JPH0623281A - 液体クロマトグラフィー用陰イオン交換樹脂 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】カラム圧力が低く、耐圧性に優れた高性能な高
速分離の可能な液体クロマトグラフィー用陰イオン交換
樹脂を提供する。 【構成】２０体積％以下の異性体が混在するジビニルベ
ンゼンとスチレンとを反応させて得られるスチレン−ジ
ビニルベンゼン共重合体に陰イオン交換基を導入してな
る液体クロマトグラフィー用陰イオン交換樹脂。 【効果】実質的に異性体の混在しないジビニルベンゼン
とスチレンの共重合体を母体としているため、カラム充
填剤細孔の構造をほぼ均一とすることができ、耐圧性の
向上およびカラム圧力の低減を図ることができ、例え
ば、核酸（ＤＮＡ分離）、糖、ビタミン、糖タンパク質
等の高性能な高速分離が可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液体クロマトグラフィ
ー用陰イオン交換樹脂に関し、さらに詳しくはスチレン
−ジビニルベンゼン共重合体を母体としたカラム圧が低
く、高速分離が可能な液体クロマトグラフィー用陰イオ
ン交換樹脂に関する。

【０００２】

【従来の技術】液体クロマトグラフィーにおける高分子
充填剤には、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体、ア
クリル系樹脂、ポリ酢酸ビニル、ポリアクリラートなど
の架橋高分子物質にイオン交換基を付与したイオン交換
樹脂が用いられ、イオン交換樹脂は種々のイオン性の化
合物の分離に利用されている。高分子充填剤であるイオ
ン交換樹脂を充填した分離カラムの場合、シリカゲルな
ど他の充填剤を充填した分離カラムに比べると、カラム
圧力が高く、耐圧性も小さいという欠点がある。この理
由は、三次元網状構造を有するイオン交換樹脂の細孔表
面に、例えば水和金属イオンのついたメチルスルホン基
やカルボキシル基などが存在し、溶媒や金属イオンの変
化などにより、膨潤、収縮等を生じ易いためである。

【０００３】液体クロマトグラフィー分析の所要時間を
短縮するためには、溶離液を高速で流すことができる耐
圧性の装置と高分子充填剤が必要となる。例えば、機械
的強度の小さい高分子充填剤を用いて溶離液を高速で流
すと、充填剤細孔の構造が圧縮され、その結果、カラム
圧が上昇し、装置、特に送液ポンプにかかる負担が大き
くなる。イオン交換樹脂の機械的強度は、高分子の架橋
度を増加することにより向上させることができるが、架
橋度を変化させると、分離性能、特に他成分アミノ酸の
相互分離性能に大きく影響する。近年、液体クロマトグ
ラフィーの分野において、高性能分離、高速分離が求め
られ、樹脂の小粒径化、溶離液の高流速化が行われてい
るが、いずれにおいてもカラム圧力の上昇を伴い、樹脂
および装置の寿命に悪影響を及ぼす要因となっている。

【０００４】一方、スチレン−ジビニルベンゼン共重合
体にスルホン基等を導入したイオン交換樹脂は、他成分
アミノ酸を高い性能で分離する高速アミノ酸分析に用い
られている。スチレン−ジビニルベンゼン共重合体は、
スチレンとジビニルベンゼンを水溶液中で懸濁重合して
得られるが、架橋剤モノマーであるジビニルベンゼンに
は、ｍ−ジビニルベンゼン、ｐ−ジビニルベンゼン、エ
チルビニルベンゼンなどが混在した混合物が用いられて
いる。例えば特公昭５４−２６３９６号公報では、架橋
剤モノマーとして純度５５重量％のジビニルベンゼン、
４０重量％のエチルビニルベンゼンおよび５重量％のそ
の他の飽和化合物の混合物が用いられている。しかしな
がら、このような充填剤を高速アミノ酸分析に用いる
と、上述したようにカラム圧が上昇し、樹脂および装置
に負担がかかる、分離性能が低下する等の問題があっ
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前記
従来技術の問題を解決し、カラム圧力が低く、耐圧性に
優れた高性能な高速分離の可能な液体クロマトグラフィ
ー用陰イオン交換樹脂を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、２０体積％以
下の異性体が混在するジビニルベンゼンとスチレンとを
反応させて得られるスチレン−ジビニルベンゼン共重合
体に陰イオン交換基を導入してなる液体クロマトグラフ
ィー用陰イオン交換樹脂に関する。

