CN105597716A

CN105597716A - 一种阴离子交换色谱固定相的制备方法

Info

Publication number: CN105597716A
Application number: CN201610024724.9A
Authority: CN
Inventors: 刘军伟; 钟乃飞; 朱岩
Original assignee: Shanghai Feishanhao Technology Co Ltd
Current assignee: Shanghai Feishanhao Technology Co Ltd
Priority date: 2016-01-14
Filing date: 2016-01-14
Publication date: 2016-05-25

Abstract

本发明公开了一种以高交联甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯微球为基质的阴离子交换色谱固定相的制备方法，采用分散聚合法制备单分散的线性聚苯乙烯种子微球；采用两步种子溶胀法，制备高交联甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球；以甲胺、二甲胺、三甲胺、二乙胺、三乙胺和1,4-丁二醇二缩水甘油醚为反应原料，修饰高交联甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球，制备以高交联甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球为基质的阴离子交换色谱固定相。

Description

一种阴离子交换色谱固定相的制备方法

技术领域

本发明涉及一种化学制备方法，具体地说，是一种阴离子交换色谱固定相的制备方法。

背景技术

硅胶作为一种大家熟知的固定相基质，具有较强的机械强度和易于化学修饰等特点，已被广泛用于反相色谱固定相体系；但硅胶基质耐受pH值范围有限(通常为2-8)，对流动相酸碱性有限制，阻碍了其进一步应用。而聚合物固定相如高交联苯乙烯-二乙烯基苯有机聚合物，可以耐受较宽的pH值范围，具有相对良好的机械强度，已广泛用于离子色谱固定相体系；同时，单分散的微米级聚合物微球作为色谱填料，不仅可以降低柱压，还可以显著提高柱效，特别适合用作离子色谱固定相的基质；因此，耐受更宽的pH值范围和良好机械强度的有机聚合物微球必将成为色谱填料基质发展的趋势。

目前，高交联苯乙烯-二乙烯基苯共聚微球作为固定相基质的研究报道较多，但高交联甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球的研究报道较少。然而，高交联苯乙烯-二乙烯苯共聚微球不容易进行衍生化反应，限制其进一步应用；而高交联甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球含有大量的环氧基，易于进一步的衍生化反应，具有良好的发展应用前景。

本发明通过两步溶胀法制备了一种新型的高交联甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球，微球具有良好的单分散性、良好的机械强度和易于化学修饰等特性，非常适合用作色谱固定相填料基质；同时，本发明以该微球为基质，制备了一系列阴离子交换固定相。

发明内容

本发明针对色谱填料基质无机硅胶不耐酸碱、化学稳定性差以及现有高交联苯乙烯-二乙烯基苯共聚微球不易进行化学修饰的缺点，制备了一种新型的耐受酸碱、具有良好机械强度和易于化学修饰的高交联甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球作为色谱填料基质，同时制备了以该微球为基质的阴离子交换色谱固定相。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

作为进一步地改进，本发明在单分散的线性聚苯乙烯种子微球制备过程中，反应介质为乙醇水溶液，体积浓度为75～100％，单体苯乙烯的质量浓度为总量的5～40％，稳定剂聚乙烯吡咯烷酮的质量为反应介质质量的0.5～4％，引发剂偶氮二异丁腈质量为单体质量的1～5％，反应温度为40～85℃，搅拌速度为100～400r/min，反应时间为12～24h。

作为进一步地改进，本发明在两步种子溶胀法制备高交联甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球的过程中，单体甲基丙烯酸缩水甘油酯质量浓度为总有机相的5～40％，交联剂二乙烯基苯的质量为总有机相质量的15～40％，乳化剂十二烷基硫酸钠质量为总有机相质量的2～4％，稳定剂聚乙烯醇质量为总质量的0.5～5％，引发剂过氧化苯甲酰质量为单体质量的0.4～1.5％，致孔剂甲苯质量为总有机相质量的40～70％，溶胀比为25～70倍，乳化温度为20～35℃，反应温度为60～85℃，搅拌速度为100～300r/min，反应时间为12～24h，制备的高交联甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球粒径在6-8μm之间。

