用于分析物分离的功能性聚合物介质的制作方法

专利名称：用于分析物分离的功能性聚合物介质的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用功能聚合物介质分离各种极性、非极性或离子的分析物。本说明书披露了聚合物介质的功能化及其用途。聚合物颗粒的功能化是为了在分离应用中如在液相色谱和固相萃取中获得所需的表面性能。
背景技术：
分析物的色谱分离和固相萃取分离是通过使分析物溶液的混合物与称为键合相/吸收剂的固体材料接触而进行的。在键合相上分析物的吸收/解吸(分配)导致混合物的分离(实用HPLC方法的发展，L.R.Snyder，J.J.Kirkland，和J.L.Glajch，John Wiley and Sons，1997；固相萃取的试样制备，M.Zief，andR.Kisel，J.T.Bakner Phileillyipsburg，NJ，1988)。在此引用作为参考的出版物和其它材料用于阐述本发明背景或提供关于实施的附加细节，并为了方便起见，分别将它们集中在所附的参考目录中。将载体改性使其具有能通过各种机理如反相和离子交换进行分离的性能。使用二氧化硅颗粒制造反相键合相是已知的。由于使用二氧化硅存在一些缺点，如在酸性和碱性条件下的不稳定性，所以考虑使用聚合物。用交联共聚物树脂所存在的一些困难包括其在溶剂中溶胀并且使机械强度降低(F.Nevejam，and M.Verzele，J.Chromatography350145(1985))。因此，通常需要使用高度交联而多孔的聚合物颗粒，分析物容易接近该颗粒中的吸收位置。非功能聚合物相所需要的选择性是通过变化构成流动相的溶剂而达到的，同时用提供所需选择性的极性和非极性特征的结合来改性二氧化硅基的键合相。因此，需要适当的功能聚合物材料和使用这些材料的方法，以便能得到所需的选择性和分离能力。
使用单亚乙烯基和多亚乙烯基单体的交联共聚物制备功能聚合物在现有技术中公知的。例如，在美国专利No.2366007中公开了通过磺化将这种聚合物转化成离子交换树脂。在实施这些功能的过程中，聚合物主链发生反应，于是改变那些珠粒的性能，变得亲水，使它们容易开裂或破碎。另外，通过增量(bulk)反应如磺化来进行受控的功能化是困难的。在美国专利No.5030352中公开了由疏水向亲水色谱介质的转化。通过将各种薄的亲水涂层施加到疏水聚合物基质(如聚苯乙烯-DVB)表面上获得这些色谱介质。该方法包括通过与从表面向外延伸的亲水区域的疏水-疏水相互作用，在基质上吸收具有疏水和亲水区域的溶质，然后使这些分子就地交联。进一步衍生这些涂布材料，可制备在分离中使用的各种材料。这种涂层局限于在疏水载体表面的薄膜上而使其能力受到限制。此外，载体的疏水性减少并可能不足以吸收疏水分析物。Meitzner和Oline在美国专利No.4297220中公开了在某些化合物存在下通过单烯键不饱和单体和多亚乙烯基单体共聚而形成的微孔径共聚物，获得特定空隙容积和表面积，用于从含有机材料的流体混合物中吸收有机材料。Bouvier等在美国专利No.5882521中公开了使用亲水和疏水单体(其具有12-30mol％亲水单体)的水可润湿的共聚物从溶液中除去有机溶质的方法。
发明概述本发明显著不同于现有技术，因为它不涉及两种单亚乙烯基和多亚乙烯基单体的交联共聚和聚合物主链的功能化。本发明使用一种新的方法使预制的刚性颗粒的表面功能化，它使用不同的功能单体制备功能化珠粒。而且，所公开的功能化方法与其它聚合物主链的功能化方法相比，显著降低反应数量和所需的反应物与溶剂的消耗。例如，为了制造具有季铵官能团的强阴离子交换介质，需要三步反应(溴化或氯化，接着胺化，接着季铵化反应)。因此，通过预制的刚性颗粒的功能化(该颗粒是多亚乙烯基单体的均聚物)，聚合物主链的物理性能没有受到影响，但赋予表面关键性能，使该表面可用于色谱和固相萃取分离，并消除了与共聚物有关的缺点。使用所公开的制备方法，由多亚乙烯基单体聚合制备的高度交联的预制固相颗粒可被功能化，而没有改变颗粒的物理性能(如机械强度和不溶胀)。本发明公开了能赋予亲水、阳离子和阴离子交换性能的功能化方法。根据本发明，高度交联的多亚乙烯基化合物的预制刚性多孔或无孔颗粒是使用残余的乙烯基功能化的，使单乙烯基化合物通过聚合共价键合到残余的乙烯基上。因此，在具有所需性能如亲水性或用作阴离子或阳离子交换剂的单乙烯基化合物的溶液中，悬浮并衍生含残余乙烯基的预制颗粒。正因为如此，本发明通过所需单乙烯基化合物在具有大量残余乙烯基的刚性颗粒表面上的长链聚合，能够达到高度功能化。
