JP5021320B2 - イオン交換粒子が結合したフロースルー多孔質モノリス - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

〔発明の背景〕
本発明は、クロマトグラフィーまたは他の形態の分離に適した、フロースルー型イオン交換媒体に関する。

クロマトグラフィーの一つの形態は、典型的には、機能的に活性な物質でコーティングされた吸着活性表面を有する顆粒または粒子の形態の樹脂を充填したカラムを使用する。個別の粒子の好ましい形状は、規則的な表面を備えた球形である。液体クロマトグラフィーを行うための材料が知られており、ここではクロマトグラフィー支持体材料の薄い外表面のみが、液体媒質との有効なイオン交換のために利用可能である。例えば、Ｓｍａｌｌ等の米国特許第４，１０１，４６０号は、少なくともその利用可能な表面にイオン交換部位を有する不溶性合成樹脂基体の中に成分Ａを含み、且つ成分Ｂ、即ち、これに不可逆的に結合された微細に分割された不溶性材料を有するイオン交換組成物を記載している。外表面にイオン交換粒子が重層された他の粒状ベッド材料が、Ｂａｒｒｅｔｔｏの米国特許第５，５３２，２７９号に記載されている。Ｂａｒｒｅｔｔｏは、水性媒質中に支持体粒子を懸濁させて凝集を阻止または防止できる分散剤中の合成樹脂支持体粒子と、微細な合成の重層粒子とを含んでなるイオン交換組成物を記載している。一つの実施形態では、モノマーが不溶性である水溶液中において、適切な分散剤をモノマーに接触させることによって複合体が形成される。懸濁重合に適した条件下において、該モノマーは重合して支持体樹脂粒子を形成し、前記分散剤は該粒子に不可逆的に結合されるであろう。このような不可逆的な結合のための多くの異なる実施形態が開示されている。

Ｆｒｅｃｈｅｔの米国特許第５，３３４，３１０号は連続的な液体クロマトグラフィーカラムを記載しており、これは剛性の管と、カラム内において当該カラムの断面積を横切って広がるマクロ多孔質有機ポリマーの連続的なプラグとを含んでいる。この特許は、特に、２００ｎｍ未満の直径を有する小孔と、約６００ｎｍを越える直径を有する大孔を含むプラグを記載している。一般に、大きな孔は主に透過性の原因であると考えられており、また小さいメソ孔（例えば２００ｎｍ未満）は、分離すべき種を保持するための補助になるものと一般に考えられている。上記で述べた充填された粒子床とは対照的に、このような連続プラグまたはモノリシック媒体に使用するための種々のポリマーが開示されている。

米国特許第５，９２９，２１４号は、孔に熱応答性のポリマーまたはコポリマーをグラフトすることによる、熱に応答するモノリシック相の調製を開示している。

サプレッサ充填剤として使用される他のモノリシック相には、米国特許第６，６１０，５４６号に記載された放射線グラフトされた材料が含まれる。

米国特許第５，７６７，１６７号は、三官能以上の多官能有機モノマーの遊離基重合から形成された媒体を濃縮する際の濾過に適した、有機エアロゲルフォームの調製を開示している。

Ｉｚｈｉｚｕｋａおよび彼の共同研究者は、水溶性ポリマーの存在下でのアルコキシシランの加水分解およびポリ縮合に基づく、モノリシック相を調整するためのゾル・ゲル法を開発した（Journal of Chromatography A, 797 (1998) 133-137）。二峰性の多孔性構造が観察された。モノリシック相の一つの主要な利点は、過大な圧力を伴わずにより高い流速の使用を可能にする、より開放された多孔質構造に起因するものである。

クロマトグラフィーにおいて、ＨＥＴＰに関するファン・ディームター（ｖａｎ Ｄｅｅｍｔｅｒ）の式は下記のように定義される。
ＨＥＴＰ＝Ａ＋Ｂ／μ＋Ｃμ

μは、移動相または溶離液の平均線速度であり、またＡ，ＢおよびＣは定数である。Ａは、カラムの孔を通る利用可能な通路の変動による渦拡散を表し、移動相の速度からは独立している。Ｂは、移動相におけるサンプル成分の長手方向拡散を表し、またＣは質量移行を表す。Ａは、カラム充填の特性であり、より小さい均一な粒子およびより高い充填密度と共に減少させることができる。典型的には、より小さい粒子を均一にカラムに充填するのは困難であり、モノリシックカラムを本発明に適合させることがＨＥＴＰの効率的な低下を可能にし、従って分離効率の改善を可能にするであろう。

モノリシックカラムで可能な高い流速においては、Ｂ項は無視することができ、より高い効率を導く。Ｃ項は質量移行項であり、流速の増大と共に増大するが、幾人かの研究者は、モノリスの構造に起因して、この項はより高い流速によって大きく影響されないことを示した。

