(57)【要約】本発明は、モノリシック吸収剤を収納する開管状毛細管の製造方法およびその毛細管自体に関する。本発明による毛細管は、吸収剤の毛細管壁への特に良好な粘着を確実にする、毛細管壁と吸収剤との間の連結層で特徴づけられる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の材料：
二価性試薬類、
無機ポリマー類
無機／有機ハイブリッド材料、
有機ポリマー類
の内の１種からなる少なくとも１つの連結層が、毛細管の内壁と吸収剤との間に位置することを特徴とする、開管状毛細管。
【請求項２】
連結層の厚さが１〜５μｍであることを特徴とする、請求項１に記載の開管状毛細管。
【請求項３】
毛細管の内径が２０μｍ〜１ｍｍの間であることを特徴とする、請求項１または２に記載の開管状毛細管。
【請求項４】
毛細管が溶融シリカ毛細管であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の開管状毛細管。
【請求項５】
毛細管の内壁が連結層によって完全に覆われていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の開管状毛細管。
【請求項６】
連結層が繊維または粒子を含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の開管状毛細管。
【請求項７】
連結層が毛細管の内壁と吸収剤との間に位置する、開管状毛細管の製造方法であって、
ａ）毛細管を準備する処理ステップと、
ｂ）以下の材料：
二価性試薬類、
無機ポリマー類、
無機／有機ハイブリッド材料、
有機ポリマー類、
の内の１種からなる少なくとも１つの連結層を付着させる処理ステップと、
ｃ）吸収剤層を付着させる処理ステップと
を特徴とする、前記方法。
【請求項８】
連結層を付着させる前にステップａａ）において、強酸、強塩基またはその他のエッチング剤による処置によって毛細管の内壁が活性化されることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
吸収剤層の製造にゾルゲル法を用いることを特徴とする、請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
吸収剤層は、希薄重合化溶液の導入によって付着されることを特徴とする、請求項７〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
請求項７〜１０のいずれかに対応する方法によって製造される、開管状毛細管カラム。
【請求項１２】
液体クロマトグラフィにおける、請求項１〜６のいずれかに記載の毛細管カラムの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モノリシック吸収剤（ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ  ｓｏｒｂｅｎｔ）を含む、開管状毛細管の製造方法、およびその毛細管自体に関する。本発明による毛細管は、吸収剤の毛細管壁への良好な粘着性を確保する、毛細管壁と吸収剤との間の連結層によって特徴づけられる。
【背景技術】
【０００２】
開管状（ＯＴ：Ｏｐｅｎ  Ｔｕｂｕｌａｒ）毛細管は、内壁上だけが吸収剤層で覆われている毛細管である。これらは、結果的に吸収剤によって完全には充填されず、したがって非常に高い流速を可能にする。ＯＴ毛細管は、ガスクロマトグラフ用途としてすでにある期間、有効に使用されている（Z. Ji, R.E. Majors, E.J. Guthrie, Journal of Chromatography, 842 (1999), 115-142）。最近では、ＯＴ毛細管の液体クロマトグラフィへの使用も検討されている。例えば、米国特許第５８６９１５２号には、吸収剤としてモノリシックハイブリッド材料で覆われたＯＴ毛細管の製造が記載されている。
【０００３】
しかしながら、今日まで液体クロマトグラフィに実際に適したＯＴ毛細管を製造し、商業的利用に対して十分に良好な特性を発揮することは困難であった。
粒子材料を用いることができないという理由で、適当な吸収剤の特性に関して液体クロマトグラフィの分野で得られた知識は、ＯＴ毛細管にはほとんど応用することができない。例えば、ＷＯ９５／０３２５６およびＷＯ９８／２９３５０から知られているモノリシック支持材料は、製造中に収縮して壁から剥離する。
【０００４】
ＷＯ９９／３８００６およびＷＯ９９／５０６５４は、モノリシックシリカ材料を充填した毛細管の製造方法を開示している。この材料は、内径の小さい充填毛細管の場合には収縮率が低いことは重要ではないので、製造後に毛細管中に直接、残留させることができる。
