專利名稱：用于分析物分離的功能性聚合物介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用功能聚合物介質(zhì)分離各種極性、非極性或離子的分析物。本說明書披露了聚合物介質(zhì)的功能化及其用途。聚合物顆粒的功能化是為了在分離應(yīng)用中如在液相色譜和固相萃取中獲得所需的表面性能。
背景技術(shù)：
分析物的色譜分離和固相萃取分離是通過使分析物溶液的混合物與稱為鍵合相/吸收劑的固體材料接觸而進(jìn)行的。在鍵合相上分析物的吸收/解吸(分配)導(dǎo)致混合物的分離(實(shí)用HPLC方法的發(fā)展，L.R.Snyder，J.J.Kirkland，和J.L.Glajch，John Wiley and Sons，1997；固相萃取的試樣制備，M.Zief，andR.Kisel，J.T.Bakner Phileillyipsburg，NJ，1988)。在此引用作為參考的出版物和其它材料用于闡述本發(fā)明背景或提供關(guān)于實(shí)施的附加細(xì)節(jié)，并為了方便起見，分別將它們集中在所附的參考目錄中。將載體改性使其具有能通過各種機(jī)理如反相和離子交換進(jìn)行分離的性能。使用二氧化硅顆粒制造反相鍵合相是已知的。由于使用二氧化硅存在一些缺點(diǎn)，如在酸性和堿性條件下的不穩(wěn)定性，所以考慮使用聚合物。用交聯(lián)共聚物樹脂所存在的一些困難包括其在溶劑中溶脹并且使機(jī)械強(qiáng)度降低(F.Nevejam，and M.Verzele，J.Chromatography350145(1985))。因此，通常需要使用高度交聯(lián)而多孔的聚合物顆粒，分析物容易接近該顆粒中的吸收位置。非功能聚合物相所需要的選擇性是通過變化構(gòu)成流動(dòng)相的溶劑而達(dá)到的，同時(shí)用提供所需選擇性的極性和非極性特征的結(jié)合來改性二氧化硅基的鍵合相。因此，需要適當(dāng)?shù)墓δ芫酆衔锊牧虾褪褂眠@些材料的方法，以便能得到所需的選擇性和分離能力。
使用單亞乙烯基和多亞乙烯基單體的交聯(lián)共聚物制備功能聚合物在現(xiàn)有技術(shù)中公知的。例如，在美國專利No.2366007中公開了通過磺化將這種聚合物轉(zhuǎn)化成離子交換樹脂。在實(shí)施這些功能的過程中，聚合物主鏈發(fā)生反應(yīng)，于是改變那些珠粒的性能，變得親水，使它們?nèi)菀组_裂或破碎。另外，通過增量(bulk)反應(yīng)如磺化來進(jìn)行受控的功能化是困難的。在美國專利No.5030352中公開了由疏水向親水色譜介質(zhì)的轉(zhuǎn)化。通過將各種薄的親水涂層施加到疏水聚合物基質(zhì)(如聚苯乙烯-DVB)表面上獲得這些色譜介質(zhì)。該方法包括通過與從表面向外延伸的親水區(qū)域的疏水-疏水相互作用，在基質(zhì)上吸收具有疏水和親水區(qū)域的溶質(zhì)，然后使這些分子就地交聯(lián)。進(jìn)一步衍生這些涂布材料，可制備在分離中使用的各種材料。這種涂層局限于在疏水載體表面的薄膜上而使其能力受到限制。此外，載體的疏水性減少并可能不足以吸收疏水分析物。Meitzner和Oline在美國專利No.4297220中公開了在某些化合物存在下通過單烯鍵不飽和單體和多亞乙烯基單體共聚而形成的微孔徑共聚物，獲得特定空隙容積和表面積，用于從含有機(jī)材料的流體混合物中吸收有機(jī)材料。Bouvier等在美國專利No.5882521中公開了使用親水和疏水單體(其具有12-30mol％親水單體)的水可潤濕的共聚物從溶液中除去有機(jī)溶質(zhì)的方法。
發(fā)明概述本發(fā)明顯著不同于現(xiàn)有技術(shù)，因?yàn)樗簧婕皟煞N單亞乙烯基和多亞乙烯基單體的交聯(lián)共聚和聚合物主鏈的功能化。本發(fā)明使用一種新的方法使預(yù)制的剛性顆粒的表面功能化，它使用不同的功能單體制備功能化珠粒。而且，所公開的功能化方法與其它聚合物主鏈的功能化方法相比，顯著降低反應(yīng)數(shù)量和所需的反應(yīng)物與溶劑的消耗。例如，為了制造具有季銨官能團(tuán)的強(qiáng)陰離子交換介質(zhì)，需要三步反應(yīng)(溴化或氯化，接著胺化，接著季銨化反應(yīng))。因此，通過預(yù)制的剛性顆粒的功能化(該顆粒是多亞乙烯基單體的均聚物)，聚合物主鏈的物理性能沒有受到影響，但賦予表面關(guān)鍵性能，使該表面可用于色譜和固相萃取分離，并消除了與共聚物有關(guān)的缺點(diǎn)。使用所公開的制備方法，由多亞乙烯基單體聚合制備的高度交聯(lián)的預(yù)制固相顆?？杀还δ芑?，而沒有改變顆粒的物理性能(如機(jī)械強(qiáng)度和不溶脹)。本發(fā)明公開了能賦予親水、陽離子和陰離子交換性能的功能化方法。根據(jù)本發(fā)明，高度交聯(lián)的多亞乙烯基化合物的預(yù)制剛性多孔或無孔顆粒是使用殘余的乙烯基功能化的，使單乙烯基化合物通過聚合共價(jià)鍵合到殘余的乙烯基上。因此，在具有所需性能如親水性或用作陰離子或陽離子交換劑的單乙烯基化合物的溶液中，懸浮并衍生含殘余乙烯基的預(yù)制顆粒。正因?yàn)槿绱耍景l(fā)明通過所需單乙烯基化合物在具有大量殘余乙烯基的剛性顆粒表面上的長鏈聚合，能夠達(dá)到高度功能化。