イオンクロマトグラフィーにおいては、ラテックス凝集支持体粒子の使用が充分に許容される。上記で述べたように、これら材料は、より大きな基体樹脂粒子の表面に結合された、典型的には小さい帯電コロイドもしくは帯電ラテックス粒子の単分子層からなっている。カラム能力および上記相の選択性は、ラテックス粒子および基体粒子の選択に基づいて最適化することができた。これらの相は、標準の官能化もしくはグラフト化樹脂相に比較してより速い動力学およびより大きい透過性に起因して、より高い効率を示した。

上記カラムをより高い流速で動作させることは、これらカラムの圧力制限のため困難である。背圧を低下させるために従来の樹脂の多孔性を増大させることは可能であるが、クロマトグラフィー条件下での斯かる相の機械的強度の欠如が制限要素である。

従って、本発明の一つの目的は、高流速条件下での高い背圧による制限を排除し、またラテックスに基づく相を使用したときの分離スループットを増大できるようにすることである。

モノリシックカラムを使用することの利点はより低い背圧の利益であり、これはより高い流速の使用を可能にして、より高い分離スループットを導く。研究者等は、従来の樹脂ベースの相に対する当該モノリシック相のより良好な質量移行特性を立証したが、これは改善された分離を導くものである。より低い圧力降下に起因して、モノリシック相ではより急峻な勾配が可能である。また、分解能を増大するために、より長いカラムを使用することも可能である。しかし、モノリシック相は、製造の際の条件を厳格に制御することを必要とする。この制限はスケールアップを困難にする。

従って、本発明のもう一つの目的は、モノリシック相のスケールアップの制限に対処することである。

〔発明の要約〕
本発明の一つの実施形態は、孔壁によって定義あるいは規定された（defined）連結孔を有するモノリシック静止相と、前記孔壁に直接または間接に不可逆的に結合された微細なイオン交換ポリマー重層粒子とを含んでなる、フロースルーイオン交換媒体を含むものである。

もう一つの実施形態は、上記で述べたイオン交換媒体を製造する方法、およびクロマトグラフィー分離のような分離において、該媒体を使用する方法を含むものである。

〔好ましい実施形態の詳細な説明〕
本発明によれば、微細な合成イオン交換ポリマー重層粒子が、孔壁により定義された連結孔を有するモノリシック静止相の孔壁に直接または間接に不可逆的に結合された、フロースルーイオン交換媒体が提供される。この出願では、最初にモノリシック静止相を説明する。

ここで使用する「モノリシック静止相」の用語は、典型的には管壁に結合されて、該管と共にクロマトグラフィーカラムを形成するプラグ等の形態の連続的な媒体を意味する。この本発明の相は、クロマトグラフィー、イオンクロマトグラフィー分離を含む分離、キャピラリーエレクトロクロマトグラフィー分離などを含む、液体サンプルの如何なる形態のイオン交換分離についても使用することができる。本発明の相は、好ましくは、ガードカラムおよび／または分離カラム、または液体クロマトグラフィーのための濃縮カラムを含むカラムハードウエアの中に充填することができる。好ましくは、本発明のモノリシック静止相はイオン交換分離のために有用である。

一つの実施形態において、当該モノリシック相は、米国特許５，３３４，３１０号に記載されたような二峰性孔分布のものである。ここで用いる「二峰性分布」の用語は、主に透過性の原因である大きな孔（例えば６００ｎｍ〜３０００ｎｍ）、および分離すべき種を保持することを補助すると思われる小さいメソ孔（例えば２００ｎｍ未満）を有するモノリスを意味する。先行技術のモノリシック相において、分離のためのイオン交換部位は、重層粒子の成分としてではなく、むしろ化学的部分としてモノリシック相の孔壁に直接結合される。

もう一つの好ましい実施形態において、当該モノリスは二峰性孔分布を有しておらず、２００ｎｍよりも大きい孔だけが好ましい。このような相は、本発明に従ってラテックスと共に凝集されるときに、改善された保持および分離効率を導き、小さい孔（＜２００ｎｍ）はバンド分散および低効率を導く。

使用できる他のモノリシック多孔質相が米国特許第５，７６７，１６７号に記載されており、該特許は、媒体を濃縮する際の濾過に適した有機エアロゲルフォームの調製を記載している。モノリシック相を調整するためのゾル・ゲル法が、Ｉｚｈｉｚｕｋａおよび彼の共同研究者によって記載されている（Journal of Chromatography A, 797 (1998) 133-137）。この方法は、アルコキシシランの加水分解およびポリ縮合に基づいている。この生成物はまた、二峰性の孔構造を有している。

モノリシック相のもう一つの形態が、Ｌｉｕの米国特許第６，６１０，５４６号における実施例４に記載されており、ここでは孔形成剤（ｐｏｒｏｇｅｎ）を酸もしくは塩基の中に溶解することによって容易に除去することができ、または溶媒孔形成剤を追い出して、所望の多孔性度のモノリシック相を残すことができる。

