KR20000017535A - 액체 크로마토그래피용 폴리머 충전물질 및 그의 제조방법 - Google Patents

액체 크로마토그래피용 폴리머 충전물질 및 그의 제조방법 Download PDF

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KR20000017535A
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호소야겐
오츠유타카
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겜마 아키라
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Abstract

본 발명은 액체 크로마토그래피용으로 적합한 폴리머 충전물질 및 그의 제조방법을 제공한다. 단분산 입자분포를 가진 스티렌 골격에 기초한 폴리머 입자를 가진 폴리머 충전물질은 폴리머 충전물질의 세공(finepore)에 존재하는 미세공 (micropore)의 내면을 친수성 처리하는 방법 또는 이에 이어서 화학적 변환에 의해 친수성 내면에 소수성기를 도입하는 방법에 의해 제조할 수 있다. 액체 크로마토그래피용으로 적합한 폴리머 충전물질을 제조하는 방법은 2 단계 팽윤 중합법(two-step swelling polymerization)에 따라 가교제로서 글리세롤 디메타크릴레이트와 모노머로서 2-에틸헥실 메타크릴레이트를 중합시키는 단계를 포함한다. 다른 방법으로는, 글리세롤 디메타크릴레이트만을 가교 및 중합시켜 폴리머를 형성시키는 단계 및 화학적 변환에 의해 폴리머 내로 소수성기를 도입시키는 단계를 포함한다.

Description

액체 크로마토그래피용 폴리머 충전물질 및 그의 제조방법{A polymer packing material for liquid chromatography and a producing method thereof}
본 발명은 액체 크로마토그래피에 관한 것으로서, 상세하게는 액체 크로마토그래피용 충전물질 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 2 단계 팽윤 중합법(two-step swelling polymerization)에 따라 개선된 폴리머 충전물질 제조방법 및 이러한 방법에 따라 제조된 폴리머 충전물질에 관한 것이다.
일반적으로 고성능 액체 크로마토그래피(이하 HPLC라 칭함)용 충전물질은 무기 담체를 기재로 하는 무기 충전물질 또는 유기 폴리머를 기재로 하는 유기 폴리머 충전물질로서 분류된다.
실질적으로, 실리카겔을 기재로 하는 무기 충전물질이 가장 자주 사용된다. HPLC의 총 분리 모드의 60% 이상을 차지하는 역상 액체 크로마토그래피(reversed phase liquid chromatography)의 경우에는 실리카겔 담체의 표면이 화학적으로 변환된 알킬실릴화 실리카겔이 주로 사용된다. 이러한 통상적인 실리카겔을 기재로 하는 무기 충전물질은 뛰어난 분리특성 및 기계적 강도를 보여주는 반면에, 이러한 통상적 충전물질은 실리카겔 표면 상에 남아있는 실란올기 또는 실리카겔 기재에 함유된 금속 불순물에 의해 화학적 안전성 낮아지거나 바람직하지 않은 2차적 보유효과를 나타내는 결점을 가지고 있다.
한편, 유기 폴리머 충전물질은 화학적으로 안정하다는 장점을 가지고 있으며, 실리카겔 충전물질과 유사하게 크기 배제 크로마토그래피(size exclusion chromatography) 또는 이온 교환 크로마토그래피용 충전물질로 사용되고 있다. 또한 폴리머 충전물질은 역상 액체 크로마토그래피, 특히 실리카겔 충전물질의 사용이 불가능한 분리조건 하에서도 사용될 수 있다. 최근 이러한 유기 충전물질의 분리특성에 대한 이해도가 증가되었고, 실리카겔 충전물질보다 우수한 분리특성이 얻어진다는 보고가 있었다.
일반적으로 가교된 폴리머인 폴리머 충전물질은 천연 폴리머를 가교시키는 방법에 의해 제조한 것 또는 비닐 모노머를 중합하여 합성한 것으로 분류된다. 전자의 대표적인 예에는 아가로스, 덱스트란 및 만난과 같은 다당류 유도체로부터 제조된 충전물질이 포함된다. 그러나 이러한 물질은, 일반적으로 내압성 낮다는 문제점 때문에 HPLC용 충전물질로는 사용할 수 없다. 한편, 합성 폴리머 충전물질은 폴리스티렌-디비닐벤젠겔과 이의 유도체, 폴리메타크릴레이트겔 및 폴리아크릴아미드겔과 같은 폴리머를 포함한다. 상술한 합성 폴리머 중에 폴리스티렌-디비닐벤젠겔과 폴리아크릴아미드겔은 화학적으로 안정하고, 역상 액체 크로마토그래피용 충전물질로 사용된다. 이러한 폴리머가 실리카겔 충전물질에 비해 넓은 pH 범위에서 안정하고, 금속 불순물에 의한 문제점이 없다는 것이 주목하여야 한다. 일반적으로 이러한 합성 유기 폴리머는 희석제 및 가교제와 함께 모노머의 혼합에 의해 다공성 구조로 제조될 수 있다. 폴리머 합성할 때 양질의 용매를 사용하면 세공(finepore)이 형성되고, 저질의 용매를 사용하면 공극이 커지는 경향이 있다. 따라서, 공극의 직경은 희석제와 모노머를 어떻게 조합시키는 가에 따라 조절할 수 있다. 이러한 방법과 함께 단순한 공정을 가진 현탁 중합법을 사용하여 구형 다공성 폴리머 충전물질을 제조할 수 있다.
