(57)【要約】本発明は、吸着容量が大きく、吸着選択性の調整が可能であり、かつ、形状保持性が高いことから、液体クロマトグラフィー用のカラム充填剤として使用した場合に、多くの物質の測定に適用可能で優れた分離性能、及び、カラムへの高い充填率を実現可能な液体クロマトグラフィー用カラム充填剤を提供する。本発明は、多孔質粒子の表面にアモルファスカーボンを含有する被覆層を有するカーボン被覆多孔質粒子からなる液体クロマトグラフィー用カラム充填剤である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質粒子の表面にアモルファスカーボンを含有する被覆層を有するカーボン被覆多孔質粒子からなることを特徴とする液体クロマトグラフィー用カラム充填剤。
【請求項２】
カーボン被覆多孔質粒子は、比表面積が１０〜４０００ｍ２／ｇであることを特徴とする請求項１記載の液体クロマトグラフィー用カラム充填剤。
【請求項３】
多孔質粒子は、平均粒子径が１０ｎｍ〜５００μｍであることを特徴とする請求項１又は２記載の液体クロマトグラフィー用カラム充填剤。
【請求項４】
多孔質粒子は、平均細孔径が１〜２００ｎｍであることを特徴とする請求項１、２又は３記載の液体クロマトグラフィー用カラム充填剤。
【請求項５】
多孔質粒子とカーボン被覆多孔質粒子の平均細孔径の変化率が３０％以内であることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の液体クロマトグラフィー用カラム充填剤。
【請求項６】
多孔質粒子は、無機材料からなることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の液体クロマトグラフィー用カラム充填剤。
【請求項７】
無機材料は、シリカ、アルミナ、ジルコニア及びチタニアからなる群より選択される少なくとも１つを含有することを特徴とする請求項６記載の液体クロマトグラフィー用カラム充填剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸着容量が大きく、吸着選択性の調整が可能であり、かつ、形状保持性が高いことから、液体クロマトグラフィー用のカラム充填剤として使用した場合に、多くの物質の測定に適用可能で優れた分離性能、及び、カラムへの高い充填率を実現可能な液体クロマトグラフィー用カラム充填剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
分析化学の分野では、高い比表面積をもつ微粒子が使用されており、特に高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）で使用する分析カラムや、分析前の前処理などに使用するプレカラム（カートリッジ形状を含む。）に多く使用されている。
ＨＰＬＣ用のカラム充填剤としては、シリカ粒子およびその化学修飾体が知られている。また、特許文献１には、シリカ粒子及びシリカ粒子にオクタデシルシリル基などの官能基で化学修飾したものが記載されている。
このようなシリカ粒子およびその化学修飾体は、耐圧性や溶媒安定性に優れ、またシリカ粒子として粒径および空孔径が制御されたものを利用することにより、優れた分離特性（たとえば高分解能）が得られるため、簡便かつ精密なカラム分析用に広く使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１９２４２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の充填剤も、幅広い分野の物質の測定には使用することができず、吸着選択性が更に向上した充填剤が望まれていた。
本発明は、上記現状に鑑み、吸着容量が大きく、吸着選択性の調整が可能であり、かつ、形状保持性が高いことから、液体クロマトグラフィー用のカラム充填剤として使用した場合に、多くの物質の測定に適用可能で優れた分離性能、及び、カラムへの高い充填率を実現可能な液体クロマトグラフィー用カラム充填剤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】
【０００５】
本発明は、多孔質粒子の表面にアモルファスカーボンを含有する被覆層を有するカーボン被覆多孔質粒子からなる液体クロマトグラフィー用カラム充填剤である。
以下、本発明を詳述する。【０００６】