他の適切な形態のモノリシック静止相が、米国特許第５，０２１，４６２号に記載されており、該特許は０．５〜１００μｍの孔および７５〜９８％の孔容積を備えた多孔質ポリマーを記載している。米国特許第５，０２１，４６２号と同じ特性を有し且つトラップされたゲル相を備えた、クロマトグラフィーおよび化学合成に適したモノリシック静止相を形成するための他の材料が、米国特許第５，０６６，７８４号および米国特許第４，９６５，２８９号に記載されている。モノリシック静止相を形成するための更に他の材料が、米国特許第４，６１１，０１４号、米国特許第４，６１２，３３４号および米国特許第４，６６８，７０９号に記載されており、これら特許は、５．６６ｃｃ／ｇを超える孔容積を備えると共に相互連結されたキャビティーまたは孔を有する、高度に多孔質の架橋された官能化ポリマーを記載している。

モノリシック相は、以下で述べるようにしてイオン交換ポリマー重層粒子を結合できるポリマーから製造することができる。先行技術文献中に記載された如何なるポリマーも、モノリシック相として使用してよい。例えば、Ｂａｒｒｅｔｔｏの米国特許第５，５３２，２７９号において支持体粒子として記載された合成樹脂ポリマー材料は、本発明のモノリシック相を形成するために使用できるであろう。また、このモノリシックポリマーは、米国特許第５，３３４，３１０号に記載されたタイプのものであってよい。

また、モノリシック相として有用なポリマーには、上記の有機ポリマーに基づく材料が含まれるだけでなく、無機材料（限定するものではないが、例えばシリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニウムのような無機酸化物）、およびオルガノシリカ材料のようなハイブリッド有機および無機材料を含む種々の組合せが含まれる。

本発明に従って、微細なイオン交換ポリマー重層粒子が、上記で述べたモノリシック静止相の孔壁に、直接または間接に不可逆的に結合される。先行技術で使用された小サイズ範囲の重層粒子は、本発明において、モノリスの孔壁に重層するために使用されてよい。一つの実施形態において、支持体粒子は、‘２７９号特許に示されたようなラテックスエマルジョンである。同様に、重層粒子は、当該特許に記載されたポリマー、またはモノリスの孔壁に直接もしくは間接に結合するための適切な官能基、並びに該モノリスの使用において液体流の成分を分離するための、望ましい官能基を有する他のポリマーで形成されてよい。適切には、重層粒子は、‘２７９号特許に記載された水性ラテックス分散液中におけるコロイドサイズ範囲のものある。

ここで使用する「不可逆的に結合する」の用語は、殆どの重層粒子が、強電解質の溶液によって、または液体が加圧下でクロマトグラフィーカラム内のモノリス相を通されるときに生じるような剪断力によって、モノリス相の孔から結合が取除かれないことを意味する。「不可逆的に結合する」には、孔壁への直接的な結合、またはＢａｒｒｅｔｔｏの米国特許第５，５３２，２７９号に記載されたような分散剤を介しての間接的な結合が含まれる。それには、共有結合もしくは静電気力、並びに物理的吸着による粒子の結合が含まれる。この用語が当該特許で使用されているように、Ｂａｒｒｅｔｔｏにおける分散剤を介しての支持体粒子への結合の一般的機構は、本発明の孔への結合のために使用されてよい。結合の一つの形態は、静電気的結合を含むものである。‘２７９号特許に記載されているように、イオン交換カラムは、分散剤官能基の存在下で適切なモノマーを重合させることによって形成されてよく、該分散剤官能基は前記モノマーと反応して、前記分散剤を、モノリシックポリマー静止相を形成する得られたポリマーに不可逆的に結合させる。モノリシック静止相−分散剤の接触複合体は、非溶媒液体中のスラリーにして、カラムの中に充填することができる。連続的またはモノリシック相を形成する適切な様式は、米国特許第５，３３４，３１０号に記載されたものであることができる。適切な分散剤材料は、Ｂａｒｒｅｔｔｏの米国特許第５，５３２，２７９号に記載されている。次いで、この微細な樹脂重層粒子は、アミド化またはスルホン化により官能化することができる。次いで、微細な樹脂重層粒子の懸濁液をモノリシック相に通すことができる。或いは、上記特許に示されるように、モノリシック−粒子分散剤複合体を、予め官能化されたラテックス由来の粒子に接触させることができる。

