CN101306263A

CN101306263A - 烷基胺硅胶毛细管整体柱及其制备方法与应用

Info

Publication number: CN101306263A
Application number: CNA2008100734368A
Authority: CN
Inventors: 叶芳贵; 赵书林; 王顺
Original assignee: Guangxi Normal University
Current assignee: Guangxi Normal University
Priority date: 2008-01-22
Filing date: 2008-01-22
Publication date: 2008-11-19

Abstract

本发明提供一种新型反相电色谱硅胶基质整体柱，即：烷基胺硅胶毛细管整体柱，以满足在简单的色谱条件下实现包括中性、酸性和碱性化合物在内的大多数有机化合物的分离分析。特别对碱性有机化合物，可有效改善色谱峰对称性。本发明的烷基胺硅胶毛细管整体柱，包括毛细管和固定相，固定相结构式中：Si代表硅胶毛细管整体柱，R代表正链烷基，R₁代表氢或正链烷基。本发明还提供烷基胺硅胶毛细管整体柱的制备方法，其具体合成步骤如下：先制备出硅胶毛细管整体柱，然后制得含环氧基的硅胶毛细管整体柱，最后接上烷基胺得到烷基胺硅胶毛细管整体柱。本发明也提供了烷基胺硅胶毛细管整体柱在中性、酸性和碱性有机化合物中的应用。

Description

烷基胺硅胶毛细管整体柱及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及一种毛细管电色谱柱，尤其是烷基胺硅胶毛细管整体柱及其制备方法与应用。

背景技术

毛细管电色谱(CEC)是一种结合了高效液相色谱及高效毛细管电泳两大技术优势的新型分离分析方法，具有高效、高选择性、高分辨及快速分离的特点。CEC开辟了高效微分析领域的新途径而成为当代色谱学发展的一个新方向(罗国安，王义明，陈令新，梁琼麟，毛细管电色谱及其在生命科学中的应用.北京，2005，科学出版社)。

通常使用的电色谱柱为颗粒填充柱，该类柱的填充和塞子的制作十分复杂繁琐，而且塞子的存在被认为是填充柱产生气泡的原因，也正是两端塞子的稳定性影响了柱子的稳定性，这些因素正制约着电色谱的进一步发展。整体柱具有制备简单、内部结构均匀、通透性和重现性好、无需制备塞子等优点，被誉为新一代的色谱分离介质(E.Klodzínska，D.Moravcova，P.Janderab，B.Buszewski，J.Chromatogr.A2006，1109，51-59)。硅胶整体柱作为电色谱整体柱家族的一员，有其它整体柱无可比拟的优越性，如高的机械强度、良好的耐溶剂性能、耐高低温性能等，代表了电色谱的一种发展方向。

硅胶基质烷基键合固定相在毛细管电色谱分析中的应用最为广泛。目前，在毛细管电色谱实践中，超过半数采用的是非极性固定相(如C18和C8)以反相模式分离中性化合物，反相电色谱分离模式为极性和中性物质的分离提供了相当满意的分离效果(Klaus K.Unger；Marion Huber；Karin Walhagen；Tom P.Hennessy；Milton T.W.Hearn，Anal.Chem.2002，74，200A-2007A)，但是对于强极性和碱性化合物的分离分析却是一个挑战(Jing Dong，Junjie Ou，Xiaoli Dong，Renan Wu，Mingliang Ye，Hanfa Zou，J.Sep.Sci，2007，30，2986-2992)。对于强极性物质，因为在反相模式下，为了增加极性物质的保留，使用了含有大量缓冲盐水溶液的流动相，由于固定相表面不能与流动相充分润湿，容易在界面产生气泡，导致电渗流中断，实验失败。而对于碱性化合物，由于填料对碱性物质的强非特异性吸附，由此导致色谱峰拖尾严重，检测灵敏度下降。采取在流动相中加入三乙胺和乙二胺等添加剂可较好地改善色谱峰的对称性，但由于在流动相中添加竞争碱，会增加流动相的电导，从而增加焦耳热效应，使体系更容易产生气泡；而且由于竞争碱中和了部分硅羟基的负电荷，因此产生的电渗流也比较小。近年来，色谱工作者为改善极性和碱性化合物的电色谱分离分析，制备了各种改性硅胶键合相。如Shi等(Z.-G.Shi，Y.-Q.Feng，L.Xu，M.Zhang andS.-L.Da，Talanta，2004，63，593-598)用二氧化锆包覆硅胶整体柱，然后用磷酸盐和十八烷基磷酸修饰制得了峰对称性较好的电色谱整体固定相；Progent等(Frédéric Progent and Myriam Taverna，J.Chromatogr.A 2004，1052，181-189)采用包埋季胺阳离子的C21烷基键合相研究多肽的电色谱行为。Ding等(GuoshengDing，Zhenliang Da，Ruijuan Yuan，James J.Bao，Electrophoresis，2006，27，3363-3372)制备了一种反相-弱阴离子交换混合模式硅胶基质整体柱，但应用于极性和碱性化合物的硅胶基质整体柱的报道还很少(Sebastiaan Eeltink Wim Th.Kok Electrophoresis 2006，27，84-96)。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型反相电色谱硅胶基质整体柱即：烷基胺硅胶毛细管整体柱，以满足在简单的色谱条件下实现包括中性、酸性和碱性化合物在内的大多数有机化合物的分离分析。

