(57)【要約】      （修正有）【課題】高誘電率を有する１以上の溶媒を使用して水溶性ポリマーおよび水不溶性ポリマーの安定なポリマーエレクトロスプレーを生産する方法を提供する。【解決手段】２．０より大きい誘電率を有する１以上の溶液中においてポリマーの微細なディスパーションまたはサスペンションを含む希薄溶液を調整し、エレクトロスプレー発生器を通してポリマーエレクトロスプレーを形成して、液滴当たりのポリマー分子数を決定し、エレクトロスプレー液滴中のポリマー濃度を増加させて液滴当たりｎ個のポリマークラスターを形成する工程を含む。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）２．０より大きい誘電率を有する１以上の溶媒中においてポリマーの溶液を調製し；および
（ｂ）その液体をエレクトロスプレー発生器に通してポリマーエレクトロスプレーを形成する
工程を含むポリマーエレクトロスプレーを調製する方法。
【請求項２】
該ポリマーが溶媒中における微細なディスパーションまたはサスペンション形態である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
該ポリマーが水不溶性ポリマーである請求項１に記載の方法。
【請求項４】
該ポリマーが水溶性ポリマーである請求項１に記載の方法。
【請求項５】
該溶媒が水、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、アセトニトリル、Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ホルムアミド、ニトロメタン、ニトロエタン、ニトロベンゼン、メタノール、エタノール、プロパノール、１−ブタノール、アセトアミド、エチレングリコール、１，２−プロパンジオール、１，３−プロパンジオール、アリルアルコール、ヘキサメチルホスホルアミド（ＨＭＰＡ）、Ｎ−メチル−２−ピロリジノン（ＮＭＰ）、５−メチル−２−ピロリジノン、２−メチル−１−ブタノール、無水酢酸、アミルアルコール、ベンジルアルコール、シクロヘキサノン、グリコールニトリル、シアン化水素、シアン化水素酸、イソブチロニトリル、イソブチルアルコール、メチルエチルケトン、メチルプロピルケトン、メチルシクロヘキサノン、Ｎ−メチルピリジンおよびリン酸トリブチルからなる群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項６】
該ポリマーの分子量が１キロダルトン（ｋＤ）から５００，０００ｋＤの間である請求項１に記載の方法。
【請求項７】
（ａ）２．０より大きい誘電率を有する１以上の溶媒中においてポリマーの、微細なディスパーションまたはサスペンションを包含する、希釈溶液を調製し；
（ｂ）その液体をエレクトロスプレー発生器に通してポリマーエレクトロスプレーを形成し；
（ｃ）エレクトロスプレー液滴あたりのポリマー分子の数を決定し；および
（ｄ）エレクトロスプレー液滴中のポリマー濃度を増加させてエレクトロスプレー液滴あたりｎ個のポリマークラスターを形成する
工程を含むエレクトロスプレー中においてポリマー分子のクラスターを調製する方法。
【請求項８】
該ポリマーが溶媒中における微細なディスパーションまたはサスペンション形態である請求項７に記載の方法。
【請求項９】
該ポリマーの分子量が１キロダルトン（ｋＤ）から５００，０００ｋＤの間である請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
該溶媒が水、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、アセトニトリル、Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ホルムアミド、ニトロメタン、ニトロエタン、ニトロベンゼン、メタノール、エタノール、プロパノール、１−ブタノール、アセトアミド、エチレングリコール、１，２−プロパンジオール、１，３−プロパンジオール、アリルアルコール、ヘキサメチルホスホルアミド（ＨＭＰＡ）、Ｎ−メチル−２−ピロリジノン（ＮＭＰ）、５−メチル−２−ピロリジノン、２−メチル−１−ブタノール、無水酢酸、アミルアルコール、ベンジルアルコール、シクロヘキサノン、グリコールニトリル、シアン化水素、シアン化水素酸、イソブチロニトリル、イソブチルアルコール、メチルエチルケトン、メチルプロピルケトン、メチルシクロヘキサノン、Ｎ−メチルピリジンおよびリン酸トリブチルからなる群から選択される請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリマーのエレクトロスプレーを生成する方法に関する。より詳細には、本発明は、高誘電率を有する溶媒中のポリマーをエレクトロスプレーする方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロスプレーは、ある種の有機化合物を含有する数百ミクロン（μｍ）から１ナノメーター（ｎｍ）の広範囲にわたる寸法の液滴を製造するのに有用な技術である。エレクトロスプレー（ＥＳ）イオン化は、導電性溶液から、生体化合物を含むある種の有機化合物の気相イオンを導入し、質量分析計において気相イオンを分析する手段（ＥＳＭＳ）として利用されている。しかしながら、エレクトロスプレーイオン化の制限は、水溶性の有機化合物および生体化合物だけが唯一水性溶液からエレクトロスプレーすることができることである。