本発明者は、鋭意検討した結果、多孔質粒子の表面にアモルファスカーボンを含有する被覆層を形成することで、吸着容量が大きく、吸着選択性の調整が可能となること、及び、形状保持性を高めることができることを見出した。更に、液体クロマトグラフィー用のカラム充填剤として使用した場合に、多くの物質の測定に適用可能で優れた分離性能、及び、カラムへの高い充填率を実現できることを見出し、本発明を完成させるに至った。【０００７】
［多孔質粒子］
本発明の液体クロマトグラフィー用カラム充填剤は、多孔質粒子を有するカーボン被覆多孔質粒子からなる。
なお、上記多孔質粒子は、カーボン被覆多孔質粒子の担体としての機能を有し、表面及び／又は内部に微細な空孔を有する。【０００８】
上記多孔質粒子の形状としては、例えば、球状や楕円状、りん片状、板状、円盤状、半球状、星型状、花弁状、リボン状、ヒトデ状、不定形状、多角板状、楕円板状等の扁平状、その他に、棒状、針状、紡錘状等があげられる。なかでも、球状であることが好ましい。【０００９】
上記多孔質粒子の平均粒子径は特に限定されないが、好ましい下限が１０ｎｍ、好ましい上限が５００μｍである。なお、上記多孔質粒子の平均粒子径のより好ましい下限が１μｍ、更に好ましい下限が２μｍ、より好ましい上限が５００μｍ、更に好ましい上限が１００μｍ、最も好ましい上限が３０μｍである。
なお、本明細書中、平均粒子径とは、ＦＥ−ＳＥＭ像により測定した体積平均粒子径を意味する。【００１０】
上記多孔質粒子の平均細孔径は特に限定されないが、好ましい下限が１ｎｍ、好ましい上限が２００ｎｍである。特に、上記平均細孔径を２ｎｍ以上、１００ｎｍ以下とすることで、高分解能ＨＰＬＣ用カラム充填剤として好適に用いることができる。
なお、本明細書中、平均細孔径は、ガス吸着式細孔径分布測定装置により測定した平均細孔径を意味する。【００１１】
上記多孔質粒子の比表面積は特に限定されないが、好ましい下限が１０ｍ２／ｇ、好ましい上限が４０００ｍ２／ｇである。特に上記比表面積を２０ｍ２／ｇ以上、５００ｍ２／ｇ以下とすることで、高分解能ＨＰＬＣ用カラム充填剤として用いることができる。
なお、本明細書中、比表面積とは、ガス吸着式細孔径分布測定装置により測定した比表面積を意味する。【００１２】
上記多孔質粒子の表面は、非平滑面であることが好ましい。このような表面形状としては、例えば、凹型構造、凸型構造又はフラクタル構造である等が挙げられる。
なお、フラクタル構造とは、多孔質粒子の表面に大きい周期の凹凸構造とその構造の中に小さい周期の凹凸構造を含む多段の凹凸構造をいう。【００１３】
上記多孔質粒子の材質としては、無機材料、有機材料が挙げられる。
上記無機材料としては、例えば、金属元素、半金属元素のほか、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、フランシウム等のアルカリ金属、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ラジウム等のアルカリ土類金属等が挙げられる。
上記金属元素としては、チタン、アルミニウム、セリウム、ネオジウム、タングステン、バナジウム、鉛、亜鉛、ニッケル、ビスマス、スズ、スカンジウム、ジルコニウム等が挙げられる。
上記半金属元素としては、ケイ素、ホウ素、ゲルマニウム、ヒ素、テルル等が挙げられる。
また、上記無機材料の酸化物、塩化物、硫化物、炭酸塩、珪酸塩、燐酸塩、硝酸塩、硫酸塩、およびこれらの複合物等が挙げられる。
なかでも、上記無機材料の酸化物が好ましく、特に、上記無機材料は、シリカ、アルミナ、ジルコニア及びチタニアからなる群より選択される少なくとも１つを含有することが好ましい。【００１４】
上記有機材料としては、例えば、スチレン含有重合体、アクリル含有重合体、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリプロピレン樹脂及びこれらの混合物等が挙げられる。なかでも、スチレン含有重合体、アクリル含有重合体が好ましい。
上記スチレン含有重合体としては、例えば、ポリスチレン、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体）、ＡＡＳ（アクリロニトリル・スチレン・特殊アクリルエラストマー共重合体）、ＡＥＳ（アクリロニトリル・スチレン・ＥＰＤＭなどのエラストマー共重合体）、ＡＳ（スチレン・アクリロニトリル共重合体）等が挙げられる。