그러나, 이러한 폴리머 충전물질은 폴리머 입자의 미세공의 분포에 관한 구조적 문제를 가지고 있다. 더욱 구체적으로 보면, 폴리머 충전물질은 폴리머의 가교 구조와 관련하여 유래되는, 세공과 미세공(micropore)을 가진 이중 공극 구조를 가지는데, 이러한 미세공은 실리카겔 충전물질의 세공(즉, 메소포어(mesopore))와 달리 2nm 이하이다. 다공성 폴리머 입자에 미세공이 존재하기 때문에, 일반적으로 용질 분자가 폴리머 충전물질을 통과하는 정도가 커진다. 크로마토그래피에 이러한 충전물질로 충전된 칼럼을 사용하여 시료를 분리하는 경우에, 폴리머 충전물질의 고유적 분리특성은 실리카겔 충전물질의 고유적 분리특성과 다르다. 이러한 미세공이 크로마토그래피의 분리능력에 미치는 영향을 조절하는 것이 어렵기 때문에 폴리머 충전물질의 사용은 종종 샘플에 대해 잘못된 분석결과를 초래한다.
실질적으로, HPLC에 의한 분석에 있어서 이러한 미세공의 바람직하지 않은 영향은 폴리머 충전물질이 시료에 대한 보유력이 강하기 때문이다. 이러한 영향은 입체 구조가 큰 시료의 경우 현저하게 나타난다. 이러한 경우에, 크로마토그래피에서 시료에 대한 피크의 면적은 넓어지는데, 이는 이론 단수의 수를 감소시킨다. 시료가 크로마토그래피 컬럼의 미세공을 통과할 때, 이 미세공보다 크기가 작은 분자에 대해서는 보유 효과가 없는 반면에 큰 분자에 대해서는 미세공의 내면에 의한 소수적 상호작용에 의해 야기되는 보유력을 가진다.
미세공에 의해서 야기되는 크로마토그래피의 바람직하지 않은 영향은 중합 공정 및 가교 공정의 조건을 다양하게 변화시킴으로써 감소시킬 수 있다. 다시 말해서, 중합에 의해 합성된 폴리머의 선형 부분이 각각의 폴리머 사슬의 길이와 동일하고, 가교 지점 사이의 길이가 더 길어 진다면, 이것은 미세공의 크기를 더 크게 만들고, 미세공의 크기가 거의 일정해져 충전물질의 성능열화 문제점을 억제할 수 있다. 가교 지점 사이의 길이가 늘어나면 가교도가 낮아질 수 있다. 가교 비율이 낮아지면 폴리머 입자의 강도가 약해져서 전술한 폴리머를 액체 크로마토그래피용 충전물질로서 사용할 수 없게 된다. 충전물질은 중합 및 가교 반응의 방법과 조건을 조절하여 제조하여야 할 필요가 있다. 예를 들어, 이러한 조절방법 중 하나는 모노머를 저온에서 산화-환원 중합을 하는 방법을 들 수 있다. 이 산화-환원 중합법을 사용하면, 폴리머 입자의 일반적 제조방법인 가열 중합법에 비하여 미세공의 크기를 더 크게하고, 이론 단수가 저하하는 문제점을 감소시킬 수 있다. 이러한 방법은 미세공의 크기를 조절하는데는 매우 유용할지라도, 미세공의 내면의 화학적 특성이 변화하지 않기 때문에 충전물질의 성능을 향상기키는 것은 한계가 있다.
그러므로, 미세공에 대한 문제는 해결되지 않고 있으며 이러한 문제점을 해결하는 것이 폴리머 충전물질에 대한 연구의 중요 목표로 남아 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결한 액체 크로마토그래피용 폴리머 충전물질 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리머 충전물질의 구조를 설명하는 것이다.
도 2는 실시예 1에서 합성한 폴리머 충전물질로 충전된 칼럼을 구비한 역상 분배 크로마토그래피로 얻은 데이타로서 고리형 방향족 탄화수소 화합물 5가지의 혼합물의 용리 패턴을 나타낸다.
도 3은 비교예 1에서 합성한 폴리머 충전물질로 충전된 칼럼을 구비한 역상 분배 크로마토그래피로 얻은 데이타로서 고리형 방향족 탄화수소 화합물 5가지의 혼합물의 용리 패턴을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 폴리머 충전물질의 구조를 설명하는 것이다.
도 5는 이동상으로 농축 아세토니트릴을 사용하여 실시예 2, 비교예 1 및 비교예 2에서 합성한 폴리머 충전물질로 충전된 칼럼의 압력 의존도를 나타낸 그래프이다.
