CN102500346A - 离子液体硅胶毛细管整体柱固定相的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种新型离子液体硅胶毛细管整体柱固定相的制备方法，主要采用溶胶-凝胶和金纳米粒子表面功能化技术制备新型离子液体硅胶毛细管整体柱固定相。本发明利用金纳米粒子对含巯基、氨基、氰基的配体有强亲和性的特点，同时结合金纳米粒子、离子液体和硅胶整体柱的优良性质，制备出的离子液体硅胶毛细管整体柱具有选择性好、柱效高、制备简单以及应用范围广泛等优点。带正电的咪唑环与分析物具有多种相互作用，包括疏水作用、离子交换作用、π-π作用、偶极作用以及弱亲水作用，同时还具有氢键作用等多重作用机理。因此可应用于疏水中性化合物、碱性有机化合物、极性化合物和无机阴离子的分离分析。本发明可用作毛细管电色谱或毛细管液相色谱固定相，在分离科学领域具有很好的应用潜力。

Description

离子液体硅胶毛细管整体柱固定相的制备方法
技术领域
本发明涉及色谱固定相，具体是一种新型离子液体硅胶毛细管整体柱固定相的制备方法。
背景技术
离子液体作为一种新兴的化学材料，具有良好的热稳定性、低可燃性、不易挥发及低毒性等优点，在各个领域的应用也越来越广泛，目前已受到很多研究人员的日益关注。近年来，离子液体在分离分析方面的应用已有相关文献的报道，如Li等(Jing Li, Haifeng Han, Qing Wang, Xia Liu, Shengxiang Jiang, J. Sep. Sci. 2011, 34, 1555-1560)制备了聚1-乙烯基-3-丁基咪唑溴盐涂层的毛细管电泳柱。Qiu等(Hongdeng Qiu, Shengxiang Jiang, Xia Liu, Liang Zhao, J. Chromatogr. A, 2006, 1116, 46-50)制备了用于高效液相色谱分析的咪唑基阴离子交换固定相。最近，离子液体在整体柱固定相方面的应用研究也有了进一步的发展，如Jia等(Pengfei Zhang, Jie Chen, Li Jia, J. Chromatogr. A, 2011, 1218, 3459-3465)将N-甲基咪唑嫁接到硅胶毛细管整体柱上，制备了具有多重分离能力的混合模式硅胶毛细管整体柱固定相，并应用于毛细管液相色谱分析；Han等(Haifeng Han, Jing Li, Xusheng Wang, Xia Liu, Shengxiang Jiang, J. Sep. Sci. 2011, 34, 2323-2328)制备了N-甲基咪唑功能化的有机-硅胶杂化毛细管整体柱固定相应用于毛细管电色谱分析。目前，离子液体在色谱固定相方面的研究已取得较大的成功，拓宽了其在分离科学领域的应用范围。
硅胶整体柱固定相作为色谱固定相中的一员，在色谱科学领域已受到越来越多的关注，至今已有许多相关文献的报道。主要原因是硅胶整体柱具有通孔和中孔结构，大的比表面积，柱容量大，柱效高，且具有良好的通透性、机械稳定性以及耐溶剂性能等优点。金纳米粒子具有比表面积大、有更多的与样品作用位点和良好的生物相容性等优点，已被用作色谱介质，提高分析物与固定相间的作用。由于金纳米粒子对含巯基、氨基、氰基的配体具有很强的亲和性，所以含以上官能基团的配体能够很好的共价键合在其表面。目前在金纳米粒子表面能进行自组装和交换的性质被广泛用于各种载体的修饰，但用于制备离子液体硅胶毛细管整体柱尚未见有文献报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型离子液体硅胶毛细管整体柱固定相的方法，该固定相分离性能好、柱效高、应用广泛，且成本低。
实现本发明目的的技术方案是：
