(57)【要約】【課題】クロマトグラフで吸着剤として用いられる従来の多孔性のゾルゲル一体物は、大径気孔と中径気孔とのほかに微細気孔を含むものであって、微細気孔を実質的に含んでいない多孔性のゾルゲル一体物はまだ得られていない。そのために、これを固定相にすると流動相の流れが良好でない。また、従来の多孔性のゾルゲル一体物の製造方法は複雑で実施が容易でなかった。【解決手段】この発明は、微細気孔を実質的に含んでいなくて、気孔度の高い超多孔性のゾルゲル一体物を提供しようとするものである。またこの発明は超多孔性のゾルゲル一体物を簡単に容易に製造できる方法を提供するものである。その製造方法は、気孔生成材と、触媒と、ゾルゲル前駆体とからなる溶液を作り、溶液にゲルを生成させ、そのゲルを高温で乾燥することから成るものである。【選択図】図１Ａ【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゾルゲル一体物が約９７％までの全気孔率を持ち、実質的に微細気孔を持たないことを特徴とする、超多孔性のゾルゲル一体物。
【請求項２】
前記ゾルゲル一体物が少なくとも約６０％の全気孔率を持っていることを特徴とする、請求項１に記載の超多孔性のゾルゲル一体物。
【請求項３】
ＢＥＴ表面積が少なくとも約５０ｍ2／ｇであることを特徴とする、請求項１に記載の超多孔性のゾルゲル一体物。
【請求項４】
前記ゾルゲル一体物がＳｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ａｌ，Ｇａ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｚｒ又はＨｆを含む金属化合物又はメタロイド化合物から選ばれたゾルゲル前駆体から生成され、上記化合物がゾルゲル反応を行うことができるものである、請求項１に記載の超多孔性のゾルゲル一体物。
【請求項５】
前記ゾルゲル前駆体が、シリコン、ゲルマニウム、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、バナジウム又はハフニウムのアルコキシド又はハロゲン化物である、請求項５に記載の超多孔性のゾルゲル一体物。
【請求項６】
前記ゾルゲル前駆体がさらに有機の置換基を含んでいる、請求項５に記載の超多孔性のゾルゲル一体物。
【請求項７】
前記ゾルゲル一体物の表面がさらに式
Ｒ1n‐Ｓｉ‐Ｘ4‐n
で表わされるシランで修飾されている、請求項１に記載の超多孔性のゾルゲル一体物。
上記式中Ｒ1は水素、Ｃ1−Ｃ100で置換され又は置換されないヒドロカルビル、シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリール又はヘテロアリールから独立して選ばれ、また置換基はＣ1−Ｃ12のヒドロカルビル、ヒドロキシル、アルコキシ、ハロゲン、アミノ、ニトロ、スルホ、シアノ、グリシジル、カルバミド及びカルボニルから選ばれ、ｎは０，１，２又は３であり、Ｘは脱離基である。
【請求項８】
（ａ）気孔生成剤と、母体溶解剤を含む触媒と、ゾルゲル前駆体とからなる水溶液を作り、
（ｂ）その溶液を放置してゲルを生成させ、
（ｃ）高温でそのゲルを乾燥する
ことからなることを特徴とする、超多孔性のゾルゲル一体物の製造方法。
【請求項９】
前記母体溶解剤が弗化水素酸又は弗化水素酸源から選ばれることを特徴とする、請求項８に記載する方法。
【請求項１０】
前記弗化水素酸源がＦ2（ｇ）、Ｉ族元素の弗化物、ＩＩ族元素の弗化物、ＩＩＩ族元素の弗化物、ＩＶ族元素の弗化物、Ｖ族元素の弗化物、ＶＩ族元素の弗化物、又は弗化物の塩から選ばれる、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記弗化水素酸源が、Ｆ2（ｇ），ＫＨＦ2，ＢＦ3，ＳｉＦ4，ＧｅＦ4，ＮＦ3，ＰＦ3，ＰＦ5，ＰＦ3Ｃｌ2，ＳＦ4，ＳＦ6，ＮＨ4ＨＦ2，フルオロシラン，フルオロゲルマン又はそれらの混合物から選ばれる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記弗化水素酸が１モルのゾルゲル前駆体あたりＨＦが１モルまでのモル比で存在する、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記ゾルゲル前駆体が、シリコン、ゲルマニウム、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、バナジウム、又はハフニウム又はそれらの混合物のアルコキシド又はハロゲン化物である、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記工程（ａ）と（ｂ）とが、溶液の凝固点と溶液の沸点との間の温度で行われる、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
前記工程（ｃ）が約４００℃までの温度で行われる、請求項８に記載の方法。
【請求項１６】
さらに（ｄ）前記ゲルを少なくとも４００℃の温度でか焼することを含んでいる、請求
項８に記載の方法。
【請求項１７】
乾燥とか焼の工程が同時に行われる、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
気孔生成剤が親水性重合体又は界面活性剤である、請求項８に記載の方法。
【請求項１９】
請求項８に記載の方法によって作られる超多孔性のゾルゲル一体物。
【請求項２０】
検体の混合物を請求項１に記載の超多孔性のゾルゲル一体物に適用し、移動相を使用して検体を溶離することを特徴とする、検体混合物を分離する方法。
【請求項２１】
分離方法が薄層クロマトグラフィー、高速液体クロマトグラフィー、逆相クロマトグラフィー、順相クロマトグラフィー、イオンクロマトグラフィー、イオン対クロマトグラフィー、逆相イオン対クロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィー、疎水性インタラクションクロマトグラフィー、サイズ排除クロマトグラフィー、キラルレコグニションクロマトグラフィー、パーフュージョンクロマトグラフィー、通電クロマトグラフィー、分配クロマトグラフィー、ミクロカラム液体クロマトグラフィー、毛管クロマトグラフィー、毛管ゾーン電気泳動（ＣＺＥ）、ナノ液体クロマトグラフィー、オープンチュービュラー液体クロマトグラフィー（ＯＴＬＣ）、毛管通電クロマトグラフィー（ＣＥＣ）、液体−固体クロマトグラフィー、分取クロマトグラフィー、親水性インタラクションクロマトグラフィー、超臨界流体クロマトグラフィー、プレシピテイション液体クロマトグラフィー、結合相クロマトグラフィー、ファスト液体クロマトグラフィー、フラッシュクロマトグラフィー、液体クロマトグラフィー・マススペクトロメトリー、ガスクロマトグラフィー、微細流体素子工学に基づく分離、チップに基づく分離、又は固相抽出分離であることを特徴とする、請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般に分析の実施で有用な吸着剤に関するものであり、またその吸着剤の製造方法と使用方法とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
代表的なゾルゲルの製造方法は、液状のコロイド溶液の「ゾル」相を固体の多孔性「ゲル」相に変え、その後得られたゲルの一体物を乾燥し、高温で焼結することから成るものである。セラミック又はガラス物質を作るための従来のゾルゲル製造方法は、金属のアルコキシド前駆体、普通はシリカを作るためのテトラメチルオルソシリケート又はテトラエチルオルソシリケートを、酸又は塩基の触媒の存在下で加水分解することから成るものである。その反応混合物を所望の容器内に入れ、加水分解と重合とを行って、その場で湿った多孔性ゲルの一体物又は母材を生成させる。管理された環境の下でこの湿ったゲルの一体物を乾燥して、気孔から液体を除いた後に、乾燥したゲルの一体物をか焼して固体状の
ガラス相の一体物を生成させることができる。この方法で作られた材料は、一般に狭い範囲の気孔の大きさ分布を持って、互いに連通する開いた気孔を表わしている。このタイプの空気乾燥によるキセロゲルは、合成条件によって異なるが、直径で通常１５Å（オングストローム）よりかなり小さい多くの気孔又はチャンネルを持っている。
【０００３】
支持物又は分離物としてこの多孔性材料を使用する場合には、支持される物質又は分離効率の機能に最もよく適合するように、気孔の平均寸法と分布とを正確に制御しなければならない。多くの用途では、多孔性材料中に存在する大径気孔の網目のほかに、限られた中径気孔の大きさ分布を含んでいなければならない。この目的のために、多くの研究者がゲル製造の反応パラメーターを調整することによって大径気孔の大きさと分布とを制御しようと試みて来たが、その試みはゲル製造の過程で気孔生成剤を加えたり、又は内面を改良して中径気孔のより一様な大きさ分布を拡げたり、及び／又は提供したりすることを含んでいる。
【０００４】
例えば、生成されるゲル一体物の気孔の大きさに対する触媒濃度の影響が、Wangの下記特許文献１によって例証されており、その特許はテトラエトキシシラン１モルあたり約０．０５モルの最高濃度までの色々な濃度で、アルコール及び／又はＨＣｌ若しくはＨＦのような触媒の相対的濃度を調整することによって、ゾルゲル一体物を製造することを記載している。この特許は、アルコールがエタノールであり、触媒が弗化水素酸である場合には、エタノールと触媒の相対濃度を制御することによって、乾燥ゲル中の平均気孔半径を１０Åから１００Åの範囲内の選んだ値にすることができる、と記載している。これに対応して、ゲルの表面積は６００から１１００ｍ2／ｇの範囲内の値にすることができる、と報告している。しかし、その方法は、クロマトグラフによる分離に一般に必要とされる大径気孔を充分に生成させていない。
【０００５】
下記特許文献２及び特許文献３は、ＨＦの使用がより大きい大きさの気孔の生成を促進し、そのためゲル一体物のひび割れの傾向を減少させると記載している。しかし、この発明者はＨＦのような触媒の使用はゲル化時間を短縮し、製造のための時間又は泡がゲルから拡散するための時間が不充分となり、そのために製造されるゲルの性質を低下させる結果となる、と指摘している。キセロゲル一体物を製造する方法は、メタルアルコキシドを含む第１溶液と、触媒を含む第２溶液とを調製し、第１溶液と第２溶液とをともに混合し、その場合、これら溶液の少なくとも１つを冷却して実質的に室温以下の第３溶液のための混合温度を達成することから成ると記載されている。そのようにすると、その混合物は、その混合温度では室温に比べて著しく長いゲル化時間を持つと報告されている。
【０００６】
