CN102166434A

CN102166434A - 一种基于介孔材料涂层的毛细管开管色谱柱及其制备方法

Info

Publication number: CN102166434A
Application number: CN2011100532033A
Authority: CN
Inventors: 张祥民; 雷杰
Original assignee: Fudan University
Current assignee: Fudan University
Priority date: 2011-03-07
Filing date: 2011-03-07
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2031-03-07
Also published as: CN102166434B

Abstract

本发明属于色谱柱技术领域，具体为一种基于介孔材料涂层的毛细管开管色谱柱及其制备方法和用途。其制备方法是：将表面活性剂溶解于一定量的乙醇中，再加入一定量硅源和功能化的硅源，最后再加入少量的水及盐酸，在适当温度下加热搅拌一定时间，制得溶胶。通过改变表面活性剂的种类和用量，介孔材料孔结构从一维到三维、孔径大小从2nm-10nm可调。将该溶胶涂覆在开管柱（内径10-50微米的石英毛细管）内壁后，通乙醇的酸溶液除去表面活性剂。所得开管柱用于毛细管电色谱和毛细管液相色谱可分离芳香类化合物、手性化合物等。

Description

一种基于介孔材料涂层的毛细管开管色谱柱及其制备方法

技术领域

本发明属于色谱柱技术领域，具体涉及一种毛细管开管色谱柱及其制备方法。

背景技术

色谱技术已经广泛应用于科学研究和社会生产部门的各个领域。作为色谱技术的一种，毛细管电色谱（CEC）由于结合了毛细管电泳和高效液相色谱的优点，因而成为一种新型的微柱分离方法。按照固定相在毛细管内的存在形式不同，毛细管电色谱可以分为三类：开管柱电色谱、填充柱电色谱、连续床电色谱。目前应用最广泛的当属填充柱电色谱，但是其需先制备塞子再将固定相填入毛细管，因而柱制备过程繁琐，操作过程中的焦耳热效应、塞子效应和气泡效应等也进一步限制了其发展。其中，开管柱制备方法简单，只需要在毛细管内壁上涂覆一层固定相，同时可以消除上面提到的各种效应；但是由于其相比较小，同时导致柱容量较小。

由于开管柱电色谱最大的缺点是相比小、柱容量低，因此制备开管柱的关键是增大固定相表面积。介孔材料一般是指孔径处于2 ~ 50 nm之间的一类多孔材料，由于这类材料具有均一且连续可调的孔径、较大的比表面积和孔体积、丰富的孔道结构、可控的形貌、可进行基团官能化的表面等一系列优点，因而在蛋白分离、酶固定、药物的传递和控释、重金属离子吸附和分离等领域展现出广阔的应用前景。将介孔材料涂覆于毛细管内壁，将是增大开管柱内壁表面积的一种较好的选择。

发明内容

本发明的目的是为了提高毛细管开管柱内壁的表面积，进一步提高相比和柱容量，提供一种工艺简单、易于应用的毛细管开管色谱柱的制备方法。

本发明基于如下原理：通过硅源的水解、聚合与毛细管内壁键合，功能化的硅源一端是烷氧基团，其与毛细管内壁上的二氧化硅的硅羟基反应；另一端带有十八烷基等功能化基团，起分离作用。通过在介孔材料上键合不同的功能团，应用于不同的分离对象。例如：键合碳十八功能团可以应用于疏水性化合物等的分离。键合环糊精等可以用于手性化合物的分离。

本发明提供的毛细管开管色谱柱，其毛细管内壁涂覆介孔材料，从而使固定相有较大的表面积、可调的孔径大小和孔结构。

本发明提供的毛细管开管色谱柱的制备方法，其基本步骤为：将表面活性剂溶解于乙醇中，再加入硅源、功能化的硅源按不同比例配制的混合物，最后加入少量的水及盐酸，固定温度下加热搅拌一定时间，制得溶胶；将该溶胶涂覆在开管柱内壁后，通乙醇的酸溶液一定时间除去表面活性剂。本发明可通过改变表面活性剂的种类和用量，介孔材料孔结构从一维到三维、孔径大小从2 nm-10 nm可调。

