(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子多孔質体であって、
・ポア径が少なくとも５０ｎｍであるマクロポアと、ポア径が２ｎｍから５０ｎｍ未満であるメソポアを含む双山（バイモダル）ポア径分布を有し、
・該多孔質体の全ポア比表面積に対する該マクロポアの比表面積の割合が、少なくとも１０％であり、
・該多孔質体は、
（１）モノマーを、重合開始剤の存在下、重量平均分子量が少なくとも１０万であり、分子量分布Ｍｗ／Ｍｎが１．５以下であるポリマーを該モノマーに対する良溶媒に溶解した溶液をポロゲンとして、重合反応させ、
（２）得られた生成物よりポロゲンを除去する
ことにより製造される
ことを特徴とする、高分子多孔質体。
【請求項２】
モノマーは、少なくとも１種の架橋性モノマーを含む、請求項１に記載の高分子多孔質体。
【請求項３】
モノマーに対する良溶媒は、モノマーとの相互作用パラメータが、２５℃において０．５未満である、請求項１または２に記載の高分子多孔質体。
【請求項４】
ポリマーは、モノマーに対する良溶媒との相互作用パラメータが、２５℃において０．５未満である、請求項１〜３のいずれかに記載の高分子多孔質体。
【請求項５】
透過率は、少なくとも１０−１５ｍ２である、請求項１〜４のいずれかに記載の高分子多孔質体。
【請求項６】
（１）モノマーを、重合開始剤の存在下、重量平均分子量が少なくとも１０万であり、分子量分布Ｍｗ／Ｍｎが１．５以下であるポリマーを該モノマーに対する良溶媒に溶解した溶液をポロゲンとして、重合反応させ、
（２）得られた生成物よりポロゲンを除去する
ことを特徴とする、請求項１に記載の高分子多孔質体の製造法。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれかに記載の高分子多孔質体を含んでなる、液体クロマトグラフィーカラム充填用高分子分離媒体。
【請求項８】
請求項７に記載の分離媒体を充填した液体クロマトグラフィーカラムであって、該分離媒体が長さ方向の少なくとも一部分で断面全体を横断している、カラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許出願は、日本国特許出願第２００５−１５１０７７号について優先権を主張するものであり、ここに参照することによって、それらの全体が本明細書中へ組み込まれるものとする。
本発明は、液体クロマトグラフィーカラム充填用高分子分離媒体等として有用な高分子多孔質体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体クロマトグラフィー用の高分子モノリス（一体型）分離媒体の調製には、架橋性モノマーを、貧溶媒をポロゲン（細孔形成剤）として用いてカラム内でインサイチュー重合させる方法が主に用いられてきた。例えば、特許文献１には、２００ｎｍ未満の直径を有するポアと、６００ｎｍ以上の直径を有するポアを有する液体クロマトグラフィー用高分子充填カラムの製造方法として、疎水性のビニルモノマー、ラジカル開始剤、およびポロゲンとして当該ビニルモノマーの貧溶媒を含む重合混合物を反応させ、その後、ポロゲンを除去する方法が記載されている。【０００３】
しかしながら、貧溶媒中では、モノマーから成長するポリマー分子の相互のファンデルワールス力が立体障害効果よりも大きくなるので、該ポリマー分子は凝集する傾向となる。したがって、このような系でのモノリス媒体の形成は、（１）モノマーから成長するポリマー鎖相互の絡み合いによる核生成、（２）微細な分散ミクロゲル粒子の増加による急激な系の表面エネルギーの増大、（３）該ミクロゲル粒子の凝集による表面エネルギーの低下と相分離、（４）一挙に粗大化した粒子凝集構造の発現、という過程をとって進む。したがって、ポリマー相と貧溶媒相（ポロゲン）の相分離は極めて早く進行し、この様な系で調製されるモノリスは、不均一な形態のマクロポーラスな粗大粒子の凝集体となる。このような凝集体では、マクロスルーポアの流路が迷路となり、溶質の渦流拡散が大きくなるので分離効率が低下する、機械的に脆く、充填カラムに高背圧がかかると圧縮の影響が生じ空隙率が変化する等形態安定性が低い、さらに、ナノメートル径のメソポアが少なく、ポアの比表面積が極端に小さいため、溶質の分離能が低い等の問題があった。【０００４】
一方、高分子溶液の相分離の研究の近年の急速な進歩により、高分子溶液の特徴である粘弾性が相分離の速度に大きな影響を与えることが解明されている（非特許文献１）。通常、低分子の溶液では、二相が共存する不安定域まで温度クエンチ（急冷または急加温）をかけると一挙にスピノーダル分解が起こる。その結果、最終的には表面張力支配の系となって、少量成分の溶質が分散相に、多量成分の溶媒がマトリックス相となる海島の二相に相分離する。しかしながら、高分子溶液の場合、溶媒分子と高分子間に、分子ダイナミックス、すなわち、運動性に大きな差が生じる場合、高分子リッチ相が脱溶媒により急激にゲル化するため、粘弾性が生じて長い緩和時間をもった応力が発生する。その結果、該高分子リッチ相からの溶媒分子の拡散が一時的に抑制される。したがって、温度クエンチをかけても、系は直ぐには従来型の二相分離をせず、長い緩和時間を有する過渡的な三次元連続網目構造が高分子リッチ相に発現する。例えば、ガラス転移温度が１００℃のポリスチレンを少量成分、ガラス転移温度が−２３℃のポリビニルエーテルを多量成分とした成分分子の運動性に差をもたせた系を、室温から１４３℃へクエンチした場合、相分離過程で、ポリスチレン相の過渡的な三次元連続網目構造の発現が観察されている（非特許文献２）。
【特許文献１】特許第３１６８００６号公報
【非特許文献１】高分子、第５２巻、第８号、第５７２頁、２００３年
