使用叔胺连接基经由缩聚反应制备的、静电键合的、超支化的、用于二价阴离子选择性改 ...的利记博彩app
【专利摘要】本发明提供一种用于二价阴离子选择性离子色谱法用的高容量固定相的新设计。这些固定相包括一个或多个层，这些层是缩聚反应的产物。多种组分用于形成第一聚合物层和缩聚物结构，从而提供一种可以被工程化以具有所希望的特性如离子容量、离子选择性等的固定相。示例性缩聚物是通过至少一种多官能化合物与至少一种具有互补反应性的化合物的反应、例如一种亲核多官能化合物与一种亲电化合物反应来形成。
【专利说明】使用叔胺连接基经由缩聚反应制备的、静电键合的、超支化的、用于二价阴离子选择性改进的阴离子交换表面涂层
[0001]相关申请的交叉引用
本申请是于2011年3月11日提交的美国临时申请号61/451，989的非临时申请。
[0002]发明背景
本发明涉及一种适合用作色谱介质的涂覆离子交换材料和一种形成和使用这种材料的方法。
[0003]在一种形式的液相色谱法中，多个柱用具有功能活性表面的离散有机聚合物细粒或颗粒介质填装。用于进行液相色谱法的材料是已知的，其中仅色谱载体材料的薄的外表面可供用于离子与液体介质的活性交换。例如，斯莫尔(Small)等人的美国专利号4，101，460描述了一种离子交换组合物，该组合物包含一个不溶性合成树脂衬底，该衬底在它的可供使用的表面上具有多个离子交换部位；和通过静电力不可逆地附接至此衬底上的精细分散的不溶性材料(例如，微颗粒)。一种示例性的微颗粒是从胶乳形成。
[0004]与胶乳涂覆工序相关联的缺点是会花费相当长的一段时间(如数天或甚至数周)来制造一个优化的填装柱。这类工序典型地要求在柱被填装之后施加涂层，与可以在填装之前提供成品的合成方法相比，这增加了制造时间和劳动力。这是因为填装不是在逐根柱的基础上、而是可以按大批量更有效地进行。此外，胶乳合成总体上局限于非水溶性单体，这显著地限制可供使用的单体的选择。
[0005]在巴雷托(Barretto)的美国专利号5，532，279中描述了通过离子交换分层颗粒不可逆地结合至载体颗粒的外表面上的其他微粒床材料。在一个实施例中，巴雷托描述了通过将适合的分散剂与单体在一种水溶液中相接触来形成复合物，该单体在该水溶液中是不可溶的。在用于悬浮聚合的适合的条件下，单体将聚合形成树脂载体颗粒，这些树脂载体颗粒具有不可逆地附接至那些颗粒上的分散剂。精细的合成的分层颗粒结合至这些载体颗粒上。披露了关于不可逆地附接的许多其他实施例。
[0006]另一种形式的离子色谱介质是通过形成一个涂层来制备的，通过在夺氢条件下将预形成的聚合物的一种溶液与多个包含离去基的饱和碳链主链相结合，以便在存在自由基催化剂(该自由基催化剂将多个离去基从该碳链上去除以便形成共价键)下将预先形成的聚合物结合至一个衬底上。参见斯里尼瓦桑(Srinivasan)的美国专利号6，074，541。披露了这种涂层用于与多种衬底一起使用，这些衬底包括导管的内壁或用于在填装床中使用的颗粒。
[0007]离子色谱法的重要应用是在分析水(例如地表水和井水)中。在世界上，许多市政设施使用离子色谱取得水的质量合格，这对于人类消耗来说是适当的。水的离子含量根据其来源、储存、以及处理条件而显著不同。在含有高水平的基质离子如氯离子、硫酸根以及碳酸氢根的样品中，检测痕量的离子如溴酸根或亚氯酸根或高氯酸根是具有挑战性的。
[0008]用于水的离子分析的方法包括直接注射和分析、或在直接注射分析之前预处理这些样品。直接注射是优选的，但由于目前可供使用的固定相的容量有限，对于具有高基质含量的一些样品来说，这种方法的应用受到限制。一种替代方法是在分析之前结合中心切除或去除这些基质离子的一些手段将样品中的这些离子进行预浓缩。中心切除方法是二维方法，其中基质离子在第一维度中分离或去除，从而能够分析所感兴趣的离子。还使用用一个或多个预处理筒进行的样品预处理来去除基质离子。例如，基于钡形式阳离子交换树脂的筒用于从样品基质中去除硫酸根。以上所讨论的方法是使用了多个阀配置、复杂管道的多步骤方法，或是劳动密集型的。因此希望的是将含有基质离子的样品的分析方案进行简化。具有独特的增强容量构造的离子交换相将有助于分析。
[0009]为了应对现有固定相的一些局限性，最近引入了一种新的相和制备这种相的方法(美国专利号7，291，395)，并且这已被证明是用于在色谱法中使用的强有力的工具。固定相是通过经由缩聚反应在一个衬底上建立一个或多个层来形成的，每个层具有选定的结构和多种功能特性。然而，迄今为止还不可能使用以这种方式构建的缩聚物来用于分离亚硫酸根与亚硫酸根。
[0010]美国专利号5，147，536描述了从二叔胺制备的色谱介质的用途，然而，所使用的二叔胺形成了在不同环状结构中两个季氮之间仅具有两个碳的聚合物，并且该介质不用于分离二价阴离子。此外，二叔胺在这些聚合物中充当交联剂，从而折中了在这个合成过程中独立地控制选择性和容量的能力。这类材料的高交联与快速质量传输相冲突，使得它不适合用于高效分析应用。
[0011]美国专利号4，373，031描述了使用二叔胺通过与基于乙烯基苄基氯的聚合物颗粒进行反应来制备阴离子交换聚合物。这种方法具有以上所阐明的缺点，因为二叔胺试剂充当着交联剂。此外，这个专利没有提供这类材料用于二价阴离子选择性改进的实用性的提议。
[0012]US 5，204，376描述了使用二叔胺通过与氯甲基化的聚苯乙烯纤维进行反应来制备阴离子交换聚合物。这类材料遭受与以上对基于乙烯基苄基氯的聚合物颗粒所述相同的缺点。
[0013]四个专利(美国专利号4，325，940、美国专利号4，089, 977、美国专利号4，418，054、以及美国专利号4，027，020)描述了使用1，3_双(二甲基氨基)_2_丙醇的缩聚物，但是所有这些专利描述了可溶性聚合物的制备并且无一提供它们用于阴离子交换或改进的对二价阴离子的选择性的实用性的任何提议。
[0014]两个专利(美国专利号3，893，982和美国专利号3，931，444)描述了利用1，3_双(二甲基氨基)-2-丙醇作为含有环氧基的聚合物的固化催化剂来制备固化膜。在这种情况下，这些固化膜包含丙烯酸，而使它对于阴离子交换制备物来说是无用的。
[0015]高容量离子交换相应该提供所感兴趣的种类(特别是二价阴离子，例如，亚硫酸根和硫酸根)的高分离度。还希望的是一种离子交换固定相，这种离子交换固定相为两种或更多种二价阴离子(例如，亚硫酸根、硫酸根、碳酸根或硫代硫酸根)从彼此中分离提供了一个基础。这些相还应允许处于痕量水平的这些分离的离子的分离和定量。本发明提供能够拆分二价阴离子的高容量固定相和制作和使用它们的方法。
[0016]发明概述
本发明提供一种用于色谱法(例如，离子色谱法)用的高容量固定相的新设计。该新固定相提供一种色谱介质，在该色谱介质中可以容易地分离二价阴离子，例如，硫酸根和亚硫酸根。在一个示例性实施例中，这些离子是使用氢氧化物洗脱剂在本发明的固定相上进行拆分，并且该固定相在这些碱性条件下是稳定的。
[0017]在一个示例性实施例中，本发明还提供一种固定相和用于两种或更多种二价阴离子(例如，硫酸根、亚硫酸根、碳酸根、以及硫代硫酸根离子)的同时分析的方法。与倾向于对硫氰酸根产生较差的峰形的、能够拆分硫酸根和亚硫酸根的之前研究的聚合物系统不同，本发明的固定相以良好拆分和基本上对称的峰形分离这三种离子。
[0018]根据本发明，现在已经发现用二叔胺形成的缩聚物可以提供硫酸根和亚硫酸根离子的基线拆分，在这些缩聚物中两个或更多个叔胺是经由至少两个碳长的连接基连接。
[0019]在不同实施例中，固定相包括一个“基底层”或一个“第一层”，这些术语在本文可互换使用。该基底层是由与更高级层不同的聚合物形成，这些更高级层包括季胺部分。该基底层可以包括多于一个分支点。一种示例性第一层或基底层是由氨或一种伯胺与一种多官能化合物(例如，一种二环氧化物)的缩聚反应来形成。该第一层可以铺设在衬底表面本身上，或它可以铺设在(并且任选地共价结合或静电附接至)改性的衬底表面上。在不同实施例中，该衬底表面被改性以便赋予正电荷或负电荷。例如，该衬底表面可以是磺化的，或一种聚合物如聚(丙烯酸)可以沉积在该衬底表面上以便赋予电荷。
[0020]在不同实施例中，该固定相包括至少一个第一季胺聚合物层，该层是由至少一种聚叔胺与含有胺反应性官能团的至少一种多官能化合物的缩聚反应来形成。这个层被附接至并且从以上所讨论的第一层或基底层生长出。在不同实施例中，该固定相是在由与不同于该缩聚物的一种材料制成的衬底上形成。在不同实施例中，该聚合物是在包含与该固定相的衬底相接触并且至少部分地涂覆该固定相的衬底的一个第一聚合物层的衬底上形成。该第一聚合物层任选地包含一种聚合物组分，该组分是由氨或一种伯胺与含有胺反应性官能团的至少一种多官能化合物的缩聚反应来形成，或它可以是由其他前体形成。在不同实施例中，该多官能部分是一种多元环氧化物，例如，二环氧化物。
[0021]在不同实施例中，将由至少一种聚叔胺与至少一种多官能化合物的缩聚反应形成的一种缩聚物附接至一个衬底提供具有出乎意料的色谱特性的一种新型的固定相。在一个示例性实施例中，所得到的固定相能够分离二价阴离子(例如，硫酸根、亚硫酸根、硫代硫酸根以及碳酸根中的两种或更多种)。例如，本发明的固定相能够分离硫酸根与亚硫酸根，其中每种组分具有在分析上有用的保留时间。这种和其他改进是在不牺牲之前只有使用接枝聚合才可获得的分批合成的益处的情况下发生。本发明的合成方法产生一种在二价阴离子中具有出乎意料的高选择性的离子色谱介质。
[0022]缩聚物可以是从范围广泛的商业上可获得的试剂形成，以便能针对具体的分离要求来制备具有最优选择性的材料。在示例性实施例中，在用一个衬底填装一个柱之后，将一个第一季胺聚合物层和任何在先或随后的缩聚物层施加至该衬底，从而有助于适合的涂层化学性质的迅速筛选。此外，还可以将涂层在浆料条件下或在填装床中施加至该衬底，以便对大规模生产提供适合的合成规模，从而减少制造成本。涂覆过程可以在反应过程中的任何阶段中断以用于测试，而不会干扰反应过程。该涂覆过程然后可以基于中间测试数据重新开始。
