CN103406112A

CN103406112A - 高效液相色谱硅胶整体柱及其制备方法

Info

Publication number: CN103406112A
Application number: CN2013103229304A
Authority: CN
Inventors: 龚彩荣; 李雪云; 范国樑; 张珊珊; 于德江
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2013-07-29
Filing date: 2013-07-29
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2033-07-29
Also published as: CN103406112B

Abstract

本发明公开了高效液相色谱硅胶整体柱及其制备方法，首先利用乳液聚合法制备聚苯乙烯模板小球，然后将聚苯乙烯模板溶于反应物线性含氢聚硅氧烷和环状结构的四甲基四乙烯基环四硅氧烷中，进行交联后，即得到预制柱，最后高温烧去聚苯乙烯模板，热处理后，得到具有通孔的整体柱。本发明克服已有HPLC颗粒填充柱的问题，提供硅胶整体柱及其制备方法，该整体柱具有优异的分离性能，适合应用在高效液相色谱中，其制备方法过程简单。

Description

高效液相色谱硅胶整体柱及其制备方法

技术领域

本发明属于高效液相色谱整体柱技术，更具体地说，涉及一种硅胶基质整体柱及其制备方法。

背景技术

近年来，高效液相色谱（HPLC）在分离分析中的应用越来越广泛，在分离***中，色谱柱又是色谱技术的核心部分。但是目前市面出售的多是颗粒填充型色谱柱，填料粒径越小，分离效果越好，同时成本也会越高。因此，合成制备简单、成本低、分离效果好的整体柱成为广大色谱工作者追求的目标。目前，有机硅胶整体柱是一种主要的整体柱类型。与传统的颗粒填充柱相比，整体柱具有低压、快速、高效、机械强度高和柱性能稳定等优点，在分离领域中发挥着越来越重要的作用。现阶段市售颗粒填充柱多为5-10μm的填料，存在着孔隙率小、背压大、容易堵塞的缺点。此外，在分离过程中涉及颗粒在流动相的冲刷下容易脱落、坍塌等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，克服已有HPLC颗粒填充柱的问题，将高效液相色谱柱做成整体柱，在空柱内原位合成硅胶整体柱，该整体柱具有优异的分离性能，适合应用在高效液相色谱中，其制备方法过程简单。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

高效液相色谱硅胶整体柱及其制备方法，利用聚苯乙烯微球作为模板，将线性含氢聚硅氧烷（PHMS）和四甲基四乙烯基环四硅氧烷（D₄Vi）进行原位交联得到预制柱（即在管柱内进行交联），再利用高温除去预制柱内的聚苯乙烯微球，即可得到具有通孔结构的色谱硅胶整体柱。具体来说，

所述聚苯乙烯微球选用模板制备方法中常选用的聚苯乙烯微球，如利用乳液聚合法制备聚苯乙烯（PS）微球，但需要选用的聚苯乙烯微球的粒径分布均匀，较为单一，例如乳液聚合法合成的PS微球，其粒径为200nm，且分散性良好。使用蒸馏水和无水乙醇组成的混合溶剂（分散介质），其中乙醇质量份数是30份，蒸馏水的质量份数是100份，用pH值调节剂调节分散介质的pH=9(或pH>7)，滴加钛酸丁酯的无水乙醇溶液，温度升高至75℃，加入乳化剂十二烷基磺酸钠，氮气保护下滴加苯乙烯，然后再加引发剂过硫酸铵，使苯乙烯在二氧化钛凝胶的表面进行聚合，然后在75℃下，恒温反应8h。将得到的乳液过滤除去不溶物，用5%(质量分数)的氢氧化钠水溶液进行破乳、过滤、洗涤、真空干燥，得到白色粉末状的PS样品（汤荣年，PS/TiO2复合材料的蛋白石结构光子晶体制备及表征，电子元件与材料，2003年）。