具体操作步骤如下：

1、毛细管的预处理：毛细管用内径为10-50微米的石英毛细管，用0.1~1 mol/L的氢氧化钠冲洗1~12 h，用蒸馏水冲洗0.5 h，再用0.1~1 mol/L的盐酸冲洗1~12 h，最后用蒸馏水冲洗0.5 h，将毛细管置于烘箱中，在100-160 ^oC下通氮气干燥1-12 h。

2、溶胶的制备：将0.14g~0.16 g的表面活性剂溶解于0.5~2 mL的乙醇中，再加入350微升~360微升的硅源和36~180微升的功能化硅源的混合物，最后再加入50微升~250微升的水及30微升~35微升的1 mol/L盐酸，25-80 ^oC加热搅拌1-6 h，制得溶胶。上面所用的表面活性剂可以是P123 (EO₂₀PO₇₀EO₂₀)、F127 (EO₁₀₆PO₇₀EO₁₀₆)、CTAB（十六烷基三甲基溴化铵）等，不同表面活性剂可以得到不同结构和孔径的介孔材料。所用的硅源可以是正硅酸甲酯（TMOS）、正硅酸乙酯（TEOS）等。所述的功能化硅源可以是辛基三乙氧基硅烷（C8-TEOS）、辛基三甲氧基硅烷（C8-TMOS）、十八烷基三乙氧基硅烷（C18-TEOS）、十八烷基三甲氧基硅烷（C18-TMOS）、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基三乙氧基硅烷或3-巯基丙基三甲氧基硅烷等。

3、开管色谱柱的制备：将该溶胶通过压力灌入上面处理过的毛细管中，室温放置5 min-12 h，100-160 ^oC温度下通氮气赶去未反应的溶胶，同样温度下继续通氮气1-12 h使反应完全。通入乙醇的盐酸溶液（15-20%, V/V）1-12 h，除表面活性剂。用甲醇洗去乙醇的浓盐酸溶液后保存待用。

本发明可通过改变表面活性剂的种类和用量，毛细管内壁的介孔材料孔结构从一维到三维、孔径大小从2 nm-10 nm可调。

本发明制得开管柱用于毛细管电色谱和毛细管液相色谱可分离芳香类化合物、手性化合物等。

通过扫描电子显微镜对所得开管柱进行表征，观察涂层的厚度（见图1和图2）。使用时取长度50 cm（有效长度41 cm）。其中疏水性化合物的分离以硫脲、萘、联苯、芴、蒽为例，其谱图参看图3。

实验结果表明，本发明制备的开管色谱柱，提高了毛细管开管柱内壁的表面积，从而提高了相比和柱容量；制备工艺简单，易于实际应用。

附图说明

图1为本发明所得开管柱的扫描电子显微镜图（50微米内径）。其中，A为放大1800倍所观察到的整体形貌，B为局部放大图。

图2为本发明所得开管柱的扫描电子显微镜图（25微米内径）。

图3为本发明对疏水性化合物的分离谱图。

具体实施方式

实施例1 开管色谱柱的制备及表征

1 mol/L的氢氧化钠、蒸馏水、1 mol/L的盐酸、蒸馏水冲洗50微米内径的石英毛细管（54 cm长）各1 h，120 ^oC下通氮气1 h干燥毛细管。

将0.16 g表面活性剂P123溶解于2 mL的乙醇中，再加入360微升的TEOS、72微升的C8-TEOS，最后再加入250 微升的水及35微升1mol/L的盐酸，60 ^oC加热搅拌1 h，制得溶胶。

将该溶胶通过压力灌入上面处理过的石英毛细管中，室温放置10 min，120 ^oC下通氮气赶去未反应的溶胶，120 ^oC继续通氮气1 h使反应完全。通乙醇的浓盐酸溶液（20%, V/V）12 h除去表面活性剂。甲醇洗去乙醇的浓盐酸溶液后保存待用。

