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DE112004000231B4 - In situ-Fritte und Verfahren zum Herstellen einer Chromatographievorrichtung - Google Patents

In situ-Fritte und Verfahren zum Herstellen einer Chromatographievorrichtung Download PDF

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DE112004000231B4
DE112004000231B4 DE112004000231.1T DE112004000231T DE112004000231B4 DE 112004000231 B4 DE112004000231 B4 DE 112004000231B4 DE 112004000231 T DE112004000231 T DE 112004000231T DE 112004000231 B4 DE112004000231 B4 DE 112004000231B4
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frit
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Abstract

In situ-Fritte zum Immobilisieren eines Materials der stationären Phase in einer Chromatographie-Nanosäule, die ein inniges Gemisch von Partikeln umfasst, umfassend ein Material der stationären Phase und ein polymerisches Netzwerk, das vernetztes Poly(diorganosiloxan) umfasst, wobei die Partikel in dem Netzwerk suspendiert sind und das vernetzte Poly(diorganosiloxan) durch Umsetzen von Polymerreagenzien, die (1) ein Organopolysiloxan mit einer Silicium-gebundenen Alkenylgruppe, (2) ein nicht funktionelles Organopolysiloxan, (3) ein Organohydrogenpolysiloxan und (4) einen Katalysator umfassen, hergestellt wird.

Description

  • Verwandte Anmeldungen
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung 60/445.725 , eingereicht am 7, Februar 2003 und der vorläufigen US-Patentanmeldung 60/446.399 . eingereicht am 10. Februar 2003.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Gegenwärtig existieren mehrere Verfahren für die analytische Trennung von Komponenten eines Gemisches. Im Allgemeinen wird eine flüssige Probe, die interessierende Verbindungen enthält, durch Partitionieren zwischen einer mobilen Phase und einer stationären Phase getrennt und die einzelnen getrennten Verbindungen werden analysiert.
  • Zum Beispiel ist Elektrophorese, insbesondere Kapillarelektrophorese („CE“) ein Verfahren zum Auftrennen von einzelnen molekularen Spezies aus einem Gemisch durch die Anlegung eines elektrischen Feldes. Eine Auftrennung der Moleküle tritt aufgrund ihrer unterschiedlichen Bewegungsgeschwindigkeiten durch die Lösung auf, wobei die Geschwindigkeit durch den pH-Wert der Lösung, die Masse und Ladung des Moleküls und die Stärke und Dauer des elektrischen Feldes beeinflusst wird. Zum Beispiel erfolgt eine Auftrennung typischerwetse In einem Kaptllarröhrchen, das mit einer elektrisch leiträhigen Elektrolyllösuitg gefüllt ist und das an beiden Enden offen ist. Ein elektrisches Feld wird durch Elektroden mit hoher Spannung, die an den Enden der Kapillare angebracht sind. angelegt. Ein Nachweis von aufgetrennten Molekülen kann in der Kapillare. z.B. durch Laserbestrahlung von fluoreszierenden Molekülen durch ein Fenster auf der äußeren Oberfläche einer Kapillare, das durch Entfernen der Polyimid-Beschichtung hergestellt wird, erfolgen. Vgl. z.B. die US-PSen US 5 312 535 A , US 5 364 521 A und US 5 310 462 A .
  • Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie („HPLC“) ist ein weiteres Verfahren, das ein Partitionieren zwischen einer mobilen flüssigen Phase unter hohem Druck und einer stationären Phase, z.B. Säulen auf Silica-Basis, einschließlich gebundener Silica, und organischen Harzen wie Divinylbenzol, verwendet. Von diesen sind Säulen auf Silica-Basis mit reverser Phase bevorzugt, da sie hohe Auftrennungs-Wirkungsgrade aufweisen, mechanisch stabil sind und eine Vielzahl von funktionellen Gruppen leicht für eine Vielzahl von Säulenselektivitäten angebunden werden können. Kürzlich wurden Miniatur-HPLC-Chromatographiesysteme und -techniken entwickelt. Diese Techniken verwenden Säulen mit kleinerem inneren Durchmesser, als sie gewöhnlich in herkömmlichen HPLC-Auftrennungen verwendet werden, und sie benötigen lediglich Proben mit weniger als etwa 1 µl. Diese Techniken werden durch mehrere Namen bezeichnet, einschließlich „Mikro-Flüssigkeitschromatographie“ (oder „MLC“), „Mikro-Hochleistungs-LC“ oder einfach „MikroLC“, „Kapillar-LC“ oder „nanoLC“ (d.h. der Begriff, der hierin verwendet wird). Vgl. die US-PSen US 4 102 782 A und US 4 346 610 A .
  • Ein neueres Verfahren ist die Kapillar-Elektrochromatographie („CEC“), worin ein elektrisches Feld über Kapillarsäulen, die mit Mikropartikeln gepackt sind, angelegt wird und der sich ergebende elektroosmotische Fluss als eine Pumpe für eine Chromatographie fungiert. Die Technik verbindet die Vorteile des hohen Wirkungsgrades, der durch kapillarelektrophoretische Auftrennungen erhalten wird, und die allgemeine Anwendbarkeit von HPLC. CEC weist die Fähigkeit auf, die mobile Phase durch Säulen, die mit chromatographischen Partikeln, insbesondere kleinen Partikeln, gepackt sind, zu treiben, wenn ein elektroosmotischer Fluss verwendet wird. Vgl. z.B. Colon et al., J. Chromatog. 887, 43 (2000), Dadoo et al., LC-GC 15, 630 (1997), Jorgenson et al., J. Chromatog. 218, 209 (1981), Pretorius et al., J. Chromatog. 99, 23 (1974) und die US-PSen 6 395 18 3 , US 6 395 183 B1 , US 5 378 334 A , US 5 342 492 A und US 5 310 463 A . Im Allgemeinen sind Kapillaren entweder elektrokinetisch oder unter Verwendung einer Pumpe mit einem geeigneten Material der stationären Phase gepackt, das das gleiche Material der stationären Phase sein kann, das herkömmlicherweise bei der HPLC verwendet wird. Die Chromatographiesäule umfasst im Allgemeinen ein Quarzglas-Kapillarröhrchen mit einem kreisförmigen Querschnitt. Ein Teil der Kapillarsäule ist mit einem Material der stationären festen Phase (z.B. Partikeln aus verbundener Silica mit einem Durchmesser von etwa 1 bis 3 µm) gepackt, die mit porösen Fritten in Position gehalten werden, die typischerweise gesinterte Silicapartikel sind, die an den stromaufwärts liegenden (Einlass) und stromabwärts liegenden (Auslass) Enden der Säule angeordnet sind. Unter den vereinigten Wirkungen eines Flusses der mobilen Phase, einer ionischen Strömung, die durch das angelegte elektrische Feld induziert wird, und die Partitionierungswirkung der stationären Phase wird das Gemisch aufgetrennt. Um ein Stören der stationären Phase zu vermeiden, finden ein Nachweis und eine Analyse der verschiedenen Komponenten des Gemisches typischerweise in einem nicht gepackten oder offenen Teil der Kapillarsäule, benachbart zu dem stromabwärts liegenden Ende, statt, wo die Banden, die den einzelnen Komponenten des Gemisches entsprechen, aus der gepackten Kapillarsäule austreten.
  • Die Chromatographiesäulen, die in CEC, HPLC und verwandten analytischen Verfahren verwendet werden, benötigen für eine optimale Leistung durchlässige Eingrenzungsvorrichtungen, um Flüssigkeiten oder Material der stationären Phase innerhalb einer Säule zu halten, oder Partikel, z.B. partikuläre Verunreinigungen in analytischen Proben, zu filtern. Herkömmliche Eingrenzungsvorrichtungen beinhalten Glasfaserpackungen, Siebe und verbundene Partikel, die typischerweise als „Fritten“ bezeichnet werden.
  • Es gibt viele verschiedene Verfahren zum Herstellen von Fritten, aber die meisten Techniken verwenden eine Konsolidierung von kleinen Partikeln durch Sintern oder Schmelzen von gepressten Partikeln einer bekannten Größe. In einem typischen Verfahren wird ein geeignetes Material in kleine Stücke vermahlen und für einen ausgewählten Größenbereich von Partikeln gesiebt. Die Partikel werden sodann in einer Form zusammengepresst und erhitzt, um die Partikel zu verschmelzen, aber nicht die Partikel zu schmelzen oder abzubauen. Nach einem Erhitzen wird das Material durch Abtragen und Verschweißen oder Verleimen zu einem geeigneten Substrat weiter verarbeitet. Ein weiterer Ansatz verwendet Filamente aus entweder Metallen oder Kunststoffen, die zufällig angeordnet, verpresst und verschmolzen werden. Solche filamentären Fritten sind im Allgemeinen lediglich für große (d.h. nicht kapillare) Säulen geeignet. Ein noch weiterer Ansatz verwendet Siebe, um eine Abgrenzungsvorrichtung bereitzustellen, die als eine Alternative zu Fritten fungiert, aber Siebe weisen im Allgemeinen eine niedrigere Leistungsgrenze, basierend auf der Größe des verwendeten Drahts oder Filaments, auf. Jedoch stellen Siebe einen niedrigen Gegendruck im Vergleich zu Fritten bereit. Vgl. Colon et al., J. Chromatog. 887, 43 (2000).
  • Weder die Fritte noch das Sieb bietet eine ideale Struktur für die Eingrenzung einer Packung oder zum Bereitstellen eines Partikelfilters in Anwendungen, die kleine Loch- oder Porengrößen benötigen, insbesondere für eine gepackte Kapillarsäule, wie sie bei entweder Flüssigkeitschromatographie („LC“) oder Kapillarelektrophorese („CE“) verwendet wird. Die herkömmliche Fritte weist aufgrund des gebogenen Weges der Pore, einschließlich Wegen, die seitliche Translationen enthalten, einen hohen Gegendruck auf. Obwohl ein Sieb einen niedrigen Gegendruck aufweist, weist das Sieb eine niedrigere Grenze hinsichtlich der Porengröße auf. Fritten verursachen auch ein Hohlraumvolumen, das die Qualität von chromatographischen Daten, insbesondere in kleineren Säulen und in Auftrennungen mit kleinen Volumina, in denen das Volumen der Fritte relativ zu dem Probenvolumen beträchtlich ist, vermindert.
  • „Frittenlose“ Säulen wurden als eine Alternative zu den Nachteilen von Fritten und Sieben, insbesondere in CEC-Säulen, untersucht. Zum Beispiel beschreibt ein Bericht eine in situ-Acrylat-Polymerisation, die durch einen Radikalmechanismus vermittelt wird. Vgl. Chirica et al., Anal. Chem. 72, 3605 (2000). Andere Berichte zeigen die in situ-Synthese von Fritten durch Sintern von Silicaten. Vgl. Chirica et al., Electrophoresis 20, 50 (1999), Chirica et al., Electrophoresis 21, 3093 (2000), vgl. auch Zeng et al., Sensors and Actuators B 79, 107 (2001). Obwohl diese Säulen mechanisch stabil sind, ist es schwierig, eine stabile Grundlinie zu erreichen. Andere haben versucht, Fritten durch in situ-Fotopolymerisation von Acrylaten herzustellen. Vgl. Chen et al., Anal. Chem. 72, 1224 (2000), Dulay et al., Anal. Chem. 73, 3921 (2001), Chen et al., Anal. Chem. 73, 1987 (2001), Kato et al., J. Chromatog. A, 924, 187 (2001). Es wird angenommen, dass das Polymer als ein „Nanokleber“ durch Immobilisieren der Partikel des Materials der stationären Phase fungiert. Solche Fotopolymerisationsverfahren sind auf die Herstellung von Säulen begrenzt, die optisch transparent sind.
  • WO 2001 / 057 516 A2 betrifft eine monolithische Fritte für Kapillarsäulen. Die Kapillarsäule wird mit partikulären Sorbentien gefüllt und ist an mindestens einem mit einer Fritte abgeschlossen, die aus monolithischem, organischem oder anorganischem Material besteht.
  • US 6 224 775 B1 betrifft ein Verfahren zur Trennung chemischer Gemische durch eine Kapillar-Elektrochromatographie (CEC) oder eine Kombination von CEC mit einer Kapillar-LC. Das Packungsmaterial ist dabei vorzugsweise ein partikuläres Silica-Material und das Frittenmaterial ein Oktadecylsilica-Material.
  • Aus der DE 695 23 610 T2 ist eine Säule für kapillarchromatographische Trennverfahren bekannt. In der Druckschrift ist beschrieben, interne Fritten in den Kapillarsäulen zu erzeugen, in denen Partikel der stationären Phase in einer Zone, wo die Abschlussfritten angeordnet sein sollen, durch Anwendung von Wärme immobilisiert werden, wobei die Partikel unter diesen Bedingungen zusammenkleben.
  • US 3 808 125 A betrifft eine Chromatographievorrichtung, bei der die Säulen mit Partikeln gepackt werden, die in ein Polydimethylsiloxan-Polymernetzwerk eingebettet werden .
  • Aus der US 5 599 445 A ist schließlich noch ein Medium zur Verwendung in einer Chromatographievorrichtung bekannt, bei der unter anderem partikuläres Material als stationäre Phase in einem Polysiloxan-Polymernetzwerk gebunden ist.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die Erfindung überwindet einige der vorstehend beschriebenen Nachteile und stellt verbesserte Nanosäulen-Chromatographievorrichtungen bereit, die z.B. bei der CEC verwendbar sind. Eine beispielhafte erfindungsgemäß hergestellte Chromatographievorrichtung beinhaltet eine Nanosäule, z.B. eine Kapillare, die mit einem partikulären Material der stationären Phase und einem Festträger gepackt ist. Der Festträger, der als eine „in situ-Fritte“ bezeichnet werden kann, kann benachbart zu und integriert in das Material der stationären Phase vorliegen. Eine erfindungsgemäße „in situ-Fritte“ umfasst ein Gemisch des Materials der stationären Phase und eines polymerischen Netzwerks von vernetztem Poly(diorganosiloxan), z.B. Poly(dimethylsiloxan), das gegebenenfalls gesintert sein kann. Erfindungsgemäß werden auch Verfahren zum Herstellen und Verwenden solcher Vorrichtungen bereitgestellt.
  • Die Erfindung betrifft eine in situ-Fritte zum Immobilisieren eines Materials der stationären Phase in einer Chromatographie-Nanosäule gemäß Anspruch 1.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen In situ-Fritte ergeben sich aus den Anspruch 1 nachgeordneten Unteransprüchen.
  • Ferner betrifll. die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Chromatographievorrichtung gemäß Anspruch 57, Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Anspruch 57 nachgeordneten Unteransprüchen.
  • Die Erfindung betrifft auch Verfahren zum Verwenden der hierin beschriebenen Chromatographievorrichtungen und Materialien. Zum Beispiel betrifft die Erfindung ein analytisches Verfahren zum Auftrennen und/oder Analysieren von Komponenten eines Gemisches, das einen Schritt eines In-Kontakt-Bringens des Gemisches mit einer Säulenchromatographlevorrichtung mit einer erfindungsgemäßen In situ- Fritte umfasst.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt SEM-Bilder von Fritten gemäß Beispiel 1, die mit (A) 1%igen PDMS-. (B) 5%igen PDMS- und (C) 10%Igen PDMS-Lösungen In 1,4-Dioxan hergestellt wurden.
    • 2 zeigt zwei SEM-Bilder bei Vergrößerungen von (A) 500 und (B) 2500 einer gesinterten PDMS-Fritte. die gemäß Beispiel 3 hergestellt wurde.
    • 3: (Linkes Feld) zeigt eine Auflrennung von Aceton (1). Ethylparaben (2), Butylparaben (3) und Naphthalen (4) auf (A) einer Integra-Fritten-Säule und (B) einer PDMS-Fritten-Säule, die gemäß Beispiel 2 hergestellt wurde. (rechtes Feld) zeigt eine Auflrennung von Aceton (1), Ethylparaben (2), Butylparaben (3) und Naphthalen (4) auf (A) einer Integra-Fritten-Säule und (B) einer PDMS-Fritten-Säule, die gemäß Beispiel 3 hergestellt wurde.
    • 4 zeigt eine Auftrennung eines Chargen-Testgemisches auf (A) einer Nanosäule (75 µm x 100 mm) mit einer PDMS-Fritte, (B) einer Nanosäule (75 µm x 100 mm) mit einer IntegraFrit™ und (C) einer analytischen Säule (2,1 mm x 100 mm).
  • Genaue Beschreibung der Erfindung
  • Der Einfachheit halber sind einige Definitionen von Begriffen, auf die hierin Bezug genommen wird, nachstehend beschrieben.