[0023]在季胺缩聚物涂层是基于一种多官能环氧化物与一种多官能叔胺的反应产物的不同实施例中，该反应产物是UV透明的，从而使它适合用于该固定相内的分析物的直接检测，条件是该材料被施加至适合的UV透明衬底上。[0024]在一个示例性实施例中，在该第一季胺缩聚物层在该衬底上的合成和附接之后，所得到的涂覆衬底通过在该涂覆衬底上附接或生长和附接一种或多种另外的缩聚反应产物来进行改性。在不同实施例中，这些另外的缩合产物包括季胺。在一个示例性实施例中，这些另外的缩合产物是基于与用于形成第一缩聚物产物的反应相同的反应，例如，一种聚叔胺(polytertiary amine)与一种环氧化物之间的反应,从而在该衬底的顶部上产生一种超支化的季胺结构或在该衬底上产生第一聚合物层。一种或多种反应成分的身份可以与第一缩聚反应中所使用的那些不同。第一季胺聚合物层(第一代)的有机聚合物链上的一个或多个锚定点用于将另外的缩聚物产物附接至衬底。最终结果是一种高度超支化的季胺聚合物结构，在一个示例性实施例中，该结构在衬底的表面上基本上均匀地延伸并且提供对衬底的极好覆盖。
[0025]由于本发明的独特固定相构造，在该独特构造中衬底或第一聚合物层提供用于锚定这些超支化的季胺结构的许多点，因此这些固定相被一种超支化的结构密集地覆盖。此夕卜，在本发明的固定相中，通过在该衬底表面与该固定相的外表面之间插入一个或多个缩聚物层，将用于高度支化的结构的锚定点从衬底本身的表面移走。在不同实施例中，一个或多个层包含一个或多个季氮部分，该季氮部分由一个聚叔胺部分与具有与一种叔胺反应的反应性官能团的一个多官能部分的反应形成。
[0026]一种用于制备本发明的固定相的示例性方法包括:(a)使包含两种或更多种胺反应性官能团的至少一种第一多官能化合物与选自氨和伯胺中的一个成员进行反应，从而形成具有反应性胺的群体的一个第一聚合物层；(b)使该反应性胺的群体的至少一部分与包含两个或更多个胺进行反应性官能团的一种多官能化合物进行反应，从而产生侧胺反应性官能团。步骤(b)导致具有季胺和侧胺反应性官能团的一个缩聚物层的形成。
[0027]一个示例性实施例进一步包括(C)使这些侧胺反应性官能团与一种聚叔胺进行反应，从而在该衬底上形成一个第二季胺缩合层。步骤(C)导致具有反应性胺和季胺的一个缩聚物层的形成。在不同实施例中，(b)和/或(C)根据需要重复许多次。
[0028]本发明提供众多优点。例如，水解稳定的聚季胺离子交换材料可以在范围广泛的衬底上容易地形成。此外，本发明提供一种在二价种类中具有选择性的基于季胺的色谱载体，该色谱载体相对于在先的固定相被改进。例如，本发明的材料和方法使得简单地实现了亚硫酸根与硫酸根的基线拆分(图1与图5相比较；并且图9与图13相比较)。此外，使用在先的固定相，本发明的材料和方法允许碳酸根与硫酸根的分离；然而，用现有技术的阴离子交换材料，碳酸根与硫酸根的拆分经常存在问题。因为碳酸根是在环境中普遍存在的，因此碳酸根与硫酸根的良好拆分对于硫酸根的良好定量是关键的。虽然多种工具可供用于在分离之前抑或之后去除碳酸根，但是用本发明现在有可能实现比以任何其他的在先阴离子交换材料所实现的更好的碳酸根与硫酸根的分离(例如，图4、图11、图13、图14、图16)。
[0029]本发明的其他实施例、目的以及优点从以下详细描述是清楚的。
[0030]附图简要说明
图1是两种离子混合物在AS20柱上的两个色谱图，这两个色谱图示出硫酸根在亚硫酸根之前洗脱和SO32' SO42'以及C032_的不良拆分。
[0031]图2是两种离子混合物在基于η-甲基葡糖胺的超支化的柱上的两个色谱图，这两个色谱图示出硫酸根在亚硫酸根之前洗脱。应注意虽然这种伯胺试剂提供硫酸根与亚硫酸根的良好拆分，但是它提供硫酸根与碳酸根的不良拆分。
[0032]图3是一种离子混合物在基于二甲胺的超支化的柱上的两个色谱图，这两个色谱图示出在三个和在四个反应周期之后对SO广、SO42'以及co32_的选择性。应注意当胺试剂是仲胺时，即使在四个反应周期之后，SO32' SO42-仍然未完全拆分。
[0033]图4是两种离子混合物在本发明的基于亚胺基双(二甲基丙胺)的超支化的柱上的两个色谱图(两个反应周期)。应注意SO42-和SO32-的洗脱顺序的逆转和CO32' SO32-以及SO42-的改进的拆分。
[0034]图5是两种离子混合物在本发明的基于亚胺基双(二甲基丙胺)的超支化的柱上的两个色谱图(三个反应周期)。应注意SO42-和SO32-的洗脱顺序的逆转和CO32' SO32-以及SO42-的改进的拆分。
[0035]图6是一种离子混合物在本发明的基于亚胺基双(二甲基丙胺)的柱上的色谱图。应注意S2O3-2' SCN—的拆分。
[0036]图7示出示例性多元叔二胺与二环氧化物的反应。
[0037]图8示出多元叔二胺与二环氧化物的反应。
[0038]图9是两种离子混合物在本发明的柱上的两个色谱图，该柱是通过在两个反应周期之后用四甲基亚甲基二胺进行合成来制备。应注意so42_与so32_之间缺乏拆分。
[0039]图10是一种离子混合物在本发明的柱上的两个色谱图，该柱是通过在三个和四个反应周期之后用四甲基亚甲基二胺进行合成来制备。应注意在三个反应周期之后so42_与SO32-之间持续缺乏拆分，和在四个反应周期之后在SO42-与SO32-之间的相对不良的拆分。
[0040]图11是两种离子混合物在本发明的柱上的两个色谱图，该柱是通过在两个反应周期之后用四甲基乙二胺进行合成来制备。应注意so32_与so42_的新生拆分。
[0041]图12是两种离子混合物在本发明的柱上的两个色谱图，该柱是通过在73°C下在三个反应周期之后用四甲基乙二胺进行合成来制备。应注意so32_与so42_的拆分。
[0042]图13是两种离子混合物在本发明的柱上的两个色谱图，该柱是在73°C下在四个反应周期之后用四甲基乙二胺进行合成来制备。应注意so32_与so42_的基线拆分。
[0043]图14是两种离子混合物在本发明的柱上的两个色谱图，该柱是在两个反应周期之后用四甲基二氨基丙烷进行合成来制备。应注意so32_与so42_的新生拆分。
[0044]图15是两种离子混合物在本发明的柱上的两个色谱图，该柱是在73°C下在三个反应周期之后用四甲基二氨基丙烷进行合成来制备。应注意SO42-与SO/—的新生分离。
[0045]图16是两种离子混合物在本发明的柱上的两个色谱图，该柱是在73°C下在3.5个反应周期之后用四甲基二氨基丙烷进行合成来制备。应注意SO32-与SO42-的分离。
[0046]图17是两种离子混合物在本发明的柱上的两个色谱图，该柱是在73°C下在3.5个反应周期之后用四甲基二氨基丁烷进行合成来制备。应注意co32-、so32_以及SO/—的基线分离。
[0047]图18是一种离子混合物在本发明的柱上的色谱图，该柱是在73°C下在3.5个反应周期之后用四甲基二氨基丁烷进行合成来制备。应注意SO32' SO42' S2O3-2'以及SCN-的分离。
[0048]图19是两种离子混合物在本发明的柱上的两个色谱图，该柱是在65°C下在3.5个反应周期之后用四甲基二氨基丁烷进行合成来制备。应注意co32-、so32_以及SO42-的基线分离。
[0049]图20是一种离子混合物在本发明的柱上的色谱图，该柱是在65 °C下在3.5个反应周期之后用四甲基二氨基丁烷进行合成来制备。应注意CO广、SO广、SO42' SCN_、以及S203_2_的基线分离。
[0050]图21是两种离子混合物在本发明的柱上的的两个色谱图，该柱是在60°C下在3.5个反应周期之后用四甲基二氨基丁烷进行合成来制备。应注意SO32-与SO42-的基线拆分。
[0051]图22是一种离子混合物在本发明的柱上的色谱图，该柱是在60°C下在3.5个反应周期之后用四甲基二氨基丙烷进行合成来制备。应注意CO广、SO广、so42_、scn_、以及s2o32_的基线分离。
[0052]图23是两种离子混合物在本发明的柱上的两个色谱图，该柱是在65°C下在3.5和
0.5个反应周期之后用四甲基二氨基丙烷进行合成来制备。应注意SO/—与SO/—的基线拆分。
[0053]图24是一种离子混合物在本发明的柱上的色谱图，该柱是在65°C下在3.5和0.5个反应周期之后用四甲基二氨基丙烷进行合成来制备。应注意SO32-与SO42-的基线拆分。
[0054]图25是一种离子混合物在本发明的柱上的色谱图，该柱是在65°C下在3.5和0.5个反应周期之后用双[2-(N，N-二甲基氨基)乙基]醚进行合成来制备。应注意CO32'SO32'SO42' SCN_、以及S203_2_的基线拆分。
[0055]图26是两种离子混合物在本发明的柱上的两个色谱图，该柱是在65°C下在3.5和0.5个反应周期之后用1，3_双(二甲基氨基)-2-丙醇进行合成来制备。应注意CO广、SO/—以及SO42-的基线拆分。
[0056]图27是一种离子混合物在本发明的柱上的色谱图，该柱是在65°C下在3.5和0.5个反应周期之后使用I M用1，3-双(二甲基氨基)-2-丙醇进行合成来制备。应注意CO广、SO32' SO42' SCN—、以及 S2CV2-的基线拆分。
[0057]图28是一种离子混合物在本发明的柱上的两个色谱图，该柱是在3.5和0.5个反应之后用0.5 M 1，3-双(二甲基氨基)-2-丙醇进行合成来制备，这两个色谱图展示反应温度对选择性的作用。应注意溴离子和硝酸根在S032_和S042_的高反应温度拆分下有改进的拆分。
[0058]图29是一种离子混合物在本发明的柱上的两个色谱图，该柱是在3.5和0.5个反应周期之后用0.5 M 1，3-双(二甲基氨基)-2-丙醇进行合成来制备，这两个色谱图展示反应温度对选择性的作用。应注意CO广、SO广、SO42' SCN_、以及S203_2_的基线拆分。
