Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Modifizie rung eines Polymerträgermaterials für die Verwendung als statio näre Phase in einem analytischen oder präparativen Trennverfah ren, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Bereitstellen ei nes Polymerträgermaterials wenigstens teilweise gebildet aus aromatischen Kohlenwasserstoffverbindungen aufweisend mindestens zwei Vinyl- oder Allyl-Substituenten; Erzeugung von Hydroxygrup pen auf/im Polymerträgermaterial durch ein Verfahren umfassend eine oxidative Behandlung des Polymerträgermaterials und eine anschliessende reduktive oder hydrolytische Behandlung des Reak tionsproduktes; Reaktion des Produkts aus dem vorherigen Schritt mit einer polyfunktionalen Verbindung. Die Erfindung betrifft weiter ein Polymerträgermaterial für die Verwendung als statio näre Phase in einem analytischen oder präparativen Trennverfah ren, insbesondere Chromatographieverfahren, hergestellt nach ei nem erfindungsgemässen Verfahren.

Ionenaustauscher sind in der Regel aus partikulären Materialen aufgebaut, welche an ihrer Oberfläche Ladungen tragen, die sie zur Retention von Ionen befähigen. Bei Anionenaustauschern han delt es sich dabei häufig um kationische Ammoniumverbindungen, wobei aber auch Phosphonium- und Arsoniumionen bekannt sind. Die Austauschergruppe ist monokationisch. Bei rein elektrostatischen Wechselwirkungen wird die Retentionszeit durch das Coulombsche Gesetz bestimmt. Demnach sollte sich nur die Ladung des retar dierten Anions auf die Retentionszeit desselbigen auswirken.

Bei der Ionenchromatographie in wässriger Lösung lassen sich je doch weitere Faktoren feststellen, die sich auf das Retentions verhalten auswirken, beispielsweise die Hydratation des Anions und die Hydratation der Austauschergruppe. Weiter spielt auch die Polarisierbarkeit der beteiligten Ionen und schwächere, se kundäre Wechselwirkungen zwischen den Analyten und dem Austau schersubstrat eine Rolle. Da die Hydrophilie des Grundpolymers, welches die Austauschergruppe trägt, sich auch auf die Hydrati sierung der selbigen auswirkt, lässt sich über eine Modifikation des Trägermaterials das Retentionsverhalten des Ionentaustau- schers bei gleicher Austauschergruppe verändern. Auch die direk ten Substituenten der kationischen Gruppe üben einen Einfluss auf das Retentionsverhalten aus.

Im Stand der Technik finden sich bereits Ansätze zum Einstellen der Hydrophilie eines Partikels für Ionenaustauschchromatogra phie. Dabei werden punktuell auch andere wünschenswerte Parame ter wie ausgewogene Kapazität, hohe theoretische Bodenzahl oder chemische Inertheit des Ionenaustauschmaterials diskutiert.

In US20050181224 werden auf einem sulfonierten hydrophilen Trä gerpartikel durch zyklische Reaktion von Diepoxiden und Aminen sich quervernetzende Schichten aufgebracht, welche die Austau schergruppen enthalten. Mit jedem Zyklus steigt die Kapazität des Ionenaustauschers. Hydrophilie ist grundsätzlich zwar ge währleistet. Durch die abwechselnde Epoxid-/Amin-Chemie kann aber nicht unabhängig von der Kapazität zusätzliche Hydrophilie gewonnen werden.

In EP 3248678 wird ein poröser Divinylbenzene-Partikel mit modi fizierten Polysacchariden beschichtet (Agarose umgesetzt mit Glycidyl-Phenylether) und das modifizierte Polysaccharid wird anschliessend mit einem polyfunktionalen Vernetzungsmittel (z.B. Ethylen-Glycol-Diglycidylether) vernetzt, sodass sich ein Makro molekül aufweisend Hydroxyl-Gruppen an der Oberfläche bildet. Danach wird das Substrat mit Diethylaminoethylchlorid Hydrochlo- rid gesetzt um die eigentliche Ionenaustauschergruppe zu erhal ten. Die Anmeldung strebt ebenfalls einen hydrophilen Ionenaus tauschpartikel mit erhöhter Stabilität (rupture strength) an. Aufgrund der reinen Adsorptions-Kräfte, welche zwischen dem Par tikel und der zunächst Gel-artigen Beschichtung wirken, erweist sich das Substrat auch als weniger stabil.

EP1217012 geht von einem hydrophoben Vinylalkoholester-Polymer aus. Zunächst werden die enthaltenen Ester hydrolysiert, sodass Alkoholgruppen freigesetzt werden. Das Polymer wird hydrophil. Die OH-Gruppen werden mit einem Diepoxid und anschliessend einem Amin umgesetzt, um das Substrat zu beschichten. Die Hydrophilie Hesse sich weiter steigern, indem das Basispolymer im ersten Schritt einer umfassenderen Hydrolyse unterzogen würde. Dadurch würde der Partikel aber an mechanischer Stabilität einbüssen. Unerwünschtes Quellverhalten kann auftreten.

In einer Publikation von Qaglayan et al (J Sep Sei 2006, 29.

940) wird versucht, einige der genannten Parameter wie theoreti sche Bodenzahl, Porengrösse und Oberflächenausdehnung durch Ver wendung eines Partikelsubstrates aus Poly (vinyl acetate-co- divinylbenzene ) verschiedener Zusammensetzung zu optimieren. Ge mäss der Druckschrift führt ein erhöhter Anteil von Vinylacetat - und damit ein erhöhter Anteil von OH-Gruppen im hydrolysierten Partikel - zu stark ansteigendem Rücklaufdruck, wenn die mit dem Substrat gepackte Säule einer erhöhten Flussrate ausgesetzt wird. Dieser unerwünschte Rücklaufdruck wird der fehlenden me chanischen Stabilität der Partikel, welche sich während des Trennverfahrens deformieren, zugeschrieben.

In US5503933 werden hydrophile Beschichtungen, die kovalent an hydrophobe Oberflächen gebunden sind, sowie Verfahren zu ihrer Herstellung offengelegt. Zur Bildung der beschichteten Oberflä- chen wird eine Verbindung bereitgestellt, die eine hydrophobe Domäne einschliesslich einer ungesättigten Gruppe und eine hyd rophile Domäne umfasst. Es wird auch eine hydrophobe Oberfläche mit ungesättigten Gruppen bereitgestellt. Die Moleküle der Ver bindung werden an die hydrophobe Oberfläche adsorbiert und die ungesättigten Gruppen in den hydrophoben Bereichen der Moleküle der Verbindung werden dann kovalent mit den ungesättigten Grup pen an der hydrophoben durch eine freie Radikalreaktion an die Oberfläche verbunden. In einer Ausführungsform können hydrophile Beschichtungen kovalent an Divinylbenzol-vernetztes Polystyrol, gebunden sein. Die resultierenden Partikel eigenen sich jedoch nur für die Trennung von Makromolekülen. Für den Einsatz in an deren Chromatographieverfahren, insbesondere Ionenchromatogra phie, weisen die Partikel aufgrund ihres grossen Durchmessers eine unbefriedigende theoretische Bodenzahl auf. Bei reduzierter Partikelgrösse wiederum wäre die mechanische Belastbarkeit des makroporösen Materials nicht ausreichend für die bei solchen Chromatographieverfahren entstehenden Drucke.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben genann ten Nachteile im Stand der Technik zu überwinden. Es fehlt der zeit an einer Methode, nach welcher ein Polymersubstrat so be schichtet werden kann, dass die Hydrophilie der Polymerträgerma terialoberfläche unabhängig vom Sauerstoffanteil im Polymerkern substrat eingestellt werden kann und ein mechanisch stabiler und robuster Partikel resultiert. Gleichzeitig soll ein darauf ba sierendes Ionenaustauschsubstrat chemisch weitgehend inert sein und es sollen Hydrophilie und Kapazität bzw. Selektivität und Kapazität unabhängig voneinander konfigurierbar sein.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, welches die Merk male von Anspruch 1 aufweist. Es handelt sich um ein Verfahren zur Modifizierung eines Polymerträgermaterials für die Verwen- düng als stationäre Phase in einem analytischen oder präparati ven Trennverfahren. Die Erfindung betrifft weiter ein Polymer trägermaterial für die Verwendung als stationäre Phase in einem analytischen oder präparativen Trennverfahren, insbesondere Chromatographieverfahren, hergestellt nach einem erfindungsge- mässen Verfahren. Die Erfindung betrifft eine Chromatographie säule befüllt mit dem erfindungsgemässen Polymerträgermaterial, ein Verfahren zur Trennung von Analyten unter Verwendung des er- findungsgemässen Polymerträgermaterials sowie die Verwendung von erfindungsgemässem Polymerträgermaterial zur analytischen und präparativen Trennung von Analyten.

Das Verfahren umfasst die Schritte: Bereitstellen eines Polymer trägermaterials wenigstens teilweise gebildet aus aromatischen Kohlenwasserstoffverbindungen aufweisend mindestens zwei Vinyl oder Allyl-Substituenten, bevorzugt wenigstens teilweise gebil det aus Divinylbenzol-Monomeren (Schritt a) ; Erzeugung von Hyd roxygruppen auf/im Polymerträgermaterial durch ein Verfahren um fassend die Schritte: Oxidative Behandlung des Polymerträgerma terials (Schritt b.l); anschliessende reduktive oder hydrolyti sche Behandlung des Reaktionsproduktes aus Schritt b.l (Schritt b.2); optional: Reaktion des Produkts aus Schritt b.2. mit einer polyfunktionalen Verbindung, insbesondere einer Verbindung, die wenigstens eine erste funktionelle Gruppe, die mit Hydroxygrup pen reaktiv ist, bevorzugt eine Halogengruppe, und wenigstens eine zweite funktionelle Gruppe, die mit Aminen und/oder Hydro xygruppen reaktiv ist, bevorzugt eine Epoxidgruppe, aufweist (Schritt c) .

Es versteht sich von selbst, dass eine mit Aminen reaktive funk tioneile Gruppe gleichzeitig auch mit anderen elementorganischen Verbindungen der 5. Hauptgruppe, namentlich mit Arsinen oder Phosphinen, reaktiv ist oder reaktiv sein kann. Wie im Folgenden insbesondere in Bezug auf das erfindungsgemässe Verfahren noch näher erläutert wird, wirken sich die erfindungs- gemässen Schritte auf den Sauerstoffgehalt an der Polymerträger materialoberfläche aus. Die Hydrophilie der Polymerträgermateri aloberfläche ist damit unabhängig vom Sauerstoffanteil im Poly merträgerkernsubstrat .

Das in Schritt a. bereitgestellte Polymerträgermaterial wird ty pischerweise als Partikel, bevorzugt als sphärischer Partikel, besonders bevorzugt als sphärischer Partikel mit einer durch schnittlichen Partikelgrösse (Median) von 1 bis 50 gm, noch mehr bevorzugt mit einer durchschnittlichen Partikelgrösse von 2 bis 25 gm, besonders bevorzugt mit einer durchschnittlichen Parti kelgrösse von 3 bis 9 gm bereitgestellt. Es sind aber auch ande re Polymerträgermaterialien denkbar, insbesondere Polymerträger materialien in Form von Membranen oder Monolithen.

Der Sauerstoffgehalt an der Oberfläche des Polymerträgermateri als wird durch die initiale Oxidation und Reduktion oder Hydro lyse erhöht. Durch die Modifizierung können auch Sauerstoffatome auf/in einem Kern-Polymerträgermaterial, das keinen nachweisba ren Sauerstoffanteil aufweist, originär erzeugt werden. Der er höhte Sauerstoffanteil beeinflusst Art und Ausprägung sekundärer Wechselwirkungen, insbesondere die Hydrophilie des resultieren den Polymerträgermaterials. Durch eine Reihe von Schritten, wel che auf die initiale Oxidation und Reduktion / Hydrolyse folgen, kann zudem die Kapazität unabhängig vom Sauerstoffgehalt an der Oberfläche eingestellt werden.