  • Der Begriff „Material der stationären Phase“ oder „Packungsmaterial“ betrifft ein loses partikuläres Material, das für eine chromatographische Verwendung vorgesehen ist. Sobald das Material gepackt und mit der mobilen Phase in Kontakt gebracht wird, wird es typischerweise als die „stationäre Phase“, d.h. eine der zwei chromatographischen Phasen, bezeichnet. Das heißt, die stationäre Phase besteht gewöhnlich aus einem spezifischen Material der stationären Phase, das in eine Säule „gepackt“ wurde. Der Ausdruck „chromatographisches Bett“, „gepacktes Bett“ oder einfach „Bett“ kann als ein allgemeiner Begriff verwendet werden, um eine jegliche der verschiedenen Formen zu bezeichnen, in der die stationäre Phase verwendet wird. Die stationäre Phase ist der Teil eines chromatographischen Systems, der für die Retention der Analyten verantwortlich ist, die durch das System durch die mobile Phase getragen werden. Die „Packung“ ist die aktive feste, stationäre Phase zusammen mit einem jeglichen Festträger, der in der chromatographischen Säule enthalten ist. Ein „Festträger“ ist ein Feststoff, der die stationäre Phase hält oder zurückhält, aber typischerweise nicht wesentlich zu dem Auftrennverfahren beiträgt. Eine Einlass- oder Auslassfritte in einer typischen Flüssigkeitschromatographiesäule ist ein Beispiel eines Festträgers. Folglich ist eine erfindungsgemäße in situ-Fritte ein Festträger, eine Komponente der Packung (da sie ein Teil des Materials der stationären Phase ist) und eine Komponente der stationären Phase (mindestens zu dem Ausmaß, zu dem das Material der stationären Phase in der Fritte zu dem Auftrennverfahren beiträgt). Eine „immobilisierte stationäre Phase“ ist eine stationäre Phase, in der das Material der stationären Phase, das in eine chromatographische Säule gepackt wurde, z.B. entweder durch physikalische Anziehung, chemische Bindung oder durch in situ-Polymerisation immobilisiert wurde. Vgl. IUPAC, Pure and Applied Chemistry 69, 1475-1480 (1997).
  • „Alkyl-gebundene“ stationäre Phase oder „Alkyl-gebundenes“ stationäres Material ist eine gebundene stationäre Phase (oder ein gebundenes stationäres Material), in der (dem) die an die Oberfläche gebundene Gruppe eine Alkylkette (gewöhnlich C1 bis C18) enthält. „Phenyl-gebundene“ stationäre Phase (oder Phenylgebundenes stationäres Material) ist eine gebundene stationäre Phase (oder gebundenes stationäres Material), in der (dem) die an die Oberfläche gebundene Gruppe eine Phenylgruppe enthält. „Cyan-gebundene“ stationäre Phase (oder Cyan-gebundenes stationäres Material) ist eine gebundene stationäre Phase, in der die an die Oberfläche gebundene Gruppe eine Cyanalkylgruppe (z.B. -(CH2)n-CN) enthält. „Diol-gebundene“ stationäre Phase (oder Diol-gebundenes stationäres Material) ist eine gebundene stationäre Phase, in der die an die Oberfläche gebundene Gruppe eine vicinale Dihydroxyalkylgruppe (z.B. -(CH2)n-CHOH-CH2OH) enthält. „Amino-gebundene“ stationäre Phase (oder Amino-gebundenes stationäres Material) ist eine gebundene stationäre Phase, in der die an die Oberfläche gebundene Gruppe eine Aminoalkylgruppe (z.B. -(CH2)n-NH2) enthält. „Gecappte“ stationäre Phase (oder gecapptes stationäres Material) (auch als „endengecappte“ stationäre Phase oder endengecapptes stationäres Material bekannt) ist eine gebundene stationäre Phase (oder gebundenes stationäres Material), die (das) mit einem zweiten (gewöhnlich weniger raumgreifenden) Reagenz behandelt wurde, das dazu vorgesehen ist, sich mit verbleibenden funktionellen (z.B. Silanol-) Gruppen umzusetzen, die nicht durch das ursprüngliche Reagenz aufgrund einer sterischen Hinderung substituiert wurden.
  • Erfindungsgemäß schließt der Begriff „aliphatische Gruppe“ organische Gruppen ein, die durch geradkettige oder verzweigte Ketten mit typischerweise 1 bis 22 Kohlenstoffatomen gekennzeichnet sind. In komplexen Strukturen können die Ketten verzweigt, verbrückt oder vernetzt sein. Aliphatische Gruppen beinhalten Alkylgruppen, Alkenylgruppen und Alkinylgruppen.
  • Alkylgruppen beinhalten gesättigte Kohlenwasserstoffe mit einem oder mehreren Kohlenstoffatomen, einschließlich geradkettiger Alkylgruppen (z.B. Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Butyl-, Pentyl-, Hexyl-, Heptyl-, Octyl-, Nonyl-, Decylgruppen, usw.), cyclischer Alkylgruppen (oder Cycloalkyl- oder alicyclischer Gruppen) (z.B. Cyclopropyl-, Cyclopentyl-, Cyclohexyl-, Cycloheptyl-, Cyclooctylgruppen, usw.), verzweigtkettiger Alkylgruppen (Isopropyl-, tert-Butyl-, sec-Butyl-, Isobutylgruppen, usw.) und Alkyl-substituierter Alkylgruppen (z.B. Alkyl-substituierte Cycloalkylgruppen und Cycloalkyl-substituierte Alkylgruppen).
  • In bestimmten Ausführungsformen kann eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe 30 oder weniger Kohlenstoffatome in ihrem Rückgrat aufweisen, z.B. C1-C30 für geradkettige oder C3-C30 für verzweigtkettige. In bestimmten Ausführungsformen kann eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe 20 oder weniger Kohlenstoffatome in ihrem Rückgrat aufweisen, z.B. C1-C20 für geradkettige oder C3-C20 für verzweigtkettige und mehr bevorzugt 18 oder weniger. Ebenso weisen bevorzugte Cycloalkylgruppen 4-10 Kohlenstoffatome in ihrer Ringstruktur auf und mehr bevorzugt weisen sie 4-7 Kohlenstoffatome in der Ringstruktur auf. Der Begriff „Niederalkylgruppe“ betrifft Alkylgruppen mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen in der Kette und Cycloalkylgruppen mit 3 bis 6 Kohlenstoffatomen in der Ringstruktur.
  • Wenn die Anzahl von Kohlenstoffatomen nicht anders spezifiziert ist, bedeutet „nieder“ wie in „niederaliphatisch“, „Niederalkylgruppe“, „Niederalkenylgruppe“, usw., wie hierin verwendet, dass die Gruppe mindestens 1 und weniger als etwa 8 Kohlenstoffatome aufweist. In bestimmten Ausführungsformen weist eine geradkettige oder verzweigte Niederalkylgruppe 6 oder weniger Kohlenstoffatome in ihrem Rückgrat (z.B. C1-C6 für geradkettig, C3-C6 für verzweigt) und mehr bevorzugt 4 oder weniger Kohlenstoffatome auf. Ebenso weisen bevorzugte Cycloalkylgruppen 3-8 Kohlenstoffatome in ihrer Ringstruktur auf und mehr bevorzugt weisen sie 5 oder 6 Kohlenstoffatome in der Ringstruktur auf. Der Begriff „C1-C6“ beinhaltet Alkylgruppen mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen.
  • Außerdem beinhaltet, wenn nicht anders spezifiziert, der Begriff Alkylgruppe sowohl „nicht substituierte Alkylgruppen“ als auch „substituierte Alkylgruppen“, wobei das letztere Alkylgruppen mit Substituenten betrifft, die ein oder mehrere Wasserstoffatome an einem oder mehreren Kohlenstoffatomen des Kohlenwasserstoffrückgrats ersetzen. Solche Substituenten können z.B. Alkenyl-, Alkinylgruppen, Halogenatome, Hydroxyl-, Alkylcarbonyloxy-, Arylcarbonyloxy-, Alkoxycarbonyloxy-, Aryloxycarbonyloxy-, Carboxylat-, Alkylcarbonyl-, Arylcarbonyl-, Alkoxycarbonyl-, Aminocarbonyl-, Alkylaminocarbonyl-, Dialkylaminocarbonyl-, Alkylthiocarbonyl-, Alkoxyl-, Phosphat-, Phosphonato-, Phosphinato-, Cyan-, Amino- (einschließlich Alkylamino-, Dialkylamino-, Arylamino-, Diarylamino- und Alkylarylamino-), Acylamino- (einschließlich Alkylcarbonylamino-, Arylcarbonylamino-, Carbamoyl- und Ureido-), Amidino-, Imino-, Sulfhydryl-, Alkylthio-, Arylthio-, Thiocarboxylat-, Sulfat-, Alkylsulfinyl-, Sulfonato-, Sulfamoyl-, Sulfonamido-, Nitro-, Trifluormethyl-, Cyan-, Azid-, Heterocyclyl-, Alkylaryl- oder aromatische oder heteroaromatische Gruppen beinhalten.
  • Eine „Arylalkylgruppe“ ist eine Alkylgruppe, die mit einer Arylgruppe substituiert ist (z.B. Phenylmethylgruppe (d.h. Benzylgruppe)). Eine „Alkylarylgruppe“ ist eine Arylgruppe, die mit einer Alkylgruppe substituiert ist (z.B. p-Methylphenylgruppe (d.h. p-Tolylgruppe)). Der Begriff „n-Alkylgruppe“ betrifft eine geradkettige (d.h. unverzweigte) nicht substituierte Alkylgruppe. Eine „Alkylengruppe“ ist eine bivalente Gruppe, die sich von der entsprechenden Alkylgruppe ableitet. Die Begriffe „Alkenylgruppe“ und „Alkinylgruppe“ betreffen ungesättigte aliphatische Gruppen, die zu Alkylgruppen analog sind, aber die mindestens eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppel- bzw. Dreifachbindung enthalten. Geeignete Alkenyl- und Alkinylgruppen beinhalten Gruppen mit 2 bis etwa 12 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 1 bis etwa 6 Kohlenstoffatomen. Eine „Vinylgruppe“ ist eine Ethylenylgruppe (d.h. -CH=CH2). Eine „Styrylgruppe“ ist eine Vinyl-substituierte Phenylgruppe.
  • Der Begriff „aromatische Gruppe“ beinhaltet ungesättigte cyclische Kohlenwasserstoffe mit einem oder mehreren Ringen. Arylgruppen können auch mit alicyclischen oder heterocyclischen Ringen, die nicht aromatisch sind, kondensiert oder verbrückt sein, um einen Polycyclus (z.B. Tetralin) zu bilden. Der Begriff „aromatische Gruppe“ beinhaltet ungesättigte cyclische Kohlenwasserstoffe mit einem oder mehreren Ringen. Im Allgemeinen beinhaltet der Begriff „Arylgruppe“ Gruppen, einschließlich 5- und 6-gliedriger aromatischer Gruppen mit einem einzigen Ring, die 0 bis 4 Heteroatome enthalten können, z.B. Gruppen, die sich von Benzol, Pyrrol, Furan, Thiophen, Thiazol, Isothiazol, Imidazol, Triazol, Tetrazol, Pyrazol, Oxazol, Isooxazol, Pyridin, Pyrazin, Pyridazin und Pyrimidin und dergleichen ableiten. Eine „Arylengruppe“ ist eine bivalente Gruppe, die sich von einer Arylgruppe ableitet. Der Begriff „heterocyclische Gruppe“ beinhaltet geschlossene Ringstrukturen, in denen eines oder mehrere der Atome in dem Ring ein von einem Kohlenstoffatom verschiedenes Element, z.B. Stickstoff-, Schwefel- oder Sauerstoffatom, sind. Heterocyclische Gruppen können gesättigt oder ungesättigt sein und heterocyclische Gruppen wie Pyrrol und Furan können aromatischen Charakter aufweisen. Sie beinhalten kondensierte Ringstrukturen wie Chinolin und Isochinolin. Andere Beispiele für heterocyclische Gruppen beinhalten Pyridin und Purin. Heterocyclische Gruppen können auch an einem oder mehreren konstituierenden Atomen substituiert sein.
  • Der Begriff „Aminogruppe“, wie hierin verwendet, betrifft eine nicht substituierte oder substituierte Gruppe der Formel -NRaRb, worin Ra und Rb jeweils unabhängig voneinander Wasserstoffatome, Alkyl-, Aryl- oder Heterocyclylgruppen sind oder Ra und Rb, wenn sie mit dem Stickstoffatom, an das sie gebunden sind, zusammengenommen werden, eine cyclische Gruppe mit 3 bis 8 Atomen in dem Ring bilden. Folglich beinhaltet der Begriff „Aminogruppe“ cyclische Aminogruppen wie Piperidinyl- oder Pyrrolidinylgruppen, wenn nicht anders angegeben. Folglich betrifft der Begriff „Alkylaminogruppe“, wie hierin verwendet, eine wie vorstehend definierte Alkylgruppe mit einer daran gebundenen Aminogruppe. Geeignete Alkylaminogruppen beinhalten Gruppen mit 1 bis etwa 12 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 1 bis etwa 6 Kohlenstoffatomen. Der Begriff „Alkylthiogruppe“ betrifft eine wie vorstehend definierte Alkylgruppe mit einer daran gebundenen Sulfhydrylgruppe. Geeignete Alkylthiogruppen beinhalten Gruppen mit 1 bis etwa 12 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 1 bis etwa 6 Kohlenstoffatomen. Der Begriff „Alkylcarboxylgruppe“, wie hierin verwendet, betrifft eine wie vorstehend definierte Alkylgruppe mit einer daran gebundenen Carboxylgruppe. Der Begriff „Alkoxygruppe“, wie hierin verwendet, betrifft eine wie vorstehend definierte Alkylgruppe mit einem daran gebundenen Sauerstoffatom. Beispielhafte Alkoxygruppen beinhalten Gruppen mit 1 bis etwa 12 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 1 bis etwa 6 Kohlenstoffatomen, z.B. Methoxy-, Ethoxy-, Propoxy-, tert-Butoxygruppen und dergleichen. Der Begriff „Nitrogruppe“ betrifft eine -NO2-Gruppe. Der Begriff „Halogenatom“ oder „Halogen“ betrifft ein -F-, -Cl-, -Br- oder -I-Atom. Der Begriff „Thiolgruppe“, „Thiogruppe“ oder „Mercaptogruppe“ betrifft eine SH-Gruppe und der Begriff „Hydroxylgruppe“ oder „Hydroxyl“ betrifft eine -OH-Gruppe.
  • Wenn nicht anders spezifiziert, können die chemischen Gruppen der erfindungsgemäßen Verbindungen, einschließlich derjenigen Gruppen, die vorstehend beschrieben wurden, „substituiert oder nicht substituiert“ sein. In einigen Ausführungsformen bedeutet der Begriff „substituiert“, dass die Gruppe Substituenten an der Gruppe aufweist, die von einem Wasserstoffatom verschieden sind (d.h. in den meisten Fällen ersetzen sie ein Wasserstoffatom), die dem Molekül ermöglichen, seine beabsichtigte Funktion auszuüben. Beispiele für Substituenten beinhalten Gruppen, ausgewählt aus geradkettigen oder verzweigten Alkyl- (vorzugsweise C1-C5), Cycloalkyl- (vorzugsweise C3-C8), Alkoxy- (vorzugsweise C1-C6), Thioalkyl- (vorzugsweise C1-C6), Alkenyl- (vorzugsweise C2-C6), Alkenylgruppen (vorzugsweise C2-C6), heterocyclischen Gruppen, carbocyclischen Gruppen, Aryl- (z.B. Phenyl-), Aryloxy- (z.B. Phenoxy-), Aralkyl- (z.B. Benzyl-), Aryloxyalkyl- (z.B. Phenyloxyalkyl-), Arylacetamidoyl-, Alkylaryl-, Heteroaralkyl-, Alkylcarbonyl- und Arylcarbonylgruppen oder anderen solchen Gruppen wie Acylgruppen, Heteroarylcarbonyl- oder Heteroarylgruppen, (CR'R'')0-3NR'R''- (z.B. -NH2-), (CR'R'')0-3CN- (z.B. -CN-), NO2-Gruppen, Halogenatomen (z.B. F-, Cl-, Br oder I-Atomen), (CR'R'')0-3C(Halogenatom)3- (z.B. -CF3-), (CR'R'')0-3CH(Halogenatom)2-, (CR'R'')0-3CH2(Halogenatom)-, (CR'R'')0-3 CONR'R''-, (CR'R'')0-3(CNH)NR'R''-, (CR'R'')0-3S(O)1-2NR'R''-, (CR'R'')0-3CHO-, (CR'R'')0-3O(CR'R'')0-3H -, (CR'R'')0-3S(O)0-3R'-(z.B. -SO3H-), (CR'R'')0-3O(CR'R'')0-3H- (z.B. -CH2OCH3- und -OCH3-), (CR'R'')0-3S(CR'R'')0-3H- (z.B. -SH- und -SCH3-), (CR'R'')0-3OH- (z.B. -OH-), (CR'R'')0-3COR'-, (CR'R'')0-3(substituierte oder nicht substituierte Phenylgruppe)-, (CR'R'')0-3(C3-C8-Cycloalkylgruppe)-, (CR'R'')0-3CO2R'- (z.B. -CO2H-) oder (CR'R'')0-3OR'-Gruppen oder der Seitenkette einer jeglichen natürlich auftretenden Aminosäure, wobei R' und R'' jeweils unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, eine C1-C5-Alkyl-, C2-C5-Alkenyl-, C2-C5-Alkinyl- oder Arylgruppe sind oder R' und R'' zusammengenommen eine Benzylidengruppe oder eine -(CH2)2O(CH2)2-Gruppe sind.
