本發(fā)明屬于分析化學領域，具體涉及一種金屬離子固定化改性硅膠整體柱及其制備方法。

背景技術：

固定化金屬離子親和色譜是基于固定化的金屬離子能與待測物質(zhì)陰離子基團之間發(fā)生配位作用的一種極性物質(zhì)高效分離技術。固定化金屬離子親和色譜的性能不僅與鍵合的金屬螯合基團種類密切相關，也和固定化金屬離子載體的種類和結(jié)構性能息息相關。傳統(tǒng)的固定化金屬離子配位材料中，每個金屬離子一般和一個亞氨基二乙酸（IDA）或氨基三乙酸（NTA）配體配位，容易在上樣或洗脫過程中損失。

多孔整體材料是近年發(fā)展起來的一種新型的色譜分離介質(zhì)，其同時具有大的通孔和小的擴散孔的多孔結(jié)構，具有較好的通透性、較低的反壓。有機-無機雜化硅膠整體柱作為最新發(fā)展的改性硅膠柱，綜合了有機聚合反應的簡便性和硅膠骨架的剛性，結(jié)構穩(wěn)定、表面化學性質(zhì)豐富。基于雜化硅膠整體材料，可使固載金屬離子的比表面積大，耐酸堿性強，傳質(zhì)速率得以顯著提高。因此，開發(fā)高度聚合、大比表面積的金屬離子固定化色譜固定相得到了研究人員的廣泛關注。

納米復合材料是以聚合基體為連續(xù)相，將納米尺寸的粒子、纖維、納米碳管等分散相均勻性地分散于基體材料中，形成的含有納米尺寸材料的均一相復合體系。納米籠型聚倍半硅氧烷具有由-Si-O-交替連接的硅氧骨架組成的無機內(nèi)核，通過反應基團與聚合單體之間的接枝或者共聚反應，可以實現(xiàn)剛性納米籠在分子層上的均勻分散。引入立體籠型聚倍半硅氧烷，在八面體端基上鍵合共聚含有金屬離子的功能單體，制備比表面積大，耐酸堿性強、高度交聯(lián)結(jié)構的金屬離子功能化的納米材料聚合整體柱，可以提供穩(wěn)定的固定化金屬離子與待測物質(zhì)之間的配位作用，有助于滿足極性物質(zhì)的高效分離。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種金屬離子固定化改性硅膠整體柱及其制備方法。本發(fā)明基于原位一步聚合，將含有電中性-Si-O-交替連接的納米籠型硅氧骨架組成的雜化體系與金屬離子螯合單體均勻聚合，形成表面固定化鋅離子的的三維結(jié)構雜化硅膠整體柱。通過在納米籠八面體端基烯鍵上共聚含金屬離子的功能單體，制備出比表面積大、耐酸堿性強、具高度交聯(lián)結(jié)構的金屬離子功能化的納米材料聚合整體柱，其固定化金屬離子能夠與待測物質(zhì)穩(wěn)定配位，適用于極性物質(zhì)的配位分離。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種金屬離子固定化改性硅膠整體柱，其由含金屬離子的功能單體、納米籠型硅氧烷交聯(lián)劑、致孔劑和引發(fā)劑組成；所述致孔劑是以苯類致孔劑、醇類致孔劑、酰胺類致孔劑組成的三元體系。

按質(zhì)量百分數(shù)之和為100%計，各組分所占質(zhì)量百分數(shù)為：含金屬離子的功能單體17.96%~27.90%，納米籠型硅氧烷交聯(lián)劑4.99%~6.98%，苯類致孔劑12.95%~14.96%，醇類致孔劑17.45%~22.44%，酰胺類致孔劑32.39%~38.38%，引發(fā)劑0.25%~0.35%。

其中，所述含金屬離子的功能單體為二甲基丙烯酸鋅，其含有二價正電荷鋅離子；

所述納米籠型硅氧烷交聯(lián)劑為八甲基丙烯酸酯基籠型倍半硅氧烷，其含有電中性-Si-O-納米籠型剛性結(jié)構；

所述苯類致孔劑為甲苯；

所述醇類致孔劑為十二醇；

所述酰胺類致孔劑為N，N-二甲基甲酰胺；

所述引發(fā)劑為偶氮二異丁腈。

所述金屬離子固定化改性硅膠整體柱的制備方法包括如下步驟：

1）毛細管預處理：對毛細管空柱依次采用0.1mol/L的鹽酸溶液沖洗30min、1.0 mol/L的NaOH溶液沖洗3h、去離子水沖洗15min、甲醇沖洗15min，然后在50℃下氮氣吹干；

2）烯基化：在步驟1）處理過的毛細管中加入甲醇與甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷按體積比1：1組成的混合物，60℃下反應12h，然后用甲醇沖洗15min，再在50~70℃下用氮氣吹干；

3）一鍋法聚合：將含金屬離子的功能單體、納米籠型硅氧烷交聯(lián)劑、致孔劑和引發(fā)劑按配比混合，超聲振蕩10~15min后氮氣吹掃10min，然后將其注入步驟2）處理過的毛細管中，兩端封閉并浸于60℃水浴中反應16h，待反應完成后用甲醇沖洗毛細管柱，除去管內(nèi)殘留試劑，再將所得毛細管柱在低電壓或泵壓狀態(tài)下平衡10~15h，制得所述金屬離子固定化改性硅膠整體柱。

