聚合物电雾化剂的制备方法技术

本发明专利技术提供一种用一或多种高介电常数的溶剂生产水溶性聚合物和水不溶性聚合物的稳定聚合物电雾化剂的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种聚合物电雾化剂的生产方法。更具体地，本专利技术涉及在有高介电常数的溶剂中使聚合物电雾化的方法。电雾化是适用于产生从数百微米(μm)至一纳米(nm)的宽尺寸范围内的包含某些有机化合物的液滴的技术。近年来用电雾化(ES)电离作为从导电溶液中引入某些有机化合物包括生物化合物的气相离子而在质谱仪(ESMS)中分析气相离子的手段。但电雾化电离的限制在于只能使水溶性有机化合物和生物化合物从水溶液中电雾化。US2003/0136680A1公开了使水溶性脂蛋白电雾化，由脂蛋白的离子淌度分析测定为2至120nm。但未公开、教导或暗示使聚合物电雾化的方法。许多有工业价值和可商购的聚合物是水不溶性的，希望有实用而且有效的。虽然比例定律暗示所产生的电雾化液滴的直径将与聚合物同量级，但从导电溶液中使聚合物特别是水不溶性聚合物电雾化仍成问题。本专利技术人发现一种由高介电常数的溶剂制备稳定的聚合物电雾化剂的方法。通过微分离子淌度分析仪(DMA)测定获得在2至100nm范围内的聚合物粒度，聚合物离子淌度(Z)与聚合物质量(m)相关。此外，本专利技术人还发现一种通过改变电雾化液滴中聚合物的浓度由单个聚合物分子产生包含两或多个聚合物分子的聚合物簇的方法。本专利技术人还发现一种通过测量用高介电常数的溶剂使水溶性聚合物和水不溶性聚合物电雾化产生的电荷减少的离子的淌度分析聚合物质量的方法。电雾化中形成的聚合物离子带有与其长度因而与其质量成正比的电荷量。用放射源使所得聚合物离子上电荷数量降至接近一致的值。然后在高分辨率微分淌度分析仪(DMA)中测量所述减电荷聚合物离子的淌度分布。相对于窄分布聚合物质量标准确定聚合物的淌度Z与其质量m之间的关系Z(m)。本专利技术人还发现通过产生包含1至n个聚合物参比标准分子的簇离子使所分析聚合物的分子量范围扩大n(Mw)倍。后一方法提供空前的分子量在几千道尔顿(对应于2-3nm的聚合物粒度)至几亿道尔顿(对应于15-100nm的聚合物粒度)范围内的工业聚合物；其分子量分布不能用常规方法包括GPC和MS进行的聚合物的质量分析。因此，本专利技术提供一种，包括以下步骤(a)制备聚合物在一或多种介电常数大于2.0的溶剂中的溶液(包括微细分散体或悬浮液)；和(b)使所述液体进入电雾化剂发生器形成聚合物电雾化剂。本专利技术还提供一种电雾化剂中聚合物分子簇的制备方法，包括以下步骤(a)制备聚合物在一或多种介电常数大于2.0的溶剂中的稀溶液(包括微细分散体或悬浮液)；(b)使所述液体进入电雾化剂发生器形成聚合物电雾化剂；(c)测定每个电雾化液滴中聚合物分子的数量；和(d)提高电雾化液滴中聚合物的浓度形成n个聚合物簇/电雾化液滴。根据一实施方案，测量严格限定分子量的参比聚合物产生的一系列1至n个簇离子的离子淌度。再另一实施方案中，测量两或多种不同分子量的参比聚合物产生的一系列1至n个簇离子的离子淌度。本文所用道尔顿是原子量的单位，等于原子量为12的最丰富的碳同位素(12C)的1/12；1道尔顿＝1原子量单位(amu)。按本专利技术分析的聚合物包括重均分子量在1和500,000千道尔顿(kD)之间的水溶性和水不溶性聚合物。本文所用术语“水溶性”用于聚合物时表示所述聚合物的溶解度为至少1g/100g水、优选至少10g/100g水、最优选至少约50g/100g水。术语“水不溶性”用于聚合物时意指有小于1g/100g水的低或极低水溶性的聚合物。本文所用术语“簇离子”意指由初级参比聚合物质量标准产生的一系列内在相关的物质，包括1(单分子(unimer))至n个初级参比聚合物质量标准的分子(例如n＝6称为六聚物)。簇离子的数量随液滴中聚合物的浓度改变。产生簇离子的优点在于使质量范围扩大n(m)倍。