用于色譜分離的具有高有機(jī)質(zhì)含量和增進(jìn)的孔幾何特征的多孔無機(jī)/有機(jī)混合顆粒制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供用于色譜分離的新的顆粒和材料、用于分離的方法和含有色譜顆粒和材料的分離裝置。特別地，本發(fā)明專利技術(shù)提供一種多孔無機(jī)／有機(jī)混合顆粒，其中混合顆粒的無機(jī)部分的含量為約0摩爾％至不大于約49摩爾％，其中顆粒的孔基本上是無序的。本發(fā)明專利技術(shù)還提供一種多孔無機(jī)／有機(jī)混合顆粒，其中混合顆粒的無機(jī)部分的含量為約25摩爾％至不大于約50摩爾％，其中顆粒的孔基本上是無序的，且其中顆粒具有在色譜上有增進(jìn)作用的孔幾何特征(CEPG)。本發(fā)明專利技術(shù)還提供生產(chǎn)混合顆粒的方法、包含混合顆粒的分離裝置和試劑盒。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
用于色譜分離的具有高有機(jī)質(zhì)含量和增進(jìn)的孔幾何特征的多孔無機(jī)/有機(jī)混合顆粒本申請(qǐng)是以下申請(qǐng)的分案申請(qǐng)：申請(qǐng)日：2008年2月21日；申請(qǐng)?zhí)枺?00880005620.7(國(guó)際申請(qǐng)?zhí)朠CT／US2008／002312)；專利技術(shù)名稱：“用于色譜分離的具有高有機(jī)質(zhì)含量和增進(jìn)的孔幾何特征的多孔無機(jī)／有機(jī)混合顆粒”。專利技術(shù)背景液相色譜(LC)的填充材料通常被分為兩種類型：有機(jī)材料(例如聚二乙烯基苯)和無機(jī)材料(以二氧化硅為代表)。許多有機(jī)材料對(duì)強(qiáng)堿流動(dòng)相和強(qiáng)酸流動(dòng)相在化學(xué)上是穩(wěn)定的，使得在流動(dòng)相pH的選擇上具有靈活性。但是，有機(jī)色譜材料通常導(dǎo)致柱具有低效率，這導(dǎo)致不充分的分離性能(特別是對(duì)于低分子量分析物來說)。而且，當(dāng)流動(dòng)相的成分被改變時(shí)，許多有機(jī)色譜材料收縮和膨脹。此外，大多數(shù)有機(jī)色譜材料不具有典型的色譜二氧化硅的機(jī)械強(qiáng)度。主要由于這些限制因素，二氧化硅(SiO2)是被最廣泛地用在高效液相色譜(HPLC)中的材料。最普遍的應(yīng)用使用已用有機(jī)官能團(tuán)表面衍生化(surface-derivatized)的二氧化硅，所述有機(jī)官能團(tuán)例如十八烷基(C18)、辛基(C8)、苯基、氨基、氰基等。作為HPLC的固定相，這些填充材料導(dǎo)致柱具有高效率且不表現(xiàn)出收縮或膨脹的跡象。二氧化硅的特點(diǎn)是在其表面上存在硅烷醇基。在通常的衍生化過程(例如與十八烷基二甲基氯硅烷反應(yīng))期間，至少50％的表面硅烷醇基保持未反應(yīng)。這些殘留的硅烷醇基通過離子交換機(jī)制、氫鍵鍵合機(jī)制和偶極／偶極機(jī)制而與堿性分析物和酸性分析物相互作用。殘留硅烷醇基引起的問題包括某些分析物的增加的保留、過度的峰拖尾和不可逆的吸附。基于二氧化硅的柱的另一個(gè)缺點(diǎn)是它們有限的水解穩(wěn)定性。首先，二氧化硅的不完全衍生化留下二氧化硅露面的斑塊，這些斑塊可輕易在堿性條件(通常pH＞8.0)下溶解，導(dǎo)致隨后的色譜床坍塌。其次，在酸性條件(通常pH＜2.0)下，鍵合相可從表面剝落，并通過流動(dòng)相被從柱中洗脫，導(dǎo)致分析物保留的減小和表面硅烷醇基濃度的增加。為克服基于二氧化硅固定相的殘留硅烷醇基活性和水解不穩(wěn)定性的問題，已嘗試了許多方法，包括使用超純二氧化硅、碳化二氧化硅、使用聚合物材料涂布二氧化硅表面、使用短鏈試劑(例如三甲基硅烷)封端游離硅烷醇基和將抑制劑(例如胺)添加到洗脫液中。這些方法在實(shí)踐中未被證實(shí)是完全滿意的。其他方法致力于“混合”二氧化硅。