通过扫描电子显微镜表征所得开管柱，图1A为放大1800倍所观察到的整体形貌，图1B为局部放大图，可以看出涂层的厚度大约在100 nm左右。

实施例2 开管色谱柱的制备及表征

1 mol/L的氢氧化钠、蒸馏水、1 mol/L的盐酸、蒸馏水冲洗25微米内径的石英毛细管（54 cm长）各1 h，120 ^oC下通氮气1 h干燥毛细管。

将0.16 g表面活性剂F127溶解于2 mL的乙醇中，再加入360微升的TEOS、72微升的C8-TEOS，最后再加入250 微升的水及35微升1mol/L的盐酸，60 ^oC加热搅拌1 h，制得溶胶。

将该溶胶通过压力灌入上面处理过的石英毛细管中，室温放置10 min，120 ^oC下通氮气赶去未反应的溶胶，120 ^oC继续通氮气1 h使反应完全。通乙醇的浓盐酸溶液（20%, V/V）12 h除去表面活性剂。

通过扫描电子显微镜表征所得开管柱，图2为放大20000倍所观察到的涂层。

实施例3 开管色谱柱的制备及表征

将0.16 g表面活性剂P123溶解于2 mL的乙醇中，再加入360微升的TEOS、72微升的3-氨基丙基三乙氧基硅烷，最后再加入250 微升的水及35微升1mol/L的盐酸，60 ^oC加热搅拌1 h，制得溶胶。

实施例4 开管色谱柱应用于疏水性化合物的分离

采用北京彩陆科学仪器有限公司的CL1020高效毛细管电泳仪，在电色谱模式下，取按照本发明实施例1制备的开管色谱柱，以20 mM硼砂：甲醇（40/60, V/V）为流动相，20 ^oC，25 kV，254 nm条件下，硫脲、萘、联苯、芴、蒽实现基线分离（图3），其中色谱峰：1-硫脲、2-萘、3-联苯、4-芴、5-蒽。

Claims

1.一种基于介孔材料涂层的毛细管开管色谱柱的制备方法，其特征在于具体步骤为：

（1）、毛细管的预处理；

（2）、溶胶的制备：将0.14g~0.16 g的表面活性剂溶解于0.5 mL~2 mL的乙醇中，再加入350微升~360微升的硅源和36~180微升的功能化硅源的混合物，最后再加入50微升~250微升的水及30微升~35微升的1 mol/L盐酸，25~80 ^oC加热搅拌1~6 h，制得溶胶；

（3）、开管色谱柱的制备：将制得的溶胶通过压力灌入经过预处理的毛细管中，室温放置5 min-12 h，100-160 ^oC温度下通氮气赶去未反应的溶胶，同样温度下继续通氮气1-12 h使反应完全；再通乙醇的盐酸溶液1-12 h，除去表面活性剂，然后用甲醇洗去乙醇的浓盐酸溶液。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述毛细管的预处理的步骤如下：

毛细管为内径10-50微米的石英毛细管，用0.1~1 mol/L的氢氧化钠冲洗1~12 h，用蒸馏水冲洗0.5 h，再用0.1~1 mol/L的盐酸冲洗1~12 h，最后用蒸馏水冲洗0.5 h，将毛细管置于烘箱中，在100-160 ^oC下通氮气干燥1-12 h。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的表面活性剂是P123 (EO₂₀PO₇₀EO₂₀)、F127 (EO₁₀₆PO₇₀EO₁₀₆)或CTAB（十六烷基三甲基溴化铵）。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的硅源是正硅酸甲酯或正硅酸乙酯。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的功能化硅源是辛基三乙氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、十八烷基三乙氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基三乙氧基硅烷或3-巯基丙基三甲氧基硅烷。

6.根据权利要求1-5之一所述的制备方法，其特征在于通过改变表面活性剂的种类和用量，调节毛细管内壁的介孔材料孔结构从一维到三维、孔径大小从2 nm-10 nm的变化。

7.由权利要求1-6之一方法制备的基于介孔材料涂层的毛细管开管谱柱，毛细管内壁的介孔材料孔结构从一维到三维、孔径大小从2 nm-10 nm可调。

8.如权利要求7所述的基于介孔材料涂层的毛细管开管色谱柱在芳香类化合物、手性化合物分离中的应用。