Unter Oberfläche des Polymerträgermaterials oder Polymerträger materialoberfläche ist hier insbesondere die durch Lösung kon taktierbare Aussenfläche der Polymerträgermaterialstruktur sowie die unmittelbar an diese Aussenfläche angrenzende Schicht von 1 bis 30 nm zu verstehen, wobei die durch Lösung kontaktierbare Aussenfläche teilweise auf Mikrostrukturen von zum Beispiel po rösen Gebilden gelegen sein kann. Insbesondere ist die durch Lö sung kontaktierbare Aussenfläche von Polymerträgermaterialparti keln von poröser oder nicht-poröser Struktur gemeint.

Einen ersten Beitrag zur chemischen und mechanischen Stabilität leistet die kovalente Bindung zwischen dem Polymerträgermaterial und der Beschichtung. Diese steht in Kontrast zur Situation bei Latex-basierten Ionenaustauschern, bei denen rein elektrostati sche Wechselwirkungen die Latex-Körner, und damit die Austau schergruppen, am Substrat halten. Hohe chemische Inertheit ist aufgrund der kovalenten Bindung ebenfalls gewährleistet. Einen zweiten Beitrag zur mechanischen Stabilität leistet der Umstand, dass das Kern-Polymerträgermaterial wenigstens teilweise aus aromatischen Kohlenwasserstoffverbindungen aufweisend mindestens zwei Vinyl- oder Allyl-Substituenten, bevorzugt wenigstens teil weise aus Divinylbenzol-Monomeren, gebildet ist. Die Stabilität dieses Kern-Polymerträgermaterials wird durch die Schritte b.l und b.2 nicht beeinträchtigt. Das Kern-Polymerträgermaterial ist bevorzugt monodispers.

Der Schritt c, also die Reaktion des Produkts aus Schritt b.2. mit einer polyfunktionalen Verbindung, insbesondere einer Ver bindung, die wenigstens eine erste funktionelle Gruppe, die mit Hydroxygruppen reaktiv ist, und wenigstens eine zweite funktio neile Gruppe, die mit Aminen und/oder Hydroxygruppen reaktiv ist, aufweist, ist optional. Wenn der Schritt weggelassen wird, eignet sich der Partikel zum Beispiel zur Verwendung in der GrössenausschlussChromatographie . Im Folgenden wird insbesondere die Herstellung von Ionenaus tauschmaterial für die Verwendung in Anionenaustauschchromato graphie oder Kationenaustauschchromatographie basierend auf dem erfindungsgemäss modifizierten Polymerträgermaterial beschrie ben. Die Verwendung der Partikel ist aber keinesfalls darauf be schränkt. Die Partikel lassen sich auch in anderen analytischen und präparativen Trennverfahren einsetzen, etwa in anderen Ad sorptions-Chromatographieverfahren, HILIC Chromatographie (hyd- rophilic interaction liquid chromatography) , Umkehrphasenchroma tographie, Festphasenextraktion, etc.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren die Schritte a, b und c wie oben beschrieben, sowie weitere auf Schritt c folgende Schritte, nämlich die Durchführung einer An zahl Beschichtungszyklen (Schritt d) . Ein einzelner Beschich tungszyklus, Schritt d, umfasst: Das Einführen oder Erzeugen von Hydroxygruppen durch Reaktion der zweiten funktionellen Gruppe, die mit Aminen und/oder Hydroxygruppen reaktiv ist, bevorzugt der Epoxidgruppe, eingeführt in Schritt c, mit einer polyfunkti onalen Verbindung aufweisend Hydroxygruppen, insbesondere mit einem Polyol oder durch Hydrolyse oder eine Kombination davon (Schritt d.l); und Reaktion des Produkts aus Schritt d.l. mit einer polyfunktionalen Verbindung, insbesondere einer Verbin dung, die wenigstens eine erste funktionelle Gruppe, die mit Hydroxygruppen reaktiv ist, bevorzugt eine Halogengruppe, und wenigstens eine zweite funktionelle Gruppe, die mit Aminen und/oder Hydroxygruppen reaktiv ist, bevorzugt eine Epoxidgrup pe, aufweist (Schritt d.2) . Die Anzahl Beschichtungszyklen liegt zwischen 0 und 20.

Wenn die Anzahl Beschichtungszyklen wenigstens 2 beträgt, be trifft das Einführen oder Erzeugen von Hydroxygruppen ab der ersten Wiederholung natürlich nicht mehr oder zumindest nicht mehr ausschliesslich funktionelle Gruppen eingeführt in Schritt c, sondern vor allem entsprechende funktionelle Gruppen einge führt in Schritt d.2. Dies gilt vor allem, wenn die Bedingungen so gewählt werden, dass die zweiten funktionellen Gruppen aus Schritt c bei der Durchführung des ersten Beschichtungszyklus im Schritt d.l im Wesentlichen vollständig abreagieren.

Durch eine höhere Anzahl Beschichtungszyklen kann der Sauer stoffgehalt an der Oberfläche des Polymerträgermaterials weiter erhöht werden, und es lässt sich die Hydrophilie eines auf dem Polymerträgermaterial basierenden Ionenaustauschmaterials stei gern. Durch die Wahl eines geeigneten Grades von Hydrophilie, kann die Wechselwirkungen des Ionenaustauschers mit stark hydra- tisierten Ionen (wie Fluorid) verstärkt und die Wechselwirkung mit zu schwach hydratisierten Ionen (wie Bromat, Nitrat, Chlo- rat) verringert werden. Dadurch kann zum Beispiel die Retenti onsreihenfolge von Bromat und Chlorid beeinflusst werden, sodass Bromat im Chromatogramm quantifizierbar vor Chlorid zu liegen kommt. Ausserdem kann gewährleistet werden, dass Fluorid eine Abtrennung vom Injektionspeak, insbesondere auch bei Verwendung eines Carbonateluenten, aufweist.

Weiter kann durch das erfindungsgemässe Verfahren ein Ionenaus tauschmaterial mit Bodenzahlen von > 50 '000 TP/m theoretischer Böden pro Säulenmeter für die sieben Standardanionen (Fluorid, Chlorid, Nitrit, Bromid, Nitrat, Phosphat und Sulfat) mit hohen Signalsymmetrien (Asymmetrie < 1,5) erhalten werden. Alle oben genannten Ionen erscheinen basisliniengetrennt zueinander im Chromatogramm bei insgesamt kurzer Gesamtlaufzeit der Chromato graphie .

Die Vorteile der hohen Robustheit der Partikel zeigen sich ins besondere, wenn eine mit einem nach obigem Verfahren erhaltenen Polymerträgermaterial gepackte Säule einem Druck-Fluss-Test un terzogen wird. Bei einem solchen Belastungstest wird die Druck entwicklung in der Säule in Abhängigkeit von einer kontinuier lich erhöhten Flussrate bestimmt. In der erfindungsgemässen Säu le hängt der Druck linear von der Flussrate ab. Dies steht im Gegensatz zu Ergebnissen, welche mit herkömmlichen Säulen er zielt werden, die mit hydrophilem pDVB-Substrat, aufweisend ei nen hohen Vinylacetatanteil, gepackt sind. Bei herkömmlichen Säulen nimmt der Druck in Abhängigkeit der Flussrate stärker als linear zu. Es kann sich z.B. eine hyperbolische Steigung der Funktion ergeben. Dies ergibt sich beispielsweise aus der ein gangs zitierten Publikation von Qaglayan et al . (J Sep Sei 2006, 29, 940) .

Auch die Leistung der erfindungsgemässen Säule nach Durchführung eines Drucktests ist im Vergleich zu herkömmlichen Säulen bes ser. Einerseits weist die Säule nach Durchführung des Belas tungstests verglichen mit herkömmlichen Säulen eine lediglich geringe Erhöhung des Druckabfalls über die Säule hinweg aus. Zu dem verringert sich die Zahl theoretischer Böden im Zuge eines Belastungstests an der erfindungsgemässen Säule in deutlich ge ringerem Ausmass, als bei herkömmlichen Säulen der Fall ist ( aglayan et al . , J Sep Sei 2006, 29, 940) . Der Erhalt der

Druckverhältnisse und der Bodenzahl auch unter Verwendung hoher Flussraten ermöglicht effiziente Hochleistungstrennverfahren .

Das Verfahren kann sodann zusätzlich den Schritt e, Einführen von Ionenaustauschergruppen auf dem Reaktionsprodukt aus Schritt c oder d.2, umfassen. Durch Schritt e wird aus dem Polymerträ germaterial ein Ionenaustauschmaterial, welches die mit dem Po lymerträgermaterial einhergehenden Vorteile verwirklicht, er zeugt. Hydrophilie und Kapazität bzw. Selektivität und Kapazität sind in diesem erfindungsgemässen Ionenaustauschmaterial unab- hängig voneinander einstellbar. Das erfindungsgemässe Ionenaus tauschmaterials weist zudem eine hohe Zahl theoretischer Böden auf .

Unter Ionenaustauschergruppen werden geladenen Gruppen an der Polymerträgermaterialoberfläche verstanden, insbesondere gelade ne Amin-, Arsin- oder Phosphin-Gruppen.

Unter Polymerträgermaterial, welches wenigstens teilweise gebil det ist aus aromatischen Kohlenwasserstoffverbindungen aufwei send mindestens zwei Vinyl- oder Allyl-Substituenten, ist im Rahmen dieser Erfindung zu verstehen, dass das Polymerträgerma terial durch eine Polymerisationsreaktion herstellbar ist, an welcher wenigstens aromatische Kohlenwasserstoffverbindungen, aufweisend mindestens zwei Vinyl- oder Allyl-Substituenten, be teiligt sind. Bevorzugt wird das Polymerträgermaterial durch Po lymerisationsreaktionen mit Divinylbenzol gebildet. Denkbar sind aber auch Reaktionen mit Trivinylbenzol und Divinylnaphthale und Verbindungen, die dem Fachmann als gleichwertig bekannt sind.

Das Verfahren kann dadurch gekennzeichnet sein, dass das Poly merträgermaterial in Schritt a, welches wenigstens teilweise ge bildet ist aus aromatischen Kohlenwasserstoffverbindungen auf weisend mindestens zwei Vinyl- oder Allyl-Substituenten, zusätz lich teilweise gebildet ist aus Monomeren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ethylvinylbenzol , Vinylacetat, Styrol, so wie einer Kombination davon. Dabei beträgt der Anteil aromati scher Kohlenwasserstoffverbindungen aufweisend mindestens zwei Vinyl- oder Allyl-Substituenten bevorzugt wenigstens 50 Gew.-%. Beispielsweise kann das Polymerträgermaterial in Schritt a we nigstens zu 50 Gew.-% aus Divinylbenzol-Einheiten bestehen. Ein solches Polymerträgermaterial hat vorteilhafte Eigenschaften hinsichtlich der Porenstruktur und weist insbesondere eine hohe Anzahl verfügbarer Doppelbindungen für die nachfolgende Oberflä chenmodifizierung auf.

Das Verfahren kann dadurch gekennzeichnet sein, dass die oxida tive Behandlung in Schritt b.l eine Behandlung mit einer Persäu re, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus meta- Chlorperbenzoesäure (m-CPBA) , Peroxyameisensäure, Peroxyessig- säure, Peroxytrifluoressigsäure, eine Behandlung mit KMnÜ4, eine Behandlung mit Sauerstoffplasma oder einer Kombination davon, ist. Durch Einwirkung einer Persäure auf das Polymer werden vor handene Doppelbindungen oxidiert und der nachfolgenden Reduktion oder Hydrolyse zugänglich gemacht. Es versteht sich von selbst, dass der Effekt grundsätzlich auch durch andere, dem Fachmann bekannte oxidative Verfahren erzielt werden kann, etwa durch Ozonolyse .

