CN101829551A - 一种混合模式硅胶固定相及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合模式硅胶固定相，其是一种疏水/强阳离子交换混合模式的硅胶固定相。该硅胶固定相在硅胶表面连接有式(I)和式(II)所示结构的化合物。本发明硅胶固定相是通过将含辛基和含巯基的硅烷偶联剂键合到表面带有羟基的活化硅胶上，再用双氧水将巯基氧化为磺酸基团获得。将该硅胶作为填料制备成色谱柱可以有效分离多种物质。本发明硅胶固定相的制备简单，重现性好，具有良好的应用前景。

Description

一种混合模式硅胶固定相及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种色谱固相材料，具体地说是一种混合模式硅胶固定相，本发明还涉及该硅胶固定相的制备方法和用途。

背景技术

高效液相色谱法是当代色谱技术最主要的组成部分，是近代分析化学中发展最快、应用最广的分离分析技术，它在化学、医药、食品、环保、生化及工业制备等众多领域发挥越来越重要的作用。在高效液相色谱系统中，高选择性色谱固定相的研制一直以来都是色谱分析的核心，也是现代高效液相色谱最活跃的前沿研究领域。尽管液相色谱固定相这一领域已开发了多种色谱填料，如有机高分子、石墨化碳及无机氧化物等材料，但硅胶作为柱填料仍具有不可替代的地位，目前80％以上的固定相是硅胶基质的。这是由于硅胶除了具有良好的机械强度、容易控制的孔结构和比表面积、较好的化学稳定性和热稳定性以及专一的表面化学反应等优点以外，还有一个突出的优点就是其表面含有丰富的硅羟基，可以进行各种表面化学键合或改性，由此制成各种各样的硅胶键合固定相，如正相、反相、离子交换、凝胶、亲和、手性等多种色谱固定相。这些固定相的出现促进了各种高效液相色谱分离模式形成和发展，解决各领域的多种分离分析难题，从而推动了现代高效液相色谱理论和技术发展。

以十八烷基键合硅胶(ODS)为代表的反相型固定相，因其柱效高、稳定性好、适用范围广、使用方便而迅速商品化，成为“广谱型”色谱固定相。但是其对于强极性和碱性的有机小分子化合物的分离都会存在一定的问题。对于强极性化合物，其在反相色谱固定相上的保留很小；而对于碱性的化合物，由于反相柱上含有残余的硅羟基，在高的pH值时分析物容易拖尾；用离子对试剂对分析物进行衍生化可以提高分析物的保留，改善分析物的拖尾，但是离子对试剂的加入同时会抑制电喷雾质谱的信号，降低了分析物质谱检测的灵敏度。

近年来，混合模式的色谱固定相越来越受到人们的关注。相对于单一模式的色谱固定相只有一种色谱保留机理，混合模式的色谱固定相具有两种或两种以上的色谱保留机理，这有利于调节流动相的参数，如pH、盐浓度和有机相的比例，提高色谱分离的选择性。Liang等人通过“点击化学”制备了一种新型的亲水/反相混合模式的环糊精硅胶基的色谱固定相，将其应用于核苷和糖类物质的分离，取得了很好的效果。Bicker等人发展了一种新型的反相/弱阴离子交换的混合模式的硅胶基色谱固定相，并用不同性质的真菌代谢物评价了其色谱性能，表明该固定相具有很好的分离选择性。Liu等人发展了一种新型的亲水/反相混合模式的硅胶基色谱固定相，其结构特征是疏水碳链的顶端含有一个二醇官能团，将该固定相用于非离子型的乙氧基表面活性剂中烷基链的分布和乙氧化度的测定，取得了很好的效果。

然而，目前混合模式的色谱固定相开发困难，可用种类少，难以广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的混合模式硅胶固定相。

本发明的另一目的在于提供该混合模式硅胶固定相的制备方法。

本发明的目的还在于提供该混合模式硅胶固定相的用途。

本发明硅胶固定相在硅胶表面连接有下述式(I)和式(II)所示结构的化合物，

其中，R可以单独地为甲氧基、乙氧基或Cl，优选为乙氧基。

上述硅胶固定相由于具备了两种不同性质的基团，从而具备了疏水和离子交换的性能。优选连接在硅胶上的式(I)化合物和式(II)化合物的反应摩尔比为1∶0.5～2。所述硅胶可以是色谱用硅胶微球或者是无定型硅胶。

本发明还提供上述硅胶固定相的制备方法，其包括如下步骤：将下述式(I)和式(II)的硅烷偶联剂键合到表面带有羟基的活化硅胶上，用双氧水将巯基氧化为磺酸基团，所述式(I)和式(II)硅烷偶联剂为：

