專利名稱：一種有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化整體柱的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于液相色譜柱材料領(lǐng)域，具體涉及一種有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化整體柱及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
整體柱自出現(xiàn)以來(lái)以其制備簡(jiǎn)單，滲透性好，傳質(zhì)效率高以及表面修飾多樣性等優(yōu)點(diǎn)而受到越來(lái)越多的關(guān)注，目前多用于微升/納升級(jí)液相色譜及微流控芯片的研究。人們用不同的單體和交聯(lián)劑做出了具有不同功能基團(tuán)的整體材料，成功的用于色譜的反相、親水、離子交換等分離模式，應(yīng)用對(duì)象涉及環(huán)境樣品、生物大分子、復(fù)雜樣品的組學(xué)研究等。目前的整體柱主要分為聚合物整體柱，硅膠整體柱及雜化整體柱。1996年Tanaka等首次報(bào)導(dǎo)了用于液相色譜分離的硅膠整體柱的制備。硅膠整體柱具有較高的柱效及較低的柱壓，但合成工藝復(fù)雜，難以普及。聚合物整體柱合成簡(jiǎn)單，功能單體選擇多樣，且有較高的耐酸堿性能。但聚合物整體柱有明顯的溶脹效應(yīng)，且柱效往往不及硅膠整體柱。雜化整體柱多以硅氧烷和取代硅氧烷為原料，通過(guò)溶膠-凝膠法合成整體材料，無(wú)需后修飾，合成簡(jiǎn)單且成功率高。人們通過(guò)使用不用的取代硅氧烷，合成了含有辛基、氨基、苯基以及多種官能團(tuán)混合的雜化整體柱。在含辛基的雜化整體柱合成研究中，多采用兩步溶膠-凝膠法，十二胺提供堿性環(huán)境，同時(shí)作為材料的致孔劑。在該體系中，十二胺提供的堿性環(huán)境能催化硅醇快速縮聚使其發(fā)生凝膠化，但它的致孔效果并不理想。Pluronic F127是一種由乙氧基-丙氧基形成的兩性三嵌段聚合物，作為一種中性的表面活性劑，可在分子篩等含硅多孔材料的合成中誘導(dǎo)均一可控的介孔形成。有研究表明，不同的PluronicF127的加入量對(duì)整體材料的大孔及介孔都有一定的調(diào)節(jié)作用，并且能一定程度的減小材料的收縮塌陷。在硅膠整體柱以及聚合物整體柱的合成中，已經(jīng)有人嘗試使用Pluronic F127作為致孔劑并得到了良好的效果。而將Pluronic F127與十二胺共同作為致孔劑用于合成雜化整體柱的技術(shù)還未見(jiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化整體柱及其制備方法，以二元致孔劑Pluronic F127/十二胺取代了原有的單一致孔劑十二胺，使整體柱合成過(guò)程中的凝膠化和相分離過(guò)程有了更好的控制，得到了更加理想的雙孔結(jié)構(gòu)，即微米級(jí)的通孔和骨架上尺寸規(guī)則的納米級(jí)介孔。該發(fā)明所述的雜化整體柱的具體合成方法是:首先對(duì)毛細(xì)管內(nèi)壁進(jìn)行預(yù)處理。將內(nèi)徑為50 250 μ m的石英毛細(xì)管用HCl (0.1 0.5mol/L)沖洗2 5小時(shí)，用水沖洗至中性后，0.5 lmol/L的NaOH溶液沖洗I 3小時(shí)，再分別用水、甲醇各沖洗0.5 2小時(shí)，之后在氮?dú)鈼l件下60 160°C干燥2 6小時(shí)，降至室溫后將毛細(xì)管兩端封好待用。在離心管中加入一定量的Pluronic F127,甲醇,水，HCl (0.5 0.8mol/L),超聲使其徹底溶解。再加入四乙氧基硅烷和辛基三乙氧基硅烷，渦旋I 3min。放入50 70°C水浴中水解3 6小時(shí)。水解結(jié)束后放入冰水中冷卻，加入十二胺，混勻后經(jīng)PVDF膜過(guò)濾，灌入毛細(xì)管中。兩端用硅膠密封，室溫下放置過(guò)夜。整體柱使用前用甲醇沖洗5小時(shí)以上，以除去致孔劑和未反應(yīng)的原料。其中Pluronic F127、甲醇、水、鹽酸(0.5 0.8mol/L)、四乙氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷和十二胺的質(zhì)量比為10 50: 200 500: 10 30: 10 30: 150 200: 60 120: 6 12 ;該整體柱的制作過(guò)程更加易操作，且與原有的技術(shù)得到的整體柱相比柱效更高，
