CN101205067A - 20～100微米液相色谱用微球形硅胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种20～100微米液相色谱用微球形硅胶及其制备方法，以正硅酸乙酯作为原料，硅溶胶或二氧化硅固体颗粒作为种子，采用种子增长法反应制得色谱用高效固定相，通过对种子选择以及使用的催化剂和扩孔剂的选择上进行了优选，整体提高了产品性能。用本方面制备出的多孔性微球，具有85～90％的粒径分布在20～100微米范围内的高度均匀性和孔径在2～60纳米之间，孔容在0.4～1.2ml/g之间，适合于用作高效液相色谱填料基质以及满足高校催化剂载体和高效吸附剂等的需要，其粒径高度均匀的特点使其特别适合于用作高效液相色谱填料的基质。

Description

20～100微米液相色谱用微球形硅胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及硅胶的制备技术，特别提供了一种20～100微米液相色谱用微球形硅胶及其制备方法。

背景技术

色谱法(Chromatography)是1906年俄国植物学家Michael Tswett发现并命名的。1944年出现纸上色谱，1952年诞生了气相色谱仪，20世纪60年代末诞生了高效液相色谱仪，大大拓宽了色谱法的应用范围。高效液相色谱，简称HPLC，又称高压液相色谱、高速液相色谱、高分辨液相色谱等，它具有以下特点：分离效能高、选择性高、检验灵敏度高、分析速度快。高效液相色谱法除具有以上特点外，其应用范围也日益扩展，由于它使用了非破坏性检测器，可用于样品的纯化制备。样品被分析后，在大多数情况下，可除去流动相，实现对少量珍贵样品的回收。

色谱分离技术的分离机理多种多样，但都必须包括两个相。一相为表面积较大的固体或附着在固体上且不发生运动的液体，称为固定相。固定相能与待分离的物质发生可逆的吸附、溶解、交换等作用，它是色谱的一个基质，对色谱分离的效果起关键作用。另一相是不断运动的液体或气体，称为流动相，又称展层剂、洗脱剂。随着生物技术、医药工业的发展和科学的进步，对物质纯度的要求也越来越高，采用传统的分离技术往往达不到所需的纯度要求，因此色谱分离逐渐应用于药物和生物物质的分离纯化过程中，目前，色谱分离技术已逐渐发展成为药品和生物产品高度纯化的重要手段之一。随着色谱分离技术的发展，对液相色谱固定相的重要组成部分～固定相填料也有了更高的要求，现有HPLC填料中硅胶基质占大多数(75％)，其次是聚合物基质(20％)，其他基质很少(5％)。

由于高效液相色谱及高效催化等多项需要，多孔微球形硅胶的开发越来越受到人们的重视，从制备角度可根据其技术原理不同分为三类：堆积硅珠法、溶胶-凝胶(SOL～GEL)法、喷雾干燥法，但生产出的产品或形状不均匀或粒径分布过宽，工艺复杂，产率低。单分散球形硅胶有其均匀优化的表面性质和规则的孔结构而且更有利于传质，且使柱子的操作压力较低，其中均匀的力度和孔径控制是非常棘手的问题，直接制备出粒度单分散的硅胶微球是色谱工作者的追求。文献1.K.K.Unger，PorousSillica，Elsevier，Amsterdam，1979.147～163报道的方法是对水玻璃(即硅酸钠水溶液)进行酸化处理，在一定条件下形成SiO₂的胶体溶液，再以不同方法将其聚集成所需球形粒子并转化为干凝胶，即多孔硅胶，但球面较粗糙，金属杂质含量高，孔径不均匀，文献2.US Pat 5,861,110(1999)报道的方法是将四氯化硅水解制成较高性能的硅胶，但成本高，单分散粒度不易获得，且产率较低。目前在科研单位、高校院所所使用的高效液相色谱固定相担体一般采用5微米、7微米、10微米球形二氧化硅固定相，该固定相具有柱效高、化学稳定性好、辨别速度快等优点，但是该固定相要求的柱压相对较高，工业化生产对设备的要求非常严格，以目前机械制造业的加工水平看，设备投资太大。因此研制具有柱压要求低，耐压设备加工相对简单，便于工业化生产的二氧化硅微球势在必行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种20～100微米液相色谱用微球形硅胶及其制备方法，它可以解决现有技术存在的成本高，单分散粒度不易获得，且产率较低，设备投资大等问题。本发明所制备出的硅胶粒度分布均匀、表面光滑。孔容、孔径、比表面积都优于高效液相色谱固定相的水平。

