結合吸着剤Bを得た。導入された両性イオン性高分子の量を求めるため、PerkinElmar 2400 Series II CHNS/O Elemental Analyzerで測定したところ、窒素量は0.67N%であり、両性イオン性高分子結合吸着剤Aからの両性イオン性高分子の脱離はなかった。
Example 2 Synthesis of Zwitterionic Polymer Bonded Adsorbent B 20 g of the zwitterionic polymer bonded adsorbent A obtained in Example 1 was dispersed in a mixed solution of 200 mL of water and 20 mL of 5M NaOH. A uniform slurry was obtained. Thereafter, 1 g of sorbitol polyglycidyl ether (manufactured by Nagase Chemtech, Denacol EX-611, average molecular weight of about 630) was added and reacted at 60 ° C. for 4 hours with stirring. After completion of the reaction, the mixture was washed with water and methanol in that order and air-dried overnight to obtain a zwitterionic polymer-bound adsorbent B. In order to determine the amount of the introduced zwitterionic polymer, it was measured by PerkinElmar 2400 Series II CHNS / O Elemental Analyzer, the nitrogen amount was 0.67 N%, and the amphoteric from the zwitterionic polymer-bound adsorbent A There was no desorption of the ionic polymer.

(実施例3) 両性イオン性高分子結合吸着剤Cの合成
実施例1で得られた両性イオン性高分子結合吸着剤Aの内20gを、水200mLと5M NaOH 20mLの混合溶液中に分散し、均一なスラリーとした。その後、ジアリルアミン−マレイン酸共重合体(日東紡績製PSA−410C、濃度40%)50mLを加え、均一なスラリーとした。さらに、ソルビトールポリグリシジルエーテル(ナガセケムテック製、デナコールEX−611、平均分子量約630)1gを加え、攪拌しながら60℃で4時間反応をさせた。反応終了後、水、メタノールの順で洗浄し、一晩風乾させ、両性イオン性高分子結合吸着剤Cを得た。導入された両性イオン性高分子の量を求めるため、PerkinElmar 2400 Series II CHNS/O Elemental Analyzerで測定したところ、窒素量は0.92N%であり、両性イオン性高分子結合吸着剤Aに比べ両性イオン性高分子の結合量が、約50%増加していた。
Example 3 Synthesis of Zwitterionic Polymer Bonded Adsorbent C 20 g of the zwitterionic polymer bonded adsorbent A obtained in Example 1 was dispersed in a mixed solution of 200 mL of water and 20 mL of 5M NaOH. A uniform slurry was obtained. Then, 50 mL of diallylamine-maleic acid copolymer (Nittobo PSA-410C, concentration 40%) was added to obtain a uniform slurry. Further, 1 g of sorbitol polyglycidyl ether (manufactured by Nagase Chemtech, Denacol EX-611, average molecular weight of about 630) was added and reacted at 60 ° C. for 4 hours while stirring. After completion of the reaction, water and methanol were washed in this order and air-dried overnight to obtain a zwitterionic polymer-bound adsorbent C. In order to determine the amount of the introduced zwitterionic polymer, the nitrogen amount was 0.92 N% as measured by PerkinElmar 2400 Series II CHNS / O Elemental Analyzer, which was amphoteric compared to the zwitterionic polymer-bound adsorbent A. The amount of binding of the ionic polymer was increased by about 50%.