【作用】従来のようにスチレンとジビニルベンゼンを共
重合する際に、異性体が２０体積％を超えて混在するジ
ビニルベンゼンを用いると、構造の異なるモノマーが架
橋することになり、液体クロマトグラフィー分析のカラ
ム圧や分離性能に影響を及ぼす充填剤細孔の構造が不均
一となり、充填剤の膨潤度や収縮率等に差を生じ、溶離
液を高速で流すとカラム圧が高くなる。しかし、本発明
の陰イオン交換樹脂は、２０体積％以下の異性体が混在
するジビニルベンゼンを用いたスチレン−ジビニルベン
ゼン共重合体を母体とするため、充填剤細孔の構造がほ
ぼ均一となり、装置に加わる圧力の負担を軽減でき、溶
離液の流速を速めることにより高速分離が達成できる。

【０００７】本発明に用いられるスチレン−ジビニルベ
ンゼン共重合体は、スチレンと、２０体積％以下、好ま
しくは１０体積％以下の異性体（ｍ−ジビニルベンゼン
またはｐ−ジビニルベンゼン）が混在するジビニルベン
ゼンとの共重合により得られる。異性体の混在が２０体
積％を超えるとカラム圧力の低減を図ることができな
い。上記共重合体の重合は、例えば、粒径調整剤として
ポリビニルアルコール等の水溶性高分子を、粒径付着防
止剤としてドデシル硫酸ナトリウム等の界面活性剤を溶
解した水溶液中に、スチレン、ジビニルベンゼンおよび
重合開始剤を仕込み、懸濁重合法によって行うことがで
きる。分離性能に優れた微粒子状の共重合体を得るため
には、モノマー濃度を水１リットルに対して１００ｇ以
下、水溶性高分子の濃度を５．０×１０^-2ｇ／ｍｌ以
上、攪拌速度を毎分１，５００回転以上、重合温度を５
０〜１００℃の範囲とするのが好ましい。重合開始剤と
しては、過酸化ベンゾイル、過酸化ｔｅｒｔ−ブチル等
の過酸化物、アゾビスイソブチルニトリル、アゾビスシ
クロヘキサンニトリル等のアゾ化合物が挙げられる。該
重合開始剤は、通常、モノマーに対して１重量％以上添
加される。

【０００８】本発明になる液体クロマトグラフィー用陰
イオン交換樹脂は、上記で得られた微粒子状のスチレン
−ジビニルベンゼン共重合体に陰イオン交換基を導入す
ることにより得られる。該イオン交換基の導入は、公知
の官能基導入法により、例えば、高分子実験講座、第７
巻 機能高分子、共立出版（１９７４）ｐ．１に記載さ
れている方法により行うことができる。陰イオン交換基
としては、トリメチルアンモニウム基、ジメチルヒドロ
キシメチルアンモニウム基などが挙げられる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を実施例により詳しく説明す
る。 実施例１ （１）スチレン−ｐ−ジビニルベンゼン共重合体の合成 プロペラ型攪拌翼を有する攪拌機、還流冷却機および窒
素導入管を取りつけた内容積５００ｍｌのセパラブル円
筒形３つ口フラスコに、ポリビニルアルコール（重合度
２，０００、ケン化度８０モル％）１２．５ｇおよびド
デシル硫酸ナトリウム０．０１ｇを加えて２００ｍｌの
蒸留水に溶解した（ポリビニルアルコール濃度：６．２
５×１０^-2ｇ／ｍｌ、ドデシル硫酸ナトリウム濃度：
５．０×１０^-5ｇ／ｍｌ）。続いて、過酸化ベンゾイル
０．３６ｇおよびｐ−ジビニルベンゼン１．１５ｇをス
チレン１８．７ｍｌに溶解して上記水溶液に加え、窒素
ガスを導入しながら毎分３，０００回転で攪拌しつつ、
油浴で反応溶液温度９０℃に保った。６時間後、反応器
を冷却し、生成物を熱湯トルエンで充分に洗浄した後、
５０℃以下で乾燥し、１〜１０μｍの球形微粒子状の共
重合体を得た。共重合体の赤外吸収スペクトルをＫＢｒ
法により測定したところ、ｐ−ジビニルベンゼンに由来
するｐ−二置換ベンゼン環の吸収が１，５００cm^-1に見
られた。