これとは異なり、毛細管の内部表面の被膜製造においては、極端に小さい収縮率であっても、被膜におけるひび割れまたはさらに個々の吸収剤塊（ｓｏｒｂｅｎｔ  ｌｕｍｐ）が形成されるという、悪影響がある。
【０００５】
さらに、液体クロマトグラフィ用途には、クロマトグラフィカラムに対して、ガスクロマトグラフィとまったく異なる要件がある。このような主要な差異は、本質的に、カラムを通過して流れるのがガスではなく液体であることによるものである。液体は、ガスと異なる、すなわち劣悪な拡散特性を有するとともに、流速に応じて、吸収剤に対してより大きな機械的応力を与える。したがって、今日まで開発されたＯＴ毛細管はすべて、液体クロマトグラフィにおける使用において、相当な欠点を示す。特に、分離特性が不十分であり、使用時間は非常に短い。このことの主要な理由は、おそらく、上記の理由で毛細管壁に吸収剤被膜が十分強力に固着せず、製造中においても割れるか、または個々の吸収剤塊を形成すること、および／または毛細管の使用中に液体流が被膜の部分を攻撃して剥離または溶解させることにある。結果的に低い収縮率を有する、孔隙率の低い層が適用される場合には、被膜の機械的安定性が向上するが、分離特性のより劣る層が得られる。
【発明の開示】
【０００６】
したがって、本発明の目的は、液体クロマトグラフィ、特にＨＰＬＣ、マイクロＬＣまたは電子クロマトグラフィにおける使用に適する、すなわちその吸収剤層を毛細管壁に特に安定かつ均一に付着させることのできるＯＴ毛細管を提供することである。
毛細管壁と吸収剤の間の連結層は、吸収剤の非常に良好な粘着力を生成し、毛細管の分離特性および使用時間を向上させることを見出した。さらに、エピタキシャル成長プロセスを用いて吸収剤層を付着させる場合には、特に良好な分離特性および使用時間を有する毛細管を製造できることを見出した。
【０００７】
したがって本発明は、以下の材料の１種からなる少なくとも１つの連結層が毛細管の内壁と吸収剤の間に位置する、ＯＴ毛細管に関する：
・二価性試薬類
・無機ポリマー類
・無機／有機ハイブリッド材料
・有機ポリマー類
これは、材料の異なる２つ以上の連結層が存在する可能性をも包含する。
【０００８】
別の好ましい一態様においては、連結層の厚さは１〜５μｍである。
別の好ましい一態様においては、毛細管の内径は２０μｍから１０００μｍの間である。
別の好ましい一態様においては、毛細管は溶融シリカ毛細管である。
別の好ましい一態様においては、毛細管の内壁は連結層によって完全に覆われている。
別の好ましい一態様においては、連結層は繊維または粒子を含む。
【０００９】
本発明は、連結層が毛細管の内壁と吸収剤の間に位置する、開管状毛細管の製造方法であって、
ａ）毛細管を準備する処理ステップと、
ｂ）以下の材料：
・二価性試薬類、
・無機ポリマー類、
・無機／有機ハイブリッド材料、
・有機ポリマー類、
の内の１種からなる少なくとも１つの連結層を付着させる処理ステップと、
ｃ）吸収剤層を付着させる処理ステップと
を特徴とする、前記方法にも関係する。
【００１０】
好ましい一態様においては、連結層を付着させる前のステップａａ）において、強酸、強塩基またはその他のエッチング剤を用いる処理によって、毛細管の内壁が活性化される。
好ましい一態様において、吸収剤層の製造にゾルゲル法を用いる。
特に好ましい一態様において、吸収剤層は、ゲル化が完了するまで毛細管中に残留する、希薄重合化溶液をポンプ注入することによって付着される。
【００１１】
本発明はまた、本発明による方法によって製造される、ＯＴ毛細管カラムにも関する。
本発明はさらに、液体クロマトグラフィにおける、本発明による毛細管カラムの使用に関する。
【００１２】
本発明において好適な毛細管は、内径が５μｍから１５００μｍの間であり、好ましくは２０μｍから１０００μｍの間である。連結層および吸収剤層の厚さは、通常、毛細管の内径に調和させ、すなわち比較的小さな内径の場合には、いくぶん小さい連結層および／または吸収剤層が選択されて、その結果として毛細管の内部に空隙がまだ残留する。毛細管の長さは、用途に応じて１ｃｍから１００ｍまで変えることができる。
【００１３】
毛細管は、金属（例えば、ステンレス鋼）またはプラスチック（例えばＰＥＥＫ（ポリエステルエーテルケトン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン））または好ましくは内部にガラスを被覆した材料（例えば、ガラスインライナーを施したステンレス鋼）、セラミック、ガラスまたは例えば溶融シリカなどのその他のシリカ材料で構成することができる。当業者は、計画された用途、毛細管の表面の活性化状態、反応条件および使用する反応物に基づいて、これらの材料から選択をすることができる。