其中，R可以独立地为甲氧基、乙氧基或Cl。

上述方法中式(I)和式(II)的硅烷偶联剂的摩尔比可以根据需要提供的疏水性和离子交换特性进行调整，优选为1∶0.5～2。

上述方法中硅胶与硅烷偶联剂的重量比可以按照本领域所熟知的比例进行，优选为：3∶1～3。

上述述方法中，所述键合反应可以是以无水甲苯作为有机溶剂，将硅胶和式(I)硅烷偶联剂以及式(II)硅烷偶联剂在三乙胺(作为催化剂)存在下加热回流20～30小时。所述氧化反应是以甲醇和水为反应溶剂加入键合反应产物和双氧水溶液(可滴入少量浓硫酸，以增强双氧水的氧化性)，28～32℃下反应10～20h。

具体而言，本发明方法可按照如下步骤进行：

1)以无水甲苯为有机溶剂，加入3重量份的硅胶以及1～3重量份的硅烷偶联剂，机械搅拌，滴入适量三乙胺作为催化剂；在N₂保护下加热回流反应20～30h后，冷却，抽虑，依次用甲苯、甲醇和丙酮洗涤；真空干燥得辛基-巯基键合硅胶；

2)向步骤1)制得的辛基-巯基键合硅胶中加入甲醇和25～35％的双氧水溶液，甲醇与双氧水溶液体积比为1∶2～4，机械搅拌，滴入适量浓硫酸使pH呈弱酸性(呈弱酸性可以增加双氧水的氧化性，但pH不能低于2，否则键合的官能团容易脱落)，在28～32℃下反应10～20h后，过滤，依次用蒸馏水和甲醇洗涤；真空干燥。

实验表明，将本发明硅胶作为填料制备成色谱柱可以有效分离多种物质，在本发明实施例中，该色谱柱能够有效分离牛奶中的三聚氰胺，并能将多种植物激素分离。

本发明硅胶固定相是一种疏水/强阳离子交换混合模式的硅胶固定相，其制备方法简单，重现性好。将其应用于牛奶样品中三聚氰胺的分离和七种植物激素标品的分离，取得了很好的效果。

附图说明

图1是本发明制备混合模式硅胶固定相实例的流程图；

图2是分离牛奶样品中三聚氰胺的色谱图；

图3是分离7种植物激素标品的色谱图，其中，ZR：玉米素核苷；iP9G：异戊烯基腺嘌呤-9-糖苷；K：激动素；6-BA：6-苄基腺嘌呤；iP：异戊烯基腺嘌呤；Z：玉米素；DHZ：二氢玉米素。

具体实施方式

按照以下步骤制备本发明硅胶固定相：

1)以无水甲苯为有机溶剂，加入3重量份的硅胶以及1～3重量份的硅烷偶联剂(含辛基和含巯基的硅烷偶联剂)，机械搅拌，加入几滴三乙胺；在N₂保护下加热回流反应20～30h后，冷却，抽虑，依次用甲苯、甲醇和丙酮洗涤数次；真空干燥得辛基-巯基键合硅胶；其中硅烷偶联剂包括下述式(I)和式(II)的硅烷偶联剂：

其中，R可以独立地为甲氧基、乙氧基或Cl。

2)向步骤1)制得的辛基-巯基键合硅胶加入甲醇和25～35％的双氧水溶液，甲醇与双氧水溶液体积比为1∶2～4，机械搅拌，加入几滴浓硫酸，在28～32℃下反应10～20h后，过滤，依次用蒸馏水和甲醇洗涤数次；真空干燥。得到的硅胶固定相结构式为：

以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。

若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

实施例1  混合模式硅胶固定相的制备

本例以3-巯基丙基三乙氧基硅烷和辛基三乙氧基硅烷为硅烷偶联剂制备混合模式硅胶固定相，其制备流程如图1所示。

制备步骤：

1.辛基-巯基键合硅胶的制备：取3.00g经真空干燥过的硅胶于250ml三口烧瓶中，加入120ml经处理过的无水甲苯、1.28g 3-巯基丙基三乙氧基硅烷和0.75g辛基三乙氧基硅烷，机械搅拌，滴入3滴三乙胺。N₂保护下加热回流反应24h后，冷却，抽虑，依次用甲苯、甲醇和丙酮洗涤2次。70℃下真空干燥5h后待用。

2.辛基-磺酸根键合硅胶的制备：取3.00g的辛基-巯基键合硅胶于100mL三口烧瓶中，加入50ml 30％双氧水溶液和15mL的甲醇，机械搅拌，加入两滴浓硫酸，在30℃下反应16h后，过滤，依次用蒸馏水和甲醇洗涤2次。70℃下真空干燥5h后待用。

实施例2  混合模式硅胶固定相的制备

1.辛基-巯基键合硅胶的制备：取3.00g经真空干燥过的硅胶于250ml三口烧瓶中，加入120ml经处理过的无水甲苯、1.28g 3-巯基丙基三乙氧基硅烷和1.50g辛基三乙氧基硅烷，机械搅拌，滴入3滴三乙胺。N₂保护下加热回流反应30h后，冷却，抽虑，依次用甲苯、甲醇和丙酮洗涤。70℃下真空干燥5h后待用。