도 6은 실시예 2에서 합성한 폴리머 충전물질로 충전된 칼럼을 구비한 역상 분배 크로마토그래피로 얻은 표준 데이타로서 고리형 방향족 탄화수소 화합물 5가지의 혼합물의 용리 패턴을 나타낸다.
도 7은 실시예 2에서 합성한 폴리머 충전물질로 충전된 칼럼을 구비한 역상 분배 크로마토그래피로 얻은 표준 데이타로서 고리형 방향족 탄화수소 화합물 10가지의 혼합물의 용리 패턴을 나타낸다.
본 발명의 발명자들은 전술한 목적을 달성하기 위해 다양한 연구를 실시하여, 폴리머 충전물질의 미세공의 내면의 화학적 특성을 변환시키고 폴리머 충전물질의 단분산 시스템을 형성시킴에 의해 분리특성이 개선된 액체 크로마토그래피용 폴리머 충전물질을 얻을 수 있다는 것을 발견하게 되었다. 또한, 상기 폴리머 충전물질의 적절한 제조방법을 개발하였다.
따라서, 본 발명의 일 태양에 의하면,
단분산 입자분포를 가진 스티렌 골격에 기초한 폴리머 입자를 포함하며,
상기 폴리머 입자는 세공과 세공 내에 존재하는 미세공을 가지며,
상기 미세공은 친수성 내면을 가지는 것을 특징으로 하는 액체 크로마토그래피용 폴리머 충전물질이 제공된다.
본 발명은, 2 단계 팽윤 중합법에 의해 합성되며,
단분산 입자분포를 가진 스티렌 골격에 기초한 폴리머 입자를 포함하고,
상기 폴리머 입자는 세공과 세공 내에 존재하는 미세공을 가지며,
상기 미세공은 친수성 내면을 가지는 것을 특징으로 하는 액체 크로마토그래피용 폴리머 충전물질에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 2 단계 팽윤 중합법에 따라 가교제로서 글리세롤 디메타크릴레이트와 모노머로서 2-에틸헥실 메타크릴레이트를 중합하는 단계를 포함하는 액체 크로마토그래피용 폴리머 충전물질의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 우수한 분리특성을 가진 액체 크로마토그래피용 폴리머 충전물질을 제공하는 것인다.
본 발명의 다른 태양에 의하면,
단분산 입자분포를 가진 스티렌 골격에 기초한 폴리머 입자를 포함하며,
상기 폴리머 입자는 세공과 세공 내에 존재하는 미세공을 가지며,
상기 미세공은 친수성 내면을 가지며,
상기 내면은 화학적 변환에 의해 부분적으로 소수성기가 도입된 것을 특징으로 하는 액체 크로마토그래피용 폴리머 충전물질이 제공된다.
본 발명은, 2 단계 팽윤 중합법에 의해 합성되며.
단분산 입자분포를 가진 스티렌 골격에 기초한 폴리머 입자를 포함하고,
상기 폴리머 입자는 세공과 세공 내에 존재하는 미세공을 가지며,
상기 미세공은 친수성 내면을 가지며,
상기 내면은 화학적 변환에 의해 부분적으로 소수성기가 도입된 것을 특징으로 하는 액체 크로마토그래피용 폴리머 충전물질에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 2 단계 팽윤 중합법에 따라 글리세롤 디메타크릴레이트만을 가교 및 중합시켜 폴리머를 제조하는 단계; 및
화학적 변환에 의해 상기 폴리머 내에 소수성기를 도입하는 단계를 포함하는 액체 크로마토그래피용 폴리머 충전물질의 제조방법을 관한 것이다.
본 발명의 또다른 특징은 분리특성이 우수하고 팽윤-수축 문제가 없는 폴리머 충전물질을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적, 태양 및 장점은 다음의 상세한 설명 및 도면을 참조하여 보면은 명백해질 것이다.
미세공의 화학적 특성은 폴리머를 구성하는 모노머와 가교제의 종류에 의존한다. 상술한 바와 같이, 역상 액체 크로마토그래피용 폴리머 충전물질의 분리특성의 단점은 시료와 미세공 사이의 소수적 상호작용에 기인한다. 역상 액체 크로마토그래피용 폴리머 충전물질의 미세공의 내면에 친수성기를 도입하면, 폴리머 충전물질의 보유력은 유지되면서 표본과 미세공 사이의 소수적 상호작용은 약해질 수 있다.
그러나, 본 발명의 목적은, 후술하는 바와 같이 친수성 처리 또는 미세공에 대해 알킬기 등의 화학적 변환이 후속되는 친수성 처리에 의해서는 효과적으로 달성될 수 없다. 전술한 목적의 실패가 폴리머 충전물질의 입경분포에 기인할 수 있다는 것을 본 발명자들은 발견하게 되었다. 이러한 입경분포는 주로 폴리머 충전물질의 제조방법으로부터 기원한다. 폴리머 충전물질이 주로 현탁 중합법에 의해 합성된다 할지라도, 이 방법에 의해 합성된 폴리머 입자의 입경분포는 매우 넓고, 이러한 폴리머 충전물질로 충전된 칼럼은 바람직한 역할을 할 수 없다. 입경이 넓게 분포하는 것은 이론 단수의 저하를 야기한다. 또한, 원하는 입경보다 작은 폴리머 입자는 분석하는 동안의 컬럼의 압력을 상승시키고, 이것은 기계적 강도가 낮은 폴리머 충전물질에 손상을 입힐 가능성이 있다. 한편, 입자가 적을수록 분리특성은 향상되므로, 원하는 입경보다 큰 폴리머 입자는 컬럼의 분리특성을 악화시킨다.
