CN112675825B

CN112675825B - 一种高柱效附聚型离子色谱固定相的制备方法

Info

Publication number: CN112675825B
Application number: CN202011353727.XA
Authority: CN
Inventors: 黄忠平; 戴徐鑫; 诸葛纯; 宁弘宇; 刘会君
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2020-11-27
Filing date: 2020-11-27
Publication date: 2022-11-25
Anticipated expiration: 2040-11-27
Also published as: CN112675825A

Abstract

本发明提供了一种高柱效附聚型离子色谱固定相的制备方法，首先依靠磺化反应在基质微球的表面引入磺酸基团，然后用甲胺与1,4‑丁二醇二缩水甘油醚进行伯胺，环氧单体的开环反应制得阳离子聚电解质，利用阳离子聚电解质与磺化微球表面的磺酸基团依靠静电作用进行附聚，将该固定相通过1,4‑丁二醇二缩水甘油醚和甲胺进行接枝反应，改变接枝次数可得交换容量可控的阴离子色谱固定相；本发明开发了一种具有良好重现性的附聚型离子色谱固定相的合成方法，对7种常见阴离子具有柱效高、容量高与选择性好的特点。

Description

一种高柱效附聚型离子色谱固定相的制备方法

技术领域

本发明涉及一种离子色谱固定相的制备方法，特别涉及一种高柱效附聚型离子色谱固定相的制备方法。

背景技术

离子色谱作为液相色谱的一种，被广泛的应用于无机离子、有机酸，胺类和糖类的检测。其机理为大多数电离物质在溶液中会发生电离，产生电导，通过对电导的检测，就可以对其电离程度进行分析。由于在稀溶液中大多数电离物质都会完全电离，因此可以通过测定电导值来检测被测物质的含量。与液相色谱有所区别的是，经典液相分离中可通过改变固定相种类与流动相的组成、比例从而达到物质的基线分离，而由于离子色谱的流动相种类的限定，物质的分离主要依赖于固定相的种类。因此作为离子交换色谱的核心组成部分，色谱柱的固定相填料一直是影响离子交换色谱分离性能的首要因素，要求柱效高、柱容量大、选择性好、分析速度快、性能稳定等特点。因此，对新型离子色谱交换固定相的改进和研究仍然是现代IC的热门研究方向之一。

市售的离子色谱固定相主要被美国赛默飞与瑞士万通所垄断，国内生产商在离子色谱固定相的制备方面仍有巨大的发展空间。而离子色谱固定相具体的合成步骤的信息十分有限，且近十年的有关文献很少描述固定相具体详细的合成制备工艺。因此，开发一种合成重现性好，且对于7种常规阴离子(F^-、Cl^-、NO₂ ^-、Br^-、NO₃ ^-、PO₄ ^3-、SO₄ ^2-)具有高柱效，高容量，高选择性的色谱柱制备方法是十分有意义的。

发明内容

本发明目的是提供一种高柱效附聚型离子色谱固定相的制备方法，用于对7种常规阴离子的定性、定量分析，并在此基础上对磺化条件、阳离子聚电解质制备条件、附聚修饰量、接枝次数进行了优化。

本发明的技术方案如下：

一种高柱效附聚型离子色谱固定相的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)基质的磺化：取PS-DVB(聚苯乙烯-二乙烯基苯)微球浸没于乙酸中润湿搅拌，加入二氯甲烷搅拌溶胀，在0～60℃(优选20～50℃)下加入浓硫酸(98wt％)进行磺化3～10min(优选3～6min)，之后将反应混合物倒入冰稀硫酸(5wt％，0℃)中使反应猝灭，过滤，用去离子水洗涤至滤液中性后，得到磺化基质微球(保存在去离子水中备用)；

所述乙酸、二氯甲烷、浓硫酸的体积用量以PS-DVB微球的质量计分别为6mL/g、1.2mL/g、2.8mL/g；

(2)阳离子聚电解质的制备：将1,4-丁二醇二缩水甘油醚的水溶液超声均匀，滴加甲胺的水溶液，加热至60℃搅拌60min，之后冷却至室温(20～30℃)，用0.45μm针筒过滤器过滤，收集滤液得到阳离子聚电解质；

所述1,4-丁二醇二缩水甘油醚的水溶液浓度为4～14wt％，优选6～10wt％；

所述甲胺的水溶液浓度为1～10wt％，优选4～6wt％；

所述1,4-丁二醇二缩水甘油醚的水溶液与甲胺的水溶液的体积比为1：1；

(3)附聚修饰：将步骤(1)所得磺化基质微球加入去离子水超声至分散，滴加步骤(2)所得阳离子聚电解质，加热至40℃搅拌24h，之后过滤，洗涤(用去离子水，下同)，得到附聚修饰的基质微球；