  • Ein „Substituent“, wie hierin verwendet, kann auch z.B. ein Halogenatom, eine Hydroxyl-, Alkylcarbonyloxy-, Arylcarbonyloxy-, Alkoxycarbonyloxy-, Aryloxycarbonyloxy-, Carboxylat-, Alkylcarbonyl-, Alkoxycarbonyl-, Aminocarbonyl-, Alkylthiocarbonyl-, Alkoxyl-, Phosphat-, Phosphonato-, Phosphinato-, Cyan-, Amino-(einschließlich Alkylamino-, Dialkylamino-, Arylamino-, Diarylamino- und Alkylarylamino-), Acylamino- (einschließlich Alkylcarbonylamino-, Arylcarbonylamino-, Carbamoyl- und Ureido-), Amidino-, Imino-, Sulfhydryl-, Alkylthio-, Arylthio-, Thiocarboxylat-, Sulfat-, Sulfonato-, Sulfamoyl-, Sulfonamido-, Nitro-, Trifluormethyl-, Cyan-, Azid-, Heterocyclyl-, Aralkylgruppe oder eine aromatische oder heteroaromatische Gruppe sein.
  • Erfindungsgemäß werden verbesserte Nanosäulen-Chromatographievorrichtungen bereitgestellt. Eine „Nanosäule“ kann eine Kapillarsäule (d.h. <100 µm. typischerweise 50-75 µm) wie diejenigen, die für eine Verwendung in CE, nanoLC und CEC bekannt sind, sein. Solche Kapillarsäulen sind bevorzugt, da die darin gebildeten erfindungsgemäßen in situ-Fritten fähiger sind, hohen Chromatographiedrücken zu widerstehen (aufgrund der kleineren Querschnittsoberfläche). Auch sind sie, wenn Kapillarsäulen erhitzt werden, z.B. wenn das Material darin gesintert wird, fähiger, die Wärme abzuleiten. Eine Kapillarchromatographiesäule umfasst im Allgemeinen ein Quarzglas-Kapillarröhrchen, das im Querschnitt kreisförmig sein kann und das mit einem anderen Material, z.B. Polyimid, beschichtet sein kann.
  • In den erfindungsgemäß hergestellten Vorrichtungen ist ein Teil der Nanosäule (oder Kapillarsäule) mit einem partikulären Material der stationären Phase (z.B. gebundenen Silicapartikeln mit einem Durchmesser von etwa 1 bis 3 µm) gepackt. Der Begriff „Säule“, wie hierin verwendet, kann den festen zylindrischen Behälter, z.B. eine hohle Quarzglaskapillare, betreffen oder der Begriff kann das gepackte Bett aus dem Material der stationären Phase in dem zylindrischen Behälter betreffen oder der Begriff kann beide Aspekte betreffen. Eine Nanosäule kann aus Quarzglas, Glas, Edelstahl, einem Polymer, einer Keramik oder einem Gemisch davon hergestellt sein. Ein spezifischer erfindungsgemäßer Aspekt betrifft Quarzglassäulen, insbesondere diejenigen, die mit Polyimid beschichtet sind. Auch weist eine erfindungsgemäß verwendete Nanosäule einen zylindrischen Innenraum zur Aufnahme einer stationären Phase auf. Der innere Durchmesser einer solchen Nanosäule beträgt etwa 10 µm bis etwa 1,0 mm. In einer weiteren Ausführungsform beträgt der innere Durchmesser etwa 25 µm bis etwa 320 µm oder sogar etwa 500 µm. Erfindungsgemäße gepackte Säulen können eine Vielzahl von Längen aufweisen, abhängig von der beabsichtigten Anwendung, jedoch beträgt eine beispielhafte Länge etwa 20 cm.
  • Eine beispielhafte erfindungsgemäß hergestellte Chromatographievorrichtung beinhaltet folglich eine Nanosäule, z.B. eine Kapillare, die mit einem partikulären Material der stationären Phase gepackt ist, und einen Festträger. Der Festträger, der als eine „in situ-Fritte“ bezeichnet werden kann, ist benachbart zu und integriert in das Material der stationären Phase.
  • Eine große Vielzahl von partikulären Materialien der stationären Phase kann erfindungsgemäß verwendet werden. Dementsprechend wird die stationäre Phase oder die Packung von erfindungsgemäßen Chromatographievorrichtungen aus einem „partikulären Material der stationären Phase“ oder „Partikeln eines Materials der stationären Phase“ hergestellt. Ferner behält die stationäre Phase einen partikulären Charakter bei, im Gegensatz zu einem monolithischen Material.
  • Monolithische Materialien sind z.B. in der internationalen PCT-Anmeldung WO 2003 / 014 450 A1 ( PCT/US02/25193 ) beschrieben.
  • Beispielhaft können die Partikel des Materials der stationären Phase eine durchschnittliche Größe/einen durchschnittlichen Durchmesser von etwa 0,5 µm bis etwa 10,0 µm oder spezifischer etwa 3 µm bis etwa 5,0 µm aufweisen. In bestimmten Fällen sollte eine Partikelgrößenverteilung innerhalb von 10% des Mittelwerts liegen. Typischerweise ist das Material der stationären Phase porös, obwohl es auch nicht porös sein kann. Zusätzlich kann das Material der stationären Phase einen durchschnittlichen Porendurchmesser von etwa 70 Å bis etwa 300 Å oder eine spezifische Oberfläche von etwa 50 m2/g bis etwa 250 m2/g oder ein spezifisches Porenvolumen von etwa 0,2 bis 1,5 cm3/g aufweisen. Trotzdem sollte angemerkt werden, dass eine chemische Modifikation der Oberfläche des Adsorptionsmittels einen Einfluss auf die Oberfläche und das Porenvolumen des Materials der stationären Phase haben kann. Diese Wirkung ist signifikant in dem Fall von z.B. gebundener Silica, die eine Oberfläche von 350 m2/g, vermindert auf 170 m2/g nach Bindung mit Octadecylsilan, aufweisen kann.
  • Im Allgemeinen wird es bevorzugt sein, sphärisch geformte Partikel eher als irregulär geformte Partikel zu verwenden. Es ist bekannt, dass irregulär geformte Materialien oft schwieriger zu packen sind als sphärische Materialien. Es ist auch bekannt, dass sphärische Materialien leichter zu packen sind und eine größere gepackte Bettstabilität aufweisen als Säulen, die mit irregulär geformten Materialien der gleichen Größe gepackt sind.
  • Im Allgemeinen kann ein jegliches partikuläres Material der stationären Phase, das für eine Verwendung in HPLC-Säulen bekannt ist, in den erfindungsgemä-ßen Chromatographievorrichtungen auch verwendet werden. Beispiele für geeignete partikuläre Materialien der stationären Phase für eine Verwendung beinhalten Aluminiumoxid, Silica, Titanoxid, Zirconiumoxid, ein keramisches Material, ein organisches Polymer oder ein Gemisch davon. Bevorzugte Materialien der stationären Phase wurden mit einem Oberflächen-Modifizierungsmittel gebunden. Solche Oberflächen-Modifizierungsmittel können eine Alkylgruppe, Alkenylgruppe, Alkinylgruppe, Arylgruppe, Cyangruppe, Aminogruppe, Diolgruppe, Nitrogruppe, Estergruppe oder eine Alkyl- oder Arylgruppe mit einer eingebetteten polaren Funktionalität sein. Zum Beispiel kann eine Alkylgruppen-Oberflächen-Modifizierungsgruppe eine Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Isopropyl-, Butyl-, tert-Butyl-, sec-Butyl-, Pentyl-, Isopentyl-, Hexyl-, Cyclohexyl-, Octyl- oder Octadecylgruppe sein. Weitere Beispiele für passende partikuläre Materialien der stationären Phase beinhalten Alkyl-gebundene, Phenyl-gebundene, Cyan-gebundene, Diol-gebundene und Amino-gebundene Silica und Gemische davon. Geeignete Materialien sind von einer Vielzahl von Handelsquellen leicht erhältlich, einschließlich Waters Chromatography (Milford, MA, USA), Alltech Associates, Inc. (Deerfield, IL, USA), Beckman Instruments, Inc. (Fullerton, CA, USA), Gilson, Inc. (Middleton, WI, USA), EM Science (Gibbstown, NJ, USA), Supelco, Inc. (Bellefonte, PA, USA).
  • Noch weitere Beispiele für Materialien der stationären Phase, die erfindungsgemäß verwendet werden können, beinhalten poröse anorganische/organische Hybridpartikel, wie z.B. in den internationalen PCT-Anmeldungen WO 2003 / 022 392 A1 ( PCT/US02/25250 ) und WO 2000 / 045 951 A1 ( PCT/US00/03052 ) beschrieben. „Hybrid“, d.h. wie in „porösen anorganischen/organischen Hybridpartikeln“, beinhaltet Strukturen auf anorganischer Basis, wobei eine organische Funktionalität sowohl in die innere oder „skelettartige“ anorganische Struktur als auch die Hybridmaterialoberfläche integriert ist. Der anorganische Anteil des Hybridmaterials kann z.B. Aluminiumoxid, Silica, Titan- oder Zirconiumoxide oder ein keramisches Material sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der anorganische Anteil des Hybridmaterials Silica. In einer bevorzugten Ausführungsform, in der der anorganische Anteil Silica ist, betrifft „Hybridsilica“ ein Material der Formel SiO2/(R2 pR4 qSiOt)n oder SiO2/[Rs(R2 rSiOt)m]n. worin R2 und R4 unabhängig voneinander C1-C18-aliphatische Styryl-, Vinyl-, Propanol- oder aromatische Gruppen sind (die zusätzlich mit Alkyl-, Aryl-, Cyan-, Amino-, Hydroxyl-, Diol-, Nitro-, Ester-, Ionenaustausch-Funktionalitäten oder eingebetteten polaren Funktionalitäten substituiert sein können), R6 eine substituierte oder nicht substituierte C1-C18-Alkylen-, Alkenylen-, Alkinylen- oder Arylengruppe ist, die zwei oder mehrere Siliciumatome verbrückt, p und q den Wert 0, 1 oder 2 aufweisen, mit der Maßgabe, dass p + q 1 oder 2 ist, und dass, wenn p + q 1 ist, t den Wert 1,5 aufweist und, wenn p + q 2 ist, t den Wert 1 aufweist, r den Wert 0 oder 1 aufweist, mit der Maßgabe, dass, wenn r den Wert 0 aufweist, t den Wert 1,5 aufweist und, wenn r den Wert 1 aufweist, t den Wert 1 aufweist, m eine ganze Zahl größer oder gleich 2 ist und n eine Zahl von 0,03 bis 1, mehr bevorzugt 0,1 bis 1 und noch mehr bevorzugt 0,2 bis 0,5 ist. R2 kann zusätzlich mit einer funktionalisierenden Gruppe R substituiert sein. Der Begriff „funktionalisierende Gruppe“ beinhaltet organische Gruppen, die einer chromatographischen stationären Phase eine bestimmte chromatographische Funktionalität verleihen, einschließlich z.B. Octadecyl- (C18) oder Phenylgruppe. Solche funktionalisierenden Gruppen sind in z.B. Oberflächen-Modifizierungsmitteln, wie sie hierin beschrieben sind, vorhanden, die an das Grundmaterial z.B. durch Derivatisierung oder Beschichtung und späteres Vernetzen gebunden sind, was dem Grundmaterial den chemischen Charakter des Oberflächen-Modifizierungsmittels verleiht. In einer Ausführungsform weisen solchen Oberflächen-Modifizierungsmittel die Formel Za(R')bSi-R auf, worin Z ein Cl-, Br-, I-Atom, eine C1-C5-Alkoxy-, Dialkylamino-, z.B. Dimethylamino-, oder Trifluormethansulfonatgruppe ist, a und b jeweils eine ganze Zahl von 0 bis 3 sind, mit der Maßgabe, dass a + b 3 ist, R' eine geradkettige, cyclische oder verzweigte C1-C6-Alkylgruppe ist und R eine funktionalisierende Gruppe ist. Ebenso kann R' z.B. eine Metyhl-, Ethyl-, Propyl-, Isopropyl-, Butyl-, tert-Butyl-, sec-Butyl-, Pentyl-, Isopentyl-, Hexyl- oder Cyclohexylgruppe sein, vorzugsweise ist R' eine Methylgruppe.
  • Eine erfindungsgemäße „in situ-Fritte“ kann ein Gemisch des Materials der stationären Phase und eines polymerischen Netzwerks von vernetztem Poly(diorganosiloxan), z.B. Poly(dimethylsiloxan), sein. In bestimmten Ausführungsformen, insbesondere, wenn Nanosäulen mit größerem Durchmesser verwendet werden, kann die in situ-Fritte gegebenenfalls gesintert sein.
  • Im Allgemeinen kann eine erfindungsgemäße in situ-Fritte dadurch hergestellt werden, dass ein Gemisch von einem Material der stationären Phase, einem Lösungsmittel und Polymerreagenzien in ein Ende einer Nanosäule (mit einem zylindrischen Innenraum zur Aufnahme der stationären Phase) gegeben wird. Die Polymerreagenzien sind Verbindungen, die ein vernetztes Poly(diorganosiloxan) nach einem „Aushärten“ erzeugen. Das Gemisch in der Nanosäule wird bei Raumtemperatur oder wärmer gehalten, um Lösungsmittel durch Verdampfen zu entfernen. Die Nanosäule kann sodann weiter erhitzt werden, um ein Aushärten zu beschleunigen, oder sie kann bei einer höheren Temperatur gesintert werden.
  • Das sich ergebende Material innerhalb der Säule ist eine Suspension von getrennten Partikeln, die durch Mikroskopie visuell identifiziert werden können, in einem polymerischen Netzwerk. Wie das Poly(diorganosiloxan) aushärtet, setzt es sich mit sich selbst und den anderen Polymerreagenzien um, um Vernetzungen zu bilden, was alles zusammen ein Netzwerk oder eine Matrix über das partikuläre Festphasenmaterial bildet. Ein solches Gemisch ist folglich ein „inniges“ homogenes Gemisch, im Gegensatz zu einem einfachen Gemisch zweier getrennter Komponenten, die keine Wechselwirkung miteinander aufweisen. Als solches ist das Anfangsprodukt eine immobilisierte stationäre Phase, eher als ein Monolith. Eine derart hergestellte in situ-Fritte kann sodann gesintert werden, was dadurch weitere strukturelle Veränderungen bewirkt, die die Fritte stärker machen.
  • Die erfindungsgemäß verwendeten Poly(diorganosiloxan)-Polymere beinhalten typischerweise diejenigen, die aus Vorläufern gebildet werden, einschließlich der Chlorsilane wie Methylchlorsilane, Ethylchlorsilane und Phenylchlorsilane und dergleichen. Die Poly(diorganosiloxan)-Polymere können auch vernetzt sein, wenn ein verzweigtes polymerisierbares Monomer in das Polymer eingebaut und anschließend umgesetzt wird. Die erfindungsgemäß verwendeten Polymerreagenzien können selbst auch Polymere sein. Ein besonders bevorzugtes Polymer ist Poly(dimethylsiloxan) („PDMS“). Vgl. z.B. die US-PSen US 4 374 967 A , US 4 529 789 A , US 4 831 070 A , US 4 882 377 A , US 6 169 155 B1 und US 5 571 853 A .
  • Obwohl die hierin beschriebenen Polymere als „Poly(dimethylsiloxan)“, usw. bezeichnet werden, wird der Fachmann verstehen, dass solche Polymere Mengen anderer Einheiten, einschließlich z.B. Monomethylsiloxan- und anderer Mono- oder Diorganosiloxan-Einheiten, die oft während einer Synthese des Polymers gebildet werden, enthalten können, sofern diese Einheiten die Eigenschaften nicht wesentlich verändern.
  • Das erfindungsgemäße Poly(diorganosiloxan) kann ein Polymer mit einer Wiederholungseinheit der Formel -(-R1R2SiO-)- sein, worin R1 und R2 unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, eine C1-C18-aliphatische Gruppe, eine aromatische Gruppe oder eine vernetzende Gruppe sind. Alternativ dazu kann das Poly(diorganosiloxan) ein Polymer der Formel (-R1R2SiO-)n sein, worin R1 und R2 unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, eine C1-C18-aliphatische Gruppe, eine aromatische Gruppe oder eine vernetzende Gruppe sind, und n die Anzahl der Wiederholungseinheiten darstellt. Zum Beispiel können R1 und R2 jeweils eine geradkettige oder verzweigte Alkyl- oder Cycloalkylgruppe wie eine C1-C6-Alkylgruppe sein, einschließlich Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, Isopropyl-, Butyl-, sec-Butyl- und tert-Butylgruppen.
  • Vernetztes PDMS (oder „Siloxan“) kann aus einer Vielzahl von „Polymerreagenzien“, z.B. einem Polyorganosiloxan, das mit einem Organohydrogensiloxan-Vernetzungsreagenz ausgehärtet wird, hergestellt werden. Wie hierin verwendet, betrifft der Ausdruck „vernetzende“ Gruppe eine Kohlenwasserstoffgruppe mit einer polymerisierbaren Alkenylgruppe, obwohl der Begriff „vernetzende Gruppe“ auch das Produkt der Polymerisation einer solchen Gruppe betreffen kann. Beispiele für vernetzende Gruppen beinhalten eine Vinylgruppe oder eine Styrylgruppe. Zum Beispiel kann sich in Gegenwart eines geeigneten Katalysators (z.B. einer Platinverbindung) eine Vinylgruppe eines vernetzbaren Polymerreagenzes mit einem anderen Polymerreagenz (z.B. einem Organohydrogensiloxan) mit einer S-H-Bindung umsetzen, um dadurch das Material zu vernetzen. Die erfindungsgemäß verwendeten Polymerreagenzien können auch ein Poly(dimethylsiloxan) beinhalten, das keine vernetzbaren Gruppen aufweist. Diese „nicht funktionellen“ Polymere durchlaufen im Wesentlichen keine vernetzende Umsetzung und Beispiele beinhalten Polymere der allgemeinen Formel HO[Si(CH3)zO]mH, worin m einen durchschnittlichen Wert von etwa 50 bis etwa 1000 aufweist.