[0059]图30是硫酸根离子的经调整的相对保留时间的列表。这些保留时间源自于通过在本发明的固定相上的离子色谱法获得的色谱图。这些固定相在这些实例和附图中进行阐述。
[0060]优选实施方式的详细说明
在不同实施例中，本发明提供允许硫酸根与亚硫酸根、硫酸根与碳酸根的优异拆分的方法和装置。在不同实施例中，本发明提供用于硫氰酸根在能够将硫酸根从亚硫酸根拆分的条件下的优异性能。获得上述特性，而同时仍然保持适合的氢氧化物选择性，以使得氢氧化物可以用作以上分析物的洗脱剂。
[0061]根据本发明的一个实施例，提供一种用于在衬底上制作离子交换涂层(例如，色谱介质)的方法。一种用于制备本发明的固定相的示例性方法包括:(a)使包含两种或更多种胺反应性官能团的至少一种第一多官能化合物与选自氨和一种伯胺的一个成员进行反应，从而形成具有反应性胺的群体的一个第一聚合物层；(b)使该反应性胺的群体的至少一部分与包含两种或更多种胺反应性官能团的一种多官能化合物进行反应，从而产生侧胺反应性官能团。步骤(b)导致具有季胺和侧胺反应性官能团的一个缩聚物层的形成。
[0062]一个示例性实施例进一步包括(C)使这些侧胺反应性官能团与一种聚叔胺进行反应，从而在该衬底上形成一个第二季胺缩合层。步骤(C)导致一个第一季胺缩聚物层的形成。这个层还包含反应性叔胺。
[0063]在另一个示例性实施例中，本发明提供一种用于制作一种衬底负载的离子交换介质的方法。该方法包括如以上所阐明的(a)、(b)以及(C)、以及(d):使(C)的产物中的叔胺基团与包含两种或更多种胺反应性官能团的一种多官能化合物进行反应，从而产生侧胺反应性官能团。步骤(d)形成具有季胺和侧胺反应性官能团的一个缩聚物层。
[0064]在另一个示例性实施例中，该方法包括(a)、(b)、(c)、(d)、以及(e):使这些侧胺反应性官能团与一种聚叔胺进行反应，从而在所述衬底上形成季胺缩聚物的一个第二层。
[0065]在一个另外的示例性实施例中，本发明的方法包括上述(a)、(b)、(C)、(d)以及(e)、以及另外有(f):其中使包含两种或更多种胺反应性官能团的一种多官能化合物与
(e)的产物中的叔胺基团进行反应，从而产生具有季胺和侧胺反应性官能团的一个缩聚物层。
[0066]在不同实施例中，本发明的方法包括上述(a)至(f)、以及另外有(g)使这些侧胺反应性官能团与一种聚叔胺进行反应，从而在所述衬底上形成季胺缩聚物的一个第三层。
[0067]在不同实施例中，本发明提供一种用于制作一种衬底负载的离子交换介质的方法。该方法包括将以上所阐明的步骤(例如，(b)和(C))重复所希望的次数，直到产生一种具有所希望的特征的离子交换介质。对于本领域的技术人员将清楚的是:当重复这些步骤时，这些重复的工序可以利用与上一步骤中所使用的相同的多官能化合物、或一种不同的多官能化合物。此外，可以使用与上一步骤中所使用的相同的聚叔胺，或可以使用一种不同的聚叔胺。因此，本发明的方法在衬底负载的离子交换介质的设计和生产中提供大量灵活性。图7和图8。
[0068]在不同实施例中，与胺反应的多官能化合物的反应周期被重复至少一次、至少2次、至少3次、至少4次、至少5次、至少6次、至少I次、至少8次、至少9次、或至少10次。如将会理解的是，当多官能化合物与叔胺进行反应时，这种反应在此被称为半步骤(例如，
3.5个反应周期)。如在此所定义，被重复至少3次的一个反应周期任选地包括3.5个反应周期的半步骤并且该聚合物的表面上的这些反应性官能团主要衍生自该多官能化合物，而不是聚叔胺。因此，图7示出一个完整反应周期的反应产物，并且图8示出一个半周期的反应产物。
[0069]在一个示例性实施例中，对一个反应周期的化学计量学进行控制以使得所得到的产物包含可以相应地与引入的叔胺部分、或胺反应性部分进行反应的未反应的胺反应官能团或叔胺。如本领域的技术人员将理解，一种具体基团(例如，季胺或胺反应性官能团)的量可以通过控制添加至用于制备该缩聚物的混合物的具体试剂的量来进行有效地控制。[0070]在一个示例性实施例中，多官能化合物是一种二官能化合物，并且它是以从约5%至约20%、例如从约8%至约15%、例如约10%的浓度存在于一种反应混合物之中。在不同实施例中，聚叔胺是一种二叔胺并且它是处于I M溶液中。在不同实施例中，将如以上所阐明的二环氧化物的溶液与二叔胺的溶液合并在一个反应周期中。
[0071]在一个示例性实施例中，多官能化合物是一种二环氧化物、并且它是以从约5%至约20%、例如从约8%至约15%、例如约10%的浓度存在于一种反应混合物中。在不同实施例中，聚叔胺是一种二叔胺并且它是处于I M溶液中。在不同实施例中，将如以上所阐明的二环氧化物的溶液与二叔胺的溶液合并在一个反应周期中。
[0072]在一个示例性实施例中，该第一缩聚物层包含对于引入的反应性叔胺单体或聚合物可及的反应性官能团。该反应性叔胺单体或聚合物携带与该第一聚合物层上的胺反应性官能团反应的叔胺部分。该叔胺与该官能团反应，从而变得季铵化并且附接至该第一聚合物层。当该第一单体或聚合物附接至该第一聚合物层时，所得到的“第二”层可以进行进一步精制。在不同实施例中，附接至该第一聚合物层的层通过使用缩聚反应来进行精制。
[0073]在利用缩聚反应来精制该第一聚合物或附接至该第一聚合物层的层的不同实施例中，精制是通过携带两个或更多个叔胺的一种试剂和一种氮反应性多官能化合物进行的，它们各自本身可以是单体或聚合物型的。
[0074]在一个实例中，该含有反应性叔胺的化合物和该多官能化合物与携带该第一聚合物层(或该第一聚合物层上的一个“第二”或更高级层)的衬底相结合。该反应在缩聚反应条件下进行，以便在该第一聚合物层或附接至该第一聚合物层的层上提供缩聚物的至少一个第一层。例如，具有反应性叔氮原子的一种胺和一种二环氧化物与该衬底在缩聚反应条件下相结合，并且一个缩聚物层设置在附接至该衬底的第一聚合物层上。
[0075]在不同实施例中，具有含有第一季胺的聚合物层(即，在该基底层上的第一层)的衬底与这些单独反应物在缩聚反应周期中相接触。因此，在一个实施例中，该第一聚合物层携带反应性叔胺官能团。这种反应性衬底与一种多官能化合物(该多官能化合物与这些反应性胺官能团反应)在缩聚反应条件下进行反应以便形成一种缩聚物。类似地，第一聚合物层上的具有多官能化合物(或源自一种多官能化合物的反应性官能团)的层可以与一个反应性叔胺部分在缩聚反应条件下进行反应以便形成一层缩聚物。
[0076]如在此所用，术语“反应性氮”和“反应性胺”是指拥有允许它与反应性官能团(如一种多官能化合物上的基团或源自多官能化合物的反应性官能团)进行反应的至少一个开放(过剩)化合价的氮原子。这些术语的示例性使用是与缩聚反应中的引入的叔胺反应物和缩聚物层上的侧叔胺有关。在叔胺已经与一种多官能化合物的反应性官能团反应以便变成季胺之后，该氮原子被称为“季氮”原子并且不再被认为是“反应性氮”。
[0077]当胺包含多于一个叔胺部分时，该胺在这两个或更多个叔胺之间具有连接基。示例性胺是具有连接基的那些，当这个术语在此使用时，这些连接基是取代的或未取代的烷基，或具有从I至20个碳原子、任选地被I至12个杂原子或“烷基取代基”间隔的取代的或未取代的杂烷基。在一个示例性实施例中，该连接基包含1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、
13、14、15、16、17、18、19或20个原子。在一个示例性实施例中，该连接基是多于两个碳。在一个示例性实施例中，该连接基是3个或更多个原子、4个或更多个原子、或5个或更多个原子。[0078]术语“多官能化合物”是指具有多于一个反应性官能团、例如胺反应性官能团的任何化合物。示例性多官能化合物包含通过取代的或未取代的烷基或取代的或未取代的杂烷基连接部分连接的两个或更多个反应性官能团。示例性连接部分包括具有从I至20个碳原子的那些、并且任选地包含从O至12个杂原子。示例性连接部分包括具有1、2、3、4、5、6、
7、8、9、10、11、12或更多个碳原子的那些。多官能化合物上的反应性官能团在此被称为“多官能化合物反应性官能团”。
[0079]术语“源自多官能化合物的反应性官能团”和“侧胺反应性官能团”可互换使用并且是指已经通过至少一个缩聚反应周期的多官能化合物的反应性官能团；然而，衍生自多官能化合物的至少一个反应性官能团在这个具体反应周期中不反应，并且保持反应性。因此，在二环氧化物的情况下，如果这些环氧化物基图中的一个在与例如胺部分的反应周期之后保持未反应，那么该未反应的环氧化物基团被称为“源自多官能化合物的反应性官能团”。本领域技术人员将理解到，当该多官能化合物包含多于两个反应性官能团和或包含不是环氧化物基团的官能团时，类似讨论是适用的。因此，例如，该讨论对于二胺、三胺、二羧酸、三羧酸、三环氧化物等等是切合的。
[0080]在不同实施例中，聚叔胺不是交联剂。在示例性实施例中，与叔胺组分形成的键中有小于1%、小于5%或小于10%是交联键。在一个示例性实施例中，该缩聚物基本上是非水溶性的，并且不是凝胶。
[0081]在形成缩聚物的每个步骤中，反应性叔胺基团和源自一种多官能化合物(例如一种环氧化物)的反应性官能团中的一个或多个存在于该缩聚物中。在不同实施例中，这些基团存在于该衬底的“外部”或“表面”上。如在此所用，术语“外部”和“表面”具有它们的常用含义并且还包括操作性定义:这些基团对于一种引入的反应物如一种胺、一种多官能化合物或其他化合物是可及的。
[0082]该衬底的表面上的聚合物涂层(第一层)可以是一种亲水性或疏水性聚合物。用于该有机聚合物层的适合的聚合物包括，但不限于，以下各物的取代的或未取代的聚合物或共聚物:聚亚烷基、聚酯、聚胺、聚酰胺、聚醚、聚砜(polysufonate)、多氧化物、聚亚烷基二醇、基于聚苯乙烯的聚合物、聚缩醛、多氯化物、多糖、聚碳酸酯，单烯键不饱和单体的聚合物、聚偏乙烯单体的聚合物、以及以上聚合物的混合物和共聚物。该聚合物的疏水性/亲水性是通过改变该聚合物上的叔胺基团的数量并且通过改变该多官能化合物中的两种或更多种胺反应性官能团之间的和该聚叔胺中的连接基的含量和组成来进行控制。疏水性和亲水性还可以通过在该多官能叔胺或该多价化合物中包含极性的或带电的官能团来进行控制。