液体クロマトグラフィでの使用に対して、毛細管には溶離剤の供給と放出のためのコネクタが設けられる。当業者には好適なシステムが知られている。
【００１４】
本発明の核心は、毛細管の内壁と吸収剤層との間に連結層を導入することである。連結層の導入によって、吸収剤層におけるひび割れの形成が大幅に低減されることがわかっている。これは、好ましくは、
・吸収剤層の結合に利用可能な官能基の数を増大させ、
・かつ／または毛細管の内部表面積を増大させ、
・かつ／または吸収剤の接合により多くの反応性官能基を供給する、
連結層を使用することによって実行される。
【００１５】
本発明によれば、連結層は、以下の材料：
・二価性試薬類、
・無機ポリマー類、
・無機／有機ハイブリッド材料、
・有機ポリマー類
の内の１種で構成することができる。
【００１６】
本発明によれば、同種または異種の材料を含む複数の連結層を、単一の連結層の代わりに適用することもできる。本発明によれば、したがって「連結層」の表現は、１つまたは２つ以上の層を表わす。
連結層は厚さが、通常１μｍから２０μｍの間であり、好ましくは２μｍから５μｍの間である。
【００１７】
連結層は、好ましくは毛細管の内部表面全体を覆うか、または内部表面上で利用可能なすべての官能基と可能な限り反応する。しかしながら、場合によっては、連結層が毛細管の内壁を均一ではあるが、部分的に（少なくとも５０％）だけ覆うか、または毛細管の内壁の官能基の一部（少なくとも５０％）だけが反応すれば十分であることもある。また本発明によれば、部分的にだけ覆われた表面または部分的にだけ反応した官能基も連結層として取り扱う。
【００１８】
好適な個々の材料を以下に説明する。
１．二価性試薬
この場合には、毛細管の内部表面は、少なくとも２つ、好ましくは３つまたは４つの官能基を有する試薬で処理される。本発明によれば、少なくとも２つの官能基を有する好適な試薬を、二価性試薬と呼ぶ。これらの試薬による表面処理後における収縮の低減は、少なくとも１つの官能基がゲル化モールド（ｇｅｌｌｉｎｇ  ｍｏｌｄ）の表面と反応し、かつ少なくとも１つの官能基がモノマーゾルとの反応に利用可能であることによるものと推定される。好ましくは、デンドライト構造を毛細管の内壁上に構築し、吸収剤層の接合のために利用可能な官能基の数を増大させる。
【００１９】
この場合に好適なのは、例えば、アルコキシシラン類または有機アルコキシシラン類である。特に好ましいのは次のものである：
・式Ｉの二価性シラン類
（ＲＯ）１−３−Ｓｉ−（ＣＨ２）ｎ−Ｓｉ−（ＯＲ）１−３          Ｉ
ここで、ラジカルＲは、互いに独立に、通常は、Ｃ１からＣ２０アルキル基、Ｃ２からＣ２０アルケニル基、またはＣ５からＣ２０アリール基、好ましくはＣ１からＣ８アルキル基などの、アルキル基、アルケニル基またはアリール基であり、ｎは０から２０、好ましくは０から８であり、ここで１つまたは２つ以上の非隣接メチレン基はＯ、Ｓ、ＮＨ、ＮＲ、ＣＯＮＨ（アミド）、ＣＯ、ＣＯＯ、ＳＯまたはＳＯ２、好ましくはＯ、Ｓ、ＮＨまたはＣＯＮＨで置換することができる。
【００２０】
好ましい化合物の例には、ＢＴＭＥ（ビス（トリメトキシシリル）‐エタン、ここでＲ＝メチル、Ｎ＝２）、ビス（トリエトキシシリル）エタン、ビス（トリエトキシシリル）−メタン、およびビス（トリエトキシシリル）オクタンがある。
・式ＩＩの第４の端末基を有する一、二、または三官能価アルコキシシラン類
（ＲＯ）ｎＲ’ｍＳｉ−Ｒ＊                      ＩＩ
ここで、ＲおよびＲ’は、通常、互いに独立して、アルキル基、アルケニル基またはアリール基、好ましくはＣ１からＣ８アルキル基、そしてＲ＊はアミノ基またはエポキシド基などのＳｉ−ＯＨ反応性基を含む。 
【００２１】
このことは、Ｒ＊は、例えば、アルキルアミノ、アルケニルアミノまたはアリールアミノ、好ましくはＣ１からＣ８アルキルアミノまたはグリシドキシアルキル、グリシドキシアルケニルまたはグリシドキシアリール、好ましくはＣ１からＣ８グリシドキシアルキルであり、ｍは０、１または２であり、ｎ＋ｍは３であることを意味する。式ＩＩの好適な化合物の例としては、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシランまたは３−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、および３−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、３−アミノプロピルジメチルエトキシシラン、または好ましくは３−アミノプロピルトリエトキシシランもしくは３−アミノプロピルトリメトキシシランがある。
【００２２】
