專利名稱：分離系統(tǒng)、分離系統(tǒng)的組分以及制造和使用它們的方法
相關(guān)申請本申請是2003年6月25日以Robert W.Allington，ShaofengXie，Tao Jiang和Mingcheng Xu的名義以發(fā)明名稱SEPARATIONSYSTEM，COMPONENTS OF A SEPARATION SYSTEM AND METHODS OF MAKINGAND USING THEM申請的美國專利申請10/607,080的部分繼續(xù)，而該申請又是2002年6月26日以Shaofeng Xie和Robert W.Allington的名義以發(fā)明名稱SEPARATION SYSTEM，COMPONENTS OF A SEPARATIONSYSTEM AND METHODS OF MAKING AND USING THEM申請的美國專利申請10/180,350的部分繼續(xù)。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及分離系統(tǒng)和它們的組分和更具體地涉及包括整體式(monolithic)可滲透的聚合物材料的分離系統(tǒng)和組分。
整體式大孔隙材料例如有機(jī)整體式大孔隙聚合物材料和整體式二氧化硅填料已知是用于分離系統(tǒng)如色譜分離或提取系統(tǒng)的組分。一種類型的此類材料是作為通過在至少包含生孔劑(porogen)的聚合反應(yīng)混合物中聚合一種或多種單體所生產(chǎn)的整體式大孔隙聚合物填料或固體載體而形成的。一些聚合反應(yīng)混合物已知包括其它材料如交聯(lián)劑、催化劑和小的可溶性聚合物，它們能夠在聚合之后溶解以控制孔隙度、分離-有效開孔尺寸分布和其它特性。另外，該填料可以在形成之后加以改性以添加官能團(tuán)。
該填料或固體載體通常容納在殼體如色譜柱或壓力容器中。容納該填料的部分殼體作為反應(yīng)器。在制造整體柱的一種現(xiàn)有技術(shù)工藝中，聚合反應(yīng)混合物可以被添加到柱筒之內(nèi)并在其中引發(fā)聚合反應(yīng)，從而在柱壁之內(nèi)形成大孔隙的聚合物填料或固體載體。
這些填料或固體載體有廣泛的應(yīng)用，其中包括氣相、液相和超臨界流體色譜法、膜色譜法和過濾、固相提取、催化反應(yīng)器、固相合成以及其它。用于填料或固體載體的柱或其它容器的效率、分離所需要的時(shí)間、以及用于填料或固體載體的柱或其它容器的可再現(xiàn)性是重要的商業(yè)因素。分離系統(tǒng)如有多孔聚合物在其中的色譜柱的效率與容納大孔隙聚合物材料的柱或其它組件的選擇性和區(qū)帶擴(kuò)展有關(guān)。這些因素中的一些受到在分離過程中流動相在填料或固體載體中的分子擴(kuò)散和速度的影響。
其中流動相的分子擴(kuò)散和速度影響柱效率的方式能夠部分地通過這些因素對于理論塔板等效高度(HETP)(柱效率的慣用標(biāo)識)的影響來解釋。范第姆特方程式(van Deemter Equation)顯示了在區(qū)帶擴(kuò)展、流速和按照H(HETP)的擴(kuò)散之間的關(guān)系，如下H＝A+B/u+Cu，其中低H對應(yīng)于高效率U＝流動相的流速A＝徑向渦流擴(kuò)散系數(shù)B＝縱向分子擴(kuò)散系數(shù)C＝質(zhì)量傳遞系數(shù)分子擴(kuò)散取決于分子的擴(kuò)散，但不取決于床的填料。渦流擴(kuò)散取決于顆粒填料的均勻性。
來自質(zhì)量傳遞的區(qū)帶擴(kuò)展能夠通過使用無孔顆粒和具有小于1.5微米的尺寸的多孔顆粒來減到最少。然而，采用無孔顆粒的填料具有極低的表面積，這對于提純過程是有害的(與分析過程相反)，因?yàn)樵撎峒冞^程需要高的樣品載荷。極小的填充顆粒的使用需要高壓或低速度，而高壓在采用當(dāng)前的儀表配置的大部分分離工藝中是困難的，低速度為給定的分離增加了時(shí)間(有時(shí)用H/分鐘表達(dá))。
包括大孔隙聚合物整體式填料或固體載體作為組分的現(xiàn)有技術(shù)分離系統(tǒng)使用由聚合物中的顆粒(它大于所需的尺寸、較不均勻并包括微孔隙)形成的填料或固體載體。顆粒的大尺寸和它們的均勻性缺乏會導(dǎo)致在分離-有效開孔尺寸分布中缺乏均勻性。分離-有效開孔的尺寸的不均勻性和在現(xiàn)有技術(shù)多孔聚合物中的大量微孔隙大大地有助于區(qū)帶擴(kuò)展，正如范第姆特方程式所示。大量的微孔隙通過捕捉樣品和將樣品保持一定時(shí)間來有助于區(qū)帶擴(kuò)展。這通常稱作進(jìn)出孔隙以及在固定相和流動相之間的不平衡質(zhì)量傳遞。
由多孔聚合物形成的現(xiàn)有技術(shù)填料或固體載體具有分離-有效開孔尺寸的較低均勻性、較不希望的表面特征和由管壁效應(yīng)產(chǎn)生的在它們的外壁中的空隙、和因此區(qū)帶擴(kuò)展比在分離系統(tǒng)中所希望的更高和效率比在分離系統(tǒng)中所希望的更低。
對于與在聚合反應(yīng)過程中發(fā)生的收縮以及在聚合之后在一些現(xiàn)有技術(shù)多孔聚合物中發(fā)生的收縮相關(guān)的問題，現(xiàn)有技術(shù)無法提供足夠的液體混合物。在聚合反應(yīng)過程中發(fā)生收縮的問題是因?yàn)閱误w無規(guī)分散在聚合反應(yīng)液體混合物中和聚合物由有序結(jié)構(gòu)化的單體組成。因此，在大部分的聚合反應(yīng)中聚合物的體積小于該混合單體的體積。在全部的以上制備方法中在聚合反應(yīng)過程中都會發(fā)生該收縮。與聚合后發(fā)生收縮有關(guān)的諸多問題中的一個(gè)是因?yàn)楦叨扔H水性聚合物載體與高度親水性含水流動相或其它高度極性流動相(例如，含有低于5-8％的有機(jī)溶劑含量的液體混合物)之間的不相容性。
用于分離系統(tǒng)中的多孔聚合物材料和它們的組分在聚合反應(yīng)過程中的收縮會導(dǎo)致在多孔聚合物表面上的不規(guī)則空隙和在聚合物內(nèi)部分離-有效開孔尺寸的不規(guī)則性，這有害于柱效率和該生產(chǎn)方法的可再現(xiàn)性。柱效率由管壁效應(yīng)降低的一個(gè)原因是管壁效應(yīng)允許樣品流過管壁通道和繞過分離介質(zhì)。生產(chǎn)方法的可再現(xiàn)性被管壁效應(yīng)降低的一個(gè)原因是管壁效應(yīng)的程度以及管壁效應(yīng)的位置對于不同的柱是不可預(yù)料的。
在以上列出的現(xiàn)有技術(shù)專利中具有大通道的柱具有低的表面積和容量。該柱的低容量對于需要高樣品載荷的提純方法是有害的。盡管為嘗試解決收縮問題付出了大量的努力、時(shí)間和花費(fèi)，但是現(xiàn)有技術(shù)無法針對減低的容量提供液體混合物。
因?yàn)橐陨犀F(xiàn)象和/或其它缺陷，由以上方法制備的柱子具有幾個(gè)缺點(diǎn)，例如(1)它們使柱子的分辨率與用珠粒填充的商購柱幾乎沒有差別；(2)由這些方法獲得的分離的分辨率和速度只不過比用二氧化硅珠粒或聚合物珠粒填充的常規(guī)柱略高或與其差不多，尤其對于大分子的分離而言；(3)由于具有各種形狀和尺寸的不規(guī)則顆粒的堆積所導(dǎo)致的寬的孔隙分布會降低柱效率；(4)由于在以上材料中顆粒尺寸和形狀的不均勻性所導(dǎo)致的有效開孔尺寸的不均勻性嚴(yán)重地促使區(qū)帶擴(kuò)展；(5)在以上材料中大量的微孔隙也大大地促使該區(qū)帶擴(kuò)展；和(6)在柱中使用的材料的收縮降低了柱的效率。這些問題限制了它們在高分辨率色譜分析中的使用。
美國專利5,453,185建議了以下方法通過使用不溶性聚合物代替部分單體以減少在聚合反應(yīng)混合物中的單體含量，從而減少收縮。這減少了收縮但對于需要高含量的官能化單體的柱的容量和保留容量因子是有害的。在這些專利中沒有提到收縮對于分辨率的有害影響和所得的多孔聚合物表面上的不規(guī)則空隙以及在聚合物內(nèi)部分離-有效開孔的不規(guī)則性，它們對于柱效率和該生產(chǎn)方法的可再現(xiàn)性是有害的。
現(xiàn)有技術(shù)的歐洲專利1,188,736描述了通過在一端被密封和另一端開口的聚四氟乙烯管內(nèi)由單體、交聯(lián)劑、生孔性溶劑和引發(fā)劑的原地共聚合反應(yīng)制造多孔的聚(甲基丙烯酸乙二醇酯-共-二甲基丙烯酸乙二醇酯)的方法。所得的柱用于氣液色譜法。這一現(xiàn)有技術(shù)方法的缺點(diǎn)在于無法得到具有為實(shí)際應(yīng)用所需要的特性的材料，這至少部分地歸因于它在有開口端的塑料管中進(jìn)行聚合反應(yīng)。
美國專利2,889,632；4,923,610和4,952,349公開了在包括兩個(gè)板和分離器的密封設(shè)備內(nèi)制造薄的大孔隙膜的方法。在這一方法中，所需的膜載體從多孔聚合物片材的薄層上沖切并加以改性以便具有所需的官能團(tuán)。多層的多孔片材容納在載體設(shè)備中進(jìn)行“膜分離”。這些專利將在歐洲專利1,188,736中描述的方法延伸到制備多孔膜，并改進(jìn)了在膜分離中用于實(shí)際應(yīng)用的技術(shù)。所得的材料是包括從尺寸低于2納米的微孔隙到大孔隙的各種孔隙的大孔隙膜。聚合物顆粒的尺寸低于0.5微米。膜分離的分離機(jī)理不同于普通液相色譜法的分離機(jī)理。
該多孔材料具有幾個(gè)缺點(diǎn)，例如(1)膜的薄度限制了它的保留因子；和(2)由這些顆粒形成的孔隙是小的并且不能由以下液相色譜柱在高流速下使用，該色譜柱具有比單個(gè)膜厚度更長的層床長度。該微孔隙和其它捕獲用孔隙可以捕獲將要分離的分子并有助于區(qū)帶擴(kuò)展。在本說明書中的術(shù)語“捕獲用孔隙”指有助于區(qū)帶擴(kuò)展的孔隙，如尺寸范圍從稍微大于所要分離的分子到七倍于所要分離的分子的直徑的孔隙。
美國專利5,334,310；5,453,185和5,728,457各公開了在密封的柱內(nèi)原地制造大孔隙的聚(甲基丙烯酸縮水甘油酯-共-二甲基丙烯酸乙二醇酯)聚苯乙烯的方法。這一方法延伸了在歐洲專利1,188,736和美國專利2,889,632；4,923,610和4,952,349中描述的用于制備供蛋白質(zhì)分離用的液相色譜柱的方法。美國專利5,334,310；5,453,185和5,728,457自稱旨在通過除去含有珠粒的常規(guī)填充柱的間隙體積來改進(jìn)柱效率。根據(jù)這些專利形成的填料具有由生孔劑、單體的類型和含量以及聚合溫度所控制的分離-有效開孔尺寸分布。該大孔隙聚合物由各種尺寸的顆粒的互連聚集物組成，在聚集物之間形成了供流動相的傳輸用的大孔隙通道。在該聚集物或簇之中，存在著供分離用的小孔隙。小顆粒是由約100-300納米的緊密填充的極小顆粒形成的。
根據(jù)這些專利制備的材料的缺點(diǎn)在于在這些顆粒之內(nèi)或之間的微孔隙以物理方式捕獲樣品分子并使分離降級。雖然這些專利聲稱在該整體式介質(zhì)中沒有如含珠粒的填充床中存在的間隙空間，但是在聚集物和互連顆粒之間的大通道實(shí)際上會引起與含珠粒的常規(guī)填充柱中的珠粒之間的間隙空間相同的問題。由各種尺寸的聚集物或簇形成的大通道是不均勻的并提供無規(guī)的間隙空間，即使具有窄的顆粒尺寸分布。因?yàn)樵摕o規(guī)的間隙空間，柱效率是差的。
美國專利5,334,310；5,453,185和5,728,457公開了在橫截面面積從平方微米到平方米的柱子內(nèi)的分離介質(zhì)的制備。在這些專利中公開的方法具有一些缺點(diǎn)。所述缺點(diǎn)的一部分由在這些專利中提名的發(fā)明人于1997年在Chemistry of Materials，1997，9，1898中公開。
一個(gè)重要的缺點(diǎn)是從以上已取得專利的方法制備的較大直徑(26mm內(nèi)徑)柱具有太不規(guī)則的分離-有效開孔尺寸分布，使得無法有效用于色譜分離中。分離-有效開孔的尺寸的不規(guī)則分布是由于在26mm直徑的模具中的聚合放熱、聚合物的熱隔離效果、差的熱傳遞、引發(fā)劑的自動加速的分解和因?yàn)槭褂门嫉惗‰孀鳛橐l(fā)劑而伴隨而來的氮?dú)饪焖籴尫胖惖挠泻τ绊懰鸬?。已?jīng)發(fā)現(xiàn)，由聚合放熱和熱傳遞困難所產(chǎn)生的跨越該柱的溫度升高和差異會導(dǎo)致在大直徑模具(例如，直徑大于15mm的模具)中的加速聚合和導(dǎo)致在柱中心和柱外壁之間的溫度梯度，該溫度梯度導(dǎo)致不均勻的孔隙結(jié)構(gòu)。在該文章中建議，該問題可以通過聚合反應(yīng)混合物的緩慢添加來減輕。這有助于部分地解決該問題，但不可能完全地解決該問題。對于較大直徑的柱子仍然有溫度梯度，這導(dǎo)致在分離-有效開孔尺寸分布上均勻性的缺乏。
這一問題也可以通過在出版物Analytical Chemistry，2000，72，5693中的理論計(jì)算來驗(yàn)證。該作者提出了通過堆疊細(xì)的圓柱體來構(gòu)造用于徑向流色譜的大直徑柱的模塊化方法。然而，在圓盤之間密封以形成連續(xù)填料的操作是困難的和費(fèi)時(shí)的。
美國專利5,334,310；5,453,185和5,728,457公開了弱陰離子交換的材料和反相柱。所制備的弱陰離子交換劑具有低分辨率、低容量、低剛性、緩慢分離和非常差的可再現(xiàn)性。反相介質(zhì)具有非常小的容量、不理想的分辨率、和非常差的可再現(xiàn)性。它們不能用于具有高的水含量的流動相(如水中的低于8％的乙腈)中，歸因于非常疏水性的介質(zhì)在這一非常極性的流動相中的收縮所導(dǎo)致的管壁通道化效應(yīng)。這一介質(zhì)也在分離中被壓縮并在柱的頭部導(dǎo)致過量的空隙體積。以上專利提供了關(guān)于如何制備弱陽離子交換劑、強(qiáng)陽離子交換劑、強(qiáng)陰離子交換劑、正相介質(zhì)和疏水性相互作用介質(zhì)的很少的指導(dǎo)。以膜、珠?；蚰z為基礎(chǔ)的這些介質(zhì)是已知的。然而，已知的制備方法是以離線方式進(jìn)行的，不能用于整體柱的原地制造。根據(jù)美國專利2,889,632；4,923,610和4,952,349制備的整體式膜具有低的容量和分辨率。
從Peters等人的“Preparation of Large-Diameter‘Molded’，Porous Polymer Monoliths and the Control of Pore StructureHomogeneity”，Chemistry of Materials v.9，n7，7月，1997獲知慢慢地聚合該整體式填料以企圖避免溫度梯度。在一個(gè)實(shí)施方案中，溫度保持在55攝氏度的恒定低溫或保持在60攝氏度。在另一個(gè)實(shí)施方案中，保持低的聚合速率和通過逐漸添加單體來減少放出的熱量并因此限制反應(yīng)速率。
這些方法的缺點(diǎn)在于提供了不均勻的分離-有效開孔尺寸分布、聚合物填料的低勁度和對于許多液相色譜分離而言不切實(shí)際地過大的分離-有效開孔。該低溫導(dǎo)致了減少的交聯(lián)，和對于一些聚合物而言，會導(dǎo)致得到?jīng)]有充分勁度的填料。
這一出版物也描述了該作者獲得關(guān)于在聚合反應(yīng)過程中該柱的內(nèi)部溫度的信息的方法。該方法包括將溫度測量裝置包埋在柱中。
發(fā)明概述因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供與具有分離-有效開孔的聚合物有協(xié)同關(guān)系的新型分離系統(tǒng)。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供新型色譜柱。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供制造色譜柱的新型裝置。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供形成色譜柱的新型方法。
本發(fā)明的還一個(gè)目的是提供新型可滲透的整體式介質(zhì)。
本發(fā)明的還有一個(gè)目的是提供具有改進(jìn)的分辨率的可滲透的整體柱。
本發(fā)明的還有一個(gè)目的是提供具有改進(jìn)的容量的可滲透的整體柱。
本發(fā)明的還有一個(gè)目的是提供具有改進(jìn)的流速的柱。
本發(fā)明的仍然一個(gè)目的是提供當(dāng)與含水溶劑一起使用時(shí)具有減少的溶脹傾向的柱。
本發(fā)明的還有一個(gè)目的是提供具有改進(jìn)的可再現(xiàn)性的柱。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供形成可滲透的整體柱的新型技術(shù)，該柱具有為了改進(jìn)容量或分辨率或流速的目的而所選擇的分離-有效開孔的受控尺寸。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供制備用于制備性分離的大直徑柱的新方法。
本發(fā)明的還一個(gè)目的是提供新型大直徑柱。
本發(fā)明的仍然另一個(gè)目的是提供使用輻射方法制備包括可滲透的聚合物載體的聚合物材料的方法。
本發(fā)明的還一個(gè)目的是提供新型的弱陰離子交換柱。
本發(fā)明的還一個(gè)目的是提供新型反相柱。
本發(fā)明的還一個(gè)目的是提供高效的強(qiáng)陰離子交換柱。
本發(fā)明的還一個(gè)目的是提供高效的弱陽離子交換柱。
本發(fā)明的還一個(gè)目的是提供高效的強(qiáng)陽離子交換柱。
本發(fā)明的還一個(gè)目的是提供高效的正相柱。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供避免由于在聚合反應(yīng)過程中的收縮或在洗滌過程中或在分離過程中該分離介質(zhì)的溶脹所引起的分離介質(zhì)質(zhì)量下降的方法。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供其中一排的柱子(這些柱子在特性上是非常接近的)一起操作的色譜系統(tǒng)。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供制造可用于色譜法(包括液相色譜、氣相色譜和超臨界流體色譜法、電色譜法)、催化反應(yīng)器、過濾、或需要與樣品相鄰的或至少部分地與樣品水平地定位的可滲透的聚合物載體或固體可滲透的聚合物支持體的其它應(yīng)用中的整體式可滲透的固體載體的新型方法。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供新型高分辨率介質(zhì)和獲得它的新型方法。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種新型可滲透的固體載體，其具有由于互連聚集顆粒的更加均勻的尺寸和形狀所產(chǎn)生的均勻的分離-有效開孔尺寸分布。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供具有較少微孔隙或沒有微孔隙的新型可滲透的固體載體。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供在聚合物載體的壁上沒有空隙的新型可滲透的固體載體。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供改進(jìn)整體式色譜介質(zhì)的容量的新型方法。
本發(fā)明的還有一個(gè)目的是提供具有改進(jìn)的分辨率的可滲透的整體柱。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供形成可滲透的整體柱的新型技術(shù)，該柱具有為了改進(jìn)容量或分辨率或流速的目的而選擇的受控尺寸的分離-有效開孔。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供制備用于制備性分離的大直徑柱的方法。
本發(fā)明的還一個(gè)目的是提供高效的催化反應(yīng)器。
本發(fā)明的還一個(gè)目的是提供高效的固相提取床。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供含有以共價(jià)鍵方式鍵接的顆粒的新型可滲透的整體式介質(zhì)，該顆粒具有受控的微細(xì)徹底地卷繞的表面構(gòu)型但幾乎沒有或沒有微孔隙。
本發(fā)明的仍然一個(gè)其它目的是具有可以忽略的由于在聚合反應(yīng)過程中的熱效應(yīng)所引起的不均勻性的整體式色譜床。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供依賴于將熱傳導(dǎo)至柱中來控制色譜柱中的聚合反應(yīng)的新型方法。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是利用照射到床上的受控輻射來控制聚合速率和所造成的熱梯度。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是用相對安全的輻射源如提供中等能量X-射線(例如，低于200kEV)、UV或可見輻射的那些輻射源來控制聚合反應(yīng)。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供幾乎沒有或沒有微孔隙的可滲透的、大容量的柱。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供制備具有從納米到毫米的小直徑的柱的方法。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供制備具有高達(dá)100mm的中等直徑的色譜分析均勻柱和具有高達(dá)1000mm或更大的大直徑的柱的方法。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供聚合方法，其中溫度梯度對于多孔聚合物中的分離-有效開孔的均勻性的影響減到最少。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供聚合方法，其中避免了放熱反應(yīng)的失控溫度(run-away temperature)。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供聚合方法，其中在聚合物混合物內(nèi)的最高溫度低于自維持的失控溫度，但是該溫度在聚合物混合物的反應(yīng)階段內(nèi)至少持續(xù)一定的時(shí)間。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供使用能量傳導(dǎo)來形成大的整體柱的新型方法。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供新型的聚合方法，其中溫度維持在一定水平，該水平使得可以避免在聚合反應(yīng)過程中橫穿整體式填料的橫截面的溫度有重大差別，但可以從熱量提供足夠的能量以便使得在聚合的后期階段中有足夠的交聯(lián)，并且使得在沒有達(dá)到放熱的失控溫度的情況下在合理量的時(shí)間中使聚合反應(yīng)高度完成。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供使用階梯溫度提高和梯度(連續(xù)的、逐漸的變化，而不是突變)溫度提高以制備整體柱的新型的制備色譜柱的方法。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供控制聚合反應(yīng)過程中的熱量生成和散逸速率的新型方法。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供改進(jìn)聚合物的剛性的方法。
根據(jù)本發(fā)明的以上和其它目的，聚合反應(yīng)混合物與生孔劑或溶劑原地聚合，形成具有分離有效開孔的聚合物填料。在這一說明書中，“分離-有效開孔”指在分離過程例如色譜法中起作用的孔隙或通道或其它開孔。術(shù)語“孔隙”一般指顆粒中的開孔，其基本上是圓形的，并且可以是貫通顆粒的通孔(通孔)或進(jìn)入到顆粒中的開孔或在一些情況下進(jìn)入到或穿過顆粒聚集物的開孔。由于在橫截面上基本上是圓形的，這意味著該孔隙不是完美的圓形和例如可以由不完美球體的扇形面所界定，其中孔隙是在相鄰的球面之間的開放空間。一些其它術(shù)語當(dāng)它們在本說明書中使用時(shí)在下文中來定義。分離因子包括影響保留和容量的那些因子或在分離過程中起作用的其它因子。在本說明中的術(shù)語“大孔隙的”是關(guān)于分離系統(tǒng)中的整體式材料以它的通常含義給出。它的通常含義指在顆粒小球之間的孔隙或其它空隙，該孔隙或其它空隙具有超過50nm的直徑但不考慮開孔的長度，而不是它的字面上的以下含義將開孔限于具有基本上圓形橫截面的孔隙和沒有明顯長于另一個(gè)橫截面尺寸。
在本說明書中的術(shù)語“可滲透的”應(yīng)當(dāng)按照與術(shù)語“大孔隙的”同樣的方式解釋，最通常關(guān)于分離技術(shù)中的整體式材料而使用但優(yōu)先于術(shù)語“大孔隙的”來使用，以便使具有通道和其它開孔以及孔隙的材料與具有其中的僅僅一種或另一種的那些材料區(qū)分開，并允許對于詞語“可滲透的”使用形容詞以便將無孔的可滲透材料與含有孔隙的那些材料區(qū)分開，避免與術(shù)語“大孔隙的”字面意義混淆。在本說明書中該術(shù)語“可滲透的無孔的”描述了具有開孔如通道或類似物但不含有以上定義的孔隙的介質(zhì)。失控溫度是這樣一種溫度，在該溫度下在不加入熱量的情況下反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，因?yàn)橛煞磻?yīng)產(chǎn)生的熱量維持溫度高于反應(yīng)溫度，但與加入的熱量無關(guān)，這樣反應(yīng)變成自維持的。詞語“溫度-時(shí)間調(diào)節(jié)的”指在低于失控溫度但足夠高的溫度下已經(jīng)聚合了足夠長的時(shí)間以使聚合反應(yīng)進(jìn)行到高度完成的整體式材料，其中聚合物仍然具有所需的特性如足夠的勁度、合適的分離-有效開孔尺寸、均勻的分離-有效開孔尺寸分布等等。這常常與聚合速率有關(guān)，因此，溫度-時(shí)間調(diào)節(jié)是通過控制外部施加的熱量來控制聚合速率而實(shí)現(xiàn)的。
對于具體考慮的溫度-時(shí)間調(diào)節(jié)聚合的一個(gè)限制是，聚合的時(shí)間和溫度適合于形成所需量的交聯(lián)以獲得為具體應(yīng)用所需的勁度或勁度缺乏。這一限制在優(yōu)選實(shí)施方案中通過平衡多個(gè)聚合影響因素來滿足，這些因素例如是將能量引入聚合反應(yīng)混合物中的速率、活化的引發(fā)劑或活化劑的含量、可獲得的單體的含量和考慮到聚合物和單體的類型為足夠的交聯(lián)所需要的溫度、以及對于鍵接的干涉例如空間位阻或在已發(fā)生了大部分的聚合反應(yīng)之后被其它分子阻斷。
平衡聚合影響因素的一種方式是控制將能量引入混合物中的速率和/或?qū)⒛芰繌耐庠匆牖旌衔镏械姆绞?，如來自水浴的熱能通過在混合物的表面上傳導(dǎo)而被引入或X-射線能量通過輻射被引入混合物中。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，熱量是用水浴引入在混合物的表面上。放出的熱量是通過控制反應(yīng)速率來控制的，而反應(yīng)速率又是通過控制水浴溫度來控制的。在本實(shí)施方案中水浴的溫度將放熱的放出速率控制到一定水平，其考慮到熱量從混合物中散逸的速率和熱量從水浴進(jìn)入到混合物中的速率，保持溫度低于自維持的反應(yīng)溫度但又是足夠的高，以便在合理的時(shí)間中獲得具有足夠的交聯(lián)的基本上完全的反應(yīng)。
在一個(gè)實(shí)施方案中，由反應(yīng)放出的熱量是通過水浴的溫度來控制的。它能夠通過水浴的溫度來控制，因?yàn)橛煞磻?yīng)放出的放熱一般與反應(yīng)速率成正比，并隨提高的速率而增加。反應(yīng)速率能夠通過向水浴中加入熱量以提高水浴的溫度來提高，或者逐漸地(梯度溫度控制)或隨著聚合反應(yīng)進(jìn)行一步一步地。例如，在梯度溫度控制中，溫度是在考慮到妨礙聚合的影響因素(如單體的消耗)的情況下在保持聚合增長速率恒定的速率下提高，這樣反應(yīng)速率是如此的低以排除失控聚合反應(yīng)并且是足夠的低以避免熱梯度，熱梯度另外可以在柱的特性中引起均勻性的缺乏。甚至對于非常大的柱而言，借助于這些限制因素仍然有可能控制反應(yīng)以提供所需的特性。
借助于這一技術(shù)，混合物的焓(它在優(yōu)選實(shí)施方案中由溫度決定)增加到可以活化引發(fā)劑和提供一定速率的聚合反應(yīng)的預(yù)定水平，該速率能夠在沒有達(dá)到自維持的反應(yīng)速率的情況下由計(jì)劃的程序提供溫度-時(shí)間調(diào)節(jié)的聚合物。這一預(yù)定水平的焓在本說明書中稱作控制引發(fā)點(diǎn)。在達(dá)到控制引發(fā)點(diǎn)后，反應(yīng)速率基本上保持恒定直至一定的聚合水平，在該水平下溫度可以在一個(gè)或多個(gè)步驟(如果需要的話)中提高到更高的焓，直到聚合反應(yīng)完成為止，它通常是95％或更高。聚合水平足以使得溫度可以提高到為了實(shí)現(xiàn)溫度-時(shí)間調(diào)節(jié)所需要的溫度水平的那一點(diǎn)被稱作安全點(diǎn)(一個(gè)或多個(gè))，其中存在一個(gè)以上的步驟使溫度有提高或大的提高。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，在聚合反應(yīng)過程中的收縮得到補(bǔ)償和在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，避免了在聚合后的溶脹(它可能另外隨后導(dǎo)致收縮)。收縮導(dǎo)致在聚合物表面上擴(kuò)大的空隙并可能導(dǎo)致在聚合物內(nèi)部孔隙或其它分離-有效開孔尺寸分布的均勻性的缺乏。當(dāng)在聚合反應(yīng)過程中產(chǎn)生時(shí)，空隙被認(rèn)為是由有序結(jié)構(gòu)化的聚合物所減少的體積(與聚合前單體的體積相比)產(chǎn)生的。由于表面自由能的差異，該空隙主要位于柱壁和聚合物之間。該空隙有可能被偶氮二異丁腈(AIBN)產(chǎn)生的氮?dú)馑紦?jù)，它是聚合反應(yīng)的常用引發(fā)劑。
在第一個(gè)實(shí)施方案中，收縮的補(bǔ)償是通過在聚合反應(yīng)過程中施加足夠的壓力以便在分離-有效開孔的分布上產(chǎn)生均勻性和避免管壁效應(yīng)空隙來實(shí)現(xiàn)的。這一壓力已經(jīng)發(fā)現(xiàn)也可在一定程度上控制顆粒尺寸以及填料中開孔的性質(zhì)和形狀。在聚合反應(yīng)過程中維持柱在大氣壓力下以適應(yīng)收縮的確可靠地防止了空隙的形成。一般250psi壓力可以方便使用，但已經(jīng)成功地使用更高和更低的壓力。當(dāng)置于一定量的壓力下時(shí)，當(dāng)該填料停止收縮時(shí)該空隙被除去。在第二個(gè)實(shí)施方案中，避免了另外在聚合后發(fā)生的收縮。例如，當(dāng)暴露于一些液體混合物如有機(jī)溶劑時(shí)一些填料傾向于膨脹，和然后，在以后如在含水流動相中的分離試驗(yàn)中發(fā)生收縮，引起空隙。在這些實(shí)施方案中，當(dāng)暴露于液體混合物時(shí)，通過阻止該柱收縮來防止收縮。壓力的應(yīng)用是在暴露于含水液體混合物的過程中防止收縮的一個(gè)方法。用于補(bǔ)償收縮和/或溶脹、減少收縮或避免收縮的其它方法也可以按照以下更詳細(xì)的描述來使用。可以相信，外部施加的壓力克服了在正在反應(yīng)的聚合反應(yīng)混合物內(nèi)部的以及在聚合反應(yīng)混合物和柱的內(nèi)壁之間的不均勻力，以維持均勻的分離有效因子、分離-有效開孔尺寸和分布、以及聚合物與柱內(nèi)壁的均勻連續(xù)接觸。
令人吃驚地，一些類型的聚合物填料不含孔隙，如果它們在聚合反應(yīng)過程中承受壓力以補(bǔ)償收縮的話或在一些反相柱當(dāng)暴露于親水性液體混合物(如在含水流動相中)時(shí)補(bǔ)償收縮的情況下。相反，它們含有約2微米直徑的固體顆粒，以共價(jià)鍵方式鍵接在一起，它們之間有較大流動通道(分離-有效開孔)。令人驚訝的事情是，雖然這些顆粒沒有孔隙，但填料的色譜容量是高的。這被認(rèn)為歸因于出乎意外地形成了約50-200nm深和寬的凹槽或波紋和其它奇特表面結(jié)構(gòu)特征。典型的顆粒像非常小的小行星的用望遠(yuǎn)鏡看到的視圖。
在聚合反應(yīng)過程中施加的壓力根據(jù)所需結(jié)果來選擇，例如可以是線性地升高的壓力、恒定壓力或分階段的壓力梯度。在一個(gè)實(shí)施方案中，分離-有效開孔尺寸是通過選擇在聚合反應(yīng)過程中產(chǎn)生孔隙并且在聚合后必須從填料中洗掉的生孔劑的類型和比例來控制。這一比例通過試驗(yàn)性試驗(yàn)來進(jìn)行選擇以獲得所需特性。生孔劑的總量也進(jìn)行選擇。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，希望制備出以下材料的填料當(dāng)暴露于一些液體混合物如有機(jī)洗滌性液體混合物時(shí)傾向于膨脹，和然后，在以后例如在含水流動相中的分離試驗(yàn)中發(fā)生收縮，在柱壁和聚合物載體之間產(chǎn)生空隙并在分離-有效開孔尺寸分布上有變化。例如，具有分離-有效開孔的一些反相填料可能在聚合時(shí)收縮(其它則不收縮)，和在聚合之后，在聚合反應(yīng)過程中不發(fā)生收縮的一些填料以及發(fā)生收縮的一些填料如果暴露于水或一些其它極性液體混合物則發(fā)生收縮。在希望改進(jìn)此類材料的填料的實(shí)施方案中，這一收縮的補(bǔ)償可以是在聚合反應(yīng)過程中采用活塞的壓縮和/或在聚合之后在以下條件下的壓縮這些條件通常引起與在分離試驗(yàn)中發(fā)生的收縮同等或更多地收縮，以迫使重新排序或再定位或補(bǔ)償該收縮。在收縮采用壓力補(bǔ)償或收縮被防止以避免引起空隙的任一種情況下，與采用流體的壓力相比，非流體的壓力如采用活塞是優(yōu)選的。在本說明書中的詞語“壓力”排除了術(shù)語“壓縮”并與后者區(qū)分開來，如果詞語“壓縮”用于表明將鹽的液體混合物應(yīng)用于凝膠整體料以打開該凝膠整體料的孔隙。