例如，50kD聚乙二醇(PEG)单分子有与12kD PEG四聚物(或4×12kD＝48kD)相等的测量淌度、质量和密度。根据本专利技术方法，用电雾化源(ES)生产水溶性聚合物和水不溶性聚合物的电雾化剂，所述电雾化源也称为电雾化装置(US5 873 523)和电雾化液滴发生器(US2003/0136680A1)。本专利技术所用电雾化装置的设计与Kaufman等在Analytical Chem.，Vol.68，pp.1895-1904(1996)中描述的装置类似。类似的电雾化液滴发生器可以TSI Model 3480Electrospray Aerosol Generator(TSI Inc.，St.Paul，Minnesota)商购。另一种电雾化装置描述在US5 873 523中。所述ES由包括作为分析物的水溶性聚合物和水不溶性聚合物的导电溶液产生均匀的纳米级电雾化剂(也称为液滴和气溶胶)。术语电雾化剂意指在相对于距毛细管规定距离(厘米cm至毫米mm)的参比电极保持几千瓦(kV)电位的情况下通过毛细管供应有足够电导率的液体产生的有明确限定的尺寸分布的液滴(和气溶胶)。术语气溶胶意指以液滴形式悬浮于空气中的分析物的纳米(nm)级溶液(包括分散体和悬浮液)。本专利技术电雾化剂是由ES在所施加的较大静电位下以包含溶解聚合物的有明确限定的尺寸分布的溶剂液滴形式产生的。术语分析物意指溶于溶剂产生溶液的固体(聚合物)。术语溶解聚合物和聚合物溶液在本专利技术中应理解为包括聚合物的悬浮液和分散体，典型的是聚合物的微悬浮液和分散体。本专利技术的ES包括被高压电源充电至高电位的有喷射液体的出口的毛细管。毛细管的典型实例是氧化硅毛细管。可选的毛细管由导电材料制成。参比电极位于距毛细管规定距离(cm)处。用气源在紧邻毛细管出口的区域建立气体区。典型的气源包括例如空气和二氧化碳。毛细管出口和ES内电极之间的电位差足以产生包含大小非常均匀的液滴的电雾化剂。包括聚合物分析物的液滴被层状气流携带，使之迅速去溶剂化和干燥，形成中性和带电的聚合物粒子，暴露于电离源(例如α辐射源)，随着液滴蒸发使粒子的电荷降至接近一致的值。用金属箔覆盖其活性区控制暴露于α辐射源的程度(例如典型地为5毫居里210Po)。这样调节以使聚合物分析物不再显示与多电荷物质相伴的峰。在减少干聚合物粒子的电荷之前使液滴有充足的时间蒸发。所述聚合物粒子带有与最初电雾化的液滴相同数量的电荷。所述α辐射源减电荷过程产生可靠的很好表征的带电荷聚合物粒子。本文所用很好表征意指虽然单电荷聚合物粒子的分数与粒径有关，但粒径与带有单电荷的聚合物粒子的分数之间的关系很好确定。用其它方法确保进入的带电荷聚合物粒子流与有不多于一个电荷的粒子一起离开，包括交流电晕，它产生具有与α辐射源相同的电荷态降低作用的次级电子。根据所述方法之一实施方案，产生有这样粒度分布的电雾化剂以致它们仅包括一个作为分析物的聚合物分子而不必使用很低的聚合物分析物浓度。在水溶性聚合物(例如PEG)的情况下，用水作溶剂，还包括少量的一或多种电解质(例如10mM乙酸铵)。在水不溶性聚合物(例如聚苯乙烯，PS)的情况下，使用高介电常数的溶剂(例如N-甲基-2-吡咯烷酮，NMP)，还包括少量的一或多种电解质(例如10mM三氟乙酸，TFA)。对于给定的液滴直径和聚合物分子量，计算提供一个聚合物链/液滴相对应的聚合物浓度。例如，初始液滴直径为50nm的100kDPEG在2538ppm的浓度下提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚合物电雾化剂的制备方法，包括以下步骤：（ａ）制备聚合物在一或多种介电常数大于２．０的溶剂中的溶液；和（ｂ）使所述液体进入电雾化剂发生器形成聚合物电雾化剂。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JN亚历山大四世，DA索西，
申请(专利权)人：JN亚历山大四世，DA索西，
类型：发明
国别省市：US[美国]