JPS5832164A - クロマトグラフイ−用多孔質充填剤およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、クロマトグラフィー用多孔質充填剤およびそ
の製造方法に関するものである。

液体クロマトグラフィーは、被分離物質の分離機構の観
点から、（１）排除クロマトグラフィー（分子サイズ分
離）　、　（２）吸着クロマトグラフィー、（３）分配
クロマトグラフィー（順相、逆相）、（４）イオン交換
クロマトグラフィー等に大別される。

本発明はこれら種々のクロマトグラフィーのなかで特に
（２）および（３）の吸着、分配クロマトグラフィーに
おいて優れた性能を有する新規なポリマー系　　−の充
填剤を提供することにある。

従来、吸着クロマトグラフィーあるいは液−固クロマト
グラフイーおよび分配（順相、逆相）クロマトグラフィ
ー用充填剤としては、主として、シリカゲルまたはシリ
カゲルに有機化合物を反応させた化学結合型の無機系充
填剤が一般的に使用されてきた。

これらの無機系充填剤について一般的にいえることは、
機械的強度が十分に大きく、良好な分離能を示すという
ことであるが、その反面使用可能なｐＨ範囲が限られて
おり、高濃度の緩衝液や、テトラアルキルアンモニウム
の存在下等におけるｐＨ８以上のアルカリ性下や昇温状
態下でば充填剤の寿命が著しく短縮するという欠点を有
している。特に、分配クロマトグラフィー用として最も
一般的に使用されている化学結合型のシリカゲルは、ゲ
ル自体に残存するシラノール基の影響により吸着現象を
起こし、分離が必らずしも満足力いくものばかりでない
ことが多い。

一方、この吸着・分配クロマトグラフィーの分野におい
て最も一般的に使用されているポリマー系充填剤として
は、スチレン−ジビニルベンゼンの共重合体ゲルが知ら
れている。しかし、この共重合体ゲルは、疎水性である
ため水媒体系での使用ができないといった難点を有する
ばかりでなく、溶媒置換時や高圧下でゲルの収縮を起こ
すといった欠点が指摘されている。従って、溶媒の組成
を漸時変化させて使用する勾配溶出法においては、この
共重合体ゲルは使用できないという欠点を有する。

また、近年、高極性側のポリマー系充填剤としてポリエ
チレングリコールジメタクリレートゲル、エチレングリ
コールジメタクリレートとヒドロキシエチルメタクリレ
ートとの共重合ゲルなどが提案されている。しかし、こ
れらのゲルは、親水性を有するため、水媒体系での使用
が可能であるという特徴を有するが、その反面、機械的
強度が小さいため、高圧下での使用に耐えないばかりで
なく、溶媒の種類を変えると膨潤収縮が大きいという欠
点を有する。

本発明者らは、無機系充填剤と同等の機械的強度を有し
、かつ有機媒体および水性媒体のいずれの系においても
使用可能なポリマー系充填剤を得るべく種々検討した結
果、分子式中に水酸基を有し、かつ２個のビニル基の間
隔の最も短い架橋剤の１つであるグリセリンジメタクリ
レートの単独重合体またはグリセリンジメタクリレート
とこれと共重合可能な架橋剤または単量体からなる共重
合体が前記目的を達成し得ることを見出し、本発明を完
成するに至った。

即ち、本発明は、グリセリンジメタクリレートの単独水
性懸濁重合あるいはグリセリンジメタクリレートおよび
これと共重合可能な架橋剤または単量体との水性懸濁共
重合より得られるクロマトグラフィー用多孔質充填剤、
およびグリセリンジメタクリレート単独あるいはグリセ
リンジメタクリレートおよびこれと共重合可能な架橋剤
または単量体とを、水と二相を形成し、溶解度パラメー
ターが８から１２の値を有する有機溶媒およびラジカル
重合開始剤の存在下で水性懸濁重合させることを特徴と
するクロマトグラフィー用多孔質充填剤の製造方法に関
する。