합성된 폴리머 입자의 분급공정은 크로마토그래피용 폴리머 충전물질로서 적절한 입경을 가진 원하는 부분을 선별하기 위하여 실시될 수 있다. 그러나, 이러한 분급공정은 커다란 특수 장비가 필요하고, 실제로 분급공정을 실시하는 것이 어렵다. 분급공정을 성공적으로 달성한다는 것은 실질적으로 한계가 있으므로, 사실상 이러한 분급공정 후에도 입경분포가 어느 정도의 폭을 가질 수 있다. 이러한 분급공정을 매우 정밀하게 실시하면 초기에 합성된 폴리머 입자 중 소량만이 크로마토그래피용으로 유효하므로 충전물질로서의 수율을 저하시킨다. 이것은 폴리머 충전물질의 생산비용을 증가시킨다.
본 발명자는 잘 알려진 2-단계 팽윤 중합법을 적용하여 단분산 입경분포를 가진 폴리머 충전물질을 수득하였다. 제조방법을 구체적으로 살펴보면, 가교제로서 친수성 글리세롤 디메타크릴레이트, 모노머로서 소수성 2-에틸헥실 메타크릴레이트를 사용하여 2 단계 팽윤 중합법을 기초로한 가교 및 중합반응에 의해 역상 액체 크로마토그래피용 폴리머 충전물질을 제조한다. 다른 방법으로는, 가교제로서 친수성 글리세롤 디메타크릴레이트만을 사용하여 2 단계 팽윤 중합법으로 가교과 중합반응을 실시하는 것이다. 그 결과 생성되는 단분산 폴리머에 소수성기를 화학적으로 도입하여 역상 액체 크로마토그래피용으로 바람직한 폴리머 충전물질을 수득할 수 있다.
본 발명에 대해 다음의 실시예를 통하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명은 단분산 입경분포를 가진 폴리머 충전물질의 세공에 존재하는 미세공의 내면을 친수성 처리(실시예 1)하거나, 단분산 입경분포를 가진 폴리머 충전물질의 미세공에 존재하는 미세공의 내면을 친수성 처리를 한 다음 화학적 변환에 의해 폴리머 입자 내로 소수성기를 도입하여(실시예 2) 폴리머 충전물질을 제공한다.
[실시예 1]
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 폴리머 충전물질을 도시한 것이다. 본 발명은, 단분산 입경분포를 가진 폴리머 입자를 포함하는 폴리머 충전물질을 제공하는데, 상기 폴리머 입자는 세공과 세공에 존재하며 친수성 처리된 미세공을 함유한다. 일반적인 폴리머 충전물질도 세공(즉 메소포어, 미도시)과 가교 폴리머 구조에서 기원하는 미세공(일반적으로 2nm 이하의 직경)을 가지지만, 본 발명에 따른 폴리머 충전물질은 미세공의 내면에 친수성 처리(도 1의 하이드록시기에 의해)를 하여 시료에 대한 소수적 상호작용이 약해진다.
가교제의 구체적인 예로는 글리세롤 디메타크릴레이트를 들 수 있는데, 이것은 본 발명의 폴리머 충전물질의 미세공의 내면에 친수성을 부여하기 위해 사용된다. 본 발명에서 사용되는 폴리머 충전물질용 글리세롤 메타크릴레이트는, 예를 들어 글리시딜 메타크릴레이트와 메타크릴산의 부가 반응에 의해 합성될 수 있다. 글리세롤 디메타크릴레이트는 중합가능한 소수성 모노머와 중합할 수 있다. 폴리머의 미세공의 친수성과 소수성 사이의 균형은 폴리머 내의 소수성 모노머의 비율로 조절할 수 있다.
소수성 모노머의 예로는 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 부틸 메타크릴레이트, 2-에틸헥실 메타크릴레이트 및 프로필 메타크릴레이트 등과 같은 탄소수 5 내지 22개를 가진 메타크릴레이트를 들수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 모노머들 중에서, 메틸 메타크릴레이트, 부틸 메타크릴레이트 및 2-에틸헥실 메타크릴레이트가 바람직하며, 더욱 바람직한 것은 2-에틸헥실 메타크릴레이트이다. 글리세롤 디메타크릴레이트와 메틸 메타크릴레이트의 공중합의 경우에, 메틸 메타크릴레이트에 대한 글리세롤 디메타크릴레이트의 몰비는 1:9 내지 9:1이 바람직하다. 글리세롤 디메타크릴레이트와 2-에틸헥실 메타크릴레이트의 공중합의 경우에, 2-에틸헥실 메타크릴레이트에 대한 글리세롤 디메타크릴레이트의 몰비는 1:9 내지 9:1이 바람직하다.
