CN101249425B - 一种兼具亲水离子交换和反相离子交换两种分离模式色谱柱的原料配方和制备方法 - Google Patents

一种兼具亲水离子交换和反相离子交换两种分离模式色谱柱的原料配方和制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种兼具亲水离子交换和反相离子交换两种分离模式色谱柱的原料配方和制备方法；原料由基质单体、离子型单体、引发剂和致孔剂组成，按照原料配方，将基质单体和离子型单体在引发剂和致孔剂存在下于硅烷化的毛细管中进行聚合反应，反应完成后，用甲醇冲洗色谱柱，接着用酸或碱溶液水解固定相表面的环氧键，制得亲水离子交换和反相离子交换色谱柱。本发明的整体柱不再需要在柱子两端烧结柱塞，避免了填充毛细管柱的困难，通透性好，制备简单，可通过调节运行流动相中的有机改性剂比例，使同一色谱柱上获得两种不同的分离模式，其可适用的分离对象范围广，可满足中性、酸性和碱性物质的高效连续分离要求。

Description

一种兼具亲水离子交换和反相离子交换两种分离模式色谱柱的原料配方和制备方法
技术领域
本发明属于电色谱技术领域，更具体涉及一种兼具亲水离子交换和反相离子交换两种分离模式色谱柱的原料配方和制备方法。
背景技术
微柱高效液相色谱(μ-HPLC)又称毛细管液相色谱(capillary-HPLC)，是近几年发展起来的一种色谱微分离技术。毛细管电色谱(CEC)是毛细管液相色谱和毛细管电泳(CE)相结合的微分离技术，其流动相由管内电渗流驱动，它同时具了高效液相色谱的高选择性和毛细管电泳的高效性。微柱高效液相色谱和毛细管电色谱，都具有流动相和样品消耗量低，环境污染小，分离效率高，易于与其他检测方法连用等优点，因此在生化、医药、环境等领域发挥重要作用。
目前用于这两种方法的色谱柱主要分为三种类型：毛细管填充柱、毛细管开管柱及毛细管整体柱。填充柱近年发展较快，但其装填困难，需要很高的装柱技巧；而且毛细管两端须烧结柱塞，使得色谱柱易脆，不方便使用，同时柱塞的存在通常会引起气泡的产生，可能导致实验运行过程的中断。开管柱虽无封口问题，能够获得较高的柱效，但其相比小、样品容量低、检测困难，因而也受到一定的限制。整体柱是一种用有机或无机聚合方法在毛细管柱内进行原位聚合的连续床固定相。由于其具有优异的通透性、高空间利用率、制备简单、传质速度快、低柱压和无需烧结柱塞等优点，因而成为解决μ-HPLC和CEC发展瓶颈的一个理想方法。
迄今为止，色谱柱按照分离模式，主要分为：反相色谱、正相色谱、亲水相互作用色谱、离子色谱、体积排阻色谱等。整体色谱柱也主要分为这几类。最近几年，随着整体柱制备技术的发展，整体柱的分离模式已经不再是这些单一的种类。混合模式整体柱——如反相阴离子交换(Fu，H.，Xie，C.，Xiao，H.，Dong，J.，Hu，J.，Zou，H.，J.Chromatogr.A 2004，1044，237-244)、反相阳离子交换(Wu，R.A.，Zou，H.F.，Fu，H.J.，Jin，W.H.，Ye，M.L.，Electrophoresis 2002，23，1239-1245)、亲水阴离子交换(Ye，F.，Xie，Z.，Wong，K.，Electrophoresis 2006，27，3373-3380)等，因其具有多重的分离性能、更强大的分离能力，逐渐受到了色谱工作者的重视。
发明内容
本发明的目的是提供一种兼具亲水离子交换和反相离子交换两种分离模式色谱柱的原料配方和制备方法；原料易得，制备方法简单，不再需要在柱子两端烧塞子，避免了填充毛细管柱的困难，同时制备的整体色谱柱有优异的通透性、高空间利用率、制备简单、传质速度快、低柱压等优点，相对于单一混合模式的整体色谱柱，本发明的整体色谱柱可以简便地通过调整流动相中乙腈的比例在同一根色谱中实现不同模式的分离；既可以实现极性化合物的分离，也可以实现非极性化合物的分离。