重復(fù)性更好。由于上述技術(shù)方案的采用，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):I本發(fā)明在整體柱合成過(guò)程可通過(guò)調(diào)節(jié)十二胺的用量將凝膠化時(shí)間由3分鐘左右延長(zhǎng)至10分鐘以上，即減慢聚合速度，避免了在灌柱過(guò)程中就出現(xiàn)一定程度的凝膠析出而影響材料的均勻性，也為灌柱操作贏得了更多的時(shí)間，使灌柱操作更加容易。2凝膠化時(shí)間延長(zhǎng)后，將灌柱前的反應(yīng)液渦旋時(shí)間延長(zhǎng)至I分鐘，使十二胺更加均勻地分散在體系中，體系中各位置的反應(yīng)速度更加一致，提高了整體材料的均勻性。3本發(fā)明在整體柱合成過(guò)程中，Pluronic F127的加入使相分離過(guò)程減慢，整體柱結(jié)構(gòu)變得更加致密，通孔變小，比表面積增加，整體柱的柱效得到提高。4本發(fā)明在整體柱合成過(guò)程中，Pluronic F127的加入使整體材料的介孔孔徑更加均勻。5本發(fā)明以二元致孔劑Pluronic F127/十二胺取代了原有的單一致孔劑十二胺，通過(guò)優(yōu)化柱材料的雙孔結(jié)構(gòu)和材料的均勻性提高了柱效，萘的塔板高度由70-80 μ m減小至 20-30 μ m。6本發(fā)明可以通過(guò)調(diào)節(jié)兩種致孔劑的加入量來(lái)調(diào)節(jié)整體柱形貌和各種柱參數(shù)，以滿足各種不同的分析對(duì)象和分析要求，因而擁有更廣的適用范圍。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例一的整體柱的掃描電鏡圖；圖2是本發(fā)明色譜試驗(yàn)一的色譜圖；圖3是本發(fā)明色譜試驗(yàn)二的色譜圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例二中四種整體柱的掃描電鏡對(duì)比圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例二中四種整體柱的柱效對(duì)比圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施例二中柱C的柱壓與流動(dòng)相線速度關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)的說(shuō)明。實(shí)施例一:有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化整體柱的制備首先對(duì)75 μ m和100 μ m內(nèi)徑的毛細(xì)管內(nèi)壁進(jìn)行預(yù)處理。將毛細(xì)管用0.lmol/L鹽酸沖洗4小時(shí)，用水沖洗至中性后，lmol/L NaOH沖洗2小時(shí)，再分別用水、甲醇各沖洗0.5小時(shí)，之后在氮?dú)鈼l件下120°C保持3小時(shí)，降至室溫后將毛細(xì)管兩端封好待用。
在1.5mL 離心管中加入 30mg Pluronic F127, 350 μ L 甲醇，20 μ L /K，20 μ L 鹽酸(0.5mol/L)，超聲使其徹底溶解。再加入180 μ L四乙氧基硅烷，100 μ L辛基三乙氧基硅烷，渦旋3分鐘。放入60 V水浴中水解4小時(shí)。水解結(jié)束后放入冰水中冷卻至O °C，加入6mg十二胺，渦旋I分鐘，用注射器吸取溶液，經(jīng)0.22 μ m的PVDF膜過(guò)濾，濾液灌入毛細(xì)管中。兩端用硅膠密封，室溫下放置過(guò)夜。整體柱使用前用甲醇沖洗5小時(shí)以上，以除去致孔劑和未反應(yīng)的原料。得到的100 μ m內(nèi)徑的整體柱柱長(zhǎng)19.3cm, 75 μ m內(nèi)徑的整體柱柱長(zhǎng)20.0cm。掃描電鏡圖(圖1)表明，得到的整體柱材料具有典型的聚集球狀形貌和微米級(jí)的通孔，結(jié)構(gòu)均勻通透性好。色譜試驗(yàn)一:使用實(shí)施例一制備的100 μ m內(nèi)徑的整體柱，在納升液相色譜模式下的分析條件為:流動(dòng)相為水/乙腈(55: 45，v/v)，流速為1.5μ L/min，六種苯系物進(jìn)樣，進(jìn)樣時(shí)間6s，檢測(cè)波長(zhǎng)214nm。其色譜圖參見(jiàn)圖2所示，其中1、硫脲，2、苯，3、甲苯，4、乙苯，5、丙苯，6、丁苯?？梢钥吹搅N物質(zhì)基線分離，峰型對(duì)稱無(wú)拖尾。六種分析物的出峰順序也體現(xiàn)了該柱典型的反相色譜機(jī)理。色譜試驗(yàn)二:使用實(shí)施例一制備的75 μ m內(nèi)徑的整體柱用于nanoLC-nanoES1-MS系統(tǒng)，MRM模式分析七種微囊藻毒素MC和節(jié)球藻素Nod-R。色譜條件:流動(dòng)相A為水(含0.1 %甲酸)，B為乙腈(含0.1 %甲酸)，梯度洗脫模式，八種毒素標(biāo)樣混合物`，進(jìn)樣時(shí)間12s，在500nL的流速下進(jìn)樣量約為100nL。質(zhì)譜條件:nanoESI源電壓2000V，氣簾氣20psi，八種毒素的離子對(duì)分別為:微囊藻毒素-RR(MC-RR) 520.3/135.2，節(jié)球藻素-R(Nod-R) 825.8/135.3，微囊藻毒素-YR(MC-YR) 1046.0/135.5，微囊藻毒素-LR(MC-LR) 996.0/135.3，微囊藻毒素-LY(MC-LY) 1002.8/135.3，微囊藻毒素-LA(MC-LA) 910.9/135.0，微囊藻毒素-LW(MC-LW) 1026.0/135.4，微囊藻毒素-LF(MC-LF) 986.9/134.9。