本发明的烷基胺硅胶毛细管整体柱，包括毛细管和固定相，固定相结构为下式：

式中：代表硅胶毛细管整体柱，

R代表正链烷基，

R₁代表氢或正链烷基。

优选：

R代表碳原子数从6个至30个的正链烷基，

R₁代表氢或碳原子数从1个至20个的正链烷基。

最优选：

R代表碳原子数从8个至18个的正链烷基，

R₁代表氢或碳原子数从1个至20个的正链烷基。

本发明还提供烷基胺硅胶毛细管整体柱的制备方法，该制备方法的具体合成步骤如下：先制备出硅胶毛细管整体柱，然后制得含环氧基的硅胶毛细管整体柱，最后接上烷基胺得到烷基胺硅胶毛细管整体柱。

本发明的烷基胺硅胶毛细管整体柱的制备方法中，硅胶毛细管整体柱为采用溶胶-凝胶法制备的。即：由四甲氧基硅烷(TMOS)和甲基三甲氧基硅烷(MTMS)作为共聚反应混合前驱体、聚乙二醇(PEG)为相分离诱导剂、尿素为制中孔剂及乙酸为催化剂，在经预处理的石英毛细管内水解缩聚成凝胶，经陈化、热处理制得中孔、干燥和老化等凝胶后续处理得到。

本发明通过下述方法来制得含环氧基的硅胶毛细管整体柱：将含环氧丙烷基团的硅烷偶联剂溶解在10～15倍(体积比)的有机溶剂中，通过高压输液泵以在柱衍生化的方式与硅胶毛细管整体柱上的硅羟基反应，其反应温度为105～115℃，反应时间为4h-8h，

反应式中：

代表硅胶毛细管整体柱，

X代表甲氧基、乙氧基或氯。

所用含环氧丙烷基团的硅烷偶联剂有3一缩水甘油基丙基三甲氧基硅烷或3一缩水甘油基三乙氧基硅烷、3一缩水甘油基丙基二甲基-氯硅烷，所用有机溶剂有甲苯，乙醇，N，N-二甲基甲酰胺。

烷基胺硅胶毛细管整体柱的制备方法中，烷基胺通过柱上衍生化的方式键合到含环氧基的硅胶毛细管整体柱上。首先将烷基胺溶解在有机溶剂中，通过高压输液泵注入含环氧基的硅胶毛细管整体柱中，以在线柱内改性方式进行表面化学修饰，其反应温度为30～90℃，反应时间为4h-8h，

反应式中：

代表硅胶毛细管整体柱，

R代表正链烷基，

R₁代表氢或正链烷基。

所用的烷基胺用下式表示：R一NH一R₁，式中R代表碳原子数从6个至30个的正链烷基，优选碳原子数8个至18个的正链烷基，R₁代表H或碳原子数从1个至20个的正链烷基，所用有机溶剂有甲醇，乙醇。

本发明也提供烷基胺硅胶毛细管整体柱在中性、酸性和碱性有机化合物中的应用。

该整体柱是在硅胶整体柱表面上键合带极性基团的取代基，然后再键合正链烷基而制成，即该固定相内部具有亲水性，外部具有疏水性。内部亲水性的基团不仅具有对极性化合物氢键作用和增加固定相的亲水性，而且在酸性和中性流动相条件下产生较强的正电渗流。对于极性化合物，由于固定相亲水性的提高，能有效实现极性化合物的电色谱分离。对于碱性化合物，由于带正电荷的质子化胺基离子静电屏蔽作用，可避免碱性溶质与残留硅羟基作用而导致严重的峰拖尾现象；本发明是关于采用偶联剂将伯胺或仲胺共价键合在一种含羟基的硅胶整体柱上，得到一种在电色谱分离分析包括中性、酸性和碱性化合物在内的有机化合物时具有良好色谱峰对称性的柱填料，尤其是采用硅烷偶联剂把伯胺或仲胺键合在硅胶整体柱上。