作进一步地改进，所述聚甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球的交联度取值范围在10-75％之间，通过调节聚甲基丙烯酸缩水甘油酯和二乙烯基苯的比例进行控制。

作为进一步地改进，本发明所述的高交联甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球的粒度可以通过致孔剂、交联剂、分散稳定剂溶度、乳化温度、反应温度、引发剂浓度以及溶胀比的选择来控制。

作为进一步地改进，本发明在修饰高交联甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球的过程中，以甲胺、二甲胺、三甲胺、二乙胺、三乙胺和1,4-丁二醇二缩水甘油醚为反应原料，水为溶剂，加热60℃，搅拌50rpm反应，制备得到阴离子交换色谱固定相。

作为进一步地优化，所述制备的阴离子交换色谱固定相用匀浆法装柱，并对其色谱性能进行表征通过色谱性能评价，显示较高的离子交换容量，能够长期稳定地使用。

本发明具有如下优点：

本发明提供的高交联甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球单分散性好，机械强度高，能够耐受较宽的pH值范围，易于化学修饰，适合用作色谱固定相的基质。

本发明提供的高交联甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球制备方法简单可靠；微球的粒度可以通过致孔剂、交联剂、分散稳定剂溶度、乳化温度、反应温度、引发剂浓度以及溶胀比的选择来控制。

本发明提供的甲胺、二甲胺、三甲胺、二乙胺、三乙胺和1,4-丁二醇二缩水甘油醚修饰方法简单可靠，成本低，可重复性强；

本发明专利制备的高交联甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球，单分散性好，相对于现有硅胶基质耐受pH值范围更宽，比高交联苯乙烯-二乙烯基苯共聚微球容易进一步衍生化，并且具有良好的机械强度，适合作为色谱固定相的基质；高交联甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球多孔的苯环腔体结构，可以提供像冠醚、环糊精、杯芳烃等超分子相似的空间选择性；高交联甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球提供大量的环氧基团，该基团反应性强，反应条件温和，可以与羟基、氨基、酸酐等多种基团单步发生反应，衍生化对象非常广泛，该类方法具有较高的可行性和重复性；本发明通过甲胺和1,4-丁二醇二缩水甘油醚修饰后的高交联甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球，本发明显示该高交联甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球作为基质具有广阔的应用前景和实际应用意义。

附图说明

图1是高交联甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球的扫描电镜图；

图2是甲胺、二甲胺、三甲胺、二乙胺、三乙胺和1,4-丁二醇二缩水甘油醚修饰的高交联甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球固定相的制备步骤图；

图3、图4是7种阴离子在制备固定相上的分离色谱图。

具体实施方式

本发明提供一种阴离子交换色谱固定相的制备方法，包括单分散种子微球的制备，高交联甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球的制备和阴离子交换色谱固定相的制备。具体技术方案如下：

本发明采用分散聚合法制备单分散的线性聚苯乙烯种子微球；采用两步种子溶胀法，制备高交联甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球；以甲胺、二甲胺、三甲胺、二乙胺、三乙胺和1,4-丁二醇二缩水甘油醚为原料修饰高交联甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球，在高交联甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球表面引入季铵功能基团；用匀浆法装柱，并对其色谱性能进行表征；具体制备步骤为：

a.采用分散聚合法制备单分散的线性聚苯乙烯种子微球

以苯乙烯为单体，聚乙烯吡咯烷酮为稳定剂，偶氮二异丁腈为引发剂，乙醇和水混合溶液为反应介质；通过分散聚合法，制备粒径可控，单分散性好的线性聚苯乙烯种子微球；

b.采用两步种子溶胀法制备高交联甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球

将单分散线性聚苯乙烯种子微球在邻苯二甲酸二丁酯乳化液中活化；活化后加入含有单体甲基丙烯酸缩水甘油酯，交联剂二乙烯基苯，乳化剂十二烷基硫酸钠，稳定剂聚乙烯醇，引发剂过氧化苯甲酰和致孔剂甲苯的乳化液进行溶胀；然后加热引发聚合，制备得到高交联甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球；

c.甲胺、二甲胺、三甲胺、二乙胺、三乙胺和1,4-丁二醇二缩水甘油醚修饰高交联甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球