本発明のクローζトゲラフイー用多孔質充填剤およびそ
の製造方法によれば、機械的強度の極めて大きいポリマ
ー系充填剤が得られ、特にグリセリンジメタクリレート
の単独水性懸濁重合はもちろんのこと、グリセリンジメ
タクリレートと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とジビニルベンゼンとの水
性懸濁共重合など架橋剤同志の共重合においても著しく
機械的強度の大きなゲルが得られるものである。

また、グリセリンジメタクリレートとこれと共重合可能
な架橋剤または単量体との水性懸濁共重合において、共
重合成分の種類や比率を変えることにより、生成共重合
ゲルの極性を高極性側から一低極性側に至るまで自由に
コントロールできるという利点を有するものである。本
発明のポリマー系充填剤を用いれば、クロマトグラ１フ
イーにおいて用いる溶媒は水から有機溶媒まで用いるこ
とができ、各種溶媒間の置換においてもゲルの高架橋度
から派生する強固な構造により膨潤、収縮等の問題を生
じない。

本発明において得られるグリセリンジメタクリレート単
独重合体および共重合体の機械的強度のすぐれている理
由は、用いるグリセリンジメタクリレートの２個のビニ
ル基の間の鎖が短いためと考えられる。

このように機械的強度の大きな充填剤は粒子サイズの微
細化が図れると共に高圧操作にも耐えるために分離能に
優れるばかりでなく、迅速分析が可能となる。

また、ポリマー系ゲルであることから、従来より知られ
ているように使用できるｐＨ範囲が１〜１３と広く、酸
、アルカリによる再生処理にも耐えることができる。

経済的な面での最大の特徴は、逆相分配クロマトグラフ
ィー川の化学結合型無機系充填剤が極めて高価であるた
めに大量のゲルを使用する分取りロマトグラフイー用と
して用いることは経済性の点から極めて困難であった。

しかし、本発明における充填剤は製造法が容易でかつ単
純であるため、大規模な製造に適していることから、安
価でかつ大量に使用される分取りロマトグラフィー用に
も利用することができる。

本発明において使用されるグリセリンジメタクリレート
は、例えばグリシジルメタクリレートとメタクリル酸の
付加反応から合成可能である。

グリセリンジメタクリレートは、これと共重合可能な架
橋剤または単量体と混合して使用してもよい。

架橋剤としては、例えばエチレングリコールジアクリレ
ート、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレ
ングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジ
メタクリレート、トリエチレングリコールジアクリレー
ト、トリエチレングリコールジメタクリレート、テトラ
エチレングリコールジアクリレート、テトラエチレング
リコールジメタクリレート、プロピレングリコールジア
クリレート、プロピレングリコールジメタクリレート、
ジプロピレングリコールジアクリレート、ジプロピレン
グリコールジメタクリレート、トリメチロールエタント
リアクリレート、トリメチロールエタントリメタクリレ
ート、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリ
メチロールプロパントリメタクリレート、テトラメチロ
ールメタンテトラアクリレート、テトラメチロールメタ
ンテトラメタクリレート等の多価アルコールの（メタ）
アクリル酸飽和ニス誉ル；ジビニルベンゼン、トリビニ
ルベンゼンなどの芳香族ビニル化合物ニブタンジオール
ジビニルエーテル、ジビニルスルホンなどがあげられる
。

単量体としては、例えば２−ヒドロキシエチル（メタ）
クリレート、ヒドロキシプロピル（メタ）クリレートな
どのヒドロキシ（メタ）アクリレート類；メチル（メタ
）クリレート、エチル（メタ）クリレート、プロピル（
メタ）クリレートなどの（メタ）アクリレート類；グリ
シジルアクリレート、グリシジルメタクリレート、アリ
ルグリシジルエーテルなどのグリシジルモノビニルエス
テルマタハモノビニルエーテル類、スチレン、エチルビ
ニルベンゼンなどの芳香族モノビニル化合物すどがあげ
られる。