もう１つの研究方法が、Nakanishiの下記特許文献４に記載されており、その特許はゾルゲルを生成させるための溶液の固化と、適当な期間にわたるゲルの熟成と、その後に水酸化ナトリウム、アンモニア水溶液、又は弗化水素酸のような母体溶解剤中にゲルを浸漬することを記載している。この特許は、浸漬過程で溶剤に富んだ相による外部溶液の置換が行われ、外部溶液をシリカに富んだ相の内面に接触させ、従って外部溶液が母体を溶解することができる場合には、内側の壁面が溶解と再沈殿過程に付され、その結果比較的小さい気孔がなくなるとともに比較的大きい気孔が増加することとなると記載している。この特許は、この段階が鮮明に分散された中径気孔を創り出すのに重要であると述べている。従って、この特許は、所望の中径気孔の分布を得るためには、最初にゾルゲルを生成し、その後にゾルゲルを母体溶解剤中に浸漬しなければならないということを示し、従って時間がかかり段階を制御するに困難である。
【０００７】
同様に、Nakanishiの下記特許文献５は、ガラス又はガラスセラミック成分からなる無機多孔性材料の製造方法を報告しており、その報告によれば、その多孔性材料は０．１μｍより大きい平均直径を持った互いに連通する連続した大径気孔と、２と１００ｎｍとの間の平均直径を持って上記大径気孔の壁内にある中径気孔とを持っている。その方法は（ａ）水溶性重合体又は他の気孔生成剤と母体溶解剤の前駆体とを、有機金属化合物の加水分解を促進する媒体中に溶解し、（ｂ）加水分解可能な配位子を含んだ有機金属化合物と混合し、（ｃ）ゾルゲル変化により混合物を固化させ、それによって三次元の互いに連通した相の領域を持ったゲルを作り、その領域の１つは溶剤に富み、他は無機成分に富み、その成分の表面に気孔が含まれており、（ｄ）母体溶解剤をその前駆体のない状態として、それにより母体溶解剤が上記無機成分の構造を修飾し、（ｅ）蒸発、乾燥及び／又は熱処理によって溶液を取り除き、（ｆ）ゲルをか焼して多孔性材料を生成させることから成
るものである。しかし、この方法を使用すると、微細気孔を無くすることは非常に困難であって、クロマトグラフによる分離の際、実施を制限する。さらに、この方法はゲルを作り、その後付加工程を実施してゲルの構造を修飾することを必要とするので、この方法は複雑であって時間のかかる操作である。
【０００８】
Nakanishiの下記特許文献６と特許文献７は、さらに横に１ｍｍより小さい少なくとも１つの大きさを持った限られた空間内に含まれ、毛管のような容器の壁に気密に接触している無機多孔性材料を記載している。その方法は、熱分解されると、反応系を塩基性にすることができるアミド化合物のようなゲル構造を修飾する化合物を熱分解することを含んでいる。
【０００９】
Cabreraの下記特許文献８は、さらに擬似の移動ベッドクロマトグラフィー用の一体吸着剤を製造するために、Nakanishiの方法を使用することを記載している。その一体吸着剤は、２から２０μｍの直径の大径気孔と、２から１００ｎｍの直径の中径気孔とを持ったＳｉＯ2の成形物を基礎とすると報告されている。しかし、上に記載したように、その一体物の製造方法は骨の折れるまた時間のかかるものである。
【００１０】
下記特許文献９は多孔性の無機／有機ハイブリッド材料とその材料を作るための方法とを記載しており、その方法では約３４Åより小さい直径の気孔が材料の特定表面に１１０ｍ2／ｇ以下から５０ｍ2／ｇ以下までになっていると報告されている。その方法は、多孔性の無機／有機ハイブリッド粒子を作り、その多孔性ハイブリッド粒子の気孔構造を修飾し、その多孔性ハイブリッド粒子を合体させて一体材料を作ることから成ると報告されている。この出願は、また気孔構造を修飾するために、上記特許に記載されている方法に似た方法で作られたハイブリッド一体シリカの熱水処理を報告している。しかし、これらの方法は骨の折れるまた時間のかかるものであって、微細気孔を無くすることができない。
【００１１】
Watersに譲渡された下記特許文献１０は、報告によると、クロマトグラフ法で価値の高い気孔配列を持った多孔性の無機／有機ハイブリッド粒子を記載している。その多孔性粒子を製造する方法は、報告によると、粒子を作り、その粒子を表面活性剤を含む水性媒体中に懸濁して、塩基触媒を使用してその粒子をハイブリッドシリカの多孔性球形粒子にゲル化させ、熱水処理によって気孔構造を修飾するという３工程の方法を包含している。従って、この方法は骨が折れて時間のかかるものである。
【００１２】
また、ゾルゲル一体物は製造方法中の乾燥工程の間に亀裂を生じたり縮んだりし易い。亀裂を減少させようとする研究が試みられ、ゲル一体物の気孔の大きさを大きくすることに注意を集中させて、乾燥中に発生する毛管応力を少なくするように試みられた。例えば、Popeの下記特許文献１１は、ゲルを熱水熟成処理に付し、その処理はシリカ粒子を移動させ、多孔性ゲルの母体中に小さな気孔を充満させて平均気孔の大きさを増大させる、と報告されている。Hollowayの下記特許文献１２は「離液」、又はヒドロゾルがヒドロゲルに移行するときの体積収縮が、材料の体積を１００のファクターだけ減少させることができる程度に行われる、と記載している。Wangの下記特許文献１３は、液体除去過程の第１段階の終り時のゲルの密度が、約１５％と３５％との間の直線的寸法収縮に対応する、と記載している。
【００１３】
O'Garaの下記特許文献１４は、分離実施のため又は化学反応に参加のためのクロマトグラフ用粒子の製造方法を記載しており、その方法は（ａ）酸触媒の存在下にオルガノアルコキシシランとテトラアルコキシシランの混合物を重合させてポリアルコキシシロキサンを作り、（ｂ）さらに上記ポリアルコキシシロキサンの界面活性剤含有の水性懸濁液を作り、次いでシリコン、Ｃ1-7アルキル基、置換され又は置換されないアリール基、置換され又は置換されないＣ1-7アルキレン、アルケニレン、アルキニレン、又はアリーレン基を持った多孔性粒子を作るために塩基触媒の存在下にゲル化させ、（ｃ）熱水処理によって多孔性粒子の気孔構造を修飾し、（ｄ）１又は２以上の表面Ｃ1-7アルキル基、置換され又は置換されないアリール基、置換され又は置換されないＣ1-7アルキレン、アルケニレン、アルキニレン又はアリーレン基をヒドロキシル、弗素、アルコキシ、アリールオキシ又は置換されたシロキサン基で置き換えることを含んでいる。その置換工程は、そのハイブリッド粒子を有機溶液中でＨ2Ｏ2、ＫＦ及びＫＨＣＯ3の水溶液と反応させることを含んでおり、その有機溶液はさらに気孔生成剤を含んでいてもよい。
【００１４】
Miyazawaの下記特許文献１５は、ガス吸着分離用の多孔性固体の製造方法を記載しているが、その方法では微細気孔の体積が少なくとも１０％を占め、好ましくは気孔体積全体の２０％から５０％を占めている。また、この特許は少なくとも０．０５ｃｃ／ｇの全微細気孔体積と０．２５から０．５８ｃｃ／ｇの全中径気孔体積を持った多孔性固体を記載している。さらに、この特許は微細気孔を生成させるために、界面活性剤を２９ｇ／ｌの濃度以下に限定することの重要性を教示している。従って、この特許は有意義な微細気孔を持ったゾルゲルを製造することを教えている。
【００１５】
こうして、ゾルゲル一体物からなる吸着剤を製造するための多くの方法が、クロマトグラフによる分離の技術分野で公知である。しかし、大径気孔と中径気孔とが所望の分布をしていて、微細気孔を実質的に含んでいない吸着剤を作ることは、未可決の問題のままである。その上に、公知の操作は複雑で制御することが困難であり、高価につきまた時間のかかるものである。従って、すぐれた流動性を与え、大径気孔と中径気孔とを望み通りに分布させて、実質的に微細気孔を持たない超多孔性のゾルゲル一体物からなる吸着剤を製造する方法が、この分野で必要とされている。また、この分野では簡単であって複雑でなく、反応と生成物をよく制御でき、また製造し使用するのに費用と時間のかからない操作が必要とされている。
【特許文献１】米国特許第５，２６４，１９７号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００３／００６８２６６号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００３／００６９１２２号明細書
【特許文献４】米国特許第５，６２４，８７５号明細書
【特許文献５】米国特許第６，２０７，０９８号明細書
【特許文献６】米国特許第６，５６２，７４４号明細書
【特許文献７】米国特許第６，５３１，０６０号明細書
【特許文献８】米国特許第６，３９８，９６２号明細書
【特許文献９】米国特許出願公開第２００３／０１５０８１１号明細書
【特許文献１０】米国特許出願公開第２００１／００３３９３１号明細書
【特許文献１１】米国特許第５，０２３，２０８号明細書
【特許文献１２】米国特許第６，２１０，５７０号明細書
【特許文献１３】米国特許第６，６２０，３６８号明細書
【特許文献１４】米国特許第６，５２８，１６７号明細書
【特許文献１５】米国特許第６，３４６，１４０号明細書
【特許文献１６】米国特許第３，４８０，６１６号明細書
【特許文献１７】米国特許出願第１０／７７７，５２３号明細書
【特許文献１８】米国特許第６，０７１，４１０号明細書
【特許文献１９】米国特許第６，６４５，３７８号明細書
【特許文献２０】米国特許第５，３７４，７５５号明細書
【特許文献２１】米国特許第６，７９７，１７４号明細書
【特許文献２２】米国特許出願公開第２００３／０２３０５２４号明細書
【非特許文献１】Mikail, R., et al. (1968) J. Colloid Interface Sci. 26:45
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
従って、この発明の主な目的は、すぐれた気孔率と移動相流動特性とを持った超多孔性のゾルゲル一体物を提供することによって、この分野での上述の必要に取り組むことである。
この発明のもう１つの目的は、望ましい大径気孔体積を持った超多孔性のゾルゲル一体物を提供することである。
【００１７】
この発明のもう１つの目的は、中径気孔の望ましい表面積と体積とを持った超多孔性のゾルゲル一体物を提供することである。
この発明のさらに他の目的は、微細気孔を実質的に持たない超多孔性のゾルゲル一体物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
従って、約９７％までの気孔率を持ったことを特徴とする超多孔性のゾルゲル一体物が提供される。そのゾルゲル一体物の気孔率は少なくとも約６０％であることが好ましい。特定の具体例では、その超多孔性のゾルゲル一体物は約８５％から約９７％までの気孔率を持つことが特徴とされる。その超多孔性のゾルゲル一体物は実質的に微細気孔を持たないのに、すぐれた気孔率を提供する。
【００１９】
この超多孔性のゾルゲル一体物は、多孔性一体物を提供するに充分な全気孔体積、好ましくは少なくとも約１．０ｃｃ／ｇ、さらに好ましくは少なくとも約２．０ｃｃ／ｇの全気孔体積が特徴となっている。特定の具体例では、この超多孔性のゾルゲル一体物は、約４．０ｃｃ／ｇから約７．０ｃｃ／ｇまでの全気孔体積が特徴となっている。
【００２０】
この超多孔性のゾルゲル一体物は、少なくとも約５０ｍ2／ｇから、さらに好ましくは少なくとも約１００ｍ2／ｇからのＢＥＴ表面積が特徴となっている。特定の具体例ではＢＥＴ表面積は約２００ｍ2／ｇから約７００ｍ2／ｇまでである。