在本发明技术方案中，选择在管柱中进行原位交联以制备预制柱，按照下述步骤进行：

称取0.5—2质量份数聚苯乙烯微球均匀分散在乙醇中，然后加入等质量份数的含氢聚硅氧烷和四甲基四乙烯基环四硅氧烷并分散成均匀体系，再向其中加入配位铂催化剂，控制温度为20—30℃下继续进行分散，直至出现交联现象（即体系出现黏稠和粘度上升等反应交联的现象）后，将其注入到模具中在50—80℃加热4—12h即可得到预制柱。

在上述制备过程中，选择超声分散方式对体系进行分散。

在上述制备过程中，所述配位铂催化剂选用甲基乙烯基硅氧烷配位铂催化剂（铂含量：300ppm）购自深圳铂络合物有限公司，其化学式如下：

催化剂加入量为含氢聚硅氧烷和四甲基四乙烯基环四硅氧烷总质量的1％—3％，其加入量的多少主要影响交联反应进行的速度。

在上述制备过程中，在出现交联现象之后，选择泵对体系进行真空处理去除残留的溶剂乙醇后，再进行注入模具。

在上述制备过程中，所述模具根据实际使用的需要进行加工，以使制备的预制柱基本满足实际使用中形状大小的要求。

在上述制备过程中，注入到模具中后，优选在60—70℃加热6—10h，以满足尽量完成交联和充分挥发溶剂乙醇的需要。

在进行完预制柱的制备后，将预制柱置于马弗炉中，以3℃/min的速度从室温20—25℃升温至750℃恒温60min进行热处理除去模板剂，即得到具有通孔结构的所需整体柱。

本发明制备的硅胶整体柱，具有通孔结构，孔型较均匀，孔径范围集中在30—35nm，同时拥有很大的比表面积500—550m²/g，（采用美国QuantaChromeNOVA-2000型比表面积仪进行比表面积的测定），同时具有大孔和中孔结构，其孔容比填充柱高，孔隙率大于80％。这种结构已接近于贯流色谱的填料，即使使用较高的流速，也不会有太大的流体阻力，这种整体柱具有高速、低压、高效、适于梯度淋洗的特点，很适合于对像蛋白质这样的大分子量的样品进行高效、快速的分离。根据附图显示的扫描电子显微镜（将制备好的样品经喷金处理后，利用荷兰Phlilps公司的XL30ESEM冷场发射扫描电子显微镜观察不同情况下的样品的形貌）照片可知：

从附图1中可以看到，以乳液聚合法合成的PS小球为模板制备的整体柱预柱，经过热解后虽然由于收缩引起失重，但是保留了PS的多孔结构骨架，没有发生坍塌现象。同时，孔的整体分布较为有序，孔径范围集中在30—35nm。上述分析表明利用PS为模板碳化后其微观形貌得到了高精度的复制，制备出有序多孔结构的硅胶整体柱。

从附图2和附图3中可以看出，本发明制备的硅胶整体柱，具有通孔结构，孔型较均匀，孔径范围集中在30—35nm，同时拥有很大的比表面积500—550m²/g，（采用美国QuantaChromeNOVA-2000型比表面积仪进行比表面积的测定），同时具有大孔和中孔结构，其孔容比填充柱高，孔隙率大于80％。

从附图4中可以看出，乳液聚合法合成的PS微球，其粒径为200nm，分散性良好。从附图5—9分析了PS模板含量对整体柱的影响，从图中可以看出，随着PS用量的增加，对应的孔径也有一定增大。分析可知，虽然由于热解过程中的收缩作用，使得获得的孔道尺寸可能下降。但是，随着PS模板添加量的不断增加，使得在交联过程中参与“造孔”的模板数增多，在热解过程中可能发生团聚而造成孔径变大。从图中可以看出随着PS用量的增加，孔隙率也显著提高，这是因为随着PS含量的增加，“造孔”的模板数相应增多，在热处理过程中形成大量开口孔隙，孔隙之间排布较为有序并构成连通孔道，从扫描电镜图中也证实了这一点，因此该整体注具有较高的显气孔率。当PS含量为2份质量份数时，已经形成连通孔道，PS含量达到最优化量。

