CN102489345B - 一种亲水强阴离子交换作用杂化硅胶毛细管电色谱柱 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种亲水强阴离子交换作用杂化硅胶毛细管电色谱柱及其制备方法，固定相经由有机硅氧烷凝胶缩聚反应和有机离子单体与硅胶骨架乙烯键共聚反应制得，原料配方中的硅氧烷按四甲氧基硅烷和乙烯基三甲氧基硅烷的体积比为3:1-5:1计量，季铵离子有机单体60-80mg/mL，水溶性引发剂的重量百分数是0.7%-1.0%。该杂化硅胶整体柱聚合固定相分布均匀，固定相表面带有正电荷季铵基团，在较大pH范围内均能够产生强而稳定的正相电渗流，并可提供良好的离子交换位点，具备了亲水-强阴离子交换混合分离模式，可满足中性、酸性和碱性物质的连续快速分离要求。

Description

一种亲水强阴离子交换作用杂化硅胶毛细管电色谱柱

技术领域

本发明涉及一种亲水强阴离子交换作用杂化硅胶毛细管电色谱柱及其制备方法，属于毛细管电色谱技术领域。

背景技术

毛细管电色谱（capillary electrochromatography，CEC）是近年来发展的一种快速高效的微分离技术，以电渗流（EOF）或电渗流结合压力驱动流动相，同时具有高效液相色谱的高选择性和毛细管电泳的高效性。目前电色谱柱主要分为三种类型：毛细管开管柱、毛细管填充柱和毛细管整体柱。其中毛细管整体柱具有制备简单、内部结构均匀、传质速度快、低柱压和无需烧结柱塞等优点，成为CEC领域的一个研究热点。作为毛细管电色谱整体柱中的一类，硅胶整体柱相比其它整体柱，具有高的机械强度、良好的耐溶剂、耐高低温等性能，成为电色谱柱发展的一个重要的方向。

近年来，杂化型硅胶整体柱因其综合了有机和硅胶整体柱的优势，与传统硅胶整体柱相比，具有耐酸碱性、制备工艺简单，耗时短等优点，受到越来越多的关注（Anal. Chem. 1990, 62, 2478-2483）。目前，硅胶整体柱的制备主要还是集中在非极性固定相（如C18、C14或C6等）以反相模式分离极性和中性化合物（Anal. Chem. 2000, 72, 4090-4099；J.Sep.Sci.，2007, 30, 3027-3034；J. Chromatography. A. 2006, 1117, 170-175）。对于强极性和碱性化合物的分离分析研究较少，制备亲水离子交换作用的硅胶整体柱仍是一个挑战。现有离子作用的硅胶柱制备技术主要基于聚合后胺基修饰技术，将伯胺、仲胺基团修饰于硅胶柱骨架而制成所需整体柱。在季铵基团修饰方面，主要采用Sol-gel一步缩聚技术，将带有季铵基团的有机硅氧烷试剂和甲氧基硅氧烷缩聚，从而形成亲水强阴离子作用固定相。由于带有季铵基团的有机硅氧烷试剂极为有限（迄今仅有一种），这类制备方法难于推广。

目前，基于有机单体和带有乙烯基团的硅氧烷共价聚合的一步法得到了发展，通过该法可以将带有季铵基团的有机单体在预缩聚的硅氧烷骨架上共聚反应，得到稳定性良好的有机无机杂化硅胶聚合物。由于带有季铵基团的有机单体数量多，从而可以有效突破了功能化有机硅氧烷试剂极少的限制。但是，由于极性的硅胶体系、有机离子单体和常规的疏水性引发剂之间存在不兼容问题，反应体系的均一性亟待解决。目前，基于一步法的反相杂化硅胶聚合物发展良好，但在亲水强阴离子作用的杂化硅胶整体柱方面，尚未见相关技术报道。

发明内容

本发明目的是提供一种亲水强阴离子交换作用杂化硅胶毛细管电色谱柱及其制备方法。本发明将水溶性引发剂应用于有机无机杂化反应，解决了常规杂化技术中各组分兼容性较差甚至不相容的问题；本发明建立了亲水强阴离子交换作用杂化硅胶整体柱的聚合反应各组分配比，制备了全新的杂化硅胶整体柱。本发明所制备的固定相基质为有机无机杂化硅胶，表面带有强极性的季铵离子基团，在较大pH范围内提供强而稳定电渗流，同时能提供离子交换的位点，满足酸性和碱性化合物的连续分离要求。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的亲水强阴离子交换作用杂化硅胶毛细管电色谱柱固定相经由有机硅氧烷凝胶缩聚反应和季铵离子有机单体与硅胶骨架乙烯键共聚反应制得，原料配方中组分配比为：硅氧烷（TMOS：四甲氧基硅烷，VTMS：乙烯基三甲氧基硅烷）TMOS/VTMS=3:1-5:1（体积比），季铵离子有机单体的浓度为60-80 mg/mL，水溶性引发剂 0.7%-1.0% （重量百分比）。其中，季铵离子有机单体为丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵；所述的引发剂为水溶性的偶氮二异丁脒盐酸盐、过硫酸铵中的一种。