解決這一問題的另一個(gè)途徑是將親水性引入到反相介質(zhì)中，導(dǎo)致溶脹和防止聚合物在分離試驗(yàn)中的高度親水性環(huán)境中收縮。更具體地說，聚合反應(yīng)混合物被施加于柱(在優(yōu)選實(shí)施方案中)中或施加于其它一些合適的模具中并在柱或模具內(nèi)引發(fā)聚合反應(yīng)。柱或模具被充分地密封(1)如果聚合反應(yīng)在烘箱中進(jìn)行，避免由蒸發(fā)引起的計(jì)劃外的損失；或(2)如果聚合反應(yīng)在水浴中進(jìn)行，避免污染或稀釋。在聚合反應(yīng)過程中，壓力被施加于該聚合反應(yīng)液體混合物。優(yōu)選，該壓力被維持在高于大氣壓力的水平以防止因?yàn)槭湛s而形成空隙，直至聚合反應(yīng)已形成了分離介質(zhì)的固體填料或聚合反應(yīng)已完成為止。聚合反應(yīng)液體混合物在聚合反應(yīng)過程中所接觸到的柱或模具的內(nèi)表面是非反應(yīng)性的或可以經(jīng)過處理以提高對于填料的表面的粘合性。
聚合反應(yīng)混合物在一些實(shí)施方案中包括(1)所選擇的單體；(2)對于一些類型的柱而言，添加劑；(3)引發(fā)劑或催化劑；和(4)用于形成分離-有效開孔的一種或多種生孔劑。在一些實(shí)施方案中在聚合之前或之后能夠增加官能團(tuán)。生孔劑、引發(fā)劑、待增加的官能團(tuán)、添加劑、和反應(yīng)條件以及該單體和/或聚合物需要針對具體類型的柱進(jìn)行選擇，如反相、弱陽離子、強(qiáng)陽離子、弱陰離子、強(qiáng)陰離子柱、親合性載體、正相、固相提取和催化床。聚合反應(yīng)混合物的組分進(jìn)行選擇以提供所需質(zhì)量的柱。
根據(jù)本發(fā)明的色譜柱優(yōu)選包括具有內(nèi)壁的殼體以接收可滲透的整體式聚合物填料，在填料中分離-有效開孔或表面特征具有利用在聚合反應(yīng)混合物中的生孔劑在聚合物中所形成的受控尺寸并在聚合反應(yīng)過程中由壓力控制尺寸。這一填料在色譜柱中用作樣品的載體?？蓾B透的整體式聚合物填料具有光滑的壁，在填料壁中沒有可見的不連續(xù)性以及在填料內(nèi)基本上沒有不連續(xù)性或開口。在本說明書中的不連續(xù)性指尺寸足以被肉眼看見的凸起部分或開口或凹陷或與正常光滑度或圖案有關(guān)的其它變化。在本說明書中，術(shù)語“尺寸補(bǔ)償?shù)木酆衔铩被颉俺叽缪a(bǔ)償?shù)木酆衔锏摹敝敢韵戮哂蟹蛛x-有效開孔的整體式聚合物可滲透材料，其中在分離-有效開孔中的不連續(xù)性和均勻性缺乏已經(jīng)通過在本說明書中所指的方法來防止，例如，對于一些類型的柱在聚合反應(yīng)過程中或在聚合之后在暴露于極性液體混合物的過程中通過施加壓力和/或進(jìn)行溫度-時(shí)間調(diào)節(jié)，或通過使用一種柱，該柱通過在用含水液體混合物洗滌過程中或在使用含水液體混合物的分離操作中的使用過程中在含水液體混合物存在下施加壓力而防止在含水液體混合物存在下進(jìn)一步收縮。一種類型的不連續(xù)性或均勻性缺乏是管壁效應(yīng)和另一種類型是在聚合物填料中的不同橫截面位置上分離-有效開孔的尺寸存在差異。
柱的一個(gè)實(shí)施方案是通過使用適于在聚合反應(yīng)過程中容納聚合反應(yīng)混合物的溫度受控反應(yīng)室和對在所述溫度受控反應(yīng)室中的所述聚合反應(yīng)混合物施加壓力的設(shè)備來制備的。聚合反應(yīng)混合物至少包括聚合物形成用材料和生孔劑。在一個(gè)實(shí)施方案中，該壓力是通過具有光滑表面在外部流體或機(jī)械壓力下與聚合反應(yīng)混合物接觸的可移動元件施加的，雖然該壓力能夠用氣體如氮?dú)饣蛴眉訅旱囊后w直接施加于聚合反應(yīng)混合物。
一個(gè)實(shí)施方案的反相介質(zhì)已經(jīng)用與現(xiàn)有技術(shù)不同的疏水性和親水性來形成。反相介質(zhì)包括聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯和它們的結(jié)合物。這些介質(zhì)通過含有所需官能度(包括苯基，C4，C8，C12，C18和羥基或疏水性和親水性基團(tuán)的其它結(jié)合物)的單體的直接聚合來制備，以便在含水流動相中具有不同的選擇性和可潤濕性。聚合反應(yīng)條件和生孔劑進(jìn)行考察和選擇，以實(shí)現(xiàn)大分子，尤其是蛋白質(zhì)、肽、低聚核苷酸和合成均聚物的高分辨率分離。在一個(gè)實(shí)施方案中反相介質(zhì)是以聚(苯乙烯-共-二乙烯基苯)為基礎(chǔ)的。在這一專利的另一個(gè)實(shí)施方案中，反相介質(zhì)是以聚(甲基丙烯酸硬脂基酯-共-二乙烯基苯)為基礎(chǔ)的。在另一個(gè)實(shí)施方案中，反相介質(zhì)是以聚(甲基丙烯酸丁基酯-共-二甲基丙烯酸乙二醇酯)為基礎(chǔ)的。
具有卓越特性的反相填料主要由包括二乙烯基苯(DVB)和二甲基丙烯酸乙二醇酯在內(nèi)的交聯(lián)劑、以及包括苯乙烯(ST)或含有不同碳鏈長度的甲基丙烯酸酯(MA)在內(nèi)的單體的共聚物形成。一般，最佳結(jié)果是當(dāng)交聯(lián)劑大于40wt％時(shí)。優(yōu)選地，二乙烯基苯和苯乙烯的比率是在7∶1到9∶1的范圍內(nèi)和優(yōu)選4∶1(按重量)，但是作為替代可以是64％DVB或40％苯乙烯以及72wt％DVB或1g二乙烯基苯，1g苯乙烯。該柱也可以在17∶3和19∶1之間的比率范圍內(nèi)和優(yōu)選9份的二乙烯基苯對1份的苯乙烯。具有親水性官能團(tuán)的單體能夠被添加來減少聚合物介質(zhì)在含水流動相中的收縮以防止分離過程中的管壁效應(yīng)。DVB在全部單體中的含量優(yōu)選是40％-100％。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，DVB的含量是80％(它是商購最高值)以改進(jìn)該柱的載荷容量。該填料也可以包括具有疏水性表面基團(tuán)的甲基丙烯酸酯或取而代之的是包括脲甲醛的乙烯基化合物或二氧化硅。
離子交換填料主要地由甲基丙烯酸酯聚合物形成。弱陰離子交換填料主要地由甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)的聚合物和二甲基丙烯酸乙二醇酯(EDMA)的聚合物形成。強(qiáng)陰離子交換劑填料主要是甲基丙烯酸縮水甘油酯、2-(丙烯酰氧基乙基)三甲基銨甲基硫酸鹽(ATMS)、二甲基丙烯酸乙二醇酯的聚合物。聚合反應(yīng)混合物還可包括1，4-丁二醇，丙醇和AIBN。弱陽離子交換劑填料主要地由甲基丙烯酸縮水甘油酯、丙烯酸(AA)和二甲基丙烯酸乙二醇酯形成。強(qiáng)陽離子交換劑填料主要地由甲基丙烯酸縮水甘油酯、2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙磺酸(AMPS)和二甲基丙烯酸乙二醇酯形成。在所有這些離子交換劑中，官能團(tuán)能夠在填料形成之前或之后添加。EDMA在全部單體中的含量優(yōu)選是40％-80％。
交聯(lián)劑如EDMA的含量的提高將通過減少介質(zhì)在水相中的溶脹來提高該柱的剛性。聚合反應(yīng)混合物的每一種是在加壓的聚合中加以改性，以便獲得高流速和高低流速下的高分辨率。含有為相互作用所需的官能團(tuán)的單體的共聚合反應(yīng)以及其它官能化單體的受控改性以含有所需的相互作用性官能團(tuán)的結(jié)合可以提高柱的容量，同時(shí)改進(jìn)分離介質(zhì)的剛性。這一受控改性也可以一般通過用親水性官能團(tuán)覆蓋潛在的疏水性表面區(qū)域來改進(jìn)該柱的親水性。選擇改性條件來不僅提供該介質(zhì)的更高容量和更高親水性，而且防止聚合物基質(zhì)在含水液體混合物中的溶脹，該溶脹會在同時(shí)包括珠粒和整體料的其它高度親水性聚合物基質(zhì)中發(fā)生。
聚合物填料可以在任何尺寸或形狀的柱(包括通常的液相色譜柱)中形成，它可以是圓柱體、或盤旋柱、彎曲或直的毛細(xì)管、或微芯片(microchip)，或具有任何尺寸或幾何結(jié)構(gòu)。待分離成它的各組分的樣品或混合物被注入到該柱中和液相穿過該柱以將樣品分離成它的組分。該組分可以在級分收集器中檢測和/或收集和/或被插入另一個(gè)設(shè)備如氣相色譜儀或質(zhì)譜儀。在一個(gè)實(shí)施方案中，多個(gè)柱在包括泵送系統(tǒng)、溶劑體系和檢測系統(tǒng)的色譜系統(tǒng)中并聯(lián)連接。該柱是具有高的可再現(xiàn)性的可滲透的聚合物柱，以使它們對于相關(guān)的分離可以一起工作。在一個(gè)實(shí)施方案中，生產(chǎn)出具有遠(yuǎn)大于25mm的直徑的色譜圓盤或填料。
在一個(gè)實(shí)施方案中，反應(yīng)通過獨(dú)立的方式例如電磁輻射，如UV-vis，X-射線或γ射線來控制，代替或連同僅僅對時(shí)間、水浴的溫度以及在聚合反應(yīng)混合物中的反應(yīng)物的依賴。在不使用獨(dú)立的方式的這一實(shí)施方案中，通過傳導(dǎo)如熱量傳導(dǎo)進(jìn)出水浴也可以將熱量加入到柱中。該熱量可以從熱源添加或借助與熱質(zhì)(thermal mass)的顯著大部分的冷卻劑(coolant)接觸的冷卻設(shè)備而被除去，并在反應(yīng)器中在反饋的控制下維持反應(yīng)物料的溫度在所需的溫度范圍內(nèi)或如果需要的話在反應(yīng)過程中改變它。
在本實(shí)施方案的一個(gè)版本中，可變強(qiáng)度或可變波長的X-射線可用來控制反應(yīng)物的聚合反應(yīng)速率使得放熱在控制之下。在這一版本的一種變型中，X-射線輻射穿透該柱以為整個(gè)柱或在所選擇的位置給予能量，從而提高或降低聚合速率。這可通過充分地輻射該單體以離解它的雙鍵來制造單體自由基和因此提高它們的反應(yīng)性來進(jìn)行。另一個(gè)方式是使用對輻射敏感的引發(fā)劑，它通過在用于反應(yīng)物料的溫度區(qū)域中的輻射來活化。選擇引發(fā)劑以具有比僅僅有單體時(shí)低得多的活化時(shí)間和溫度。因?yàn)樵撘l(fā)劑僅僅在足夠強(qiáng)度的輻射之后形成自由基，該輻射可獨(dú)立于其它因素用來控制聚合反應(yīng)。
使用光引發(fā)劑控制聚合反應(yīng)能夠通過所添加的成分如閃爍劑和增感劑來增強(qiáng)。例如，X-射線可以活化在溶劑內(nèi)的閃爍劑，以便響應(yīng)于X-射線而發(fā)光。優(yōu)選，閃爍光可以通過添加熒光增感劑來協(xié)助以提高光引發(fā)劑在引發(fā)聚合反應(yīng)上的活性。該閃爍劑和增感劑進(jìn)行選擇，導(dǎo)致來自X-射線的能量被閃爍劑有效吸收和在光引發(fā)劑的吸收譜帶內(nèi)的有效波長下的光輻射。
使用輻射如X-射線的聚合反應(yīng)用于制備具有從微米到米的橫截面的整體式材料。X-射線能夠深入地穿透該材料。有機(jī)和無機(jī)聚合物都能夠使用X-射線或γ-射線制備。高能量X-射線和γ-射線能夠以大的深度穿行該材料。低能量到中等能量X-射線以較少的深度穿透該材料，導(dǎo)致更長的聚合時(shí)間但使用更安全。在一個(gè)實(shí)施方案中，較低能量X-射線被利用來通過采用X-射線閃爍劑和光引發(fā)劑的結(jié)合物引發(fā)聚合反應(yīng)。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，從低于12小時(shí)到大于一個(gè)星期的非熱(光致引發(fā))控制的聚合時(shí)間可以提供令人滿意的色譜柱。柱的熱聚合通常遭受失控放熱反應(yīng)和對于20mm以上直徑的柱有極端溫度梯度。這會導(dǎo)致降低色譜分析性能的不均勻性。采用X-或γ-射線、或甚至UV可獲得的較緩慢的、受控的聚合速率在仍然維持合理的聚合速率的同時(shí)以可容忍的放熱速率引起較緩慢的聚合反應(yīng)。由放熱所引起的熱梯度可以變得足夠小，以便不降低直徑超過1米的柱的性能。
借助于穩(wěn)定化添加劑的選擇，可以防止過度的放熱速率和所導(dǎo)致的工藝(聚合反應(yīng))溫度以及溫度梯度。這一穩(wěn)定化添加劑具有的性能使得該反應(yīng)能夠在高達(dá)將形成所需的聚合物的一定速率下自由地進(jìn)行，但不能在更高的速率下，因?yàn)閷a(chǎn)生太高的溫度。例如，借助于過氧化物引發(fā)劑Disterylhiodipropionate(DSTDP)淬滅由副反應(yīng)產(chǎn)生的羥基，每種情況下與主反應(yīng)相比，副反應(yīng)之后將繼續(xù)產(chǎn)生額外的熱量。另一個(gè)途徑是將穩(wěn)定劑用于主反應(yīng)。根據(jù)在反應(yīng)溫度下在主要溶劑中有有限的溶解度或活性和在高于反應(yīng)溫度的溫度下有更高溶解度來選擇該穩(wěn)定劑。在類似的條件下，可以使用穩(wěn)定劑，它優(yōu)選可溶于該生孔劑并具有與溫度有關(guān)的溶解度或活性。
將柱的尺寸按比例放大以便具有更高的介質(zhì)容量是在制備性色譜法和催化反應(yīng)器中高度需要的。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，大直徑柱是通過在柱內(nèi)部的兩步聚合反應(yīng)制備的。首先，直徑小于目標(biāo)柱的直徑的多個(gè)細(xì)的圓筒柱是在有或沒有壓力的條件下在模具中制備的。將該細(xì)柱放置于填充了與在該細(xì)柱的形成中所用的相同的聚合反應(yīng)液體混合物的大柱內(nèi)部。在細(xì)柱的一側(cè)的厚度應(yīng)該不超過8mm，這是防止溫度梯度形成的已知的最高值，溫度梯度歸因于在放熱聚合反應(yīng)中熱散逸的困難。溫度梯度導(dǎo)致變化的、不均勻的分離-有效開孔尺寸分布，這對于色譜分析使用是有害的。
在制備供分離系統(tǒng)用的尺寸補(bǔ)償?shù)木酆衔飼r(shí)，對于給定類型的分離的特性能夠通過改變在聚合反應(yīng)過程中施加的壓力的量和/或?qū)τ谝恍┚酆衔?如在形成反相分離介質(zhì)中所使用的聚合物)，通過在使用時(shí)或當(dāng)另外與極性溶劑如含水溶劑或洗滌液接觸時(shí)施加壓力，用給定的聚合物對于應(yīng)用作相應(yīng)調(diào)節(jié)。在聚合物本身的性質(zhì)已經(jīng)針對應(yīng)用的類型進(jìn)行選擇之后，可以制造和試驗(yàn)這些柱。以試驗(yàn)為基礎(chǔ)，該特性能夠在一些柱中通過施加壓力來改變?？梢韵嘈?，在一些柱中壓力的施加會提高顆粒尺寸的均勻性，并且或者因?yàn)轭w粒尺寸的變化或者因?yàn)槠渌?，在整個(gè)聚合物中分離有效開孔的尺寸分布和均勻性得到提高。顆粒尺寸和分離-有效開孔尺寸的均勻性的提高可以改進(jìn)分辨率。壓力的提高一般會改進(jìn)容量和分辨率以及壓力-時(shí)間梯度?？梢韵嘈?，在一些柱中，通過在聚合反應(yīng)過程中和/或在聚合物的使用或聚合物用極性液體混合物洗滌的過程中施加壓力，微孔隙可以大大地減少或消除，因此減少區(qū)帶擴(kuò)展。
通常，小或大尺寸的柱的特性能夠通過控制聚合反應(yīng)混合物在聚合反應(yīng)過程中的焓來加以控制。在優(yōu)選的實(shí)施方案中這可通過能量的引入和/或除去來實(shí)現(xiàn)。在一些實(shí)施方案中，該焓是通過在聚合反應(yīng)過程中溫度控制或通過溫度和壓力來加以控制，不需要由輻射引入能量，但在一些情況下，能量還可以由輻射添加。這一控制能夠減少分離-有效開孔的均勻性的缺乏以及產(chǎn)生其它所希望的特性。對于這一目的，該焓被維持在聚合反應(yīng)的范圍內(nèi)，但是低于失控(run-away)焓，并且處于一定的焓，其中阻止材料作時(shí)間-溫度調(diào)節(jié)的過度放熱沒有由反應(yīng)熱產(chǎn)生。特別經(jīng)濟(jì)的是用水浴來實(shí)施。對于一些聚合反應(yīng)混合物，例如，該焓是通過熱量的引入或除去或通過輻射如UV輻射、IR輻射、X-射線輻射、可見光輻射或類似輻射或傳導(dǎo)進(jìn)入到聚合反應(yīng)混合物中的熱與輻射的結(jié)合的控制使用而被維持在這一范圍內(nèi)。該焓也可通過壓力的施加來提高。對于放熱反應(yīng)的情況，該焓是通過讓熱量在與它的生成速率相當(dāng)?shù)乃俾氏绿右荻痪S持低于失控溫度。
對于一些聚合反應(yīng)混合物，該反應(yīng)是通過僅僅采用引入熱量(如通過加熱的水浴)將溫度提高到所需的反應(yīng)溫度來引發(fā)的。轉(zhuǎn)移到聚合物(polymeric)混合物中的熱量能夠通過周期性地改變反應(yīng)來控制，同時(shí)熱量通過改變介質(zhì)的溫度來轉(zhuǎn)移，從聚合物混合物中將熱量轉(zhuǎn)移到該介質(zhì)中，以控制熱量的生成速率。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，與填料的外表面接觸的表面的溫度被保持足夠地低以避免在一種會在柱中導(dǎo)致過度溫度梯度的速率下引入熱量，但該溫度對于聚合物的充分交聯(lián)而言又顯得足夠地高。這通過逐步或逐漸地(例如隨著緩慢提高的速率，線性地)提高外表面的溫度來實(shí)現(xiàn)。所加入的溫度被控制在控制-引發(fā)點(diǎn)和第一安全點(diǎn)之間，以便使得反應(yīng)的變化速率是低的。這將保持低的放熱，直至聚合反應(yīng)進(jìn)行地足夠充分，提高溫度以便在合理的時(shí)間中完成聚合反應(yīng)并生產(chǎn)出溫度-時(shí)間調(diào)節(jié)的聚合物。
從以上敘述可以理解，本發(fā)明的新型整體式固體載體具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，例如(1)按照優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的方式提供色譜圖；(2)它能夠簡單地和廉價(jià)地制造；(3)它對于一些分離提供比現(xiàn)有技術(shù)分離更高的流速，因此縮短了一些分離的時(shí)間；(4)對于一些分離過程在比一些現(xiàn)有技術(shù)過程更低的壓力下提供高分辨率分離；(5)通過降低柱的成本用一次性柱提供高的分辨率；(6)允許容易地制備許多不同形狀的柱，例如用于環(huán)形色譜分析法的環(huán)形柱(annular column)，并且按照任何尺寸來制備，尤其小尺寸，如用于微芯片和毛細(xì)管和用于使用整體式可滲透的聚合物尖端的質(zhì)譜分析注射器；(7)它能夠快速地分離小的和大的分子；(8)它能夠?qū)τ谠S多方法提供出眾的分離介質(zhì)，在這些方法中尤其包括萃取、色譜法、電泳、超臨界流體色譜法，以及用于催化、TLC和集成CEC分離或化學(xué)反應(yīng)的固體載體；(9)它能夠?qū)τ谀承┮阎目蓾B透的整體式分離介質(zhì)提供更好的特性；(10)它提供用于制備具有均勻的分離-有效開孔尺寸分布的大直徑柱的新型方法；(11)它提供在高度含水流動相中沒有管壁效應(yīng)和具有改進(jìn)的柱效率的分離介質(zhì)；(12)它改進(jìn)了分離有效因子；和(13)它減少了反相柱中的溶脹和收縮的問題。
附圖簡述本發(fā)明的上述和其它的特征將可以更好地由下列詳細(xì)說明來理解，當(dāng)參考附圖來考慮時(shí)，其中

圖1是用于制造根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的色譜柱的方法的一個(gè)實(shí)施方案的示意圖；圖2是在聚合反應(yīng)過程中對于玻璃柱施加壓力的固定設(shè)備的組裝件；圖3是在聚合反應(yīng)過程中對于不銹鋼柱施加壓力的另一種固定設(shè)備的組裝件；圖4是在聚合反應(yīng)過程中對于玻璃柱施加壓力的仍然另一種固定設(shè)備的組裝件；圖5是在圓筒形柱內(nèi)部在120psi液壓下所聚合的強(qiáng)陽離子交換劑的掃描電子顯微(SEM)照片；圖6的色譜圖顯示了用柱從蛋白質(zhì)樣品得到的峰，其中畸變已經(jīng)通過在聚合反應(yīng)過程中的壓力來避免；圖7是顯示三個(gè)柱的照片，其中位于左側(cè)的一個(gè)是在聚合反應(yīng)過程中有壓力的情況下制備的，和位于右側(cè)的兩個(gè)是在沒有壓力的情況下聚合的；圖8是有一排柱子的色譜系統(tǒng)的方框圖，它們具有可再現(xiàn)的特性(在該排中它們彼此相似)；圖9是顯示了用中等能量(110kEV)X-射線輻射的聚合反應(yīng)所實(shí)現(xiàn)的色譜分離的色譜圖；圖10是用于色譜柱的UV或可見光聚合反應(yīng)裝置的俯視圖11是圖10的裝置的側(cè)剖視正面圖；圖12是用于色譜柱的X-射線聚合反應(yīng)裝置的示意性正面圖；圖13是圖12的裝置的一部分的俯視圖；圖14是通過線14-14截取的圖12的裝置的一部分的正面剖視圖；圖15是圖13的通過線15-15截取的正面剖視圖；圖16用于聚合反應(yīng)混合物以形成整體柱的裝置的示意圖；圖17是可用于圖16的實(shí)施方案中的有溫度測量裝置在其中以監(jiān)測溫度梯度的柱的中斷、簡化的部分剖視圖；圖18是針對在合理量的時(shí)間中可獲得的聚合度，將低溫恒定溫度聚合反應(yīng)與低溫可變溫度聚合反應(yīng)比較的圖解；圖19是顯示了在一個(gè)過程中從柱的中心到外表面的溫度的圖解，在該過程中外表面的溫度保持在與柱的中心相同的溫度下；圖20是具有反應(yīng)式1、反應(yīng)式2和反應(yīng)式3的附圖，舉例說明了用于AMPS與GMA和EDMA的共聚合反應(yīng)的方法和該方法的改進(jìn)形式；知圖21是在溫度-時(shí)間調(diào)節(jié)的柱中進(jìn)行的分離的色譜圖。
發(fā)明詳述廣泛地，將可聚合的混合物放置于含有生孔劑或溶劑的容器中并進(jìn)行聚合反應(yīng)，形成用于分離系統(tǒng)例如色譜柱的具有分離-有效開孔的填料。有利地，聚合反應(yīng)在將使用該填料的容器中進(jìn)行，如色譜柱或提取室或類似物。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，混合物進(jìn)行聚合反應(yīng)，同時(shí)補(bǔ)償在聚合反應(yīng)過程中的收縮效應(yīng)以形成尺寸補(bǔ)償?shù)木酆衔锾盍?。在其它?shí)施方案中收縮可通過對傾向于在水存在下溶脹的材料施加壓力來避免，以形成尺寸補(bǔ)償?shù)木酆衔锾盍系牧硪粋€(gè)實(shí)施方案。在仍然其它實(shí)施方案中，分離-有效開孔尺寸和分布是由壓力和/或由聚合反應(yīng)混合物的成分的選擇和/或由使用外部影響因素如電磁輻射的方法和/或由溫度-時(shí)間調(diào)節(jié)來控制的。收縮被補(bǔ)償或避免的原因是它會引起與容器壁靠近的擴(kuò)大的空隙并且它對于柱內(nèi)的孔隙或其它分離-有效開孔尺寸分布具有有害影響。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，該補(bǔ)償是通過在聚合反應(yīng)過程中施加壓力來實(shí)現(xiàn)的，以便當(dāng)材料在聚合反應(yīng)過程中收縮時(shí)至少保持具有分離-有效開孔的材料的完整性。將柱維持在大氣壓力下以適應(yīng)收縮可能不能在每一種情況下都防止空隙的形成，并且可能提供差的可再現(xiàn)性。該聚合物、單體、引發(fā)劑和生孔劑已經(jīng)進(jìn)行選擇以改進(jìn)該柱的特性，并且可以用于在聚合反應(yīng)過程中有壓力的聚合反應(yīng)的實(shí)施方案或用于其它方法。在另一個(gè)實(shí)施方案中，在填料已經(jīng)形成之后以及在由其它反應(yīng)引起溶脹(如對于一些反相填料而言在聚合之后用含水液體混合物洗滌)之后或期間對該填料施加壓力。在聚合反應(yīng)過程中聚合反應(yīng)液體混合物所接觸到的柱或模具的表面是非反應(yīng)性的或可以加以處理以提高粘合性。
在一個(gè)實(shí)施方案中，聚合反應(yīng)混合物包括至少一種乙烯基化合物和生孔劑。引發(fā)劑包括在聚合反應(yīng)混合物中或引發(fā)過程應(yīng)用于乙烯基單體和生孔劑以形成一種供色譜柱或其它將聚合物填料用于分離的設(shè)備使用的整體式填料。一般，除了該乙烯基單體之外，聚合反應(yīng)混合物包括乙烯基聚合物、或單體和聚合物的混合物、引發(fā)劑和生孔劑。然而，沒有在聚合反應(yīng)混合物中引入引發(fā)劑的其它聚合方法在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的并且都能夠使用，如輻射，來形成聚合物。另外，本發(fā)明的一些方面可以應(yīng)用于聚合反應(yīng)中的除乙烯基之外的單體和聚合物，例如脲甲醛或二氧化硅，以形成脲甲醛或二氧化硅填料。
由這些方法形成的色譜柱包括有內(nèi)壁的支撐體以接收可滲透的整體式聚合物填料，該填料具有在聚合反應(yīng)過程中形成的并且在尺寸上部分地由聚合反應(yīng)過程中的壓力和部分地由聚合反應(yīng)混合物的組分和組分比例的選擇來控制的預(yù)選擇尺寸分布的分離-有效開孔。例如，分離-有效開孔尺寸是由聚合反應(yīng)混合物中生孔劑的數(shù)量和類型控制的，其與一些其它成分的數(shù)量成比例。該壓力可以在稍微高于大氣壓力到在柱壁的強(qiáng)度之內(nèi)的壓力值的范圍內(nèi)進(jìn)行選擇。可滲透的整體式聚合物填料具有光滑的壁和在填料內(nèi)基本上沒有微孔隙。填料可具有表面官能團(tuán)。例如，可以添加疏水性表面基團(tuán)如酚基來減少在反相填料中采用含水型溶劑時(shí)的溶脹，但是在這一情況下容量也會減少。類似地，親水性表面基團(tuán)可以添加，以提高在反相填料中的容量。
在壁中沒有微孔隙或通道式開孔的可滲透的、整體式聚合物填料的一個(gè)實(shí)施方案是主要由乙烯基聚合物形成的，雖然在實(shí)施本發(fā)明時(shí)可以使用許多其它聚合物。弱離子交換可滲透的整體式聚合物填料主要地由甲基丙烯酸酯(如按照2.5-3.5的值與1.8-2.2的值的重量比率和優(yōu)選按照3∶2的重量比率的甲基丙烯酸縮水甘油酯和二甲基丙烯酸亞乙基酯)的聚合物形成。具有卓越的特性的反相可滲透的整體式聚合物填料主要由二乙烯基苯的聚合物和苯乙烯的聚合物形成。優(yōu)選，二乙烯基苯和苯乙烯的比率大約是按照3.5-4.5的值與0.8-1.2的值的比率和優(yōu)選按照4∶1(重量比)，但還可以是64％DVB(二乙烯基苯)或40％苯乙烯和72wt％DVB或按照在2∶3的比率到3∶2的比率范圍內(nèi)或優(yōu)選1∶1的二乙烯基苯與苯乙烯比率。該柱也可以按照在8∶1的比率到10∶1的比率范圍內(nèi)的和優(yōu)選9∶1的二乙烯基苯與苯乙烯比率。100％DVB也是優(yōu)選的。
在圖1中顯示了制造色譜柱的方法的一個(gè)實(shí)施方案10的方框圖，該方法包括制備聚合反應(yīng)混合物的步驟12，聚合該混合物的步驟14，和制備供色譜試驗(yàn)用的柱的步驟16，和進(jìn)行色譜試驗(yàn)的步驟18。用于聚合反應(yīng)混合物的步驟14中的聚合反應(yīng)混合物包括單體和/或能夠聚合的聚合物、引發(fā)劑或引發(fā)過程如輻射、和生孔劑，它們中的許多是現(xiàn)有技術(shù)中已知的。制備色譜(chromatographic)混合物的步驟12、聚合的步驟14、為色譜試驗(yàn)作準(zhǔn)備的步驟16和進(jìn)行色譜試驗(yàn)的步驟18部可以采取不同的形式。這些變化中的一些將在以下進(jìn)行描述。
步驟14包括讓聚合反應(yīng)化合物進(jìn)行反應(yīng)且同時(shí)壓縮它以減少空隙的子步驟20，洗滌該聚合物的子步驟22，和在一些實(shí)施方案中，讓該聚合物進(jìn)行反應(yīng)以增加某些官能團(tuán)的步驟24。盡管聚合時(shí)在沒有壓縮該聚合反應(yīng)混合物的情況下也可以獲得可工作的柱，但是通過施加這一壓縮已經(jīng)獲得了顯著的改進(jìn)。這些改進(jìn)是足夠顯著的，以便能夠在一些類型的柱中和對于一些應(yīng)用在競爭性的商購柱與非競爭性的柱之間形成差異。由這一壓縮防止空隙的形成和不均勻的分離-有效開孔可能源于該聚合物在密封容器中在聚合反應(yīng)過程中的收縮所產(chǎn)生的空白空間的不均勻分布?？瞻卓臻g的不均勻分布可以歸因于在柱壁表面、聚合物表面、氮?dú)夂蜕讋┲g的表面張力的差異。該壓縮必須足以吸收這一收縮和因此減少該柱在聚合反應(yīng)過程中的總體積。這一方法也會影響在柱中的分離-有效開孔尺寸，并且能夠用于逐步的方法中以便在分離-有效開孔尺寸中產(chǎn)生變化，如果需要的話。
該洗滌步驟22是希望除去生孔劑和未反應(yīng)的單體或用于特定的柱中但不希望保留在柱中的其它成分的常規(guī)步驟。在這一步驟之后是按照某種方式進(jìn)行反應(yīng)，以便增加官能團(tuán)例如以上所述的基團(tuán)，這些官能團(tuán)在該柱希望用于分離蛋白質(zhì)時(shí)是重要的。在一些實(shí)施方案中，該洗滌步驟引起該填料的溶脹，隨后有收縮。因?yàn)樵撌湛s可以引起通道空隙，在一個(gè)實(shí)施方案中對溶脹的填料施加壓力，防止在收縮過程中空隙的形成。
在圖2中，顯示了聚合裝置28的方框圖，它具有壓力源23，對聚合反應(yīng)混合物32施加壓力的壓力輸送機(jī)構(gòu)25、壓縮活塞27、和封閉容器21。在該優(yōu)選實(shí)施方案中，該壓力源23是恒定液壓的調(diào)節(jié)源，但是其它壓力源如彈簧或空氣或惰性氣體的壓力源都可以使用。類似地，在該優(yōu)選實(shí)施方案中，機(jī)構(gòu)25是具有光滑表面的活塞以便為在聚合反應(yīng)過程中已被該活塞表面壓住的聚合的填料提供光滑表面，但是其它壓力源如直接施加于可滲透的整體式聚合物填料上的氣體也可以使用。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，在聚合反應(yīng)過程中壓縮活塞27向內(nèi)移動進(jìn)入柱段21中，對于在室32內(nèi)的聚合反應(yīng)混合物施加壓力。當(dāng)聚合反應(yīng)已完成時(shí)，生孔劑能夠通過被泵抽通過該柱的溶劑除去。聚合反應(yīng)在溫度受控的環(huán)境29中進(jìn)行，它在優(yōu)選實(shí)施方案中是水浴，但能夠是任何此類溫度控制機(jī)構(gòu)如加熱的室。這一設(shè)備的材料可以是現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何常規(guī)材料。
在圖3中顯示了聚合裝置28的一個(gè)實(shí)施方案的剖視圖，該裝置具有金屬柱筒1022，封閉容器88，輸送機(jī)構(gòu)25，和壓縮活塞112以及壓力蓋80。金屬柱1022被緊密地固緊在封閉容器88上，利用在它們之間的密封件1021。密封件1021的壓縮是由在圓筒122中的肩部1052和該裝置的扳手卡面(wrench flat)1023A和B提供的，它利用螺紋1053連接于該柱1022上，因此在該柱1022和該封閉容器88之間提供了防漏的連接。該輸送機(jī)構(gòu)25由壓縮活塞112，o-形環(huán)110，棒條106，固定套環(huán)104，另一個(gè)o-形環(huán)100，和液壓活塞頭602組成，它們?nèi)勘慌帕泻桶惭b在圓筒122之中，使得該壓縮活塞112和o-形環(huán)110在封閉容器88內(nèi)部形成緊密密封。壓力蓋80含有配合于圓筒122的流體入口33，在它們之間有襯墊94。
壓力蓋80和圓筒122緊密地連接，防止所施加的加壓流體通過該流體入口33滲漏。輸送機(jī)構(gòu)25則按照所示的那樣定位，在封閉容器88中產(chǎn)生體積。該圓筒122在o-形環(huán)100處的內(nèi)徑與封閉容器88的內(nèi)徑的比率的二次方提供了壓力倍增因子。柱1022的相對端在柱室32中填充了聚合反應(yīng)反應(yīng)物，和封堵栓塞1024在開口中配接。封堵蓋子604利用螺紋擰到該柱1022之上，對封堵栓塞1024施力以密封該開口。雖然優(yōu)選實(shí)施方案在這里顯示了緊密配接栓塞1024來提供密封作用，但是另一種密封裝置如o-形環(huán)能夠容易地用于提供面密封或徑向密封。該流體入口33連接到受控的壓力源，如可控制的液壓泵或壓縮氣體的調(diào)節(jié)瓶。
優(yōu)選實(shí)施方案的這一描述使用流體源施加的壓縮氣體或壓縮液體通過流體入口33，然而壓縮力能夠容易地由其它方式供應(yīng)；比如，但不限于壓在輸送機(jī)構(gòu)25上的彈簧，堆疊在輸送機(jī)構(gòu)25上的利用重力提供壓縮作用的砝碼，或向心力，其經(jīng)過設(shè)置可以引起輸送機(jī)構(gòu)25壓縮在柱室32內(nèi)部的整體式聚合物柱材料。
一旦組裝完備，該裝置28置于溫度受控的環(huán)境29中，在優(yōu)選實(shí)施方案中它是熱控制的水浴。流體壓力然后施加通過流體入口33，它由壓力蓋80、襯墊94、液壓活塞頭602和o-形環(huán)100所包含。所施加的力引起液壓活塞頭602運(yùn)動遠(yuǎn)離壓力蓋80，并對棒條106的末端施加力。這一棒條106將力傳遞到壓縮活塞112，對整體式聚合物柱材料施加壓縮壓力，優(yōu)選在光滑表面1101上。這一光滑表面會引起在最終應(yīng)用中在暴露于分析流體的整體式聚合物材料上產(chǎn)生連續(xù)、均勻的表面并減少該整體式聚合物柱材料對于壓縮活塞112的粘合性。