[0083]在不同的实施例中，该第一聚合物层是亲水性的并且具有极性的或带电的官能团，从而使该聚合物可溶于水中或能够吸收水。选择这些聚合物以使得它们允许经由静电键合的锚定点，如聚丙烯酸中的阴离子羧酸根部位，或允许反应性部位(例如，反应性官能团)用于与胺、环氧化物或情况可能时其他反应性种类进行反应。例如，携带卤素或其他离去基(例如，乙烯基苄基氯中的氯化物)的反应性部位可以与胺反应，或聚丙烯酸中的羧基可以与环氧化物反应并且根据本发明进行进一步的改性。
[0084]在不同实施例中，该第一聚合物层是由包含不同于聚合反应通过其发生的官能团(例如，不同于环氧化物基团)的反应性或带电官能团的单体形成。在实践本发明中有用的反应性基团和反应的种类通常是在生物共轭物化学的领域中所熟知的那些。用反应性微管蛋白类似物可获得的反应的目前有利的种类是在相对温和的条件下进行的那些。这些反应包括，但不限于，亲核取代(例如，胺和醇与酰基卤、活性酯的反应)、亲电取代(例如，烯胺反应)以及对碳-碳和碳-杂原子多重键的加成(例如，迈克尔(Michael)反应、狄尔斯-阿尔德加成(Diels-Alder addition))。这些和其他有用的反应在例如史密斯(Smith)和玛奇(March),高等有机化学(Advanced Organic Chemistry),第 5 版，约翰威利父子出版社(John Wiley & Sons),纽约(New York), 2001 ;赫曼森(Hermanson ),生物共辄技术(Bioconjugate Techniques),学术出版社(Academic Press),圣地亚哥(SanDiego), 1996 ；以及菲尼(Feeney)等人，蛋白质修饰(Modification of Proteins);化学进展系列(Advances in Chemistry Series),第 198 卷，美国化学学会(American ChemicalSociety),华盛顿哥伦比亚特区(Washington, D.C.),1982中进行了讨论。
[0085]在不同实施例中，该第一聚合物或基底层是通过氨或一种伯胺与一种多官能胺反应性化合物的缩聚反应来形成。一种示例性伯胺是甲胺。一种示例性多官能胺反应性化合物是一种二环氧化物。在一个示例性实施例中，该胺和该多官能化合物是以在该聚合物上形成具有反应性胺基团的产物的一个比例进行组合，这些反应性胺基团是可供用于与引入的多官能胺反应性化合物进行反应。
[0086]本发明的离子交换介质的可聚合单体、第一聚合物层、缩聚物、多官能化合物或其他组分上的、或在制备这种介质的方法中使用的有用的反应性官能团(还被称为“反应性官能部分”)包括，但不限于:
(a)羧基和其不同衍生物，包括，但不限于，活性酯(例如，N-羟基丁二酰亚胺酯、N-羟基苯并三唑酯)、硫代酯、对硝基苯基酯、烷基、烯基、炔基、芳香族酯、酰基卤、以及酰基咪唑；
(b)可以转化成例如酯、醚、醛等等的羟基；
(c)卤烷基，其中卤化物可以随后被亲核基团(例如像胺、羧酸根阴离子、硫醇阴离子、阴碳离子、或烷氧离子)置换，从而导致一个新的基团在在卤素原子的官能团处的共价附接;
(d)能够参与阿尔德反应的二烯亲合物基团，例如像，马来酰亚胺基；
(e)醛或酮基团，以使得随后的衍生化可能经由羰基衍生物(例如像，亚胺、腙、缩氨基脲或I亏)的形成或经由如格氏加成(Grignard addition)或烧基锂加成的这类机制；
(f)用于随后与胺反应，例如以便形成磺酰胺的磺酰基卤基团；
(g)可以被例如转化成二硫化物或与烷基和酰基卤进行反应的硫醇基团；
(h)可以被例如酰化、烷基化或氧化的胺或硫氢基基团；
(i)可以经受例如环加成、酰化、迈克尔加成等等的烯烃；以及 U)可以与例如胺和羟基化合物进行反应的环氧化物。
[0087]用于不同实施例的示例性官能团包括羧酸酯、磺酸酯、亚氨基二乙酸酯、胺、卤化物、羟基、环氧化物以及其组合。
[0088]可以选择这些反应性和带电的官能团以使得它们不会参与、或干扰组装第一聚合物层所必需的反应。可替代地，反应性或带电的官能团可以通过保护基团的存在而免于参与反应。本领域技术人员了解如何保护特定的官能团以使得它不会干扰选定组的反应条件。关于有用的保护基团的实例，参见，例如，格林(Greene)等人，有机合成中的保护基(Protective Groups in Organic Synthesis),约翰威利父子出版社，纽约，1991。
[0089]如在此所用的“保护基”是指在特定反应条件下基本上是稳定的、但是在不同的反应条件下从底物裂解的该底物的一部分。还可以选择保护基以使得它参与本发明的化合物的芳环组分的直接氧化。关于有用的保护基的实例，参见，例如，格林等人，有机合成中的保护基，第3版，约翰威利父子出版社，纽约，1999。
[0090]在不同实施例中，该反应性官能团包含离去基。如在此所用，术语“离去基”是指在反应中从底物裂解的该底物的一部分。离去基是被置换为带有成键电子的稳定种类的一个原子(或原子团)。典型地，离去基是一个阴离子(例如，CD或一个中性分子(例如，h2o)。示例性离去基包括卤素、OC (O) R’、0P (O) R’ R”、0S (O) R’、以及0S02R’。R’和R”是独立地选自取代的或未取代的烷基、取代的或未取代的芳基、取代的或未取代的杂芳基、以及取代的或未取代的杂环烷基的成员。有用的离去基包括，但不限于，其他卤化物、磺酸酯、氧鎗离子、高氯酸烷基酯、磺酸酯(例如，芳基磺酸酯、氨基烷烃磺酸酯、以及烷基氟磺酸酯)、磷酸酯、羧酸酯、碳酸酯、醚、以及氟化的化合物(例如，三氟甲磺酸酯、全氟丁基磺酸酯(nonaflates)、三氟乙基磺酸酯(tresylates))、SR，、(R’)3P+，、(R，)2S+、P(O)N(R’)2(R，)2，、P(0)R’’’R’R’’’’R’，其中各R’独立地选自本段中所提供的成员并且R’’’和R’’’’各自是S抑或O。适用于一组特定反应条件的这些和其他离去基的选择是在本领域技术人员的能力内(参见，例如，玛奇*J (March J),高等有机化学(Advanced Organic Chemistry),第2版,约翰威利父子出版社，1992 ;桑德勒.SR (Sandler SR)、卡罗.W (Karo W)，有机官能团的制备(OrganicFunctional Group Preparations),第 2 版，学术出版社公司(Academic Press, Inc.)1983;以及韦德.LG (Wade LG),有机合成方法概要(Compendium of Organic SyntheticMethods)，约翰威利父子出版社，1980)。
[0091]如在此所阐明，术语“反应性官能团”还包括本发明的固定相的一种或多种缩聚物组分中的组分，例如，“侧反应性官能团”。因此，例如，在第一缩聚反应之后，通常在所得到的聚合物中将存在至少一个胺或其他反应性官能团，该胺或其他反应性官能团提供用于更高级的缩聚物层(即，第二、第三、第四、第五、第六、或更高层)的附接的部位。在胺-环氧化物化学用于形成一种缩聚物的一个示例性实施例中，该缩聚物中的反应性官能团可以是聚叔胺部分的一个反应性叔氮或它可以是一个环氧化物基团。
[0092]在不同实施例中，第一聚合物层携带亲水性官能团，例如，存在于该聚合物的可聚合单体前体上的官能团。如在此所用，术语亲水性官能团包括反应性和带电的官能团以及既是反应性的、又带电的这类基团。示例性亲水官能团包括，但不限于，羧酸酯、磺酸酯、磷酸酯、亚氨基二乙酸酯、胺、卤化物、羟基、以及环氧化物。如本领域的技术人员应理解，第一聚合物层可以包括多于一种结构的亲水性官能团。例如，为共聚物的第一聚合物层可以具有多于一种类型的亲水性官能团。在一个示例性实施例中，第一层携带侧羟基。在不同实施例中，第一、第二、第三、第四、第五或第六层中的一个或多个携带侧羟基。
[0093]在不同示例性实施例中，第一聚合物层是由包含至少一个乙烯基的一种可聚合单体形成。从这类含有乙烯基的单体形成的示例性聚合物包括丙烯酸的聚合物，例如，聚(丙烯酸)。在不同示例性实施例中，第一聚合物层包含由乙烯基苄基种类、例如，乙烯基苄基氯形成的一种聚合物。[0094]在一个示例性实施例中，将第一聚合物层附接至衬底表面。如在此所用，术语“附接”和“固定”是可互换使用的并且涵盖以下相互作用，包括但不限于:共价键合、离子键合、化学吸附、物理吸附、静电吸引、以及其组合。
[0095]在某些实施例中，该第一或更高级聚合物层的一定百分比的组分是交联的。有用于交联该第一聚合物层的两种或更多种组分的任何交联剂可以用于本发明。