所述阳离子聚电解质的体积用量以磺化基质微球的质量计为16～64mL/g；

(4)接枝反应：将步骤(3)所得附聚修饰的基质微球加入1,4-丁二醇二缩水甘油醚的水溶液中，加热至60℃搅拌30min，过滤洗涤后再将微球加入甲胺的水溶液中，加热至60℃搅拌30min，过滤洗涤，完成一次接枝反应，重复该接枝反应2～6次(优选3～4次)，得到附聚型离子色谱固定相；

所述甲胺的水溶液浓度为1～10wt％，优选4～6wt％。

本发明所述的附聚型离子色谱固定相的制备方法，首先依靠磺化反应在基质微球的表面引入磺酸基团(如图1a)，然后用甲胺与1,4-丁二醇二缩水甘油醚进行伯胺，环氧单体的开环反应制得阳离子聚电解质(如图1b)，利用阳离子聚电解质与磺化微球表面的磺酸基团依靠静电作用进行附聚(如图1c)，将该固定相通过1,4-丁二醇二缩水甘油醚和甲胺进行接枝反应(如图1d)，改变接枝次数可得交换容量可控的阴离子色谱固定相。

本发明具有如下优点：

1、开发了一种具有良好重现性的附聚型离子色谱固定相的合成方法，对7种常见阴离子具有柱效高、容量高与选择性好的特点。

2、***地探究了基质磺化、阳离子聚电解质的制备、附聚修饰与接枝对于附聚型离子色谱固定相的影响，对于其他伯胺与环氧单体制备的附聚型离子色谱固定相有相当大的借鉴作用。

附图说明

图1a～1d为本发明所述的高柱效附聚型离子色谱固定相的制备过程示意图。

图2为不同浓度的甲胺和1,4-丁二醇二缩水甘油醚水溶液制备的阳离子聚电解质所得固定相，在接枝两次后对于7种常见阴离子的色谱分离谱图；(a)4.5wt％甲胺与6.5wt％1,4-丁二醇二缩水甘油醚制备的固定相7种常见阴离子的色谱分离图，(b)1.8wt％甲胺与10wt％1,4-丁二醇二缩水甘油醚制备的固定相7种常见阴离子的色谱分离图，(c)4wt％甲胺与10wt％1,4-丁二醇二缩水甘油醚制备的固定相7种常见阴离子的色谱分离图。色谱条件为：流动相：2M Na₂CO₃+2M NaHCO₃；抑制电流：20mA；流动相流速：1mL/min；进样体积：25μL；柱温：30℃。

图3为不同磺化条件制备的固定相的色谱分离图，色谱条件同上；(a)0℃，3min磺化条件制备的固定相的色谱分离图，(b)30℃，10min磺化条件制备的固定相的色谱分离图，(c)60℃，6min磺化条件制备的固定相的色谱分离图。

图4为不同体积阳离子聚电解质修饰量制备的固定相的色谱分离图，色谱条件同上；(a)120ml阳离子聚电解质修饰量制备的固定相色谱分离图，(b)80ml阳离子聚电解质修饰量制备的固定相色谱分离图，(c)40ml阳离子聚电解质修饰量制备的固定相色谱分离图。

图5为不同接枝次数所制备的固定相的色谱分离图，色谱条件为：流动相流速：1mL/min，进样体积：25μL，柱温：30℃；(a)4次接枝修饰的固定相色谱分离图，流动相：3MNa₂CO₃+3M NaHCO₃，抑制电流：26mA，(b)3次接枝的修饰的固定相的色谱分离图，流动相：2.5M Na₂CO₃+2.5M NaHCO₃，抑制电流：23mA(c)2次接枝修饰的固定相色谱分离图，流动相：2M Na₂CO₃+2M NaHCO₃，抑制电流：20mA。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不仅限于此。

以下实施例中用到的PS-DVB微球为纳微科技Unips 10-300型号。

固定相性能评价时，7种常见阴离子为F^-、Cl^-、NO₂ ^-、Br^-、NO₃ ^-、PO₄ ^3-、SO₄ ^2-。

实施例1不同单体比对于阳离子聚电解质制备效果的考察

(1)基质的磺化：取2.5g PS-DVB微球(粒径10μm)浸没于15mL乙酸中润湿搅拌10min，加入3mL二氯甲烷搅拌溶胀30min，在30℃下加入7mL浓硫酸进行磺化6min，将磺化微球混液倒入200mL冰稀硫酸中使反应猝灭。用大量去离子水洗涤至滤液中性后，保存在去离子水中备用。

(2)阳离子聚电解的制备：将40mL 6wt％1,4-丁二醇二缩水甘油醚水溶液超声均匀后倒入烧瓶，以恒压漏斗滴加40mL10wt％甲胺水溶液，加热至60℃搅拌反应60min后冷却至室温，用0.45μm针筒过滤器过滤得阳离子聚电解质。

