(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
架橋共重合体からなる有機多孔質基材の表面にポリエチレンイミンが直接またはスペーサーを介して結合し、前記ポリエチレンイミン由来の窒素原子に、式（１）
【化１】
0006980926.tif 000014
（式中、Ｎ1はポリエチレンイミン由来の窒素原子であり、Ｒは、（１）炭素原子数１〜１０のアルキレン基、（２）水酸基を有する炭素原子数１〜１０のアルキレン基及び（３）炭素数２〜４のアルキレン基が複数エーテル結合により結合したアルキレン基から選ばれるアルキレン基を表し、Ｒ1、Ｒ2及びＲ3は、それぞれ同一でも異なってもよく、（１）炭素原子数１〜１０のアルキル基、（２）水酸基を有する炭素原子数１〜１０のアルキル基、または（３）アミノ基を有する炭素原子数１〜１０のアルキル基から選ばれる基を表す。Ｒ1とＲ2は結合してピペリジン環を形成してもよく、Ｒ1とＲ2は酸素原子を介して結合してモルホリン環を形成してもよい。）
で示される官能基が結合した構造を有するイオンクロマトグラフィー用充填剤。
【請求項２】
Ｒが２−ヒドロキシプロピレン基であり、Ｒ1、Ｒ2及びＲ3の少なくとも１つがアミノ基を有する炭素原子数１〜１０のアルキル基である請求項１に記載のイオンクロマトグラフィー用充填剤。
【請求項３】
前記式（１）で示される官能基が、Ｒ1とＲ2がメチル基であり、Ｒ3が２−［Ｎ−｛２−（ジメチルアミノ）エチル−Ｎ−メチル｝アミノ］エチル基である式（４）
【化２】
0006980926.tif 000015
（式中、Ｎ1はポリエチレンイミン由来の窒素原子である。）で示されるか、またはＲ1がメチル基で、Ｒ2及びＲ3が２−（ジメチルアミノ）エチル基である式（５）
【化３】
0006980926.tif 000016
（式中、Ｎ1はポリエチレンイミン由来の窒素原子を表す。）で示されるか、またはＲ1とＲ2は酸素原子を介して結合してモルホリン環を形成し、Ｒ3がメチル基である式（６）
【化４】
0006980926.tif 000017
（式中、Ｎ1はポリエチレンイミン由来の窒素原子を表す。）で示される請求項１または２に記載のイオンクロマトグラフィー用充填剤。
【請求項４】
ポリエチレンイミンが、スペーサーを介して架橋共重合体に結合している請求項１〜３のいずれかに記載のイオンクロマトグラフィー用充填剤。
【請求項５】
架橋重合体が水酸基を有し、スペーサーが多官能性グリシジルエーテル、またはエピクロロヒドリン由来の構造を有する請求項４に記載のイオンクロマトグラフィー用充填剤。
【請求項６】
スペーサーが多官能性グリシジルエーテルであって、多官能性グリシジルエーテルが、１，４−ブタンジオールジグリシジルエーテル、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル及びグリセロールジグリシジルエーテルから選択される請求項５に記載のイオンクロマトグラフィー用充填剤。
【請求項７】
多官能性グリシジルエーテルが１，４−ブタンジオールジグリシジルエーテルである請求項６に記載のイオンクロマトグラフィー用充填剤。
【請求項８】
架橋共重合体が、架橋ポリビニルアルコール重合体である請求項１〜７のいずれかに記載のイオンクロマトグラフィー用充填剤。
【請求項９】
請求項１に記載のイオンクロマトグラフィー用充填剤の製造方法であって、架橋共重合体からなる有機多孔質基材の表面にポリエチレンイミンを直接またはスペーサーを介して結合させる工程（工程１）、ポリエチレンイミンに含まれる窒素原子を多官能性グリシジルエーテルと反応させる工程（工程２）、及び工程２で導入されたグリシジル基に３級アミンを反応させる工程（工程３）を含むイオンクロマトグラフィー用充填剤の製造方法。
【請求項１０】
工程１が、水酸基を有する架橋共重合体にスペーサーを反応させる工程１ａ、及び得られた架橋共重合体上のスペーサーにポリエチレンイミンを反応させる工程１ｂを含む請求項９に記載のイオンクロマトグラフィー用充填剤の製造方法。
【請求項１１】
スペーサーが多官能性グリシジルエーテルである請求項１０に記載のイオンクロマトグラフィー用充填剤の製造方法。
【請求項１２】
工程１ａのスペーサー及び工程２で使用する多官能性グリシジルエーテルが、１，４−ブタンジオールジグリシジルエーテル、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールグリシジルエーテル及びグリセロールジグリシジルエーテルから選択され、工程３の３級アミンが、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ”，Ｎ”−ペンタメチルジエチレントリアミンである請求項９〜１１のいずれかに記載のイオンクロマトグラフィー用充填剤の製造方法。
【請求項１３】
架橋共重合体が、架橋ポリビニルアルコール共重合体である請求項９〜１２のいずれかに記載のイオンクロマトグラフィー用充填剤の製造方法。
【請求項１４】