2.辛基-磺酸根键合硅胶的制备：取3.00g的辛基-巯基键合硅胶于100mL三口烧瓶中，加入50ml 25％双氧水溶液和12mL的甲醇，机械搅拌，加入两滴浓硫酸，在28℃下反应20h后，过滤，依次用蒸馏水和甲醇洗涤。70℃下真空干燥5h后待用。

实施例3  混合模式硅胶固定相的制备

1.辛基-巯基键合硅胶的制备：取3.00g经真空干燥过的硅胶于250ml三口烧瓶中，加入120ml经处理过的无水甲苯、0.64g 3-巯基丙基三乙氧基硅烷和1.50g辛基三乙氧基硅烷，机械搅拌，滴入3滴三乙胺。N₂保护下加热回流反应30h后，冷却，抽虑，依次用甲苯、甲醇和丙酮洗涤。70℃下真空干燥5h后待用。

2.辛基-磺酸根键合硅胶的制备：取3.00g的辛基-巯基键合硅胶于100mL三口烧瓶中，加入50ml 35％双氧水溶液和20mL的甲醇，机械搅拌，加入两滴浓硫酸，在30℃下反应10h后，过滤，依次用蒸馏水和甲醇洗涤。70℃下真空干燥5h后待用。

实施例4  牛奶中三聚氰胺的分离检测

装柱：用匀浆法将辛基-磺酸根键合硅胶固定相(5μm)灌入150×4.6mm i.d.不锈钢柱中。(分离三聚氰胺时用的是4.6mm内径的柱子)

牛奶中三聚氰胺的分离检测：以上述混合模式的辛基-磺酸根键合硅胶固定相(含辛基和巯基硅烷偶联剂反应的摩尔比例为1∶2)为分离柱(150×4.6mm i.d.)。流动相是体积比为60∶40的甲醇/20mM的甲酸铵缓冲溶液，缓冲溶液pH值为2.5，流速1mL/min，进样量20μL，紫外检测波长为243nm，柱温40℃。在处理好的牛奶样品中添加1μg/mL的三聚氰胺，如图2所示，其为添加1μg/mL三聚氰胺牛奶样品后的色谱图。

实施例5  七种植物激素的分离

装柱：用匀浆法将辛基-磺酸根键合硅胶固定相(5μm)灌入150×2.1mm i.d.不锈钢柱中。(分离植物激素时用的是2.1mm内径的柱子)

七种植物激素的分离：以上述混合模式的辛基-磺酸根键合硅胶固定相(含辛基和巯基硅烷偶联剂反应的摩尔比例为2∶1)为分离柱(150×2.1mm i.d.)，流动相是体积比为90∶10的甲醇/5mM甲酸铵缓冲溶液，缓冲溶液pH值为2.5，流速0.2mL/min，进样量5μL，采用正离子模式的电喷雾质谱检测，如图3所示，其为七种植物激素分离的色谱图，浓度都为33ng/mL。

Claims (10)

1.一种混合模式硅胶固定相，其特征在于该硅胶固定相在硅胶表面连接有下述式(I)和式(II)所示结构的化合物，

其中，R为甲氧基、乙氧基或Cl。

2.如权利要求1所述的硅胶固定相，其特征在于连接在硅胶表面的式(I)化合物和式(II)化合物的反应摩尔比为1∶0.5～2。

3.如权利要求1所述的硅胶固定相，其特征在于该硅胶固定相结构式为：

4.权利要求1所述硅胶固定相的制备方法，其包括如下步骤：将下述式(I)和式(II)的硅烷偶联剂键合到表面带有羟基的活化硅胶上，用双氧水将巯基氧化为磺酸基团，所述式(I)硅烷偶联剂和式(II)硅烷偶联剂为：

其中，R为甲氧基、乙氧基或Cl。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于式(I)和式(II)的硅烷偶联剂的反应摩尔比为1∶0.5～2。

6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述硅胶与硅烷偶联剂的重量比为：3∶1～3。

7.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述键合反应是以无水甲苯作为有机溶剂，将硅胶和式(I)硅烷偶联剂以及式(II)硅烷偶联剂在三乙胺存在下加热回流20～30小时。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述氧化反应是以甲醇和水为反应溶剂加入键合反应产物和双氧水溶液，在弱酸性下，28～32℃反应10～20h。

9.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)以无水甲苯为有机溶剂，加入3重量份的硅胶以及1～3重量份的硅烷偶联剂，机械搅拌，滴入适量三乙胺作为催化剂；在N₂保护下加热回流反应20～30h后，冷却，抽虑，依次用甲苯、甲醇和丙酮洗涤；真空干燥得辛基-巯基键合硅胶；

2)向步骤1)制得的辛基-巯基键合硅胶中加入甲醇和25～35％的双氧水溶液，甲醇与双氧水溶液体积比为1∶2～4，机械搅拌，滴入适量浓硫酸使pH呈弱酸性，在28～32℃下反应10～20h后，过滤，依次用蒸馏水和甲醇洗涤；真空干燥。

10.权利要求1～3任一项所述的硅胶固定相在制备以及分离色谱中的应用。

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