[0096]在不同实施例中，交联剂是一种可聚合单体。优选的加成可聚合交联前体包括:二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA) ;二丙烯酸乙二醇酯(EGDA) ;二甲基丙烯酸丙二醇酯；二丙烯酸丙二醇酯；二甲基丙烯酸丁二醇酯；二丙烯酸丁二醇酯；二甲基丙烯酸己二醇酯；二丙烯酸己二醇酯；二丙烯酸戊二醇酯；二甲基丙烯酸戊二醇酯；二丙烯酸癸二醇酯；二甲基丙烯酸癸二醇酯；丙烯酸乙烯酯；二乙烯基苯；三丙烯酸甘油酯；三羟甲基丙烷三丙烯酸酯；季戊四醇三丙烯酸酯；如美国专利号3，380，831中所披露的聚氧乙基化的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯以及类似化合物；2，2_ 二(对-羟基苯基)_丙烷二丙烯酸酯；季戊四醇四丙烯酸酯；2，2- 二 -(对-羟基苯基)_丙烷二甲基丙烯酸酯；二丙烯酸三乙二醇酯；聚氧乙基_2，2- 二 -(对-羟基苯基)_丙烷二甲基丙烯酸酯；双酚-A的二 -(3-甲基丙烯酰氧基-2-羟基丙基)醚；双酚-A的二 -(2-甲基丙烯酰氧基乙基)醚；双酚-A的二 -(3-丙烯酰氧基-2-羟基丙基)醚；双酚-A的二 -(2-丙烯酰氧基乙基)醚；四氯-双酚-A的二 -(3-甲基丙烯酰氧基-2-羟基丙基)醚；四氯-双酚-A的二 -(2-甲基丙烯酰氧基乙基)醚；四溴-双酚-A的二 -(3-甲基丙烯酰氧基-2-羟基丙基)醚；四溴-双酚-A的二- (2-甲基丙烯酰氧基乙基)醚；1，4- 丁二醇的二 - (3-甲基丙烯酰氧基-2-羟基丙基)醚；双酚酸的二-(3-甲基丙烯酰氧基-2-羟基丙基)醚；二甲基丙烯酸三乙二醇酯；聚氧丙基-1-三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(462) ;1，2，4- 丁三醇三甲基丙烯酸酯；2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇二甲基丙烯酸酯；季戊四醇三甲基丙烯酸酯；二甲基丙烯酸 1-苯基-1，2-乙二醇酯(1-phenyl ethylene-1, 2-dimethacrylate);季戍四醇四甲基丙烯酸酯；三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯；1，5-戊二醇二甲基丙烯酸酯；富马酸二烯丙酯；1，4-苯二酚二甲基丙烯酸酯；1，4- 二异丙烯基苯；以及1，3，5-三异丙烯基苯。一类加成可聚合的交联前体是由具有2至15个碳的亚烷基二醇或具有I至10个醚键的聚亚烷基醚二醇制备的亚烷基或聚亚烷基二醇二丙烯酸酯或二甲基丙烯酸酯、以及美国专利号2，927，022中所披露的那些，例如，具有多个加成可聚合的烯键的那些，特别是当作为末端键存在时。这类的成员是其中这类键中的至少一个并且优选地大多数与一个双键碳、包括双键键合至碳和至如氮、氧以及硫的这类杂原子的碳共轭的那些。还包括的是这类材料，其中烯键式不饱和的基团、尤其是偏乙烯基是与酯或酰胺结构等共轭。
[0097]在第一聚合物层附接或形成并且附接至衬底上之后，一种第一缩聚物反应产物在第一聚合物层上形成并且附接至该第一聚合物层。该缩聚物是通过许多更小分子的连接形成的一个重复有机链，其中链生长在单体之间以逐步地方式发生，这些单体中的至少一种一般是一种多官能单体。
[0098]在不同实施例中，该缩聚物是以逐步地方式建立在衬底的表面上。
[0099]在示例性实施例中，该第一(或更高级)缩聚物层是作为一个“完整聚合物”而附接至第一聚合物层，这意味着该缩聚物是在它附接至该第一聚合物层之前预先形成的。在此关于缩聚物的形成的讨论在制备该完整聚合物的方法和本发明中使用的示例性完整聚合物方面与这个实施例是密切相关的。可以在该完整聚合物层上建立更高级缩聚物层。
[0100]在示例性实施例中，该缩聚物是通过至少两种化合物的反应来形成，该缩聚物可以以基本上任何有用的顺序、数量或数量比与涂覆有聚合物的衬底相接触。缩聚物的形成的概念在此参考胺与多官能化合物的反应来进行说明。本发明不限于以这种方式形成的缩聚物、并且可以使用基本上任何亲核的和亲电的组分来形成这些聚合物。本发明通过参考多官能亲电试剂来进行进一步说明，然而，多官能亲核试剂或亲电试剂的使用在本发明的范围内。
[0101]如本领域的技术人员将理解，以上阐明的用于形成缩聚物的方法可以重复任何所希望的次数以便建立聚合物的连续层。在不同实施例中，该过程被重复2、3、4、5、6、7、8、9或10或更多次。此外，聚合物组分单体添加的顺序、这一种或多种组分的身份以及这些组分的比率从一个反应周期到下一个可以是不同的。因此，本发明提供一种形成具有广泛范围的构造和功能的离子交换介质的高度通用的方法。
[0102]在根据以上所阐明的方法的不同实施例中，执行该反应以便在第一层中从一种胺化合物提供过剩的反应性叔胺或提供过量的第一多官能化合物。“未反应的”意指该胺化合物的一个或多个胺部分是未反应的或这些多官能化合物的反应性官能团是未反应的(并且因此是反应性的)。这可以通过调整反应物的摩尔比、这些反应物的浓度、反应的温度或反应时间来完成。在一个示例性实施例中，第一层是从大约1:1比率的伯胺(或氨)与二环氧化物形成。
[0103]如果摩尔过量的该多官能化合物或反应性氮化合物用于在该聚合物中过量地提供未反应的部分，那么该摩尔过量可以取决于待赋予最终产物的特征在广泛范围内变化。因此，例如，以反应物的摩尔比方式表示的过量可以是从低至0.2:1到高达5:1或更多。更优选地，该比例是在0.75:1与1: 1.25之间。用于选择该过量的一些因素在下文更详细地解释。
[0104]在一个示例性实施例中，第一缩聚物被附接至该第一聚合物层。每个连续的缩聚物反应产物为该衬底提供另外的覆盖。优选地，当缩聚物层的系列的最后一个形成时，该涂层基本上覆盖该第一聚合物层。这些不同聚合物层可以通过原位缩聚反应来建立、或一个或多个可以作为完整的(例如，预先形成的)聚合物附接至该第一聚合物层。当使用完整聚合物时，它一般将一个反应性官能团，该反应性官能团具有与该第一聚合物层上的反应性官能团互补的反应性，从而允许这两个层的附接。
[0105]在一个示例性实施例中，缩聚物是通过多官能胺与多官能环氧化物化合物的反应来制备。对该组合物进行调整以使得该混合物将不会在它的形成条件下产生凝胶。例如，甲胺(能够与全部三个环氧基反应、从而形成一个季离子交换部位的三官能的胺)优选地与一种水溶性二环氧化物(例如，一种二官能的环氧化物)、在一个优选地实施例中1，4- 丁二醇二缩水甘油醚相组合。如果这两种成分是以I摩尔甲胺与I摩尔1，4- 丁二醇二缩水甘油醚的比率进行组合，那么它们倾向于形成用可供使用的反应性官能团(即，叔)衍生的一种线型结构，而不是凝胶。
[0106]在一个示例性实施例中，缩聚物是在存在一种阴离子型衬底表面的情况下使用一种胺试剂和一种多元环氧化物单体的等摩尔混合物来形成。选择该胺试剂以使得它可以与至少2摩尔的环氧试剂进行反应。一种示例性胺试剂是甲胺并且一种示例性多元环氧化物单体是丁二醇二缩水甘油醚。这两种试剂的混合物允许在存在衬底的情况下进行反应，直到该衬底被非交联的缩聚物适合地涂覆。这个反应可以在任何适合的容器中进行，或可以执行该反应以使得该介质是在柱本体中，其中这些试剂在该反应过程中泵送通过该柱。理想地，该反应混合物在下一反应步骤之前用适合的冲洗溶剂洗涤走，但这个步骤不是必需的。水是一种示例性冲洗溶剂，因为水的化学稳定性优于其他溶剂的化学稳定性。
[0107]在一个示例性实施例中，随后将携带反应性胺基团的衬底暴露于一种多元环氧化物单体。该多元环氧化物单体可以是与以上方法中所使用的相同、或它可以是一种不同的多元环氧化物单体。然后，在允许该衬底与该多元环氧化物单体反应之后，用一种适合的溶剂将过量的多元环氧化物单体从该柱洗出，但是用溶剂冲洗不是必需的。再次，一种示例性多元环氧化物单体是丁二醇二缩水甘油醚并且一种示例性冲洗溶剂是水。
[0108]随后将该衬底暴露于一种适合的聚叔胺。可以利用多种多样的不同的聚叔胺。一种示例性聚叔胺在分子中包含连接两个叔胺部位的一个丙基。在不同实施例中，该聚叔胺是1，3_双(二甲基氨基)-2-丙醇。基于这个部分的聚合物对硫氰酸根显示良好的色谱性能。在已经允许衬底与聚叔胺反应持续一段适合的时间之后，将该衬底用适合的冲洗溶剂进行冲洗，但是冲洗溶剂不是必需的。再次，一种示例性冲洗溶剂是水。
[0109]以上所描述的过程根据需要重复多次以实现所希望的选择性和容量。
[0110]在一个示例性实施例中，随后允许已经涂覆有该第一聚合物层的衬底与大量过量(例如，50%至200%)的多官能环氧化物、优选地丁二醇二缩水甘油醚进行反应，以便将该试剂附接至该第一聚合物层。通过利用大量过量的多官能环氧化物，该第一聚合物层用侧未反应的环氧基团进行修饰。在用大量过量(例如，50%至200%)的多官能环氧化物处理之后，将该衬底用大量过量的聚叔胺、优选地1，3-双(二甲基氨基)-2-丙醇进行处理。这样使得表面修饰(decorated)有含有侧反应性叔胺官能度的基团。
[0111]重复使用大量过量的多官能环氧化物、接着大量过量的多官能胺的周期产生在每个胺处的附接点，在这些附接点处有季部位。理论上来说，利用1，4-丁二醇二缩水甘油醚和1，3_双(二甲基氨基)-2_丙醇和交替反应导致每个层没有另外的分支的基本上线型的缩聚物。通过利用这种方法，通过将该周期重复适合的次数(例如，至少2、3、4、5、6、7、8或更多次)实现了非常高的容量。
[0112]在一个示例性实施例中，使用二环氧单体来产生这些二价阴离子选择性材料。氢氧化物选择性是通过增加位于每个阴离子交换部位的季中心附近的羟基官能团的数目来增加。环氧单体提供这类羟基作为环氧化物与胺的反应的副产物。因此，这类缩聚物对于制备氢氧化物选择性阴离子交换相特别有用。然而，这不会将本发明的实用性限制为环氧单体和胺。事实上，类似的缩聚物还可以使用例如多官能烷基卤化物结合多官能胺来产生。这类缩聚物将不是氢氧化物选择性的，但是对于制备阴离子交换相仍将是有用的。在一个示例性实施例中，本发明的方法提供一种基本上线型的缩聚物(附接至该第一聚合物层)，其中至少一个羟基部分是衍生自环氧化物环的开环以便形成季胺中心。在不同实施例中，每个季胺具有结合至与携带胺部分的碳相邻的碳、或在与那个碳相邻的碳处的一个羟基部分。在一个示例性实施例中，至少90%、至少95%或至少99%的这些季胺中心具有结合至与携带胺部分的碳相邻的碳、或在与那个碳相邻的碳处的一个羟基部分。
[0113]在不同实施例中，参见步骤(C)和类似步骤中的反应物，该第一胺化合物包括具有两个或更多个叔胺部分的一个叔胺。该第一胺化合物可以包含另外的胺基团并且可以包含伯、仲和/或叔胺。