封堵栓塞1024，柱1022，密封件1021，封閉容器88，和壓縮活塞112限制該整體式聚合物材料。隨著化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行，整體式聚合物材料的體積下降，和輸送機(jī)構(gòu)25進(jìn)一步移到該封閉容器88中。在o-形環(huán)100和o-形環(huán)110之間截獲的空氣被允許通過在圓筒122中的漏氣開口603逃逸。反應(yīng)物材料用這樣的方式壓縮可以防止在整體式聚合物材料中形成不希望有的空隙，并且消除了在整體式聚合物材料和柱1022之間的將降低該柱的使用性能的管壁效應(yīng)。
隨著反應(yīng)進(jìn)行和整體式聚合物材料體積減少，壓縮活塞112移動更接近該柱1022。接近聚合反應(yīng)結(jié)束，該固定套環(huán)104接觸到在圓筒122中的肩部1052，停止輸送機(jī)構(gòu)25的前進(jìn)運(yùn)動。新形成的整體式聚合物材料的破碎可以由這一作用來防止。在這一位置上，壓縮活塞112的光滑表面1101大約與柱的末端一般齊，并且該整體式聚合物材料填充該柱1022，但沒有在該材料中的不希望有的空隙或在該材料和柱1022之間的管壁效應(yīng)。使用該扳手卡面1023A和1023B，聚合物裝置28作為組裝件從柱1022中分離。色譜儀接頭然后安裝在兩端。
在圖4中顯示了與聚合裝置28的實(shí)施方案相似的聚合裝置28A的另一個(gè)實(shí)施方案的剖視圖，該實(shí)施方案具有玻璃柱筒922，活塞頭組裝件401，位移活塞40和封堵栓塞923。在一些分析化學(xué)應(yīng)用中，潤濕的表面不能含有金屬組分。雖然這一優(yōu)選實(shí)施方案的討論提及玻璃柱922和塑料件，但是任何非金屬材料，比如但不限于提供可接受的機(jī)械性能的玻璃、陶瓷或塑料，都能夠使用。此外，這里的討論提及所施加的壓力是由合適的流體壓力源所提供，但是，提供壓縮作用的其它方式(其中包括但不限于彈簧、砝碼、或機(jī)械裝置)能夠容易地使用。
活塞頭組裝件401包括組裝和裝入到該柱922中的活塞76、o-形環(huán)38和中間部分50。由位移活塞40和o-形環(huán)64組成的柱塞組裝件20被組裝和裝入液壓缸部分21中，使得在該液壓缸部分21中凹穴92遠(yuǎn)離該流體入口33。這一柱塞組裝件20被完全地推入到該位移腔室60中。
該液壓缸部分21和柱塞組裝件30然后利用螺紋擰到該柱922之上。通過使用合適的工具，活塞組裝件401被推進(jìn)到液壓缸部分21中，直到該環(huán)形肩部42接觸到位移活塞40為止，其中減少直徑的頸48裝配到該凹穴92中。該柱922填充反應(yīng)物，和封堵栓塞923被插入柱922的開口端。封堵蓋子924然后利用螺紋擰緊到柱922的端部，緊密地將封堵栓塞923固定保持在柱922上。雖然這一實(shí)施方案利用了在封堵栓塞923和柱922之間的緊密配合，但是，其它方法，包括但不限于產(chǎn)生面密封或徑向密封的o-形環(huán)，能夠容易地使用。
流體壓力源然后施加通過流體入口33。流體通過液壓缸部分21、位移活塞40和o-形環(huán)64包含在位移腔室60之中。將組裝的組件然后放入到溫度受控的環(huán)境29中。對于這一實(shí)施方案，使用熱控制的水浴，但是控制反應(yīng)溫度的任何合適方法都能夠使用。
此類流體壓力的應(yīng)用會引起位移活塞40運(yùn)動遠(yuǎn)離該流體入口33。位移活塞40的這一運(yùn)動將力施加于中間部分50的環(huán)形肩部42上，其然后通過活塞76將壓力施加于在柱922中的整體式聚合物材料上。
隨著反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行聚合，體積下降。壓力對于整體式聚合物材料的受控施加可以防止不希望有的空隙在整體式聚合物材料中的形成，以及防止隨著體積下降在整體式聚合物材料與柱922的壁之間形成管壁效應(yīng)。隨著反應(yīng)進(jìn)行，活塞76進(jìn)一步移到該柱922中，以替代這一體積減少。在活塞上的光滑表面74會產(chǎn)生該整體式聚合物材料的均勻表面以便在其最終應(yīng)用中提供給分析流體一致的界面，和防止整體式聚合物材料粘附于活塞76的表面上。
接近反應(yīng)的終點(diǎn)，該環(huán)形肩部42接觸到該柱922的末端，防止中間部分50在該柱922中做任何進(jìn)一步運(yùn)動。這可以防止在空隙和管壁效應(yīng)已經(jīng)消除之后該整體式聚合物材料的破碎。這一環(huán)形肩部42也限制了活塞能夠運(yùn)行的距離，使得在柱922中所形成的整體式聚合物材料的孔隙度和尺寸得到控制。
在聚合反應(yīng)完成之后，液壓缸部分21與位移活塞40和它的o-形環(huán)64一起從柱922中移出。封閉蓋子924和封閉栓塞923然后被取掉，最終取掉活塞頭組裝件401。色譜儀接頭然后安裝在兩端。
還有可能通過將壓縮氣體直接施加于反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)的表面上從而在反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)上提供壓縮作用。當(dāng)選擇特殊的柱模式時(shí)，該方法被認(rèn)為不如以上技術(shù)，因?yàn)樗玫降恼w式聚合物材料的表面將不是光滑或平坦的，并且比整體式聚合物材料的本體具有更多孔隙。在其它柱模式中氣體的直接施加可能是更可適用的?？赡苄枰氐艟酆衔锇魲l的末端以實(shí)現(xiàn)高分辨率分離。在圖5中顯示了在120psi液壓下在柱殼體內(nèi)聚合的強(qiáng)陽離子交換劑的掃描電子顯微(SEM)照片(放大9,000倍)，顯示出了沒有孔隙的顆粒小球但在具有高表面積(因?yàn)椴灰?guī)則的表面區(qū)域)的它們之間存在通道和在較低程度上顯示了顆粒小球的更多堆疊的片狀構(gòu)型。有凸起覆蓋它們的表面區(qū)域的該顆粒的粗糙表面區(qū)域顯示一種跡象，其可能表明了由增生(accretion)實(shí)現(xiàn)的生長。
在圖6中顯示了從在柱中分離的蛋白質(zhì)樣品得到的具有峰的色譜圖，其中溶脹和收縮的問題通過壓力的施加得以避免。峰是有區(qū)別的和較高的，且有良好分辨率。這一特殊的色譜圖屬于在3ml/分鐘的流速下對于伴清蛋白、卵清蛋白和胰蛋白酶抑制劑的蛋白質(zhì)樣品而言的梯度洗脫，其中使用pH 7.6的0.01 MTris緩沖劑作為一種溶劑和1M氯化鈉溶液作為另一種溶劑，以0至50％第二種溶劑的梯度，在5分鐘時(shí)間中。在該柱中的反壓是250磅/平方英寸，而沒有補(bǔ)償?shù)闹A(yù)計(jì)對于相同的梯度將具有更高的反壓。
在圖7中，顯示了三種填料，其中位于左側(cè)的一個(gè)是在聚合反應(yīng)過程中有壓力的情況下制備的，位于右側(cè)的兩個(gè)是在沒有壓力的情況下聚合的。圖7說明了由柱形成過程中的收縮所引起的在柱表面上形成的不連續(xù)性。在柱內(nèi)部有類似的不連續(xù)性，呈現(xiàn)不可預(yù)見地間隔的較大開孔的形式。這些圖還說明了不連續(xù)性能夠被除去，導(dǎo)致在相同組成和相同尺寸的柱之間更好的可再現(xiàn)性以及在色譜試驗(yàn)中的改進(jìn)的分辨率。
在圖8中顯示了制備性液相色譜系統(tǒng)101的方框圖，該系統(tǒng)具有泵送系統(tǒng)121，柱和檢測器的陣列141，收集器系統(tǒng)117，控制器119，和吹洗系統(tǒng)123。該柱和檢測器的陣列141包括多個(gè)柱，在它們之中有可滲透的填料。優(yōu)選該填料是尺寸補(bǔ)償?shù)木酆衔锾盍稀Ｔ摫盟拖到y(tǒng)121在控制器119的控制下將溶劑供應(yīng)給該柱和檢測器的陣列141。吹洗系統(tǒng)123與泵陣列135連通以清洗該泵以及在泵之間的管線和在色譜試驗(yàn)輪次之間的柱。泵陣列135在控制器119的控制下將溶劑供應(yīng)給該柱和檢測器的陣列141，流出物從其中流出進(jìn)入到收集器系統(tǒng)117中。該控制器119接收來自在該柱和檢測器陣列141中的檢測器的指示溶質(zhì)的譜帶的信號，并且因此按照現(xiàn)有技術(shù)中已知的方式活化該級分收集器系統(tǒng)117。一種合適的級分收集器系統(tǒng)是可從Isco，Inc.，4700 Superior Street，Lincoln，NE 68504商購的FOXY7200級分收集器。
為了將溶劑供應(yīng)到該泵陣列135中，泵送系統(tǒng)121包括多個(gè)溶劑儲存器和支管(其中的第一個(gè)和第二個(gè)分別在131和133處標(biāo)明)，泵陣列135和發(fā)動機(jī)137(它在控制器119的控制下驅(qū)動，以操作泵的陣列135)。該控制器119還控制在泵陣列135中的閥門以控制溶劑的流量和梯度的形成，當(dāng)發(fā)動機(jī)同時(shí)驅(qū)動在泵陣列135中的往復(fù)泵的活塞以便從該陣列中的多個(gè)泵中泵送溶劑和從溶劑儲存器和支管如131和133中抽出溶劑時(shí)。
雖然在優(yōu)選實(shí)施方案中使用往復(fù)式活塞泵的陣列，但是任何類型的泵都是合適的，不論是否是往復(fù)式和是否是活塞式。大量的不同泵和泵送原理都是在現(xiàn)有技術(shù)中已知的和對于本領(lǐng)域中的技術(shù)人員來說是已知的，并且任何此類已知的泵或泵送原理在大多數(shù)情況下以常規(guī)的工程設(shè)計(jì)就可以適應(yīng)于在這里公開的本發(fā)明。盡管兩種溶劑公開在圖1的實(shí)施方案中，但僅僅一種溶劑或兩種或兩種以上的溶劑都可以使用。
為了處理該流出物，收集器系統(tǒng)117包括收集溶質(zhì)的級分收集器141，支管143和處置來自支管143中的廢物的廢物貯藏罐145。一個(gè)或多個(gè)級分收集器與柱和檢測器的陣列143連通，以便從柱中接收溶質(zhì)，用支管或不用支管。支管可用來合并來自一個(gè)以上柱中的溶質(zhì)并將它們一起沉積在單個(gè)貯器中，或各柱可以將溶質(zhì)沉積在其本身的貯器中，或一些柱可以各自將溶質(zhì)沉積在其本身的相應(yīng)貯器中和其它的柱可以將溶質(zhì)合并在同一貯器中。該支管143與柱和檢測器的陣列141連通，從各柱中引出流出物并將它沉積在廢物貯藏罐145中。
因?yàn)閳D8的系統(tǒng)包括柱的陣列，各自參與類似的任務(wù)，該柱的可再現(xiàn)性是特別重要的，因?yàn)橄Ｍ麍?zhí)行單個(gè)任務(wù)的各個(gè)柱具有與執(zhí)行該任務(wù)的全部其它柱盡可能相似的特性。因此，對于在進(jìn)行彼此密切相關(guān)的樣品的分離時(shí)希望協(xié)作的任何柱組有相當(dāng)大的優(yōu)勢，本發(fā)明的可滲透的聚合物柱具有特殊的應(yīng)用。
為了制造含有聚合物填料作為分離介質(zhì)但在其側(cè)壁中沒有開孔或在填料本體中沒有大開孔的柱或其它設(shè)備，聚合反應(yīng)設(shè)備的一個(gè)實(shí)施方案包括適應(yīng)于在聚合反應(yīng)過程中容納聚合反應(yīng)混合物的溫度受控的反應(yīng)室以及對于在所述溫度受控的反應(yīng)室中的所述聚合反應(yīng)混合物施加壓力的設(shè)備。聚合反應(yīng)混合物包括單體，聚合物和生孔劑。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，施加壓力的設(shè)備是用可移動的元件施加壓力的設(shè)備。聚合反應(yīng)混合物包括交聯(lián)試劑和交聯(lián)用單體。剛性、容量和分離-有效開孔分布是通過交聯(lián)試劑、單體的量，聚合溫度和壓力來控制的。
聚合反應(yīng)是在封閉容器中進(jìn)行以避免在使用烘箱的情況下的溶劑損失或避免在水浴反應(yīng)室的情況下混合物被水稀釋或污染。壓力是在一些混合物如用于離子交換柱的混合物的聚合反應(yīng)過程中施加的，以平衡由收縮形成的真空。聚合物填料在聚合之后進(jìn)行洗滌以除去生孔劑。就一些聚合物而言，如果采用含水液體混合物，填料在洗滌過程中或在色譜試驗(yàn)過程中傾向于溶脹，例如如果填料是反相填料。
為了將混合物分離成它的組分，如上所述形成了可滲透的聚合物填料。它可以在任何尺寸或形狀的柱(包括常規(guī)液相色譜柱)中形成，這些柱是相當(dāng)規(guī)則的管式圓筒、或毛細(xì)管、或微芯片或具有任何尺寸或幾何結(jié)構(gòu)。樣品與填料并置，當(dāng)樣品穿過該填料時(shí)樣品的組分會發(fā)生彼此的分離。
例如，為了由液相色譜法從樣品中的蛋白質(zhì)混合物中分離出蛋白質(zhì)，柱作為填料而形成并且在有生孔劑的情況下原地聚合。在使用之前收縮得到補(bǔ)償。樣品被注入到該柱中并讓溶劑流過該柱，從而，當(dāng)被攜帶通過該填料時(shí)樣品被分離成它的組分。在一個(gè)實(shí)施方案中，多種的樣品在單獨(dú)的柱中以高的可再現(xiàn)性同時(shí)進(jìn)行分離。
用于分離過程中的色譜柱的一個(gè)實(shí)施方案具有帶內(nèi)腔壁的色譜腔，并在腔壁里容納可滲透的整體式聚合物填料。該填料是具有被控制尺寸的分離-有效開孔的聚合物，該開孔是在聚合之前由聚合反應(yīng)混合物中的生孔劑在聚合物中形成并且至少部分地由聚合反應(yīng)過程中的壓力來控制尺寸。可滲透的整體式聚合物填料具有光滑壁以及在可滲透的整體式聚合物填料內(nèi)基本上沒有孔隙。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，該填料是由乙烯基聚合物形成的，但可以由其它材料如脲甲醛或二氧化硅形成。這些可以包括表面基團(tuán)如疏水性基團(tuán)以減少采用含水溶劑時(shí)的溶脹或親水性基團(tuán)以提高容量。
在聚合反應(yīng)混合物中的各成分以及在不同填料中的各成分的比例的一些例子是舉例說明而已。例如，沒有通道式開孔的弱離子交換劑可滲透的整體式聚合物填料主要由甲基丙烯酸酯聚合物形成。有利地，該可滲透的整體式聚合物填料主要地是由按照在1∶1和7∶3的比率范圍內(nèi)的比率(按重量)和優(yōu)選按照3∶2的比率的甲基丙烯酸縮水甘油酯和二甲基丙烯酸亞乙基酯的聚合物所形成的。
強(qiáng)陰離子交換劑包括作為它的主要成分的甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)和二(乙烯基)甲基丙烯酸亞乙基酯(EDMA)，按照在0.8-1.2范圍內(nèi)的值與在2.8-3.2范圍內(nèi)的值的比率和優(yōu)選按照1∶3的比率。在優(yōu)選實(shí)施方案中聚合反應(yīng)液體混合物包括0.4克GMA，0.5克的2-(丙烯酰氧基乙基)三甲基銨甲基硫酸鹽，1.2克EDMA，1.5克的1，4-丁二醇，1.35克丙醇，0.15克水和0.02克AIBN。
弱陽離子交換劑包括甲基丙烯酸甲酯(MMA)、GMA和EDMA的聚合反應(yīng)液體混合物，按照在4.5-5.5范圍內(nèi)的MMA的值與在0.8-1.2范圍內(nèi)的GMA的值與在11-13范圍內(nèi)的EDMA的值的比率，和優(yōu)選按照5∶1∶12的比率。聚合反應(yīng)液體混合物包括0.2克AA，0.5克甲基丙烯酸甲酯(MMA)，0.1克GMA，1.2克EDMA，2.55克十二烷醇，0.45克環(huán)己醇和0.02克AIBN。在聚合之后，該柱在5M(摩爾濃度)氫氧化鈉NaOH之中的0.25M氯乙酸鈉溶液中于60℃下水解六小時(shí)。
其它例子是(1)甲基丙烯酸縮水甘油酯和二甲基丙烯酸亞乙基酯，按照在1∶1至2∶1范圍內(nèi)的重量比；或(2)二乙烯基苯和苯乙烯，按照在3∶1至9∶1范圍內(nèi)的比率；或(3)二乙烯基苯和苯乙烯，按照4∶1的比率或二乙烯基苯的量是在35wt％至80wt％二乙烯基苯和優(yōu)選64wt％二乙烯基苯的范圍內(nèi)；或(4)二乙烯基苯，苯乙烯和生孔劑，按照分別8∶2∶15的比率；或(5)二乙烯基苯，苯乙烯和十二烷醇，按照7-9個(gè)單位的二乙烯基苯與1.5-2.5個(gè)單位的苯乙烯與13-17個(gè)單位的十二烷醇的比率，摻混了引發(fā)劑；或(6)二乙烯基苯，苯乙烯和十二烷醇，按照分別8∶2∶15的比率，摻混了引發(fā)劑；或(7)二乙烯基苯，苯乙烯，十二烷醇和甲苯，按照分別7-9與1.5-2.5與9-13與2.5-3.5的比例，摻混了引發(fā)劑；或(8)二乙烯基苯，苯乙烯，十二烷醇和甲苯，按照分別8∶2∶11∶3的比例，摻混了引發(fā)劑；或(9)甲基丙烯酸縮水甘油酯，二甲基丙烯酸亞乙基酯，環(huán)己醇和十二烷醇，按照0.5-0.7與0.3-0.5與1-2與0.1-2.5的比例，摻混了引發(fā)劑；或(10)甲基丙烯酸縮水甘油酯，二甲基丙烯酸亞乙基酯，環(huán)己醇和十二烷醇，按照分別0.6∶0.4∶1.325∶0.175的比例。
通常，制備用于目標(biāo)應(yīng)用的具有分離-有效開孔的整體式聚合物載體的方法包括以下步驟(1)用所選擇的配方制備聚合反應(yīng)混合物；(2)將混合物放入到具有所需形狀和尺寸的容器中，在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中有時(shí)稱為柱；(3)用加壓配件或無壓密封件密封該柱；(4)在所選擇的壓力下或在沒有壓力下，在溫度受控的加熱浴或烘箱中聚合該聚合反應(yīng)混合物；(5)從加熱浴或烘箱中取出柱并安裝所選擇的或特別設(shè)計(jì)的配件以獲得所需功能；(6)用所選擇的溶劑，優(yōu)選通過程序控制的流體，從柱中洗出生孔劑和可溶性物質(zhì)；(7)在一些實(shí)施方案中，泵送配方設(shè)計(jì)的改性液體混合物以獲得為了相互作用所需的官能度；(8)在控制的條件下在加熱浴或烘箱中進(jìn)行特殊的改性；(9)從柱中洗出該改性液體混合物，優(yōu)選用程序控制的流體；(10)穩(wěn)定化、組裝和調(diào)理該柱，以使它能夠在所需條件下以高分辨率使用；(11)用在目標(biāo)應(yīng)用中的樣品分離來表征該柱；和(12)用所選擇的貯存液體混合物替代在柱中的液體。步驟7到9是任選的或重復(fù)的，這取決于待使用的介質(zhì)的功能。步驟1到5在兩個(gè)或更多個(gè)階段的聚合方法中加以改進(jìn)和進(jìn)行重復(fù)。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，聚合反應(yīng)混合物包括下列當(dāng)中的一種或多種(1)單體；(2)生孔劑；(3)引發(fā)劑或催化劑；和/或(4)添加劑或填料(任選的)。在填充或注入到柱中之前，聚合反應(yīng)混合物可以用氦氣脫氣達(dá)15分鐘以上，或由真空脫氣，或由兩者的結(jié)合來脫氣。這一脫氣的目標(biāo)是除去在混合物內(nèi)的氧氣。該氧氣能夠在不同情形下作為抑制劑或引發(fā)劑，導(dǎo)致了無法預(yù)測的聚合行為，這對于柱的分辨率和可再現(xiàn)性是有害的。
以上方法的合適單體包括現(xiàn)有技術(shù)中已知的單、二和多官能化單體，優(yōu)選含有乙烯基或羥基silica官能團(tuán)的單體，它可以作為中間體原地產(chǎn)生。典型的單乙烯基單體包括苯乙烯和它的含有羥基，鹵素，氨基、磺酸、羧酸、硝基和不同的烷基鏈如C4、C8、C12和C18的衍生物，或可用于在聚合之前或之后產(chǎn)生這些官能度的它們的保護(hù)形式；和所述單體還包括丙烯酸酯，甲基丙烯酸酯，丙烯酰胺，甲基丙烯酰胺，乙烯基吡咯烷酮，乙酸乙烯基酯，丙烯酸，甲基丙烯酸，乙烯基磺酸，和能夠用于原地產(chǎn)生這些化合物的這些基團(tuán)的衍生物。這些單體的混合物都能夠使用。帶有羥基、乙烯基、烷基的硅氧烷或它們的衍生物和它們的混合物是優(yōu)選的。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，單官能化單體的量是全部單體的2％-60％。它們顯著地變化，取決于介質(zhì)的類型。
典型的二或多官能化單體優(yōu)選是具有橋連結(jié)構(gòu)部分如苯、萘、吡啶、烷基乙二醇或它的低聚物的含兩個(gè)或更多個(gè)乙烯基的單體。這些多乙烯基化合物的例子是二乙烯基苯，二乙烯基萘，二丙烯酸亞烷基酯，二甲基丙烯酸酯，二丙烯酰胺和二甲基丙烯酰胺，二乙烯基吡啶，乙二醇的二甲基丙烯酸酯和二丙烯酸酯，聚乙二醇的二甲基丙烯酸酯和丙烯酸酯，季戊四醇的二-、三-、或四甲基丙烯酸酯和丙烯酸酯，三羥甲基丙烷的三甲基丙烯酸酯和丙烯酸酯，以及這些化合物的混合物。帶有常常原地產(chǎn)生的二、三和四羥基的硅氧烷在本發(fā)明中也是優(yōu)選的。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，多官能化單體的典型量是40％-80％。
該引發(fā)劑包括現(xiàn)有技術(shù)中已知的全部引發(fā)劑如偶氮化合物和過氧化物。典型引發(fā)劑的例子是偶氮二異丁腈，苯甲?；^氧化物，2，2’-偶氮雙(異丁酰胺)脫水物，2，2’-偶氮雙(2-脒基丙烷)二鹽酸化物。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，引發(fā)劑的典型量是全部單體的0.5％-2％。當(dāng)使用硅氧烷時(shí)，使用催化劑如酸，而不是引發(fā)劑。催化劑的量是毫摩爾到摩爾/升聚合反應(yīng)混合物。沒有在聚合反應(yīng)混合物中摻入引發(fā)劑的其它聚合方法在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的并且都能夠使用，如輻射，來形成聚合物。
該生孔劑是在聚合之后能夠被除去以產(chǎn)生分離-有效開孔結(jié)構(gòu)的任何材料或化合物。可以使用的典型的生孔劑是有機(jī)溶劑，水，低聚物，聚合物，可分解的或可溶性的聚合物。有機(jī)溶劑的一些實(shí)例是醇，酯，醚，脂肪族和芳族烴，酮，二-、三-、四-甘醇，丁烷二醇，甘油或這些溶劑的結(jié)合物。生孔劑的選擇取決于所需的分離-有效開孔尺寸和分離-有效開孔分布。
在一些實(shí)施方案中，選擇單種的生孔性溶劑或多種生孔性溶劑的結(jié)合物。單種的生孔性溶劑或多種生孔性溶劑的結(jié)合物可以與單體和引發(fā)劑混合以形成均勻的流體混合物，但是單種的生孔性溶劑或多種生孔性溶劑的結(jié)合物對于所形成的聚合物具有差的溶劑化能力。聚合反應(yīng)通常由引發(fā)劑引發(fā)。在低聚物的形成之后是交聯(lián)形成交聯(lián)的聚合物或核，和聚合物或核的連續(xù)生長。這些聚合物鏈和核是以生孔性溶劑的溶劑化能力允許的尺寸從液體混合物中沉淀析出。這些聚合物鏈和核首先懸浮于液體混合物中，然后通過碰撞和交聯(lián)形成小顆粒。小顆粒被生孔劑和單體溶脹，并且通過聚合反應(yīng)和與其它核或顆粒之間的聚集作用而繼續(xù)生長。較大的顆粒由碰撞聚集在一起并且由交聯(lián)在適當(dāng)?shù)奈恢霉潭?。聚合物和核的沉淀的時(shí)間和速度顯著地影響顆粒、聚集物或簇的尺寸以及在這些顆粒和聚集物中形成的分離-有效開孔尺寸和分離-有效開孔尺寸分布。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，非常差的溶劑和相當(dāng)良好的溶劑的結(jié)合物通常更好地調(diào)節(jié)聚合物在液體混合物中的溶解度或可溶脹性，導(dǎo)致所需的孔隙度和分離-有效開孔尺寸分布。不良溶劑的選擇是更重要的，因?yàn)榇蟮姆蛛x-有效開孔的產(chǎn)生是最重要的。在大的分離-有效開孔產(chǎn)生之后，總是能較容易地發(fā)現(xiàn)良好或相當(dāng)良好的溶劑來調(diào)低該分離-有效開孔尺寸。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對于由聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、聚丙烯酰胺和聚甲基丙烯酰胺制成的介質(zhì)，醇或含有羥基或多個(gè)羥基的中性化合物是不良溶劑的更好選擇。溶解度或溶劑化能力能夠使用不同鏈長度和不同數(shù)目的羥基的醇來容易地調(diào)節(jié)。聚合物的良溶劑選自許多通常的良溶劑，如甲苯，四氫呋喃，乙腈，甲酰胺，乙酰胺，DMSO。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，生孔劑的典型量是20％到80％，更優(yōu)選40％到60％。
用于本發(fā)明中的添加劑或填料是能夠?yàn)榻橘|(zhì)增加特別需要的特征的那些材料。具有分離-有效開孔的聚合物的一個(gè)重要特性是聚合物的剛性。不溶的硬質(zhì)聚合物顆粒、二氧化硅顆粒、或其它無機(jī)顆粒能夠被添加到聚合反應(yīng)混合物中以增強(qiáng)在聚合之后具有分離-有效開孔的聚合物。具有非常大數(shù)目或數(shù)量的分離-有效開孔的聚合物通常不具有良好的強(qiáng)度或韌性。它們時(shí)常是易碎的。硬質(zhì)顆粒能夠用作聚合物的框架。在另一個(gè)實(shí)施方案中，在大直徑的柱的制備過程中熱傳遞的問題可通過向聚合反應(yīng)混合物中添加非常單分散的無孔隙顆粒來減少。相當(dāng)經(jīng)常，需要大直徑的柱用于高流量制備性色譜儀或催化床來允許僅僅有低的反壓的高流速。
在具有分離-有效開孔的聚合物的一個(gè)實(shí)施方案中，單分散的大的無孔隙顆?；蛑榱Ｊ且越咏谥旅芏逊e的模式進(jìn)行緊密地填充。聚合反應(yīng)混合物被填充到大珠粒的間隙空間中并在這些間隙空間中聚合。流動模式和柱效率可通過致密填充的單分散珠粒來改進(jìn)。具有非常大數(shù)目或數(shù)量的分離-有效開孔的材料能夠在該大直徑的柱中制備而無需害怕低剛性的介質(zhì)的塌陷，因?yàn)榇蟮膯畏稚⒌闹榱Ｊ窃摯笾睆街闹尾牧?。能夠?qū)崿F(xiàn)高流速，這歸因于大數(shù)目或大量的分離-有效開孔，還有聚合物的穩(wěn)固結(jié)構(gòu)。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，在采用摻入具有分離-有效開孔的聚合物作為填料的兩階段或多階段聚合反應(yīng)來制備大柱的過程中避免了熱散逸的問題。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，從相同的聚合反應(yīng)混合物制備的具有分離-有效開孔的多個(gè)細(xì)柱被用作填料，以減少在大柱的原地制造過程中的熱散逸問題。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，處于相同的目的將聚合物棒條用作填料。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，填充材料是大的、無孔隙的二氧化硅珠粒。
該聚合物、單體、引發(fā)劑、生孔劑、添加劑和聚合溫度進(jìn)行選擇以改進(jìn)該柱的特性并且可以用于在聚合反應(yīng)過程中使用壓力的聚合反應(yīng)的實(shí)施方案或其它方法。該方法的一些方面可以適用于單體和在除自由基反應(yīng)以外的聚合反應(yīng)(如縮聚反應(yīng)和可形成二氧化硅整體料的溶膠凝膠方法)中形成的聚合物。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中的柱硬件(hardware)包括用作色譜柱的硬質(zhì)管(具有各種形狀，其中包括圓柱形，圓錐形，矩形，和多邊形)或這些管的組裝件。該管可以從現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何常規(guī)材料制備，其中包括金屬，玻璃，二氧化硅，塑料或其它聚合物，更優(yōu)選不銹鋼或玻璃。這一管的內(nèi)部尺寸能夠是從微米到米，按直徑、厚度、寬度、或深度計(jì)。可滲透的固體材料可以覆蓋該管的整個(gè)橫截面區(qū)域，其中在軸向或徑向上通過該管來進(jìn)行樣品的分離(Lee，W-C，等人，“RadialFlow Affinity Chromatography for Trypsin Purification”，ProteinPurification(book)，ACS Symposium Series 427，Chapter 8，American Chemical Society，Washington，D.C.，1990.)，這取決于分離的模式，更具體地說取決于軸向流或直流式色譜或徑向流色譜。在聚合反應(yīng)過程中聚合反應(yīng)液體混合物所接觸到的柱或模具的內(nèi)表面是非反應(yīng)性的或可以加以處理以提高對填料表面的粘合性。該管能夠加入在現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何可使用的接頭以便將它與其它儀器(更具體地說色譜儀)相連。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，該整體式可滲透的固體聚合物是在毛細(xì)管中形成的，它能夠是例如具有150微米的內(nèi)徑的毛細(xì)管。在另一個(gè)非常重要的實(shí)施方案中，整體式可滲透的剛性材料是在可拆卸的80.mm內(nèi)徑Teflon密封環(huán)中形成和密封的，這常常在壓力下。這一環(huán)和柱可以作為低成本的、可靠的、大容量的、高分辨率的、非常快速的、可容易替換的替代品色譜柱來銷售。在另一個(gè)實(shí)施方案中，管的直徑是10mm。在另一個(gè)實(shí)施方案中，該管的直徑是4.6mm和該材料是不銹鋼。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，塑料注射器圓筒用作柱。在另一個(gè)實(shí)施方案中，整體式基質(zhì)是在模具中形成的，該模具包含金屬容器、密封板和有多個(gè)圓柱形孔穴的插件。插件的厚度是1-10mm。模具能夠是在由二氧化硅或硬質(zhì)聚合物制成的板上有多個(gè)通道或凹槽的微型設(shè)備。該整體式材料能夠以任何尺寸和形狀形成，使得它適合于特別設(shè)計(jì)的微型設(shè)備，例如具有多孔的微滴定板(micro-titerplate)，這些孔含有本主題介質(zhì)和任選在底部具有小的洗脫口。對于所設(shè)計(jì)的形狀和尺寸或這些設(shè)備的應(yīng)用沒有限制。
聚合反應(yīng)混合物被填充或注入到具有所需形狀和尺寸的柱中，這取決于待聚合形成為可用作固體載體的具有分離-有效開孔的填料的產(chǎn)品的最終用途。有利地，聚合反應(yīng)在將采用該填料的柱中進(jìn)行，如色譜柱，催化床，提取室或類似物。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，在聚合反應(yīng)過程中對于聚合反應(yīng)混合物施加正壓力，以控制聚集物的顆粒尺寸和補(bǔ)償在聚合反應(yīng)過程中的體積收縮。與從未加壓的聚合反應(yīng)得到的聚集物顆粒尺寸相比，聚集物的顆粒尺寸已經(jīng)發(fā)現(xiàn)更均勻和更大。在聚合反應(yīng)過程中的體積收縮是通過正的空氣壓力或有正壓力的移動活塞來補(bǔ)償?shù)摹?br> 更具體地說，在優(yōu)選實(shí)施方案中聚合反應(yīng)混合物被施加于柱中或施加于一些其它合適模具中。聚合反應(yīng)在該柱或模具內(nèi)被引發(fā)。如果聚合反應(yīng)在烘箱中進(jìn)行的話，該柱或模具被充分地密封以避免生孔劑或單體的計(jì)劃外的蒸發(fā)損失；或避免污染或稀釋，如果聚合反應(yīng)在水浴中進(jìn)行的話。在聚合反應(yīng)過程中，壓力被施加于聚合反應(yīng)液體混合物。優(yōu)選該壓力被維持在高于大氣壓力的水平以控制聚集物的尺寸和該聚集物在聚合物中的分布，以及防止由于收縮而在聚合物壁表面上和在介質(zhì)內(nèi)部中形成空隙，和防止介質(zhì)與柱壁分離(這將形成穿過該縫隙或壁通道的另一種流體通路)，直到聚合反應(yīng)已經(jīng)完成為止。將該柱維持在大氣壓力下以適應(yīng)收縮不能在每一種情況下都防止空隙的形成并且提供差的可再現(xiàn)性。壓力源能夠是氣體壓力，來自非相容性液體的壓力、氣壓驅(qū)動的活塞、沖刺(sprint)力或液壓。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，任何數(shù)量的增壓模具(管)能夠在單個(gè)水浴中保持在恒定或受控制的溫度下，并且同等地從單個(gè)(例如氮?dú)?，水?支管增壓。這提高了均勻性和生產(chǎn)速度。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，所選擇的壓力由高壓氮?dú)馐┘佑诰酆戏磻?yīng)混合物上。在本發(fā)明的仍然另一個(gè)實(shí)施方案中，通過在圖2、3或4中所示的加壓設(shè)備，在聚合反應(yīng)過程中將所選擇的壓力施加于聚合反應(yīng)混合物上。該柱在一端被密封和聚合反應(yīng)混合物被填充到該柱中。另一端由圖2，3或4中所示的設(shè)備密封。包括柱的聚合反應(yīng)用固定設(shè)備的總組裝件示于圖2，3或4中。由來自注射泵的液壓驅(qū)動的具有光滑特氟隆栓塞的活塞對聚合反應(yīng)施加壓力。聚合反應(yīng)混合物由特氟隆栓塞和o-形環(huán)密封在柱中。當(dāng)將恒定的正壓力施加于聚合反應(yīng)混合物時(shí)，實(shí)際壓力是在液壓和摩擦力之間的差值。在聚合反應(yīng)過程中，在單體轉(zhuǎn)化成聚合物時(shí)活塞移向柱內(nèi)，以補(bǔ)償由于聚合物的收縮所產(chǎn)生的空隙。這會防止由于這一收縮而在密封的柱內(nèi)部產(chǎn)生的任何負(fù)壓力和空隙空間，因此改進(jìn)柱效率。