上記アクリル含有重合体としては、例えば、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、アクリル酸、メタクリル酸等の単独重合体あるいは共重合体が挙げられる。（メタ）アクリル酸エステルとしては、炭素数１〜４のアルキル基を有するアルキル（メタ）アクリレートが好ましく、メチルメタクリレートがさらに好ましい。また、共重合しうるモノマーとしては、酢酸ビニル等のビニルエステル、スチレン、ビニルトルエン等の芳香族ビニル、アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のシアン化ビニル等が挙げられる。
また、有機材料からなる多孔質粒子を得る手段についても特に限定されないが、乳化重合法、懸濁重合法、分散重合法、その他の重合法によって得られたものが好ましい。【００１５】
［被覆層］
上記カーボン被覆多孔質粒子は、上記多孔質粒子の表面にアモルファスカーボンを含有する被覆層を有する。なお、上記被覆層は、多孔質粒子の表面の少なくとも一部に形成されていてもよく、多孔質粒子の表面全体を被覆するように形成されていてもよい。
このような被覆層を有することで、液体クロマトグラフィー用のカラム充填剤として使用した場合に、使用できるｐＨの範囲が広くなり、広範な物質の測定に適用することができる。また、ピークテーリングが起こりにくく、優れた分離性能を実現することが可能となる。特に、上記被覆層を構成するカーボンが、オキサジン樹脂が含有するカーボンに由来するものである場合、上記被覆層は、芳香族環由来のπ−π共有結合構造が発達しているため、芳香族化合物に対して特に高い分離能を発揮する。
また、このような被覆層を有することで、使用時の多孔質粒子の酸化又は還元や、塩基性物質の非可逆吸着が抑制され、多孔質粒子の耐久性が向上する。
更に、このような被覆層は、ＯＤＳ（オクタデシルシリル）基を結合させる従来の方法に比べ、多孔質粒子との親和性が高いため、優れた分離性能を長期間に渡って維持することができる。【００１６】
上記被覆層は、アモルファスカーボンを含有する。上記アモルファスカーボンを用いることで、緻密性の高い被覆層が形成され、使用時の多孔質粒子の酸化又は還元や、塩基性物質の非可逆吸着を抑制することができる。【００１７】
上記被覆層を構成するアモルファスカーボンは、ｓｐ２結合とｓｐ３結合が混在したアモルファス構造を有し、炭素からなるものであるが、ラマンスペクトルを測定した場合のＧバンドとＤバンドのピーク強度比が１．５以上であることが好ましい。
上記アモルファスカーボンをラマン分光で測定した場合、ｓｐ２結合に対応したＧバンド（１５８０ｃｍ−１付近）及びｓｐ３結合に対応したＤバンド（１３６０ｃｍ−１付近）の２つのピークが明確に観察される。なお、炭素材料が結晶性の場合には、上記の２バンドのうち、何れかのバンドが極小化してゆく。例えば、単結晶ダイヤモンドの場合は１５８０ｃｍ−１付近のＧバンドが殆ど観察されない。一方、高純度グラファイト構造の場合は、１３６０ｃｍ−１付近のＤバンドが殆ど現れない。
本発明では、特にＧバンドとＤバンドのピーク強度比（Ｇバンドでのピーク強度／Ｄバンドでのピーク強度）が１．５以上であることで、形成されたアモルファスカーボン膜の緻密性が高く、高温における粒子間の焼結抑制効果も優れることとなる。
上記ピーク強度比が１．５未満であると、膜の緻密性と高温における焼結抑制効果が不十分であることだけではなく、膜の密着性及び膜強度も低下することとなる。
上記ピーク強度比は１．７以上であることが好ましく、１０以下であることが好ましい。
上記被覆層は、カーボン以外の元素を含有しても良い。カーボン以外の元素としては、例えば、窒素、水素、酸素等が挙げられる。このような元素の含有量は、カーボンとカーボン以外の元素との合計に対して、１０原子％以下であることが好ましい。【００１８】
上記被覆層を構成するアモルファスカーボンは、オキサジン樹脂が含有するカーボンに由来するものであることが好ましい。上記オキサジン樹脂は低温で炭化が可能であることから、コストを低減することが可能となる。
上記オキサジン樹脂は、一般にフェノール樹脂に分類される樹脂であるが、フェノール類とホルムアルデヒドに加えて、さらにアミン類を加えて反応させることで得られる熱硬化樹脂である。なお、フェノール類において、フェノール環にさらにアミノ基があるようなタイプ、例えば、パラアミノフェノールのようなフェノールを用いる場合には、上記反応でアミン類を加える必要はなく、炭化もしやすい傾向にある。炭化のしやすさでは、ベンゼン環ではなく、ナフタレン環を用いることで、さらに炭化がしやすくなる。【００１９】