【００２１】
この超多孔性のゾルゲル一体物は、ゾルゲル前駆体、普通はヒドロキシル又は加水分解できる配位子を持った金属又はメタロイド化合物で、ゾルゲル反応を経てゾルゲルを生成することのできる金属又はメタロイド化合物から作られる。適当な加水分解できる配位子はハロゲン、アルコキシ、アミノ又はアシロキシを含んでいるがそれに限らない。金属又はメタロイド化合物は、好ましくはＳｉを含み、或る具体例ではＧｅ，Ｓｎ，Ａｌ，Ｇａ，Ｍｇ，Ｍｂ、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｇａ，Ｂｅ，Ｙ，Ｌａ，Ｐｂ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｗ，Ｈｆ又はそれらの組み合わせ物を含むことができる。或る好ましい具体例では、ゾルゲル前駆体は、シリコン、ゲルマニウム、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、バナジウム、又はハフニウムのアルコキシド及び／又はハロゲン化物又はそれらの混合物である。
【００２２】
この超多孔性のゾルゲル一体物は、さらに修飾することができ、例えばこのゾルゲル一体物の表面を極性又は無極性部分で修飾し、例えば吸着剤又は触媒として用いるときに特定の吸着特性を与えることができる。特定の具体例ではその表面を式
Ｒ1n‐Ｓｉ‐Ｘ4‐n
で表わされるシランで修飾することができる。式中のＲ1は水素、Ｃ1−Ｃ100の置換され又は置換されないヒドロカルビル、シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリール、又はヘテロアリールから独立して選ばれ、そこでの置換基はＣ1−Ｃ12のヒドロカルビル、ヒドロキシル、アルコキシ、ハロゲン、アミノ、ニトロ、スルホ、シアノ、グリシジル、カルバミド、及びカルボニルから選ばれ、式中のｎは０，１，２又は３であり、Ｘは脱離基である。ゾルゲル一体物は、トリメチルクロロシランのような末端キャップ剤で修飾することもできる。
【００２３】
さらに、この発明は超多孔性のゾルゲル一体物を作る方法を提供するものであって、その方法は（ａ）気孔生成剤（ポロゲン）、触媒及びゾルゲル前駆体からなる溶液を作り、（ｂ）溶液にゲルを生成させ、及び（ｃ）そのゲルを高温で乾燥することからなるものである。工程（ａ）の溶液は水溶液又は有機溶剤と水との混合物であってもよい。好ましいのは有機溶剤が水と混合できる溶剤であって、例えばアルカノール、ホルムアミドである。さらに好ましいのは水と混合できる溶剤が直鎖又は分岐鎖を持ったアルカノールであって、例えば式、ＣＨ3(ＣＨ2)nＯＨで表わされるアルカノールであって、式中のｎは０−１２である。エタノール、イソプロパノール及びメタノールは好ましい溶剤であって、単独で又は混合物として使用することができる。
【００２４】
触媒は母体溶解剤であって、さらにＨＣｌ又は硝酸のような追加の触媒を含むことができる。母体溶解剤は、ゾルゲル前駆体の１モルあたり１．０モルまでの濃度の弗化水素酸であることが好ましい。また、弗化水素酸は弗化水素酸源によって提供されることができる。弗化水素酸源は、ゲル化の過程の前又は途中で工程（ａ）の溶液中での加水分解または解離によって、ＨＦを発生することのできる化合物を含む弗化水素酸塩又は弗化物を含んでいる。或る具体例では弗化水素酸源は際限がなく、Ｆ2(ｇ)、Ｉ族元素の弗化物例えばＫＨＦ2、ＩＩ族元素の弗化物、ＩＩＩ族元素の弗化物、例えばＢＦ3、ＩＶ族元素の弗化物、例えばＳｉＦ4，ＧｅＦ4，及びフルオロシラン（例えばＳｉＦＨ3、フルオロトリエトキシシラン、フルオロジクロロエトキシシラン）、フルオロゲルマン（例えばＧｅＦＨ3、フルオロトリエトキシゲルマン）、Ｖ族元素の弗化物、例えばＮＦ3，ＰＦ3，ＰＦ5，ＰＦ3Ｃｌ2、ＶＩ族元素の弗化物、例えばＳＦ4，ＳＦ6及び弗化物塩、例えばＮＨ4ＨＦ2又はそれらの混合物を含んでいる。好ましい弗化水素酸源は、フルオロトリエトキシシランのようなフルオロシランである。従って、或る具体例ではゾルゲル前駆体は、また母体溶解剤の或るもの又はすべてを提供する役目をすることができる。
【００２５】
ゾルゲル前駆体は、ゾルゲル反応を経てゾルゲルを生成することのできる金属又はメタロイド化合物で、ヒドロキシル又は加水分解可能な配位体を持った化合物を含んでいる。代表的な金属は、反応してゾルゲルを生成することのできる反応性の金属酸化物、ハロゲン化物、アミン等を持ったシリコン、ゲルマニウム、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、タングステン、錫、又はハフニウム又はこれらの混合物を含んでいる。ゾルゲル前駆体に取り込むことのできる追加の金属原子は、マグネシウム、モルブデン、コバルト、ニッケル、ガリウム、ベリリウム、イットリウム、ランタン、錫、鉛、硼素を含み、際限がない。
【００２６】
或る具体例では、ゾルゲル前駆体はさらに有機の置換基を含むことができ、さらにオルガノシラン、例えばアルコキシ、ハロ、アシルオキシ又はアミノシラン、さらには有機置換基、例えば飽和又は不飽和のヒドロカルビル置換基、アリール置換基又はこれらの混合物を持ったオルガノシランを含むことができる。代表的なアルコキシシランは、例えばアルキルトリアルコキシシラン、シクロアルキルトリアルコキシシラン、ジアルキシジアルコキシシラン、トリアルキルアルコキシシラン、テトラアルコキシシラン、ビニルトリアルコキシシラン、アリルトリアルコキシシラン、フェニルアルキルジアルコキシシラン、ジフェニルアルコキシシラン又はナフチルトリアルコキシシラン又はこれらの混合物を含むことができる。有機置換基を含んだゾルゲル前駆体は、他の有機金属化合物、例えばオルガノゲルマン又は有機置換のチタン、アルミニウム、ジルコン又はバナジウムアルコキシド等を含むこともできる。もう１つの好ましい具体例では、シランはトリアルコキシシラン及びテトラアルコキシシランを含むシランの混合物である。
【００２７】
気孔生成剤は親水性重合体又は界面活性剤である。適当な親水性重合体は、例えばポリエチレングリコール、ソジウムポリスチレンスルホネート、ポリアクリレート、ポリアリルアミン、ポリエチレンイミン、ポリエチレンオキサイド、ポリビニルピロリドン、アミノ酸の重合体、多糖類、例えばセルロースエーテル又はエステル、例えばセルロースアセテート等を含んでいる。好ましい親水性重合体はポリエチレングリコールである。その分子量は特定の範囲に限られず、一般に約１，０００，０００ｇ／モルまでの分子量を持つことができる。
【００２８】
気孔生成剤はまた界面活性剤、例えば非イオン性界面活性剤、イオン性界面活性剤、両親媒性界面活性剤又はこれらの混合物であってもよい。この発明方法の実施では、工程（ａ）と（ｂ）とは溶液の凝固点と沸点との間の温度で、さらに一般的には約０℃から約６０℃までの温度で行うことができる。この発明の他の面では、工程（ｂ）は溶液にそのままゲルを生成させるか、又は溶液の少なくとも一部を容器に移して容器内で溶液にゲルを生成させることを含んでいる。容器はどのような形状のものでも適しており際限がない。例えば容器は毛管（例えば溶融シリカ、硼珪酸塩ガラス、ドープされた珪酸塩又はガラスからなる）、成形型、カラム、チップ、微細流体素子工学のプラットフォーム、板、又は例えばマススペクトロメトリーによる検索を含む統合された分析及び検索システムであってもよい。毛管の適当な大きさは、約１０μｍと約１０００μｍ又はそれ以上の間の直径を含み、普通は約１００μｍと約５３０μｍの間にある。
【００２９】
この発明方法の実施では、工程（ｃ）は約４００℃までの温度で行うことができる。好ましい方法では温度は約１００℃から約２００℃までであり、他の好ましい方法では温度は２００℃から約４００℃までである。
【００３０】
超多孔性のゾルゲル一体物を製造する方法は、さらに工程（ｄ）、即ちゲルを少なくとも４００℃の温度でか焼することを含むことができる。ゲルは約４００℃から約１０００
℃までの温度でか焼することが好ましい。或る具体例では、例えばゾルゲルを２００℃に
加熱して乾燥し、その後に温度を４００℃又はそれ以上に上昇させることによって、乾燥とか焼の工程を同時に行う。その上に、乾燥とか焼の工程は、約４００℃以下から４００
℃から約１０００℃又はそれ以上までの範囲内のより高い温度まで、温度を次第に上昇させることによって同時に行うことができる。さらに、超多孔性のゾルゲル一体物は、固化させて多孔性ガラスの一体物にすることができ、多孔性ガラスの一体物はまたクロマトグラフによる分離又は他の目的に役立つものであって、例えば多孔性ガラス一体物の気孔表面上に結合させ及び／又は被覆することができる重合体、有機又は無機の相及び／又は有機又は無機の層を使用して、その気孔表面を修飾することができる。
【００３１】
超多孔性のゾルゲル一体物を作る方法は、約９７％までの気孔率、少なくとも約１．０ｃｃ／ｇの好ましい全気孔体積を特徴とするゾルゲル一体物を作るのに使用することができる。或る具体例では、超多孔性のゾルゲル一体物は約８５％から約９７％の気孔率と、約４．０ｃｃ／ｇから約７．０ｃｃ／ｇまでの全気孔体積を特徴としている。そのような超多孔性のゾルゲル一体物は、クロマトグラフで有用な流速で少ない背圧を持ったすぐれたクロマトグラフ用吸着剤を与える。
【００３２】
この発明は、さらに検体混合物を分離する方法を含んでおり、その方法は検体混合物を超多孔性のゾルゲル一体物に適用し、移動相を使用して検体を溶離することから成るものである。こうして作られた一体物は、用途が広く、薄層クロマトグラフィー、高速液体クロマトグラフィー、逆相クロマトグラフィー、順相クロマトグラフィー、イオンクロマトグラフィー、イオン対クロマトグラフィー、逆相イオン対クロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィー、疎水性インタラクションクロマトグラフィー、サイズ排除クロマトグラフィー、キラルレコグニションクロマトグラフィー、パーフュージョンクロマトグラフィー、通電クロマトグラフィー、分配クロマトグラフィー、ミクロカラム液体クロマトグラフィー、毛管クロマトグラフィー、毛管ゾーン電気泳動（ＣＺＥ）、ナノ液体クロマトグラフィー、オープンチュービュラー液体クロマトグラフィー（ＯＴＬＣ）、毛管通電クロマトグラフィー（ＣＥＣ）、液体−固体クロマトグラフィー、分取クロマトグラフィー、親水性インタラクションクロマトグラフィー、超臨界流体クロマトグラフィー、プレシピテイション液体クロマトグラフィー、結合相クロマトグラフィー、ファスト液体クロマトグラフィー、フラッシュクロマトグラフィー、液体クロマトグラフィー・マススペクトロメトリー、ガスクロマトグラフィー、微細流体素子工学に基づく分離、チップに基づく分離、又は固相抽出分離などに適している。
【００３３】
この発明のその他の目的と、利点と新しい特徴は一部以下の明細書中で述べるが、一部は以下の説明を検討すると当業者に明らかとなり、又はこの発明の実施によって判ることである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