(比較例) スルホベタイン型吸着剤の合成
比較例として、非特許文献5および非特許文献6に記載のスルホベタインゲルを合成した。合成方法は非特許文献5および非特許文献6を参考に行った。すなわち、グリシジルメタクリレート50g、N,N−ジメチルアクリルアミド10g、エチレンジメタクリレート40g、酢酸ブチル40g、2−メチルブタノール60gの混合溶液に2、2’−アゾビスイソブチロニトリル1gを溶解した混合物を、0.2%ポリビニルアルコール(重合度500)水溶液1、000mL中に加え、攪拌機を用いて攪拌羽根を250rpmで回転させ、油層を分散した。その後、分散液(懸濁液)を加温し、70℃で7時間重合反応を行った。生成した共重合体粒子を濾取し、水、メタノールの順で洗浄した。一日風乾後、分級を行い、45〜90μmの親水性基材M 35gを得た。この親水性基材Mの平均粒子径をBeckman Coulter Multisizer 3 Coulter Counterで測定したところ、平均粒子径は64μmであった。また、比表面積と平均細孔径をBeckman Coulter SA3100 Surface Area Analyzerで測定したところ、比表面積は84m/g、平均細孔径は15.6nmであった。ついで、2−ブロモエタンスルホン酸ナトリウムの10重量%水溶液100mLに30%ジメチルアミン水溶液15mLを加え、室温で20時間反応させた。その後、陽イオン交換樹脂(Dowex AG50−X4)および陰イオン交換樹脂(Dowex AG1−X8)を充填したクロマト管に通液し、過剰のジメチルアミンなどの不純物を除去し、N,N−ジメチルエタンスルホン酸水溶液を得た。その後、再結晶により得られた結晶を40℃の真空乾燥機中で乾燥させた。親水性基材Mを0.1Mの塩酸でクロロヒドリン型に変換した基材1gに、上記方法により得られたN,N−ジメチルエタンスルホン酸1.5gおよび水酸化ナトリウム水溶液(pH12.5)20mLを加え、40℃で7時間攪拌しながら反応させた。反応終了後、水、メタノールの順で洗浄し、乾燥させ、比較対象のスルホベタイン型吸着剤を得た。
(Comparative example) The sulfobetaine gel of the nonpatent literature 5 and the nonpatent literature 6 was synthesize | combined as a synthesis comparative example of a sulfobetaine type adsorbent. The synthesis method was performed with reference to Non-Patent Document 5 and Non-Patent Document 6. That is, a mixture of 1 g of 2,2′-azobisisobutyronitrile in a mixed solution of 50 g of glycidyl methacrylate, 10 g of N, N-dimethylacrylamide, 40 g of ethylene dimethacrylate, 40 g of butyl acetate and 60 g of 2-methylbutanol, It added to 1,000 mL of 0.2% polyvinyl alcohol (polymerization degree 500) aqueous solution, and the stirring blade was rotated at 250 rpm using the stirrer, and the oil layer was disperse | distributed. Thereafter, the dispersion (suspension) was heated, and a polymerization reaction was carried out at 70 ° C. for 7 hours. The produced copolymer particles were collected by filtration and washed with water and methanol in this order. After air-drying for one day, classification was performed to obtain 35 g of a hydrophilic substrate M having a thickness of 45 to 90 μm. When the average particle size of the hydrophilic substrate M was measured with a Beckman Coulter Multisizer 3 Coulter Counter, the average particle size was 64 μm. Moreover, when the specific surface area and average pore diameter were measured by Beckman Coulter SA3100 Surface Area Analyzer, the specific surface area was 84 m 2 / g and the average pore diameter was 15.6 nm. Next, 15 mL of a 30% dimethylamine aqueous solution was added to 100 mL of a 10 wt% aqueous solution of sodium 2-bromoethanesulfonate and allowed to react at room temperature for 20 hours. Thereafter, the solution was passed through a chromatographic tube filled with a cation exchange resin (Dowex AG50-X4) and an anion exchange resin (Dowex AG1-X8) to remove excess impurities such as dimethylamine, and N, N-dimethylethane. A sulfonic acid aqueous solution was obtained. Thereafter, the crystals obtained by recrystallization were dried in a vacuum dryer at 40 ° C. To 1 g of the base material obtained by converting the hydrophilic base material M into a chlorohydrin type with 0.1 M hydrochloric acid, 1.5 g of N, N-dimethylethanesulfonic acid obtained by the above method and 20 mL of aqueous sodium hydroxide (pH 12.5) And reacted with stirring at 40 ° C. for 7 hours. After completion of the reaction, the mixture was washed with water and methanol in this order and dried to obtain a sulfobetaine-type adsorbent for comparison.