もう一つの形態の不可逆的結合が、共有結合として‘２７９号特許に記載されている。ここでも、モノリシック静止相−分散剤複合体は、‘２７９号特許に記載された方法で重層粒子に結合することができる。モノリシック相は、帯電したモノマーを非帯電モノマーと共に共重合させて、イオン性官能基を備えたポリマーを得ることによって調製してよい。帯電した官能基を備えたモノリスは、次いで、本発明に従って粒子を重層するために利用可能である。例えば、２−アクリルアミド−２−メチル−１−プロパンスルホン酸のようなモノマーから生じたスルホン酸基を備えたモノリスは、本発明に従って、アミノ化されたラテックス重層粒子と共に凝集されてよく、それによって静電気相互作用を介して本発明のラテックス凝集したモノリス相を形成することができる。

不可逆的結合はまた、吸着によって行われてもよい。例えば、米国特許第５，４５３，１８５号の実施例４に記載されたポリスチレンジビニルベンジルモノリスは、米国特許第４，３７６，０４７号の実施例２に記載された重層粒子（アミノ化する前の生の塩化ビニルベンジルラテックス）で処理されてよい。この場合の重層粒子は、吸着によって該モノリスに保持される。次いで、このモノリシックカラムは、本発明に従ってモノリス相の表面に陰イオン交換部位を形成するために、トリメチルアミンのようなアミンで処理することにより官能化される。樹脂イオン交換重層粒子をモノリシック層の孔に結合する他の方法は、分散剤を用いずに達成されてよい。例えば、イオン交換部位が反対電荷の微細に分割された不溶性粒子に対して静電的且つ不可逆的に結合された不溶性樹脂基体を含んでなるイオン交換組成物を記載した、Ｓｍａｌｌの米国特許第４，１０１，４６０号を参照されたい。

本発明の静止相は、モノリシック相およびラテックスの最適な選択を通して、能力および選択性の改善された制御を与える。モノリシック相の能力は、ラテックスの能力および分離の選択性に影響を与えるであろう。加えて、ラテックスの種類および能力は、分離において役割を果すであろう。種々の形態を有する重層粒子の特性が、米国特許第５，５３２，２７９号および米国特許第４，１０１，４６０号に述べられている。

本発明のカラムの能力は、多くのパラメータによって影響される。例えば、ラテックス製剤中におけるオリゴマー等の副生成物および表面活性剤の存在は、該カラムの能力を低下させるであろう。

能力に影響する他のパラメータには、（カラム内凝集の際の）凝集されるラテックスの濃度および流速が含まれる。超希薄なラテックス製剤は、低能力のカラムを導くであろう。より高い流速もまた、低能力のカラムを導くであろう。カラムの望ましい能力に応じて、ラテックス濃度および流速を最適化できるであろう。

もう一つの実施形態において、当該モノリシック相は反応性ポリマーを用いて調製され、これはモノリスが形成された後に、望ましい官能基を形成するために反応される。例えば、米国特許第５，４５３，１８５号に記載されたポリスチレンジビニルベンゼンモノリスは、ラテックスと相互作用するための表面スルホン酸基を形成するために、該モノリスが形成された後に硫酸試薬と反応されてよい。次いで、この帯電したスルホン酸官能基を備えたモノリスは、本発明に従って粒子を重層するために利用可能である。例えば、スルホン酸基を備えたモノリスは、本発明に従って、アミノ化されたラテックス重層粒子と共に凝集させることにより、静電気相互作用を介して本発明のラテックス凝集モノリシック相を形成してよい。

もう一つの実施形態では、中性モノリシック相にイオン性モノマーをグラフトして、所望の官能基を形成する。例えば、アクリレートに基づくモノリスは、４，４−アゾビス（４−シアノペン炭酸）のようなアゾ開始剤の存在下に、５０℃において、塩化メタクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムのような、帯電イオン性モノマーで更に処理することができる。次いで、この帯電したアミンを備えたモノリスは、本発明に従って粒子を重層するために利用可能である。例えば、アミン基を備えた上記のモノリスは、本発明に従って、スルホン化されたラテックス重層粒子と共に凝集させることにより、静電気相互作用を介して本発明のラテックス凝集モノリシック相を形成してよい。

もう一つの実施形態においては、中性モノリシック相にイオン性開始剤をグラフトして、重層粒子に結合するための望ましい官能基を形成する。例えば、米国特許第５，４５３，１８５号の実施例４に記載のポリスチレンジビニルベンゼンモノリスは、硫酸またはアゾビスシアノバレリン酸のような開始剤で処理して、本発明に従ってアミノ化されたラテックスとのラテックス凝集のために、利用可能な負の表面電荷を形成してよい。

モノリシックポリマーは、適切な試薬と反応して望ましい官能基を形成する。これらの反応は、モノリシック相に、スルホン化部位もしくはアミノ化部位を生じさせるために用いられる標準のスルホン化反応およびアミノ化反応である。

一般に、望ましい一般的寸法の孔（例えば２００ｎｍよりも大きい孔サイズ）が形成されたモノリシック静止相は、続いて、加圧下で該モノリシック相を通して流された重層粒子と反応して結合を生じる。その流速および濃度は、望ましい能力を得るように最適化される。