請求項１〜８のいずれかに記載の充填剤が充填されたイオンクロマトグラフィー用カラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水酸化物系溶離液を用いる陰イオンクロマトグラフィー用充填剤、及びその製造方法に関する。さらに詳しく言えば、ハロゲン酸化物イオン等を含む多数の陰イオンを分析できるカラムに使用する充填剤、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオンクロマトグラフィーは、水中のイオンを測定できる優れた分析方法である。特に、陰イオンクロマトグラフィーは、飲料水中の様々な陰イオンを一度に測定することができるため広く使用されている。
陰イオンクロマトグラフィーでは、分析カラムとして、４級アンモニウム基を持った充填剤を充填したカラムが使用され、カラムで分離された各陰イオンはサプレッサーを経て電気伝導度計により検出される。【０００３】
陰イオンクロマトグラフィーにおいては、溶離液として、炭酸イオン、水酸化物イオンを含む溶離液が用いられている。取り扱いの容易さから、炭酸イオンを含む溶離液（炭酸系溶離液）を用いる陰イオンクロマトグラフィーが広く用いられている。炭酸系溶離液を用いる陰イオンクロマトグラフィー用の充填剤がいくつか報告されている（特許第４２０７３６２号公報（米国特許第６８８１７６１号明細書）；特許文献１等）。【０００４】
一方、水酸化物イオンを含む溶離液（水酸化物系溶離液）を用いる陰イオンクロマトグラフィーでは、溶離液に水酸化カリウム水溶液のような強アルカリ性水溶液を使用する。こうした水酸化物系溶離液は、調整時・使用時の被液防止、空気中の炭酸ガスの吸収による変質に対する対策が必要であり、取り扱いが難しかった。しかし、こうした問題は、装置面の技術の進歩により解消されてきている。【０００５】
水酸化物系溶離液を用いる陰イオンクロマトグラフィーでは、強アルカリ液に耐久性を有する充填剤を使用したカラムを使用する必要がある。こうした性質を有する充填剤としては、ペリキュラー型イオン交換体などが知られている（特許文献２）。
ペリキュラー型イオン交換体の技術を改良した充填剤が、Ａｎａｌｙｔｉｃａ  Ｃｈｉｍｉｃａ  Ａｃｔａ，９６４，（２０１７）１８７（非特許文献１）に開示されている。この文献には、ポリエチレンイミンを結合させた基材に、１，４−ブタンジオールグリシジルエーテルを反応させ、アミノ基を４級化した充填剤を、水酸化物系溶離液を用いた陰イオンクロマトグラフィーに使用した例が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４２０７３６２号公報（米国特許第６８８１７６１号明細書）
【特許文献２】特許第４６５９７６６号公報（国際公開第２００５／０８２５３４号）
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ａｎａｌｙｔｉｃａ  Ｃｈｉｍｉｃａ  Ａｃｔａ，９６４，（２０１７）１８７．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、水酸化物系溶離液を用いる陰イオンクロマトグラフィーにおいて、さらに高性能な分離を示すカラム用の充填剤、及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、鋭意検討の結果、架橋共重合体からなる有機多孔質基材の表面に、特定の官能基を有するポリエチレンイミンを直接またはスペーサーを介して結合させた充填剤が、水酸化物イオンを含む溶離液を用いる陰イオンクロマトグラフィー用として優れた性質を示すことを見出し、本発明を完成した。【００１０】
本発明は、以下のイオンクロマトグラフィー充填剤、イオンクロマトグラフィー用充填剤の製造方法、及びイオンクロマトグラフィー用カラムに関する。
［１］  架橋共重合体からなる有機多孔質基材の表面にポリエチレンイミンが直接またはスペーサーを介して結合し、前記ポリエチレンイミン由来の窒素原子に、式（１）
【化１】
0006980926.tif 000002
（式中、Ｎ1はポリエチレンイミン由来の窒素原子であり、Ｒは、（１）炭素原子数１〜１０のアルキレン基、（２）水酸基を有する炭素原子数１〜１０のアルキレン基及び（３）炭素数２〜４のアルキレン基が複数エーテル結合により結合したアルキレン基から選ばれるアルキレン基を表し、Ｒ1、Ｒ2及びＲ3は、それぞれ同一でも異なってもよく、（１）炭素原子数１〜１０のアルキル基、（２）水酸基を有する炭素原子数１〜１０のアルキル基、または（３）アミノ基を有する炭素原子数１〜１０のアルキル基から選ばれる基を表す。Ｒ1とＲ2は結合してピペリジン環を形成してもよく、Ｒ1とＲ2は酸素原子を介して結合してモルホリン環を形成してもよい。）
で示される官能基が結合した構造を有するイオンクロマトグラフィー用充填剤。
［２］  Ｒが２−ヒドロキシプロピレン基であり、Ｒ1、Ｒ2及びＲ3の少なくとも１つがアミノ基を有する炭素原子数１〜１０のアルキル基である前項１に記載のイオンクロマトグラフィー用充填剤。
［３］  前記式（１）で示される官能基が、Ｒ1とＲ2がメチル基であり、Ｒ3が２−［Ｎ−｛２−（ジメチルアミノ）エチル−Ｎ−メチル｝アミノ］エチル基である式（４）
【化２】
0006980926.tif 000003
（式中、Ｎ1はポリエチレンイミン由来の窒素原子である。）で示されるか、またはＲ1がメチル基で、Ｒ2及びＲ3が２−（ジメチルアミノ）エチル基である式（５）