(実施例4) 固相抽出法による極性化合物の抽出回収率比較試験
実施例1ないし実施例3で得られた3種の両性イオン性高分子結合吸着剤A、BおよびC 50mgをとり、下部に孔径20μmのフィルタを挿入した注射筒型固相抽出カートリッジに充填し、さらに上部にも孔径20μmのフィルタを挿入した。また、比較例により合成したスルホベタイン型吸着剤も同様の方法にカートリッジとした。このカートリッジに、アセトニトリル10mL、純水20mL、アセトニトリル−水(9:1)10mLを順に通液して、カートリッジのコンディショニングを行った。その後、表1に示す被検化合物をアセトニトリル−水(9:1)で溶解した溶液(濃度:1ppm)10mLを通液し、被検化合物を各吸着剤で抽出した。表1において、log Po/wはオクタノール/水分配係数であり、この値が小さいものほど水に分配しやすい化合物であることを意味する。その後、アセトニトリル5mLで洗浄後、純水10mLを用いて各吸着剤に抽出された被検化合物を溶出させた。各溶出液を、紫外可視分光光度計を用いて測定し、得られた吸光度と吸着処理を行わない被検試料標準溶液の吸光度から、各吸着剤における抽出回収率を求めた。表1に被検化合物とその溶解度と水−オクタノール分配比(log Po/w)を、式4−9に構造を示す。
(Example 4) Extraction recovery comparison of polar compounds by solid phase extraction method 50 mg of the three zwitterionic polymer-bound adsorbents A, B and C obtained in Examples 1 to 3 A syringe type solid-phase extraction cartridge into which a filter with a pore size of 20 μm was inserted was filled, and a filter with a pore size of 20 μm was further inserted in the upper part. The sulfobetaine type adsorbent synthesized by the comparative example was also used as a cartridge in the same manner. The cartridge was conditioned by sequentially passing 10 mL of acetonitrile, 20 mL of pure water, and 10 mL of acetonitrile-water (9: 1) through the cartridge. Thereafter, 10 mL of a solution (concentration: 1 ppm) in which the test compound shown in Table 1 was dissolved in acetonitrile-water (9: 1) was passed through, and the test compound was extracted with each adsorbent. In Table 1, log Po / w is an octanol / water partition coefficient, and a smaller value means a compound that is easier to partition into water. Thereafter, after washing with 5 mL of acetonitrile, the test compound extracted to each adsorbent was eluted using 10 mL of pure water. Each eluate was measured using an ultraviolet-visible spectrophotometer, and the extraction recovery rate in each adsorbent was determined from the obtained absorbance and the absorbance of the test sample standard solution not subjected to the adsorption treatment. Table 1 shows the test compound, its solubility, and the water-octanol distribution ratio (log Po / w), and the structure is shown in Formula 4-9.