本发明的亲水强离子交换杂化硅胶毛细管电色谱柱的制备方法为：将硅氧烷试剂按上述比例溶解于0.01mol/L的乙酸溶液（含有270 mg/2.5 mL 聚乙二醇PEG），于冰水浴中搅拌水解制得溶胶凝胶体系；取该溶胶凝胶液与有机离子化合物单体：丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、引发剂：偶氮二异丁脒盐酸盐或过硫酸铵在超声振荡下混合后；将混合液注入预处理过的石英毛细管内，将毛细管两端封闭，浸于40℃水浴5~24h后，移至60℃水浴中或置于25℃紫外灯下反应5～40h，除去柱内的残留试剂，得到极性离子交换杂化硅胶电色谱柱。

本发明的显著优点：

1）本发明的亲水强阴离子交换杂化硅胶整体柱是采用硅胶溶胶液的缩聚和有机离子单体的共聚反应同时进行制备而成，一方面，在制备方法中通过引入水溶性引发剂于有机无机杂化反应中，解决了硅胶体系、有机离子单体和常用的疏水性引发剂之间兼容性差的问题；另一方面，基于新的反应配方，应用季铵离子有机单体直接在硅胶骨架的共聚反应，突破了以往制备方法需要选用商品化极少的季铵离子化硅氧烷试剂的限制，实现了亲水强阴离子作用的季铵离子化新型杂化硅胶整体柱的制备。

2）本发明的亲水强阴离子交换杂化硅胶整体柱化学键合相分布比较均匀，固定相表面带有正电荷的季铵离子有机化合物，在较宽pH范围内能提供较强而稳定的阳极电渗流，同时提高了固定相的极性并提供了可进行离子交换的位点，满足酸性和碱性化合物的连续分离要求，适用分离对象范围较广。

附图说明

图1是亲水强阴离子交换作用杂化硅胶毛细管电色谱柱固定相结构式。

图2是亲水强阴离子交换作用杂化硅胶整体柱固定相形貌电镜图。

图3是核苷酸的亲水强阴离子交换作用杂化硅胶整体柱分离电色谱图：

0. 溶剂；1. 尿嘧啶核苷酸；2. 腺嘌呤核苷酸；3. 胞嘧啶核苷酸；4. 鸟嘌呤核苷酸。

图4是核苷和碱基的亲水强阴离子交换作用杂化硅胶整体柱分离电色谱图：

0. 甲苯；1. 尿嘧啶；2. 腺嘌呤；3. 腺嘌呤核苷；4. 尿嘧啶核苷；5. 肌苷；6. 胞嘧啶；7. 鸟嘌呤；8. 鸟嘌呤核苷。

具体实施方式

实施例1：

将四甲氧基硅烷与乙烯基三甲氧基硅烷按体积比为3:1~5:1的比例混合，0.27g聚乙二醇以及2.5mL的0.01mol/L的乙酸溶液，于冰水浴中搅拌水解制得溶胶，取0.5mL溶胶液与30-40mg 丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、0.7~1.0 mg偶氮二异丁脒盐酸盐或过硫酸铵中的一种，超声振荡混合后，将混合液注入预处理的石英毛细管内。将毛细管两端封闭，浸于40℃水浴12h后，再转移至60℃水浴反应12h，待反应完成后，用去离子水以及甲醇流动相冲洗毛细管柱，除去柱内的残留试剂，得到极性离子交换杂化硅胶电色谱柱。

实施例2：

在CEC模式下，以pH 5.0，离子浓度30 mmol/L、乙腈：甲酸胺（85/15,v/v）的缓冲液为流动相，外加电压10 kV、辅助压力3.5MPa、泵流速为0.1 mL/min的条件下，碱性的核苷和碱基极性化合物在该极性离子交换杂化硅胶电色谱柱上得到有效分离，且峰形对称，无拖尾现象。其谱图如图3所示。

实施例3

在CEC模式下，以pH 3.5，离子浓度100 mmol/L、乙腈：甲酸胺（75/25,v/v）的缓冲液为流动相，外加电压20 kV、辅助压力10.8 MPa、泵流速为0.1 mL/min的条件下，核苷酸极性化合物在该极性离子交换杂化硅胶柱达到基线分离。其谱图如图4所示。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (1)

1.一种亲水强阴离子交换作用杂化硅胶毛细管电色谱柱，其特征在于：固定相经由有机硅氧烷凝胶缩聚反应和有机离子单体与硅胶骨架乙烯键共聚反应制得，原料配方中的硅氧烷按四甲氧基硅烷和乙烯基三甲氧基硅烷的体积比为3:1-5:1计量，季铵离子有机单体的浓度为60-80 mg/mL，水溶性引发剂的重量百分数是0.7%-1.0%；

所述的季铵离子有机单体为丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵；所述的水溶性引发剂为偶氮二异丁脒盐酸盐、过硫酸铵中的一种；

制备方法的具体步骤如下：

1）将硅氧烷按比例溶解于0.01mol/L的乙酸溶液，于冰水浴中搅拌水解制得溶胶凝胶液；所述的乙酸溶液含有270 mg/2.5 mL 聚乙二醇；

2）取步骤1）的溶胶凝胶液与季铵离子有机单体和水溶性引发剂在超声振荡混合后，将混合液注入预处理过的石英毛细管内，将毛细管两端封闭，浸于40℃水浴5-24h后，移至60℃水浴中或置于25℃紫外灯下反应5-40h，除去柱内的残留试剂，即得所述的亲水强阴离子交换作用杂化硅胶毛细管电色谱柱。

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