Es ist besonders bevorzugt, wenn in Schritt b.l eine Persäure verwendet wird. Es ist der Vorteil von Persäuren, dass höhere Sauerstoffgehalte als beispielsweise mit Plasmabehandlung er zielbar sind. Mit Sauerstoffplasma können Sauerstoffanteile von 2.0% erreicht werden, mit mCPBA zum Beispiel dagegen Sauerstoff anteile von 3.2%, messbar mittels Elementaranalyse. Falls eine Persäure verwendet wird, kann diese zum in Suspension vorliegen den Polymer gegeben werden oder in situ aus einer Säure und Was serstoffperoxid gebildet werden. Bevorzugt wird das suspendierte Kernpolymerträgermaterial, z.B. PS/DVB-Polymerträgermaterial , mit m-CPBA versetzt, da dieses als Feststoff unkompliziert in der Handhabung ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die reduktive Be handlung des Reaktionsprodukts aus dem Oxidationsschritt b.l im Schritt b.2 mit einem Reagenz zur Reduktion polarer Bindungen, bevorzugt mit einem Metallhydrid. Dabei kann es sich um zum Bei- spiel um NaBIp, BH ₃ , LAH, NaH, CaH handeln. Die Verwendung von Hydriden hat den Vorteil, dass das gelöste Reagenz in die Poren des Partikels eindringen kann. Dies ist beispielsweise bei Pal ladium auf Aktivkohle nicht möglich. Verglichen mit einer Hydro lyse mit Salzsäure, welche Epoxide zu Hydroxylen umwandeln kann (s. Beispiel 3), kann die Reduktion mit Metallhydriden auch Car- bonyle und Carboxyle zu Hydroxylen umwandeln. Die Reduktion überführt die gebildeten Oxidationsprodukte in Alkohole. Dabei wird bevorzugt Lithiumaluminiumhydrid in Diethylether verwendet. In einer Ausführungsform wird eine 1-20% w/v Polymersuspension in trockenem Diethylether dargestellt, zu der 5-100% w/w der Po lymertrockenmasse an Lithiumaluminiumhydrid gegeben werden. Be sonders bevorzugt wird eine 5-15% w/v Polymersuspension in tro ckenem Diethylether dargestellt, zu der 5-20% w/w der Polymer trockenmasse an Lithiumaluminiumhydrid gegeben werden. Dabei kann eine Temperatur von 25-70°C gewählt werden, besonders be vorzugt die Siedetemperatur von Diethylether, sowie eine Reakti onszeit von 1 min bis 72h, besonders bevorzugt von 3h bis 48h.

Die durch das oben beschriebene Verfahren erzeugten OH-Gruppen auf der Polymerträgermaterialoberfläche stehen nun in hinrei chender Zahl für die Modifikation in Schritt c zur Verfügung. Alternativ zu reduktiven Bedingungen können auch hydrolytische Bedingungen gewählt werden.

Das Reaktionsprodukt aus Schritt b.2 wird mit einer polyfunktio nalen Verbindung umgesetzt, insbesondere mit einer Verbindung, die wenigstens eine erste funktionelle Gruppe, die mit Hydroxyg ruppen reaktiv ist, bevorzugt eine Halogengruppe, und wenigstens eine zweite funktionelle Gruppe, die mit Aminen und/oder Hydro xygruppen reaktiv ist, bevorzugt eine Epoxidgruppe, aufweist. Die erste, mit Hydroxygruppen reaktive funktionelle Gruppe kann eine durch OH-Gruppen oder Amin-Gruppen nukleophil angreifbare Struktur sein, etwa ein Halogenkohlenwasserstoff, ein Epoxid, ein Tosylat, ein Methylsulfid oder eine Mischung davon. Die zweite, mit Aminen und/oder Hydroxygruppen reaktive funktionelle Gruppe kann zum Beispiel ein Epoxid sein. Bevorzugt ist die po lyfunktionale Verbindung in Schritt c Epichlorhydrin (ECH) . Bei spielsweise kann das Substrat in Epichlorhydrin suspendiert wer den (bevorzugt 5-30% w/v Feststoff in ECH, besonders bevorzugt 10-20% w/v Feststoff in ECH) . Danach kann es mit einer Base, et wa wässrigem Alkali- und Erdalkalimetallhydroxid umgesetzt wer den. Dazu haben sich wässrige Lösungen von NaOH und KOH, beson ders bevorzugt 10-50% w/w NaOH im Verhältnis

ECH : NaOH ( aq) =1 : (0,1-10) als geeignet erwiesen. Besonders bevor zugt erfolgt die Umsetzung unter Verwendung eines quartären Am moniumsalzes als Phasentransferkatalysator. Alternativ kann das in ECH suspendierte Substrat mit einem quartären Ammoniumhydro xid umgesetzt werden. Dazu hat sich Tetramethylammoniumhydroxid als geeignet erwiesen. Bevorzugt wird die nach obigen Angaben hergestellte Suspension von Polymer in ECH mit der gleichen Men ge an Dimethylsulfoxid (DMSO) wie ECH versetzt und pro Gramm eingesetztes Polymer bevorzugt zwischen 1 und 10 mmol Tetrame thylammoniumhydroxid in konzentrierter wässriger Lösung zugege ben, besonders bevorzugt zwischen 2 und 5 mmol Tetramethylammo niumhydroxid (aq) .

Die in Schritt c verwendete polyfunktionale Verbindung, die we nigstens eine erste mit Hydroxygruppen reaktive funktionelle Gruppe und wenigstens eine zweite mit Aminen und/oder Hydroxyg ruppen reaktive funktionelle Gruppe aufweist, kann allerdings auch ein Spacermolekül sein. Im Rahmen dieser Anmeldung bedeutet ein Spacermolekül (kurz: Spacer) ein Molekül, aufweisend die vorgenannten wenigstens zwei funktionellen Gruppen, wobei das Molekül eine Beabstandung von mindestens 3 Atomen, bevorzugt von 3 bis 20 Atomen zwischen der modifizierten Polymerträgermaterialoberfläche und einzubringen den Ionenaustauschergruppen gewährleistet. Das Spacermolekül bindet im fertigen Ionenaustauschmaterial einerseits an das mo difizierte Polymerträgermaterial und andererseits an die Austau schergruppe. Die funktionellen Gruppen des Spacermoleküls können durch OH-Gruppen oder Amin-Gruppen nukleophil angreifbare Struk turen, etwa Halogenkohlenwasserstoffe, Epoxide, Tosylate, Me thylsulfide oder eine Mischung davon sein. Die beabstandenden Atome können Karbonketten sein aber auch Heteroatome einschlies- sen, beispielsweise Ethergruppen oder Thioether. Durch das Spa cermolekül wird eine Beabstandung zwischen Substrat und Ionen austauschergruppe erreicht. Die Funktion des Spacers ist es zu verhindern, dass die Ionen mit dem Substrat interagieren. Damit wird unerwünschter Peak-Verbreiterung im Chromatogramm entgegen gewirkt. Beabstandende Kohlenstoffketten mit Ethergruppen sind aufgrund der höheren Hydrophilie bevorzugt. Besonders bevorzugt weist der Spacer Glycidyl-Gruppen auf, welche mit Aminen, Phos- phinen, Arsinen und/oder Hydroxy-Gruppen reagieren können. Be sonders bevorzugt ist das Spacer-Molekül 1 , 4-Butandiol- Diglycidylether .

Wenn in Schritt d.l Hydroxygruppen durch Reaktion der zweiten funktionellen Gruppe, eingeführt in Schritt c (oder gegebenen falls in Schritt d.2), durch Umsetzen mit polyfunktionalen Ver bindungen aufweisend Hydroxygruppen eingeführt werden, ist die Verwendung eines Diols bevorzugt. Besonders bevorzugt ist Butan- diol. Das Diol kann als Solvens und Reaktand verwendet werden und die Reaktion kann unter Basenkatalyse bei erhöhter Tempera tur stattfinden. Besonders bevorzugt wird 0.1-1 mol/L KOH bei 60-160°C für l-48h eingesetzt. Ganz besonders bevorzugt beträgt die Temperatur 100-130°C und die Reaktionsdauer 3-36h. Durch die Zugabe einer solchen Verbindung werden vorgängig ans Substrat gebundene Epoxide zu OH-Gruppen-haltigen Ketten umgesetzt.

In einer Ausführungsform ist die in Schritt d.2 verwendete po lyfunktionale Verbindung, die wenigstens eine erste mit Hydro xygruppen reaktive funktionelle Gruppe und wenigstens eine zwei te mit Aminen und/oder Hydroxygruppen reaktive funktionelle Gruppe aufweist, ein Epihalohydrin, bevorzugt Epichlorhydrin. Dabei kann der Trägerpolymerpartikel zunächst in Epichlorhydrin suspendiert werden (bevorzugt: 5-30% w/v Feststoff in ECH, be sonders bevorzugt 10- 30% w/v Feststoff in ECH) . Danach kann die Suspension mit einer Base, etwa wässrigen Lösungen von Alkali oder Erdalkalimetallhydroxid, umgesetzt werden. Dazu haben sich wässrige Lösungen von NaOH und KOH, besonders bevorzugt 10-50% w/w NaOH im Verhältnis ECH : NaOH ( aq) =1 : (0,1-10) als geeignet er wiesen. Besonders bevorzugt erfolgt die Umsetzung unter Verwen dung eines quartären Ammoniumsalzes als Phasentransferkatalysa tor .

Es kann in Schritt d.2 allerdings auch alternativ ein Spacermo lekül verwendet werden. Besonders bevorzugt ist es, wenn zumin dest bei der letzten Durchführung des Beschichtungszyklusses in Schritt d.2 ein Spacermolekül verwendet wird.

Es ist ein bevorzugtes Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass die Schritte d.l und d.2, welche zusammen auch als Beschich tungszyklus bezeichnet werden, sich wiederholen können. Die An zahl Beschichtungszyklen kann zwischen 0 und 20, bevorzugt zwi schen 0 und 10 liegen. Es ist jedoch bevorzugt, dass die Anzahl Beschichtungszyklen zwischen 0 und 5, noch mehr bevorzugt zwi schen 1 und 3 liegt. Bei jedem Zyklus erhöht sich die Hydrophilie des Polymerträger materials. Durch geeignete Wahl der Anzahl Zyklen, kann die Hyd rophilie optimal auf das zu trennende Gemisch abgestimmt werden. Insbesondere können durch die Wahl eines geeigneten Grades von Hydrophilie hydrophile Wechselwirkungen des Substrats mit stark hydratisierten Ionen (wie Fluorid) verstärkt und die Wechselwir kung mit schwach hydratisierten Ionen (wie Bromat, Nitrat, Chlo- rat) verringert werden. Dadurch kann die Retentionsreihenfolge beeinflusst werden. Durch jede Schichterzeugung reduzieren sich zudem die sekundären Wechselwirkungen zwischen polarisierbaren Ionen wie Chlorat oder Bromat einerseits und dem Substrat ande rerseits. Das Tailing der Signalpeaks, welches aufgrund solcher sekundären Wechselwirkungen beobachtet wird, nimmt deutlich ab, sodass auch polarisierbare Ionen symmetrisch eluieren. Die Ge samtkapazität des Austauschmaterials nimmt ab.