Figure 2011169660
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3種の両性イオン性高分子結合吸着剤A、B、Cおよび比較例のスルホベタイン型吸着剤における抽出回収率を図5に示す。図5で明白なように、3種の両性イオン性高分子結合吸着剤A、BおよびCでは、シトシンを除き、C>B>Aの順で抽出回収率が高くなり、架橋時に両性イオン性高分子を追加反応させた吸着剤ほど高い親水性相互作用を示すことがわかる。比較例のスルホベタイン型吸着剤はアデニンおよびウラシルに対して高い選択性を示し、本発明の両性イオン性高分子結合吸着剤BおよびCよりも若干高い抽出回収率を示した。一方、配糖体であるサリシンおよびアルブチンに対しては、本発明の両性イオン性高分子結合吸着剤A、BおよびCのほうが明らかに高い抽出回収率を示した。この結果から、本発明の両性イオン性高分子結合吸着剤は、広範囲な水溶性化合物の抽出分離に適していることが判明した。糖が結合しているヌクレオシドのウリジンに関しては、本発明の両性イオン性高分子結合吸着剤BおよびCが比較例のスルホベタイン型吸着剤と同等の結果となった。比較例のスルホベタイン型吸着剤はウラシルに対して高い選択性を示しているところから、その塩基部のウラシルへの選択性により高い抽出回収率が得られたものと考えられる。また、シトシンにおいては親水性相互作用以外の相互作用、恐らくイオン排除機構が関与していると考えられる。このことは、非特許文献5および非特許文献6に記載の吸着剤の回収率が最も低くなっていることからも説明することができる。このスルホベタイン型吸着剤は合成工程からスルホ基の対イオンはナトリウムイオンであり、その結果、四級アンモニウム部でのイオン排除効果が強く発現したと推定される。一方、本発明の両性イオン性高分子結合吸着剤は弱イオン性官能基であるためイオン排除効果は低いため、スルホベタイン型吸着剤よりも高い抽出回収率を示したものと考えられる。特に、架橋していない両性イオン性高分子結合吸着剤Aのほうが高い抽出回収率を示したことから、イオン排除効果は架橋により生成された三級アミノ基に依存しているものと推定された。これらの結果から明白なように、本発明の両性イオン性高分子結合吸着剤では、被検化合物の特性に合わせて、架橋および結合量を変化させることで親水性相互作用およびイオン交換相互作用を容易に変化させることができることがわかる。 FIG. 5 shows the extraction recovery rates of the three types of zwitterionic polymer-bound adsorbents A, B, and C and the sulfobetaine type adsorbent of the comparative example. As is clear from FIG. 5, the three zwitterionic polymer-bound adsorbents A, B and C have higher extraction recovery rates in the order of C> B> A except for cytosine, and are zwitterionic during crosslinking. It can be seen that an adsorbent obtained by additionally reacting a polymer exhibits a higher hydrophilic interaction. The comparative sulfobetaine-type adsorbent showed high selectivity for adenine and uracil, and showed a slightly higher extraction recovery than the zwitterionic polymer-bound adsorbents B and C of the present invention. On the other hand, for the glycosides salicin and arbutin, the zwitterionic polymer-bonded adsorbents A, B and C of the present invention clearly showed a higher extraction recovery rate. From these results, it was found that the zwitterionic polymer-bound adsorbent of the present invention is suitable for extraction and separation of a wide range of water-soluble compounds. Regarding the nucleoside uridine to which the sugar is bound, the zwitterionic polymer-bonded adsorbents B and C of the present invention gave the same results as the sulfobetaine type adsorbent of the comparative example. Since the sulfobetaine type adsorbent of the comparative example shows high selectivity for uracil, it is considered that a high extraction recovery rate was obtained due to the selectivity of the base portion to uracil. In cytosine, it is considered that interactions other than hydrophilic interactions, probably an ion exclusion mechanism, are involved. This can be explained by the fact that the adsorbent recovery rate described in Non-Patent Document 5 and Non-Patent Document 6 is the lowest. This sulfobetaine-type adsorbent is presumed from the synthesis process that the counter ion of the sulfo group is a sodium ion, and as a result, the ion exclusion effect at the quaternary ammonium moiety was strongly expressed. On the other hand, since the zwitterionic polymer-bonded adsorbent of the present invention is a weak ionic functional group and has a low ion exclusion effect, it is considered that the extraction recovery rate was higher than that of the sulfobetaine type adsorbent. In particular, the non-crosslinked zwitterionic polymer-bound adsorbent A exhibited a higher extraction recovery rate, and therefore the ion exclusion effect was presumed to depend on the tertiary amino group produced by the crosslinking. . As is clear from these results, in the zwitterionic polymer-bound adsorbent of the present invention, hydrophilic interaction and ion exchange interaction can be achieved by changing the amount of crosslinking and binding according to the characteristics of the test compound. It can be seen that it can be easily changed.