二価性試薬は、通常は有機溶媒、例えばトルエン中で２〜２５％、好ましくは５〜１０％（重量％）溶液の形態で使用される。毛細管の処理は、例えば好ましくは還流（ｒｅｆｌｕｘｉｎｇ）トルエン中で、５０℃から１５０℃の高温で実施される。処理の持続時間は、一般に１から４０時間、通常は１０から２０時間である。
この処理は、毛細管全体を浸漬させることによるか、または毛細管の内部を洗浄または充填することによって実施することができる。最終的に、洗浄は有機溶媒で実施される。
【００２３】
二価性試薬の使用は、連結層を導入するための他の方法と組み合わせることもできる。例えば、二価性試薬との反応によってデンドライト構造または網状組織を形成して、内部表面に最初に比較的多数の官能基を供給することができる。第２ステップにおいて、次いで有機、無機またはハイブリッド材料を含む連結層が付着される。
【００２４】
２．有機ポリマーを含む連結層
有機ポリマーを含む連結層がもたらす利点は、有機ポリマーは通常、無機ポリマーほど剛直ではないことである。したがって、有機ポリマーを含む連結層は、応力を補償し、したがって吸収剤のひび割れを防止するバッファー層のような作用をすることがわかっている。
本発明に従って好適なのは、液体クロマトグラフィの条件下で十分に安定なすべての有機ポリマーである。その例としては、ポリスチレン類、酸化ポリエチレン類、およびポリメタクリレート類がある。
【００２５】
有機ポリマーは毛細管壁の官能基と直接、反応できないことが多いので、後者を二価性試薬と事前に反応させることが必要な場合があり、この二価性試薬は、一方では毛細管壁と反応し、他方では有機ポリマー上での重合化に対して好適な官能基を提供する。溶融シリカ毛細管の場合には、これは、例えば、反応性２重結合を有する少なくとも１つの非加水分解性基、例えばメタクリロキシプロピルトリメトキシシランなどを有する、シランとすることができる。
【００２６】
同様に、吸収剤層を付着させる前に、有機ポリマーの層を適当な方法で官能化することが最初に必要である。ここでも、例えば、好適な二価性シラン類を使用することができる。有機ポリマーの層は、既知の方法、例えばフリーラジカル重合化によって、その上で重合化を起こさせることができる。同様に、粒子または繊維、特に有機ポリマーの粒子を重合溶液に添加するか、または有機ポリマーの粒子を異なる方法で連結層として毛細管壁に付着させることができる。しかしながら、無機粒子もしくは繊維、または誘導体化された無機粒子もしくは繊維を重合化に添加することもできる。
【００２７】
３．無機ポリマー／ハイブリッド材料
この場合には、毛細管は溶液またはスラリー中で前処理される。この溶液は、後に吸収剤層の形成に使用されるものと類似のモノマーゾルからなり、すなわちこれは、モノマーゾルと同様にアルコキシシラン類を含む。これらのアルコキシシラン類は、毛細管の内部表面と反応可能であり、この場合に、それらは完全に重合化され、かつ／または焼結されて付加される。このようにして、毛細管内部表面上に被膜が形成され、この被膜は、その構造によって内部表面積を増大させる。好適なアルコキシシラン類としては、テトラアルコキシシラン類（ＲＯ）４Ｓｉ、ここでＲは通常、Ｃ１〜Ｃ２０アルキル基、Ｃ２〜Ｃ２０アルケニル基またはＣ５〜Ｃ２０アリール基、好ましくはＣ１〜Ｃ９アルキル基などのアルキル基、アルケニル基またはアリール基である。特に好ましいのは、テトラエトキシ、特にテトラメトキシシランである。テトラアルコキシシランは、同様に、異なるアルキル基を含むことがある。アルコキシシラン類は、そのモノマー形態の代わりに、例えば、オリゴマー類としてプレポリマー化形態で使用することもできる。
【００２８】
別の態様においては、アルコキシシラン、または２種以上のアルコキシシラン類の混合物の代わりに、有機アルコキシシラン類または有機アルコキシシラン類とテトラアルコキシシラン類の混合物を使用することができる。好適な有機アルコキシシラン類は、テトラアルコキシシランの１から３、好ましくは１つのアルコキシ基が、好ましくはＣ１〜Ｃ２０アルキル、Ｃ２〜Ｃ２０アルケニルまたはＣ５〜Ｃ２０アリールなどの、有機ラジカルによって置換されたものである。さらに別の有機アルコキシシラン類が、例えば、ＷＯ０３／０１４４５０および米国特許第４０１７５２８号に開示されている。アルコキシシラン類および有機アルコキシシラン類は、そのモノマー形態の代わりに、例えば、オリゴマーとして、プレポリマー化形態で使用することもできる。
【００２９】
テトラアルコキシシラン類および有機アルコキシシラン類は、通常、例えばトルエンまたはエタノールなどの有機溶媒中の２〜２５％、好ましくは５〜１０％（重量％）溶液の形態で使用される。水と水混和性溶媒との混合物も可能である。毛細管の処理は、好ましくは、例えば還流トルエン中で３０〜１５０℃の高温において実施される。処理の持続時間は、一般に１〜４０時間、典型的には１０〜２５時間である。
