KR20030023962A - 이온크로마토그래피 칼럼 충전제 및 그 제조방법 - Google Patents

이온크로마토그래피 칼럼 충전제 및 그 제조방법 Download PDF

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KR20030023962A
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Abstract

글리시딜메타크릴래이트-코-디비닐벤젠(Glycidylmethacrylate-co-divinylbenzene)에 4급 알킬 아민(alkyl amine)이나 4급 알카놀 아민(alkanol amine)류를 관능화시키거나 또는 음이온 이온크로마토그래피 충전물을 제조하거나 슬폰산(sulfonic acid)을 도입하여 양이온 이온크로마토그래피 충전물을 제조하거나,
또는 글리시딜메타크릴래이트-코-디비닐벤젠과 트리메틸암모늄 클로라이드를 반응시키는 방법과 글리시딜메타크릴래이트-코-디비닐벤젠과 디 클로로에탄/클로로슬폰산을 반응시켜 이온크로마토그래피 칼럼 충전제를 제조하거나 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

이온크로마토그래피 칼럼 충전제 및 그 제조방법{The manufacturing process of a packing material on IC Column}
본 발명은 글리시딜메타크릴래이트-코-디비닐벤젠(Gylcidylmethacrylate-co- divinylbenzen)에 4급 알킬 아민(alkyl amine)이나 4급 알카놀 아민(alkanol amine )기로 관능화시켜 음이온 이온크로마토그래피 충전물을 제조하며, 관능기로 슬폰산 (sulfonic acid)을 도입한 양이온 이온크로마토그래피 충전물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
이온크로마토그래피는 칼럼의 고정상에 대한 이온의 친화도가 다른 것에 기인하며, 칼럼을 통한 이온의 이동 비율은 용리액에 사용된 이온의 형태나 농도에 직접적으로 연관된다. 이온크로마토그래피 칼럼을 통한 분리 메카니즘은 주로 이온교환으로, 양이온 또는 음이온 교환매체가 결합되어 있고 여기에 고정상 이온에 반대되는 이동상중의 양이온이나 음이온들이 친화력의 정도에 따라 경쟁적으로 교환이 일어나게 된다. 이러한 이온크로마토그래피 칼럼은 수질, 대기 및 생화학, 의약학, 생명공학등의 많은 분야에 결쳐, 각종 무기이온 및 유기산, 전이금속 분석등에 널리 이용되어 왔다.
통상, 이온크로마토그래피 칼럼으로서는 기초 충전제로서 PS/DVB, 메타크릴래이트(Methacrylate), PVA 등의 폴리머 재질과 실리카겔과 같은 무기물이 주로 쓰이고 있다. 또한 이러한 고정상 원료는 화학적 반응을 통해 양이온 및 음이온 교환이 가능할 수 있도록 알맞은 관능기를 도입함으로써 최종적으로 이온크로마토그래피 충전제가 완성된다.
이러한 고정상에 결합된 관능기의 세기는 이온교환 용량을 결정하며, 이온교환용량은 시료의 머무름 정도에 영향을 미치는데, 머무름 정도가 증가할수록 분리능이 좋아진다. 한편, 약산이나 약염기 수지의 교환용량은 PH 에 따라 다른데 보통 작용기의 pK 값에 의존하고 작은 교환용량을 보이고, 강산이나 강염기 수지는 큰 교환용량을 가지며 약산 약염기 수지보다 널리 사용된다.
한편, 현재까지 가장 널리 사용되고 있는 기초 충전제로서는 PS/DVB 재질이며, 이를 이온크로마토그래피 충전제로 활용하기 위해서는 이온교환이 가능하도록 적절한 관능기를 부여해야만 한다. 이러한 관능기 부여과정 중, 음이온 교환 충전제를 제조하기 위해서는 기초 충전제인 PS/DVB 에 클로로메틸메틸에테르 (Chloromethylmethylether)를 사용하여 클로로메틸화 과정을 거치며, 그 후, 2 단계로서 트리메틸 아민(trimethyl amine)이나 메틸 아민(methyl amine)등을 사용해서 아민화 과정을 거치므로서 최종적으로 강염기성 및 약염기성 이온교환칼럼 충전제가 완성된다.