(3)附聚修饰：将2.5g步骤(1)中所得的磺化基质微球加入100mL去离子水超声至分散加入烧瓶，将80mL步骤(2)所得阳离子聚电解质用恒压漏斗加入烧瓶，加热至40℃搅拌24h后过滤洗涤得附聚修饰的基质微球。

(4)接枝反应：将2.5g步骤(3)所得附聚修饰的基质微球加入20mL 6wt％1,4-丁二醇二缩水甘油醚的水溶液中，加热至60℃搅拌30min后过滤洗涤，再将微球加入20mL10wt％甲胺的水溶液中，加热至60℃搅拌30min，过滤洗涤，完成一次接枝反应，重复该接枝反应2次，得到附聚型离子色谱固定相。

按照上述过程，分别采用不同浓度的甲胺和1,4-丁二醇二缩水甘油醚水溶液制备阳离子聚电解质，甲胺与1,4-丁二醇二缩水甘油醚水溶液的浓度分别为4.5％：6.5％、1.8％：10％、4％：10％，所得附聚修饰的基质微球在接枝两次后对于7种常见阴离子的色谱分离谱图见图2。以柱效与分离时间为评价标准，使用甲胺与1,4-丁二醇二缩水甘油醚水溶液的浓度分别为4％：10％时，所制备的固定相有最高的柱效与最短的分析时间，且7种阴离子的色谱峰不对称程度最小，为最好的制备单体比。

实施例2不同磺化条件对于固定相柱效的考察

按照实施例1的方法，分别以0℃，3min；30℃，10min；60℃，6min为磺化条件，对不同磺化条件制备的固定相进行色谱性能表征，从图3中可以看出磺化条件对于色谱性能影响很大，在30℃，10min的磺化条件下柱效较高且色谱峰的不对称程度小，因此采用30℃的磺化温度较为适宜。

实施例3阳离子聚电解质修饰量对于固定相柱效的考察

按照实施例1的方法，取磺化微球分别用40、80、120mL的阳离子聚电解质进行修饰，对于制得固定相进行色谱表征，从图4中可知，随着阳离子聚电解质修饰量的增加，柱效也在升高，峰不对称度也在减小，以80mL为拐点，修饰量增加柱效并未有明显增加。

实施例4接枝次数对于固定相柱效的考察

按照实施例1的方法，对于附聚修饰的微球分别进行2次、3次、4次接枝修饰。从图5中可以看到修饰次数的增加柱容量也随之增大，柱效也有提升，但随着接枝次数的增大，柱效的增加幅度也在变小。可以控制接枝次数达到柱容量可控的目的。

Claims

1.一种高柱效附聚型离子色谱固定相的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)基质的磺化：取PS-DVB微球浸没于乙酸中润湿搅拌，加入二氯甲烷搅拌溶胀，在0～60℃下加入浓硫酸进行磺化3～10min，之后将反应混合物倒入冰稀硫酸中使反应猝灭，过滤，用去离子水洗涤至滤液中性后，得到磺化基质微球；

(2)阳离子聚电解质的制备：将1,4-丁二醇二缩水甘油醚的水溶液超声均匀，滴加甲胺的水溶液，加热至60℃搅拌60min，之后冷却至室温，用0.45μm针筒过滤器过滤，收集滤液得到阳离子聚电解质；

(3)附聚修饰：将步骤(1)所得磺化基质微球加入去离子水超声至分散，滴加步骤(2)所得阳离子聚电解质，加热至40℃搅拌24h，之后过滤，洗涤，得到附聚修饰的基质微球；

(4)接枝反应：将步骤(3)所得附聚修饰的基质微球加入1,4-丁二醇二缩水甘油醚的水溶液中，加热至60℃搅拌30min，过滤洗涤后再将微球加入甲胺的水溶液中，加热至60℃搅拌30min，过滤洗涤，完成一次接枝反应，重复该接枝反应2～6次，得到附聚型离子色谱固定相。

2.如权利要求1所述高柱效附聚型离子色谱固定相的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述乙酸、二氯甲烷、浓硫酸的体积用量以PS-DVB微球的质量计分别为6mL/g、1.2mL/g、2.8mL/g。

3.如权利要求1所述高柱效附聚型离子色谱固定相的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述1,4-丁二醇二缩水甘油醚的水溶液浓度为4～14wt％，所述甲胺的水溶液浓度为1～10wt％，所述1,4-丁二醇二缩水甘油醚的水溶液与甲胺的水溶液的体积比为1：1。

4.如权利要求1所述高柱效附聚型离子色谱固定相的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述阳离子聚电解质的体积用量以磺化基质微球的质量计为16～64mL/g。

5.如权利要求1所述高柱效附聚型离子色谱固定相的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述1,4-丁二醇二缩水甘油醚的水溶液浓度为4～14wt％，所述甲胺的水溶液浓度为1～10wt％。