有機ポリマーモノリス、その製造方法、およびその用途
【課題】
通液の際の圧力負荷を増やさずに分離性能を上げるために必要となる制御された細孔構造を有し、かつ芳香族低分子化合物の分離も良好で、溶媒交換も自由にできる有機ポリマーモノリス、その製造方法、およびそれを用いた化学物質分離用具を提供すること。
【解決手段】
水酸基および／またはアミド基を有するモノマーに由来するモノマー単位を２０質量％以上含有し、水銀圧入法によるモード（最頻値）直径が０．５〜１０μｍのスルーポアとＢＥＴ法によるモード直径が２〜５０ｎｍのメソポアとを有し、かつＢＥＴ法による比表面積が５０ｍ2／ｇ以上であることを特徴とする有機ポリマーモノリス、その製造方法、
およびそれを用いた化学物質分離用具。
通液の際の圧力負荷を増やさずに分離性能を上げるために必要となる制御された細孔構造を有し、かつ芳香族低分子化合物の分離も良好で、溶媒交換も自由にできる有機ポリマーモノリス、その製造方法、およびそれを用いた化学物質分離用具を提供すること。
【解決手段】
水酸基および／またはアミド基を有するモノマーに由来するモノマー単位を２０質量％以上含有し、水銀圧入法によるモード（最頻値）直径が０．５〜１０μｍのスルーポアとＢＥＴ法によるモード直径が２〜５０ｎｍのメソポアとを有し、かつＢＥＴ法による比表面積が５０ｍ2／ｇ以上であることを特徴とする有機ポリマーモノリス、その製造方法、
およびそれを用いた化学物質分離用具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ポリマーモノリス、その製造方法、およびそれを用いた化学物質分離用具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、化学物質分析用カラム（たとえば液体クロマトグラフィー用カラム）、化学物質濃縮用カラム（またはカートリッジ）、化学物質除去用カラム（またはカートリッジ）などの化学物質分離用具としては、適当な容器（カラム、カートリッジなど）に、多孔質の球状粒子、破砕粒子、繊維などの充填剤を充填したものが主に使用されてきた。充填剤の種類は、シリカゲル系、有機ポリマー系、アルミナ、ゼオライト、ヒドロキシアパタイト、活性炭、炭化ケイ素など多岐にわたる。特に、液体クロマトグラフィー用カラムとしては、シリカゲル系または有機ポリマー系の多孔質球状粒子を充填したものが大多数を占める。
【０００３】
これら化学物質分離用具の分離性能を上げるためには、充填密度を上げる、充填剤の数平均直径を小さくする、のいずれかの方法が通常用いられる。しかし、前者では、充填剤の形状や直径のばらつきが原因となって充填密度が思うように上がらず、後者では、カラムや装置への圧力負荷が大きくなるため、処理速度に限界を生じやすい。また、内径１ｍｍ以下のミクロポアカラムやキャピラリーカラムでは、充填剤を保持するために必要なフリットのデッド・ボリュームが分離性能を下げる要因となりやすい。
【０００４】
上記の不都合を改善する手段として、カラム内重合（希釈剤存在下での重合）によってロッド状の多孔質連続体（モノリス）を作る技術がある。重合条件を厳密に調整すれば、流量の確保を担うμｍサイズの細孔（スルーポア）と、化学物質との相互作用を担うｎｍサイズの細孔（メソポア）との両方を持つモノリスを作ることができる。このようなモノリスを用いれば、圧力負荷を増やさずに分離性能を上げることが可能になる。さらに、モノリスとカラム内壁面との密着性さえよければ、また必要に応じて密着を促進するような工夫（壁面とモノリスとの共有結合など）を施せば、フリットも不要となる。
【０００５】
モノリスとしては、シリカゲルモノリス（特許文献１、２；非特許文献１、２）と有機ポリマーモノリス（特許文献３〜５；非特許文献２〜８）が研究されており、これらを分離用担体とする液体クロマトグラフィー用カラムはいくつか市販されている。前者では逆相クロマトグラフィー用のＣｈｒｏｍｏｌｉｔｈTM（Ｍｅｒｃｋ社）、後者ではタンパク質のイオン交換または逆相クロマトグラフィー用のＳｗｉｆｔTM（Ｉｓｃｏ社）が例として挙げられる。
【０００６】
上記のうちシリカゲルモノリスは、ｐＨ２以下またはｐＨ９以上の条件で使うと性能が低下しやすく、表面修飾なしでの多機能化が難しい、という欠点を持つ。それに対して有機ポリマーモノリスは、その合成に利用できるモノマーの種類や重合方法の多様さから、化学的安定性（例えばｐＨ１〜１３で使用可能）、および分離に必要な付加機能（例えば疎水性調節、特定分子認識能）を、表面修飾なしでも容易に付与することができる、という利点を持つ。
【０００７】
ところが現実には、有機ポリマーモノリスの場合は、シリカゲルモノリスに比べて合成条件と形成される細孔構造との関係がより複雑であるため、スルーポアおよびメソポアの大きさを独立に再現性よく調整することが難しい。たとえば、分子量１，０００以下である低分子量の化学物質を効率良く分離するためには、モード直径が２〜５０ｎｍのメソポ
アを多く作って比表面積５０ｍ2／ｇ以上を確保し、同時にモード直径が０．５〜１０μ
ｍのスルーポアを充分に形成する必要がある。しかし、この条件を満足させることは極めて難しく、ジビニルベンゼンやエチルスチレンのような疎水性の極めて高い芳香族モノマーをモノマー総量に対して８８〜１００質量％用いた有機ポリマーモノリス、およびエチレンジメタクリレート（「エチレングリコールジメタクリレート」ともいう。）とグリシジルメタクリレートとを、エチレンジメタクリレート（架橋剤）の配合比を４０質量％以下として共重合させた有機ポリマーモノリスにおいて、ごく一部の条件で達成されているに過ぎない（非特許文献３〜８）。
【０００８】
ところが、ジビニルベンゼンやエチルスチレンのような疎水性の極めて高い芳香族モノマーをモノマー総量に対して７５質量％よりも多く用いると、有機ポリマーモノリスへの芳香族低分子化合物の吸着が強すぎて、有機ポリマーモノリスを液体クロマトグラフィー用カラムとして用いるときにクロマトグラムのピークの遅れや広がりを生じたり、化学物質濃縮用カートリッジとして用いるときに目的物質の溶出効率が低下したりすることが多い。また、有機ポリマーモノリスの表面が水に濡れにくくなるため、化学物質除去用カートリッジとして用いるときに除去効率が低下する場合もある。
【０００９】
一方、適度な疎水性を有するエチレンジメタクリレートとグリシジルメタクリレートとの共重合体での成功例は、架橋剤であるエチレンジメタクリレートをモノマー総量に対して４０質量％以下の範囲で配合したものに限られるので、生成するポリマーの膨潤収縮の抑制が不充分となり、液体クロマトグラフィー用カラムとして用いるときに溶媒交換が自由にできない。他に、適度な疎水性を有する架橋剤としてトリメチロールプロパントリメタクリレートを、モノマー総量に対して７０質量％以上用いた例もあるが、比表面積が５０ｍ2／ｇ以上で、かつスルーポアのモード直径が０．５〜１０μｍ、という条件は、満
足できていない（非特許文献５、７）。
【００１０】
したがって、架橋剤を５０質量％以上に増やした場合でも、疎水性を望ましい範囲に調整しつつ、分子量１，０００以下である低分子量の化学物質を効率良く分離するための上記条件（比表面積が５０ｍ2／ｇ以上、かつスルーポアのモード直径が０．５〜１０μｍ
）を満足させることが、有機ポリマーモノリスの実用化への重要な未解決課題となっている。
【００１１】
このような事情から、有機ポリマーモノリスを分離用担体とする通常の液体クロマトグラフィー用カラムとして報告もしくは市販されているもののほとんどが、分子量１，０００を超える高分子、たとえばタンパク質やポリペプチドの分離という用途に限られている。分子量１，０００以下である低分子量の化学物質を効率良く分離できる有機ポリマーモノリスは、圧力負荷を回避するために電気浸透流を利用する特別な形態（キャピラリー電気クロマトグラフィー用）を除いて、いまだ実現されていない。キャピラリー電気クロマトグラフィーは、高めの理論段数を実現しやすい反面、電気伝導性の官能基を必ず導入しなければならないという制限があるうえ、カラム間の性能再現性が得られにくいという問題があるため、汎用の分析手段としては採用しづらく、カラムの製品化も難しい。
【特許文献１】国際公開第ＷＯ９５／０３２５６号パンフレット（米国特許５６２４８７５号明細書）
【特許文献２】国際公開第ＷＯ９８／２９３５０号パンフレット（米国特許６２０７０９８号明細書）
【特許文献３】国際公開第ＷＯ９３／０７９４５号パンフレット（特表平７−５０１１４０号公報）
【特許文献４】米国特許５３３４３１０号明細書
【特許文献５】米国特許５４５３１８５号明細書
【非特許文献１】H.Minakuchi他、“Anal.Chem.”、（米国）、1996年、第68巻、p.3498
【非特許文献２】H.Zou他、“J.Chromatogr.A”、（米国）、2002年、第954巻、p.5
【非特許文献３】J.m.J.Frechet他、“Chem.Mater.”、（米国）、1995年、第７巻、p.707
【非特許文献４】J.m.J.Frechet他、“Chem.Mater.”、（米国）、1996年、第8巻、p.744
【非特許文献５】K.Irgum他、“Chem.Mater.”、（米国）、1997年、第9巻、p.463
【非特許文献６】J.m.J.Frechet他、“Chem.Mater.”、（米国）、1998年、第10巻、p.4072
【非特許文献７】A.B.Holmes他、“Adv.Mater.”、（ドイツ）、1999年、第11巻、p.1270
【非特許文献８】P.Coufal他、“J.Chromatogr.A”、（米国）、2002年、第946巻、p.99
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明者らは、化学物質、なかでも分子量１，０００以下である低分子量の化学物質を効率良く分離できる有機ポリマーモノリスの実現を鋭意検討してきたが、通液の際の圧力負荷を増やさずに分離性能を上げるために必要となる制御された細孔構造を有し、かつ、液体クロマトグラフィー用カラムとして用いるときの芳香族低分子化合物の分離性能が良好で溶媒交換も自由にでき、化学物質濃縮用カートリッジとして用いるときの溶出効率が良好で、化学物質除去用カートリッジとして用いるときの除去効率も良好な有機ポリマーモノリスを作ることは、従来の技術だけでは極めて困難であると判断された。
【００１３】
本発明はこのような技術的課題に鑑みてなされたものであり、上述の従来技術の欠点を解消することが可能な有機ポリマーモノリスを提供することを目的の一つとする。
【００１４】
また、該有機ポリマーモノリスの製造方法を提供することを目的の一つとする。
【００１５】
更に、該有機ポリマーモノリスを用いた化学物質分離用具を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明者らは、鋭意検討した結果、以下のような本発明の有機ポリマーモノリスにより、上記課題を解決することができた。特に、架橋剤（重合性官能基を複数個有するモノマー）を５０質量％以上含有し、かつ水酸基および／またはアミド基（−ＣＯＮＨ2、およ
び／または−ＣＯＮＨ−）を含有するモノマーを２０質量％以上含むモノマー混合物を用いて製造された有機ポリマーモノリスが良好な結果を与える、ということが分かった。
【００１７】
すなわち、本発明は、例えば下記の事項からなる。
（１）水酸基および／またはアミド基を有するモノマーに由来するモノマー単位を２０質量％以上含有し、水銀圧入法によるモード（最頻値）直径が０．５〜１０μｍのスルーポアとＢＥＴ法によるモード直径が２〜５０ｎｍのメソポアとを有し、かつＢＥＴ法による比表面積が５０ｍ2／ｇ以上であることを特徴とする有機ポリマーモノリス。
（２）架橋剤に由来するモノマー単位を５０質量％以上含有し、水銀圧入法によるモード（最頻値）直径が０．５〜１０μｍのスルーポアとＢＥＴ法によるモード直径が２〜５０ｎｍのメソポアとを有し、かつＢＥＴ法による比表面積が５０ｍ2／ｇ以上であることを
特徴とする有機ポリマーモノリス。
（３）モノマー混合物を、希釈剤および重合開始剤の存在下で重合させることによって生成され、
該モノマー混合物は、その総量に対して架橋剤を５０質量％以上含有すると共に水酸基
および／またはアミド基を有するモノマーを２０質量％以上含有し、
該希釈剤は、その総量に対して水酸基、アミド基、カルボキシル基のいずれも有さない希釈剤を８５質量％以上含有する
ことを特徴とする前項（１）または（２）に記載の有機ポリマーモノリス。
（４）モノマー混合物を、希釈剤、重合開始剤および非架橋性ポリマーの存在下で重合させることによって生成され、
該モノマー混合物は、その総量に対して架橋剤を５０質量％以上含有すると共に水酸基および／またはアミド基を有するモノマーを２０質量％以上含有する
ことを特徴とする前項（１）または（２）に記載の有機ポリマーモノリス。
（５）前記希釈剤が、その総量に対して水酸基、アミド基、カルボキシル基のいずれも有さない希釈剤を８５質量％以上含有することを特徴とする前項（４）に記載の有機ポリマーモノリス。
（６）前記の非架橋性ポリマーが、ポリスチレンであることを特徴とする請求項（４）または（５）に記載の有機ポリマーモノリス。
（７）前記の水酸基および／またはアミド基を有するモノマーが、グリセリンジメタクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、メチレンビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−（１，２−ジヒドロキシエチレン）ビス−アクリルアミド、Ｎ−アルキルアクリルアミド、Ｎ−ビニルアルキルアミド、４−（ヒドロキシメチル）スチレン、および４−（アセトアミドメチル）スチレンからなる群から選ばれた１種または２種以上のモノマーであることを特徴とする前項（１）、（３）〜（６）のいずれかに記載の有機ポリマーモノリス。
（８）前記の水酸基、アミド基、カルボキシル基のいずれも有さない希釈剤が、トルエン、エチルベンゼン、キシレン、ジエチルベンゼン、クロロベンゼン、ジオキサン、ヘプタン、オクタンまたはイソオクタンからなる群から選ばれた１種または２種以上の化合物であることを特徴とする前項（３）、（５）〜（７）のいずれかに記載の有機ポリマーモノリス。
（９）モノマー混合物を、希釈剤および重合開始剤の存在下で重合させる工程を含み、
該モノマー混合物は、その総量に対して架橋剤を５０質量％以上含有すると共に水酸基および／またはアミド基を有するモノマーを２０質量％以上含有し、
該希釈剤は、その総量に対して水酸基、アミド基、カルボキシル基のいずれも有さない希釈剤を８５質量％以上含有する
ことを特徴とする前項（１）〜（８）のいずれかに記載の有機ポリマーモノリスの製造方法。
（１０）モノマー混合物を、希釈剤、重合開始剤および非架橋性ポリマーの存在下で重合させる工程を含み、
該モノマー混合物は、その総量に対して架橋剤を５０質量％以上含有すると共に水酸基および／またはアミド基を有するモノマーを２０質量％以上含有する
ことを特徴とする前項（１）〜（８）のいずれかに記載の有機ポリマーモノリスの製造方法。
（１１）前記希釈剤が、その総量に対して水酸基、アミド基、カルボキシル基のいずれも有さない希釈剤を８５質量％以上含有する希釈剤であることを特徴とする前項（１０）に記載の製造方法。
（１２）前記非架橋性ポリマーが、ポリスチレンであることを特徴とする前項（１０）または（１１）に記載の製造方法。
（１３）前記の水酸基および／またはアミド基を有するモノマーが、グリセリンジメタクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、メチレンビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−（１，２−ジヒドロキシエチレン）ビス−アクリルアミド、Ｎ−アルキルアクリルアミド、Ｎ−ビニルアルキルアミド、４−（ヒドロキシメチル）スチレン、および４−（アセトアミドメチル）スチレンからなる群から選ばれた１種または２種以上のモノマーであることを特徴とする前項（９）〜（１２）のいずれかに記載の製造方法。
（１４）前記の水酸基、アミド基、カルボキシル基のいずれも有さない希釈剤が、トルエン、エチルベンゼン、キシレン、ジエチルベンゼン、クロロベンゼン、ジオキサン、ヘプタン、オクタンまたはイソオクタンからなる群から選ばれた１種または２種以上の化合物であることを特徴とする前項（９）、（１１）〜（１３）のいずれかに記載の製造方法。（１５）分離用担体が、前項（１）〜（８）のいずれかに記載された有機ポリマーモノリスまたは表面修飾された該有機ポリマーモノリスであることを特徴とする化学物質分離用具。
（１６）液体クロマトグラフィー用カラムであることを特徴とする前項（１５）に記載の化学物質分離用具。