可以相信，該收縮是在每一方向上的。所形成的空隙可能由AIBN產(chǎn)生的氮?dú)饣蛟谥鶅?nèi)有負(fù)壓力的情況下由溶劑蒸汽所占據(jù)。該空隙可以是在聚合物壁上的大的不規(guī)則凹陷或散布在整個(gè)聚合物表面上的小的不規(guī)則凹陷。該空隙也可以分布在聚合物內(nèi)部，導(dǎo)致分離-有效開孔尺寸分布的不均勻性。這些不規(guī)則空隙和縫隙會導(dǎo)致柱的管壁效應(yīng)或區(qū)帶擴(kuò)展。它們對于柱效率是有害的并且降低柱的分辨率。這些空隙和縫隙還會導(dǎo)致在同一批次生產(chǎn)中或從一個(gè)批次生產(chǎn)到另一個(gè)批次生產(chǎn)的柱性能彼此之間的低再現(xiàn)性。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，所選擇的壓力被施加于聚合反應(yīng)混合物上以控制聚集物的尺寸和分離-有效開孔尺寸分布。顆粒尺寸隨著在聚合反應(yīng)過程中在聚合反應(yīng)混合物上的壓力的變化而變化。該顆粒尺寸在較高的壓力下是較大的。在正壓力下，在聚合反應(yīng)過程中聚合物的收縮僅僅在壓力的方向上發(fā)生。這防止在聚合物內(nèi)部形成空隙和在與柱壁相鄰的壁表面上形成空隙/縫隙。
在聚合反應(yīng)過程中，隨著從單體到聚合物的轉(zhuǎn)化率提高，單體濃度持續(xù)下降。交聯(lián)的聚合物持續(xù)從液體混合物中沉淀析出并且彼此聚集形成更大的顆粒或簇。這些顆粒沉淀并利用交聯(lián)劑如具有乙烯基的活性聚合物鏈彼此連接。這些互連的顆粒沉降到柱的底部，導(dǎo)致在柱的頂部較低的單體濃度。
分離-有效開孔尺寸受到總單體濃度和它們的比率的高度影響。沿著重力方向形成了不均勻的分離-有效開孔尺寸梯度，這導(dǎo)致區(qū)帶擴(kuò)展。因?yàn)樵擃w粒尺寸部分地受到聚合反應(yīng)的壓力的控制，分離-有效開孔尺寸的梯度能夠通過在聚合反應(yīng)過程中調(diào)節(jié)壓力來加以校正。在一個(gè)實(shí)施方案中，在聚合反應(yīng)過程中將線性地提高的壓力施加于聚合反應(yīng)混合物。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，在聚合反應(yīng)過程中將分階段的壓力梯度施加于聚合反應(yīng)混合物。提高/降低壓力的速度和模式經(jīng)過選擇可以控制在整個(gè)聚合反應(yīng)過程中聚集物的顆粒尺寸和它的分布。當(dāng)分離-有效開孔尺寸分布的線性梯度是所希望的時(shí)，它也能夠通過用不同的速度和不同的最高壓力改變聚合反應(yīng)過程中的壓力來實(shí)現(xiàn)。
聚合反應(yīng)溫度取決于引發(fā)劑的選擇。當(dāng)使用AIBN和苯甲?；^氧化物時(shí)，典型的溫度范圍是50到90攝氏度。加熱源能夠是現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何類型。優(yōu)選的途徑是溫度受控的加熱浴或烘箱。反應(yīng)時(shí)間能夠是0.5-48小時(shí)，這取決于引發(fā)劑和反應(yīng)溫度的選擇。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，聚合反應(yīng)是在60攝氏度的溫度受控的水浴中進(jìn)行20小時(shí)。
當(dāng)使用光敏引發(fā)劑時(shí)，輻射如IR、UV-vis或X-射線用作聚合反應(yīng)的引發(fā)源。在一個(gè)實(shí)施方案中反應(yīng)由引發(fā)劑的熱活化來引發(fā)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，在有或沒有化學(xué)引發(fā)劑的情況下它通過由能量輻射如X-射線的應(yīng)用來引發(fā)。如果使用X-射線，則引發(fā)劑應(yīng)該進(jìn)行選擇以便在超過聚合反應(yīng)溫度的溫度下熱活化。另一方面，當(dāng)在反應(yīng)物料接受活化所需的給定區(qū)域中的溫度下在X-射線照射下時(shí)，該引發(fā)劑活化。該引發(fā)劑也可以進(jìn)行選擇，以使離解的活化時(shí)間和溫度比只有單體時(shí)低得多?；钚砸l(fā)劑(自由基)的產(chǎn)生僅僅通過X-射線的強(qiáng)度來控制。因?yàn)閄-射線強(qiáng)度是可控制的，反應(yīng)速率是可控制的和將不會“失控”或過熱。而且，該引發(fā)劑可以經(jīng)過選擇以使得當(dāng)在反應(yīng)物料接受活化所需的給定區(qū)域中的溫度下在X-射線照射下時(shí)活化。
在一個(gè)實(shí)施方案中，X-射線為聚合反應(yīng)提供全部或一部分的能量。X-射線光子的能量將根據(jù)聚合物的制備方法和根據(jù)厚度或橫截面的差異來變化。較低能量X-射線用于較小直徑聚合物棒條的制備，以及較高能量X-射線或較長時(shí)間地暴露于較低能量X-射線都可以用于大直徑的聚合物棒條的制備。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，聚合反應(yīng)溫度通過開關(guān)該X-射線來控制。當(dāng)X-射線被關(guān)掉時(shí)，聚合反應(yīng)在幾秒內(nèi)迅速地停止，因?yàn)樽杂苫膲勖湫偷厥且幻胱笥摇?br> 在一個(gè)實(shí)施方案中，利用X-射線作為能源，光引發(fā)劑用于引發(fā)聚合反應(yīng)。該光引發(fā)劑是在聚合物領(lǐng)域中的光聚合反應(yīng)中使用的典型光引發(fā)劑，其中包括γ-射線、X-射線、UV、可見光和IR敏感性光引發(fā)劑。該光引發(fā)劑包括偶氮化合物如偶氮二異丁腈，過氧化物如二苯基(2，4，6-三甲基苯甲?；?膦氧化物，酮如菲醌、2-氯噻噸-9-酮、4，4’-雙(二甲基氨基)二苯甲酮、4，4’-雙(二乙基氨基)二苯甲酮、4，4’-雙(二甲基氨基)二苯甲酮、2-氯噻噸-9-酮，苯偶酰二甲基酮縮醇，有機(jī)金屬配合物。這些光引發(fā)劑包括在陽離子和自由基聚合反應(yīng)中使用的光引發(fā)劑。在一個(gè)實(shí)施方案中，AIBNI用作光引發(fā)劑。在另一個(gè)實(shí)施方案中，菲醌用作光引發(fā)劑。
在一個(gè)實(shí)施方案中，閃爍劑和增感劑用來增強(qiáng)光引發(fā)劑的活性。例如，X-射線可以通過激發(fā)溶劑以使它將能量轉(zhuǎn)移到已經(jīng)添加的已知閃爍劑中來引起閃爍或通過直接引起具有閃爍性能的溶劑的閃爍來引起閃爍。優(yōu)選，閃爍光通過添加熒光增感劑來輔助，以提高光引發(fā)劑在引發(fā)聚合反應(yīng)上的活性。該閃爍劑和增感劑經(jīng)過選擇，以便導(dǎo)致來自X-射線的能量被閃爍劑高效吸收以及在光引發(fā)劑的吸收譜帶內(nèi)的有效波長中的光輻射。
能夠使用的閃爍劑包括現(xiàn)有技術(shù)中的發(fā)光材料中的任何一種。一般，該閃爍劑包括含有苯環(huán)的化合物，如三聯(lián)苯、四聯(lián)苯、萘、蒽，含有雜環(huán)的化合物，具有羰基的化合物，具有兩個(gè)或更多個(gè)發(fā)色團(tuán)(lurorophor)的化合物和有機(jī)金屬化合物，以及無機(jī)化合物如ZnTe，ZnSe，ZnS，CsI，Gd2O2S和CaWO4。在一些實(shí)施方案中，2，5-二苯基唑(PPO)，2-苯基-5-(4-聯(lián)苯基)1，3，4-二唑(PBD)，2-(1-萘基)-5-苯基唑(á-NPO)用作閃爍劑。在一個(gè)實(shí)施方案中，三聯(lián)苯用作閃爍劑。在另一個(gè)實(shí)施方案中，ZnSe用作閃爍劑。
優(yōu)選，多步驟引發(fā)過程用于采用光引發(fā)劑的X-射線輔助的聚合反應(yīng)。使用閃爍劑和光引發(fā)劑的結(jié)合物的引發(fā)機(jī)理被認(rèn)為是多步驟引發(fā)過程。首先，該X-射線活化溶劑分子，形成電子激發(fā)的溶劑分子。激發(fā)的溶劑分子快速地將它們的激發(fā)能轉(zhuǎn)移到該閃爍劑，形成電子激發(fā)的閃爍。然后，閃爍劑的激發(fā)態(tài)通過發(fā)射光子而馳豫到基態(tài)。發(fā)射的光子被光引發(fā)劑吸收和形成活性自由基。該游離引發(fā)劑自由基接觸單體的乙烯基官能團(tuán)和引發(fā)聚合反應(yīng)過程。該過程能夠被描述為如下X-射線hγ-激發(fā)的溶劑分子*--激發(fā)的閃爍劑分子*--UV或可見hγ’-激發(fā)的引發(fā)劑分子*--引發(fā)劑自由基-聚合物自由基。
X-射線輻射的聚合反應(yīng)能夠用于制備均聚物如聚苯乙烯、聚四氫呋喃，樹脂如環(huán)氧樹脂或其它交聯(lián)的材料，以及多孔聚合物載體如呈現(xiàn)柱、膜形狀的分離介質(zhì)，或在任何其它外殼之內(nèi)的材料。該方法能夠用于任何形狀的模制部件的制備。在一個(gè)實(shí)施方案中，使用X-射線輻射作為能源制備聚苯乙烯。在有窄開口和圓柱體形狀的玻璃管形瓶的模具中制備聚苯乙烯。液體混合物聚合反應(yīng)和本體聚合反應(yīng)兩者用于制備均勻多孔性苯乙烯(均聚苯乙烯)材料。在另一個(gè)實(shí)施方案中，聚甲基丙烯酸縮水甘油酯樹脂是通過使用相同的方法制備的。在另一個(gè)實(shí)施方案中，制備多孔的聚(苯乙烯-共-二乙烯基苯)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，制備多孔的聚(甲基丙烯酸縮水甘油酯-共-二甲基丙烯酸乙二醇酯)聚合物載體。
X-射線能夠用于制備具有從微米到米的橫截面的多孔整體式聚合物載體。X-射線輻射的聚合反應(yīng)用來制備整體式液相色譜柱，其中包括毛細(xì)管和微孔分析柱，常規(guī)的分析柱，以及制備性柱和處理(process)柱。在一個(gè)實(shí)施方案中，制備在內(nèi)徑1cm的玻璃柱中的多孔整體式載體。柱通過SEM、孔隙度測定法和色譜法來表征。
在這一玻璃外殼內(nèi)的聚(苯乙烯-共-二乙烯基苯)整體柱顯示出優(yōu)異的分離肽的性能。X-射線能夠深入地穿透該材料。有機(jī)和無機(jī)聚合物能夠使用X-射線或γ-射線制備。高能量X-射線和γ-射線能夠以高的深度穿過材料。如果需要更大的深度，則未聚合的混合物能夠位于X-射線束中，并且以所選擇的方式進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和平移，使得總體的、時(shí)間平均的輻射在整個(gè)所要聚合的主體中是足夠均勻的。需要指出的是，在色譜流的目標(biāo)方向上定向的輻射不會因?yàn)樵撦椛涫奈斩诖仓幸鹜怀龅纳V不均勻性。軸向不均勻性不一定會像徑向不均勻性那樣降低性能。
低能量的X-射線以較低的深度穿透該材料，但使用起來更安全。在一個(gè)實(shí)施方案中，低能量的X-射線用來在直徑3.5cm的玻璃柱中制備多孔整體式載體。在另一個(gè)實(shí)施方案中，在88mm直徑的聚合物的柱外殼內(nèi)制備整體式載體。通過控制X-射線光子的強(qiáng)度和能量和通過水夾套來控制聚合反應(yīng)的溫度，以使反應(yīng)混合物的至少一側(cè)得到控制。優(yōu)選該水冷方法在柱的軸向上而不是在徑向上冷卻該柱，以避免熱梯度和導(dǎo)致不均勻性。全部流路會在色譜流的方向上經(jīng)歷相同的不均勻性，因此對于分離沒有影響作用。在整個(gè)聚合反應(yīng)過程中在這一大直徑的柱的中心處的聚合反應(yīng)溫度大約與在柱的邊緣上的聚合反應(yīng)溫度相同。在四天的聚合反應(yīng)之后單體的轉(zhuǎn)化得以完成。
X-射線輻射的聚合反應(yīng)能夠與熱聚合相結(jié)合。聚合速率和孔隙度能夠通過聚合速率(它通過X-射線的能量和強(qiáng)度來控制)和聚合反應(yīng)的溫度來控制。鑒于輻射的聚合方法的經(jīng)濟(jì)性和安全性，較低能量和強(qiáng)度的X-射線優(yōu)選用于大直徑的整體式聚合物載體的制備中。在3.5cm直徑柱中在48小時(shí)的聚合反應(yīng)之后，單體轉(zhuǎn)化率完成了大于70％。為了加速聚合反應(yīng)速率和在短時(shí)間內(nèi)完成該轉(zhuǎn)化，使用在對應(yīng)于引發(fā)劑的所需溫度下的熱聚合。在一個(gè)實(shí)施方案中，通過使用X-射線輻射，隨后在X-射線輻射的聚合反應(yīng)之后于70℃下熱聚合，制備多孔的聚(苯乙烯-共-二乙烯基苯)。聚合物的孔隙度能夠通過單體組成、X-射線強(qiáng)度和能量、引發(fā)劑和閃爍劑的結(jié)合物的選擇、以及在X-射線輻射的聚合反應(yīng)和熱聚合反應(yīng)中的聚合溫度來控制。在該聚合方法中使用的生孔劑與在較早描述的純熱聚合反應(yīng)中使用的那些相同。獲得可供液相色譜使用的優(yōu)異的聚合物載體。
紫外線和可見光輻射在過去已用于制備聚合物，其中包括均聚物、板狀聚合物樹脂和多孔聚合物表面涂層，但不是本發(fā)明中的聚合物材料。UV和可見光兩者都能夠穿透薄的、固體的、透明的材料。紫外線和可見光已經(jīng)用于制備薄的、透明的材料如膜。當(dāng)材料的厚度提高時(shí)，多孔聚合物的均勻性更成為問題。這歸因于在穿過多孔固體材料時(shí)光的散射和衰減。光能夠穿過固體材料的深度迅速地下降，這取決于材料的官能團(tuán)和折光指數(shù)。考慮到由兩個(gè)相制成的丙烯酸類干燥多孔性柱折光指數(shù)約1.5的丙烯酸類樹脂和折光指數(shù)1.00的空氣。它如此完全地散射光，以致于該材料看起來像白堊，白色和不透明。在此以前，這些明顯的差異已經(jīng)阻止了UV或可見光在聚合反應(yīng)中的使用。
紫外線和可見光能夠用于制備聚合物材料(包括以上列舉的具有高均勻性的材料)和制備若干英寸厚的聚合物材料。在柱和使用紫外線和可見光制造柱的方法的一個(gè)實(shí)施方案中，對于該聚合反應(yīng)選擇了在所選擇的光的波長下與目標(biāo)聚合物樹脂有非常類似或相同的折光指數(shù)的溶劑。在所選擇的波長下的光能夠在聚合反應(yīng)過程中穿過該聚合物，歸因于很少采用的克里斯欣森(Christiansen)效應(yīng)，其中該目標(biāo)多孔樹脂變得相當(dāng)?shù)冒胪该鞯幕蛲该鞯?。在特殊波長范圍內(nèi)的光顯示出透明度，因?yàn)榭紫冻錆M溶劑。優(yōu)選，單色光(其在聚合物固體和溶劑兩者中的折光指數(shù)是非常接近的)被選擇用于聚合反應(yīng)。由光而非熱活化的引發(fā)劑用作光引發(fā)劑。如果使用白光，透射光對應(yīng)于特殊的波長，在該波長下在聚合物固體和溶劑或溶劑結(jié)合物兩者中光的折光指數(shù)是非常接近的。選擇光引發(fā)劑以吸收在該近透明聚合物和溶劑波長范圍中的光并且由該光活化。該引發(fā)劑吸收這一波長范圍。
優(yōu)選，當(dāng)光引發(fā)劑被活化時(shí)它分裂成缺少最初的發(fā)色團(tuán)的片段。該片段在所選擇的光的波長范圍內(nèi)不吸收。當(dāng)光線被光引發(fā)分子中的發(fā)色團(tuán)吸收時(shí)，結(jié)果是在表面上的局部聚合反應(yīng)。如果該發(fā)色團(tuán)經(jīng)受得住這一反應(yīng)，則它們將阻斷下一光線活化下一個(gè)光引發(fā)劑分子，因此將聚合反應(yīng)限制于最初的表面。因此，該光能夠以更高的深度穿過聚合物混合物并且光的透射增加。這一效果稱為消感應(yīng)吸收作用(Bleaching Effect)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在這方面良好的光引發(fā)劑是2，4，6-三甲基苯甲?；交⒀趸铩Ｔ撓袘?yīng)吸收作用和該克里斯欣森效應(yīng)在利用光引發(fā)或e-射線引發(fā)所進(jìn)行的非常厚的層、或深的多孔性聚合物的生產(chǎn)中是協(xié)同作用的。在后一種情況下，X-射線激發(fā)溶劑，該溶劑然后將二級能量傳遞到所謂的“增感劑”，后者則發(fā)熒光以活化該引發(fā)劑。如果在被X-射線激發(fā)時(shí)溶劑本身發(fā)熒光，則附加程度的協(xié)同作用也存在。常常p-三聯(lián)苯用作X-射線聚合反應(yīng)的增感劑。可以使用的熒光性溶劑包括許多芳基化合物，如甲苯，鄰-、間-、或?qū)?二甲苯，或1，2，3-三甲苯(或其它異構(gòu)體)。在一個(gè)實(shí)施方案中，均聚(甲基丙烯酸縮水甘油酯)是通過使用鄰二甲苯作為生孔性溶劑由普通的液體混合物聚合反應(yīng)制備的。鄰二甲苯、單體和特別是聚合物的折光指數(shù)是接近的。在液體混合物中所得聚合物接近于透明但有少量的半透明，歸因于白光的少量散射。
測量目標(biāo)聚合物的折光指數(shù)。選擇良溶劑和不良溶劑兩者以便具有與目標(biāo)聚合物的折光指數(shù)接近的折光指數(shù)。通過調(diào)節(jié)溶劑的比率，溶劑混合物的折光指數(shù)將幾乎與聚合物的相同。因此，穿過被溶劑溶脹的聚合物的光的透射率能夠達(dá)到最高值。在一個(gè)實(shí)施方案中，多孔聚甲基丙烯酸酯型整體料通過使用溶劑的結(jié)合物來制備。
在制備大直徑的溫度-時(shí)間調(diào)節(jié)的聚合物填料時(shí)，需要避免由聚合反應(yīng)過程中的不均勻聚合溫度引起的不均勻的聚合物整體料。均勻的聚合物應(yīng)該在給定的橫截面中按照分離-有效開孔的孔隙尺寸分布的模式具有低于25％的變化，以及優(yōu)選對于大部分所進(jìn)行的分離具有低于2％的變化。在本說明書中，模式是分布曲線的峰。分布曲線是在不同直徑的孔隙尺寸(開孔)下孔隙體積/單位重量的多孔材料的百分率。如果有比熱散逸更快的熱生成速率，則產(chǎn)生不均勻聚合溫度。具有不均勻聚合溫度的傾向是通過聚合反應(yīng)的自加速所增加的，這會導(dǎo)致熱量以難以控制的方式和同時(shí)以幾何級不均勻的方式增加。聚合反應(yīng)的自加速的趨勢是通過在凝膠效應(yīng)和聚合溫度的提高兩個(gè)方面的結(jié)合而增大。
為了具有均勻聚合溫度，生熱速率需要與熱散逸的速率相同。所需的聚合溫度是由聚合反應(yīng)過程中熱生成和熱散逸的平衡速率來確定的。通過優(yōu)化聚合溫度，熱量散逸速率能夠被控制以等于熱量生成速率。
當(dāng)聚合溫度是足夠低時(shí)，聚合反應(yīng)的自加速不會發(fā)生。在低的聚合溫度下，從引發(fā)劑產(chǎn)生自由基的速率和聚合反應(yīng)的速率是緩慢的。雖然聚合物自由基不太傾向于因?yàn)槟z的高粘度而由聚合物自由基或引發(fā)劑自由基的碰撞所終止，但是低的聚合速率和自由基產(chǎn)生速率會因?yàn)闅滢D(zhuǎn)移或聚合物鏈重排而增加聚合反應(yīng)終止的機(jī)會?？傮w聚合速率沒有提高，歸因于對于活性聚合物自由基的終止的不利影響。
當(dāng)聚合反應(yīng)溫度高于閾值溫度時(shí)，聚合反應(yīng)的自加速會發(fā)生。這一閾值溫度將隨單體的聚合反應(yīng)或共聚反應(yīng)速率而變化并且取決于聚合反應(yīng)混合物的環(huán)境如生孔劑和單體。不同的生孔劑能夠?qū)τ诰酆衔锖鸵l(fā)劑自由基具有不同的終止作用。不同的單體具有不同的聚合速率和終止速率。因此，選擇低溫以平衡熱量的生成和散逸，同時(shí)避免因?yàn)槟z效應(yīng)所引起的聚合反應(yīng)的自加速。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，低溫用于聚合反應(yīng)以避免聚合反應(yīng)的自加速以及在聚合反應(yīng)過程的一部分中控制不同直徑的柱(包括大直徑的柱)中的熱量生成和散逸速率，而凝膠效應(yīng)導(dǎo)致隨后在聚合反應(yīng)過程的另一個(gè)部分中有更高的溫度。例如，在使用這一方法的一個(gè)聚合反應(yīng)中，環(huán)境聚合溫度用來在50mm直徑和25cm長度的柱中制備多孔分離介質(zhì)。
然而，在一些情況下在低溫下聚合的缺點(diǎn)是剛性的缺乏。這可能是因?yàn)榫酆衔锘|(zhì)的交聯(lián)度不是足夠地高，這樣多孔聚合物在溶劑中溶脹。這也是因?yàn)閱误w在低溫下的轉(zhuǎn)化率不是足夠地高，導(dǎo)致在基質(zhì)中分離-有效開孔的巨大尺寸。特大的孔隙會急劇降低聚合物基質(zhì)的強(qiáng)度，使得多孔聚合物在中等或高壓下或在中等或高流速下無法用于色譜分離。然而，在低溫下的初始聚合反應(yīng)之后提高聚合反應(yīng)溫度能夠改進(jìn)交聯(lián)度和單體的轉(zhuǎn)化率。在本發(fā)明中，在初始聚合反應(yīng)之后提高聚合溫度以改進(jìn)交聯(lián)度和單體轉(zhuǎn)化率，以便改進(jìn)多孔聚合物基質(zhì)的剛性。高溫固化過程用于改進(jìn)多孔聚合物的剛性。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，在環(huán)境聚合溫度下的低溫聚合之后，70℃用來固化該多孔聚合物。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，在40℃下的低溫聚合之后，60℃用來固化該聚合物。
用于色譜分離的多孔聚合物基質(zhì)的至關(guān)重要的性能是分離-有效開孔尺寸的分布的均勻性。低溫和高溫聚合的結(jié)合常常導(dǎo)致在基質(zhì)中分離-有效開孔尺寸的不均勻分布，歸因于由不同位置的不同聚合溫度所產(chǎn)生的分離-有效開孔的尺寸的差異。多孔聚合物基質(zhì)的分離-有效開孔的尺寸在一定程度的單體轉(zhuǎn)化和一定程度的交聯(lián)之后沒有因?yàn)樽阋杂绊懚嗫拙酆衔锏纳V性能的更高溫度而變化。在達(dá)到這一點(diǎn)之后聚合反應(yīng)溫度的進(jìn)一步提高不會改變足以影響到多孔聚合物的色譜性能的分離-有效開孔的尺寸分布，而是通過提高單體的轉(zhuǎn)化率和交聯(lián)度來改進(jìn)聚合物基質(zhì)的剛性。
在本發(fā)明中，聚合反應(yīng)的溫度和時(shí)間被優(yōu)化以便實(shí)現(xiàn)高度的單體轉(zhuǎn)化和交聯(lián)，和以便平衡聚合反應(yīng)的熱量生成和熱量散逸速率，從而實(shí)現(xiàn)對于色譜分離而言足夠好的分離-有效開孔的均勻尺寸分布。聚合溫度進(jìn)一步提高以改進(jìn)單體轉(zhuǎn)化率和交聯(lián)度。聚合溫度和聚合反應(yīng)時(shí)間的各個(gè)步驟的程序用于制備供色譜應(yīng)用和需要均勻的分離-有效開孔尺寸分布的其它應(yīng)用的多孔分離介質(zhì)。例如，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，在所需的聚合反應(yīng)時(shí)間長度下聚合反應(yīng)溫度從環(huán)境溫度到70℃的優(yōu)化的、程序控制的分步驟提高可用于制備具有良好色譜性能的多孔聚合物基質(zhì)。
對于一些聚合反應(yīng)，在安全點(diǎn)聚合溫度和時(shí)間的程序控制分步驟提高可以提供良好的分離介質(zhì)，但對于其它聚合反應(yīng)，這也許不是足夠好的。另一種程序可用于改進(jìn)在此類情況下的填料。同時(shí)，該另一種程序能夠減少為了實(shí)現(xiàn)所需轉(zhuǎn)化率和交聯(lián)度的聚合反應(yīng)時(shí)間。該另一種程序可用于這樣的情形，其中所需的交聯(lián)度和轉(zhuǎn)化率也許不能實(shí)現(xiàn)，歸因于太低的聚合溫度，而該聚合溫度是為了平衡熱量生成和熱量散逸速率和/或避免聚合反應(yīng)在第一個(gè)程序中的自加速所需要的。
在低溫聚合下在一定量的單體轉(zhuǎn)化之后，該另一種程序采用聚合反應(yīng)溫度的緩慢線性提高。該另一種程序可以提高聚合反應(yīng)速率，縮短聚合反應(yīng)時(shí)間，提高從單體到聚合物的轉(zhuǎn)化率，同時(shí)在聚合反應(yīng)過程中維持熱量生成和熱量散逸的平衡。在這種情形下在提高的溫度下的熱量產(chǎn)生不會更快，歸因于在一定量的單體轉(zhuǎn)化之后在聚合反應(yīng)過程中單體濃度的下降。由于單體的濃度降低，聚合反應(yīng)的自加速也不會發(fā)生。在本發(fā)明中，聚合溫度的線性梯度被優(yōu)化以便與低溫聚合和高溫固化過程相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)用于色譜分離的多孔聚合物的分離-有效開孔尺寸的最優(yōu)分布。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，從環(huán)境溫度到70℃的聚合溫度的線性梯度用于制備具有良好色譜性能的多孔聚合物。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，從40℃到60℃的聚合溫度的線性梯度連同在40℃下的初始聚合反應(yīng)和在60℃下的固化可用來制備具有良好色譜分離性能的分離介質(zhì)。
聚合溫度的程序控制分步驟、多步驟或線性提高不僅適用于大直徑的柱，而且非常適用于小直徑柱的制備中，以改進(jìn)介質(zhì)的色譜性能。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這一方法能夠用于從小直徑柱到大直徑柱的色譜柱按比例增大的制備。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，完全相同的溫度程序用于制備具有4.6mm和34mm的直徑的柱，以實(shí)現(xiàn)分離介質(zhì)的相同色譜性能。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，程序控制的溫度被改進(jìn)以制備具有34mm直徑的柱。
在圖18中顯示了圖解352，具有時(shí)間的橫坐標(biāo)，溫度的左側(cè)軸縱坐標(biāo)和聚合反應(yīng)完成百分比的右軸縱坐標(biāo)，有兩條實(shí)線曲線354和356以及兩條虛線曲線364和366。該曲線354是顯示溫度的曲線和該曲線364是顯示了在柱表面上在低的恒溫(維持聚合反應(yīng)混合物中的溫度低于自維持溫度)下對于不同量的聚合反應(yīng)所消逝的時(shí)間而言的完成百分比。聚合反應(yīng)快速地提升，然后穩(wěn)定在太低的聚合反應(yīng)的值。低溫會導(dǎo)致勁度的缺乏和不均勻的聚合物。勁度的缺乏是低溫的結(jié)果，一旦凝膠效應(yīng)變得明顯，低溫將交聯(lián)降低到低值并將分離-有效開孔的尺寸提高到不希望有的尺寸。一般，在柱的中心和表面之間有幾個(gè)攝氏度的溫度提高，導(dǎo)致得到不均勻的聚合物。曲線366說明了在控制-引發(fā)點(diǎn)358和安全點(diǎn)360之間以及對于聚合反應(yīng)的溫度梯度過程從安全點(diǎn)360到基本上完成點(diǎn)362之間的對于不同量的消逝時(shí)間而言的完成百分比，和曲線356顯示了在相同點(diǎn)之間的在柱的表面上的溫度變化。
在柱表面上的溫度更緩慢地提高以及在控制-引發(fā)點(diǎn)358和安全點(diǎn)360之間的聚合速率慢慢地提高，并且不會導(dǎo)致聚合反應(yīng)混合物的溫度顯著提高至安全點(diǎn)360。在控制-引發(fā)點(diǎn)358之前的溫度較快速地提高到一個(gè)點(diǎn)，在該點(diǎn)下聚合反應(yīng)被引發(fā)，和然后聚合反應(yīng)非常緩慢地，因?yàn)橛休^少空間位阻和有豐富的單體進(jìn)行反應(yīng)。在安全點(diǎn)360，該空間位阻提高和單體的量減少，溫度能夠被提高以便引起更多交聯(lián)，和驅(qū)使聚合反應(yīng)完成。在柱的表面上的溫度提高速率將隨聚合反應(yīng)混合物的組成和整體材料的所需特性而變化，但在控制-引發(fā)點(diǎn)和安全點(diǎn)之間一般低于5攝氏度/小時(shí)和在達(dá)到安全點(diǎn)之后一般大于15攝氏度/小時(shí)。
在圖19中顯示了具有中心縱軸374的柱372(有熱敏電阻380足夠接近它以測量它的溫度)以及位于外表面378和中心縱軸中間的想象的同心柱376(有熱敏電阻382足夠接近它以便在柱中的這一四分之一處測量它的溫度)的不完全的縱向剖視圖。外表面的溫度是通過任何加熱或冷卻設(shè)備加以控制的，但是在優(yōu)選實(shí)施方案中該設(shè)備是水浴，其溫度可以通過任何設(shè)備如熱敏電阻384來測量。
橫穿柱372的溫度分布圖370是按照在一種溫度梯度聚合反應(yīng)模式中表現(xiàn)出的那樣來顯示。在這一溫度梯度聚合反應(yīng)模式中，柱的外側(cè)溫度被維持在與柱中心處的溫度相同的溫度下，兩溫度可通過控制在柱的外表面上的溫度而逐漸地提高。正如溫度分布圖370所說明，有一種溫度，在該溫度下該外側(cè)溫度是以緩慢速率提高以控制該反應(yīng)速率達(dá)到一種水平(該水平維持放熱的生成速率基本上與熱散逸相同)以及該外部溫度隨著在外側(cè)表面上的增長速率(與在中心處的增長速率相等)而緩慢地提高，在該同心圓柱體上有一個(gè)低點(diǎn)。該低點(diǎn)應(yīng)該維持在外部溫度的2.5度之內(nèi)和優(yōu)選在1度之內(nèi)，以獲得均勻性。考慮到在控制-引發(fā)點(diǎn)和安全點(diǎn)之間在柱中的放熱，溫度的逐漸提高在部分地補(bǔ)償凝膠效應(yīng)和希望維持良好聚合速率以獲得均勻的聚合物，減少聚合反應(yīng)所需的時(shí)間。
圖21是在溫度-時(shí)間調(diào)節(jié)的柱中具有下列色譜條件的分離色譜圖(a)樣品(1)核糖核酸酶A，(2)細(xì)胞色素C和(3)溶菌酶；(b)柱通過在40-60℃的梯度溫度下在24小時(shí)中進(jìn)行聚合反應(yīng)和然后在60℃下進(jìn)一步固化12小時(shí)所制備的WCX(250×35mm I.D.)；(c)流動相緩沖劑A10mM磷酸鹽緩沖劑，pH＝7.6，緩沖劑B在緩沖劑A中1M NaCl，pH＝7.6，梯度在4CV中20-50％B，然后在0.8CV中50-100％B；流速50ml/分鐘。
在本說明書中描述的可滲透的聚合物可以具有一種以上的合適構(gòu)型。一種構(gòu)型具有為一些目標(biāo)應(yīng)用所需要的分離-有效開孔尺寸分布。通常，它包括為分離提供高表面積的在至少一個(gè)方向上低于300nm的小的分離-有效開孔，和供大部分的流動相通過的幾乎沒有或沒有提供分離作用的大的不規(guī)則開孔(如大于500nm)。優(yōu)選，分離-有效開孔的尺寸是50-200納米和更大的不規(guī)則開孔對于中等壓力和低壓分離而言是2-5微米和對于高壓分離而言是0.6-2微米。分離-有效開孔尺寸分布和不規(guī)則特征尺寸分布能夠通過生孔劑、單體、引發(fā)劑的類型和量，以及聚合溫度、時(shí)間和壓力來控制。在一個(gè)實(shí)施方案中，該單體不僅選擇具有所需的官能度，而且有助于通過改變聚合動力學(xué)和聚合物結(jié)構(gòu)來改進(jìn)柱效率，這導(dǎo)致更理想的分離-有效開孔尺寸分布。處于相同的目的而選擇單體的比率。生孔劑的類型和量在仔細(xì)的研究之后為了產(chǎn)生所需的分離-有效開孔尺寸分布而選擇。在聚合反應(yīng)過程中壓力的使用和選擇對于所需的分離-有效開孔尺寸分布的產(chǎn)生和貫穿整個(gè)柱的分離-有效開孔尺寸分布的均勻性是特別重要的。它還防止在通常的密封或敞開的聚合反應(yīng)中遇到的不規(guī)則空隙和壁通道的形成。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，微孔隙的形成能夠通過在聚合反應(yīng)過程中使用壓力和通過其它聚合條件和試劑的小心調(diào)節(jié)來急劇減少或防止。從具有分離-有效開孔的這一聚合物的掃描電子顯微鏡(SEM)研究中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，聚合物顆粒形態(tài)類似于一些形式的珊瑚。該珊瑚狀聚合物是由互連的波紋狀顆粒(它顯然通過增生來生長)形成的。這些顆粒的內(nèi)部是無孔的。表面是高度波紋狀的和含有極大數(shù)量的小的開放淺槽(有各種尺寸的開口)。在這些聚合物當(dāng)中的一種的SEM研究中，顆粒是有短的開孔深度的核-殼結(jié)構(gòu)。在單個(gè)顆粒中沒有通孔的這些不平常的波紋狀聚合物結(jié)構(gòu)和核-殼顆粒結(jié)構(gòu)大大地改進(jìn)了整體料的容量(與普通的無孔的分離介質(zhì)相比)，同時(shí)避免了在顆?；蛑榱?nèi)部包含大量的微孔隙和中孔隙的常規(guī)大孔隙介質(zhì)中的質(zhì)量傳遞問題。這些結(jié)構(gòu)與在文獻(xiàn)中公開的具有通孔的所謂“灌流珠粒(Perfusion Beads)”或整體料明顯不同。當(dāng)內(nèi)力傾向于溶脹或膨脹聚合物時(shí)，通過施加壓力或通過保持體積抵抗膨脹來調(diào)理在一些柱中的顆粒聚集物將導(dǎo)致堆疊的一般平的或巢狀的構(gòu)型，而不是所聚集的基本上圓形的顆粒聚集物。
在本發(fā)明中的整體料兼顧了在無孔顆粒填料中的高分辨率和大孔隙填料的高容量的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)避免它們的問題。這些波紋狀顆粒可以利用增生作用從被單體和活性低聚物溶脹和包圍并與其它聚合物核并合在一起的聚合物核生長。這些顆粒互相聚集并且通過交聯(lián)來增強(qiáng)。通過防止樣品分子捕獲在微孔隙中和顆粒內(nèi)部的孔隙中(根據(jù)理論模型，它們是區(qū)帶擴(kuò)展的主要原因之一)，這一結(jié)構(gòu)大大地改進(jìn)柱效率。顆粒、聚集物或簇的尺寸能夠精細(xì)地調(diào)節(jié)得更均勻，并且分離-有效開孔尺寸分布能夠通過壓力的小心控制以及以上討論的其它因素的選擇來改進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)高分辨率分離。