(実施例5) 両性イオン性高分子結合吸着剤D、EおよびFの合成
(1) 親水性基材Nの合成
グリシジルメタクリレート80g、エチレンジメタクリレート120g、酢酸ブチル200gの混合溶液に2、2’−アゾビスイソブチロニトリル2gを溶解した混合物を、0.1%メチルセルロース水溶液1、000mL中に加え、ホモミキサーの高速回転により、油滴の中心径が約10μmになるように油層を分散した。その後、分散液(懸濁液)を加温し、80℃で6時間重合反応を行った。生成した共重合体粒子を濾取し、水、メタノールの順で洗浄した。一日風乾後、分級を行い、風力分級機を用いて平均粒子径約10μmの親水性基材N 80gを得た。この親水性基材Nの平均粒子径と分散度(d75/d25)をBeckman Coulter Multisizer 3 Coulter Counterで測定したところ、平均粒子径は10.1μm、分散度は1.16であった。また、比表面積と平均細孔径をBeckman Coulter SA3100 Surface Area Analyzerで測定したところ、比表面積は185m/g、平均細孔径は12.9nmであった。
Example 5 Synthesis of Zwitterionic Polymer Bonded Adsorbents D, E, and F (1) Synthesis of hydrophilic substrate N In a mixed solution of 80 g of glycidyl methacrylate, 120 g of ethylene dimethacrylate, and 200 g of butyl acetate, 2, 2 ′ -A mixture in which 2 g of azobisisobutyronitrile was dissolved was added to 1,000 mL of a 0.1% aqueous methylcellulose solution, and the oil layer was dispersed by a high speed rotation of a homomixer so that the center diameter of the oil droplets was about 10 μm. . Thereafter, the dispersion (suspension) was heated, and a polymerization reaction was performed at 80 ° C. for 6 hours. The produced copolymer particles were collected by filtration and washed with water and methanol in this order. After air drying for one day, classification was performed, and 80 g of hydrophilic base material N having an average particle diameter of about 10 μm was obtained using an air classifier. When the average particle size and dispersity (d75 / d25) of this hydrophilic substrate N were measured with a Beckman Coulter Multisizer 3 Coulter Counter, the average particle size was 10.1 μm and the dispersity was 1.16. Moreover, when the specific surface area and average pore diameter were measured by Beckman Coulter SA3100 Surface Area Analyzer, the specific surface area was 185 m 2 / g and the average pore diameter was 12.9 nm.

(2) 両性イオン性高分子の導入
得られた親水性基材Nに、実施例1の(2)と同様の条件でジアリルアミン−マレイン酸共重合体(日東紡績製PSA−410C、濃度40%)を結合後、2−プロパノール、水、メタノールの順で洗浄し、一晩風乾させ、両性イオン性高分子結合吸着剤Dを得た。得られた両性イオン性高分子結合吸着剤Dを3等分し、その一つは、実施例2と同一の条件で、ソルビトールポリグリシジルエーテル(ナガセケムテック製、デナコールEX−611、平均分子量約630)で架橋反応を行い、両性イオン性高分子結合吸着剤Eを得た。さらに、実施例3と同様に、ジアリルアミン−マレイン酸共重合体(日東紡績製PSA−410C、濃度40%)を共存させた条件で、ソルビトールポリグリシジルエーテル(ナガセケムテック製、デナコールEX−611、平均分子量約630)で架橋反応を行い、両性イオン性高分子結合吸着剤Fを得た。
(2) Introduction of zwitterionic polymer To the obtained hydrophilic base N, a diallylamine-maleic acid copolymer (Nittobo PSA-410C, concentration: 40%) under the same conditions as in (2) of Example 1 ), And then washed in the order of 2-propanol, water, and methanol, and then air-dried overnight to obtain a zwitterionic polymer-bound adsorbent D. The obtained zwitterionic polymer-bound adsorbent D was divided into three equal parts, one of which was sorbitol polyglycidyl ether (manufactured by Nagase Chemtech, Denacol EX-611, average molecular weight of about 1 under the same conditions as in Example 2. 630) was subjected to a cross-linking reaction, and a zwitterionic polymer-bound adsorbent E was obtained. Further, in the same manner as in Example 3, sorbitol polyglycidyl ether (manufactured by Nagase Chemtech, Denacol EX-611, A cross-linking reaction was carried out at an average molecular weight of about 630) to obtain a zwitterionic polymer-bound adsorbent F.