【化３】
0006980926.tif 000004
（式中、Ｎ1はポリエチレンイミン由来の窒素原子を表す。）で示されるか、またはＲ1とＲ2は酸素原子を介して結合してモルホリン環を形成し、Ｒ3がメチル基である式（６）
【化４】
0006980926.tif 000005
（式中、Ｎ1はポリエチレンイミン由来の窒素原子を表す。）で示される前項１または２に記載のイオンクロマトグラフィー用充填剤。
［４］  ポリエチレンイミンが、スペーサーを介して水酸基を有する架橋共重合体に結合している前項１〜３のいずかに記載のイオンクロマトグラフィー用充填剤。
［５］  架橋重合体が水酸基を有し、スペーサーが多官能性グリシジルエーテル、またはエピクロロヒドリン由来の構造を有する前項４に記載のイオンクロマトグラフィー用充填剤。
［６］  スペーサーが多官能性グリシジルエーテルであって、多官能性グリシジルエーテルが、１，４−ブタンジオールジグリシジルエーテル、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル及びグリセロールジグリシジルエーテルから選択される前項５に記載のイオンクロマトグラフィー用充填剤。
［７］  多官能性グリシジルエーテルが１，４−ブタンジオールジグリシジルエーテルである前項６に記載のイオンクロマトグラフィー用充填剤。
［８］架橋共重合体が、架橋ポリビニルアルコール重合体である前項１〜７のいずれかに記載のイオンクロマトグラフィー用充填剤。
［９］  前項１に記載のイオンクロマトグラフィー用充填剤の製造方法であって、架橋共重合体からなる有機多孔質基材の表面にポリエチレンイミンを直接またはスペーサーを介して結合させる工程（工程１）、ポリエチレンイミンに含まれる窒素原子を多官能性グリシジルエーテルと反応させる工程（工程２）、及び工程２で導入されたグリシジル基に３級アミンを反応させる工程（工程３）を含むイオンクロマトグラフィー用充填剤の製造方法。
［１０］  工程１が、水酸基を有する架橋共重合体にスペーサーを反応させる工程１ａ、及び得られた架橋共重合体上のスペーサーにポリエチレンイミンを反応させる工程１ｂを含む前項９に記載のイオンクロマトグラフィー用充填剤の製造方法。
［１１］  スペーサーが多官能性グリシジルエーテルである前項１０に記載のイオンクロマトグラフィー用充填剤の製造方法。
［１２］  工程１ａのスペーサー及び工程２で使用する多官能性グリシジルエーテルが、１，４−ブタンジオールジグリシジルエーテル、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールグリシジルエーテル及びグリセロールジグリシジルエーテルから選択され、工程３の３級アミンが、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ”，Ｎ”−ペンタメチルジエチレントリアミンである前項９〜１１のいずれかに記載のイオンクロマトグラフィー用充填剤の製造方法。
［１３］  架橋共重合体が、架橋ポリビニルアルコール共重合体である前項９〜１２のいずれかに記載のイオンクロマトグラフィー用充填剤の製造方法。
［１４］  前項１〜８のいずれかに記載の充填剤が充填されたイオンクロマトグラフィー用カラム。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の充填剤を、水酸化物イオンを含む溶離液を用いる陰イオンクロマトグラフィーのカラムに使用することによって、ハロゲン酸化物イオン等を含む多数の陰イオンを好適に分離し分析することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のイオンクロマトグラフィー用充填剤１を用いて陰イオン含有標準液の分析を行った分析例１の結果を示すクロマトグラムである。
【図２】比較用のイオンクロマトグラフィー用充填剤を用いて陰イオン含有標準液の分析を行った比較分析例１の結果を示すクロマトグラムである。
【図３】本発明のイオンクロマトグラフィー用充填剤２を用いて陰イオン含有標準液の分析を行った分析例２の結果を示すクロマトグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明のイオンクロマトグラフィー用充填剤は、架橋共重合体からなる有機多孔質基材の表面にポリエチレンイミンが直接またはスペーサーを介して結合し、ポリエチレンイミン由来の窒素原子に特定の構造の官能基が結合した構造を有する。ポリエチレンイミンは、−（ＣＨ2−ＣＨ2−ＮＡ）−（Ａは、水素原子（Ｈ）、または「繰り返し基本単位」を表す。）を繰り返し基本単位とするポリマーである。また、架橋共重合体は、ポリエチレンイミンまたはスペーサーと反応する官能基を有している。
【００１４】
本発明の充填剤が有する前記特定構造の官能基は、式（１）で示される。
【化５】
0006980926.tif 000006