I．定義と概要
特別のことわりがない限り、この発明は特定のシラン、気孔生成剤等に限定されないということが、この発明を詳細に説明する前に理解されなければならない。また、ここで用いられている用語は、特定の具体例を説明する目的で用いているだけであって、この発明の範囲を限定する積りではない、ということも理解されなければならない。
【００３５】
この明細書及びクレームで用いられている単数形の「a」、「and」及び「the」は、前後関係が明らかにそうでないと記載していない限り、複数のものを含んでいることに注意を要する。従って、例えば「１種の気孔生成剤」と云うのは、２種以上の気孔生成剤を含み、「１種のシラン」は２種以上のシランを含み、以下同様である。
【００３６】
数値の範囲が記載されている場合には、前後関係が明らかにそうでないと記載していない限り、その範囲の上限と下限との間にある値は、下限の単位の１０分の１までのすべて、またその範囲内のその他又は中間のどのような値も、この発明の範囲内に包含される。これらのより小さい範囲の上限と下限とは、独立してその小さい範囲内に包含され、記載された範囲からとくに除外されている限界でなければ、またこの発明内に包含される。記載された範囲が限界の一方又は両方を含む場合には、含まれる限界の何れか一方又は両方を除いた範囲はまたこの発明に含まれる。
【００３７】
ここで使用されているように、「マクロポア」（大径気孔）という用語は約０．０５μｍ（５０ｎｍ又は５００Å）より大きい直径を持った気孔を指し、「メゾポア」（中径気孔）という用語は約２ｎｍと５０ｎｍ（２０Å〜５００Å）の間の直径を持った気孔を指し、「ミクロポア」（微細気孔）という用語は約２．０ｎｍ（２０Å）より小さい直径を持った気孔を指している。
【００３８】
ここで用いているように、「全気孔体積」という用語は、一体物中の気孔の全体積を指し、通常ｃｍ3／ｇ又はｃｃ／ｇで表わされる。全気孔体積は、Ｈｇをポンプで高圧の下に気孔へ押し込んだ場合に、水銀の侵入量によって測定することができる。
【００３９】
「ＢＥＴ表面積」という用語は、ＢＥＴ方法を使用して決定した表面積を指し、それは単一点又は複数点の分析を使用して決定することができる。例えばMicromeritics TriStar 3000装置（Norcross，GA）により、複数点の窒素収着量を測定することができる。その後、複数点のＢＥＴ方法を使用して、特定の表面積を計算することができ、最も多い気孔（モード気孔）の直径は対数微分気孔体積分布（ｄＶ／ｄｌｏｇ(Ｄ) ｖｓ． Ｄ）から得られる最も頻度の多い直径である。中径気孔体積はＰ／Ｐ0＝０．９８で単一点の全気孔体積として計算される。
【００４０】
この発明者は、驚くべきことに、ゲル化過程の間にゾルゲル生成溶液中に母体溶解触媒を含ませると、公知の他の用途は勿論、クロマトグラフィー及び分析化学の用途で、すぐれた流動特性を持った超多孔性のゾルゲル一体物が得られることを見出した。驚くべきことには、そのゾルゲルは狭い気孔大きさ分布を持った限定され制御された大径気孔と中径気孔体積を持つが、実際に微細気孔のない超多孔性の構造を示している。そのようなゾルゲル一体物は約９７％までの気孔率、好ましくは少なくとも約６０％、さらに好ましくは少なくとも約８０％までの気孔率を持つ点で特徴を持っており、その気孔率は、移動相に対しすぐれた流動特性を与え、クロマトグラフの使用の間、背圧を低くし及び／又は流動割合を増大させる。また、この超多孔性のゾルゲル一体物は、多孔性一体物を与えるに充分な全気孔体積を持つことを特徴とし、好ましくは少なくとも約１．０ｃｃ／ｇ、さらに好ましくは少なくとも約２．０ｃｃ／ｇの全気孔体積を持つことを特徴としている。或る具体例では、全気孔体積が約４．０から約７．０ｃｃ／ｇの範囲内にある。その超多孔性のゾルゲル一体物は少なくとも５０ｍ2／ｇのＢＥＴ表面積、さらに好ましくは少なくとも約１００ｍ2／ｇのＢＥＴ表面積を持っている。好ましい具体例では、ＢＥＴ表面積は約２００ｍ2／ｇから約７００ｍ2／ｇまでである。
【００４１】
重要な一面では、超多孔性のゾルゲル一体物は、上記非特許文献１に記載しているように、フィルムの厚みに対する体積Ｎ2／グラムの解析（又はｔ−プロット）によって明らかにされているように、実質的に微細気孔を含んでいないことが特徴とされている。ｔ−プロット解析は、ゼロのｙ切片を示し、現在の技術を使用して測定した限界内では、サンプル中に微細気孔が実質的に存在していないことを示している。従って、「実質的に微細気孔がない」という用語は、現在用いられている技術を使用しては、微細気孔に基づく気孔体積は測定できないということを意味している。
【００４２】
第１表はこの発明の方法を使用して得られた代表的な超多孔性のゾルゲル一体物の気孔特性の概要を示してており、以下の実施例に例示する通りである。
【００４３】
【表１】
2008525535.tif 000002
【００４４】
第１表に示した代表例は、すべて少なくとも約８５％の気孔率を示した。中径気孔の体積とモード直径は、ゾルゲル前駆体の濃度と種類は勿論、気孔生成剤の量と種類、気孔生成剤の分子量、水量、ゾルのゲル化温度、溶剤の量と種類、母体溶解触媒の濃度（例えばＨＦ又はフルオロシラン）を含む反応条件によって変化し、制御することができる。例えば、低い温度でのゲル化は小さい中径気孔直径を持ったゾルゲルを生じる。溶剤／水の比率、及び／又は触媒濃度を変えることにより、得られる気孔特性を変えることもできる。従って、特定の気孔率は勿論、特定の中径気孔と大径気孔の大きさ分布及び体積が得られるように実験条件を細かく変えることができる。
【００４５】
これらのデータは、この発明に係る超多孔性のゾルゲル一体物のすぐれた予測できない特性を示している。
【００４６】
II．超多孔性のゾルゲル一体物の製造方法
ゾルゲル一体物の微細構造は、ゾルから湿ったゲル一体物をゲル化させる間に起こる加水分解と重合の速度によって影響される。シリカを基材とするゾルはテトラエチルオルソシリケート（ＴＥＯＳ，(Ｃ2Ｈ5Ｏ)4Ｓｉ）から、例えばＴＥＯＳを水と、エチルアルコールのような希釈剤又は溶剤と、触媒と混合することによって得ることができ、加水分解が次の反応によって起こる、
(Ｃ2Ｈ5Ｏ)4Ｓｉ＋４Ｈ2Ｏ → ４Ｃ2Ｈ5ＯＨ＋Ｓｉ(ＯＨ)4．
そのＳｉ(ＯＨ)4分子は重合してＳｉＯ2の網と水とを生じる。触媒があればその種類と濃度及び温度の関係を含む多くの因子が、加水分解と重合の動力学に影響を与える。
【００４７】
この発明者は、驚くべきことに、すぐれた気孔率と制御できる大径気孔と中径気孔の体積と表面積とを持ち、他方実際に微細気孔を無くしている超多孔性のゾルゲル一体物を作るための簡単で能率のよい方法を発見した。この一体的な構造は、分析に使用するのにすぐれた吸着剤を提供する。この方法は、一般に（ａ）気孔生成剤、触媒、及びゾルゲル前駆体を含む溶液を作り、（ｂ）溶液にゲルを生成させ、（ｃ）ゲルを高温で乾燥することから成るものである。
【００４８】
工程（ａ）の溶液は、水溶液、又は有機溶剤と水との混合物である。その有機溶剤は、アルカノール、ホルムアミドのような水と混和することのできる溶剤であることが好ましい。その水と混和できる溶剤は、式ＣＨ3(ＣＨ2)nＯＨで表わされるアルカノールのような直鎖の又は分岐したアルカノールであることがさらに好ましく、式中ｎは０−１２である。エタノール、イソプロパノール及びメタノールは好ましい溶剤であり、単独で又は混合物として使用することができる。
【００４９】
触媒は、母体溶解剤であって、さらに母体溶解剤として働かないＨＣｌ又は硝酸のような追加触媒を含むことができる。母体溶解剤は、ゾルゲル前駆体１モルあたり１．０モルまでの濃度の弗化水素酸であることが好ましい。弗化水素酸は、また弗化水素酸源によって提供されることができる。弗化水素酸源は、ゲル化工程の前又は途中で、工程（ａ）の溶液中で加水分解又は解離によってＨＦを発生させることのできる弗酸化されるか又は弗化物含有の酸であることができる。或る具体例では、弗化水素酸源は、際限がなく、Ｆ2(ｇ)，ＫＨＦ2のようなＩ族元素の弗化物、ＩＩ族元素の弗化物、ＢＦ3のようなＩＩＩ族元素の弗化物、ＳｉＦ4，ＧｅＦ4のようなＩＶ族元素の弗化物、及びフルオロシラン（例えばＳｉＦＨ3、フルオロトリエトキシシラン、フルオロジクロロエトキシシラン）、フルオロゲルマン（例えばＧｅＦＨ3、フルオロトリエトキシゲルマン）、ＮＦ3，ＰＦ3，ＰＦ5，ＰＦ3Ｃｌ2のようなＶ族元素の弗化物、ＳＦ4，ＳＦ6のようなＶＩ族元素の弗化物、及びＮＨ4ＨＦ2のような弗化物塩又はそれらの混合された複合体を含んでいる。好ましい弗化水素酸源はフルオロトリエトキシシランのようなフルオロシランである。こうして、或る具体例では、ゾルゲル前駆体は母体溶解剤の一部又は全体量を提供する機能を果たすことができる。
【００５０】
工程（ａ）と（ｂ）は、溶液の凝固点と沸点との間の温度で、普通は約０℃から約６０℃までの間の温度で行うことができる。工程（ｂ）は溶液がその場でゲルを生成するか、又は溶液若しくは溶液の一部を容器に移して容器内でゲルを生成させるというように行うことができる。どのような形の容器でも際限なく適している。例えば、容器は毛管（例えば、溶融シリカ、硼珪酸塩ガラス、ドープされた珪酸塩又はガラスからなる）、成形型、カラム、チップ、微細流体素子工学プラットフォーム、板、又は例えば質量分析検索を含む総合分析検索システムであってもよい。毛管の適当な大きさは約１０μｍと約１０００μｍとの間の直径、又はさらに普通には約１００μｍと約５３０μｍとの間の直径を含んでいる。
【００５１】
工程（ｃ）は約４００℃までの温度で行うことができる。好ましい方法では温度は約１００℃から約２００℃までであり、他の好ましい方法では温度は約２００℃から約４００℃までである。
【００５２】
超多孔性のゾルゲル一体物を製造する方法は、さらに工程（ｄ）、すなわちゲルを少なくとも４００℃の温度でか焼することを含んでいる。ゲルは約４００℃から約１０００℃
又はそれ以上までの温度でか焼することが好ましい。或る具体例では、乾燥とか焼の工程
は、例えばゾルゲルを２００℃で乾燥状態まで加熱し、その後温度を４００℃又はそれ以上に上昇させることによって、同時に行うことができる。その上に、乾燥とか焼の工程は
、温度を約４００℃以下から４００℃ないし約１０００℃又はそれ以上までの範囲内のより高い温度に徐々に上昇させることによって、同時に行うことができる。さらに、超多孔性のゾルゲル一体物は固凝させて多孔性ガラスの一体物にすることができ、その一体物はまたクロマトグラフによる分離又は他の目的に役立つものであり、また、例えば多孔性ガラス一体物の気孔表面に結合し又は気孔表面を被覆するような重合体、有機又は無機の相及び又は層を用いて、その気孔表面を処理して修飾することができる。
【００５３】