  • Im Allgemeinen enthält eines der erfindungsgemäß verwendeten Polymerreagenzien eine Vinylgruppe an einem Polyorganosiloxan, die sich mit einem geeigneten Vernetzer umsetzen wird. Ein geeigneter Vernetzer ist ein Organohydrogensiloxan mit einer Si-H-Bindung, im Allgemeinen mit durchschnittlichen mehr als einer Si-H-Bindung pro Molekül und nicht mehr als einer Si-H-Bindung pro Siliciumatom. Die anderen Substituenten an dem Siliciumatom können z.B. Niederalkylgruppen sein. Ein Beispiel einer Organohydrogensiloxanverbindung, die beim Durchführen der Erfindung verwendet werden kann, ist 1,3,5,7-Tetramethylcyclotetrasiloxan (oder Tetramethyltetravinylcyclotetrasiloxan). Ein weiterer Vernetzer ist ein Dimethylhydrogensiloxan-terminiertes Polydimethylsiloxan, HMe2Si(OMe2Si)xH. Weitere Beispiele für vernetzende Polymerreagenzien umfassen ein Polymer aus Dimethylsiloxan-Einheiten, Methylhydrogensiloxan-Einheiten und Trimethylsiloxan-Einheiten.
  • Demzufolge umfassen die erfindungsgemäß verwendeten Polymerreagenzien typischerweise mindestens vier Komponenten: (1) ein Organopolysiloxan mit einer Silicium-gebundenen Alkenylgruppe, (2) ein nicht funktionelles Organopolysiloxan, (3) ein Organohydrogenpolysiloxan und (4) einen Katalysator.
  • In einem erfindungsgemäßen Aspekt wird das Poly(diorganosiloxan) aus Poly-(dimethylsiloxan)-Polymeren ausgewählt. Ebenso wird das vernetzte Poly(diorganosiloxan) aus der Gruppe bestehend aus vernetzten Poly(dimethylsiloxan)-Polymeren ausgewählt.
  • Zum Beispiel kann ein vernetzbares Polymerreagenz durchschnittlich mindestens zwei Silicium-gebundene Alkenylgruppen pro Molekül enthalten. Geeignete Alkenylgruppen enthalten 2 bis etwa 6 Kohlenstoffatome wie Vinyl-, Allyl-, Butenyl- (z.B. 1-Butenylgruppe) und Hexenylgruppen (z.B. 1-Hexenylgruppe). Die Alkenylgruppen können an terminalen, anhängenden (nicht terminalen) oder sowohl terminalen als auch anhängenden Positionen vorliegen. Die verbleibenden Silicium-gebundenen organischen Gruppen können monovalente Kohlenwasserstoff- und monovalente halogenierte Kohlenwasserstoffgruppen, die frei von aliphatischer Ungesättigtheit sind (z.B. Alkylgruppen, insbesondere Niederalkylgruppen wie Methyl-, Ethyl-, Propyl- und Butylgruppen) als auch Arylgruppen wie Phenylgruppe und halogenierte Alkylgruppen wie 3,3,3-Trifluorpropylgruppe sein. Ein vernetzbares Polymerreagenz kann linear sein oder es kann aufgrund von trifunktionellen Siloxan-Einheiten eine Verzweigung enthalten. Beispiele für Poly(diorganosiloxan)-Reagenzien können die allgemeine Formel R4R3 2SiO(R3 2SiO)nSiR3 2R4 aufweisen, worin jede Gruppe R3 unabhängig eine Alkylgruppe oder halogenierte Kohlenwasserstoffgruppe, die frei von aliphatischer Ungesättigtheit ist (z.B. Alkyl- oder Arylgruppe), ist, R4 eine Alkenylgruppe ist und n einen Wert derart aufweist, dass die Viskosität geeignet ist. Typischerweise weist n einen Wert von etwa 200 bis etwa 600 auf. Vorzugsweise ist R3 eine Methylgruppe und R4 ist eine Vinylgruppe.
  • Zum Beispiel beinhalten vernetzbare Polymerreagenzien, insbesondere Poly(diorganosiloxan)-Verbindungen, die erfindungsgemäß geeignet sind, die nachstehenden: (H2C=CH)Me2SiO(Me2SiO)nSiMe2(CH=CH2), (H2C=CH)Me2SiO(Me2SiO)x(MePhSiO)ySiMe2(CH=CH2), (H2C=CH)Me2SiO(Me2SiO)x(Me(CH=CH2)SiO)ySiMe2(CH=CH2), (H2C=CH)MePhSiO(Me(CH=CH2)SiO)x(MePhSiO)ySiMePh(CH=CH2), Me3SiO(Me2SiO)x(Me(CH=CH2)SiO)ySiMe3, PhMe(H2C=CH)SiO(Me2SiO)nSiPhMe(CH=CH2), usw., worin x + y n ist und n einen Wert von etwa 100 bis 1000 aufweist. Bevorzugte Poly(diorganosiloxan)-Polymerreagenzien beinhalten Dimethylvinylsiloxyterminierte Polydimethylsiloxane.
  • Beispiele für Organohydrogensiloxan-Polymerreagenzien beinhalten diejenigen mit der Formel R7Si(OSiR8 2H)3, worin R7 eine verzweigte oder nicht verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen oder eine Arylgruppe ist und RB eine verzweigte oder nicht verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ist. Beispiele für geeignete R7-Gruppen beinhalten Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, Isopropyl-, Butyl-, 2-Methylpropyl-, Pentyl-, 2-Methylbutyl-, 2,2-Dimethylpropyl-, Hexyl-, 2-Methylpentyl-, 3-Methylpentyl-, 2,2-Dimethylbutyl-, 2,3-Dimethylbutyl-, Heptyl-, 2-Methylhexyl-, 3-Methylhexyl-, 2,2-Dimethylpentyl-, 2,3-Dimethylpentyl-, 2,4-Dimethylpentyl-, 3,3-Dimethylpentyl-, 3-Ethylpentyl-, 2,2,3-Trimethylbutyl-, Octyl-, Nonyl-, Decyl-, Undecyl-, Dodecyl-, Tridecyl-, Tetradecyl-, Pentadecyl-, Hexadecyl-, Heptadecyl- und Octadecyl-, Phenyl-, Tolyl- und Benzylgruppen. Vorzugsweise ist R7 eine n-Propylgruppe. Beispiele für geeignete R8-Gruppen beinhalten Methyl-, Ethyl-, Propyl-, n-Butyl- und 2-Methylpropylgruppen.
  • Im Allgemeinen kann das Dimethylsiloxan oder Methylhydrogensiloxan ein durchschnittliches Molekulargewicht von etwa 10 Da bis etwa 10 000 oder spezifischer ein durchschnittliches Molekulargewicht von etwa 100 Da bis etwa 1 000 aufweisen. In ähnlicher Weise kann das Vinyl-substituierte Dimethylsiloxan ein durchschnittliches Molekulargewicht von etwa 500 Da bis etwa 100 000 Da oder spezifischer ein durchschnittliches Molekulargewicht von etwa 10 000 bis etwa 40 000 Da aufweisen.
  • Die Polymerreagenzien werden in situ durch Erhitzen umgesetzt, d.h. vernetzt oder „ausgehärtet“. Die dadurch erzeugte in situ-Fritte kann durch Sintern weiter immobilisiert werden. In einer Ausführungsform umfasst der Aushärtungsschritt ein Erhitzen des Gemisches auf eine Temperatur von etwa 25°C bis etwa 150°C für eine Zeitspanne, die von etwa 1 Stunde bis etwa 48 Stunden reicht.
  • Der Aushärtungsschritt kann durch Zugabe einer kleinen Menge eines Platin-Hydrosilierungskatalysators, z.B. eines Platin-Katalysators, der die Umsetzung zwischen Silicium-gebundenem Wasserstoffatom und Vinylgruppen katalysiert, erleichtert werden. Allgemeiner kann der Hydrosilierungskatalysator ein jeglicher aktiver Übergangsmetallkatalysator, wie auf dem Gebiet bekannt, sein, insbesondere diejenigen, die Rhodium, Ruthenium, Palladium, Osmium oder Iridium zusätzlich zu Platin umfassen. Geeignete Katalysatoren beinhalten einen Chloroplatinsäure-Katalysator, US-PS US 2 823 218 A und die Umsetzungsprodukte von Chloroplatinsäure und einer Organosiliciumverbindung, vgl. z.B. die US-PS US 3 419 593 A . Auch verwendbar sind die Platin-Kohlenwasserstoff-Komplexe, die in den US-PSen US 3 159 601 A und US 3 159 662 A beschrieben sind, und das Platin-Acetylacetonat, das in der US-PS US 3 723 497 A gezeigt ist, und die Platin-Alkoholat-Katalysatoren, die in der US-PS US 3 220 972 beschrieben sind. Für einen jeglichen der spezifischen ausgewählten Platin-Katalysatoren wird der Fachmann fähig sein, eine optimale katalytisch wirksame Menge zu bestimmen, um ein Aushärten zu beschleunigen. Platin-Katalysatoren wurden wirksam in Mengen verwendet, die ausreichen, um etwa 0,1 bis 40 Gewichtsteile an Platin pro Million Teile nach Gewicht der Gesamtformulierung bereitzustellen.
  • Der Katalysator kann ein jeglicher Katalysator sein, der die Additionsreaktion zwischen einer Alkenylgruppe und einer Si-H-Gruppe beschleunigen kann. Die Platingruppenmetall-Katalysatoren beinhalten z.B. Chloroplatinsäure, Alkoholmodifizierte Chloroplatinsäuren, Koordinationsverbindungen von Chloroplatinsäure mit einem Olefin, Vinylsiloxan oder einer Acetylenverbindung, Tetrakis-(triphenylphosphin)palladium, Chlorotris(triphenylphosphin)rhodium und dergleichen, unter denen Platinverbindungen besonders bevorzugt sind.
  • In der erfindungsgemäßen Zusammensetzung ist der Katalysator normalerweise in einer Menge von 0,1 bis 100 ppm, basierend auf der Gesamtmenge der anderen Komponenten vorhanden, obwohl eine Bestimmung der geeigneten Menge für einen spezifischen Fall innerhalb des Umfangs von Routineexperimentieren liegen wird, was typischerweise durch den Fachmann vorgenommen wird.
  • Die erfindungsgemäß verwendeten Poly(diorganosiloxan)-Polymere beinhalten typischerweise diejenigen, die aus Vorläufern gebildet werden, einschließlich der Chlorsilane wie Methylchlorsilane, Ethylchlorsilane und Phenylchlorsilane und dergleichen. Die Poly(diorganosiloxan)-Polymere können auch vernetzt sein, wenn ein verzweigtes polymerisierbares Monomer in das Polymer eingebaut und anschließend umgesetzt wird.
  • Eine Vielzahl von bekannten Additiven kann in die Polymerreagenzien eingebaut werden. Zum Beispiel können anorganische Füllstoffe wie pyrogene Kieselsäure, Silica-Aerogel, präzipitierte Silica, gemahlene Silica und dergleichen zugesetzt werden, um die physikalischen Eigenschaften des polymerischen Netzwerks, z.B. Härte, mechanische Festigkeit, usw., zu modulieren. Bestimmte Steuerungsmittel wie cyclische Polymethylvinylsiloxanverbindungen, Acetylenverbindungen, Organophosphorverbindungen und dergleichen können zu der Zusammensetzung gegeben werden, wodurch die Geschwindigkeit der Aushärtungsreaktion gesteuert wird. Obwohl solche Additive zugesetzt werden können, um zusätzliche erwünschte Merkmale zu verleihen, vermindern Additive vorzugsweise nicht wesentlich die chromatographische Wirksamkeit oder Verwendbarkeit der sich ergebenden Materialien.
  • Folglich können in einem noch weiteren Beispiel die erfindungsgemäßen vernetzten Poly(diorganosiloxan)-Polymere aus Polymerreagenzien hergestellt werden, die die nachstehenden beispielhaften Einheiten beisteuern: Eine Einheit kann hauptsächlich aus Dimethylsiloxan (Me2SiO)-Wiederholungseinheiten bestehen, die 80 bis 96,5 Mol-% der gesamten Siloxan-Einheiten in dem Polymer ausmachen können. Eine zweite Einheit des Polyorganosiloxans kann Monomethylsiloxan (MeSiO1,5) sein, das 2 bis 10,0 Mol-% der gesamten Siloxan-Einheiten in dem Polymer ausmachen kann. Die MeSiO1,5-Gruppe verleiht eine höhere Schmelztemperatur als ohne Monomethylsiloxan-Einheiten (eine Polymerkette aus lediglich Dimethylsiloxan-Einheiten würde bei etwa -40°C kristallisieren, wohingegen Monomethylsiloxan-Einheiten, die zufällig über die Siloxan-Polymerkette verteilt sind, die kristalline Phase vermeiden). Eine dritte Einheit kann die Trimethylsiloxan-Einheit (Me3SiO0,5) sein, die als ein Endenblocker für die Polymerkette fungiert und 1,25 bis 6,0 Mol-% des gesamten Organosiloxans ausmachen kann. Eine letzte Einheit in dem Siloxan-Polymer kann eine vinylhaltige Siloxan-Einheit, z.B. Dimethylvinylsiloxan (Me2(H2C=CH)SiO0,5) sein, worin die Vinylgruppe in einer terminalen Position vorliegt (eine terminale Vinylgruppe härtet schneller aus als eine innere Vinylgruppe (d.h. Me(H2C=CH)SiO)). Die terminale Vinyl-Einheit fungiert auch als ein Endenblocker zusammen mit den Trimethylsiloxan-Einheiten und kann 0,25 bis 4 Mol-% der gesamten Organosiloxan-Einheiten in dem Polymer ausmachen.
  • In einem weiteren Beispiel wird das vernetzte Poly(diorganosiloxan) durch die Umsetzung eines Polymerreagenzes hergestellt, das Vinyl-substituiertes Dimethylsiloxan wie Dimethylvinyl-terminiertes Dimethylsiloxan umfasst. Andere spezifische Beispiele für Polymerreagenzien beinhalten Dimethylsiloxan, Methylhydrogensiloxan, dimethylvinylierte Silica, trimethylierte Silica, Tetramethyltetravinylcyclotetrasiloxan und Tetra(trimethylsiloxy)silan.
  • Beispielhafte Poly(dimethylsiloxan)-Polymere beinhalten diejenigen, die unter dem Handelsnamen Sylgard von der Dow Corning Corporation (Midland, Michigan, USA) vertrieben werden. Das PDMS-Polymer kann leicht dadurch hergestellt werden, dass der Vorläufer und der Katalysator aus einem käuflich erhältlichen Sylgard-Kit in einem geeigneten Verhältnis gemischt werden, gefolgt von Aushärten. Sylgard-Poly(dimethylsiloxan)-Polymere können leicht dadurch synthetisiert werden, dass ein Gemisch von A- und B-Komponenten ausgehärtet wird, worin A z.B. ein Dimethylvinyl-terminiertes Polydimethylsiloxan ist und B z.B. ein Trimethyl-terminiertes Siloxan mit teilweise Wasserstoff-substituierten Methyl-Seitengruppen ist. Polymere mit verschiedenen Eigenschaften können einfach durch Variieren des Gewichtsverhältnisses von A zu B und des Molekulargewichts und der Funktionalität der A- und B-Kitkomponenten synthetisiert werden. Zum Beispiel ist in dem Produkt, das unter dem Handelsnamen Dow Sylgard 527 bekannt ist, die durchschnittliche Molekulargewichtsverteilung von sowohl A- als auch B-Komponenten breit und konzentriert sich um 20 000 g/mol und die Funktionalität der B-Komponente beträgt etwa 102.
  • Im Allgemeinen ermöglicht ein Sylgard-Kit eine leichte Synthese eines PDMS-Polymers. Sylgard-Poly(dimethylsiloxan)-Polymere können leicht durch Aushärten eines Gemisches von A- und B-Komponenten synthetisiert werden, worin A z.B. Dimethylvinyl-terminiertes Polydimethylsiloxan ist und B z.B. Trimethyl-terminiertes Siloxan mit teilweise Wasserstoff-substituierten Methyl-Seitengruppen ist. Polymere mit verschiedenen Eigenschaften können einfach durch Variieren des Gewichtsverhältnisses von A zu B und des Molekulargewichts und der Funktionalität der A- und B-Kitkomponenten synthetisiert werden.