(3) 高速液体クロマトグラフィーによる極性化合物の分離確認
実施例5の(2)により得られた両性イオン性高分子結合吸着剤D、EおよびFを、内径4.6mm、長さ150mmのステンレス製クロマト管に充填し、親水性相互作用クロマトグラフィーによりの核酸塩基類の分離を行った。測定条件を以下に示す。
(3) Confirmation of separation of polar compound by high-performance liquid chromatography The zwitterionic polymer-bonded adsorbents D, E and F obtained in (2) of Example 5 were made of stainless steel having an inner diameter of 4.6 mm and a length of 150 mm. The chromatographic tube was filled and the nucleobases were separated by hydrophilic interaction chromatography. The measurement conditions are shown below.

高速液体クロマトグラフィー測定条件
移動相:アセトニトリル−0.1M酢酸アンモニウム(95+5)
流量:1.0mL/min
カラム温度:40℃
検出:紫外吸収検出器(波長250nm)
試料:チミン、ウラシル、アデニン、シトシン、各10ppm
試料注入量:40μL
High-performance liquid chromatography measurement conditions Mobile phase: acetonitrile-0.1M ammonium acetate (95 + 5)
Flow rate: 1.0 mL / min
Column temperature: 40 ° C
Detection: UV absorption detector (wavelength 250 nm)
Sample: thymine, uracil, adenine, cytosine, 10 ppm each
Sample injection volume: 40 μL

測定結果を図6に示す。図中Aは両性イオン性高分子結合吸着剤D、図中Bは両性イオン性高分子結合吸着剤E、図中Cは両性イオン性高分子結合吸着剤Fを用いた核酸塩基類のクロマトグラムである。図6に示すとおり、未架橋および架橋追加反応の吸着剤とも核酸塩基を良好に分離することが可能であった。この条件では、チミン、ウラシル、アデニン、シトシンの順に溶出している。一般に、広く使用されている逆相型分離剤では、これらの成分の溶出順序は全く逆である。この結果は、疎水性相互作用に基づく分離機構ではなく、親水性相互作用により分離されている。各両性イオン性高分子結合吸着剤間での比較では、チミンとウラシルの溶出時間はほとんど同じであったが、アデニンの溶出時間はD、E、Fの順に短く、シトシンの溶出時間はF、E、Dの順に短かった。アデニンの保持は親水性相互作用の強さ、つまり両性イオン性高分子結合吸着剤の保水性の強さに依存しているものと考えられる。一方、シトシンに関しては、実施例4においても記述したが、架橋反応により生成された三級アミノ基に基づくイオン排除効果が寄与しているものと推定される。これらの結果から明白なように、本発明の両性イオン性高分子結合吸着剤では、高速液体クロマトグラフィーに用いる上では、必ずしも架橋反応をしなくても十分な機能を有していることが判明した。また、被検化合物の特性に合わせて、架橋および結合量を変化させることで親水性相互作用およびイオン交換相互作用を容易に変化させて、分離の調節を行うことが可能であることもわかる。 The measurement results are shown in FIG. In the figure, A is a zwitterionic polymer-bound adsorbent D, B is a zwitterionic polymer-bound adsorbent E, and C is a chromatogram of nucleobases using the zwitterionic polymer-bound adsorbent F. It is. As shown in FIG. 6, it was possible to satisfactorily separate nucleobases from the uncrosslinked and adsorbents for the additional crosslinking reaction. Under these conditions, thymine, uracil, adenine, and cytosine are eluted in this order. Generally, in the widely used reversed phase type separation agent, the elution order of these components is completely reversed. This result is not a separation mechanism based on hydrophobic interactions, but is separated by hydrophilic interactions. In comparison between the zwitterionic polymer-bound adsorbents, the elution time of thymine and uracil was almost the same, but the elution time of adenine was shorter in the order of D, E and F, and the elution time of cytosine was F, It was shorter in the order of E and D. The retention of adenine is considered to depend on the strength of hydrophilic interaction, that is, the strength of water retention of the zwitterionic polymer-bound adsorbent. On the other hand, regarding cytosine, as described in Example 4, it is presumed that the ion exclusion effect based on the tertiary amino group generated by the crosslinking reaction contributes. As is clear from these results, it was found that the zwitterionic polymer-bonded adsorbent of the present invention has a sufficient function even when it does not necessarily undergo a crosslinking reaction when used in high performance liquid chromatography. did. It can also be seen that the separation can be adjusted by easily changing the hydrophilic interaction and the ion exchange interaction by changing the amount of crosslinking and binding in accordance with the characteristics of the test compound.

