2021 Fiscal Year Research-status Report
Rapid preparation of highly functionalized biomonolithic stationary phases by microwave synthesis
| Project/Area Number |
18K05168
|
|---|
| Research Institution | Gifu University |
|---|
Principal Investigator |
リム リーワ 岐阜大学, 工学部, 教授 (80377689)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | マイクロ波合成 / ワンポット反応 / 迅速調製 / 磁性ナノ粒子 / 有機金属構造体(MOFs) / コアシェル型 / ナノ固相抽出剤 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
これまで，以下のモノリス型キャピラリーカラムの調製法を検討してきた。
（１）マレイン酸結合型有機ポリマー系モノリスキャピラリーカラム。マレイン酸系のモノマー等を使用することにより，カラム管に前処理を施さず，カラムの調製にポロゲン（細孔形成剤）を使用しない，従来のカラムよりも調製手順が少ない，簡便かつ斬新なカラム調製法を見出した。
（２）第三級アミノ基結合型有機ポリマー系イオン交換モノリスキャピラリーカラム。陰イオン交換モードで，中性移動相および酸性移動相を使用した時の無機陰イオンの分離挙動について検討した。
（３）ポリエチレングリコール結合型有機ポリマー系モノリスキャピラリーカラム。単一モノマーとしてポリエチレングリコールジメタクリレート（PEGDMA；モノマーと架橋剤両方の役割を持つ）を使用し，ワンポット反応によりPEGカラムを調製し，逆相分離モード・順相分離モード・イオン交換分離モードでの性能評価を行った。
今年度は，マイクロ波支援による磁性ナノ固相抽出剤および有機金属構造体(MOFs)コアシェル型ナノ固相抽出剤の調製法を確立した。従来法に比較して合成時間が約1/10に短縮することができ，また高い収率で固相抽出剤を得ることができた。得られた結晶を走査型電子顕微鏡，X線回折法，BET比表面積により確認・比較した。マイクロ波で合成した場合は，粒子径が減少したことがわかった。これはオートクレーブによる加熱（従来法）はマイクロ波による加熱より核形成が緩やかで，少数の核がより大きく成長したと考えられる。今後は加熱時のマイクロ波の出力と前駆溶液の組成割合を検討する予定である。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
本研究の遂行には，当研究室所有のマイクロ波反応装置(Wave Magic MWO-1000S 型；EYELA)を利用しているが，数年前から装置の不調が続き，温度制御や出力制御ができない場合がしばしばあった。今年度，ナノ粒子の迅速調製を行うため，様々な制御組み合わせで合成条件の最適化を図ったが，マイクロ波装置で設定した加熱条件に達していないところで，装置が停止してしまうという問題点があった。
また，キャピラリーサイズ（内径が0.5 mm 以下）のモノリス型カラムでのin situ重合について，有機ポリマーモノリスより分離能が高いとされているシリカ系キャピラリーカラムの調製についても検討したところ，耐塩基性のあるハイブリッドモノリスでのバッチ法による重合に成功したもののキャピラリー内でのin situ重合は不可能であることがわかった。
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後は，引き続き，マイクロ波加熱および反応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ことを目指す。
現行装置の使用温度が限られているため，今後は以下二つの方法で最適化を行っていく予定。
（１）100℃以下で重合・合成できる・しやすいモノリスカラムの最適調製法の確立。具体的に，加熱条件の安定性や均一性等を確かめるため，恒温槽とオーブンによる熱重合およびマイクロ波照射によるマイクロ波合成法を用いて，今まで検討してきた有機ポリマー系モノリス型キャピラリーカラムに加えて，有機・無機ハイブリッドモノリスカラム（内径0.50 mm以下）のin situ調製および分離性能の比較検討を行う。
（２）バッチ法によるナノ固相抽出剤の迅速調製法の確立。今年度はワンポット反応による有機金属構造体(MOFs)コアシェル型ナノ固相抽出剤の迅速調製に成功したが，従来法に比較して粒子径が減少したため，今後は加熱時のマイクロ波の出力と前駆溶液の組成割合を検討し，より安定した粒子（径）の調製法を確立する。
|
| Causes of Carryover |
本研究の遂行には，当研究室所有のマイクロ波反応装置(Wave Magic MWO-1000S 型；EYELA)を利用しているが，数年前から装置の不調が続き，メーカーにて修理依頼をしたが，温度制御や出力制御ができない場合がまだあった。今年度，ナノ粒子の迅速調製を行うため，様々な制御組み合わせで合成条件の最適化を図ったが，マイクロ波装置で設定した加熱条件に達していないところで，装置が停止してしまうという問題点があった。そのため，研究計画を変更し，反応温度が100℃以下でも，マイクロ波の影響を受けやすい重合モノマー・架橋剤等を選定し，様々な固定相（in situおよびバッチ法）を調製することとしたため，未使用額が生じた。
今後は，引き続き，マイクロ波加熱および反応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ことを目指す。具体的には，加熱条件の安定性や均一性等を確かめるため，従来法（恒温槽とオーブン）による熱重合およびマイクロ波照射によるマイクロ波合成法を用いて，今まで検討してきた有機ポリマー系モノリス型キャピラリーカラムに加えて，有機・無機ハイブリッドモノリスカラム（内径0.50 mm以下）のin situ調製および分離性能の比較検討を行う
|