根据本发明，在功能聚合物中令人惊奇地发现显著的不同和令人感兴趣的分离性能。这些性能导致极性、非极性和离子分析物通过吸收和离子交换机理实现液相色谱和固相萃取分离。
附图的简要说明

图1表示当去离子水用作经历最多55分钟的流动相，用甲醇洗脱在55分钟处使去离子水变成甲醇时在非功能化的DVB上醋氨酚的保留图。在水流动过程中浸提出醋氨酚，和用甲醇没有洗脱峰，从而显示出不良保留/没有保留。
图2表示当去离子水用作经历最多55分钟的流动相，用甲醇洗脱在55分钟处使去离子水变化成甲醇时在用0.5mmol N-甲基-N-乙烯基酰胺功能化的DVB上醋氨酚的保留图(实施例3)。在水流动过程中，在35分钟处浸提出一些醋氨酚(约30％)和用甲醇洗脱出峰，从而与在非功能化的DVB上的保留相比，显示出改进的保留性。
图3表示当去离子水用作经历最多55分钟的流动相，用甲醇洗脱在55分钟处使去离子水变化成甲醇时在用1.2mmol N-甲基-N-乙烯基酰胺功能化的DVB上醋氨酚的保留图(实施例4)。在水流动过程中，迟在45分钟处浸提出一些醋氨酚(约15％)和用甲醇洗脱出峰，从而显示出进一步改进的保留性。
图4表示当去离子水用作经历最多55分钟的流动相，用甲醇洗脱使去离子水变化成甲醇时在用1.36mmol N-甲基-N-乙烯基酰胺功能化的DVB上醋氨酚的保留图(实施例6)。在水流动过程中，浸提出可忽略量的醋氨酚和用甲醇洗脱出峰，从而显示出甲醇洗脱时进一步改进的保留性和良好的回收率。
图5表示当去离子水用作经历最多55分钟的流动相，用甲醇洗脱在55分钟处使去离子水变化成甲醇时在用1.5mmol N-甲基-N-乙烯基酰胺功能化的DVB上醋氨酚的保留图(实施例5)。在水流动过程中，浸提出可忽略量的醋氨酚和用甲醇洗脱出峰，从而显示出甲醇洗脱时良好的保留性和回收率。
图6表示当去离子水用作经历最多55分钟的流动相，用甲醇洗脱在55分钟处使去离子水变化成甲醇时在用1.6mmol氨基苯乙烯功能化的DVB上醋氨酚的保留图(实施例1)。用甲醇洗脱出峰，显示出比在非功能化的DVB上显著较高的保留性。
图7表示使用由非功能化的DVB填充的柱子的由酒石酸、丙二酸和琥珀酸组成的有机酸混合物的色谱分离图。
图8表示使用由实施例5功能化的DVB填充的柱子的由酒石酸、丙二酸和琥珀酸组成的有机酸混合物的色谱分离图。
图9表示使用由实施例5功能化的DVB填充柱子的马来酸(顺式1，2-亚乙基二酸)和富马酸(反式1，2-亚乙基二酸)的色谱分离图。
图10表示使用由非功能化的DVB填充柱子的马来酸(顺式1，2-亚乙基二酸)和富马酸(反式1，2-亚乙基二酸)的色谱分离图。
发明详述本发明提供了一种使用功能性聚合物介质分离各种极性、非极性或离子分析物的方法。更具体地说，本发明涉及预制的高度交联聚合物颗粒的功能化而产生所需的性能，如亲水性和阴离子与阳离子交换能力。此外，本发明涉及各种分析物的液相色谱和固相萃取分离。
可被功能化的预制刚性颗粒包括通过常规方法如悬浮聚合制备的多孔或无孔聚合物珠粒。使用多亚乙烯基化合物如二乙烯基苯和三乙烯基苯制备的高度交联的聚合物珠粒是优选的，因为它们具有高机械强度和不溶胀的特征。另外，二乙烯基苯的聚合和其本身的交联导致在表面上残留充足的乙烯基(双)键，在使用单乙烯基化合物的情况下，这些键用于表面功能化。正因为如此，优选具有大量残留双键的预制的聚合物珠粒，因为它们能产生高的官能度。而且，优选能产生高官能度的微孔颗粒，由于它们具有大的表面积和易与官能团接近。