本発明によれば、水溶性の両性イオン性高分子を親水性基材の表面に化学的に結合させるという簡便な方法で、複雑な夾雑物質中の極性化合物を選択的かつ簡便に抽出分離することが可能な吸着剤を得ることが可能である。本発明の親水性相互作用を発現する吸着剤を、固相抽出法や高速液体クロマトグラフィーに利用することで、極性化合物を高精度に定性および定量することが可能となる。これにより、従来から煩雑な前処理が必要であった極性化合物の前処理が簡略化される、または高速液体クロマトグラフィーにおいて分離が不十分であった極性化合物を良好に分離することが可能となるため、より高い信頼性を持って極性化合物を測定することが可能となる。 According to the present invention, polar compounds in complicated contaminants can be selectively and easily extracted and separated by a simple method of chemically binding a water-soluble zwitterionic polymer to the surface of a hydrophilic substrate. Can be obtained. By using the adsorbent exhibiting the hydrophilic interaction of the present invention for solid phase extraction or high performance liquid chromatography, it becomes possible to qualitatively and quantify polar compounds with high accuracy. This simplifies the pretreatment of polar compounds, which conventionally required complicated pretreatment, or makes it possible to favorably separate polar compounds that were insufficiently separated in high performance liquid chromatography. Therefore, it becomes possible to measure a polar compound with higher reliability.

10:吸着剤
11:親水性基材
12:反応性官能基(結合部位)
13:両性イオン性高分子
14:架橋部位
20:シリンジ型固相抽出カートリッジ(カラム)
30:上部フリット
40:下部フリット
50:ルアー型固相抽出カートリッジ(カラム)
51:エンプティカラムボディ
52:エンプティカラムキャップ
53:上部接続部
54:下部接続部
10: Adsorbent 11: Hydrophilic substrate 12: Reactive functional group (binding site)
13: Zwitterionic polymer 14: Cross-linked site 20: Syringe-type solid phase extraction cartridge (column)
30: Upper frit 40: Lower frit 50: Luer type solid phase extraction cartridge (column)
51: Empty column body 52: Empty column cap 53: Upper connection part 54: Lower connection part

Claims (7)

極性化合物の抽出分離に用いる抽出分離用吸着剤であって、イミノ基及びカルボキシル基を分子内に有する両性イオン性高分子と、アミノ基及びカルボキシル基を分子内に有する両性イオン性高分子と、のうち少なくとも一方を、親水性基材に化学的に結合した構造を備えたことを特徴とする抽出分離用吸着剤。   An adsorbent for extraction and separation used for extraction and separation of polar compounds, a zwitterionic polymer having an imino group and a carboxyl group in the molecule, a zwitterionic polymer having an amino group and a carboxyl group in the molecule, An adsorbent for extraction / separation comprising a structure in which at least one of them is chemically bonded to a hydrophilic substrate. 前記両性イオン性高分子は、下記式(1)に示されるジアリルアミン−マレイン酸共重合体、または、下記式(2)に示されるアリルアミン−マレイン酸共重合体であることを特徴とする請求項1に記載の抽出分離用吸着剤。
Figure 2011169660
Figure 2011169660
The zwitterionic polymer is a diallylamine-maleic acid copolymer represented by the following formula (1) or an allylamine-maleic acid copolymer represented by the following formula (2). 2. The adsorbent for extraction / separation according to 1.