本发明的兼具亲水离子交换和反相离子交换两种分离模式整体色谱柱的原料配方中各组分的重量百分比为：基质单体19.5～59.5％；离子型单体0.1～0.8％；引发剂0.3～2.0％；致孔剂40.0～80.0％。其中，基质单体是由甲基丙烯酸缩水甘油酯和二甲基丙烯酸乙二醇酯组成，甲基丙烯酸缩水甘油酯和二甲基丙烯酸乙二醇酯的重量百分比分别为：40.0～90.0％，10.0～60.0％。离子型单体为甲基丙烯酸丙基磺酸酯、甲基丙烯酸乙基磺酸酯、甲基丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基-1-丙磺酸、乙烯基磺酸钠、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基甲磺酸铵、N，N-二甲基胺乙基甲基丙烯酸酯或N，N-二甲基烯丙基胺中的一种；所述致孔剂为苯、甲苯、庚烷、异辛烷、环己醇、十二醇、丙醇、1，4-丁二醇、N，N-二甲基甲酰胺、甲酰胺、水、乙二醇、聚乙二醇中的一种或几种或所述苯、甲苯、庚烷、异辛烷、环己醇、十二醇、丙醇、1，4-丁二醇、N，N-二甲基甲酰胺、甲酰胺、水、乙二醇、聚乙二醇的同系物或异构体中的一种或几种；引发剂为偶氮二异丁腈、正丁基锂、过硫酸铵或过氧化苯甲酰中的一种。
本发明的具体制备步骤如下：
1)  毛细管的预处理：用0.1～1mol/L的HCl溶液冲洗毛细管空柱15～30分钟，然后用去离子水冲洗10～15分钟，接着用0.1～1mol/L的NaOH冲洗2～4小时，再用甲醇冲洗15～20分钟，氮气吹干待用；
2)  毛细管壁的硅烷化：在步骤1)处理过的毛细管中注入甲醇与甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷体积比为1∶1～2∶1的混合物，在40～60℃下反应12～24小时，使毛细管壁上键合一层带烯基的硅烷化物质；然后用甲醇冲洗10～15分钟；在50～70℃下用氮气吹干毛细管；
3)  柱内合成：将原料按照上述配方混合，将所得的混合物超声振荡10～15分钟后，吹氮气除去混合物中溶解的氧气，然后将混合物注入硅烷化处理过的毛细管中，将毛细管两端封闭并浸于60℃水浴中，反应2～48小时，待反应完成后，用甲醇流动相冲洗毛细管柱，除去柱内的残留试剂；随后，将酸溶液或碱溶液充满毛细管柱，在40～80℃水浴中加热2～10小时，最后用水冲洗毛细管柱至流出液为中性，即得到具有亲水离子交换和反相离子交换的色谱柱。
步骤3)中的所述酸溶液为浓度为0.01～1mol/L的盐酸溶液、0.01～1mol/L的硫酸溶液、0.01～1mol/L的硝酸溶液或0.01～1mol/L的磷酸溶液中的一种；所述碱溶液为0.01～1mol/L的氢氧化钠溶液、0.01～1mol/L的氢氧化钾溶液或0.01～1mol/L的碳酸钠溶液中的一种。
本发明的显著优点为：
a)本发明原位合成的色谱柱不再需要在柱子两端烧塞子，避免了填充毛细管柱的困难，同时具有优异的通透性、高空间利用率、制备简单、传质速度快、低柱压等优点，并可以简便地通过调整原料配方的比例得到通透性不同的整体柱，还可按实际需要方便地控制整体柱的长度。
b)本发明的整体柱用于色谱分离时，可以通过调节运行流动相中的有机改性剂比例，使得在同一根色谱柱上获得亲水离子交换或反相离子交换两种不同的分离模式。当流动相中有机改性剂比例较高时，固定相体现出亲水离子交换分离模式；而当有机改性剂比例较低时，体现出来的则是反相离子交换分离模式。对于不带电的中性化合物，该整体柱能够提供亲水或反相两种不同的分离模式；对于带电化合物，在该整体柱上可以通过亲水离子交换或反相离子交换两种不同的分离模式进行分离。该色谱柱可满足中性、酸性和碱性物质的高效连续分离要求。
c)本发明可根据分离对象不同，使用不同的离子型单体，制备带有不同离子基团的整体柱以产生不同的离子交换形式。相比商品化硅胶ODS柱及其他类型整体柱，其可适用的分离对象范围更广。
附图说明：
图1是实施例1整体柱的电镜扫描图。