그러므로, 가교제로서 글리세롤 디메타크릴레이트로부터 유도된 본 발명의 폴리머 충전물질은 하기 화학식 1과 같은 구조단위를 갖는다.
상기 화학식 1로부터, 상기 구조단위를 가지는 폴리머 충전물질은 친수성기로서 하이드록시기에 의해 친수성 처리된 미세공을 가진다.
또한, 모노머로서 5 내지 22개의 탄소를 가진 메타크릴레이트로 합성된 폴리머 충전물질은 하기 화학식 2와 같은 구조단위를 갖는다.
상기 화학식 2에 있어서, R은 1 내지 18개의 탄소를 가진 탄화수소를 나타낸다.
본 발명의 단분산 시스템을 가지는 크로마토그래피용 폴리머 충전물질은 가교제로 글리세롤 디메타크릴레이트와 모노머로서 소수성 메타크릴레이트를 사용하여 잘 알려진 2 단계 팽윤 중합법에 의해 제조할 수 있다.
2 단계 팽윤 중합법은 폴리머 입자를 일정한 크기로 합성하는 방법이다. 상기 방법은, 솝-프리 시드 중합법(soap-free seed polymerizaton process)에 따라 약 1㎛의 매우 일정한 입경을 가진 시드 입자에 팽윤제 및 가교제를 팽윤시키는 2 단계의 과정에 의해 팽윤된 입자를 형성시키는 단계; 및 상기 팽윤된 입자에 모노머를 중합시키는 단계를 포함한다. 이 경우에 있어서, 팽윤 과정 동안 입경의 균일성은 악화되지 않으며, 고도로 가교된 폴리머 입자를 합성할 수 있다. 또한, 모노머와 함께 희석제로 시드 입자를 팽윤시켜 다공성 폴리머 입자를 만들 수 있다. 상기 방법에 의해 수득되는 폴리머 입자의 단분산성은 시드 입자의 입경분포에 의존한다. 폴리머 입자의 우수한 단분산성 때문에, 단분산 입자 시스템을 가진 충전물질을 더 이상의 분급 공정없이 쉽게 제조할 수 있다. 반복적인 분급 공정이 반복되는 통상적인 현탁 중합법에 제조된 것보다 상기 방법에 의해 합성된 폴리머 입자 크기의 균일성이 훨씬 좋다.
폴리머 충전물질의 골격은 상기 2 단계 팽윤 중합 과정에 있어서 코어로서 스티렌 화합물을 포함하는 시드 입자로 만들 수 있다. 본 발명에 사용되는 팽윤제의 예로는 디부틸 프탈레이트를 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 사용되는 희석제의 예로는 싸이클로헥산올과 톨루엔을 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 사용되는 라디칼 개시제의 예로는 벤조일 퍼옥사이드와 아조비스이소부티로니트릴을 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 폴리머 충전물질로 충전된 컬럼은 매우 일정한 입경을 가지고 있기 때문에, 폴리머 충전물질은 컬럼의 압력을 조절할 수 있다. 폴리머 충전물질의 입경이 매우 일정하기 때문에, 기계적 강도가 낮은 폴리머 충전물질을 사용하는 것도 가능하다. 컬럼 압력의 조절이 이루어질 수 있다면, 크기가 더 작은 입자를 포함하는 폴리머 충전물질을 HPLC에 적용할 수 있어서 분리특성의 개선 및 분리 속도의 향상이 가능하다.
(실험예 1)
액체 크로마토그래피용 폴리머 충전물질
가교제: 글리세롤 디메타크릴레이트
모노머: - 에틸헥실 메타크릴레이트
가교제와 모노머의 몰비: 5:5
제조방법: 2 단계 팽윤 중합법
솝-프리 시드 중합법에 의해 수득된 약 1㎛의 매우 일정한 입자 크기를 갖는 스티렌 골격에 기초한 시드 입자는 팽윤제로 디부틸 프탈레이트를 사용하여 1차 단계에서 팽윤시켰다. 2-에틸헥실 메타크릴레이트, 글리세롤 디메타크릴레이트, 싸이클로헥사놀 및 아조비스이소부티로니트릴의 혼합물을 가하고 교반한 후에 2차 팽윤 공정을 실시하였다. 그리고나서, 중합 반응은 70℃에서 24시간 동안 실시하였다.
반응이 완료된 후에 반응 혼합물을 실온으로 냉각시킨 후 생성물을 분리하였다. 생성물을 물로 철저히 세척한 후 아세톤으로 싸이클로헥산올을 제거한 다음 생성물을 건조하여 스티렌 골격을 가진 다공성 구형 겔을 제조하였다.