根據(jù)本發(fā)明，在功能聚合物中令人驚奇地發(fā)現(xiàn)顯著的不同和令人感興趣的分離性能。這些性能導(dǎo)致極性、非極性和離子分析物通過吸收和離子交換機(jī)理實(shí)現(xiàn)液相色譜和固相萃取分離。
附圖的簡要說明

圖1表示當(dāng)去離子水用作經(jīng)歷最多55分鐘的流動(dòng)相，用甲醇洗脫在55分鐘處使去離子水變成甲醇時(shí)在非功能化的DVB上醋氨酚的保留圖。在水流動(dòng)過程中浸提出醋氨酚，和用甲醇沒有洗脫峰，從而顯示出不良保留/沒有保留。
圖2表示當(dāng)去離子水用作經(jīng)歷最多55分鐘的流動(dòng)相，用甲醇洗脫在55分鐘處使去離子水變化成甲醇時(shí)在用0.5mmol N-甲基-N-乙烯基酰胺功能化的DVB上醋氨酚的保留圖(實(shí)施例3)。在水流動(dòng)過程中，在35分鐘處浸提出一些醋氨酚(約30％)和用甲醇洗脫出峰，從而與在非功能化的DVB上的保留相比，顯示出改進(jìn)的保留性。
圖3表示當(dāng)去離子水用作經(jīng)歷最多55分鐘的流動(dòng)相，用甲醇洗脫在55分鐘處使去離子水變化成甲醇時(shí)在用1.2mmol N-甲基-N-乙烯基酰胺功能化的DVB上醋氨酚的保留圖(實(shí)施例4)。在水流動(dòng)過程中，遲在45分鐘處浸提出一些醋氨酚(約15％)和用甲醇洗脫出峰，從而顯示出進(jìn)一步改進(jìn)的保留性。
圖4表示當(dāng)去離子水用作經(jīng)歷最多55分鐘的流動(dòng)相，用甲醇洗脫使去離子水變化成甲醇時(shí)在用1.36mmol N-甲基-N-乙烯基酰胺功能化的DVB上醋氨酚的保留圖(實(shí)施例6)。在水流動(dòng)過程中，浸提出可忽略量的醋氨酚和用甲醇洗脫出峰，從而顯示出甲醇洗脫時(shí)進(jìn)一步改進(jìn)的保留性和良好的回收率。
圖5表示當(dāng)去離子水用作經(jīng)歷最多55分鐘的流動(dòng)相，用甲醇洗脫在55分鐘處使去離子水變化成甲醇時(shí)在用1.5mmol N-甲基-N-乙烯基酰胺功能化的DVB上醋氨酚的保留圖(實(shí)施例5)。在水流動(dòng)過程中，浸提出可忽略量的醋氨酚和用甲醇洗脫出峰，從而顯示出甲醇洗脫時(shí)良好的保留性和回收率。
圖6表示當(dāng)去離子水用作經(jīng)歷最多55分鐘的流動(dòng)相，用甲醇洗脫在55分鐘處使去離子水變化成甲醇時(shí)在用1.6mmol氨基苯乙烯功能化的DVB上醋氨酚的保留圖(實(shí)施例1)。用甲醇洗脫出峰，顯示出比在非功能化的DVB上顯著較高的保留性。
圖7表示使用由非功能化的DVB填充的柱子的由酒石酸、丙二酸和琥珀酸組成的有機(jī)酸混合物的色譜分離圖。
圖8表示使用由實(shí)施例5功能化的DVB填充的柱子的由酒石酸、丙二酸和琥珀酸組成的有機(jī)酸混合物的色譜分離圖。
圖9表示使用由實(shí)施例5功能化的DVB填充柱子的馬來酸(順式1，2-亞乙基二酸)和富馬酸(反式1，2-亞乙基二酸)的色譜分離圖。
圖10表示使用由非功能化的DVB填充柱子的馬來酸(順式1，2-亞乙基二酸)和富馬酸(反式1，2-亞乙基二酸)的色譜分離圖。
發(fā)明詳述本發(fā)明提供了一種使用功能性聚合物介質(zhì)分離各種極性、非極性或離子分析物的方法。更具體地說，本發(fā)明涉及預(yù)制的高度交聯(lián)聚合物顆粒的功能化而產(chǎn)生所需的性能，如親水性和陰離子與陽離子交換能力。此外，本發(fā)明涉及各種分析物的液相色譜和固相萃取分離。
可被功能化的預(yù)制剛性顆粒包括通過常規(guī)方法如懸浮聚合制備的多孔或無孔聚合物珠粒。使用多亞乙烯基化合物如二乙烯基苯和三乙烯基苯制備的高度交聯(lián)的聚合物珠粒是優(yōu)選的，因?yàn)樗鼈兙哂懈邫C(jī)械強(qiáng)度和不溶脹的特征。另外，二乙烯基苯的聚合和其本身的交聯(lián)導(dǎo)致在表面上殘留充足的乙烯基(雙)鍵，在使用單乙烯基化合物的情況下，這些鍵用于表面功能化。正因?yàn)槿绱耍瑑?yōu)選具有大量殘留雙鍵的預(yù)制的聚合物珠粒，因?yàn)樗鼈兡墚a(chǎn)生高的官能度。而且，優(yōu)選能產(chǎn)生高官能度的微孔顆粒，由于它們具有大的表面積和易與官能團(tuán)接近。
