专利名称：包含可离子化改性剂的高纯度色谱材料的制作方法
包含可离子化改性剂的高纯度色谱材料相关申请的交叉引用
本申请要求2009年8月4日提交的美国临时申请系列号61/231，045和2010年6月 11日提交的美国临时申请系列号61/353，999的优先权，这些申请的公开内容经该引用全部并入本文。
背景技术：
用于液相色谱法(LC)的填充材料一般分为两类有机材料，例如聚二乙烯基苯， 和无机材料，典型的是二氧化硅。许多有机材料对于强碱性和强酸性流动相是化学稳定的， 使得在流动相PH值选择方面具有灵活性。但是，有机色谱材料一般产生低效率的柱，特别是对于低分子量分析物。许多有机色谱材料不仅缺乏典型色谱二氧化硅的机械强度，而且当流动相的组成变化时会收缩和溶胀(swelling)。二氧化硅是高效液相色谱法(HPLC)、超高效液相色谱法(UPLC)、和超临界流体色谱法(SFC)中最广泛使用的材料。最常见的应用使用已用有机官能团表面衍生化的二氧化硅，所述有机官能团例如十八烷基(C18)、辛基(C8)、苯基、氨基、氰基等。做为HPLC的固定相，这些填充材料产生具有高效率的柱并且不显示收缩或溶胀的迹象。目前的杂化材料技术(Hybrid Material Technologies, HMT)为使用二氧化硅基填充材料遇到的传统色谱问题提供了重要的解决方案。HMT改进包括大大改善的高pH稳定性和优异的低PH稳定性、高机械稳定性、在pH7使用时的良好峰形状、高效率、良好的保持力(retentivity)、以及理想的色谱选择性。然而，对于某些HMT和二氧化硅材料，已经注意到两个问题。第一个问题是在低 PH值使用时对于碱差的峰形状，这可能不利地影响在低pH值使用时的加载能力和峰容量 (peak capacity)。对于许多HMT和二氧化硅材料观察到的第二个问题是在柱暴露于流动相pH值的重复变化后(例如从PH 10到3重复转换)，酸性和碱性分析物保留时间的变化(记为“漂移”)。因此，仍然需要提供优异的峰形状和减少的漂移的替代性材料。
发明内容
本发明提供新的色谱材料，例如用于色谱分离，提供其制备方法和含有所述色谱材料的分离装置。在一个方面，本发明提供高纯度色谱材料(high purity chromatographic material, HPCM)，其包含色谱表面，其中所述色谱表面包含疏水表面基团和一种或多种可离子化改性剂(ionizable modifier),前提是当所述可离子化改性剂不含两性离子时，所述可离子化改性剂不含季铵离子部分。在一些方面，HPCM还可以包含色谱芯材料。在某些方面，所述色谱芯是二氧化硅材料、杂化无机/有机材料、表面多孔材料(superficially porous material)或表面多孔材料。在另一个方面，可离子化改性剂含有羧酸基团、磺酸基团、磷酸基团、硼酸基团、氨基基团、亚氨基基团、酰氨基基团、吡啶基、咪唑基、脲基、亚硫酰-脲基基团或氨基硅烷基团。在另一个方面，可离子化改性剂选自锆、铝、铈、铁、钛、其盐、氧化物及它们的组
I=I O在另一个方面，可离子化改性剂可得自选自具有式(I)
权利要求
1.高纯度色谱材料，其包含色谱表面，其中所述色谱表面包含疏水表面基团和一种或多种可离子化改性剂，条件是当所述可离子化改性剂不包含两性离子时，所述可离子化改性剂不包含季铵离子部分。
2.权利要求1的高纯度色谱材料，其还包含色谱芯材料。
3.权利要求1的高纯度色谱材料，其中，所述可离子化改性剂含有羧酸基团、磺酸基团、芳基磺酸基团、磷酸基团、硼酸基团、氨基、亚氨基、酰氨基、吡啶基、咪唑基、脲基、亚硫酰-脲基基团或氨基硅烷基团。
4.权利要求1的高纯度色谱材料，其中，所述可离子化改性剂从选自具有式(I)
5.权利要求4的高纯度色谱材料，其中，所述可离子化改性试剂具有式I。
6.权利要求4的高纯度色谱材料，其中，所述可离子化改性试剂具有式II。
7.权利要求4的高纯度色谱材料，其中，所述可离子化改性试剂具有式III。
8.权利要求4的高纯度色谱材料，其中，m是2或3。
9.权利要求4的高纯度色谱材料，其中，R1表示Cl。
10.权利要求4的高纯度色谱材料，其中，R1表示-0H。
11.权利要求4的高纯度色谱材料，其中，R1表示二烷基氨基、甲氧基或乙氧基。