도 2는 상기와 같이 제조한 폴리머 충전물질로 충전한 컬럼을 구비한 액체 크로마토그래피에 의한 샘플 분석의 결과를 도시한 것이다. 이 경우에 있어서, 샘플은 벤젠, 나프탈렌, 안트라센, 피렌 및 트리페닐렌을 포함하는 고리형 방향족 탄화수소 화합물 5가지의 혼합물이다. 도 2를 보면 각각의 샘플에 대한 각각의 피크가 개별적으로 형성되었음을 알 수 있다. 그러므로, 이론 단수(N)가 매우 높은 값을 갖기 때문에 본 실험예의 액체 크로마토그래피용 충전물질을 사용하면 뛰어난 분석결과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
(비교예 1)
액체 크로마토그래피용 폴리머 충전물질
가교제: 글리세롤 디메타크릴레이트
모노머: - 2-에틸헥실 메타크릴레이트
가교제와 모노머의 몰비: 5:5
제조방법: 현탁 중합법
폴리비닐 알코올이 용해된 용액을 중합 반응기에 부가하였다. 다음으로 순도 95% 글리세롤 디메타크릴레이트, 싸이클로헥산올 및 아조비스이소부티로니트릴의 혼합물을 용액에 부가하였고, 중합 반응은 교반하면서 70℃에서 24시간 동안 실시하였다.
반응이 완료된 후에 반응 혼합물을 실온으로 냉각시킨 후 생성물을 분리하였다. 생성물을 물로 철저히 세척한 후 아세톤으로 싸이클로헥산올을 제거한 다음 생성물을 건조하여 다공성 구형 겔을 제조하였다. 다음으로, 생성물을 분급하여 비교 폴리머 충전물질로서 입자 크기의 범위가 15 내지 20㎛를 가진 겔을 제조하였다.
도 3 은 비교예 1에서 합성한 폴리머 충전물질로 충전한 컬럼을 구비한 액체 크로마토그래피에 의한 샘플 분석의 결과를 도시한 것이다. 샘플은 실험예 1과 동일하다. 도 3을 보면, 샘플의 분자량이 증가함에 따라 피크의 폭이 넓어지는 반면에 상대적으로 저분자량인 벤젠만이 날카로운 피크를 보이므로 액체 크로마토그래피의 분리능력이 낮아졌음을 알 수 있다.
그러므로, 비교예 1과 실험예 1을 비교해 보면, 폴리머 충전물질이 동일한 가교제와 모노머를 가지고 합성되었을지라도, 미세공에 대한 글리세롤 디메타클레이트의 친수적 처리의 바람직한 효과는 입자의 크기가 매우 일정하지 않다면 얻을 수 없다는 것을 알 수 있다. 2 단계 팽윤 중합법이 본 발명의 폴리머 충전물질의 제조방법으로서 매우 적합한 것이다.
또한, 폴리머 충전물질에 있어서 팽윤-수축 문제가 있다. 팽윤-수축이라는 용어는 폴리머 입자가 용액 내에 존재할 때 주변 용액의 작용에 의해 팽윤하고 수축하는 특성을 의미한다. 폴리머 충전물질이 충전물질로서 사용될 때, 컬럼 내의 폴리머 입자 크기의 변화는 컬럼의 분리능력을 현저하게 악화시킨다. 달리 말하면, 컬럼 내 입자의 크기가 커지면 컬럼의 압력이 증가하게 되어 폴리머 입자를 쓸모없게 만든다. 또한, 컬럼 내 폴리머 입자의 수축은 컬럼 내에 불필요한 공간을 만들어 크로마토그래피의 분리능력을 상당히 떨어뜨린다. 사실상, 폴리머 입자가 팽윤 및 수축을 하지 않는 제한된 범위에서 이동상 조성물로 폴리머 충전물질을 사용할 수 있다.
[실시예 2]
팽윤-수축의 문제를 더욱 억제하기 위해서, 본 발명자는 글리세롤 디메타클릴레이트만을 가교시키고 중합반응시킨 다음 알킬기와 같은 소수성기로 화학적 변환을 실시하여 폴리머 충전물질에 역상 액체 크로마토그래피에 대한 보유능력을 부여하였다. 도 4는 상기 과정의 개략적으로 도시한 것이다. 폴리머 입자 내로 알킬기 등과 같은 소수성기를 균형적으로 도입함으로써 미세공이 어느 정도의 친수적 특성 및 보유능력을 유지한다. 폴리머의 미세공의 친수성과 소수성 사이의 균형은 소수성기의 도입율로서 적절하게 조절할 수 있다.
변환제의 예에는 CH3(CH2)6COCl, CH3(CH2)16COCl, 벤조일 클로라이드 등과 같이 1 내지 18개의 탄소수를 가진 탄화수소 그룹이 포함된다. 이러한 화합물 중에 알킬기의 도입이 가능한 화합물이 특히 바람직하다.
그러므로, 가교제인 글리세롤 메타크릴레이트로부터 합성되는 본 발명의 폴리머 충전물질은 하기 화학식 1의 구조단위를 갖는다.
[화학식 1]
상기 화학식 1로부터, 상기 구조단위를 가지는 폴리머 충전물질은 소수성기로서 하이드록시기에 의해 소수성 처리된 미세공을 가진다.