通过单烯键不饱和化合物(单乙烯基化合物)与残留乙烯基的后聚合所导致的功能化反应是用自由基引发方法进行的。该单体选自具有活性部分的一类化合物如极性或阳离子交换剂或阴离子交换剂。在聚合之后，含这种活性部分的聚合物长链连接到表面上，且长的聚合物链从聚合物珠粒表面向外延伸。这种构型不改变物理或化学性能如机械强度、溶胀和珠粒的聚合物主链的疏水/亲水性。例如，通过与含活性部分的单体的受控的后聚合反应(功能化)，在沿聚合物长链的孔中产生活性位点的孔穴，但在珠粒的聚合物骨架上保留疏水孔穴。发现这些性能可导致实施例中所述的极性分析物的有效分离。
后聚合条件的选择要使得在实现微孔珠粒的高度功能化的同时保持微孔率，使分析物能扩散出入孔，实现所需的分离和分析物回收。
如实施例中所述，可使用常规的悬浮聚合制备微孔聚合物珠粒。通过醋酸汞滴定方法测定残留的乙烯基或不饱和度(Das M.N.，Anal.Chem.261086(1954))。因此，制备微孔聚(二乙烯基苯)珠粒并将其用于制备功能化的聚合物颗粒。可使用的聚合物珠粒是由具有充足的残余乙烯基的多亚乙烯基化合物的均聚而制备的。合适的多亚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-亚甲基-二丙烯酰胺。从二乙烯基苯制的聚合物珠粒由于其高机械强度和具有残余的乙烯基，所以是优选的。聚合物珠粒可具有3-约1000m，优选约5-50m的直径；约60埃-1000埃，优选100埃-300埃的孔径(通过水银孔率测定法进行测量)和约70-150m2/g的表面积(通过水银孔度测定法进行测量)以及约150-800m2/g的表面积(通过氮吸收进行测量)。
本发明的一个实施方案是一种分离各种分析物用的分离材料。该分离材料是通过聚合物珠粒的功能化制备的，而所述聚合物珠粒是在厌氧条件下，使用自由基聚合，通过具有乙烯基残基的单乙烯基化合物的后聚合制备的。合适的自由基催化剂包括过氧化苯甲酰、苯甲酸叔丁酯、过氧化己酰、偶氮二异丁腈和偶氮二异丁酰胺。
在一个实施方案中，制备分离材料使聚合物珠粒具有极性性能。功能化用的合适单乙烯基化合物包括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、羟乙基丙烯酸酯、羟甲基丙烯酸酯和N-乙烯基己内酰胺。优选的单乙烯基化合物是N-甲基-N-乙烯基乙酰胺。该聚合物的功能化能达到0.5-3毫摩尔N-甲基-N-乙烯基乙酰胺/克功能聚合物。提供极性化合物良好保留度的优选的功能化是1.0-2.0毫摩尔N-甲基-N-乙烯基乙酰胺/克功能聚合物。正如实施例中所述，功能化从0.5毫摩尔增加到1.5毫摩尔会增加极性分析物的保留度和分离能力。
在另一实施方案中，制备分离材料使聚合物珠粒具有离子性能，该珠粒能被用于分析物的阴离子和阳离子交换分离。功能化用的合适单乙烯基化合物包括N-(4-乙烯基苄基)-N，N-二甲胺、乙烯基苄基三甲基氯化铵、4-乙烯基苯甲酸、苯乙烯磺酸(亦称为N-乙烯基苯磺酸)和甲基丙烯酸。另外，使用具有乙烯基残基的缩水甘油甲基丙烯酸酯进行后聚合的聚合物珠粒可进一步与乙二胺、二乙胺、多乙烯基亚胺、羟丙基磺酸、羟基苯磺酸或羟基苯甲酸反应，在后聚合的聚合物上形成离子功能位点，得到功能性聚合物。
另一方面，本发明使用功能聚合物通过液相色谱和固相萃取来分离分析物。正如实施例中所述，可以许多方式使用功能聚合物。例如，在功能聚合物上，由于极性基团的存在导致极性有机分析物如醋氨酚、烟酰胺和间苯二酚甲醛(resorcinal)的回收显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-键合的氧化硅)上的回收。此外，功能聚合物显示出具有高的吸收能力。正如实施例中所述，对于非功能化的DVB和C18的回收来说，醋氨酚的高浓度溶液(0.1mg/ml)低于较低浓度的溶液(0.01mg/ml)，而功能化的DVB回收在这两种浓度水平下仍然高(定量)。此外，发现当将功能聚合物填充在液相色谱柱内用于分离时，可使用纯的含水流动相分离有机酸以及有机酸的异构体(顺式和反式)。
此外，已发现当使用具有离子特征的功能聚合物时，通过离子交换与反相机理的结合可分离分析物。正因为如此，可实现离子与疏水分析物的较好分离。正如实施例中所述，具有羧酸基团的酸性分析物如舒林酸(sulindac)保留在离子功能聚合物上以及在其它聚合物(非离子和非功能化的聚合物)和C18上。然而，用第一次甲醇洗涤从非离子材料中洗涤出分析物，而用第一次甲醇洗涤从离子功能聚合物中没有洗涤出分析物。在用酸如1N盐酸接着用甲醇(酸化的)洗涤之后定量回收分析物。这提供了一种从疏水分析物中分离酸性分析物的有效方法。