为了达到解决上述技术问题的目的，本发明的技术方案是，

一种20～100微米液相色谱用微球形硅胶，以正硅酸乙酯作为原料，硅溶胶或二氧化硅固体颗粒作为种子，采用种子增长法反应制得色谱用微球形硅胶。

一种20～100微米液相色谱用微球形硅胶的制备方法，以正硅酸乙酯作为原料，硅溶胶或二氧化硅固体颗粒作为种子，采用种子增长法反应制得色谱用高效固定相，具体步骤如下：

a、将硅溶胶或二氧化硅固体颗粒溶解于水中，使得二氧化硅的百分含量为1～25％，搅拌0.5～2小时制得种子液；

b、将以二氧化硅计≥28％的正硅酸乙脂按照1∶0.5～3的比例溶解在无水醇类中制得正硅酸乙酯溶液；

c、在常温下根据正硅酸乙酯的水解速度向所述种子液内滴加正硅酸乙酯溶液，水解产生的二氧化硅粒子长在二氧化硅种子外表面，使二氧化硅种子长大，滴加完毕后搅拌2～7小时；

d、在上述步骤a的种子液制备或步骤c的滴加正硅酸乙酯溶液的过程后，滴加百分含量为1～2％的催化剂并搅拌0.2～2小时；

e、然后过滤，将过滤后的滤饼在100～200℃烘干，300～800℃活化，疏散后即可。

在上述步骤a的种子液制备或步骤c的滴加正硅酸乙酯溶液的过程后，滴加百分含量为1～2％的扩孔剂并搅拌0.2～2小时；

进一步地，所述无水醇类为无水乙醇、无水甲醇或无水丙醇。

进一步地，所述催化剂选用盐酸、硫酸、硝酸、草酸中的一种或几种。

进一步地，所述催化剂选用氨水、氢氧化钠、硫酸钠、碳酸钠中的一种或几种。

进一步地，所述催化剂的浓度为5～30％。所述催化剂的浓度为选用的一种催化剂的浓度或者为几种催化剂的混合浓度。催化剂浓度为5～40％，更优选的选择5～30％。

进一步地，所述扩孔剂为十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵、己烷、戊烷、环戊烷中的一种或几种。

进一步地，所述扩孔剂的浓度为50～100％。所述扩孔剂的浓度为选用的一种扩孔剂的浓度或者为几种扩孔剂的混合浓度。扩孔剂浓度为5～100％，更优选的选择50～100％。

进一步地，所述二氧化硅粒径为10～100nm

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：

本发明提供了一种20～100微米液相色谱用微球形硅胶及其制备方法，通过对种子选择以及使用的催化剂和扩孔剂的选择上进行了优选，整体提高了产品性能，它可以解决现有技术存在的成本高，单分散粒度不易获得，且产率较低，设备投资大等问题。

使用正硅酸乙脂作为制备原料，避免了使用水玻璃而引入的金属杂质，可制备出高纯微球。使用扩孔剂、催化剂等，使得孔径均匀，反应迅速并根据所需孔径制备，不需要进行高温煅烧扩孔。使用可水洗掉的催化剂，不仅可控制粒度，而且在反应后可在水过程中排除这种催化剂的残留。整个制备过程反应均匀，多孔性微球稳定性好，易于键合，这是硅胶的其他制备方法所无法比拟的。

用本方法制备出的多孔性微球，具有85～90％的粒径分布在20～100微米范围内的高度均匀性和孔径在2～60nm之间，孔容在0.4～1.2ml/g之间，适合于用作高效液相色谱填料基质以及满足高校催化剂载体和高效吸附剂等的需要。其粒径高度均匀的特点使其特别适合于用作高效液相色谱填料的基质。

具体实施方式

实例1：

将5克粒径为10～50nm的二氧化硅种子微粒，分散在纯水200克中，开动搅拌器，将5ml5％的盐酸滴加入溶液中制成种子液，搅拌种子液30分钟后加入5ml 50％十六烷基三甲基氯化铵溶液搅拌30分钟。以二氧化硅计□28％的正硅酸乙脂200ml溶解在600ml无水乙醇中，全部溶解后即制得正硅酸乙脂溶液，向种子液内滴加正硅酸乙酯溶液，滴加完毕，并搅拌3个小时。过滤，将过滤后的滤饼120℃烘干，500℃活化，疏散即得液相色谱用微球形硅胶。

本产品的孔容0.75ml/g，孔径11nm，粒度范围20～40微米占90％以上。

实例2：

取50ml粒径为10～50nm的JN-25硅溶胶溶液，稀释到250ml纯水中搅拌30分钟，配成种子液。以二氧化硅计≥28％的正硅酸乙脂100ml溶解在100ml无水乙醇中，全部溶解后即制得正硅酸乙脂溶液。将5ml10％的草酸滴加入种子液中。开动搅拌器，向种子液中滴加入10ml 5％的十二烷基三甲基溴化铵溶液和10ml 100％的环戊烷溶液，搅拌30分钟后，开始向种子液内滴加正硅酸乙酯溶液，滴加完毕，搅拌5个小时。过滤，将过滤后的滤饼烘干，烘干温度120℃，烘干后500℃活化，疏散即得液相色谱用微球形硅胶。