式中、Ｎ1は、ポリエチレンイミン由来の窒素原子であり、Ｒは、（１）炭素原子数１〜１０のアルキレン基、（２）水酸基を有する炭素原子数１〜１０のアルキレン基、（３）炭素数２〜４のアルキレン基が複数エーテル結合により結合したアルキレン基から選ばれるアルキレン基を表し、Ｒ1、Ｒ2及びＲ3は、（１）炭素原子数１〜１０のアルキル基、（２）水酸基を有する炭素原子数１〜１０のアルキル基、または（３）アミノ基を有する炭素原子数１〜１０のアルキル基を表す。Ｒは異なる複数のアルキレン基であってもよく、Ｒ1、Ｒ2及びＲ3は、それぞれ同一でもよいし、異なっていてもよい。また、Ｒ1、Ｒ2及びＲ3の２つが結合して、環構造を形成してもよい。Ｒ1とＲ2は結合してピペリジン環を形成してもよく、Ｒ1とＲ2は酸素原子を介して結合してモルホリン環を形成してもよい。
【００１５】
イオンクロマトグラフィー用充填剤の製造方法：
本発明に係るイオンクロマトグラフィー用充填剤の製造方法は、架橋共重合体からなる有機多孔質基材の表面にポリエチレンイミンを直接またはスペーサーを介して結合させる工程（工程１）、ポリエチレンイミンに含まれる窒素原子を多官能性グリシジルエーテルと反応させる工程（工程２）及び工程２で導入されたグリシジル基に３級アミンを反応させる工程（工程３）を含む。工程１でスペーサーを介してポリエチレンイミンを介して結合させる場合には、工程１には架橋共重合体にスペーサーを反応させる工程１ａとスペーサーとポリエチレンイミンを反応させる工程１ｂが含まれる。
【００１６】
工程１：
架橋共重合体からなる有機多孔質基材の表面に、直接またはスペーサーを介してポリエチレンイミンを結合させる工程である。
【００１７】
架橋共重合体からなる有機多孔質基材としては、ポリスチレン系基材、ポリメタクリレート系基材、またはポリビニルアルコール系基材が使用される。前記有機多孔質基材は、ポリエチレンイミンのアミノ基またはスペーサーの官能基と反応する官能基を有している必要がある。有機多孔性基材は、ポリエチレンイミンを反応させるために、アミノ基と反応する官能基を有するモノマー（例えば、グリシジルメタクリレート（ＧＭＡ）、クロロメチルスチレンなど）を主たるモノマーと共重合することによって得たものでもよい。また、スペーサーを介する場合には、スペーサーと反応する官能基を有するモノマー（例えば、ヒドロキシブチルメタクリレートのような水酸基を有するモノマーなど）、あるいは、反応する官能基に変化しうる官能基を有するモノマー（例えば、加水分解により水酸基を生じる酢酸ビニル、加水分解によりアミノ基を生じるビニルアミドなど）を主たるモノマーと共重合することによって得たものでもよい。
【００１８】
本発明に用いる有機多孔質基材の重合方法には基本的に制約はなく、懸濁重合法を使用できる。また、例えば細孔径が制御されたシラス多孔質ガラス（ＳＰＧ）膜と内圧式マイクロキットＭＮ−２０（ＳＧＰテクノ（株）製）を用いたＳＰＧ膜懸濁重合法やマイクロチャネル乳化装置（（株）イーピーテック製）を用いたマイクロチャネル懸濁重合法により重合することができる。多孔質にする方法についても制約はなく公知の方法が用いられる。一般的には、モノマーに、モノマーは溶解するが共重合物を溶解しない溶媒（希釈剤）を追加した状態で共重合することにより、多孔質基材を得ることができる。希釈剤としては、例えば、クロロベンゼン、トルエン、キシレン、ジエチルベンゼン、ドデシルベンゼン等の芳香族炭化水素類、ヘキサン、ヘプタン、デカン等の飽和炭化水素類、イソアミルアルコール、ヘキシルアルコール、オクチルアルコール等のアルコール類、酢酸ブチル、酢酸アミルなどの酢酸エステル類などを、単独で、あるいは複数併用することができる。
また、重合後に篩や分級装置（例えば、半自由渦式分級機エアロファインクラシファイアＡＣ（日清エンジニアリング（株）製）など）を使用した分級を行い平均粒子径、均一性及び微細粒子の含有量を調節することもできる。
【００１９】
イオンクロマトグラフィー用充填剤は、強アルカリ性の溶離液条件で変化しない基材からなるものが望ましい。このため、充填剤用の有機多孔質基材としては、ポリスチレン系基材、またはポリビニルアルコール系基材が好ましい。基材の疎水性が大きい場合、疎水性の陰イオンに対し、不都合な相互作用を示す場合があるので、疎水性が低い基材が好ましい。この点から水酸基を有する架橋共重合体からなる有機多孔質のポリビニルアルコール系基材が特に好ましい。
【００２０】
ポリビニルアルコール系基材は架橋ポリビニルアルコール重合体からなる。架橋ポリビニルアルコール重合体は、ポリビニルアルコールの後架橋で合成してもよいし、共重合で合成してもよい。共重合で合成する場合は、ビニルエステルと架橋モノマーを共重合し、得られた共重合体のエステル部分を加水分解する。ビニルエステルと架橋モノマーの組み合わせとしては、酢酸ビニルとトリアリルイソシアヌレートが好ましい。
【００２１】
ポリエチレンイミンが直接結合する場合は、ポリエチレンイミンは、架橋共重合体からなる有機多孔質基材のモノマー由来のグリシジル基やクロロ基との反応によって基材に結合する。ポリエチレンイミンとしては、分岐ポリエチレンイミン、直鎖ポリエチレンイミンが用いられる。分岐ポリエチレンイミンがより好ましい。ポリエチレンイミンは分子量３００〜１００００のものが用いられ、６００〜１８００のものがより好ましい。
反応は、溶媒中でグリシジル基やクロロ基を有する架橋共重合体とポリエチレンイミンを、加熱下撹拌することで行われる。