在液相色譜法中更親水性化合物的令人滿意的分離常常要求起始流動相是100％水，沒有有機(jī)溶劑。這一類型的分離不能利用以非常疏水性的純苯乙烯/二乙烯基苯、聚甲基丙烯酸酯和它們的含有C4，C8，C12和C18的衍生物為基礎(chǔ)的反相介質(zhì)實(shí)現(xiàn)到令人滿意的程度。該聚合物在具有低的有機(jī)溶劑含量的含水流動相中收縮。該收縮導(dǎo)致在柱壁和聚合物介質(zhì)之間的空隙空間，這在色譜中導(dǎo)致所謂的“壁通道化”。結(jié)果，樣品和流動相繞過該介質(zhì)并穿過壁通道而不是穿過該介質(zhì)。樣品沒有保留或部分地保留，導(dǎo)致對于每一種純樣品有多個(gè)峰。
在一個(gè)實(shí)施方案中，通過首先讓純水或鹽液體混合物通過介質(zhì)使該介質(zhì)最大程度地收縮，然后用活塞配件壓縮該介質(zhì)直至在壁和聚合物介質(zhì)之間的空隙空間被密封為止，從而避免管壁效應(yīng)?；钊陕菽概浼?nut fitting)固定在合適的位置。配件示于圖3和4中。壁空隙的收縮和密封能夠通過首先減少柱的反壓和然后提高柱的反壓來檢測。這一方法可以防止在分離過程中“壁通道化”的形成。在一個(gè)實(shí)施方案中，聚合物在純水中收縮，然后用PEEK活塞配件壓縮。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，聚合物在1mol/l NaCl液體混合物中收縮，然后用PEEK活塞配件壓縮。
在高度極性的環(huán)境中，在聚合物表面上線性聚合物鏈以及C4，C8，C12，C18的鏈皺縮到表面上，導(dǎo)致在樣品分子和介質(zhì)表面之間的差相互作用。同樣，該床非常微弱地被流動相潤濕，歸因于在介質(zhì)和流動相的極性上的極端差異。在樣品和固定相之間的質(zhì)量傳遞和相互作用是非常差的，它導(dǎo)致低的柱效率和分辨率。通過提高聚合物基質(zhì)的親水性，同時(shí)維持為樣品保留和分離所需的疏水性，可以減少這些問題和“壁通道化”問題。
聚合物基質(zhì)在聚合物重復(fù)單元中含有親水性官能團(tuán)如羥基，酰胺，脲或親水性結(jié)構(gòu)部分。該聚合物可以被水潤濕和溶脹，歸因于聚合物基質(zhì)的親水性。聚合物介質(zhì)的表面仍然含有高度疏水性的聚苯乙烯鏈，或C4，C8，C12和C18鏈，以便在反相色譜中有疏水性相互作用。聚合物在水中的收縮被減少或完全地防止，這也解決了壁通道化的問題。該親水性能夠通過含有親水性結(jié)構(gòu)部分的單體的直接共聚合反應(yīng)，或通過聚合物的改性以引入親水性結(jié)構(gòu)部分來得到改進(jìn)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，親水性甲基丙烯酸羥基乙基酯與苯乙烯和二乙烯基苯共聚合，以防止“壁通道化”和疏水性相互作用鏈在水中的皺縮。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，硬脂基丙烯酰胺與甲基丙烯酸硬脂基酯和二甲基丙烯酸乙二醇酯共聚合。親水性單體的添加也會減少在反相柱中的蛋白質(zhì)變性。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，丙烯腈與苯乙烯和二乙烯基苯共聚合。隨著親水性單體的親水性的增加，聚合物越來越多地溶脹。用含有親水性結(jié)構(gòu)部分的聚合物構(gòu)成的反相分離介質(zhì)在含水和不含水的液體混合物中都將溶脹。這會增大反相分離介質(zhì)在含水流動相中的適用性。
原地聚合能夠用于制備任何尺寸和形狀的柱。在一個(gè)實(shí)施方案中，制備了具有75微米的內(nèi)徑的圓柱形的毛細(xì)管柱。在另一個(gè)實(shí)施方案中，制備具有4.6mm ID的柱。在另一個(gè)實(shí)施方案中，制備具有88mmID的柱。在另一個(gè)實(shí)施方案中，制備100微米-700微米的橫截面的方形毛細(xì)管柱。在另一個(gè)實(shí)施方案中，制備具有3mm厚度和1cm內(nèi)徑的聚合物盤。在另一個(gè)實(shí)施方案中，制備具有1cm外徑和4.6mm內(nèi)徑的環(huán)形(donut)整體料。在另一個(gè)實(shí)施方案中，制備具有100微米內(nèi)徑凹槽的微芯片柱。
疏水性相互作用色譜需要非常親水性的分離介質(zhì)兼有適度的疏水性。在具有較低疏水性碳鏈或聚合物鏈的基質(zhì)的親水性進(jìn)一步提高之后，反相介質(zhì)能夠被轉(zhuǎn)化為疏水性相互作用介質(zhì)。
正相色譜需要親水性介質(zhì)，它的表面完全地被親水性官能團(tuán)覆蓋。聚(甲基丙烯酸縮水甘油酯-共-二甲基丙烯酸乙二醇酯)中的環(huán)氧基的水解在現(xiàn)有技術(shù)中用于獲得正相分離介質(zhì)。通過含有親水性官能團(tuán)如羥基和酰胺的親水性單體的原地直接聚合來制備正相分離介質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施方案中甲基丙烯酸羥基乙基酯與交聯(lián)劑如EDMA共聚合，獲得正相介質(zhì)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，柱硬件是用玻璃纖維增強(qiáng)的聚丙烯圓筒。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)制備的反相整體式介質(zhì)具有極低的容量和在分離過程中被壓縮。通過提高介質(zhì)的交聯(lián)密度，來提高液相色譜介質(zhì)的載荷容量和介質(zhì)的剛性。通過在聚(苯乙烯-共-二乙烯基苯)整體料中使用更高數(shù)量的交聯(lián)劑如二乙烯基苯來提高交聯(lián)密度。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，100％的交聯(lián)劑是二乙烯基苯(80％純度，這是工業(yè)上可獲得的最高純度級別)。容量比現(xiàn)有技術(shù)中制備的整體料高六倍。在加壓的聚合反應(yīng)下制備的高容量整體料具有高分辨率以及高容量。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，使用在全部單體中90％的二乙烯基苯(80％純度)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，使用在全部單體中80％的二乙烯基苯(80％純度)。
改進(jìn)介質(zhì)的剛性和分辨率的另一個(gè)方法是提高柱中的總聚合物密度。通過提高在混合物中的總單體含量，來提高總聚合物含量。通過提高在聚合反應(yīng)混合物中的總單體含量，柱的分辨率同樣得到改進(jìn)。分離-有效開孔尺寸和它的分布受到在聚合反應(yīng)混合物中總單體濃度的高度影響。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，46wt％的總單體用于改進(jìn)介質(zhì)的剛性和分辨率。
在現(xiàn)有技術(shù)中制備的整體式介質(zhì)具有差的分辨率、低的分離速度、低的剛性和極低的容量?，F(xiàn)有技術(shù)的整體式聚甲基丙烯酸酯型弱陰離子交換劑是通過聚(甲基丙烯酸縮水甘油酯-共-二甲基丙烯酸乙二醇酯)用凈二乙基胺改性來制備的。它在水中廣泛地溶脹，并且不能在高流速下使用。這一介質(zhì)具有極低的剛性并且在大于6cm/分鐘的流速下是不穩(wěn)定的。在試驗(yàn)過程中柱的反壓保持不斷提高。提供了改進(jìn)親水性介質(zhì)的剛性的兩種方法。
首先，介質(zhì)的剛性能夠通過提高聚合物基質(zhì)的交聯(lián)密度來改進(jìn)。在低交聯(lián)密度下，有大量的非交聯(lián)的線性聚合物鏈，這些鏈被水所溶劑化并且延伸到溶劑中。由于這一高度溶劑化，聚合物基質(zhì)膨脹。在聚合物中聚合物基質(zhì)的膨脹使得分離-有效開孔的尺寸和在互連顆粒之間的間隙空間都變窄?？紫抖纫矞p少。這些導(dǎo)致高的反壓。高度溶劑化的多孔聚合物具有柔軟凝膠的特性。在壓力下，柔軟聚合物能夠容易地被壓縮和導(dǎo)致更高的壓力。壓力的提高將進(jìn)一步壓縮該介質(zhì)和導(dǎo)致甚至更高的壓力。壓力提高和壓縮的循環(huán)使得現(xiàn)有技術(shù)的整體料無法用于高速分離中。
在交聯(lián)密度提高之后，可溶脹的線性聚合物鏈縮短和該溶脹減少。具有分離-有效開孔的聚合物變成更加剛性。具有分離-有效開孔的結(jié)構(gòu)維持在含水溶劑中。高孔隙度和更大的分離-有效開孔尺寸能夠用高度交聯(lián)的聚合物基質(zhì)獲得，它允許使用更高的流速但沒有該壓縮和壓力提高的有害循環(huán)。通過使用高流速能夠?qū)崿F(xiàn)高速度分離。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，離子交換劑的交聯(lián)密度通過使用70％交聯(lián)劑，二甲基丙烯酸乙二醇酯(EDMA)，來大大地改進(jìn)。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，EDMA的量是50％。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，EDMA的量是60％。EDMA比它的包含離子交換基團(tuán)的共聚物是更疏水性的。通過提高EDMA的量，聚合物基質(zhì)的親水性降低。這導(dǎo)致溶脹的減少和改進(jìn)剛性。當(dāng)在水相中聚合物的高剛性是高度希望的時(shí)，這是使用更加疏水性交聯(lián)劑而不是親水性交聯(lián)劑的附加優(yōu)點(diǎn)。
其次，聚合物分離介質(zhì)的剛性和柱效率同時(shí)通過在本發(fā)明中的受控改性來改進(jìn)。甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)在被改性含有離子交換官能團(tuán)之前是疏水性的。在現(xiàn)有技術(shù)的整體式弱陰離子交換劑(WAX)中的GMA通過與凈二乙基胺在60℃下反應(yīng)3小時(shí)來改性。凈二乙基胺能夠溶脹聚合物和擴(kuò)散到聚合物顆粒中以接近GMA環(huán)氧基團(tuán)。這一改性反應(yīng)不僅改性了在聚合物的分離-有效開孔表面上的GMA結(jié)構(gòu)部分而且改性了在聚合物基質(zhì)內(nèi)部的那些。在改性之后，含有離子交換官能團(tuán)的親水性結(jié)構(gòu)部分與在分離-有效開孔內(nèi)部和外部的疏水性骨架互相摻混。這一非選擇性的改性使得整個(gè)聚合物基質(zhì)在水中廣泛地溶脹，同時(shí)一些疏水性骨架在分離-有效開孔的表面上暴露。在分離開孔的表面上的疏水性碎片能夠在離子交換色譜分離過程中導(dǎo)致次級疏水性相互作用，這會導(dǎo)致區(qū)帶變寬。
在聚合物顆粒的表面上GMA的受控改性能夠使得顆粒的內(nèi)部部分更具疏水性和在水中更低的溶脹。在表面GMA的改性之后，顆粒的表面變得更加親水性和吸引水分子。那些更具疏水性的骨架退縮到聚合物顆粒的內(nèi)部部分中與顆粒的更疏水性核相伴，并且在色譜分離過程中擺脫非常極性的緩沖劑環(huán)境。這會提高表面被親水性離子交換基團(tuán)的覆蓋并且防止從次級疏水性相互作用引起的區(qū)帶變寬。受控的表面改性是通過在較低溫度下在含水的液體混合物中的催化改性反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的。該催化劑優(yōu)選是酸或能夠原地產(chǎn)生質(zhì)子的試劑。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，二烷基胺鹽酸鹽用作催化劑。該鹽液體混合物是非常極性的并且具有低的溶脹疏水性聚合物的傾向。該離子性催化劑傾向于滯留在液體混合物中，而不是擴(kuò)散進(jìn)入到非常疏水性的內(nèi)部基質(zhì)中。較低的反應(yīng)溫度減少聚合物的可溶脹性。二乙基胺可能擴(kuò)散進(jìn)入到聚合物基質(zhì)中，但是，二乙基胺與GMA在低溫下的反應(yīng)是非常緩慢的和不重要的。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，二烷基胺鹽酸鹽催化劑是二乙基胺鹽酸鹽。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，該催化劑是三甲基胺鹽酸鹽。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，反應(yīng)溫度是25℃。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，改性溫度是30℃。
用于合成整體式弱陽離子交換劑的現(xiàn)有技術(shù)方法是以膜、珠粒和凝膠為基礎(chǔ)的并且它們中的任何一種都不能直接用于整體柱的原地制造過程中。下面描述制備弱陽離子交換劑的七種方法。在這些方法中的全部改性反應(yīng)是通過在選擇的溫度下將改性液體混合物連續(xù)地泵送通過該柱來進(jìn)行的，或在試劑被泵入該柱中之后試劑被密封在柱內(nèi)部并且在加熱浴或烘箱中加熱。
第一種方法是聚(甲基丙烯酸縮水甘油酯-共-二甲基丙烯酸乙二醇酯)(PGMAEDMA)用氯乙酸鹽的兩步驟改性。在文獻(xiàn)中氯乙酸鈉已經(jīng)用于改性甲基丙烯酸羥基乙基酯型材料以獲得羧酸基團(tuán)。為了利用以上反應(yīng)來改性整體料，在GMA中的環(huán)氧環(huán)首先通過使用1M H2SO4含水液體混合物進(jìn)行水解來打開，從而獲得羥基。在第二步驟中，氯乙酸鹽與聚合物中的羥基偶聯(lián)，使得羧基連接于聚合物上。這一反應(yīng)由強(qiáng)堿如氫氧化鈉來催化。反應(yīng)溫度是40-80℃，優(yōu)選50-70℃。反應(yīng)時(shí)間是1-24小時(shí)，優(yōu)選低于六小時(shí)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，通過將5M氫氧化鈉含水液體混合物泵送通過該整體柱在60℃下進(jìn)行改性反應(yīng)2小時(shí)。這一介質(zhì)的容量不是理想的，雖然柱效率是良好的。該容量能夠通過更長的反應(yīng)和更高的反應(yīng)溫度來提高。然而，由于在聚合物中酯的水解副反應(yīng)，分離介質(zhì)變?nèi)彳?。因?yàn)榻宦?lián)劑EDMA同樣水解，交聯(lián)密度降低。
第二種方法是采用乙醇酸作為試劑，一步法改性在聚合物中的GMA而獲得羧基官能團(tuán)。乙醇酸與PGMEDMA在40℃到90℃的溫度下反應(yīng)1-24小時(shí)。這一反應(yīng)是自催化的反應(yīng)，因?yàn)橐掖妓岜旧硎谴呋瘎?。反?yīng)能夠由其它更強(qiáng)的酸如三氟乙酸(TFA)來催化。反應(yīng)是簡單的，但是弱陽離子交換劑的容量是低的，歸因于平行的副反應(yīng)。環(huán)氧環(huán)能夠由作為副反應(yīng)的水解反應(yīng)所打開。為了防止這一反應(yīng)，使用不含水的溶劑。優(yōu)選，使用含有質(zhì)子的溶劑。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，在包含TFA催化劑的甲酸中的乙醇酸液體混合物在80℃下被泵送通過該柱達(dá)3小時(shí)。
第三種方法是PGMEDMA采用乙醇酸和氯乙酸鹽的雙改性。雙改性反應(yīng)有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先，它們?nèi)磕軌蛟诤后w混合物中進(jìn)行。其次，兩個(gè)反應(yīng)步驟都得到希望的產(chǎn)物。第三，在第一步驟中的副反應(yīng)形成了為第二步驟改性所需的官能團(tuán)。第四，雙改性反應(yīng)的條件能夠比單一反應(yīng)更溫和而獲得相同的或更高的容量，同時(shí)避免骨架(它維持基質(zhì)的剛性)的水解。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，第一個(gè)反應(yīng)是在含有TFA作為催化劑的乙醇酸含水液體混合物中進(jìn)行和第二個(gè)反應(yīng)是氯乙酸鹽利用NaOH含水液體混合物所進(jìn)行的取代反應(yīng)。
第四種方法是乙醇酸和氯乙酸鹽的一釜式(one-pot)反應(yīng)。代替雙后續(xù)反應(yīng)，兩試劑在反應(yīng)過程中一起被投入到液體混合物中。與乙醇酸的反應(yīng)是堿催化的而不是酸催化的。這一方法具有第三種方法的優(yōu)點(diǎn)，但是具有更低的容量，歸因于在水中由乙醇酸實(shí)施的堿催化開環(huán)反應(yīng)的較低反應(yīng)性。
第五種方法是丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯的水解反應(yīng)。酯基的水解得到羧基官能團(tuán)。PGMEDMA膜或珠粒的直接水解是現(xiàn)有技術(shù)中已知的。然而，所得介質(zhì)不具有良好的容量或分離作用。在我們的工作中發(fā)現(xiàn)，分辨率和容量兩者能夠通過混雜親水性和疏水性丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯來顯著改進(jìn)。水解反應(yīng)是更有效的，因?yàn)樗肿幽軌驍U(kuò)散進(jìn)入到顆粒表面并更好地潤濕該表面，歸因于丙烯酸酯的親水性結(jié)構(gòu)部分。反應(yīng)能夠由酸和堿兩者催化，如TFA或NaOH含水液體混合物。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，制備聚(甲基丙烯酸甲酯-共-甲基丙烯酸羥基乙基酯-共-二甲基丙烯酸乙二醇酯)和水解它以獲得弱陽離子交換劑。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，聚(甲基丙烯酸羥基乙基酯-共-二甲基丙烯酸乙二醇酯)被水解。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，PGMEDMA首先被酸水解和然后在第二步驟中由堿水解。在這一方法中獲得的弱陽離子交換劑是比較軟的，歸因于骨架交聯(lián)劑的水解。
第六種方法是丙烯酸或甲基丙烯酸的直接共聚合反應(yīng)。在一個(gè)步驟中酸的直接共聚合反應(yīng)得到弱陽離子交換劑。這一方法大大地簡化該制備方法。弱陽離子交換劑的容量比改性方法更高，但仍然不理想。酸性單體與交聯(lián)用單體的比率是2％到30％，優(yōu)選5％到15％。由于有更高含量的酸單體，容量是更高的但介質(zhì)是更軟的。該直接聚合方法適用于整體膜、柱、芯片、管或在現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何形式的制備。
第七種方法是直接共聚合和受控改性的結(jié)合。在本發(fā)明中已發(fā)現(xiàn)，這一結(jié)合導(dǎo)致高的容量，同時(shí)維持介質(zhì)的剛性。所得介質(zhì)能夠用于使用高流速的高通量分離。由丙烯酸或甲基丙烯酸的直接聚合所實(shí)現(xiàn)的改進(jìn)容量達(dá)到了極限值，歸因于含有高含量的酸的介質(zhì)的柔軟性。該酸性單體無規(guī)地聚合和分散在整個(gè)這些基質(zhì)中。這些酸在緩沖劑中轉(zhuǎn)化成鹽并導(dǎo)致介質(zhì)在含水的流動相中廣泛地溶脹。同時(shí)，疏水性骨架由碳鏈組成和酯在表面上暴露，從而導(dǎo)致在離子交換色譜分離過程中的次級疏水性相互作用。這導(dǎo)致區(qū)帶變寬和拖尾。疏水性表面能夠進(jìn)一步改性以便變成親水性，同時(shí)改進(jìn)容量?？刂频母男钥梢愿倪M(jìn)介質(zhì)的容量和親水性，同時(shí)防止介質(zhì)的軟化。過度改性的介質(zhì)導(dǎo)致除了在表面上的改性之外還有在顆粒內(nèi)部的改性。正如在弱陰離子交換劑的制備中所討論的，在顆粒內(nèi)部的改性會導(dǎo)致高度的溶脹(封鎖分離-有效開孔)或形態(tài)的變化(導(dǎo)致壓力提高和壓縮的有害循環(huán))。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，弱陽離子交換劑是通過在第一步驟中丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯(MMA)和EDMA的共聚合反應(yīng)，和在第二步驟中甲基丙烯酸甲酯的水解來制備的。MMA的水解是堿催化的并且因?yàn)榉浅ＳH水性的丙烯酸鹽的存在而加速，丙烯酸鹽是在丙烯酸與NaOH反應(yīng)之后該丙烯酸的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物。
將直接聚合和改性相結(jié)合的這一方法適用于全部親水性聚合物載體的制備，該載體同時(shí)需要高數(shù)量的官能團(tuán)和該基質(zhì)的剛性。它適用于制備整體單塊管或柱，整體單塊膜，整體單塊毛細(xì)管和芯片或不同形式的任何其它整體料，以及聚合物顆粒，凝膠，膜或任何其它類型的聚合物分離介質(zhì)。尤其，整體單塊膜的分辨率和容量能夠用這一方法來改進(jìn)。該改進(jìn)能夠通過原地方法或通過離線方法來實(shí)現(xiàn)。由直接聚合獲得的整體料或珠粒能夠通過將反應(yīng)液體混合物泵送通過填充柱或膜，或通過將它們浸入到改性液體混合物中來改性。該珠粒能夠懸浮于該改性液體混合物中。通過使用這一方法，可以開發(fā)大容量的強(qiáng)陰離子交換劑(SAX)和強(qiáng)陽離子交換劑(SCX)。
制造整體單塊強(qiáng)陰離子交換劑的現(xiàn)有技術(shù)方法是以膜、珠粒和凝膠為基礎(chǔ)的，不適用于整體式強(qiáng)陰離子交換柱的制造。下面提供了原地制備整體式強(qiáng)陰離子交換柱的三種方法。
方法一是高度剛性聚合物和表面的受控改性的結(jié)合。PGMEDMA用三甲基胺鹽酸鹽的改性已經(jīng)用于獲得膜和珠粒型強(qiáng)陰離子交換劑。當(dāng)反應(yīng)用于整體式強(qiáng)陰離子交換劑的制備時(shí)，所得介質(zhì)是柔軟的和不能用于高速分離。如在本發(fā)明中制備整體式弱陰離子交換劑那樣，該剛性以兩種方式進(jìn)行改性高交聯(lián)密度和受控的改性反應(yīng)。
用于SAX的基礎(chǔ)聚合物通過使用更高的交聯(lián)用單體與官能化單體的比率來進(jìn)行配制，以便含有高的交聯(lián)密度。交聯(lián)劑的量提高到高于聚合物中全部單體的50％。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，使用全部單體中60％的EDMA。該生孔劑和它們的比率經(jīng)過選擇，以便在較低壓力下提供最佳的分辨率。
受控的改性是通過PGMEDMA的催化胺化作用來實(shí)現(xiàn)的。催化劑能夠是現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何堿。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，三甲基胺用作催化劑。催化劑的量是液體混合物的1％-50％(體積)，優(yōu)選10％和30％(體積)。反應(yīng)溫度是10℃到60℃，優(yōu)選20℃-50℃。反應(yīng)時(shí)間是10分鐘-24小時(shí)，優(yōu)選1-4小時(shí)。所選擇的催化反應(yīng)相比顆粒的內(nèi)部更多地改性該顆粒的表面，導(dǎo)致該介質(zhì)能夠在高流速下使用。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，反應(yīng)是在40℃下進(jìn)行3小時(shí)。
方法二是含有季胺的單體或它們的能夠原地產(chǎn)生季胺的中間體的直接共聚合。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，含有季胺的官能化單體是2-(丙烯酰氧基乙基]三甲基銨甲基硫酸鹽(ATMS)。聚合物具有高交聯(lián)密度。交聯(lián)用單體在全部單體中的比率是50％-70％。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，使用60％的EDMA。ATMS的量是2％-20％，優(yōu)選5％-15％。構(gòu)成該單體的剩余部分的第三單體優(yōu)選是親水性單體如HEMA，雖然疏水性單體同樣能夠使用。
方法三是在方法二和一中顯示的直接聚合和受控的表面改性的結(jié)合。由方法一獲得的強(qiáng)陰離子交換劑是剛性的和具有高分辨率。然而，它具有非理想的容量。方法二改進(jìn)該容量但不充分，且有較低的分辨率。直接聚合和受控的表面改性的結(jié)合使得容量翻一倍并且改進(jìn)分辨率和回收率。蛋白質(zhì)的回收率得到改進(jìn)，因?yàn)楸砻嫱耆挥H水性蛋白質(zhì)良性基團(tuán)覆蓋。次級疏水性相互作用(它是較低蛋白質(zhì)回收率的主要原因)減到最少。生孔劑進(jìn)行研究和選擇以提供所需的流速。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，丁二醇、丙醇和水的結(jié)合物用作生孔劑。聚合反應(yīng)混合物和條件經(jīng)過配方設(shè)計(jì)可以在所需流速下提供最佳的分辨率。
制備整體式強(qiáng)陽離子交換劑的現(xiàn)有技術(shù)方案是以膜、珠粒和凝膠為基礎(chǔ)的，并且無法過渡到整體式強(qiáng)陽離子交換柱的原地制造中。下面提供了原地制備整體式強(qiáng)陽離子交換柱的三種方法。
方法一是通過可溶于有機(jī)溶劑中的強(qiáng)堿催化，用丁烷磺內(nèi)酯或丙烷磺內(nèi)酯改性PGMEDMA。通過使用NaOH液體混合物作為催化劑，PGMEDMA用丙烷磺內(nèi)酯的改性已經(jīng)用于制備膜或珠粒型強(qiáng)陽離子交換劑。反應(yīng)是兩相反應(yīng)，因?yàn)楸榛莾?nèi)酯不溶于NaOH含水液體混合物中。兩相反應(yīng)混合物不能被泵送通過該柱來進(jìn)行該改性。幾個(gè)途徑已經(jīng)用來進(jìn)行改性反應(yīng)。
途徑一是兩步驟改性反應(yīng)，其由在第一步驟中介質(zhì)用強(qiáng)堿如叔丁醇鉀活化和隨后用丁烷磺內(nèi)酯進(jìn)行親核開環(huán)反應(yīng)所組成。丁烷磺內(nèi)酯是優(yōu)選的，因?yàn)樵谑覝叵滤且后w和丙烷磺內(nèi)酯是固體。叔丁醇鉀是優(yōu)選的，因?yàn)樗人拟c對應(yīng)物具有更高的溶解度。溶劑是試劑的良溶劑如二甲基砜(DMSO)。改性液體混合物必須是均勻的，以便被泵送通過供原地改性用的柱。途徑二是由活化和改性兩個(gè)步驟組成的一釜式反應(yīng)。強(qiáng)堿和丁烷磺內(nèi)酯兩者可溶于強(qiáng)溶劑中。液體混合物被泵送連續(xù)通過該柱或在選擇的溫度下密封幾個(gè)小時(shí)。反應(yīng)溫度優(yōu)選是80和120℃。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，使用90℃。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，使用120℃。
方法二是含有強(qiáng)陽離子交換基團(tuán)的單體的直接聚合。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙磺酸(AMPS)用作含有磺基的官能化單體。AMPS的量是2％到20％，優(yōu)選5％到15％。與第一種方法相比，這一聚合物的容量大大地改進(jìn)。聚合反應(yīng)混合物經(jīng)過配制可以在所需流速下提供最佳的分辨率。
方法三是直接聚合和受控改性的結(jié)合。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，AMPS與GMA和EDMA共聚合。聚合物通過在方法1中所述的受控改性來進(jìn)一步改性。與方法1和2相比，容量和分辨率兩者都大大地改進(jìn)。EDMA的量優(yōu)選是50％到70％。AMPS的量優(yōu)選是2％到15％。剩余的單體是GMA。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，AMPS與HEMA和EDMA共聚合。生孔劑進(jìn)行研究和選擇以提供所需的流速。聚合反應(yīng)混合物和條件經(jīng)過改進(jìn)可以提供高分辨率和高速色譜分析。
已發(fā)現(xiàn)含羥基的聚合物基質(zhì)經(jīng)受控改性而含有為SCX所需的磺基通過使用下面的方法非常有效。在這一方法的一個(gè)實(shí)施方案中，在共聚物基質(zhì)中的甲基丙烯酸縮水甘油酯被水解以含有兩個(gè)羥基。這些羥基進(jìn)一步用氯磺酸改性。在這一方法的另一個(gè)版本中，該改性是用氯磺酸的吡啶鹽液體混合物進(jìn)行的。第一種方法示于圖20的反應(yīng)式1和2中，和這一方法的第二版本示于圖20的反應(yīng)式3中。
由原地聚合法制備供有效色譜分離用的大直徑整體柱是非常困難的任務(wù)，歸因于由放熱的聚合反應(yīng)所形成的聚合物的熱隔離效應(yīng)。已發(fā)現(xiàn)，熱傳遞是足夠快速的以防止聚合反應(yīng)溫度的非均勻性，只要在整體料的中心與該整體料的表面之間的最短距離(本文中定義為半徑)是低于8mm，這取決于柱硬件的材料。
減少聚合反應(yīng)熱問題的制備大直徑的整體柱的一種技術(shù)是使用多階段的聚合反應(yīng)。在這一技術(shù)中，在聚合反應(yīng)的各階段中所得聚合物整體料具有至多8mm的半徑，如果聚合反應(yīng)的模具是由傳熱良好的材料制成的話。這通過首先制備具有低于8mm的半徑的柱和然后使用它們作為第二階段聚合反應(yīng)的填料來實(shí)現(xiàn)的，其中在填料和柱壁之間的聚合反應(yīng)液體混合物的半徑也低于8mm，和在填料之間的距離低于2mm。在這一研究中發(fā)現(xiàn)，在填料之間聚合反應(yīng)液體混合物的厚度低于2mm對于聚合反應(yīng)溫度的變化有不明顯的影響。多個(gè)細(xì)的聚合物柱被填充到大直徑的柱中，然后填充第二階段聚合反應(yīng)混合物。該柱用普通的配件密封，以便允許在聚合反應(yīng)過程中加壓。然后將大直徑柱放入到溫度受控的加熱浴或烘箱中以進(jìn)行第二階段聚合反應(yīng)。通過以上對于加壓或未加壓的聚合反應(yīng)所公開的方法來制備細(xì)柱。在第一階段聚合反應(yīng)中制備的細(xì)的整體柱優(yōu)選在沒有洗滌和進(jìn)一步改性的情況下保存。第二階段聚合反應(yīng)的聚合反應(yīng)混合物與第一階段聚合反應(yīng)的聚合反應(yīng)混合物相同或不同，這取決于介質(zhì)的類型。
在這一方法中，具有低于8mm的半徑的細(xì)柱能夠是固體棒，圓盤，中空管(圓柱體壁的厚度低于8mm)，或膜。上述細(xì)柱的形狀能夠是現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何形狀，如圓形，矩形，三角形，等等?？梢韵氲?，該填料能夠是在本說明書的關(guān)于填料的節(jié)段中描述的其它顆粒。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，使用具有5mm半徑的多個(gè)細(xì)柱。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，具有50mm×10mm I.D.的尺寸的整體式聚合物棒條用作填料。在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，具有10mm×34mm I.D.的尺寸的整體式聚合物棒條用作填料。在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，具有各種內(nèi)徑和外徑的整體式聚合物圓柱體用作填料。
制備大直徑的柱的另一個(gè)技術(shù)是使用先前描述過的溫度-時(shí)間調(diào)節(jié)。在使用這一技術(shù)時(shí)，已經(jīng)制備了弱陽離子柱和強(qiáng)陰離子柱，并且從這些結(jié)果可以理解，其它類型的柱能夠同樣用溫度-時(shí)間調(diào)節(jié)來制備。制造弱陽離子柱的一種方法包括以下步驟將包含1份GMA和4-6份的MMA和10-14份的EDMA和引發(fā)劑的聚合反應(yīng)混合物加入到容器中，然后溫和地?fù)u振混合物，直到混合物變成均勻液體混合物為止。然后將生孔劑添加到該均勻液體混合物中并搖振它，直至新混合物是均勻的為止，從而形成聚合反應(yīng)液體混合物。聚合反應(yīng)液體混合物通常在此時(shí)被脫氣，并用該聚合反應(yīng)液體混合物填充柱。當(dāng)然該液體混合物能夠最初通過使用該柱作為用于混合該聚合物混合物的容器或容器的一部分來制備。聚合反應(yīng)液體混合物在溫度-時(shí)間調(diào)節(jié)條件下在柱中進(jìn)行聚合反應(yīng)以形成填料，該填料然后被洗滌以除去生孔劑。