通過單烯鍵不飽和化合物(單乙烯基化合物)與殘留乙烯基的后聚合所導(dǎo)致的功能化反應(yīng)是用自由基引發(fā)方法進(jìn)行的。該單體選自具有活性部分的一類化合物如極性或陽離子交換劑或陰離子交換劑。在聚合之后，含這種活性部分的聚合物長鏈連接到表面上，且長的聚合物鏈從聚合物珠粒表面向外延伸。這種構(gòu)型不改變物理或化學(xué)性能如機(jī)械強(qiáng)度、溶脹和珠粒的聚合物主鏈的疏水/親水性。例如，通過與含活性部分的單體的受控的后聚合反應(yīng)(功能化)，在沿聚合物長鏈的孔中產(chǎn)生活性位點(diǎn)的孔穴，但在珠粒的聚合物骨架上保留疏水孔穴。發(fā)現(xiàn)這些性能可導(dǎo)致實(shí)施例中所述的極性分析物的有效分離。
后聚合條件的選擇要使得在實(shí)現(xiàn)微孔珠粒的高度功能化的同時(shí)保持微孔率，使分析物能擴(kuò)散出入孔，實(shí)現(xiàn)所需的分離和分析物回收。
如實(shí)施例中所述，可使用常規(guī)的懸浮聚合制備微孔聚合物珠粒。通過醋酸汞滴定方法測定殘留的乙烯基或不飽和度(Das M.N.，Anal.Chem.261086(1954))。因此，制備微孔聚(二乙烯基苯)珠粒并將其用于制備功能化的聚合物顆粒。可使用的聚合物珠粒是由具有充足的殘余乙烯基的多亞乙烯基化合物的均聚而制備的。合適的多亞乙烯基化合物包括二乙烯基苯、三乙烯基苯、二乙烯基吡啶、二乙烯基甲苯、二乙烯基萘、二甲基丙烯酸乙二醇酯和N，N-亞甲基-二丙烯酰胺。從二乙烯基苯制的聚合物珠粒由于其高機(jī)械強(qiáng)度和具有殘余的乙烯基，所以是優(yōu)選的。聚合物珠粒可具有3-約1000m，優(yōu)選約5-50m的直徑；約60埃-1000埃，優(yōu)選100埃-300埃的孔徑(通過水銀孔率測定法進(jìn)行測量)和約70-150m2/g的表面積(通過水銀孔度測定法進(jìn)行測量)以及約150-800m2/g的表面積(通過氮吸收進(jìn)行測量)。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案是一種分離各種分析物用的分離材料。該分離材料是通過聚合物珠粒的功能化制備的，而所述聚合物珠粒是在厭氧條件下，使用自由基聚合，通過具有乙烯基殘基的單乙烯基化合物的后聚合制備的。合適的自由基催化劑包括過氧化苯甲酰、苯甲酸叔丁酯、過氧化己酰、偶氮二異丁腈和偶氮二異丁酰胺。
在一個(gè)實(shí)施方案中，制備分離材料使聚合物珠粒具有極性性能。功能化用的合適單乙烯基化合物包括N-甲基-N-乙烯基乙酰胺、氨基苯乙烯、甲基丙烯酸酯、乙基丙烯酸酯、羥乙基丙烯酸酯、羥甲基丙烯酸酯和N-乙烯基己內(nèi)酰胺。優(yōu)選的單乙烯基化合物是N-甲基-N-乙烯基乙酰胺。該聚合物的功能化能達(dá)到0.5-3毫摩爾N-甲基-N-乙烯基乙酰胺/克功能聚合物。提供極性化合物良好保留度的優(yōu)選的功能化是1.0-2.0毫摩爾N-甲基-N-乙烯基乙酰胺/克功能聚合物。正如實(shí)施例中所述，功能化從0.5毫摩爾增加到1.5毫摩爾會(huì)增加極性分析物的保留度和分離能力。
在另一實(shí)施方案中，制備分離材料使聚合物珠粒具有離子性能，該珠粒能被用于分析物的陰離子和陽離子交換分離。功能化用的合適單乙烯基化合物包括N-(4-乙烯基芐基)-N，N-二甲胺、乙烯基芐基三甲基氯化銨、4-乙烯基苯甲酸、苯乙烯磺酸(亦稱為N-乙烯基苯磺酸)和甲基丙烯酸。另外，使用具有乙烯基殘基的縮水甘油甲基丙烯酸酯進(jìn)行后聚合的聚合物珠?？蛇M(jìn)一步與乙二胺、二乙胺、多乙烯基亞胺、羥丙基磺酸、羥基苯磺酸或羥基苯甲酸反應(yīng)，在后聚合的聚合物上形成離子功能位點(diǎn)，得到功能性聚合物。
另一方面，本發(fā)明使用功能聚合物通過液相色譜和固相萃取來分離分析物。正如實(shí)施例中所述，可以許多方式使用功能聚合物。例如，在功能聚合物上，由于極性基團(tuán)的存在導(dǎo)致極性有機(jī)分析物如醋氨酚、煙酰胺和間苯二酚甲醛(resorcinal)的回收顯著高于在非功能化的DVB聚合物上的回收或在十八烷基改性的氧化硅(C18-鍵合的氧化硅)上的回收。此外，功能聚合物顯示出具有高的吸收能力。正如實(shí)施例中所述，對(duì)于非功能化的DVB和C18的回收來說，醋氨酚的高濃度溶液(0.1mg/ml)低于較低濃度的溶液(0.01mg/ml)，而功能化的DVB回收在這兩種濃度水平下仍然高(定量)。此外，發(fā)現(xiàn)當(dāng)將功能聚合物填充在液相色譜柱內(nèi)用于分離時(shí)，可使用純的含水流動(dòng)相分離有機(jī)酸以及有機(jī)酸的異構(gòu)體(順式和反式)。
此外，已發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用具有離子特征的功能聚合物時(shí)，通過離子交換與反相機(jī)理的結(jié)合可分離分析物。正因?yàn)槿绱耍蓪?shí)現(xiàn)離子與疏水分析物的較好分離。正如實(shí)施例中所述，具有羧酸基團(tuán)的酸性分析物如舒林酸(sulindac)保留在離子功能聚合物上以及在其它聚合物(非離子和非功能化的聚合物)和C18上。然而，用第一次甲醇洗滌從非離子材料中洗滌出分析物，而用第一次甲醇洗滌從離子功能聚合物中沒有洗滌出分析物。在用酸如1N鹽酸接著用甲醇(酸化的)洗滌之后定量回收分析物。這提供了一種從疏水分析物中分離酸性分析物的有效方法。