分别将甲胺、二甲胺、三甲胺、二乙胺、三乙胺和1,4-丁二醇二缩水甘油醚依次与高交联甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球分散于水中，加热搅拌反应；反应结束，水、乙醇依次洗涤；

d.匀浆法装柱

取2.0g填料于50mL烧杯中，加入与高交联甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球等密度的匀浆液(水/乙腈混合液)，超声分散十分钟；然后加入到装柱机匀浆罐中，以水为顶替液，35MPa压力下装柱，顶替液至少流出300mL。

本发明提供的阴离子交换固定相制备方法，是以高交联甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球为基质，以甲胺、二甲胺、三甲胺、二乙胺、三乙胺和1,4-丁二醇二缩水甘油醚为官能团，水为溶剂，在高交联甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球表面共价键合季铵型功能基团。

下面通过具体实施方式对本发明的技术方案作进一步地详细说明：

实施例1：高交联甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球弱酸型阳离子固定相的制作步骤为：

1、先通过分散聚合法制备粒径1.8μm左右的单分散线性聚苯乙烯种子微球，反应介质为乙醇水混合溶液，乙醇用量为75％(v/v)；单体苯乙烯用量为反应介质用量的5％(m/m)，稳定剂聚乙烯吡咯烷酮用量为反应介质用量的0.5％(m/m)，引发剂偶氮二异丁腈用量为单体用量的1％(m/m)，反应温度为40℃，搅拌速度为100r/min，反应时间为12h；

2、通过两步种子溶胀法制备交联度为75％的单分散高交联甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球。种子微球0.6g，单体甲基丙烯酸缩水甘油酯用量为总有机相用量的5％(m/m)，交联剂二乙烯基苯用量为总有机相用量的25％(m/m)，乳化剂十二烷基硫酸钠用量为总有机相用量的4％(m/m)，稳定剂聚乙烯醇用量为总量的5％(m/m)，引发剂过氧化苯甲酰用量为单体用量的1.5％(m/m)，致孔剂甲苯用量为总有机相用量的60％(m/m)，溶胀比为70倍，乳化温度为35℃，反应温度为85℃，搅拌速度为300r/min，反应时间为24h，制备的高交联甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球粒径范围在6-8μm之间，单分散性好，无需进行分级和筛分；将聚合物微球用甲苯抽提除去致孔剂，然后用水，乙醇洗涤；共聚微球粒径约为6μm。

3、以甲胺、二甲胺、三甲胺、二乙胺、三乙胺和1,4-丁二醇二缩水甘油醚为功能基团修饰高交联甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球；

4、用匀浆法将甲胺、二甲胺、三甲胺、二乙胺、三乙胺和1,4-丁二醇二缩水甘油醚修饰后的高交联甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯填料装柱；

5、用碳酸钠水溶液作为流动相，抑制电导检测器对7种阳离子进行检测。

实施例2：参照实施例1的方法和步骤

1、先通过分散聚合法合成粒径1.8μm单分散聚苯乙烯种子微球，反应介质为乙醇水混合溶液，乙醇用量为100％(v/v)；单体苯乙烯的浓度为总量的30％(m/m)，稳定剂聚乙烯吡咯烷酮用量为反应介质的4％(m/v)，引发剂偶氮二异丁腈用量为单体用量的5％(m/m)，反应温度85℃，搅拌速度在400r/min，反应时间16小时；