【０００３】
米国特許出願公開第２００３／０１３６６８０Ａ１号は、２ｎｍから１２０ｎｍ（リポタンパク質のイオン移動度分析により測定される）の水溶性リポタンパク質をエレクトロスプレーすることを開示する。しかしながら、ポリマーをエレクトロスプレーするいかなる方法も、開示、教示、示唆されてはいない。多くの工業的に重要なかつ商業的に入手可能なポリマーは水不溶性であり、ポリマーのエレクトロスプレーを調製する実際的かつ有効な方法を持つことは望ましいことであろう。スケーリング法則は、生成されるエレクトロスプレーされた液滴の直径がポリマーの直径と同様の規模の大きさであることを示唆してはいるが、ポリマー、特に水不溶性ポリマーを導電性溶液からエレクトロスプレーする問題は残っている。
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００３／０１３６６８０Ａ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発明者らは、高誘電率を有する溶媒からポリマーの安定なエレクトロスプレーを調製する方法を見出した。微分型イオン移動度測定器（ＤＭＡ）により測定された場合に、２ｎｍから１００ｎｍの範囲を有するポリマー粒径が得られ、ポリマーイオン移動度（Ｚ）はポリマー質量（ｍ）と相関する。更に、本発明者らは、エレクトロスプレー液滴中のポリマー濃度を変更することによって単一ポリマー分子から２以上のポリマー分子を含むポリマークラスターを発生させる方法を見出した。本発明者らは、また、高誘電率を有する溶媒を使用して水溶性ポリマーおよび水不溶性ポリマー双方をエレクトロスプレーすることによって発生した、電荷の減少したイオンの移動度を測定することによるポリマーの質量分析のための方法を見出した。エレクトロスプレー中で形成されたポリマーイオンは、それらの長さ、即ちそれらの質量に比例するレベルの電荷を運搬する。生じたポリマーイオン上の電荷数は、放射性源を使用して１（ｕｎｉｔｙ）に接近する値まで減少される。減少した荷電ポリマーイオンの移動度分布は、その後、高分解能微分型移動度測定器（ＤＭＡ）において測定される。ポリマーの移動度Ｚとその質量ｍとの間の関係Ｚ（ｍ）は、挟く分布したポリマー質量スタンダードと比較して決定される。本発明者らは、また、１からｎ個のポリマー対照スタンダード分子を含むクラスターイオンを発生させることによって、分析されるポリマーの分子量範囲が因数ｎ（Ｍｗ）によって拡張されることを見出した。後者の方法は、その分子量が数千ダルトン（２〜３ｎｍのポリマー粒径に相当する）から数億ダルトン（１５〜１００ｎｍのポリマー粒径に相当）の範囲にわたる工業的ポリマー；ＧＰＣおよびＭＳを含む慣用の方法を使用しては遂行され得ない分子量分布を有するポリマーについて先例の無い質量分析を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
従って、本発明は、
（ａ）２．０より大きい誘電率を有する１以上の溶媒においてポリマーの微細ディスパーションまたはサスペンションを含む溶液を調製し；および
（ｂ）その液体をエレクトロスプレー発生器に通してポリマーエレクトロスプレーを形成する
工程を含むポリマーエレクトロスプレーを調製する方法を提供する。
【０００７】
本発明は、また、
（ａ）２．０より大きい誘電率を有する１以上の溶媒中においてポリマーの微細なディスパーションまたはサスペンションを含む希薄溶液を調製し；
（ｂ）その液体をエレクトロスプレー発生器に通してポリマーエレクトロスプレーを形成し；
（ｃ）エレクトロスプレー液滴あたりのポリマー分子の数を決定し；および
（ｄ）エレクトロスプレー液滴中のポリマー濃度を増加させてエレクトロスプレー液滴あたりｎ個のポリマークラスターを形成する工程を含むエレクトロスプレーにおいてポリマー分子のクラスターを調製する方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
一態様に従い、イオン移動度は、挟く限定された分子質量の対照ポリマーについて発生させる一連の１からｎ個のクラスターイオンに対して測定される。更に他の態様において、イオン移動度は、異なる分子質量を有する２以上の対照ポリマーについて発生させる一連の１からｎ個のクラスターイオンに対して測定される。
【０００９】
本明細書において、ダルトンは、１２の原子質量を有する炭素（１２Ｃ）の最も豊富な同位元素の１／１２に等しい原子質量単位である；すなわち１ダルトン＝１原子質量単位（ａｍｕ）である。本発明に従い分析されるポリマーには、１キロダルトン（ｋＤ）から５００，０００ｋＤの間の重量平均分子量を有する水溶性および水不溶性ポリマー双方が含まれる。本明細書において、用語「水溶性」は、ポリマーに適用される場合、ポリマーが水１００グラムあたり少なくとも１グラム、好ましくは水１００グラムあたり少なくとも１０グラム、およびより好ましくは水１００グラムあたり少なくとも約５０グラムの溶解度を有することを意味する。用語「水不溶性」は、ポリマーに適用される場合、水１００グラムあたり１グラム未満の低いまたは非常に低い水溶解度を有するポリマーを意味する。