【００３０】
無機ハイブリッド材料および／または有機粒子または繊維を、製造中に無機ポリマーまたはハイブリッドポリマーを含む連結層に添加することもできる。さらに、連結層は、その全体を、例えば、毛細管壁上に焼結された、無機および／またはハイブリッド材料粒子で構成してもよい。
【００３１】
本発明による連結層の安定性および作用は、以下の好ましい追加対策によって支援することができる。
１．エッチング
この工程は、特に、セラミック、ガラスまたはその他のシリカベース材料でできた毛細管に好適である。この場合には、少なくとも毛細管の内部表面が、強酸もしくは強塩基またはその他のエッチング化合物によってエッチングされる。このようにして、例えば、活性化された、反応性シラノール基が毛細管の内部表面上により広い範囲で形成される。さらに、強塩基によって、ガラスのシリケート構造の部分的な溶解が発生して、これが表面積を増大させる。
【００３２】
好適な強酸または強塩基は、例えば、ＨＦ、ＨＣｌ、ＨＮＯ３もしくはＨ２ＳＯ４、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、ＮＨ４ＯＨ、好ましくはＨＦおよびＨＣｌまたはＮａＯＨである。酸または塩基と組み合わせたＨ２Ｏ２も同様に好適である。処理の持続時間は、毛細管の材質によって決まる。一般に、型は、２５℃から８０℃の間の温度で、５分から２４時間の間、処理される。この処理は、毛細管全体を浸漬するか、または毛細間の内部を洗浄または充填することによって実施することができる。塩基を使用する場合には、最終ステップは、希酸（中和のため）、水および最終的には例えばエタノールなどの有機溶媒による洗浄、または、酸の場合には、水と有機溶媒による洗浄である。
【００３３】
２．粒子および／または繊維の添加
別の好ましい態様においては、連結層および／または吸収剤層の製造用の溶液は、さらに粒子を含み、したがって粒子懸濁液またはスラリーである。粒子は直径が、通常、２５ｎｍから１０μｍ、好ましくは５０ｎｍから１μｍであり、通常はプラスチック、セラミック、ガラスまたはＴｉ、Ａｌ、ＺｒまたはＳｉの酸化物などの無機酸化物で構成される。これらは、好ましくは親水性表面を有する。しかしながら、溶液が有機ポリマーの調製の役割を果たすか、または有機アルコキシシラン類および／または有機アルコキシシラン類とアルコキシシラン類の混合物からなる場合には、疎水性または疎水性誘導化された粒子、例えばＣ１〜Ｃ２０アルキル基も特に好適である。
【００３４】
粒子は無孔質であるか、または多孔質である。球形または不規則形状の粒子が適している。特に好ましいのは、直径が５０ｎｍから１μｍの間であるシリカ粒子である。
収縮率を低減するさらに別の可能性としては、連結層および／または吸収剤層に繊維を添加することがある。本発明によれば、繊維とは、長さが平均直径よりも少なくとも５倍大きい、細長い形状を有する構造である。繊維は、直径において円形、楕円形、不規則形状または平坦であってもよい。好適な繊維は、特に、ガラス／セラミックなどの鉱物繊維または合成繊維、あるいは特に好ましくはガラス繊維である。繊維は、１〜５０重量％、好ましくは２〜３０重量％の量を、モノマーゾルまたは重合化溶液に添加される。安定化作用は、繊維の選択（例えば、長さが０．１〜１．５ｍｍ（好ましくは０．３〜３ｍｍ）および直径が１〜２５μｍ（好ましくは５〜１０μｍ）であるガラス繊維）によって適合化させることができる。
【００３５】
後の使用に必要な場合には、連結層を付着させた後に、毛細管を加熱してもよい。テトラアルコキシシラン類または純粋無機粒子／繊維を含む被膜の場合には、６００℃までの焼成（ｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎ）が可能である。有機アルコキシシラン類または有機構成要素を有する粒子／繊維の場合には、温度は、有機残留物を燃え尽きさせるのでない限り、１００℃から３００℃の間にすべきである。
同様に、有機ポリマーに対してすでに説明したように、吸収剤層を結合するのに好適な官能基を利用できるようにするために、連結層を二価性試薬と反応させることが必要となることがある。
【００３６】
毛細管の吸収剤層は、通常、厚さが１μｍから２０μｍ、好ましくは２μｍから１０μｍの間である。
本発明において好適な吸収剤は、例えば、酸化アルミニウム、二酸化チタン、または好ましくはシリカ、あるいはハイブリッド材料などの、無機酸化物をベースとする、無機多孔質モノリシック吸収剤である。吸収剤層の孔構造は、単峰性（ｍｏｎｏｍｏｄａｌ）または、好ましくは二峰性（ｂｉｍｏｄａｌ）である。三峰性または少峰性（ｏｌｉｇｏｍｏｄａｌ）の孔分布も可能である。少なくとも孔の一部は、分析物の吸収剤中への適切な拡散、したがって適切な分離を確実にするために、直径が３ｎｍから２５μｍの間、好ましくは５ｎｍから１０μｍの間でなくてはならない。良好な接近性（ａｃｃｅｓｓｉｂｉｌｉｔｙ）を発揮する、大きなマクロポア（＞０．１μｍ、好ましくは＞１μｍ）を有する二峰性孔分布、および有効な分離性を発揮する、２ｎｍから１００ｎｍの間のメゾポアは特に有利である。