  • Allgemeiner können erfindungsgemäße Poly(diorganosiloxan)-Polymere aus einem Vinyl-endenblockierten Poly(diorganosiloxan), z.B. Poly(dimethylsiloxan), Komponente „A“, und einem weiteren Organosiloxan, Komponente „B“, gegebenenfalls mit einem Katalysator, hergestellt werden. Verschiedene Polymere können in ähnlicher Weise durch Variieren der Zusammensetzungen von A und B als auch der relativen Mengen der A- und B-Komponenten synthetisiert werden. Das Triorganosiloxy-endenblockierte Poly(dimethylsiloxan) wird als „A“ bezeichnet. Die Triorganosiloxygruppe kann einen Vinylrest und zwei Methylreste, die an ein Siliciumatom gebunden sind, oder einen Vinyl-, einen Phenyl- und einen Methylrest, die an ein Siliciumatom gebunden sind, enthalten. Zum Beispiel kann A die nachstehende chemische Struktur aufweisen: (CH2=CH)(CH3)2Si-(OSi(CH3)2)nO-Si(CH3)2(CH=CH2).
  • Die Komponente A kann ein jegliches Triorganosiloxy-endenblockiertes Poly(dimethylsiloxan) sein, das geeignete chromatographische Eigenschaften in den erfindungsgemäßen chromatographischen Säulen und Verfahren aufweist. Der Dispersitätsindexwert berücksichtigt die Konzentration aller in A vorhandenen polymerischen Spezies und wird dadurch erhalten, dass die massengemittelte Molekülmasse eines bestimmten Polymers durch sein Molekulargewicht-Zahlenmittel geteilt wird. Zwei oder mehrere Poly(dimethylsiloxan)-Polymere mit unterschiedlichen Molekulargewichten können gemischt werden, um einen unterschiedlichen Dispersitätsindex und eine unterschiedliche Molekulargewichtsverteilung zu erreichen. Ein weiteres Verfahren zum Herstellen von bevorzugten Ausführungsformen von A ist z.B. in der US-PS US 3 445 426 A beschrieben. Vorzugsweise ist die Triorganosiloxy-endenblockierende Gruppe von A eine Dimethylvinylsiloxygruppe.
  • Das Organosiloxan-Copolymer „B“ kann ein Trimethyl-terminiertes Siloxan mit teilweise Wasserstoff-substituierten Methyl-Seitengruppen sein. Diese Polymere können Einheiten der Formeln (CH3)2(CH2=CH)SiO1/2, (CH3)3SiO1/2 und SiO2 enthalten. Vgl. die US-PS US 2 676 182 A . Diese Copolymere enthalten bestimmte Gewichtsprozente an Hydroxylgruppen, die durch Ändern der Konzentration an Triorganosiloxan-cappendem Mittel geändert werden können. Zum Beispiel kann ein Silicahydrosol mit Hexamethyldisiloxan oder Trimethylchlorsilan unter sauren Bedingungen umgesetzt werden, gefolgt von einer Umsetzung mit Silazan, Siloxan oder Silan mit einem Vinylrest und zwei Methylresten, die an ein Siliciumatom gebunden sind.
  • Die A- und B-Komponenten setzen sich in Gegenwart eines geeigneten Katalysators um, um ein elastomerisches Gel zu ergeben. Eine bevorzugte Klasse von Katalysatoren beinhaltet die Platin-Zusammensetzungen, die dafür bekannt sind, die Umsetzung zwischen Silicium-gebundenen Wasserstoffatomen und olefinischen Doppelbindungen, insbesondere Silicium-gebundenen Vinylgruppen, zu katalysieren, und die in A löslich sind. Eine besonders geeignete Klasse von platinhaltigen Katalysatoren sind die Komplexe, die aus Chloroplatinsäure und bestimmten ungesättigten Organosiliciumverbindungen hergestellt werden und in der US-PS US 3 419 593 A beschrieben sind. Der Platin-Katalysator kann in einer Menge vorhanden sein, die ausreicht, um mindestens einen Gewichtsteil an Platin für jede Million Gewichtsteile an A bereitzustellen, jedoch ist es bevorzugt, sowenig wie möglich an Katalysator zu verwenden. Gemische mit Komponenten A und B mit einem Platin-Katalysator können beginnen, sofort beim Mischen bei Raumtemperatur auszuhärten, und folglich kann es bevorzugt sein, einen Katalysator-Inhibitor zu verwenden, wie diejenigen Inhibitoren, die in der US-PS US 3 445 420 A beschrieben sind, einschließlich Inhibitoren wie acetylenischer Alkohole, insbesondere 2-Methyl-3-butin-2-ol. Sobald die Aushärtungsreaktion startet, schreitet sie jedoch bei der gleichen Geschwindigkeit fort, wie wenn kein Inhibitor vorhanden wäre. Gehemmte Zusammensetzungen werden typischerweise durch Erhitzen derselben auf eine Temperatur von etwa 70°C oder höher ausgehärtet. Falls ein Katalysator verwendet wird, insbesondere Katalysatoren wie Platin-Katalysatoren, die bei sehr geringen Konzentrationen aktiv sind, muss sodann darauf geachtet werden, alle Spuren an Katalysator von der endgültigen Chromatographiesäule zu entfernen. Restlicher Katalysator kann zu der Katalyse von Reaktionen mit den analytischen Verbindungen führen, wie sie durch ein kontaminiertes Material der stationären Phase in einer Chromatographiesäule treten, und folglich die Verwendbarkeit des Material gefährden. In dem Fall von Sylgard 184 empfiehlt der Hersteller, dass es durch Einsatz für 24 Stunden bei 23°C oder 4 Stunden bei 65°C oder 1 Stunde bei 100°C oder 15 Minuten bei 150°C ausgehärtet wird, obwohl größere Mengen längere Zeitspannen benötigen können, um die Aushärtungstemperatur zu erreichen. Bei 23°C wird das Material ausreichend in 24 Stunden ausgehärtet sein, um verarbeitet zu werden. Jedoch werden volle mechanische und elektrische Eigenschaften vollständig erst nach 7 Tagen erreicht.
  • Dementsprechend betrifft die Erfindung eine in situ-Fritte zum Immobilisieren eines Materials der stationären Phase in einer Chromatographie-Nanosäule, die ein inniges Gemisch von Partikeln eines Materials der stationären Phase und eines polymerischen Netzwerks von vernetztem Poly(diorganosiloxan) umfasst, wobei die Partikel in dem Netzwerk suspendiert sind.
  • Ebenso betrifft die Erfindung ein Medium für molekulare Auftrennungen, das ein partikuläres Material der stationären Phase und eine in situ-Fritte umfasst, die benachbart zu und integriert in das Material der stationären Phase ist. Die in situ-Fritte umfasst ein inniges Gemisch von Partikeln eines Materials der stationären Phase und eines polymerischen Netzwerks von vernetztem Poly(diorganosiloxan) und die Partikel sind in dem Netzwerk suspendiert.
  • In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Säulenchromatographievorrichtung, die eine Nanosäule mit einem zylindrischen Innenraum zur Aufnahme einer stationären Phase, ein partikuläres Material der stationären Phase, das in die Nanosäule gepackt ist, und eine in situ-Fritte in der Nanosäule umfasst, die benachbart zu und integriert in das Material der stationären Phase ist. Die in situ-Fritte umfasst ein inniges Gemisch von Partikeln eines Materials der stationären Phase und eines polymerischen Netzwerks von vernetztem Poly-(diorganosiloxan) und die Partikel sind in dem Netzwerk suspendiert.
  • Um die Verwendbarkeit der erfindungsgemäßen Säulenchromatographievorrichtungen zu maximieren, sollte die relative Menge der Polymerkomponente zu dem Material der stationären Phase ausreichend hoch sein, um zufrieden stellend die stationäre Phase zu immobilisieren. Auf der anderen Seite sollte die relative Menge an Polymerkomponente niedrig genug sein, dass sie nicht wesentlich die chromatographischen Partitionierungseigenschaften des Festphasenmaterials selbst verändert. Tatsächlich kann, falls die relative Menge der polymerischen Komponente zu hoch ist, sodann der sich ergebende Gegendruck unpraktisch hoch sein. Obwohl die optimale relative Menge an Polymer zu Material der stationären Phase von den genauen Umständen abhängen wird, wird der Fachmann fähig sein, mit nicht mehr als Routineexperimentieren eine geeignete Zusammensetzung gemäß den erfindungsgemäßen Zielen zu bestimmen. Beispielsweise kann das innige Gemisch von Partikeln (an Material der stationären Phase) und einem polymerischen Netzwerk (von vernetztem Poly(diorganosiloxan)), wie hierin beschrieben, etwa eine 10:1 (w/w)-Zusammensetzung oder eine 15:1 (w/w)-Zusammensetzung oder sogar eine 20:1 (w/w)-Zusammensetzung oder sogar eine 25:1 (w/w)-Zusammensetzung sein. In einigen Fällen kann das innige Gemisch sogar eine etwa 50:1 (w/w)-Zusammensetzung von Partikeln:polymerischem Netzwerk oder sogar eine 70:1 (w/w)-Zusammensetzung oder sogar eine 100:1 (w/w)-Zusammensetzung oder sogar eine 1000:1 (w/w)-Zusammensetzung sein. Solche relativen Mengen können dadurch erreicht werden, dass die stöchiometrischen Äquivalente jedes Reagenzes oder jeder Komponente, das/die bei der Herstellung der Materialien eingebaut werden soll, berechnet oder abgeschätzt werden. Ebenso können solche Verhältnisse durch empirische postfacto-Analyse der sich ergebenden Produkte z.B. durch quantitative Elementaranalyse oder andere solche Verfahren bestimmt werden.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Auftrenninstrument, das eine Säulenchromatographievorrichtung und mindestens eine Komponente umfasst, ausgewählt aus einem Nachweismittel, einem Einbringmittel oder einem Aufnahmemittel. Der Fachmann wird verstehen, dass eine Vielzahl von Nachweismitteln, Einbringmitteln und Aufnahmemitteln erfindungsgemäß in analoger Weise verwendet werden kann, wie das Äquivalent oder sogar eine identische Ausrüstung bei z.B. HPLC und anderen herkömmlichen analytischen Chromatographieverfahren verwendet wird. Die Säulenchromatographievorrichtung kann eine Nanosäule mit einem zylindrischen Innenraum zur Aufnahme einer stationären Phase, ein partikuläres Material der stationären Phase, das in die Nanosäule gepackt ist, und eine in situ-Fritte innerhalb der Nanosäule und benachbart zu und integriert in das Material der stationären Phase umfassen. Die in situ-Fritte umfasst ein inniges Gemisch von Partikeln eines Materials der stationären Phase und eines polymerischen Netzwerks von vernetztem Poly(diorganosiloxan) und Partikel eines Materials der stationären Phase sind in dem Netzwerk suspendiert. Das Aufnahmemittel ist dazu fähig, die Nanosäule in einer Konfiguration zu halten, in der die Nanosäule mit entweder einem Nachweismittel oder einem Einbringmittel operativ verbunden ist.
  • Das Nachweismittel ist mit der Nanosäule operativ verbunden und ist zum Messen der physikochemischen Eigenschaften (Lichtabsorption/Emission, Leitfähigkeit, usw.) fähig und Beispiele beinhalten Detektoren wie diejenigen, die herkömmlich als HPLC-Detektoren verwendet werden. Solche Detektoren messen z.B. den Brechungsindex, die UV/Vis-Absorption oder -Emission (bei einer bestimmten Wellenlänge oder einer variablen Wellenlänge), die Fluoreszenz (z.B. mit einer Laserquelle), Leitfähigkeit, Molekülmasse (durch Massenspektrometrie) und die Verdampfungslichtstreuung. Optische Detektoren werden häufig in Flüssigchromatographiesystemen verwendet. In diesen Systemen leitet der Detektor einen Lichtstrahl durch den fließenden Säulenausfluss, wie er durch eine Flusszelle mit niedrigem Volumen tritt. Die Veränderungen hinsichtlich Lichtintensität, die durch UV-Absorption, Fluoreszenzemission oder Veränderung des Brechungsindex (abhängig von der Art des verwendeten Detektors) von den Probenkomponenten, die durch die Zelle treten, verursacht werden, werden als Veränderungen in der Ausgangsspannung aufgezeichnet. Diese Spannungsveränderungen werden auf einem Bandschreiber aufgezeichnet und werden häufig in einen Integrator oder Computer eingegeben, um Retentionszeit- und Peakflächendaten bereitzustellen. Ein herkömmlich verwendeter Detektor ist ein Ultraviolett-Absorptionsdetektor. Ein Detektor dieses Typs mit variabler Wellenlänge arbeitet bei etwa 190 nm bis etwa 460 nm (oder sogar etwa 600 nm).
  • Das Einbringmittel ist mit der Nanosäule operativ verbunden und ist zum Durchleiten einer Flüssigkeit in die Nanosäule fähig. Injektoren und Pumpen sind die üblichsten bei der Flüssigchromatographie verwendeten Einbringmittel. Ein einfachstes Verfahren eines Probeneinbringens ist die Verwendung eines Injektionsventils, obwohl automatische Probenentnahmevorrichtungen eingebaut werden können, wenn ein Probeneinbringen mit Hilfe von Autosamplern und Mikroprozessoren erfolgt. Bei der Flüssigchromatographie können flüssige Proben direkt injiziert werden und feste Proben müssen lediglich in einem geeigneten Lösungsmittel gelöst werden. Das Lösungsmittel muss nicht die mobile Phase sein, aber häufig wird es ausgewählt, um eine Detektor-, Säulen- oder Komponentenstörung zu vermeiden. Injektoren für Flüssigchromatographiesysteme sollten die Möglichkeit eines Injizierens einer flüssigen Probe mit geringem Volumen mit hoher Reproduzierbarkeit und unter hohem Druck bereitstellen. Sie sollten auch ein minimales Bandverbreitern erzeugen und mögliche Flussbeeinträchtigungen minimieren. Ein Beispiel einer Probenentnahmevorrichtung ist das Mikroproben-Entnahmeinjektorventil. Aufgrund ihrer überlegenen Merkmale sind Ventile wie der Rheodyne-Injektor sehr verbreitet, da diese Vorrichtungen ermöglichen, dass Proben reproduzierbar in unter Druck stehende Säulen ohne eine signifikante Unterbrechung des Flusses, sogar bei erhöhten Temperaturen, und mit Injektionsvolumina so klein wie 60 nl eingebracht werden.
  • Beispiele für Pumpmittel beinhalten Hochdruckpumpen, die fähig sind, Lösungsmittel durch gepackte stationäre Phasenbetten zu treiben. Kleinere Bettpartikel ergeben Säulen mit engerem Durchmesser, die höhere Drücke benötigen. Idealerweise weisen solche Pumpen elektronische Rückkopplungssysteme und Konfigurationen mit vielen Köpfen auf, die der Pumpe ermöglichen, einen konstanten Druck aufrechtzuerhalten. Es ist erwünscht, dass ein integriertes Entgasungssystem, entweder Heliumspülen oder besser ein Entgasen unter vermindertem Druck, vorhanden ist.
  • Ferner offenbart ist eine Chromatographievorrichtung, die durch die Schritte eines Bereitstellens einer Nanosäule mit einem zylindrischen Innenraum zur Aufnahme einer stationären Phase und Bildens einer stationären Phase innerhalb der Nanosäule hergestellt wird. Eine solche stationäre Phase kann ein partikuläres Material der stationären Phase und eine in situ-Fritte umfassen, die benachbart zu und integriert in das Material der stationären Phase ist, wobei die in situ-Fritte ein inniges Gemisch von Partikeln eines Materials der stationären Phase und ein polymerisches Netzwerk von vernetztem Poly(diorganosiloxan) umfasst und die Partikel in dem Netzwerk suspendiert sind.
  • Einer der grundlegendsten Tests einer Frittenleistung ist ihre Fähigkeit, typischen in HPLC-Auftrennungen angetroffenen Drücken (etwa 2700 psi) zu widerstehen. Die erfindungsgemäßen in situ-Fritten sind fähig, höheren Drücken in Nanosäulen zu widerstehen. Wie vorstehend beschrieben, kann die Stärke einer in situ-Fritte durch Sintern verstärkt werden, was sogar höhere Drücke ermöglicht. Eine erfindungsgemäße in situ-Fritte ist gewöhnlich fähig, physikalisch einem Druck von mindestens etwa 1 000 psi zu widerstehen, der an eine Flüssigkeit, die durch die stationäre Phase fließt, angelegt wird. In weiteren Ausführungsformen ist eine in situ-Fritte fähig, physikalisch Chromatographiedrücken von mindestens etwa 10 000 psi zu widerstehen, die an eine Flüssigkeit, die durch die stationären Phase fließt, angelegt werden. In einer noch weiteren Ausführungsform ist eine erfindungsgemäße in situ-Fritte fähig, physikalisch Chromatographiedrücken von mindestens etwa 20 000 psi zu widerstehen, die an eine Flüssigkeit, die durch die stationäre Phase fließt, angelegt werden.
  • Typischerweise ist eine in situ-Fritte etwa 0,25 mm bis etwa 2,5 mm lang und kann etwa 0,5 mm bis etwa 1,0 mm lang sein.
  • Auch befindet sich eine in situ-Fritte gewöhnlich an einem Ende des gepackten Betts innerhalb der Nanosäule, entweder als eine Auslassfritte oder eine Einlassfritte für eine Chromatographievorrichtung.