【００１０】
本明細書において、用語「クラスターイオン」は、１（ユニマー）からｎ（例えば、ｎ＝６はヘキサマーを意味する）分子の基本対照ポリマー質量スタンダードを含む、基本対照ポリマー質量スタンダードから発生する一連の内部依存性の質量を意味する。クラスターイオンの数は、液滴中のポリマー濃度に伴い変化する。クラスターイオンを発生させる利点は、それが質量範囲を因数ｎ（ｍ）によって拡張することである。例えば、５０ｋＤポリエチレングリコール（ＰＥＧ）ユニマーは、１２ｋＤ  ＰＥＧ  テトラマー（または４×１２ｋＤ＝４８ｋＤ）と等価の測定された移動度、質量および密度を有する。
【００１１】
本発明の方法に従い、水溶性ポリマーおよび水不溶性ポリマーのエレクトロスプレーは、エレクトロスプレー器（米国特許第５，８７３，５２３号）およびエレクトロスプレー液滴発生器（米国特許出願公開第２００３／０１３６６８０Ａ１号）として参照されるエレクトロスプレー源（ＥＳ）を使用して生成される。本発明において使用されるエレクトロスプレー器は、Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｃｈｅｍ．、第６８巻、１８９５〜１９０４頁（１９９６年）におけるＫａｕｆｍａｎ等により記載された機器に設計的に類似のものである。同様のエレクトロスプレー液滴発生器は、ＴＳＩモデル３４８０エレクトロスプレーエアロゾル発生器（ＴＳＩ  Ｉｎｃ．、米国、ミネソタ州、セントポール）として商業的に入手可能である。代替的なエレクトロスプレー器は、米国特許第５，８７３，５２３号に記載されている。
【００１２】
ＥＳは、水溶性ポリマーおよび水不溶性ポリマーを含む導電性溶液から均一な、ナノメートルサイズのエレクトロスプレー（また、液滴およびエアロゾルとも称される）を、被分析物（ａｎａｌｙｔｅ）として生成する。用語「エレクトロスプレー」は、よく限定された粒度分布を有する液滴（およびエアロゾル）を意味し、これはキャピラリーから特定の距離（センチメートル（ｃｍ）からミリメートル（ｍｍ））に離れて位置する参照電極と比較して数キロボルト（ｋＶ）の電位を維持しながら、キャピラリーを通して、充分な導電性を有する液体を供給することにより発生する。用語エアロゾルは、液滴形態で空気中に懸濁された被分析物のディスパーションおよびサスペンションを含むナノメーターサイズ（ｎｍ）の溶液を意味する。本発明のエレクトロスプレーは、溶解したポリマーを含有する、よく限定された粒度分布を有する溶媒液滴として大きな印加電位の下でＥＳから生成される。用語被分析物は、溶液を生じる溶媒中に溶解した固体（ポリマー）を意味する。用語溶解ポリマーおよびポリマー溶液は、本明細書中、ポリマーのサスペンションおよびディスパーション、典型的にはポリマーの微細なサスペンションおよびディスパーションを包含するものとして理解される。
【００１３】
本発明のＥＳは、液体を噴出するための出口を有するキャピラリーを含み、前記液体は高電圧電力供給によって高電位に荷電される。キャピラリーの典型的な例は、シリカキャピラリーである。代替的なキャピラリーは、導電性材料から製造される。参照電極はキャピラリーから特定の離れた距離（ｃｍ）に位置する。気体源が使用され、キャピラリー出口の領域において、気体領域を直ちに確立する。典型的な気体源としては、例えば、空気および二酸化炭素が挙げられる。キャピラリー出口およびＥＳ中の電極との間の電位差は、双方とも高度に均一な粒径の液滴を含有するエレクトロスプレーを確立するのに充分なものである。
【００１４】
ポリマー被分析物を含む液滴は、層流ガスフローによって運搬され、そこで急速に脱溶媒和し、乾燥し、中性および荷電されたポリマー粒子が形成され、これはイオン化源（例えば、アルファ放射線源）に曝露される。イオン化源は、液滴が蒸発するにつれて単一体に接近する値まで粒子の電荷を減少させる。アルファ線放射源（例えば、典型的には５ミリキュリーの２１０Ｐｏ）への曝露レベルは、金属箔でその活性領域を覆うことで制御される。それは、ポリマー被分析物が複数電荷種に関連したピークを表すことを止めるよう調節される。液滴には、乾燥ポリマー粒子が電荷減少する前に蒸発するのに充分な時間が与えられる。
【００１５】
ポリマー粒子は、初期にエレクトロスプレーされた液滴が運搬したのと同一の電荷量を運搬する。アルファ−放射源電荷減少プロセスは、荷電されたポリマー粒子の、信頼性ある、良く特徴付けられた流れを生み出す。本明細書において、良く特徴付けられたとは、単一的に荷電されたポリマー粒子の画分が粒径に依存するが、粒径と単一電荷を運搬するポリマー粒子の画分との間の関係が充分確立されていることを意味する。代替法が使用され、荷電されたポリマー粒子の流入する流れが単一を超えない電荷を有する粒子で流出し、これは第二次電子を生じさせる交流コロナを含み、アルファ放射線源と同一の電荷状態減少を有することを確実にする。
【００１６】