最后，将本发明产物装入色谱柱后在液相色谱仪（岛津LC-10AD）上进行物质分离，检验其作为液相色谱柱固定相的分离效果。从附图10可以看出：被分离物质为丙酮（分子量为58.08，购自江天化工技术有限公司），采用反相色谱法，流动相为二次蒸馏水，紫外检测波长为254nm，流速为1mL/min,柱压为50kg/cm²,死时间较短，分离效果较好。从附图11可以看出：被分离物质为苯（分子量为78.11，购自天津市化学试剂二厂），采用正向色谱法，流动相为环己烷（分子量为84.16，分析纯，购自天津市化学试剂一厂），紫外检测波长为254nm，流速为1mL/min,柱压为40kg/cm²,分离效果较好且峰形对称性好，按照理论塔板数计算公式N==5.54(Tr/W_1/2)²算的柱效为622.5，其中Tr为被测组分的保留时间，W_1/2为半峰宽，即最高峰峰宽的一半。以上两个实例证明了本发明结果在作为液相色谱柱固定相方面具有较好的应用，特别是在低压分离的条件下也能达到较好的分离效果。

与现有技术相比，本发明的优点在于制备成本低，制备方法过程简单；所制的硅胶整体柱具有一定的机械强度、稳定性高以及分离效果好，该整体柱特别适用于高效液相色谱的分离分析。

附图说明

图1是硅胶整体柱的SEM照片。

图2是硅胶整体柱吸附脱附等温线。

图3是硅胶整体柱孔径分布图。

图4是利用分散聚合法合成的聚苯乙烯模板微球的SEM照片。

图5是实施例5的PS模板含量下的硅胶整体柱SEM照片。

图6是实施例4的PS模板含量下的硅胶整体柱SEM照片。

图7是实施例3的PS模板含量下的硅胶整体柱SEM照片。

图8是实施例2的PS模板含量下的硅胶整体柱SEM照片。

图9是实施例1的PS模板含量下的硅胶整体柱SEM照片。

图10是硅胶整体柱作为液相色谱柱固定相后对于丙酮的分离结果，其中横坐标为保留时间（min），纵坐标为强度。

图11是硅胶整体柱作为液相色谱柱固定相后对于苯的分离结果，其中横坐标为保留时间（min），纵坐标为强度。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。乙醇（C₂H₅OH，≥99.7%）购自利安隆博华（天津）医药化学有限公司；单体苯乙烯（St，≥98.0%）购自天津化学试剂一厂；引发剂十二烷基磺酸钠（分析纯）购自国药集团化学试剂有限公司；过硫酸铵（分析纯）购自国药集团化学试剂有限公司；钛酸丁酯（≥99.8%）购自国药集团化学试剂有限公司；氢氧化钠（分析纯）购自天津市天大化工实验厂；含氢聚硅氧烷（PHMS，含氢量：1.6wt.%，密度ρ：1g/cm³）购自浙江三泰有机硅材料厂；四甲基四乙烯基环四硅氧烷（D4Vi,密度ρ：1g/cm³）购自浙江三门千虹实业有限公司；甲基乙烯基硅氧烷配位铂催化剂（铂含量：300ppm）购自深圳铂络合物有限公司。

实施例1

在250ml的三口烧瓶中加入100ml的蒸馏水和30ml的无水乙醇，用pH值调节剂调节分散介质的pH=9(或PH>7)，滴加10.0ml4%(质量分数)的钛酸丁酯的无水乙醇溶液，在40℃下搅拌反应40min，得到稳定的二氧化钛凝胶。温度升高至75℃，加入乳化剂十二烷基磺酸钠0.2g，氮气保护下滴加5.0ml的苯乙烯，然后再加0.2g的引发剂过硫酸铵，使苯乙烯在二氧化钛凝胶的表面进行聚合，然后在75℃下恒温反应8h。将得到的乳液过滤除去不溶物，用5%(质量分数)的氢氧化钠溶液进行破乳、过滤、洗涤、真空干燥，得到白色粉末状的PS微球的样品。