采用溶胶-凝胶技术和金纳米粒子表面功能化技术制备高性能的新型离子液体硅胶毛细管整体柱固定相，其制备方法包括如下步骤：
（1）金纳米粒子的合成
在搅拌条件下，先将水加热回流至沸腾，接着加入氯金酸并继续加热至溶液剧烈沸腾，然后迅速加入柠檬酸钠并保持溶液沸腾一定时间，这期间溶液颜色由灰色变为酒红色，移去热源后自然冷却至室温，即获得金纳米粒子胶体溶液，然后放在4℃下保存备用，制得的金纳米粒子为球形，其粒径为5-30nm；
（2）离子液体的合成
先将甲巯基咪唑溶解在质量比为1:3～1:10的有机溶剂中，接着加入1-Br–R，然后在搅拌条件下加热回流，其反应温度为40～80℃，反应时间为36h～72h，所用有机溶剂有无水乙醇、甲醇、氯仿；其中甲巯基咪唑与1-Br–R的摩尔比为1:1～1:1.5；
所述的离子液体用下式表示：
Figure 225837DEST_PATH_IMAGE001
 （3）毛细管硅胶整体柱的制备
将四甲氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷作为共聚反应前驱体，聚乙二醇、尿素、乙酸分别为相分离诱导剂、致孔剂和催化剂，在预处理好的石英毛细管内进行水解缩聚成凝胶，先经陈化、热处理制得中孔，最后进行干燥和老化处理即制得硅胶毛细管整体柱；
（4）巯丙基硅胶毛细管整体柱的制备
将巯丙基硅烷偶联剂溶解在体积比为1:5～1:20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90～130℃，反应时间为3h～6h，所用有机溶剂有甲苯、无水乙醇、苯；含有巯丙基硅烷偶联剂通常为巯丙基三甲氧基硅烷、巯丙基三乙氧基硅烷；
（5）金纳米粒子修饰硅胶毛细管整体柱固定相的制备
用高压输液泵将金纳米粒子通入巯丙基功能化的硅胶毛细管整体柱中，通过巯基基团固载金纳米粒子于整体柱孔表面上，反应温度为室温，反应时间为12～24 h；金纳米粒通过Au-S键固载在毛细管硅胶整体柱孔表面；
（6）离子液体硅胶毛细管整体柱固定相的制备
首先将离子液体溶于有机溶剂中，通过高压输液泵注入金纳米粒子功能化的硅胶毛细管整体柱中进行在柱衍生，使其在常温条件下进行反应12～48h，所用的有机溶剂为无水乙醇、甲醇、异丙醇；离子液体与有机溶剂的体积比为1:1～1:5，离子液体是通过Au-S键在金纳米粒子表面共价键合。
所制备的新型离子液体硅胶毛细管整体柱固定相的结构为：
 
式中：
Figure 2011103433114100002DEST_PATH_IMAGE003
代表硅胶毛细管整体柱，
Figure 2011103433114100002DEST_PATH_IMAGE004
代表金纳米粒子
R代表碳原子数从4个至18个的正链烷基。
本发明具有以下优点：
1. 本发明通过结合硅胶毛细管整体柱、金纳米粒子以及离子液体的优良性质，制备了一种具有多重作用机理的新型离子液体硅胶毛细管整体柱固定相，对不同种类化合物实现基线分离。此外，该整体柱固定相对苯胺类化合物的分离无明显拖尾现象，柱效达118600 N/m；
2. 本发明采用溶胶-凝胶技术和金纳米粒子表面功能化技术制得一种新型离子液体硅胶整体柱固定相具有很好的分离性能，可适用于毛细管液相色谱和毛细管电色谱等，在毛细管电色谱模式下，柱性能稳定，重现性好，应用范围广泛等特点。此外，本发明的制备方法简单，反应条件温和，易于操作，成本低廉；
3、应用范围广，具有很好的应用前景。
附图说明
图1为金纳米粒子的透射电镜图；
图2为新型离子液体硅胶毛细管整体相固定相的扫描电镜图 A  3000×   B  10000×；
图3为离子液体硅胶毛细管整体相固定相对5种苯胺类化合物的电色谱分离图；
图4为离子液体硅胶毛细管整体相固定相4种多环芳烃类化合物的电色谱分离图。
具体实施方式
实施例1
(1) 金纳米粒子的合成