本方法の一態様によれば、エレクトロスプレーは、かなり低いポリマー被分析物濃度を使用する必要なしに、被分析物として一つだけのポリマー分子を含むような粒度分布を有して発生する。水溶性ポリマー（例えば、ＰＥＧ）の場合においては、水が溶媒として使用され、これは同時に少量の１以上の電解質（例えば、１０ｍＭの酢酸アンモニウム）を含む。水不溶性ポリマー（例えば、ポリスチレン、ＰＳ）の場合においては、高誘電率を有する溶媒（例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリジノン、ＮＭＰ）が使用され、これは少量の１以上の電解質（例えば、１０ｍＭのトリフルオロ酢酸、ＴＦＡ）を含む。与えられた液滴径およびポリマー分子量について、液滴あたり一ポリマー鎖を提供する対応ポリマー濃度が計算される。例えば、５０ｎｍの初期液滴径を有する１００ｋＤのＰＥＧは、２５３８ｐｐｍの濃度において単一ＰＥＧ鎖を提供する。１００ｎｍ、５００ｎｍ、２μｍおよび１０μｍの初期液滴径を有する同一ポリマーは、それぞれ３１７ｐｐｍ、２．５ｐｐｍ、０．０４ｐｐｍおよび０．０００３ｐｐｍの濃度において単一ＰＥＧ鎖を提供する。従ってシグナルを最大化するためには、液滴径は最小にされ、エレクトロスプレー化は挟い粒度分布を有する液滴を発生する。液滴中のポリマー濃度を増加することによって、複数ポリマー分子（鎖）を提供し、クラスターイオンと称される、同一乾燥ポリマー粒子における分子のクラスターを提供する。クラスターイオンの数、ｎ、が使用されて、より高い分子量ｍの単一分子（鎖）ポリマーについての合理的概算がなされ、それにより因数ｎ（ｍ）によって分子量範囲が拡張される。例えば、１２０ｋＤのＰＥＧのヘキサマーは、単一鎖（分子）７２０ｋＤのＰＥＧ（６×１２０ｋＤ＝７２０ｋＤ）と等価である。
【００１７】
ＥＳ機器は、電荷減少ポリマー粒子を微分型移動度測定器（ＤＭＡ）に移送し、そこでは荷電ポリマー粒子の粒径が測定される。イオン電気移動度は、イオンの物理的特性であり、それが電場に付されるとイオンが獲得する速度に相関する。電気移動度Ｚは、数学的関係Ｚ＝Ｖ／Ｅから定義され、ここでＶは終端速度およびＥは電場である。粒子直径は、次の項を代入することによりＺ＝ｎｅＣｃ／３πηｄの関係より決定される、式中ｎは粒子についての電荷の数（ｎ＝１）であり、ｅ＝１．６×１０−１９クーロン／電荷、Ｃｃは粒子サイズ依存性滑り修正係数、ηは気体粘度およびｄは粒子直径である。粒子直径は、既知のパラメーターの関数として粒子直径についての直接の関係を提供する関係式：ｄ＝［ｎｅＣｃ／３πη］［Ｅ／Ｖ］の関係式から導かれる。Ｅを変えることにより、荷電ポリマー粒子の異なる粒子直径が得られる。本発明は高分解能ＤＭＡを使用してポリマーイオン電気移動度を測定し、測定されたポリマーイオン移動度をポリマー質量に関係付ける正確な検量方法を開発する方法を提供する。
【００１８】
ＤＭＡは、流れ場と電場を組み合わせて、時間よりもむしろ空間においてイオンを分離する。本発明において使用されるＤＭＡは、Ｔ．Ｅｉｃｈｌｅｒにより、Ｆａｃｈｈｏｃｈｓｃｈｕｌｅ  Ｏｆｆｅｎｂｕｒｇ、ドイツ（１９９７年５月）に提示された「イオンおよびナノ粒子についての微分型移動度測定器：高レイノルズ数における層流」と題された論文において記載され、その改良である大型層流化入り口を有する小型ウイーン型ＤＭＡが、Ｈｅｒｒｍａｎｎ等によりミシシッピー州セントルイスにおけるＡＡＡＲの年次総会、２０００年、１０月６〜１０日において記載された。実際には、典型的なＤＭＡは、２ｎｍより小さな粒子の粒度分布を測定することはできない。しかしながら、それらはＭｗ＞１０ｋＤを有するポリマーを測定するために本発明において簡便に使用される。高分解能ＤＭＡは、１ｎｍ未満の粒子の粒度分布を測定できるよう設計および構築された。米国特許出願第２００３／０１１６７０８Ａ１号に記載されたような高分解能ＤＭＡについては、層流を維持しながら分析部分および円筒状電極（０．５センチメーター）間における分離における平均速度から計算すると、層流は、異例に高く、かつ１０，０００から３０，０００以上のレイノルズ数に相当する。用語「レイノルズ数」は、流体の密度、流体の速度および特徴的長さの積を、流体の粘性率で割った値に等しい無次元の数である。高Ｒｅ数が小さなＭｗを有する有機分子についてのイオン移動度を測定するのに要求されるのに対し、それらは１ｋＤより大きいＭｗを有するポリマーについてのイオン移動度を正確に測定するには必要とされない。本発明の一利点は、層流を維持しながら２０００未満（Ｒｅ＜２０００）のレイノルズ数においてＤＭＡを作動させる必要のあるポリマー質量を正確に決定するための方法である。
【００１９】
電荷減少ポリマーイオンが、ＤＭＡによって注入され、ＤＭＡはそれらの直径および移動度に従い荷電ポリマーイオンを分離する。移動度で選択されたポリマー粒子を感知する検知器は、約１秒の応答時間および約１０−１６アンペアのノイズレベルを有するＬａｚｃａｎｏ  Ｉｎｃ．から商業的に供給される電位計である。最大ピーク高さにおける全幅（ＦＷＨＭ）が２．７％となるより優れた移動度分解能を有するＤＭＡが典型的である。分解能は、ＤＭＡを改変することによりＦＷＨＭ１．８％まで改良することができる。
【００２０】