架橋剤であるグリセリンジメタクリレートとこれと共重
合可能な架橋剤あるいは単量体との比は、共重合成分が
架橋剤である場合は重量で１００：０から１：９９、共
重合成分が単量体である場合は重量で１００：Ｏから１
０　：　９０．好ましくは１００：０から５０：５０で
あることが望ましい。

本発明のクロマトグラフィー用多孔質充填剤は、水と二
相を形成し、溶解度パラメーターが８から１２の範囲内
の有機溶媒、懸濁安定剤、重合開始剤およびその他の添
加剤の存在下に攪拌しつつ５０〜９５℃の範囲で水性懸
濁させることにより得られる。

用いられる有機溶媒は、重合反応に不活性でグリセリン
ジメタクリレートまたはグリセリンジメタクリレートと
これと共重合可能な架橋剤あるいは単量体の混合物を溶
解するが、そのポリマーは溶解しない水不溶乃至難溶性
で、かつ溶解度パラメーターが８から１２の有機溶媒が
使用可能であす、例エバ、トルエン、キシレン、エチル
ベンゼン等の芳香族炭化水素類；クロルベンゼン、クロ
ルトルエン、クロルエタン、等のへロゲン化炭化水素類
；ｎ−ブタノール、イソアミルアルコール、シクロヘキ
サ／−ル等の炭素数４以上のアルコール類；メチルブチ
ルケトン、メチルアミルケトン等のケトン類；酢酸ブチ
ル、プロピオン酸エチル等のエステル類；アミルエーテ
ル、ブチルフェニルエーテル等のエーテル類があげられ
る。

これらの有機溶媒は２種以上を混合して使用してもよい
。有機溶媒の溶解度パラメーターが本発明の範囲外では
、クロマトグラフィー用充填剤としての十分な性能を備
えたゲルを得ることは困難である。有機溶媒の添加量は
、特に限定されないが、一般には全重合成分の合計容量
に対して１〜２．５倍が好ましい。

懸濁安定剤としては、ポリビニルアルコール、でん粉、
ポリビニルピロリドン等があげられ、その添加量は、水
に対して０．１〜５襲の範囲内が好ましい。

重合開始剤としては、通常のラジカル重合開始剤が使用
可能であり、その代表的なものとしては、ベンゾイルパ
ーオキサイド、アゾビスイソブチロニトリル等があげら
れる。

重合開始剤の使用量は、′全重合成分の合計量に対して
０．５〜５重量％が好ましい。

重合温度は使用する重合開始剤の種類により決定される
が、通常は５０〜３℃が好ましい。

水性懸濁重合は、重合を阻害する酸素の不存在下で行な
うことが望ましく、そのために空気の置換には窒素およ
び炭酸ガスのような不活性ガスを用いることが好ましい
。

本発明の多孔質充填剤において、多孔質は重合路を後、
有機溶媒を重合体の中より抽出することにより得られ、
また細孔容量の制御は有機溶媒の使用量の増減に′より
、孔径の制御は有機溶媒の組成を変えることにより達成
される。かくして得られた多孔質充填剤は平均粒子径が
１〜１０００μ、好ましくは２〜２００μ、平均孔径が
５０〜４０００Ａ１比表面積が１００〜８００　ｍ２７
１１、保有水量が１〜５ｇ／ｇを有するものである。

本発明の多孔質充填剤は、分子中に水酸基を有するため
、有機媒体中ばかりでなく水性媒体中においても使用で
き、かつ機械的強度も大きく、しかも粒子内に多く、の
細孔を有し分離能も大きいのの排除タロマドグラフィー
用充填剤としても極めて優れたものである。またイオン
交換クロマトグラフィー用充填剤としての応用が可能で
あるほか、ガスクロマトグラフィー用充填剤としても極
ｉて優れ禿性能を有するものである。