【非特許文献２】フィジカルレビューレターズ、第７６巻、第７８７頁、１９９６年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、液体クロマトグラフィーカラム充填用高分子分離媒体として使用した場合、優れた分離性能を発揮し得る、構造が均一で、孔の規則性を有し、移動相の通液に適当な透過率を有する高分子多孔質体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記問題を解決するため鋭意検討し、高分子溶液に特徴的な粘弾性効果が相分離に与える影響によって、ポリマーの過渡的連続構造が発現する可能性があることに着目した。さらに、特定のポリマー溶液をポロゲンとして使用してモノマーを重合させることで、高性能なモノリス型の液体クロマトグラフィー用分離媒体等として有用な高分子多孔質体が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、以下のものを包含する。【０００７】
〔１〕  高分子多孔質体であって、
・ポア径が少なくとも５０ｎｍであるマクロポアと、ポア径が２ｎｍから５０ｎｍ未満であるメソポアを含む双山（バイモダル）ポア径分布を有し、
・該多孔質体の全ポア比表面積に対する該マクロポアの比表面積の割合が、少なくとも１０％であり、
・該多孔質体は、
（１）モノマーを、重合開始剤の存在下、重量平均分子量が少なくとも１０万であり、分子量分布Ｍｗ／Ｍｎが１．５以下であるポリマーを該モノマーに対する良溶媒に溶解した溶液をポロゲンとして、重合反応させ、
（２）得られた生成物よりポロゲンを除去する
ことにより製造される
ことを特徴とする、高分子多孔質体；
〔２〕  モノマーは、少なくとも１種の架橋性モノマーを含む、上記〔１〕に記載の高分子多孔質体；
〔３〕  モノマーに対する良溶媒は、モノマーとの相互作用パラメータが、２５℃において０．５未満である、上記〔１〕または〔２〕に記載の高分子多孔質体；
〔４〕  ポリマーは、モノマーに対する良溶媒との相互作用パラメータが、２５℃において０．５未満である、上記〔１〕〜〔３〕のいずれかに記載の高分子多孔質体；
〔５〕  透過率は、少なくとも１０−１５ｍ２である、上記〔１〕〜〔４〕のいずれかに記載の高分子多孔質体；
〔６〕  （１）モノマーを、重合開始剤の存在下、重量平均分子量が少なくとも１０万であり、分子量分布Ｍｗ／Ｍｎが１．５以下であるポリマーを該モノマーに対する良溶媒に溶解した溶液をポロゲンとして、重合反応させ、
（２）得られた生成物よりポロゲンを除去する
ことを特徴とする、上記〔１〕に記載の高分子多孔質体の製造法；
〔７〕  上記〔１〕〜〔５〕のいずれかに記載の高分子多孔質体を含んでなる、液体クロマトグラフィーカラム充填用高分子分離媒体；
〔８〕  上記〔７〕に記載の分離媒体を充填した液体クロマトグラフィーカラムであって、該分離媒体が長さ方向の少なくとも一部分で断面全体を横断している、カラム。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の高分子多孔質体は、構造が均一で、孔の規則性を有し、移動相の通液に適当な透過率を有する。したがって、本発明の高分子多孔質体は、液体クロマトグラフィーカラム充填用高分子分離媒体として使用した場合、優れた分離性能を発揮し得る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施例１で製造したＧＤＭＡゲルのポア径分布を示す。
【図２】図２は、実施例２で製造したＥＤＭＡゲルのポア径分布を示す。
【図３】図３は、実施例３で製造したＧＤＭＡゲルの断面のＳＥＭ写真である。
【図４】図４は、比較例２で製造したＧＤＭＡ充填キャピラリーの断面のＳＥＭ写真である。
【図５】図５は、比較例２で製造したＧＤＭＡゲルのポア径分布を示す。
【図６】図６は、実施例３および比較例１で製造したＧＤＭＡ充填キャピラリーの移動相（メタノール／水＝６０／４０（ｖ／ｖ））の室温での断面流量と背圧の関係を示す。
【図７】図７は、実施例３で製造したＧＤＭＡ充填キャピラリーによるベンゼンのクロマトグラムである。
【図８】図８は、実施例５で製造したＧＤＭＡ充填キャピラリー（熱重合および光重合）の断面のＳＥＭ写真である。
【図９】図９は、実施例５で製造したＧＤＭＡ充填キャピラリーによるウラシルのクロマトグラムにおける理論段高と線速度の関係（Ｈ−ｕプロット）を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の高分子多孔質体は、ポア径が少なくとも５０ｎｍであるマクロポアと、ポア径が２ｎｍから５０ｎｍ未満であるメソポアを含む双山（バイモダル）ポア径分布を有する。液体クロマトグラフィーカラム充填用高分子分離媒体とした場合、特に高い分離効率が得られる点等から、マクロポアのポア径は、好適には５０〜１０，０００ｎｍ、特に好適には５００〜５，０００ｎｍであり、メソポアのポア径は、好適には２〜１０ｎｍである。【００１１】
本発明の高分子多孔質体における全ポア比表面積に対する該マクロポアの比表面積の割合は、少なくとも１０％、好適には２０％以上９５％以下、特に好適には４０％以上６０％以下である。当該マクロポアの比表面積の割合が１０％未満であると、液体クロマトグラフィーカラム充填用高分子分離媒体とした場合、移動相の送液時の背圧が過剰になり、高速の分離ができなくなる虞がある。一方、該比表面積の割合が９５％を超えると、空隙率が大きくなり、スルーポア径が極端に増大し、移動相中の物質移動パスが伸びるため、物質輸送が遅くなると共に、メソポアも減少するため、分離効率が大きく低下する虞がある。特に理論段数は、強い速度依存性を示すようになり、移動相の速度増加と共に増加し、背圧の減少効果を相殺してしまう。このような現象は、例えば、極端に空孔サイズの大きくなったシリカモノリスでも報告されている（Nobuo Tanaka, et. al.、Journal of Chromatogram A, 965(2002), 35-49参照）。【００１２】