【００１０】（２）陰イオン交換樹脂の調製およびカラ
ム圧の測定 上記で得られた共重合体５ｇにテトラクロロエチレン７
ｇを加えて膨潤した後、クロロメチルエーテル（ＣｌＣ
Ｈ₂ ＯＣＨ₃ ）１０ｇを加えた。次に無水ＺｎＣｌ
₂ ２．５ｇを加え、５０℃で５時間加熱後、冷却し、水
洗した。こうして得られたクロロメチル化共重合体に２
０重量％トリメチルアミン水溶液５０ｍｌを加え、６０
℃で４時間加熱してトリメチルアンモニウム基を導入
し、陰イオン交換樹脂８ｇを得た。次いでこの陰イオン
交換樹脂を内径４．６mm、長さ３０mmのカラムに充填
し、０．６Ｍ酢酸ナトリウム水溶液９０体積％とエタノ
ール１０体積％の混合液からなる溶離液を０．４ｍｌ／
min の流速で流し、このときのカラム圧力を測定したと
ころ、カラム圧力は４９kg／ｃｍ² であった。

【００１１】実施例２ 実施例１において、ジビニルベンゼンとして、ｍ−ジビ
ニルベンゼンを用いて共重合したスチレン−ｍ−ジビニ
ルベンゼン共重合体を用いた以外は実施例１と同様にし
て陰イオン交換樹脂を調製し、そのカラム圧力を測定し
たところ、カラム圧力は５０kg／ｃｍ² であった。 実施例３ 実施例１において、ジビニルベンゼンとして、ｐ−ジビ
ニルベンゼンにｍ−ジビニルベンゼンをそれぞれ１０、
１５、２０、２５、３０、５０、７０、７５、８０、８
５および９０体積％の割合で混合した混合物を用いた以
外は実施例１と同様にしてスチレン−ジビニルベンゼン
共重合体を合成した。得られた共重合体の形状を観察し
たところ、いずれも１〜１０μｍの球形微粒子であっ
た。得られたそれぞれの共重合体を用いて実施例１と同
様にして陰イオン交換樹脂を調製し、それらのカラム圧
力を測定した。結果を実施例１、２の結果を含めて図１
に示したが、図１から、２０体積％以下の異性体を含む
ｐ−ジビニルベンゼンまたはｍ−ジビニルベンゼンを用
いた陰イオン交換樹脂のカラム圧は、大幅に低下するこ
とがわかった。

【００１２】実施例４ 実施例２で得られたｍ−ジビニルベンゼンを用いたトリ
メチルアンモニウム型陰イオン交換樹脂を、内径４．６
mm、長さ３０mmのカラムに充填し、０．０２ＭＴｒｉｓ
塩酸緩衝液を溶離液として流速１．０ｍｌ／min で流
し、トランスフェリンと卵白アルブミンの混合液の分離
を行った。その結果を図２に示したが、１５分という短
時間で完全に分離することができた。このときのカラム
圧力は１３７kg／ｃｍ² であった。

