(57)【要約】【課題】１段階のゲル化反応によってマクロ孔とメゾ孔を同時に形成する。【解決手段】テトラメトキシシラン、トリメトキシ（メチル）シラン、ポリエチレングリコール、及び酢酸アンモニウムを含む水溶液ゾルを作成するゾル化ステップと、前記ゾルを加温してゲルにするゲル化ステップと、前記ゲルを水洗する洗浄ステップと、水洗後の前記ゲルを焼成する焼成ステップとを含む。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
テトラメトキシシラン、トリメトキシ（メチル）シラン、ポリエチレングリコール、及び酢酸アンモニウムを含む水溶液ゾルを作成するゾル化ステップと、
前記ゾルを加温してゲルにするゲル化ステップと、
前記ゲルを水洗する洗浄ステップと、
水洗後の前記ゲルを焼成する焼成ステップと、
を含むモノリス構造体製造方法。
【請求項２】
前記水溶液ゾルは酢酸水溶液ゾルである請求項１に記載のモノリス構造体製造方法。
【請求項３】
前記ゾル化ステップを−２０〜０℃で行ない、前記ゲル化ステップを２５〜４０℃で行なう請求項１又は２に記載のモノリス構造体製造方法。
【請求項４】
充填材としてモノリス構造体が充填された液体クロマトグラフィ用分離カラムの製造方法において、
モノリス構造体の製造方法として請求項１から３のいずれか一項に記載の製造方法を使用し、前記ゲル化ステップを分離カラムとなるチューブ又は流路の内部で行なうことを特徴とする分離カラム製造方法。
【請求項５】
μｍ単位の太さの骨格により連続したマクロ孔が形成され、前記骨格にｎｍ単位の直径をもつメゾ孔が形成されたモノリス構造体であって、
請求項１から３のいずれか一項に記載の製造方法により製造されたモノリス構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体クロマトグラフィの分析カラム充填材などとして使用されるモノリス構造体とその製造方法、並びにモノリス構造体を用いた分離カラムの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液体クロマトグラフィの分離カラムとしては、低分子量の物質のほか、ペプチド、タンパク質、核酸などの生体高分子など、多岐にわたる試料の分析用カラムとしてモノリス構造体を充填したものが提案されている。モノリス構造体は、μｍ単位の太さの骨格により連続したマクロ孔が形成され、骨格にはｎｍ単位の直径をもつメゾ孔が形成されたものである。モノリス構造体は連続したマクロ孔をもつことから、モノリス構造体を充填した分離カラムは、高流速での送液が可能になり、短時間での分析に適したものとなっている。
【０００３】
モノリス構造体の製造方法としては次のものが提案されている。酢酸水溶液にテトラメトキシシランとポリ（エチレンオキサイド）を添加して０℃で撹拌し混合してゾル溶液とする。このゾル溶液を溶融石英キャピラリーチューブに充填し、４０℃で１昼夜放置することによりゲル化させる。その後、ゲルを水で洗浄する。さらに、形成されたモノリス構造体の骨格に微細なメゾ孔を形成するために、アンモニア水を用いて１２０℃で３時間洗浄し、その後アルコール洗浄を経て乾燥させる。さらに、この充填材を化学修飾して液体クロマトグラフィ用分離カラムとするために、３３０℃で２４時間熱処理した後、オクタデシルジメチル−Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノシランのトルエン溶液に浸して５０℃で２時間反応させる（非特許文献参照）。
【非特許文献１】N. Ishizuka et al, "Performance of a Monolithic Silica Column in a Capillary under Pressure-Driven and Electrodriven Conditions" Anal. Chem. 2000, 72, 1275-1280
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
提案された上記の方法により形成されるモノリス構造体は、ゲル化された状態では骨格によるマクロ孔は形成されているが骨格への微小なメゾ孔は形成されていないため、メゾ孔を形成するためにさらにアンモニア水で反応させることが必要となる。このように、反応を２段階で行なわなければならず、操作が煩雑で長時間を要する問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は１段階のゲル化反応によってマクロ孔とメゾ孔を同時に形成することのできるモノリス構造体製造方法、及びその方法により製造されるモノリス構造体と、そのモノリス構造体を充填した分離カラムの製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のモノリス構造体製造方法は、テトラメトキシシラン（ＴＭＯＳ）、トリメトキシ（メチル）シラン（ＭＴＭＳ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、及び酢酸アンモニウムを含む水溶液ゾルを作成するゾル化ステップと、得られたゾルを加温してゲルにするゲル化ステップと、得られたゲルを水洗する洗浄ステップと、水洗後のゲルを焼成する焼成ステップとを含んでいる。
【０００７】
ゲル化ステップではモノリス構造体の骨格が形成されることによりマクロ孔が形成され、同時に骨格に微細なメゾ孔が形成される。
【０００８】