有機材料、例えば重合体又は気孔生成剤として用いられる界面活性剤は、乾燥の前に、洗滌又は外部溶剤を交換することによって多孔性のゾルゲルから除くことができる。しかし、洗滌は必要な工程ではなく、有機の気孔生成剤を除くためには、気孔生成剤を蒸発させ又は加熱分解させるに充分な高い温度にゾルゲルを加熱することができる。さらにゾルゲル一体物を加熱することは大きな強度を与える。ゾルゲル一体物はポリシロキサン構造にか焼するに充分な温度に加熱することが好ましい。
【００５４】
ゾルゲル一体物を作りこれを必要に応じてか焼したあとで、ゾルゲル一体物は、これを
修飾して結合された相を作ることができ、例えば望ましい化学基を結合させて特定の吸着特性を与えることができる。ゾルゲルは例えばトリメチルクロロシランのような小さなシリル化剤を用い、表面に存在する残存シラノール基と反応させて末端キャップを施すことができる。これらの修飾は以下により詳しく説明する。
【００５５】
III．ゾルゲル前駆体
ゾルゲル前駆体は、ゾルゲル反応を経てゾルゲルを生成することができる加水分解可能な配位子を持った金属及びメタロイド化合物である。適当な加水分解可能な配位子は、ヒドロキシル、アルコキシ、ハロ、アミノまたはアシルアミノである。ゾルゲル反応に加わる最も普通の金属酸化物はシリカであって、その他の金属及びメタロイドも使用でき、例えばジルコニア、バナジア、チタニア、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化タングステン、酸化チタン、酸化ハフニウム、及びアルミナ又はこれらの混合物若しくは複合物であって、反応性金属酸化物、ハロゲン化物、アミン等を含み、反応してゾルゲルを生成することの可能なものが使用できる。このゾルゲル前駆体に加えることのできる追加の金属原子は、マグネシウム、モリブデン、コバルト、ニッケル、ガリウム、ベリリウム、イットリウム、ランタン、錫、鉛、及び硼素であって、際限がない。
【００５６】
好ましい金属酸化物とアルコキシドは、シリコンアルコキシドであるが、これに限定されるものでなく、例えばテトラメチルオルソシラン（ＴＭＯＳ）、テトラエチルオルソシラン（ＴＥＯＳ）、フルオロアルコキシシラン又はクロロアルコキシシラン、ゲルマニウムアルコキシド（例えばテトラエチルオルソゲルマニウム（ＴＥＯＧ））、バナジウムアルコキシド、アルミニウムアルコキシド、ジルコニウムアルコキシド及びチタニウムアルコキシドである。同様に金属のハロゲン化物、アミン及びアシルオキシ誘導体もまたゾルゲル反応に使用することができる。
【００５７】
好ましい具体例では、ゾルゲル前駆体は、シリコン、ゲルマニウム、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、バナジウム、又はハウニウムのアルコキシド、又はこれらの混合物である。とくに好ましい具体例ではゾルゲル前駆体はシランである。さらに好ましい具体例では、ゾルゲル前駆体はＴＥＯＳ又はＴＭＯＳのようなシランである。
【００５８】
或る具体例では、ゾルゲル前駆体はさらに有機の置換基を含むことができる。有機置換基を持ったゾルゲル前駆体は際限がなく、飽和又は不飽和のヒドロカルビル置換基を持ったオルガノシランであり、例えばアルキルトリアルコキシシラン、シクロアルキルトリアルコキシシラン、ジアルキルジアルコキシシラン、トリアルキルアルコキシシラン、テトラアルコキシシラン、ビニルトリアルコキシシラン、アリルトリアルコキシシラン、アリール置換基、例えばフェニルアルキルジアルコキシシラン、ジフェニルアルコキシシラン、又はナフチルトリアルコキシシラン、又はそれらの混合物を含んでいる。有機の置換基を含んだゾルゲル前駆体は、また他のオルガノメタリック化合物を含んでおり、例えばオルガノゲルマン又は有機置換のチタン、アルミニウム、ジルコニウム、又はバナジウム酸化物等を含んでいる。適当なヒドロカルビル置換基はＣ1-100又はさらに普通はＣ1-30である。他の好ましい具体例では、シランはトリアルコキシシランとテトラアルコキシシランからなるシランの混合物である。
【００５９】
IV．気孔生成剤
気孔生成剤の使用は、超多孔性のゾルゲル一体物の製造で助けとなる。相分離された体積の存在するゾルゲル一体物の製造は、大径気孔及び／又は大きな中径気孔を持つゾルゲル一体物を提供し、そのゾルゲル一体物はゾルゲル一体物に一層大きい気孔率を与え、溶剤に対してすぐれた流量を与える。
【００６０】
１つの具体例では、気孔生成剤は親水性の重合体である。ゾルゲルを生成する溶液中の親水性重合体の量と親水性は、生成される大径気孔の気孔体積と大きさに影響を与え、約１，０００と約１，０００，０００グラム／モルの間の分子量が好ましいが、一般に特別な分子量範囲は必要とされない。気孔生成剤は、例えばポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリスチレンのスルホン酸ナトリウム、ポリアクリレート、ポリアリルアミン、ポリエチレンイミン、ポリエチレンオキサイド、ポリビニルピロリドン、ポリ（アクリル酸）から選ぶことができ、またアミノ酸の重合体、及び多糖類、例えばセルロースエーテル又はエステル、例えば酢酸セルロース等を含んでいる。重合体は約１，０００，０００グラム／モルまでの分子量を持ったＰＥＧであることが好ましい。
【００６１】
また、気孔生成剤はアミド溶剤、例えばホルムアミド又はアミド重合体、例えばポリ（アクリルアミド）又は界面活性剤、例えば非イオン性界面活性剤、イオン性界面活性剤、両性界面活性剤又はそれらの混合物であってもよい。好ましい界面活性剤は非イオン性界面活性剤のプルロニックＦ６８（またはポロキサマーとして知られている）である。
【００６２】
典型的な界面活性剤は約１０−２５の間のＨＬＢ値を持つもので、例えばポリエチレングリコール４００モノステアレート、ポリオキシエチレン−４−ソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレン−２０−ソルビタンモノオレエート、ポリオキシエチレン−２０−ソルビタンモノパルミテート、ポリオキシエチレン−２０−モノラウレート、ポリオキシエチレン−４０−ステアレート、オレイン酸ナトリウム等である。
【００６３】
非イオン性界面活性剤は、或る具体例では好ましく、例えばポリオキシルステアレート、例えばポリオキシル４０ステアレート、ポリオキシル５０ステアレート、ポリオキシル１００ステアレート、ポリオキシル１２ジステアレート、ポリオキシル３２ジステアレート、及びポリオキシル１５０ジステアレート及び他のMyrj（登録商標）系の界面活性剤又はこれらの混合物である。気孔生成剤として有用なさらに別種の界面活性剤は、エチレンオキサイド／プロピレンオキサイド／エチレンオキサイドのトリブロック共重合体であり、ポリキサマーとして知られ、一般式
ＨＯ(Ｃ2Ｈ4Ｏ)a(‐Ｃ3Ｈ6Ｏ)b(Ｃ2Ｈ4Ｏ)aＨ
で表わされ、プルロニック及びポロキサマーの商品名で市販されているものである。他の有用な界面活性剤は、砂糖のエステル界面活性剤、ソルビタン脂肪酸エステル例えばソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタントリステアレート、及び他のSpan（登録商標）系界面活性剤、グリセロール脂肪酸エステル例えばグリセロールモノステアレート、ポリオキシエチレン誘導体例えば高分子量の脂肪族アルコールのポリオキシエチレンエーテル（例えばBrij３０，３５，５８，７８及び９９）、ポリオキシエチレンステアレート（自己乳濁化）、ポリオキシエチレン４０ソルビトールラノリン誘導体、ポリオキシエチレン７５ソルビトールラノリン誘導体、ポリオキシエチレン６ソルビトールビーズワックス誘導体、ポリオキシエチレン２０ソルビトールビーズワックス誘導体、ポリオキシエチレン２０ソルビトールラノリン誘導体、ポリオキシエチレン５０ソルビトールラノリン誘導体、ポリオキシエチレン２３ラウリルエーテル、ブチル化されたヒドロキシアニソールを伴なったポリオキシエチレン２セチルエーテル、ポリオキシエチレン１０セチルエーテル、ポリオキシエチレン２０セチルエーテル、ポリオキシエチレン２ステアリルエーテル、ポリオキシエチレン１０ステアリルエーテル、ポリオキシエチレン２０ステアリルエーテル、ポリオキシエチレン２１ステアリルエーテル、ポリオキシエチレン２０オレイルエーテル、ポリオキシエチレン４０ステアレート、ポリオキシエチレン５０ステアレート、ポリオキシエチレン１００ステアレート、ソルビタンの脂肪酸エステルのポリオキシエチレン誘導体例えばポリオキシエチレン４ソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレン２０ソルビタントリステアレート、及び他のTween（登録商標）系界面活性剤、燐脂質及び燐脂質脂肪酸誘導体例えばレシチン、脂肪アミンオキサイド、脂肪酸アルカノールアミド、プロピレングリコールモノエステル及びモノグリセリド、例えば水素添加されたパームオイルモノグリセリド、水素添加された大豆油モノグリセリド、水素添加されたパームステアリンモノグリセリド、水素添加された植物油モノグリセリド、水素添加された綿実油モノグリセリド、精製パーム油モノグリセリド、一部水素添加された大豆油モノグリセリド、綿実油モノグリセリド、ひまわり油モノグリセリド、カノーラ油モノグリセリド、スクシニル化されたモノグリセリド、アセチル化されたモノグリセリド、アセチル化され水素添加された植物油モノグリセリド、アセチル化され水素添加されたココナッツ油モノグリセリド、アセチル化され水素添加された大豆油モノグリセリド、グリセロールモノステアレート、水素添加された大豆油を含んだモノグリセリド、水素添加されたパーム油を含んだモノグリセリド、スクシニル化されたモノグリセリドとモノグリセリド、モノグリセリドと菜種油、モノグリセリドと綿実油、モノグリセリドとプロピレングリコールモノエステルソジアムステアロイルラクチレイトシリコンジオキサイド、ジグリセリド、トリグリセリド、ポリオキシエチレンステロイダルエステル、エチレンオキサイドで重合されたオクチルフェノールから作られたTriton-X系の界面活性剤、この場合商品名中の数「１００」は構造中のエチレンオキサイド単位の数に間接的に関係しており（例えばTriton X-100（登録商標）は、一分子あたり平均Ｎ＝９．５エチレンオキサイド単位を持ち、平均分子量６２５である）、また市販品中には少量存在するより低い及び高いモルの付加生成物と、Triton X-100（登録商標）に類似の構造を持った化合物とを含んでおり、Igepal CA-630（登録商標）とNonidet P-40M（登録商標）（NP-40（登録商標），N-lauroylsarcosine, Sigma Chemical Co., St. Louis, Mo.）等を含んでいる。界面活性剤の分子中にある炭化水素鎖は、すべて飽和でも不飽和でも、水素添加されていてもいないものであってもよい。
【００６４】