本発明において、上記マクロポアのポア径および比表面積は、窒素脱吸着法（ＢＥＴ法；ＩＳＯ９２７７：１９９５“Determination of the specific surface area of solids by gas adsorption using the BET method”）により測定することができる。
メソポアのポア径および比表面積は、水銀注入法（ＡＳＴＭ  Ｄ４４０４−８４（２００４）“Standard Test Method for Determination of Pore Volume and Pore Volume Distribution of Soil and Rock by Mercury Intrusion Porosimetry”）により測定することができる。
また、本発明における全ポア比表面積に対する該マクロポアの比表面積の割合（％）は、上記のようにして測定したマクロポアの比表面積（ｍ２／ｇ）およびメソポアの比表面積（ｍ２／ｇ）から、式（１）：【００１３】
【数１】
0005147052.tif 000002
【００１４】
に基づいて算出される値である（Fiona S. Macintyre, David C, Sherrington, Macromolecules 2004, 37, 7628-7636）。【００１５】
本発明の高分子多孔質体の透過率は、好適には１０−１５ｍ２以上、より好適には１０−１５ｍ２以上１０−９ｍ２以下、特に好適には１０−１４ｍ２以上１０−１０ｍ２以下である。液体クロマトグラフィーカラム充填用高分子分離媒体とした場合、１０−１５ｍ２未満の透過率では、移動相の送液速度を上昇させると背圧が極端に大きくなるので、高速での分離が困難になる虞がある。また、１０−９ｍ２を超えると、大きな径のマクロポアが増加して、空隙率の非常に高い、ほとんど中空の媒体構造となり、溶質の輸送パスの増大により物質移動の遅れが生じ、分離効率を低下させること、形態的にもろくなるなどの問題が生じる虞がある。
ここでいう透過率は、下記式（２）：【００１６】
【数２】
0005147052.tif 000003
【００１７】
〔Ｑ：媒体断面流量（ｍ３／ｓ）、Ａ：媒体断面積（ｍ２）、κ：透過率（ｍ２）、ΔＰ：圧力損失（Ｐａ）、μ：流体粘度（Ｐａ・ｓ）、Ｌ：媒体長さ（ｍ）〕
で示されるＤａｒｃｙの式（繊維便覧  第二版（1994），2.1 繊維集合体の構造と物性，P 267、および，Dynamics of Chromatography Part 1, J.C. Giddings, P205, Marcel Dekker(1965)）に従って算出される値である。【００１８】
本発明の高分子多孔質体は、
（１）モノマーを、重合開始剤の存在下、重量平均分子量が少なくとも１０万であり、分子量分布Ｍｗ／Ｍｎが１．５以下であるポリマーを該モノマーに対する良溶媒に溶解した溶液をポロゲンとして重合反応させ、
（２）得られた生成物よりポロゲンを除去する
ことにより製造される。
すなわち、本発明の高分子多孔質体は、特定のポリマー溶液（ポリマーポロゲン）を使用することで製造することができる。これは、次のように考えられる。【００１９】
ポリマーポロゲンを使用した重合反応の場合、ポリマーポロゲンの大きな粘度効果によって、モノマーの移動度が低下し、モノマーの凝集が抑えられ、かつ、ポリマーラジカルの会合も抑えられる。したがって、重合の初期では、規則的な線状ポリマーの成長が進行する。さらに、ポリマーリッチ相の過渡的なゲル化による粘弾性効果によって、該ポリマーリッチ相からの溶媒拡散によるバルクの収縮に抗する応力も大きくなる。その結果、均一で過渡的な三次元連続網目構造の形成が促進される。そして当該網目構造は、重合の進行と共にポリマー分子間の架橋形成を通じて固定化される。【００２０】
また、ポリマーポロゲンを使用することで、相分離が段階的に生じ、マクロスルーポアおよびメソポアの形成が独立して進行する。溶解した単分散ポリマー分子は、良溶媒中で数１００ｎｍの均一にサイズの揃った分子クラスターとなり、早期にポリマーリッチ相より相分離してマクロスルーポア形成に寄与する。一方、該良溶媒分子は、上記ポリマーリッチ相の粘弾性効果によって時間的に遅延してポリマーリッチ相から相分離してメソポア形成に寄与する。【００２１】
以上のことから、三次元連続網目骨格構造よりなる均一な構造と、ポア径が少なくとも５０ｎｍのマクロポア域と、ポア径が２ｎｍから５０ｎｍ未満のメソポア域にそれぞれ鋭いピークを含む双山（バイモダル）ポア径分布を有する孔の規則性を有し、移動相の通液に適当な透過率を有する、本発明の高分子多孔質体が製造される。
すなわち、本発明では、高分子溶液の粘弾性効果によって相分離を制御することで、均一な構造、孔の規則性、適度な透過性を有する高分子多孔質体が得られる。一方、このような高分子溶液の粘弾性効果を相分離に利用しない貧溶媒系では、上述したように、相分離速度が制御されないため、不均一な粒子凝集状の構造となる。【００２２】
本発明の高分子多孔質体の製造に使用されるモノマーは、特に限定されないが、得られる高分子多孔質体の形態安定性等の観点から、少なくとも１種の架橋性モノマーを含むことが好ましい。本発明における「架橋性モノマー」とは、重合可能であり、かつ、分子間架橋を形成し得るモノマーをいう。このような架橋性モノマーとしては、例えば、分子中にビニル基（アクリロイル基、メタクリロイル基も含む）を２個以上含有するポリビニルモノマー等が挙げられる。【００２３】