在下述实施例中进一步详述本发明，以举例方式解释本发明并不意味着限制本发明。实施例中使用的是本领域公知的标准技术或以下具体描述的技术。
实施例聚(二乙烯基苯)(DVB)珠粒的制备通过常规的悬浮聚合，使用80％DVB、引发剂过氧化苯甲酰，和成孔剂甲苯，制备DVB聚合物珠粒。该聚合物含有0.2meq/g残余的乙烯基。孔径为180埃和通过水银孔度测定法进行测量的表面积为95m2/g。元素分析表明不存在氮。
实施例1向清洁干燥的升圆底烧瓶中加入350g水、4g聚乙烯醇和4g氯化钠。将DVB聚合物(15g)加入到烧瓶中。在25ml烧杯中加入4g氨基苯乙烯、0.3g偶氮二异丁腈(AIBN)和20g甲苯。搅拌反应混合物，使试剂溶解。将该单体混合物加入到烧瓶中。排出烧瓶中所有的空气，加入氮气形成惰性氛围。在75EC下加热烧瓶过夜。在dynel布上过滤产物，用200ml去离子水洗涤2次，和用200ml甲醇洗涤一次。在80EC下，在真空烘箱中干燥产物过夜。聚合物产物的元素分析表明氮为2.4％。然后在三乙胺(6g)存在下，在室温下用在100ml四氢呋喃中的乙酰氯(10g)处理该聚合物产物4小时。该聚合物的元素分析表明氮为2.3％。，这相当于1.6mmol氨基苯乙烯/g成品。
实施例2向清洁干燥的250ml圆底烧瓶中加入75g乙醇。将DVB聚合物(15g)加入到烧瓶中。在25ml烧杯中加入5gN-甲基-N-乙烯基乙酰胺和0.2gAIBN，和加入10ml乙醇并搅拌内容物，使试剂溶解。将该单体混合物加入到烧瓶中。排出烧瓶中所有的空气，和加入氮气，并在100rpm下搅拌内容物。在75EC下加热旋转着的烧瓶过夜。在dynel布上过滤产物，用200ml去离子水洗涤2次，和用200ml甲醇洗涤一次。在80EC下，在真空烘箱中干燥产物过夜。聚合物产物(15g)的元素分析表明氮为1.9％，相当于1.36mmolN-甲基-N-乙烯基乙酰胺/g成品。通过水银孔度测定法进行测量的表面积为126m2/g和孔径为173埃。
实施例3将清洁的三颈圆底烧瓶配备机械搅拌器、氮气鼓泡器和回流冷凝器。向该烧瓶中加入200g乙醇和40gDVB聚合物。启动搅拌并设定为300rpm。在50ml烧杯中随20ml乙醇一起加入10.5gN-甲基-N-乙烯基乙酰胺和0.6gAIBN，并搅拌溶解。将该单体混合物加入到圆底烧瓶中。在300rpm下，在75EC下搅拌该混合物16小时。在dynel布上过滤产物，用200ml去离子水洗涤2次，和用200ml甲醇洗涤一次。在80EC下，在真空烘箱中干燥产物过夜。聚合物产物(42g)的元素分析表明氮为0.7％，相当于0.5mmolN-甲基-N-乙烯基乙酰胺/g成品。
实施例4将清洁的三颈圆底烧瓶配备机械搅拌器、氮气鼓泡器和回流冷凝器。向该烧瓶中加入200g乙醇和45gDVB聚合物。启动搅拌并设定为300rpm。向50ml烧杯中随20ml乙醇一起加入20gN-甲基-N-乙烯基乙酰胺和0.6gAIBN，并搅拌这些物质，使试剂溶解。将该单体混合物加入到圆底烧瓶中。在300rpm下，在80EC下搅拌该混合物16小时。在dynel布上过滤产物，用200ml去离子水洗涤2次，和用200ml甲醇洗涤一次。在80EC下，在真空烘箱中干燥产物过夜。聚合物产物(48g)的元素分析表明氮为1.8％，相当于1.2mmolN-甲基-N-乙烯基乙酰胺/g成品。
实施例5将清洁的三颈圆底烧瓶配备机械搅拌器、氮气鼓泡器和回流冷凝器。向该烧瓶中加入800g乙醇和200gDVB聚合物。启动搅拌并设定为300rpm。向50ml烧杯中随100ml乙醇一起加入89gN-甲基-N-乙烯基乙酰胺和2.68gAIBN，并搅拌这些物质，使之溶解。将该单体混合物加入到圆底烧瓶中。在300rpm下，在80EC下搅拌该混合物16小时。在dynel布上过滤产物，用1L去离子水洗涤2次，和用1L甲醇洗涤一次。在80EC下，在真空烘箱中干燥产物过夜。聚合物产物的元素分析表明氮为2.1％，相当于1.5mmolN-甲基-N-乙烯基乙酰胺/g成品。用乙酸乙酯萃取该聚合物过夜，测定功能化的稳定性。在元素分析中没有观察到变化，从而表明N-甲基-N-乙烯基乙酰胺共价键合到DVB上。