[0114]在这些不同步骤中所使用的化合物可以包括单一聚叔胺化合物作为唯一的胺化合物和单一多官能化合物作为唯一的多官能化合物。可替代地，一个单独步骤可以包含该第一叔胺化合物与一种或多种另外的胺化合物的混合物和/或该第一多官能化合物与一种或多种另外的多官能化合物的混合物。以这种方式，每种缩聚物反应产物可以被定制成包含所希望的功能。
[0115]此外，每种胺化合物中的这些反应性氮原子和多官能化合物中的两个官能部分可以是相同的或彼此不同的。例如，该第一胺化合物可以包含至少仅一个伯胺基团、仅一个仲胺基团、一个或多个伯和/或仲基团等。类似地，该第一多官能化合物可以包含与具有相同类型或不同类型的胺基团反应的该至少两个官能部分，并且可以另外包含多于两个官能部分。
[0116]如以上所阐明的，多种多样的替代多官能胺还适合用于本发明，包括简单的二胺、三胺以及更高级的多元胺。聚合物生长步骤的增长要求该胺包含至少两个可供使用的反应部位。聚合物生长的终止可以通过与含有叔胺的化合物的最终反应步骤来完成或该反应可以在无这种终止反应的情况下结束。
[0117]在本发明的反应周期中使用的适合的胺基团包括但不限于，四甲基二氨基丙烷、四甲基二氨基丁烷、1，3-双(二甲基氨基)-2-丙醇和双[2- (N, N- 二甲基氨基)乙基]醚、四甲基亚甲基二胺、亚胺基双(二甲基丙胺)。这些胺化合物的大小可以从简单非聚合化合物(例如具有从17范围的分子量)至具有200至10，000的分子量的小聚合化合物在广泛范围内变化。此外，在发明中使用的胺可以是多官能的，即，包含多于一个胺部分。在不同实施例中，该聚叔胺化合物在每个胺基团之间的连接中具有至少三个原子，以便实现对每个胺基团的良好反应性。衍生自η-乙烯基甲酰胺聚合物的水解的聚合物种类如聚乙烯亚胺和聚胺在本发明中也是有用的。
[0118]示例性多官能化合物包含与第一或随后的胺化合物中的这些胺基团的反应性氮原子反应的至少两个官能部分，从而形成第一、第二或更高编号的缩聚物层。这些多官能化合物中的示例性适合的官能部分包括环氧化物、烷基卤、苄基卤、甲苯磺酸酯、甲硫醚以及其混合物。
[0119]在本发明中使用的示例性环氧化物包括丁二烯二环氧化物、乙二醇二缩水甘油醚、丁二醇二缩水甘油醚(例如，I, 4- 丁二醇二缩水甘油醚)、二乙二醇二缩水甘油醚、己二醇二缩水甘油醚、甘油三缩水甘油醚、以及含有两个或更多个环氧基的许多其他化合物，包括在商业环氧树脂配制品中常用的环氧树脂。适合的烷基卤包括二氯乙烷、二氯丙烷、二氯丁烧、二漠乙烧、二漠丙烧、二漠丁烧以及许多其他烷基齒。适合的苄基齒包括α, α_ 二氯二甲苯和α，α-二溴二甲苯以及许多其他苄基卤。适合的甲苯磺酸酯包括乙二醇二甲苯磺酸酯、二乙二醇二甲苯磺酸酯以及不同其他脂肪族或芳香族多元醇的甲苯磺酸酯。适合的甲硫醚包括1，3_双(甲硫基)丙烷和1，4_双(甲硫基)丁烷以及许多其他多元甲硫醚。用于本发明的多官能化合物优选包含定义成包括单环氧化物化合物、二环氧化物化合物的环氧化物多官能部分和/或包含聚合物的化合物中的聚环氧化物部分。在这种非限制性描述中所阐明的连接基臂相对于不同于环氧化物的多官能化合物具有普遍适用性，这些多官能化合物是例如，包含一个或多个反应性官能团组(例如，烷基卤、苄基卤、甲苯磺酸酯、甲硫醚)的那些。
[0120]一般来说，环氧化物和胺如美国专利号7，291，396中所阐明的进行反应，该专利是通过引用以其全文结合在此。环氧化物与氨、伯胺以及仲胺之间的反应产生直接适合用于随后反应的一种反应产物，因为该反应产物是处于游离碱形式。取决于反应条件，其他多官能化合物如烷基卤产生处于盐形式的反应产物，从而需要单独的步骤或另外试剂来将该反应产物转化回游离碱形式。
[0121]在叔胺的情况下，反应产物是季胺离子，并且该产物的季铵化的氮不认为是一个反应性氮原子。与之前的实例不同，这个反应还要求一摩尔水。作为这个反应的一种副产物的自发形成的平衡离子是氢氧化物阴离子。这种副产物是有利的，因为它帮助保持碱性反应介质，该碱性反应介质对于相邻胺基团与另外的多官能化合物的随后反应是有益的。
[0122]在一个示例性实施例中，其中二环氧化物相对于胺浓度以大量过量使用，最简单的可构想的反应产物是用源自多官能化合物的胺反应性官能团进行官能化的季胺化合物。如上述实例中，季离子交换部位具有氢氧化物平衡离子作为反应副产物。
[0123]在不同实施例中，缩聚物是通过处于1:1比(二环氧化物:胺)的一种二环氧化物与一种叔胺的反应来形成。虽然多个侧基和支化点是可能的反应副产物，但是这种反应的主要产物是一种线型聚合物，其中每个区段包含一个季胺基团连同一个亲水性连接基。聚合的程度取决于反应条件，但是因此形成的聚合物中的这些重复单元的数目(η)可以从低至两个或三个到高达数百个变化。理想地，将实现高的聚合度以便提供对整个表面的良好覆盖和对表面的强力粘附。
[0124]这些多官能化合物的大小可以从简单的非聚合化合物(例如，具有小于87的分子量)至具有234至10，000的分子量的小聚合化合物在广泛范围内变化。示例性多官能化合物是水溶性的并且由多元醇的缩水甘油醚组成，或包含附接至亲水性聚合物(如聚乙二醇或聚丙二醇)的缩水甘油醚，或是所有三个的组合如甘油丙氧基化物三缩水甘油醚。更优选地，该多官能化合物的分子量范围是在200与500之间。
[0125]能够与多官能胺抑或多官能环氧化物形成缩聚物的其他多官能试剂还可以结合或替代适合用于与胺反应的材料或适合用于与环氧化物反应的材料来使用。用于与多官能胺反应的适合的替代多官能试剂包括2-甲基-2-硝基-1，3-丙二醇、二硫双(琥珀酰亚胺基丙酸酯)、氰尿酰氯、以及多官能酰基氯，如己二酰亚氨酸二甲酯二盐酸盐(dimethyladipimidate dihydrochloride)。用于与多官能环氧化物反应的适合的替代多官能试剂包括如多官能硫醇的化合物。优选地，适合的试剂还是水溶性的，以便促进基于水的合成方法。
[0126]在不同实施例中，在步骤(g)之后通过以下方式形成连续的缩聚物层:重复该步骤或前一步骤、任选地改变胺化合物或多官能化合物的过量性，以使得在每个连续层中，这两种化合物中相对的那个与之前层中的反应性部分进行反应以便形成一个另外的缩聚物层。如以上所讨论，这个过程可以根据需要重复多次，以便实现最终产物的所希望的特性，该最终产物典型地处于该衬底上的完整的涂层的形式。
[0127]在使用胺和环氧化物化学法的、在此所阐明的过程中的任何时刻，缩聚物反应产物具有季胺基团的阳离子型官能度。该阳离子型胺产物可以直接以这种形式使用而无需进一步改性。在这种情况下，这个反应的产物将既包含强阴离子交换部位、又包含弱阴离子交换部位，这对于一些分离可以是有利的。在另一个优选的实施例中，强阴离子交换部位可以通过一个封端反应、通过与包含叔(或季)胺基团的封端化合物进行反应来引入到该缩聚物的外层中。以这种方式，该反应被封端或终止，并且该离子交换涂层包含常规地用于阴离子的分离的大量增加的季胺的数目。
[0128]在一个实施例中，这些缩聚物官能团中的一个或多个是支化的和/或交联的。例如，第二、第三或更高级的缩聚物层可以通过以下方式来支化和交联:通过试剂的适当选择、和通过试剂的选择、以及通过调整试剂的比率和胺化合物和多官能化合物中的一种或另一种的过量性，如以下所阐明。
[0129]凝胶在树脂浆料模式或流通“填装柱”模式中的形成可能是不希望的，因为在前一种情况下，凝胶化将导致不适合用于在液相色谱法中使用的、悬浮在稳定的凝胶中的树脂颗粒，并且在后一种情况下将导致非常高的压力的发展，从而排除使用泵送作为递送该试剂的手段，从而致使该材料不适合用于在液相色谱法中使用。如果相反，这些试剂的比率被调整成使得凝胶不会形成(优选地使用接近于能够凝胶化的组合物的组合物，而不使用能够凝胶化的组合物)，该溶液可以通过该“填装柱”，而不经历凝胶化的高压力特征。此外，涂层厚度将在这种溶液通过该柱时继续增加。
[0130]通常应避免导致凝胶形成的条件，尤其是在浆料接枝的情况下，有用的合成方法包括使用最终导致凝胶形成的组合，通过简单地减少树脂暴露于反应混合物的时间以使得该暴露时间小于该反应混合物的凝胶化时间。在本发明的一个有用的实施例中，将这种溶液通过树脂的填装床不仅导致对该树脂表面的接枝，而且导致这些单独颗粒附接在该填装柱中，以便形成基于颗粒的整块料。通过选择适当的条件，所得到的整块料可以从柱本体去除，该整料在该柱本体内形成。因为聚合物通常在聚合进行时收缩，所以这些柱内容物缩小离开柱壁，从而允许该整块料从该柱硬设备(hardware)去除。当良好水合时，所得到的整块料总体上是柔性的。通过允许该整块料干燥并且将它重新插入到适合的尺寸的柱硬设备中，所得到的整块料可以用于色谱分离。
[0131]虽然导致凝胶形成的确切条件可以依据多官能环氧单体和多官能胺的给定混合物所要求的浓度、温度以及时间而改变，但是存在简单的经验性实验方法，该方法适合用于确定最佳用于制备该缩聚物的条件以便在这个步骤中促进或防止凝胶形成。首先，以1:1摩尔化学计量学开始、并且产生这两种试剂在所建议的反应溶剂中的溶液。这些试剂在所建议的温度下反应所建议的反应持续时间、并且注意凝胶形成的存在或不存在。如果观察到凝胶形成，那么减少环氧单体的量、并且重复该过程直到建立凝胶形成条件与非凝胶形成条件之间的边界。可替代地，如果没有观察到凝胶形成，在该配制品中增加环氧单体的量直到观察到凝胶形成。
[0132]此外，根据本发明，大量颗粒可以填装在床中并且涂覆在大的流通柱中并且可以以大量去除作为用于填装的更小分析柱的供给。
[0133]在不同实施例中，步骤(a)、(b)、(C)、(d)、(e)、(f)和/或(g)(和/或另外的反复)中的一个或多个是在流通室中执行。在这些实施例中，使一种或多种反应性组分流动通过该室。当多于一种反应性组分流动通过该室时，它们一起抑或顺序地流动。