上記ポリビニルモノマーとしては、例えば、ジビニルベンゼン、ジビニルピリジン、ジメタアクリレート（例えば、エチレンジメタクリレート（ＥＤＭＡ）等のＣ１−６アルキレンジメタアクリレート；１，６−ヘキサンジオールジメタクリレート（ＨＤＭＡ）およびグリセリンジメタクリレート（ＧＤＭＡ）等のヒドロキシ（Ｃ１−６）アルキレンジメタクリレート；等）、トリ−もしくはテトラメタクリレート（例えば、トリメチロールプロパントリアセテート、ペンタエリスリトールテトラアセテート）、ビスアクリルアミドもしくはメタクリルアミド（例えば、メチレンビスアクリルアミド、ピペラジンジアクリルアミド）等が挙げられる。好適にはエチレンジメタクリレート（ＥＤＭＡ）、１，６−ヘキサンジオールジメタクリレート（ＨＤＭＡ）、グリセリンジメタクリレート（ＧＤＭＡ）等が挙げられる。特に好適には、水酸基を有し、シリカ系のカラム内壁等と界面接着の点で有利であることから、グリセリンジメタクリレート（ＧＤＭＡ）が挙げられる。また、これらは２種以上を併用することもできる。【００２４】
本発明に使用される上記架橋性モノマー以外のモノマーとしては、例えば、分子中にビニル基（アクリロイル基、メタクリロイル基も含む）を１個含有するモノビニルモノマー等が挙げられる。【００２５】
上記モノビニルモノマーとしては、例えば、スチレンおよびその置換体（例えば、クロロメチル、１８個以下の炭素原子を有するアルキル、ヒドロキシル、ｔ−ブチルオキシカルボニル、ハロゲン、ニトロ、アミノ基、保護されているヒドロキシル、アミノ基等で環が置換された環置換スチレン）、メタクリレート（例えば、Ｃ１〜Ｃ１２のアルキル置換メタクリレート、メチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、グリシジルメタクリレート）、ビニルナフタレン、アクリレート、ビニルアセテート、ビニルピロリドン等が挙げられる。また、これらは２種以上を併用することもできる。【００２６】
本発明の高分子多孔質体の製造に使用される好適なモノマーとしては、少なくとも１種のポリビニルモノマーを含むモノマーであり、特に、ポリビニルモノマー、またはポリビニルモノマーとモノビニルモノマーの混合物（例えば、ポリビニルモノマーとモノビニルモノマーの混合比率が１００：０〜１０：９０、好適には１００：０〜４０：６０のもの）である。【００２７】
本発明の高分子多孔質体の製造に使用されるポロゲンは、重量平均分子量が少なくとも１０万であり、分子量分布Ｍｗ／Ｍｎが１．５以下であるポリマーをモノマーに対する良溶媒に溶解した溶液である。すなわち、本発明においては、高分子量かつ単分散のポリマーの溶液をポロゲンとして使用する。【００２８】
上記モノマーに対する良溶媒としては、例えば、下記の式（３）：【００２９】
【数３】
0005147052.tif 000004
【００３０】
〔Ｖ１：溶媒モル容積（ｍｌ／ｍｏｌ）
δ１：溶媒の溶解度パラメータ（ＭＰａ１／２）
δ２：モノマーの溶解度パラメータ（ＭＰａ１／２）
Ｒ：気体定数、８．３１４５１Ｊ・ｍｏｌ−１・Ｋ−１
Ｔ：絶対温度（Ｋ）〕
により定義されるモノマーとの相互作用パラメータ（χ）が、２５℃において、０．５未満であるものが挙げられる。該相互作用パラメータは、モノマーと溶媒の親和性の点から、好適には０．４以下かつ０．３４（式（３）による理論上の最小値）以上である。【００３１】
上記式（３）について、モノマーがエチレンジメタクリレート（ＥＤＭＡ）、グリセリンジメタクリレート（ＧＤＭＡ）である場合を例にして説明する。
クロロベンゼンの溶解度パラメータ（δ１）は１９．４ＭＰａ１／２、溶媒モル容積（Ｖ１）は１０１．７１７ｍｌ／ｍｏｌであり、トルエンでは、δ１は１８．２ＭＰａ１／２であり、Ｖ１は１０６．２７５ｍｌ／ｍｏｌである。また、ＧＤＭＡ、ＥＤＭＡの溶解度パラメータは、それぞれ、２０．５と１９．６ＭＰａ１／２である。したがって、ＧＤＭＡ／クロロベンゼンの場合、χは約０．３７であり、ＧＤＭＡ／トルエンの場合、χは約０．５７であり、ＥＤＭＡ／クロロベンゼンの場合、χは約０．３８となる。【００３２】
なお、上記式（３）における相互作用パラメータおよび溶解度パラメータの定義（後記Ｓｍａｌｌの式）は、Polymer Handbook、第４版、J. Brandrup他、Willey-Interscience、John Willey Son、1999年、第７章、第688頁が参照される。各溶媒の溶解度パラメータ（δ１）は、同文献等から得られる。溶媒モル容積（Ｖ１）は、エッセンシャルズ化学辞典、玉虫伶太他、東京化学同人、1999年等に記載の特性値、分子量（Ｍｗ）、比重（ｄ）から、下記式（４）：【００３３】
【数４】
0005147052.tif 000005
【００３４】
により得られる。【００３５】
また、モノマーの溶解度パラメータ（δ２）は、次のようにして求めることができる。例えば、モノマーがＧＤＭＡの場合、Ｍｗ＝２２７、ｄ＝１．０７であり、その化学構造式は、ＣＨ２＝Ｃ(ＣＨ３)-ＯＣＯ-ＣＨ２ＣＨ(ＯＨ)ＣＨ２-ＯＣＯ-(ＣＨ３)Ｃ＝ＣＨ２である。各官能基の凝集エネルギー係数Ｆは、上記Polymer Handbook、第４版、J. Brandrup他、Willey-Interscience、John Willey Son、1999年等より下記の通り与えられる。
１）ＣＨ３-Ｃ＝ＣＨ-：７２４（ＭＰＡ１／２・ｃｍ３／ｍｏｌ）
２）-Ｈ：１４０
３）-(Ｃ＝Ｏ)-Ｏ-：６３４
４）-ＣＨ２-：２７２
５）-ＯＨ：７５４
６）-ＣＨ-：５７
したがって、下記Ｓｍａｌｌの式（５）：【００３６】
【数５】
0005147052.tif 000006
【００３７】
から、δ２＝１．０７×（７２４×２＋１４０×２＋６３４×２＋２７２×２＋７５４＋５７）／２２７＝２０．５ＭＰａ１／２と得られる。ＥＤＭＡについても同様にしてδ２を得ることができる。【００３８】
したがって、上記良溶媒は、使用するモノマーおよび上記式（３）に基づいて、アルキルベンゼン（例えば、トルエン等）、ハロゲン置換ベンゼン（例えば、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン等）、アルコール（例えば、メタノール、エタノール、ポリエチレングリコール等）およびそれらの混合物、ケトン（例えば、アセトン、テトラハイドロフラン等）、エーテル等の幅広い溶媒から、適宜選択することができる。【００３９】