【００３７】
好ましいのは、ゾルゲル法によって調製される、無機多孔質モノリシック材料の使用である。ＷＯ９５／０３２５６およびＷＯ９８／２９３５０は、本発明において、ゾルゲル法による無機質モノリシック成型品の製造に好ましいプロセスを開示している。これらの材料は、直径が２〜１００ｎｍのメゾポアおよび平均直径が０．１μｍより上のマクロポアを含み、したがって、本発明の応用に特に好適である。
【００３８】
無機吸収剤層の形成に使用される開始材料は、通常、シランである。実施例がＷＯ９５／０３２５６およびＷＯ９８／２９３５０に開示されている。しかしながら、プレポリマー化されたシラン、例えばポリエトキシシランも使用することができる。これは、例えば、エタノールなどの溶媒中で採取され、毛細管壁に塗布、乾燥されて、アンモニアを使用して硬化される。
【００３９】
やはり好適なものとして、無機／有機ハイブリッド材料がある。これらは、一方では、モノマーゾルがアルコキシシラン類だけでなく通常少なくとも１０％、好ましくは１０〜１００％の有機アルコキシシラン類を含む、有機／無機コポリマーまたはシリカハイブリッド材料とすることができる。有機アルコキシシラン類の使用によって、さらに、エージング中に吸収剤層の収縮が低減すること、および有機アルコキシシラン類を含む吸収剤はひび割れまたは剥落（ｆｌａｋｉｎｇ）が発生し難いことがわかっている。
【００４０】
有機アルコキシシラン類は、テトラアルコキシシランの１つから３つのアルコキシ基、好ましくは１つのアルコキシ基が、好ましくはＣ１〜Ｃ２０アルキル、Ｃ２〜Ｃ２０アルケニルまたはＣ５〜Ｃ２０アリール、特に好ましくはＣ１〜Ｃ８アルキルなどの有機ラジカルによって置換されている、シラン類である。さらに別の有機アルコキシシラン類が、ＷＯ０３／０１４４５０または米国特許第４０１７５２８号に開示されている。
【００４１】
モノマーゾルのその他の構成要素は、一般に、従来技術のものに対応する。しかしながら、有機アルコキシシラン類はアルコキシシラン類と異なる極性、反応性または溶解度を示し、したがって、例えば、ゲル体の相分離または形成に影響を与えるので、特定の物質の濃度をわずかに変えなくてはならない可能性がある。したがって、これらの影響を補償するために、水混和性の有機溶媒をモノマーゾルに加えるのが有利である場合がある。好適な溶媒としては、例えば、エタノールまたは好ましくはメタノールがあり、水と溶媒のモル比は、通常、１０：１から１：５の間、好ましくは３：１と１：２の間である。
【００４２】
さらに、通常使用される酢酸の代わりに、加水分解のためのモノマーゾルに強酸を添加するのが有利であることがわかった。特に、１Ｍ  ＨＮＯ３が好適である。
有機アルコキシシラン類を使用する場合には、吸収剤層がどのような孔分布を有すべきかに応じて、孔形成に様々な方法で影響を与えることができる。
例えば、有機アルコキシシラン類は、有機質、非加水分解性ラジカルそれ自体を介して、型内にマクロポア構造の形成をもたらすので、例えば、望ましい場合には、ポリエチレングリコールなどのポロゲン（ｐｏｒｏｇｅｎ）の添加は省略してもよい。
【００４３】
メゾポアがさらに望ましい場合には、例えば、ＣＴＡＢ（ＣＨ３（ＣＨ２）１５Ｎ＋（ＣＨ３）３Ｂｒ−）などのカチオン洗剤、ＰＥＧ（ポリエチレングリコール）などの非イオン性洗剤、Ｂｒｉｊ５６（ＣＨ３（ＣＨ２）１５−（ＯＣＨ２ＣＨ２）１０−ＯＨ）、Ｂｒｉｊ５８（ＣＨ３（ＣＨ２）１５−（ＯＣＨ２ＣＨ２）２０−ＯＨ）およびＴｒｉｔｏｎ（登録商標）Ｘ洗剤（ＣＨ３）３ＣＣＨ２ＣＨ（ＣＨ３）−Ｃ６Ｈ４Ｏ（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｘＨ、ここでｘ＝８（ＴＸ−１１４）またはｘ＝１０（ＴＸ−１００）などの非イオン洗剤、またはＰｌｕｒｏｎｉｃ（登録商標）Ｐ−１２３（ＥＯ）２０（酸化プロピレン、ＰＯ）７０（ＥＯ）２０またはＴｗｅｅｎ（登録商標）８５（ポリオキシエチレンソルビタントリオレエート）などのブロックコポリマーを添加するか、または代替的に、例えばＷＯ９５／０３２５６、特にＷＯ９８／２９３５０に開示されている（尿素などの熱的分解可能物質の添加）ように、エージングプロセスを実施することができる。モノマーゾル中に懸濁された粒子も同様に、メゾポア構造を発生させることができる。
【００４４】
本発明はまた、連結層を有する開管状毛細管の製造方法であって、最初に毛細管の内部に少なくとも１つの連結層を設け、それに続いて吸収剤層を付着させる、前記方法に関する。