2、通过两步种子溶胀法制备交联度为40％的单分散高交联甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球。种子微球0.6g，单体甲基丙烯酸缩水甘油酯的用量为总有机相用量的10％(m/m)，交联剂二乙烯基苯用量为总有机相用量的40％(m/m)，乳化剂十二烷基硫酸钠用量为总有机相用量的2.7％(m/m)，稳定剂聚乙烯醇用量为总量的1.5％(m/m)，引发剂过氧化苯甲酰用量为单体用量的0.7％(m/m)，致孔剂甲苯用量为总有机相用量的45％(m/m)，溶胀比为55倍，乳化温度为20℃，反应温度70℃，搅拌速度250r/min，反应时间24h，将聚合物微球用甲苯抽提除去致孔剂，然后用水，乙醇洗涤；共聚微球粒径约为6μm。

5、用实施例1(5)方法对色谱柱色谱性能进行测定，结果与1(5)相一致。

实施例3：参照实施例1的方法和步骤

1、通过分散聚合法制备粒径约1.8μm单分散聚苯乙烯种子微球，反应介质为95％乙醇水溶液，单体苯乙烯的用量为总量的10％(m/m)，稳定剂聚乙烯吡咯烷酮用量为反应介质的1.6％(m/m)，引发剂偶氮二异丁腈用量为单体用量的2.2％(m/m)，反应温度60℃，搅拌速度为200r/min，反应时间为20h；

2、通过两步种子溶胀法制备交联度为15％的单分散高交联甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球。种子微球0.6g，单体甲基丙烯酸缩水甘油酯的用量为总有机相用量的40％(m/m)，交联剂二乙烯基苯用量为总有机相用量的15％(m/m)，乳化剂十二烷基硫酸钠用量为总有机相用量的2％(m/m)，稳定剂聚乙烯醇用量为总量的0.5％(m/m)，引发剂过氧化苯甲酰用量为单体用量的0.4％(m/m)，致孔剂甲苯用量为总有机相用量的40％(m/m)，溶胀比为25倍，乳化温度为28℃，反应温度60℃，搅拌速度100r/min，反应时间12h，将聚合物微球用甲苯抽提除去致孔剂，然后用水，乙醇洗涤；共聚微球粒径约为6μm。

实施例4：参照实施例1的方法和步骤

1、通过分散聚合法制备粒径约1.8μm单分散聚苯乙烯种子微球，反应介质为90％乙醇水溶液，单体苯乙烯的用量为总量的25％(m/m)，稳定剂聚乙烯吡咯烷酮用量为反应介质的1.6％(m/m)，引发剂偶氮二异丁腈用量为单体用量的2.2％(m/m)，反应温度70℃，搅拌速度为250r/min，反应时间为24h；

2、通过两步种子溶胀法制备交联度为55％的单分散高交联甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球。种子微球0.6g，单体甲基丙烯酸缩水甘油酯的用量为总有机相用量的18％(m/m)，交联剂二乙烯基苯用量为总有机相用量的36％(m/m)，乳化剂十二烷基硫酸钠用量为总有机相用量的2.7％(m/m)，稳定剂聚乙烯醇用量为总量的1.5％(m/m)，引发剂过氧化苯甲酰用量为单体用量的0.7％(m/m)，致孔剂甲苯用量为总有机相用量的47％(m/m)，溶胀比为55倍，乳化温度为25℃，反应温度70℃，搅拌速度250r/min，反应时间24h，将聚合物微球用甲苯抽提除去致孔剂，然后用水，乙醇洗涤；共聚微球粒径约为6μm(图1)。

实施例5：色谱性能测试

通过利用7种阴离子对该固定相进行色谱性能分析，显示出优越的色谱分离特性。

仪器：ICS3000离子色谱仪

分离柱：自制填料填装的4.6×200mm不锈钢色谱柱；

淋洗液：25mmol/LNa₂CO₃；

流速：1mL/min；

试样：7种阴离子(1,F^-2,PO₄ ^3-3,SO₄ ^2-4,Cl^-5,NO₂ ^-6,Br^-7,NO₃ ^-)。

图1是高交联甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球的扫描电镜图，通过观察扫描电镜图，制备的高交联甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球粒径范围在6-8μm之间，单分散性好，无需进行分级和筛分；