上記オキサジン樹脂としては、ベンゾオキサジン樹脂、ナフトオキサジン樹脂があり、このうち、ナフトオキサジン樹脂は、最も低温で炭化しやすいため好適である。以下にオキサジン樹脂の構造の一部として、ベンゾオキサジン樹脂の部分構造を式（１）に、ナフトオキサジン樹脂の部分構造を式（２）に示す。
このように、オキサジン樹脂とは、ベンゼン環又はナフタレン環に付加した６員環をもつ樹脂のことをさし、その６員環には、酸素と窒素が含まれ、これが名前の由来となっている。【００２０】
【化１】
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【００２１】
上記オキサジン樹脂を用いることにより、エポキシ樹脂等の他の樹脂に比べてかなり低温でアモルファスカーボンの皮膜を得ることが可能となる。具体的には２００℃以下の温度で炭化が可能である。特に、ナフトオキサジン樹脂を用いることで、より低温で炭化させることができる。
このように、オキサジン樹脂を用いて、より低温で炭化させることにより、アモルファスカーボンを有し、緻密性の高い被覆層を形成することができる。
アモルファスカーボンを有し、緻密性の高い被覆層を形成できる理由については明らかではない。しかしながら、例えば、オキサジン樹脂としてナフトオキサジン樹脂を使用した場合、樹脂中のナフタレン構造が低温加熱によって局部的に繋がり、分子レベルで層状構造が形成されるためであると考えられる。上記層状構造は、高温処理されていないため、グラファイトのような長距離の周期構造までは進展しないため、結晶性は示さない。
得られたカーボンが、グラファイトのような構造であるか、アモルファス構造であるかは、後述するＸ線回折法によって、２θが２６．４°の位置にピークが検出されるか否かにより確認することができる。【００２２】
上記ナフトオキサジン樹脂の原料として用いられるのは、フェノール類であるジヒドロキシナフタレンと、ホルムアルデヒドと、アミン類である。なお、これらについては後に詳述する。【００２３】
上記アモルファスカーボンは、上記オキサジン樹脂を５０〜９００℃（好ましくは１５０〜３５０℃）の温度で熱処理することにより得られるものであることが好ましい。本発明では、低温で炭化が可能なナフトオキサジン樹脂を用いていることで、比較的低温でアモルファスカーボンとすることが可能となる。
このように低温で得られることで、従来より低コスト、且つ簡便なプロセスで作製できるという利点がある。【００２４】
上記被覆層の平均膜厚の好ましい上限は５０ｎｍである。上記被覆層の平均膜厚が５０ｎｍを超えると、被覆後のカーボン被覆多孔質粒子が大きくなりすぎることがある。より好ましい上限は３０ｎｍである。なお、下限については特に限定されないが０．５ｎｍが好ましい。【００２５】
上記被覆層の膜厚の変動係数（ＣＶ値）は、７％以下であることが好ましい。上記被覆層の膜厚のＣＶ値が７％以下であると、被覆膜が均一で膜厚のバラツキが少ないことから、酸素や水蒸気に対するバリア性が高いものとすることができる。その結果、上記被覆層を有することで、カーボン被覆多孔質粒子の耐酸化性や耐水性の向上にも寄与し、サーモクロミック性の長期安定性をもたらすこととなる。上記被覆層の膜厚のＣＶ値のより好ましい上限は５％である。なお、下限については特に限定されないが０．５％が好ましい。
膜厚のＣＶ値（％）とは、標準偏差を平均膜厚で割った値を百分率で表したものであり、下記式により求められる数値のことである。ＣＶ値が小さいほど膜厚のばらつきが小さいことを意味する。
膜厚のＣＶ値（％）＝（膜厚の標準偏差／平均膜厚）×１００
平均膜厚及び標準偏差は、例えば、ＦＥ−ＴＥＭを用いて測定することができる。【００２６】
本発明では、飛行時間型二次イオン質量分析法（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）によって被覆層を測定した場合、ベンゼン環に由来する質量スペクトル、及び、ナフタレン環に由来する質量スペクトルのうち少なくとも１つが検出されることが好ましい。
このようなベンゼン環、ナフタレン環に由来する質量スペクトルが検出されることで、オキサジン樹脂が含有するカーボンに由来するものであることを確認できると同時に、緻密性の高い被覆膜を得ることができる。
本願発明において、ベンゼン環に由来する質量スペクトルとは、７７．１２付近の質量スペクトルをいい、ナフタレン環に由来する質量スペクトルとは、１２７．２７付近の質量スペクトルをいう。
なお、上記測定は、例えば、ＴＯＦ−ＳＩＭＳ装置（ＩＯＮ−ＴＯＦ社製）等を用いて行うことができる。【００２７】