ポリマーの測定された移動度分布は、下記の仕様でそれぞれのポリマー質量に相関させる。ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）を含むポリマーのエレクトロスプレーは、それらが単一または複数のポリマー鎖から構成されているか否かにかかわらず、ガラスまたは結晶状態に相当する嵩密度を有する球状ポリマー粒子を生成する。ポリマー粒子は、球状であり、気体平均自由行程よりずっと小さいので、移動度Ｚおよび質量ｍはお互い相関させることができる。何故ならｍおよびＺ双方は、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｅｒｏｓｏｌ  Ｓｃｉｅｎｃｅ、第２６巻、４５９〜４７５頁（１９９５年）においてＨ．ＴａｍｍｅｔによりおよびＴｒｅｎｄｓ  ｉｎ  Ａｎａｌｉｔｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  第１７巻、３２８〜３３９頁（１９９８年）においてｄｅ  ｌａ  Ｍｏｒａ等の理論に従い粒子直径ｄと関連するからである。：
【００２１】
【数１】
2005172816.tif 000002
【００２２】
式中、ρは球状粒子の密度であり、ｑはその電荷であり、ｐは圧力であり、Ｔは温度であり、ｍｇは懸濁化気体の分子質量であり、ｋはボルツマン定数であり、ｄｇは気体粒子衝突の有効直径であり、およびαは相当する適応係数である。
【００２３】
用語αは弾性衝突については０および完全非弾性衝突については１を意味する。空気中の小粒子の様々な測定は、α＝０．９１である場合の式（２）に一致し、これはＳ．Ｆｒｉｅｄｌａｎｄｅｒによって塵埃、煙およびヘーズについて、Ｊ  Ｗｉｌｅｙ  ａｎｄ  Ｓｏｎｓ、第２版、２０００年中で報告されており、ｄｇが０．５３であるとも報告されている。式（１）および（２）から、ｍ１／３およびＺ−１／２の量は双方ともｄに関して直線であり、それぞれがそれぞれに対してプロットされたとき直線の関係を生じることがわかる：
【００２４】
【数２】
2005172816.tif 000003
【００２５】
式中、定数ＡおよびＢはキャリブレーションすることによって得られ、上記により与えられた情報から概算される。より大きなポリマー粒子（ｄ＞１０ｎｍ）についての一般的な手順としては、関係Ｚ（ｄ）を逆数にして、移動度直径ｄ（Ｚ）に関して、測定された移動度を表す。これはｄ（Ｚ）対ｍ１／３のプロットが、対象である工業的ポリマーについての質量の全範囲内で直線となるよう、メガダルトン範囲を含むよう代数的になされる。
【００２６】
移動度Ｚおよび移動度の逆数１／Ｚは、下記のＭｉｌｌｉｋａｎ関係式から決定することができる。式中Ｋｎｕｄｓｅｎ数Ｋｎはキャリヤーガスの平均自由行程の２倍と粒子直径ｄとの間の比率である：
【００２７】
【数３】
2005172816.tif 000004
【００２８】
式中、μは気体の速度係数でありおよびρｇは気体密度である。これはＺの関数としてｄを生じ、これによりＺ−１／２の代わりにｄを使用することが可能となり、（５）に示されるように、ｄおよびｍ１／３との間に直線関係を生じさせる。
【００２９】
【数４】
2005172816.tif 000005
【００３０】
従って、本発明は、
（ａ）ポリマーおよび１以上の対照ポリマーをエレクトロスプレーし；
（ｂ）高分解能微分型移動度測定器を使用してポリマーおよび１以上の対照ポリマーについてのイオン移動度の分布を測定し；および
（ｃ）相当する測定されたポリマーイオン移動度からポリマー質量を計算することにより１以上の対照ポリマーと比較してそのポリマーの分子量を得る
工程を含むポリマーの分子量分布を決定する方法を提供する。
【００３１】
水溶性ポリマーおよび水不溶性ポリマーについて高分解能質量（分子量）分布決定のための電荷減少エレクトロスプレー移動度分析の有効性が、本発明の方法を使用して実証された。水溶性ポリマーの代表例は、ＰＥＧである。一例において、与えられた液滴中に唯一のＰＥＧ分子（鎖）を含有する希釈ポリマー濃度および与えられた液滴中にＰＥＧ分子のクラスターが存在する増加したポリマー濃度におけるエレクトロスプレーから、１２．６ｋＤのＰＥＧ試料についてのイオン移動度スペクトルが測定された。低ポリマー濃度において、単一鎖ＰＥＧ分子（ユニマー、ｎ＝１）に相当する移動度ピークが観察された。クラスターイオンでは段階的な外観が見られ、ユニマーからデカマー（ｎ＝１０）の移動度ピークが、ポリマー濃度が１×１０−６から１×１０−６Ｍまで増加する間に観察された。この例から、プローブされるポリマー質量の範囲は、単一ポリマー試料およびクラスター形成を使用して、因数１０によって単一の１２６ｋＤのＰＥＧ鎖に等しい値まで拡張される。更に、１２０ｋＤのＰＥＧ試料のエレクトロスプレー移動度分析は、本発明の方法を使用してユニマーからヘキサマーに相当する移動度ピークから７２０ｋＤにまで拡張することができる。本方法においてなされる仮定の一つは、（特にクラスターの場合において）乾燥ポリマー粒子は球状であり、それらの密度は直径、即ち、分子量とは無関係であるとすることである。その仮定の正当性は、ポリマーイオン移動度の逆数の平方根対ポリマー質量（分子量）の立方根との間で直線関係が得られたというＰＥＧポリマーの二組の実験結果を使用して実証された。本方法の一つの利点は、上記した様に一連の質量は内部的に依存しており、一貫性がありおよび直線であることである。移動度対ＭＷの関係を使用して、１．００１の多分散性はＦＷＨＭ５％のイオン移動度ピークを与えることが算出される。従って、慣用のＤＭＡの分解能は、合成、半合成および自然発生ポリマーを含む多分散性ポリマーの分子量分布を測定する場合は観察し得るピークの拡張に少ししか乃至全く寄与しない。二つの例は、ポリマーについてのエレクトロスプレー移動度分析クラスターデータが、２桁の規模範囲にわたるポリマーの高分解分子量分布をもって正確に決定する能力を提供し、分解能はＧＰＣよりかなり優れ、典型的にＭＡＬＤＩ−ＭＳスペクトルに見られる範囲を超える範囲を有していることを示している。