前記の官能基を有しない架橋共重合体の場合、ポリエチレンイミンを直接結合できないので、架橋共重合体のアミノ基や水酸基を利用し、スペーサーを介してポリエチレンイミンを結合させる。スペーサーとしては、有機多孔質基材と反応する官能基とポリエチレンイミンと反応する官能基を有する化合物が用いられる。例えば、ポリビニルアルコール系基材は表面に水酸基を有しているので、スペーサーを用いる方法に好適に使用される。
【００２２】
スペーサー用の化合物としては、多官能性グリシジルエーテル、あるいはエピクロロヒドリンが好適に用いられる。多官能性グリシジルエーテルとしては、１，４−ブタンジオールジグリシジルエーテル（１，４−ＢＧＥと略す場合がある）、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールグリシジルエーテル及びグリセロールジグリシジルエーテルが挙げられるが、１，４−ＢＧＥ、グリセロールジグリシジルエーテルが好ましく、１，４−ＢＧＥがより好ましい。
【００２３】
工程１ａ：
アミノ基や水酸基を有する架橋共重合体とスペーサーの反応は、非極性溶媒中で、重合体中のアミノ基や水酸基とスペーサーのグリシジル基とを付加反応させることにより行われる。
架橋ポリビニルアルコール重合体と多官能性グリシジルエーテルの反応は、例えば次のように行われる。すなわち、架橋ポリビニルアルコール重合体を、非プロトン極性溶媒中に分散し、多官能性グリシジルエーテルと共に撹拌する。ここに、アルカリを投入し撹拌する。この時の反応温度は、４０〜７０℃が好ましい。非プロトン溶媒極性溶媒としては、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）が好ましい。
【００２４】
工程１ｂ：
ポリエチレンイミンは、スペーサー由来のグリシジル基との反応によって架橋共重合体に結合する。ポリエチレンイミンとしては、分岐ポリエチレンイミン、直鎖ポリエチレンイミンが用いられる。分岐ポリエチレンイミンがより好ましい。ポリエチレンイミンは分子量３００〜１００００のものが用いられ、６００〜１８００のものがより好ましい。
この反応の溶媒としては水が好適に用いられる。水の量は基材に対して質量で５倍程度が好ましい。反応させるポリエチレンイミンは基材に対して、質量で０．６倍程度が好ましい。反応温度は４０〜８０℃が好ましく、５０〜７０℃がより好ましい。
【００２５】
工程２：
架橋共重合体からなる有機多孔質基材の表面に直接またはスペーサーを介して結合させたポリエチレンイミンのアミノ基に対し、特定の多官能性グリシジルエーテルを反応させポリエチレンイミンに含まれる窒素原子に多官能性グリシジルエーテルを結合させる工程である。本工程により、下記式（２）で示される官能基が結合した構造を表面に有する基材が得られる（この基材を「エポキシ基材」と略記することがある。）
【化６】
0006980926.tif 000007
式中、Ｎ1はポリエチレンイミン由来の窒素原子であり、Ｒは、（１）炭素原子数１〜１０のアルキレン基、（２）炭素原子数１〜１０の水酸基を有するアルキレン基、（３）炭素数２〜４のアルキレン基が複数エーテル結合により結合したアルキレン基から選ばれるアルキレン基を表す。
【００２６】
式（２）において、Ｒが表す炭素原子数１〜１０のアルキレン基の具体例としては、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ネオペンチル基が挙げられる。水酸基を有する炭素原子数１〜１０のアルキレン基の具体例としては、２−ヒドロキシプロピレン基、２−ヒドロキシ，２−メチルプロピレン基が挙げられる。炭素数２〜４のアルキレン基が複数エーテル結合により結合したアルキレン基としては、ジエチレングリコール基、ポリエチレングリコール基が挙げられる。これらの中でも、ブチレン基、２−ヒドロキシプロピレン基が好ましく、２−ヒドロキシプロピレン基が特に好ましい。
【００２７】
式（２）で示される官能基を結合させるための特定の多官能性グリシジルエーテルは式（３）で示される。
【化７】
0006980926.tif 000008
式中のＲは、式（２）のＲと同じ意味を表す。
【００２８】
エポキシ基材は、ポリエチレンイミンが結合した架橋重合体と多官能性グリシジルエーテルを水中で撹拌加熱することにより得ることができる。反応温度は４０〜８０℃が好ましく、より好ましくは５０〜７０℃である。
【００２９】
工程３：
工程２で得たエポキシ基材のグリシジル基に、ＮＲ1Ｒ2Ｒ3で示される３級アミンを反応させることにより３級アミンの窒素原子を４級化して、式（１）
【化８】
0006980926.tif 000009
で示される官能基が結合した構造を有する充填剤を得る工程である。
式中、Ｎ1はポリエチレンイミン由来の窒素原子であり、Ｒは、（１）炭素原子数１〜１０のアルキレン基、（２）炭素原子数１〜１０の水酸基を有するアルキレン基、（３）炭素数２〜４のアルキレン基が複数エーテル結合により結合したアルキレン基から選ばれるアルキレン基を表し、Ｒ1、Ｒ2及びＲ3は、それぞれ同一でも異なってもよく、（１）炭素原子数１〜１０のアルキル基、（２）水酸基を有する炭素原子数１〜１０のアルキル基、または（３）アミノ基を有する炭素原子数１〜１０のアルキル基から選ばれる基を表す。Ｒ1とＲ2は結合してピペリジン環を形成してもよく、Ｒ1とＲ2は酸素原子を介して結合してモルホリン環を形成してもよい。