图2是5种苯胺类化合物在μ-HPLC分离模式下的色谱图。其中：1.甲酰胺，2.对硝基苯胺，3.邻硝基苯胺，4.苯胺，5.邻苯二胺，6.对苯二胺。
图3是5种生物碱在亲水阳离子交换模式下的色谱图。其中：1.那可汀，2.罂粟碱，3.蒂巴因，4.可待因，5.吗啡。
图4是8种麻醉类药品在反相阳离子交换模式下的色谱图。其中：1.吗啡，2.咖啡因，3.可待因，4.海洛因，5.乙酰可待因，6.可卡因，7.罂粟碱，8.美沙酮。
具体实施方式
结合实施例阐述本发明的具体实施方式如下：
实施例1
1.毛细管的预处理
用0.1mol/L的HCl溶液冲洗毛细管空柱30分钟，然后用去离子水冲洗10分钟，接着用0.1mol/L的NaOH冲洗4小时，再用甲醇冲洗15分钟，氮气吹干待用；
2.毛细管壁的硅烷化
在步骤1处理过的毛细管中注入甲醇与甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷体积比为1∶1的混合物，在60℃下反应24小时，使毛细管壁上键合一层带烯基的硅烷化物质；然后用甲醇冲洗15分钟；在70℃下用氮气吹干毛细管；
3.柱内合成
将甲基丙烯酸缩水甘油酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、甲基丙烯酸丙基磺酸酯、N，N-二甲基甲酰胺和1，4-丁二醇按重量比分别为29.6％、10.0％、0.4％、12.0％、48.0％，所加引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)的用量为基质单体和离子型单体总用量的0.3％。将原料按照上述配方混合，将所得的混合物超声振荡15分钟后，吹氮气10分钟除去混合物中溶解的氧气，然后将混合物注入硅烷化处理过的毛细管中，并控制一定长度，将毛细管两端封闭并浸于60℃水浴中，反应24小时，待反应完成后，用甲醇冲洗毛细管柱，除去柱内的残留试剂；随后，将1mol/L的盐酸溶液充满毛细管柱，在60℃水浴中加热4小时，最后用水冲洗毛细管柱至流出液为中性，即得到具有亲水阳离子交换和反相阳离子交换分离模式的色谱柱。最后，将该柱在流动相运行下平衡1小时即可进行正常实验。
图1是该整体柱的电镜扫描图。
实施例2
将甲基丙烯酸缩水甘油酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、N，N-二甲基甲酰胺和1，4-丁二醇按重量比分别为22.2％、7.5％、0.3％、14.0％、56.0％，所加引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)的用量为基质单体和离子型单体总用量的0.3％。将原料按照上述配方混合，将所得的混合物超声振荡15分钟后，吹氮气10分钟除去混合物中溶解的氧气，然后将混合物注入硅烷化处理过的毛细管中，并控制一定长度，将毛细管两端封闭并浸于60℃水浴中，反应36小时，待反应完成后，用甲醇冲洗毛细管柱，除去柱内的残留试剂；随后，将1mol/L的盐酸溶液充满毛细管柱，在60℃水浴中加热4小时，最后用水冲洗毛细管柱至流出液为中性，即得到具有亲水阴离子交换和反相阴离子交换分离模式的色谱柱。最后，将该柱在流动相运行下平衡1小时即可进行正常实验。
分离试验：
1
以实施例1的整体柱为固定相，在μ-HPLC模式，以5mmol/L pH3.0的磷酸-三乙胺溶液/乙腈(45∶55，v/v)为流动相，辅助压力为1000psi的条件下，实现了5种苯胺类化合物对硝基苯胺、邻硝基苯胺、苯胺、邻苯二胺、对苯二胺的分离。
2
以实施例1的整体柱为固定相，在亲水阳离子交换模式，以5mmol/L pH4.0的磷酸盐缓冲溶液/乙腈(10∶90，v/v)为流动相，毛细管柱末端加-13kV电压，辅助压力为1000psi的条件下，实现了5种生物碱那可汀、罂粟碱、蒂巴因、可待因、吗啡的分离。
3