（１７）化学物質濃縮用カラムまたは化学物質濃縮用固相抽出カートリッジであることを特徴とする前項（１５）に記載の化学物質分離用具。
（１８）化学物質除去用カラムまたは化学物質除去用固相抽出カートリッジであることを特徴とする前項（１５）に記載の化学物質分離用具。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の有機ポリマーモノリスは、制御された細孔構造を有しているため、該有機ポリマーモノリスを用いると、化学物質、なかでも分子量１，０００以下である低分子量の化学物質を効率良く分離することができる。
【００１９】
さらに、本発明の製造方法によれば、上記のような優れた性能を有する有機ポリマーモノリスを提供することができる。
【００２０】
また、本発明の有機ポリマーモノリスを用いれば、通液の際の圧力負荷が小さく、かつ芳香族低分子化合物の分離性能も良好で、溶媒交換も自由にできる化学物質分離用具を提供することができる。
【００２１】
さらに、本発明の化学物質分離用具は、芳香族低分子化合物の分離性能が良好で溶媒交換も自由にできる液体クロマトグラフィー用カラムとして、溶出効率が良好な化学物質濃縮用固相抽出カートリッジとして、あるいは除去効率が良好な化学物質除去用固相抽出カートリッジとして用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２３】
［有機ポリマーモノリス］
本発明でいうモノリスとは、ロッド状の多孔質連続体である。
【００２４】
本発明の有機ポリマーモノリスは、水酸基および／またはアミド基（−ＣＯＮＨ2、お
よび／または−ＣＯＮＨ−）を有するモノマーに由来するモノマー単位を２０質量％（ただし、該有機ポリマーモノリスの質量を１００質量％とする。）以上含有し、水銀圧入法によるモード（最頻値）直径が０．５〜１０μｍのスルーポアとＢＥＴ法によるモード直径が２〜５０ｎｍのメソポアとを有し、かつＢＥＴ法による比表面積が５０ｍ2／ｇ以上
である。
【００２５】
また、本発明のもう１つの有機ポリマーモノリスは、架橋剤に由来するモノマー単位を５０質量％（ただし、該有機ポリマーモノリスの質量を１００質量％とする。）以上含有し、水銀圧入法によるモード（最頻値）直径が０．５〜１０μｍのスルーポアとＢＥＴ法によるモード直径が２〜５０ｎｍのメソポアとを有し、かつＢＥＴ法による比表面積が５０ｍ2／ｇ以上である。
【００２６】
前記の水酸基および／またはアミド基を有するモノマーに由来するモノマー単位とは、例えば、水酸基含有モノマーがグリセリンジメタクリレートの場合、以下のような単位を
いう。なお、このグリセリンジメタクリレートは、後で詳述する架橋剤（重合性官能基を複数個有するモノマー）でもある。
【００２７】
【化１】
【００２８】
本発明の有機ポリマーモノリスを構成する前記の水酸基および／またはアミド基（−ＣＯＮＨ2、および／または−ＣＯＮＨ−）を有するモノマーに由来するモノマー単位の含
量は、該有機ポリマーモノリス１００質量％に対して、２０質量％以上、好ましくは４０質量％以上、より好ましくは５０質量％以上である。この含量は、本発明に用いられるモノマー混合物中の当該モノマーの仕込量で調整することができる。
【００２９】
本発明で言うスルーポアとは、モノリス骨格間の隙間に相当するμｍサイズのマクロな細孔（貫通孔）であり、メソポアとは、モノリス骨格の中に多数形成されたｎｍサイズのミクロな細孔である。また、モード直径とは、水銀圧入法またはＢＥＴ法で、細孔直径をＰ、細孔容積をＶとし、横軸にＰ、縦軸に△Ｖ／△（ｌｏｇＰ）をプロットした細孔サイズ分布曲線において、縦軸値が最高ピークを与えるＰの値を意味する。
【００３０】
水銀圧入法によるスルーポアのモード直径は、０．５〜１０μｍであり、１〜８μｍが好ましく、１〜６μｍがさらに好ましい。０．５μｍ未満では圧力負荷が大きくなり、処理速度が上がりにくくなる傾向があり、１０μｍより大きいとモノリスの空隙率が大きくなり、モノリスの物理的強度を保ちにくくなる傾向がある。
【００３１】
ＢＥＴ法によるメソポアのモード直径は、２〜５０ｎｍであり、２〜４０ｎｍが好ましく、３〜３０ｎｍがさらに好ましい。２ｎｍ未満ではメソポア内に入り込める物質が限定されるためにモノリスが化学物質を分離する性能が低下する傾向があり、５０ｎｍより大きいと比表面積が減少しやすいために前記分離性能が低下する傾向がある。
【００３２】
ＢＥＴ法による比表面積は、５０ｍ2／ｇ以上であり、１００ｍ2／ｇ以上が好ましく、２００ｍ2／ｇ以上がさらに好ましい。５０ｍ2／ｇ未満では充分な分離性能が得られにくくなる傾向がある。
【００３３】
［有機ポリマーモノリスの製造方法］
重合
本発明においては、モノマー混合物を、希釈剤、重合開始剤および必要に応じて加えられる非架橋性ポリマーの存在下に重合させることで有機ポリマーモノリスが生成される。上記の重合反応により、有機ポリマーモノリスは、塊状の重合物、たとえばゲル化した重合物（ゲル化物）として得られる。また、この重合物（有機ポリマーモノリス）は、希釈
剤とは相分離し、スルーポアおよびメソポア内に希釈剤が取り残された状態で得られる。
【００３４】
本発明における重合は、モノマー混合物、希釈剤、重合開始剤、および必要に応じて加えられる非架橋性ポリマーをよく混ぜて得られた溶液または懸濁液を、重合用容器内に充填して行なわれることが好ましい。なお、本発明においては、架橋剤（重合性官能基を分子内に複数個有するモノマー）と非架橋性モノマー（重合性官能基を分子内に１個だけ有するモノマー）とをあわせてモノマー混合物と言う。
【００３５】
前記重合用容器の大きさ、形、材質は、特に限定されないが、重合後にモノリスを取り出さないで、そのまま化学物質分離用具に加工できる方が有利であることを考えると、液体クロマトグラフィー用カラムやガスクロマトグラフィー用カラムの製造に通常用いられる空カラム（ステンレス鋼製、ポリマー製、ガラス製）、配管用チューブ（ステンレス鋼製、ポリマー製）、キャピラリーチューブ（溶融シリカゲル製）、化学物質濃縮用（または除去用）固相抽出カートリッジの製造に用いられる空カートリッジ（ポリマー製、ガラス製）などが好ましい。
【００３６】
上記溶液または懸濁液が充填された重合用容器の両端は、重合前に閉じておくことが普通であるが、中央部または下部にあたる必要部分（端部の切断後に、化学物質分離用具として使用する部分）の重合が完了した時点で、両端または一端に上記溶液または懸濁液が固化せずに残るような条件下では、液体部分が外気を遮断してくれるので、必ずしも容器の端を閉じておく必要はない。たとえば、水浴に浸けて熱重合する場合、細長い配管の場合は下端だけを閉じて開放上端の数ｃｍ分を水面上に出してもよく、Ｕ字型配管やたわみやすいキャピラリーチューブの場合は開放両端の各々数ｃｍ分を水面上に出してもよい。また、両端を閉じた場合でも、上端または両端の数ｃｍ分を意図的に水面上に出して熱重合を行なったり、重合途中で上端または両端に上記溶液または懸濁液を追加したりすることで、モノリスの分断や重合容器内壁との密着不良を防止できることがある。また、光重合の場合は、上端または両端の数ｃｍ分をマスクして光が当たらないようにしておいてもよい。
【００３７】
一方、重合時の体積収縮を逆に利用して重合用容器からモノリスを抜き出し、ちょうどよいサイズの別容器に密着挿入する、モノリスの表面を樹脂などで固める、などの方法を採ってもよく、それらの場合にも、重合時に容器の端を閉じておく必要はない。
【００３８】
＜モノマー混合物＞
〔架橋剤〕
本発明に用いられる架橋剤とは、分子内に重合性官能基を複数個有するモノマーである。該重合性官能基としてはエチレン性二重結合が好ましい。架橋剤が分子内にエチレン性二重結合を有する場合は、エチレン性二重結合は架橋剤分子内に２個以上あればよい。
【００３９】
本発明に用いられる架橋剤としては、（メタ）アクリレート系架橋剤、（メタ）アクリルアミド系架橋剤、芳香族架橋剤などが挙げられるが、架橋反応に関わる官能基間の分子内距離が短いものほど、生成するポリマーの膨潤収縮を抑制する効果が大きいことを考えると、グリセリンジメタクリレート、エチレンジメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、メチレンビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−（１，２−ジヒドロキシエチレン）ビス−アクリルアミド、ジビニルベンゼン、トリアリルイソシアヌレート、またはそれらのうち２種以上の混合物がより好ましい。これらの中でも、グリセリンジメタクリレート、メチレンビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−（１，２−ジヒドロキシエチレン）ビス−アクリルアミドは、後述する水酸基および／またはアミド基を有するモノマーの性質も兼ね備えているのでさらに好ましい。
【００４０】
その他の架橋剤も、本発明の有機ポリマーモノリスの疎水性を望ましい程度に調整する目的で適宜使用することができる。疎水性を最も高めたい場合にはジビニルベンゼンが好ましく用いられる。
【００４１】
本発明に用いられるモノマー混合物中の前記架橋剤の比率は、モノマー混合物の総量（１００質量％）に対して、５０質量％以上であることが好ましく、６０質量％以上であるとより好ましく、７０質量％以上であるとさらに好ましい。架橋剤の比率が上記範囲にあると、生成するポリマーの膨潤収縮を抑制する効果が充分にあるため好ましい。但し、ジビニルベンゼンのように疎水性の極めて高い芳香族架橋剤などの場合は、７５質量％以下にとどめるのが好ましい。例えば、ジビニルベンゼンを７５質量％より多く用いると、有機ポリマーモノリスへの芳香族低分子化合物の吸着が強すぎて、液体クロマトグラフィー用カラムとして用いるときにクロマトグラムのピークの遅れや広がりを生じたり、化学物質濃縮用固相抽出カートリッジとして用いるときに目的物質の溶出効率が低下したりすることが多い。また、有機ポリマーモノリスの表面が水に濡れにくくなるため、化学物質除去用固相抽出カートリッジとして用いるときに除去効率が低下する場合もある。
【００４２】
〔水酸基および／またはアミド基を有するモノマー〕
本発明においては、前記重合によって生成された重合体間または重合体内での水素結合による物理架橋（以下、「水素結合による物理架橋」という。）によって空間が仕切られることを利用して、スルーポアを形成することができる。このような水素結合による物理架橋を利用したスルーポアの形成のためには、水素結合可能な官能基を有するモノマーが、モノマー混合物中に含まれることが必要である。そのようなモノマーの代表例は、水酸基および／またはアミド基を有するモノマーである。水酸基および／またはアミド基を有するモノマーは、上述の架橋剤とは別のモノマー、すなわち非架橋性モノマー（重合性官能基を１個のみ有するモノマー）でもよいし、架橋剤の性質を兼ね備えるモノマー（重合性官能基を複数個有するモノマー）でもよい。
【００４３】
本発明に用いられる水酸基および／またはアミド基を有するモノマーとしては、グリセリンジメタクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、メチレンビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−（１，２−ジヒドロキシエチレン）ビス−アクリルアミド、Ｎ−アルキルアクリルアミド、Ｎ−ビニルアルキルアミド、４−（ヒドロキシメチル）スチレン、４−（アセトアミドメチル）スチレンなどが好ましい。前記モノマーが架橋剤としての役割も兼ねれば生成するポリマーの膨潤収縮の抑制にも寄与できることを考えると、グリセリンジメタクリレート、メチレンビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−（１，２−ジヒドロキシエチレン）ビス−アクリルアミドがより好ましく、前記モノマーが水酸基を有していれば有機ポリマーモノリスを修飾を施しやすいという利点があることを考えると、グリセリンジメタクリレート、Ｎ，Ｎ’−（１，２−ジヒドロキシエチレン）ビス−アクリルアミドがさらに好ましい。これらは単独で用いてもよいし、複数組み合わせて用いてもよい。
【００４４】
本発明に用いられるモノマー混合物中の前記の水酸基および／またはアミド基を有するモノマーの比率は、モノマー混合物の総量（１００質量％）に対して２０質量％以上であることが好ましく、２５質量％以上がより好ましく、４０質量％以上がさらに好ましく、５０質量％以上が特に好ましい。前記の水酸基および／またはアミド基を有するモノマーの比率が上記範囲にあると、有機ポリマーモノリスにおいて水素結合による物理架橋によってスルーポアが形成されるという効果が十分に発揮されるため好ましい。
【００４５】
本発明に用いられるモノマー混合物は、その総量（１００質量％）に対して、架橋剤（重合性官能基を複数個有するモノマー）を５０質量％以上含有すると共に、水酸基および／またはアミド基を有するモノマーを２０質量％以上含有するという条件さえ満たしていればよく、さらに、非架橋性モノマーであって、水酸基またはアミド基のいずれも有さな
いモノマーを含有していてもよい。
【００４６】
このようなモノマーとして、たとえば、最終的に得られる有機ポリマーモノリスが化学物質を分離する性能を損なわない範囲で、エチルスチレン、メチルスチレン、クロロメチルスチレン、グリシジルメタクリレート、メチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、メタクリロイルオキシエチルイソシアナートなどを加えることができる。
【００４７】
＜非架橋性ポリマー＞
本発明の一つの形態においては、本発明での重合反応に関与することなく一定空間を占有し続ける物質を反応系に添加することによって、該物質をテンプレートとして、スルーポアを形成することができる。そのような物質の代表例は、非架橋性ポリマーであり、具体的にはエチレン性二重結合などのラジカル重合性官能基を持たないポリマーである。スルーポアのこのような形成方法は、前記の水酸基および／またはアミド基を有するモノマーの添加（より好ましくは、水酸基、アミド基、カルボキシル基のいずれも有さない希釈剤（化合物）を、希釈剤の総量に対して８５質量％以上含む希釈剤の併用）によるスルーポア形成と組み合わせて用いる場合に、特に効果を発揮する。
【００４８】
前記非架橋性ポリマーとしては、特に限定はないが、ポリスチレン、ポリエチレングリコール、ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）、などが挙げられる。これらの中では、比較的安定して特定の平均分子量を有するポリマーを複数種入手できることや、疎水性が中程度から高程度までの比較的広範囲の系において、前記モノマー混合物や前記希釈剤との相溶性に優れることを考えると、ポリスチレンが好ましく用いられる。
【００４９】
これらは単独で用いてもよいし、種類や平均分子量の異なるものを複数組み合わせて用いてもよい。
【００５０】
なお、重合時に前記非架橋性ポリマーが前記モノマー混合物や前記希釈剤に溶けていることは必須ではなく、前記非架橋性ポリマーの微液滴または微粒子が他の原料に懸濁または乳濁した状態で重合を進行させてもよい。例えば前記非架橋性ポリマーがポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）である場合は、水溶液にしたポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）を３２℃未満で他の原料に乳濁させた後、３２℃以上でモノマー混合物の重合を行なえば、ミセルが固化したサイズに応じて生成したポリマー中にスルーポアを空けることができ、かつ重合後に３２℃未満で水洗することによって容易にポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）を除去することが可能である。
【００５１】
＜希釈剤＞
本発明に用いられる希釈剤（以下「溶媒」ともいう。）としては、前記のモノマー混合物、重合開始剤、および必要に応じて加えられる非架橋性ポリマーとの溶液または充分均一な懸濁液を作れるものであれば特に制限はなく、モノマー混合物中に極性の高い化合物が多い場合は、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、１−プロパノール、水などの極性溶媒を、単独でまたは他の溶媒と組み合わせて用いてもよい。また、有機ポリマーモノリスのスルーポアの形に規則性を持たせる目的で、液晶のような配向性・自己集積性を有する物質を希釈剤として用いてもよい。
【００５２】