本発明では、Ｘ線回折法によって被覆層を測定した場合、２θが２６．４°の位置にピークが検出されないことが好ましい。
上記２θが２６．４°の位置のピークは、グラファイトの結晶ピークであり、このような位置にピークが検出されないことで、被覆層を形成するカーボンがアモルファス構造であるということができる。
なお、上記測定は、例えば、Ｘ線回折装置（ＳｍａｒｔＬａｂ  Ｍｕｌｔｉｐｕｒｐｏｓｅ、リガク社製）等を用いて行うことができる。【００２８】
本発明において、上記被覆層は、アモルファスカーボンのみからなるものであってもよく、アモルファスカーボンと他成分を含有するものであってもよい。【００２９】
［カーボン被覆多孔質粒子］
上記カーボン被覆多孔質粒子の比表面積は特に限定されないが、好ましい下限が１０ｍ２／ｇ、好ましい上限が４０００ｍ２／ｇである。特に上記比表面積を２０ｍ２／ｇ以上、５００ｍ２／ｇ以下とすることで、高分解能ＨＰＬＣ用カラム充填剤として用いることができる。【００３０】
上記カーボン被覆多孔質粒子の平均粒子径は特に限定されないが、好ましい下限が１０ｎｍ、好ましい上限が５００μｍである。上記カーボン被覆多孔質粒子の平均粒子径のより好ましい下限が１μｍ、更に好ましい下限が２μｍ、より好ましい上限が５００μｍ、更に好ましい上限が１００μｍ、最も好ましい上限が３０μｍである。
なお、本明細書中、平均粒子径とは、ＦＥ−ＳＥＭ像により測定した体積平均粒子径を意味する。【００３１】
上記カーボン被覆多孔質粒子の平均細孔径は特に限定されないが、好ましい下限が１ｎｍ、好ましい上限が２００ｎｍである。特に、上記平均細孔径を２ｎｍ以上、１００ｎｍ以下とすることで、液体クロマトグラフィー用（高分解能ＨＰＬＣ用）カラム充填剤として好適に用いることができる。
なお、本明細書中、平均細孔径は、ガス吸着式細孔径分布測定装置により測定した平均細孔径を意味する。【００３２】
また、多孔質粒子とカーボン被覆多孔質粒子の平均細孔径の変化率［（（多孔質粒子の平均細孔径）−（カーボン被覆多孔質粒子の平均細孔径））×１００／（多孔質粒子の平均細孔径）］は、３０％以内であることが好ましい。
更に、［（多孔質粒子の比表面積）−（カーボン被覆多孔質粒子の比表面積）］は、２００ｍ２／ｇ以内であることが好ましく、１００ｍ２／ｇ以内がさらに好ましい。【００３３】
本発明の液体クロマトグラフィー用カラム充填剤を構成するカーボン被覆多孔質粒子を製造する方法としては、ホルムアルデヒド、脂肪族アミン及びジヒドロキシナフタレンを含有する混合溶液を調製する工程と、多孔質粒子を前記混合溶液に添加し、反応させる工程と、１００〜９００℃の温度での熱処理する工程を有する方法を用いることができる。
なお、熱処理する工程における温度は、１５０〜６００℃とすることが好ましい。【００３４】
本発明の液体クロマトグラフィー用カラム充填剤の製造方法では、ホルムアルデヒド、脂肪族アミン及びジヒドロキシナフタレンを含有する混合溶液を調製する工程を行う。
上記ホルムアルデヒドは不安定であるので、ホルムアルデヒド溶液であるホルマリンを用いることが好ましい。ホルマリンは、通常、ホルムアルデヒド及び水に加えて、安定剤として少量のメタノールが含有されている。本発明で用いられるホルムアルデヒドは、ホルムアルデヒド含量が明確なものであれば、ホルマリンであっても構わない。
また、ホルムアルデヒドには、その重合形態としてパラホルムアルデヒドがあり、こちらの方も原料として使用可能であるが、反応性が劣るため、好ましくは上記したホルマリンが用いられる。【００３５】
上記脂肪族アミンは一般式Ｒ−ＮＨ２で表され、Ｒは炭素数５以下のアルキル基であることが好ましい。炭素数５以下のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、シクロプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｓ−ブチル基、ｔ−ブチル基、シクロブチル基、シクロプロピルメチル基、ｎ−ペンチル基、シクロペンチル基、シクロプロピルエチル基、シクロブチルメチル基が挙げられる。
分子量を小さくする方が好ましいので、置換基Ｒは、メチル基、エチル基、プロピル基などが好ましく、実際の化合物名としては、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン等が好ましく使用できる。最も好ましいものは、分子量が一番小さなメチルアミンである。【００３６】