【００３０】
Ｒ1、Ｒ2及びＲ3が表す、（１）炭素原子数１〜１０のアルキル基、（２）水酸基を有する炭素原子数１〜１０のアルキル基、または（３）アミノ基を有する炭素原子数１〜１０のアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、２−ヒドロキシエチル基、３−ヒドロキシプロピル基、２−（ジメチルアミノ）エチル基、２−（ジエチルアミノ）エチル基、３−（ジメチルアミノ）プロピル基等が挙げられる。炭素数が１０以下であれば、充填剤の疎水性が高くなりすぎることがない。炭素数は７以下が好ましい。Ｒ1、Ｒ2及びＲ3のうち一つは異なることが好ましい。また、Ｒ1、Ｒ2及びＲ3のうち少なくとも１つは、アミノ基を有するアルキル基であることが好ましい。
【００３１】
これらの中でも、Ｒ1とＲ2がメチル基であり、Ｒ3が２−［Ｎ−｛２−（ジメチルアミノ）エチル−Ｎ−メチル｝アミノ］エチル基であるか、Ｒ1がメチル基であり、Ｒ2及びＲ3が２−（ジメチルアミノ）エチル基であるか、またはＲ1とＲ2が酸素原子を介して結合してモルホリン環を形成し、Ｒ3がメチル基である組み合わせが好ましい。式（４）、式（５）、及び式（６）にその組み合わせ構造を示す。
【化９】
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【化１０】
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【化１１】
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上記式中、Ｎ1は、ポリエチレンイミン由来の窒素原子を表す。
【００３２】
Ａｎａｌｙｔｉｃａ  Ｃｈｉｍｉｃａ  Ａｃｔａ，９６４，（２０１７）１８７（非特許文献１）には、エポキシ基材に相当する基材にトリメチルアミンを反応させたことが開示されているが、トリメチルアミンとの反応によって各イオンの保持やイオン容量には変化はなかった旨記載されている。しかし、本発明者らが検討したところ、３級アミンの反応により充填剤の性質が変化し、得られた充填剤を用いたカラムでは、各イオンの保持状況は好適に変化することが確認された。３級アミンとして、アミノ基を複数持つ化合物を使用したこと、多官能性グリシジルエーテルとして、グリセロールジグリシジルエーテルを用いたこと、あるいはこれらの組み合わせによる相乗効果が好結果の原因の可能性がある。真の理由は不明であるが、ともかく、本発明者らの検討により、これまで知られていない好適な性能を有する充填剤を得ることが可能になった。
【００３３】
工程３において、ＮＲ1Ｒ2Ｒ3で示される３級アミンとしては、式（１）におけるＲ1〜Ｒ3に対応するアルキル基を有するアミンを用いる。具体的には、トリメチルアミン、トリエチルアミン、ジメチルエチルアミン、メチルジエタノールアミン、２−ジメチルアミノエタノール、Ｎ−メチルピペリジン、Ｎ−メチルモルホリン等の環状アミン、テトラメチルエチレンジアミン、テトラエチルエチレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ”，Ｎ”−ペンタメチルジエチレントリアミン（以下、ＰＭＴＡと略記する場合がある。）等の多官能３級アミンが用いられる。これらの中でも、架橋性によるゲル強度向上や適度な親水性の理由で、ＰＭＴＡがより好ましい。
【００３４】
なお、このエポキシ基材と３級アミンとの反応の結果、同時に下記式（７）で示される構造も一部生成している。
【化１２】
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（式中のＮ1及びＲは前記と同じ意味を表す。）
式（７）の構造は、その増減によって、充填剤の親水性が増減するなどの影響がある。また、エポキシ基材の表面には、ポリエチレンイミン由来の様々な形態のアミノ基が存在している。こうした条件ではエポキシ基材のグリシジル基は、経時的に不安定であり、次第に式（７）の構造に変化することも考えられる。このため、工程３は、工程２に引き続き、迅速に行う必要がある。
【００３５】
エポキシ基材と３級アミンとの反応は以下のようにして行われる。すなわち、エポキシ基材を溶媒に分散させ、ここにアミンを加え、加熱により反応させる。溶媒は水が好ましい。水の量は、エポキシ基材に対して質量で８〜１０倍量が好ましい。アミンの量は、反応液が、水溶液として２．５〜４．５質量％になるように加えられる。反応温度は、４０〜８０℃が好ましく、より好ましくは６０〜８０℃である。これらの反応は、好適な充填剤が得られる条件を選択して実施される。
【００３６】
最も好ましい態様においては、本発明の充填剤は、基材表面に前記式（４）または式（５）で示される官能基が結合した構造を含む。
なお、この時、ＰＭＴＡの３つのアミノ基が、複数同時にエポキシ基材のエポキシ基と反応して架橋した構造も当然生成していると考えられる。こうした構造は、充填剤の強度、耐久性を高めるために有効である。