なお本発明においては、水酸基および／またはアミド基を有するモノマーを、モノマー混合物の総量に対して２０質量％以上含有するモノマー混合物が用いられるが、非架橋性ポリマーの助けを借りない場合は、水素結合による物理架橋によってスルーポアが形成されるという効果を薄れさせないため、水酸基、アミド基、カルボキシル基のいずれも有さない希釈剤（化合物）を希釈剤の総量に対して８５質量％以上含む希釈剤を使用することが好ましい。
【００５３】
水酸基、アミド基、カルボキシル基のいずれも有さない溶媒としては、入手のしやすさを考えると、トルエン、エチルベンゼン、キシレン、ジエチルベンゼン、クロロベンゼン、ジオキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタンがより好ましく、架橋剤としてよく用いられる（メタ）アクリレート系またはスチレン系のモノマーや、非架橋性ポリマーとしてよく用いられる非架橋ポリスチレンとの相溶性を考えると、トルエン、エチルベンゼン、キシレン、ジエチルベンゼン、クロロベンゼン、ジオキサンがさらに好ましい。これらは単独で用いてもよいし、複数組み合わせて用いてもよい。
【００５４】
非架橋性ポリマーを使用しない場合であって、メタノール、水、酢酸などの、水酸基、アミド基またはカルボキシル基を有する溶媒を使用する場合には、その使用量は希釈剤総量に対して１５質量％未満とする必要がある。また、非架橋性ポリマーを使用する場合であっても、このような範囲とすることが好ましい。１５質量％以上では、水酸基および／またはアミド基を有するモノマーによる物理架橋が妨げられ、スルーポアの形成が充分に行なわれなくなる。
【００５５】
本発明において、前記の水酸基および／またはアミド基を有するモノマー、および水酸基、アミド基、カルボキシル基のいずれも有さない希釈剤を組み合わせて用いた場合の水素結合による物理架橋の存在は、重合物のゲル化の過程を動的光散乱法で観察して、散乱緩和時間と散乱強度との関係を自己相関関数分布としてモニターしたときの、自己相関関数の減衰が遅れる現象や、生成したモノリスのフーリエ変換赤外吸収スペクトルで、水酸基またはアミド基の関わる吸収の一部が低波数シフトする現象などによって確認することができる。
【００５６】
本発明に用いられる希釈剤の比率は、モノマー混合物、希釈剤、および必要に応じて加えられる非架橋性ポリマーの総和に対して４０〜９０質量％であることが好ましく、５０〜８５質量％がより好ましく、６０〜８０質量％がさらに好ましい。４０質量％未満では、モノリスのスルーポアの容積が不足して、通液の際に圧力負荷が大きくなる傾向がある。９０質量％を超えると、スルーポアの容積が大きくなりモノリスの物理的強度が低下する傾向がある。
【００５７】
＜重合開始剤＞
本発明に用いられる重合開始剤としては、熱重合開始剤、光重合開始剤、レドックス重合開始剤などが挙げられるが、適用範囲の広さを考えると、ラジカル性熱重合開始剤が好ましい。入手のしやすさを考えると、２，２’−アゾビス（イソブチロニトリル）、２，２’−アゾビス（２，４―ジメチルバレロニトリル）のようなアゾ系化合物、過酸化ベンゾイル、過酸化ジクロロベンゾイル、過酸化ジクミル、過酸化ラウロイルのような有機過酸化物がより好ましく、取り扱いのしやすさを考えると、２，２’−アゾビス（イソブチロニトリル）、２，２’−アゾビス（２，４―ジメチルバレロニトリル）のようなアゾ系化合物がさらに好ましい。
【００５８】
前記重合開始剤の比率は、モノマー混合物１００質量部に対して０．１〜３質量部であることが好ましく、０．１〜２質量部であるとより好ましく、０．２〜１質量部であるとさらに好ましい。前記重合開始剤の比率が０．１質量部未満では、重合が完結するまでに要する時間が長くなる傾向があり、３質量部よりも多いと、スルーポアが充分に形成されない傾向があり、またスケールによっては発熱量が大きくなる傾向がある。
【００５９】
＜重合条件＞
本発明において重合を行なう温度は、熱重合、光重合、レドックス重合などの重合メカニズムの違いにより好適な範囲が異なるため、特に限定されないが、たとえば最もよく行なわれる熱重合の場合は、４０〜１００℃が好ましい。スルーポアを充分に形成しやすい
ことを考えると、４５〜８０℃がより好ましく、５０〜７０℃がさらに好ましい。重合を行なう温度が４０℃未満では、重合が完結するまでに要する時間が長くなる傾向があり、１００℃より高いと、スルーポアが充分に形成されない傾向があり、またスケールによっては発熱量が大きくなる傾向がある。
【００６０】
なお、細孔構造の微調整のために必要であれば、温度を段階的または連続的に変化させてもよい。もちろん、光重合やレドックス重合の場合は、重合を行なう温度が４０℃未満であっても多大な時間を要せずに重合を完結させ得ることが多い。
【００６１】
本発明において重合を行なう時間は、重合メカニズム、重合開始剤の種類と使用量、重合温度などにより好適な範囲が異なるため、特に限定されないが、たとえば最もよく行なわれる熱重合の場合は、再現性を確保するために重合を完結するほうがよいことと、実用的な作業時間とを考えると、４〜４８時間が好ましく、５〜３６時間がより好ましく、６〜２４時間がさらに好ましい。重合を行なう時間が４時間未満では、重合が完結しないため充分に重合物が固化しないか重合の再現性が確保できなくなる傾向があり、４８時間よりも長いと、製造に時間がかかる。ただし、光重合の場合は、４時間未満でも重合が完結する場合が多いので、重合時間の一層の短縮が図れる可能性がある。
【００６２】
有機ポリマーモノリスの表面修飾
本発明の有機ポリマーモノリスには、必要に応じて表面修飾を施すことができる。表面修飾の方法としては、従来から粒子型充填剤の表面修飾に用いられている種々の方法を転用すればよく、特に限定されない。例えば、モノリス表面の水酸基やオキシラン環などとの反応、モノリス表面に残存する二重結合を利用したグラフト化、モノリス表面への吸着を利用したコーティング、またはそれらの複合による手法を用いて、官能基を導入したり、疎水性を調整したりすることが挙げられる。これらの方法によるモノリスの表面修飾は、内部にモノリスが形成されている容器へ、修飾用の試薬などを直接送り込む方式で行なってもよいし、いったん容器から取り出したモノリスを、修飾用の試薬などに接触させる方式で行なってもよい。
【００６３】
［化学物質分離用具］
本発明の化学物質分離用具は、本発明の有機ポリマーモノリスまたは表面修飾を施された該有機ポリマーモノリスを用いたものであり、その形態は特に限定はされない。例えば、カラム、キャピラリー、マイクロチャネル、カートリッジ、ディスク、フィルター、プレートなどが挙げられる。また、その用途も、化学物質の分離に関わるものであれば特に限定はされない。例えば、液体クロマトグラフィー、剪断駆動クロマトグラフィー（Ｓｈｅａｒ−ｄｒｉｖｅｎ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ）、電気クロマトグラフィー、電気泳動、薄層クロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィー、化学物質濃縮、化学物質除去などが挙げられる。
【００６４】
上記の形態と用途とは自由に組み合わせることができるが、通液の際の圧力負荷が小さく、かつ芳香族低分子化合物の分離も良好で、溶媒交換も自由にできる、という本発明の効果が有効に活用されることを考えると、液体クロマトグラフィー用カラム（キャピラリー型を含む）、剪断駆動クロマトグラフィー（Ｓｈｅａｒ−ｄｒｉｖｅｎ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ）用マイクロチャネル、薄層クロマトグラフィー用プレート、化学物質濃縮用カラム（または固相抽出カートリッジ）、化学物質除去用カラム（または固相抽出カートリッジ）がより好ましく、液体クロマトグラフィー用カラム（キャピラリー型を含む）、化学物質濃縮用カラム（または固相抽出カートリッジ）、化学物質除去用カラム（または固相抽出カートリッジ）がさらに好ましい。
【００６５】
本発明の化学物質分離用具は、本発明の有機ポリマーモノリスまたは表面修飾を施され
た該有機ポリマーモノリスを容器（またはチャネル）内で調製し、そのままの形で用具として仕上げたものであってもよいし、容器（またはチャネル）ごと適当な長さに切断した後、必要な加工を加えたものであってもよい。また、いったん容器（またはチャネル）から中身を取り出して、必要に応じて切断、破砕、表面修飾などをさらに加えた後に、別の容器（またはチャネル）に充填あるいは挿入したものであってもよい。あるいはモノリスの表面を樹脂などで固めることによって用具として仕上げたものであってもよい。
【００６６】
好ましい例としては、溶融シリカキャピラリー内で有機ポリマーモノリスを調製し、適当な長さに切断した液体クロマトグラフィー用キャピラリーカラム、ポリプロピレン製注射筒内で有機ポリマーモノリスを調製し、必要に応じて出口フィルターを取り付けた化学物質濃縮用カートリッジ、などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
［実施例］
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。
【００６７】
［実施例１］
＜ＧＤＭＡ＋トルエン： ゲル化観察、細孔分布と比表面積の測定＞
グリセリンジメタクリレート（ＧＤＭＡ）（２．０ｇ）、トルエン（２．０ｇ）およびＡＩＢＮ（１０ｍｇ）の均一混合物を、０．２μｍのＰＴＦＥフィルターで濾過しながらガラス製試験管（内径１．０ｃｍ×長さ２０ｃｍ）に移し、パスツールピペットを使ってアルゴンガスを１０分間バブリングした。次いで試験管の開口部をキャップとテフロン(R)シールテープで密閉し、６０℃の水浴（ガラス製）に浸けて６時間重合を行なった。そ
の間、試験管内容物の様子をＣＣＤビデオカメラに収録し、ゲル化過程を観察したところ、強く白濁したゲル層が断続的（段階的）に積み重なっていき、水平な縞模様を形成することが分かった。ゲル断片をＴＨＦで洗浄後、金蒸着してＳＥＭ観察（Ｈｉｔａｃｈｉ Ｓ−３０００Ｎ、倍率４００〜５，０００倍）を行なったところ、厚み約０．５〜１μｍのよく繋がった骨格と、骨格間の距離約１〜２μｍのよく繋がったスルーポアとが、互いに偏りなく分散した網目構造が確認された。
【００６８】
水銀圧入法（Ｍｉｃｒｏｍｅｔｒｉｃｓ社製ＰＯＲＥＳＩＺＥＲ９３２０）によるスルーポアのモード直径は２０５０ｎｍであった。ＢＥＴ法（Ｍｉｃｒｏｍｅｔｒｉｃｓ社製ＧＥＭＩＮＩII）によるメソポアのモード直径は９．０８ｎｍ、比表面積は７５．１ｍ2
／ｇであった。
【００６９】
［比較例１ａ］
＜ＧＤＭＡ＋トルエン＋メタノール： ゲル化観察、細孔分布と比表面積の測定＞
実施例１で用いられた均一混合物にメタノール（０．４ｇ）を加えたほかは、実施例１と同様な方法で重合、観察および測定を行なった。ゲル化過程の観察では、強く白濁したゲル層が断続的（段階的）に積み重なっていき、水平な縞模様を形成することが分かった。縞模様は実施例１よりも明瞭に観察された。ＳＥＭ観察では、直径約５〜１０μｍのポリマー球が隙間なく凝集した構造をしており、スルーポアは全く観察されなかった。
【００７０】
水銀圧入法（Ｍｉｃｒｏｍｅｔｒｉｃｓ社製ＰＯＲＥＳＩＺＥＲ９３２０）では、モード直径が０．５μｍ以上の細孔は検出されなかった。ＢＥＴ法（Ｍｉｃｒｏｍｅｔｒｉｃｓ社製ＧＥＭＩＮＩII）によるメソポアのモード直径は７．８６ｎｍ、比表面積は１７６．８ｍ2／ｇであった。
【００７１】
［比較例１ｂ］
＜ＥＤＭＡ＋トルエン： ゲル化観察、細孔分布と比表面積の測定＞
実施例１で用いられたグリセリンジメタクリレート（ＧＤＭＡ）をエチレンジメタクリ
レート（ＥＤＭＡ）（２．０ｇ）に替えたほかは、実施例１と同様な方法で重合、観察および測定を行なった。ゲル化過程の観察では、半透明なゲル層が連続的に生成し、ゲル上端面がスムーズに上昇していくことが分かった。ＳＥＭ観察では、ポリマー連続体が波打つ縞模様をなして積み重なっていた。５μｍ以上に及ぶ断層のような隙間が所々に見られたが、偏りなく分散したスルーポアは観察されなかった。
【００７２】
水銀圧入法（Ｍｉｃｒｏｍｅｔｒｉｃｓ社製ＰＯＲＥＳＩＺＥＲ９３２０）では、モード直径が０．５μｍ以上の細孔は検出されなかった。ＢＥＴ法（Ｍｉｃｒｏｍｅｔｒｉｃｓ社製ＧＥＭＩＮＩII）によるメソポアのモード直径は４．７９ｎｍ、比表面積は２６６．３ｍ2／ｇであった。
【００７３】
［比較例１ｃ］
＜ＨＤＭＡ＋トルエン： ゲル化観察、細孔分布と比表面積の測定＞
実施例１で用いられたグリセリンジメタクリレート（ＧＤＭＡ）を１，６−ヘキサンジオールジメタクリレート（ＨＤＭＡ）（２．０ｇ）に替えたほかは、実施例１と同様な方法で重合、観察および測定を行なった。ゲル化過程の観察では、ほぼ透明なゲル層が連続的に生成し、ゲル上端面がスムーズに上昇していくことが分かった。ＳＥＭ観察では、ノンポーラスな連続体に見え、スルーポアは全く観察されなかった。
【００７４】
水銀圧入法（Ｍｉｃｒｏｍｅｔｒｉｃｓ社製ＰＯＲＥＳＩＺＥＲ９３２０）では、モード直径が０．５μｍ以上の細孔は検出されなかった。ＢＥＴ法（Ｍｉｃｒｏｍｅｔｒｉｃｓ社製ＧＥＭＩＮＩII）によるメソポアのモード直径は測定不能、比表面積は４．９ｍ2
／ｇであった。
【００７５】
［実施例２］
＜ＧＤＭＡ＋トルエン： ゲル化点でのＤＬＳ測定＞
グリセリンジメタクリレート（ＧＤＭＡ）（２．０ｇ）、トルエン（２．０ｇ）およびＡＩＢＮ（６ｍｇ）の均一混合物を、０．２μｍのＰＴＦＥフィルターで濾過しながらガラス製試験管（内径１．０ｃｍ×長さ２０ｃｍ）に移し、パスツールピペットを使ってアルゴンガスを１０分間バブリングした。次いで試験管の開口部をキャップとテフロン(R)
シールテープとで密閉し、６０℃水浴中でのゲル化の過程を動的光散乱法により観察した。具体的には、ＡＬＶ社（ランゲン、ドイツ）製、動的光散乱（ＤＬＳ）装置（ＡＬＶ５０００、Ｈｅ−Ｎｅレーザー、出力：２２ｍＷ、波長：６３２．８ｎｍ）の試料ホルダーを６０℃の水浴に浸けて、その中に上記試験管を挿入し、入射光に対して９０度の角度における光散乱強度を連続測定した。この連続データを３０秒間隔で切り出し統計処理をして、３０秒ごとの散乱緩和時間と散乱強度との関係を、当該緩和時間１０-4ｍｓから１０4ｍｓまでの自己相関関数分布としてプロットしながらモニターした。その結果、ゲル化
時点では、当該プロットより緩和時間３００ｍｓにおいても自己相関関数は０．１１と高く、水素結合が関与して分子間の距離相関が強くなり物理的な架橋密度が大きくなっていることが示唆された。
【００７６】
［比較例２ａ］
＜ＧＤＭＡ＋トルエン＋メタノール： ゲル化点でのＤＬＳ測定＞
実施例２で用いられた均一混合物にメタノール（０．４ｇ）を加えたほかは、実施例２と同様な方法で重合および測定を行なった。その結果、緩和時間３００ｍｓにおける自己相関関数は０．０１１と極めて小さく、メタノールの添加により水素結合の関与が消失して分子間距離相関が小さくなり、物理的架橋密度が下がっていることが示唆された。
【００７７】
［比較例２ｂ］
＜ＥＤＭＡ＋トルエン： ゲル化点でのＤＬＳ測定＞
実施例２のグリセリンジメタクリレート（ＧＤＭＡ）をエチレンジメタクリレート（ＥＤＭＡ）（２．０ｇ）に替えたほかは、実施例２と同様な方法で重合および測定を行なった。その結果、緩和時間３００ｍｓにおける自己相関関数は０．０８４であり、実施例２よりも小さく、物理的な架橋密度が実施例２よりも小さいことが示唆された。
【００７８】
［比較例２ｃ］
＜ＨＤＭＡ＋トルエン： ゲル化点でのＤＬＳ測定＞
実施例２で用いられたグリセリンジメタクリレート（ＧＤＭＡ）を１，６−ヘキサンジオールジメタクリレート（ＨＤＭＡ）（２．０ｇ）に替えたほかは、実施例２と同様な方法で重合および測定を行なった。その結果、緩和時間３００ｍｓにおける自己相関関数は０．０２５と小さく、物理的な架橋密度がかなり低いことが示唆された。
【００７９】
［実施例３］
＜ＧＤＭＡ２５％＋ＥＤＭＡ７５％モノリスキャピラリーカラム（希釈剤：トルエン）＞
ＧＤＭＡ（１．０ｇ）、ＥＤＭＡ（３．０ｇ）、トルエン（６．０ｇ）およびＡＩＢＮ（２０ｍｇ）の均一混合物に窒素ガスを１５分間バブリングした。この混合物の少量をシリンジポンプでポリイミド被覆溶融シリカキャピラリー（内径２００μｍ×外径３７５μｍ×長さ８００ｍｍ）に充填した。具体的には、２０μｌ／ｍｉｎで５分間（１００μｌ）送液した後、キャピラリーの両端をテフロン(R)シールテープで塞いだ。このキャピラ
リー全体の中央部６００ｍｍ分を６０℃の水浴に浸けて、２２時間重合を行なった。キャピラリーを水浴から取り出し、両端２５０ｍｍずつをカットして、内径２００μｍ×外径３７５μｍ×長さ３００ｍｍのモノリスキャピラリーカラムを得た。
【００８０】