在下述實(shí)施例中進(jìn)一步詳述本發(fā)明，以舉例方式解釋本發(fā)明并不意味著限制本發(fā)明。實(shí)施例中使用的是本領(lǐng)域公知的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)或以下具體描述的技術(shù)。
實(shí)施例聚(二乙烯基苯)(DVB)珠粒的制備通過常規(guī)的懸浮聚合，使用80％DVB、引發(fā)劑過氧化苯甲酰，和成孔劑甲苯，制備DVB聚合物珠粒。該聚合物含有0.2meq/g殘余的乙烯基?？讖綖?80埃和通過水銀孔度測定法進(jìn)行測量的表面積為95m2/g。元素分析表明不存在氮。
實(shí)施例1向清潔干燥的升圓底燒瓶中加入350g水、4g聚乙烯醇和4g氯化鈉。將DVB聚合物(15g)加入到燒瓶中。在25ml燒杯中加入4g氨基苯乙烯、0.3g偶氮二異丁腈(AIBN)和20g甲苯。攪拌反應(yīng)混合物，使試劑溶解。將該單體混合物加入到燒瓶中。排出燒瓶中所有的空氣，加入氮?dú)庑纬啥栊苑諊Ｔ?5EC下加熱燒瓶過夜。在dynel布上過濾產(chǎn)物，用200ml去離子水洗滌2次，和用200ml甲醇洗滌一次。在80EC下，在真空烘箱中干燥產(chǎn)物過夜。聚合物產(chǎn)物的元素分析表明氮為2.4％。然后在三乙胺(6g)存在下，在室溫下用在100ml四氫呋喃中的乙酰氯(10g)處理該聚合物產(chǎn)物4小時(shí)。該聚合物的元素分析表明氮為2.3％。，這相當(dāng)于1.6mmol氨基苯乙烯/g成品。
實(shí)施例2向清潔干燥的250ml圓底燒瓶中加入75g乙醇。將DVB聚合物(15g)加入到燒瓶中。在25ml燒杯中加入5gN-甲基-N-乙烯基乙酰胺和0.2gAIBN，和加入10ml乙醇并攪拌內(nèi)容物，使試劑溶解。將該單體混合物加入到燒瓶中。排出燒瓶中所有的空氣，和加入氮?dú)猓⒃?00rpm下攪拌內(nèi)容物。在75EC下加熱旋轉(zhuǎn)著的燒瓶過夜。在dynel布上過濾產(chǎn)物，用200ml去離子水洗滌2次，和用200ml甲醇洗滌一次。在80EC下，在真空烘箱中干燥產(chǎn)物過夜。聚合物產(chǎn)物(15g)的元素分析表明氮為1.9％，相當(dāng)于1.36mmolN-甲基-N-乙烯基乙酰胺/g成品。通過水銀孔度測定法進(jìn)行測量的表面積為126m2/g和孔徑為173埃。
實(shí)施例3將清潔的三頸圓底燒瓶配備機(jī)械攪拌器、氮?dú)夤呐萜骱突亓骼淠?。向該燒瓶中加?00g乙醇和40gDVB聚合物。啟動(dòng)攪拌并設(shè)定為300rpm。在50ml燒杯中隨20ml乙醇一起加入10.5gN-甲基-N-乙烯基乙酰胺和0.6gAIBN，并攪拌溶解。將該單體混合物加入到圓底燒瓶中。在300rpm下，在75EC下攪拌該混合物16小時(shí)。在dynel布上過濾產(chǎn)物，用200ml去離子水洗滌2次，和用200ml甲醇洗滌一次。在80EC下，在真空烘箱中干燥產(chǎn)物過夜。聚合物產(chǎn)物(42g)的元素分析表明氮為0.7％，相當(dāng)于0.5mmolN-甲基-N-乙烯基乙酰胺/g成品。
實(shí)施例4將清潔的三頸圓底燒瓶配備機(jī)械攪拌器、氮?dú)夤呐萜骱突亓骼淠?。向該燒瓶中加?00g乙醇和45gDVB聚合物。啟動(dòng)攪拌并設(shè)定為300rpm。向50ml燒杯中隨20ml乙醇一起加入20gN-甲基-N-乙烯基乙酰胺和0.6gAIBN，并攪拌這些物質(zhì)，使試劑溶解。將該單體混合物加入到圓底燒瓶中。在300rpm下，在80EC下攪拌該混合物16小時(shí)。在dynel布上過濾產(chǎn)物，用200ml去離子水洗滌2次，和用200ml甲醇洗滌一次。在80EC下，在真空烘箱中干燥產(chǎn)物過夜。聚合物產(chǎn)物(48g)的元素分析表明氮為1.8％，相當(dāng)于1.2mmolN-甲基-N-乙烯基乙酰胺/g成品。
實(shí)施例5將清潔的三頸圓底燒瓶配備機(jī)械攪拌器、氮?dú)夤呐萜骱突亓骼淠鳌Ｏ蛟摕恐屑尤?00g乙醇和200gDVB聚合物。啟動(dòng)攪拌并設(shè)定為300rpm。向50ml燒杯中隨100ml乙醇一起加入89gN-甲基-N-乙烯基乙酰胺和2.68gAIBN，并攪拌這些物質(zhì)，使之溶解。將該單體混合物加入到圓底燒瓶中。在300rpm下，在80EC下攪拌該混合物16小時(shí)。在dynel布上過濾產(chǎn)物，用1L去離子水洗滌2次，和用1L甲醇洗滌一次。在80EC下，在真空烘箱中干燥產(chǎn)物過夜。聚合物產(chǎn)物的元素分析表明氮為2.1％，相當(dāng)于1.5mmolN-甲基-N-乙烯基乙酰胺/g成品。用乙酸乙酯萃取該聚合物過夜，測定功能化的穩(wěn)定性。在元素分析中沒有觀察到變化，從而表明N-甲基-N-乙烯基乙酰胺共價(jià)鍵合到DVB上。