對于一些類型的柱，該柱優(yōu)選包括進(jìn)一步對聚合反應(yīng)液體混合物施加壓力的設(shè)備。在這些實(shí)施方案中，在該柱被密封和聚合反應(yīng)被引發(fā)之后，按照先前描述的那樣將壓力施加于聚合反應(yīng)混合物。在一個(gè)實(shí)施方案中，該聚合反應(yīng)混合物在從控制-引發(fā)點(diǎn)(具有35-45℃的數(shù)值)起始的梯度溫度下聚合和在12小時(shí)內(nèi)逐漸提高到安全點(diǎn)，然后在55-65℃的溫度下固化24小時(shí)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，該聚合反應(yīng)混合物在35℃到45℃的溫度下聚合72小時(shí)，然后在55℃到65℃的溫度下固化24小時(shí)。
類似地，通過將包含2-4份的GMA和2-4份的ATMS和7-11份的EDMA和引發(fā)劑的聚合反應(yīng)混合物加入到容器中，溫和地?fù)u振混合物直到混合物變成均勻液體混合物為止，將生孔劑稱重加入到均勻液體混合物中并搖振它直到新混合物是均勻的以形成聚合反應(yīng)液體混合物，將液體混合物脫氣，用該聚合反應(yīng)液體混合物填充柱，然后在柱中在溫度-時(shí)間調(diào)節(jié)條件下聚合該聚合反應(yīng)液體混合物以形成填料，來制備強(qiáng)陰離子柱。該填料然后可以被洗滌以除去生孔劑。
與在弱陽離子交換劑的制備中一樣，該柱可以包括對聚合反應(yīng)液體混合物施加壓力的設(shè)備，進(jìn)一步包括密封該柱和對聚合反應(yīng)混合物施加壓力的步驟。在一個(gè)實(shí)施方案中，該聚合反應(yīng)混合物在從控制-引發(fā)點(diǎn)(具有35-45℃的數(shù)值)起始的梯度溫度下聚合和在12小時(shí)內(nèi)逐漸提高到55-65℃的安全點(diǎn)，然后在55-65℃的溫度下固化24小時(shí)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，該聚合反應(yīng)混合物在35℃到45℃的溫度下聚合72小時(shí)，然后在55℃到65℃的溫度下固化24小時(shí)。
毛細(xì)管柱的特性也能夠通過以上描述的程序來改進(jìn)。一種方法是選擇生孔性溶劑的適宜結(jié)合物，以便在有和沒有壓力的情況下產(chǎn)生分離介質(zhì)。選擇具有適宜極性和對聚合物有適宜溶劑化能力的溶劑能夠?qū)е碌玫經(jīng)]有微孔隙或小孔隙(能夠影響該柱的分離效率)的多孔聚合物載體。在聚合反應(yīng)過程中壓力的施加將進(jìn)一步改進(jìn)該介質(zhì)的均勻性和避免微孔隙的形成。在一個(gè)實(shí)施方案中，用包括氯代環(huán)己烷和1-癸醇的溶劑結(jié)合物在有和沒有120psi壓力的情況下制備內(nèi)徑320微米的毛細(xì)管柱，從而產(chǎn)生不包含微孔隙或小孔隙(導(dǎo)致樣品分子的差的質(zhì)量傳遞)的整體式多孔聚合物載體。在另一個(gè)實(shí)施方案中，包括1-乙基己酸和礦物油的溶劑結(jié)合物已經(jīng)用于在有和沒有壓力的情況下制備不包含微孔隙的整體式多孔材料。
X-射線、UV-vis的使用能夠大大地改進(jìn)毛細(xì)管的特性。X-射線能夠以低能量和以低強(qiáng)度損失穿透材料。X-射線能夠在幾乎沒有強(qiáng)度損失的情況下穿透毛細(xì)管。增感劑或閃爍劑能夠吸收由溶劑有效地傳遞的X-射線能量并在該液體混合物中均勻地發(fā)射出熒光或磷光。均勻的熒光和磷光能夠被引發(fā)劑吸收，引發(fā)劑然后在聚合反應(yīng)液體混合物中均勻地引發(fā)聚合反應(yīng)。這導(dǎo)致了包括整體式分離介質(zhì)和顆粒的多孔聚合物載體的多孔結(jié)構(gòu)的均勻性。這大大地改進(jìn)了整體式毛細(xì)管的柱效率。使用X-射線作為能源的低溫聚合導(dǎo)致緩慢的聚合速率，這歸因于較低的聚合溫度。精細(xì)調(diào)節(jié)X-射線的強(qiáng)度和能量導(dǎo)致所希望的聚合速率，從而導(dǎo)致均勻的分離介質(zhì)的形成。在聚合反應(yīng)過程中使用X-射線、閃爍劑/增感劑、具有合適溶劑化能力的溶劑和壓力能夠?qū)е聸]有微孔隙或小孔隙(具有與樣品分子類似的尺寸)的分離介質(zhì)的形成，從而導(dǎo)致大大地改進(jìn)的特性。在一個(gè)實(shí)施方案中，毛細(xì)管柱通過使用X-射線作為能源來制備。在另一個(gè)實(shí)施方案中，微芯片柱通過用X-射線作為能源來制備。
適宜地選擇反射指數(shù)非常接近于聚合物的反射指數(shù)的那些溶劑可以使得在很小的光強(qiáng)度損失下讓光穿過毛細(xì)管，這已知為克里斯欣森效應(yīng)并且前面描述過。具有消感應(yīng)吸收作用的引發(fā)劑的使用允許UV-vis光穿過毛細(xì)管柱，有可以忽略的強(qiáng)度損失。光在聚合反應(yīng)液體混合物中是均勻的。均勻的光的吸收導(dǎo)致聚合反應(yīng)的均勻引發(fā)，這不同于在不考慮克里斯欣森效應(yīng)和消感應(yīng)吸收作用的情況下由加熱所促進(jìn)的引發(fā)或UV-vis引發(fā)的聚合反應(yīng)。這會導(dǎo)致在液體混合物中均勻聚合反應(yīng)的形成。結(jié)果，能夠形成更均勻的多孔結(jié)構(gòu)。這導(dǎo)致毛細(xì)管柱的更加改進(jìn)的特性。將以上方法與具有良好溶劑化能力的溶劑相結(jié)合，加壓的聚合反應(yīng)能夠?qū)е虏话⒖紫痘蛐】紫兜木鶆蚪橘|(zhì)的形成，對柱性能沒有影響。在一個(gè)實(shí)施方案中，毛細(xì)管柱通過使用UV-可見光來制備。在另一個(gè)實(shí)施方案中，微芯片柱通過使用UV-vis光來制備。
實(shí)施例下列非限制性實(shí)施例用于舉例說明本發(fā)明，但在下列實(shí)施例中各變量的許多其它值能夠根據(jù)對于可預(yù)測的結(jié)果的敘述來選擇概況通常，在下列實(shí)施例中每一類型的介質(zhì)的制備包括三個(gè)主要步驟，它們是(1)聚合物基質(zhì)的制備；(2)聚合物基質(zhì)的改性以含有所需的官能團(tuán)；和(3)介質(zhì)的表征。
首先，制備的主要步驟包括幾個(gè)子步驟，它們是(1a)通過改變單體、生孔劑和引發(fā)劑的類型和量對聚合反應(yīng)混合物進(jìn)行配制；(1b)由真空和氦氣吹掃將聚合反應(yīng)混合物脫氣；(1c)具有不同直徑和管材的空柱的組裝件作為模具，常常該柱的一端用蓋子或塞子密封；(1d)用聚合反應(yīng)混合物填充該柱；(1e)用蓋子或特別設(shè)計(jì)的配件密封該模具的另一端，以便在聚合反應(yīng)過程中增加壓力；(1f)在具有一個(gè)開放端的模具中預(yù)熱該液體混合物(如果使用玻璃柱的話)和使用包括液壓、空氣壓力或機(jī)械壓力在內(nèi)的各種壓力源施加所選擇的壓力；(1g)將模具放置于處在所選擇溫度下的溫度受控的加熱浴或烘箱中；(1h)聚合持續(xù)各種長度的時(shí)間；(1i)在聚合之后從加熱浴中取出該柱并用柱配件替代該密封蓋或加壓設(shè)備，以便讓洗滌液泵送通過；和(1j)用有機(jī)溶劑和/或水洗滌該柱。
其次，該改性方法包括(2a)用各種類型和量的反應(yīng)物和催化劑配制改性反應(yīng)混合物；(2b)將大于5個(gè)柱床體積的改性液體混合物泵送通過該柱并密封它，或連續(xù)地泵送更多的液體混合物；(2c)在溫度受控的加熱浴中在各種溫度和時(shí)間下進(jìn)行該改性反應(yīng)；和(2d)用有機(jī)溶劑和水洗滌該柱。
該柱通過使用各種方法來表征，其中包括液相色譜分離、孔隙度測定法、BET表面積測量、掃描電子顯微鏡法、紫外光譜和目視觀察。液相色譜法表征包括在不同速度下的各種模式的分離。通常使用的設(shè)備、工藝和方法已描述在特定實(shí)施例之前的下文中。
聚合反應(yīng)液體混合物的脫氣聚合反應(yīng)混合物通過使用超聲波脫氣器，利用由水吸氣器產(chǎn)生的真空進(jìn)行脫氣5分鐘。在此之后吹掃該液體混合物至少20分鐘。
穩(wěn)定化和調(diào)理方法在改性反應(yīng)之后的洗滌步驟之后，離子交換柱進(jìn)行穩(wěn)定化和調(diào)理程序。強(qiáng)陰離子交換劑的玻璃柱(100×10mm I.D.)的穩(wěn)定化和調(diào)理程序是如下處于pH 7.6的0.01mol/l Tris.HCl緩沖劑的流速在1分鐘中從0ml/分鐘到20ml/分鐘線性地提高，然后保持0.5分鐘。該壓縮液體在2分鐘中利用梯度改變?yōu)樵谕痪彌_劑中的1mol/l NaCl，然后保持0.5分鐘。有PEEK內(nèi)襯層的不銹鋼柱的穩(wěn)定化和調(diào)理程序與以上的相同，只是最高流速是5ml/分鐘而不是20ml/分鐘。其它離子交換柱的程序取決于所允許的最高流速。
表征程序1.用液相色譜法(LC)分離的表征1a.LC表征方法1蛋白質(zhì)和肽的液相色譜法分離流動相流動相A(或緩沖劑A)陰離子交換色譜法0.01M Tris.HCl(pH 7.6)陽離子交換色譜法0.01M磷酸鈉(pH 7.0)反相色譜法在水中0.15％三氟乙酸(TFA)流動相B(或緩沖劑B)離子交換色譜法在緩沖劑A中1M NaCl反相色譜法在乙腈(ACN)色譜法中0.15％ TFA，樣品陰離子交換色譜法0.6mg/ml肌紅蛋白，1mg/ml伴清蛋白，1mg/ml卵清蛋白和1mg/ml胰蛋白酶抑制劑。
陽離子交換色譜法1mg/ml伴清蛋白，1mg/ml卵清蛋白和1mg/ml胰蛋白酶抑制劑。
蛋白質(zhì)的反相色譜法1.5mg/ml核糖核酸酶A，0.5mg/ml細(xì)胞色素C，1.5mg/ml BSA，0.9mg/ml碳酸酐酶，1.5mg/ml卵清蛋白。
肽的反相色譜法33g/ml Met-腦菲肽，Let-腦菲肽，血管緊張肽II，泡蛙肽，P物質(zhì)樣品制備將8ml的緩沖劑A填充在15ml有刻度的塑料樣品管中；稱重合適量的蛋白質(zhì)樣品并將其加入到這一樣品管中；用蓋子密封該管并溫和地翻轉(zhuǎn)該管直至全部蛋白質(zhì)溶解為止；添加更多的緩沖劑液體混合物直至達(dá)到了在樣品管上10ml刻度為止。
柱通過根據(jù)以下程序的蛋白質(zhì)分離來表征該柱與Isco 2350雙泵送系統(tǒng)連接。泵A含有0.01mol/l Tris.HCl緩沖劑(緩沖劑A)和泵B含有在緩沖劑A中的1mol/l NaCl(緩沖劑B)。在使用之前流動相用氦氣吹掃脫氣20分鐘以上。該UV檢測器設(shè)定在0.05靈敏度和對于蛋白質(zhì)分離設(shè)定在280nm波長(對于肽分離設(shè)定在214nm)。樣品注入的體積是20微升。該柱首先利用20個(gè)柱床體積的緩沖劑B進(jìn)行清洗和然后利用15個(gè)柱床體積的緩沖劑A對于4.6mm I.D.柱在3ml/分鐘下(對于10mm I.D.柱在10ml/分鐘下)調(diào)理。該分離是以20個(gè)柱床體積利用從0％到50％緩沖劑B的梯度，對于4.6mm I.D.柱在3ml/分鐘的流速下和對于10mm I.D.柱在10ml/分鐘的流速下來實(shí)現(xiàn)的。
1b.LC表征方法2離子交換劑的結(jié)合容量測量離子交換柱的結(jié)合容量是通過前沿分析來測量的。該柱用20個(gè)柱床體積的緩沖劑B清洗，然后用15個(gè)柱床體積的緩沖劑A調(diào)理。通過將在緩沖劑A中的5mg/ml濃度BSA或溶菌酶液體混合物(對于陰離子交換劑和反相色譜使用BSA，和對于陽離子交換劑使用溶菌酶)泵送通過該柱，直至洗脫劑的吸收沒有進(jìn)一步增加為止，隨后用100％緩沖劑A清洗未吸附的蛋白質(zhì)，從而使得該柱用樣品蛋白質(zhì)飽和。結(jié)合于柱上的蛋白質(zhì)利用從0％到50％緩沖劑B的梯度被洗脫20個(gè)柱床體積。洗脫的蛋白質(zhì)被收集在樣品管形瓶中以及蛋白質(zhì)濃度由UV分光光度計(jì)在280nm下測定。該柱的總結(jié)合容量是通過將所收集的蛋白質(zhì)的濃度乘以收集體積來計(jì)算的。
1c.LC表征方法3疏水性相互作用色譜該柱針對蛋白質(zhì)的疏水性相互作用色譜來表征。含有核糖核酸酶、細(xì)胞色素C、溶菌酶、牛血清白蛋白和碳酸酐酶(在0.01M Tris.HCl緩沖劑液體混合物中1，0.3，0.2，1和0.5mg/ml，pH 7.0)的蛋白質(zhì)混合物利用在0.01mol/l Tris.HCl緩沖劑(pH 7.6)中的0.5mol/lNaCl到同一緩沖劑的15分鐘梯度在1ml/分鐘的流速下進(jìn)行分離。
1d.LC表征方法4通過沉淀-再溶色譜法的聚合物分子量測定表征方法6用于使用沉淀/再溶色譜法的聚合物分子量測定。七個(gè)聚合物標(biāo)準(zhǔn)物(Mp12,900；20,650；34,500；50,400；96,000；214,500；982,000)利用在甲醇中的從15％到80％THF的6分鐘梯度在2.6ml/分鐘的流速下進(jìn)行分離。將聚合物標(biāo)準(zhǔn)物以56mg/ml的總濃度溶于50％THF(甲醇中)溶液中。注入體積是20FI。
1e.核苷酸的LC分離Pd(A)12-18的樣品(在水中2.4mg/ml)利用在緩沖劑A中的從30％到60％緩沖劑B的梯度(A＝20％乙腈和80％20mmol/l磷酸鈉；B＝在A中1mol/l NaCl)在1ml/分鐘的流速下進(jìn)行分離。
1f.核苷酸用陰離子交換劑的LC分離AMP、ADP和ATP的樣品(在水中分別0.4，0.8，0.8mg/ml)按照在LC表征方法1中所說明，以在緩沖劑A中的0到50％緩沖劑B的梯度進(jìn)行分離。
編號實(shí)施例實(shí)施例1聚合反應(yīng)液體混合物制備如下稱量1.2g的甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)，0.80g的二甲基丙烯酸亞乙基酯(EDMA)(聚合反應(yīng)混合物1)和0.02g的2，2＝-偶氮二異丁腈(AIBN)加入到20ml樣品管形瓶中并溫和地?fù)u振該混合物直到變成均勻液體混合物為止；稱量2.55g的環(huán)己醇(CHOH)和0.45g的十二烷醇(DODOH)加入到這一液體混合物中并搖振它直到它變成均勻的為止。如在脫氣程序中所述，聚合反應(yīng)混合物進(jìn)行脫氣。
空的不銹鋼柱(4.6mm內(nèi)徑和50mm長度)，它的一端由圖4中所示的加壓設(shè)備來密封，用這一液體混合物填充，直到該柱填滿為止。在不銹鋼螺帽(它是在同一圖中所示的柱的最初蓋子)中所裝的PEEK栓塞用于密封該柱的另一端。圖3的設(shè)備連接到注射泵。水用作介質(zhì)以產(chǎn)生120psi的壓力。在柱中沒有空氣。然后將該柱直立放置于60℃的水浴中并保持20小時(shí)。在聚合后，該柱從水浴中取出和冷卻到室溫。
在釋放壓力之后圖3的設(shè)備從注射泵上脫離。圖3的設(shè)備被打開，然后小心地從該柱上移開。白色聚合物延伸到該柱的外部。聚合物的長度被發(fā)現(xiàn)比在該柱和圖3的設(shè)備內(nèi)部的聚合反應(yīng)液體混合物的高度短大約2mm。聚合物的這一延伸部分用刀片除去。該柱然后被安裝最初HPLC柱接頭配件。該柱連接到HPLC泵和用乙腈在0.5ml/分鐘下于45℃洗滌20分鐘。
該接頭配件從柱的一端上脫離，然后通過經(jīng)由另一端將10ml/分鐘乙腈泵送進(jìn)入到該柱中來將介質(zhì)從柱中壓出。聚合物介質(zhì)的壁表面發(fā)現(xiàn)是光滑的。聚合物的頂部是平的。
實(shí)施例1的對比版本聚合反應(yīng)液體混合物制備如下(1)稱量1.2g的甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)，0.80g的二甲基丙烯酸亞乙基酯(EDMA)(聚合反應(yīng)混合物1)和0.02g的2，2-偶氮二異丁腈(AIBN)加入到20ml樣品管形瓶中，并溫和地?fù)u振該混合物直到變成均勻液體混合物為止；和(2)稱量2.55g的環(huán)己醇(CHOH)和0.45g的十二烷醇(DODOH)加入到這一液體混合物中并搖振它直到它變成均勻的為止。用以上脫氣程序?qū)⒕酆戏磻?yīng)液體混合物脫氣。
空的不銹鋼柱(4.6mm內(nèi)徑和50mm長度)，它的一端由在不銹鋼螺帽(它是該柱的最初蓋子)中所裝的PEEK-栓塞密封。該柱用以上液體混合物填充直到它填滿為止。將PEEK-栓塞小心地放置在柱的頂部上然后用另一個(gè)螺帽密封。在柱中應(yīng)該沒有空氣。然后將該柱直立放置于60℃的水浴中并保持20小時(shí)。在聚合后，該柱從水浴中取出和冷卻到室溫。
將PEEK-栓塞脫離，在柱中觀察到白色聚合物。該柱然后被安裝最初HPLC柱接頭配件。該柱連接到HPLC泵和用四氫呋喃(THF)在0.5ml/分鐘下洗滌20分鐘。
該接頭配件從柱的一端上脫離，然后通過經(jīng)由另一端將10ml/分鐘乙腈(ACN)泵送進(jìn)入到該柱中來將介質(zhì)從柱中壓出。介質(zhì)的壁表面發(fā)現(xiàn)含有許多小的不規(guī)則凹陷。
使用不同的單體制備其它柱。在聚合物棒條的壁表面上發(fā)現(xiàn)不規(guī)則空隙。拍取這些棒條中的兩個(gè)和在壓力下制造的一個(gè)棒條的照片，并示于圖7中。
實(shí)施例1的替代版本按照實(shí)施例1的程序，只是使用不同的聚合反應(yīng)混合物，其具有不同比例和官能化單體和交聯(lián)劑的結(jié)合物。所使用的官能化單體包括甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)，甲基丙烯酸2-羥基乙基酯(HEMA)，甲基丙烯酸甲酯(MMA)，2-(丙烯酰氧基乙基)三甲基銨甲基硫酸鹽(ATMS)，丙烯酸(AA)，2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙磺酸(AMPS)，甲基丙烯酸硬脂基酯(SMA)，甲基丙烯酸月桂酯(LMA)，甲基丙烯酸丁酯(BMA)，苯乙烯(ST)和4-乙基苯乙烯(EST)。所使用的交聯(lián)用單體(交聯(lián)劑)包括二甲基丙烯酸乙二醇酯(EDMA)，二乙烯基苯(DVB)。使用不同比例的官能化單體、交聯(lián)用單體和生孔劑。該生孔劑包括不同的醇，如環(huán)己醇，十二烷醇，癸醇，1-十六烷醇，丁醇，丙醇，異丙醇，乙醇，甲醇，1，4-丁二醇，和其它如甲苯，N，N-二甲基乙酰胺，乙腈，1，2-二甲氧基乙烷，1，2-二氯乙烷，鄰苯二甲酸二甲酯，2，2，4-三甲基戊烷，1，4-二烷(dixane)，2-甲氧基乙醇，1，4-丁二醇，間二甲苯，鄰苯二甲酸二異丁酯，四(乙二醇)二甲醚，四(乙二醇)，聚(丙二醇)(F.W.1000)，聚(丙二醇)單丁基醚(F.W.340，1000，2500)。所使用的引發(fā)劑包括2，2-prime-偶氮二異丁腈(AIBN)和苯甲?；^氧化物。
對于單體和生孔劑的結(jié)合物之中的每一種，制備柱、檢驗(yàn)和表征。
在幾種壓力條件下用各聚合反應(yīng)混合物制備幾個(gè)柱。該壓力條件包括(1)在聚合反應(yīng)過程中該柱通向大氣；(2)在聚合反應(yīng)過程中該柱被密封；(3)使用氮?dú)庾鳛闅怏w，用直接施加于聚合反應(yīng)混合物的氣體對柱施加壓力；和(4)橡膠、塑料和金屬活塞中的每一種與聚合反應(yīng)混合物接觸，然后從彈簧、液壓、氣體壓力施加壓力或通過使用如上所述的設(shè)備或改進(jìn)設(shè)備向下以螺紋擰活塞來施加壓力，當(dāng)采用機(jī)械力如彈簧時(shí)。
結(jié)果是(1)對于有大氣壓力的情況，在高百分比柱的表面上有不連續(xù)性。柱效率和分辨率不可再現(xiàn)；(2)對于該柱被密封的壓力條件，更高百分比的柱在表面上有不連續(xù)性，柱效率和分辨率不可再現(xiàn)；(3)對于施加氣體壓力的柱，該柱的頂端表面是柔軟的和不規(guī)則的，和壁表面是光滑的。分離色譜圖具有較好的可再現(xiàn)性。洗脫峰比不施加壓力時(shí)更尖銳；和(4)當(dāng)使用活塞時(shí)，可再現(xiàn)性是很高的，而且分辨率比以上所使用的全部方法都好。
實(shí)施例2如實(shí)施例1，聚合反應(yīng)液體混合物用下列制備2.0g GMA，2.5g2-(丙烯酰氧基乙基)三甲基銨甲基硫酸鹽(ATMS，80％)，6.0g EDMA，7.5g 1，4-丁二醇，6.75g丙醇，0.75g水和0.1g AIBN。
空的玻璃柱(10mm內(nèi)徑和100mm長度)，它的一端由圖4中所示的加壓設(shè)備來密封，填充該液體混合物直到該柱填滿為止。將在同一圖中所示的PEEK螺帽中所裝的TEFLON-栓塞用來密封該柱的另一端。圖4的設(shè)備連接到注射泵。在柱中沒有空氣。然后將該柱直立放置于60℃的水浴中并保持15分鐘。然后該柱通過使用水作為介質(zhì)的注射泵加壓到120psi，然后保持20小時(shí)。在聚合后，該柱從水浴中取出和冷卻到室溫。
在釋放壓力之后圖4的設(shè)備從注射泵上脫離。圖4的設(shè)備被打開，然后小心地從該柱上移開。發(fā)現(xiàn)聚合物棒條的高度比在該柱內(nèi)部的聚合反應(yīng)液體混合物的高度短4mm。該柱然后被安裝最初HPLC柱接頭配件。該柱連接到HPLC泵和用乙腈在2ml/分鐘下于45℃洗滌20分鐘。
該接頭配件從柱的一端上脫離，然后通過經(jīng)由另一端將10ml/分鐘乙腈泵送進(jìn)入到該柱中來將介質(zhì)從柱中壓出。聚合物介質(zhì)的壁表面發(fā)現(xiàn)是光滑的。聚合物的頂部是平的。
實(shí)施例2的替代版本按照實(shí)施例2的方法，只是壓力和施加壓力的方法有變化。在聚合反應(yīng)過程中使用不同的恒定壓力。所使用的壓力包括80psi，150psi，180psi，200psi，240psi和300psi。這些柱的反壓是不同的。聚合物結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡檢查揭示了這些聚合物的顆粒尺寸也是不同的。
在聚合反應(yīng)過程中，將壓力的分階段梯度施加于聚合反應(yīng)混合物。該梯度是如下5min從10psi以4psi/分鐘增加，10min以2psi/分鐘增加，20min以1psi/分鐘增加，30min以0.8psi/分鐘增加，和然后在1小時(shí)內(nèi)將壓力提高到180psi。在聚合反應(yīng)過程中180psi的最終壓力保持20小時(shí)。
2小時(shí)之久的從15psi到180psi的線性梯度用于在聚合反應(yīng)的早期階段中為該反應(yīng)加壓。在聚合反應(yīng)的剩余部分中，180psi保持另外18小時(shí)。
所有這些柱通過泵送入在三甲基胺含水液體混合物(50％體積)中的0.45g/ml三甲基胺鹽酸鹽的5ml液體混合物來改性。該柱被密封和然后在40℃的水浴中加熱3小時(shí)。緊接著在改性之后它們用20個(gè)柱床體積的水進(jìn)行洗滌。這些柱經(jīng)歷如上所述的柱床穩(wěn)定化和調(diào)理。它們?nèi)缫陨蠈τ陔x子交換劑的LC表征方法那樣進(jìn)行表征。這些柱的反壓、顆粒尺寸和分離分辨率全部隨加壓方法而變化。
也使用不同的聚合時(shí)間。如在實(shí)施例2中那樣制備柱，只是聚合反應(yīng)時(shí)間是44小時(shí)而不是20小時(shí)。
用僅僅一個(gè)壓力源，使用十個(gè)通道支管，并行制備十個(gè)柱。所制備的柱具有比單個(gè)制備過程更好的可再現(xiàn)性。
顆粒的聚合物形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)用掃描電子顯微鏡(SEM)檢查。發(fā)現(xiàn)，這些顆粒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是無孔的，而不是像在現(xiàn)有技術(shù)中已知的其它整體式介質(zhì)中是多孔的。
實(shí)施例3如實(shí)施例1和2，用下列液體混合物制備兩個(gè)柱17.5g DVB，19.8g四(乙二醇)，10.2g四(乙二醇)二甲醚，和0.18g AIBN。在用乙腈洗滌之后，該柱進(jìn)一步用20個(gè)柱床體積的水在16ml/分鐘的流速下進(jìn)行洗滌。在兩端的手工定位的活塞被壓縮到該柱中。該柱然后用含有0.15％三氟乙酸的乙腈洗滌，并由LC表征方法1a和1b來表征。與在對比實(shí)施例中制備的柱相比，這些柱對于蛋白質(zhì)和肽分離的分辨率大大地改進(jìn)。該容量高了5倍。這些柱的反壓是低的。用從100％水起始(含有0.15％TFA)的流動相梯度實(shí)現(xiàn)了高分辨率。在這些柱中沒有發(fā)現(xiàn)管壁效應(yīng)。在對比實(shí)施例的柱中蛋白質(zhì)和肽從柱中預(yù)先洗脫出來，這由于在水相中的管壁效應(yīng)。
實(shí)施例的對比版本用下列試劑如實(shí)施例1的對比實(shí)施例那樣制備聚合反應(yīng)液體混合物3ml苯乙烯，2ml二乙烯基苯，7.5ml十二烷醇和0.5g AIBN。該柱用反相蛋白質(zhì)和肽分離來表征，描述為LC表征1a和1b。
實(shí)施例3的替代版本用生孔劑、含有不同碳鏈長度的不同單體、不同量的總單體含量、不同的引發(fā)劑和不同收縮性溶劑的不同結(jié)合物來重復(fù)實(shí)施例3。
所使用的生孔劑包括含有C1-C12的醇，N，N-二甲基乙酰胺，乙腈，1，2-二甲氧基乙烷，1，2-二氯乙烷，鄰苯二甲酸二甲酯，2，2，4-三甲基戊烷，1，4-二烷，2-甲氧基乙醇，1，4-丁二醇，甲苯，間二甲苯，鄰苯二甲酸二異丁酯，四(乙二醇)二甲醚，四(乙二醇)，聚(丙二醇)(F.W.1000)，聚(丙二醇)單丁基醚(F.W.340，1000，2500)。一些所述溶劑的結(jié)合物同樣得到高分辨率的柱。醇和它們的結(jié)合物能夠提供大通道供流動相以低反壓流過，同時(shí)提供高分辨率。該分辨率能夠同樣地用其它良溶劑來微調(diào)。
所使用的單體包括甲基丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸硬脂基酯，還有生孔劑的以上結(jié)合物。一個(gè)柱是用下列聚合反應(yīng)液體混合物制備的7g SMA，10.5g DVB，19.5g乙醇，13.0g丁醇和0.18g AIBN。另一個(gè)柱是用下列聚合反應(yīng)液體混合物制備的7g甲基丙烯酸月桂酯(LMA)，1g HEMA，12g EDMA，30g十二烷醇和0.2g AIBN。另一個(gè)柱是用下列聚合反應(yīng)液體混合物制備的7g甲基丙烯酸丁酯(BMA)，1gHEMA，12g EDMA，3g水，16.5g丙醇，10.5g 1，4-丁二醇和0.2g AIBN。含有不同碳鏈長度的這些單體的結(jié)合物提供不同的疏水性和相互作用，它對于具有不同的疏水性和特性的樣品提供高分辨率和回收率。例如，甲基丙烯酸丁酯型介質(zhì)用于更疏水性蛋白質(zhì)的分離和甲基丙烯酸硬脂基酯型介質(zhì)能夠用于更親水性蛋白質(zhì)、肽或低聚核苷酸的分離。
不同的單體與交聯(lián)劑的比率也可用于調(diào)節(jié)選擇性和分辨率。一個(gè)柱用下列聚合反應(yīng)液體混合物制備1.05g SMA，0.7g DVB，3.25g乙醇和0.018g AIBN。
還使用不同的引發(fā)劑。柱通過使用下列聚合反應(yīng)液體混合物來制備10ml二乙烯基苯(80％純度)，30ml十二烷醇，10ml苯乙烯和0.20g苯甲?；^氧化物。
還使用不同的聚合時(shí)間。如實(shí)施例3中那樣制備柱，只是聚合反應(yīng)時(shí)間是44小時(shí)而不是20小時(shí)。
不同的極性溶劑用來在壓縮之前收縮聚合物。如實(shí)施例3中那樣制備柱，然后在水洗滌之后用20個(gè)柱床體積的1M NaCl洗滌。在鹽洗滌之后，手工定位的活塞被壓縮到該柱中。當(dāng)0.1M NaH2PO4(pH 4.0)用作該起始流動相時(shí)，該柱沒有顯示管壁效應(yīng)。
在填料聚合之后，用不同的洗滌用液體混合物和不同的催化劑在含水液體混合物的存在下在有和沒有壓力的情況下以及用不同的壓力，來重復(fù)這些實(shí)驗(yàn)。在各情況下，當(dāng)不施加壓力時(shí)，在外壁上有不連續(xù)性，和在表征之后，缺少可再現(xiàn)性和色譜圖的峰是較不突出的，當(dāng)在用含水液體混合物洗滌進(jìn)行溶脹之后不施加壓力時(shí)。
在多種壓力(低壓和高壓)下進(jìn)行試驗(yàn)，其中包括60psi(磅/平方英寸)和120psi和600psi，都獲得良好的結(jié)果?？梢韵嘈?，所需壓力的量將隨柱的直徑和具體的聚合反應(yīng)混合物而變化，但是在全部情況下都能夠在極低壓力下獲得令人滿意的結(jié)果。壓力的上限是柱壁和配件的強(qiáng)度。
壓力的量也會影響分離-有效開孔的尺寸，因此該壓力應(yīng)該與所需要的分離-有效開孔尺寸、分離-有效開孔尺寸的分布和柱的可再現(xiàn)性一起進(jìn)行選擇。
實(shí)施例4如實(shí)施例2那樣用下列液體混合物制備柱9g的甲基丙烯酸縮水甘油酯，9g的二甲基丙烯酸亞乙基酯，0.18g，21.6g的環(huán)己醇和6.3g的十二烷醇。聚合物的長度發(fā)現(xiàn)比該柱內(nèi)部的聚合反應(yīng)液體混合物的高度短大約7mm。該柱然后被安裝最初的柱配件。該柱連接到HPLC泵和用乙腈在4ml/分鐘下于45℃洗滌20分鐘。該柱進(jìn)一步如下改性將含有570mg三甲基胺鹽酸鹽，24ml二乙基胺和6ml水的液體混合物在2ml/分鐘的流速下泵入這些柱中達(dá)18分鐘。這些柱然后被放入在30℃的水浴中達(dá)3小時(shí)。各柱用100ml水洗滌。該柱進(jìn)一步用0.01mol/l Tris.HCl緩沖劑(pH 7.6)在4ml/分鐘的流速下洗滌30分鐘。該柱通過穩(wěn)定化和調(diào)理方法來實(shí)施穩(wěn)定化和調(diào)理。在洗滌之后，最初柱配件的活塞被壓縮。柱反壓是大約360psi，在這一緩沖劑中在10ml/分鐘的流速下。該柱按如上所述的LC表征方法進(jìn)行表征。
實(shí)施例5通過混合1g苯乙烯，1g二乙烯基苯(DVB)(80％二乙烯基苯和20％乙基苯乙烯(EST))，3g十二烷醇和0.02g AIBN制備聚合反應(yīng)液體混合物。
該液體混合物由N2吹掃20分鐘進(jìn)行脫氣，然后填充到不銹鋼柱(50×4.6mm i.d.)中，它的一端用在該柱配件的螺帽內(nèi)的PEEK栓塞密封。該柱的另一端用另一個(gè)PEEK栓塞密封。它在水浴中在70℃下聚合24小時(shí)。該柱安裝最初的柱配件和然后用THF在1ml/分鐘的流速下洗滌10分鐘，之后將它用于蛋白質(zhì)的分離。該柱的反壓在10ml/分鐘的流速下是大約230psi。在10ml/分鐘的乙腈流速下聚合物的壓縮是大約2.9mm。該柱用于反相蛋白質(zhì)和肽分離，與LC表征方法1a和1b一樣。
實(shí)施例5的替代版本如實(shí)施例5中那樣制備另一個(gè)柱，但是有更高的總單體含量。聚合反應(yīng)液體混合物含有1.2g苯乙烯，1.2g二乙烯基苯，和2.6g十二烷醇和0.024g AIBN。柱的反壓在10ml/分鐘乙腈的流速下是220psi和聚合物的壓縮僅僅是0.9mm。更高的總單體含量使得柱有更低的可壓縮性。
如實(shí)施例4中那樣制備不同直徑(包括22mm，15mm，10mm，8mm，2.1mm，1mm，542微米，和320微米)的柱。還制備了具有10mm×2.1mm內(nèi)徑的尺寸的較短柱。這些柱通過LC表征方法用反相蛋白質(zhì)分離來表征，但是在與柱直徑對應(yīng)的相同的流速下。原地聚合方法適用于具有不同直徑的柱。它對于較小直徑柱或微流體通道是特別有用的，因?yàn)椴簧婕暗狡渌畛洳襟E。
實(shí)施例6根據(jù)實(shí)施例5制備另一個(gè)柱。
該柱裝有含有活塞的最初柱配件并用乙腈在1ml/分鐘的流速下洗滌10分鐘。該柱進(jìn)一步用水洗滌10分鐘。在兩端的活塞被壓縮到該柱中。該柱通過LC表征方法來表征。聚合物在水中被活塞壓縮和在壓縮之后由該活塞保持避免了由于聚合物在水中的收縮引起的管壁效應(yīng)。
實(shí)施例6的替代版本如實(shí)施例5那樣用下列液體混合物制備另一個(gè)柱1.8g二乙烯基苯，0.2g的苯乙烯，2.3375g十二烷醇，0.6625g甲苯，0.02g的AIBN和3.0g的十二烷醇。全部試劑通過使用吸氣器由真空脫氣五分鐘，隨后用氦氣吹掃20分鐘，之后稱量。將聚合反應(yīng)液體混合物填充到不銹鋼柱(50×4.6mm i.d.)中，它的一端由在螺帽中所含的PEEK栓塞密封。該柱的另一端用另一個(gè)PEEK栓塞密封。它是在水浴中在66℃下聚合24小時(shí)。該柱裝有含有活塞的最初柱配件并用乙腈在1ml/分鐘的流速下洗滌10分鐘。該柱進(jìn)一步用水洗滌10分鐘。在兩端的活塞被壓縮到該柱中。該柱通過LC表征方法來表征。較高含量的交聯(lián)劑改進(jìn)了該容量。這一版本的柱具有比根據(jù)實(shí)施例6制備的一些其它柱大3倍以上的容量。
用下列聚合反應(yīng)液體混合物制備另一個(gè)柱10ml二乙烯基苯(80％純度)，10ml苯乙烯和0.20g苯甲?；^氧化物。
該聚合反應(yīng)液體混合物由N2吹掃20分鐘。將聚合反應(yīng)液體混合物填充到不銹鋼柱(50×4.6mm i.d.)中，它的一端由在螺帽中所含的PEEK栓塞密封。該柱的另一端用另一個(gè)PEEK栓塞密封。它是在水浴中在70℃下聚合24小時(shí)。該柱裝有最初柱配件并用四氫呋喃在1ml/分鐘的流速下洗滌10分鐘。如在LC表征方法中所述的，它通過反相蛋白質(zhì)和肽分離來表征。不同的引發(fā)劑如苯甲?；谥圃煺w式介質(zhì)時(shí)也是有效的。
如以上實(shí)施例那樣地制備較小尺寸的不銹鋼柱(50×2.1mm i.d.)和PEEK柱(50×4.6mm i.d.)并進(jìn)行表征。