12.权利要求4的高纯度色谱材料，其中，R1'表示甲基。
13.权利要求4的高纯度色谱材料，其中，R1’表示乙基。
14.权利要求4的高纯度色谱材料，其中，R1’表示异丁基。
15.权利要求4的高纯度色谱材料，其中，R1’表示异丙基。
16.权利要求4的高纯度色谱材料，其中，R1’表示叔丁基。
17.权利要求4的高纯度色谱材料，其中，R2和R3的每次出现表示氢。
18.权利要求4的高纯度色谱材料，其中，R4和R5各自表示氢。
19.权利要求4的高纯度色谱材料，其中，Het是吡啶基、嘧啶基、哒嗪基、吡嗪基、哌啶基、哌嗪基、六氢嘧啶基、吡咯基、吡唑基、咪唑基、吡咯烷基、吡唑烷基、咪唑烷基或三嗪基。
20.权利要求4的高纯度色谱材料，其中，所述可离子化改性试剂是氨基丙基三乙氧基硅烷、氨基丙基三甲氧基硅烷、2-(2-(三氯甲硅烷基)乙基)吡啶、2-(2-(三甲氧基)乙基)批啶、2-(2-(三乙氧基)乙基)吡啶、2-(4-吡啶基乙基)三乙氧基硅烷、2-(4-吡啶基乙基)三甲氧基硅烷、2-(4-吡啶基乙基)三氯硅烷、氯丙基三甲氧基硅烷、氯丙基三氯硅烷、氯丙基三氯硅烷、氯丙基三乙氧基硅烷、咪唑基丙基三甲氧基硅烷、咪唑基丙基三乙氧基硅烷、咪唑基丙基三氯硅烷、磺基丙基三硅烷醇、羧乙基硅烷三醇、2-(甲酯基)乙基甲基二氯硅烷、2-(甲酯基)乙基三氯硅烷、2-(甲酯基)乙基三甲氧基硅烷、η-(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺三乙酸、(2-二乙基磷酰乙基)三乙氧基硅烷、3-巯基丙基三乙氧基硅烷、3-巯基丙基三甲氧基硅烷、二 [3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]二硫化物、二 [3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]四硫化物、2，2-二甲氧基-1-硫杂-2-硅杂环戊烷、二(三氯甲硅烷基乙基)苯基磺酰氯、2-(氯磺酰基苯基)乙基三氯硅烷、2-(氯磺酰基苯基)乙基三甲氧基硅烷、2_(乙氧基磺酰基苯基)乙基三甲氧基硅烷、2-(乙氧基磺酰基苯基)乙基三甲氧基硅烷、2_(乙氧基磺酰基苯基)乙基三氯硅烷、磺酸苯乙基三硅烷醇、(三乙氧基甲硅烷基乙基)苯基膦酸二乙酯、(三甲氧基甲硅烷基乙基)苯基膦酸二乙酯、(三氯甲硅烷基乙基)苯基膦酸二乙酯、膦酸苯乙基三硅烷醇、Ν-(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)吡咯、 N-(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)-4，5-二氢咪唑、二(甲基二甲氧基甲硅烷基丙基)-N-甲基胺、三(三乙氧基甲硅烷基丙基)胺、二(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-N-甲基胺、(N, N-二乙基-3-氨基丙基)三甲氧基硅烷、N-(羟乙基)-N-甲基氨基丙基三甲氧基硅烷、3- (N, N- 二甲基氨基丙基)三甲氧基硅烷、二(2-羟乙基)-3-氨基丙基三乙氧基硅烷、N，N’ - 二(羟乙基)-N，N’_ 二(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺、或N，N-二甲基-3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷。
21.权利要求1的高纯度色谱材料，其中，所述疏水表面基团可离子化改性剂的比为约 2. 5 1 至约 350:1ο
22.权利要求1的高纯度色谱材料，其中，所述疏水表面基团可离子化改性剂的比为约3 1至约200:1ο
23.权利要求1的高纯度色谱材料，其中，所述疏水表面基团可离子化改性剂的比为约4:1至约35:1。
24.权利要求1的高纯度色谱材料，其中，可离子化改性剂的浓度小于约0.5 μ mol/m2。
25.权利要求1的高纯度色谱材料，其中，可离子化改性剂的浓度小于约0.4μ mol/m2。
26.权利要求1的高纯度色谱材料，其中，可离子化改性剂的浓度小于约0.3μ mol/m2。