混合材料被公開在例如美國(guó)專利第4,017,528號(hào)、第6,528,167號(hào)、第6,686,035號(hào)和第7，175，913號(hào)中。一種方法被公開在美國(guó)專利第4,017,528號(hào)(K.Unger等)中。描述了一種制備“混合”二氧化硅的方法，其中烷基官能團(tuán)(functionality)被結(jié)合到二氧化硅的骨架結(jié)構(gòu)和表面中。根據(jù)第4,017,528號(hào)專利，可通過兩種方法制備混合二氧化硅。在第一種方法中，在存在酸性催化劑的情況下共水解四乙氧基硅烷(TEOS)和有機(jī)三乙氧基硅烷(例如，烷基三乙氧基硅烷)的混合物，以形成含有聚有機(jī)乙氧基硅氧烷(POS)低聚物(例如，聚烷基乙氧基硅氧烷低聚物)的液體材料。隨后，POS被懸浮在水介質(zhì)中，并在存在堿催化劑的情況下被膠凝成多孔顆粒。在第二種方法中，通過相似的程序制備該材料，只是懸浮小滴是有機(jī)三乙氧基硅烷(例如，烷基三乙氧基硅烷)和聚乙氧基硅氧烷(PES)低聚物的混合物；后者是由TEOS的部分水解而制備的。有幾個(gè)與第4,017,528號(hào)混合材料相關(guān)的問題。首先，這些混合材料含有許多微孔，即，具有小于約的直徑的孔。已知這種微孔抑制溶質(zhì)傳質(zhì)，導(dǎo)致產(chǎn)生差的峰形和譜帶增寬。其次，第4,017,528號(hào)混合材料的孔結(jié)構(gòu)是由于在懸浮油滴中存在乙醇(膠凝過程的副產(chǎn)物)而形成的。孔體積由POS或PES的分子量控制。POS或PES的分子量越低，膠凝反應(yīng)期間產(chǎn)生的乙醇就越多，因而產(chǎn)生了更大的孔體積。但是，物極必反(partpartition)。如果懸浮滴內(nèi)產(chǎn)生的乙醇的量太大，乙醇分配將導(dǎo)致小滴結(jié)構(gòu)坍塌，形成與球形顆粒相反的不規(guī)則形狀的顆粒。因此，控制在第4,017,528號(hào)專利中描述的混合材料的孔體積的策略具有某些局限性(尤其是對(duì)于制備具有大于約0.8cm3／g的孔體積的高度球形的混合材料而言)。在本領(lǐng)域眾所周知，不規(guī)則形狀的材料通常比球形材料更難填充。使用不規(guī)則形狀的材料填充的柱通常比用相同尺寸的球形材料填充的柱表現(xiàn)出更差的填充床穩(wěn)定性，這也是已知的。第三，第4,017,528號(hào)混合材料的特點(diǎn)是具有不均勻的顆粒形態(tài)特征，這促成了不合需要的色譜性質(zhì)，包括溶質(zhì)分子的差的傳質(zhì)性質(zhì)。這是膠凝機(jī)制的結(jié)果，膠凝機(jī)制中，堿催化劑在靠近POS小滴的表面處快速反應(yīng)，形成具有非常小的孔的“皮(skinned)”層。由于催化劑要穿過此外層向小滴中心擴(kuò)散，因而小滴內(nèi)部的進(jìn)一步的膠凝受到限制，導(dǎo)致產(chǎn)生具有骨架形態(tài)和孔幾何特征的顆粒，例如“殼狀的”，其可隨著在顆粒中心與外層之間的位置的變化而改變。US6,248,686(Inagaki等)描述了多孔有機(jī)／無機(jī)材料，其在催化劑材料中作為有用的分子篩和吸附劑。US6,248,686專利的材料具有這樣的孔體積，即，其中多孔材料中的總孔體積的60％或更多具有孔徑分布曲線中的最大峰孔直徑的+／-40％范圍內(nèi)的孔徑，或至少一個(gè)峰以下述衍射角存在，該衍射角優(yōu)選對(duì)應(yīng)于在x射線衍射圖中的至少1nm的d值。US6,248,686專利說明，其中描述的多孔有機(jī)／無機(jī)材料具有這樣的結(jié)構(gòu)，即，其中孔以至少1nm的間隔有規(guī)律地排列，且具有均勻的孔徑。用來計(jì)算有規(guī)律地排列的孔的方法包括氮?dú)馕胶蛒射線衍射。但是，孔排序(poreordering)(作為在US6,248,686專利中描述的材料的特點(diǎn))導(dǎo)致產(chǎn)生一些缺點(diǎn)。