この一端をＵｐｃｈｕｒｃｈ社製のシリカシールタイトスリーブ（内径３９５μｍ、外径１／１６ｉｎｃｈ、長さ４０．６ｍｍ）に挿入し、Ｕｐｃｈｕｒｃｈ社製のシールタイトフィッティング、フェラル、ユニオンを用いてＨＰＬＣ用ポンプに接続した。ＴＨＦを２．０μｌ／ｍｉｎで５時間通液して洗浄後、カラムをＨＰＬＣ用ポンプから外し、Ｍｉｃｒｏ−Ｔｅｃｈ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社（米国）製ミクロＬＣシステム（Ｔｈｅ Ｕｌｔｒａ−ＰｌｕｓII）のインジェクターとＵＶ検出器の間に直接接続して評価した。接続には、Ｕｐｃｈｕｒｃｈ社製のシリカシールタイトスリーブ、シールタイトフィッティング、フェラルを用いた。評価条件を以下に示す。
【００８１】
移動相：アセトニトリル／水＝６０／４０（ｖ／ｖ）
流量 ：２．０μｌ／ｍｉｎ
注入量：０．１０μｌ （ループから０．０５ｍｉｎ自動注入）
試料 ：プロピルベンゼン２００ｐｐｍ（移動相に溶解）
温度 ：４０℃
検出 ：ＵＶ ２５４ｎｍ（セル容量０．２５μｌ、光路長２ｍｍ）
その結果、装置のシステム圧力を引いたカラム圧力は４．８ＭＰａ、プロピルベンゼンの理論段数は４，５００段であった。なお、理論段数は半値幅法に従い、保持時間ｔR、ピ
ーク半分高さの幅（Ｗ0.5）を用いて次式から求めた。
【００８２】
理論段数＝５．５４×（ｔR／Ｗ0.5）2
カットした残りのキャピラリーについて、断面に金蒸着を施した後にＳＥＭ観察を行なったところ、ポリマー骨格とスルーポアとが偏りなく分散した網目構造が確認された。
【００８３】
［比較例３］
＜ＥＤＭＡ１００％モノリスキャピラリーカラム（希釈剤：トルエン）＞
実施例３で用いられたモノマー（ＧＤＭＡおよびＥＤＭＡ）をＥＤＭＡ（４．０ｇ）に替えたほかは、実施例３と同様な方法で、内径２００μｍ×外径３７５μｍ×長さ３００
ｍｍのモノリスキャピラリーカラムを作成し、この一端を実施例３と同様な方法でＨＰＬＣ用ポンプに接続した。ＴＨＦによる洗浄を試みたが、１．０μｌ ／ｍｉｎでもカラム
圧力が１５ＭＰａを超えてしまい、通液することができなかった。カットした残りのキャピラリーについて、断面に金蒸着を施した後にＳＥＭ観察を行なったところ、スルーポアは全く観察されなかった。
【００８４】
［実施例４］
＜ＧＤＭＡモノリスキャピラリーカラム（希釈剤（クロロベンゼン）＋ＰＳ）＞
ＧＤＭＡ（４．０ｇ）、クロロベンゼン（５．７ｇ）、平均分子量２５万のポリスチレン（０．３ｇ）およびＡＩＢＮ（２０ｍｇ）の均一混合物に窒素ガスを１５分間バブリングした。この混合物の少量をシリンジポンプでポリイミド被覆溶融シリカキャピラリー（内径２００μｍ×外径３７５μｍ×長さ８００ｍｍ）に充填した。具体的には、２０μｌ／ｍｉｎで５分間（１００μｌ）送液した後、キャピラリーの両端をテフロン（Ｒ）シールテープで塞いだ。このキャピラリー全体の中央部６００ｍｍ分を５５℃の水浴に浸けて、２２時間重合を行なった。キャピラリーを水浴から取り出し、両端２５０ｍｍずつをカットして、内径２００μｍ×外径３７５μｍ×長さ３００ｍｍのモノリスキャピラリーカラムを得た。
【００８５】
この一端をＵｐｃｈｕｒｃｈ社製のシリカシールタイトスリーブ（内径３９５μｍ、外径１／１６ｉｎｃｈ、長さ４０．６ｍｍ）に挿入し、Ｕｐｃｈｕｒｃｈ社製のシールタイトフィッティング、フェラル、ユニオンを用いてＨＰＬＣ用ポンプに接続した。ＴＨＦを３．０μｌ／ｍｉｎで３時間通液して洗浄後、カラムをＨＰＬＣ用ポンプから外し、Ｍｉｃｒｏ−Ｔｅｃｈ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社（米国）製ミクロＬＣシステム（Ｔｈｅ Ｕｌｔｒａ−Ｐｌｕｓ II）のインジェクターとＵＶ検出器の間に直接接続して評価した。
接続には、Ｕｐｃｈｕｒｃｈ社製のシリカシールタイトスリーブ、シールタイトフィッティング、フェラルを用いた。評価条件を以下に示す。
【００８６】
移動相：アセトニトリル／水＝６０／４０（ｖ／ｖ）
流量 ：２．０μｌ／ｍｉｎ
注入量：０．１０μｌ （ループから０．０５ｍｉｎ自動注入）
試料 ：プロピルベンゼン２００ｐｐｍ（移動相に溶解）
温度 ：４０℃
検出 ：ＵＶ ２５４ｎｍ（セル容量０．２５μｌ、光路長２ｍｍ）
その結果、装置のシステム圧力を引いたカラム圧力は２．９ＭＰａ、プロピルベンゼンの理論段数は５，６００段であった。カットした残りのキャピラリーについて、断面に金蒸着を施した後にＳＥＭ観察を行なったところ、ポリマー骨格とスルーポアとが偏りなく分散した網目構造が確認された。
【００８７】
［実施例５］
＜ＥＤＭＡモノリスキャピラリーカラム（希釈剤（クロロベンゼン）＋ＰＳ）＞
ＧＤＭＡをＥＤＭＡに替えたほかは実施例４と同様な方法で、内径２００μｍ×外径３７５μｍ×長さ３００ｍｍのモノリスキャピラリーカラムを作成し、この一端を実施例４と同様な方法でＨＰＬＣ用ポンプに接続した。ＴＨＦを３．０μｌ ／ｍｉｎで３時間通
液して洗浄後、カラムをＨＰＬＣ用ポンプから外し、Ｍｉｃｒｏ−Ｔｅｃｈ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製ミクロＬＣシステム（Ｔｈｅ Ｕｌｔｒａ−Ｐｌｕｓ II）のインジェク
ターとＵＶ検出器の間に直接接続して評価した。接続方法および評価条件は、実施例４と同じであった。
【００８８】
その結果、装置のシステム圧力を引いたカラム圧力は４．０ＭＰａ、プロピルベンゼンの理論段数は２，９００段であった。カットした残りのキャピラリーについて、断面に金
蒸着を施した後にＳＥＭ観察を行なったところ、ポリマー骨格とスルーポアとが偏りなく分散した網目構造が確認された。
【００８９】
［実施例６］
＜ＧＤＭＡモノリスキャピラリーカラムの表面修飾＞
実施例４で得られた内径２００μｍ×外径３７５μｍ×長さ３００ｍｍのモノリスキャピラリーカラムの一端にシリンジポンプを接続し、ピリジンを３．０μｌ／ｍｉｎで６時間通液し、次いで塩化ブタノイルの２ｗｔ％ピリジン溶液を０．１μｌ／ｍｉｎで１２時間通液した。カラムをシリンジポンプから外し、実施例４と同様な方法でＨＰＬＣ用ポンプに接続した。メタノールを３．０μｌ ／ｍｉｎで２４時間通液して洗浄した後、カラ
ムをＨＰＬＣ用ポンプから外し、Ｍｉｃｒｏ−Ｔｅｃｈ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製ミクロＬＣシステム（Ｔｈｅ Ｕｌｔｒａ−Ｐｌｕｓ II）のインジェクターとＵＶ検出器の
間に直接接続して評価した。接続方法および評価条件は、実施例４と同じであった。
【００９０】
その結果、装置のシステム圧力を引いたカラム圧力は３．９ＭＰａ、プロピルベンゼンの理論段数は３，４００段であった。また、プロピルベンゼンの保持時間は、実施例４の１．６倍になっていた。
【００９１】
［実施例７］
＜ＧＤＭＡ＋ＤＶＢモノリスカートリッジ（希釈剤（トルエン）＋ＰＳ）＞
ＧＤＭＡ（４．８ｇ）、ｍ−ジビニルベンゼン（ＤＶＢ）（７．２ｇ）、トルエン（３９．７ｇ）、平均分子量２５万のポリスチレン（１．６ｇ）およびＡＩＢＮ（８０ｍｇ）の均一混合物に窒素ガスを１５分間バブリングした。この混合物を、下端をキャップ（内径１２．７ｍｍのポリプロピレン製注射筒型空カートリッジを中央で切り、細口側の先端を塞いだもの）で塞いだ内径９．５２ｍｍ、外径１２．７ｍｍ、長さ４００ｍｍのテフロン(R)チューブに、下端から３５０ｍｍの高さまで注ぎ入れ、上端をキャップ（内径１２
．７ｍｍのポリプロピレン製注射筒型空カートリッジを中央で切り、広口側に連結用アダプターを嵌めて出口を塞いだもの）で塞いだ。次いで、テフロン(R)チューブの下から３
００ｍｍの高さまでを６０℃の水浴に浸けて、２４時間重合を行なった。上端のキャップ外し上部に少し残った液体を除去してから、テフロン(R)チューブごと長さ１０ｍｍずつ
の円柱状に切り分けたところ、各円柱からモノリスが容易に抜け落ちた。風乾したモノリスの直径は８．８０ｍｍであり、これをメタノールに浸すと直径９．０５ｍｍまで膨潤することが分かった。
【００９２】
続いて、下端から３〜２０番目のモノリスから断面がきれいなものをいくつか選んで、各々を内径８．８０ｍｍ、容量３ｍｌサイズのポリプロピレン製注射筒型空カートリッジ（下端フリット装着済み）へ挿入充填し、上端フリットを装着した。次に、各カートリッジの入口からＴＨＦ（２０ｍｌ）、アセトン／酢酸エチル＝１／１（１０ｍｌ）、メタノール（１０ｍｌ）、水（１０ｍｌ）を順次注ぎ、かつ自然落下させて洗浄した。
【００９３】
モノリスを充填した前記のカートリッジは、化学物質濃縮用または化学物質除去用固相抽出カートリッジとして使用することができる。例えば、純水５００ｍｌに農薬混合標準液（メソミル（分子量：１６２．２）、ベンダイオカルブ（分子量：２２３．２）、メチオカルブ（分子量：２２５．３）を各３００ｐｐｍ含有。）を２５μｌ添加したサンプル液を、ダイアフラム型定量ポンプを用いて１０ｍｌ／ｍｉｎの速度で前記カートリッジに全量通液した後に、アセトン／酢酸エチル＝１／１（１０ｍｌ）で溶出、３０℃に加温しながら窒素ガス噴き付けにより濃縮、アセトニトリルで３ｍｌに定容し、ＨＰＬＣ分析したところ、良好な回収率（メソミル：９９％、ベンダイオカルブ：１０２％、メチオカルブ：９９％）を確認することができた。
【００９４】
なお、ゲル状のモノリス断片を、ＴＨＦで洗浄した後に金蒸着してＳＥＭ観察（倍率５００倍）を行なったところ、直径約５〜１０μｍの粒子状単位が互いによく繋がった骨格と、骨格間の最大距離約１０〜２０μｍのよく繋がったスルーポアとが、互いに偏りなく分散した網目構造が確認された。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明によれば、制御された細孔構造を有し、化学物質、なかでも分子量１，０００以下である低分子量の化学物質を効率良く分離できる有機ポリマーモノリス、およびその製造方法を提供することができる。このような有機ポリマーモノリスを用いることにより、圧力負荷が小さく、かつ芳香族低分子化合物の分離も良好で、溶媒交換も自由にできる、液体クロマトグラフィー用カラム、化学物質濃縮用カラムまたは化学物質濃縮用固相抽出カートリッジ、あるいは化学物質除去用固相抽出カートリッジなどの化学物質分離用具を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】図１は、（実施例１）＜ＧＤＭＡ＋トルエン＞で生成したゲル断片のＳＥＭ写真である。
【図２】図２は、（比較例１ａ）＜ＧＤＭＡ＋トルエン＋メタノール＞で生成したゲル断片のＳＥＭ写真である。
【図３】図３は、（比較例１ｂ）＜ＥＤＭＡ＋トルエン＞で生成したゲル断片のＳＥＭ写真である。
【図４】図４は、（比較例１ｃ）＜ＨＤＭＡ＋トルエン＞で生成したゲル断片のＳＥＭ写真である。
【図５】図５は、（実施例７）＜ＧＤＭＡ＋ＤＶＢモノリスカートリッジ（希釈剤（トルエン）＋ＰＳ）＞で生成したゲル断片のＳＥＭ写真である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ポリマーモノリス、その製造方法、およびそれを用いた化学物質分離用具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、化学物質分析用カラム（たとえば液体クロマトグラフィー用カラム）、化学物質濃縮用カラム（またはカートリッジ）、化学物質除去用カラム（またはカートリッジ）などの化学物質分離用具としては、適当な容器（カラム、カートリッジなど）に、多孔質の球状粒子、破砕粒子、繊維などの充填剤を充填したものが主に使用されてきた。充填剤の種類は、シリカゲル系、有機ポリマー系、アルミナ、ゼオライト、ヒドロキシアパタイト、活性炭、炭化ケイ素など多岐にわたる。特に、液体クロマトグラフィー用カラムとしては、シリカゲル系または有機ポリマー系の多孔質球状粒子を充填したものが大多数を占める。
【０００３】
これら化学物質分離用具の分離性能を上げるためには、充填密度を上げる、充填剤の数平均直径を小さくする、のいずれかの方法が通常用いられる。しかし、前者では、充填剤の形状や直径のばらつきが原因となって充填密度が思うように上がらず、後者では、カラムや装置への圧力負荷が大きくなるため、処理速度に限界を生じやすい。また、内径１ｍｍ以下のミクロポアカラムやキャピラリーカラムでは、充填剤を保持するために必要なフリットのデッド・ボリュームが分離性能を下げる要因となりやすい。
【０００４】
上記の不都合を改善する手段として、カラム内重合（希釈剤存在下での重合）によってロッド状の多孔質連続体（モノリス）を作る技術がある。重合条件を厳密に調整すれば、流量の確保を担うμｍサイズの細孔（スルーポア）と、化学物質との相互作用を担うｎｍサイズの細孔（メソポア）との両方を持つモノリスを作ることができる。このようなモノリスを用いれば、圧力負荷を増やさずに分離性能を上げることが可能になる。さらに、モノリスとカラム内壁面との密着性さえよければ、また必要に応じて密着を促進するような工夫（壁面とモノリスとの共有結合など）を施せば、フリットも不要となる。
【０００５】
モノリスとしては、シリカゲルモノリス（特許文献１、２；非特許文献１、２）と有機ポリマーモノリス（特許文献３〜５；非特許文献２〜８）が研究されており、これらを分離用担体とする液体クロマトグラフィー用カラムはいくつか市販されている。前者では逆相クロマトグラフィー用のＣｈｒｏｍｏｌｉｔｈTM（Ｍｅｒｃｋ社）、後者ではタンパク質のイオン交換または逆相クロマトグラフィー用のＳｗｉｆｔTM（Ｉｓｃｏ社）が例として挙げられる。
【０００６】
上記のうちシリカゲルモノリスは、ｐＨ２以下またはｐＨ９以上の条件で使うと性能が低下しやすく、表面修飾なしでの多機能化が難しい、という欠点を持つ。それに対して有機ポリマーモノリスは、その合成に利用できるモノマーの種類や重合方法の多様さから、化学的安定性（例えばｐＨ１〜１３で使用可能）、および分離に必要な付加機能（例えば疎水性調節、特定分子認識能）を、表面修飾なしでも容易に付与することができる、という利点を持つ。
【０００７】
ところが現実には、有機ポリマーモノリスの場合は、シリカゲルモノリスに比べて合成条件と形成される細孔構造との関係がより複雑であるため、スルーポアおよびメソポアの大きさを独立に再現性よく調整することが難しい。たとえば、分子量１，０００以下である低分子量の化学物質を効率良く分離するためには、モード直径が２〜５０ｎｍのメソポ
アを多く作って比表面積５０ｍ2／ｇ以上を確保し、同時にモード直径が０．５〜１０μ
ｍのスルーポアを充分に形成する必要がある。しかし、この条件を満足させることは極めて難しく、ジビニルベンゼンやエチルスチレンのような疎水性の極めて高い芳香族モノマーをモノマー総量に対して８８〜１００質量％用いた有機ポリマーモノリス、およびエチレンジメタクリレート（「エチレングリコールジメタクリレート」ともいう。）とグリシジルメタクリレートとを、エチレンジメタクリレート（架橋剤）の配合比を４０質量％以下として共重合させた有機ポリマーモノリスにおいて、ごく一部の条件で達成されているに過ぎない（非特許文献３〜８）。
【０００８】
ところが、ジビニルベンゼンやエチルスチレンのような疎水性の極めて高い芳香族モノマーをモノマー総量に対して７５質量％よりも多く用いると、有機ポリマーモノリスへの芳香族低分子化合物の吸着が強すぎて、有機ポリマーモノリスを液体クロマトグラフィー用カラムとして用いるときにクロマトグラムのピークの遅れや広がりを生じたり、化学物質濃縮用カートリッジとして用いるときに目的物質の溶出効率が低下したりすることが多い。また、有機ポリマーモノリスの表面が水に濡れにくくなるため、化学物質除去用カートリッジとして用いるときに除去効率が低下する場合もある。
【０００９】
一方、適度な疎水性を有するエチレンジメタクリレートとグリシジルメタクリレートとの共重合体での成功例は、架橋剤であるエチレンジメタクリレートをモノマー総量に対して４０質量％以下の範囲で配合したものに限られるので、生成するポリマーの膨潤収縮の抑制が不充分となり、液体クロマトグラフィー用カラムとして用いるときに溶媒交換が自由にできない。他に、適度な疎水性を有する架橋剤としてトリメチロールプロパントリメタクリレートを、モノマー総量に対して７０質量％以上用いた例もあるが、比表面積が５０ｍ2／ｇ以上で、かつスルーポアのモード直径が０．５〜１０μｍ、という条件は、満
足できていない（非特許文献５、７）。
【００１０】
したがって、架橋剤を５０質量％以上に増やした場合でも、疎水性を望ましい範囲に調整しつつ、分子量１，０００以下である低分子量の化学物質を効率良く分離するための上記条件（比表面積が５０ｍ2／ｇ以上、かつスルーポアのモード直径が０．５〜１０μｍ
）を満足させることが、有機ポリマーモノリスの実用化への重要な未解決課題となっている。
【００１１】