MRM 質(zhì)譜圖見(jiàn)圖 3，可以看到辛基雜化整體柱使八種毒素得到了較好的分離。實(shí)施例二:通過(guò)調(diào)節(jié)致孔劑用量實(shí)現(xiàn)對(duì)整體柱形貌及柱效的調(diào)控整體柱的合成方法同實(shí)施例一，具體的合成原料組成見(jiàn)表I。其中柱A為傳統(tǒng)的一元致孔劑制得的辛基雜化整體柱。柱B-D為不同致孔劑配比的二元致孔劑制得的整體柱。表1:實(shí)施例二中四種整體柱的原料配比
權(quán)利要求
1.一種有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化整體柱的制備方法，其特征在于:采用二元致孔劑，與反應(yīng)單體、溶劑混合液通過(guò)酸堿兩步溶膠-凝膠法合成雜化整體柱； 采用四乙氧基硅烷為無(wú)機(jī)單體，辛基三乙氧基硅烷為雜化單體，PluroniC F127和十二胺為致孔劑，甲醇/水為溶劑，鹽酸和十二胺分別作為體系的酸堿調(diào)節(jié)劑，采用酸堿兩步溶膠-凝膠法合成整體柱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于: 具體包括以下步驟， (1)取石英毛細(xì)管，石英毛細(xì)管內(nèi)部清潔處理干凈； (2)將PluronicF127，甲醇、水、鹽酸(0.5 0.8mol/L)、四乙氧基硅烷和辛基三乙氧基硅烷混合均勻，在50 70°C水浴下水解3 6小時(shí)； 取出后放入冰水中降溫至0-4°C，將十二胺加入混合液中，混勻，灌注毛細(xì)管中； 之后將毛細(xì)管柱兩端用硅膠密封，在室溫下放置> 12小時(shí)； 其中Pluronic F127、甲醇、水、鹽酸(0.5 0.8mol/L)、四乙氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷和十二胺的質(zhì)量比為10 50: 200 500: 10 30: 10 30: 150 200: 60 120: 6 12 ; (3)將合成好的毛細(xì)管柱用甲醇沖洗以沖掉致孔劑和未反應(yīng)的原料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于: 步驟I)中石英毛細(xì)管內(nèi)部清潔處理過(guò)程為:將石英毛細(xì)管用0.1 0.5mol/L鹽酸沖洗2 5小時(shí),用水沖至中性后用0.5 1.0mol/L氫氧化鈉沖洗I 3小時(shí),再分別用水、甲醇各沖洗0.5 2小時(shí)；之后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下60 160°C干燥2 6小時(shí)，再保持氮?dú)猸h(huán)境自然冷卻至室溫；之后取下，兩端封好待用。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的制備方法，其特征在于:所述石英毛細(xì)管的內(nèi)徑為50 250 μ m的石英毛細(xì)管，得到的整體柱長(zhǎng)10 30cm,內(nèi)徑為50 250 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于: 步驟3)中將合成好的毛細(xì)管柱用甲醇沖洗5小時(shí)以上。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化整體柱及其制備方法和應(yīng)用。它具有硅膠骨架，辛基的引入使其具有典型的反相色譜機(jī)理。該整體柱以四乙氧基硅烷為無(wú)機(jī)單體，辛基三乙氧基硅烷為有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化單體，以二元致孔劑Pluronic F127/十二胺取代了傳統(tǒng)的單一致孔劑十二胺，甲醇/水為溶劑，鹽酸和十二胺為酸堿調(diào)節(jié)劑，采用酸堿兩步溶膠-凝膠法合成整體材料。該方法得到的整體柱具有理想的雙孔結(jié)構(gòu)，制備過(guò)程簡(jiǎn)單易操作且柱效高。通過(guò)本發(fā)明的整體柱合成方法，以萘為分析物，得到的塔板高度由70-80μm減小至20-30μm。該雜化整體柱可用于多種疏水性物質(zhì)的反相色譜分離和富集。
文檔編號(hào)B01J20/30GK103170161SQ20111043593
公開(kāi)日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月22日
發(fā)明者許國(guó)旺, 單圓鴻, 石先哲, 李華 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所