上記ポロゲンに使用されるポリマーの重量平均分子量は、少なくとも１０万、好適には少なくとも５０万、特に好適には少なくとも１００万である。また、ポリマーの撹拌し易さや、熱・光に対する安定性から、好適には１，０００万未満、特に好適には９００万未満である。
また、上記ポリマーの分子量分布Ｍｗ／Ｍｎ（重量平均分子量Ｍｗ／数平均分子量Ｍｎ）は、構造の均一性、孔の規則性の点から、１．５以下、好適には１．１以下である。【００４０】
上記ポリマーは、上記の分子量および分子量分布を有し、かつ、上記モノマーに対する良溶媒に溶解するものであれば、特に限定されない。好適には、上記式（３）と同様に定義されるモノマーに対する良溶媒との相互作用パラメータが、２５℃において、０．５未満、好適には０．４以下かつ０．３４以上であるポリマーが挙げられる。このようなポリマーは、使用されるモノマーおよびその良溶媒に応じて適宜選択することができる。例えば、試験管によるポリマー溶解度の目視検査等の簡便な試験で具体的に選択することができる。このようなポリマーとしては、例えば、ポリスチレン、アクリロイル基またはメタクリロイル基含有モノマーのポリマー（例えば、ポリメチルメタクリレート等）等のビニル系ポリマーが挙げられ、好適にはポリスチレン、ポリメチルメタクリレートが挙げられる。【００４１】
上記ポロゲンとして使用される溶液中のポリマーの濃度は、溶解均一性の点から、好適には１〜１００ｍｇ／ｍｌ、特に好適には２〜１０ｍｇ／ｍｌである。【００４２】
本発明の高分子多孔質体の製造に使用される重合開始剤としては、一般のアゾ系またはパーオキサイド系のラジカル重合開始剤、例えば、２，２’−アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）、２，２’−アゾビス（２，４−ジメチル）バレロニトリル、ベンジルパーオキサイド等が挙げられる。好適には２，２’−アゾビスイソブチロニトリル、２，２’−アゾビス（２，４−ジメチル）バレロニトリルが挙げられる。また、２，２，６，６−テトラメチル-１-ピペリジニルオキシ、カリウムｔ−ブトキシド、ｎ−ブチルリチウム、ベンゾフェノン、クロロチオキサントン、ジメトキシベンゾフェノン、ジエトキシベンゾフェノン等のリビング重合および光重合等の開始剤も使用することができる。なお、よく知られているように、ＡＩＢＮのようなアゾ系開始剤は、光重合開始剤としても使用できる。【００４３】
本発明の高分子多孔質体の製造における上記モノマーと上記ポロゲンの混合比率は、通常、体積比で１０／９０以上、好適には２０／８０〜５０／５０である。１０／９０未満の場合、ゲル化が遅く、重合時間が長くなり、さらに、得られるモノリス構造はマクロポーラス性が強く、機械的に脆弱となる虞がある。また、５０／５０を超えると、ポロゲンの効果が低下し、マクロスルーポアが不足する虞がある。【００４４】
本発明の高分子多孔質体の製造に使用される重合開始剤の量は、上記モノマーの重合反応が開始する量であればよいが、通常、上記モノマー１ｍｌあたり、少なくとも１ｍｇ以上、好適には５ｍｇ〜２０ｍｇである。【００４５】
上記重合反応の反応条件は、一般的なラジカル重合反応、光重合反応等の条件に基づいて、使用するモノマー、重合開始剤等に応じて適宜設定することができる。例えば、反応温度は、その下限を０℃、好適には３０℃、より好適には４０℃、さらに好適には５０℃とすることができ、その上限を１００℃、好適には７０℃とすることができる。また、反応時間は、その下限を１時間、好適には８時間、より好適には１２時間とすることができ、その上限を４８時間、好適には３６時間とすることができる。【００４６】
上記重合反応の反応条件は、一般的なラジカル重合反応、光重合反応等の条件に基づいて、使用するモノマー、重合開始剤等に応じて適宜設定することができる。例えば、反応温度は、その下限を０℃、好適には３０℃、より好適には４０℃、さらに好適には５０℃とすることができ、その上限を１００℃、好適には７０℃とすることができる。また、反応時間は、その下限を１時間、好適には８時間、より好適には１２時間とすることができ、その上限を４８時間、好適には３６時間とすることができる。
例えば、熱重合反応を行う場合、反応温度は、通常、４０〜１００℃、好適には５０〜７０℃とすることができ、反応時間は、通常、８〜４８時間、好適には１２〜３６時間とすることができる。
一方、光重合反応を行う場合、反応温度は、通常、０〜１００℃、好適には３０〜７０℃とすることができ、反応時間（光照射時間）は、通常、１〜４８時間、好適には８〜３６時間とすることができる。
また、光重合反応には、通常、１００〜４００ｎｍ、好適には２５０〜３８０ｎｍの波長を有する紫外線が使用され、その光源としては、例えば、低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、水銀キセノンランプ、メタルハライドランプなどが使用される。また、光強度は、２５０〜３８０ｎｍの紫外線で、通常、５００〜３０００μＷ／ｃｍ２、好適には１０００〜２０００μＷ／ｃｍ２の範囲である。【００４７】
上記重合反応は、例えば、以下の手順にしたがって行うことができる。
まず、上記ポリマーを上記モノマーに対する良溶媒に溶解させて得た溶液（ポロゲン）に、上記重合開始剤および上記モノマーを混合して混合液を調製する。次いで、必要に応じて不活性ガス（例えば、アルゴン）によるバブリング等により該混合液から酸素を除いた後、所定の反応条件下に重合反応を行う。【００４８】