[0134]本发明的不同实施例的优点是当该缩聚物施加至填装有衬底的柱时，可以中断涂覆过程以用于柱评估，并且然后可以重新开始该过程。然而，因为环氧化物在碱性条件下经受水解，通常优选的是在与含有多官能胺的试剂反应之后、而不是在与含有多官能环氧基的试剂反应之后立即中断该反应。同样，虽然优选的多官能环氧化物是丁二醇二缩水甘油醚，但是多种多样的多官能环氧化物可以用于本发明中。理想地，该多官能环氧化物应该是水溶性的，以便促进该缩聚物在水性条件下的形成，但是多种可获得的多官能环氧化物中的任一种可以用于此目的。此外，多种多样的不容易获得的聚缩水甘油基试剂可以使用标准合成方法来容易地合成。
[0135]虽然缩聚物的原位柱制备是快速评估不同配制品的方便方式，但是原位柱制备通常不如分批合成有效。然而，通过利用浆料接枝技术抑或优选地大型的填装床反应器，可以将最佳的涂层化学法容易地转移至更大规模的分批法。
[0136]适合的衬底包括，但不限于，多种商业上可获得的色谱介质如色谱颗粒的填装床，并且还包括许多其他形式，包括已经进行适合地衍生化的管材和可以在用以活化表面的简单碱水解处理之后使用的熔凝硅石毛细管。因此，除非另外指明，否则术语“衬底”涵盖一种或多种衬底。此外，基于平坦材料的产品如通常用于生物测定中的“芯片”和阵列还可以用作衬底。在后一种情况下，这些表面可以通过施加如以上所描述的多个层来进行改性，或可以将形成凝胶的试剂混合物的一个或多个层施加至该表面以便形成用于生物分子的结合部位。
[0137]在不同实施例中，该衬底是处于颗粒的形式。还使用的是不同形式的流通整体介质和流通中空管，在这些流通中空管中一个或多个壁用作衬底。
[0138]在一个实施例中，该衬底具有包含一种有机聚合物的一个表面。这个有机聚合物表面与在此所讨论的缩聚物相异。术语“表面”既涵盖具有与衬底的剩余部分相同的化学组成的衬底的表面，又涵盖具有不同化学组成的载体衬底上的表面层的表面。因此，该有机聚合物表面可以包含整个衬底或仅包括可能由另一种材料形成的衬底的顶表面，如由一种无机氧化物制成的表面。可替代地，该衬底可以在它的表面上包含无机材料，如由一种无机玻璃或氧化物(例如，硅胶、氧化铝、二氧化钛、氧化锆、以及熔凝硅石)制成的表面。
[0139]在不同实施例中，该衬底是一种苯乙烯衬底。在这些实施例中，一个第一聚合物层可以通过该衬底表面上的苯乙烯基残基与该第一聚合物层的引入的单体前体的反应附接至该衬底。在一个示例性实施例中，附接至该衬底的第一聚合物层是基于一种乙烯基单体。在不同实施例中，该乙烯基单体是一种丙烯酰基单体，如丙烯酸。因此，在示例性实施例中，本发明提供一种具有苯乙烯衬底的离子交换介质，包含丙烯酸的第一聚合物层被附接至该苯乙烯衬底。
[0140]在本发明的不同实施例中，该衬底在它的表面上包含一个反应性官能团或阴离子型或阳离子型官能部分。
[0141 ] 在另一个示例性实施例中，本发明提供一种并入在此所阐明的离子交换材料的聚集的色谱材料。因此，本发明的离子交换介质与具有相反电荷的第二离子交换介质在促进这两种离子交换材料的静电聚集的条件下相接触，从而形成一种静电聚集的离子交换介质。在不同实施例中，本发明的涂覆离子交换材料是带负电的，并且该第二离子交换介质是带正电的。在另一个示例性实施例中，本发明的涂覆离子交换材料是带正电的，并且该第二离子交换介质是带负电的。这种聚集的介质在例如斯莫尔等人的美国专利号4，101,460中进行了描述，其中所描述的精细分散的不溶性材料是通过静电吸引结合至具有离子交换部位的衬底颗粒。
[0142]在不同实施例中，该聚集体经受一轮或多轮如在此所阐明的缩聚物形成条件。因此，使一种示例性聚集体与含有反应性氮原子的胺与多官能化合物的混合物相接触。这种处理的产物可以经受多轮另外的缩聚反应、另外的聚集步骤或其组合。在这个实施例中使用的示例性缩聚反应化学包括一种胺与一种多官能化合物(例如，二环氧化物)的反应。
[0143]在不同示例性实施例中，本发明提供一种固定相，该固定相具有通过聚叔胺与一种二环氧化物的反应形成的一个或多个缩聚物层附接到其上。在一个示例性实施例中，该胺是一种烷基聚叔胺。在一个示例性实施例中，该二环氧化物是一种烷基二环氧化物。在这些烷基化合物中，这些叔胺或环氧化物基团是经由在链中具有1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多个碳原子的取代的或未取代的烷基部分来连接。一种示例性脂肪族二环氧化物是1，4- 丁二醇二缩水甘油醚。在另一个示例性实施例中，这种固定相具有分层堆积在该第一缩聚物层上的至少1、2、3、4、5、6或更多个另外的缩聚物层。在不同实施例中，缩聚物的每个连续层附接在在它下面的层上。在一个示例性实施例中，这些缩聚物层中的至少1、2、3、
4、5、6或更多个是通过一种聚叔胺与一种二环氧化物的反应来形成。在示例性实施例中，这些层中的至少1、2、3、4、5、6或更多个是通过相同聚叔胺、相同二环氧化物或其组合的缩聚反应来形成。在某些实施例中，一个或多个连续层是使用与用于形成前一层的聚叔胺或多元环氧化物不同的聚叔胺或多元环氧化物来形成。在不同实施例中，该聚叔胺是一种二叔胺。在某些实施例中，将一个缩聚物层用于形成一种静电附接的聚集体，该聚集体具有含有与该缩聚物层的电荷相反的电荷的颗粒。在仍然另外的示例性实施例中，将该聚集体暴露于包含如在此所阐明的一种伯胺和一种二环氧化物的缩聚反应条件。
[0144]本发明中使用的示例性胺包括但不限于，四甲基二氨基丙烷、四甲基二氨基丁烷、1，3-双(二甲基氨基)-2-丙醇和双[2- (N, N- 二甲基氨基)乙基]醚、四甲基亚甲基二胺、亚胺基双(二甲基丙胺)。其他有用的多元胺对于本领域的技术人员来说是可容易地获得的。
[0145]在一个示例性实施例中，本发明的固定相是通过丁二醇二缩水甘油醚与四甲基二氨基丙烷的连续缩聚反应来形成。在不同实施例中，该固定相是通过丁二醇二缩水甘油醚与四甲基二氨基丁烷的连续缩聚反应来形成。在不同实施例中，该固定相是通过丁二醇二缩水甘油醚与1，3_双(二甲基氨基)-2-丙醇的连续缩聚反应来形成。在一个示例性实施例中，该固定相是通过丁二醇二缩水甘油醚与双[2-(N，N-二甲基氨基)乙基]醚的连续缩聚反应来形成。在一个示例性实施例中，本发明的固定相是通过丁二醇二缩水甘油醚与四甲基亚甲基二胺的连续缩聚反应来形成。在不同实施例中，该固定相是通过丁二醇二缩水甘油醚与亚胺基双(二甲基丙胺)的连续缩聚反应来形成。
[0146]在根据以上所述的固定相的示例性实施例中，连续缩聚反应被执行至少2、2.5、3、
3.5、4、4.5、5、5.5、6 或至少 6.5 次。
[0147]在一个示例性实施例中，该第一层是通过用这样一种化学计量学使一种伯胺或氨与一种二环氧化物如丁二醇二缩水甘油醚进行反应来形成，该化学计量学使得该聚合物包含胺反应性环氧化物。这些连续层是如在此所描述的来建立。
[0148]在不同实施例中，本发明的固定相是通过一种聚叔胺与一种二环氧化物的缩聚反应来形成，并且提供硫酸根和亚硫酸根离子在离子色谱条件下的完全基线分离。在不同实施例中，本发明的固定相是通过一种聚叔胺与一种二环氧化物的缩聚反应来形成，并且提供硫酸根、亚硫酸根以及硫氰酸根离子在离子色谱条件下的完全基线分离。在不同实施例中，本发明的固定相是通过一种聚叔胺与一种二环氧化物的缩聚反应来形成，并且提供硫酸根、亚硫酸根以及碳酸根离子在离子色谱条件下的完全基线分离。在不同实施例中，本发明的固定相是通过一种聚叔胺与一种二环氧化物的缩聚反应来形成，并且提供硫酸根、亚硫酸根以及硫代硫酸根离子在离子色谱条件下的完全基线分离。在不同实施例中，本发明的固定相是通过一种聚叔胺与一种二环氧化物的缩聚反应来形成，并且提供硫酸根、亚硫酸根、碳酸根、以及硫代硫酸根离子在离子色谱条件下的完全基线分离。在不同实施例中，本发明的固定相是通过一种聚叔胺与一种二环氧化物的缩聚反应来形成，并且提供硫酸根、亚硫酸根、碳酸根、硫氰酸根、以及硫代硫酸根离子在离子色谱条件下的完全基线分离。
[0149]示例性离子色谱条件包括使用4 mm内径的柱、I mm/分钟的洗脱剂流速以及从约10至约60 (例如从约20至约45 mM Κ0Η)作为洗脱剂。柱温度可以从约15°C至约90°C、例如从约20°C至约60°C、例如从约30°C至约40°C变化。用于确定本发明的固定相是否实现硫酸根、亚硫酸根、碳酸根、硫氰酸根以及硫代硫酸根中的任何两种或更多种的完全基线分离的示例性操作条件是使用4 mm内径的柱、I mL/分钟的洗脱剂流速、40 mM KOH和在约30°C与35°C之间的柱温度。
[0150]在一个示例性实施例中，当在以上所述的条件下用于离子色谱法时，本发明的固定相将提供至少约0.1的经调整的相对保留值。图30。
[0151]如对于本领域的技术人员将清楚的是，以上所阐明的这些示例性实施例的不同要素可以按不同的方式进行组合以便产生处于本发明的范围内的固定相。
[0152]为了进一步说明本发明，提供了其实践的以下非限制性实例。
[0153]实例L将由具有6微米的平均颗粒大小和18 m2/克的表面积的二乙烯基苯-乙基乙烯基苯共聚物组成的表面磺化的衬 底填装到4 mm柱中，在此之后，在65°C下通过使丁二醇二缩水甘油醚与甲胺(两者都是大约0.39摩尔)的等摩尔混合物通过该衬底持续10分钟来制备初始底层。然后允许该反应混合物在该柱中反应60分钟(步骤一)。然后从该柱中将该反应混合物用去离子水冲洗五分钟。在此之后，使丁二醇二缩水甘油醚在水中的10%溶液通过该柱持续10分钟，并且然后允许它在65°C下反应20分钟(步骤二)。然后从该柱中将该反应混合物用去离子水冲洗五分钟。在此之后，使1，3_双(二甲基氨基)-2-丙醇的一摩尔浓度的溶液通过该柱持续10分钟，并且然后允许它在65°C下反应20分钟(步骤三)。在此之后，重复步骤二，接着是另一冲洗步骤，接着是步骤三，接着是另一冲洗步骤，接着是步骤二，接着是另一冲洗步骤，接着是步骤三，接着是另一冲洗步骤，接着是步骤二，接着是另一冲洗步骤，接着使甲胺的1.4摩尔浓度的溶液通过该柱持续10分钟，并且然后允许溶液在65°C下反应20分钟。在用另外的去离子水冲洗该柱并且然后用氢氧化钾调节该柱之后，该柱现在适合用于使用。