量取100mL去离子水置于250mL圆底烧瓶中，在搅拌条件下加热回流至沸腾后加入1mL 1% (w/w)氯金酸，然后继续加热至溶液剧烈沸腾，迅速加入2.5mL 1% (w/w)柠檬酸钠，保持溶液沸腾15min。这期间溶液颜色由灰色变为酒红色。移去热源后自然冷却至室温，置于4℃下保存备用，金纳米粒子为球型，其粒径约为15nm，参阅图1：透射电镜图；
(2) 离子液体的合成
称取5g甲巯基咪唑放入装有冷凝管的三口圆底烧瓶中，加入30mL无水乙醇后通入氮气，将瓶内的空气除干净，用油浴加热至60℃并搅拌回流，然后缓慢滴加7mL1-溴丁烷，经搅拌回流反应一段时间后形成红棕色粘稠状液体。停止加热，产物用干燥的乙酸乙酯洗涤2～4次，减压蒸馏，然后将其置于真空干燥箱内干燥，最后保存备用。
 (3) 毛细管硅胶整体柱的制备
将石英毛细管(规格为内径75μm, 外径365μm)依次用1mol/L的NaOH溶液浸洗过夜，依次用二次水，盐酸，二次水、丙酮、无水乙醚冲洗lh，然后在通N2下180℃干燥3h，两端封口备用。准确称取0.26g聚乙二醇(M r  =10000)、0.225g尿素置于干燥的烧杯中，加入2.5mL 0.01mol/L醋酸，用磁力搅拌至聚乙二醇和尿素完全溶解，再滴加1.26mL 四甲氧基硅烷和0.14mL甲基三甲氧基硅烷(9/1, v/v)，在冰浴的条件下剧烈搅拌45min，将溶胶注入已处理好的毛细管中，用硅胶橡皮塞将两端封住，置于40℃恒温水浴槽中陈化48h，取出后去掉两端的橡皮塞，置于120℃烘箱中热处理3h。然后分别用去离子水及甲醇洗去未反应物质，用无水乙醇冲洗后室温干燥，最后置于气相色谱仪柱温箱程序升温至330℃，并在330℃恒温条件下热处理25h即得硅胶毛细管整体柱基质。
(4) 巯丙基硅胶毛细管整体柱的制备
硅胶毛细管整体柱床层用6M盐酸处理3h，然后用去离子水冲洗至中性，接入气相色谱仪柱温箱内用N2吹扫下180℃热处理1h完成活化。用助推器将10% (v/v)巯丙基三甲氧基硅烷的甲苯溶液引入毛细管柱中，置于110℃的烘箱内进行在柱衍生反应1h，这个步骤重复4次，反应完成后依次用无水甲苯、甲醇冲洗。
(5) 金纳米粒子修饰硅胶毛细管整体柱固定相的制备
用高压输液泵将合成的金纳米粒子通入巯丙基功能化的硅胶毛细管整体柱中，以在线柱内进行表面化学修饰，通过巯基基团固载金纳米粒子于整体柱上。在常温条件进行反应直到整根柱子变为红色，接着用去离子水除去未反应的金纳米粒子，即制得金纳米粒子修饰的硅胶毛细管整体柱。其环境扫描电镜见图2
(6) 新型离子液体硅胶毛细管整体柱的制备
将合成的离子液体按体积比(1:4)溶解在甲醇中，通过高压输液泵注入金纳米粒子功能化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，在常温条件下反应时间为6h，这个步骤重复5次，反应完成后依次用无水乙醇、甲醇、水冲洗。即制得丁基咪唑基硅胶毛细管整体柱。
实施例2
用7mL1-溴十二烷代替1-溴丁烷，按实施例1 的步骤进行，制得十二烷基咪唑基硅胶毛细管整体柱。
实施例3
用实施例l 制备的离子液体硅胶毛细管整体柱，截取总长度为39cm，有效长度为29.6cm, 在CEC模式下，以pH=7.3、离子浓度20mmol/L、甲醇：磷酸盐(50/50,v/v)的缓冲液为流动相，外加电压22kV、检测波长254nm条件下，对苯胺类化合物进行分离，对应峰分别t0. 硫脲 1. 邻苯二胺,  2. 邻硝基苯胺,  3. 苯胺,  4. 对甲苯胺,  5.甲萘胺。其谱图如图3所示。
实施例4 
用实施例l 制备的离子液体硅胶毛细管整体柱，在CEC模式下，以pH=7.0、离子浓度20mmol/L、甲醇：磷酸盐(75/25, v/v)的缓冲液为流动相，外加电压26kV、检测波长254nm条件下对4种疏水的中性有机化合物进行了分离。对应峰分别t0. 硫脲  1. 萘,  2. 苊, 3. 芴, 4苾.。其谱图如图4所示。