  • Wie nachstehend beispielhaft gezeigt, kann eine erfindungsgemäße in situ-Fritte einen Schweif-Bildungsfaktor von weniger als oder gleich 2,3 aufweisen.
  • Verfahren zum Säulenpacken sind allgemein bekannt, vgl. z.B. Colon et al., J. Chromatog. 887, 43 (2000), und hängen prinzipiell von der mechanischen Festigkeit der Packung, seiner Partikelgröße und Partikelgrößenverteilung und dem Durchmesser der zu packenden Säule ab. Herkömmliche Säulenpackverfahren, wie Trockenpacken, das typischerweise für Partikel mit einem Durchmesser von mehr als etwa 20 µm verwendet wird, sind nicht für kleine Kapillarsäulen geeignet. die typischerweise Durchmesser im Bereich von 10er-Größen von Mikrons aufweisen. Für Partikel mit einem Durchmesser von 1 bis 20 µm können Aufschlämmungstechniken verwendet werden. Beim Aufschlämmungspacken werden die Partikel, die das Bett bilden, als eine Aufschlämmung in einer geeigneten Flüssigkeit oder einem geeigneten Flüssigkeitsgemisch suspendiert. Viele Flüssigkeiten oder Flüssigkeitsgemische können verwendet werden, um die Aufschlämmung herzustellen, wobei die prinzipielle Anforderung darin besteht, dass die Flüssigkeit die Packpartikel gründlich benetzt und eine adäquate Dispersion des Packungsmaterials bereitstellt. Die Aufschlämmung wird sodann in die Säule unter hohem Druck gegebenenfalls mit mechanischem Schütteln, z.B. Sonifizierung, gepumpt.
  • Dementsprechend betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Chromatographievorrichtung, das die Schritte umfasst
    • a) Bereitstellen einer Nanosäule mit einem zylindrischen Innenraum zur Aufnahme einer stationären Phase und
    • b) Bilden einer stationären Phase innerhalb der Nanosäule, wobei die stationäre Phase
      • i) ein partikuläres Material der stationären Phase und
      • ii) eine in situ-Fritte umfasst, die benachbart zu und in das Material der stationären Phase integriert ist, wobei die in situ-Fritte ein inniges Gemisch von Partikeln eines Materials der stationären Phase und eines polymerischen Netzwerks von vernetztem Poly(diorganosiloxan) umfasst und wobei die Partikel in dem Netzwerk suspendiert sind. Der Schritt eines „Bildens einer stationären Phase“ kann die Schritte umfassen
        • a) Herstellen eines Gemisches von dem Material der stationären Phase, einem Lösungsmittel und synthetischen Vorläufern von vernetztem Poly(diorganosiloxan),
        • b) Einbringen des in Schritt (a) hergestellten Gemisches in ein Ende der Nanosäule,
        • c) Ermöglichen, dass das Lösungsmittel bei Raumtemperatur verdampft,
        • d) Aushärten des getrockneten Gemisches durch Erhitzen der Nanosäule und des Gemisches darin auf eine Temperatur von etwa 70°C bis etwa 150°C für eine Zeitspanne, die von etwa 0,5 Stunden bis etwa 3 Stunden reicht, wodurch eine in situ-Fritte erzeugt wird, und
        • e) gegebenenfalls Sintern der in situ-Fritte durch Erhitzen der Nanosäule und der in situ-Fritte darin auf eine Temperatur von etwa 250°C bis etwa 350°C für eine Zeitspanne, die von etwa 5 Sekunden bis etwa 30 Sekunden reicht.
        Ebenso wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Herstellen einer Chromatographievorrichtung beschrieben, das die Schritte umfasst
        • a) Herstellen eines Gemisches von einem Material einer stationären Phase, einem Lösungsmittel und Polymerreagenzien, die ein vernetztes Poly(diorganosiloxan) erzeugen,
        • b) Einbringen des in Schritt (a) hergestellten Gemisches in ein Ende der Nanosäule,
        • c) Ermöglichen, dass das Lösungsmittel bei Raumtemperatur verdampft,
        • d) Aushärten des getrockneten Gemisches durch Erhitzen der Nanosäule und des Gemisches darin auf eine Temperatur von etwa 70°C bis etwa 150°C für eine Zeitspanne, die von etwa 0,5 Stunden bis etwa 3 Stunden reicht, um dadurch eine in situ-Fritte herzustellen, und
        • e) gegebenenfalls Sintern der in situ-Fritte durch Erhitzen der Nanosäule und der in situ-Fritte darin auf eine Temperatur von etwa 250°C bis etwa 350°C für eine Zeitspanne, die von etwa 5 Sekunden bis etwa 300 Sekunden reicht.
  • Obwohl das Polymer ohne ein jegliches weiteres Eingreifen vernetzen, d.h. „aushärten“ kann, kann der Aushärtungsschritt einen zusätzlichen Schritt eines Erhitzens des Gemisches auf eine Temperatur von etwa 20°C bis etwa 40°C für eine Zeitspanne, die von etwa 5 Stunden bis etwa 35 Stunden reicht, direkt gefolgt von Erhitzen des Gemisches auf eine Temperatur von etwa 70°C bis etwa 150°C für eine Zeitspanne, die von etwa 0,5 Stunden bis etwa 3 Stunden reicht, umfassen. Alternativ dazu kann der Aushärtungsschritt ein Erhitzen des Gemisches auf Raumtemperatur für eine Zeitspanne von etwa 1 Tag, gefolgt von Erhitzen des Gemisches auf eine Temperatur von etwa 110°C für eine Zeitspanne von etwa 2 Stunden umfassen. In ähnlicher Weise kann der Sinterschritt ein Erhitzen des Gemisches auf eine Temperatur von etwa 250°C bis etwa 350°C für eine Zeitspanne, die von etwa 5 Sekunden bis etwa 30 Sekunden reicht, umfassen, insbesondere in Ausführungsformen, in denen der Durchmesser der in situ-Fritte mehr als etwa 30 µm beträgt. Ferner kann der Sinterschritt ein Erhitzen des Gemisches auf eine Temperatur von etwa 300°C für eine Zeitspanne von etwa 15 Sekunden umfassen, insbesondere, wenn der Durchmesser der in situ-Fritte mehr als etwa 30 µm beträgt. Ein weiteres Protokoll bringt mit sich, dass das Anfangsgemisch bei 25°C etwa 24 Stunden stehen gelassen wird oder das Gemisch bei 40 bis 150°C erhitzt wird.
  • Die Erfindung betrifft auch Verfahren zum Verwenden der hierin beschriebenen Chromatographievorrichtungen und Materialien. Zum Beispiel betrifft die Erfindung ein analytisches Verfahren zum Auftrennen von Komponenten eines Gemisches, das einen Schritt eines In-Kontakt-Bringens des Gemisches mit einer erfindungsgemäßen Säulenchromatographievorrichtung umfasst. In ähnlicher Weise wird auch ein Auftrenninstrument erfindungsgemäß abgedeckt, das eine erfindungsgemäße Säulenchromatographievorrichtung umfasst. Zusätzlich werden erfindungsgemäß Verfahren zum Analysieren von Komponenten eines Gemisches beschrieben, die einen Schritt eines In-Kontakt-Bringens eines solchen Gemisches mit einer erfindungsgemäßen Säulenchromatographievorrichtung umfassen, als auch Verfahren zum Auftrennen von Komponenten eines Gemisches, die einen Schritt eines In-Kontakt-Bringens eines solchen Gemisches mit einer erfindungsgemäßen Säulenchromatographievorrichtung umfassen.
  • Ferner offenbart ist ein Auftrenninstrument, das eine erfindungsgemäße Säulenchromatographievorrichtung umfasst, wie ein CE-, nanoLC- oder CEC-Instrument. Solche Instrumente können ein Pumpmittel zum Bewegen einer Flüssigkeit durch die Säulenchromatographievorrichtung und ein Nachweismittel zum Analysieren des Säulenchromatographievorrichtungs-Ausflusses umfassen.
  • Beispiele
  • Der Fachmann wird erkennen oder fähig sein, unter Verwendung von nicht mehr als Routineexperimentieren zahlreiche Äquivalente der spezifischen Verfahren, Ausführungsformen, Ansprüche und Beispiele, die hierin beschrieben sind, zu bestimmen. Solche Äquivalente werden dahingehend betrachtet, dass sie innerhalb des Umfangs der Erfindung liegen und durch die hieran angehängten Ansprüche abgedeckt sind. Der Inhalt aller Referenzen, erteilten Patente und veröffentlichten Patentanmeldungen, die überall in dieser Anmeldung zitiert werden, ist hierdurch durch eine Bezugnahme eingeschlossen. Die Erfindung wird weiter durch die nachstehenden Beispiele veranschaulicht, die nicht begrenzend zu verstehen sind.
  • Beispiel 1 - Synthese einer Säule.
  • Betten aus einem Material der Symmetry C18-stationären Phase mit 3,5 µm wurden chemisch unter Verwendung von Poly(dimethylsiloxan) (PDMS) als einem „Nanokleber“ immobilisiert, um die Partikel zusammenzuhalten. Eine New Objective Integra-Frittensäule (75 µm-Quarzglaskapillare, New Objective, Inc., Woburn, Massachusetts, USA) wurde unter Verwendung von 5 mg/ml von 3,5 µm-Symmetry C18-Partikeln (Waters Corporation, Milford, MA, USA) in Aceton gepackt. Nach Packen zu einer Bettlänge von 12 cm wurde die Säule entfernt und ihr ermöglicht, unter Umgebungsbedingungen zu trocknen. Die Säule wurde sodann vorsichtig in drei 4 cm lange gepackte Kapillaren geschnitten und die Integra-Fritte (New Objective, Inc., Woburn, Massachusetts, USA) wurde von dem Ende des letzten Abschnitts entfernt. Drei Lösungen an 1%igem, 5%igem und 10%igem PDMS in 1,4-Dioxan wurden durch aufeinander folgende Zugabe der Monomere des Zwei-Komponenten-PDMS-Sylgard 184-Kits (Dow Corning Corporation, Midland, Michigan, USA) in einem Verhältnis von 10:1 Monomer A zu Monomer B hergestellt. Die drei Abschnitte an gepackter Kapillare wurden sodann in eines der vorstehend beschriebenen PDMS-Gemische für 10 Sekunden getaucht, die Enden wurden abgetupft und durch die Septa eines 1 ml-Probenröhrchens eingebracht, wobei das eingetauchte Ende herausschaute. Die Proben wurden in einen 110°C-Ofen 1,5 Stunden gegeben, um auszuhärten. Nach der Aushärtungszeitspanne wurde den Proben erlaubt, auf Raumtemperatur vor einer Handhabung abzukühlen.
  • Beispiel 2 - Synthese einer Säule.
  • Ein zu dem von Beispiel 1 alternatives Verfahren beinhaltet einen Schritt eines sofortigen Sinterns einer Aufschlämmung von Symmetry C18-Partikeln in einer 5%igen PDMS-Lösung, die in die Kapillare eingezogen wurde. Eine Länge von 20 cm einer Quarzglaskapillare mit einem inneren Durchmesser von 75 µm wurde in eine 100 mg/ml-Aufschlämmung an 3,5 µm-Symmetry C18-Material in 5%igem PDMS in Ethylacetat 3 Sekunden eingetaucht. Während dieser Zeitspanne wurde 1 cm der Kapillare mit Aufschlämmungslösung gefüllt. Der 1 cm-Abschnitt der gefüllten Kapillare wurde sodann in die Widerstandsheizspirale einer Innovatech-Frittenherstellungsvorrichtung (InnovaTech, Stevenage, Hertfordshire, Vereinigtes Königreich) gegeben, die verwendet wurde, um den Bereich auf etwa 350°C zu erhitzen. Ähnliche Ergebnisse können mit einem geheizten Drahtschneider oder sogar mit einer brennenden Kerze erreicht werden.
  • Beispiel 3 - Synthese einer Säule.
  • In einem noch weiteren Beispiel kann die Aufschlämmung in eine Säule gezogen, das PDMS ausgehärtet und sodann gesintert werden. Eine 20 cm-Länge einer Quarzglaskapillare mit einem Innendurchmesser von 75 µm wurde in eine 100 mg/ml-Aufschlämmung eines 3,5 µm-Symmetry C18-Materials in 5%igem PDMS in Ethylacetat getaucht. Der Kapillare wurde ermöglicht, bei Umgebungsbedingungen 3 Stunden zu trocknen, und wurde sodann in einen 110°C-Ofen über Nacht gegeben. Am darauf folgenden Morgen wurde die Säulenfritte an dieser Stelle unter Verwendung der in Beispiel 2 beschriebenen Innovatech-Frittenherstellungsvorrichtung gesintert. 2 stellt zwei SEM-Bilder bei Vergrößerungen von (A) 500 und (B) 2500 einer gemäß diesem Beispiel hergestellten gesinterten PDMS-Fritte dar.
  • Beispiel 4 - Drucktesten von Fritten.
  • Alle hergestellten Fritten wurden durch Verbinden mit einem Alliance HT (Waters Corporation, Milford, Massachusetts, USA) druckgetestet, das daran angepasst ist, einen Nanofluss unter Verwendung eines Nach-Injektor-Splitverhältnisses von 2000:1 zu handhaben. Nachweis für einen Frittenriss wurde visuell überwacht und die Ergebnisse sind nachstehend beschrieben. Die Flussrate betrug etwa 280 nl/min mit 100% Wasser bei Drücken um 2700 psi.
  • Beispiel 5 - Packen von Säulen mit Fritten.
  • Säulen mit PDMS-Fritten wurden in ähnlicher Weise zu den Integra-Frittensäulen gepackt. Eine 3-5 mg/ml-Aufschlämmung an Symmetry C18-Material in Aceton wurde in allen Fällen bei einem Packungsdruck von 1 000-10 000 psi verwendet.
  • Beispiel 6 - SEM-Analµse von Fritten.
  • Nach Herstellung eines Satzes von drei PDMS-Fritten gemäß Beispiel 1 wurden die Proben gespalten, um einen frischen Bereich an immobilisiertem Bett zu exponieren, und einer SEM-Analyse unterzogen, um die Wirkung einer PDMS-Lösungskonzentration auf die Frittenmorphologie zu bestimmen. 1 zeigt drei SEM-Bilder von Fritten, die mit 1%igen, 5%igen und 10%igen PDMS-Lösungen in 1,4-Dioxan gebildet wurden.
  • 1 veranschaulicht die Adhäsion der Silicapartikel aneinander. Dies ist insbesondere in dem Fall der 10%igen PDMS-Lösung ersichtlich, wo eine schwache Begrenzung von einzelnen Partikeln beobachtet wird. Da die Partikel aus der 5%igen PDMS-Untersuchung anscheinend gut genug anhafteten, ohne eine Begrenzung der Partikel selbst zu verlieren, wurde diese Lösungskonzentration in nachfolgenden Sinterprotokollen verwendet.
  • Partikelkonnektivität wird leicht aus 2B beobachtet, da man dünne graue „Fäden“ von PDMS sehen kann, die die Partikel zusammen halten, die nicht in SEM-Bildern von nicht gesinterten Fritten beobachtet wurden.
  • Beispiel 7 - Wirkung von Druck auf Fritten.
  • Gemäß Beispiel 1 hergestellte Fritten rissen bei 1200 psi, jedoch rissen Fritten, die gemäß den Beispielen 2 und 3 hergestellt wurden, nicht bei dem Maximaldruck, der in dieser Untersuchung verwendet wurde (~2700 psi). In einem nachfolgenden Test wurden 10 Fritten in ähnlicher Weise hergestellt und getestet. Der durchschnittliche Rissdruck betrug 16 000 psi. Wenn die Säulen gepackt waren, betrug der Rissdruck 42 000 psi.
  • Beispiel 8 - Chromatographische Leistung einer Säule.
  • Gemäß den Beispielen 2 und 3 hergestellte PDMS-Fritten wurden unter Verwendung eines Standardgemisches von vier kleinen Molekülen bewertet und mit einer ähnlichen Auftrennung auf einer äquivalenten Integra-frittengepackten Kapillarsäule verglichen. Bettlängen aller Säulen betrugen etwa 10 cm. Die mobile Phase war 60:40 ACN:H2O. 3 zeigt Sätze an Vergleichschromatogrammen für PDMS-Fritten, die gemäß den Beispielen 2 bzw. 3 hergestellt wurden.
  • In dem Fall von Fritten, die gemäß Beispiel 2 hergestellt wurden, wird eine grö-ßere Peak-Schweifbildung im Vergleich zu der Integra-Frittensäule beobachtet. Jedoch wiesen Säulen, die unter Verwendung des Beispiels 3 hergestellt wurden, eine extrem gute Leistung auf und wiesen sogar bessere USP-Schweifbildungsfaktoren auf als die Integra-Frittensäule. Fritten, die unter Verwendung des Beispiels 3 hergestellt wurden, sind nicht nur robust unter Druck, sondern sie weisen auch eine vergleichbare Leistung gegenüber einer käuflichen Fritte auf.
  • Beispiel 9 - Chromatograyhische Leistung einer Säule.
