GPC による高極性オリゴマー (エポキシ樹脂用硬化剤, PVC 用安定剤など)の分析
日本分析工業株式会社 大栗直毅, 大西彰, 中橋計治, 内野滋己
1. 実験
1.1 測定条件と移動相
SEC 装置として, 日本分析工業製の分取液体クロマトグラフ LC-908, UV 検出器 UV310B, 示差屈折計 RI-5HC をそれぞれ用いた. カラムは同じく日本分析工業製のもので,
内径 20mm, 長さ 600mm のステンレス管に細孔径 100Å (JAIGEL-2H) のものと 1000Å(JAIGEL-3H) のスチレン-ジビニルベンゼンゲルを充填したものを直列に接続して使用した.
分子量分布測定の計算には日立製インテグレータ D-2520 を示差屈折計の出力に接続して算出した. 溶離は室温で行った.
使用した移動相はクロロホルム (安定剤として 1%エタノール含有) , 移動相に添加した試薬としてはカルボン酸分析計用の関東化学製のトリエチルアミンである. トリエチルアミンの添加量は 0.5%である.
1.2 試料
トーマイド 296 はジエチレントリアミン等のアミン類と C20 を主成分とする天然物を原料とした二塩基酸との 2:1 の縮合物からなるオリゴマーで, 富士化成工業の製品である. ポリ (イミノ-1, 3-フェニレン) (ポリアニリン) は岩村らによって合成 6) されたものをそのまま使用した. Org.
Tin はフランスの Atochem 社の製品である。
2. 結果及び考察
2.1 移動相の検討
ポリスチレンゲルを充填した SEC カラムには, 移動相として THF やクロロホルムが一般的によく使用されている. これらの移動相に, トリエタノールアミン, トリエチルアミンを添加することは, 前述の極性の強い化合物の分離向上に共に有効であった. しかし, THF には抗酸化剤 ｛一般的に 0.05% ジブチルヒドロキシトルエン (BHT)｝ が添加されていること, THF が高分子化したポリ THF が存在すること, それらの THF 中に存在する化合物が分取後の移動相除去の段階で目的の化合物中に残存するという問題点がある. また一方, トリエタノー
ルアミンの沸点は, 335.4℃と高く, 同様に移動相除去の段階で目的の化合物中に残存するという問題点がある. このことから, 本実験ではクロロホルムを使用し, 添加剤としては沸点の低い (89.7℃) トリエチルアミン (以下、TEA) を使用することにした.
2.2 TEA の添加量の検討
クロロホルムに 0.2% (V/V) 以上の TEA を添加すれば, トーマイド 296 は分子量に相当する保持容量に溶出し, 再現性のよい分子量分布測定ができることがわかった. ところが,

TEA の添加量が 1%を超えると, 溶出挙動は 0.2%添加時と同じであるが, ポリスチレンゲルの収縮がおこり, カラムの理論段数が低下した. この結果と 2.3 の結果から, 本研究では0.5%の TEA を添加したクロロホルムを移動相として以後の実験を行った.
2.3 トーマイド 296 の平均分子量測定
トーマイド 296 は製造会社の説明によると, Fig. 1 のような複雑な化学構造をしているものと推定される. この化学構造で, n=0, R=-C-C-N-C-C- および C20 の二塩基酸と仮定すると,この分子量は 508 となる. 同様に n=1 では 913 である. トーマイド 296 のクロマトグラムをFig. 2 に示す.
Fig. 2A はクロロホルムを移動相としてトーマイド 296 のクロマトグラムを示している. このクロマトグラムからトーマイド 296 の平均分子量を求めると, スチレン換算で重量平均分子量は 545 と低い値を示した. この値は以下に述べる理由で低すぎる値である.
─