實(shí)施例6將清潔的三頸圓底燒瓶配備機(jī)械攪拌器、氮?dú)夤呐萜骱突亓骼淠?。向該燒瓶中加?00g乙醇和45gDVB聚合物。啟動(dòng)攪拌并設(shè)定為300rpm。向50ml燒杯中隨25ml乙醇一起加入20gN-甲基-N-乙烯基乙酰胺和0.6gAIBN，并攪拌這些物質(zhì)，使該試劑溶解。將該單體混合物加入到圓底燒瓶中。在300rpm下，在80EC下攪拌該混合物16小時(shí)。在dynel布上過濾產(chǎn)物，用1L去離子水洗滌2次，和用1L甲醇洗滌一次。在80EC下，在真空烘箱中干燥產(chǎn)物過夜。聚合物產(chǎn)物(48g)的元素分析表明氮為1.9％，相當(dāng)于1.36mmolN-甲基-N-乙烯基乙酰胺/g成品。
實(shí)施例7將清潔的三頸圓底燒瓶配備機(jī)械攪拌器、氮?dú)夤呐萜骱突亓骼淠?。向該燒瓶中加?50g乙醇和30gDVB聚合物。啟動(dòng)攪拌并設(shè)定為300rpm。向50ml燒杯中隨20ml乙醇一起加入13g縮水甘油基甲基丙烯酸酯和0.4gAIBN，并攪拌這些物質(zhì)，使之溶解。將該單體混合物加入到圓底燒瓶中。在300rpm下，在80EC下攪拌該混合物16小時(shí)。在dynel布上過濾產(chǎn)物，用200mL去離子水洗滌2次，和用200mL甲醇洗滌一次。在80EC下，在真空烘箱中干燥產(chǎn)物過夜。聚合物產(chǎn)物(32g)的FT-IR表明峰在1250cm-1處，這對(duì)環(huán)氧環(huán)來說是典型的。
實(shí)施例8下述反應(yīng)產(chǎn)生具有伯和仲官能胺的弱陰離子交換介質(zhì)。將清潔的三頸圓底燒瓶配備磁攪拌器、氮?dú)夤呐萜骱突亓骼淠鳌Ｏ蛟摕恐屑尤?5g實(shí)施例7的聚合物、250mlTHF和50g乙二胺。在氮?dú)庀禄亓骰旌衔?小時(shí)。在dynel布上過濾產(chǎn)物，用200mL去離子水洗滌2次，和用200mL甲醇洗滌一次。在80EC下，在真空中干燥產(chǎn)物過夜。聚合物產(chǎn)物(16g)的元素分析表明氮為2.9％。
實(shí)施例9下述反應(yīng)產(chǎn)生具有叔胺官能度的弱陰離子交換介質(zhì)。將清潔的圓底燒瓶配備磁攪拌器、氮?dú)夤呐萜骱突亓骼淠?。向該燒瓶中加?5g實(shí)施例7的產(chǎn)物、250mlTHF和50g二乙胺。在氮?dú)庀禄亓骰旌衔?小時(shí)。在dynel布上過濾產(chǎn)物，用200mL去離子水洗滌2次，和用200mL甲醇洗滌一次。在80EC下，在真空中干燥產(chǎn)物過夜。聚合物產(chǎn)物的元素分析表明氮為0.8％。陰離子交換能力為0.12meq/g。
實(shí)施例10下述反應(yīng)產(chǎn)生具有叔胺官能度的弱陰離子交換介質(zhì)。將清潔的三頸圓底燒瓶配備機(jī)械攪拌器、氮?dú)夤呐萜骱突亓骼淠?。向該燒瓶中加?00g乙醇和45gDVB聚合物。啟動(dòng)攪拌并設(shè)定為300rpm。向50ml燒杯中隨25ml乙醇一起加入20gN-(4-乙烯基芐基)-N-N-二甲胺和0.6gAIBN，并攪拌這些物質(zhì)，使試劑溶解。將該單體混合物加入到圓底燒瓶中。在300rpm下，在80EC下攪拌該混合物16小時(shí)。在dynel布上過濾產(chǎn)物，用200mL去離子水洗滌2次，和用200mL甲醇洗滌一次。在80EC下，在真空烘箱中干燥產(chǎn)物過夜。聚合物產(chǎn)物(47g)的元素分析表明氮為0.84％?？讖綖?25埃。
實(shí)施例11下述反應(yīng)產(chǎn)生具有季胺官能度的強(qiáng)陰離子交換介質(zhì)。將清潔的三頸圓底燒瓶配備機(jī)械攪拌器、氮?dú)夤呐萜骱突亓骼淠?。向該燒瓶中加?00g乙醇和30gDVB聚合物。啟動(dòng)攪拌并設(shè)定為300rpm。向50ml燒杯中隨20ml乙醇一起加入15g乙烯基芐基三甲基氯化銨和0.6gAIBN，并攪拌這些物質(zhì)，使之溶解。將該單體混合物加入到圓底燒瓶中。在300rpm下，在80EC下攪拌該混合物16小時(shí)。在dynel布上過濾產(chǎn)物，用200mL去離子水洗滌2次，和用200mL甲醇洗滌一次。在80EC下，在真空烘箱中干燥產(chǎn)物過夜。聚合物產(chǎn)物(31g)的元素分析表明氮為1.4％。陰離子交換能力為0.6meq/g。