以下、実施例をあげて本発明をさらに具体的に説明する
。

実施例　１、 攪拌機、温度計、冷却器を備えた３１！の重合反応器に
、５ｇのポリビニルアルコールを溶解シた２Ｉ！の水溶
液を仕込んだ。次いでこのポリビニルアルコール水溶液
中に純度９５係のグリセリンジメタクリレート３００．
９：クロルベンゼン（溶解度ハラメーター９．５）２４
２ｇ、シクロヘキサノール（溶解度パラメーター１１）
２０８ｇおよびアゾビスイソブチロニトリル４．７９か
らなる混合溶液を添加し、攪拌しつつ、６０℃で８６時
間重合を行ったこ 反応終了後、重合反応器を室温まで冷却し、生成物を分
離した。生成物を十分に水洗し、アセトンを用いて有機
溶媒を除去した後、乾燥して微小の多孔質球状ゲルを得
た。得られたゲルの比表面積を測定したところ６５０〜
２−　／　Ｉ−であった。

このゲルの赤外吸収スペクトルを第１図に示した。

得られた多孔質ゲルを分級して集めた粒子径１５〜２０
μのものを内径８叫、長さ２５０■のステンレスカラム
ｉ充填し、溶離液に純水を用いて分子量の異なるデキス
トラ￥（７）　０．１％水溶液を測定したところ、排除
限界分子量は１０′５であった。

またエチレングリコールの溶出位置で求めたカラム１本
当りの理論段数は３６００段であった。この場合の測定
条は次の通りである。

測定条件 溶　離　液：純水 Ｃポンプ流速：　１．　Ｏｍｌ　／ＩＭ！カラム圧カニ
　３．５　ｋｆ／ｅａｒ２検　出　器：示差屈折計 また、純水を溶離液として用いた場合の低級脂肪族アル
コールの溶出位置、すなわちｎ−ブタノールとメタノー
ルの溶出位置の比で較べた本発明の多孔質ゲルの吸着性
ファクターは２．２であった。

カラムに流す溶離液の流速を変えて、圧力損失との関係
を測定した結果、３００ｋｇ／ｃｒｎ２まで圧力損失は
流速と比例して増加し、得られたゲルの機械的強度は極
めて優れたものであった。

また、本発明の多孔質ゲルの各種溶媒に対する膨潤度を
通常の方法で測定したところ、次表のごとき結果を得た
。

表 表から明らかなように、本発明の多孔質ゲルは各種溶媒
に対する膨潤度は一定であり、最大極性の水から最も低
極性のれ一ヘキサンに至るまで溶媒との親和性にすぐれ
ている。午の゛結果より本発明の多孔質ゲルは水性媒体
および有機媒体のいずれの系でも使用可能であることが
明らかである。

さらに前記の多孔質ゲルを充填したカラムを用いてシュ
ウ酸、マロン酸、コへり酸、グルタル酸およびアジピン
酸の二塩基酸を試料として、逆相分配クロマトグラフィ
ーを行なった。そのクロマトグラムを第２図に示した。

測定条件 カ　ラ　ム：内径８鰭×長さ２５’Ｏ謳溶　離“液：０
．１％ｌＪン酸水溶液 ポンプ流速：２、Ｏｍｌ　／　ｍｉｎ カラム圧カニ　７．２　ｋｇ１０ｎ２（２０℃）検　出
　器：示差屈折計 試料注入量：試料台０，１％　１００μｅ第２図から明
らかなごとく、５成分の二塩基酸が極めて良好に分離し
た。

次いで、同じ平均粒子径を有する多孔質ゲルを用いてグ
ルコース、ショ糖およびマルトースの糖類を試料とし順
相系での分配クロマトグラフィーを行った。そのクロマ
ト、多゛ラムを第３図に示した。

測定条件 カ　ラ　ム：内径８　ｆｌｌｌｌｌ　Ｘ長さ２５０ａ溶
　離　液ニアセトニトリル／水（８３／１７）ポンプ流
速：２．ｏｍ７！／厭 カラム圧カニ　１２ｋｙ／ｃｍ２（３２°Ｃ）検　出　
器：示差屈折計 試料注入量：試料者０５係２０μｌ 第３図から明らかなごとく、３成分の糖類は極めて良好
に分離した。