实施例6将清洁的三颈圆底烧瓶配备机械搅拌器、氮气鼓泡器和回流冷凝器。向该烧瓶中加入200g乙醇和45gDVB聚合物。启动搅拌并设定为300rpm。向50ml烧杯中随25ml乙醇一起加入20gN-甲基-N-乙烯基乙酰胺和0.6gAIBN，并搅拌这些物质，使该试剂溶解。将该单体混合物加入到圆底烧瓶中。在300rpm下，在80EC下搅拌该混合物16小时。在dynel布上过滤产物，用1L去离子水洗涤2次，和用1L甲醇洗涤一次。在80EC下，在真空烘箱中干燥产物过夜。聚合物产物(48g)的元素分析表明氮为1.9％，相当于1.36mmolN-甲基-N-乙烯基乙酰胺/g成品。
实施例7将清洁的三颈圆底烧瓶配备机械搅拌器、氮气鼓泡器和回流冷凝器。向该烧瓶中加入150g乙醇和30gDVB聚合物。启动搅拌并设定为300rpm。向50ml烧杯中随20ml乙醇一起加入13g缩水甘油基甲基丙烯酸酯和0.4gAIBN，并搅拌这些物质，使之溶解。将该单体混合物加入到圆底烧瓶中。在300rpm下，在80EC下搅拌该混合物16小时。在dynel布上过滤产物，用200mL去离子水洗涤2次，和用200mL甲醇洗涤一次。在80EC下，在真空烘箱中干燥产物过夜。聚合物产物(32g)的FT-IR表明峰在1250cm-1处，这对环氧环来说是典型的。
实施例8下述反应产生具有伯和仲官能胺的弱阴离子交换介质。将清洁的三颈圆底烧瓶配备磁搅拌器、氮气鼓泡器和回流冷凝器。向该烧瓶中加入15g实施例7的聚合物、250mlTHF和50g乙二胺。在氮气下回流混合物8小时。在dynel布上过滤产物，用200mL去离子水洗涤2次，和用200mL甲醇洗涤一次。在80EC下，在真空中干燥产物过夜。聚合物产物(16g)的元素分析表明氮为2.9％。
实施例9下述反应产生具有叔胺官能度的弱阴离子交换介质。将清洁的圆底烧瓶配备磁搅拌器、氮气鼓泡器和回流冷凝器。向该烧瓶中加入15g实施例7的产物、250mlTHF和50g二乙胺。在氮气下回流混合物8小时。在dynel布上过滤产物，用200mL去离子水洗涤2次，和用200mL甲醇洗涤一次。在80EC下，在真空中干燥产物过夜。聚合物产物的元素分析表明氮为0.8％。阴离子交换能力为0.12meq/g。
实施例10下述反应产生具有叔胺官能度的弱阴离子交换介质。将清洁的三颈圆底烧瓶配备机械搅拌器、氮气鼓泡器和回流冷凝器。向该烧瓶中加入300g乙醇和45gDVB聚合物。启动搅拌并设定为300rpm。向50ml烧杯中随25ml乙醇一起加入20gN-(4-乙烯基苄基)-N-N-二甲胺和0.6gAIBN，并搅拌这些物质，使试剂溶解。将该单体混合物加入到圆底烧瓶中。在300rpm下，在80EC下搅拌该混合物16小时。在dynel布上过滤产物，用200mL去离子水洗涤2次，和用200mL甲醇洗涤一次。在80EC下，在真空烘箱中干燥产物过夜。聚合物产物(47g)的元素分析表明氮为0.84％。孔径为125埃。
实施例11下述反应产生具有季胺官能度的强阴离子交换介质。将清洁的三颈圆底烧瓶配备机械搅拌器、氮气鼓泡器和回流冷凝器。向该烧瓶中加入300g乙醇和30gDVB聚合物。启动搅拌并设定为300rpm。向50ml烧杯中随20ml乙醇一起加入15g乙烯基苄基三甲基氯化铵和0.6gAIBN，并搅拌这些物质，使之溶解。将该单体混合物加入到圆底烧瓶中。在300rpm下，在80EC下搅拌该混合物16小时。在dynel布上过滤产物，用200mL去离子水洗涤2次，和用200mL甲醇洗涤一次。在80EC下，在真空烘箱中干燥产物过夜。聚合物产物(31g)的元素分析表明氮为1.4％。阴离子交换能力为0.6meq/g。