In einer bevorzugten Ausführungsform, wird in der letzten Durch führung des Beschichtungszyklus d als polyfunktionale Verbindung in Schritt d.2 ein Spacermolekül verwendet, insbesondere ein Diepoxid, bevorzugt Butandioldiglycidylether . Die Vorteile eines Spacermoleküls wurden bereits bei vorstehend im Zusammenhang mit Schritt c beschrieben. Die Umsetzung eines Spacermoleküls er folgt bevorzugt unter Zugabe eines polaren Lösungsmittels zur Reaktionsmischung, besonders bevorzugt DMSO im Volumenverhältnis von 1: (0,1-5), besonders bevorzugt im Verhältnis 1: (0,5-1, 5) be zogen auf Diglycidylether . Ebenfalls bevorzugt ist die Verwen dung eines quartären Ammoniumsalzes als Phasentransferkatalysa tor, besonders bevorzugt Tetrabutylammoniumbromid im Konzentra tionsbereich von bevorzugt 1-100 mmol/L, besonders bevorzugt 10- 50 mmol/L, bezogen auf das Gesamtvolumen der Reaktionsmischung. Als Base können Alkali- und Erdalkalimetallhydroxide und - carbonate verwendet werden, bevorzugt wässrige Lösungen von NaOH und KOH, besonders bevorzugt NaOH im Konzentrationsbereich von 0,1-5 mol/L, ganz besonders bevorzugt im Konzentrationsbereich von 0,1-1 mol/L. Das Volumenverhältnis bezogen auf den Digly- cidylether beträgt dabei 1: (0,1-5), bevorzugt 1: (0,5-1, 5). Die bevorzugte Reaktionstemperatur beträgt 0-50°C, besonders bevor zugt 20-30°C, bei einer bevorzugten Reaktionszeit von 2-40h, be sonders bevorzugt 15-25h.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Ionenaustauscher gruppe eingeführt durch Reaktion der Verbindung aus Schritt c oder d.2 mit einer elementorganischen Verbindung der 5. Haupt gruppe, bevorzugt einem Amin, besonders bevorzugt einem tertiä ren Amin. Die Ionenaustauschergruppe kann jedoch anstelle des Amins ein Phosphin oder Arsin aufweisen. Als besonders geeignet hat sich eine Verbindung enthaltend ein Amin mit 1 bis 3 organi schen Resten von 1 bis 10 C-Atomen pro Rest, wobei dies auch zyklische Verbindungen einschliesst, erwiesen. Die zyklischen Verbindungen können Substituenten aufweisen. Beispiele geeigne ter Verbindungen sind stickstoffhaltige Heterozyklen, zum Bei spiel Pyridine mit oder ohne Kohlewasserstoff- oder Hydroxy- Substituenten, einfach substitutierte Alkylpyrrolidine, einfach substitutierte Alkylpiperidine oder zweifach substitutierte Al- kylpiperazine . Die Kohlenwasserstoffreste der Aminverbindungen können auch Heteroatome, z.B. Sauerstoff oder Schwefelatome, o- der andere Substituenten aufweisen.

Denkbar wäre jedoch auch das Einführen von Verbindungen geeignet für die Kationenaustauschchromatographie oder HILIC-Verfahren . Geeignete kationische funktionelle Gruppen umfassen Sulfonsäu ren, Carbonsäuren oder Kombinationen davon. Bevorzugt können die einzuführenden Verbindungen auch mehrere funktionelle Gruppen aufweisen, beispielsweise, wenn Aminosäuren eingeführt werden. Zur Erzeugung eines kationischen Austauscherzentrums kann bei spielsweise das im vorherigen Schritt epoxidierte Polymer in ei ner Mischung aus Wasser und einem polaren Lösungsmittel, bevor zugt DMSO, suspendiert werden und ein bevorzugtes Amin hinzuge geben werden. Die bevorzugte Reaktionszeit liegt zwischen 0,5 und 48h bei einer bevorzugten Temperatur von 20-70°C.

Es ist bevorzugt, dass Schritt e, das Einführen von Ionenaustau schergruppen, gefolgt ist von einem weiteren Schritt f umfassend das Erhitzen des mit Ionenaustauschergruppen versehenen Polymer trägermaterials in alkalischer Lösung. Dadurch kann die Selekti vität und Kapazität des Ionenaustauschmaterials aus dem vorher gehenden Schritt eingestellt werden. Die Behandlung wird im Fol genden als Elimination bezeichnet und besteht insbesondere im Erhitzen der mit Austauschergruppen versehenen Partikel in wäss rig alkalischer Lösung, besonders bevorzugt im Erhitzen in einer wässrigen Lösung von Alkali- oder Erdalkalimetallhydroxid oder - carbonat, beispielsweise in Natronlauge. Die bevorzugte Konzent ration von NaOH liegt im Bereich von 0,1 bis 5 mol/L Base, be sonders bevorzugt ist 0,2 bis 2 mol/L Base. Die Reaktionstempe- ratur kann 20-100°C betragen, besonders bevorzugt sind 90-100°C, bei einer Behandlungszeit von 0,l-150h, besonders bevorzugt 2- 6h.

Durch den Eliminationsschritt wird die relative Intensität der Wechselwirkung des Substrats mit einzelnen Ionen verändert. Ins besondere können sekundäre Wechselwirkungen mit polarisierbaren Analyten reduziert werden. Das Tailing der Signalpeaks, welches aufgrund solcher sekundären Wechselwirkungen beobachtet wird, nimmt ab, sodass auch polarisierbare Ionen symmetrisch eluieren. Gleichzeitig reduziert sich nach der Elimination auch die elekt rostatische Interaktionsfähigkeit der Säule und die Gesamtkapa zität des Ionenaustauschmaterials nimmt ab. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Polymerträgerma terial für die Verwendung als stationäre Phase in einem analyti schen oder präparativen Trennverfahren, insbesondere Chromato graphieverfahren, erhältlich durch ein Verfahren umfassend die Schritte wie vorstehend beschrieben, wenigstens die Schritte a, b und c .

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Polymerträgerma terial für die Verwendung als stationäre Phase in einem analyti schen oder präparativen Trennverfahren, insbesondere Chromato graphieverfahren, erhältlich durch ein Verfahren umfassend die Schritte wie vorstehend beschrieben, wenigstens die Schritte a und b, bevorzugt wenigstens die Schritte a und b und c, wobei das in Schritt a bereitgestellte Polymerträgermaterial hydrophob und mikroporös oder mesoporös ist. Unter hydrophob wird hier verstanden, dass das Polymerträgermaterial nicht-polar ist, also keine Monomer-Einheiten mit einem Dipol-Moment > 0.2 D aufweist. Unter mikroporös oder mesoporös wird hier verstanden, dass das Polymerträgermaterial einen durchschnittlichen Porendurchmesser von maximal 50nm aufweist.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein modifiziertes Po lymerträgermaterial für die Verwendung als stationäre Phase in der Ionenaustauschchromatographie, wenn das Verfahren wenigstens die Schritte a, b, c und e umfasst.

Ein so erhältliches modifiziertes Polymerträgermaterial ist dadurch charakterisiert, dass

- beim Querschnitt durch das Polymerträgermaterial mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie XPS zwischen Bereichen mit maximalem O-Anteil und Bereichen mit minimalem O-Anteil Unterschiede von wenigstens 20%, bevorzugt Unterschiede von wenigstens 50%, und besonders bevorzugt Unterschiede von 100% nachweisbar sind, jeweils ausgehend vom Wert des maxi malen O-Anteils;

- die Sauerstoff aufweisenden Gruppen kovalent an das Kern- Polymerträgermaterial gebunden sind;

- das Polymerträgermaterial mechanisch stabil ist, so dass der Druckabfall über eine mit dem Polymerträgermaterial gepack ten Säule in Abhängigkeit von einer erhöhten Flussrate le diglich linear zunimmt;

- das Polymerträgermaterial bei neutralem pH-Wert keine Ladung trägt ;

- das Polymerträgermaterial einen Stickstoffgehalt von weniger als 2% aufweist.

Das modifizierte Polymerträgermaterial weist insbesondere an der Oberfläche einen höheren Sauerstoffanteil auf als im Kern. Das durch das Verfahren erhaltene modifizierte Polymerträgermaterial ist zudem chemisch weitgehend inert. Das so beschaffene Polymer trägermaterial ist einstellbar insofern, als es eine mehr oder weniger sauerstoffhaltige Oberfläche aufweisen kann. Das Materi al ist aufgrund seiner Struktur und Oberflächenbeschaffenheit besonders geeignet für die Verwendung als stationäre Phase in analytischen oder präparativen Trennverfahren. Insbesondere ist das Substrat geeignet für die Weiterverarbeitung zu partikulärem Ionenaustauschermaterial, hergestellt nach dem oben beschriebe nen Verfahren, welches ebenfalls Teil der Erfindung ist. Das Po lymerträgermaterial lässt sich jedoch auch weiterverarbeiten zum Einsatz in anderen Adsorptionschromatographieverfahren, HILIC Verfahren, Umkehrphasenchromatographie, Festphasenextraktion, etc. Dank der Mikroporosität oder Mesoporosität eignet sich das modifizierte Polymerträgermaterial für die Herstellung einer Säule mit hoher Zahl theoretischer Böden mit entsprechend guter Trennleistung, da die mikro- und mesoporösen Partikel auch bei kleinem Durchmesser mechanisch stabil sind und die Diffusionswe ge somit kürzer eingestellt werden können.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein erfindungsgemäss modifizertes Polymerträgermaterial für die Verwendung als stati onäre Phase in der Ionenaustauschchromatographie, erhältlich durch ein Verfahren umfassend die Schritte wie oben beschrieben, wobei in das Polymerträgermaterial gemäss Schritt e zusätzlich Ionenaustauschergruppen eingeführt sind.

Ein so erhältliches Ionenaustauschermaterial kann dadurch cha rakterisiert werden, dass

- beim Querschnitt durch das Polymerträgermaterial mittels

Röntgenphotoelektronenspektroskopie XPS zwischen Bereichen mit maximalem O-Anteil und Bereichen mit minimalem O-Anteil Unterschiede von wenigstens 20%, bevorzugt Unterschiede von wenigstens 50%, und besonders bevorzugt Unterschiede von 100% nachweisbar sind, jeweils ausgehend vom Wert des maxi malen O-Anteils;

- die Sauerstoff aufweisenden Gruppen kovalent an das Kern- Polymerträgermaterial gebunden sind;

- das Ionenaustauschmaterial mechanisch stabil ist, so dass der Druckabfall bei einer mit dem Polymerträgermaterial ge packten Säule in Abhängigkeit von einer erhöhter Flussrate lediglich linear zunimmt;

- das Ionenaustauschmaterial mit Ausnahme der eingeführten Io nenaustauschergruppen nicht auf Modifikationen mittels Epo- xid-Amin-Reaktionen basiert, gegebenenfalls nachweisbar durch Hofmann-Eliminierung;

- optional, das Ionenaustauschmaterial eine Bodenzahl > 50Ό00 TP/m aufweist;

- optional, Selektivität und Kapazität zusätzlich mit Elimi nierungsschritt f einstellbar sind. Das Ionenaustauschmaterial weist insbesondere an der Oberfläche einen höheren Sauerstoffanteil auf als im Kern. Beispielsweise weist die Oberfläche eines modifizierten Polymerträgermaterials hergestellt gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren bis und mit Schritt c einen um 50% höheren, bevorzugt um 60% höheren, Sauer stoffanteil, ausgehend vom Wert des maximalen O-Anteils, auf als die inneren Partikelbereiche, nachweisbar durch XPS-Messungen .

Es ist ein Vorzug des erfindungsgemässen Ionenaustauschmateri als, dass Hydrophilie und Kapazität bzw. Selektivität und Kapa zität in individuellen Schritten, d.h. unabhängig voneinander, konfigurierbar sind. Das nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte Ionenaustauschmaterial zeigt nur schwache sekundäre Wechselwirkungen mit polarisierbaren Ionen und erhöht die Re tentionszeit stark hydratisierter Ionen. Eine mit hydrophili- siertem Ionenaustausch-Substrat gepackte Säule zeigt die ge wünschte Selektivität. Das Material quillt nicht und zeigt vor teilhafte Eigenschaften in Belastungstests. Es kann mit dem Io nenaustauschmaterial eine besonders leistungsfähige Säule ge packt werden.

Das Polymerträgermaterial wie vorstehend beschrieben eignet sich für die Verwendung als stationäre Phase in einem Ionen- Chromatographieverfahren, insbesondere einem Chromatographiever fahren für die Trennung der Standardionen Fluorid, Chlorid, Nit rit, Bromid, Nitrat, Phosphat und Sulfat. Gerade bei der Tren nung von kleinen, ein- oder zweifach geladenen Ionen ist eine hohe Ionenaustauschkapazität der Säule nötig. Ein konvektiver oder perfusiver Massentransport der Analytlösung, wie er durch makroporöse Strukturen erzielt wird, wird dagegen nicht ange strebt. Makroporöse Strukturen gehen zudem häufig mit unterlege ner mechanischer Belastbarkeit einher. Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein modifiziertes Polymer trägermaterial wie vorstehend beschrieben, wobei das in Schritt a bereitgestellte Polymerträgermaterial im Wesentlichen voll ständig aufgebaut ist aus Monomer-Einheiten ausgewählt aus der Gruppe von:

aus aromatischen Kohlenwasserstoffverbindungen aufweisend mindestens zwei Vinyl- oder Allyl-Substituenten abgeleite ten, bevorzugt aus Divinylbenzol abgeleiteten, Monomerein heiten;

aus Ethylvinylbenzol abgeleiteten Monomereinheiten;

aus Styrol abgeleiteten Monomereinheiten;

einer Kombination davon.