Claims (8)

1.一种离子液体硅胶毛细管整体柱固定相的制备方法，其特征是：包括如下步骤
(1) 金纳米粒子的合成
在搅拌条件下，先将水加热回流至沸腾，接着加入氯金酸并继续加热至溶液剧烈沸腾，然后迅速加入柠檬酸钠并保持溶液沸腾一定时间，这期间溶液颜色由灰色变为酒红色，移去热源后自然冷却至室温，即获得金纳米粒子胶体溶液，然后放在4℃下保存备用；
 (2) 离子液体的合成
先将甲巯基咪唑溶解在质量比为1:3～1:10的有机溶剂中，接着加入1-Br–R，然后在搅拌条件下加热回流；其反应温度为40～80℃，反应时间为36h～72h，所用有机溶剂有无水乙醇、甲醇、氯仿；其中甲巯基咪唑与1-Br–R的摩尔比为1:1～1:1.5；
(3) 毛细管硅胶整体柱的制备
将四甲氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷作为共聚反应前驱体，聚乙二醇、尿素、乙酸分别为相分离诱导剂、致孔剂和催化剂，在预处理好的石英毛细管内进行水解缩聚成凝胶，先经陈化、热处理制得中孔，最后进行干燥和老化处理即制得硅胶毛细管整体柱；
(4) 巯丙基硅胶毛细管整体柱的制备
将巯丙基硅烷偶联剂溶解在体积比为1:5～1:20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90～130℃，反应时间为3h～6h，所用有机溶剂有甲苯、无水乙醇、苯；含有巯丙基硅烷偶联剂通常为巯丙基三甲氧基硅烷、巯丙基三乙氧基硅烷；
 (5) 金纳米粒子修饰硅胶毛细管整体柱固定相的制备
用高压输液泵将金纳米粒子胶体溶液通入巯丙基功能化的硅胶毛细管整体柱中，通过巯基基团固载金纳米粒子于整体柱孔表面上，反应温度为室温，反应时间为12～24 h；
 (6) 离子液体硅胶毛细管整体柱固定相的制备
首先将离子液体溶于有机溶剂中，通过高压输液泵注入金纳米粒子功能化的硅胶毛细管整体柱中进行在柱衍生，使其在常温条件下进行反应12～48h，所用的有机溶剂为无水乙醇、甲醇、异丙醇；离子液体与有机溶剂的体积比为1:1～1:5。
2.根据权利要求1的方法制备离子液体硅胶毛细管整体柱，其特征是：离子液体硅胶毛细管整体柱固定相的结构式为：
Figure 385172DEST_PATH_IMAGE001
式中：
Figure 646389DEST_PATH_IMAGE002
代表硅胶毛细管整体柱，
代表金纳米粒子，
R代表正链烷基。
3.根据权利要求2所述的离子液体硅胶毛细管整体柱固定相，其特征在于：R 代表碳原子数从4个至18个的正链烷基。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述金纳米粒子为球形，其粒径为5-30nm 。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述的离子液体用下式表示：
 
Figure 2011103433114100001DEST_PATH_IMAGE004
 式中R 代表碳原子数从4个至18个的正链烷基。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：金纳米粒子是通过Au-S键固载于毛细管硅胶整体柱孔表面。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：离子液体是通过Au-S键在金纳米粒子表面共价键合。
8.用权利要求1-7之一所述制备方法制备的离子液体硅胶毛细管整体柱固定相。
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