实施例12向清洁干燥的500ml圆底烧瓶中加入300g乙醇和30gDVB聚合物。向50ml烧杯中加入溶解在25ml乙醇中的20g苯乙烯磺酸和0.6gAIBN，并搅拌内容物，使试剂溶解。将该单体混合物加入到圆底烧瓶中。排出烧瓶中所有的空气，和放置在氮气氛围中并在100rpm下搅拌。在80EC下加热烧瓶过夜。在dynel布上过滤产物，用200ml去离子水洗涤2次，和用200ml甲醇洗涤一次。在80EC下，在真空烘箱中干燥产物过夜。聚合物产物(34g)的元素分析表明硫为3.5％。阳离子交换能力为0.6meq/g。
实施例13向清洁干燥的500ml圆底烧瓶中加入300g乙醇和20gDVB聚合物。向50ml烧杯中加入溶解在25ml乙醇中的20g甲基丙烯酸和0.6gAIBN，并搅拌这些物质，使之溶解。将该单体混合物加入到圆底烧瓶中。排出烧瓶中所有的空气，和放置在惰性的氮气氛围中并在100rpm下搅拌。在80EC下加热烧瓶过夜。在dynel布上过滤产物，用200ml去离子水洗涤2次，和用200ml甲醇洗涤一次。在80EC下，在真空烘箱中干燥产物过夜。阳离子交换能力为0.9meq/g。聚合物产物的FT-IR表明酸羰基峰在1750cm-1处。
实施例14使用用约0.25-0.30gDVB或功能化DVB聚合物填充的小型HPLC柱(4.6×50mm)，测量极性水溶性分析物的保留效率。首先用5ml甲醇，接着用10ml去离子水洗涤柱子，然后注射200L醋氨酚溶液(1.0mg/mL在水中的溶液)和使用水继续色谱实验55分钟。在55分钟处将流动相变为甲醇。由55分钟之前(当使用纯水流动时)和在55分钟之后(当使用纯甲醇洗脱时)的峰面积确定保留效率。结果见图1-6。功能化DVB(实施例5)表明醋氨酚的保留率高，因为醋氨酚在水洗涤过程中没有浸提，但在55分钟之后可用甲醇洗脱。如图1所示，在非功能化DVB情况下，大多数醋氨酚没有随水浸提出，和显示出不良的保留率。通过增加N-甲基-N-乙烯基乙酰胺中官能度含量(％N从0.2到2.0)，醋氨酚得到定量保留和回收(图1-5)。使用氨基苯乙烯功能聚合物，观察到类似的保留行为(图6)。
实施例15使用用20mgDVB或功能化DVB(来自实施例5)填充的SPE柱(1mL)，测量带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通过反相机理保留/吸收分析物。这些柱子用于从稀溶液中萃取并回收各种分析物。将SPE柱放置在正压加工机械上(该设备通过使用加压空气或氮气，使液体受力流过柱子)。通过使1ml甲醇，接着1ml去离子水流过来调节SPE柱子。然后使1ml在磷酸盐(20mM，pH5.0-8.0)中的分析物原料溶液(0.01-0.1mg/ml)以2-3ml/分的流速流经柱子。在用1ml去离子水洗涤柱子之后，用甲醇(500L)从柱中洗脱出分析物。通过高效液相色谱，测量在起始原料溶液中和在洗脱溶液中的分析物浓度，和用于计算分析物的回收率。结果概括在表1中。该结果表明功能化DVB显示出极性分析物的高回收率。此外，通过将醋氨酚的浓度从0.01增加0.1mg/ml，没有观察到醋氨酚的损失，这表明吸收能力高。
表1各种分析物的SPE回收率
实施例16使用DVB和功能化DVB(实施例5)填充的柱子(4.6×150mm)，通过HPLC(高效液相色谱法)评价有机酸的分离效率。在4500psi下，淤浆填充柱子(3.8g在22ml氯仿-异丙醇，8515混合物中)。磷酸钾，pH3.0的缓冲液(20mM)用作流动相。注射60L分别含10g，25g和375g酒石酸、丙二酸和琥珀酸的混合物，和在210nm处记录色谱峰。类似注射混合物的单个组分，以确定各组分的保留时间。
如图7所示，酒石酸、丙二酸和琥珀酸的保留时间分别为1.8，2.6和10.2分钟。在非功能化DVB的情况下，结果表明酒石酸和丙二酸的分离差。在聚合物的表面上用N-甲基-N-乙烯基乙酰胺功能化导致改进的分离介质，因为所有这三种组分的分离得到显著改进(图8)。此外，所有这三种组分的保留时间显著增加。分离可归结于含极性酰胺部分的长链N-甲基-N-乙烯基乙酰胺的支化，该长链从极性表面向外延伸。还发现功能化DVB(实施例5)可分离顺式-反式酸。在功能化DVB情况下，使用20mM磷酸钾，pH3.0的缓冲液作为流动相，可分离顺式1，2-亚乙基二羧酸(马来酸)和反式1，2-亚乙基二羧酸(富马酸)的混合物(图9)，而在非功能化DVB情况下，这两种组分被共洗脱(图10)。