界面活性剤のとくに好ましい一族は、ポロキサマー界面活性剤であって、エチレンオキサイド：プロピレンオキサイド：エチレンオキサイドのａ：ｂ：ａのトリブロックの共重合体である。その「ａ」と「ｂ」とは、重合体鎖中のブロックごとの単量体ユニットの平均の数を表わしている。これらの界面活性剤はMount Olive, New JerseyのBASF Corporationから色々異なった分子量と、「ａ」及び「ｂ」ブロックの異なった値を持ったものとして市販されている。例えばLutrol F127（登録商標）は、分子量が９，８４０から１４，６００のもので、「ａ」は約１０１であり「ｂ」は約５６であり、Lutrol F87は分子量が６８４０から８８３０で「ａ」は６４で「ｂ」は３７であり、Lutrol F108は、平均分子量が１２，７００から１７，４００であり、「ａ」は１４１、「ｂ」は４４であり、Lutrol F68は平均分子量が７，６８０から９，５１０であり、「ａ」が約８０の値を持ち「ｂ」が約２７の値を持っている。
【００６５】
糖エステル系界面活性剤は、糖脂肪酸モノエステル、糖脂肪酸ジエステル、トリエステル、テトラエステル又はこれらの混合物であり、モノエステルとジエステルとが最も好ましい。糖脂肪酸モノエステルは６から２４個の炭素原子を持った脂肪酸からなり、その炭素原子は直線状又は分岐状、又は飽和又は不飽和のＣ6からＣ24までの脂肪酸であることが好ましい。Ｃ6からＣ24までの脂肪酸はステアレート、ベヘネート、ココエート、アラキドネート、パルミテート、ミリステート、ラウレート、カルプレート、オレエート、ラウレート及びそれらの混合物から選ばれるのが好ましく、どのような小範囲又は組み合わせの偶数又は奇数個の炭素を含んでいる。糖脂肪酸モノエステルは、スクロース、マルトース、グルコース、フルクトース、マンノース、ガラクトース、アラビノース、キシロース、ラクトース、ソルビトール、トレハロース、又はメチルグルコースのような少なくとも１個のサッカライド単位を含んでいることが好ましい。スクロースエステルのような二糖エステルは最も好ましいものであり、スクロースココエート、スクロースモノオクタノエート、スクロースモノデカノエート、スクロースモノ‐又はジラウレート、スクロースモノミリステート、スクロースモノ‐又はジパルミテート、スクロースモノ‐又はジステアレート、スクロースモノ‐、ジ‐又はトリオレエート、スクロースモノ‐又はジリノレート、スクロースポリエステル、例えばスクロースペンタオレエート、ヘキサオレエート、ヘプタオレエート、又はオクトオレエート及び混合エステル例えばスクロースパルミテート／ステアレートを含んでいる。
【００６６】
これら糖エステルの界面活性剤のとくに好ましい例は、NJ, Croda Inc of ParsippanyからCrodesta F10, F50, F160及びF110の商品名で販売され、スクロースステアレートを含む色々なモノ‐、ジ‐、及びモノ／ジエステル混合物を示して販売され、上記特許文献１６に記載されたようなエステル化の程度を制御している方法を使用して製造されたものである。
【００６７】
また、三菱会社からリョウト糖エステルの商品名で販売されているものも使用することができ、例えば２０％モノエステルと８０％のジ‐、トリ‐及びポリエステルからなるスクロースベヘネートに対応する参照符号Ｂ３７０のものを使用することができる。またGoldschmidt社から「Tegosoft PSE」の商品名で販売されているスクロースモノ‐及びジパルミテート／ステアレートを使用することができる。また、これら種々の製品の混合物を使用することができる。また、糖エステルは糖から誘導されていない他の化合物との混合物中に存在し、好ましい例は、ICI社から「Arlatone 2121」の商品名で販売されているソルビタンステアレートとスクロースココエートとの混合物を含んでいる。他の糖エステルは、例えばグルコーストリオレエート、ガラクトースジ−、トリ−、テトラ−又はペンタオレエート、アラビノースジ−、トリ−又はテトラリノレート又はキシロースジ−、トリ−又はテトラリノレート又はこれらの混合物を含んでいる。脂肪酸の他の糖エステルは、例えばメチルグルコースのエステルを含み、Goldschmidt社からTegocare 450の商品名で販売されているメチルグルコースとポリグリセロール−３とのジステアレートを含んでいる。メチルＯ−ヘキサデカノイル−６−Ｄ−グルコシド及びＯ−ヘキサデカノイル−６−Ｄ−マルトースのようなグルコースまたはマルトースモノエステルもまた含まれている。他の或る糖エステルの界面活性剤は、脂肪酸と糖とのオキシエチレン化されたエステルを含み、Amerchol社から「Glucamate SSE20」の商品名で販売されているＰＥＧ−２０メチルグルコースセスキステアレートのようなオキシエチレン化された誘導体を含んでいる。
【００６８】
界面活性剤の特性の１つはＨＬＢ値又は親水親油バランス値である。この値は界面活性剤分子の相対的親水性と相対的疎水性とを表わしている。一般に、ＨＬＢ値が高いほど界面活性剤の親水性が大きいが、ＨＬＢ値が低いほど疎水性が大きい。Lutrol（登録商標）分子では例えばエチレンオキサイド部分が親水性部分を表わし、プロピレンオキサイド部分が疎水性部分を表わしている。Lutrol F127, F87, F108及びF68のＨＬＢ値はそれぞれ２２．０，２４．０，２７．０及び２９．０である。好ましい糖エステルの界面活性剤は約３から約１５までの範囲のＨＬＢ値を与える。
【００６９】
V．結合相
超多孔性のゾルゲル一体物の作成後に、必要ならばゾルゲルを結合相で修飾する。結合相はこの技術分野で公知の従来法を使用して作られ、又は２００４年２月１２日に出願された上記特許文献１７で実施されているように、一体物の形を修飾するために、必要ならば（例えば一体物中に反応物を流して）改造される。結合相はヒドロカルビル部分、例えばＣ1-100又はそれ以上、普通はＣ1-30（例えばＣ18又はＣ8）、アリール部分（例えばフェニル又はナフチル）、又は極性部分、例えばシアノ、ウレタン、カルバミド、アミノ、スルホンアミド、（例えばシアノプロピル、Ｃ15Ｈ31ＣＯＮＨ(ＣＨ2)3Ｓｉ(ＯＭｅ)3，ＣＨ3ＣＯＮＨ(ＣＨ2)3Ｓｉ(ＯＭｅ)3），Ｃ8Ｈ17ＯＣＯＮＨ(ＣＨ2)3Ｓｉ(ＯＥｔ)3，ＮＣ(ＣＨ2)3ＳｉＭｅ2Ｃｌ等を含み、際限がない。結合相を作るのに用いられるシランは、市販されており又は従来の合成方法で作ることができる。極性部分を持ったシランを使用して、極性部分が結合されている結合相を与えることができる。有機合成の当業者は、例えば適当なアリルエーテル、アミド、カルバミド等をジメチルエトキシシランと反応させて、所望の極性成分を持ったジメチルエトキシシランを生成させることにより、極性シランを合成することができる。例えばＯ−アルキル−Ｎ−（トリアルコキシシリルアルキル）ウレタンをNauほかの上記特許文献１８に記載されたところに従って作ることができる。さらに、極性シランはLiuほかの上記特許文献１９及びNeueほかの上記特許文献２０に記載されている。
【００７０】
特別な具体例では、シランは式
Ｒ1n‐Ｓｉ‐Ｘ4‐n
で表わされ、式中Ｒ1は、水素、Ｃ1−Ｃ100の置換され又は置換されていないヒドロカルビル、シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリール、又はヘテロアリールから独立に選ばれ、そこでの置換基はＣ1−Ｃ12ヒドロカルビル、ヒドロキシル、アルコキシ、ハロゲン、アミノ、ニトロ、スルホ、シアノ、グリシジル、カルバミド、及びカルボニルから選ばれ、式中ｎは０，１，２又は３であり、式中Ｘは脱離基である。Ｘはハロゲン、Ｃ1−Ｃ12アルコキシ、アミノ又はＣ1−Ｃ12アシルオキシであり、Ｘがハロゲンであるときは、ｎは０である。
【００７１】
結合相はまた末端キャップによって発生する相を含んでいる。末端キャップは、塩基性又はイオン化合物の望ましくない吸着を減少させ、特定の望ましい吸着特性を与えるので、或る具体例では望ましいものである。適当な末端キャップ剤は、トリメチルクロロシラン、トリメチルシリルイミダゾール（ＴＭＳＩＭ）、ビス−Ｎ，Ｏ−トリメチルシリルトリフルオロアセトアミド（ＢＳＴＦＡ）、ビス−Ｎ，Ｏ−トリメチルシリルアセトアミド（ＢＳＡ）、トリメチルシリルジメチルアミン（ＴＭＳＤＭＡ）、トリメチルクロロシラン（ＴＭＳ）、及びヘキサメチルジシラン（ＨＭＤＳ）等のような短い鎖のシランを含んでおり、際限がない。好ましい末端キャップ剤は、トリメチルクロロシラン（ＴＭＳ）、ピリジンを伴なったトリメチルクロロシラン（ＴＭＳ）、及びトリメチルシリルイミダゾール（ＴＭＳＩＭ）を含んでいる。
【００７２】
VI．超多孔性のゾルゲル一体物の特性
気孔の大きさ分布曲線は、気孔直径（Ｄ）に対する気孔体積（Ｖ）の誘導から決定され（ｄＶ／ｄｌｏｇＤ）、気孔直径（Ｄ）に対してプロットされる。モード気孔の大きさは気孔の大きさ分布曲線のｄＶ／ｄｌｏｇＤの値が最大（最大値のピークが示している）の気孔の大きさである。気孔の大きさの分布曲線は、窒素ガスの吸着の測定により、例えば数個の等式によって得られる吸着等温線から誘導される。吸着等温線の測定方法は、一般に資料を液体窒素の温度まで冷却し、窒素ガスを導入し、固定変位又は重量測定により吸着された窒素の量を決定することから成る。導入される窒素ガスの圧力は次第に増加され、平衡圧力ごとの窒素ガスの吸着量をプロットして吸着等温線を作る。この吸着等温線からCranston-Inklay法、Dollimore-Heal法、ＢＥＴ法、ＢＪＨ法などにおける方程式によって気孔の大きさ分布曲線を導くことができる。
【００７３】
ここに記載したように、全表面積と微細気孔の体積とは、Micromeritics TriStar 3000のような機器を使用して容易に決定することができる。全表面積はＢＥＴ法を使用して計算するのが好ましく、微細気孔の体積は上記非特許文献１に記載しているようにｔ−プロット法を使用して計算する。ｔ−プロット法は資料中の微細気孔の存在を検索し、その体積を決定するのに用いられる。ｔ−プロットは吸着フィルムの平均フィルム厚（ｔ）に対してプロットされた窒素吸着量（ｖ／ｇ）の曲線である（ここではＸ−軸は平均フィルム厚であり、Ｙ−軸が吸着量である）。層の厚みに対する吸着された窒素の量は、微細気孔と中径気孔とが存在しなければ直線状である。逆に、微細気孔の存在が特定の厚みにおける窒素吸着の損失によって検出され、またこれ以上得られにくい表面積の気孔直径を計算することができる。
【００７４】
第２図と第３図には、実施例２と４とで得られ、また提示されている実験データに対応するｔ−プロットが示されている。ｔ−プロットの切片はゼロを通り、微細気孔体積が事実上ゼロであることを示している。実質的に微細気孔を持たない超多孔性のゾルゲル一体物の製作は驚異的であって、この分野では重要な進歩である。
【００７５】
中径気孔の分布曲線が第４図と第５図とに示されている。これらのプロットは、それぞれ実施例１と２とで説明した操作によって作られた超多孔性のゾルゲル一体物が、気孔大きさの狭い分布を約１０２Åと１６０Åの中径気孔のモード直径に集中させていることを示している。
【００７６】
VII．超多孔性のゾルゲル一体物の利点