【００３２】
水不溶性ポリマーのエレクトロスプレー移動度分析は、本発明の方法を使用して同様の仕様で遂行される。代表的な水不溶性ポリマーは、ポリスチレン（ＰＳ）である。一例において、与えられた液滴中に唯一のＰＳ分子（鎖）を含有する希釈ポリマー濃度および与えられた液滴中にＰＳ分子のクラスターが存在する増加したポリマー濃度におけるエレクトロスプレーから、１７０ｋＤのＰＳ試料についてのイオン移動度スペクトルが測定された。ユニマー（ｎ＝１）のイオン移動度ピークは、２×１０−６Ｍにおいて観察された。クラスターイオンでは段階的な外観が見られ、ユニマーからトリマー（ｎ＝３）までの移動度ピークが、ポリマー濃度が１．７×１０−５Ｍまで増加する間に観察され、分子量範囲は５１０ｋＤまで拡張される。
【００３３】
分子量が未知の任意のポリマーが、１以上の対照ポリマーを使用してエレクトロスプレー移動度測定器により決定される。対照ポリマーは、ＧＰＣまたはＭＳ等の任意の慣用技術を使用して、その分子が正確に決定されているポリマーである。ＰＥＧスタンダードは、本発明の方法を使用する水溶性ポリマーについての対照ポリマーとして有用である。ＰＳスタンダードは、本発明の方法を使用する水不溶性ポリマーについての対照ポリマーとして有用である。任意の好適な水溶性ポリマーまたは水不溶性ポリマーは、その分子量が正確に決定されていることを条件として、対照として採用することができる。エレクトロスプレー移動度分析におけるクラスターの一つの利点は、クラスターイオンは、また、一連の内部対照を提供することである。分子量が未知のポリマーについての移動度分布は、１以上の対照ポリマーのイオン移動度分布と比較して本発明の方法を使用して決定される。
【００３４】
本発明は、
（ａ）異なる分子質量を有する１以上の対照ポリマーを得て；
（ｂ）微分型移動度測定器を使用して各対照ポリマーについてのイオン移動度を測定し；
（ｃ）測定された移動度分布から対照ポリマーイオンの粒子直径を算出し；および
（ｄ）ポリマー粒子直径ｄ（Ｚ）またはポリマー粒子移動度（Ｚ−１／２）対定義された質量範囲にわたるポリマー質量、（ｍ）１／３のプロットを得る
工程を含む、ポリマー質量に対してポリマーの移動度分布対を目盛り付けする方法を提供する。
【００３５】
本発明は、また、
（ａ）挟い分子量分布を有する対照ポリマーを得て；
（ｂ）一連のｎ個のクラスターイオンを対照ポリマーから発生させ、さらに微分型移動度測定器を使用して各クラスターイオンについてのイオン移動度を測定し；
（ｃ）測定された移動度分布から対照ポリマーおよび対応するクラスターイオンの粒子直径を算出し；および
（ｄ）ポリマー粒子直径ｄ（Ｚ）またはポリマー粒子移動度（Ｚ−１／２）対拡張された質量範囲にわたるポリマー質量、（ｍ）１／３のプロットを得る
工程を含む、その対応するポリマー質量および拡張するポリマー質量範囲を有するポリマーのイオン移動度を目盛り付けする方法を提供する。この方法の一利点は、その一連の対照質量は上記したように内部的に依存し、一貫性がありおよび直線的であることである。
【００３６】
上記したように、水溶性ポリマーおよび水不溶性ポリマー双方の質量分析は、本発明の方法を使用して遂行される。水溶性ポリマーは、必要とされる液滴を生成するために水と好適な塩を含むバッファー溶液からエレクトロスプレーされる。好適な水溶性ポリマーの例としては、これらに限定されないが、例えば、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリプロピレングリコール（ＰＰＧ）等のポリアルキレンオキシド、ポリアクリル酸およびその塩、ポリメタクリル酸およびその塩、ポリイタコン酸およびその塩、ポリクロトン酸およびその塩、ポリマレイン酸およびその塩、スチレンスルホン酸およびその塩、スチレンスルホン酸の誘導体およびその塩、ポリアミンおよびそのアンモニウム塩、ポリアミノアクリレートおよびそのアンモニウム塩が挙げられる。他の好適な水溶性ポリマーとしては全ての高分子電解質が挙げられるが、例えばポリ（メタ）アクリル酸コポリマーおよびその塩、無水マレイン酸コポリマー、多糖類およびその塩、多糖類誘導体およびその塩、ポリエチレンイミンおよびその塩、ポリアミドアミンおよびその塩、イオネン（ｉｏｎｅｎｅｓ）およびその塩、カチオン性アクリル酸エステルのホモ−およびコポリマー、ゼラチンおよび核酸が挙げられる。全ての水溶性ポリマーの分子量分布を、本発明の方法を使用して決定することができると考えられる。
【００３７】