또한, 화학적으로 변환된 폴리머 충전물질은 하기 화학식 3의 구조단위를 갖는다.
상기 화학식 3에 있어서, R은 탄소수 1 내지 18개를 가진 탄화수소기를 나타낸다. 상기 탄화수소기 R에 있어서, 탄소원자의 수는 18개 까지이고 알킬기인 것이 바람직하다.
(실험예 2)
액체 크로마토그래피용 폴리머 충전물질
본 발명의 액체 크로마토그래피용 단분산 입자분포를 가진 폴리머 충전물질은 2 단계 팽윤 중합법에 따라 가교제로서 글리세롤 디메타크릴레이트만을 중합하여 폴리머를 제조하고 이어서 일반적인 화학적 변환에 의해 폴리머 내로 소수성기를 도입하여 제조할 수 있다.
가교제: 글리세롤 디메타크릴레이트
소수성기 R: CH3(CH2)6-
제조방법: 2 단계 팽윤 중합법
솝-프리 시드 중합법에 의해 수득되는 약 1㎛의 매우 균일한 입자 크기를 가진 스티렌 골격에 기초한 시드 입자를 팽윤제로 디부틸 프탈레이트를 사용하여 1차 단계에서 팽윤시켰다. 글리세롤 디메타크릴레이트, 싸이클로헥산올 및 아조비스이소부티로니트릴의 혼합물을 가하고 교반한 후에 2차 팽윤 공정을 실시하였다. 그리고나서, 중합 반응은 70℃에서 24시간 동안 실시하였다.
반응이 완료된 후에 반응 혼합물을 실온으로 냉각시켰다. 상기 반응 혼합물과 CH3(CH2)6COCl을 반응시켜 최종 생성물을 제조하였다. 최종 생성물을 물로 철저히 세척한 후 아세톤으로 싸이클로헥산올을 제거한 다음 생성물을 건조하여 스티렌 골격을 가진 다공성 구형 겔을 제조하였다.
(비교예 2)
액체 크로마토그래피용 실리카겔
이 비교예에서는 충전물질로 실리카겔을 사용하였다.
도 5는 각각의 충전물질로 충전된 각각의 컬럼에 대해 이동상으로서 아세토니트릴의 농도를 변화시키면서 컬럼 내의 압력을 측정하여 얻어지는 충전물질의 팽윤-수축 현상의 결과를 도시한 것이다. 도 5의 결과로부터, 비교예 1의 글리세롤 메타크릴레이트와 2-에틸헥실 메타크릴레이트의 현탁 중합에 의해 합성된 폴리머 충전물질은 아세토니트릴의 농도에 의존하여 컬럼 내의 압력이 상당히 변화하는 것으로 나타났으므로 컬럼 내에서 커다란 팽윤과 수축이 있었음을 의미한다. 한편, 실험예 2에서 제조한 폴리머 충전물질은 컬럼 내에서 패창과 수축이 거의 없었고, 실리카겔과 거의 유사한 정도의 팽윤과 수축을 보여주었다. 아세토니트릴 농도가 100%에 도달할 때 컬럼 내의 압력이 낮아지는 것은 이동상의 점도가 증가하기 때문이다.
그러므로, 아세토니트릴 농도와 무관하게 이 폴리머 충전물질은 팽윤-수축 현상을 나타내지 않기 때문에 실험예 2에서 합성한 폴리머 충전물질은 분석하는 동안에 이동상의 농도가 변하는 조건 하에서도 우수한 분리능력을 보인다. 더우기, 본 발명에 있어서 팽윤-수축 문제가 제거된 폴리머 충전 물질은 우선적으로 글리세롤 메타크릴레이트만을 중합시켜서 얻을 수 있음을 알게 되었다.
다음으로, 도 6은 실험예 2에서 합성한 폴리머 충전물질로 충전된 컬럼으로 샘플을 분석한 결과를 도시한 것이다. 도 6에 있어서, 표준 샘플은 방향족 탄화수소 싸이클릭 화합물 5개, 즉 벤젠, 나트탈렌, 안트라센, 피렌 및 트리페닐렌의 혼합물을 포함한다. 각각의 5개 화합물에 대한 각각의 피크가 날카롭게 형성된 도 6의 결과로부터 실험예 2의 폴리머 충전물질의 분리능력이 우수함을 알 수 있다.
또한, 도 7 역시 실험예 2에서 합성한 폴리머 충전물질로 충전된 컬럼으로 샘플을 분석한 결과를 도시한 것이다. 도 7에 있어서, 샘플은 10가지 화합물의 혼합물이다. 상기 분석에 사용된 10가지 화합물은 용리 순서에 따라 우라실, 카페인, 페놀, 2-에틸피리딘, 메틸 벤조에이트, 벤젠, 톨루엔, N,N-디메틸아닐린, 페닐 아세틸아세톤 및 나프탈렌이다. 본 발명의 실험예 2에서 합성한 폴리머 충전물질은 팽윤-수축 문제가 없을뿐만 아니라 우수한 분석능력을 가졌다.