構造の一つの形態は、３０００ｐｓｉ未満のカラム圧力において、約０．００１〜１０のベッド容積／秒の流速を可能にする、約２０〜８０％の多孔性を備えたスルホン化架橋ポリスチレンの中に形成された多孔質マトリックスまたはスポンジ様材料である。

円形断面のカラムを仮定すれば、当該モノリシック相は、外周がカラムの内壁に接触するディスクに成形される。一つの実施形態において、それはカラムの全長に沿って伸びる連続的なマトリックスである。もう一つの実施形態において、当該モノリスは、該カラムの内壁に従う定義された厚さのディスク形態または他の形状であってよい。また、該モノリスは、長方形または正方形のような円形以外の断面形状のカラムまたはチャンネルの中に配置されてもよい。

カラムの中でモノリスを使用するために、所謂「壁効果」に対処するための確立された技術を使用してもよい。限定するものではないが、この技術には、例えば半径方向圧縮カラムハードウエアを使用して、モノリシック相とカラム材料の内壁との間の空隙を最小化するために、モノリスに対する収縮もしくは嵌合に適したポリマーカラムが含まれる。もう一つのアプローチは、適切な溶媒中でモノリスを収縮させ、カラム容器の中に嵌合させた後に、該モノリス相を膨潤させる溶媒に切りかえることにより、空隙を残さずに該モノリスをカラムに緊密に適合させて、壁効果を最小化もしくは排除することであろう。

当該媒体を更に１以上の種類のコロイド種で修飾して、モノリス表面上に多重層を導いてもよい。例えば、モノリス相をアミノ化されたラテックスと共に凝集させた後に、静電気力を介して該表面に結合したもう一つのスルホン化ラテックスを加えることにより、モノリスの表面に陰イオン交換部位および陽イオン交換部位の両方を付与することが可能である。このカラムは、陰イオンアナライトおよび陽イオンアナライトを分離するために有用であろう。

本発明は、以下のように、先行技術の静止相を凌駕する幾つかの利点を提供する。
１）当該モノリス相およびコロイド相の最適な選択を通して、カラムの能力および選択性を制御することができる。これとは対照的に、先行技術のモノリス相を用いた場合は、能力および選択性の限定された制御しか可能ではない。
２）本発明の相を形成するために必要とされるコロイド相が少量なので、スケールアップが容易であり、（カラムからカラムへの）より再現性のある相を導き、従って再現性のある分離を導く。先行技術のモノリシック相のスケールアップは困難であり、製造材料および条件の厳格な制御を必要とする。
３）本発明の相を使用すると、保持プロセスに関与する活性官能基が表面上で均一に広がるので、効率が高くなる。先行技術のアプローチは、官能化反応またはグラフト化反応に典型的に依存し、これは常に表面の均一な被覆を導くわけではないので、それによって低い効率を導く。

上記の特許明細書に記載された全ての刊行物の開示を、ここでの引用により本明細書の一部として援用する。
本発明を例示するために、その実施の具体的かつ非限定的な例を記載する。

実施例１
以下は、キャピラリーの内部においてモノリスを作製する方法を概説するものである。

Ａ）キャピラリーの誘導体化： 以下の試薬を、５０ｍｂｒの圧力（他に注記しない限り）を使用して、２５０μＩＤのキャピラリー（以下の方法はより大きな長さを作製するのに適しているが、上記の実験では４０ｃｍを用いた）を通して所定の順序で圧入した。より大きな長さをコーティングするために必要なときには、この圧力を増大させてよい。
１．アセトンで２０分の濯ぎ
２．ＤＩ水で２０分の濯ぎ.
３．１ＭのＮａＯＨで６０分の濯ぎ
４．ＤＩ水で１０分の濯ぎ
５．１ＮのＨＣｌで６０分の濯ぎ
６．ＤＩ水で１０分の濯ぎ
７．エタノールで４０分の濯ぎ
８．２０ｍｂｒにおいてγ−ＭＡＰＳ溶液で１００分の濯ぎ
９．ｍｉｎエタノールで１０分の濯ぎ
１０．４ｂａｒにおいて窒素で３時間

エタノール（酢酸でｐＨ５．０に調節した９５％エタノール）中の２０％（ｗ／ｗ）ｇ−ＭＡＰＳ溶液を作製することにより、γ−ＰＡＰＳ［３−（トリメトキシシリル）プロピルメタクリレート］溶液を調製した。次いで、得られた誘導体化されたキャピラリーは必要とされるまで室温で保存することができる。