27.权利要求1的高纯度色谱材料，其中，可离子化改性剂的浓度为约0.01 μ mol/m2至约 0. 5 μ mol/m2。
28.权利要求1的高纯度色谱材料，其中，可离子化改性剂的浓度为约0.01 μ mol/m2至约 0. 4 μ mol/m2。
29.权利要求1的高纯度色谱材料，其中，可离子化改性剂的浓度为约0.03 μ mol/m2至约 0. 3 μ mol/m2。
30.权利要求1的高纯度色谱材料，其中，所述疏水表面基团是C4- C30键合相、芳香族、苯基烷基、氟代芳香族、苯基己基、五氟苯基烷基、或手性键合相。
31.权利要求1的高纯度色谱材料，其中，所述疏水表面基团是C18键合相。
32.权利要求1的高纯度色谱材料，其中，所述疏水表面基团是嵌入的极性键合相。
33.权利要求1的高纯度色谱材料，其中，所述色谱芯是二氧化硅材料。
34.权利要求1的高纯度色谱材料，其中，所述色谱芯是杂化无机/有机材料。
35.权利要求1的高纯度色谱材料，其中，所述色谱芯是表面多孔材料。
36.权利要求1的高纯度色谱材料，其中，所述色谱芯是具有杂化材料表面层的无机材料、具有无机表面层的杂化材料、或具有不同的杂化材料表面层的杂化材料。
37.权利要求1的高纯度色谱材料，其中，所述材料是颗粒形式的。
38.权利要求1的高纯度色谱材料，其中，所述材料是整体料形式的。
39.权利要求1的高纯度色谱材料，其中，所述材料是表面多孔材料形式的。
40.权利要求1的高纯度色谱材料，其中，所述材料不具有色谱增强性孔几何结构。
41.权利要求1的高纯度色谱材料，其中，所述材料具有色谱增强性孔几何结构。
42.权利要求40或41的高纯度色谱材料，其中，所述色谱材料具有约25- IlOOm2/ g的表面积。
43.权利要求42的高纯度色谱材料，其中，所述色谱材料具有约80- 500 m2/g的表面积。
44.权利要求43的高纯度色谱材料，其中，所述色谱材料具有约120- 330 m2/g的表面积。
45.权利要求40或41的高纯度色谱材料，其中，所述色谱材料具有约0.15- 1.7 cm3/g的孔体积。
46.权利要求45的高纯度色谱材料，其中，所述色谱材料具有约0.5 - 1.3 cm3/g的孔体积。
47.权利要求40或41的高纯度色谱材料，其中，所述色谱材料具有小于约110m2/g的微孔表面积。
48.权利要求47的高纯度色谱材料，其中，所述色谱材料具有小于约105m2/g的微孔表面积。
49.权利要求47的高纯度色谱材料，其中，所述色谱材料具有小于约80m2/g的微孔表面积。
50.权利要求47的高纯度色谱材料，其中，所述色谱材料具有小于约50m2/g的微孔表面积。
51.权利要求40或41的高纯度色谱材料，其中，所述色谱材料具有约20- 1500A的平均孔径。
52.权利要求51的高纯度色谱材料，其中，所述色谱材料具有约50- 1000A的平均孔径。
53.权利要求52的高纯度色谱材料，其中，所述色谱材料具有约100- 750A的平均孔径。
54.权利要求53的高纯度色谱材料，其中，所述色谱材料具有约110- 500A的平均孔径。
55.权利要求1的高纯度色谱材料，其中，所述色谱材料在约1至约14的pH值下是水解稳定的。
56.权利要求55的高纯度色谱材料，其中，所述色谱材料在约10至约14的pH值下是水解稳定的。
57.权利要求55的高纯度色谱材料，其中，所述色谱材料在约1至约5的pH值下是水解稳定的。
58.权利要求1的高纯度色谱材料，其中，所述材料已经被表面改性。
59.权利要求58的高纯度色谱材料，其中，所述材料已经通过涂覆聚合物而被表面改性。
60.权利要求58的高纯度色谱材料，其中，所述材料已经通过涂覆聚合物通过有机基团和硅烷醇基团改性的组合而被表面改性。
61.权利要求58的高纯度色谱材料，其中，所述材料已经通过有机基团改性和涂覆聚合物的组合而被表面改性。
62.权利要求58的高纯度色谱材料，其中，所述材料已经通过硅烷醇基团改性和涂覆聚合物的组合而被表面改性。
63.权利要求58的高纯度色谱材料，其中，所述材料已经通过在所述材料的有机基团和改性试剂之间形成有机共价键而被表面改性。
64.权利要求58的高纯度色谱材料，其中，所述材料已经通过有机基团改性、硅烷醇基团改性和涂覆聚合物的组合而被表面改性。