称量2g聚苯乙烯微球溶于3g乙醇中，超声分散15min至聚苯乙烯完全溶解，之后各将5gPHMS与5gD4Vi的混合溶液加入到烧杯中，继续超声分散30min形成均匀分散体系，再在烧杯中滴加0.1g配位铂催化剂控制水温在30℃下超声分散1h，会出现明显的交联现象。对上述溶液利用水泵对其进行真空处理去除残留的溶剂，并将其注入玻璃管中放于烘箱内在50℃下加热4h，后升温至80℃加热5h得到预制柱。

将预制柱于马弗炉中，以3℃/min的速度升温至750℃恒温30min进行热处理除去模板剂，即得到具有通孔结构的所需整体柱。

实施例2

本实施例中聚苯乙烯微球的制备步骤同实施例一。不同的是：称量1.5g聚苯乙烯微球溶于3g乙醇中，超声分散15min至聚苯乙烯完全溶解，之后各将5gPHMS与5gD4Vi的混合溶液加入到烧杯中，继续超声分散30min形成均匀分散体系，再在烧杯中滴加0.1g配位铂催化剂控制水温在30℃下超声分散1h，会出现明显的交联现象。对上述溶液利用水泵对其进行真空处理去除残留的溶剂，并将其注入玻璃管中放于烘箱内在50℃下加热4h，后升温至80℃加热5h得到预制柱。

实施例3

本实施例中聚苯乙烯微球的制备步骤同实施例一。不同的是：称量1g聚苯乙烯微球溶于3g乙醇中，超声分散15min至聚苯乙烯完全溶解，之后各将5gPHMS与5gD4Vi的混合溶液加入到烧杯中，继续超声分散30min形成均匀分散体系，再在烧杯中滴加0.1g配位铂催化剂控制水温在30℃下超声分散1h，会出现明显的交联现象。对上述溶液利用水泵对其进行真空处理去除残留的溶剂，并将其注入玻璃管中放于烘箱内在50℃下加热4h，后升温至80℃加热5h得到预制柱。

实施例4

本实施例中聚苯乙烯微球的制备步骤同实施例一。不同的是：称量0.5g聚苯乙烯微球溶于3g乙醇中，超声分散15min至聚苯乙烯完全溶解，之后各将5gPHMS与5gD4Vi的混合溶液加入到烧杯中，继续超声分散30min形成均匀分散体系，再在烧杯中滴加0.1g配位铂催化剂控制水温在30℃下超声分散1h，会出现明显的交联现象。对上述溶液利用水泵对其进行真空处理去除残留的溶剂，并将其注入玻璃管中放于烘箱内在50℃下加热4h，后升温至80℃加热5h得到预制柱。

实施例5

本实施例为空白试验，将3g乙醇超声分散15min，之后各将5gPHMS与5gD4Vi的混合溶液加入到烧杯中，继续超声分散30min形成均匀分散体系，再在烧杯中滴加0.1g配位铂催化剂控制水温在30℃下超声分散1h，会出现明显的交联现象。对上述溶液利用水泵对其进行真空处理去除残留的溶剂，并将其注入玻璃管中放于烘箱内在50℃下加热4h，后升温至80℃加热5h得到预制柱。

将预制柱于马弗炉中，以3℃/min的速度升温至750℃恒温30min进行热处理，即得到具有通孔结构的所需整体柱。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims

1.高效液相色谱硅胶整体柱，其特征在于，利用聚苯乙烯微球作为模板，将含氢聚硅氧烷和四甲基四乙烯基环四硅氧烷进行原位交联得到预制柱，再利用高温除去预制柱内的聚苯乙烯微球，即可得到具有通孔结构的色谱硅胶整体柱，具有通孔结构，孔型较均匀，孔径范围集中在30—35nm，比表面积500—550m2/g，同时具有大孔和中孔结构，孔隙率大于80％。