本产品的孔容0.85ml/g，孔径13nm，粒度范围40～70微米占90％以上。

实例3：

取30ml粒径为10～40nm的SW-25酸性硅溶胶溶液，稀释到150ml纯水中搅拌30分钟，配成种子溶液。以二氧化硅计≥28％的正硅酸乙脂100ml溶解在50ml无水乙醇中，全部溶解后即制得。将5ml30％的氨水滴加入正硅酸乙脂溶液中。开动搅拌器，向种子液中滴加入10ml5％十二烷基三甲基氯化铵溶液和10ml100％的己烷溶液，搅拌60分钟后，开始向种子液内滴加正硅酸乙酯溶液，滴加完毕，搅拌4个小时。过滤，将过滤后的滤饼烘干，烘干温度120℃，烘干后500℃活化，疏散即得液相色谱用微球形硅胶。

本产品的孔容0.45ml/g，孔径2.5nm，粒度范围40～100微米占95％以上。

实例4：

取100ml粒径为30～70nm的SW-25酸性硅溶胶溶液，稀释到250ml纯水中搅拌30分钟，配成种子溶液。以二氧化硅计≥28％的正硅酸乙脂300ml溶解在150ml无水乙醇中，全部溶解后即制得正硅酸乙脂溶液。将2ml30％的氢氧化钠滴加入种子液中。开动搅拌器，向种子液中滴加入10ml10％的十六烷基三甲基氯化铵溶液和10ml 100％己烷溶液，搅拌60分钟后，开始向种子液内滴加正硅酸乙酯溶液，滴加完毕，搅拌4个小时。过滤，将过滤后的滤饼烘干，烘干温度120℃，烘干后500℃活化，疏散即得液相色谱用微球形硅胶。

本产品的孔容0.95ml/g，孔径14nm，粒度范围20～40微米占90％以上。

实例5：

取200ml粒径为10～30nm的JN-25碱性硅溶胶溶液，稀释到850ml纯水中搅拌30分钟，配成种子溶液。以二氧化硅计≥28％的正硅酸乙脂400ml溶解在250ml无水乙醇中，全部溶解后即制得正硅酸乙脂溶液。将5ml20％的硫酸钠滴加入正硅酸乙脂溶液中。开动搅拌器，向种子液中滴加入10ml5％的十六烷基三甲基氯化铵溶液和10ml100％的环己烷溶液，搅拌60分钟后，开始向种子液内滴加正硅酸乙酯溶液，滴加完毕，搅拌4个小时。过滤，将过滤后的滤饼烘干，烘干温度120℃，烘干后500℃活化，疏散即得液相色谱用微球形硅胶。

本产品的孔容0.85ml/g，孔径12nm，粒度范围20～40微米占90％以上。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种20～100微米液相色谱用微球形硅胶，其特征在于：以正硅酸乙酯作为原料，硅溶胶或二氧化硅固体颗粒作为种子，采用种子增长法反应制得色谱用微球形硅胶。

2.一种20～100微米液相色谱用微球形硅胶的制备方法，其特征在于：以正硅酸乙酯作为原料，硅溶胶或二氧化硅固体颗粒作为种子，采用种子增长法反应制得色谱用固定相，具体步骤如下：

a、将硅溶胶或二氧化硅固体颗粒溶解于水中，使得二氧化硅的百分含量为1～25％，搅拌0.5～2小时制得种子液；

b、将以二氧化硅计≥28％的正硅酸乙脂按照1∶0.5～3的比例溶解在无水醇类中制得正硅酸乙酯溶液；

c、在常温下根据正硅酸乙酯的水解速度向所述种子液内滴加正硅酸乙酯溶液，水解产生的二氧化硅粒子长在二氧化硅种子外表面，使二氧化硅种子长大，滴加完毕后搅拌2～7小时；

d、在上述步骤a的种子液制备或步骤c的滴加正硅酸乙酯溶液的过程后，滴加百分含量为1～2％的催化剂并搅拌0.2～2小时；

e、然后过滤，将过滤后的滤饼在100～200℃烘干，300～800℃活化，疏散后即可。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述无水醇类为无水乙醇、无水甲醇或无水丙醇。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：在所述步骤a的种子液制备或步骤c的滴加正硅酸乙酯溶液的过程后，滴加百分含量为1～2％的扩孔剂并搅拌0.2～2小时。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述催化剂选用盐酸、硫酸、硝酸、草酸中的一种或几种。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述催化剂选用氨水、氢氧化钠、硫酸钠、碳酸钠中的一种或几种。

7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于：所述催化剂的浓度为5～30％。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述扩孔剂为十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵、己烷、戊烷、环戊烷中的一种或几种。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述扩孔剂的浓度为50～100％。

10.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述二氧化硅粒径为10～100nm。