上記重合反応は、所望の用途に応じた特定の反応容器中で反応を行うこともできる。例えば、本発明の高分子多孔質体を液体クロマトグラフィーカラム充填用高分子分離媒体として用いる場合、モノマー、ポロゲンおよび開始剤を含む混合物を所定のカラムに充填し、重合反応を行うことができる。当該カラムは、液体クロマトグラフィーカラム用の管として市販されているような、断面が変形しない高い剛性をもった任意の円形や矩形の断面形状と断面積をもったカラム、例えば、金属管、石英ガラス管、溶融シリカキャピラリー、フッ素樹脂管、ＰＥＥＫ樹脂管等から選択できる。また、光重合反応を行う場合、特にＵＶ透過性材料製のカラム（例えば、溶融シリカキャピラリー）とすることができる。具体例としては、内径が１０μｍ以上の円形断面の溶融シリカキャピラリー等が挙げられる。当該溶融シリカキャピラリーはカラム内壁と分離媒体の界面接着の向上のため、シランカップリング剤等による内壁シラノール基の修飾等も容易である。【００４９】
上記重合反応の終了後、適当な溶媒による洗浄等によって反応生成物からポロゲン（ポリマーおよび良溶媒）を除くことで、本発明の多孔質体が得られる。当該溶媒は、ポロゲンとして使用されたポリマーおよび良溶媒に応じて適宜選択することができる。例えば、ポリマーとしてポリスチレン、良溶媒としてクロロベンゼンを使用した場合、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、メタノール等を使用することができる。【００５０】
本発明の高分子多孔質体は、液体クロマトグラフィー用の高分子モノリス分離媒体、特にカラムの断面形状やその形状、およびアスペクト比、すなわち、カラムの相当径Ｄと長さＬの比、Ｌ／Ｄに特に関わらず、均一な充填モノリスカラム用の高分子分離媒体として好適に利用することができる。さらに、本発明の高分子多孔質体は、ナノメートルからマイクロメートル領域の細孔が必要とされる広範な用途、例えば、分離担体、濃縮担体、乳化膜、電極、酵素担体、触媒担体、ＬＣチップ等の矩形マイクロ流路の充填媒体等の用途に利用できる。【００５１】
また、本発明は、上記高分子多孔質体を含んでなる、液体クロマトグラフィーカラム充填用高分子分離媒体、および該分離媒体が充填された液体クロマトグラフィーカラムを提供する。当該カラムにおいて、該分離媒体は、充填カラムの長さ方向の少なくとも一部分で断面全体を横断している。すなわち、該カラムは、連続構造を有する、モノリス（一体型）分離媒体が充填されたモノリスカラムである。また、該分離媒体およびカラムは、上述したように、反応容器として上記カラムを用いた重合反応により製造することができる。
【実施例】
【００５２】
以下、実施例によって本発明をさらに説明するが、本発明の実施態様はこれらの実施例に何らの制限を受けるものではない。
以下の実施例における各特性値は、以下のように測定した。
１．マクロポアのポア径分布および比表面積
マクロポアのポア径および比表面積は、窒素脱吸着法（ＢＥＴ法；ＩＳＯ９２７７：１９９５“Determination of the specific surface area of solids by gas adsorption using the BET method”）に従って測定した。
２．メソポアのポア径分布および比表面積
メソポアのポア径および比表面積は、水銀注入法（ＡＳＴＭ  Ｄ４４０４−８４（２００４）“Standard Test Method for Determination of Pore Volume and Pore Volume Distribution of Soil and Rock by Mercury Intrusion Porosimetry”）により測定した。
３．透過率
透過率は、上記式（２）：【００５３】
【数６】
0005147052.tif 000007
【００５４】
〔Ｑ：媒体断面流量（ｍ３／ｓ）、Ａ：媒体断面積（ｍ２）、κ：透過率（ｍ２）、ΔＰ：圧力損失（Ｐａ）、μ：流体粘度（Ｐａ・ｓ）、Ｌ：媒体長さ（ｍ）〕
で示されるＤａｒｃｙの式から算出した。なお、メタノール／水（６０／４０、ｖ／ｖ）、アセトニトリル／水（６０／４０、ｖ／ｖ）の二相混合移動相の粘度は、Introdution to Moderen Liquid Chromatography, 第２版およびL. R. Snyder, J.J. Kirkland, P. 838, TableII.3, John Willey & Sons (1979)から引用した。【００５５】
〔実施例１〕
蒸留後のクロロベンゼン（χ約０．３７）１．８６ｍｌを内径１０ｍｍ、長さ２００ｍｍの試験管にとった。超高分子量ポリスチレン（Ｍｗ＝３８４万、Ｍｗ／Ｍｎ＝１．０４、トーソー製）のフレーク粉末５５．８ｍｇを試験管に室温で添加した。その後、スパチュラで緩く撹拌してポリスチレンフレークを分散させてから、超音波撹拌槽（Branson Ultrasonic Cleaner）に当該試験管を１０分浸漬後、室温で２４時間放置し透明なポリマーポロゲン溶液を調製した。
次に、該ポリマーポロゲン溶液に２，２’−アゾビスイソブチロニトリル（Ｍｗ＝１６４．２１、９８％、ナカライテスク）１０ｍｇを添加後、ハンドシェークして該ポリマーポロゲンに溶解した。その後、グリセリンジメタクリレート（ＧＤＭＡ；共栄社化学製、ＧＰ−１０１Ｐ、分子量２２７）１ｍｌをポリマーポロゲン溶液に添加して均一な透明な重合溶液に調製した。次に、この重合溶液に対してアルゴンガスで１０分間バブリングを行った後、直ちにキャップで該試験管を封止した。次いで、６０℃に管理した水浴中に管長さの９０％（約１８０ｍｍ）まで浸漬して、２４時間重合を行った。
２４時間後の試験管内には管底より４ｃｍの高さで白いほぼ均一な固形物が充填していた。当該固形物は試験管内壁へ完全に接着していたため、液体窒素に試験管を投入後ハンマーで破壊して固形物片を取り出した。この固形片をテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）に２４時間浸漬後室温で風乾してさらに６０℃で乾燥後、１時間真空で引いて試料とした。