例如，正如第4,017,528號(hào)專利的混合材料一樣，直徑低于約已知這種微孔抑制溶質(zhì)傳質(zhì)，導(dǎo)致產(chǎn)生差的峰形和譜帶增寬。混合顆粒的共同屬性是通過水解縮合反應(yīng)加入無機(jī)成分(SiO2)。SiO2量通常大于或等于組合物的50摩爾％。SiO2含量超過50％的混合顆粒被用在多種應(yīng)用中(包括用于色譜分離的材料)且可能具有各種問題(包括由于酸性或堿性條件導(dǎo)致的化學(xué)穩(wěn)定性問題、增加的膨脹和增加的孔隙率)。專利技術(shù)概述本專利技術(shù)至少部分地基于以下發(fā)現(xiàn)：具有較高有機(jī)質(zhì)含量(較少無機(jī)質(zhì)含量，例如，SiO2)的多孔無機(jī)／有機(jī)混合顆粒，與已知顆粒相比，具有有利的色譜選擇性、親水性／親油性平衡(HLB)和表面電荷。另外，具有較高有機(jī)質(zhì)含量的顆粒具有增加的化學(xué)穩(wěn)定性，這使得可在高堿濃度下進(jìn)行色譜法。這些顆粒還顯示出增加的機(jī)械穩(wěn)定性、減小的膨脹和減小的微孔表面積(MSA)。本專利技術(shù)提供用于色譜分離的新型顆粒和色譜材料、其制備方法和含有該色譜材料的分離裝置，其中無機(jī)二氧化硅的含量低，且其中這種顆粒的孔基本上是無序的。具有基本上無序的孔的多孔無機(jī)／有機(jī)混合顆粒具有在色譜上有增進(jìn)作用的孔幾何特征和大的孔徑的優(yōu)點(diǎn)，這使得它們對(duì)于許多色譜方法更有用，最顯著的是用LC。因此在一個(gè)方面，本專利技術(shù)提供一種多孔無機(jī)／有機(jī)混合顆粒，其中混合顆粒的無機(jī)部分的量為約0摩爾％至不大于約25摩爾％，其中顆粒的孔基本上是無序的。在另一個(gè)方面，本專利技術(shù)提供一種多孔無機(jī)／有機(jī)混合顆粒，其中混合顆粒的無機(jī)部分的量為約25本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種多孔無機(jī)/有機(jī)混合顆粒，其中所述混合顆粒的無機(jī)部分的含量為約0摩爾%至不大于約25摩爾%，其中所述顆粒的孔基本上是無序的。

【技術(shù)特征摘要】
2007.02.21 US 60/902,6551.一種多孔無機(jī)/有機(jī)混合顆粒，其中(1)所述混合顆粒的無機(jī)部分以0摩爾%至不大于25摩爾%的量包含SiO2，其中所述顆粒的孔基本上是無序的，或(2)所述混合顆粒的無機(jī)部分以25摩爾%至不大于50摩爾%的量包含SiO2，其中所述顆粒的孔基本上是無序的，且其中顆粒具有在色譜上有增進(jìn)作用的孔幾何特征(CEPG)；其中，“基本上是無序的”被定義為在對(duì)應(yīng)于x射線衍射圖中的至少1nm的d值的衍射角處沒有峰，其中所述多孔無機(jī)/有機(jī)混合顆粒具有式I：(SiO2)d/[R2((R)p(R1)qSiOt)m](I)其中R和R1各自獨(dú)立地為C1-C18烷氧基、C1-C18烷基、C2-C18鏈烯基、C2-C18炔基、C3-C18環(huán)烷基、C1-C18雜環(huán)烷基、C5-C18芳基、C5-C18芳氧基或C1-C18雜芳基；R2是C1-C18烷基、C2-C18鏈烯基、C2-C18炔基、C3-C18環(huán)烷基、C1-C18雜環(huán)烷基、C5-C18芳基、C1-C18雜芳基；或不存在；其中每個(gè)R2附著至兩個(gè)或更多的硅原子；p和q各自獨(dú)立地為0.0至3.0；t為0.5、1.0或1.5；d為0至0.9；m是1-20的整數(shù)；其中R、R1和R2任選地被取代；前提是：1)當(dāng)R2不存在時(shí)，m=1且t=，0<p+q<3；且2)當(dāng)R2存在時(shí)，m=2-20且t=，p+q<2。2.權(quán)利要求1的多孔無機(jī)/有機(jī)混合顆粒，其中R2是不存在的。3.權(quán)利要求1的多孔無機(jī)/有機(jī)混合顆粒，其中R2是存在的。4.權(quán)利要求1的多孔無機(jī)/有機(jī)混合顆粒，其中所述顆粒具有20至1000?