上記ジヒドロキシナフタレンとしては、多くの異性体がある。例えば、１，３−ジヒドロキシナフタレン、１，５−ジヒドロキシナフタレン、１，６−ジヒドロキシナフタレン、１，７−ジヒドロキシナフタレン、２，３−ジヒドロキシナフタレン、２，６−ジヒドロキシナフタレン、２，７−ジヒドロキシナフタレンが挙げられる。
このうち、反応性の高さから、１，５−ジヒドロキシナフタレン、２，６−ジヒドロキシナフタレンが好ましい。さらに１，５−ジヒドロキシナフタレンが最も反応性が高いので好ましい。【００３７】
上記混合溶液中におけるジヒドロキシナフタレン、脂肪族アミン、ホルムアルデヒドの３成分の比率については、ジヒドロキシナフタレン１モルに対して、脂肪族アミンを１モル、ホルムアルデヒドを２モル配合することが最も好ましい。
反応条件によっては、反応中に揮発などにより原料を失うので、最適な配合比は正確に上記比率とは限らないが、ジヒドロキシナフタレン１モルに対して、脂肪族アミンを０．８〜１．２モル、ホルムアルデヒドを１．６〜２．４モルの配合比の範囲で配合することが好ましい。
上記脂肪族アミンを０．８モル以上とすることにより、オキサジン環を十分に形成することができ、重合を好適に進めることができる。また１．２モル以下とすることにより、反応に必要なホルムアルデヒドを余計に消費することがないため、反応が順調に進み、所望のナフトオキサジンを得ることができる。同様に、ホルムアルデヒドを１．６モル以上とすることで、オキサジン環を充分に形成することができ、重合を好適に進めることができる。また２．４モル以下とすることで、副反応の発生を低減できるため好ましい。【００３８】
上記混合溶液は、上記３原料を溶解し、反応させるための溶媒を含有することが好ましい。
上記溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール類、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、Ｎ−メチルピロリドン等の通常樹脂を溶解するために用いられる溶媒が挙げられる。
上記混合溶液中の溶媒の添加量は特に限定されないが、ジヒドロキシナフタレン、脂肪族アミン及びホルムアルデヒドを含む原料を１００質量部とした場合は、通常３００〜２００００質量部で配合することが好ましい。３００質量部以上とすることで、溶質を充分に溶解することができるため、皮膜を形成した際に均一な皮膜とすることができ、２００００質量部以下とすることで、被覆層の形成に必要な濃度を確保することができる。【００３９】
本発明の液体クロマトグラフィー用カラム充填剤の製造方法では、多孔質粒子を上記混合溶液に添加し、反応させる工程を行う。反応を進行させることにより、上記多孔質粒子の表面にナフトオキサジン樹脂からなる層を形成することができる。
上記反応は常温でも進行するが、反応時間を短縮することができるため、４０℃以上に加温することが好ましい。加温を続けることで、作製されたオキサジン環が開き、重合が起こると分子量が増加し、いわゆるポリナフトオキサジン樹脂となる。反応が進みすぎると溶液の粘度が増し被覆に適さないため注意を要する。【００４０】
また、例えば、ホルムアルデヒド、脂肪族アミン及びジヒドロキシナフタレンの混合液を一定時間反応させて後に多孔質粒子を添加する方法を用いてもよい。
また、多孔質粒子への被覆を均一に行うためには、被覆反応時に多孔質粒子が分散された状態が好ましい。分散方法としては、撹拌、超音波、回転など公知の方法が利用できる。また、分散状態を改善するために、適当な分散剤を添加しても良い。
更に、反応工程を行った後に、熱風等により溶媒を乾燥除去することにより、樹脂を多孔質粒子の表面に均一に被覆してもよい。加熱乾燥方法についても特に制限はない。  【００４１】
本発明の液体クロマトグラフィー用カラム充填剤の製造方法では、次いで、１００〜９００℃（好ましくは１５０〜６００℃）の温度での熱処理する工程を行う。
これにより、前工程で被覆した樹脂が炭化されてアモルファスカーボンからなる被覆層とすることができる。【００４２】
上記熱処理の方法としては、特に限定されず、加熱オーブンや電気炉等を用いる方法等が挙げられる。
上記熱処理における温度は、１００〜９００℃（好ましくは１５０〜６００℃）である。本発明では、低温で炭化が可能なナフトオキサジン樹脂を用いていることから、更に低温でアモルファスカーボンとすることが可能となる。
上記加熱処理は、空気中で行っても良いし、窒素、アルゴンなどの不活性ガス中で行っても良い。熱処理温度が３５０℃以上の場合は、不活性ガス雰囲気の方がより好ましい。