  • New Objective IntegraFritTM -Quarzglaskapillaren mit einem Innendurchmesser von 75 µm wurden bei 1000 psi mit einer Aufschlämmung von 5 mg/ml Symmetry C18 (3,5 µm Partikelgröße, 100 Ä Porengröße) in Aceton gepackt. PDMS-Ausgangsfritten wurden durch Einziehen eines 1 cm-Stopfens einer Aufschlämmung, die aus 100 mg/ml 3,5 µm-Symmetry C18-Material in 5% PDMS-Ethylacetatlösung bestand, in eine 20 cm lange 75 µm-Silicakapillare hergestellt. Dem Ethylacetat wurde ermöglicht, unter Umgebungsbedingungen 3 Stunden zu verdampfen, und sodann wurde die Kapillare in einen 110°C-Ofen 8 Stunden gegeben. Die Fritte wurde sodann durch Sintern bei etwa 300°C gefestigt. Die chromatographische Leistung der so hergestellten IntegraFrit™- und PDMS-Fritten-Nanosäulen wurde bei der Auftrennung eines Gemisches verglichen, das die nachstehenden Komponenten umfasste:
    Uracil 16 µg/ml
    Propanolol 400 µg/ml
    Butylparaben 20 µg/ml
    Dipropylphthalat 340 µg/ml
    Naphthalen 60 µg/ml
    Acenaphthen 200 µg/ml
    Amitryptilin 100 µg/ml
  • In allen Auftrennungen, die das Chargentestgemisch einbezogen, bestand die mobile Phase aus 65:35 Methanol:20 mM K2HPO4/KH2PO4 (pH-Wert 7,00) bei einer Flussrate von 250 pl/min für die analytische Säule und 458 nl/min für die Nanosäulen. Analyten wurden durch Fluoreszenz bei 254 nm nachgewiesen und die Chromatogramme sind in den 3 und 4 dargestellt.
  • Die mit einer PDMS-Fritte hergestellten Nanosäulen wiesen einen annehmbaren Schweifbildungsfaktor von 2,09 für Amitryptilin auf, wohingegen IntegraFrit™-Nanosäulen einen Schweifbildungsfaktor von 2,38 aufwiesen. (Der Schweifbildungsfaktor von Amitryptilin ist ein Indikator der Menge an restlichen Silanolgruppen, die auf der stationären Phase vorhanden sind.) Es wurde festgestellt, dass die Fritte keine Wirkung auf eine Peakposition und -form aufwies. Nach einer chromatographischen Evaluierung wurde der Fluss in der Nanosäule umgekehrt, um die Stabilität der Einlassfritte zu bestimmen. Bei einem Betriebsgegendruck von etwa 2900 psi riss die Einlassfritte nicht, was folglich anzeigt, dass ein Säulenrückwaschen möglich ist.
  • Beispiel 10 - Chromatograyhische Leistung von in situ-Fritten, die mit und ohne PDMS hergestellt wurden.
  • Versuche, Xterra°-Materialien der stationären Phase (Waters Corporation, Milford, MA, USA) gemäß der hierin beschriebenen Verfahren ohne ein Poly(dimethylsiloxan) zu sintern, führten dazu, dass organische Gruppen, die an die Silicaoberfläche gebunden waren, termisch entfernt wurden, wodurch blanke exponierte Silanolgruppen zurückgelassen wurden. Solche Silanolgruppen sind dafür bekannt, zur Peak-Schweifbildung beizutragen, und diese Wirkung wurde dadurch offenbart, dass Schweifbildungsfaktoren um 2,0 gemessen wurden. Unter Verwendung der gleichen Bedingungen wie in Beispiel 9 zeigte eine chromatographische Analyse einer Testlösung mit Amitryptilin an, dass restliche Silanolgruppen durch Sintern des Materials der stationären Phase erzeugt wurden. Jedoch wurde, wenn identische in situ-Fritten unter Verwendung der hierin beschriebenen PDMS-Techniken mit Xterra- oder Sunfire-Materialien hergestellt wurden, keine Zunahme bei der Schweifbildung nach Sintern festgestellt.
  • Einschluss durch Bezugnahme
  • Der gesamte Inhalt aller Patente, veröffentlichten Patentanmeldungen und anderer hierin zitierter Referenzen ist hierdurch ausdrücklich hierin in seiner Gesamtheit durch eine Bezugnahme eingeschlossen.
  • Äquivalente
  • Der Fachmann wird zahlreiche Äquivalente zu den hierin beschriebenen spezifischen Verfahren erkennen oder fähig sein, diese unter Verwendung von nicht mehr als Routineexperimentieren zu bestimmen. Solche Äquivalente werden als innerhalb des Umfangs der Erfindung liegend betrachtet und sind durch die nachstehenden Ansprüche abgedeckt. Der Inhalt aller Referenzen, erteilten Patente und veröffentlichten Patentanmeldungen, die überall in dieser Anmeldung zitiert werden, ist hierdurch durch eine Bezugnahme eingeschlossen.

Claims (117)

  1. In situ-Fritte zum Immobilisieren eines Materials der stationären Phase in einer Chromatographie-Nanosäule, die ein inniges Gemisch von Partikeln umfasst, umfassend ein Material der stationären Phase und ein polymerisches Netzwerk, das vernetztes Poly(diorganosiloxan) umfasst, wobei die Partikel in dem Netzwerk suspendiert sind und das vernetzte Poly(diorganosiloxan) durch Umsetzen von Polymerreagenzien, die (1) ein Organopolysiloxan mit einer Silicium-gebundenen Alkenylgruppe, (2) ein nicht funktionelles Organopolysiloxan, (3) ein Organohydrogenpolysiloxan und (4) einen Katalysator umfassen, hergestellt wird.
  2. In situ-Fritte nach Anspruch 1, wobei die in situ-Fritte benachbart zu und integriert in das Material der stationären Phase ist.
  3. In situ-Fritte nach Anspruch 2, die Teil einer Säulenchromatographievorrichtung ist, wobei die Säulenchromatographievorrichtung a) eine Nanosäule mit einem zylindrischen Innenraum zur Aufnahme einer stationären Phase, und b) ein partikuläres Material der stationären Phase, das in die Nanosäule gepackt ist, umfasst und c) wobei die in situ-Fritte innerhalb der Nanosäule angeordnet ist.
  4. In situ-Fritte nach Anspruch 2, zur Verwendung in einem Verfahren zur Herstellung einer Chromatographievorrichtung, das die Schritte eines Bereitstellens einer Nanosäule mit einem zylindrischen Innenraum zur Aufnahme einer stationären Phase und eines Bildens einer stationären Phase innerhalb der Nanosäule umfasst, wobei die stationäre Phase a) ein partikuläres Material der stationären Phase und b) die in situ-Fritte umfasst.
  5. In situ-Fritte nach Anspruch 3, wobei das Poly(diorganosiloxan) ein Polymer mit einer Wiederholungseinheit der Formel -(-R1R2SiO-)- ist, worin R1 und R2 unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, eine C1-C18-aliphatische Gruppe, eine aromatische Gruppe oder eine vernetzende Gruppe sind.
  6. In situ-Fritte nach Anspruch 3, wobei das Poly(diorganosiloxan) ein Polymer mit der Formel (-R1R2SiO-)n ist, worin R1 und R2 unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, eine C1-C18-aliphatische Gruppe, eine aromatische Gruppe oder eine vernetzende Gruppe sind und n die Anzahl an Wiederholungseinheiten darstellt.
  7. In situ-Fritte nach Anspruch 6, wobei die vernetzende Gruppe eine Kohlenwasserstoffgruppe mit einer polymerisierbaren Alkenylgruppe oder ein polymerisiertes Produkt davon ist.
  8. In situ-Fritte nach Anspruch 7, wobei die vernetzende Gruppe eine Phenylgruppe oder eine Styrylgruppe oder ein polymerisiertes Produkt davon ist.
  9. In situ-Fritte nach Anspruch 6, wobei die aliphatische Gruppe eine geradkettige oder verzweigte Alkyl- oder Cycloalkylgruppe ist.
  10. In situ-Fritte nach Anspruch 9, wobei die aliphatische Gruppe eine C1-C6-Alkylgruppe ist.
  11. In situ-Fritte nach Anspruch 10, wobei die aliphatische Gruppe eine Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, Isopropyl-, Butyl-, sec-Butyl- oder tert-Butylgruppe ist.
  12. In situ-Fritte nach Anspruch 3, wobei das Poly(diorganosiloxan) aus Poly(dimethylsiloxan)-Polymeren ausgewählt ist.
  13. In situ-Fritte nach Anspruch 3, wobei das vernetzte Poly(diorganosiloxan) aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus vernetzten Poly(dimethylsiloxan)-Polymeren.
  14. In situ-Fritte nach Anspruch 3, wobei das vernetzte Poly(diorganosiloxan) durch die Umsetzung eines Polymerreagenzes hergestellt wird, das Vinyl-substituiertes Dimethylsiloxan umfasst.
  15. In situ-Fritte nach Anspruch 14, wobei das Vinyl-substituierte Dimethylsiloxan Dimethylvinyl-terminiertes Dimethylsiloxan ist.
  16. In situ-Fritte nach Anspruch 14, wobei die Umsetzung ein weiteres Polymerreagenz umfasst, das aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Dimethylsiloxan, Methylhydrogensiloxan, dimethylvinylierter Silica, trimethylierter Silica, Tetramethyltetravinylcyclotetrasiloxan und Tetra(trimethylsiloxy)silan.
  17. In situ-Fritte nach Anspruch 16, wobei das Dimethylsiloxan oder Methylhydrogensiloxan ein durchschnittliches Molekulargewicht von 10 Da bis 10 000 Da aufweist.
  18. In situ-Fritte nach Anspruch 17, wobei das Dimethylsiloxan oder Methylhydrogensiloxan ein durchschnittliches Molekulargewicht von 100 Da bis 1 000 Da aufweist.
  19. In situ-Fritte nach Anspruch 14, wobei das Vinyl-substituierte Dimethylsiloxan ein durchschnittliches Molekulargewicht von 500 Da bis 100 000 Da aufweist.
  20. In situ-Fritte nach Anspruch 19, wobei das Vinyl-substituierte Dimethylsiloxan ein durchschnittliches Molekulargewicht von 10 000 Da bis 40 000 Da aufweist.
  21. In situ-Fritte nach Anspruch 3, wobei das Gemisch in situ durch Erhitzen ausgehärtet wurde.
  22. In situ-Fritte nach Anspruch 3, wobei das Gemisch durch Sintern weiter immobilisiert wurde.
  23. In situ-Fritte nach Anspruch 21, wobei der Aushärtungsschritt ein Erhitzen des Gemisches auf eine Temperatur von 25°C bis 150°C für eine Zeitspanne umfasst, die von 1 Stunde bis 48 Stunden reicht.
  24. In situ-Fritte nach Anspruch 3, wobei die Partikel des Materials der stationären Phase eine durchschnittliche Größe/einen durchschnittlichen Durchmesser von 0,5 µm bis 10 µm aufweisen.
  25. In situ-Fritte nach Anspruch 3, wobei das Material der stationären Phase porös ist.
  26. In situ-Fritte nach Anspruch 3, wobei das Material der stationären Phase nicht porös ist.
  27. In situ-Fritte nach Anspruch 3, wobei das Material der stationären Phase einen durchschnittlichen Porendurchmesser von 70 Å bis 300 Å aufweist.
  28. In situ-Fritte nach Anspruch 3, wobei das Material der stationären Phase eine spezifische Oberfläche von 170 m2/g bis 250 m2/g aufweist.
  29. In situ-Fritte nach Anspruch 3, wobei das Material der stationären Phase ein spezifisches Porenvolumen von 0,2 cm3/g bis 1,5 cm3/g aufweist.
  30. In situ-Fritte nach Anspruch 3, wobei das partikuläre Material der stationären Phase Aluminiumoxid, Silica, Titanoxid, Zirconiumoxid, ein keramisches Material, ein organisches Polymer oder Gemisch davon ist.
  31. In situ-Fritte nach Anspruch 3, wobei das Material der stationären Phase mit einem Oberflächen-Modifizierungsmittel gebunden wurde.
  32. In situ-Fritte nach Anspruch 31, wobei das Oberflächen-Modifizierungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Alkylgruppe, Alkenylgruppe, Alkinylgruppe, Arylgruppe, Cyangruppe, Aminogruppe, Diolgruppe, Nitrogruppe, Estergruppe oder einer Alkyl- oder Arylgruppe, die eine eingebettete polare Funktionalität enthält.
  33. In situ-Fritte nach Anspruch 32, wobei die Alkylgruppe ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Isopropyl-, Butyl-, tert-Butyl-, sec-Butyl-, Pentyl-, Isopentyl-, Hexyl-, Cyclohexyl-, Octyl- und Octadecylgruppen.
  34. In situ-Fritte nach Anspruch 3, wobei das Material der stationären Phase Alkyl-gebundene, Phenyl-gebundene, Cyan-gebundene, Diol-gebundene oder Amino-gebundene Silica oder ein Gemisch davon ist.
  35. In situ-Fritte nach Anspruch 3, wobei das Material der stationären Phase poröse anorganische/organische Hybridpartikel umfasst.
  36. In situ-Fritte nach Anspruch 3, wobei das Material der stationären Phase poröse anorganische/organische Hybridpartikel der Formel SiO2/(R2 pR4 qSiOt)n oder SiO2/[R6(R2 rSiOt)m]n umfasst, worin R2 und R4 unabhängig voneinander C1-C18-aliphatische, Styryl-, Vinyl-, Propanol- oder aromatische Gruppen sind, R6 eine substituierte oder nicht substituierte C1-C18-Alkylen-, Alkenylen-, Alkinylen- oder Arylengruppe ist, die zwei oder mehrere Siliciumatome verbindet, p und q den Wert 0, 1 oder 2 aufweisen, mit der Maßgabe, dass p + q den Wert 1 oder 2 aufweist, und dass, wenn p + q den Wert 1 aufweist, t den Wert 1,5 aufweist und, wenn p + q den Wert 2 aufweist, t den Wert 1 aufweist, r den Wert 0 oder 1 aufweist, mit der Maßgabe, dass, wenn r den Wert 0 aufweist, t den Wert 1,5 aufweist und, wenn r den Wert 1 aufweist, t den Wert 1 aufweist, m eine ganze Zahl größer oder gleich 2 ist und n eine Zahl von 0,03 bis 1 ist.
  37. In situ-Fritte nach Anspruch 3, wobei die Nanosäule eine Kapillare ist.
  38. In situ-Fritte nach Anspruch 3, wobei der innere Durchmesser der Nanosäule 10 µm bis 1,0 mm beträgt.
  39. In situ-Fritte nach Anspruch 38, wobei der innere Durchmesser 25 µm bis 320 µm beträgt.
  40. In situ-Fritte nach Anspruch 3, wobei die Nanosäule aus Quarzglas, Glas, Edelstahl, einem Polymer, einer Keramik oder einem Gemisch davon hergestellt ist.
  41. In situ-Fritte nach Anspruch 3, wobei die in situ-Fritte 0,25 mm bis 2,5 mm lang ist.
  42. In situ-Fritte nach Anspruch 41, wobei die in situ-Fritte 0,5 mm bis 1,0 mm lang ist.
  43. In situ-Fritte nach Anspruch 3, wobei die in situ-Fritte an einem Ende des gepackten Betts innerhalb der Nanosäule vorliegt.
  44. In situ-Fritte nach Anspruch 3, wobei die in situ-Fritte eine Auslassfritte für eine Chromatographievorrichtung ist.
  45. In situ-Fritte nach Anspruch 3, wobei die in situ-Fritte eine Einlassfritte für eine Chromatographievorrichtung ist.
  46. In situ-Fritte nach Anspruch 3, wobei die in situ-Fritte fähig ist, physikalisch einem Druck von mindestens 1 000 psi, der an eine Flüssigkeit, die durch die stationäre Phase fließt, angelegt wird, zu widerstehen.
  47. In situ-Fritte nach Anspruch 3, wobei die in situ-Fritte fähig ist, physikalisch Chromatographiedrücken von mindestens 10 000 psi, die an eine Flüssigkeit, die durch die stationäre Phase fließt, angelegt werden, zu widerstehen.
  48. In situ-Fritte nach Anspruch 3, wobei die in situ-Fritte fähig ist, physikalisch Chromatographiedrücken von mindestens 20 000 psi, die an eine Flüssigkeit, die durch die stationäre Phase fließt, angelegt werden, zu widerstehen.
  49. In situ-Fritte nach Anspruch 3, wobei die in situ-Fritte einen Schweifbildungsfaktor von weniger als oder gleich 2,3 aufweist.
  50. In situ-Fritte nach Anspruch 3, wobei das innige Gemisch eine 10:1 (w/w)-Zusammensetzung von Partikeln eines Materials der stationären Phase und eines polymerischen Netzwerks von vernetztem Poly(diorganosiloxan) in einem Verhältnis von 10:1 bis 1000:1 Material der stationären Phase zu Polymer nach Gewicht ist.
  51. In situ-Fritte nach Anspruch 50, wobei das Verhältnis 10:1 bis 100:1 Material der stationären Phase zu Polymer nach Gewicht beträgt.