本发明以溶胶-凝胶方法先制备无机硅胶整体柱，再通过柱上衍生化反应引入烷基胺功能基团。所得硅胶整体柱具有硅胶基质网络渗透性和机械强度高、耐溶剂性能好等优点；硅胶整体柱表面键合功能基团提供了一种混合模式的分离机理，即同时具有产生疏水性烷基链和一个亲水的胺基基团结构单元。正链烷基能够起到很好的色谱分配作用。而胺基基团不仅具有对极性化合物的氢键作用和增加固定相的亲水性，而且在酸性和中性流动相条件下还能够作为阴离子交换剂和产生较强的正向电渗流。对于极性化合物的电色谱分离，可使用较低含量有机改性剂(＜40％)的流动相，而不会产生气泡干扰中断实验。对于碱性有机化合物，可避免带正电荷的碱性溶质与残留硅羟基作用导致严重的峰拖尾现象；以本发明的烷基胺硅胶毛细管整体柱作为电色谱固定相，可利用反相电色谱模式或混合作用模式来分离极性、非极性和碱性有机化合物。

本发明所用的整体柱的基质是带有羟基的具有相互交联的骨架和多孔网络结构，内部结构均匀，机械强度高，耐溶剂性能好的硅胶整体柱。本发明所述的固定相在酸性和中性条件下极性胺基电离带正电荷，产生较大的正向电渗流，可有效地用于有机化合物的电色谱分离，特别是极性和碱性有机化合物的分离。

附图说明

图1为一种烷基胺硅胶毛细管整体柱的固定相结构式；

图2为一种烷基胺硅胶毛细管整体柱的扫描电镜图；

图3为图1所示整体柱柱体与管壁连接处的扫描电镜图；

图4为烷基胺硅胶毛细管整体柱对苯同系物的分离电色谱图；

图5为烷基胺硅胶毛细管整体柱对极性苯酚类化合物的分离电色谱图；

图6为烷基胺硅胶毛细管整体柱对碱性苯胺类化合物的分离电色谱图。

具体实施方式

实施例1：

(1)硅胶整体柱的制备：取内径为75μm，外径365μm石英毛细管，依次用1mol/L的NaOH溶液浸洗过夜，二次水，盐酸，二次水、丙酮、无水乙醚冲洗1h，然后在通N₂下180℃干燥3h，两端封口备用。0.22g聚乙二醇(Mr＝10000)、0.225g的尿素溶于2.5mL 0.01mol/L乙酸溶液中，其中滴加1mL四甲氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷(9/1，v/v)，冰浴下剧烈搅拌，待溶液成透明均一的溶胶，注入经预处理好的毛细管中，两端用硅橡胶封口，放入恒温水浴40℃下陈化25h，取出，于120℃下热处理3h，以获得适当的比表面和孔结构。截掉封口，用水冲洗出未反应物质，再用水、无水乙醇冲洗并在60℃下烘干，放置气相色谱仪柱温箱中330℃老化25h即得硅胶毛细管整体柱(基质)。

(2)环氧基硅胶整体柱的制备：

硅胶毛细管整体柱床层用6M盐酸处理约2h，去离子水冲洗至中性，接入气相色谱仪柱温箱内N₂吹扫下180℃热处理1h完成活化。5mL 3一缩水甘油基丙基三甲氧基硅烷和40mL无水甲苯混合均匀，用高压输液泵引入毛细管柱中进行柱上硅烷化表面化学修饰，于110℃恒温反应1h，该步骤重复4次。反应完成后依次用无水甲苯、甲醇、丙酮冲洗，然后在N₂吹扫下，50℃干燥2h。

(3)烷基胺硅胶整体柱的制备：

3g正十四烷基胺溶于40mL甲醇中，用高压输液泵将此溶液引入环氧基硅胶整体柱中，于80℃恒温反应1h，该步骤重复4次。反应完成后，依次用甲醇、乙腈、缓冲溶液冲洗，即得正十四烷基胺硅胶毛细管整体柱。其扫描电镜图见图2、图3。

实施例2

用2.5g正癸胺代替正十四胺，按实施例1的步骤进行，得正癸烷基胺毛细管整体柱。

实施例3

用实施例1制备的烷基胺硅胶毛细管整体柱，截取总长度为30cm，有效长度为20cm，在CEC模式下，以pH＝2.5、离子浓度10mmol/L、乙腈∶醋酸盐(60/40，v/v)的缓冲液为流动相，外加电压-15kV、检测波长214nm条件下，对苯的同系物进行分离，对应峰分别1.苯，2.甲苯，3.乙苯，4.丙苯，5.丁苯，6.戊苯，7.已苯。其谱图如图4所示。