[0154]实例2.在由GP40梯度泵、具有TC柱室的AS50自动进样器、ED50传导率/电化学检测器、包括EGC-1I KOH筒和CR-ATC的EG40洗脱剂产生器组成的DX500离子色谱系统上测试多个柱。该系统利用Chromeleon 6.8软件用于数据的收集和分析。此外，改变流动相的浓度，一般来说操作条件是在每分钟I mL和30°C下，40 mM氢氧化钾。使用5 μ?注射体积。样品浓度是在I至10 ppm的范围。
[0155]实例3.将由具有6微米的平均颗粒大小和18m2/克的表面积的二乙烯基苯-乙基乙烯基苯共聚物组成的表面磺化的衬底填装到4 _柱中，在此之后，在74°C下通过使丁二醇二缩水甘油醚与甲胺(两者都是大约0.39摩尔)的等摩尔混合物通过该衬底持续10分钟来制备初始底层。然后允许该反应混合物在该柱中反应60分钟(步骤一)。然后将该反应混合物用去离子水从该柱洗出五分钟。在此之后，使丁二醇二缩水甘油醚在水中的10%溶液通过该柱持续10分钟，并且然后允许它在74°C下反应20分钟(步骤二)。然后将该反应混合物用去离子水从该柱洗出五分钟。在此之后，使二甲胺的1.29摩尔浓度的溶液通过该柱持续10分钟，并且然后允许它在74°C下反应20分钟(步骤三)。在此之后，重复步骤二，接着是另一冲洗步骤，接着是步骤三，接着是另一冲洗步骤，接着是步骤二，接着是另一冲洗步骤，接着是步骤三，接着是另一冲洗步骤，接着是步骤二，接着是另一冲洗步骤，接着是步骤三，接着是另一冲洗步骤。在用另外的去离子水冲洗该柱并且然后用氢氧化钾调节该柱之后，该柱现在适合用于使用。
[0156]实例4.将由具有6微米的平均颗粒大小和18m2/克的表面积的二乙烯基苯-乙基乙烯基苯共聚物组成的适合的表面磺化的衬底填装到4 mm柱中，在此之后，在73°C下通过使丁二醇二缩水甘油醚与甲胺(两者都是大约0.39摩尔)的等摩尔混合物通过该衬底持续10分钟来制备初始的底层。然后允许该反应混合物在该柱中反应60分钟(步骤一)。然后将该反应混合物用去离子水从该柱洗出五分钟。在此之后，使丁二醇二缩水甘油醚在水中的10%溶液通过该柱持续10分钟，并且然后允许它在73°C下反应20分钟(步骤二)。然后将该反应混合物用去离子水从该柱洗出五分钟。在此之后，使四甲基亚甲基二胺的1.29摩尔浓度的溶液通过该柱持续10分钟，并且然后允许在73°C下反应20分钟(步骤三)。在此之后，重复步骤二，接着是另一冲洗步骤，接着是步骤三，接着是另一冲洗步骤，接着是步骤二，接着是另一冲洗步骤，接着是步骤三，接着是另一冲洗步骤，接着是步骤二，接着是另一冲洗步骤，接着是步骤三，接着是另一冲洗步骤。在用另外的去离子水冲洗该柱并且然后用氢氧化钾调节该柱之后，该柱现在适合用于使用。
[0157]实例5.这个实例示出色谱衬底的羧酸酯表面改性的合成。由具有6.5微米的平均颗粒大小和22 m2/克的表面积的二乙烯基苯-乙基乙烯基苯共聚物组成的介质用作衬底，以便制备根据本发明的具有阴离子型聚合物表面的衬底。该方法如下:首先将100 g的衬底树脂填料材料分散在去离子(DI)水中的50%异丙醇(IPA)溶液中并且充分混合。然后将该树脂用DI水冲洗两次并且然后过滤成潮湿的饼。将该潮湿的饼分散在200 g的DI水中，并且然后添加丙烯酸(A)和引发剂(B)。将包含按重量计10%至20%单体的溶液(A)添加至200 gm的DI水中，接着添加100 g的IPA。将该树脂充分混合。B)包含6 g引发剂(偶氮双(氰基戊酸))，将其添加至30 g的DI水和20 g的50% NaOH的混合物中。在将该混合物添加至该树脂单体混合物之前对该混合物进行超声处理。该合成反应在搅拌下在72°C下进行5小时。将该树脂进行过滤并且用热DI水洗涤并且过滤，接着是丙酮浸泡和用丙酮一次洗涤。将该树脂用DI水再洗涤一次并且过滤以便获得具有所希望的羧酸化的表面的树脂。
[0158]实例6.来自实例5的树脂接下来如以下所描述的进行反应。首先通过在DI水中制备浆料并且然后在4000磅/平方英寸的填装压力使下用DI水填装持续10分钟来将树脂填装到4 X 250 mm的柱之中。接下来，将具有梯度比例阀的色谱泵用于缩聚物的合成。将该比例阀联接至如以下所列出的四种试剂:
?El:水中的10% 1,4-丁二醇二缩水甘油醚(BDDGE)
?E2:水中的4%甲胺
?E3:1.0 M 1，3双(二甲基氨基)-2-丙醇
?E4:DI 水。
[0159]使用0.5 ml/分钟的流速将这些溶液泵送至以上(4 X 250 mm)的柱中。将该柱
放置于65 C下的水浴中。
【权利要求】
1.一种用于在衬底上制作离子交换涂层的方法，所述方法包括: (a)使包含两种或更多种胺反应性官能团的至少一种第一多官能化合物与选自氨和伯胺中的一个成员进行反应，从而形成具有反应性叔胺的群体的一个第一聚合物层；并且 (b)使所述反应性叔胺的群体的至少一部分与包含两种或更多种胺反应性官能团的一种多官能化合物进行反应，从而形成具有侧胺反应性官能团的一个聚合物层。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括: (c)使侧胺反应性官能团与一种聚叔胺试剂进行反应，从而形成具有季胺部分和侧反应性叔胺的一个第一聚合物层。
3.如权利要求2所述的方法，进一步包括: (d)使一种侧反应性叔胺与包含两种或更多种胺反应性官能团的一种多官能化合物进行反应，从而形成具有侧胺反应性官能团的一个聚合物层。
4.如权利要求3所述的方法，进一步包括: (e)使侧胺反应性官能团与一种聚叔胺试剂进行反应，从而形成具有季胺部分和侧反应性叔胺的一个第二聚合物层。
5.如权利要求4所述的方法，进一步包括: (f)使一种侧反应性叔胺与包含两种或更多种胺反应性官能团的一种多官能化合物进行反应，从而形成具有侧胺反应性官能团的一个聚合物层。
6.如权利要 求5所述的方法，进一步包括: (g)使侧胺反应性官能团与一种聚叔胺试剂反应，从而形成具有季胺部分和侧反应性叔胺的一个第三聚合物层。
7.如权利要求6所述的方法，包括: (h)在步骤(g)之后，将选自(C)、(d)以及其组合中的一个成员重复/7次，其中/7是选自1、2、3、4、5、6、7、8、9、以及10的一个整数。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述衬底包含在其表面上的阴离子官能部分，并且所述附接是通过在所述缩聚物季氨基与所述阴离子官能部分之间的静电键合。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述衬底具有一个表面，该表面包含一种有机聚合物。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述多官能化合物的所述胺反应性官能团是独立地选自:环氧化物、烷基卤、苄基卤、甲苯磺酸酯、甲磺酸酯、以及甲硫醚。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述第一和第二多官能化合物的所述至少两种胺反应性官能部分包含环氧化物部分。
12.通过权利要求1所述的方法形成的产物。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述缩聚物的至少一个层包含一种交联的官能团。
14.如权利要求1所述的方法，其中所述缩聚物的至少一个层包含一种官能团，该官能团包括多个支化的聚合物链。
15.如权利要求1所述的方法，其中步骤(a)和(b)是在一个流通室中通过使所述第一胺化合物和第二胺化合物以及第一多官能化合物或第二多官能化合物顺序流动经过所述衬底来执行的。
16.如权利要求1所述的方法，其中步骤(a)是在多个处于颗粒形式的所述衬底上执行的，并且所述涂覆衬底包括离子交换填料颗粒。
17.如权利要求14所述的方法，其中步骤(a)是在多个处于颗粒形式的所述衬底上执行的，并且其中所述涂覆衬底包括离子交换填料颗粒，所述涂覆的颗粒是以适合用作色谱填料的形式从所述室中去除的。
18.如权利要求1所述的方法，其中所述衬底包括一种流通整体介质。
19.如权利要求1所述的方法，其中所述衬底包括一种流通中空管的壁。
20.一种离子交换固定相，包含: (a)—个衬底；以及 (b)涂覆所述衬底的一种季胺聚合物，其中所述涂层包含一种第一季胺缩聚物，该第一季胺缩聚物是通过按一种化学计量使选自氨和伯胺中的一个成员与包含两种或更多种胺反应性官能团的一种多官能化合物进行反应而形成的，该化学计量使得这个反应的产物包含多个未反应的胺反应性官能团；以及 (C)来自(b)与一种聚叔胺的反应产物，从而形成所述离子交换固定相。
21.如权利要求20所述的涂覆衬底，其中所述两种或更多种胺反应性官能团是独立地选自:环氧化物、烷基卤、苄基卤、甲苯磺酸酯、甲磺酸酯、以及甲硫醚。
22.如权利要求20所述的涂覆衬底，其中所述衬底包括一种流通整体介质。
23.如权利要求20所述的涂覆衬底，其中所述衬底包括一种流通中空管的壁。
24.如权利要求20所述的涂覆衬底，其中所述多官能化合物的所述两种胺反应性官能团中的所述至少一种是一种环氧化物部分。
25.如权利要求20所述的多个处于颗粒形式的涂覆衬底，这些衬底包括离子交换填料颗粒。
26.如权利要求20所述的涂覆衬底，其中所述衬底具有一个表面，该表面包含一种有机聚合物。
27.如权利要求20所述的涂覆衬底，其中所述衬底包含在其表面上的多个阴离子官能部分，并且所述不可逆的附接是通过在所述第一缩聚物胺官能部分与所述阴离子官能部分之间的静电键合。
【文档编号】B01J39/26GK103492077SQ201280012779
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2012年3月9日 优先权日:2011年3月11日
【发明者】C.A.波尔, K.斯里尼瓦桑, S.巴德瓦 申请人:迪奥内克斯公司