このような事情から、有機ポリマーモノリスを分離用担体とする通常の液体クロマトグラフィー用カラムとして報告もしくは市販されているもののほとんどが、分子量１，０００を超える高分子、たとえばタンパク質やポリペプチドの分離という用途に限られている。分子量１，０００以下である低分子量の化学物質を効率良く分離できる有機ポリマーモノリスは、圧力負荷を回避するために電気浸透流を利用する特別な形態（キャピラリー電気クロマトグラフィー用）を除いて、いまだ実現されていない。キャピラリー電気クロマトグラフィーは、高めの理論段数を実現しやすい反面、電気伝導性の官能基を必ず導入しなければならないという制限があるうえ、カラム間の性能再現性が得られにくいという問題があるため、汎用の分析手段としては採用しづらく、カラムの製品化も難しい。
【特許文献１】国際公開第ＷＯ９５／０３２５６号パンフレット（米国特許５６２４８７５号明細書）
【特許文献２】国際公開第ＷＯ９８／２９３５０号パンフレット（米国特許６２０７０９８号明細書）
【特許文献３】国際公開第ＷＯ９３／０７９４５号パンフレット（特表平７−５０１１４０号公報）
【特許文献４】米国特許５３３４３１０号明細書
【特許文献５】米国特許５４５３１８５号明細書
【非特許文献１】H.Minakuchi他、“Anal.Chem.”、（米国）、1996年、第68巻、p.3498
【非特許文献２】H.Zou他、“J.Chromatogr.A”、（米国）、2002年、第954巻、p.5
【非特許文献３】J.m.J.Frechet他、“Chem.Mater.”、（米国）、1995年、第７巻、p.707
【非特許文献４】J.m.J.Frechet他、“Chem.Mater.”、（米国）、1996年、第8巻、p.744
【非特許文献５】K.Irgum他、“Chem.Mater.”、（米国）、1997年、第9巻、p.463
【非特許文献６】J.m.J.Frechet他、“Chem.Mater.”、（米国）、1998年、第10巻、p.4072
【非特許文献７】A.B.Holmes他、“Adv.Mater.”、（ドイツ）、1999年、第11巻、p.1270
【非特許文献８】P.Coufal他、“J.Chromatogr.A”、（米国）、2002年、第946巻、p.99
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明者らは、化学物質、なかでも分子量１，０００以下である低分子量の化学物質を効率良く分離できる有機ポリマーモノリスの実現を鋭意検討してきたが、通液の際の圧力負荷を増やさずに分離性能を上げるために必要となる制御された細孔構造を有し、かつ、液体クロマトグラフィー用カラムとして用いるときの芳香族低分子化合物の分離性能が良好で溶媒交換も自由にでき、化学物質濃縮用カートリッジとして用いるときの溶出効率が良好で、化学物質除去用カートリッジとして用いるときの除去効率も良好な有機ポリマーモノリスを作ることは、従来の技術だけでは極めて困難であると判断された。
【００１３】
本発明はこのような技術的課題に鑑みてなされたものであり、上述の従来技術の欠点を解消することが可能な有機ポリマーモノリスを提供することを目的の一つとする。
【００１４】
また、該有機ポリマーモノリスの製造方法を提供することを目的の一つとする。
【００１５】
更に、該有機ポリマーモノリスを用いた化学物質分離用具を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明者らは、鋭意検討した結果、以下のような本発明の有機ポリマーモノリスにより、上記課題を解決することができた。特に、架橋剤（重合性官能基を複数個有するモノマー）を５０質量％以上含有し、かつ水酸基および／またはアミド基（−ＣＯＮＨ2、およ
び／または−ＣＯＮＨ−）を含有するモノマーを２０質量％以上含むモノマー混合物を用いて製造された有機ポリマーモノリスが良好な結果を与える、ということが分かった。
【００１７】
すなわち、本発明は、例えば下記の事項からなる。
（１）水酸基および／またはアミド基を有するモノマーに由来するモノマー単位を２０質量％以上含有し、水銀圧入法によるモード（最頻値）直径が０．５〜１０μｍのスルーポアとＢＥＴ法によるモード直径が２〜５０ｎｍのメソポアとを有し、かつＢＥＴ法による比表面積が５０ｍ2／ｇ以上であることを特徴とする有機ポリマーモノリス。
（２）架橋剤に由来するモノマー単位を５０質量％以上含有し、水銀圧入法によるモード（最頻値）直径が０．５〜１０μｍのスルーポアとＢＥＴ法によるモード直径が２〜５０ｎｍのメソポアとを有し、かつＢＥＴ法による比表面積が５０ｍ2／ｇ以上であることを
特徴とする有機ポリマーモノリス。
（３）モノマー混合物を、希釈剤および重合開始剤の存在下で重合させることによって生成され、
該モノマー混合物は、その総量に対して架橋剤を５０質量％以上含有すると共に水酸基
および／またはアミド基を有するモノマーを２０質量％以上含有し、
該希釈剤は、その総量に対して水酸基、アミド基、カルボキシル基のいずれも有さない希釈剤を８５質量％以上含有する
ことを特徴とする前項（１）または（２）に記載の有機ポリマーモノリス。
（４）モノマー混合物を、希釈剤、重合開始剤および非架橋性ポリマーの存在下で重合させることによって生成され、
該モノマー混合物は、その総量に対して架橋剤を５０質量％以上含有すると共に水酸基および／またはアミド基を有するモノマーを２０質量％以上含有する
ことを特徴とする前項（１）または（２）に記載の有機ポリマーモノリス。
（５）前記希釈剤が、その総量に対して水酸基、アミド基、カルボキシル基のいずれも有さない希釈剤を８５質量％以上含有することを特徴とする前項（４）に記載の有機ポリマーモノリス。
（６）前記の非架橋性ポリマーが、ポリスチレンであることを特徴とする請求項（４）または（５）に記載の有機ポリマーモノリス。
（７）前記の水酸基および／またはアミド基を有するモノマーが、グリセリンジメタクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、メチレンビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−（１，２−ジヒドロキシエチレン）ビス−アクリルアミド、Ｎ−アルキルアクリルアミド、Ｎ−ビニルアルキルアミド、４−（ヒドロキシメチル）スチレン、および４−（アセトアミドメチル）スチレンからなる群から選ばれた１種または２種以上のモノマーであることを特徴とする前項（１）、（３）〜（６）のいずれかに記載の有機ポリマーモノリス。
（８）前記の水酸基、アミド基、カルボキシル基のいずれも有さない希釈剤が、トルエン、エチルベンゼン、キシレン、ジエチルベンゼン、クロロベンゼン、ジオキサン、ヘプタン、オクタンまたはイソオクタンからなる群から選ばれた１種または２種以上の化合物であることを特徴とする前項（３）、（５）〜（７）のいずれかに記載の有機ポリマーモノリス。
（９）モノマー混合物を、希釈剤および重合開始剤の存在下で重合させる工程を含み、
該モノマー混合物は、その総量に対して架橋剤を５０質量％以上含有すると共に水酸基および／またはアミド基を有するモノマーを２０質量％以上含有し、
該希釈剤は、その総量に対して水酸基、アミド基、カルボキシル基のいずれも有さない希釈剤を８５質量％以上含有する
ことを特徴とする前項（１）〜（８）のいずれかに記載の有機ポリマーモノリスの製造方法。
（１０）モノマー混合物を、希釈剤、重合開始剤および非架橋性ポリマーの存在下で重合させる工程を含み、
該モノマー混合物は、その総量に対して架橋剤を５０質量％以上含有すると共に水酸基および／またはアミド基を有するモノマーを２０質量％以上含有する
ことを特徴とする前項（１）〜（８）のいずれかに記載の有機ポリマーモノリスの製造方法。
（１１）前記希釈剤が、その総量に対して水酸基、アミド基、カルボキシル基のいずれも有さない希釈剤を８５質量％以上含有する希釈剤であることを特徴とする前項（１０）に記載の製造方法。
（１２）前記非架橋性ポリマーが、ポリスチレンであることを特徴とする前項（１０）または（１１）に記載の製造方法。
（１３）前記の水酸基および／またはアミド基を有するモノマーが、グリセリンジメタクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、メチレンビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−（１，２−ジヒドロキシエチレン）ビス−アクリルアミド、Ｎ−アルキルアクリルアミド、Ｎ−ビニルアルキルアミド、４−（ヒドロキシメチル）スチレン、および４−（アセトアミドメチル）スチレンからなる群から選ばれた１種または２種以上のモノマーであることを特徴とする前項（９）〜（１２）のいずれかに記載の製造方法。
（１４）前記の水酸基、アミド基、カルボキシル基のいずれも有さない希釈剤が、トルエン、エチルベンゼン、キシレン、ジエチルベンゼン、クロロベンゼン、ジオキサン、ヘプタン、オクタンまたはイソオクタンからなる群から選ばれた１種または２種以上の化合物であることを特徴とする前項（９）、（１１）〜（１３）のいずれかに記載の製造方法。（１５）分離用担体が、前項（１）〜（８）のいずれかに記載された有機ポリマーモノリスまたは表面修飾された該有機ポリマーモノリスであることを特徴とする化学物質分離用具。
（１６）液体クロマトグラフィー用カラムであることを特徴とする前項（１５）に記載の化学物質分離用具。
（１７）化学物質濃縮用カラムまたは化学物質濃縮用固相抽出カートリッジであることを特徴とする前項（１５）に記載の化学物質分離用具。
（１８）化学物質除去用カラムまたは化学物質除去用固相抽出カートリッジであることを特徴とする前項（１５）に記載の化学物質分離用具。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の有機ポリマーモノリスは、制御された細孔構造を有しているため、該有機ポリマーモノリスを用いると、化学物質、なかでも分子量１，０００以下である低分子量の化学物質を効率良く分離することができる。
【００１９】
さらに、本発明の製造方法によれば、上記のような優れた性能を有する有機ポリマーモノリスを提供することができる。
【００２０】
また、本発明の有機ポリマーモノリスを用いれば、通液の際の圧力負荷が小さく、かつ芳香族低分子化合物の分離性能も良好で、溶媒交換も自由にできる化学物質分離用具を提供することができる。
【００２１】
さらに、本発明の化学物質分離用具は、芳香族低分子化合物の分離性能が良好で溶媒交換も自由にできる液体クロマトグラフィー用カラムとして、溶出効率が良好な化学物質濃縮用固相抽出カートリッジとして、あるいは除去効率が良好な化学物質除去用固相抽出カートリッジとして用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２３】
［有機ポリマーモノリス］
本発明でいうモノリスとは、ロッド状の多孔質連続体である。
【００２４】
本発明の有機ポリマーモノリスは、水酸基および／またはアミド基（−ＣＯＮＨ2、お
よび／または−ＣＯＮＨ−）を有するモノマーに由来するモノマー単位を２０質量％（ただし、該有機ポリマーモノリスの質量を１００質量％とする。）以上含有し、水銀圧入法によるモード（最頻値）直径が０．５〜１０μｍのスルーポアとＢＥＴ法によるモード直径が２〜５０ｎｍのメソポアとを有し、かつＢＥＴ法による比表面積が５０ｍ2／ｇ以上
である。
【００２５】
また、本発明のもう１つの有機ポリマーモノリスは、架橋剤に由来するモノマー単位を５０質量％（ただし、該有機ポリマーモノリスの質量を１００質量％とする。）以上含有し、水銀圧入法によるモード（最頻値）直径が０．５〜１０μｍのスルーポアとＢＥＴ法によるモード直径が２〜５０ｎｍのメソポアとを有し、かつＢＥＴ法による比表面積が５０ｍ2／ｇ以上である。
【００２６】
前記の水酸基および／またはアミド基を有するモノマーに由来するモノマー単位とは、例えば、水酸基含有モノマーがグリセリンジメタクリレートの場合、以下のような単位を
いう。なお、このグリセリンジメタクリレートは、後で詳述する架橋剤（重合性官能基を複数個有するモノマー）でもある。
【００２７】
【化１】
【００２８】
本発明の有機ポリマーモノリスを構成する前記の水酸基および／またはアミド基（−ＣＯＮＨ2、および／または−ＣＯＮＨ−）を有するモノマーに由来するモノマー単位の含
量は、該有機ポリマーモノリス１００質量％に対して、２０質量％以上、好ましくは４０質量％以上、より好ましくは５０質量％以上である。この含量は、本発明に用いられるモノマー混合物中の当該モノマーの仕込量で調整することができる。
【００２９】
本発明で言うスルーポアとは、モノリス骨格間の隙間に相当するμｍサイズのマクロな細孔（貫通孔）であり、メソポアとは、モノリス骨格の中に多数形成されたｎｍサイズのミクロな細孔である。また、モード直径とは、水銀圧入法またはＢＥＴ法で、細孔直径をＰ、細孔容積をＶとし、横軸にＰ、縦軸に△Ｖ／△（ｌｏｇＰ）をプロットした細孔サイズ分布曲線において、縦軸値が最高ピークを与えるＰの値を意味する。
【００３０】
水銀圧入法によるスルーポアのモード直径は、０．５〜１０μｍであり、１〜８μｍが好ましく、１〜６μｍがさらに好ましい。０．５μｍ未満では圧力負荷が大きくなり、処理速度が上がりにくくなる傾向があり、１０μｍより大きいとモノリスの空隙率が大きくなり、モノリスの物理的強度を保ちにくくなる傾向がある。
【００３１】
ＢＥＴ法によるメソポアのモード直径は、２〜５０ｎｍであり、２〜４０ｎｍが好ましく、３〜３０ｎｍがさらに好ましい。２ｎｍ未満ではメソポア内に入り込める物質が限定されるためにモノリスが化学物質を分離する性能が低下する傾向があり、５０ｎｍより大きいと比表面積が減少しやすいために前記分離性能が低下する傾向がある。
【００３２】
ＢＥＴ法による比表面積は、５０ｍ2／ｇ以上であり、１００ｍ2／ｇ以上が好ましく、２００ｍ2／ｇ以上がさらに好ましい。５０ｍ2／ｇ未満では充分な分離性能が得られにくくなる傾向がある。
【００３３】
［有機ポリマーモノリスの製造方法］
重合
本発明においては、モノマー混合物を、希釈剤、重合開始剤および必要に応じて加えられる非架橋性ポリマーの存在下に重合させることで有機ポリマーモノリスが生成される。上記の重合反応により、有機ポリマーモノリスは、塊状の重合物、たとえばゲル化した重合物（ゲル化物）として得られる。また、この重合物（有機ポリマーモノリス）は、希釈
剤とは相分離し、スルーポアおよびメソポア内に希釈剤が取り残された状態で得られる。
【００３４】
本発明における重合は、モノマー混合物、希釈剤、重合開始剤、および必要に応じて加えられる非架橋性ポリマーをよく混ぜて得られた溶液または懸濁液を、重合用容器内に充填して行なわれることが好ましい。なお、本発明においては、架橋剤（重合性官能基を分子内に複数個有するモノマー）と非架橋性モノマー（重合性官能基を分子内に１個だけ有するモノマー）とをあわせてモノマー混合物と言う。
【００３５】
前記重合用容器の大きさ、形、材質は、特に限定されないが、重合後にモノリスを取り出さないで、そのまま化学物質分離用具に加工できる方が有利であることを考えると、液体クロマトグラフィー用カラムやガスクロマトグラフィー用カラムの製造に通常用いられる空カラム（ステンレス鋼製、ポリマー製、ガラス製）、配管用チューブ（ステンレス鋼製、ポリマー製）、キャピラリーチューブ（溶融シリカゲル製）、化学物質濃縮用（または除去用）固相抽出カートリッジの製造に用いられる空カートリッジ（ポリマー製、ガラス製）などが好ましい。
【００３６】
上記溶液または懸濁液が充填された重合用容器の両端は、重合前に閉じておくことが普通であるが、中央部または下部にあたる必要部分（端部の切断後に、化学物質分離用具として使用する部分）の重合が完了した時点で、両端または一端に上記溶液または懸濁液が固化せずに残るような条件下では、液体部分が外気を遮断してくれるので、必ずしも容器の端を閉じておく必要はない。たとえば、水浴に浸けて熱重合する場合、細長い配管の場合は下端だけを閉じて開放上端の数ｃｍ分を水面上に出してもよく、Ｕ字型配管やたわみやすいキャピラリーチューブの場合は開放両端の各々数ｃｍ分を水面上に出してもよい。また、両端を閉じた場合でも、上端または両端の数ｃｍ分を意図的に水面上に出して熱重合を行なったり、重合途中で上端または両端に上記溶液または懸濁液を追加したりすることで、モノリスの分断や重合容器内壁との密着不良を防止できることがある。また、光重合の場合は、上端または両端の数ｃｍ分をマスクして光が当たらないようにしておいてもよい。
【００３７】
一方、重合時の体積収縮を逆に利用して重合用容器からモノリスを抜き出し、ちょうどよいサイズの別容器に密着挿入する、モノリスの表面を樹脂などで固める、などの方法を採ってもよく、それらの場合にも、重合時に容器の端を閉じておく必要はない。
【００３８】
＜モノマー混合物＞
〔架橋剤〕