实施例17使用20mgDVB或强阴离子(quat)功能化DVB(来自实施例11)填充的SPE柱子(1mL)，用功能聚合物通过固相萃取(SPE)测量分析物的回收率，所述DVB或强阴离子功能化DVB可通过离子相互作用，也可通过反相机理保留分析物。证明可通过混合相互作用分离酸性分析物。将SPE柱子放置在正压加工机械上。通过使1ml甲醇，接着0.1N氢氧化钠和1ml去离子水流过来调节SPE柱子。然后使在0.01N氢氧化钠中的1ml酸性分析物原料溶液(0.05mg/ml)以2-3ml/分的流速流经柱子。首先用1ml甲醇洗涤柱子，除去其它疏水分析物，同时酸性分析物保留在柱子上。然后用1N盐酸洗涤该柱子，使离子分析物转化成酸性形式并扰乱离子相互作用，从而酸性分析物通过反相机理得到保留。最后，用1ml酸化甲醇(90∶10，甲醇1N盐酸)洗脱酸性分析物。通过HPLC测量在第一次甲醇洗涤和最后的甲醇洗脱液中酸性分析物的浓度，计算回收率(表2)。如表2所示，具有阴离子交换位点的功能化DVB(实施例11)通过离子和反相机理保留酸性分析物。因此，第一次甲醇洗涤没有洗掉分析物，但当没有离子相互作用存在时，用最后的酸性甲醇可洗脱出分析物。对于功能化DVB(实施例5)、非功能化DVB和C18来说，第一次甲醇洗涤洗掉分析物，和这表明对酸性和疏水分析物没有分离能力。类似地，使用功能化DVB(实施例5)、非功能化DVB和C18，水杨酸的回收率很差，因为水杨酸没有被保留在柱上。
表2酸性分析物的回收率％
尽管通过参考本发明优选实施方案的细节，在本专利申请中公开了本发明，但应当理解所公开的内容拟阐述，而不是限制本发明，因为认为在本发明的精神和所附的权利要求的范围内，本领域的技术人员可容易地进行改性。
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美国专利No.2366007美国专利No.4297220美国专利No.5030352美国专利No.588252权利要求
1.功能聚合物珠粒，通过以下a)和b)制备a)使多亚乙烯基单体聚合形成自行交联的均聚物；然后b)使功能单体聚合共价键合到所述均聚物上。
2.权利要求1的功能聚合物珠粒，其中所述多亚乙烯基单体选自二乙烯基苯、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-亚甲基二丙烯酰胺。
3.权利要求2的功能聚合物珠粒，其中所述多亚乙烯基单体是二乙烯基苯。
4.权利要求1的功能聚合物珠粒，其中所述均聚物是聚(二乙烯基苯)。
5.权利要求1的功能聚合物珠粒，其中所述功能单体是单乙烯基化合物。
6.权利要求5的功能聚合物珠粒，其中所述单乙烯基化合物具有极性部分或离子部分。
7.权利要求1的功能聚合物珠粒，其中所述功能单体选自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、羟甲基乙基丙烯酸酯、羟乙基丙烯酸酯和N-乙烯基己内酰胺。
8.权利要求7的功能聚合物珠粒，其中所述功能单体是N-甲基-N-乙烯基乙酰胺。
9.权利要求8的功能聚合物珠粒，其中所述珠粒包含0.5-3.0毫摩尔N-甲基-N-乙烯基乙酰胺/克功能聚合物珠粒。
10.权利要求1的功能聚合物珠粒，其中所述功能单体选自N-(4-乙烯基苄基)-N，N-二甲胺、乙烯基苄基三甲基氯化铵、4-乙烯基苯甲酸、苯乙烯磺酸和甲基丙烯酸。
11.权利要求1的功能聚合物珠粒，其中所述功能单体是缩水甘油基甲基丙烯酸酯。
12.权利要求11的功能聚合物珠粒，该珠粒进一步与乙二胺、二乙胺、多乙烯亚胺、羟丙基磺酸、羟基苯磺酸或羟基苯甲酸反应。
13.权利要求11的功能聚合物珠粒，该珠粒进一步与乙二胺反应。
14.一种制备功能聚合物珠粒的方法，所述方法包括下述步骤a)使多亚乙烯基单体聚合形成均聚物；然后b)使功能单体聚合，该单体共价键合到所述均聚物上。
15.权利要求14的方法，其中步骤(a)后，残余的乙烯基保留在所述均聚物上。
16.权利要求14的方法，其中所述功能单体形成功能聚合物，其通过残余的乙烯基共价键合到所述均聚物上。