以实施例1的整体柱为固定相，在反相阳离子交换模式，以5mmol/L pH3.0的磷酸-三乙胺溶液/乙腈(50∶50，v/v)为流动相，在毛细管柱末端加-10kV电压，辅助压力为75psi的条件下，实现了8种麻醉类药品吗啡、咖啡因、可待因、海洛因、乙酰可待因、可卡因、罂粟碱、美沙酮的分离。

Claims (8)

1.一种兼具亲水离子交换和反相离子交换两种分离模式色谱柱，其特征在于：所述色谱柱的原料配方中各组分的重量百分比为：基质单体19.5～59.5％；离子型单体0.1～0.8％；引发剂0.3～2.0％；致孔剂40.0～80.0％；
所述色谱柱的制备步骤为：将原料按照上述配方混合，将所得的混合物超声振荡10～15分钟后，吹氮气除去混合物中溶解的氧气，然后将混合物注入硅烷化处理过的毛细管中，将毛细管两端封闭并浸于60℃水浴中，反应2～48小时，待反应完成后，用甲醇流动相冲洗毛细管柱，除去柱内的残留试剂；随后，将酸溶液或碱溶液充满毛细管柱，在40～80℃水浴中加热2～10小时，最后用水冲洗毛细管柱至流出液为中性，即得到具有亲水离子交换和反相离子交换的色谱柱。
2.根据权利要求1所述的兼具亲水离子交换和反相离子交换两种分离模式色谱柱，其特征在于：所述的基质单体是由甲基丙烯酸缩水甘油酯和二甲基丙烯酸乙二醇酯组成；所述甲基丙烯酸缩水甘油酯和二甲基丙烯酸乙二醇酯的重量百分比分别为：40.0～90.0％，10.0～60.0％。
3.根据权利要求1所述的兼具亲水离子交换和反相离子交换两种分离模式色谱柱，其特征在于：所述离子型单体为甲基丙烯酸丙基磺酸酯、甲基丙烯酸乙基磺酸酯、甲基丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基-1-丙磺酸、乙烯基磺酸钠、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、N，N-二甲基胺乙基甲基丙烯酸酯或N，N-二甲基烯丙基胺中的一种。
4.根据权利要求1所述的兼具亲水离子交换和反相离子交换两种分离模式色谱柱，其特征在于：所述致孔剂为苯、甲苯、庚烷、异辛烷、环己醇、十二醇、丙醇、1，4-丁二醇、N，N-二甲基甲酰胺、甲酰胺、水、乙二醇或聚乙二醇中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的兼具亲水离子交换和反相离子交换两种分离模式色谱柱，其特征在于：所述引发剂为偶氮二异丁腈、正丁基锂、过硫酸铵或过氧化苯甲酰中的一种。
6.根据权利要求1所述的兼具亲水离子交换和反相离子交换两种分离模式色谱柱，其特征在于：所述硅烷化处理毛细管的步骤为：
1)毛细管的预处理：用0.1～1mol/L的HCl溶液冲洗毛细管空柱15～30分钟，然后用去离子水冲洗10～15分钟，接着用0.1～1mol/L的NaOH冲洗2～4小时，再用甲醇冲洗15～20分钟，氮气吹干待用；
2)毛细管壁的硅烷化：在步骤1)处理过的毛细管中注入甲醇与甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷体积比为1∶1～2∶1的混合物，在40～60℃下反应12～24小时，使毛细管壁上键合一层带烯基的硅烷化物质；然后用甲醇冲洗10～15分钟；在50～70℃下用氮气吹干毛细管。
7.根据权利要求1所述的兼具亲水离子交换和反相离子交换两种分离模式色谱柱，其特征在于：所述酸溶液为浓度为0.01～1mol/L的盐酸溶液、0.01～1mol/L的硫酸溶液、0.01～1mol/L的硝酸溶液或0.01～1mol/L的磷酸溶液中的一种；所述碱溶液为0.01～1mol/L的氢氧化钠溶液、0.01～1mol/L的氢氧化钾溶液或0.01～1mol/L的碳酸钠溶液中的一种。
8.根据权利要求1所述的兼具亲水离子交换和反相离子交换两种分离模式色谱柱，其特征在于：所述色谱柱用法为通过调节运行流动相中的有机改性剂比例，使得在同一根色谱柱上获得亲水离子交换或反相离子交换两种不同的分离模式。
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