Figure 2011169660
Figure 2011169660
前記親水性基材は、イミノ基またはアミノ基と反応することが可能な反応性モノマーと架橋性モノマーとの共重合反応により得られる親水性の共重合体、または、イミノ基またはアミノ基と反応することが可能な官能基を導入可能な親水性の共重合体であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の抽出分離用吸着剤。 The hydrophilic substrate is a hydrophilic copolymer obtained by a copolymerization reaction between a reactive monomer capable of reacting with an imino group or an amino group and a crosslinkable monomer, or reacted with an imino group or an amino group. The adsorbent for extraction and separation according to claim 1 or 2, wherein the adsorbent is a hydrophilic copolymer into which a functional group capable of being introduced can be introduced. 親水性基材に両性イオン性高分子を結合した後、エポキシ化合物によって両性イオン性高分子を架橋したことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1つに記載の抽出分離用吸着剤。 The adsorption for extraction / separation according to any one of claims 1 to 3, wherein the zwitterionic polymer is bonded to the hydrophilic substrate and then the zwitterionic polymer is crosslinked with an epoxy compound. Agent. 前記エポキシ化合物による両性イオン性高分子の架橋を行う際に、エポキシ化合物と共に両性イオン性高分子を更に添加して架橋を行うことを特徴とする請求項4に記載の抽出分離用吸着剤。 The adsorbent for extraction and separation according to claim 4, wherein when the zwitterionic polymer is crosslinked with the epoxy compound, the zwitterionic polymer is further added together with the epoxy compound to perform crosslinking. 請求項1ないし請求項5のいずれか1つに記載の抽出分離用吸着剤を充てんした分析用のカラムに、水と混和する極性有機溶媒で調整された被検溶液を通液して、測定対象の極性化合物を該吸着剤に捕捉し、濃縮させた後、測定対象の極性化合物が溶出しない範囲の水を含む水と混和する極性有機溶媒で該吸着剤を洗浄し、その後、水、緩衝液、酸塩基極性またはこれらに有機溶媒を添加した溶液により測定対象の極性化合物を該吸着剤から溶出させることを特徴とする極性化合物の抽出法。 Measurement is performed by passing a test solution adjusted with a polar organic solvent miscible with water through an analytical column packed with the extraction / separation adsorbent according to any one of claims 1 to 5. After trapping and concentrating the target polar compound in the adsorbent, the adsorbent is washed with a polar organic solvent that is miscible with water containing water in a range where the polar compound to be measured does not elute, and then water, buffer A polar compound extraction method, wherein a polar compound to be measured is eluted from the adsorbent by using a liquid, acid-base polarity, or a solution obtained by adding an organic solvent thereto. 請求項1ないし請求項5のいずれか1つに記載の抽出分離用吸着剤を液体クロマトグラフィー用のクロマト管に充てんしたカラムを液体クロマトグラフに装着し、水と混和する極性有機溶媒と水または緩衝液との混合溶媒を移動相として通液して、測定対象の極性化合物を該吸着剤でクロマトグラフィックに分離することを特徴とする極性化合物の分離法。 A column in which the extraction / separation adsorbent according to any one of claims 1 to 5 is packed in a chromatographic tube for liquid chromatography is attached to a liquid chromatograph, and a polar organic solvent miscible with water and water or A method for separating a polar compound, wherein a mixed solvent with a buffer is passed as a mobile phase, and a polar compound to be measured is chromatographically separated with the adsorbent.
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