2016 Fiscal Year Research-status Report
マイクロ波支援による高性能イオン交換型モノリスの迅速調製の最適化
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15K05536
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| Research Institution | Gifu University |
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Principal Investigator |
リム リーワ 岐阜大学, 工学部, 准教授 (80377689)
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2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | マイクロ波照射 / 有機ポリマー系モノリス / 陰イオン交換型モノリス / キャピラリーLC / 迅速・簡便調製法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
有機ポリマー系モノリス型カラムは，通常の粒子充填型カラムよりも低圧力，高浸透性であり，幅広いpH(1～12)のにも対応する。双性イオン型官能基は分離選択性に独特の影響を与え，さらに陰イオンと陽イオンの同時分離の可能性を持つ。特に水分析においては分析時間と分析費用の両方を軽減できることから多くの関心を集めている。今年度では有機ポリマー系モノリスカラムの調製でのカラム前処理や重合などにかかる時間をマイクロ波を用いて短縮すること，双性イオン型官能基であるスルホベタイン型官能基の修飾条件の検討を行った。
有機ポリマー系モノリスキャピラリーカラム（内径0.320 mm）の調製は，①キャピラリー内壁をモノリスと化学結合させるための前処理，②モノマー溶液の調製，封入，③重合，④化学修飾(ジエチルアミン or 1,3-プロパンスルトン)の手順で行った。重合では，モノマーとしてグリシジルメタクリレート，架橋剤としてエチレンジメタクリレート，細孔形成剤として1-プロパノール，1,4-ブタンジオールおよび水，重合開始剤として2,2-アゾビスイソブチロニトリルを用いた。
マイクロ波を用いることによって生じる内部加熱を利用することで懸濁重合後のポリマー粒径分布の拡散を抑えられるという報告があるため，各反応時間で形成されたポリマー球の直径と流路（スルーポア）を走査型電子顕微鏡（SEM）を用い観察した。11 minで重合したカラムは直径0.5～1.2 μmのポリマー球であったのに対し，12 minで重合したカラムは直径が0.1～0.3 μmのポリマー球と粒径分布が良好であった。13 min，15 minも12 minと同様である。流路に関しては，これも11 minのモノリスは2～5 μmであるが，12 min以降の重合時間で調製されたモノリスは流路孔が一段と小さくなった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究では反応の促進，カラム性能の向上，そしてスルホベタイン型官能基の修飾を目標としてマイクロ波の利用とその効果について取り組んできた。
カラムの迅速調製を目指してカラムの前処理，重合時間の短縮については，重合については明確なマイクロ波の効果が得られた。前処理についても恒温槽内でシラン結合剤の反応を行った固定相よりもわずかに保持時間の増大が確認されたが，それほど大きな影響をカラムに与えたわけではなかった。
また，スルホベタイン型官能基の調製を目標として，ジエチルアミンをはじめとする化学修飾に取り組んできたが，ジエチルアミンでは恒温槽を使用したカラムと性能に差が無く，マイクロ波の効果を確認できなかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
マイクロ波加熱および反応の条件とモノリス骨格の構造および性能の関係を明らかにする。
具体的には，ワンポット反応により，イオン交換機能を持つモノリス固定相の調製を行い，①材料溶液，②反応溶液，③マイクロ波照射条件（強度・時間・照射方法）等の最適化を行う。
重合では，重合開始剤として2,2-アゾビスイソブチロニトリル，モノマーとしてビニル基と陽イオン交換基をあわせ持つビニルスルホン酸，架橋剤としてエチレンジメタクリレートまたはポリエチレングリコールジメタクリレート，細孔形成剤として1-ドデカノール，1-デカノール，1-プロパノール，1,4-ブタンジオールなどを用い検討を行う。
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| Causes of Carryover |
本研究の遂行には，マイクロ波反応装置（Wave Magic MWO-1000S 型；EYELA社）を利用しているが，調製されたキャピラリーカラムの性能をイオン交換クロマトグラフィー法を用いて行ったところ，従来法に比べ各サンプルイオンの保持時間および分離性能の改善に繋がっていることが示されている一方，化学修飾反応においてはマイクロ波の効果はみられなかった。
今後，計画を変更し，マイクロ波の影響を受けやすい重合モノマーや架橋剤，細孔形成剤などを選定し，ワンポット反応により双性型固定相を調製することとした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度は，ワンポット反応により，イオン交換機能を持つモノリス固定相の調製を行い，マイクロ波加熱および反応の条件とモノリス骨格の構造および性能の関係を明らかにする。
モノリス型キャピラリーカラムを調製する際，①材料溶液，②反応溶液，③マイクロ波照射条件（強度・時間・照射方法）等の最適化を行う。重合では，重合開始剤として2,2-アゾビスイソブチロニトリル，モノマーとしてビニル基と陽イオン交換基をあわせ持つビニルスルホン酸，架橋剤としてエチレンジメタクリレートまたはポリエチレングリコールジメタクリレート，細孔形成剤として1-ドデカノール，1-デカノール，1-プロパノール，1,4-ブタンジオールなどを用い検討を行う。
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Research Products
(4 results)