超多孔性のゾルゲル一体物を作る方法は、簡単で価格が効果的で時間がかからない。これに対し、先行技術の方法はゾルゲルの調製と、その後にゾルゲル中の構造を修飾し又は中径気孔分布を修飾するために、熱的又は化学的な改造処理を必要としている。これらの方法はまた一般に分離を妨害する微細気孔を無くすることができない。
【００７７】
この発明に係る超多孔性のゾルゲル一体物は、分析のための分離又は資料調製のための操作と同様に、クロマトグラフィー用のすぐれた吸着剤を提供するものである。微細気孔はこの発明方法を使用して作られたゾルゲル一体物から事実上消滅されていて、予測できまた制御できる溶剤と、溶質の判り易い体積とを持った吸着剤を提供している。
【００７８】
一体物の構造は超多孔性であって、従来のＨＰＬＣ分離で日常的に使用されて来た圧力よりかなり下まで操作圧力を下げることができる。実施例８に示したように、超多孔性のゾルゲル一体物を用いて使用した移動相の圧力は、従来のＨＰＬＣで用いられたよりも著しく低い。その代わりに、超多孔性構造は、流速を従来のＨＰＬＣで用いられた流速よりも１０倍まで上昇させている。従って、超多孔性のゾルゲル一体物構造は分離速度を増大させ、その結果より迅速な分離を可能とし、そのため研究室における分析時間と労力は云うまでもなく、分離能率を大きく前進させている。
【００７９】
ゾルゲルは毛管カラム又は他の容器中で直接生成させることができ、溶液中の母体溶解触媒の高い濃度のために、すべての応用面で毛管の前処理又はエッチングが任意となっている。ゾルゲルを入れるのにフリットは必要でなく、また時間と労力との集約的な工程であるカラムの包装も必要でない。
【００８０】
ゾルゲル一体物は、微細流体素子工学での使用と装置に適していて好都合であり、より高い感度が、同じ又はより早い溶剤流速でより少ない分析用吸着剤の体積と結び付いて有利となっているので、質量分析又はその他の分析操作において有利に使用できた。
【００８１】
VIII．用途
この発明に係る方法によって作られた超多孔性のゾルゲル一体物は、クロマトグラフのカラム又は他の装置の形でクロマトグラフ及び分析用分離の用途面で有利に使用することができ、そこではそのような装置が流れ特性の改良と、背圧の減少と、微細気孔の減少とシラノール残渣の減少とをもたらし、これによって基本検体に対するピークテイリングが除去される。例えばゾルゲル一体物は、毛管カラム又はカートリッジ系の中へ入れられる。一体の吸着剤は固くて外装との間に空所を生じるので、空所を形成せず圧力の安定した状態にあるカラム、フィルター又はカートリッジなどを提供するために一体物を外装することは興味のあることである。１つの具体例ではゾルゲル一体物は、例えば上記特許文献２１に記載されているように、カートリッジを作るのに用いることができ、上記特許文献２１が記載するカートリッジは一体の吸着剤を入れた外装カラムであって、吸着剤と接続系とを持ち、吸着剤は少なくとも一端にキャップが付設された一体の吸着剤であって、接続系は少なくとも１つの分離された支持ネジと少なくとも１つの端片とからなり、上記端片は溶離剤の供給と排出の接続のために支持ネジ上に固定されている。その代わりに、実施例８に記載するようにゾルゲル一体物は、キャップを使用しないでカートリッジ系に入れられてもよい。
【００８２】
とくに有利な具体例では、クロマトグラフの装置は、実施例８に記載されているように、ＨＰＬＣカラムのようなクロマトグラフ用のカラムである。第１Ｂ図は、内径が５３０μｍの毛管内で作られた超多孔性のゾルゲル一体物の断面の走査電子顕微鏡写真を示している。超多孔性一体物の構造が見られ、ＨＰＬＣ分離に適用することができて流れ特性が改良されているために有利である。
【００８３】
超多孔性のゾルゲル一体物は、平面形での用途のために平面形で使用することができ（例えば薄層用途）、例えば濾過装置及び濾過膜、固相抽出媒体又は微小力価プレートのような平面形状は云うまでもなく、ＴＬＣ板又は平面状分離に使用する微細流体素子工学の一成分として使用することができる。どのような形にも作ることができて際限がなく、例えばロッド状、球、中空又は充填構造（例えば中空チューブ）、平坦なシート、繊維、チップ、微小又はナノの大きさのワイヤ、又は微細流体素子工学の用途に有用な他の形にすることができる。
【００８４】
また、超多孔性のゾルゲル一体物は、これを高温か焼に付することによってこれを固化
させて多孔性ガラス一体物にすることができ、この形でクロマトグラフの分離に用いることができ、又はその気孔表面を修飾することによって他の目的に役立つものとなる。例えば、重合体、有機又は無機の相及び／又は層を多孔性ガラス一体物の気孔表面に結合及び／又は表面に被覆して特殊な吸着特性を付与することができる。
【００８５】
また、超多孔性のゾルゲル一体物は他の用途に用いることができ、例えば濾過、固相合成、バイオリアクター、触媒、樹脂、センサー装置、薬用装置、及び薬剤又は他の活性物品の配達用作業台等に使用することができる。また、その方法は、そのような使用を行うための装置の製作に応用することができる。この超多孔性のゾルゲル一体物は、有機又は生体成分は云うまでもなく無機成分を含むことができる。超多孔性のゾルゲル一体物は、超多孔性の無機／有機及び／又は生物雑種物を含む固定相として使用することができる。固定相は、その場で重合することにより、又は充填し、挿入し、被覆し、含浸し、外装し、包装し、又は他の公知の技術により導入することができ、その方法は特定装置の要求によって異なる。好ましい具体例では、超多孔性のゾルゲル一体物はそのような装置にその場で形成される。他の好ましい具体例では、超多孔性のゾルゲル一体物は型の中で作られて、目的とする使用場所へ移される。
【００８６】
或る好ましい具体例では、検体混合物を分離する方法が提供され、その方法は検体混合物を超多孔性のゾルゲル一体物に適用し、移動相を用いて検体を溶離することから成る。適当な分離は薄層クロマトグラフィー、高速液体クロマトグラフィー、逆相クロマトグラフィー、順相クロマトグラフィー、イオンクロマトグラフィー、イオン対クロマトグラフィー、逆相イオン対クロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィー、疎水性インタラクションクロマトグラフィー、サイズ排除クロマトグラフィー、キラルレコグニションクロマトグラフィー、パーフュージョンクロマトグラフィー、通電クロマトグラフィー、分配クロマトグラフィー、ミクロカラム液体クロマトグラフィー、毛管クロマトグラフィー、毛管ゾーン電気泳動（ＣＺＥ）、ナノ液体クロマトグラフィー、オープンチュービュラー液体クロマトグラフィー（ＯＴＬＣ）、毛管通電クロマトグラフィー（ＣＥＣ）、液体−固体クロマトグラフィー、分取クロマトグラフィー、親水性インタラクションクロマトグラフィー、超臨界流体クロマトグラフィー、プレシピテイション液体クロマトグラフィー、結合相クロマトグラフィー、ファスト液体クロマトグラフィー、フラッシュクロマトグラフィー、液体クロマトグラフィー・マススペクトロメトリー、ガスクロマトグラフィー、微細流体素子工学に基づく分離、チップに基づく分離、又は固相抽出分離である。
【００８７】
特定の具体例では、この発明に係る超多孔性のゾルゲル一体物は、毛管及び微細流体素子工学応用の装置を作る方法に使用することができ、その方法は普通小さな内径のカラム（＜１００ミクロン内径）と低流速の移動相（＜３００ｎＬ／分）とを用いる。毛管クロマトグラフィー、毛管ゾーン電気泳動（ＣＺＥ）、ナノ液体クロマトグラフィー、オープンチュービュラー液体クロマトグラフィー（ＯＴＬＣ）及び毛管通電クロマトグラフィー（ＣＥＣ）のような技術は、従来スケールの高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）に比べて多くの利益を提供する。その利益は、より高い分離効率、高速の分離、少容量資料の分析、及び２次元技術の結合を含んでいる。しかし、これらの用途は、ここに記載した超多孔性のゾルゲル一体物から受ける利益であって、その利益はより高い流速と、より一様で制御可能な気孔の大きさ分布の可能性を提供する。
【００８８】
微小チップに基づく分離装置は、迅速な資料分析を目的として開発されている。微小チップに基づく分離装置の例は、毛管電機泳動、毛管通電クロマトグラフィー、及び高速液体クロマトグラフ用の装置である。例えば、ゾルゲル一体物はクロマトグラフ用のチップの中に入れられるが、そのチップは例えばプレート上に溝を作り、溝内に一体の２つの分布モードの気孔構造を持ったシリカゲルを生成させることによって作ることができる。代表的なクロマトグラフ用のチップと、それを作りまた使用する方法は、Naohiroの上記特許文献２２に記載されている。これら及び他の分離装置は、従来の他の分析器具に比べると、迅速な分析が可能であり、正確さと信頼性を改善している。従来の他の分離装置に比べると、この微小チップに基づく分離装置は、時間あたりの資料処理量が大きく、資料と試薬の消費量が少なく、化学的浪費が少なくなっている。微小チップに基づく分離装置の液体流量は、大抵の用途で１分あたり約１−３００ナノリットルの範囲内である。ここに記載した超多孔性のゾルゲル一体物は、これを微細流体素子工学的設計に加えることができて、微小チップに基づく分離装置上の微小チャンネル内に一体の吸着剤を付設し、これによって同様に微小チップの使用のために流速を一層大きくしている。
【００８９】
この発明は、これを好ましい特殊な具体例に関連させて説明して来たが、以下に述べる実施例は云うまでもなく、上記の説明は具体的に説明することを目的としたものであって、発明の範囲を限定するものではない。この発明の実施は、特別のことわりがなければ、当業者の技術の範囲内にある、有機化学、重合体化学、生化学等の従来技術を使用することを含んでいる。この発明の範囲内にある他の側面と、利点と変更とは、この発明に関係する当業者には明白である。そのような技術は文献に詳しく説明されている。
【００９０】
以下の実施例では、使用されている数（例えば量、温度など）については正確を保証するように努力したが、或る程度の実験誤差と偏差は斟酌されなければならない。特別のことわりがなければ、温度は℃であり、圧力は気圧又は気圧に近い。溶剤はすべてＨＰＬＣグレードのものとして購入したものであり、反応はすべて特別のことわりがなければ日常的に大気中で実施された。特別のことわりがなければ、使用された試薬は次の販売元から入手したものである。ＰＥＧとＴＥＯＳはAlfa Aesarから入手し、界面活性剤はＢＡＳＦから、ＨＦはFisher Scientificから入手した。
省略記号
ＴＥＯＳ    テトラエトキシシラン
ＰＥＧ      ポリエチレングリコール
ＨＦ        弗化水素酸
【実施例１】
【００９１】
微細気孔のないゾルゲル一体物の製造
ゾルゲルの調製：
ポリチレングリコール（ＰＥＧ）（１．１ｇ，分子量２０，０００）を２．５ｇの弗化水素酸（ＨＦ，１．２Ｍ）と４．３ｇのメタノールの混合物に溶解した。撹拌しながらテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ，５．６ｇ）を上記溶液に入れ、一様な混合物を作った。５分後に混合物を試験管に入れ、５℃に保持した。３０分後にゾルは白いゲルになったので、ゲルをその後乾燥し、６００℃の温度で１０時間か焼した。図１Ａはそのゲル構造の