また, 連続 6 回注入によって得られたMwの変Fig. 1

Chemical structure of Tohmide 296

Fig. 2

SEC chromatograms of Tohmide 296動係数は 6.4%と高い値であった.
一方, 0.5%の TEA を添加したクロロホルムでのクロマトグラムを Fig. 2B に示した. この場
─合のMwは 924 となり, 同様に連続 6 回注入─によって得られたMwの変動係数は 0.5%と良好な値を得ることができた. また, ピーク間の分離も良好で, テーリングも認められない. 上─述の二種類の移動相を使用して求めたMwと変動係数をそれぞれ Table 1 に示した.
Fig. 2B のピーク a を分取して, 日立製 M2000 型二重収束質量分析計 (FD-MS, カーボ ン エ ミ ッ タ , エ ミ ッ タ加 熱 電 流 ： 0 ～ 25mA
5mA/min, 加速電圧：4KV) でピーク a の成分の同定を行ったところ, m/z 508 を主成分とするマススペクトルを得た. このマススペクトルから, ピーク a の成分は n=0 であることが判明した. ピーク b については, 複雑な混合物であることから化学構造を決定することができなかったが, その主成分は m/z 1,604 であることが判明した. このことから, Fig. 2A のクロロ(A) Eluent: Chloroform,(B) Eluent: Chloroform(99.5%) + Triethylamine(0.5%)(v/v),(a) and (b): n=0 and n=1 of Tohmide respectively, the ncorrespond to Fig.1Column: JAIGEL-2H and JAIGEL-3H,
Flow rate: 4 mL/min,Sample injection amount: 66 mg in 3 mL of solvent

ホルムを移動相としたクロマトグラムより求め─たスチレン換算でMw 545 はあまりにも低すぎる値を示していることになる. それに対して,Table 1
Reproducibility of Mw of Tohmide 296
under different eluents.
Repeat No.

0.5%の TEA を添加したクロロホルムを移動相

Chloroform

MwChloroform+ Triethylamine─

として使用することによって, Fig. 2B のMw値
─は妥当な平均分子量を示しており, しかもMwの変動係数が小さくなり, 測定値の再現性が向上したことを示している.
2.4 試料の回収率の測定
分取液体クロマトグラフにおいて, 注入した試料の回収率は, 未知試料を分析する上で最も重要なことである. また, 回収率が悪いと試料の一部がカラム内に残存して, カラム性能をより早く劣化させる原因となる.
回収率の測定方法としては, 注入前のトーマイド 296 の重量に対して, 注入後クロマトグラムに現れる全ての領域を分取した後, 60℃の水浴上で, できるだけ移動相を除去した後,10mmHg, 70℃の真空乾燥機で移動相を除去し, その重量を測定して回収率の測定を行った. Fig. 3 はクロロホルムを移動相とした場合 (A) と TEA を添加したクロロホルムを移動相とした場合 (B) の試料注入回数によるトーマイド 296 の回収率を示している. A のグラフより,
1 回目の注入では 46.5%しか回収されなかったが, その後, 注入回数と共に回収率が向上し 8 回の注入で回収率が 97.5%で一定になった. その後も注入を繰り返したが回収率 100%にはならなかった. それに対して, B の場合は 1 回目の注入時より全て 100%の回収率であった.
この事実は, クロロホルムを移動相とした場合, 注入した試料がスチレンゲル充填剤に吸着し, その吸着量が増すにしたがって, 回収率が向上したものと考えられる. この現象に同時に, ピークの保持時間は回収率の向上にともなって短くなり, 注入回数 8 回を超えると,TEA を添加したクロロホルムを移動相として使用した場合とほぼ同一の保持時間となった.
このことから, 極性の強いトーマイド 296 を分離するにはあらかじめ TEA を添加した移動相を流し, カラム内を添加剤で飽和させた後,TEA を添加した移動相を流しながら, その試料を注入すればよいことが判明した.

Fig. 3

Recovery of Tohmide 296
by preparative chromatography(A) Eluent: Chloroform,(B) Eluent: Chloroform(99.5%) + Triethylamine(0.5%)(v/v),
Sample injection amount: 62.7 mg in 3.8 mL of solvent

2.5 ポリアニリンの分子量分布測定
Fig. 4 に示したポリアニリンは, 有機磁性体の材料として有力視されているオリゴマーである 5-6).
クロロホルムを移動相とする SEC カラムで, ポリアニリンの分子量分布測定を行う目的で測定したクロマトグラムを Fig. 4A に示した. このクロマトグ
ラムもトーマイド 296 と同様に分子量に相当する保持容量に溶出せずに, 大幅に遅れて溶出し,また, 試料注入濃度によって分子量分布が変化する等, 再現性のないクロマトグラムしか得られなかった. 一方, 0.5%の TEA を添加したクロロホルムを移動相とし, 同一カラムによるクロマトグラ