實(shí)施例12向清潔干燥的500ml圓底燒瓶中加入300g乙醇和30gDVB聚合物。向50ml燒杯中加入溶解在25ml乙醇中的20g苯乙烯磺酸和0.6gAIBN，并攪拌內(nèi)容物，使試劑溶解。將該單體混合物加入到圓底燒瓶中。排出燒瓶中所有的空氣，和放置在氮?dú)夥諊胁⒃?00rpm下攪拌。在80EC下加熱燒瓶過夜。在dynel布上過濾產(chǎn)物，用200ml去離子水洗滌2次，和用200ml甲醇洗滌一次。在80EC下，在真空烘箱中干燥產(chǎn)物過夜。聚合物產(chǎn)物(34g)的元素分析表明硫?yàn)?.5％。陽離子交換能力為0.6meq/g。
實(shí)施例13向清潔干燥的500ml圓底燒瓶中加入300g乙醇和20gDVB聚合物。向50ml燒杯中加入溶解在25ml乙醇中的20g甲基丙烯酸和0.6gAIBN，并攪拌這些物質(zhì)，使之溶解。將該單體混合物加入到圓底燒瓶中。排出燒瓶中所有的空氣，和放置在惰性的氮?dú)夥諊胁⒃?00rpm下攪拌。在80EC下加熱燒瓶過夜。在dynel布上過濾產(chǎn)物，用200ml去離子水洗滌2次，和用200ml甲醇洗滌一次。在80EC下，在真空烘箱中干燥產(chǎn)物過夜。陽離子交換能力為0.9meq/g。聚合物產(chǎn)物的FT-IR表明酸羰基峰在1750cm-1處。
實(shí)施例14使用用約0.25-0.30gDVB或功能化DVB聚合物填充的小型HPLC柱(4.6×50mm)，測量極性水溶性分析物的保留效率。首先用5ml甲醇，接著用10ml去離子水洗滌柱子，然后注射200L醋氨酚溶液(1.0mg/mL在水中的溶液)和使用水繼續(xù)色譜實(shí)驗(yàn)55分鐘。在55分鐘處將流動(dòng)相變?yōu)榧状?。?5分鐘之前(當(dāng)使用純水流動(dòng)時(shí))和在55分鐘之后(當(dāng)使用純甲醇洗脫時(shí))的峰面積確定保留效率。結(jié)果見圖1-6。功能化DVB(實(shí)施例5)表明醋氨酚的保留率高，因?yàn)榇装狈釉谒礈爝^程中沒有浸提，但在55分鐘之后可用甲醇洗脫。如圖1所示，在非功能化DVB情況下，大多數(shù)醋氨酚沒有隨水浸提出，和顯示出不良的保留率。通過增加N-甲基-N-乙烯基乙酰胺中官能度含量(％N從0.2到2.0)，醋氨酚得到定量保留和回收(圖1-5)。使用氨基苯乙烯功能聚合物，觀察到類似的保留行為(圖6)。
實(shí)施例15使用用20mgDVB或功能化DVB(來自實(shí)施例5)填充的SPE柱(1mL)，測量帶功能聚合物的固相萃取(SPE)的分析物回收率，其中DVB或功能化DVB通過反相機(jī)理保留/吸收分析物。這些柱子用于從稀溶液中萃取并回收各種分析物。將SPE柱放置在正壓加工機(jī)械上(該設(shè)備通過使用加壓空氣或氮?dú)?，使液體受力流過柱子)。通過使1ml甲醇，接著1ml去離子水流過來調(diào)節(jié)SPE柱子。然后使1ml在磷酸鹽(20mM，pH5.0-8.0)中的分析物原料溶液(0.01-0.1mg/ml)以2-3ml/分的流速流經(jīng)柱子。在用1ml去離子水洗滌柱子之后，用甲醇(500L)從柱中洗脫出分析物。通過高效液相色譜，測量在起始原料溶液中和在洗脫溶液中的分析物濃度，和用于計(jì)算分析物的回收率。結(jié)果概括在表1中。該結(jié)果表明功能化DVB顯示出極性分析物的高回收率。此外，通過將醋氨酚的濃度從0.01增加0.1mg/ml，沒有觀察到醋氨酚的損失，這表明吸收能力高。
表1各種分析物的SPE回收率
實(shí)施例16使用DVB和功能化DVB(實(shí)施例5)填充的柱子(4.6×150mm)，通過HPLC(高效液相色譜法)評(píng)價(jià)有機(jī)酸的分離效率。在4500psi下，淤漿填充柱子(3.8g在22ml氯仿-異丙醇，8515混合物中)。磷酸鉀，pH3.0的緩沖液(20mM)用作流動(dòng)相。注射60L分別含10g，25g和375g酒石酸、丙二酸和琥珀酸的混合物，和在210nm處記錄色譜峰。類似注射混合物的單個(gè)組分，以確定各組分的保留時(shí)間。
如圖7所示，酒石酸、丙二酸和琥珀酸的保留時(shí)間分別為1.8，2.6和10.2分鐘。在非功能化DVB的情況下，結(jié)果表明酒石酸和丙二酸的分離差。在聚合物的表面上用N-甲基-N-乙烯基乙酰胺功能化導(dǎo)致改進(jìn)的分離介質(zhì)，因?yàn)樗羞@三種組分的分離得到顯著改進(jìn)(圖8)。此外，所有這三種組分的保留時(shí)間顯著增加。分離可歸結(jié)于含極性酰胺部分的長鏈N-甲基-N-乙烯基乙酰胺的支化，該長鏈從極性表面向外延伸。還發(fā)現(xiàn)功能化DVB(實(shí)施例5)可分離順式-反式酸。在功能化DVB情況下，使用20mM磷酸鉀，pH3.0的緩沖液作為流動(dòng)相，可分離順式1，2-亞乙基二羧酸(馬來酸)和反式1，2-亞乙基二羧酸(富馬酸)的混合物(圖9)，而在非功能化DVB情況下，這兩種組分被共洗脫(圖10)。