本発明ではゾルに酢酸アンモニウムを添加する。酢酸アンモニウムはゲル化の際の加水分解によりアンモニアと酢酸になり、モノリス構造体の骨格によりマクロ孔が形成される際に、アンモニアにより骨格にメゾ孔も形成されるものと考えられる。ゲル化の際に生成したアンモニアと酢酸は残留していても焼成ステップで分解して除去される。
【０００９】
ゾル化ステップは攪拌中に反応が進行するのを抑えるために冷却しながら行なう。その好ましい温度範囲は−２０〜０℃である。水溶液ゾルであるので、０℃よりも大きく下げると凍結してしまい、４℃よりも上げるとテトラメトキシシランとトリメトキシ（メチル）シランが反応してしまう。好ましくは０℃でゾル化反応を行なわせる。
【００１０】
ゲル化ステップはテトラメトキシシランとトリメトキシ（メチル）シランが反応して骨格を形成するとともに、酢酸アンモニウムが酢酸により加水分解してアンモニアと酢酸を生成するように、２０〜４０℃で行なう。２０℃よりも低い場合は酢酸アンモニウムが分解しなかったり、テトラメトキシシランとトリメトキシ（メチル）シランの反応速度が遅すぎて時間がかかりすぎるので好ましくない。また、４０℃よりも高くなるとテトラメトキシシランとトリメトキシ（メチル）シランの反応速度が速すぎて骨格が形成されにくくなる。
【００１１】
本発明はまた、このようにして製造されたモノリス構造体自体も含むものであり、μｍ単位の太さの骨格により連続したマクロ孔が形成され、骨格にｎｍ単位の直径をもつメソ孔が形成された構造をしている。
【００１２】
本発明は、さらに充填材としてモノリス構造体が充填された液体クロマトグラフィ用分離カラムの製造方法も含んでいる。その場合、モノリス構造体の製造方法として本発明による製造方法を使用し、ゲル化ステップを分離カラムとなるチューブ又は流路の内部で行なう。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば１段階のゲル化反応で骨格により構成されたマクロ孔と骨格に開けられた微細なメゾ孔を同時に形成することができるので、モノリス構造体の製造工程が簡略化され、短時間で製造することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、モノリス構造体を製造する一実施例を具体的に示す。
（１）シリカモノリス作成用ゾルの調製（ゾル化ステップ）
０℃に冷却した０.０１Ｍの酢酸水溶液１０ｍｌに対し、０.８８ｇのポリエチレングリコールを溶解させ、さらにテトラメトキシシラン４.１５ｍｌとトリメトキシ（メチル）シラン（０.３５ｍｌ）を加え、さらに７.５Ｍの酢酸アンモニウム水溶液５５μｌを加えて、４５分間撹拌しながら反応させる。これによりゾルが生成する。
【００１５】
（２）ゲルの作成（ゲル化ステップ）
上で調整したゾルの５０ｍｌをバイアル瓶に入れ、オーブンを用いて４０℃で２４時間保持して固化させる。これによりゲルが生成する。その後、ゲルを水洗した後、３３０℃で２４時間焼成する。
【００１６】
このようにして得られるゲルは、骨格により構成される連続したマクロ孔と、骨格に開けられたメゾ孔をもつモノリス構造体となっている。
【００１７】
得られたモノリス構造体のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）観察画像を図１に示す。（Ａ）は倍率５０００倍による画像であり、（Ｂ）は倍率を上げて５００００倍としたときの画像である。図１（Ｃ）は倍率を４００００倍としたときの画像である。画像の倍率による大小の違いは元画像の拡大状態の違いによるものである。骨格により構成されているμｍ単位の空洞状にみえるマクロポアのほかに、骨格そのものに微細な孔としてメゾ孔が形成されているのがわかる。メゾ孔の大きさは平均直径が１３ｎｍ程度である。
【００１８】
本発明により１段階のゲル化反応によりマクロ孔とともにメゾ孔も形成するためには、骨格相を形成するアルトキシシランとしてテトラメトキシシラン（ＴＭＯＳ）とトリメトキシ（メチル）シラン（ＭＴＭＳ）の両方を含んでいることが必要である。テトラメトキシシランに対するトリメトキシ（メチル）シランの体積比を種々に変化させて上の実施例と同じ条件でモノリス構造体を生成したときの結果を表１と図２に示す。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
ＭＴＭＳ／ＴＭＯＳが１／１２に相当するのが上に示した実施例のものである。ＴＭＯＳに対しＭＴＭＳを添加したものはいずれもマクロ孔とともにメゾ孔まで形成されているが、ＭＴＭＳを添加しないものではメゾ孔は形成されないことがわかる。
【００２１】
他の実施例は充填材としてモノリス構造体が充填された液体クロマトグラフィ用分離カラムを製造するものである。その実施例では、調製したゾル溶液を分離カラムとなるチューブ又は基板に形成された流路の内部に充填し、それをオーブンを用いて４０℃で２４時間保持して固化させる。そのチューブ内又は流路内に水を通すことにより内部に形成されたゲルを水洗した後、３３０℃で２４時間焼成する。これにより、分離カラムを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施例により得られたモノリス構造体のＳＥＭ画像を示す図であり、（Ａ）は倍率５０００倍による画像、（Ｂ）は倍率５００００倍による画像、（Ｃ）は倍率４００００倍による画像である。
【図２】ＭＴＭＳ／ＴＭＯＳ比を種々に異ならせて得られるモノリス構造体のＳＥＭ画像を示す図である。
【図１】
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【図２】
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