水不溶性ポリマーの質量分析は、高誘電率を有する溶媒中のポリマーのエレクトロスプレーから決定される。用語「誘電率」は、溶媒を含む液体媒体の極性を意味し、式Ｆ＝ＱＱ’／εｒ２におけるεにより定義され、式中Ｆは媒体において距離ｒで分離される二つの電荷ＱおよびＱ’間の引力である。ポリマーを溶解し／分散させる高誘電性溶媒機能は、必要な導電性を有し、かつ不純物を含まず、本発明の方法を使用する質量分析のため汚染されていないポリマーイオンを生じさせる。水不溶性ポリマーがイオン化のために十分高い誘電率を有する１以上の好適な溶媒中に溶解され、懸濁されまたは分散することができる限り、全ての水不溶性ポリマーの分子量分布を本発明の方法を使用して決定することができると考えられる。
【００３８】
高誘電率を有する溶媒の好適な例としては、これらに限定されないが、誘電率ε＞２．０を有する溶媒が挙げられる。好適な例としては、例えば、水、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、アセトニトリル、Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ホルムアミド、ニトロメタン、ニトロエタン、ニトロベンゼン、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、１−ブタノール、アセトアミド、エチレングリコール、１，２−プロパンジオール、１，３−プロパンジオール、アリルアルコール、ヘキサメチルホスホルアミド（ＨＭＰＡ）、Ｎ−メチル−２−ピロリジノン（ＮＭＰ）、５−メチル−２−ピロリジノン、２−メチル−１−ブタノール、無水酢酸、アミルアルコール、ベンジルアルコール、シクロヘキサノン、グリコールニトリル、シアン化水素（低温において超臨界または濃縮相である）、二酸化硫黄（低温において超臨界または濃縮相である）、シアン化水素酸、イソブチロニトリル、イソブチルアルコール、メチルエチルケトン、メチルプロピルケトン、メチルシクロヘキサノン、Ｎ−メチルピリジンおよびリン酸トリブチルが挙げられる。
【００３９】
広範囲な水不溶性の工業用ポリマーの質量（分子量）分析は、本発明の方法を使用して決定される。好適なポリマーとしては、これらに限定されないが、例えば、ポリスチレン、ポリスチレンコポリマー、ポリビニルアセテート、ポリビニルピリジン、ポリビニルアミン、ポリビニルアミド、ポリビニルエーテルのようなビニルポリマー、ポリエステルおよびポリウレタンのような縮合ポリマー、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ（メタ）アクリレート、ポリ（メタ）アクリレートコポリマー、ポリアルキル（メタ）アクリレート、ポリアルキル（メタ）アクリレートコポリマー、ポリヒドロキシアルキル（メタ）アクリレート、ポリアクリロニトリル、ポリアクリロニトリルコポリマー、ポリアクリルアミド、ポリ（メタ）アクリルアミドおよびポリ（メタ）アクリルアミドコポリマー等の多エチレン性不飽和ポリマー、ポリウレタンおよびポリエステル等が挙げられる。他の好適な水不溶性ポリマーには、あげられたポリマーの架橋ポリマーがある。
【００４０】
本発明に有用な水不溶性アクリルポリマーは、溶液、サスペンションおよびエマルション重合を含む慣用の重合技術により調製される。例えば、ラテックスポリマー粒子のディスパーションは、米国特許第４，４２７，８３６号；第４，４６９，８２５号；第４，５９４，３６３号；第４，６７７，００３号；第４，９２０，１６０号；および第４，９７０，２４１号に開示されたものを含むプロセスに従って調製される。ラテックスポリマー粒子は、また、例えばヨーロッパ特許出願公開ＥＰ０２６７７２６号；ＥＰ０３３１４２１号；ＥＰ０９１５１０８号および米国特許第４，９１０，２２９号；第５，１５７，０８４号；第５，６６３，２１３号および第６，３８４，１０４号に開示された重合技術によっても調製することができる。
【００４１】
本明細書において、用語「（メタ）アクリル」は、対応するアクリルまたはメタクリル酸および誘導体のいずれかを意味し；同様に用語「アルキル（メタ）アクリレート」は、相当するアクリレートまたはメタクリレートエステルのいずれかを意味する。
【００４２】
移動度測定によるポリマーの質量分析は、幾つかの重要な利点を提供する。ＧＰＣを使用しては決定され得ないまたは慣用のＭＳ機器を使用しては直接決定され得ないポリマーの質量（分子量）分析を可能にする。当該質量分析は、迅速規模で遂行される。ポリマーイオンの移動度は、第一原理からポリマー粒径および形状まで相関させることができる。
【００４３】
本発明に従い分析されるポリマーは、１キロダルトン（ｋＤ）から５００，０００ｋＤの間の重量平均分子量を有する水溶性および水不溶性ポリマー双方を含む。
【００４４】
本方法は、また、多種類の工業的ポリマーの分子量決定に一般的に適用可能である。本発明の一態様に従い、移動度対質量の関係が分析される各ポリマーについて決定される。別個の態様に従い、移動度対質量の関係が、使用される一つのポリマーについて得られる関係を他のポリマーに変換することにより決定される。実験データは、単一鎖粒子の密度はバルクポリマーの密度と同等の値であることを示しており、ここで嵩密度は測定されるか概算される。
【００４５】
本発明の幾つかの態様は、次の実施例により詳細に記載される。
【実施例】
【００４６】
実施例１    水溶性ポリマーの質量分析