この試料の２ｎｍから５０ｎｍ未満の範囲のメソポアおよび５０ｎｍ以上の範囲のマクロポアを窒素脱吸着法（ＢＥＴ装置、Gemini II、micrometrics社）および水銀注入法（micrometrics社）によりそれぞれ測定した。また、その結果から全ポア比表面積に対するマクロポアの比表面積の割合（マクロポア比表面積（ｍ２／ｇ）／（メソポア比表面積（ｍ２／ｇ）＋マクロポア比表面積（ｍ２／ｇ））×１００（％））を算出した。その結果を表１に示す。また、メソポアおよびマクロポア全域にわたるポア径分布を図１に示す。メソポア域は４ｎｍに、マクロポア域は１〜２μｍの範囲に鋭いピークをもつ双山分布を示した。【００５６】
〔実施例２〕
ＧＤＭＡをエチレンジメタクリレート（ＥＤＭＡ；χ約０．３６、共栄社化学製、分子量１９８、６４℃、２５ｍｍＨｇで蒸留）、２，２’−アゾビスイソブチロニトリルを２，２’−アゾビス（２，４−ジメチル）バレロニトリル（Ｍｗ＝２４８．３７、９５％、和光化学）とした以外は実施例１に準じて重合を行ったところ、試験管に管底より４ｃｍの高さの白い固形物が充填された。当該固形物を実施例１に準じて乾燥試料としてメソポアおよびマクロポア測定を行った。また、その結果から全ポア比表面積に対するマクロポアの比表面積の割合を算出した。その結果を表１に示す。また、ポア径分布を図２に示す。実施例１と同じく、メソポア域は４ｎｍに、マクロポア域は１〜２μｍの範囲に鋭いピークをもつ双山分布を示した。【００５７】
〔実施例３〕
ＥＤＭＡをＧＤＭＡに変えた以外は実施例２と同様にしてＧＤＭＡの重合液を調製し、冷蔵庫に保管した。次に、内径２００μｍのポリイミド被覆溶融シリカキャピラリーを約１８０ｃｍ巻きとしてカット後、１ＮのＮａＯＨ水溶液をシリンジで注入した。該キャピラリー巻きの両端を封止後、６０℃、１時間水浴中で処理した。その後、該キャピラリー巻きを過剰量のアセトンと純水で順次繰り返し洗浄した。洗浄したキャピラリー巻きは、１６０℃、２４時間熱風乾燥機で乾燥した。
次に該キャピラリー巻きに、上記保管したＧＤＭＡ溶液をシリンジポンプ（Harvard Apparatus Model 11）を用いて室温で充填した。その後直ちにパラフィルムでキャピラリー巻き両端を封止した。次いで、６０℃に設定した水浴中で２４時間の重合を行った。同時にモニター用の試料の試験管重合も同一の水浴で実施例１と同様に行った。充填キャピラリー巻きは４０ｃｍにカット後、液クロポンプを用いてテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）と１００％メタノールで逐次２４時間洗浄した。モニター試料は実施例１と同様にＴＨＦ浸漬後乾燥し、実施例１に準じて乾燥試料としてメソポアおよびマクロポア測定を行い、その結果から全ポア比表面積に対するマクロポアの比表面積の割合を算出した。その結果を表１に示す。また、乾燥したモニター試料を金蒸着し、走査型電子顕微鏡ＳＥＭ（Hitachi S-3000N）で（倍率３，０００倍）形態観察を行った。その結果、図３のように規則的な連続構造が観察された。【００５８】
〔実施例４〕
実施例３と同様にして内径２００μｍ、長さ４２ｃｍのＧＤＭＡ充填キャピラリーを作成した。【００５９】
〔比較例１〕
ポロマーポロゲンの調製を低分子量の単分散分子量ポリスチレン（Ｍｗ＝５万、Ｍｗ／Ｍｎ＝１．０４、トーソー製）を使用して実施例１と同様に行った以外は、実施例３と同一条件で内径２００μｍ、長さ４０ｃｍのＧＤＭＡ充填キャピラリーを作成した。同時にモニター用の試料の試験管重合も同一の水浴で実施例１と同様に行った。試験管に管底より４ｃｍの高さの白い固形物が充填された。【００６０】
〔比較例２〕
ポロゲンをトルエン（蒸留品、溶解度パラメータ１８．２ＭＰａ１／２、χ約０．５７）とした以外は、実施例３と同様にして内径２５０μｍ、長さ４０ｃｍのＧＤＭＡ充填キャピラリーを作成した。同時にモニター用の試料の試験管重合も同一の水浴で実施例１と同様に行った。試験管に管底より４ｃｍの高さの白い固形物が充填された。当該固形物を同様に実施例１に準じて乾燥試料としてメソポアおよびマクロポア測定を行った。また、その結果から全ポア比表面積に対するマクロポアの比表面積の割合を算出した。その結果を表１に示す。また、メソポア域からマクロポア域にかけてのポアサイズの分布を図５に示す。メソポア分布のピークは極めて小さく、わずかに２〜１０ｎｍ付近に認識できるだけであった。また、マクロポア分布は、３００ｎｍと４００ｎｍに二山の分割ピークを有する、１，０００ｎｍから１０，０００ｎｍにサイズとして１デカードに渡る極めて広いポアサイズ分布を示した。したがって、マクロスルーポアの規則性が悪いことが示唆された。また、当該キャピラリー断面をＳＥＭ観察したところ、数μｍの粒子が凝集した構造を示した（図４）。【００６１】
〔比較例３〕
ポロゲンをクロロベンゼンのみとした以外は、実施例３と同様にして内径２００μｍ、長さ１２．５ｃｍのＧＤＭＡ充填キャピラリーを作成した。【００６２】
【表１】
0005147052.tif 000008
【００６３】
〔試験例１〕
（送液流量と背圧の関係）
実施例３で製造した４０ｃｍ長カット充填キャピラリーを、ナノポンプと（Dina-S、ＫＹＡテクノロジー製、送液範囲：１〜１００，０００ｎｌ／ｍｉｎ）とＵＶ検出器（JASCO製、CE-2075 plus、検出波長２１０ｎｍ）と組み合わせたキャピラリーへのダイレクト送液方式のマイクロＨＰＬＣ（高速液体クロマトグラフィー）システムに接続して評価を行った。移動相は６０％のメタノール／水（６０／４０、ｖ／ｖ）を使用した。測定は室温で行った。また、比較例１で製造したキャピラリーについて、同様にしてマイクロＨＰＬＣ装置で評価を行った。
キャピラリーの送液流量と背圧を測定し、その関係を求めた。その結果、実施例３のキャピラリーでは、送液流量と背圧の関係は完全な線形性が確認された（図６）。一方、比較例１のキャピラリーでは、送液流量と背圧の関係はほぼ線形性が認められたが、同一流量での背圧は実施例３の場合の約３倍であった（図６）。
