これまで、水系HPLC用充填剤として、2-ヒドロキシエチルメタクリレートーエチレンジメタクリレート(HEMA-EDMA)共重合体ゲル等が用いられてきている。しかしながら、これらのゲルはメタクリレート骨格を有し、親水性という見地に立つと古くからゲルろ過等で用いられている軟質のテキストランゲルには及ばない。そこで本報告者は、より親水的なモノマー及び架橋剤からHPLCに適した硬質のゲルの合成を行い、その充填剤としての性能評価を行った。アクリルアミド、メチレンビスアクリルアミド等のモノマー架橋剤は水への溶解性が高いため、通常の懸濁重合でゲルビーズを合成することはできない。そのため、HPLC充填剤の合成に適した逆懸濁重合の手法を確立した。合成したアクリルアミドーメチレンビスアクリルアミド共重合体(AA-BA)ゲルは、通常の懸濁重合で合成したHEMA-EDMAゲルよりも高い親水性を持つ充填剤であることがわかった。また、AA-BAゲルの細孔径は、重合条件を変化させることで制御可能であった。ここで得られた親水性ゲルビーズは、順相HPLC用の高極性充填剤としても利用が期待できる。

　HPLC用の高分子ゲルビーズは、通常、懸濁重合により合成されているが、広い粒径分布を持つため、分級する必要があった。HPLCの高性能化、充填剤作成プロセスの簡略化、省資源の観点から、均一粒径高分子ゲルの合成は意義がある。ここでは、分散重合とシード重合を組み合わせることで粒径分布のほとんどない高分子ゲルビーズを合成する手法を確立した。得られたスチレンージビニルベンゼン(St-DVB)ゲル及びオリゴエチレングリコールジメタクリレートゲルは粒径分布が狭く、分級することなしでHPLC充填剤として用いることができた。St-DVBゲルの細孔径は吸収させる有機相の量により、制御可能で30〜500Aまで変化した。

　St-DVBゲルビーズ存在下におけるクロロホルムの¹H-NMRシグナルは2本に分裂して観察できた。低磁場側をゲル外、高磁場側をゲル内のクロロホルムとそれぞれ帰属した。ゲルの膨潤度、粒径及び細孔径はシグナルの形状に影響を与えた。架橋度が異なり、膨潤度がほぼ等しいゲルではシグナルの形状はほぼ等しく、架橋度に依存したパラメータを与えない。しかしながら、スピンースピン緩和時間は、架橋度が大きくなるに従い小さくなった。ゲルの機能を決定する要因である膨潤度、粒径、細孔径、架橋度といった要素とNMRパラメータとの関連付けができたことから、本方法は、膨潤状態のゲルビーズの解析法と成り得ると考えられる。

　St-DVBゲルビーズ存在下における溶媒の¹³C-NMRシグナルは、2本に分裂して観察できた。高磁場側のブロードなシグナルをゲルの影響を受けた溶媒のものと、低磁場側の鋭いシグナルをゲルの影響を受けていないフリーな溶媒のものとそれぞれ帰属した。また、ゲル中の溶媒の運動性について、緩和時間を測定することで評価した。ゲルに対して良溶媒であるベンゼンの場合、運動性は架橋度が大きくなるに従い減少した。特にスピンースピン緩和時間(T₂)の減少が顕著で、架橋度の増加にともない低周波数成分の増加が観察できた。本解析法は、ゲルの構造と機能の関連を議論する上で、運動性に関する情報を与えることが期待できる。

　St-DVBゲルビーズ存在下においてベンゼンの一部は凝固点以下でも凍らず、その不凍ベンゼンを¹H-NMRで検出が可能であった。架橋度が等しく細孔径が異なるゲルを用いた場合、同一温度での不凍ベンゼンの量は、細孔径が小さいゲルほど大きくなった。細孔径分布とNMRシグナルの温度依存性から、細孔径と凝固点降下の関係を求めると、ゲルの種類によらず単一の関数で記述できた。また、同一の細孔径分布を持つゲルにおいては、架橋度が大きくなるに従い、不凍ベンゼン量は増加した。ポリマー鎖による運動の拘束が、不凍ベンゼンの形成に重要な役割を果たしていることが明らかとなった。本解析により、膨潤状態の細孔径及びその分布に対する情報が得られるともに、細孔内に閉じこめられた分子の運動性に関する知見が得られることが期待できる。

　分離の機構を解明するために、組成の異なるスチレンーメタクリル酸メチル共重合体を試料とし、種々のカラム及び溶離液の組み合わせを用いてHPLC測定を行った。低極性の溶離液と高極性のカラム及び高極性の溶離液と低極性のカラムの組み合わせの場合に、試料の分離はよかった。それぞれ順相及び逆相HPLCに対応し、順相及び逆相の条件では、試料は吸着機構により溶出し、分子量の影響は小さかった。このことから、吸着HPLCにより、共重合体の組成分布の解析が分子量の影響を受けることなく可能であることが示唆された。

　モノマー間の極性の差が小さいスチレンーメタクリル酸プチル共重合体のHPLCによる分離を行った。順相系の場合、試料と充填剤が水素結合できるような系で試料の分別可能で、この場合、試料はスチレン含量が多いものから溶出した。また、逆相系では、スチレンカラムを用いた場合に、試料はスチレン含量の少ないものから溶出し、分別可能であった。オクタデシルメタクリレートカラムでは、各試料の吸着は強いが選択性は低く試料の分別を行うことができなかった。このことから、スチレンゲルと試料のベンゼン環の電子相互作用が試料の分別に強く関与していることが示唆された。このようにモノマー間の極性差が小さい場合においても、水素結合や電子相互作用と言った特異的な相互作用を利用することで共重合体の組成分離が可能であることがわかった。

　PMMAのようなビニルポリマーには、分子量分布の他に、立体規則性の分子間不均一性が存在する。この不均一性を解析するためには、立体規則性により、試料の分別を行うことが不可欠である。順相及び逆相のいずれの系でも立体規則性による分別が可能であった。ただし、it及びst-PMMA間でステレオコンプレックスを形成するような溶媒系では分離は行うことができなかった。

　PBDはシス-1,4、トランス-1,4、1,2構造からなる共重合体と考えることができる。PBDは、吸着に関与する官能基を持たないため、吸着HPLCによる解析が困難であることが予測された。実際、逆相の系では吸着が起こらず、溶解度の差で溶出時間が異なったが、完全には分離することができなかった。アクリロニトリル(AN)カラムを用いる順相の系では吸着は起こるが、試料間での差が小さく分離しなかった。アクリルアミド(AA)カラムを用いた場合は、1,2含量の高いものから溶出し、さらにシス、トランスの順に溶出し、試料を分別することができた。AAカラムはANカラムに比較して高極性であり、高い選択性が生まれたものと考えられる。