１０ミリモラー（ｍＭ）酢酸アンモニウムバッファー中のポリエチレングリコール（ＰＥＧ）の水溶液がエレクトロスプレーされた。バッファーは、１０ｍＭ酢酸アンモニウムを有する５０／５０（ｖ／ｖ）水メタノール溶液を含んでいた。二酸化炭素は、エレクトロスプレー用の気体として使用された。商業的に入手可能なＰＥＧ試料が、入手された（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ、米国、マサチューセッツ州、アムハースト０１００３）。分子量は、製造者にとってＧＰＣおよび光散乱測定を使用して独立に決定され、表１に掲げられている。
【００４７】
【表１】
2005172816.tif 000006
【００４８】
形成されるポリマーイオンの移動度分布は、高分解能ＤＭＡを使用して空気中で測定され、相当するマトリックス支援レーザー脱着イオン化（ＭＡＬＤＩ）質量分析法（ＭＳ）データと比較された。移動度スペクトルは、各ＰＥＧ試料について得られた。結果は、本発明の方法を使用してもたらされる任意のピークの広域化は最も狭い入手可能ＰＥＧ試料についての計算されたＭＷＤと大きく変わらないことを確認した。ポリマーイオンの移動度とその質量との間の関係は、狭いＭＷＤを有するＰＥＧ質量スタンダードと比較して決定される。ＰＥＧ試料は、液滴あたり１を越えないポリマー鎖を生じさせるに充分な低濃度（表１）においてエレクトロスプレーされた。ＰＥＧスタンダードから入手することができる情報を最大化するために、より濃縮された溶液が、さらにエレクトロスプレーされ、ＤＭＡにより分析された。１ＰＥＧ分子から６分子（ヘキサマー）までを含むクラスターイオンの漸次的な出現が１＊１０−６から１＊１０−４モル／リットル（Ｍ）まで濃度を増加するにつれて観察された。クラスター化プロセスは、因数ｎ（ｍ）により入手可能な質量スタンダードの有効数を拡張するという利点を有する。
【００４９】
ポリマーイオン移動度およびポリマー質量との間の信頼性ある関係は、商業的に入手可能なＰＥＧスタンダードを使用して得られた。その結果により、ＰＥＧ粒子はそれらが単一または複数のポリマー鎖から構成されるか否かとは無関係に、ガラスまたは結晶状態に相当する嵩密度を伴って球状をしていることが確認された。形成される粒子についての一定の形状および密度は、測定された移動度から質量を正確に決定するのに有用である、何故ならＺは断面積の関数であり、それは形状および容積に依存し、延いては密度に依存するからである。
【００５０】
ＰＥＧの嵩密度についての報告された値は、２９８ＫにおいてＭｗ＝３，４００ｇ／モルで１．２０４ｇ／ｃｍ３であり、およびＭｗ＝６，０００ｇ／モルで１．２１ｇ／ｃｍ３である。式（１）〜（５）を使用して、ｄ（Ｚ）対ｍ１／３の直線プロットがＰＥＧスタンダードについて得られた。式（５）を使用してデータを適合させ、ｄｇ＝０．４５３ｎｍおよびＢＭ＝０．１３６４ｎｍ（ｇ／モル）１／３を得る。線ＢＭの勾配から、１．２５ｇ／ｃｍ３の粒子密度が、ＰＥＧの嵩密度と一致して得られる。
【００５１】
水不溶性ポリマーの質量分析
狭い質量分布および９ｋＤ＜Ｍｎ＜１７０ｋＤの範囲の平均分子量を有するポリスチレンポリマーは、５容積％のトリフルオロ酢酸でシードされたＮＭＰ中のそれらの溶液からエレクトロスプレーされた。ポリスチレン質量スタンダードは、商業的に得られ、表２において要約されている。
【００５２】
【表２】
2005172816.tif 000007
【００５３】
形成されるポリマーイオンの移動度分布は、高分解能ＤＭＡを使用して空気中で測定された。移動度スペクトルは、各ポリスチレン試料について得られた。１＊１０−４モル／リットルに近似の濃度において使用されるポリスチレン質量スタンダードは、１から６（ヘキサマー）ポリスチレン分子を含有する粒子の形成に関連する幾つかのよく限定された移動度ピークを生む。
【００５４】
ポリマーイオン移動度およびポリマー質量との間の信頼性ある関係は、商業的に入手可能なポリスチレンスタンダードを使用して得られた。その結果により、ポリスチレン粒子はそれらが単一または複数のポリマー鎖から構成されるか否かとは無関係に、ガラスまたは結晶状態に相当する嵩密度を伴って、球状をしていることが確認された。４つのポリスチレン質量スタンダード（Ｍｎ（ｋＤ）９．２、４５、６８および１７０）の使用は、９ｋＤから１７０ｋＤの（Ｚ−１／２）対ｍ１／３の直線関係を確立する１５の質量対移動度データを生じさせる。球状ポリマー粒子は、エレクトロスプレーおよびポリスチレンの測定された嵩密度に一致する移動度分析から確認された。式（１）〜（５）を使用して、（Ｚ−１／２）対ｍ１／３の直線プロットがＰＥＧスタンダードについて得られた。式（５）を使用してデータを適合させ、線ＢＭの勾配から、１．０６７ｇ／ｃｍ３の粒子密度がＰＳの嵩密度と一致して得られる。ＰＳの嵩密度は、１．０４０から１．０８０ｇ／ｃｍ３の範囲である。分子量の最も高いＰＳ試料は、６％以内で一貫性がある。
【外国語明細書】
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2005172816000002.pdf
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