好ましい一態様においては、連結層を導入する前に、エッチングまたは二価性試薬との反応によって、毛細管は最初に活性化される。
【００４５】
連結層および／または吸収剤層は、浸漬または洗浄によって対応する反応溶液を毛細管中に導入することによって付着させることができる。例えば、フリーラジカル重合化のためのプロセス、またはゾルゲル法などの、様々なプロセスを層の製造に使用することができる。モノリスの製造のための開始物質を含む溶液は、本発明によれば、それらが重合化またはゲル化される方法とは無関係に、溶液またはモノマーゾルと呼ぶ。
【００４６】
モノリシック成形品の製造用の溶液と組成において対応する溶液、すなわち個々の反応物質の濃度が比較的高い溶液、を使用することができる。この種の溶液を使用する場合には、形成される３次元網状組織によって毛細管が完全に充填されることがないことを確実にしなくてはならない。このことは、２つの方法で達成できる。第１には、毛細管を短時間だけ溶液で洗浄し、それによって内部表面だけを濡らすようにすることができる。また、ガス流または液体流を用いて強制することによって反応溶液を毛細管から除去することもできる。続いて、毛細管内に残る層を硬化させるか、または重合化させる。必要な場合には、層厚を増大させるために、この工程を１回または２回以上、反復することができる。
【００４７】
第２には、最初に毛細管に溶液を充填して、硬化または重合化を開始することができる。硬化が終了する前に、部分的にゲル化した反応溶液を、圧縮空気（または必要な場合には不活性ガス流）または液体流によって毛細管から押し出し、それによって壁領域にだけに層が残るようにして、次いでそれを完全に硬化させる。
【００４８】
両方のプロセス変形形態において、使用される液体流は、不活性で、好ましくは非混和性の液体、または重合化および固着の間に毛細管壁上のフィルムを支持するか、または層の後処理を支援する追加の試薬を含む液体とすることができる。ゾルゲル法によって層を製造する場合には、この種の試薬の一例としてアンモニアがある。
【００４９】
吸収剤層を付着させるには、以下のエピタキシャル成長プロセスが好ましい。
モノリシック成型物の製造に適する溶液よりも低濃度の溶液が、このプロセスに使用される。多孔質モノリシック成型物（例えば、ＷＯ９５／０３２５６、ＷＯ９８／２９３５０、ＷＯ９９／３８００６、またはＷＯ９９／５０６５４からの）は通常すでに７０％を超える孔隙率を有しているので、反応物質の濃度は、所望に応じて低減することはできない。溶液は、通常、１：２または１：１０に希釈して使用される。例えば、その他の試薬の他に、テトラメトキシシランなどの、シラン類を使用する場合には、７５〜２００ｍｌの酢酸中にシラン２５ｍｌの溶液を使用することができる。
【００５０】
毛細管は、浸漬または充填によって反応溶液で完全に充填され、重合化または硬化が開始される。反応物質の濃度が低いことは、毛細管全体を充填する３次元網状組織が構築されないことを意味することがわかっている。その代わりに、モノマーは毛細管壁に濃化し、そこでモノマーは反応して均一な層を形成する。本発明によるエピタキシャル成長プロセスは、毛細管の内壁が連結層を付着させることによってすでに活性化されている場合には、それが特に有効であるので、吸収剤層の形成に特に好適である。
【００５１】
毛細管の内壁上での重合化が完了すると、過剰な反応溶液（主として残留溶媒）が除去され、残留層が乾燥されるか、または必要な場合には、さらなる硬化または官能化のために適当な方法で後処理される。必要な場合には、エピタキシャル成長プロセスを１回または２回以上、反復することもできる。
【００５２】
使用される連結層または吸収剤の種類に応じて、特にゾルゲル法によって製造される吸収剤層の場合に、ゲル化またはゲルのエージングの後に、焼成ステップを実施することができる。これによって、層に残留する、すべての有機化合物または残留物が除去される。モノマーゾル中に有機アルコキシシラン類を使用する場合には、最終合成ステップにおいて焼成を実施し、それによって有機残留物が層から除去され、完全に無機質の層が得られるようにすることもできる。特に、立体化学的に大きな有機ラジカルを有する有機アルコキシシラン類を使用する場合には、孔の製造のためにこれを使用することができる。焼成は、一般に、３００℃から６００℃の間の温度で実施される。しかしながら、焼成ステップを省略するか、または代替的に、有機残留物が攻撃を受けないように温度を選択することも、同様に可能である。このようにして、有機ラジカルによって、例えば、層のクロマトグラフィ分離特性に関するそれらの材料特性に影響を与えることが可能である。この場合の温度は、通常、１００℃から３００℃の間である。
【００５３】