Unter „im Wesentlichen vollständig aufgebaut" wird hier verstan den, dass der Gesamtanteil der gelisteten Monomereinheiten am in Schritt a bereitgestellten Polymerträgermaterial, wenigstens 95 Gew.-%, bevorzugt wenigstens 98 Gew.-%, besonders bevorzugt we nigstens 99 Gew.-% beträgt. Mit anderen Worten können die Mono- merheiten im Wesentlichen vollständig aus Verbindungen abgelei tet sein, die keine Sauerstoffatome aufweisen, sodass ein hydro phober Partikelkern erhalten wird.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein modifiziertes Po lymerträgermaterial wie vorstehend beschrieben, wobei das in Schritt a bereitgestellte Polymerträgermaterial einen durch schnittlichen Porenradius von 1 bis 50 nm, bevorzugt von 2 bis 25 nm, besonders bevorzugt von 2 bis 10 nm, aufweist, messbar durch StickstoffSorption im BJH Modell. Die Messung erfolgt wie nachfolgend in Beispiel 5 beschrieben.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein modifiziertes Po lymerträgermaterial wie vorstehend beschrieben, wobei das in Schritt a bereitgestellte Polymerträgermaterial eine spezifische Oberfläche von 80 bis 1000 m ² /g, bevorzugt von 100 bis 800 m ² /g, noch mehr bevorzugt von 200 bis 600 m ² /g aufweist, messbar durch StickstoffSorption im BET Modell. Die Messung erfolgt wie nach folgend in Beispiel 5 beschrieben. Die hohe spezifische Oberflä che erhöht besonders bei der Trennung kleiner Ionen, beispiels weise der Standard-Ionen, die Kapazität und das Auflösungsvermö gen der Säule.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein modifiziertes Po lymerträgermaterial wie vorstehend beschrieben, wobei das in Schritt a bereitgestellte Polymerträgermaterial eine Druckstabi lität bis 220 bar, bevorzugt bis 250 bar aufweist. Unter

Druckstabilität wird hier verstanden, dass der Druckanstieg in Abhängigkeit von der Flussrate sich lediglich linear verhält.

Die Messung erfolgt wie nachfolgend in Beispiel 6 beschrieben. Die hohe Druckstabilität resultiert aus der kleinen Partikel durchmessergrösse und der Mikro-/Mesoporosität der Partikel struktur .

Bevorzugt liegt das modifizierte Polymerträgermaterial als Par tikel, bevorzugt als sphärischer Partikel, besonders bevorzugt als sphärische Partikel mit einer durchschnittlichen Partikel gösse (Median) von 1 bis 50 gm vor. Besonders bevorzugt liegen die Partikel im Grössenbereich von 2 bis 25 gm und ganz beson ders bevorzugt im Grössenbereich von 3 bis 9 pm vor. Als Parti kelgrösse gilt hier der Mittelwert zwischen der längsten und der kürzesten Geraden durch den Mittelpunkt des Partikels, messbar mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) und automatisierter Bildauswertung .

Die Grösse der Partikel kann durch geeignete Rührgeschwindig keit, Wahl des Lösungsmittels, Konzentration des Polymers im Lö- sungsmittel , etc. eingestellt werden. Die Verfahren sind dem Fachmann bekannt. Ein Trägerpolymer dieser Form und Grösse weist ein Volumen/Oberflächenverhältnis auf, welches sich als beson ders vorteilhaft für die Austauscherkapazität erwiesen hat. Es weist hohe Diffusivität in die Poren auf und ist leicht packbar.

Ein Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein modifiziertes Po lymerträgermaterial wie vorstehend beschrieben, wobei das modi fizierte Polymerträgermaterial im pH-Bereich von 0 bis 14 stabil ist. Unter pH-stabil wird hier verstanden, dass die Retentions zeit von Sulfat in einer Säule bepackt mit modifiziertem Poly merträgermaterial nach Spülung mit IM NaOH-Lösung und/oder Spü lung mit IM HCl-Lösung nicht mehr als 8%, bevorzugt nicht mehr als 5%, besonders bevorzugt nicht mehr als 3% von der Retenti onszeit von Sulfat in einer Säule bepackt mit modifiziertem Po lymerträgermaterial abweicht, die zuvor nicht den pH-Werten von 0 und/oder 14 ausgesetzt wurde. Die Messmethode für die pH- Stabilität ergibt sich aus Ausführungsbeispiel 8 nachstehend.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Ionenaustausch chromatographiesäule, befüllt mit modifiziertem Polymerträgerma terial, bevorzugt partikulärem modifiziertem Polymerträgermate rial, welches mit dem erfindungsgemässen Verfahren erzeugbar ist .

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur chromatographi schen Trennung von Analyten, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lösung enthaltend die Analyten mit einem erfindungsgemässen mo difizierten Polymerträgermaterial kontaktiert wird, insbesondere durch eine erfindungsgemässe Ionenaustauschchromatographiesäule geleitet wird. Die Erfindung betrifft sodann die Verwendung von Polymerträger material erhältlich mit dem erfindungsgemässen Verfahren zur analytischen oder präparativen Trennung von Analyten, insbeson dere Verwendung in der Anionenaustauschchromatographie, Katio nenaustauschchromatographie und/oder in der HILIC Chromatogra phie (hydrophilic interaction liquid chromatography) .

Um die Erfindung weiter zu illustrieren werden die folgenden beispielhaften Ausführungsformen beschrieben. Die Ausführungs beispiele haben keinerlei einschränkende Wirkung auf den Offen barungsgehalt und den Anspruch der Erfindung.

Es zeigen die folgenden Figuren:

Fig 1: Schematische Darstellung beispielhafter Modifizierungs sequenzen am Polymerträgermaterial;

Fig 2: Schematische Darstellung der Modifizierungsschritte b.l und b .2 ;

Fig 3: Schematische Darstellung der Modifizierungsschritte b.l und b.2 gefolgt von beispielhaften Modifizierungs schritten c und d.l;

Fig 4: Schematische Darstellung eines alternativen Modifizie rungsschritts c oder d.2;

Fig 5: Schematische Darstellung des Resultats eines Modifizie rungsschritts d.l gefolgt von einer Umsetzung mit BDGE (Butandioldiglycidylether) ; Fig 6 : Schematische Darstellung eines Beispiels eines an den Schritt c oder d.2 anschliessenden Modifizierungs schritts e, Einführen einer Ionenaustauschergruppe;

Fig 7: Ein mit einer Chromatographiesäule nach Ausführungsbei spiel 1 oder 4 erhältliches Chromatogramm;

Fig 8: Mit Chromatographiesäulen nach Ausführungsbeispiel 1 oder 4 erhältliche Chromatogramme mit steigender Anzahl Wiederholungen von Modifizierungsschritt d;

Fig 9: Druck-Fluss Profil gemessen an einer erfindungsgemässen

Chromatographiesäule ;

Fig 10: Mit Chromatographiesäulen nach Ausführungsbeispiel 1 oder 4 erhältliche Chromatogramme mit steigender Dauer von Schritt f;

Fig 11: Druck-Fluss Profil gemessen an einer Chromatographie säule befüllt mit erfindungsgemässem Polymerträgermate rial aus Verfahrensschritt b.2;

Fig 12: Resultat der Partikelgrössenanalyse mittels REM (Anzahl über Durchmesser [pm] ) .

Ausführungsbeispiel 1:

Alle eingesetzten Substanzen waren als „reinst" oder „pa" klas sifiziert (mit Ausnahme des Wasserstoffperoxides und der Amei sensäure) , Lösungsmittel wurden durch Destillation am Rotations verdampfer von schwerflüchtigen Bestandteilen abgetrennt. Oxidation mit Kaliumpermanganat

10.0 g PS/DVB (55% DVB in EVB) wurden in einen 350 mL Sul- fierkolben vorgelegt und mit 100 mL Acetonitril suspendiert. Dann wurden 5, 0 g KMnÜ4 gelöst in 100 mL Wasser über 20 Mi nuten zugetropft. Die Reaktionslösung wurde mit wenig Säure auf einen sauren pH-Wert eingestellt. Die Suspension wurde für 120 h bei 25 °C gerührt. Die Aufarbeitung der Partikel erfolgte mit halbkonzentrierter Salzsäure und anschliessen dem Waschen mit Reinstwasser . Das Produkt wurde im Vakuum trockenschrank zur Gewichtskonstanz getrocknet. Das Endge wicht betrug 9,7 g.

Reduktion mit Lithiumaluminiumhydrid

8.6 g der getrockneten, oxidierten Partikel wurden in einen 500 mL Reaktor vorgelegt und mit 150 mL THF versetzt. Unter Argonatmosphäre und externer Kühlung auf 5 °C wurde 1.5 g Lithiumaluminiumhydrid langsam zugegeben und mit weiteren 50 mL THF versetzt. Der Reaktor wurde auf Raumtemperatur er wärmt und für 17 h gerührt. Die Reaktion wurde durch langsa me Wasserzugabe abgebrochen. Anschliessend erfolgt die Auf arbeitung mit Wasser/Aceton, Ansäuern mit verdünnter Schwe felsäure und neutral Waschen mit Wasser. Nach Abschliessen dem Waschen mit Aceton wird der erhaltene Feststoff im Vaku umtrockenschrank getrocknet. Es wurden 8.35 g Partikel er halten .

Umsetzen mit Epichlorhydrin (ECH)

7.6 g reduzierte, getrocknete Partikel werden in einem 250 mL Dreihalskolben vorgelegt. Es wurden 35 mL Epichlorhydrin zugegeben und das Gemisch 3mal evakuiert und mit Argon be lüftet. Die Lösung wurde auf 45 °C erwärmt. Anschliessend wurden 7 mL der Phasentransferkatalysatorlösung (3 g Tetra- butylammoniumhydroxid in 10 mL Wasser) zugegeben, weitere Zugabe von 140 mL Natronlauge. Die Reaktion wurde für 3.5 Stunden gerührt und anschliessend durch Zugabe von Was- ser/Ethanol abgebrochen. Aufarbeitung erfolgte mit Was ser/Ethanol bzw. Wasser/Aceton. Das Produkt wurde ohne

Trocknen direkt in der nächsten Stufe eingesetzt.

Umsetzen mit Butandiol

Das obige Polymer wurde anschliessend bei Raumtemperatur zu sammen mit 1,98 g KOH in 70 mL Butandiol suspendiert und an schliessend für 18 h bei 130 °C gerührt. Nach Beendigung der Reaktionszeit wurde die Reaktionsmischung mit Wasser ver setzt und filtriert. Mehrmaliges Waschen des Polymers er folgte mit Wasser und Aceton. Der Filterkuchen wurde im Va kuumtrockenschrank getrocknet über Nacht. Es wurden 7 g Po lymer erhalten.

Anbringen eines Spacers

6, 6 g des obigen Polymers wurden in 16,5 mL DMSO und 16,5 mL Butandioldiglycidylether suspendiert und drei Mal evakuiert und anschliessend belüftet. Daraufhin wurden 1,4 mL IM Tet- rabutylammoniumbromid-Lösung sowie 16,5 mL 0, 6M NaOH (aq) hinzugegeben und für 22 h mechanisch gerührt. Reaktionsab bruch erfolgte durch Zugabe einer l:l-Mischung aus Wasser und Ethanol. Mehrmaliges Waschen erfolgte mit einer Was- ser/Ethanol-Mischung. Das Produkt wurde abschliessend zur Trockne filtriert. Das Polymer wurde direkt in der nächsten Stufe eingesetzt.