본 발명은 구체적으로 개시한 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 범위 내에서 변화와 변형을 할 수 있다.
본 발명은 1998년 8월 8일 출원된 일본 특허출원 제 10-243543호와 1998년 12월 22일 출원된 일본 특허출원 제 10-394970호에 기초한 우선권 주장 출원으로서 그 기초가 되는 특허출원은 본 명세서에 참조문헌으로서 통합된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 액체 크로마토그래피용 폴리머 충전물질은 세공 내에 존재하는 미세공의 내면을 친수성화시키고, 화학적 변환에 의해 소수성기를 도입하였기 때문에 팽윤-수축이 적고 분리능력이 우수하다.

Claims (16)

  1. 단분산 입자분포를 가진 스티렌 골격에 기초한 폴리머 입자를 포함하며,
    상기 폴리머 입자는 세공과 상기 세공 내에 존재하는 미세공을 가지며,
    상기 미세공은 친수성 내면을 가지며,
    상기 내면은 화학적 변환에 의해 부분적으로 소수성기가 도입된 것을 특징으로 하는 액체 크로마토그래피용 폴리머 충전물질.
  2. 제 1항에 있어서, 하기 화학식 1에 의해 표시되는 구조단위를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 크로마토그래피용 폴리머 충전물질.
    [화학식 1]
  3. 제 2항에 있어서, 하기 화학식 3에 의해 표시되는 구조단위를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 크로마토그래피용 폴리머 충전물질;
    [화학식 3]
    상기 화학식에 있어서, R은 1 내지 18개의 탄소수를 가진 탄화수소기를 나타냄.
  4. 2 단계 팽윤 중합법에 의해 합성되며,
    단분산 입자분포를 가진 스티렌 골격에 기초한 폴리머 입자를 포함하고,
    상기 폴리머 입자는 세공과 상기 세공 내에 존재하는 미세공을 가지며,
    상기 미세공은 친수성 내면을 가지며,
    상기 내면은 화학적 변환에 의해 부분적으로 소수성기가 도입된 것을 특징으로 하는 액체 크로마토그래피용 폴리머 충전물질.
  5. 제 4항에 있어서, 하기 화학식 1에 의해 표시되는 구조단위를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 크로마토그래피용 폴리머 충전물질.
    [화학식 1]
  6. 제 5항에 있어서, 하기 화학식 3에 의해 표시되는 구조단위를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 크로마토그래피용 폴리머 충전물질;
    [화학식 3]
    상기 화학식에 있어서, R은 1 내지 18개의 탄소수를 가진 탄화수소기를 나타냄.
  7. 2 단계 팽윤 중합법에 의해 글리세롤 디메타크릴레이트를 가교 및 중합시켜 폴리머를 형성시키는 단계; 및
    화학적 변환에 의해 상기 폴리머 내로 소수성기를 도입시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 크로마토그래피용 폴리머 충전물질의 제조방법.
  8. 단분산 입자분포를 가진 스티렌 골격에 기초한 폴리머 입자를 포함하며,
    상기 폴리머 입자는 세공과 상기 세공 내에 존재하는 미세공을 가지며,
    상기 미세공은 친수성 내면을 가지는 것을 특징으로 하는 액체 크로마토그래피용 폴리머 충전물질.
  9. 제 8항에 있어서, 하기 화학식 1에 의해 표시되는 구조단위를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 크로마토그래피용 폴리머 충전물질.
    [화학식 1]
  10. 제 8항에 있어서, 하기 화학식 2에 의해 표시되는 구조단위를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 크로마토그래피용 폴리머 충전물질;
    [화학식 2]
    상기 화학식에 있어서, R은 1 내지 18개의 탄소수를 가진 탄화수소기를 나타냄.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 R은 2-에틸헥실기인 것을 특징으로 하는 액체 크로마토그래피용 폴리머 충전물질.
  12. 2 단계 팽윤 중합법에 의해 합성되며,
    단분산 입자분포를 가진 스티렌 골격에 기초한 폴리머 입자를 포함하고,
    상기 폴리머 입자는 세공과 상기 세공 내에 존재하는 미세공을 가지며,
    상기 미세공은 친수성 내면을 가지는 것을 특징으로 하는 액체 크로마토그래피용 폴리머 충전물질.
  13. 제 12항에 있어서, 하기 화학식 1에 의해 표시되는 구조단위를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 크로마토그래피용 폴리머 충전물질.
    [화학식 1]
  14. 제 13항에 있어서, 하기 화학식 2에 의해 표시되는 구조단위를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 크로마토그래피용 폴리머 충전물질;
    [화학식 2]
    상기 화학식에 있어서, R은 1 내지 18개의 탄소수를 가진 탄화수소기를 나타냄.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 R은 2-에틸헥실기인 것을 특징으로 하는 액체 크로마토그래피용 폴리머 충전물질.
  16. 2 단계 팽윤 중합법에 의해 가교제로서 글리세롤 디메타크릴레이트와 모노머로서 2-에틸헥실 메타크릴레이트를 중합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 크로마토그래피용 폴리머 충전물질의 제조방법.
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