图2是甲胺、二甲胺、三甲胺、二乙胺、三乙胺和1,4-丁二醇二缩水甘油醚修饰的高交联甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球的制备步骤图(a,甲胺接枝一层b,甲胺接枝二层c,甲胺接枝三层d,三甲胺接枝一层e,二甲胺接枝一层f,三乙胺接枝一层g,二乙胺接枝一层)；

图3是7种阴离子在甲胺和1,4-丁二醇二缩水甘油醚修饰固定相上的分离色谱图(a,甲胺接枝一层b,甲胺接枝二层c,甲胺接枝三层)；

图4是7种阴离子在二甲胺、三甲胺、二乙胺、三乙胺和1,4-丁二醇二缩水甘油醚修饰固定相上的分离色谱图(a,三甲胺接枝一层b,二甲胺接枝一层c,三乙胺接枝一层d,二乙胺接枝一层)；

以上列举的仅是本发明的部分具体实施例，显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形，本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims

1.一种阴离子交换色谱固定相的制备方法，其特征是：采用分散聚合法制备单分散的线性聚苯乙烯种子微球；采用两步种子溶胀法，制备高交联甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球；以甲胺、二甲胺、三甲胺、二乙胺、三乙胺和1,4-丁二醇二缩水甘油醚为反应原料，修饰高交联甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球，制备以高交联甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球为基质的阴离子交换色谱固定相。

2.根据权利要求1所述的阴离子交换色谱固定相的制备方法，其特征是：在单分散的线性聚苯乙烯种子微球制备过程中，反应介质为乙醇水溶液，体积浓度为75～100％，单体苯乙烯的质量浓度为总量的5～40％，稳定剂聚乙烯吡咯烷酮的质量为反应介质质量的0.5～4％，引发剂偶氮二异丁腈质量为单体质量的1～5％，反应温度为40～85℃，搅拌速度为100～400r/min，反应时间为12～24h。

3.根据权利要求1所述的阴离子交换色谱固定相的制备方法，其特征是：在两步种子溶胀法合成聚甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球的过程中，单体甲基丙烯酸缩水甘油酯质量浓度为总有机相的5～40％，交联剂二乙烯基苯的质量为总有机相质量的15～40％，乳化剂十二烷基硫酸钠质量为总有机相质量的2～4％，稳定剂聚乙烯醇质量为总质量的0.5～5％，引发剂过氧化苯甲酰质量为单体质量的0.4～1.5％，致孔剂甲苯质量为总有机相质量的40～70％，溶胀比为25～70倍，乳化温度为20～35℃，反应温度为60～85℃，搅拌速度为100～300r/min，反应时间为12～24h，制备的聚甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球粒径在6-8μm之间。

4.根据权利要求3所述的阴离子交换色谱固定相的制备方法，其特征是：所述聚甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球的交联度取值范围在10-75％之间，通过调节聚甲基丙烯酸缩水甘油酯和二乙烯基苯的比例进行控制。

5.根据权利要求3所述的阴离子交换色谱固定相的制备方法，其特征是：所述的聚甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球的粒度可以通过致孔剂、交联剂、分散稳定剂溶度、乳化温度、反应温度、引发剂浓度以及溶胀比的选择来控制。

6.根据权利要求1所述的阴离子交换色谱固定相的制备方法，其特征是：在修饰高交联甲基丙烯酸缩水甘油酯-二乙烯基苯共聚微球的过程中，依次以甲胺、三甲胺、二甲胺、三乙胺和二乙胺和1,4-丁二醇二缩水甘油醚为反应原料，水为溶剂，加热60℃，搅拌50rpm反应。

7.根据权利要求1所述的阴离子交换固定相的制备方法，其特征是：所述制备的阴离子交换色谱固定相用匀浆法装柱，并对其色谱性能进行表征，通过色谱性能评价，显示较高的离子交换容量，能够长期稳定地使用。