Einführen von Anionenaustauschergruppen

Das obige Polymer wurde daraufhin übergangslos in 45 mL DMSO suspendiert und anschliessend mit 45 mL Wasser versetzt. Die Suspension wurde auf 70 °C erwärmt und 45 mL N- Methylpyrrolidin zugegeben. Nach Beendigung der Reaktions zeit von 2 h wurde die Reaktion durch Zugabe von Essigsäure abgebrochen. Das Polymer wurde abfiltriert und mehrmals mit Wasser gewaschen. Das feuchte Polymer wurde in der nächsten Stufe direkt eingesetzt.

Eliminierung Das obige Polymer wurde in 50 mL Wasser suspendiert und mit 7,5 mL 40% NaOH (aq) versetzt. Daraufhin wurde die Suspensi on für 4 h bei 100 °C gerührt. Abbruch der Reaktion erfolgte durch Filtration. Der Filterkuchen wurde mehrmals mit

Reinstwasser gewaschen und dann nach bekannten Hochdruck packverfahren in eine 4x100 mm PEEK-Säule gepackt.

Ausführungsbeispiel 2:

Oxidation mit Niederdruck Sauerstoffplasma

40 g PS/DVB (55% DVB in EVB) wurden in einer Plasmapulveran lage mittels Sauerstoffplasma oxidiert. Die Partikel können direkt nach der Behandlung weiterverarbeitet werden.

Reduktion mit Lithiumaluminiumhydrid (LAH)

30 g des oxidierten, getrockneten Polymers wurden in einem 1000 mL Reaktor mit Druckausgleich in 250 mL trockenem Diet- hylether suspendiert. Bei Temperierung auf 25 °C wurde unter Argonatmosphäre langsam 6 g Lithiumaluminiumhydrid hinzuge geben, unter Rühren für 6 h auf 30°C erhitzt und weitere 20 h bei Raumtemperatur gerührt. Reaktionsabbruch erfolgt durch Abkühlen des Reaktionsgemisches auf 0 °C und langsames Zu tropfen von 15 mL Ethylacetat. Es erfolgte die Aufarbeitung mit Wasser, verdünnte Schwefelsäure, Wasser, 5 w% NaOH Lö sung, Reinstwasser und verdünnter Salzsäure.

Das Polymer wurde mit Reinstwasser neutral gewaschen und mit Aceton trocken filtriert. Das Produkt wurde im Vakuumtro ckenschrank getrocknet. Es wurden 30 g Polymer erhalten.

Umsetzen mit Epichlorhydrin

5.0 g reduzierte, getrocknete Partikel wurden in einem 250 mL Dreihalskolben vorgelegt und mit 25 mL Epichlorhydrin versetzt. Die Suspension wurde 3mal evakuiert und mit Argon belüftet. Anschliessend wurden 1.75 mL der 1 M Phasentrans ferkatalysatorlösung ( Tetrabutylammoniumbromid in Wasser) und 25 mL 30% Natronlauge zugegeben, auf 45 °C erwärmt und für 3.5 Stunden gerührt. Der Reaktionsabbruch erfolgte über Zugabe von Wasser/Ethanol. Aufreinigung des Produktes er folgte durch mehrmaliges Waschen mit Wasser/Ethanol bzw. Wasser/Aceton. Das Produkt wurde ohne Trocknen direkt in der nächsten Stufe eingesetzt.

Umsetzen mit Butandiol

Das obige Polymer wurde anschliessend bei Raumtemperatur mit 1.3 g KOH in 50 mL Butandiol suspendiert und für 18 h auf 130 °C erwärmt. Nach Beendigung der Reaktionszeit wurde die Reaktionsmischung mit 200 mL Wasser versetzt und filtriert. Der Filterkuchen wurde mit Wasser und Aceton gewaschen. Das Produkt wurde im Vakuumtrockenschrank getrocknet und es wur den 4,2 g trockenes Produkt erhalten.

Anbringen eines Spacers

3.8 g des obigen Polymers wurden in 10 mL DMSO und 10 mL Bu- tandioldiglycidylether suspendiert und dreimal einem Druck wechsel ausgesetzt, wobei das Reaktionsgefäss mit Argon wie derbefüllt wurde. Daraufhin wurden 0.8 mL IM Tetrabutylammo- niumbromid-Lösung sowie 10 mL 0, 6M NaOH (aq) hinzugegeben und für 22 h gerührt. Anschliessend wurde die Reaktionsmi schung mit 200 mL einer l:l-Mischung aus Wasser und Ethanol versetzt und filtriert. Dieser Waschvorgang wurde mehrmals wiederholt, das Produkt zur Trockene filtriert und direkt in der nächsten Stufe eingesetzt.

Einführen von Ionenaustauschergruppen

Das obige Polymer wurde in 30 mL DMSO suspendiert, mit 30 mL Wasser versetzt und die Suspension auf 70 °C erwärmt. Nach Erreichen der Reaktionstemperatur wurde 30 mL N- Methylpyrrolidin zugegeben und 2 h bei 70 °C gerührt. Nach Beendigung der Reaktionszeit wurden 60 mL konzentrierte Es sigsäure zugegeben und das Produkt abfiltriert. Der Filter kuchen wurde mit Wasser neutral gewaschen und in der Elimi nierung eingesetzt. Eliminierung

Das obige Polymer wurde in 100 mL Wasser suspendiert, mit 20 mL 30% NaOH (aq) versetzt und für 28 h bei 100 °C gerührt. Nach Beendigung der Reaktionszeit wurde die Reaktion durch Zugabe von Salzsäure abgebrochen, die Suspension filtriert, der Filterkuchen mehrmals mit Wasser neutral gewaschen und dann nach bekannten Hochdruckpackverfahren in eine 4x100 mm PEEK-Säule gepackt.

Ausführungsbeispiel 3:

Oxidation mit meta-Chlorperbenzoesäure

20 g PS/DVB (55% DVB in EVB) wurden in einer 250 mL Glasfla sche mit Gewindedeckel vorgelegt und mit 93 g Dichlormethan suspendiert. Dann wurden 5,5 g meta-Chlorperbenzoesäure als Feststoff zugegeben und das Reaktionsgemisch bei Raumtempe ratur für 18 h auf einem Schüttler durchmischt. Das Produkt wurde mehrmals mit Ethanol und Wasser gewaschen und im Vaku umtrockenschrank zur Gewichtskonsistenz getrocknet. Das End gewicht betrug 19,0 g.

Hydrolyse mit Salzsäure

19 g des oxidierten, getrockneten Polymers wurden in einer 250 mL Glasflasche mit Gewindedeckel vorgelegt und mit 52 g Aceton und 13 g Salzsäure 37% suspendiert. Das Reaktionsge misch wurde bei 40°C auf einem Umluft-Heizschüttler für 21 h durchmischt. Das Produkt wurde mit Wasser neutral gewaschen, dann mehrmals mit Wasser und Aceton gewaschen und im Vakuum trockenschrank zur Gewichtskonstanz getrocknet. Das Endge wicht betrug 18,5 g.

Umsetzen mit Epichlorhydrin

11,8 g des hydrolysierten, getrockneten Polymers wurden in einem 250 mL Dreihalskolben mit 60 mL Epichlorhydrin suspen diert. Das Reaktionsgefäss wurde drei Vakuum/Argon-Zyklen unterzogen. Das Reaktionsgemisch wurde unter Rühren auf 45°C erhitzt und dann 3 mL 1 M (aq) Tetrabutylammoniumbromidlö- sung hinzugegeben. Anschliessend wurden 60 mL 30% (aq) Nat riumhydroxidlösung hinzugegeben und kräftig gerührt. Nach 22 h Reaktionszeit wurde das Reaktionsgemisch mit 200 mL Wasser und 200 mL Ethanol verdünnt und dann das Polymer abfil triert. Das Polymer wurde mit Aceton, Wasser und dann wieder Aceton gewaschen.

Umsetzen mit Butandiol

5 g des obigen Produkts wurden in einem 100 mL Dreihalskol ben mit 1,4 g Kaliumhydroxid und 50 mL 1 , 4-Butandiol suspen diert und für 19 h bei 130°C durchmischt. Anschliessend wur de das Reaktionsgemisch abgekühlt und mit 45 mL Wasser ver mischt. Das Produkt wurde abfiltriert und mit Wasser zur Neutralität gewaschen, dann im Vakuumtrockenschrank zur Ge- wichtskonsistenz getrocknet. Das Endgewicht betrug 4,0 g.

Reaktion mit 1 , 4-Butandioldiglycidylether

3,1 g des obigen Produkts wurden in einem 100 mL Dreihals kolben mit 8 mL Dimethylsulfoxid und 8 mL 1,4- Butandioldiglycidylether suspendiert. Das Reaktionsgefäss wurde drei Vakuum/Argon-Zyklen unterzogen. Unter Rühren wur den 0,8 mL 1 M (aq) Tetrabutylammoniumbromidlösung und 8 mL 0, 6 M Natriumhydroxidlösung zur Reaktion gegeben. Nach 22 h Reaktionsdauer wurde das Reaktionsgemisch mit 25 mL Wasser und 25 mL Ethanol versetzt und dann abfiltriert. Das Produkt wurde mit Wasser und Ethanol einmal gewaschen.

Einführen von Ionenaustauschergruppen

Das obige Produkt wurden in einem 100 mL Dreihalskolben mit 15 mL Dimethylsulfoxid, 15 mL Wasser und 15 mL N- Methylpyrrolidin suspendiert. Das Reaktionsgemisch wurde ei ne Stunde bei 70°C gerührt, dann abgekühlt und mit 30 mL Es sigsäure versetzt. Das Polymer wurde abfiltriert und mit Wasser gewaschen.

Eliminierung Das obige Produkt wurde in einem 100 mL Rundkolben in 50 mL Wasser und 7,5 mL 40% (aq) Natriumhydroxidlösung suspendiert und auf 100°C erhitzt. Nach 4 h Reaktionsdauer wurde das Re aktionsgemisch abgekühlt und abfiltriert. Das Produkt wurde zweimal mit Wasser gewaschen und dann nach bekannten Hoch druckpackverfahren in eine 4x100 mm PEEK-Säule gepackt.

Ausführungsbeispiel 4:

Oxidation mit Ameisensäure

25,0 g PS/DVB (55% DVB in EVB) wurden in einem 500 mL 3- Halskolben mit Druckausgleich in 188 mL Ameisensäure suspen diert. Es wurden 54 mL 35% Wasserstoffperoxid über einen Tropftrichter langsam hinzugefügt und die Reaktionslösung extern gekühlt. Nach Abklingen der Reaktionswärme wurde für 65h bei Raumtemperatur gerührt. Nach Beendigung der Reakti- onszweit wurde die Reaktionsmischung mit Reinstwasser säure frei gewaschen und anschliessend im Vakuumtrockenschrank bei bis zur Gewichtskonstanz getrocknet. Das Endgewicht betrug 27,78 g .

Reduktion mit Lithiumaluminiumhydrid

27,64 g des oxidierten, getrockneten Polymers wurden in ei nem 500 mL 3-Halskolben mit Druckausgleich in 270 mL trocke nem Diethylether suspendiert, mit einem Eisbad auf 0 °C ge kühlt und unter Rühren vorsichtig 8,8 g Lithiumaluminiumhyd rid hinzugegeben. Nach erfolgter Zugabe wurde das Eisbad entfernt und die Reaktionsmischung unter Rühren für 10 h im Rückfluss erhitzt und weitere 24 h bei Raumtemperatur ge rührt. Reaktionsabbruch erfolgte mit Hilfe externer Kühlung und Zugabe von Diethylether, Ethylacetat und Reinstwasser. Nach Abreaktion des verbleibenden Hydrids wurde die Reakti onsmischung auf Eis gegeben und unter Rühren mit verdünnter gekühlter Schwefelsäure versetzt. Die Reaktionsmischung wur de mit nachfolgenden Lösungen gewaschen: Wasser, 5%-iger NaOH-Lösung, Wasser, verdünnte Essigsäure, Wasser und Ace ton. Der Filterkuchen wurde zur Trockne filtriert und im Trockenschrank getrocknet. Die Ausbeute betrug 26,20 g.