Ｂ）モノリスの調製： ０．０２４ｇ（モノマーに対して１％ｗ／ｗ）のＡＩＢＮ［２，２’−アゾジ（イソブチロニトリル）］または過酸化ベンゾイルを、２．４ｇのモノマー混合物（４０％エチレンメタクリレート、６０％ブチルメタクリレート）の中に溶解させる。使用に先立って、エチレンジメタクリレートおよびブチルメタクリレートの両方を塩基性アルミナを通して濾過し、使用するまで凍結器の中に保存する。

次いで、この混合物に、全体の重合混合物（この場合は６ｇ）の１．８％ｗ／ｗのＡＭＰＳ（２−アクリルアミド−２−メチル−１−プロパンスルホン酸）を加える。

次いで、孔形成剤混合物（合計質量３．６ｇ）を添加するが、これは一般に、５５％の１−プロパノール、３５％の１，４−ブタンジオール、および１０％の水を含んでいる。水のパーセンテージは一定のままであるが、１−プロパノール（最も好ましくは５５〜６０％）のパーセンテージを変化させると、得られるモノリスの物理的特性が変化する。

次いで、この完全なモノリシック混合物（好ましくは４０％のモノマーおよび６０％の孔形成剤を含む）を約１０分間超音波処理し、次いで約２０分間窒素でパージする。

次いで、シリンジを使用して、この溶液を前記誘導体化されたキャピラリー（工程Ａからのもの）の中にフラッシュする。次いで、ゴム隔壁を使用して該キャピラリーを両端でシールする。次いで、該キャピラリーを、ＡＩＢＮについては６０℃（過酸化ベンゾイルを使用するときは７０℃）の水浴中に２４時間配置する。

重合の後に、モノリシックカラムの各末端から５ｃｍを切断し、該モノリシックカラムを通して、メタノールを約１５００〜２０００ＰＳＩで４〜５時間フラッシュする。これに続き、更に数時間、水でフラッシュする。該モノリスは、今やラテックス凝集工程のための準備が整っている。

実施例２
塩化ポリビニルベンジルラテックス（０．０７５ミクロン）を、以下で述べるように、米国特許第４，３７６０４７号の実施例２に従って調製した。
エアロゾルＡ−１０３（アメリカンシアナミド社)：０．９３％
重炭酸ナトリウム（５％水溶液として）：０．４０％
過硫酸カリウム（５％水溶液として）：０．４０％
有機モノマー相：１．００％
ピロ亜硫酸（メタ重亜硫酸）ナトリウム（５％水溶液として）：０．２７％
脱イオン水：９６．９７％
サーフィノール１０４（空気生成物）：０．０３％

エアロゾルＡ−１０３、重炭酸塩、過硫酸塩、サーフィノール１０４および水を適切な容器に加え、均一かつ透明になるまで混合し、該溶液を通して５〜１０分間窒素をバブリングさせることにより酸素をパージし、氷浴中で冷却する。次いで、予め混合された冷有機モノマー相を水相に加え、窒素パージを更に５〜１０分だけ継続し、その後にピロ亜硫酸塩を加える。この窒素パージを更に２〜３分以上継続し、次いで反応容器をキャップし、３０℃で２０〜２４時間穏やかに転動−撹拌する。この有機モノマー相は、９５％の塩化ビニルベンゼン、３３％の純粋でない（５７％活性）ジビニルベンゼン、および０．６７％のｎ−ヘキサデカンである。次いで、得られたラテックスを、トリメチルアミンを用いて従来の方法でアミノ化する。

実施例３
ラテックス凝集：実施例２から得たラテックス溶液を０．４５ミクロンｍのフィルタを通して濾過し、ＤＩ水中に１：１００で希釈した。次いで、該希釈されたラテックスを１５００〜２０００ＰＳＩで約２時間、実施例１から得たモノリシックカラムの中に圧入する。このラテックス凝集したモノリシックカラムは、今や、陰イオン分析のために準備が整っている。

実施例４
実施例１から得た２５０μｍ×３０ｃｍのカラムを、ディオネックス・コーポレーション（Ｄｉｏｎｅｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から入手した知的財産権に係るラテックス（ＩｏｎＰａｃ ＡＳ１０の名称で販売されている製品に使用されている知的財産権のラテックス）を用い、実施例３に概説した凝集工程に従って凝集させた。次いで、上記のラテックス凝集されたカラムを陰イオン分析のために使用した。溶離液は２０ｍＭのＴｒｉｓ／１０ｍＭの塩化物（ｐＨ８．１５）を含んでおり、７．８μＬ／分の流速でポンプ輸送された。検出は、２１４ｎｍにおいて、標準ＵＶ検出器を使用して達成した。サンプルの循環路は、５０μｍ×５ｃｍの配管で構成された。サンプル試験混合物は、ヨウ素酸塩、亜硝酸塩、臭素酸塩、硝酸塩、およびベンゼンスルホンサン塩を含有していた。臭素酸塩および亜硝酸塩からの、ヨウ素酸塩の優れた分離を観察することができる。これらの条件下において、臭化物および亜硝酸塩は相互に部分的に分離され、またベンゼンスルホン酸塩は全てのイオンから十分に分離された。この分析のための合計実行時間は５．５分以内であった。上記の結果は、陰イオン分析についての上記ラテックス凝集カラムの有用性を立証した。反復注入（ｎ＝３）により、上記カラムでの再現可能な分離が示された。