  52. In situ-Fritte nach Anspruch 3, wobei die Partikel des Materials der stationären Phase sphärisch sind.
  53. In situ-Fritte nach Anspruch 2, wobei die Fritte eingebaut ist in ein Auftrenninstrument, das (i) eine Säulenchromatographievorrichtung und mindestens eine Komponente umfasst, ausgewählt aus (ii) einem Nachweismittel, (iii) einem Einbringmittel oder (iv) einem Aufnahmemittel, wobei (i) die Säulenchromatographievorrichtung umfasst a) eine Nanosäule mit einem zylindrischen Innenraum zur Aufnahme einer stationären Phase, b) ein partikuläres Material der stationären Phase, das innerhalb der Nanosäule gepackt ist, und c) die in situ-Fritte innerhalb der Nanosäule, (ii) das Nachweismittel operativ mit der Nanosäule verbunden ist und zum Messen von physikochemischen Eigenschaften fähig ist und (iii) das Einbringmittel operativ mit der Nanosäule verbunden ist und zum Durchleiten einer Flüssigkeit in die Nanosäule fähig ist und (iv) das Aufnahmemittel fähig ist, die Nanosäule in einer Konfiguration zu halten, in der die Nanosäule operativ mit entweder einem Nachweismittel oder einem Einbringmittel verbunden ist.
  54. In situ-Fritte nach Anspruch 2, wobei die Fritte eingebaut ist in ein Auftrenninstrument, das eine Säulenchromatographievorrichtung umfasst, umfassend a) eine Nanosäule mit einem zylindrischen Innenraum zur Aufnahme einer stationären Phase, b) ein partikuläres Material der stationären Phase, das in der Nanosäule gepackt ist, und c) eine in situ-Fritte innerhalb der Nanosäule.
  55. In situ-Fritte nach Anspruch 54, wobei das Auftrenninstrument ein CE-, nanoLC- oder CEC-Instrument ist.
  56. In situ-Fritte nach Anspruch 54 oder 55, wobei das Instrument ein Pumpmittel zum Bewegen einer Flüssigkeit durch die Säulenchromatographievorrichtung und ein Nachweismittel zum Analysieren des Säulenchromatographievorrichtungs-Ausflusses umfasst.
  57. Verfahren zum Herstellen einer Chromatographievorrichtung, das die Schritte umfasst a) Bereitstellen einer Nanosäule mit einem zylindrischen Innenraum zur Aufnahme einer stationären Phase, b) Bilden einer stationären Phase in der Nanosäule, wobei die stationäre Phase umfasst i) ein partikuläres Material der stationären Phase und ii) eine in situ-Fritte, die benachbart zu und integriert in das Material der stationären Phase ist, wobei die in situ-Fritte ein inniges Gemisch von Partikeln umfasst, umfassend ein Material der stationären Phase und ein polymerisches Netzwerk, das vernetztes Poly(diorganosiloxan) umfasst, wobei die Partikel in dem Netzwerk suspendiert sind und wobei das vernetzte Poly(diorganosiloxan) durch Umsetzen von Polymerreagenzien, die (1) ein Organopolysiloxan mit einer Silicium-gebundenen Alkenylgruppe, (2) ein nicht funktionelles Organopolysiloxan, (3) ein Organohydrogenpolysiloxan und (4) einen Katalysator umfassen, hergestellt wird, und c) Aushärten der stationären Phase in der Nanosäule.
  58. Verfahren nach Anspruch 57, wobei der Schritt des Bildens einer stationären Phase in der Nanosäule die Schritte umfasst a) Herstellen eines Gemisches von einem Material der stationären Phase, einem Lösungsmittel und Polymerreagenzien, die (1) ein Organopolysiloxan mit einer Silicium-gebundenen Alkenylgruppe, (2) ein nicht funktionelles Organopolysiloxan, (3) ein Organohydrogenpolysiloxan und (4) einen Katalysator umfassen und vernetztes Poly(diorganosiloxan) erzeugen, b) Einbringen des in Schritt (a) hergestellten Gemisches in ein Ende der Nanosäule, und c) Ermöglichen, dass das Lösungsmittel bei Raumtemperatur verdampft.
  59. Verfahren nach Anspruch 57, wobei der Schritt des Bildens einer stationären Phase in der Nanosäule die Schritte umfasst a) Herstellen eines Gemisches von einem Material der stationären Phase, einem Lösungsmittel und synthetischen Vorläufern von vernetztem Poly(diorganosiloxan), b) Einbringen des in Schritt (a) hergestellten Gemisches in ein Ende der Nanosäule, c) Ermöglichen, dass das Lösungsmittel bei Raumtemperatur verdampft.
  60. Verfahren nach einem der Ansprüche 57 bis 59, wobei das Aushärten des Gemisches durch Erhitzen der Nanosäule und des Gemisches darin auf eine Temperatur von 70°C bis 150°C für eine Zeitspanne, die von 0,5 Stunden bis 3 Stunden reicht, erfolgt.
  61. Verfahren nach einem der Ansprüche 57 bis 59, wobei der Aushärtungsschritt ein Erhitzen des Gemisches auf eine Temperatur von 20°C bis 40°C für eine Zeitspanne, die von 5 Stunden bis 35 Stunden reicht, direkt gefolgt von Erhitzen des Gemisches auf eine Temperatur von 70°C bis 150°C für eine Zeitspanne, die von 0,5 Stunden bis 3 Stunden reicht, umfasst.
  62. Verfahren nach Anspruch 57, wobei der Aushärtungsschritt ein Erhitzen des Gemisches auf Raumtemperatur für eine Zeitspanne von 1 Tag, gefolgt von Erhitzen des Gemisches auf eine Temperatur von 110°C für eine Zeitspanne von 2 Stunden umfasst.
  63. Verfahren nach einem der Ansprüche 57 bis 62, wobei die stationäre Phase in der Nanosäule durch Erhitzen des Gemisches auf eine Temperatur von 250°C bis 350°C für eine Zeitspanne, die von 5 Sekunden bis 30 Sekunden reicht, gesintert wird.
  64. Verfahren nach Anspruch 63, wobei der Durchmesser der in situ-Fritte mehr als 30 µm beträgt.
  65. Verfahren nach Anspruch 63, wobei der Sinterschritt ein Erhitzen des Gemisches auf eine Temperatur von 300°C für eine Zeitspanne von 15 Sekunden umfasst.
  66. Verfahren nach Anspruch 57, wobei das Poly(diorganosiloxan) ein Polymer mit einer Wiederholungseinheit der Formel -(-R1R2SiO-)- ist, worin R1 und R2 unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, eine C1-C18-aliphatische Gruppe, eine aromatische Gruppe oder eine vernetzende Gruppe sind.
  67. Verfahren nach Anspruch 57, wobei das Poly(diorganosiloxan) ein Polymer der Formel (-R1R2SiO-)n ist, worin R1 und R2 unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, eine C1-C18-aliphatische Gruppe, eine aromatische Gruppe oder eine vernetzende Gruppe sind und n die Anzahl an Wiederholungseinheiten darstellt.
  68. Verfahren nach Anspruch 67, wobei die vernetzende Gruppe eine Kohlenwasserstoffgruppe ist, die eine polymerisierbare Alkenylgruppe oder ein polymerisiertes Produkt davon enthält.
  69. Verfahren nach Anspruch 67, wobei die vernetzende Gruppe eine Vinylgruppe oder eine Styrylgruppe oder ein polymerisiertes Produkt davon ist.
  70. Verfahren nach Anspruch 67, wobei die aliphatische Gruppe eine geradkettige oder verzweigte Alkyl- oder Cycloalkylgruppe ist.
  71. Verfahren nach Anspruch 67, wobei die aliphatische Gruppe eine C1-C6-Alkylgruppe ist.
  72. Verfahren nach Anspruch 71, wobei die aliphatische Gruppe eine Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, Isopropyl-, Butyl-, sec-Butyl- oder tert-Butylgruppe ist.
  73. Verfahren nach Anspruch 57, wobei das Poly(diorganosiloxan) aus Poly(dimethylsiloxan)-Polymeren ausgewählt ist.
  74. Verfahren nach Anspruch 57, wobei das vernetzte Poly(diorganosiloxan) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus vernetzten Poly(dimethylsiloxan)-Polymeren.
  75. Verfahren nach Anspruch 57, wobei das vernetzte Poly(diorganosiloxan) durch die Umsetzung eines Polymerreagenzes hergestellt wird, das Vinyl-substituiertes Dimethylsiloxan umfasst.
  76. Verfahren nach Anspruch 75, wobei das Vinyl-substituierte Dimethylsiloxan Dimethylvinyl-terminiertes Dimethylsiloxan ist.
  77. Verfahren nach Anspruch 75, wobei die Umsetzung ein weiteres Polymerreagenz umfasst, das aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Dimethylsiloxan, Methylhydrogensiloxan, dimethylvinylierter Silica, trimethylierter Silica, Tetramethyltetravinylcyclotetrasiloxan und Tetra(trimethylsiloxy)silan.
  78. Verfahren nach Anspruch 77, wobei das Dimethylsiloxan oder Methylhydrogensiloxan ein durchschnittliches Molekulargewicht von 10 Da bis 10 000 Da aufweist.
  79. Verfahren nach Anspruch 78, wobei das Dimethylsiloxan oder Methylhydrogensiloxan ein durchschnittliches Molekulargewicht von 100 Da bis 1 000 Da aufweist.
  80. Verfahren nach Anspruch 75, wobei das Vinyl-substituierte Dimethylsiloxan ein durchschnittliches Molekulargewicht von 500 Da bis 100 000 Da aufweist.
  81. Verfahren nach Anspruch 80, wobei das Vinyl-substituierte Dimethylsiloxan ein durchschnittliches Molekulargewicht von 10 000 Da bis 40 000 Da aufweist.
  82. Verfahren nach Anspruch 57, wobei das Gemisch in situ durch Erhitzen ausgehärtet wurde.
  83. Verfahren nach Anspruch 57, wobei das Gemisch durch Sintern weiter immobilisiert wurde.
  84. Verfahren nach Anspruch 57, wobei der Aushärtungsschritt ein Erhitzen des Gemisches auf eine Temperatur von 25°C bis 150°C für eine Zeitspanne, die von 1 Stunde bis 48 Stunden reicht, umfasst.
  85. Verfahren nach Anspruch 57, wobei die Partikel des Materials der stationären Phase eine durchschnittliche Größe/einen durchschnittlichen Durchmesser von 0,5 µm bis 10 µm aufweisen.
  86. Verfahren nach Anspruch 57, wobei das Material der stationären Phase porös ist.
  87. Verfahren nach Anspruch 57, wobei das Material der stationären Phase nicht porös ist.
  88. Verfahren nach Anspruch 57, wobei das Material der stationären Phase einen durchschnittlichen Porendurchmesser von 70 Å bis 300 Å aufweist.
  89. Verfahren nach Anspruch 57, wobei das Material der stationären Phase eine spezifische Oberfläche von 170 m2/g bis 250 m2/g aufweist.
  90. Verfahren nach Anspruch 57, wobei das Material der stationären Phase ein spezifisches Porenvolumen von 0,2 cm3/g bis 1,5 cm3/g aufweist.
  91. Verfahren nach Anspruch 57, wobei das partikuläre Material der stationären Phase Aluminiumoxid, Silica, Titanoxid, Zirconiumoxid, ein keramisches Material, ein organisches Polymer oder Gemisch davon ist.
  92. Verfahren nach Anspruch 57, wobei das Material der stationären Phase mit einem Oberflächen-Modifizierungsmittel gebunden wurde.
  93. Verfahren nach Anspruch 92, wobei das Oberflächen-Modifizierungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Alkylgruppe, Alkenylgruppe, Alkinylgruppe, Arylgruppe, Cyangruppe, Aminogruppe, Diolgruppe, Nitrogruppe, Estergruppe oder einer Alkyl- oder Arylgruppe, die eine eingebettete polare Funktionalität enthält.
  94. Verfahren nach Anspruch 93, wobei die Alkylgruppe ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Isopropyl-, Butyl-, tert-Butyl-, sec-Butyl-, Pentyl-, Isopentyl-, Hexyl-, Cyclohexyl-, Octyl- und Octadecylgruppen.
  95. Verfahren nach Anspruch 57, wobei das Material der stationären Phase Alkyl-gebundene, Phenyl-gebundene, Cyan-gebundene, Diol-gebundene oder Amino-gebundene Silica oder ein Gemisch davon ist.
  96. Verfahren nach Anspruch 57, wobei das Material der stationären Phase poröse anorganische/organische Hybridpartikel umfasst.
  97. Verfahren nach Anspruch 57, wobei das Material der stationären Phase poröse anorganische/organische Hybridpartikel der Formel SiO2/(R2 pR4 qSiOt)n oder SiO2/[R6(R2 rSiOt)m]n umfasst, worin R2 und R4 unabhängig voneinander C1-C18-aliphatische, Styryl-, Vinyl-, Propanol- oder aromatische Gruppen sind, R6 eine substituierte oder nicht substituierte C1-C18-Alkylen-, Alkenylen-, Alkinylen- oder Arylengruppe ist, die zwei oder mehrere Siliciumatome verbrückt, p und q den Wert 0, 1 oder 2 aufweisen, mit der Maßgabe, dass p + q den Wert 1 oder 2 aufweist, und dass, wenn p + q den Wert 1 aufweist, t den Wert 1,5 aufweist und, wenn p + q den Wert 2 aufweist, t den Wert 1 aufweist, r den Wert 0 oder 1 aufweist, mit der Maßgabe, dass, wenn r den Wert 0 aufweist, t den Wert 1,5 aufweist und, wenn r den Wert 1 aufweist, t den Wert 1 aufweist, m eine ganze Zahl größer oder gleich 2 ist und n eine Zahl von 0,03 bis 1 ist.
  98. Verfahren nach Anspruch 57, wobei die Nanosäule eine Kapillare ist.
  99. Verfahren nach Anspruch 57, wobei der innere Durchmesser der Nanosäule 10 µm bis 1,0 mm beträgt.
  100. Verfahren nach Anspruch 99, wobei der innere Durchmesser 25 µm bis 320 µm beträgt.
  101. Verfahren nach Anspruch 57, wobei die Nanosäule aus Quarzglas, Glas, Edelstahl, einem Polymer, einer Keramik oder einem Gemisch davon hergestellt ist.
  102. Verfahren nach Anspruch 57, wobei die in situ-Fritte 0,25 mm bis 2,5 mm lang ist.
  103. Verfahren nach Anspruch 102, wobei die Fritte 0,5 mm bis 1,0 mm lang ist.
  104. Verfahren nach Anspruch 57, wobei die in situ-Fritte an einem Ende des gepackten Betts innerhalb der Nanosäule vorliegt.
  105. Verfahren nach Anspruch 57, wobei die in situ-Fritte eine Auslassfritte für eine Chromatographievorrichtung ist.
  106. Verfahren nach Anspruch 57, wobei die in situ-Fritte eine Einlassfritte für eine Chromatographievorrichtung ist.
  107. Verfahren nach Anspruch 57, wobei die in situ-Fritte fähig ist, physikalisch einem Druck von mindestens 1 000 psi, der an eine Flüssigkeit, die durch die stationäre Phase fließt, angelegt wird, zu widerstehen.
  108. Verfahren nach Anspruch 57, wobei die in situ-Fritte fähig ist, physikalisch Chromatographiedrücken von mindestens 10 000 psi, die an eine Flüssigkeit, die durch die stationäre Phase fließt, angelegt werden, zu widerstehen.
  109. Verfahren nach Anspruch 57, wobei die in situ-Fritte fähig ist, physikalisch Chromatographiedrücken von mindestens 20 000 psi, die an eine Flüssigkeit, die durch die stationäre Phase fließt, angelegt werden, zu widerstehen.
  110. Verfahren nach Anspruch 57, wobei die in situ-Fritte einen Schweifbildungsfaktor von weniger als oder gleich 2,3 aufweist.
  111. Verfahren nach Anspruch 57, wobei das innige Gemisch eine 10:1 (w/w)-Zusammensetzung von Partikeln eines Materials der stationären Phase und eines polymerischen Netzwerks von vernetztem Poly(diorganosiloxan) in einem Verhältnis von 10:1 bis 1000:1 Material der stationären Phase zu Polymer nach Gewicht ist.
  112. Verfahren nach Anspruch 111, wobei das Verhältnis 10:1 bis 100:1 Material der stationären Phase zu Polymer nach Gewicht beträgt.
  113. Verfahren nach Anspruch 57, wobei die Partikel des Materials der stationären Phase sphärisch sind.
  114. Verfahren nach Anspruch 58, wobei das in Schritt (a) hergestellte Gemisch ausreichende Mengen an Material der stationären Phase, Lösungsmittel und Polymerreagenzien enthält, um nach Aushärten in Schritt (d) eine 10:1 (w/w)-Zusammensetzung von Partikeln eines Materials der stationären Phase und eines polymerischen Netzwerks von vernetztem Poly(diorganosiloxan) in einem Verhältnis von 10:1 bis 1000:1 Material der stationären Phase zu Polymer nach Gewicht zu ergeben.
  115. Verfahren nach Anspruch 114, wobei das Verhältnis 10:1 bis 100:1 Material der stationären Phase zu Polymer nach Gewicht beträgt.
  116. Verfahren nach Anspruch 58, wobei die Partikel des Materials der stationären Phase sphärisch sind.
  117. Verfahren zum Auftrennen und/oder Analysieren von Komponenten eines Gemisches, das einen Schritt eines In-Kontakt-Bringens des Gemisches mit einer Säulenchromatographievorrichtung mit einer In situ-Fritte nach Anspruch 3 umfasst.
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