本発明に用いられる架橋剤とは、分子内に重合性官能基を複数個有するモノマーである。該重合性官能基としてはエチレン性二重結合が好ましい。架橋剤が分子内にエチレン性二重結合を有する場合は、エチレン性二重結合は架橋剤分子内に２個以上あればよい。
【００３９】
本発明に用いられる架橋剤としては、（メタ）アクリレート系架橋剤、（メタ）アクリルアミド系架橋剤、芳香族架橋剤などが挙げられるが、架橋反応に関わる官能基間の分子内距離が短いものほど、生成するポリマーの膨潤収縮を抑制する効果が大きいことを考えると、グリセリンジメタクリレート、エチレンジメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、メチレンビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−（１，２−ジヒドロキシエチレン）ビス−アクリルアミド、ジビニルベンゼン、トリアリルイソシアヌレート、またはそれらのうち２種以上の混合物がより好ましい。これらの中でも、グリセリンジメタクリレート、メチレンビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−（１，２−ジヒドロキシエチレン）ビス−アクリルアミドは、後述する水酸基および／またはアミド基を有するモノマーの性質も兼ね備えているのでさらに好ましい。
【００４０】
その他の架橋剤も、本発明の有機ポリマーモノリスの疎水性を望ましい程度に調整する目的で適宜使用することができる。疎水性を最も高めたい場合にはジビニルベンゼンが好ましく用いられる。
【００４１】
本発明に用いられるモノマー混合物中の前記架橋剤の比率は、モノマー混合物の総量（１００質量％）に対して、５０質量％以上であることが好ましく、６０質量％以上であるとより好ましく、７０質量％以上であるとさらに好ましい。架橋剤の比率が上記範囲にあると、生成するポリマーの膨潤収縮を抑制する効果が充分にあるため好ましい。但し、ジビニルベンゼンのように疎水性の極めて高い芳香族架橋剤などの場合は、７５質量％以下にとどめるのが好ましい。例えば、ジビニルベンゼンを７５質量％より多く用いると、有機ポリマーモノリスへの芳香族低分子化合物の吸着が強すぎて、液体クロマトグラフィー用カラムとして用いるときにクロマトグラムのピークの遅れや広がりを生じたり、化学物質濃縮用固相抽出カートリッジとして用いるときに目的物質の溶出効率が低下したりすることが多い。また、有機ポリマーモノリスの表面が水に濡れにくくなるため、化学物質除去用固相抽出カートリッジとして用いるときに除去効率が低下する場合もある。
【００４２】
〔水酸基および／またはアミド基を有するモノマー〕
本発明においては、前記重合によって生成された重合体間または重合体内での水素結合による物理架橋（以下、「水素結合による物理架橋」という。）によって空間が仕切られることを利用して、スルーポアを形成することができる。このような水素結合による物理架橋を利用したスルーポアの形成のためには、水素結合可能な官能基を有するモノマーが、モノマー混合物中に含まれることが必要である。そのようなモノマーの代表例は、水酸基および／またはアミド基を有するモノマーである。水酸基および／またはアミド基を有するモノマーは、上述の架橋剤とは別のモノマー、すなわち非架橋性モノマー（重合性官能基を１個のみ有するモノマー）でもよいし、架橋剤の性質を兼ね備えるモノマー（重合性官能基を複数個有するモノマー）でもよい。
【００４３】
本発明に用いられる水酸基および／またはアミド基を有するモノマーとしては、グリセリンジメタクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、メチレンビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−（１，２−ジヒドロキシエチレン）ビス−アクリルアミド、Ｎ−アルキルアクリルアミド、Ｎ−ビニルアルキルアミド、４−（ヒドロキシメチル）スチレン、４−（アセトアミドメチル）スチレンなどが好ましい。前記モノマーが架橋剤としての役割も兼ねれば生成するポリマーの膨潤収縮の抑制にも寄与できることを考えると、グリセリンジメタクリレート、メチレンビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−（１，２−ジヒドロキシエチレン）ビス−アクリルアミドがより好ましく、前記モノマーが水酸基を有していれば有機ポリマーモノリスを修飾を施しやすいという利点があることを考えると、グリセリンジメタクリレート、Ｎ，Ｎ’−（１，２−ジヒドロキシエチレン）ビス−アクリルアミドがさらに好ましい。これらは単独で用いてもよいし、複数組み合わせて用いてもよい。
【００４４】
本発明に用いられるモノマー混合物中の前記の水酸基および／またはアミド基を有するモノマーの比率は、モノマー混合物の総量（１００質量％）に対して２０質量％以上であることが好ましく、２５質量％以上がより好ましく、４０質量％以上がさらに好ましく、５０質量％以上が特に好ましい。前記の水酸基および／またはアミド基を有するモノマーの比率が上記範囲にあると、有機ポリマーモノリスにおいて水素結合による物理架橋によってスルーポアが形成されるという効果が十分に発揮されるため好ましい。
【００４５】
本発明に用いられるモノマー混合物は、その総量（１００質量％）に対して、架橋剤（重合性官能基を複数個有するモノマー）を５０質量％以上含有すると共に、水酸基および／またはアミド基を有するモノマーを２０質量％以上含有するという条件さえ満たしていればよく、さらに、非架橋性モノマーであって、水酸基またはアミド基のいずれも有さな
いモノマーを含有していてもよい。
【００４６】
このようなモノマーとして、たとえば、最終的に得られる有機ポリマーモノリスが化学物質を分離する性能を損なわない範囲で、エチルスチレン、メチルスチレン、クロロメチルスチレン、グリシジルメタクリレート、メチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、メタクリロイルオキシエチルイソシアナートなどを加えることができる。
【００４７】
＜非架橋性ポリマー＞
本発明の一つの形態においては、本発明での重合反応に関与することなく一定空間を占有し続ける物質を反応系に添加することによって、該物質をテンプレートとして、スルーポアを形成することができる。そのような物質の代表例は、非架橋性ポリマーであり、具体的にはエチレン性二重結合などのラジカル重合性官能基を持たないポリマーである。スルーポアのこのような形成方法は、前記の水酸基および／またはアミド基を有するモノマーの添加（より好ましくは、水酸基、アミド基、カルボキシル基のいずれも有さない希釈剤（化合物）を、希釈剤の総量に対して８５質量％以上含む希釈剤の併用）によるスルーポア形成と組み合わせて用いる場合に、特に効果を発揮する。
【００４８】
前記非架橋性ポリマーとしては、特に限定はないが、ポリスチレン、ポリエチレングリコール、ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）、などが挙げられる。これらの中では、比較的安定して特定の平均分子量を有するポリマーを複数種入手できることや、疎水性が中程度から高程度までの比較的広範囲の系において、前記モノマー混合物や前記希釈剤との相溶性に優れることを考えると、ポリスチレンが好ましく用いられる。
【００４９】
これらは単独で用いてもよいし、種類や平均分子量の異なるものを複数組み合わせて用いてもよい。
【００５０】
なお、重合時に前記非架橋性ポリマーが前記モノマー混合物や前記希釈剤に溶けていることは必須ではなく、前記非架橋性ポリマーの微液滴または微粒子が他の原料に懸濁または乳濁した状態で重合を進行させてもよい。例えば前記非架橋性ポリマーがポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）である場合は、水溶液にしたポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）を３２℃未満で他の原料に乳濁させた後、３２℃以上でモノマー混合物の重合を行なえば、ミセルが固化したサイズに応じて生成したポリマー中にスルーポアを空けることができ、かつ重合後に３２℃未満で水洗することによって容易にポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）を除去することが可能である。
【００５１】
＜希釈剤＞
本発明に用いられる希釈剤（以下「溶媒」ともいう。）としては、前記のモノマー混合物、重合開始剤、および必要に応じて加えられる非架橋性ポリマーとの溶液または充分均一な懸濁液を作れるものであれば特に制限はなく、モノマー混合物中に極性の高い化合物が多い場合は、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、１−プロパノール、水などの極性溶媒を、単独でまたは他の溶媒と組み合わせて用いてもよい。また、有機ポリマーモノリスのスルーポアの形に規則性を持たせる目的で、液晶のような配向性・自己集積性を有する物質を希釈剤として用いてもよい。
【００５２】
なお本発明においては、水酸基および／またはアミド基を有するモノマーを、モノマー混合物の総量に対して２０質量％以上含有するモノマー混合物が用いられるが、非架橋性ポリマーの助けを借りない場合は、水素結合による物理架橋によってスルーポアが形成されるという効果を薄れさせないため、水酸基、アミド基、カルボキシル基のいずれも有さない希釈剤（化合物）を希釈剤の総量に対して８５質量％以上含む希釈剤を使用することが好ましい。
【００５３】
水酸基、アミド基、カルボキシル基のいずれも有さない溶媒としては、入手のしやすさを考えると、トルエン、エチルベンゼン、キシレン、ジエチルベンゼン、クロロベンゼン、ジオキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタンがより好ましく、架橋剤としてよく用いられる（メタ）アクリレート系またはスチレン系のモノマーや、非架橋性ポリマーとしてよく用いられる非架橋ポリスチレンとの相溶性を考えると、トルエン、エチルベンゼン、キシレン、ジエチルベンゼン、クロロベンゼン、ジオキサンがさらに好ましい。これらは単独で用いてもよいし、複数組み合わせて用いてもよい。
【００５４】
非架橋性ポリマーを使用しない場合であって、メタノール、水、酢酸などの、水酸基、アミド基またはカルボキシル基を有する溶媒を使用する場合には、その使用量は希釈剤総量に対して１５質量％未満とする必要がある。また、非架橋性ポリマーを使用する場合であっても、このような範囲とすることが好ましい。１５質量％以上では、水酸基および／またはアミド基を有するモノマーによる物理架橋が妨げられ、スルーポアの形成が充分に行なわれなくなる。
【００５５】
本発明において、前記の水酸基および／またはアミド基を有するモノマー、および水酸基、アミド基、カルボキシル基のいずれも有さない希釈剤を組み合わせて用いた場合の水素結合による物理架橋の存在は、重合物のゲル化の過程を動的光散乱法で観察して、散乱緩和時間と散乱強度との関係を自己相関関数分布としてモニターしたときの、自己相関関数の減衰が遅れる現象や、生成したモノリスのフーリエ変換赤外吸収スペクトルで、水酸基またはアミド基の関わる吸収の一部が低波数シフトする現象などによって確認することができる。
【００５６】
本発明に用いられる希釈剤の比率は、モノマー混合物、希釈剤、および必要に応じて加えられる非架橋性ポリマーの総和に対して４０〜９０質量％であることが好ましく、５０〜８５質量％がより好ましく、６０〜８０質量％がさらに好ましい。４０質量％未満では、モノリスのスルーポアの容積が不足して、通液の際に圧力負荷が大きくなる傾向がある。９０質量％を超えると、スルーポアの容積が大きくなりモノリスの物理的強度が低下する傾向がある。
【００５７】
＜重合開始剤＞
本発明に用いられる重合開始剤としては、熱重合開始剤、光重合開始剤、レドックス重合開始剤などが挙げられるが、適用範囲の広さを考えると、ラジカル性熱重合開始剤が好ましい。入手のしやすさを考えると、２，２’−アゾビス（イソブチロニトリル）、２，２’−アゾビス（２，４―ジメチルバレロニトリル）のようなアゾ系化合物、過酸化ベンゾイル、過酸化ジクロロベンゾイル、過酸化ジクミル、過酸化ラウロイルのような有機過酸化物がより好ましく、取り扱いのしやすさを考えると、２，２’−アゾビス（イソブチロニトリル）、２，２’−アゾビス（２，４―ジメチルバレロニトリル）のようなアゾ系化合物がさらに好ましい。
【００５８】
前記重合開始剤の比率は、モノマー混合物１００質量部に対して０．１〜３質量部であることが好ましく、０．１〜２質量部であるとより好ましく、０．２〜１質量部であるとさらに好ましい。前記重合開始剤の比率が０．１質量部未満では、重合が完結するまでに要する時間が長くなる傾向があり、３質量部よりも多いと、スルーポアが充分に形成されない傾向があり、またスケールによっては発熱量が大きくなる傾向がある。
【００５９】
＜重合条件＞
本発明において重合を行なう温度は、熱重合、光重合、レドックス重合などの重合メカニズムの違いにより好適な範囲が異なるため、特に限定されないが、たとえば最もよく行なわれる熱重合の場合は、４０〜１００℃が好ましい。スルーポアを充分に形成しやすい
ことを考えると、４５〜８０℃がより好ましく、５０〜７０℃がさらに好ましい。重合を行なう温度が４０℃未満では、重合が完結するまでに要する時間が長くなる傾向があり、１００℃より高いと、スルーポアが充分に形成されない傾向があり、またスケールによっては発熱量が大きくなる傾向がある。
【００６０】
なお、細孔構造の微調整のために必要であれば、温度を段階的または連続的に変化させてもよい。もちろん、光重合やレドックス重合の場合は、重合を行なう温度が４０℃未満であっても多大な時間を要せずに重合を完結させ得ることが多い。
【００６１】
本発明において重合を行なう時間は、重合メカニズム、重合開始剤の種類と使用量、重合温度などにより好適な範囲が異なるため、特に限定されないが、たとえば最もよく行なわれる熱重合の場合は、再現性を確保するために重合を完結するほうがよいことと、実用的な作業時間とを考えると、４〜４８時間が好ましく、５〜３６時間がより好ましく、６〜２４時間がさらに好ましい。重合を行なう時間が４時間未満では、重合が完結しないため充分に重合物が固化しないか重合の再現性が確保できなくなる傾向があり、４８時間よりも長いと、製造に時間がかかる。ただし、光重合の場合は、４時間未満でも重合が完結する場合が多いので、重合時間の一層の短縮が図れる可能性がある。
【００６２】
有機ポリマーモノリスの表面修飾
本発明の有機ポリマーモノリスには、必要に応じて表面修飾を施すことができる。表面修飾の方法としては、従来から粒子型充填剤の表面修飾に用いられている種々の方法を転用すればよく、特に限定されない。例えば、モノリス表面の水酸基やオキシラン環などとの反応、モノリス表面に残存する二重結合を利用したグラフト化、モノリス表面への吸着を利用したコーティング、またはそれらの複合による手法を用いて、官能基を導入したり、疎水性を調整したりすることが挙げられる。これらの方法によるモノリスの表面修飾は、内部にモノリスが形成されている容器へ、修飾用の試薬などを直接送り込む方式で行なってもよいし、いったん容器から取り出したモノリスを、修飾用の試薬などに接触させる方式で行なってもよい。
【００６３】
［化学物質分離用具］
本発明の化学物質分離用具は、本発明の有機ポリマーモノリスまたは表面修飾を施された該有機ポリマーモノリスを用いたものであり、その形態は特に限定はされない。例えば、カラム、キャピラリー、マイクロチャネル、カートリッジ、ディスク、フィルター、プレートなどが挙げられる。また、その用途も、化学物質の分離に関わるものであれば特に限定はされない。例えば、液体クロマトグラフィー、剪断駆動クロマトグラフィー（Ｓｈｅａｒ−ｄｒｉｖｅｎ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ）、電気クロマトグラフィー、電気泳動、薄層クロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィー、化学物質濃縮、化学物質除去などが挙げられる。
【００６４】
上記の形態と用途とは自由に組み合わせることができるが、通液の際の圧力負荷が小さく、かつ芳香族低分子化合物の分離も良好で、溶媒交換も自由にできる、という本発明の効果が有効に活用されることを考えると、液体クロマトグラフィー用カラム（キャピラリー型を含む）、剪断駆動クロマトグラフィー（Ｓｈｅａｒ−ｄｒｉｖｅｎ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ）用マイクロチャネル、薄層クロマトグラフィー用プレート、化学物質濃縮用カラム（または固相抽出カートリッジ）、化学物質除去用カラム（または固相抽出カートリッジ）がより好ましく、液体クロマトグラフィー用カラム（キャピラリー型を含む）、化学物質濃縮用カラム（または固相抽出カートリッジ）、化学物質除去用カラム（または固相抽出カートリッジ）がさらに好ましい。