本發(fā)明的顯著優(yōu)點在于：

（1）本發(fā)明所述金屬離子固定化改性硅膠整體柱以聚合基體為連續(xù)相，以納米尺寸的籠型聚倍半硅氧烷為分散相，將含有電中性-Si-O-交替連接的納米籠型硅氧骨架組成的雜化體系與金屬離子螯合單體均勻聚合，通過在納米籠八面體端基烯鍵上共聚含金屬離子功能單體，形成均一、含有納米尺寸材料的復合體系，所得金屬離子功能化的納米材料具有高度交聯(lián)結(jié)構、比表面積大、耐酸堿性強等特點，可用于極性物質(zhì)的分離。

（2）本發(fā)明通過調(diào)整所述金屬離子固定化改性硅膠整體柱中功能單體和交聯(lián)劑的配比，可以有機地協(xié)調(diào)整體柱的極性和電荷性強弱，且形成的雜化硅膠整體柱三維結(jié)構上固定有較高濃度的鋅離子，能夠提供穩(wěn)定的固定化金屬離子與待測物質(zhì)之間的配位作用，避免了常規(guī)中性雜化硅膠柱因吸附流動相中離子而可能產(chǎn)生電荷干擾的問題，也避免了傳統(tǒng)固定化金屬離子配位材料容易在上樣或洗脫過程中損失的不足，使傳質(zhì)速率得以顯著提高。

附圖說明

圖1為所制備金屬離子固定化改性硅膠整體柱對極性酰胺的分離情況圖。

圖2為所制備金屬離子固定化改性硅膠整體柱對極性核苷堿基的分離情況圖。

圖3為所制備金屬離子固定化改性硅膠整體柱對極性腦啡肽類物質(zhì)的分離情況圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明所述的內(nèi)容更加便于理解，下面結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明所述的技術方案做進一步的說明，但是本發(fā)明不僅限于此。

實施例1：

1）對毛細管空柱依次采用0.1mol/L的鹽酸溶液沖洗30min、1.0 mol/L的NaOH溶液沖洗3h、去離子水沖洗15min、甲醇沖洗15min，然后在50℃下氮氣吹干；

2）在步驟1）處理過的毛細管中加入甲醇與甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷按體積比1：1組成的混合物，60℃下反應12h，然后用甲醇沖洗15min，再在50~70℃下用氮氣吹干；

3）按表1 A-E所述比例將含金屬離子的功能單體二甲基丙烯酸鋅單體、交聯(lián)劑八甲基丙烯酸酯籠型聚倍半硅氧烷、甲苯、十二醇、N，N-二甲基甲酰胺和引發(fā)劑偶氮二異丁腈混合，超聲振蕩10~15min后氮氣吹掃10min，然后將其注入步驟2）處理過的毛細管中，兩端封閉并浸于60℃水浴中反應16h，待反應完成后用甲醇沖洗毛細管柱，除去管內(nèi)殘留試劑，再將所得毛細管柱在低電壓或泵壓狀態(tài)下平衡10~15h，制得金屬離子固定化改性硅膠整體柱。

表1 金屬離子固定化改性硅膠整體柱聚合組分配比

實施例2：

應用實施例1中制備的整體柱B，以體積比50:50的乙腈-磷酸鹽緩沖液（5.0 mmol/L，pH 7.0）為流動相，分離電壓?10 kV，泵壓力為500psi，流速為0.1mL/min，對3種結(jié)構相似的極性酰胺進行毛細管電色譜分離，結(jié)果見圖1。

圖1中洗脫峰0為甲苯、洗脫峰1為N，N-二甲基甲酰胺，洗脫峰2為丙烯酰胺，洗脫峰3為甲酰胺。由圖1可見，在該整體柱提供的親水作用及鋅離子-酰胺基團孤對電子之間的配位作用下，各極性酰胺得到了有效分離。

實施例3：

應用實施例1中制備的整體柱B，以體積比70:30的乙腈-磷酸鹽緩沖液（30.0 mmol/L，pH 3.0）為流動相，分離電壓?10 kV，泵壓力為500psi，流速為0.1mL/min，對4種極性核苷堿基進行毛細管電色譜分離，結(jié)果見圖2。

圖2中洗脫峰1為尿苷、洗脫峰2為腺苷、洗脫峰3為鳥嘌呤、洗脫峰4為胞嘧啶、洗脫峰5為胞苷。由圖2可見，在該整體柱提供的親水作用及鋅離子-核苷堿基氨基電子配位作用下，各極性核苷堿基得到了有效分離。

實施例4：

應用實施例1中制備的整體柱B，以體積比75:25的乙腈-磷酸鹽緩沖液（40.0 mmol/L，pH 5.0）為流動相，分離電壓-10 kV，泵壓力為500psi，流速為0.1mL/min，對4種極性腦啡肽類物質(zhì)進行毛細管電色譜分離，結(jié)果見圖3。

圖3中洗脫峰0為N，N-二甲基甲酰胺、洗脫峰1為Tyr-Gly-Gly-Phe-Met、洗脫峰2為Tyr-Gly-Gly-Phe、洗脫峰3為Tyr-Gly、洗脫峰4為Tyr-Gly-Gly。由圖3可見，在該整體柱提供的親水作用及鋅離子-腦啡肽肽鍵電子配位作用下，各極性腦啡肽得到了有效分離。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。