以上のことから、実施例３のキャピラリーは、比較例１のキャピラリーよりも移動相の送液効率が大幅に高いと考えられる。すなわち、実施例３のキャピラリーは、比較例１のキャピラリーよりも、移動相の通液に適当な透過率を有すると考えられる。これは、上記ＳＥＭ観察の結果も考慮すると、実施例３のキャピラリーには、流動方向に規則的に配列された流動抵抗の小さいスルーポア（マクロポア）が形成されているためと考えられる。【００６４】
〔試験例２〕
（ベンゼンのクロマトグラム）
実施例３および比較例１のキャピラリーについては、上記試験例１と同様のＨＰＬＣ（高速液体クロマトグラフィー）システムに接続して、ベンゼンを溶質（１ｍｇ／ｍｌ濃度）とし、溶質クロマトグラムの測定を行った。その結果、実施例３のキャピラリーでは、流量８００ｎｌ／ｍｉｎ、背圧３．０ＭＰａ、ピークの保持時間１３．７分、理論段数１５，２３３、ピーク対称性０．８３の鋭いピークを示すクロマトグラムが得られた（図７）。一方、比較例１のキャピラリーでは、流量８００ｎｌ／ｍｉｎ、背圧９．０ＭＰａで、保持時間１３．３２分、理論段数１，６４６、対称性１．１０であった。
また、比較例２で製造したキャピラリーを、抵抗管を利用してポンプ流量を１／１０００に分流したスプリット法を用いて通常型のＨＰＬＣ検出器（JASCO CE1575A、検出波長、２１０ｎｍ）に接続し、上記と同様にしてベンゼンのクロマトグラムを測定した。これは上記実施例３および比較例１のキャピラリーについての条件とほぼ同じ条件である。その結果、ポンプ流量０．８ｍｌ／ｍｉｎで、背圧６．０ＭＰａ、保持時間２５．９分、理論段数８６４、対称性１．１３であった。
上記ＳＥＭ観察の結果および上記流動特性の結果から、実施例３のキャピラリーにおいて高い理論段数が得られたのは、迷路係数の小さい細孔（マクロポア）がキャピラリーの流動方向に多数形成されたためと考えられる。【００６５】
〔試験例３〕
（透過率）
実施例３ならびに比較例１および２のキャピラリーを上記試験例１と同様のＨＰＬＣシステムに接続して、移動相を６０％のメタノール／水（６０／４０、ｖ／ｖ）とし、透過率の評価を行った。その結果を表２に示す。【００６６】
【表２】
0005147052.tif 000009
【００６７】
また、実施例４および比較例３のキャピラリーを上記試験例１と同様のＨＰＬＣシステムに接続して、移動相をアセトニトリル／水（６０／４０、ｖ／ｖ）とし、透過率の評価を行った。その結果を表３に示す。【００６８】
【表３】
0005147052.tif 000010
【００６９】
以上のように、実施例のキャピラリーの透過率は、比較例のキャピラリーよりも明らかに高かった。特に、実施例４のキャピラリーの透過率は、比較例３のキャピラリーと比べて、２桁高くなった。また、実施例４のキャピラリーの背圧は、比較例３のキャピラリーの背圧に比べて大幅に低下した。【００７０】
〔実施例５〕
クロロベンゼンを３ｍｌ、超高分子量ポリスチレンを６０ｍｇ、２，２’−アゾビスイソブチロニトリルの代わりに２，２’−アゾビス（２，４−ジメチル）バレロニトリル１０．８ｍｇとした以外は、実施例１と同様にしてＧＤＭＡの重合液を調製した。この重合液を、実施例３に準じてＵＶ透過シリカキャピラリー（内径１００μｍ、長さ１４ｃｍ；ＧＬ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ社製、製品名：フューズドシリカキャピラリーチューブ（ＵＶ透過皮膜チューブ））に充填した。次いで、ＵＶランプ（ＡＳ  ＯＮＥ社、紫外線波長３６５ｎｍ、放電管電力８Ｗ×４本、光力１８２０μＷ／ｃｍ２）を用いて、該ＧＤＭＡの重合液を充填したＵＶ透過シリカキャピラリーに、２５℃の温度条件下、光源から５０ｍｍの距離で２時間ＵＶ照射をすることで光重合を行い、ＧＤＭＡ充填キャピラリーを作成した（実施例５−１）。一方、実施例３と同様にして、該ＧＤＭＡの重合液を熱重合したＧＤＭＡ充填キャピラリー（内径１００μｍ、長さ４４ｃｍ）を作成した（実施例５−２）。
得られた各々のＧＤＭＡ充填キャピラリーの断面をＳＥＭ観察したところ、光重合試料（５−１）は、熱重合試料（５−２）よりも緻密で均一な構造を有することがわかった（図８）。したがって、光重合試料（５−１）のポア径分布は、熱重合試料（５−２）よりも鋭いピークを有すると考えられる。【００７１】
〔試験例４〕
実施例５で得られた２本のＧＤＭＡ充填キャピラリー（実施例５−１；光重合、実施例５−２；熱重合）を上記試験例１と同様のＨＰＬＣシステムに接続して、ウラシルを溶質（１ｍｇ／ｍｌ濃度）とし、６０％のアセトニトリル／水（６０／４０、ｖ／ｖ）を移動相として、クロマトグラムの測定を行い、理論段高（Ｈ；μｍ）と線速度（ｕ；ｍｍ／ｓｅｃ）の関係をプロットした（Ｈ−ｕプロット）。その結果を図９に示す。
図９に示すように、理論段高は、熱重合で作成したＧＤＭＡ充填キャピラリー（実施例５−２）に比べて、光重合で作成したＧＤＭＡ充填キャピラリー（実施例５−１）の方がはるかに低くなった。これは、光重合試料（５−１）が熱重合試料（５−２）よりも緻密で均一な構造を有するため、溶質のバンドの広がりが抑制されたためと考えられる。したがって、光重合で作成したＧＤＭＡ充填キャピラリーは、熱重合で作成したものよりも、タンパク質の分離等、一度に多成分を含有する混合試料の分離に有用であると考えられる。
【図１】
0005147052.tif 000011
【図２】
0005147052.tif 000012
【図３】
0005147052.tif 000013
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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