一般に、毛細管には、エージングまたは焼成の後のクロマトグラフィにおいて使用する、分離エフェクタ（ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｅｆｆｅｃｔｏｒ）がさらに設けられる。様々な分離エフェクタおよびそれらの導入の方法が当業者には知られている。その例が、例えば、ＷＯ９８／に９３５０に示されている。
【００５４】
本発明による毛細管、特に本発明による好ましいエピタキシャル成長プロセスによって製造される毛細管は、均一な吸収剤層および良好な分離特性によって特徴づけられる。連結層の毛細菅の内壁への本発明による共有結合および連結層に共有結合された吸収剤層、および提示した好ましい実施態様によって、ひび割れおよび塊の形成を回避することが可能になる。
結合すべき連結層および吸収剤層の種類は、毛細管の材料および毛細管の計画された用途によって決まる。
【００５５】
さらなるコメントを必要することなく、当業者は、最も広い範囲で上記の説明を利用することができるものと仮定する。好ましい態様および実施例は、したがって、単に説明的な開示とみなすべきであり、いかなる状況でも決して限定的なものではない。
上記および以下に示す、すべての出願、特許および公開、特に２００４年９月６日出願の対応する出願ＥＰ０４０１３５４９を参照により本出願に組み入れる。
【００５６】
例
以下の例に対して、内径が５０μｍまたは１００μｍで外径が約３６０μｍである毛細管（溶融シリカ）の毛細管を使用した。
１．毛細管の前処理
例えば溶媒（エタノールまたはヘプタン）による洗浄によるか、または１Ｎ  ＮａＯＨ（水による洗滌）および１Ｎ  ＨＣＬ用いて４０℃で２時間の処理（引き続き水による再洗滌）による、表面の活性化（清浄化）。
【００５７】
２．連結層による被覆
Ａ  ＳｉＯ２を含む連結層
２．０８ｇ（０．０１モル）のテトラエトキシシラン（ＴＥＳ）を、エタノールと１：１０の比で混合する。この混合物に０．０６モルのＮＨ３を添加して、これを均質な混合物が形成されるまで攪拌する。この混合物を毛細管にポンプ注入して、６０℃で５時間、保管する。毛細管内の溶液を、水／エタノール１：１混合物、その後に水と交換する。厚さ約１〜５μｍのＳｉＯ２層が形成された。８０℃で４時間、減圧下で乾燥させる。
【００５８】
Ｂ  ハイブリッド材料を含む連結層
ａ）
０．０６モルのＴＥＳ（＝１２．５ｇ）を、５０ｍｌのエタノール／水１：１中で、０．０２モルのメチルトリメトキシシラン（ＭＴＭＳ）（＝２．７ｇ）と混合し、０．０３モルのアンモニアを添加する。混合物が攪拌（室温）によって均質化された後に、均質混合物を毛細管中に噴霧して、毛細管内に４０℃で１０時間、放置する。毛細管内の溶液は、水／エタノール１：１混合物、続いて水と交換する。厚さが約１〜３μｍのハイブリッドＳｉＯ２層が形成された。８０℃で４時間、減圧下で乾燥させる。
【００５９】
ｂ）
０．０２モルのメチルトリメトキシシラン（ＭＴＭＳ）＝２．７ｇを１０ｍｌのエタノール／水１：１と混合し、０．５ｇの１Ｍ  ＨＮＯ３を加える。混合物が攪拌（室温）により均質化した後に、均質混合物を毛細菅中に噴霧し、４０℃で１０時間、毛細菅中に放置する。毛細管内の溶液は、水／エタノール１：１と、続いて水と交換する。厚さが約１〜３μｍのＭＴＭＳ層が形成された。８０℃で４時間、減圧下で乾燥させる。
【００６０】
Ｃ  ポリマーを含む連結層
内径が１００μｍの毛細管を、エタノール中の５％のメタクリロキシプロピルトリメトキシシランの混合物で充填し、室温で一晩、放置する。毛細管内の溶液を、エタノールと交換し、続いて窒素を使用して６０℃（１２時間）で乾燥室内において乾燥させる。スチレン：ジビニルベンゼンの０．１モル：０．１モル混合物と、エタノール１０ｍｌ中に５０ｍｇのＡＩＢＮ（フリーラジカル開始剤）とを、前処理された毛細管中に噴霧する。約１０分後、窒素の弱い流れによって反応溶液を押し出し、直ちに毛細管を８０℃のオーブンに入れる。毛細管をエタノールで洗浄した後に、約１〜３μｍの厚さのポリマー層が形成された。８０℃で４時間、減圧下で乾燥させる。
【００６１】
３．吸収剤層の形成
０．０１Ｎ酢酸１０ｍｌ中に、２．５ｍｌのテトラメトキシシラン、１．０２ｇの酸化ポリエチレン（分子量１０，０００〜３５，０００ｇ／モル）および０．９ｇの尿素の溶液を、連結層を設けた毛細菅中に導入し、４０℃で少なくとも１０時間、毛細菅中に放置する。毛細管内の溶液を、水／エタノール１：１混合物と、続いて水と交換する。厚さが約３〜１０μｍの多孔質ＳｉＯ２層が形成された。８０℃で４時間、減圧下で乾燥させる。３００℃での注意深く焼成して層を安定化する。
【国際調査報告】
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