实施例4

用实施例1制备的烷基胺硅胶毛细管整体柱，以pH＝2.5、离子浓度10mmol/L、乙腈∶醋酸盐(30/70，v/v)的缓冲液为流动相，外加电压-15kV、检测波长214nm条件下对六种极性苯酚类化合物进行了分离。对应峰分别1.苯酚，2.对硝基苯酚，3.二硝基苯酚，4.邻氯苯酚，5.邻硝基苯酚，6.二氯苯酚。其谱图如图5所示。

实施例5

用实施例1制备的烷基胺硅胶毛细管整体柱，分离苯胺碱性有机化合物。其分离条件如下：流动相∶乙腈与醋酸盐缓冲液的体积比为70比30，醋酸盐缓冲液pH为3，检测波长为254nm，其余实验分离条件同实施例4。对应峰分别1.二苯胺，2.α萘胺，3.邻联甲苯胺，4.邻苯二胺。其谱图如图6所示。

Claims

1、一种烷基胺硅胶毛细管整体柱，包括毛细管和固定相，其特征在于固定相结构为下式：

式中：

代表硅胶毛细管整体柱，

R代表正链烷基，

R₁代表氢或正链烷基。

2、根据权利要求1所述的烷基胺硅胶毛细管整体柱，其特征在于：

R代表碳原子数从6个至30个的正链烷基，

R₁代表氢或碳原子数从1个至20个的正链烷基。

3、根据权利要求1或2所述的烷基胺硅胶毛细管整体柱，其特征在于：

R代表碳原子数从8个至18个的正链烷基，

R₁代表氢或碳原子数从1个至20个的正链烷基。

4、根据权利要求1所述的烷基胺硅胶毛细管整体柱的制备方法，其特征在于具体合成步骤如下：先制备出硅胶毛细管整体柱，然后制得含环氧基的硅胶毛细管整体柱，最后接上烷基胺得到烷基胺硅胶毛细管整体柱。

5、根据权利要求4所述的烷基胺硅胶毛细管整体柱的制备方法，其特征在于所述的硅胶毛细管整体柱为采用溶胶-凝胶法制备的。

6、根据权利要求5所述的烷基胺硅胶毛/细管整体柱的制备方法，其特征在于由四甲氧基硅烷(TMOS)和甲基三甲氧基硅烷(MTMS)作为共聚反应混合前驱体、聚乙二醇(PEG)为相分离诱导剂、尿素为制中孔剂及乙酸为催化剂，在经预处理的石英毛细管内水解缩聚成凝胶，经陈化、热处理制得中孔、干燥和老化等凝胶后续处理得到。

7、根据权利要求4所述的烷基胺硅胶毛细管整体柱的制备方法，其特征在于含环氧丙烷基团的硅烷偶联剂溶解在10～15倍(体积比)的有机溶剂中，通过高压输液泵以在柱衍生化的方式与硅胶毛细管整体柱上的硅羟基反应，其反应温度为105～115℃，反应时间为4h-8h，

反应式中：

代表硅胶毛细管整体柱，

X代表甲氧基、乙氧基或氯。

8、根据权利要求7所述的烷基胺硅胶毛细管整体柱制备方法，其特征在于所用含环氧丙烷基团的硅烷偶联剂有3一缩水甘油基丙基三甲氧基硅烷或3一缩水甘油基三乙氧基硅烷、3一缩水甘油基丙基二甲基一氯硅烷，所用有机溶剂有甲苯，乙醇，N，N-二甲基甲酰胺。

9、根据权利要求4所述的烷基胺硅胶毛细管整体柱的制备方法，其特征在于烷基胺通过柱上衍生化的方式键合到含环氧基的硅胶毛细管整体柱上。

10、根据权利要求9所述的烷基胺硅胶毛细管整体柱的制备方法，其特征在于烷基胺溶解在有机溶剂中，通过高压输液泵注入含环氧基的硅胶毛细管整体柱中，以在线柱内改性方式进行表面化学修饰，其反应温度为30～90℃，反应时间为4h-8h，

反应式中：

代表硅胶毛细管整体柱，

R代表正链烷基，

R₁代表氢或正链烷基。

11、根据权利要求9所述的烷基胺硅胶毛细管整体柱制备方法，其特征在于所用的烷基胺用下式表示：R一NH一R1，式中R代表碳原子数从6个至30个的正链烷基，优选碳原子数8个至18个的正链烷基，R1代表H或碳原子数从1个至20个的正链烷基，所用有机溶剂有甲醇，乙醇。

12、权利要求1所述的烷基胺硅胶毛细管整体柱在中性、酸性和碱性有机化合物中的应用。