實(shí)施例7如在實(shí)施例6那樣，用下列液體混合物制備柱二乙烯基苯，0.2g的甲基丙烯酸羥基乙基酯和0.02g的AIBN。它是在水浴中在70℃下聚合24小時(shí)。該柱裝有含有活塞的最初的柱配件。它用乙腈在1ml/分鐘的流速下洗滌10分鐘，然后用水和在0.01mol/l Tris.HCl緩沖劑(pH 7.6)中的0.5mol/l NaCl洗滌。與在LC表征方法中一樣，該柱通過反相蛋白質(zhì)分離來表征。
實(shí)施例7的替代版本根據(jù)以上程序制備柱和進(jìn)行表征，只是甲基丙烯酸羥基乙基酯和二乙烯基苯的重量改變?yōu)?.4g和1.6g。
根據(jù)以上程序制備另一個(gè)柱和進(jìn)行表征，只是甲基丙烯酸羥基乙基酯和二乙烯基苯的重量改變?yōu)?g和1g。
如在實(shí)施例7中那樣用下列聚合反應(yīng)液體混合物制備另一個(gè)柱1.8g二乙烯基苯，0.16g苯乙烯，0.04g的甲基丙烯酸羥基乙基酯，和0.02g的AIBN。
在聚合之后，該柱裝有含有活塞的最初的柱配件。它用乙腈在1ml/分鐘的流速下洗滌10分鐘，然后用水和在0.01mol/l Tris.HCl緩沖劑(pH 7.6)中的0.5mol/l NaCl洗滌。該柱用活塞壓縮，由蛋白質(zhì)和肽的反相分離表征，與在LC表征方法中一樣。
實(shí)施例8空的注射器圓筒(用于Combiflash色譜法的70×12mm內(nèi)徑Redisep圓筒，從Isco，Inc.，4700 Superior Street，Lincoln，NE 68504獲得)在一端密封并填充下列聚合反應(yīng)液體混合物1.6g甲基丙烯酸羥基乙基酯，6.4g二乙烯基苯，89mg AIBN，12g十二烷醇，用N2脫氣20分鐘。圓筒的尖端用阻塞針(blocked needle)密封。該圓筒在水浴中在70℃下加熱24小時(shí)。它連接到HPLC泵和用THF在1ml/分鐘的流速下洗滌30分鐘。它然后用于酚類化合物的正相和反相分離。
實(shí)施例9聚合反應(yīng)液體混合物制備如下(1)稱量1g的甲基丙烯酸羥基乙基酯，1g的二甲基丙烯酸亞乙基酯和0.02g的AIBN加入到20ml樣品管形瓶中，并溫和地?fù)u振該混合物直到變成均勻液體混合物為止；和(2)稱量1g的環(huán)己醇和2g的十二烷醇加入到這一液體混合物中并搖振它直到它變成均勻的為止。全部試劑通過使用吸氣器由真空脫氣五分鐘，隨后用氦氣吹掃20分鐘，之后稱量。
空的不銹鋼柱(4.6mm內(nèi)徑和50mm長度)，它的一端由圖4中所示的設(shè)備來密封，填充這一液體混合物，直到該柱填滿為止。在不銹鋼螺帽(它是柱的最初蓋子)中所裝的PEEK栓塞用于密封該柱的另一端。圖4的設(shè)備連接到注射泵。水用作介質(zhì)以產(chǎn)生120psi的壓力。在柱中應(yīng)該沒有空氣。然后將該柱直立放置于60℃的水浴中并保持20小時(shí)。在聚合后，該柱從水浴中取出和冷卻到室溫。該柱連接到HPLC泵和用干燥THF(由分子篩干燥)在0.5ml/分鐘下洗滌20分鐘。該柱用于藥物的正相分離。
實(shí)施例9的替代版本如在實(shí)施例9中那樣用下列聚合反應(yīng)液體混合物制備柱0.5gGMA，0.5g HEMA，1g EDMA，1.8g環(huán)己醇，1.2g十二烷醇，0.02g AIBN。
在THF洗滌之后該柱用水在0.5ml/分鐘的流速下洗滌20分鐘。將10ml的1.0mol/l硫酸水溶液泵送通過該柱。該柱用柱栓塞密封，然后在80℃的水浴中放置3小時(shí)。它們在改性反應(yīng)之后用20ml水洗滌和在用正相分離操作表征之前進(jìn)一步用干燥THF洗滌。
另一個(gè)柱用下列聚合反應(yīng)液體混合物制備1g甲基丙烯酸縮水甘油酯，1g二甲基丙烯酸亞乙基酯，2.4g環(huán)己醇，0.6g十二烷醇，0.02g AIBN。
在THF洗滌之后該柱用水在0.5ml/分鐘的流速下洗滌20分鐘。將10ml的1.0mol/l硫酸水溶液泵送通過該柱。該柱用柱栓塞密封，然后在80℃的水浴中放置3小時(shí)。它們在改性反應(yīng)之后用20ml水洗滌和在用正相分離操作表征之前進(jìn)一步用干燥THF洗滌。
實(shí)施例10如在實(shí)施例3中那樣，用含有0.7g甲基丙烯酸月桂酯(LMA)，0.1gHEMA，1.2g EDMA，3g十二烷醇和0.02g AIBN的聚合反應(yīng)液體混合物制備不銹鋼柱(50×4.6mm i.d.)。
實(shí)施例10的替代版本用含有0.8g甲基丙烯酸月桂酯(LMA)，1.2g EDMA，3g十二烷醇和0.02g AIBN的聚合反應(yīng)液體混合物制備柱。用含有0.175g甲基丙烯酸硬脂基酯(SMA)，1.575g DVB(80％純度)，3.25g 1-十六烷醇和0.018mg AIBN的聚合反應(yīng)液體混合物(形成具有SMA/DVB比率＝10/90的混合物)制備另一個(gè)柱。用含有0.7g SMA，1.05g DVB，3.25g辛醇和0.018g AIBN的聚合反應(yīng)液體混合物(以提供40/60SMA/DVB的比率)制備另一個(gè)柱。
用含有1.05g SMA，0.7g DVB，3.25g乙醇和0.018g AIBN的聚合反應(yīng)液體混合物(提供60/40SMA/DVB的比率)制備另一個(gè)柱。
用含有0.7SMA，1.05g DVB，1.95g乙醇，1.30g丁醇和0.018gAIBN的聚合反應(yīng)液體混合物(提供40/60SMA/DVB的比率)制備另一個(gè)柱。
與以上一樣，通過使用十四烷醇，癸醇，辛醇，己醇，丁醇，丙醇，乙醇和甲醇和它們的結(jié)合物作為生孔性溶劑來制備其它的柱。
與以上同樣地，用下列聚合反應(yīng)液體混合物制備另一個(gè)柱0.7SMA，1.05g DVB，2.925g乙醇，0.33g甲醇，0.33g異丙醇和0.018gAIBN，提供40/60SMA/DVB的比率。
與以上同樣地，用下列聚合反應(yīng)液體混合物制備另一個(gè)柱0.7gSMA，1.05g DVB，2.6g乙醇，0.33g甲醇，0.33g丙醇，0.33g丁醇和0.018g AIBN，提供40/60SMA/DVB的比率。
與以上同樣地，用下列聚合反應(yīng)液體混合物制備另一個(gè)柱0.7gSMA，1.05g DVB，2.762g乙醇，0.33g甲醇，0.33g丙醇，0.33g丁醇，0.33g己醇和0.018g AIBN，提供40/60SMA/DVB的比率。
與以上同樣地，用下列聚合反應(yīng)液體混合物制備另一個(gè)柱0.7gSMA，1.05g DVB，2.435g乙醇，0.33g甲醇，0.33g丙醇，0.33g丁醇，0.33g己醇，0.33g辛醇和0.018g AIBN，提供40/60SMA/DVB的比率。
與以上同樣地，用下列聚合反應(yīng)液體混合物制備另一個(gè)柱1.05gDVB，3.08g乙醇，0.0.16g乙基酯和0.018g AIBN。該柱與在實(shí)施例10中同樣地用于肽分離，提供40/60SMA/DVB的比率。
與以上同樣地，用下列聚合反應(yīng)液體混合物制備另一個(gè)柱1.75gDVB，3.25g十二烷醇和0.018g AIBN。該柱與在實(shí)施例10的第一個(gè)版本同樣地用于肽分離。與以上同樣地，用含C1-C12的醇制備一系列柱并用肽分離表征。
與以上同樣地，通過使用下列生孔劑代替十二烷醇來制備一系列的柱異丙醇，N，N-二甲基乙酰胺，乙腈，1，2-二甲氧基乙烷，1，2-二氯乙烷，鄰苯二甲酸二甲酯，2，2，4-三甲基戊烷，1，4-二烷，2-甲氧基乙醇，1，4-丁二醇，甲苯，間二甲苯，鄰苯二甲酸二異丁酯，四(乙二醇)二甲醚，四(乙二醇)，聚(丙二醇)(F.W.1000)，聚(丙二醇)單丁基醚(F.W.340，1000，2500)。
與以上同樣地，用下列聚合反應(yīng)液體混合物制備另一個(gè)柱1.75gDVB，2.925g異丙醇，0.325g 1，4-丁二醇和0.018g AIBN。
與以上同樣地，用下列聚合反應(yīng)液體混合物制備另一個(gè)柱1.75gDVB，2.275g異丙醇，0.975g 2-甲氧基乙醇和0.018g AIBN。
與以上同樣地，用下列聚合反應(yīng)液體混合物制備另一個(gè)柱1.75gDVB，2.60g異丙醇，0.65鄰苯二甲酸二甲酯和0.018g AIBN。
與以上同樣地，用下列聚合反應(yīng)液體混合物制備另一個(gè)柱1.75gDVB，2.7g四甘醇，0.3g二甘醇和0.018g AIBN。
與以上同樣地，用下列聚合反應(yīng)液體混合物制備另一個(gè)柱1.75gDVB，2.7g四(乙二醇)，0.3g甘油和0.018g AIBN。
與以上同樣地，用下列聚合反應(yīng)液體混合物制備另一個(gè)柱1.75gDVB，1.98g四(乙二醇)，1.02g四(乙二醇)二甲醚，和0.018g AIBN。
與以上同樣地，用下列聚合反應(yīng)液體混合物制備另一個(gè)柱1.75gDVB，1.98g四(乙二醇)，1.02g四(乙二醇)二甲醚，和0.018g AIBN。
實(shí)施例11柱(50×4.6mm內(nèi)徑，不銹鋼，它是50mm長度和4.6mm內(nèi)徑)如實(shí)施例1中那樣地用含有1g甲基丙烯酸甲酯(MMA)，1g EDMA，1.8g環(huán)己醇，1.2g十二烷醇和0.02g AIBN的聚合反應(yīng)液體混合物制備。該柱連接到HPLC泵，然后依次用THF和水在0.5ml/分鐘的流速下洗滌20分鐘。
該柱進(jìn)行水解反應(yīng)，如下(1)2ml 6mol/l NaOH在0.5ml/分鐘的流速下被泵送通過該柱；和(2)該柱用兩個(gè)柱栓塞密封和然后在80℃的水浴中放置1小時(shí)。它用20ml水在0.5ml/分鐘的流速下洗滌，并用蛋白質(zhì)分離和如在LC表征方法中所述的結(jié)合容量測量來表征。
實(shí)施例11的替代版本如實(shí)施例11那樣地，用下列聚合反應(yīng)液體混合物制備柱0.1g丙烯酸(AA)，0.9g甲基丙烯酸甲酯(MMA)，1g EDMA，3g十二烷醇和0.02g AIBN。該柱的容量在水解之前和之后進(jìn)行測量。水解前的容量是大約10mg溶菌酶/ml柱體積。在水解以后它是大約30mg。
如實(shí)施例11那樣地，用下列聚合反應(yīng)液體混合物制備另一個(gè)柱0.2g AA，0.8g MMA，1g EDMA，3g十二烷醇和0.02g AIBN。該柱的容量與在表征方法11中同樣地進(jìn)行測量。水解前的容量是大約27mg溶菌酶/ml柱體積。在水解以后它是大約50mg。
如實(shí)施例11那樣地，用下列聚合反應(yīng)液體混合物制備另一個(gè)柱0.3g AA，0.7g MMA，1g EDMA，3g十二烷醇和0.02g AIBN。該柱的容量在水解之前和之后進(jìn)行測量。水解前的容量是大約43mg溶菌酶/ml柱體積。在水解以后該容量大于60mg。
與以上同樣地，用下列聚合反應(yīng)液體混合物制備另一個(gè)柱0.4gAA，0.6g MMA，1g EDMA，3g十二烷醇和0.02g AIBN。
與以上同樣地，用下列聚合反應(yīng)液體混合物制備另一個(gè)柱0.1gAA，0.9g丙烯酸叔丁基酯，1g EDMA，3g十二烷醇和0.02g AIBN。
與以上同樣地，用下列聚合反應(yīng)液體混合物制備另一個(gè)柱0.3gAA，0.3g MMA，1.4g EDMA，3g十二烷醇和0.02g AIBN。
與以上同樣地，用下列聚合反應(yīng)液體混合物制備另一個(gè)柱0.2gAA，0.7g MMA，0.1g HEMA，1g EDMA，2.85g十二烷醇，0.15g環(huán)己醇和0.02g AIBN。與以上同樣地，用下列聚合反應(yīng)液體混合物制備另一個(gè)柱0.4g AA，1.6g DVB，3g十二烷醇和0.02g AIBN。
與以上同樣地，用下列聚合反應(yīng)液體混合物制備另一個(gè)柱1gGMA，1g EDMA，2.4g環(huán)己醇，0.6g十二烷醇，0.02g AIBN。在如實(shí)施例11中的堿催化水解反應(yīng)之前，該柱如在實(shí)施例9的替代版本中那樣地進(jìn)行酸催化開環(huán)反應(yīng)。
與以上同樣地，用下列聚合反應(yīng)液體混合物制備另一個(gè)柱0.5gGMA，0.5g HEMA，1g EDMA，1.8g環(huán)己醇，1.2g十二烷醇，0.02g AIBN。
與以上同樣地，用下列聚合反應(yīng)液體混合物制備另一個(gè)柱0.2gAA，0.6g MMA，0.2g GMA，1g EDMA，3g十二烷醇和0.02g AIBN。在如同上述的在堿催化的水解反應(yīng)之前，該柱進(jìn)行酸催化開環(huán)反應(yīng)。它進(jìn)一步用下列液體混合物水解在5M NaOH溶液中0.25M氯乙酸鈉，在60℃下6小時(shí)。
與以上同樣地，用下列聚合反應(yīng)液體混合物制備另一個(gè)柱0.2gAA，0.5g MMA，0.1g GMA，1.2g EDMA，2.55g十二烷醇，0.45g環(huán)己醇和0.02g AIBN。它通過在5M NaOH溶液中的0.25M氯乙酸鈉在60℃下水解6小時(shí)。
與在如上所述的LC表征方法中同樣地，所有這些柱進(jìn)行床穩(wěn)定化和壓縮方法，并用蛋白質(zhì)分離和結(jié)合容量測量來表征。
實(shí)施例12如實(shí)施例1中那樣地用下列聚合反應(yīng)液體混合物制備柱(PEEK襯層的不銹鋼，50×4.6mm內(nèi)徑)3g GMA，3g EDMA，6.9g環(huán)己醇，2.1g十二烷醇和0.06g AIBN。
該柱首先在酸性條件下用開環(huán)反應(yīng)來改性。五個(gè)柱床體積的0.5M硫酸水溶液的液體混合物被泵送通過這些柱。該柱被密封和然后在50℃的水浴中加熱4小時(shí)。在改性之后它用20個(gè)柱床體積的水進(jìn)行洗滌。
該柱進(jìn)一步用醚化反應(yīng)改性。五個(gè)柱床體積的含有20g氯乙酸鈉，20g NaOH和64ml水的液體混合物被泵送通過該柱。該柱用柱栓塞密封，然后在60℃的水浴中加熱2.5小時(shí)。與在穩(wěn)定化和調(diào)理方法中同樣地，它用水洗滌，穩(wěn)定化和調(diào)理。該柱與在LC表征方法中同樣地進(jìn)行表征。
實(shí)施例12的替代版本用不同的改性方法進(jìn)行實(shí)施例12。
如在實(shí)施例12中那樣制備的柱通過利用下列液體混合物的開環(huán)反應(yīng)來進(jìn)行改性水中的6mol/l乙醇酸和0.5M TFI，達(dá)到3小時(shí)。
另一個(gè)柱用以上開環(huán)反應(yīng)和水解反應(yīng)(在5M NaOH液體混合物中于60℃下2.5小時(shí))來改性。
另一個(gè)柱首先用含有40g乙醇酸，60ml 0.5M三氟乙酸(TFA)的液體混合物由開環(huán)反應(yīng)改性2小時(shí)。它進(jìn)一步用含有20g ClCH2COONa和60ml 5M NaOH的液體混合物改性3小時(shí)。
實(shí)施例13如實(shí)施例2那樣地，用下列液體混合物制備三十個(gè)柱12g AA，30g MMA，6g GMA，72g EDMA，27g環(huán)己醇，153g十二烷醇和1.2g AIBN。這些柱通過使用連接到一個(gè)注射泵的三個(gè)支管(以便在聚合反應(yīng)過程中獲得120psi壓力)，由同時(shí)的平行合成來制備。在聚合之后，聚合物由注射器活塞(約9mm i.d.)從柱中排擠出來供下列應(yīng)用。
來自以上步驟的一個(gè)聚合物棒條被修剪得具有約8mm直徑的更小尺寸。它被裁切成1cm厚度圓盤。這些圓盤用作第二階段聚合反應(yīng)的填料以制備另一個(gè)柱。將1.8ml液體混合物填充到玻璃柱(100×10mmi.d.)中，它的一端由圖3中所示的加壓設(shè)備密封。六個(gè)聚合物圓盤一個(gè)接一個(gè)地被填充到柱中。所有這些圓盤應(yīng)該由液體混合物覆蓋。特氟隆塞子用來密封該柱的另一端。該加壓設(shè)備連接到注射泵，后者用于以恒定壓力模式對聚合反應(yīng)液體混合物施加120psi壓力。該柱在60℃的水浴中加熱20小時(shí)。在聚合后，該柱從水浴中取出。在釋放壓力之后加壓設(shè)備從注射泵上脫離。加壓設(shè)備被打開并趁該柱仍然溫?zé)釙r(shí)慢慢地從該柱上脫離。該柱依次用20個(gè)柱床體積的乙腈和水在1ml/分鐘的流速下洗滌。與在穩(wěn)定化和調(diào)理方法中同樣地，它進(jìn)行穩(wěn)定化和調(diào)理。該柱用在5M NaOH中的0.25mol/l氯乙酸鈉于60℃下改性6小時(shí)。它與在LC表征方法中同樣地進(jìn)行表征。
實(shí)施例13的替代實(shí)施例使用兩階段聚合方法，以聚合物棒條作為填料，制備另一個(gè)柱(100mm×35mm ID，玻璃)。該柱在一端用TEFLON栓塞密封。柱的另一端連接到N2罐。聚合反應(yīng)在120psi和60℃下進(jìn)行20小時(shí)。
實(shí)施例14用下列液體混合物制備八個(gè)短的聚合物棒條(10mm×34mm ID)8g丙烯酸，20g甲基丙烯酸甲酯，4g甲基丙烯酸縮水甘油酯，48g二甲基丙烯酸乙二醇酯，102g十二烷醇，18g環(huán)己醇和0.8g AIBN。在120psi N2壓力下制備聚合物棒條。該棒條用作填料，以用于通過使用與在實(shí)施例12中同樣的兩階段聚合方法進(jìn)行大直徑長柱的制備。玻璃柱(100mm×35mm ID)用短柱填充，和進(jìn)行與以上相同的聚合反應(yīng)。柱的一端用特氟隆栓塞密封，和另一端與N2罐相連。在120psi壓力和60℃下進(jìn)行聚合反應(yīng)20小時(shí)。該柱用20個(gè)柱床體積的乙腈和水洗滌。它進(jìn)行水解反應(yīng)，如下在5M NaOH中的0.25M氯乙酸鈉，在60℃下6小時(shí)。該柱與如上所述的LC表征方法同樣地進(jìn)行表征。
實(shí)施例15如在實(shí)施例1中那樣地，用下列液體混合物制備柱(PEEK襯層的不銹鋼，50mm×4.6mm ID)4g GMA，4g EDMA，2.8g十二烷醇，9.2g環(huán)己醇和0.08g AIBN。
該柱首先通過1M H2SO4液體混合物在40℃下水解3小時(shí)。在水解后，該柱通過將5個(gè)柱床體積的在DMSO中的5％叔丁醇鈉液體混合物泵送通過該柱和在90℃的水浴中加熱1小時(shí)而活化。然后它用含有20％的活化液體混合物和80％的丁烷磺內(nèi)酯的液體混合物在80℃下改性20小時(shí)。
實(shí)施例15的替代版本與在實(shí)施例15中同樣地制備柱，只是使用丙烷磺內(nèi)酯代替丁烷磺內(nèi)酯。
與在實(shí)施例15中同樣地制備另一個(gè)柱，只是改性和活化溫度是油浴中的120℃而不是90℃。
如在實(shí)施例15中那樣地用下列液體混合物制備另一個(gè)柱4gHEMA，4g EDMA，9.4g十二烷醇，2.6環(huán)己醇和0.08g AIBN。它與在實(shí)施例15中同樣地進(jìn)行改性。
如在實(shí)施例1中那樣地，用下列液體混合物制備另一個(gè)柱0.55gGMA，1.2g EDMA，0.25g 2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙磺酸(AMPS)，0.48g NaOH，0.5g水，1.86g丙醇，0.64g丁二醇和0.02g AIBN。
通過與以上同樣的方法由AMPS直接共聚合，但進(jìn)一步用在實(shí)施例15中描述的改性方法來進(jìn)一步改性，制備另一個(gè)柱。
用描述在LC表征方法中的強(qiáng)陽離子交換的蛋白質(zhì)分離和結(jié)合容量測量來表征所有這些柱。
實(shí)施例16如實(shí)施例1中那樣地，用下列聚合反應(yīng)液體混合物制備柱45ml四甲氧基硅烷，100ml的0.01mol/l乙酸水溶液，9g脲和11.5g聚(環(huán)氧乙烷)(MW 10000)。這一液體混合物是通過將這一混合物在冰浴中攪拌30分鐘來制備的。聚合反應(yīng)是在600psi壓力下和在40℃下在柱中進(jìn)行24小時(shí)。該柱然后用20ml水在0.5ml/分鐘的流速下洗滌，然后泵入5ml的0.01mol/l含水氫氧化銨液體混合物。該柱被密封并在120℃下保持3小時(shí)，隨后用乙醇洗滌。
實(shí)施例17抑制劑如甲基醚氫醌或叔丁基鄰苯二酚(catecol)在使用之前通過蒸餾或正相色譜法從單體中除去。
與實(shí)施例1中同樣地制備聚合反應(yīng)液體混合物，但是用下列聚合反應(yīng)液體混合物240mg對-三聯(lián)苯，800mg AIBN，16g苯乙烯和16g二乙烯基苯(80％)，26.4g礦物油，和21.6g 2-乙基己酸。
空的玻璃柱(10mm內(nèi)徑和100mm長度)，它的一端由圖4中所示的加壓設(shè)備來密封，填充該液體混合物直到該柱填滿為止。將在同一圖中所示的PEEK螺帽中所裝的TEFLON-栓塞用來密封該柱的另一端。聚合反應(yīng)混合物在111kVp的X-射線管電壓下，以600R/小時(shí)的劑量暴露于X-射線72小時(shí)。所獲得的柱進(jìn)一步加熱到70℃保持2小時(shí)。然后該柱用己烷洗滌，隨后用己烷/丙酮(50/50)，丙酮，乙腈洗滌，分別以20個(gè)柱床體積使用各溶劑。
在釋放壓力之后圖4的設(shè)備從注射泵上脫離。圖4的設(shè)備被打開，然后小心地從該柱上移開。發(fā)現(xiàn)聚合物棒條的高度比在該柱內(nèi)部的聚合反應(yīng)液體混合物的高度短4mm。該柱然后被安裝最初HPLC柱接頭配件。該柱連接到HPLC泵和用乙腈在2ml/分鐘下于45℃洗滌20分鐘。
所制備的柱進(jìn)一步用20個(gè)柱床體積的水洗滌，然后用活塞壓縮以除去空隙體積。該柱然后使用描述在1a中的LC表征方法來表征。色譜圖示于圖9。
實(shí)施例17的替代版本與在實(shí)施例17中同樣地，用下列混合物在玻璃柱(35mm內(nèi)徑×100mm長度)中制備另一個(gè)柱30g苯乙烯，30g二乙烯基苯，38.05g礦物油和22.18g 2-乙基己酸，0.518g對-三聯(lián)苯和1.31g AIBN。該柱分別用20個(gè)柱床體積的乙腈和水洗滌。它用LC表征方法1a進(jìn)行表征。分離示于圖9中。
與在實(shí)施例17中同樣地制備另一個(gè)柱。該配件從柱的一端上脫離，然后通過經(jīng)由另一端將10ml/分鐘乙腈泵送進(jìn)入到該柱中來將介質(zhì)從柱中壓出。該分離介質(zhì)在真空中在50℃下干燥24小時(shí)之后通過使用SEM和水銀孔度計(jì)進(jìn)行孔隙度測定研究。
與在實(shí)施例17中同樣地，通過使用較大直徑的玻璃柱(35mm內(nèi)徑×100mm長度)制備另一個(gè)柱。該柱用在TEFLON螺帽中所裝的兩個(gè)TEFLON栓塞來密封，而不是用在圖4中的設(shè)備來密封。聚合物從該柱中排擠出來并與以上實(shí)施例中同樣地加以干燥。聚合物進(jìn)行SEM和孔隙度測定研究。
與在以上實(shí)施例中同樣地，通過使用大直徑柱(35mm×100mm)但使用下列聚合反應(yīng)液體混合物來制備另一個(gè)柱240mg對-三聯(lián)苯，800mg AIBN，3.2139g苯乙烯，28.8088g二乙烯基苯(80％純度)，37.4060g 1-十二烷醇，13.25g甲苯。
與在以上實(shí)施例中同樣地，通過使用大直徑的柱(35mm×100mm)但使用下列聚合反應(yīng)液體混合物來制備另一個(gè)柱將240mg對-三聯(lián)苯和800mg AIBN溶于32.0034g二乙烯基苯(80％)的單體混合物中。在該單體混合物中添加31.6926g四甘醇，16.3224g四甘醇二甲醚。
與在以上實(shí)施例中同樣地，在圖12-15中所述的聚合物外殼內(nèi)制備另一個(gè)柱。聚合反應(yīng)液體混合物含有73.2g二乙烯基苯，73.4g苯乙烯，85.2g礦物油，60.8g 2-乙基己酸，0.882g對-三聯(lián)苯和2.94g AIBN。在柱的中心的聚合反應(yīng)溫度大約與在柱的邊緣上的溫度相同。在4天的110kV X-射線輻射聚合反應(yīng)之后，單體轉(zhuǎn)化幾乎完全。完全反應(yīng)是以熱的方式達(dá)到的，因?yàn)檫M(jìn)一步的放熱沒有顯著的不良影響。
已經(jīng)制備了使用不同的閃爍劑，光引發(fā)劑，單體和生孔性溶劑的許多其它柱。所使用的生孔性溶劑包括其它烷烴如辛烷，醇如甲醇，丙醇和環(huán)己醇，醚如四氫呋喃，二烷，低聚物如四甘醇，四甘醇二甲醚。所使用的光引發(fā)劑包括2-氯噻噸-9-酮，4，4’-雙(二甲基氨基)二苯甲酮，4，4’-雙(二乙基氨基)二苯甲酮，菲醌，二苯基(2，4，6-三甲基苯甲?；?膦氧化物和偶氮二異丁腈(AIBN)。所使用的閃爍劑除了包括對-三聯(lián)苯和ZnSe之外，還包括2，5-二苯基唑(PPO)，2-苯基-5-(4-聯(lián)苯基)1，3，4-二唑(PBD)，2-(1-萘基)-5-苯基唑(á-NPO)。所使用的單體除了包括甲基丙烯酸縮水甘油酯，二甲基丙烯酸乙二醇酯，苯乙烯，二乙烯基苯，乙基苯乙烯之外，還包括丙烯腈，甲基丙烯酸丁酯。
在圖9中顯示了以下物質(zhì)的混合物在兩個(gè)不同直徑的柱中的分離色譜圖(1)Met-腦啡肽；(2)Leu-腦啡肽；(3)血管緊張肽；(4)泡蛙肽；和(5)P物質(zhì)，在具有10mm和35mm的直徑和65mm的長度的柱中由X-射線輻射引發(fā)的聚合反應(yīng)所制備的聚(DVB-共-St)整體柱上；流動相(A)有0.15％(v/v)TFA的水；梯度在A中10-40％B，以7個(gè)柱床體積，對于I.D.柱在5ml/分鐘的流速下和對于35I.D.柱在50ml/分鐘的流速下檢測在214nm的UV。
在圖10中顯示了紫外線或可見光聚合反應(yīng)裝置150的俯視圖，該裝置具有靜止頂面152，旋轉(zhuǎn)頂面156，連接到靜止的承載表面152上和栓扣在旋轉(zhuǎn)表面156上的承載元件157以使其旋轉(zhuǎn)，以及四個(gè)熒光燈支座154A-154D?？梢娀蜃贤饩€熒光燈插入這些支座中。
在圖11中顯示聚合反應(yīng)裝置150的側(cè)剖視圖的略圖，顯示該從動構(gòu)件156借助發(fā)動機(jī)159相互地旋轉(zhuǎn)以旋轉(zhuǎn)聚合反應(yīng)裝置162。四個(gè)燈之中的兩個(gè)166D和166B被顯示安裝在燈支座154D和154B上和在長形燈166D和166B的底端上的相應(yīng)支座?；钊?64用來在聚合反應(yīng)過程中在162處為聚合反應(yīng)混合物增壓。風(fēng)扇158協(xié)助冷卻聚合反應(yīng)裝置以及在覆蓋材料、側(cè)邊和燈上的反射涂層將光反射回到該容器162的光引導(dǎo)壁中。借助于這一排列，燈166A-166D(166B & 166D示于圖11中)使光沖擊聚合反應(yīng)混合物，以便引發(fā)和控制聚合反應(yīng)。進(jìn)行較大直徑柱的聚合反應(yīng)，同時(shí)在溶劑和被分析物的流動方向上在沿著該柱的所有位置上維持在最終填料中的徑向均勻性。該燈可以根據(jù)需要開和關(guān)以控制溫度梯度，這樣在光和溫度的結(jié)合下按照受控方式進(jìn)行聚合反應(yīng)以獲得均勻性。
在圖12中顯示了主要地使用X-射線輻射的供聚合用的裝置170的簡化正視圖，該裝置具有防輻射柜172，門174，上窗176，支座178和容器180(含有在182處的反應(yīng)混合物)?；钊?84可以在一些實(shí)施方案中用于為反應(yīng)混合物182增壓。在該裝置170中，X-射線或其它合適輻射如γ射線可用來以安全方便方式控制在聚合反應(yīng)容器中的反應(yīng)。
在一些實(shí)施方案中，通過經(jīng)由管道186施加空氣以使活塞184按照以上關(guān)于其它實(shí)施方案所述的方式向內(nèi)移向反應(yīng)混合物182，從而通過活塞184施加壓力。在優(yōu)選實(shí)施方案中，裝置170是類似于微波爐的小型用戶友好的柜式X-射線系統(tǒng)，這在于它具有門和裝配在柜上的控制器。它使用低電壓水平并能夠由個(gè)人緊挨著該柜安全地操作，因?yàn)樗哂械痛┩噶?，然而穿透力對于大柱是足夠的。它適合于本發(fā)明的聚合反應(yīng)，因?yàn)橐陨厦枋龅姆椒ㄊ褂盟砑拥奈镔|(zhì)來協(xié)助聚合反應(yīng)，如光引發(fā)劑，發(fā)熒光溶劑，或生孔劑，X-射線增感劑和/或閃爍劑。這一裝置允許聚合反應(yīng)的X-射線控制以及其它裝置如圖10和11的那些裝置允許聚合反應(yīng)的其它輻射控制，因此允許了例如借助于輻射將聚合反應(yīng)控制到某一點(diǎn)并且使用熱量完成聚合反應(yīng)以減少時(shí)間和還避免破壞性壓頭(head)增長。
在圖13中顯示了反應(yīng)容器180的俯視圖，它具有反應(yīng)物進(jìn)入口200，冷卻劑流體入口203，冷卻劑出口205，殼體204和滿溢出口202。冷卻劑優(yōu)選是水。提供了用于供應(yīng)空氣的開口206，該空氣對填料182(圖14)施加壓力使之向著在212處的聚合反應(yīng)混合物(圖14)移動。在通過翻轉(zhuǎn)容器180放置反應(yīng)混合物之后經(jīng)由開口200提供熱電偶，同樣能夠?qū)⑺ㄈ迦肫渲?。以這一排列，如果需要的話反應(yīng)混合物可以在壓力下被輻射并在軸向上接受X-射線以便進(jìn)行聚合反應(yīng)的引發(fā)和控制。水作為冷卻劑流過它，這樣輻射和壓力的結(jié)合能夠控制熱梯度并改善在最終的色譜填料或載體中的均勻性。
在圖14中顯示了沿著圖13的交叉線14-14截取的剖視圖，其中顯示了透明X-射線輻射窗192，冷卻水的口202，反應(yīng)物的入口200，熱電偶215和它的導(dǎo)體218和銷(按照該序列)，空氣壓力口206(用于移動該栓塞182對在212處的反應(yīng)混合物加壓)，用于接收反應(yīng)物混合物的在212處的反應(yīng)物接納殼體，當(dāng)容器180用作柱時(shí)在色譜分析過程中分配溶劑和被分析物的在213處的第一分配板以及在聚合后在212處的柱中分離之后用于接收溶劑和被分析物的第二分配板215。以這一排列，輻射穿過該窗口192來控制反應(yīng)物的聚合反應(yīng)。這可以在由栓塞182施加的壓力下進(jìn)行。
在圖15中顯示了沿著圖13的線15-15截取的聚合反應(yīng)容器180的剖視圖，其中顯示了活塞182，用于對活塞182施加壓力以便為在212處的反應(yīng)物加壓的氣隙210，同時(shí)它由X-射線輻射和由貯器190中的流水所冷卻。
從以上描述可以理解，包括生孔劑或溶劑的聚合反應(yīng)混合物在輻射的控制下聚合成多孔填料。對于這一目的，應(yīng)該有至少一種物質(zhì)，其由輻射引發(fā)進(jìn)行聚合反應(yīng)。一些物質(zhì)可以發(fā)射出影響其它物質(zhì)的輻射線，進(jìn)而引發(fā)或促進(jìn)聚合反應(yīng)。對于這一目的，輻射混合物應(yīng)該包括至少一種單體，至少生孔劑或溶劑和實(shí)現(xiàn)聚合反應(yīng)的物質(zhì)。X-射線可僅與單體一起使用來制備載體。如果包括生孔劑或溶劑，該載體可以是多孔的。該X-射線是特別安全的一種輻射類型并且在形成聚合物載體時(shí)具有寬的應(yīng)用。該輻射可以引起聚合反應(yīng)或輻射物質(zhì)如溶劑，后者然后進(jìn)一步發(fā)射出可以導(dǎo)致聚合反應(yīng)的引發(fā)或促進(jìn)的能量。
實(shí)施例18均聚物、聚合物樹脂和多孔聚合物載體已經(jīng)通過使用110kV X-射線輻射來制備。在玻璃管形瓶和柱中制備聚合物。將在苯乙烯中含有1％AIBN和0.1％對-三聯(lián)苯的聚合反應(yīng)混合物按照在脫氣方法中所述進(jìn)行脫氣并填充到1ml小玻璃管形瓶中。該管形瓶用螺帽密封。該管形瓶使用111kVp功率以600R/小時(shí)X-射線進(jìn)行曝光兩天。在打破管形瓶的玻璃之后，獲得了管形瓶的形狀的剛性的本體聚苯乙烯聚合物。
實(shí)施例18的替代版本根據(jù)以上方法制備均聚甲基丙烯酸縮水甘油酯。
根據(jù)以上方法通過使用液體混合物聚合反應(yīng)制備均聚苯乙烯。在含有1％的AIBN和0.1％的對-三聯(lián)苯的甲苯中的50％苯乙烯在600R/小時(shí)X-射線下聚合兩天。按照以上對于輻射所述的相同條件，在聚合之后獲得聚苯乙烯。
通過使用1∶1比率的苯乙烯和二乙烯基苯，根據(jù)以上方法制備聚(苯乙烯-共-二乙烯基苯)樹脂。聚合反應(yīng)混合物含有0.9g苯乙烯，0.9g二乙烯基苯，17mg AIBN，5.7mg對-三聯(lián)苯。在聚合之后獲得聚合物樹脂。在與以上對于輻射所述的相同條件下，在5小時(shí)的聚合反應(yīng)之后發(fā)生膠凝化。
通過使用1∶1比率的甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)和二甲基丙烯酸乙二醇酯(EDMA)，根據(jù)以上方法制備聚(甲基丙烯酸縮水甘油酯-共-二甲基丙烯酸乙二醇酯)樹脂。聚合反應(yīng)混合物含有0.9g GMA，0.9gEDMA，17mg AIBN，5.7mg對-三聯(lián)苯。在聚合之后獲得聚合物樹脂。在與以上對于輻射所述的相同條件下，在5小時(shí)的聚合反應(yīng)之后發(fā)生膠凝化。
通過使用1∶1比率的甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)和二甲基丙烯酸乙二醇酯(EDMA)，根據(jù)以上方法制備聚(甲基丙烯酸縮水甘油酯-共-二甲基丙烯酸乙二醇酯)多孔載體。聚合反應(yīng)混合物含有0.45g GMA，0.46g EDMA，0.91g環(huán)己醇，20mg AIBN，1.5mg對-三聯(lián)苯。在聚合之后獲得多孔聚合物。在與以上對于輻射所述的相同條件下，在6小時(shí)的聚合反應(yīng)之后發(fā)生膠凝化。
通過使用含有0.45g苯乙烯，0.45g二乙烯基苯(80％純度)，0.91g環(huán)己醇，20mg AIBN，6.5mg對-三聯(lián)苯，根據(jù)以上方法制備聚(苯乙烯-共-二乙烯基苯)多孔載體。在聚合之后獲得多孔聚合物。在與以上對于輻射所述的相同條件下，在4.5小時(shí)的聚合反應(yīng)之后發(fā)生膠凝化。