実施例５
米国特許第５，４５３，１８５号で公表されたモノリス調製プロセスの改変版が、この実施例において使用された。９×１５０ｍｍのＰＥＥＫ管の一端をシリコーンゴム隔壁で閉鎖し、他端を固体ゴムで閉鎖した。３ｍＬのスチレン、２ｍＬのＤＶＢ、７．５ｍＬのドデカノール、および０．５ｇのアゾビスイソブチロニトリルを混合することにより、重合混合物を調製した。この混合物を、１５分間窒素をパージングすることにより暴気した。該混合物を、前記隔壁を通してＰＥＥＫ管の中に注入し、該管を７０℃の水浴中で加熱することにより重合を開始した。２４時間後に管を取出して冷却した。このカラムに標準のＰＥＥＫ末端治具を適合し、メタノールを用いて、流速０．２ｍＬ／分で１時間および流速１ｍＬ／分で１時間フラッシュした。出口端における末端治具を開放した後、２０ｍＬ／分でポンピングすることにより、当該モノリスをカラムからポンプで取出した。スルホン化：該モノリスをディスクに切り出し、硫酸と共に還流シリンダに加えて、１０５℃で１２０分間スルホン化した。次いで、このモノリスをＤＩ水で洗浄した。カラム充填：次いで、このモノリスを内径３ｍｍの幾つかのディスクに切り出し、カラムの内径に一致させた。次いで、軟質プラスチック挿入物をカラムの出口端を通して用いて、これら３ｍｍのディスクを３×５０ｍｍのカラムハードウエアの中に挿入した（入口端にはベッド支持体およびカラム端治具を嵌合した）。空隙が存在しないことを保証するために、これらディスクを相互に対して緊密に押込んだ。必要であれば、最終的なモノリスデスクの厚さを、それがカラムの出口端と揃うように調節した。カラムの出口端には、ベッド支持体およびカラム端治具が設けられた。該カラムを、１ｍＬ／分のＤＩ水でフラッシュした。このカラムは、ラテックス凝集段階のための準備が整っていた。

実施例６
ラテックス凝集：４００ｍＭ酢酸中の１％ラテックス溶液（実施例２から得たもの）を調製する。該ラテックスを、０．２ｍＬ／分の流速で、実施例５のスルホン化されたモノリシックカラムの中にポンプで圧入する。ラテックスがカラムから出てくるまでポンピングを行う。ＤＩ水でフラッシュし、続いて溶離液でフラッシュする。該ラテックス凝集カラムは、今や陰イオン分析のために使用することができる。

実施例７
米国特許第６，６１０，５４６号の実施例５に従って、陽イオン交換モノリスを調製した。基本材料は、シートまたはロッド形態の多孔性ポリスチレン（Ｐｏｒｏｕｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社）であった。ベース材料のための好ましい多孔性は、５μｍ〜１００μｍの範囲で変化する。上記材料の小片を、塩化メチレン溶媒中の４０〜６０％ｗ／ｗのスチレン（好ましい範囲は２０〜１００％のグラフトレベル）の溶液中に浸漬する。シート材料は、グラフトする前には１．６ｍｍの好ましい厚さを有している。グラフト化は、窒素雰囲気下の８０〜９０°Ｆにおいて、１０，０００ｒａｄ／時の線量で、γ線を約４８〜１２０時間照射することによって達成される。次いで、この材料を、塩化メチレンまたは適切な溶媒中の１０％ｗ／ｗのクロロスルホン酸の中に約４０℃で４時間浸漬する。次いで、該材料を１ＭのＫＯＨ中に５５℃で３０分間浸漬し、次に、ＤＩ水で濯ぎおよび洗浄する。

実施例８
この実施例では、米国特許第６，６１０，５４６号の実施例６に従って、陰イオン交換モノリスを調製した。ベース材料は、上記の実施例に記載したものと同様である。ベース材料の小片を、塩化メチレン溶媒中の４０〜６０％の塩化ビニルベンジルの溶液中に浸漬する。グラフト化は、窒素雰囲気下の８０〜９０°Ｆにおいて、１０，０００ｒａｄ／時の線量で、γ線を約１００〜２００時間照射することによって達成される。この材料を、塩化メチレンまたは適切な溶媒中の２０％トリメチルアミンの溶液中において、還流下で２４〜５６時間加熱し、次いで、ＤＩ水で濯ぎおよび洗浄する。