65.权利要求1的高纯度色谱材料，其还包含分散在所述材料内的纳米颗粒。
66.权利要求65的高纯度色谱材料，其中，纳米颗粒是多于一种的纳米颗粒的混合物。
67.权利要求65的高纯度色谱材料，其中，所述纳米颗粒的存在量为<20%，按纳米复合材料的重量计。
68.权利要求65的高纯度色谱材料，其中，所述纳米颗粒的存在量为<5%，按纳米复合材料的重量计。
69.权利要求65的高纯度色谱材料，其中，所述纳米颗粒是结晶的或无定形的。
70.权利要求65的高纯度色谱材料，其中，所述纳米颗粒是含有选自由碳化硅、铝、金刚石、铈、碳黑、碳纳米管、锆、钡、铈、钴、铜、铕、钆、铁、镍、钐、硅、银、钛、锌、硼、其氧化物和其氮化物组成的组的一种或多种成分的物质。
71.权利要求65的高纯度色谱材料，其中，所述纳米颗粒是包含选自由纳米金刚石、碳化硅、二氧化钛、立方氮化硼组成的组的一种或多种成分的物质。
72.权利要求65的高纯度色谱材料，其中，所述纳米颗粒的直径小于或等于200nm。
73.权利要求65的高纯度色谱材料，其中，所述纳米颗粒的直径小于或等于100nm。
74.权利要求65的高纯度色谱材料，其中，所述纳米颗粒的直径小于或等于50nm。
75.权利要求65的高纯度色谱材料，其中，所述纳米颗粒的直径小于或等于20nm。
76.制备根据权利要求2的高纯度色谱材料的方法，包括以下步骤a.使色谱芯与可离子化改性试剂反应，获得可离子化的改性的材料；和b.使所得的可离子化材料与疏水表面改性基团反应。
77.制备根据权利要求2的色谱材料的方法，包括以下步骤a.使色谱芯与疏水表面改性基团反应，获得键合材料；和b.使所得的键合材料与可离子化改性试剂反应。
78.权利要求76或77的方法，还包括将任何残余硅烷醇基团封端的步骤。
79.权利要求76或77的方法，其中，各步骤同时进行。
80.权利要求76或77的方法，还包括将所得材料表面改性的步骤。
81.权利要求76或77的方法，还包括使所得色谱材料经受水热处理。
82.分离装置，其具有包含权利要求1- 75或90或91任一项的高纯度色谱材料的固定相。
83.权利要求82的分离装置，其中，所述装置选自色谱柱、薄层板、过滤膜、微流体分离装置、样品净化装置、固体载体、微芯片分离装置和微量滴定板。
84.权利要求82的分离装置，其中，所述分离装置用于选自固相萃取、高压液相色谱、 组合化学、合成、生物检测、超高效液相色谱、超快液相色谱、超高压液相色谱、超临界流体色谱和质谱的应用。
85.色谱柱，包含a)具有用于接收填充材料的圆筒形内部的柱，和b)包含权利要求1- 75任一项的高纯度色谱材料的填充的色谱床。
86.试剂盒，包含权利要求1- 75任一项的高纯度色谱材料和使用说明。
87.权利要求86的试剂盒，其中，所述说明是为了用于分离装置。
88.权利要求87的试剂盒，其中，所述分离装置选自色谱柱、薄层板、微流体分离装置、 过滤膜、样品净化装置和微滴定板。
89.色谱装置，其包含a)用于接收填充材料的内部通道，和b)包含权利要求1- 75任一项的高纯度色谱材料的填充的色谱床。
90.权利要求1的高纯度色谱材料，其中，所述材料是无孔的。
91.权利要求1的高纯度色谱材料，其中，所述可离子化改性剂选自由锆、铝、铈、铁、 钛、其盐、氧化物及其组合组成的组。
92.权利要求4的高纯度色谱材料，其中，V是1，m，为3，并且R2、R2’、R3和R3'的每次出现是氢。
93.权利要求92的高纯度色谱材料，其中，Y是氨基甲酸酯、碳酸酯、酰胺、脲、醚、硫醚、 亚硫酰基、亚砜、磺酰基、硫脲、硫代碳酸酯、硫代氨基甲酸酯或三唑。
全文摘要
本发明提供了新的色谱材料，例如用于色谱分离，其制备方法和含有所述色谱材料的分离装置；包含所述色谱材料的分离装置、色谱柱和试剂盒；及其制备方法。本发明的色谱材料是包含色谱表面的高纯度色谱材料，其中所述色谱表面包含疏水表面基团和一种或多种可离子化改性剂。
文档编号C08J9/00GK102471513SQ201080034817
公开日2012年5月23日 申请日期2010年8月4日 优先权日2009年8月4日
发明者D. 怀恩罕 K., C. 伊拉内塔 P., H. 沃特 T. 申请人:沃特世科技公司