実施例　２ グリセリンジメタクリレート１５２ｇ、共重合架橋剤と
してエチレングリコールジメタクリレート１３２Ｊ７を
用い、有機溶媒としてクロ、ルベンゼン（溶解度パラメ
ーター９．５）４２６ｇを用いた他は、実施例１と同様
に懸濁重合および後処理を行った。得られた多孔質ゲル
を分級して集めた粒子径１５〜２０μのものを内径８陥
、長さ２５０叫のステンレスカラムに充填し、溶離液に
純水を用いて分子量の異なるデキストランの０．１チ水
溶液を測定したところ、排除限界分子量は２　Ｘ　１０
７であった。

また純水を溶離液として用いた場合の低級脂肪族アルコ
ールの溶出位置、すなわち、ｎ−ブタノールとメタノー
ルの溶出位置の比で較べた本発明の多孔質ゲルの吸着性
ファクターは４であった。

実施例　３ グリセリンジメタクリレート２２８ｇ、共重合単量体と
してメチルメタアクリレート１００ｇを用イ、肴機溶媒
としてクロルベンゼン（溶解度ツマラメ−ター９．５）
３９４ｇ、酢酸？−アミル（溶解度パラメーター８．４
）９８ｇを用いた他は、実施例１と同様に懸濁重合およ
び後処理を行った。

得られた多孔質ゲルを分級して集めた粒子径１５〜２０
μのものを内径８諭、長さ２５０■のステンレスカラム
に充填し、溶離液に純水を用いて分子量の異なるデキス
トランの０．１％水溶液を測定したところ排除限界分子
量は約１０であった。

また純水を溶離液として用いた場合の低級脂肪族アルコ
ールの溶出位置、すなわちｎ−ブタノールとメタノール
の溶出位置の比で較べた本発明の多孔質ゲルの吸着性フ
ァクターは１０以上であった。

比較例　１ グリセリンジメタクリレート３００９、有機溶媒として
ｎ−ドデカン（溶解度パラメーター７８）３００ｇを用
いた他は、実施例１と同様に懸濁重合および後処理を行
った。　得られた共重合体ゲルを分級して集めた粒子径
１５〜２０μのゲルを内径８■、長さ２５０ｊｌｌｌｌ
＋のステンレスカラムに充填しようとしたところ、圧力
損失が大きく、良好にカラムに充填することができなか
った。このゲルを顕微鏡を用いて観察したところ、ゲル
の形状は中空状態であることが萌らかとなり、クロマト
′　グラフィー用充填剤として利用することができなか
った。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例１で得られた多孔質球状ゲルの赤外吸
収スペクトルである。 第２図は、実施例１で得られた多孔質球状ゲルをカラム
に充填して５成分の五塩基酸を試料とし、逆相系での分
配クロマトグラフィーを行った結果である。 １・・・シュウ酸、　　２・・・マロン酸、　　３°°
。 ・・・コハク酸、　　４・・・グルタル酸、５・・・ア
゛ジビン酸。 第３図は実施例１で得られた多孔質球状ゲルをカラムに
充填して３成分の糖類を試料とし、順相系での分配クロ
マトグラフィーを行った結果である。、 ６・・・グルコース、　　７・・・ショ糖、　　８・・
・・・・マルトース。 特許出願人　昭和電工株式会社 代理人　弁理士菊地精− 嶽　釜　（（輯−１） 第２図 溶出量（７＋１１）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）グリセリンジメタクリレートの単独水性懸濁重合あ
   るいはグリセリンジメタクリレートおよびこれと共重合
   可能な架橋剤または単量体との水性懸濁共重合により得
   られるクロ、マドグラフィー用多孔質充填剤。 ２）グリセリンジメタクリレート単独あるいはグリセリ
   ンジメタクリレートおよびこれと共重合可能な架橋剤ま
   たは単量体とを水と二相を形成し、・　　溶解度パラメ
   ーターが８から１２の値を有する有機溶媒およびラジカ
   ル重合開始剤の存在下で水′性懸濁重合させることを特
   徴とするクロマトグラフィー用多孔質充填剤の製造方法
   。