이에 반하여, 본 기술에 사용되는 기초 고정상 폴리머는 글리시딜메타크릴래이트-코-디비닐벤젠(Glycidylmethacrylate-co-divinylbenzene)을 사용한다. 글리시딜메타크릴래이트-코-디비닐벤젠(Glycidylmethacrylate-co-divinylbenzene)은 그 자체에 H+ 와 OH- 로 해리될 수 있는 부분이 있어 관능화시킬 경우 스티렌처럼 직접적인 핵치환이 불가능하지 않기 때문에 클로로메틸(Chloromethyl)화 과정이 필요없게 된다. 이는 글리시딜메타크릴래이트-코-디비닐벤젠을 사용할 경우 음이온 컬럼 충전물 제조시 큰 장점으로 작용하는데, 그 이유는 첫째, 제조 공정상의 단계를 줄일 수 있으며, 둘째, 클로로메틸화에 사용되는 시약인 클로로메틸메틸에테르( Chloromethylmethylether)가 매우 고가이므로 여기에서 오는 생산비용을 반이상 절감할 수 있다. 그밖에 클로로메틸메틸에테르는 극독성 물질로서 이 시약의 사용을 배제함으로써 환경친화적 생산단계를 구축할 수 있도록 한 것이다.
따라서, 본 발명은 상술한 바와 같이 종래에 비하여 생산성을 높이고 저렴한 신규의 이온크로마토그래피 칼럼 충전제 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1 은 본 발명상의 실시예 1 에 의해 제조된 분석시간(X축)별 이온크로마토그래피 칼럼의 크로마토 그램을 나타낸 것이다.
도 2 는 본 발명상의 실시예 2 에 의해 제조된 분석시간(X축)별 이온크로마토그래피 칼럼의 크로마토 그램을 나타낸 것이다.
본 발명은 글리시딜메타크릴래이트-코-디비닐벤젠(Glycidylmethacrylate-co-divinylbenzene)에 4급 알킬 아민(alkyl amine)이나 4급 알카놀 아민(alkanol amine)류를 관능화시켜 음이온 이온크로마토그래피 충전물을 제공한다.
글리시딜메타크릴래이트 모노머(Glycidylmethacrylate monomer)와 디비닐벤젠(divinylbenzene)의 현탁중합에 의한 5∼50㎛ 정도의 글리시딜메타크릴래이트- 코-디비닐벤젠(Glycidylmethacrylate-co-divinylbenzene)을 제조한 후, 벤젠등의 유기용매 내에서 일정량의 트리메틸아민(trimethylamine)류나 트리메틸에타놀아민 (trimethylethanolamine)류의 시약을 반응시켜 최종적으로 4급 알킬 아민(alkyl amine)이나 4급 알카놀 아민(alkanol amine) 관능기를 가진 글리시딜메타크릴래이트-코-디비닐벤젠(Glycidylmethacrylate-co-divinylbenzene) 음이온 칼럼 충전제가 제조된다.
즉, 상기 원리에 의한 음이온 교환 칼럼 충전제 제조에 관한 실시예를 들면 다음과 같다.
(실시예 1)
500mL 3구 플라스크에 질소기류 통과장치를 부착시킨 후, 질소 3구 플라 스크에 질소를 채운다. 그 후 5g 글리시딜메타크릴래이트- 코 -디비닐벤젠( Glycidylmethacrylate-co-divinylbenzene)을 500mL 3구 플라스크에 넣고 벤젠 50mL 를 가한다. 서로 혼합될 수 있도록 상온에서 알맞은 속도로 약 5분간 교반한 다음 30% 트리메틸암모늄 클로라이드(trimethylammonium chloride)를 100g 을 가한다. 계속적인 질소기류하에서 온도를 60℃ 까지 올린 후 동일조건에서 5시간동안 반응시킨다. 그 후 상온까지 냉각시킨 후 2시간 방치시키고 방치가 끝나면 여과하여 생성된 음이온 교환수지를 얻는다. 여과를 마치면 적당한 용매를 이용해서 세척과정을 거치는데, 먼저 50mL 벤젠을 이용해 세척한 후 5∼15% HCl 을 이용해서 세척하고 증류수를 이용해서 충분히 세척 여과한다. 다음 여과된 최종생성물은 50℃ 진공오븐에 1일간 보관하며 이온크로마토그래피용 음이온 칼럼 충전제가 완성된다.