【００６５】
本発明の化学物質分離用具は、本発明の有機ポリマーモノリスまたは表面修飾を施され
た該有機ポリマーモノリスを容器（またはチャネル）内で調製し、そのままの形で用具として仕上げたものであってもよいし、容器（またはチャネル）ごと適当な長さに切断した後、必要な加工を加えたものであってもよい。また、いったん容器（またはチャネル）から中身を取り出して、必要に応じて切断、破砕、表面修飾などをさらに加えた後に、別の容器（またはチャネル）に充填あるいは挿入したものであってもよい。あるいはモノリスの表面を樹脂などで固めることによって用具として仕上げたものであってもよい。
【００６６】
好ましい例としては、溶融シリカキャピラリー内で有機ポリマーモノリスを調製し、適当な長さに切断した液体クロマトグラフィー用キャピラリーカラム、ポリプロピレン製注射筒内で有機ポリマーモノリスを調製し、必要に応じて出口フィルターを取り付けた化学物質濃縮用カートリッジ、などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
［実施例］
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。
【００６７】
［実施例１］
＜ＧＤＭＡ＋トルエン： ゲル化観察、細孔分布と比表面積の測定＞
グリセリンジメタクリレート（ＧＤＭＡ）（２．０ｇ）、トルエン（２．０ｇ）およびＡＩＢＮ（１０ｍｇ）の均一混合物を、０．２μｍのＰＴＦＥフィルターで濾過しながらガラス製試験管（内径１．０ｃｍ×長さ２０ｃｍ）に移し、パスツールピペットを使ってアルゴンガスを１０分間バブリングした。次いで試験管の開口部をキャップとテフロン(R)シールテープで密閉し、６０℃の水浴（ガラス製）に浸けて６時間重合を行なった。そ
の間、試験管内容物の様子をＣＣＤビデオカメラに収録し、ゲル化過程を観察したところ、強く白濁したゲル層が断続的（段階的）に積み重なっていき、水平な縞模様を形成することが分かった。ゲル断片をＴＨＦで洗浄後、金蒸着してＳＥＭ観察（Ｈｉｔａｃｈｉ Ｓ−３０００Ｎ、倍率４００〜５，０００倍）を行なったところ、厚み約０．５〜１μｍのよく繋がった骨格と、骨格間の距離約１〜２μｍのよく繋がったスルーポアとが、互いに偏りなく分散した網目構造が確認された。
【００６８】
水銀圧入法（Ｍｉｃｒｏｍｅｔｒｉｃｓ社製ＰＯＲＥＳＩＺＥＲ９３２０）によるスルーポアのモード直径は２０５０ｎｍであった。ＢＥＴ法（Ｍｉｃｒｏｍｅｔｒｉｃｓ社製ＧＥＭＩＮＩII）によるメソポアのモード直径は９．０８ｎｍ、比表面積は７５．１ｍ2
／ｇであった。
【００６９】
［比較例１ａ］
＜ＧＤＭＡ＋トルエン＋メタノール： ゲル化観察、細孔分布と比表面積の測定＞
実施例１で用いられた均一混合物にメタノール（０．４ｇ）を加えたほかは、実施例１と同様な方法で重合、観察および測定を行なった。ゲル化過程の観察では、強く白濁したゲル層が断続的（段階的）に積み重なっていき、水平な縞模様を形成することが分かった。縞模様は実施例１よりも明瞭に観察された。ＳＥＭ観察では、直径約５〜１０μｍのポリマー球が隙間なく凝集した構造をしており、スルーポアは全く観察されなかった。
【００７０】
水銀圧入法（Ｍｉｃｒｏｍｅｔｒｉｃｓ社製ＰＯＲＥＳＩＺＥＲ９３２０）では、モード直径が０．５μｍ以上の細孔は検出されなかった。ＢＥＴ法（Ｍｉｃｒｏｍｅｔｒｉｃｓ社製ＧＥＭＩＮＩII）によるメソポアのモード直径は７．８６ｎｍ、比表面積は１７６．８ｍ2／ｇであった。
【００７１】
［比較例１ｂ］
＜ＥＤＭＡ＋トルエン： ゲル化観察、細孔分布と比表面積の測定＞
実施例１で用いられたグリセリンジメタクリレート（ＧＤＭＡ）をエチレンジメタクリ
レート（ＥＤＭＡ）（２．０ｇ）に替えたほかは、実施例１と同様な方法で重合、観察および測定を行なった。ゲル化過程の観察では、半透明なゲル層が連続的に生成し、ゲル上端面がスムーズに上昇していくことが分かった。ＳＥＭ観察では、ポリマー連続体が波打つ縞模様をなして積み重なっていた。５μｍ以上に及ぶ断層のような隙間が所々に見られたが、偏りなく分散したスルーポアは観察されなかった。
【００７２】
水銀圧入法（Ｍｉｃｒｏｍｅｔｒｉｃｓ社製ＰＯＲＥＳＩＺＥＲ９３２０）では、モード直径が０．５μｍ以上の細孔は検出されなかった。ＢＥＴ法（Ｍｉｃｒｏｍｅｔｒｉｃｓ社製ＧＥＭＩＮＩII）によるメソポアのモード直径は４．７９ｎｍ、比表面積は２６６．３ｍ2／ｇであった。
【００７３】
［比較例１ｃ］
＜ＨＤＭＡ＋トルエン： ゲル化観察、細孔分布と比表面積の測定＞
実施例１で用いられたグリセリンジメタクリレート（ＧＤＭＡ）を１，６−ヘキサンジオールジメタクリレート（ＨＤＭＡ）（２．０ｇ）に替えたほかは、実施例１と同様な方法で重合、観察および測定を行なった。ゲル化過程の観察では、ほぼ透明なゲル層が連続的に生成し、ゲル上端面がスムーズに上昇していくことが分かった。ＳＥＭ観察では、ノンポーラスな連続体に見え、スルーポアは全く観察されなかった。
【００７４】
水銀圧入法（Ｍｉｃｒｏｍｅｔｒｉｃｓ社製ＰＯＲＥＳＩＺＥＲ９３２０）では、モード直径が０．５μｍ以上の細孔は検出されなかった。ＢＥＴ法（Ｍｉｃｒｏｍｅｔｒｉｃｓ社製ＧＥＭＩＮＩII）によるメソポアのモード直径は測定不能、比表面積は４．９ｍ2
／ｇであった。
【００７５】
［実施例２］
＜ＧＤＭＡ＋トルエン： ゲル化点でのＤＬＳ測定＞
グリセリンジメタクリレート（ＧＤＭＡ）（２．０ｇ）、トルエン（２．０ｇ）およびＡＩＢＮ（６ｍｇ）の均一混合物を、０．２μｍのＰＴＦＥフィルターで濾過しながらガラス製試験管（内径１．０ｃｍ×長さ２０ｃｍ）に移し、パスツールピペットを使ってアルゴンガスを１０分間バブリングした。次いで試験管の開口部をキャップとテフロン(R)
シールテープとで密閉し、６０℃水浴中でのゲル化の過程を動的光散乱法により観察した。具体的には、ＡＬＶ社（ランゲン、ドイツ）製、動的光散乱（ＤＬＳ）装置（ＡＬＶ５０００、Ｈｅ−Ｎｅレーザー、出力：２２ｍＷ、波長：６３２．８ｎｍ）の試料ホルダーを６０℃の水浴に浸けて、その中に上記試験管を挿入し、入射光に対して９０度の角度における光散乱強度を連続測定した。この連続データを３０秒間隔で切り出し統計処理をして、３０秒ごとの散乱緩和時間と散乱強度との関係を、当該緩和時間１０-4ｍｓから１０4ｍｓまでの自己相関関数分布としてプロットしながらモニターした。その結果、ゲル化
時点では、当該プロットより緩和時間３００ｍｓにおいても自己相関関数は０．１１と高く、水素結合が関与して分子間の距離相関が強くなり物理的な架橋密度が大きくなっていることが示唆された。
【００７６】
［比較例２ａ］
＜ＧＤＭＡ＋トルエン＋メタノール： ゲル化点でのＤＬＳ測定＞
実施例２で用いられた均一混合物にメタノール（０．４ｇ）を加えたほかは、実施例２と同様な方法で重合および測定を行なった。その結果、緩和時間３００ｍｓにおける自己相関関数は０．０１１と極めて小さく、メタノールの添加により水素結合の関与が消失して分子間距離相関が小さくなり、物理的架橋密度が下がっていることが示唆された。
【００７７】
［比較例２ｂ］
＜ＥＤＭＡ＋トルエン： ゲル化点でのＤＬＳ測定＞
実施例２のグリセリンジメタクリレート（ＧＤＭＡ）をエチレンジメタクリレート（ＥＤＭＡ）（２．０ｇ）に替えたほかは、実施例２と同様な方法で重合および測定を行なった。その結果、緩和時間３００ｍｓにおける自己相関関数は０．０８４であり、実施例２よりも小さく、物理的な架橋密度が実施例２よりも小さいことが示唆された。
【００７８】
［比較例２ｃ］
＜ＨＤＭＡ＋トルエン： ゲル化点でのＤＬＳ測定＞
実施例２で用いられたグリセリンジメタクリレート（ＧＤＭＡ）を１，６−ヘキサンジオールジメタクリレート（ＨＤＭＡ）（２．０ｇ）に替えたほかは、実施例２と同様な方法で重合および測定を行なった。その結果、緩和時間３００ｍｓにおける自己相関関数は０．０２５と小さく、物理的な架橋密度がかなり低いことが示唆された。
【００７９】
［実施例３］
＜ＧＤＭＡ２５％＋ＥＤＭＡ７５％モノリスキャピラリーカラム（希釈剤：トルエン）＞
ＧＤＭＡ（１．０ｇ）、ＥＤＭＡ（３．０ｇ）、トルエン（６．０ｇ）およびＡＩＢＮ（２０ｍｇ）の均一混合物に窒素ガスを１５分間バブリングした。この混合物の少量をシリンジポンプでポリイミド被覆溶融シリカキャピラリー（内径２００μｍ×外径３７５μｍ×長さ８００ｍｍ）に充填した。具体的には、２０μｌ／ｍｉｎで５分間（１００μｌ）送液した後、キャピラリーの両端をテフロン(R)シールテープで塞いだ。このキャピラ
リー全体の中央部６００ｍｍ分を６０℃の水浴に浸けて、２２時間重合を行なった。キャピラリーを水浴から取り出し、両端２５０ｍｍずつをカットして、内径２００μｍ×外径３７５μｍ×長さ３００ｍｍのモノリスキャピラリーカラムを得た。
【００８０】
この一端をＵｐｃｈｕｒｃｈ社製のシリカシールタイトスリーブ（内径３９５μｍ、外径１／１６ｉｎｃｈ、長さ４０．６ｍｍ）に挿入し、Ｕｐｃｈｕｒｃｈ社製のシールタイトフィッティング、フェラル、ユニオンを用いてＨＰＬＣ用ポンプに接続した。ＴＨＦを２．０μｌ／ｍｉｎで５時間通液して洗浄後、カラムをＨＰＬＣ用ポンプから外し、Ｍｉｃｒｏ−Ｔｅｃｈ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社（米国）製ミクロＬＣシステム（Ｔｈｅ Ｕｌｔｒａ−ＰｌｕｓII）のインジェクターとＵＶ検出器の間に直接接続して評価した。接続には、Ｕｐｃｈｕｒｃｈ社製のシリカシールタイトスリーブ、シールタイトフィッティング、フェラルを用いた。評価条件を以下に示す。
【００８１】
移動相：アセトニトリル／水＝６０／４０（ｖ／ｖ）
流量 ：２．０μｌ／ｍｉｎ
注入量：０．１０μｌ （ループから０．０５ｍｉｎ自動注入）
試料 ：プロピルベンゼン２００ｐｐｍ（移動相に溶解）
温度 ：４０℃
検出 ：ＵＶ ２５４ｎｍ（セル容量０．２５μｌ、光路長２ｍｍ）
その結果、装置のシステム圧力を引いたカラム圧力は４．８ＭＰａ、プロピルベンゼンの理論段数は４，５００段であった。なお、理論段数は半値幅法に従い、保持時間ｔR、ピ
ーク半分高さの幅（Ｗ0.5）を用いて次式から求めた。
【００８２】
理論段数＝５．５４×（ｔR／Ｗ0.5）2
カットした残りのキャピラリーについて、断面に金蒸着を施した後にＳＥＭ観察を行なったところ、ポリマー骨格とスルーポアとが偏りなく分散した網目構造が確認された。
【００８３】
［比較例３］
＜ＥＤＭＡ１００％モノリスキャピラリーカラム（希釈剤：トルエン）＞
実施例３で用いられたモノマー（ＧＤＭＡおよびＥＤＭＡ）をＥＤＭＡ（４．０ｇ）に替えたほかは、実施例３と同様な方法で、内径２００μｍ×外径３７５μｍ×長さ３００
ｍｍのモノリスキャピラリーカラムを作成し、この一端を実施例３と同様な方法でＨＰＬＣ用ポンプに接続した。ＴＨＦによる洗浄を試みたが、１．０μｌ ／ｍｉｎでもカラム
圧力が１５ＭＰａを超えてしまい、通液することができなかった。カットした残りのキャピラリーについて、断面に金蒸着を施した後にＳＥＭ観察を行なったところ、スルーポアは全く観察されなかった。
【００８４】
［実施例４］
＜ＧＤＭＡモノリスキャピラリーカラム（希釈剤（クロロベンゼン）＋ＰＳ）＞
ＧＤＭＡ（４．０ｇ）、クロロベンゼン（５．７ｇ）、平均分子量２５万のポリスチレン（０．３ｇ）およびＡＩＢＮ（２０ｍｇ）の均一混合物に窒素ガスを１５分間バブリングした。この混合物の少量をシリンジポンプでポリイミド被覆溶融シリカキャピラリー（内径２００μｍ×外径３７５μｍ×長さ８００ｍｍ）に充填した。具体的には、２０μｌ／ｍｉｎで５分間（１００μｌ）送液した後、キャピラリーの両端をテフロン（Ｒ）シールテープで塞いだ。このキャピラリー全体の中央部６００ｍｍ分を５５℃の水浴に浸けて、２２時間重合を行なった。キャピラリーを水浴から取り出し、両端２５０ｍｍずつをカットして、内径２００μｍ×外径３７５μｍ×長さ３００ｍｍのモノリスキャピラリーカラムを得た。
【００８５】
この一端をＵｐｃｈｕｒｃｈ社製のシリカシールタイトスリーブ（内径３９５μｍ、外径１／１６ｉｎｃｈ、長さ４０．６ｍｍ）に挿入し、Ｕｐｃｈｕｒｃｈ社製のシールタイトフィッティング、フェラル、ユニオンを用いてＨＰＬＣ用ポンプに接続した。ＴＨＦを３．０μｌ／ｍｉｎで３時間通液して洗浄後、カラムをＨＰＬＣ用ポンプから外し、Ｍｉｃｒｏ−Ｔｅｃｈ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社（米国）製ミクロＬＣシステム（Ｔｈｅ Ｕｌｔｒａ−Ｐｌｕｓ II）のインジェクターとＵＶ検出器の間に直接接続して評価した。
接続には、Ｕｐｃｈｕｒｃｈ社製のシリカシールタイトスリーブ、シールタイトフィッティング、フェラルを用いた。評価条件を以下に示す。
【００８６】
移動相：アセトニトリル／水＝６０／４０（ｖ／ｖ）
流量 ：２．０μｌ／ｍｉｎ
注入量：０．１０μｌ （ループから０．０５ｍｉｎ自動注入）
試料 ：プロピルベンゼン２００ｐｐｍ（移動相に溶解）
温度 ：４０℃
検出 ：ＵＶ ２５４ｎｍ（セル容量０．２５μｌ、光路長２ｍｍ）
その結果、装置のシステム圧力を引いたカラム圧力は２．９ＭＰａ、プロピルベンゼンの理論段数は５，６００段であった。カットした残りのキャピラリーについて、断面に金蒸着を施した後にＳＥＭ観察を行なったところ、ポリマー骨格とスルーポアとが偏りなく分散した網目構造が確認された。
【００８７】
［実施例５］
＜ＥＤＭＡモノリスキャピラリーカラム（希釈剤（クロロベンゼン）＋ＰＳ）＞
ＧＤＭＡをＥＤＭＡに替えたほかは実施例４と同様な方法で、内径２００μｍ×外径３７５μｍ×長さ３００ｍｍのモノリスキャピラリーカラムを作成し、この一端を実施例４と同様な方法でＨＰＬＣ用ポンプに接続した。ＴＨＦを３．０μｌ ／ｍｉｎで３時間通
液して洗浄後、カラムをＨＰＬＣ用ポンプから外し、Ｍｉｃｒｏ−Ｔｅｃｈ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製ミクロＬＣシステム（Ｔｈｅ Ｕｌｔｒａ−Ｐｌｕｓ II）のインジェク
ターとＵＶ検出器の間に直接接続して評価した。接続方法および評価条件は、実施例４と同じであった。
【００８８】
その結果、装置のシステム圧力を引いたカラム圧力は４．０ＭＰａ、プロピルベンゼンの理論段数は２，９００段であった。カットした残りのキャピラリーについて、断面に金
蒸着を施した後にＳＥＭ観察を行なったところ、ポリマー骨格とスルーポアとが偏りなく分散した網目構造が確認された。
【００８９】
［実施例６］
＜ＧＤＭＡモノリスキャピラリーカラムの表面修飾＞
実施例４で得られた内径２００μｍ×外径３７５μｍ×長さ３００ｍｍのモノリスキャピラリーカラムの一端にシリンジポンプを接続し、ピリジンを３．０μｌ／ｍｉｎで６時間通液し、次いで塩化ブタノイルの２ｗｔ％ピリジン溶液を０．１μｌ／ｍｉｎで１２時間通液した。カラムをシリンジポンプから外し、実施例４と同様な方法でＨＰＬＣ用ポンプに接続した。メタノールを３．０μｌ ／ｍｉｎで２４時間通液して洗浄した後、カラ
ムをＨＰＬＣ用ポンプから外し、Ｍｉｃｒｏ−Ｔｅｃｈ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製ミクロＬＣシステム（Ｔｈｅ Ｕｌｔｒａ−Ｐｌｕｓ II）のインジェクターとＵＶ検出器の
間に直接接続して評価した。接続方法および評価条件は、実施例４と同じであった。
【００９０】
その結果、装置のシステム圧力を引いたカラム圧力は３．９ＭＰａ、プロピルベンゼンの理論段数は３，４００段であった。また、プロピルベンゼンの保持時間は、実施例４の１．６倍になっていた。
【００９１】
［実施例７］
＜ＧＤＭＡ＋ＤＶＢモノリスカートリッジ（希釈剤（トルエン）＋ＰＳ）＞
ＧＤＭＡ（４．８ｇ）、ｍ−ジビニルベンゼン（ＤＶＢ）（７．２ｇ）、トルエン（３９．７ｇ）、平均分子量２５万のポリスチレン（１．６ｇ）およびＡＩＢＮ（８０ｍｇ）の均一混合物に窒素ガスを１５分間バブリングした。この混合物を、下端をキャップ（内径１２．７ｍｍのポリプロピレン製注射筒型空カートリッジを中央で切り、細口側の先端を塞いだもの）で塞いだ内径９．５２ｍｍ、外径１２．７ｍｍ、長さ４００ｍｍのテフロン(R)チューブに、下端から３５０ｍｍの高さまで注ぎ入れ、上端をキャップ（内径１２
．７ｍｍのポリプロピレン製注射筒型空カートリッジを中央で切り、広口側に連結用アダプターを嵌めて出口を塞いだもの）で塞いだ。次いで、テフロン(R)チューブの下から３
００ｍｍの高さまでを６０℃の水浴に浸けて、２４時間重合を行なった。上端のキャップ外し上部に少し残った液体を除去してから、テフロン(R)チューブごと長さ１０ｍｍずつ