【００３７】
反応によって得られた充填剤は、アルカリ性の溶離液に対する安定性を高めるため、アルカリ処理を行っても良い。アルカリ処理は、アルカリ水溶液中で加熱撹拌することにより行われる。このアルカリ処理は、充填剤から得られるカラムのリテンションタイムを微調節するため、あるいはカラムが安定したベースラインを示すようにするために実施される。
【００３８】
本発明に係る充填剤は、その大きさに特に制限はないが、カラムへの充填と分離性能を考慮すると、平均粒子径が２．５〜５．０μｍであることが好ましい。平均粒子径が５．０μｍ以下であれば、化合物の分離能力が高く、良好な分析結果を得ることができる。２．５μｍ未満ではカラムの圧力が高くなり、充填が困難である。さらに好ましくは平均粒子径３．０〜５．０μｍであり、分離能力が高いカラムを得るためには、３．５μｍ以上５．０μｍ未満が最も好ましい。
【００３９】
なお、本明細書に記載の平均粒子径は、下記の体積平均粒子径を意味する。すなわち、共重合体粒子を粒度分布測定装置で２０００個以上になるように撮像し、得られた二次元の粒子像（静止画像が好ましい。）から、各粒子の円相当径（粒子像の投影面積と同じ面積を持つ円の直径）を得る。その円相当径から各粒子の体積を算出して、算出された体積を基準に、平均化して得た粒子径である。このとき、各粒子は、上記の円相当径と同一の直径を有する球体とみなす。
粒度分布測定装置としては、ＦＰＩＡ−３０００（シスメックス（株）製）などが使用できる。
【００４０】
本発明のイオンクロマトグラフィーカラムは、本発明の充填剤を、スラリー法等の公知の充填法によってカラムに充填することによって得られる。
本発明のイオンクロマトグラフィーカラムの筐体の材質は、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）が好ましい。
【実施例】
【００４１】
以下、実施例及び比較例の充填剤を用いた分析例によって本発明をより詳細に説明するが、本発明は下記の記載により何ら限定されるものではない【００４２】
実施例１：イオンクロマトグラフィー用充填剤の製造
［前工程］
架橋ポリビニルアルコール重合体の調製：
酢酸ビニル１００ｇ、トリアリルイソシアヌレート１５０ｇ、酢酸ブチル１００ｇ、ｎ−デカン２５ｇ及び２，２−アゾビスイソブチロニトリル１０ｇよりなる均一混合液と、ポリビニルアルコール１２ｇ及びリン酸水素２ナトリウム１８ｇを溶解した水１２００ｍＬとを還流冷却器を備えた５Ｌの三口フラスコに入れ１０分撹拌した。次いで、窒素ガス気流下で撹拌しつつ、６０℃で１６時間重合を行い、粒状の架橋共重合体を得た。この共重合体をろ過、洗浄し、アセトン抽出した後乾燥した。次いでこの架橋共重合体をカセイソーダ３Ｌと共に還流冷却器、窒素導入管及び撹拌器を備えた５Ｌの三口フラスコに入れ、窒素ガス気流下で１５℃、２０時間撹拌して架橋重合体のケン化を行った後、ろ過、水洗、さらに乾燥及び風力分級処理をして、架橋重合体からなる有機多孔性基材として架橋ポリビニルアルコール重合体を得た。架橋ポリビニルアルコール重合体の水酸基の密度は２．１ｍｅｑ／ｇであった。水酸基の密度は、乾燥した架橋ポリビニルアルコール重合体を塩化アセチルとトリメチルアミンによりアセチル化し、洗浄、乾燥後に得られる重合体と初めの架橋ポリビニルアルコール重合体の質量の差から計算した。【００４３】
［工程１ａ］
スペーサー（多官能性グリシジルエーテル）の導入：
上記架橋ポリビニルアルコール重合体１００ｇ、１，４−ブタンジオールジグリシジルエーテル（１，４−ＢＧＥ）１５０ｇ、ジメチルスルホキシド３００ｍＬ、３０質量％水酸化ナトリウム水溶液６５ｍＬを窒素導入管、撹拌器を備えた１Ｌの三口フラスコに入れ窒素ガス気流下５０℃で２時間撹拌して重合体にスペーサーを反応させた。反応後の重合体をジメチルスルホキシド、水で洗浄し次の反応にそのまま用いた。【００４４】
［工程１ｂ］
ポリエチレンイミン導入：
工程１ａで得られた、スペーサーを導入した重合体全量、ポリエチレンイミン（富士フイルム和光純薬（株）製、平均分子量  約１８００）３０ｇ、水４００ｍＬを窒素導入管、撹拌器を備えた１Ｌの三口フラスコに入れ、窒素ガス気流下６０℃で１８時間撹拌して、スペーサー由来のグリシジル基とポリエチレンイミンのアミノ基を反応させた。反応で得られた基材をろ過、洗浄し、アセトン洗浄の後乾燥し、ポリエチレンイミンを導入した基材を得た。【００４５】
［工程２］
ポリエチレンイミンと多官能性グリシジルエーテルとの反応：
工程１ｂで得られたポリエチレンイミンを導入した基材５．５ｇ、グリセロールジグリシジルエーテル３．３３ｇ、水５０ｍＬを窒素導入管、撹拌器を備えた１００ｍＬ三口フラスコに入れ窒素ガス気流下７５℃で２時間撹拌し、ポリエチレンイミンと多官能性グリシジルエーテルを反応させ、基材にグリシジル基を導入してエポキシ基材１を得た。反応後のエポキシ基材をろ過、洗浄し、次の反応にそのまま用いた。【００４６】
［工程３］
３級アミンとの反応による４級化：
工程２で得られたエポキシ基材１全量と、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ”，Ｎ”−ペンタメチルジエチレントリアミン（ＰＭＴＡ）１５０μＬ、水４０ｍＬを窒素導入管、撹拌器を備えた１００ｍＬの三口フラスコに入れ窒素ガス気流下７５℃で２時間撹拌してＰＭＴＡを導入してＰＭＴＡを４級化し、充填剤を得た。【００４７】