한편, 본 발명은 글리시딜메타크릴래이트- 코-디비닐벤젠(Glycidylmethacryl ate-co-divinylbenzene)에 슬폰산(sulfonic acid)을 도입하여 양이온 이온크로마토그래피 충전물 제조하는 방법을 제공한다. 즉, 글리시딜메타크릴래이트 모노머 (Glycidylmethacrylate monomer)와 디비닐벤젠(divinylbenzene)의 현탁중합에 의한 5∼50㎛ 정도의 글리시딜메타크릴래이트-코-디비닐벤젠(Glycidylmethacrylate-co-divinylbenzene)을 제조한 후, 클로로슬폰산(chlorosolfonic acid)과 디클로로에탄 (dichloroethane)의 혼산 일정량을 서로 반응시켜 슬폰산(sulfonic acid)으로 관능화된 양이온 칼럼 충전제를 제조한다. 즉, 상기 원리에 의한 양이온 교환 칼럼 충전제 제조시의 실시예를 들면 다음과 같다.
(실시예 2)
먼저, 슬폰화시키기 위한 반응용매를 디클로로에탄(Dichloroethane)에 클로로슬폰산을 가하여 3% 가 되게 만든다. 그 후 500mL 3구 플라스크에 글리시딜메타크릴래이트-코-디비닐벤젠(Glycidylmethacrylate-co-divinylbenzene) 5g 을 투입하고 이어서 3% 디클로로에탄/클로로슬폰산(Dichloroethane/Chlorosulfonic acid) 200mL 를 가한다. 이어서 교반기를 이용하여 알맞은 속도로 교반시키며, 상온에서 약 2시간정도 반응시킨다. 반응이 끝나면, 50% 황산에 희석하고 여과시킨다. 여과된 고형물을 다시 증류수로 충분히 세척 여과시키며, 세척은 지시약인 메틸 레드(methyl red)를 이용하여 황산의 산성성분이 없어질 때까지 충분히 증류수를 가해 세척 여과한다. 여과된 최종생성물은 50℃ 진공오븐에 1일간 보관하며 이온크로마토그래피용 음이온 칼럼 충전제가 완성된다.
이렇게 하여 얻어진 이온크로마토그래피 칼럼을 크로마토 그램으로 나타낸 것이 도 1 이다.
도 1 은 본 발명상의 실시예 1 에 의해 제조된 이온크로마토그래피 칼럼의 크로마토 그램을 나타낸 것이다. 여기에서 부호 1 은 F, 2 : Cl, 3 : NO3,4 : PO4, 5 : SO4를 나타낸다.
도 2 는 본 발명상의 실시예 2 에 의해 제조된 이온크로마토그래피 칼럼의 크로마토 그램을 나타낸 것이다. 여기에서 부호 1 은 Na, 2 : NH4, 3: K, 4 : Mg 를 나타낸다.
본 발명은 이온크로마토그래피 칼럼에 적용시, 제조 공정상의 단계를 줄일 수 있으며 여기에서 오는 생산비용을 반이상 절감할 수 있다. 그밖에 극독성 시약인 클로로메틸메틸에테르(Chloromethylmethylether)의 사용을 배제함으로써 환경친화적 생산단계를 구축할 수 있다.
또한, 만들어진 최종제품인 이온크로마토그래피 칼럼은 수질, 대기 및 생화학, 의약학, 생명공학등의 많은 관련 분야에서 각종 양이온 및 음이온 분석에 이용될 수 있다.

Claims (2)

  1. 글리시딜메타크릴래이트-코-디비닐벤젠(Glycidylmethacrylate-co-divinylbenzene)에 4급 알킬 아민(alkyl amine)이나 4급 알카놀 아민(alkanol amine)류를 관능화시키거나 또는 음이온 이온크로마토그래피 충전물을 제조하거나 슬폰산(sulfonic acid)을 도입하여 제조되는 것을 특징으로 하는 양이온 크로마토그래피 충전물
  2. 글리시딜메타크릴래이트-코-디비닐벤젠(Glycidylmethacrylate-co-divinylbenzene)과 트리메틸암모늄 클로라이드(trimethylammonium chloride)를 반응시키거나 상기 글리시딜메타크릴래이트-코-디비닐벤젠(Glycidylmethacrylate-co-divinylbenzene)과 디클로로에탄/클로로슬폰산(Dichloroethane/chlorosolfonic acid)을 반응시켜 이온크로마토그래피 칼럼 충전제를 제조하는 것을 특징으로 하는 이온크로마토그래피 칼럼 충전제의 제조방법
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