的平均孔徑。5.權(quán)利要求4的多孔無機(jī)/有機(jī)混合顆粒，其中所述顆粒具有30至300?的平均孔徑。6.權(quán)利要求1的多孔無機(jī)/有機(jī)混合顆粒，其中所述顆粒具有60至200?的平均孔徑。7.權(quán)利要求6的多孔無機(jī)/有機(jī)混合顆粒，其中所述顆粒具有80至140?的平均孔徑。8.權(quán)利要求1的多孔無機(jī)/有機(jī)混合顆粒，其中p為0、q為0、t為1.5、m為2且R2是C1-C18烷基、C2-C18鏈烯基、C2-C18炔基、C3-C18環(huán)烷基、C1-C18雜環(huán)烷基、C5-C18芳基或C1-C18雜芳基；且其中每個(gè)R2附著至兩個(gè)或更多個(gè)硅原子。9.權(quán)利要求8的多孔無機(jī)/有機(jī)混合顆粒，其中d為0。10.權(quán)利要求8的多孔無機(jī)/有機(jī)混合顆粒，其中d為0.11。11.權(quán)利要求8的多孔無機(jī)/有機(jī)混合顆粒，其中d為0.33。12.權(quán)利要求8的多孔無機(jī)/有機(jī)混合顆粒，其中d為0.83。13.權(quán)利要求1的多孔無機(jī)/有機(jī)混合顆粒，其中d為0、q為0且R2是C1-C18烷基、C2-C18鏈烯基、C2-C18炔基、C3-C18環(huán)烷基、C1-C18雜環(huán)烷基、C5-C18芳基或C1-C18雜芳基；且其中每個(gè)R2附著至兩個(gè)或更多個(gè)硅原子。14.權(quán)利要求13的多孔無機(jī)/有機(jī)混合顆粒，其中p為0、1或2。15.權(quán)利要求13的多孔無機(jī)/有機(jī)混合顆粒，其中t為1.0或1.5。16.權(quán)利要求13的多孔無機(jī)/有機(jī)混合顆粒，其中m為1或2。17.權(quán)利要求1的多孔無機(jī)/有機(jī)混合顆粒，其中所述混合顆粒的無機(jī)部分以0摩爾%至不大于25摩爾%的量包含SiO2，其中所述顆粒的孔基本上是無序的，且其中所述顆粒具有在色譜上有增進(jìn)作用的孔幾何特征(CEPG)。18.一種多孔無機(jī)/有機(jī)混合顆粒，其中(1)所述混合顆粒的無機(jī)部分以0摩爾%至不大于25摩爾%的量包含SiO2，其中所述顆粒的孔基本上是無序的，或(2)所述混合顆粒的無機(jī)部分以25摩爾%至不大于50摩爾%的量包含SiO2，其中所述顆粒的孔基本上是無序的，且其中顆粒具有在色譜上有增進(jìn)作用的孔幾何特征(CEPG)；其中，“基本上是無序的”被定義為在對(duì)應(yīng)于x射線衍射圖中的至少1nm的d值的衍射角處沒有峰，其中所述多孔無機(jī)/有機(jī)混合顆粒具有式II：(SiO2)d/[(R)p(R1)qSiOt](II)其中，R和R1各自獨(dú)立地為C1-C18烷氧基、C1-C18烷基、C2-C18鏈烯基、C2-C18炔基、C3-C18環(huán)烷基、C1-C18雜環(huán)烷基、C5-C18芳基、C5-C18芳氧基或C1-C18雜芳基；d是0至0.9；p和q各自獨(dú)立地為0.0至3.0，前提是當(dāng)p+q=1時(shí)，t=1.5；當(dāng)p+q=2時(shí)，t=1；或者當(dāng)p+q=3時(shí)，t=0.5。19.權(quán)利要求1或18的多孔無機(jī)/有機(jī)混合顆粒，其中R是C1-C18烷氧基或C1-C18烷基。20.