Umsetzen mit Epichlorhydrin

4,00 g des Polymers wurden in je 20 mL ECH und DMSO suspen diert, 15 min im Ultraschallbad beschallt und anschliessend zwei Mal einem Druckwechsel unterzogen, wobei das Reaktions- gefäss mit Argon wiederbefüllt wurde. Nach Zugabe von 4,30 mL 25% Tetramethylammoniumhydroxid-Lösung in Wasser wurde für 2 h bei Raumtemperatur gerührt. Die Reaktionsmischung wurde filtriert und mit einer l:l-Mischung aus Wasser und 2- Propanol sowie Aceton gewaschen. Der Filterkuchen wurde bis zur Trockene filtriert.

Umsetzen mit Butandiol

Das obige Polymer wurde anschliessend bei Raumtemperatur zu sammen mit 1,12 g KOH in 40 mL Butandiol suspendiert und an schliessend für 20 h bei 120 °C gerührt. Nach Beendigung der Reaktionszeit wurde die Reaktionsmischung mehrmals mit Was ser und Aceton gewaschen. Das Produkt wurde zur Trockene filtriert. Die Feuchtmasse betrug 13,36 g.

Beschichtungszyklus: Reaktion mit Epichlorhydrin (ECH)

Das noch feuchte Polymer aus obigem Schritt wurde mit Wasser auf 13,50 g aufgefüllt und 1 mL IM Tetrabutylammoniumbromid sowie 20 mL ECH hinzugegeben. Anschliessend wurden 10,5 mL 50% NaOH (aq) hinzugegeben und für 5,5 h gerührt. Daraufhin wurde die Reaktionsmischung mit einer l:l-Mischung aus Was ser und 2-Propanol, sowie Aceton gewaschen. Der Filterkuchen wurde bis zur Trockene filtriert.

Beschichtungszyklus: Reaktion mit Butandiol

Das obige Polymer wurde bei Raumtemperatur zusammen mit 1,12 g KOH in 40 mL Butandiol suspendiert und anschliessend für 18 h bei 120 °C gerührt. Nach Beendigung der Reaktionszeit wurde die Reaktionsmischung mehrmals mit Wasser und Aceton gewaschen. Das Produkt wurde zur Trockene filtriert. Das Po lymer wurde zuletzt vor der weiteren Umsetzung getrocknet. Die Ausbeute betrug 5,66 g.

Anbringen eines Spacers

2,30 g des obigen Polymers wurden in 6 mL DMSO und 6 mL Bu- tandioldiglycidylether suspendiert und drei Mal einem Druck wechsel ausgesetzt, wobei das Reaktionsgefäss mit Argon wie derbefüllt wurde. Unter Rühren wurden 0,5 mL IM Tetrabutyla- mmoniumbromid-Lösung sowie 6 mL 0, 6M NaOH (aq) hinzugegeben und für 22 h gerührt. Daraufhin wurde die Reaktionsmischung mit einer l:l-Mischung aus Wasser und 2-Propanol gewaschen und zur Trockene filtriert.

Einführen von Anionenaustauschergruppen

Das obige Polymer wurde in 5 mL DMSO suspendiert und mit 5 mL Wasser sowie 5 mL N-Methylpyrrolidin versetzt. Anschlies send wurde die Reaktionsmischung für 1 h bei 70 °C gerührt. Reaktionsabbruch erfolgte durch Zugabe von Wasser und ver dünnter Essigsäure. Der Filterkuchen wurde anschliessend mit verdünnter Salzsäure, Wasser und Aceton gewaschen. Das er haltene Polymer wurde bei 60°C im Trockenschrank getrocknet. Die Ausbeute betrug 2,54 g.

Eliminierung

Das obige Polymer wurde in 50 mL Wasser suspendiert, mit 5 mL 30% NaOH (aq) versetzt und für 2 h bei 100 °C gerührt. Reaktionsabbruch erfolgte durch Filtration und anschliessen dem Waschen mit Wasser, verdünnter HCl, Wasser und Aceton. Der Filterkuchen wurde zur Trockene filtriert und das Poly mer anschliessend bei 60°C im Trockenschrank getrocknet. Da bei war kein signifikanter Gewichtsverlust zu erkennen.

Figur 1 zeigt schematisch verschiedene, beispielhafte Modifizie rungssequenzen am Kern-Polymerträgermaterial (pDVB) . Nach initi aler Oxidation (b.l) und anschliessender Reduktion (alternativ: anschliessender Hydrolyse, b.2) steht ein Polymerträgermaterial bereit, welches an der Oberfläche Hydroxy-Gruppen aufweist

(pDVB-OH) . Das Polymerträgermaterial aufweisend OH-Gruppen

(pDVB-OH) kann sodann mit Epichlorhydrin (ECH) umgesetzt werden. Es resultiert eine Verbindung nach Schritt c. Das Polymerträger material aufweisend OH-Gruppen (pDVB-OH) kann in Schritt c al ternativ auch mit Butandioldiglycidylether (BDGE) umgesetzt wer den .

Erfindungsgemäss kann das Polymerträgermaterial nach Schritt b.2 in einem oder mehreren Beschichtungszyklen mit ECH, einem Diol und anschliessend erneut mit ECH oder BDGE umgesetzt werden (Schritte c, d.l, d.2) . Das Polymerträgermaterial kann nach Schritt b.2 beispielsweise auch direkt mit BDGE umgesetzt wer den. Es resultiert ein modifiziertes Polymerträgermaterial auf weisend geeignete reaktive funktionelle Gruppen an der Oberflä che. Im gezeigten Beispiel handelt es sich um Epoxid-Gruppen.

Grundsätzlich sind beliebige Kombinationen von ECH/BDGE- Modifikationen in den Schritten c respektive d.2 und auch belie bige Kombinationen von Diol-Umsetzungen/Hydrolysen in Schritt d.l denkbar. Wie vorstehend beschrieben ist es jedoch bevorzugt, wenn beim letzten Beschichtungszyklus in d.2 ein Spacermolekül eingefügt wird.

Das in Figur 1 gezeigte modifizierte Polymerträgermaterial eig net sich für das anschliessende Einführen von Ionenaustauscher gruppen. Der Sauerstoffanteil an der Oberfläche des modifizier ten Polymerträgermaterials erhöht sich in der Reihenfolge der im vorhergehenden Abschnitt aufgelisteten Varianten (in der Figur Varianten von oben nach unten) . Wenn in die Produkte jeweils Io nenaustauschergruppen eingeführt werden, resultiert ein Ionen austauschmaterial, dessen Hydrophilie sich in der Reihenfolge der aufgelisteten Varianten erhöht. Die erhöhte Hydrophilie äus- sert sich beispielsweise in reduzierter Selektivität s von NO ₃ zu CI .

Die Figuren 2 bis 6 sollen die erfindungsgemässen Verfahrens schritte illustrieren und zeigen die Reaktionsabläufe stark ver einfacht. Sie erheben keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Der Fokus ist auf die jeweilige Modifikation an der Polymerträgerma terialoberfläche gerichtet. Der im betreffenden Schritt jeweils nicht modifizierte Anteil des Polymerträgermaterials ist verein facht als sphärischer Partikel gezeigt.

Figur 2 zeigt schematisch Modifizierungsschritte b.l und b.2.

Nach erfolgter Oxidation und Reduktion (alternativ: Hydrolyse) ist ein Polymerträgermaterial aufweisend OH-Gruppen an der Ober fläche bereitgestellt. Es ist dem Fachmann bekannt, dass im Oxi dationsschritt nicht nur Ketone entstehen können. Je nach Be handlung und insbesondere bei der Behandlung mit KMnÜ ₄ können ne ben Ketonen auch Diole, Diketone oder, als Spaltprodukt, Dicar- bonsäuren entstehen. Solche Verfahren und Zwischenprodukte sind vom beanspruchten Verfahren erfasst und sollen durch die in den Figuren gezeigten Beispiele nicht ausgeschlossen werden.

Figur 3 zeigt schematisch Modifizierungsschritte b.l und b.2, gefolgt von beispielhaften Modifizierungsschritten c und d.l. In der gezeigten Variante ist die in Schritt c verwendete Verbin dung, die wenigstens eine erste mit Hydroxygruppen reaktive funktionelle Gruppe und wenigstens eine zweite mit Aminen und/oder Hydroxygruppen reaktive funktionelle Gruppe aufweist, Epichlorhydrin. In der gezeigten Variante ist die in Schritt d.l verwendete polyfunktionale Verbindung aufweisend Hydroxygruppen Butandiol. Die Beschichtungssequenz bestehend aus der alternie renden Umsetzung mit Epichlorhydrin und Butandiol kann als d.l und d.2 wiederholt werden. Die resultierenden Partikel werden nach dem Doppelpfeil wiederum abstrahiert dargestellt.

Figur 4 zeigt schematisch einen alternativen Modifizierungs schritt c oder d.2. Die in Schritt c oder d.2 verwendete Verbin dung, die wenigstens eine erste mit Hydroxygruppen reaktive funktionelle Gruppe und wenigstens eine zweite mit Ionenaustau schergruppen und/oder Hydroxygruppen reaktive funktionelle Grup pe aufweist, ist BDGE .

Die Umsetzung mit BDGE kann auch einen oder mehreren Beschich tungszyklen, wie sie in Figur 3 gezeigt sind, abschliessen . Fi gur 5 zeigt schematisch und beispielhaft das Resultat eines Mo difizierungsschritts d.l. Nach Verwendung von ECH in Schritt c, wurden Beschichtungszyklen unter Verwendung von ECH in Schritt d.2 durchgeführt. Nach Umsetzung mit Butandiol wird der letzte Schritt d.2 sodann unter Verwendung von BDGE als Spacer durchge führt. Es resultiert ein modifiziertes Polymerträgermaterial mit einem Sauerstoffanteil an der Oberfläche, welcher ceteris pari- bus höher ist als bei den nach den Schemata Fig. 3 / Fig. 4 re sultierenden Trägermaterialien.

Figur 6 zeigt schematisch ein Beispiel für einen an den Schritt c oder d.2 anschliessenden Modifizierungsschritt e, das Einfüh ren einer Ionenaustauschergruppe. Im gezeigten Beispiel ist die Ionenaustauschergruppe entstanden durch Quarternisierung des 1- Methylpyrrolidins . Nach Durchführen einer erfindungsgemässen Mo difizierung resultiert ein Polymerträgermaterial, welches an der Oberfläche Seitenketten wie die beispielhaft gezeigte aufweist.

Figur 7 zeigt ein mit einer Chromatographiesäule nach Ausfüh rungsbeispiel 1 oder 4 erhältliches Chromatogramm. Die x-Achse zeigt die Laufzeit in Minuten. Die y-Achse zeigt die Leitfähig- keit in pS/cm. Das getrocknete Substrat wurde hierzu in eine 150x4 mm Säule gepackt. Als Eluent wurde 6.0 mmol/L Na CC und 1.0 mmol/L NaHCCL verwendet. Die Analyten der Standardlösung lie gen basisliniengetrennt zueinander vor, wobei die Elutionsrei henfolge von links nach rechts Fluorid, Bromat, Chlorid, Nitrit, Bromid, Chlorat, Nitrat, Azid, Phosphat, Sulfat ist. Bromat liegt quantifizierbar vor Chlorid (Peaks bei 5.2, 5.7 min Lauf zeit) und das Chromatogramm liefert hohen Signalsymmetrien. Die Gesamtlaufzeit der Säule ist mit 15 Minuten kurz. Chromatogra phiesäulen hergestellt unter den Bedingungen des Ausführungsbei spiels 1 liefern ein vergleichbares Chromatogramm.