また、上記熱処理を行った後、更に加熱する工程を行ってもよい。このような工程を行うことで、比表面積や平均細孔径を更に大きくすることが可能となる。  【００４３】
本発明の液体クロマトグラフィー用カラム充填剤は、多くの物質の測定に適用することができ、優れた分離性能を実現することが可能となる。上記液体クロマトグラフィーとしては、例えば、カラムクロマトグラフィー、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）、薄層クロマトグラフィー（ＴＬＣ）等が挙げられる。なかでも、高速液体クロマトグラフィー用のカラム充填剤として特に好適である。高速液体クロマトグラフィー用のカラム充填剤として使用した場合、優れた分離性能を実現することが可能となり、幾何学異性体同士や芳香族化合物同士等の分離に特に優れた効果を発揮することができる。
【発明の効果】
【００４４】
本発明によれば、吸着容量が大きく、吸着選択性の調整が可能であり、かつ、形状保持性が高いことから、液体クロマトグラフィー用のカラム充填剤として使用した場合に、多くの物質の測定に適用可能で優れた分離性能、及び、カラムへの高い充填率を実現可能な液体クロマトグラフィー用カラム充填剤を提供することも可能となる。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下に実施例を掲げて本発明の態様を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されない。
【００４６】
（実施例１）
多孔質シリカ粒子（ＹＭＣ社製、平均粒子径：４．４μｍ、平均細孔径：１２．０ｎｍ、比表面積：３３０ｍ２／ｇ）７０５４ｍｇと、１，５−ジヒドロキシナフタレン（東京化成社製）７８１ｍｇとをエタノール２５６．４３ｇに順次添加し、エタノール混合溶液を作製した。
次に、得られた混合液を超音波槽にて２分間を処理した後、ヘキサヒドロ−１，３，５−トリメチル−１，３，５−トリアジン（東京化成社製）６３０ｍｇを添加し、８０℃で４時間加熱撹拌した。溶液を濾過し、エタノールで３回洗浄した後に、２５℃で２４時間真空乾燥することにより、カーボン被覆多孔質シリカ粒子（カーボン被覆多孔質粒子）を得た。
【００４７】
なお、得られたカーボン被覆多孔質シリカ粒子の平均粒子径、平均細孔径、比表面積、カーボン含有量を以下の方法で測定したところ、平均粒子径：４．７μｍ、平均細孔径：９．６９ｎｍ、比表面積：２２８．６ｍ２／ｇであった。
【００４８】
（平均粒子径）
得られた粒子のＦＥ−ＳＥＭ像を画像解析ソフト（ＷＩＮＲＯＯＦ、三谷商事社製）を用いて解析することにより、平均粒子径を測定した。
（平均細孔径、比表面積）
ガス吸着式細孔径分布測定装置により測定した。
【００４９】
（実施例２）
実施例１で得られたカーボン被覆多孔質シリカ粒子を、窒素雰囲気下で５６０℃、２時間焼成することにより、カーボン被覆多孔質シリカ粒子を得た。
なお、得られたカーボン被覆多孔質シリカ粒子は、平均粒子径：４．４μｍ、平均細孔径：１２．５２ｎｍ、比表面積：２８１．６ｍ２／ｇであった。
【００５０】
（実施例３）
実施例１で得られたカーボン被覆多孔質シリカ粒子を、窒素雰囲気下で２００℃、２時間焼成することにより、カーボン被覆多孔質シリカ粒子を得た。
なお、得られたカーボン被覆多孔質シリカ粒子は、平均粒子径：４．５μｍ、平均細孔径：９．７０ｎｍ、比表面積：２３４．４ｍ２／ｇであった。
【００５１】
（実施例４）
実施例１で得られたカーボン被覆多孔質シリカ粒子を、窒素雰囲気下で４００℃、２時間焼成することにより、カーボン被覆多孔質シリカ粒子を得た。
なお、得られたカーボン被覆多孔質シリカ粒子は、平均粒子径：４．５μｍ、平均細孔径：９．７８ｎｍ、比表面積：２７７．１ｍ２／ｇであった。
【００５２】
（比較例１）
市販品のオクタデシル化シリカ粒子（ＧＬ  Ｓｃｉｅｎｃｅ社製、Ｉｎｅｒｔｓｉｌ  ＯＤＳ−３に充填された粒子）を用いた。
なお、オクタデシル化シリカ粒子は、平均粒子径：５．０μｍであった。
【００５３】
（比較例２）
市販品の多孔質シリカ粒子（ＹＭＣ社製）を用いた。なお、シリカ粒子は、平均粒子径：５．０μｍ、平均細孔径：１２．０ｎｍ、比表面積：３３０ｍ２／ｇであった。
【００５４】
（評価方法）
（１）ＨＰＬＣ分離試験