【００１３】実施例５ 実施例１において、クロロメチル化したスチレン−ｐ−
ジビニルベンゼン共重合体に２０体積％ジメチルメタノ
ールアミン水溶液５０ｍｌを反応させてジメチルヒドロ
キシメチルアンモニウム基を導入した以外は実施例１と
同様にして陰イオン交換樹脂を調製し、そのカラム圧力
を測定したところ、カラム圧力は４７kg／ｃｍ² であっ
た。 実施例６ 実施例２において、ｍ−ジビニルベンゼンを用いて合成
した共重合体にジメチルヒドロキシメチルアンモニウム
基を導入した以外は実施例２と同様にして陰イオン交換
樹脂を調製し、そのカラム圧力を測定したところ、カラ
ム圧力は５０kg／ｃｍ² であった。 実施例７ 実施例６で得たジメチルヒドロキシメチルアンモニウム
型陰イオン交換樹脂を実施例４と同様のカラムに充填
し、０．０５ＭＴｒｉｓ塩酸緩衝液を用いてミオグロビ
ンと卵白アルブミンの混合液の分離を行った。その結果
を図３に示したが、１５分という短時間で完全に分離す
ることができた。このときのカラム圧力は１３３kg／ｃ
ｍ² であった。

【００１４】比較例１ 実施例１において、ジビニルベンゼンとして、ｍ−ジビ
ニルベンゼン、ｐ−ジビニルベンゼン、ｍ−エチルビニ
ルベンゼンおよびｐ−エチルビニルベンゼンが混在した
従来のジビニルベンゼンを用いた以外は実施例１と同様
にしてスチレン−ジビニルベンゼン共重合体を合成し
た。得られた共重合体の形状を観察したところ、１〜１
０μｍの球形微粒子であった。この共重合体の赤外吸収
スペクトルをＫＢｒ法により測定したところ、ｍ−ジビ
ニルベンゼン、ｐ−ジビニルベンゼン、ｍ−エチルビニ
ルベンゼンおよびｐ−エチルビニルベンゼンの各二置換
ベンゼン環に由来する吸収が認められた。得られた共重
合体に実施例１と同様にしてトリメチルアンモニウム型
陰イオン交換樹脂を調製し、そのカラム圧力を測定した
ところ、カラム圧力は１３６kg／ｃｍ² と実施例１、２
に比較して高いカラム圧力を示した。 比較例２ 比較例１で得た陰イオン交換樹脂を用いて実施例４と同
様にしてトランスフェリンと卵白アルブミンの混合液の
分離を行おうとしたが、樹脂の耐圧を超え、急激にカラ
ム圧力が上昇し、測定不可能となり、実施例４のような
高速分離はできなかった。

【００１５】比較例３ 比較例１において、共重合体にジメチルヒドロキシメチ
ルアンモニウム基を導入した以外は比較例１と同様にし
て陰イオン交換樹脂を調製し、そのカラム圧力を測定し
たところ、カラム圧力は１３６kg／ｃｍ² と実施例１、
２に比して高い圧力を示した。 比較例４ 比較例３で得た陰イオン交換樹脂を用いて実施例７と同
様にしてミオグロビンと卵白アルブミンからなる混合液
の分離を行おうとしたが、樹脂の耐圧を超え、急激にカ
ラム圧力が上昇し、測定不可能となり、実施例７のよう
な高速分離はできなかった。

【００１６】

【発明の効果】本発明の液体クロマトグラフィー用陰イ
オン交換樹脂によれば、実質的に異性体の混在しないジ
ビニルベンゼンとスチレンの共重合体を母体としている
ため、カラム充填剤細孔の構造をほぼ均一とすることが
でき、耐圧性の向上およびカラム圧力の低減を図ること
ができ、例えば、核酸（ＤＮＡ分離）、糖、ビタミン、
糖タンパク質等の高性能な高速分離が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】ｍ−ジビニルベンゼンおよびｐ−ジビニルベン
ゼンの使用割合とカラム圧力の関係を示す図。

【図２】実施例４におけるカラムクロマトグラムを示す
図。

【図３】実施例７におけるカラムクロマトグラムを示す
図。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２０体積％以下の異性体が混在するジビ
   ニルベンゼンとスチレンとを反応させて得られるスチレ
   ン−ジビニルベンゼン共重合体に陰イオン交換基を導入
   してなる液体クロマトグラフィー用陰イオン交換樹脂。