［アルカリ処理］
上記充填剤、１Ｎ  ＮａＯＨ４０ｍＬを、窒素ガス導入管、撹拌器を備えた１００ｍＬの三口フラスコに入れ窒素ガス気流下６０℃で１６時間撹拌した。反応後の充填剤をろ過、水で洗浄してイオンクロマトグラフィー用充填剤１を得た。
上記で得たイオンクロマトグラフィー用充填剤１を内径４．０ｍｍ、長さ１５０ｍｍのポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）製のカラムに充填し、陰イオン交換カラム１を作製した。【００４８】
分析例１：
実施例１で作製した陰イオン交換カラム１にＦ-０．５ｍｇ／Ｌ、酢酸１ｍｇ／Ｌ、ギ酸１ｍｇ／Ｌ、ＣｌＯ2-５ｍｇ／Ｌ、ＢｒＯ3-５ｍｇ／Ｌ、Ｃｌ-３ｍｇ／Ｌ、ＮＯ2-５ｍｇ／Ｌ、ジクロロ酢酸１ｍｇ／Ｌ、炭酸３０ｍｇ／Ｌ、ＣｌＯ3-１０ｍｇ／Ｌ、Ｂｒ-１０ｍｇ／Ｌ、ＳＯ42-１０ｍｇ／Ｌ、ＮＯ3-１０ｍｇ／Ｌ、ＰＯ43-２０ｍｇ／Ｌを含む水溶液を２０μＬ注入して下記の条件にて分析を行った。結果を図１に示す。
溶離液：２５ｍＭ  ＫＯＨ、
流速：１ｍＬ／ｍｉｎ、
検出器：ＣＤＤ−１０Ａｖｐ（（株）島津製作所製）、
温度：３０℃。【００４９】
図１中、１はＦ-のピーク、２は酢酸イオンのピーク、３はギ酸イオンのピーク、４はＣｌＯ2-のピーク、５はＢｒＯ3-のピーク、６はＣｌ-のピーク、７はＮＯ2-のピーク、８はジクロロ酢酸のピーク、９は炭酸イオンのピーク、１０はＣｌＯ3-のピーク、１１はＢｒ-のピーク、１２はＳＯ42-のピーク、１３はＮＯ3-、１４はＰＯ43-のピークを表す。図１からわかるように、実施例１による充填剤は、ハロゲン酸化物イオンを含めた多くのイオンを好適に分離することのできるカラムを与えた。【００５０】
比較分析例１：
３級アミンを反応させないこと以外は、実施例１と同様にして、比較用充填剤１を得、カラム２を作製した。カラム２にＦ-０．５ｍｇ／Ｌ、ＣｌＯ2-５ｍｇ／Ｌ、Ｃｌ-３ｍｇ／Ｌ、ＮＯ2-５ｍｇ／Ｌ、Ｂｒ-１０ｍｇ／Ｌ、ＳＯ42-１０ｍｇ／Ｌ、ＮＯ3-１０ｍｇ／Ｌ、ＣｌＯ3-１０ｍｇ／Ｌ、ＰＯ43-２０ｍｇ／Ｌを含む水溶液を２０μＬ注入して下記の分析条件にて分析を行った。結果を図２に示す。
溶離液：２３ｍＭ  ＫＯＨ、
流速：１ｍＬ／ｍｉｎ、
検出器：ＣＤＤ−１０Ａｖｐ（（株）島津製作所製）、
温度：３０℃、
サンプル：２０μＬ。【００５１】
図２中の各ピーク番号は図１と同じイオンを示す。図２からわかるように、３級アミンを反応させない比較用充填剤１の場合は、保持が弱く７以外のピークの分離が不十分であった。【００５２】
実施例２
前工程、工程１ａ、工程１ｂまでは実施例１と同様に実施した。
［工程２］
ポリエチレンイミンと多官能性グリシジルエーテルとの反応：
工程１ｂで得られたポリエチレンイミンを導入した基材１０．０ｇ、グリセロールジグリシジルエーテル２９．５１ｇ、水９０ｍＬを窒素導入管、撹拌器を備えた３００ｍＬ三口フラスコに入れ窒素ガス気流下５０℃で２時間撹拌し、ポリエチレンイミンと多官能性グリシジルエーテルを反応させ、基材にグリシジル基を導入してエポキシ基材１を得た。反応後のエポキシ基材をろ過、洗浄し、次の反応にそのまま用いた。【００５３】
［工程３］
３級アミンとの反応による４級化：
工程２で得られたエポキシ基材１全量と、Ｎ-メチルモルホリン６８０μＬ、水９５ｍＬを窒素導入管、撹拌器を備えた３００ｍＬの三口フラスコに入れ窒素ガス気流下６５℃で２時間撹拌してＮ-メチルモルホリンを導入してＮ-メチルモルホリンを４級化し、充填剤を得た。【００５４】
［アルカリ処理］
上記充填剤、１Ｎ  ＮａＯＨ６０ｍＬを、窒素ガス導入管、撹拌器を備えた１００ｍＬの三口フラスコに入れ窒素ガス気流下６０℃で１６時間撹拌した。反応後の充填剤をろ過、水で洗浄してイオンクロマトグラフィー用充填剤２を得た。
上記で得たイオンクロマトグラフィー用充填剤２を内径４．０ｍｍ、長さ１５０ｍｍのポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）製のカラムに充填し、陰イオン交換カラム３を作製した。【００５５】
分析例３：
実施例２で作製した陰イオン交換カラム３を用い、溶離液を２３ｍＭ  ＫＯＨ、流速を０．５ｍＬ／ｍｉｎ、検出器をＤＩＯＮＥＸ  ＩＮＴＥＧＲＩＯＮ  ＨＰＩＣ（サーモフィッシャーサイエンティフィック製）にした以外は分析例1と同様の分析条件とし、ジクロロ酢酸のみを含まない以外は、分析例１で注入した水溶液と同様の水溶液（１３種の陰イオンを含む）を２５μＬ注入し、分析を行った。結果を図３に示す。【００５６】
図３中の各ピーク番号は図１と同じイオンを示す。図３からわかるように、実施例２による充填剤は、ハロゲン酸化物イオンを含めた多くのイオンを好適に分離することのできるカラムを与えた。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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