Figur 8 zeigt drei Chromatogramme, die mit einer Chromatogra phiesäule nach Ausführungsbeispiel 4 erhalten wurden. Ausfüh rungsbeispiel 1 liefert sehr ähnliche Chromatogramme. Die x- Achse zeigt die Laufzeit in Minuten. Die y-Achse zeigt die Leit fähigkeit in pS/cm. Die Kurven zeigen Chromatogramme einer iden tischen Standardlösung, wobei die Elutionsreihenfolge von links nach rechts Fluorid, Chlorid, Nitrit, Bromid, Nitrat, Phosphat und Sulfat ist. Gesteigert wurde (von oben nach unten) die An zahl Wiederholungen von Modifizierungsschritten d.l/d.2. Bei der ausgezogenen Kurve A wurde die Schrittsequenz d.l/d.2 einmal ausgeführt. Bei der gepunkteten Kurve B wurde die Schrittsequenz d.l / d.2 zweimal ausgeführt. Bei der strichlierten Kurve C wur de die Schrittsequenz d.l / d.2 dreimal ausgeführt. Konkret wur de also bei der ausgezogenen Kurve A ein Polymersubstrat verwen det, welches eine oxidative/reduktive Behandlung durchlief, ein mal mit ECH und anschliessend einmal mit 1 , 4-Butandiol behandelt wurde, und hernach mit BDGE umgesetzt wurde. Bei Kurve B wurde ein Polymersubstrat verwendet, welches eine oxidative/reduktive Behandlung durchlief, mit ECH und anschliessend mit 1,4- Butandiol behandelt wurde, danach nochmals mit ECH und an schliessend mit 1 , 4-Butandiol behandelt wurde, und hernach mit BDGE umgesetzt wurde. Die Kurve C zeigt ein Polymersubstrat, welches eine oxidative/reduktive Behandlung durchlief. Hernach erfolgte folgende Schrittreihenfolge: Umsetzen mit ECH; 1,4- Butandiol; ECH; 1 , 4-Butandiol ; ECH; 1 , 4-Butandiol ; BDGE. In al len drei Fällen wurde das so modifizierte Substrat im Anschluss mit Methylpyrrolidin umgesetzt. Aus den Chromatogrammen ist er sichtlich, dass die Signale der von Tailing betroffenen Anionen (Nitrit, Bromid, Nitrat) mit zunehmender Zahl von Beschichtungs zyklen an Symmetrie gewinnen. Die Selektivität s von NO3 zu CI nimmt mit zunehmender Zahl von Beschichtungszyklen ab. Die Ge samtkapazität sinkt.

Figur 9 zeigt ein Druck-Fluss Profil gemessen an einer erfin- dungsgemässen Chromatographiesäule, hergestellt nach Beispiel 4, gemessen bei Raumtemperatur. Die y-Achse zeigt den Systemdruck in MPa. Die x-Achse zeigt die Flussrate in mL/min. Es wurden 17 Intervalle ä je 20 Minuten gemessen unter schrittweiser Erhöhung der Flussrate von 1 ml/min bis 2.6 ml/min. Der Druck hängt line ar von der Flussrate ab. Dies steht im Gegensatz zu Ergebnissen, welche mit herkömmlichen Säulen, die mit hydrophilem pDVB- Substrat gepackt sind, erhalten werden. Bei herkömmlichen Säulen nimmt der Druck in Abhängigkeit der Flussrate stärker als linear zu. Es kann sich z.B. eine hyperbolische Steigung der Funktion ergeben .

Fig 10 zeigt mit erfindungsgemässen Chromatographiesäulen er hältliche Chromatogramme, insbesondere mit Chromatographiesäulen befällt mit modifiziertem Polymerträgermaterial nach Ausfüh rungsbeispiel 1 oder 4. Die x-Achse zeigt die Laufzeit in Minu ten. Die y-Achse zeigt die Leitfähigkeit in pS/cm. Variiert wur de die Dauer von Schritt f. Das getrocknete Substrat wurde in eine 100x4 mm Säule gepackt. Die Kurven zeigen jeweils das Chro matogramm einer identischen Standardlösung, wobei die Elutions- reihenfolge von links nach rechts Fluorid, Chlorid, Nitrit, Bro mid, Nitrat, Phosphat und Sulfat ist. Von oben nach unten zeigen die Kurven die Chromatogramme erhältlich nach Elimination des Säulensubstrats im Schritt f während 0 min (A) , 60 min (B) , 120 min (C) , 180 min (D) , 240 min (E) und 300 min (F) . Bei Weglassen von Schritt f (0 Minuten) überlagern sich der Nitrat Peak und der Phosphat Peak. Die Gesamtkapazität sinkt mit längerer Elimi nationsdauer. Die Analyten liegen basisliniengetrennt zueinander vor und das Chromatogramm liefert hohe Signalsymmetrien. Die Ge samtlaufzeit der Säule ist mit ca. 14 bis 20 Minuten kurz.

Ausführungsbeispiel 5: Bestimmung des durchschnittlichen Poren radius und der spezifischen Oberfläche des in Schritt a bereit gestellten Polymerträgermaterials

Im Ausführungsbeispiel 1 wird eine erfindungsgemässe Modifikati on an einem PS/DVB (55% DVB in EVB) durchgeführt. Das bereitge stellte Ausgangspolymerträgermaterial ist dabei sowohl hydrophob als auch mikroporös oder mesoporös. Das bereitgestellte Aus gangspolymerträgermaterial wird wie folgt erhalten:

Herstellen eines Polystyrol-Saatpartikels in einer Dispersions polymerisation von Styrol in Ethanol, stabilisiert mit Polyvi- nylpyrrolidon und initiiert mit Azobisisobutyronitril . Dabei wird ein Polystyrolpartikel mit 1.5 gm Durchmesser und M _N =15 kg/mol, M=55 kg/mol erhalten. Quellen des so erhaltenen Polysty- rolpartikels in einer Emulsion von 55% Divinylbenzol (DVB)/45% Ethylvinylbenzol (EVB) und Toluol in Wasser/Isoamylalkohol, sta bilisiert mit Polyvinylalkohol und anschliessende Polymerisation initiiert durch Azobisisobutyronitril. Dabei wird ein poröser, hochquervernetzter Poly (DVB-co-EVB) -Partikel mit 5 gm Radius und einer Porosität von 1 cm ³ /g erhalten. Der durchschnittliche Porenradius des Ausgangspolymerträgermate rials wurde durch StickstoffSorption im BJH (Barret, Joyner, Ha- lenda) Modell bestimmt. Die spezifische Oberfläche wurde durch StickstoffSorption im BET Modell (Brunauer, Emmett, Teller) be stimmt. Für beide Analysen wurde eine Probe von 0.0945g PS/DVB Polymerträgermaterial verwendet. Die Dichte des Probenmaterials betrug 1.05g/cc. Die Messung wurde auf einem Autosorb iQ

S/N: 14713051301 Instrument in einer 9 mm Zelle durchgeführt. Die Badtemperatur betrug 77.35 K. Die Endausgasungstemperatur betrug 60°C. Die Auswertung der Messung erfolgte auf Quantachrome ASi- Qwin Version 3.01. Die Messung wurde zweimal durchgeführt, ein mal mit einer Einweichzeit von 80 min, einmal mit einer Ein weichzeit von 40 min. Die Ausgastrate betrug 1.0 °C/min respek tive 20.0 C°/min. Der mittlere Porenradius resultierend nach BJH Methode gestützt auf das Porenvolumen betrug 5.060 nm. Die spe zifische Oberfläche gemäss Multi-Point BET Plot wurde auf 815.0 m ² /g errechnet.

Ausführungsbeispiel 6: Bestimmung der Druckstabilität des Poly merträgermaterials nach Schritt b.2

Im Ausführungsbeispiel 4 wird eine erfindungsgemässe Modifikati on an einem PS/DVB (55% DVB in EVB) durchgeführt. Das bereitge stellte Ausgangspolymerträgermaterial wird erhalten, wie in Bei spiel 5 beschrieben. Am Ausgangspolymerträgermaterial wird eine Oxidation mit Wasserstoffperoxid und eine Reduktion mit Lithi umaluminiumhydrid durchgeführt, beides gemäss den Angaben aus Beispiel 4, entsprechend dem Resultat von Schritt b.2. Der re sultierende Partikel wurde einem Drucktest unterzogen. Für den Drucktest wurde eine 250x4mm Säule mit dem resultierenden Parti kel bepackt und Wasser mit ansteigender Flussrate durch die Säu le geleitet. Figur 11 zeigt ein Druck-Fluss Profil, gemessen bei Raumtemperatur. Die y-Achse zeigt den Systemdruck in bar. Die x- Achse zeigt die Flussrate in mL/min. Es wurden 8 Intervalle ä je 30 Sekunden gemessen unter schrittweiser Erhöhung der Flussrate von 0.2 ml/min bis 1.6 ml/min. Wie aus der Figur ersichtlich wird, hängt der Druck linear von der Flussrate ab, und dies bis zu Drucken von 400 bar oder 40 MPa.

Ausführungsbeispiel 7: Bestimmung der durchschnittlichen Parti kelgrösse

Die Zirkularität und der durchschnittliche Partikel-Durchmesser wurden für eine Probe des in Schritt a bereitgestellten Aus gangspolymerträgermaterialbestimmt. Hierzu wurde die Probe auf einen Rasterelektronenmikroskopträger in einer einzelnen Parti kelschicht aufgetragen und mit einem Sputter-Coater vom Typ LOT AutomaticSputterCoater MSC1 angeschlossen an einer Vacubrand RZ 6 Vakuumpumpe mit Gold beschichtet. Eine Serie von 27 Bildern wurde mittels Rasterelektronenmikroskop (Phenom ProX) aufgenom men und die einzelnen Partikel mittels Olympus Imaging Solutions Scandium identifiziert und vermessen. Die identifizierten Parti kel wurden auf sphärischen Durchmesser und Rundheit analysiert. Alle Bilder wurden in Batch-Verarbeitung mit gleichen Schwellen werten und Messeinstellungen analysiert. Insgesamt wurden 6039 Partikel vermessen, deren Zirkularität stets >0.8 betrug. Die Messergebnisse sind in Figur 12 dargestellt. Es zeigt die y- Achse die Anzahl Partikel und x-Achse den Durchmesser in gm. Die kleinsten gemessenen Radien betrugen 0.8gm, die grössten bis zu 10pm. Der mittlere Durchmesser (Median) betrug 4.59 pm, mit ei ner relativen Standardabweichung von 6.23%. Der Polydispersi tätsindex PDI (Mw/Mn) betrug 1.044.

Ausführungsbeispiel 8: Bestimmung der pH-Stabilität

Die pH-Stabilität wurde für eine Probe partikulären Polymerträ germaterials gemäss Auführungsbeispiel 5, modifiziert gemäss Ausführungsbeispiel 4, d.h. entsprechend einem nach den Schrit ten a bis f erhältlichen Polymermaterial, bestimmt. Hierzu wurde die Probe in eine Chromatographiesäule (250x4 mm) gepackt und die Retentionszeit von Sulfat aus zehn Messungen mit einem

Eluent aus 6 mmol/L Na ₂ CC> ₃ und 1 mmol/L NaHCCL bestimmt. An schliessend wurde die Säule für 14 h mit einem Eluent aus 6 mmol/L Na ₂ CC> ₃ und 1 mol/L NaOH (pH 14) bei 0.8 mL/min durchspült. Dann wurden wieder 10 Messungen der Sulfat-Retentionszeit mit einem Eluent aus 6 mmol/L Na ₂ CC> ₃ und 1 mmol/L NaHCCL durchge führt. Anschliessend wurde die Säule für 14 h mit einem Eluent aus 6 mmol/L Na ₂ CC> ₃ und 1 mol/L HNO _{3 (} pH 0) bei 0.8 mL/min durch- spült. Dann wurden wieder 10 Messungen der Sulfat-Retentionszeit mit einem Eluent aus 6 mmol/L Na ₂ CC> ₃ und 1 mmol/L NaHCCL durchge führt. Bei jedem Eluentenwechsel wurde für 1 h mit Wasser zwi schengespült, um Ausfüllungen zu vermeiden. Anhand der Retenti onszeit und Bodenzahlen von Sulfat wurde eine mögliche Verände- rung untersucht; beide Kenngrössen wichen sowohl nach basischer als auch saurer Behandlung maximal 3% von den ursprünglich be stimmten ab.