一種多孔無機(jī)/有機(jī)混合顆粒，其中(1)所述混合顆粒的無機(jī)部分以0摩爾%至不大于25摩爾%的量包含SiO2，其中所述顆粒的孔基本上是無序的，或(2)所述混合顆粒的無機(jī)部分以25摩爾%至不大于50摩爾%的量包含SiO2，其中所述顆粒的孔基本上是無序的，且其中顆粒具有在色譜上有增進(jìn)作用的孔幾何特征(CEPG)；其中，“基本上是無序的”被定義為在對(duì)應(yīng)于x射線衍射圖中的至少1nm的d值的衍射角處沒有峰，其中所述多孔無機(jī)/有機(jī)混合顆粒具有式III：(SiO2)d/[R2((R1)rSiOt)m](III)其中，R1為C1-C18烷氧基、C1-C18烷基、C2-C18鏈烯基、C2-C18炔基、C3-C18環(huán)烷基、C1-C18雜環(huán)烷基、C5-C18芳基、C5-C18芳氧基或C1-C18雜芳基；R2為C1-C18烷基、C2-C18鏈烯基、C2-C18炔基、C3-C18環(huán)烷基、C1-C18雜環(huán)烷基、C5-C18芳基、C1-C18雜芳基；或不存在；其中每個(gè)R2附著至兩個(gè)或更多個(gè)硅原子；d是0至0.9；r是0、1或2，前提是當(dāng)r=0時(shí)，那么t=1.5；或r=1時(shí)，那么t=1；或當(dāng)r=2時(shí)，那么t=0.5；且m是1-20的整數(shù)。21.權(quán)利要求20的多孔無機(jī)/有機(jī)混合顆粒，其中R2是C1-C18烷基、C2-C18鏈烯基、C2-C18炔基、C3-C18環(huán)烷基、C1-C18雜環(huán)烷基、C5-C18芳基或C1-C18雜芳基。22.權(quán)利要求1、17、18、20中任一項(xiàng)的多孔無機(jī)/有機(jī)混合顆粒，其中R1是C1-C18烷氧基或C1-C18烷基。23.一種多孔無機(jī)/有機(jī)混合顆粒，其中(1)所述混合顆粒的無機(jī)部分以0摩爾%至不大于25摩爾%的量包含SiO2，其中所述顆粒的孔基本上是無序的，或(2)所述混合顆粒的無機(jī)部分以25摩爾%至不大于50摩爾%的量包含SiO2，其中所述顆粒的孔基本上是無序的，且其中顆粒具有在色譜上有增進(jìn)作用的孔幾何特征(CEPG)；其中，“基本上是無序的”被定義為在對(duì)應(yīng)于x射線衍射圖中的至少1nm的d值的衍射角處沒有峰，其中所述多孔無機(jī)/有機(jī)混合顆粒具有式IV：(A)x(B)y(C)z(IV)其中重復(fù)單元A、B和C的順序是隨機(jī)的、嵌段的或隨機(jī)和嵌段的組合；A是有機(jī)重復(fù)單元，其通過有機(jī)鍵共價(jià)結(jié)合至一個(gè)或多個(gè)重復(fù)單元A或B；B是有機(jī)硅氧烷重復(fù)單元，其通過無機(jī)硅氧烷鍵結(jié)合至一個(gè)或多個(gè)重復(fù)單元B或C，且其可通過有機(jī)鍵進(jìn)一步結(jié)合至一個(gè)或多個(gè)重復(fù)單元A或B；C是無機(jī)重復(fù)單元，其通過無機(jī)鍵結(jié)合至一個(gè)或多個(gè)重復(fù)單元B或C；x和y是正數(shù)且z是非負(fù)數(shù)；其中當(dāng)z=0時(shí)，那么0.002≤x/y≤210，且當(dāng)z≠0時(shí)，那么0.0003≤y/z≤500且0.002≤x/(y+z)≤210。24.一種多孔無機(jī)/有機(jī)混合顆粒，其中(1)所述混合顆粒的無機(jī)部分以0摩爾%至不大于25摩爾%的量包含SiO2，其中所述顆粒的孔基本上是無序的，或(2)所述混合顆粒的無機(jī)部分以25摩爾%至不大于50摩爾%的量包含SiO2，其中所述顆粒的孔基本上是無序的，且其中顆粒具有在色譜上有增進(jìn)作用的孔幾何特征(CEPG)；其中，“基本上是無序的”被定義為在對(duì)應(yīng)于x射線衍射圖中的至少1nm的d值的衍射角處沒有峰，其中所述多孔無機(jī)/有機(jī)混合顆粒具有式V：(A)x(B)y(B*)y*(C)z(V)其中重復(fù)單元A、B、B*和C的順序是隨機(jī)的、嵌段的或隨機(jī)和嵌段的組合；A是有機(jī)重復(fù)單元，其通過有機(jī)鍵共價(jià)結(jié)合至一...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：KD維恩達(dá)姆，JE奧加拉，NL勞倫斯，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：沃特世科技公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：