実施例９
実施例５のカラム充填法に従って、実施例７のモノリスをカラムの中に充填し、次いで実施例６に記載したようにしてラテックスと共に凝集させた。このカラムは、今や、塩基性溶離液での陰イオン分析に適している。

実施例１０
米国特許５，５３２，２７９の実施例９に従って、スルホン化されたラテックスを調製した。３５０ｇの水および０．１ｇの塩化カルシウム二水和物の溶液を瓶の中に収容し、５分間窒素で脱気した。２１．６６ｇのスチレン、１．４２ｇの市販の８０．５％ジビニルベンゼン（８０．５％のジビニルベンゼンを含む）、０．１４ｇのＶａｚｏ３３［２，２−アゾビス（２，４−ジメチル−１，４−メトキシバレロニトリル）］、３．６６ｇのＡｔｌｏｘ３４０３Ｆ（陰イオン性および非イオン性表面活性剤のブレンド）、および１．０９ｇのＡｔｒｏｘ３４０４Ｆの混合物を、前記脱気した溶液に添加した。この瓶にキャップをして、３２℃で１７時間転動させた。２２ｇのＩｇｅｐａｌＤＭ８８０（エトキシル化ジアルキルフェノール）を前記瓶の中の混合物全体に加え、瓶にキャップをして、３２℃で２４時間転動させた。次いで、ホワットマンのＧＦ／Ａ，ＧＦ／ＤおよびＧＦ／Ｆフィルタを使用して瓶の内容物を濾過し、前記ラテックスから凝集体を除去した。

９２．４ｇの濃硫酸を、添加漏斗を使用して２０ｇの濾過したラテックスに加えることによって、前記ラテックスをスルホネート化した。次いで、添加漏斗を使用して、１３７ｇのクロロスルホン酸を前記ラテックス硫酸混合物に加えた。このラテックス、硫酸およびクロロスルホン酸の全体の混合物を、１１０℃で２時間加熱した。該混合物を６０℃に冷却し、添加漏斗を使用して１８００ｍＬの３．２２Ｍ水酸化ナトリウムに加え、ラテックスのスルホン化をクエンチした。このクエンチしたラテックスを、ホワットマンの５４１フィルタを使用して濾過し、凝集体を除去した。

実施例１１
実施例８のモノリスを、実施例５におけるカラム充填プロセスに従って、カラムの中に充填した。次いで、根尾カラムを実施例１０から得たラテックスと共に次のようにして凝集させた。４００ｍＭの水酸化ナトリウム中の１％ラテックス溶液を調製する。該ラテックスを、アミノ化されたモノリスカラムの中に０．２ｍＬ／分の流速でポンプ注入する。ラテックスがカラムから出てくるまでポンピングする。ＤＩ水でフラッシュし、続いて溶離液でフラッシュする。このラテックス凝集されたカラムは、今や、酸性溶離液での陽イオン分析に適している。

Claims (16)

1. 孔壁によって定義された連結孔を有するモノリシック静止相と、前記孔壁に直接または間接に不可逆的に結合された微細なイオン交換ポリマー重層粒子とを含み、微細なイオン交換ポリマー重層粒子のサイズがコロイドサイズである、フロースルーイオン交換媒体。
2. 前記重層粒子が前記孔壁に共有結合される、請求項１記載のイオン交換媒体。
3. 前記重層粒子が吸着によって前記孔壁に結合される、請求項１記載のイオン交換媒体。
4. 前記重層粒子が分散剤を介して前記孔壁に結合される、請求項１記載のイオン交換媒体。
5. 前記重層粒子が静電気的付着によって前記孔壁に結合される、請求項１記載のイオン交換媒体。
6. 前記静止相が２００ｎｍよりも大きい孔サイズを有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のイオン交換媒体。
7. クロマトグラフィー分離カラムの中に配置される、請求項１〜６のいずれか一項に記載のイオン交換媒体。
8. 検出器と流体連通した、請求項７に記載のカラム。
9. 検出器と流体連通したサプレッサと流体連通している、請求項７に記載のカラム。
10. 前記重層粒子が約０．００２〜０．２ミクロンの中間直径を有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載のイオン交換媒体。
11. 液体サンプル流におけるアナライトをクロマトグラフィーにより分離する方法であって、前記液体サンプル流を、請求項７のクロマトグラフィー分離カラムを通して流すことを含んでなる方法。
12. イオン交換媒体を製造する方法であって、微細なイオン交換ポリマー重層粒子を、モノリシック静止相における連結孔の孔壁に直接または間接に不可逆的に結合することを含み、微細なイオン交換ポリマー重層粒子のサイズがコロイドサイズである、方法。
13. 前記結合が共有結合である、請求項１２に記載の方法。
14. 前記結合が吸着によるものである、請求項１２に記載の方法。
15. 前記結合が分散剤を介したものである、請求項１２に記載の方法。
16. 前記結合が静電気結合である、請求項１２に記載の方法。