操作電子顕微鏡（ＳＥＭ）映像（３０００倍）を示している。ＳＥＭ顕微鏡写真はそのゾルゲルが超多孔性一体物構造を持っていることを確認している。
【００９２】
ゾルゲルの特徴
Micromeritics TriStar 3000（Norcross，GA）を使用してＢＥＴ表面積を決定したところ、図４に示したように、５３１ｍ2／ｇであり、中径気孔体積が１．１３ｃｃ／ｇで、中径気孔モード直径が１０２Åであった。ｔ−プロット分析は実際に微細気孔を示さなかった。水銀侵入を使用して、全気孔体積を５．４ｃｃ／ｇと決定した（水銀気孔測定機、Porous Materials Incorp., Ithaca，NY）。この測定技術は約１．３μｍの直径を持った大径気孔の存在を示している。
【００９３】
この実験は、超多孔性のゾルゲル一体物を作る方法が高い多孔性構造（全気孔率＞９０％）で、約１．３μｍの気孔直径を持つ大径気孔と、約１００Åの気孔直径を持つ中径気孔とを含むものであることを示している。中径気孔の体積は全気孔体積の約２１％であった。事実上、微細気孔は観測されなかった。
【実施例２】
【００９４】
無機のゾルゲル一体物の製造
実施例１に記載した実験装置に類似の装置中で、ＰＥＧ（１．０６ｇ，分子量１０，０００）をメタノール（４．３１ｇ）、水（１．３３ｇ）及び弗化水素酸（ＨＦ，１．１６ｇ，２．６モル）の混合溶液に溶解した。撹拌しながら、ＴＥＯＳ（５．６０ｇ）を上記混合物中に入れ、一様な溶液を作った。５分後にゾルを試験管に入れ、５℃に保持した。約３０分後にすべてのゾルが白いゲルになったので、ゲルを乾燥し、６００℃でか焼した
。水銀侵入試験を使用して、全気孔体積を測定したところ、４．６ｃｃ／ｇであった。Micromeritics TriStar 3000上で窒素吸収を実施したところ、図５に示したように、ＢＥＴ表面積が２９０ｍ2／ｇであり、中径気孔モード直径が１６２Åであり、中径気孔体積が１．５０ｃｃ／ｇ（Ｐ／Ｐ0＝０．９８）であった。図２に示したように、ｔ−プロットを使用すると、実際には微細気泡は検出されなかった。
【実施例３】
【００９５】
無機のゾルゲル一体物の製造
ＰＥＧ（０．７１ｇ，分子量２０，０００）をメタノール（２．８７ｇ）と、エタノール（１．６５ｇ）と、水（０．８８ｇ）と、弗化水素酸（ＨＦ，０．７７ｇ，２．６モル）との混合溶液に溶解した。撹拌しながら、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ，３．７４ｇ）を上記溶液に加え、一様な溶液を作った。５分後にゾルを試験管に入れ、２５℃に保持した。約４０分後に、すべてのゾルが白いゲルになったので、ゲルを乾燥し６００℃でか焼した。水銀侵入試験を使用して全気孔体積を測定したところ、５．０ｃｃ／ｇであっ
た。Micromeritics TriStar 3000を使用して窒素吸収を実施したところ、ＢＥＴ表面積が４５２ｍ2／ｇで、中径気孔モード直径が１４２Åであり、中径気孔体積が１．３４ｃｃ／ｇ（Ｐ／Ｐ0＝０．９８）であった。ｔ−プロットを使用すると、実際に微細気孔は検出されなかった。
【実施例４】
【００９６】
微細気孔のない無機のゾルゲル一体物の製造
非イオン性界面活性剤Pluronic F68（０．４４ｇ，ＢＡＳＦ）を１．１１ｇの水と、３．５９ｇのメタノールと、２．０７ｇの試薬アルコールと、０．９６ｇのＨＦ（２．６モル）との混合物に溶解した。撹拌しながら５．０ｍｌのＴＥＯＳ（４．６７ｇ）を上記溶液に加え、一様な混合物を作った。５分後にゾルを試験管に入れ、室温に保持した。３０分後にすべてのゾルが白いゲルになったので、ゲルをその後乾燥し、６００℃で１０時間か焼した。
【００９７】
Micromeritics TriStar 3000を使用して、ＢＥＴ表面積と中径気孔体積とモード直径の測定を行った。ＢＥＴ表面積は５２６ｍ2／ｇであり、中径気孔体積は１．４６ｃｃ／ｇであり、中径気孔モード直径は１３６Åであった。ｔ−プロット解析によると、図３に示したように実際には微細気孔は検出されなかった。水銀侵入試験を使用すると、全気孔体積は約６．９ｃｃ／ｇであると決定された。中径気孔体積は全気孔体積の約２１％であった。
【実施例５】
【００９８】
微細気孔のない無機のゾルゲル一体物の製造
非イオン性界面活性剤Pluronic F68（０．８８ｇ，ＢＡＳＦ）を１．１１ｇの水と、３．５９ｇのメタノールと、２．０７ｇの試薬アルコールと、０．９６ｇのＨＦ（２．６モル）との混合物に溶解した。撹拌しながら５．０ｍｌのＴＥＯＳ（４．６７ｇ）を上記溶液に加え、一様な混合物を作った。約５分後にゾルを試験管に入れ、５℃に保持した。約１時間後にすべてのゾルが白いゲルになったのでゲルを乾燥し、６００℃の温度で１０時間か焼した。
【００９９】
Micromeritics TriStar 3000を用いて、ＢＥＴ表面積、中径気孔体積及びモード直径の測定を行った。ＢＥＴ表面積は５５０ｍ2／ｇであり、中径気孔体積は１．３６ｃｃ／ｇであり、中径気孔直径は１０８Åであった。水銀侵入試験を使用して全気孔体積を約６．２ｃｃ／ｇと決定した。ｔ−プロット解析を使用すると、実際には微細気孔は検出されなかった。中径気孔の体積は全気孔体積の約２２％であった。
【実施例６】
【０１００】
微細気孔のない有機／無機混成ゾルゲル一体物の製造
実施例１に記載した実験装置に類似の装置内に、非イオン性界面活性剤Pluronic F68（０．４７ｇ，分子量８，４００）をメタノール（３．７８ｇ）と、試薬アルコール（２．１７ｇ）と、弗化水素酸（ＨＦ，２．６２ｇ，１．２モル）との混合溶液に溶解した。撹拌しながら、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ，４．６７ｇ）と、メチルトリエトキシシラン（０．２２ｇ）との混合物を上記溶液に加え、一様な溶液を作った。５分後にゾルを試験管に入れ、５℃に保持した。ゾルが３０〜４０分以内に白いゲルとなったので、ゲルを１８０℃で乾燥した。
【０１０１】
全気孔体積は５．６ｃｃ／ｇ以上であると評価され、気孔率は９０％以上であった。Micromeritics TriStar 3000を使用すると、ＢＥＴ表面積は６１４ｍ2／ｇであると測定され、中径気孔体積は１．２５ｃｃ／ｇであり、中径気孔モード直径は１０４Åであった。中径気孔体積は全気孔体積の約２２％であった。ｔ−プロットを用いると、実際には微細気孔は検出されなかった。
【０１０２】
この実験は、有機と無機のシランを組み合わせて使用すると、９０％以上の気孔率を持ったゾルゲルが結果として生じることを示している。前例のように、実際には微細気孔は観測されなかった。
【実施例７】
【０１０３】
微細気孔のない有機／無機混成ゾルゲル一体物の製造
非イオン性界面活性剤Pluronic F68（０．４７ｇ，分子量８，４００）をメタノール（３．７８ｇ）と、試薬アルコール（２．１７ｇ）と、弗化水素酸（ＨＦ，３．０６ｇ，１．２モル）との混合溶液に溶解した。撹拌しながら、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ，４．６７ｇ）と、オクチルトリエトキシシラン（０．３４ｇ）との混合物を上記の溶液に加えて、一様な溶液を作った。５分後にゾルを試験管に入れ、２５℃に保持した。１５分から２０分後に、すべてのゾルは白いゲルになったので、ゲルを１８０℃で乾燥した。
【０１０４】
全気孔体積を評価したところ、約５．２ｃｃ／ｇであって、気孔率は９０％以上であった。Micromeritics TriStar 3000を用いて、マルチポイントＢＥＴ表面積を測定したところ、６６３ｍ2／ｇであり、中径気孔体積は１．１１ｃｃ／ｇであり、中径気孔モード直径は約８５Åであった。ｔ−プロットを用いると、実際に微細気孔は検出されなかった。中径気孔体積は、全気孔体積の約２１％であった。
【０１０５】
この実験は、有機シランと無機シランとを組み合わせて使用すると、結果として９０％より大きい気孔率を持ったゾルゲルの得られることを示している。表面積は、ＴＥＯＳだけを使用して作られたゾルゲルに比べると、大きいように見える。前例のように微細気孔は実際には観測されなかった。
【実施例８】
【０１０６】
無機のゾルゲル一体物を用いて作ったクロマトグラフィーカラムと、シリカビーズを用いて作った従来のＨＰＬＣクロマトグラフィーカラムとの比較
内径０．３ｍｍで長さ１５０ｍｍのガラスで内張りされたステンレススチールチュービング（ＧＬＴ）を用いて、クロマトグラフィーカラムを作った。実施例１に記載したように溶液を作り、エッチング又は前処理なしで溶液をＧＬＴチュービング内に注入し、５℃に一夜保持した。その後カラムを乾燥し、６００℃の温度で１０時間か焼した。
【０１０７】
カラム内に溶剤を流すに必要な圧力を測定することによって、カラムの特性をテストした。カラムは約１００バーで操作して、１分あたり３０ミクロリットル以上の流量で流れた。これに対し、従来の５ミクロンシリカビーズを充填された同じ直径と長さのカラムは、同じ条件下で１分あたり約４ミクロリットルだけの流量を示した。各場合の移動相は、メタノール／水が８０：２０であった。
【０１０８】
また、直径２．０ｍｍで長さ５０ｍｍの大きさの棒を実施例１に記載されたようにして作った。収縮可能なテフロン（登録商標）のチューブを用いて上記の棒を保護し、両端にキャップなしのカラムを作った。このカラムは１００ｐｓｉより小さい背圧で２００μｌ／分の流量を示した。これに対し、同じ内径と長さとを持った従来のカラムで５ミクロンの粒子が充填されたカラムは、５００ｐｓｉ以上で２００μｌ／分の流量を示した。各場合の移動相はメタノール／水が８０：２０であった。
【０１０９】
これらの結果は、超多孔性のゾルゲル一体物が提供する流れ特性が、従来のクロマトグラフ吸着剤に比べてすぐれていることを示している。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１Ａ】超多孔性のゾルゲル一体物の走査電子顕微鏡写真を示す。
【図１Ｂ】超多孔性のゾルゲル一体物を入れた内径５３０μｍの毛管カラムの断面の走査電子顕微鏡写真を示す。
【図２】実施例２で述べた方法によって作られた超多孔性のゾルゲル一体物に対して得られたｔ−プロットを示し、実質的に微細気孔のないことを示している。
【図３】実施例４で述べた方法によって作られた超多孔性のゾルゲル一体物に対して得られたｔ−プロットを示し、実質的に微細気孔のないことを示している。
【図４】実施例１で述べた方法によって作られた超多孔性のゾルゲル一体物の中径気孔分布を示している。
【図５】実施例２で述べた方法によって作られた超多孔性のゾルゲル一体物の中径気孔分布を示している。
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【国際調査報告】
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