Fig. 4SEC chromatograms of polyaniline

ムを Fig. 4B に示した. TEA を添加した場合のクロマトグラムは, 再現性及び分離度も向上し, い─

くつかの成分に分離することができた. また, Mn──(A) Eluent: Chloroform,(B) Eluent: Chloroform(99.5%) + Triethylamine(0.5%)(v/v),
Column: JAIGEL-2H, 2 pcs,
Flow rate: 4 mL/min,
Sample injection amount: 4 mg in 3 mL of solvent─=442, Mw=831, Mw/Mn=1,879 という分子量分布の値を求めることができた.
2.6 Org. Tin の分子量分布測定
Org. Tin は塩化ビニール安定剤として製造されたいわゆる複合安定剤である. この安定剤の IR スペクトル, 元素分析の結果から, 2-エチルヘキシルチオグリコレート, ジブチルすず-ビス-オクチルチオグリコレート, 硫化ジブチルス
ズなどを主成分としており, スズを中心にして一部オリゴマー化したものと推定される.
この安定剤をアルコールに溶解すると, 容易にエステル交換反応を起こし組成が変化する. また,水に対しても不安定な化合物である. このことから, 逆相クロマトグラフィーでこの試料を溶離すると, 試料濃度の違い, 試料溶解後の放置時間の違いなどによってクロマトグラムが容易に変化する厄介な試料である.
そこで, この試料はクロロホルム中では化学組成が変化しないものと考え, 分離の手段としてSEC に着目しその試料の分離を試みた. Fig. 5Aは, クロロホルムを移動相として使用した場合のSEC クロマトグラムである. このクロマトグラムがFig. 5

SEC chromatograms of Org. Tin
for the PVC stabilizer(A) Eluent: Chloroform,(B) Eluent: Chloroform(99.5%) + Triethylamine(0.5%)(v/v),
Column: JAIGEL-2H and JAIGEL-3H,
Flow rate: 4 mL/min,
Sample injection amount: 42 mg in 3 mL of solvent示す通り, この試料も上述の TEA 系試料と同様にピークの溶出位置が遅れ, また, 長時間にわたってテーリングした.
0.5%の TEA を添加したクロロホルムを移動相とし, 同一カラムによるクロマトグラムを Fig.
5B に示した.
──

TEA を添加した場合のクロマトグラムは, 再現性及び分離も向上し, Mw=1,776, Mn=1,──

Mw/Mn=1,491 と分子量分布を測定することができ, 従来困難とされていた Org. Tin の分子量分布測定が可能であることが判明した. なお, THF を移動相とした場合も同様の現象が観察され, 0.5%の TEA を添加した THF を移動相に使用した場合も, ほぼ同じ値の分子量分布測定値を得ることができた.
2.7 TEA 添加前後のカラムの理論段数測定
本研究に使用した JAIGEL-2H 及び JAIGEL-3H はクロロホルムを溶離液として不特定の未知試料の分離用として 5 年間ほぼ連続的に使用したカラムである. 移動相をクロロホルムから TEA を添加したクロロホルムに変えると同時に, 黒く着色した移動相の溶出が始まり, 2時間 (VI 値の約 6 倍) にわたってその溶出が続いた. TEA を添加したクロロホルムを流すことによってカラムの劣化が心配されたので, JAIGEL-2H 1 本について, 移動相をクロロホルムから TEA を添加したクロロホルムに変える前後と, 再びクロロホルムに戻した時点での理論段数を測定した.
その結果はそれぞれ, クロロホルムでは 8,200 段, TEA を添加したクロロホルムに変えた
時点で 9,600 段, 再びクロロホルムに戻した時点では 9,900 段であった. このことは, TEA を添加したクロロホルムを通液したことによって, カラムの理論段数が低下することなく, むしろ,カラム内の残存物が除去されたことによって, そのカラムの理論段数が向上したものと推定される.
(1992 年 9 月 日本分析化学会第 41 年会において一部発表)