17.权利要求14的方法，其中所述功能单体选自二乙烯基苯、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-亚甲基二丙烯酰胺。
18.权利要求14的方法，其中所述功能单体是二乙烯基苯。
19.权利要求14的方法，其中所述多亚乙烯基单体是二乙烯基苯。
20.权利要求14的方法，其中所述功能单体是单乙烯基化合物。
21.权利要求20的方法，其中所述单乙烯基化合物具有极性部分或离子部分。
22.权利要求14的方法，其中所述功能单体选自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、羟甲基乙基丙烯酸酯、羟乙基丙烯酸酯和N-乙烯基己内酰胺。
23.权利要求14的方法，其中所述功能单体是N-甲基-N-乙烯基乙酰胺。
24.权利要求23的方法，其中所述功能聚合物珠粒包含0.5-3.0毫摩尔N-甲基-N-乙烯基乙酰胺/克功能聚合物珠粒。
25.权利要求14的方法，其中所述功能单体选自N-(4-乙烯基苄基)-N，N-二甲胺、乙烯基苄基三甲基氯化铵、4-乙烯基苯甲酸、苯乙烯磺酸和甲基丙烯酸。
26.权利要求14的方法，其中所述功能单体是缩水甘油基甲基丙烯酸酯。
27.权利要求26的方法，进一步包括c)使步骤(b)制备的功能聚合物珠粒与乙二胺、二乙胺、多乙烯基亚胺、羟丙基磺酸、羟基苯磺酸或羟基苯甲酸反应。
28.权利要求26的方法，进一步包括c)使步骤(b)制备的功能聚合物珠粒与乙二胺反应。
29.权利要求14的方法，其中步骤(b)是在厌氧条件下用自由基催化而进行的。
30.权利要求29的方法，其中使用自由基催化剂，所述自由基催化剂选自过氧化苯甲酰、苯甲酸叔丁酯、过氧化己酰、偶氮二异丁腈和偶氮二异丁酰胺。
31.权利要求30的方法，其中所述自由基催化剂是偶氮二异丁腈。
32.一种从包含所述分析物和第一种溶剂的溶液中分离该分析物的方法，所述方法包括使所述溶液与权利要求1的功能聚合物珠粒接触，从而所述分析物被吸收在所述功能聚合物珠粒上。
33.权利要求32的方法，其中在所述功能聚合物珠粒与所述溶液接触之后，用所述第一种溶剂洗涤所述功能聚合物珠粒。
34.权利要求32的方法，其中通过用第二种溶剂洗涤所述功能聚合物珠粒而使所述分析物从所述功能聚合物珠粒中释放出来。
35.权利要求33的方法，其中所述第一种溶剂是含水的。
36.权利要求34的方法，其中所述第二种溶剂是甲醇。
37.权利要求32的方法，其中所述分析物选自醋氨酚、间苯二酚甲醛(resorcinal)、吲哚洛尔、普鲁卡因酰胺、普里米酮、苯巴比妥、烟酰胺和布比卡因。
38.权利要求32的方法，其中所述功能聚合物珠粒包含N-甲基-N-乙烯基乙酰胺官能团。
39.一种通过将混合物流经权利要求1的功能聚合物珠粒的柱而分离该混合物中分析物的方法。
40.权利要求39的方法，其中含水缓冲液用作流动相。
41.权利要求39的方法，其中所述方法包括高效液相色谱法。
42.权利要求39的方法，其中所述分析物是有机酸。
43.权利要求39的方法，其中所述分析物彼此互为异构体。
44.权利要求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.权利要求39的方法，其中所述功能聚合物珠粒包含阴离子交换剂。
46.权利要求45的方法，其中所述功能聚合物珠粒包含乙烯基苄基三甲基氯化铵。
47.权利要求39的方法，其中通过用一系列溶剂洗涤所述功能聚合物珠粒而分离所述分析物。
48.权利要求47的方法，其中所述一系列溶剂包括甲醇、酸和酸化甲醇。
全文摘要
本发明公开了使用功能聚合物介质分离各种极性、非极性和离子分析物。多亚乙烯基化合物高度交联均聚物的预制刚性颗粒是使用残余的乙烯基在其上通过聚合使单乙烯基化合物与其共价键合而功能化的。该功能化使液相色谱和固相萃取等的分离操作具有所需的表面性能。
文档编号B01J41/20GK1449416SQ01814952
公开日2003年10月15日 申请日期2001年8月21日 优先权日2000年8月29日
发明者南德库马·V·德奥尔卡, 詹姆斯·法里纳, 保罗·A·布伊斯 申请人:马林克罗特贝克公司