實(shí)施例17使用20mgDVB或強(qiáng)陰離子(quat)功能化DVB(來自實(shí)施例11)填充的SPE柱子(1mL)，用功能聚合物通過固相萃取(SPE)測量分析物的回收率，所述DVB或強(qiáng)陰離子功能化DVB可通過離子相互作用，也可通過反相機(jī)理保留分析物。證明可通過混合相互作用分離酸性分析物。將SPE柱子放置在正壓加工機(jī)械上。通過使1ml甲醇，接著0.1N氫氧化鈉和1ml去離子水流過來調(diào)節(jié)SPE柱子。然后使在0.01N氫氧化鈉中的1ml酸性分析物原料溶液(0.05mg/ml)以2-3ml/分的流速流經(jīng)柱子。首先用1ml甲醇洗滌柱子，除去其它疏水分析物，同時(shí)酸性分析物保留在柱子上。然后用1N鹽酸洗滌該柱子，使離子分析物轉(zhuǎn)化成酸性形式并擾亂離子相互作用，從而酸性分析物通過反相機(jī)理得到保留。最后，用1ml酸化甲醇(90∶10，甲醇1N鹽酸)洗脫酸性分析物。通過HPLC測量在第一次甲醇洗滌和最后的甲醇洗脫液中酸性分析物的濃度，計(jì)算回收率(表2)。如表2所示，具有陰離子交換位點(diǎn)的功能化DVB(實(shí)施例11)通過離子和反相機(jī)理保留酸性分析物。因此，第一次甲醇洗滌沒有洗掉分析物，但當(dāng)沒有離子相互作用存在時(shí)，用最后的酸性甲醇可洗脫出分析物。對(duì)于功能化DVB(實(shí)施例5)、非功能化DVB和C18來說，第一次甲醇洗滌洗掉分析物，和這表明對(duì)酸性和疏水分析物沒有分離能力。類似地，使用功能化DVB(實(shí)施例5)、非功能化DVB和C18，水楊酸的回收率很差，因?yàn)樗畻钏釠]有被保留在柱上。
表2酸性分析物的回收率％
盡管通過參考本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的細(xì)節(jié)，在本專利申請(qǐng)中公開了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解所公開的內(nèi)容擬闡述，而不是限制本發(fā)明，因?yàn)檎J(rèn)為在本發(fā)明的精神和所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可容易地進(jìn)行改性。
參考文獻(xiàn)Das MN(1954).Anal.Chem.261086.
Nevejam F AND Verzele M(1985).J.Chromatography350145.
Snyder LR，Kirkland JJ and Glajch JL(1997).實(shí)用HPLC方法的發(fā)展，John Wiley and Sons.
Zief M and Kisel R(1988).固相萃取的試樣制備J.T.Baker，Phillipsburg，NJ.
美國專利No.2366007美國專利No.4297220美國專利No.5030352美國專利No.588252權(quán)利要求
1.功能聚合物珠粒，通過以下a)和b)制備a)使多亞乙烯基單體聚合形成自行交聯(lián)的均聚物；然后b)使功能單體聚合共價(jià)鍵合到所述均聚物上。
2.權(quán)利要求1的功能聚合物珠粒，其中所述多亞乙烯基單體選自二乙烯基苯、三乙烯基苯、二乙烯基吡啶、二乙烯基甲苯、二乙烯基萘、二甲基丙烯酸乙二醇酯和N，N-亞甲基二丙烯酰胺。
3.權(quán)利要求2的功能聚合物珠粒，其中所述多亞乙烯基單體是二乙烯基苯。
4.權(quán)利要求1的功能聚合物珠粒，其中所述均聚物是聚(二乙烯基苯)。
5.權(quán)利要求1的功能聚合物珠粒，其中所述功能單體是單乙烯基化合物。
6.權(quán)利要求5的功能聚合物珠粒，其中所述單乙烯基化合物具有極性部分或離子部分。
7.權(quán)利要求1的功能聚合物珠粒，其中所述功能單體選自N-甲基-N-乙烯基乙酰胺、氨基苯乙烯、甲基丙烯酸酯、乙基丙烯酸酯、羥甲基乙基丙烯酸酯、羥乙基丙烯酸酯和N-乙烯基己內(nèi)酰胺。
8.權(quán)利要求7的功能聚合物珠粒，其中所述功能單體是N-甲基-N-乙烯基乙酰胺。
9.權(quán)利要求8的功能聚合物珠粒，其中所述珠粒包含0.5-3.0毫摩爾N-甲基-N-乙烯基乙酰胺/克功能聚合物珠粒。
10.權(quán)利要求1的功能聚合物珠粒，其中所述功能單體選自N-(4-乙烯基芐基)-N，N-二甲胺、乙烯基芐基三甲基氯化銨、4-乙烯基苯甲酸、苯乙烯磺酸和甲基丙烯酸。
11.權(quán)利要求1的功能聚合物珠粒，其中所述功能單體是縮水甘油基甲基丙烯酸酯。
12.權(quán)利要求11的功能聚合物珠粒，該珠粒進(jìn)一步與乙二胺、二乙胺、多乙烯亞胺、羥丙基磺酸、羥基苯磺酸或羥基苯甲酸反應(yīng)。
13.權(quán)利要求11的功能聚合物珠粒，該珠粒進(jìn)一步與乙二胺反應(yīng)。
14.一種制備功能聚合物珠粒的方法，所述方法包括下述步驟a)使多亞乙烯基單體聚合形成均聚物；然后b)使功能單體聚合，該單體共價(jià)鍵合到所述均聚物上。