の円柱状に切り分けたところ、各円柱からモノリスが容易に抜け落ちた。風乾したモノリスの直径は８．８０ｍｍであり、これをメタノールに浸すと直径９．０５ｍｍまで膨潤することが分かった。
【００９２】
続いて、下端から３〜２０番目のモノリスから断面がきれいなものをいくつか選んで、各々を内径８．８０ｍｍ、容量３ｍｌサイズのポリプロピレン製注射筒型空カートリッジ（下端フリット装着済み）へ挿入充填し、上端フリットを装着した。次に、各カートリッジの入口からＴＨＦ（２０ｍｌ）、アセトン／酢酸エチル＝１／１（１０ｍｌ）、メタノール（１０ｍｌ）、水（１０ｍｌ）を順次注ぎ、かつ自然落下させて洗浄した。
【００９３】
モノリスを充填した前記のカートリッジは、化学物質濃縮用または化学物質除去用固相抽出カートリッジとして使用することができる。例えば、純水５００ｍｌに農薬混合標準液（メソミル（分子量：１６２．２）、ベンダイオカルブ（分子量：２２３．２）、メチオカルブ（分子量：２２５．３）を各３００ｐｐｍ含有。）を２５μｌ添加したサンプル液を、ダイアフラム型定量ポンプを用いて１０ｍｌ／ｍｉｎの速度で前記カートリッジに全量通液した後に、アセトン／酢酸エチル＝１／１（１０ｍｌ）で溶出、３０℃に加温しながら窒素ガス噴き付けにより濃縮、アセトニトリルで３ｍｌに定容し、ＨＰＬＣ分析したところ、良好な回収率（メソミル：９９％、ベンダイオカルブ：１０２％、メチオカルブ：９９％）を確認することができた。
【００９４】
なお、ゲル状のモノリス断片を、ＴＨＦで洗浄した後に金蒸着してＳＥＭ観察（倍率５００倍）を行なったところ、直径約５〜１０μｍの粒子状単位が互いによく繋がった骨格と、骨格間の最大距離約１０〜２０μｍのよく繋がったスルーポアとが、互いに偏りなく分散した網目構造が確認された。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明によれば、制御された細孔構造を有し、化学物質、なかでも分子量１，０００以下である低分子量の化学物質を効率良く分離できる有機ポリマーモノリス、およびその製造方法を提供することができる。このような有機ポリマーモノリスを用いることにより、圧力負荷が小さく、かつ芳香族低分子化合物の分離も良好で、溶媒交換も自由にできる、液体クロマトグラフィー用カラム、化学物質濃縮用カラムまたは化学物質濃縮用固相抽出カートリッジ、あるいは化学物質除去用固相抽出カートリッジなどの化学物質分離用具を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】図１は、（実施例１）＜ＧＤＭＡ＋トルエン＞で生成したゲル断片のＳＥＭ写真である。
【図２】図２は、（比較例１ａ）＜ＧＤＭＡ＋トルエン＋メタノール＞で生成したゲル断片のＳＥＭ写真である。
【図３】図３は、（比較例１ｂ）＜ＥＤＭＡ＋トルエン＞で生成したゲル断片のＳＥＭ写真である。
【図４】図４は、（比較例１ｃ）＜ＨＤＭＡ＋トルエン＞で生成したゲル断片のＳＥＭ写真である。
【図５】図５は、（実施例７）＜ＧＤＭＡ＋ＤＶＢモノリスカートリッジ（希釈剤（トルエン）＋ＰＳ）＞で生成したゲル断片のＳＥＭ写真である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水酸基および／またはアミド基を有するモノマーに由来するモノマー単位を２０質量％以上含有し、水銀圧入法によるモード（最頻値）直径が０．５〜１０μｍのスルーポアとＢＥＴ法によるモード直径が２〜５０ｎｍのメソポアとを有し、かつＢＥＴ法による比表面積が５０ｍ2／ｇ以上であることを特徴とする有機ポリマーモノリス。
【請求項２】
架橋剤に由来するモノマー単位を５０質量％以上含有し、水銀圧入法によるモード（最頻値）直径が０．５〜１０μｍのスルーポアとＢＥＴ法によるモード直径が２〜５０ｎｍのメソポアとを有し、かつＢＥＴ法による比表面積が５０ｍ2／ｇ以上であることを特徴
とする有機ポリマーモノリス。
【請求項３】
モノマー混合物を、希釈剤および重合開始剤の存在下で重合させることによって生成され、
該モノマー混合物は、その総量に対して架橋剤を５０質量％以上含有すると共に水酸基および／またはアミド基を有するモノマーを２０質量％以上含有し、
該希釈剤は、その総量に対して水酸基、アミド基、カルボキシル基のいずれも有さない希釈剤を８５質量％以上含有する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の有機ポリマーモノリス。
【請求項４】
モノマー混合物を、希釈剤、重合開始剤および非架橋性ポリマーの存在下で重合させることによって生成され、
該モノマー混合物は、その総量に対して架橋剤を５０質量％以上含有すると共に水酸基および／またはアミド基を有するモノマーを２０質量％以上含有する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の有機ポリマーモノリス。
【請求項５】
前記希釈剤が、その総量に対して水酸基、アミド基、カルボキシル基のいずれも有さない希釈剤を８５質量％以上含有することを特徴とする請求項４に記載の有機ポリマーモノリス。
【請求項６】
前記の非架橋性ポリマーが、ポリスチレンであることを特徴とする請求項４または５に記載の有機ポリマーモノリス。
【請求項７】
前記の水酸基および／またはアミド基を有するモノマーが、グリセリンジメタクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、メチレンビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−（１，２−ジヒドロキシエチレン）ビス−アクリルアミド、Ｎ−アルキルアクリルアミド、Ｎ−ビニルアルキルアミド、４−（ヒドロキシメチル）スチレン、および４−（アセトアミドメチル）スチレンからなる群から選ばれた１種または２種以上のモノマーであることを特徴とする請求項１、３〜６のいずれかに記載の有機ポリマーモノリス。
【請求項８】
前記の水酸基、アミド基、カルボキシル基のいずれも有さない希釈剤が、トルエン、エチルベンゼン、キシレン、ジエチルベンゼン、クロロベンゼン、ジオキサン、ヘプタン、オクタンまたはイソオクタンからなる群から選ばれた１種または２種以上の化合物であることを特徴とする請求項３、５〜７のいずれかに記載の有機ポリマーモノリス。
【請求項９】
モノマー混合物を、希釈剤および重合開始剤の存在下で重合させる工程を含み、
該モノマー混合物は、その総量に対して架橋剤を５０質量％以上含有すると共に水酸基および／またはアミド基を有するモノマーを２０質量％以上含有し、
該希釈剤は、その総量に対して水酸基、アミド基、カルボキシル基のいずれも有さない希釈剤を８５質量％以上含有する
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の有機ポリマーモノリスの製造方法。
【請求項１０】
モノマー混合物を、希釈剤、重合開始剤および非架橋性ポリマーの存在下で重合させる工程を含み、
該モノマー混合物は、その総量に対して架橋剤を５０質量％以上含有すると共に水酸基および／またはアミド基を有するモノマーを２０質量％以上含有する
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の有機ポリマーモノリスの製造方法。
【請求項１１】
前記希釈剤が、その総量に対して水酸基、アミド基、カルボキシル基のいずれも有さない希釈剤を８５質量％以上含有することを特徴とする請求項１０に記載の製造方法。
【請求項１２】
前記非架橋性ポリマーが、ポリスチレンであることを特徴とする請求項１０または１１に記載の製造方法。
【請求項１３】
前記の水酸基および／またはアミド基を有するモノマーが、グリセリンジメタクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、メチレンビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−（１，２−ジヒドロキシエチレン）ビス−アクリルアミド、Ｎ−アルキルアクリルアミド、Ｎ−ビニルアルキルアミド、４−（ヒドロキシメチル）スチレン、および４−（アセトアミドメチル）スチレンからなる群から選ばれた１種または２種以上のモノマーであることを特徴とする請求項９〜１２のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１４】
前記の水酸基、アミド基、カルボキシル基のいずれも有さない希釈剤が、トルエン、エチルベンゼン、キシレン、ジエチルベンゼン、クロロベンゼン、ジオキサン、ヘプタン、オクタンまたはイソオクタンからなる群から選ばれた１種または２種以上の化合物であることを特徴とする請求項９、１１〜１３のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１５】
分離用担体が、請求項１〜８のいずれかに記載された有機ポリマーモノリスまたは表面修飾された該有機ポリマーモノリスであることを特徴とする化学物質分離用具。
【請求項１６】
液体クロマトグラフィー用カラムであることを特徴とする請求項１５に記載の化学物質分離用具。
【請求項１７】
化学物質濃縮用カラムまたは化学物質濃縮用固相抽出カートリッジであることを特徴とする請求項１５に記載の化学物質分離用具。
【請求項１８】
化学物質除去用カラムまたは化学物質除去用固相抽出カートリッジであることを特徴とする請求項１５に記載の化学物質分離用具。
【請求項１】
水酸基および／またはアミド基を有するモノマーに由来するモノマー単位を２０質量％以上含有し、水銀圧入法によるモード（最頻値）直径が０．５〜１０μｍのスルーポアとＢＥＴ法によるモード直径が２〜５０ｎｍのメソポアとを有し、かつＢＥＴ法による比表面積が５０ｍ2／ｇ以上であることを特徴とする有機ポリマーモノリス。
【請求項２】
架橋剤に由来するモノマー単位を５０質量％以上含有し、水銀圧入法によるモード（最頻値）直径が０．５〜１０μｍのスルーポアとＢＥＴ法によるモード直径が２〜５０ｎｍのメソポアとを有し、かつＢＥＴ法による比表面積が５０ｍ2／ｇ以上であることを特徴
とする有機ポリマーモノリス。
【請求項３】
モノマー混合物を、希釈剤および重合開始剤の存在下で重合させることによって生成され、
該モノマー混合物は、その総量に対して架橋剤を５０質量％以上含有すると共に水酸基および／またはアミド基を有するモノマーを２０質量％以上含有し、
該希釈剤は、その総量に対して水酸基、アミド基、カルボキシル基のいずれも有さない希釈剤を８５質量％以上含有する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の有機ポリマーモノリス。
【請求項４】
モノマー混合物を、希釈剤、重合開始剤および非架橋性ポリマーの存在下で重合させることによって生成され、
該モノマー混合物は、その総量に対して架橋剤を５０質量％以上含有すると共に水酸基および／またはアミド基を有するモノマーを２０質量％以上含有する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の有機ポリマーモノリス。
【請求項５】
前記希釈剤が、その総量に対して水酸基、アミド基、カルボキシル基のいずれも有さない希釈剤を８５質量％以上含有することを特徴とする請求項４に記載の有機ポリマーモノリス。
【請求項６】
前記の非架橋性ポリマーが、ポリスチレンであることを特徴とする請求項４または５に記載の有機ポリマーモノリス。
【請求項７】
前記の水酸基および／またはアミド基を有するモノマーが、グリセリンジメタクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、メチレンビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−（１，２−ジヒドロキシエチレン）ビス−アクリルアミド、Ｎ−アルキルアクリルアミド、Ｎ−ビニルアルキルアミド、４−（ヒドロキシメチル）スチレン、および４−（アセトアミドメチル）スチレンからなる群から選ばれた１種または２種以上のモノマーであることを特徴とする請求項１、３〜６のいずれかに記載の有機ポリマーモノリス。
【請求項８】
前記の水酸基、アミド基、カルボキシル基のいずれも有さない希釈剤が、トルエン、エチルベンゼン、キシレン、ジエチルベンゼン、クロロベンゼン、ジオキサン、ヘプタン、オクタンまたはイソオクタンからなる群から選ばれた１種または２種以上の化合物であることを特徴とする請求項３、５〜７のいずれかに記載の有機ポリマーモノリス。
【請求項９】
モノマー混合物を、希釈剤および重合開始剤の存在下で重合させる工程を含み、
該モノマー混合物は、その総量に対して架橋剤を５０質量％以上含有すると共に水酸基および／またはアミド基を有するモノマーを２０質量％以上含有し、
該希釈剤は、その総量に対して水酸基、アミド基、カルボキシル基のいずれも有さない希釈剤を８５質量％以上含有する
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の有機ポリマーモノリスの製造方法。
【請求項１０】
モノマー混合物を、希釈剤、重合開始剤および非架橋性ポリマーの存在下で重合させる工程を含み、
該モノマー混合物は、その総量に対して架橋剤を５０質量％以上含有すると共に水酸基および／またはアミド基を有するモノマーを２０質量％以上含有する
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の有機ポリマーモノリスの製造方法。
【請求項１１】
前記希釈剤が、その総量に対して水酸基、アミド基、カルボキシル基のいずれも有さない希釈剤を８５質量％以上含有することを特徴とする請求項１０に記載の製造方法。
【請求項１２】
前記非架橋性ポリマーが、ポリスチレンであることを特徴とする請求項１０または１１に記載の製造方法。
【請求項１３】
前記の水酸基および／またはアミド基を有するモノマーが、グリセリンジメタクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、メチレンビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−（１，２−ジヒドロキシエチレン）ビス−アクリルアミド、Ｎ−アルキルアクリルアミド、Ｎ−ビニルアルキルアミド、４−（ヒドロキシメチル）スチレン、および４−（アセトアミドメチル）スチレンからなる群から選ばれた１種または２種以上のモノマーであることを特徴とする請求項９〜１２のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１４】
前記の水酸基、アミド基、カルボキシル基のいずれも有さない希釈剤が、トルエン、エチルベンゼン、キシレン、ジエチルベンゼン、クロロベンゼン、ジオキサン、ヘプタン、オクタンまたはイソオクタンからなる群から選ばれた１種または２種以上の化合物であることを特徴とする請求項９、１１〜１３のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１５】
分離用担体が、請求項１〜８のいずれかに記載された有機ポリマーモノリスまたは表面修飾された該有機ポリマーモノリスであることを特徴とする化学物質分離用具。
【請求項１６】
液体クロマトグラフィー用カラムであることを特徴とする請求項１５に記載の化学物質分離用具。
【請求項１７】
化学物質濃縮用カラムまたは化学物質濃縮用固相抽出カートリッジであることを特徴とする請求項１５に記載の化学物質分離用具。
【請求項１８】
化学物質除去用カラムまたは化学物質除去用固相抽出カートリッジであることを特徴とする請求項１５に記載の化学物質分離用具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−１５３３３（Ｐ２００６−１５３３３Ａ）
【公開日】平成１８年１月１９日（２００６．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１４２２６５（Ｐ２００５−１４２２６５）
【出願日】平成１７年５月１６日（２００５．５．１６）
【出願人】（０００００２００４）昭和電工株式会社 (3,251)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月１９日（２００６．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月１６日（２００５．５．１６）
【出願人】（０００００２００４）昭和電工株式会社 (3,251)
【Ｆターム（参考）】
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