2.根据权利要求1所述的高效液相色谱硅胶整体柱，其特征在于，所述聚苯乙烯微球选用模板制备方法中常选用的聚苯乙烯微球。

3.根据权利要求1所述的高效液相色谱硅胶整体柱，其特征在于，进行原位交联以制备预制柱，按照下述步骤进行：称取0.5—2质量份数聚苯乙烯微球均匀分散在乙醇中，然后加入等质量份数的含氢聚硅氧烷和四甲基四乙烯基环四硅氧烷并分散成均匀体系，再向其中加入配位铂催化剂，控制温度为20—30℃下继续进行分散，直至出现交联现象后，将其注入到模具中在50—80℃加热4—12h即可得到预制柱。

4.根据权利要求3所述的高效液相色谱硅胶整体柱，其特征在于，选择超声分散方式对体系进行分散；所述配位铂催化剂选用甲基乙烯基硅氧烷配位铂催化剂，其化学式如下：

所述催化剂加入量为含氢聚硅氧烷和四甲基四乙烯基环四硅氧烷总质量的1％—3％。

5.根据权利要求3所述的高效液相色谱硅胶整体柱，其特征在于，在出现交联现象之后，选择泵对体系进行真空处理去除残留的溶剂乙醇后，再进行注入模具；所述模具根据实际使用的需要进行加工，以使制备的预制柱基本满足实际使用中形状大小的要求；注入到模具中后，优选在60—70℃加热6—10h，以满足尽量完成交联和充分挥发溶剂乙醇的需要。

6.根据权利要求1所述的高效液相色谱硅胶整体柱，其特征在于，在进行完预制柱的制备后，将预制柱置于马弗炉中，以3℃/min的速度从室温20—25℃升温至750℃恒温60min进行热处理除去模板剂，即得到具有通孔结构的所需整体柱。

7.高效液相色谱硅胶整体柱的制备方法，其特征在于，利用聚苯乙烯微球作为模板，将含氢聚硅氧烷和四甲基四乙烯基环四硅氧烷进行原位交联得到预制柱，再利用高温除去预制柱内的聚苯乙烯微球，即可得到具有通孔结构的色谱硅胶整体柱，其中所述色谱硅胶整体柱具有通孔结构，孔型较均匀，孔径范围集中在30—35nm，比表面积500—550m²/g。

8.根据权利要求7所述的高效液相色谱硅胶整体柱的制备方法，其特征在于，所述聚苯乙烯微球选用模板制备方法中常选用的聚苯乙烯微球；在进行完预制柱的制备后，将预制柱置于马弗炉中，以3℃/min的速度从室温20—25℃升温至750℃恒温60min进行热处理除去模板剂，即得到具有通孔结构的所需整体柱。

9.根据权利要求7所述的高效液相色谱硅胶整体柱的制备方法，其特征在于，进行原位交联以制备预制柱，按照下述步骤进行：称取0.5—2质量份数聚苯乙烯微球均匀分散在乙醇中，然后加入等质量份数的含氢聚硅氧烷和四甲基四乙烯基环四硅氧烷并分散成均匀体系，再向其中加入配位铂催化剂，控制温度为20—30℃下继续进行分散，直至出现交联现象后，将其注入到模具中在50—80℃加热4—12h即可得到预制柱。

10.根据权利要求7所述的高效液相色谱硅胶整体柱的制备方法，其特征在于，选择超声分散方式对体系进行分散；所述配位铂催化剂选用甲基乙烯基硅氧烷配位铂催化剂，其化学式如下：

所述催化剂加入量为含氢聚硅氧烷和四甲基四乙烯基环四硅氧烷总质量的1％—3％；选择泵对体系进行真空处理去除残留的溶剂乙醇后，再进行注入模具；所述模具根据实际使用的需要进行加工，以使制备的预制柱基本满足实际使用中形状大小的要求；注入到模具中后，优选在60—70℃加热6—10h，以满足尽量完成交联和充分挥发溶剂乙醇的需要。