実施例１、２及び比較例１の粒子をステンレス製カラム（内径４．６ｍｍ、長さ１５０ｍｍ）に充填し、充填カラムを作製した。この充填カラムを用いて、カラム温度：２０℃、流速：１．０ｍｌ／分、測定時間：６０分間の測定条件で分離状態を調べ、保持係数（ｋ）及び分離係数（α）を算出した。
なお、試験は、試料Ａ（ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、ｃｉｓ−スチルベン、ｔｒａｎｓ−スチルベン、ブチルベンゼン、１，２，３，４−テトラヒドロ−ナフタレン）、試料Ｂ（ナフタレン、アントラセン、ｃｉｓ−スチルベン、ｔｒａｎｓ−スチルベン）の２通りについて行った。試料Ａの場合は移動相をエタノールとし、試料Ｂの場合は移動相をエタノールとテトラヒドロフランの混合溶媒（ＥｔＯＨ／ＴＨＦ＝５０／５０）とした。
【００５５】
ここで保持係数ｋは、式：ｋ＝（ｔＲ−ｔ０）／ｔ０（式中、ｔＲ：保持時間、ｔ０：試料導入時からカラムに保持されない成分のピークの頂点が現れるまでの時間）で表される式により算出される。また、分離係数αは、保持係数の比を意味し、具体的には、式：α＝ｋ２／ｋ１（式中、ｋ１：最初に溶出する物質の保持係数、ｋ２：後から溶出する物質の保持係数）で表される式により算出される。一般には、αが１の場合、溶出時間が全く同じで分離されないことを意味する。
なお、分離係数αは、「ナフタレンとアントラセン」、「ｃｉｓ−スチルベンとｔｒａｎｓ−スチルベン」、「ブチルベンゼンと１，２，３，４−テトラヒドロ−ナフタレン」について算出した。
また、表１中の「吸着」とは、６０分間の測定時間で測定できない場合を表し、上記ｋ２が「吸着」である場合は、αを無限大とした。
【００５６】
（２）カラム充填率
「（１）ＨＰＬＣ分離試験」の充填カラムを作製する工程において、充填前のカラムの体積をＶ０、充填後のカラム内の空隙体積をＶとし、以下の式からカラム充填率を算出した。
カラム充填率  ＝  １００×（Ｖ０−Ｖ）／Ｖ０
なお、充填後のカラム内の空隙体積Ｖは、「（１）ＨＰＬＣ分離試験」を行う場合における、保持しない溶媒の体積量により見積もることができる。
【００５７】
（３）Ｇ／Ｄバンドピーク強度比
得られた粒子について、Ａｌｍｅｇａ  ＸＲ（Ｔｈｅｒｍｏ  Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製）を用いてラマン分光にて、ＧバンドとＤバンドのピーク比を測定し、ＧバンドとＤバンドのピーク強度比を算出した。なお、レーザー光は５３０ｎｍとした。
【００５８】
（４）ＴＯＦ−ＳＩＭＳ測定
得られた粒子の被覆層について、ＴＯＦ−ＳＩＭＳ  ５型装置（ＩＯＮ−ＴＯＦ社製）を用いて、飛行時間型二次イオン質量分析法（Ｔｉｍｅ−ｏｆ−Ｆｌｉｇｈｔ  Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ，ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）によるベンゼン環に由来する質量スペクトル（７７．１２付近）、及び、ナフタレン環に由来する質量スペクトル（１２７．２７付近）の確認を行った。なお、ＴＯＦ−ＳＩＭＳ測定は、下記のような条件で行った。また、空気中や保管ケースに由来するコンタミをできるだけ避けるために、サンプル作製後に、シリコンウェハー保管用クリーンケースにて保管した。
一次イオン：２０９Ｂｉ＋１
イオン電圧：２５ｋＶ
イオン電流：１ｐＡ
質量範囲：１〜３００ｍａｓｓ
分析エリア：５００×５００μｍ
チャージ防止：電子照射中和
ランダムラスタスキャン
【００５９】
（５）Ｘ線回折
Ｘ線回折装置（ＳｍａｒｔＬａｂ  Ｍｕｌｔｉｐｕｒｐｏｓｅ、リガク社製）を用い、以下の測定条件では回折データを得た。Ｘ線波長：ＣｕＫα１．５４Ａ、測定範囲：２θ＝１０〜７０°、スキャン速度：４°／ｍｉｎ、ステップ：０．０２°
得られた回折データについて、２θ＝２６．４°の位置にピークが検出されるか否かを確認した。
【００６０】
【表１】
2018088531.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明によれば、吸着容量が大きく、吸着選択性の調整が可能であり、かつ、形状保持性が高いことから、液体クロマトグラフィー用のカラム充填剤として使用した場合に、多くの物質の測定に適用可能で優れた分離性能、及び、カラムへの高い充填率を実現可能な液体クロマトグラフィー用カラム充填剤を提供することができる。
【国際調査報告】
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