15.權(quán)利要求14的方法，其中步驟(a)后，殘余的乙烯基保留在所述均聚物上。
16.權(quán)利要求14的方法，其中所述功能單體形成功能聚合物，其通過殘余的乙烯基共價(jià)鍵合到所述均聚物上。
17.權(quán)利要求14的方法，其中所述功能單體選自二乙烯基苯、三乙烯基苯、二乙烯基吡啶、二乙烯基甲苯、二乙烯基萘、二甲基丙烯酸乙二醇酯和N，N-亞甲基二丙烯酰胺。
18.權(quán)利要求14的方法，其中所述功能單體是二乙烯基苯。
19.權(quán)利要求14的方法，其中所述多亞乙烯基單體是二乙烯基苯。
20.權(quán)利要求14的方法，其中所述功能單體是單乙烯基化合物。
21.權(quán)利要求20的方法，其中所述單乙烯基化合物具有極性部分或離子部分。
22.權(quán)利要求14的方法，其中所述功能單體選自N-甲基-N-乙烯基乙酰胺、氨基苯乙烯、甲基丙烯酸酯、乙基丙烯酸酯、羥甲基乙基丙烯酸酯、羥乙基丙烯酸酯和N-乙烯基己內(nèi)酰胺。
23.權(quán)利要求14的方法，其中所述功能單體是N-甲基-N-乙烯基乙酰胺。
24.權(quán)利要求23的方法，其中所述功能聚合物珠粒包含0.5-3.0毫摩爾N-甲基-N-乙烯基乙酰胺/克功能聚合物珠粒。
25.權(quán)利要求14的方法，其中所述功能單體選自N-(4-乙烯基芐基)-N，N-二甲胺、乙烯基芐基三甲基氯化銨、4-乙烯基苯甲酸、苯乙烯磺酸和甲基丙烯酸。
26.權(quán)利要求14的方法，其中所述功能單體是縮水甘油基甲基丙烯酸酯。
27.權(quán)利要求26的方法，進(jìn)一步包括c)使步驟(b)制備的功能聚合物珠粒與乙二胺、二乙胺、多乙烯基亞胺、羥丙基磺酸、羥基苯磺酸或羥基苯甲酸反應(yīng)。
28.權(quán)利要求26的方法，進(jìn)一步包括c)使步驟(b)制備的功能聚合物珠粒與乙二胺反應(yīng)。
29.權(quán)利要求14的方法，其中步驟(b)是在厭氧條件下用自由基催化而進(jìn)行的。
30.權(quán)利要求29的方法，其中使用自由基催化劑，所述自由基催化劑選自過氧化苯甲酰、苯甲酸叔丁酯、過氧化己酰、偶氮二異丁腈和偶氮二異丁酰胺。
31.權(quán)利要求30的方法，其中所述自由基催化劑是偶氮二異丁腈。
32.一種從包含所述分析物和第一種溶劑的溶液中分離該分析物的方法，所述方法包括使所述溶液與權(quán)利要求1的功能聚合物珠粒接觸，從而所述分析物被吸收在所述功能聚合物珠粒上。
33.權(quán)利要求32的方法，其中在所述功能聚合物珠粒與所述溶液接觸之后，用所述第一種溶劑洗滌所述功能聚合物珠粒。
34.權(quán)利要求32的方法，其中通過用第二種溶劑洗滌所述功能聚合物珠粒而使所述分析物從所述功能聚合物珠粒中釋放出來。
35.權(quán)利要求33的方法，其中所述第一種溶劑是含水的。
36.權(quán)利要求34的方法，其中所述第二種溶劑是甲醇。
37.權(quán)利要求32的方法，其中所述分析物選自醋氨酚、間苯二酚甲醛(resorcinal)、吲哚洛爾、普魯卡因酰胺、普里米酮、苯巴比妥、煙酰胺和布比卡因。
38.權(quán)利要求32的方法，其中所述功能聚合物珠粒包含N-甲基-N-乙烯基乙酰胺官能團(tuán)。
39.一種通過將混合物流經(jīng)權(quán)利要求1的功能聚合物珠粒的柱而分離該混合物中分析物的方法。
40.權(quán)利要求39的方法，其中含水緩沖液用作流動(dòng)相。
41.權(quán)利要求39的方法，其中所述方法包括高效液相色譜法。
42.權(quán)利要求39的方法，其中所述分析物是有機(jī)酸。
43.權(quán)利要求39的方法，其中所述分析物彼此互為異構(gòu)體。
44.權(quán)利要求39的方法，其中所述功能聚合物珠粒包含N-甲基-N-乙烯基乙酰胺。
45.權(quán)利要求39的方法，其中所述功能聚合物珠粒包含陰離子交換劑。
46.權(quán)利要求45的方法，其中所述功能聚合物珠粒包含乙烯基芐基三甲基氯化銨。
47.權(quán)利要求39的方法，其中通過用一系列溶劑洗滌所述功能聚合物珠粒而分離所述分析物。
48.權(quán)利要求47的方法，其中所述一系列溶劑包括甲醇、酸和酸化甲醇。
全文摘要
本發(fā)明公開了使用功能聚合物介質(zhì)分離各種極性、非極性和離子分析物。多亞乙烯基化合物高度交聯(lián)均聚物的預(yù)制剛性顆粒是使用殘余的乙烯基在其上通過聚合使單乙烯基化合物與其共價(jià)鍵合而功能化的。該功能化使液相色譜和固相萃取等的分離操作具有所需的表面性能。
文檔編號(hào)B01J41/20GK1449416SQ01814952
公開日2003年10月15日 申請(qǐng)日期2001年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月29日
發(fā)明者南德庫馬·V·德奧爾卡, 詹姆斯·法里納, 保羅·A·布伊斯 申請(qǐng)人:馬林克羅特貝克公司