實(shí)施例19具有不同內(nèi)徑(包括75微米，100微米，200微米，250微米，320微米，530微米和700微米)的二氧化硅毛細(xì)管用1M氫氧化鈉液體混合物在烘箱中在90℃下改性2小時(shí)。該毛細(xì)管然后用60柱體積的去離子水和丙酮洗滌。它通過經(jīng)由該柱吹掃的氮?dú)獗桓稍?0分鐘。毛細(xì)管填充硅烷化液體混合物，其含有在N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中的50％(v/v)甲基丙烯酸3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基酯和0.02％(w/v)氫醌。在毛細(xì)管的兩端被密封之后，它在烘箱中在100℃下加熱約10小時(shí)，然后用DMF和丙酮洗滌。在洗滌之后，毛細(xì)管用氮?dú)獯祾邅砀稍铩?br> 用在表1中所列的各種組分的組成，與實(shí)施例1中所述同樣地制備聚合反應(yīng)液體混合物。
各改進(jìn)的毛細(xì)管(通常15～20cm)填充以上聚合反應(yīng)液體混合物。毛細(xì)管的兩端分別地密封在兩個(gè)1.8mL小玻璃管形瓶中，后者也填充了聚合反應(yīng)液體混合物。特氟隆和石蠟?zāi)?parafilm)用于雙重密封該管形瓶的蓋子。在各管形瓶中保留約500微升的空白空間和毛細(xì)管的端部位于該管形瓶的一半高度處。通過使用相同的密封管形瓶來制備兩個(gè)到四個(gè)柱。通過將頂部管形瓶直立夾持，該毛細(xì)管垂直地懸掛在表1中所列的某些溫度下的水浴中20小時(shí)。在聚合之后，該整體式毛細(xì)管柱用約20柱體積的有機(jī)溶劑洗滌，通常為乙腈，有時(shí)為己烷(當(dāng)?shù)V物油用作生孔劑時(shí))。
該柱用LC表征方法1a在3，5和10微升/分鐘的流速下表征。實(shí)現(xiàn)了大的分辨率。
表1.聚合反應(yīng)液體混合物組成和聚合反應(yīng)條件。
實(shí)施例19的替代版本與以上實(shí)施例中同樣地，用下列聚合反應(yīng)液體混合物制備整體式毛細(xì)管柱40g BMA，2.6g EDMA，3.8g 1-丙醇，1.6g 1，4-丁二醇，0.6g水和0.04g AIBN。聚合反應(yīng)是在60℃下進(jìn)行的。該柱通過使用微量分析的液相色譜系統(tǒng)，用LC表征方法1a來表征。該流速是5微升/min。實(shí)現(xiàn)了蛋白質(zhì)的優(yōu)異分離。
利用BMA/EDMA比率的變化(1/3到3/2)和不同的生孔劑濃度(1-丙醇相當(dāng)于總反應(yīng)混合物的34-39wt％，而1，4-丁二醇相當(dāng)于20-15wt％)來合成許多其它聚(丙烯酸酯)型毛細(xì)管整體料。
與在實(shí)施例19中同樣地，用下列聚合反應(yīng)混合物制備另一個(gè)柱2.2g DVB，1.3g苯乙烯，0.9g丙烯腈，4.7g礦物油，0.8g甲苯和0.044gAIBN。聚合反應(yīng)溫度是75℃。這一類型的許多其它柱是用從0到50％的在聚合物基質(zhì)中丙烯腈含量的變化來制備的。該聚合物顯示了提高的親水性但有不同的蛋白質(zhì)的保留性能。與在實(shí)施例19中同樣地，用下列聚合反應(yīng)混合物制備另一個(gè)柱0.8g GMA，2.4g EDMA，0.8gATMS，3.1g 1-丙醇，2.6g 1，4-丁二醇，0.3g水和0.04g AIBN。聚合反應(yīng)在60℃下進(jìn)行20小時(shí)。在聚合之后，在柱中的生孔性溶劑用乙腈洗掉。然后它們填充改性液體混合物，它是TMA和水的1∶2體積比的混合物且含有0.45g/ml TMA HCl。改性是在40℃下進(jìn)行4小時(shí)。
實(shí)施例20與在實(shí)施例1中同樣地，但用下列混合物制備聚合反應(yīng)液體混合物3.2154g丙烯酸，8.0026g甲基丙烯酸甲酯，1.6064g甲基丙烯酸縮水甘油酯，19.2055g二甲基丙烯酸乙二醇酯，43.8952g 1-十二烷醇，9.0017g環(huán)己醇，320mg二苯基(2，4，6三甲基(苯甲?；?膦氧化物。聚合反應(yīng)混合物超聲波處理5分鐘，然后傾倒在柱中，它的一端由TEFLON蓋子密封，然后該柱用另一個(gè)特氟隆蓋子密封。聚合反應(yīng)曝光于尋常的吊燈達(dá)7天。柱用20個(gè)柱床體積的乙腈，然后用20個(gè)柱床體積的水洗滌。該柱用色譜法表征。
實(shí)施例20的替代版本與以上實(shí)施例同樣地，用下列混合物制備尺寸10cm×1cm ID的玻璃柱2.5074g甲基丙烯酸縮水甘油酯，2.5003g二甲基丙烯酸乙二醇酯，7.5003g對二甲苯，和58.2mg二苯基(2，4，6三甲基(苯甲酰基)膦氧化物。聚合反應(yīng)混合物曝光于尋常的吊燈達(dá)24小時(shí)。在另一個(gè)2ml管形瓶中進(jìn)行相同的聚合反應(yīng)達(dá)24小時(shí)。單體轉(zhuǎn)化率是92％。
在管形瓶中用下列聚合反應(yīng)混合物制備均聚甲基丙烯酸縮水甘油基酯10g GMA和0.1g二苯基(2，4，6三甲基(苯甲酰基)膦氧化物。液體混合物曝光于尋常的吊燈達(dá)24小時(shí)。在3小時(shí)后聚合物膠凝化。獲得非常透明的聚合物。
在管形瓶中用下列聚合反應(yīng)混合物制備均聚(甲基丙烯酸縮水甘油酯)10g GMA，10g二甲苯和0.1g二苯基(2，4，6三甲基(苯甲酰基)膦氧化物。液體混合物曝光于尋常的吊燈達(dá)24小時(shí)。在3小時(shí)后聚合物膠凝化。獲得透明的聚合物。
在圖16中顯示了用于聚合形成色譜柱的裝置220，它具有溫度讀出裝置222，為該柱控制熱傳遞的設(shè)備224和熱控制設(shè)備226。在優(yōu)選實(shí)施方案中熱傳遞裝置224是水浴(柱浸入其中)，但能夠是用于將熱量引入到柱中的任何其它合適設(shè)備，如烘箱或輻射加熱器或電加熱器等等。它裝有溫度測量裝置如熱電偶，它們被插入聚合反應(yīng)混合物中以連續(xù)地監(jiān)測這些柱的溫度橫截面，從而通過在單個(gè)柱內(nèi)的溫度測量裝置的讀數(shù)之間的對比，檢測出在該柱的不同位置上的任何溫度梯度或溫度不連續(xù)性。全部這些柱可以如此精確地監(jiān)測，但是在一些情況下當(dāng)聚合反應(yīng)混合物是相同的和柱的尺寸是相同的時(shí)則監(jiān)測很少的柱，或?qū)τ诜浅？深A(yù)測的聚合反應(yīng)，沒有柱被監(jiān)測但是聚合反應(yīng)混合物溫度特性的過去歷史可以利用作為替代。
在圖16中，為了舉例說明的目的顯示了六個(gè)柱228A-228F，因?yàn)槿魏魏线m數(shù)量都可以使用。柱228D被顯示具有從其延伸的三個(gè)導(dǎo)體230A-230C。導(dǎo)體的一端連接到溫度測量裝置和另一端連接到溫度讀出裝置222，以提供溫度變化的分布和檢測在它們之間的任何差異。類似地，其它柱以示意圖方式顯示具有從它們中延伸出的導(dǎo)體并且希望代表能夠監(jiān)測溫度橫截面的從任何數(shù)量熱電偶引出的任何數(shù)量的導(dǎo)體。通常兩個(gè)導(dǎo)體是足夠的，其中一個(gè)在柱的中心和另一個(gè)接近該柱的壁。
在優(yōu)選實(shí)施方案中熱控制設(shè)備226是加熱器232，它可以是浸入該水浴中的電加熱器，雖然能夠使用其它類型的加熱器(由它們的相應(yīng)設(shè)備控制)。加熱器控制器234，它在優(yōu)選實(shí)施方案中是用于控制該加熱器的電能來源，和溫度測量裝置336，它在優(yōu)選實(shí)施方案中是浸入水浴中的恒溫設(shè)備。溫度讀出和控制器240，它可以按照恒溫器的方式被連接到該加熱器控制器234，但是至少讀出在柱的環(huán)境如水浴中的溫度。也可以包括水循環(huán)系統(tǒng)，如果需要的話它能夠以受控方式改變水來冷卻該水浴。溫度讀出裝置222包括三個(gè)讀出裝置，它們可以是在三個(gè)點(diǎn)上記錄溫度的任何類型的長條紙記錄器或數(shù)字記錄器的形式。還包括比較檢測器，以便利用指示有放熱存在的預(yù)定數(shù)量，確定三個(gè)點(diǎn)中的任一個(gè)是否與任何其它點(diǎn)偏離。一種此類設(shè)備顯示在242處和另一個(gè)一般性地在244處標(biāo)明。各測量裝置的溫度另一方面可以由操作員各個(gè)地讀取，在此時(shí)根據(jù)需要進(jìn)行任何溫度調(diào)節(jié)。
在圖17中顯示了具有柱壁346的柱228D的不完全的、示意性的視圖，該柱填充了聚合反應(yīng)混合物348并在其中插入了三個(gè)溫度測量裝置壁測量裝置350A，在柱的中心的測量裝置350B，和處在該中心和壁的中間的測量裝置350C。這些設(shè)備可以位于任何合適位置上，以提供一種分布，使得可以檢測在徑向上該柱的溫度梯度。該熱電偶連接到它們的相應(yīng)導(dǎo)體230A，230B和230C以便為溫度測量裝置242指示溫度。
以這一排列，在水浴中的該柱被升溫到可使聚合反應(yīng)有足夠交聯(lián)的某溫度但維持低于自維持溫度，在該自維持溫度下聚合反應(yīng)放出的熱量足夠以失控方式繼續(xù)進(jìn)行聚合反應(yīng)，產(chǎn)生越來越多的熱量來加速反應(yīng)和再產(chǎn)生更多的熱。該熱量是分步驟引入的，這維持了恒定的溫度橫截面以避免在柱的橫截面中在不同速率下發(fā)生聚合反應(yīng)。
聚合反應(yīng)可以在一種溫度下發(fā)生，該溫度是通過該類型的柱的過去歷史確定的或從柱內(nèi)的溫度測量裝置中的溫度讀數(shù)確定。另一方面，隨著聚合反應(yīng)進(jìn)行，在沒有進(jìn)入溫度失控區(qū)域的情況下能夠容忍不同的溫度值并且可以安全地使用更高的溫度，以便為柱提供所需要的特性。按照這一模式，水浴的溫度可以在一種溫度下維持一段時(shí)間，然后提高到另一種溫度。可以使用一系列的此類步驟。
實(shí)施例21在75mm長×35mm內(nèi)徑的柱中，用下列混合物制備供蛋白質(zhì)分離用的弱陽離子交換柱36.01g EDMA，3.01g GMA，15.01g MMA，6.09g丙烯酸，0.94g AIBN，85.67g 1-十二烷醇和10.57g環(huán)己醇。聚合反應(yīng)在40℃的水浴中進(jìn)行72小時(shí)，隨后在60℃下進(jìn)行聚合反應(yīng)24小時(shí)。該柱用10個(gè)柱床體積的乙腈在45℃和300psi的恒定壓力下洗滌。該柱由液相色譜法表征并實(shí)現(xiàn)了良好的蛋白質(zhì)分離。
實(shí)施例22用下列混合物制備具有75mm長度×35mm內(nèi)徑的弱陽離子交換柱36.02g EDMA，3.03g GMA，15.03g MMA，6.08g丙烯酸，0.93g AIBN，85.64g 1-十二烷醇和10.53g環(huán)己醇。
該柱在40℃下聚合72小時(shí)，隨后在60℃下聚合24小時(shí)。使用10個(gè)柱床體積的乙腈在45℃和300psi的恒定壓力下洗滌生孔劑。實(shí)現(xiàn)良好的蛋白質(zhì)分離。
實(shí)施例23用下列混合物制備35mm內(nèi)徑、100mm長的弱陽離子柱12.81g丙烯酸，32.01g MMA，6.40g GMA，76.83g EDMA，176.04g 1-十二烷醇，16.00g環(huán)己醇和1.96g AIBN。
在水浴中在40℃到60℃的溫度下進(jìn)行聚合反應(yīng)12小時(shí)，然后在60℃下進(jìn)行24小時(shí)。在首先12小時(shí)中溫度線性地從40℃提高到60℃。該柱用10個(gè)柱床體積的乙腈在45℃和300psi的恒定壓力下洗滌。
實(shí)施例24用裝有下列混合物的35mm內(nèi)徑和300mm長度的柱殼體制備弱陽離子交換柱12.81g丙烯酸，32.01g MMA，6.40g GMA，76.83g EDMA，176.04g 1-十二烷醇，16.00g環(huán)己醇和1.96g AIBN。
在溫度從40℃線性提高到60℃的情況下進(jìn)行聚合反應(yīng)12小時(shí)，然后在60℃下進(jìn)行24小時(shí)。與以上實(shí)施例中同樣地洗滌該柱。實(shí)現(xiàn)良好的蛋白質(zhì)分離。
實(shí)施例25在裝有下列混合物的35mm內(nèi)徑、300mm長度的柱殼體中制備弱陽離子交換柱18.05g丙烯酸，45.06g MMA，9.21g GMA，108.13g EDMA，238.52g 1-十二烷醇，31.56g環(huán)己醇和3.1g AIBN。
混合物在40℃下聚合72小時(shí)，隨后在60℃下聚合24小時(shí)。如上所述該柱進(jìn)行洗滌并實(shí)現(xiàn)良好的蛋白質(zhì)分離。
實(shí)施例26用下列混合物制備具有75mm長×35mm內(nèi)徑的尺寸的強(qiáng)陰離子交換柱8.11g GMA，24.09g EDMA，8.07g ATMS，28.06g 1-丙醇，29.14g 1，4-丁二醇，3.05g水和0.48g AIBN。
混合物在40℃下聚合72小時(shí)，隨后在60℃下聚合24小時(shí)。該柱由液相色譜法表征并實(shí)現(xiàn)了良好的蛋白質(zhì)分離。
實(shí)施例27用下列混合物制備具有35mm內(nèi)徑和75mm長度的尺寸的強(qiáng)陰離子交換柱8.0317g GMA，24.0089g EDMA，8.0295g ATMS，27.0134g 1-丙醇，30.0176g 1，4-丁二醇，3.0344g水和0.6177g AIBN。它在40℃下聚合72小時(shí)，隨后在60℃下聚合12小時(shí)。該柱由液相色譜法表征并實(shí)現(xiàn)了良好的蛋白質(zhì)分離。
實(shí)施例28具有35mm內(nèi)徑和300mm長度的尺寸的強(qiáng)陰離子交換柱通過使用下列混合物聚合得到強(qiáng)陰離子交換柱25.66g GMA，76.81g EDMA，25.64g ATMS，96.04g 1-丙醇，86.49g 1，4-丁二醇，9.62g水和1.99g AIBN。
混合物以40℃到60℃的線性進(jìn)展來聚合24小時(shí)，然后在60℃下保持12小時(shí)。它經(jīng)歷從10psi到150psi的逐漸增加的壓縮作用達(dá)12小時(shí)。該柱由液相色譜法表征并實(shí)現(xiàn)了良好的蛋白質(zhì)分離。
實(shí)施例29用下列混合物制備具有35mm內(nèi)徑和100mm長度的尺寸的用于肽分離的柱100.06g DVB，108.77g TEG，41.26g TEG-DME和1.27g AIBN。
混合物在40℃到60℃聚合12小時(shí)，然后在60℃下聚合24小時(shí)，其中從10psi到150psi的線性增加的壓縮作用保持4小時(shí)。該柱由液相色譜法表征并實(shí)現(xiàn)了良好的肽分離。
實(shí)施例30與在實(shí)施例2中相同地，用下列聚合反應(yīng)混合物在具有34mm內(nèi)徑和25cm長度的柱中制備多孔整體式聚合物12.81g AA，32.01gMMA，6.40g GMA，76.83g EDMA，176.04g 1-十二烷醇，16.00g環(huán)己醇，1.96g AIBN。該柱在150psi壓力和25℃下聚合48小時(shí)，然后在60℃下聚合24小時(shí)。
它連接到HPLC泵和分別用20個(gè)柱床體積的THF和水洗滌。
該柱用6mol/l NaOH在80℃下進(jìn)行水解反應(yīng)1小時(shí)。它用20個(gè)柱床體積的水洗滌，并用蛋白質(zhì)分離和在LC表征方法中所述的結(jié)合容量測量來表征。
實(shí)施例30a的替代版本如在實(shí)施例30中那樣地制備柱，只是在24小時(shí)中有40℃到60℃的聚合溫度的程序控制線性梯度。它然后在60℃下固化另外12小時(shí)。
與在以上實(shí)施例中同樣地，用相同的溫度梯度制備具有4.6mm直徑和5cm長度的柱。
與在以上實(shí)施例中同樣地，用相同的溫度梯度制備具有10mm直徑和10cm長度的柱。
實(shí)施例31如在實(shí)施例21中那樣地，用下列聚合反應(yīng)液體混合物制備具有34mm直徑和25cm長度的柱78.80g的EDMA，38.46g的GMA，11.91g的AMPS，11.72g的4.9M NaOH含水液體混合物，12.44g水，162.23g的1-丙醇，38.79g的1，4-丁二醇和1.97g的AIBN。該柱分別用20個(gè)柱床體積的乙腈和水洗滌。該聚合物進(jìn)一步在0.5MH2SO4中在60℃下水解3小時(shí)，然后用10個(gè)柱床體積的去離子水洗滌。這一水解的聚合物進(jìn)一步用下列程序來改性該柱用5個(gè)柱床體積的干燥乙腈預(yù)洗滌，以除去在柱中的水。5個(gè)柱床體積的改性劑在250psi的恒定壓力下被泵送通過該柱。改性反應(yīng)在60℃下進(jìn)行3小時(shí)。在反應(yīng)后，改性劑用5個(gè)柱床體積的0.5M H2SO4從柱中洗滌，隨后用另外10個(gè)柱床體積的超純(nanopure)水洗滌。該改性劑按照以下程序制備將含有10％吡啶的乙腈在冰浴中冷卻至低于10℃，然后將等量的氯磺酸逐漸地添加到冷卻了的液體混合物中。在整個(gè)制備過程中，液體混合物的溫度被控制低于室溫。
實(shí)施例31a的替代版本如在實(shí)施例31中那樣地制備柱，只是在24小時(shí)中有40℃到60℃的聚合溫度的程序控制線性梯度。它然后在60℃下固化另外12小時(shí)。
與在以上實(shí)施例中同樣地，用相同的溫度梯度制備具有4.6mm直徑和5cm長度的柱。
與在以上實(shí)施例中同樣地，用相同的溫度梯度制備具有10mm直徑和10cm長度的柱。
如在實(shí)施例31中那樣地，只是使用下列聚合反應(yīng)混合物來制備柱78.80g EDMA，38.46g GMA，11.91g AMPS，13.89g的4.9M NaOH含水液體混合物，6.22g水，140.85g 1-丙醇，32.02g1，4-丁二醇和1.97g AIBN。
從以上敘述可以理解，本發(fā)明的新型整體式固體載體具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，例如(1)以優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的方式提供色譜圖；(2)它能夠簡單地和廉價(jià)地制造；(3)它對于一些分離操作提供比現(xiàn)有技術(shù)的分離更高的流速，因此減少了一些分離的時(shí)間；(4)它對于一些分離過程在比一些現(xiàn)有技術(shù)方法更低的壓力下提供高分辨率分離；(5)它通過降低柱的成本，為一次性柱提供高分辨率；(6)它能夠容易地制造出許多不同形狀的柱，例如用于環(huán)形色譜分析的環(huán)形柱，并且以任何尺寸制得，尤其小尺寸，如用于微芯片和毛細(xì)管和用于采用整體式可滲透的聚合物尖端的質(zhì)譜注射器；(7)它快速地分離小的和大的分子；(8)它能夠?yàn)樵S多方法提供出眾的分離介質(zhì)，其中尤其包括萃取，色譜，電泳，超臨界流體色譜法和催化用的固體載體，TLC和集成的CEC分離或化學(xué)反應(yīng)；(9)它能夠?yàn)槟承┮阎目蓾B透的整體式分離介質(zhì)提供更好的特性；(10)它為具有均勻的分離-有效開孔尺寸分布的大直徑柱的制備提供了新途徑；(11)它提供分離介質(zhì)，在高度含水流動相中沒有管壁效應(yīng)和具有改進(jìn)的柱效率；(12)它改進(jìn)了分離有效因子；和(13)它減少了在反相柱中溶脹和收縮的問題。
雖然以一些特殊性描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，但是在以上教導(dǎo)的啟發(fā)下，在本發(fā)明中的許多變化是可能的。因此，可以理解，在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，本發(fā)明能夠在具體描述的方式以外實(shí)施。
權(quán)利要求
1.色譜系統(tǒng)，包括樣品注射器；至少一個(gè)色譜柱，它具有柱殼體和在柱殼體內(nèi)的填料，該填料被定位以接收來自樣品注射器的樣品的至少一種可滲透的整體式聚合物；與色譜柱連通的為該至少一個(gè)色譜柱供應(yīng)溶劑的溶劑系統(tǒng)，從而在該至少一個(gè)色譜柱中樣品被分離成它的組分；所述至少一個(gè)柱殼體包括具有柱內(nèi)壁表面的柱殼體壁；和接收來自所述色譜柱的流體的公用設(shè)備，其特征在于與柱壁的內(nèi)表面接觸的具有光滑的壁但沒有不連續(xù)性的至少一種可滲透的整體式聚合物的、溫度-時(shí)間調(diào)節(jié)的填料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的色譜系統(tǒng)，其特征在于該至少一個(gè)色譜柱包括在該至少一種可滲透的整體式聚合物的、溫度-時(shí)間調(diào)節(jié)的填料的相應(yīng)一種填料中的相應(yīng)溫度測量設(shè)備。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的色譜系統(tǒng)，其特征在于該至少一種可滲透的整體式聚合物的、溫度-時(shí)間調(diào)節(jié)的填料包括二乙烯基苯。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的色譜系統(tǒng)，其特征在于該至少一種可滲透的整體式聚合物的、溫度-時(shí)間調(diào)節(jié)的填料包括帶有疏水性表面基團(tuán)的甲基丙烯酸縮水甘油酯。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的色譜系統(tǒng)，其特征在于該至少一種可滲透的整體式聚合物的、溫度-時(shí)間調(diào)節(jié)的填料包括脲甲醛。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的色譜系統(tǒng)，其特征在于該至少一種可滲透的整體式聚合物的、溫度-時(shí)間調(diào)節(jié)的填料包括二氧化硅。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任何一項(xiàng)的色譜系統(tǒng)，其特征在于該柱殼體是玻璃。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任何一項(xiàng)的色譜系統(tǒng)，其特征在于該至少一個(gè)可滲透的整體式聚合物的、溫度-時(shí)間調(diào)節(jié)的填料是尺寸補(bǔ)償?shù)摹?br> 9.進(jìn)行色譜分析的方法，包括以下步驟將樣品加入到色譜柱中，該色譜柱具有柱殼體和聚合物整體式填料，該聚合物整體式填料基本上沒有由放熱所導(dǎo)致的不均勻的孔隙尺寸；和將溶劑供應(yīng)到色譜柱中，從而樣品在色譜柱內(nèi)被分離成它的組分，其特征在于該聚合物整體式填料是溫度-時(shí)間調(diào)節(jié)的。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的進(jìn)行色譜分析的方法，其特征在于將樣品加入到具有柱殼體和聚合物整體式填料的色譜柱中的步驟包括將樣品加入到尺寸補(bǔ)償?shù)纳V柱中的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10的方法，其特征在于將樣品加入到具有柱殼體和聚合物整體式填料的色譜柱中的步驟包括將樣品加入到包括乙烯基的可滲透的整體式聚合物填料中的步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求9或10的方法，其特征在于將樣品加入到具有柱殼體和聚合物整體式填料的色譜柱中的步驟包括將樣品加入到包括脲甲醛的可滲透的整體式聚合物填料中的步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求9-12中任何一項(xiàng)的方法，其特征在于將樣品加入到具有柱殼體和聚合物整體式填料的色譜柱中的步驟包括將樣品加入到包括二氧化硅聚合物的可滲透的整體式聚合物填料中的步驟。
14.色譜柱，包括具有柱內(nèi)壁的色譜柱支撐體和在所述柱壁內(nèi)的具有分離-有效開孔的可滲透的整體式聚合物填料，其特征在于該可滲透的整體式聚合物填料是在有溫度-時(shí)間調(diào)節(jié)的情況下由聚合反應(yīng)形成的具有橫截面均勻性的聚合物。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的色譜柱，其特征在于該分離-有效開孔的尺寸至少部分地由聚合反應(yīng)過程中的壓力控制。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15的色譜柱，其特征在于該可滲透的整體式聚合物填料具有光滑的壁并且通過壓力進(jìn)行尺寸補(bǔ)償。
17.根據(jù)權(quán)利要求14-16中任何一項(xiàng)的色譜柱，其特征在于在該可滲透的整體式聚合物填料內(nèi)基本上沒有孔隙和該可滲透的整體式聚合物填料具有光滑的壁。
18.根據(jù)權(quán)利要求14-17中任何一項(xiàng)的色譜柱，其特征在于該可滲透的整體式聚合物填料在該填料的壁中不具有通道化開孔。
19.根據(jù)權(quán)利要求14-18中任何一項(xiàng)的色譜柱，其特征在于該可滲透的整體式聚合物填料主要地由甲基丙烯酸酯形成。
20.根據(jù)權(quán)利要求14-18中任何一項(xiàng)的色譜柱，其特征在于該可滲透的整體式聚合物填料主要地由帶有疏水性表面基團(tuán)的甲基丙烯酸酯形成。
21.根據(jù)權(quán)利要求14-18中任何一項(xiàng)的色譜柱，其特征在于該可滲透的整體式聚合物填料主要地由脲甲醛形成。
22.根據(jù)權(quán)利要求14-18中任何一項(xiàng)的色譜柱，其特征在于該可滲透的整體式聚合物填料主要地由二氧化硅形成。
23.根據(jù)權(quán)利要求14-18中任何一項(xiàng)的色譜柱，其特征在于該可滲透的整體式聚合物填料主要地由甲基丙烯酸縮水甘油酯的聚合物和二甲基丙烯酸亞乙基酯的聚合物按照1∶1到2∶1的重量比形成。
24.根據(jù)權(quán)利要求14-18中任何一項(xiàng)的色譜柱，其特征在于該可滲透的整體式聚合物填料主要地由甲基丙烯酸縮水甘油酯的聚合物和二甲基丙烯酸亞乙基酯的聚合物按照3∶2的重量比形成。
25.根據(jù)權(quán)利要求14-18中任何一項(xiàng)的色譜柱，其特征在于該可滲透的整體式聚合物填料包括二乙烯基苯和苯乙烯按照3∶1到9∶1的比率的混合物作為其主要組分。
26.根據(jù)權(quán)利要求14-18中任何一項(xiàng)的色譜柱，其特征在于該可滲透的整體式聚合物填料包括二乙烯基苯和苯乙烯按照4∶1的比率的混合物作為其主要組分。
27.根據(jù)權(quán)利要求14-18中任何一項(xiàng)的色譜柱，其特征在于該柱含有35wt％-80wt％的二乙烯基苯。
28.根據(jù)權(quán)利要求14-18中任何一項(xiàng)的色譜柱，其特征在于該柱含有64wt％的二乙烯基苯。
29.根據(jù)權(quán)利要求14-18中任何一項(xiàng)的色譜柱，其特征在于該柱包括其內(nèi)部有溫度測量設(shè)備的聚合物填料。
30.根據(jù)權(quán)利要求14-29中任何一項(xiàng)的色譜柱，其特征在于具有大于10mm的直徑。
31.根據(jù)權(quán)利要求14-30中任何一項(xiàng)的色譜柱，其特征在于每平方毫米的孔隙體積以及在該柱的縱軸方向上每平方毫米的孔隙開孔的平均尺寸從一個(gè)位置到另一個(gè)位置沒有變化，和變化率不超過5％。
32.制造色譜柱的裝置，包括適于在聚合反應(yīng)過程中容納聚合反應(yīng)混合物的溫度受控的反應(yīng)室，其特征在于用于改變聚合反應(yīng)過程中的溫度的設(shè)備，從而該聚合反應(yīng)混合物是溫度-時(shí)間調(diào)節(jié)的。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的制造色譜柱的裝置，其特征在于用于對在所述溫度受控的反應(yīng)室中的所述聚合反應(yīng)混合物加壓的設(shè)備。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的裝置，其特征在于該用于加壓的設(shè)備是利用可移動元件加壓的設(shè)備。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的裝置，其特征在于該可移動元件具有光滑的表面，當(dāng)在聚合反應(yīng)過程中施加壓力時(shí)，該光滑表面定位以接觸該聚合反應(yīng)混合物。
36.制造色譜柱的裝置，包括適于在聚合反應(yīng)過程中容納聚合反應(yīng)混合物以形成填料的溫度受控的反應(yīng)室；用于將水溶液加入到填料中的含水處理設(shè)備；和用于對所述填料加壓以減少填料中的空隙的設(shè)備，其特征在于該溫度受控的反應(yīng)室包括用于溫度-時(shí)間調(diào)節(jié)的設(shè)備。
37.根據(jù)權(quán)利要求36的裝置，其特征在于用于對填料施加輻射的輻射設(shè)備；和用于控制該輻射的控制設(shè)備。
38.一種方法，包括以下步驟將聚合反應(yīng)混合物加入到柱殼體中，其特征在于采用低溫聚合和高溫聚合的結(jié)合在柱殼體內(nèi)聚合該聚合反應(yīng)混合物的步驟。
39.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中將聚合反應(yīng)混合物加入到柱殼體中的步驟包括將聚合反應(yīng)混合物加入到具有至少10mm直徑的柱殼體中的步驟。
40.一種方法，包括以下步驟將聚合反應(yīng)混合物加入到柱殼體中，其特征在于聚合反應(yīng)混合物包括含有磺基的官能化單體；和直接聚合該混合物以得到強(qiáng)陽離子交換劑。
41.根據(jù)權(quán)利要求40的方法，其特征在于將聚合反應(yīng)混合物加入到柱殼體中的步驟包括以下步驟水解在聚合反應(yīng)混合物中的聚合物和用氯磺酸改性在水解該聚合物的步驟中所形成的羥基。
42.根據(jù)權(quán)利要求40或41的方法，其特征在于將聚合反應(yīng)混合物加入到柱殼體中的步驟包括以下步驟水解在聚合反應(yīng)混合物中的聚合物和用氯磺酸的吡啶鹽溶液改性在水解該聚合物的步驟中所形成的羥基。
43.制造整體式色譜柱的方法，包括制備聚合反應(yīng)混合物的步驟，其特征在于在溫度-時(shí)間調(diào)節(jié)的條件下進(jìn)行聚合反應(yīng)，從而溫度梯度得到控制以防止在整體式色譜柱中的空間橫截面變化。
44.根據(jù)權(quán)利要求43的方法，其特征在于聚合反應(yīng)在壓力下進(jìn)行，從而施加足夠的壓力以防止由于聚合反應(yīng)過程中的收縮作用，由真空導(dǎo)致形成空隙。
45.制造整體式色譜柱的方法，包括以下步驟制備包括生孔劑的聚合反應(yīng)混合物，其特征在于用溫度-時(shí)間調(diào)節(jié)來進(jìn)行聚合反應(yīng)以形成聚合物填料；洗滌聚合物填料以除去生孔劑，其中填料傾向于溶脹；和施加壓力以防止聚合物填料的溶脹和除去空隙。
46.制造強(qiáng)陰離子柱的方法，包括以下步驟混合GMA、ATMS、EDMA、引發(fā)劑和生孔劑以形成聚合反應(yīng)混合物；在柱中聚合該混合物，其特征在于混合物在溫度-時(shí)間調(diào)節(jié)的條件下進(jìn)行聚合以形成填料。
47.根據(jù)權(quán)利要求46的方法，其特征在于聚合該混合物的步驟包括以下步驟在從低溫的控制引發(fā)點(diǎn)起始到逐漸地提高溫度到安全點(diǎn)的梯度溫度下進(jìn)行聚合，和在更高溫度下進(jìn)行固化，其中避免了溫度失控和獲得了充分的聚合和交聯(lián)。
48.根據(jù)權(quán)利要求46或權(quán)利要求47的方法，其特征在于聚合該混合物的步驟包括以下步驟在從35-45℃的控制引發(fā)點(diǎn)起始到逐漸地提高溫度到安全點(diǎn)的梯度溫度下進(jìn)行聚合，和在更高溫度下進(jìn)行固化。
49.根據(jù)權(quán)利要求46-48中任何一項(xiàng)的方法，其特征在于聚合該混合物的步驟包括以下步驟在從控制引發(fā)點(diǎn)起始到逐漸地提高到安全點(diǎn)的梯度溫度下進(jìn)行聚合，和在更高溫度下進(jìn)行固化。
全文摘要
在柱殼體中制備可滲透的聚合物整體式材料。在一個(gè)實(shí)施方案中，通過利用來自外部源的熱量在低溫如40攝氏度(這取決于混合物和柱的尺寸)下開始聚合反應(yīng)，然后在更高溫度如60攝氏度下繼續(xù)進(jìn)行，從而聚合形成了可滲透的聚合物整體式材料。在聚合反應(yīng)開始時(shí)的溫度是足夠低的以便不引起放熱失控條件和避免高的反應(yīng)熱，高的反應(yīng)熱將防止橫穿該柱的橫截面有基本上恒定的溫度。在足夠單體消耗之后使用更高的溫度和位阻干擾增加，因此聚合反應(yīng)是足夠緩慢的以避免反應(yīng)產(chǎn)生的熱量足夠的高而在孔隙尺寸的均勻性上引起明顯減少。
文檔編號G01N30/56GK101035602SQ200580034250
公開日2007年9月12日 申請日期2005年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月6日
發(fā)明者S·謝, M·徐, R·W·阿靈頓 申請人:迪奧尼斯公司