CN103084151A - 一种咪唑型离子液体反相电色谱有机整体柱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种咪唑型离子液体反相电色谱有机整体柱，整体固定相是由中性化合物与离子化合物单体原位聚合而成的多孔连续床；所述的中性化合物为甲基丙烯酸十二烷基酯和二甲基丙烯酸乙二酯，离子化合物单体为1-烯丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体，致孔剂为甲醇、甲苯、正丙醇、环己醇、辛醇、1,4-丁二醇、乙二醇中的一种或多种，引发剂为偶氮二异丁腈。本发明的咪唑型离子液体反相电色谱有机整体柱不仅具有典型的反相色谱性能，咪唑型离子液体还能提供离子交换基团以及产生较强的电渗流，改变离子液体聚合量还可以改变电渗流大小。该整体柱固定相可满足极性、中性和碱性化合物快速分离的要求。

Description

一种咪唑型离子液体反相电色谱有机整体柱

技术领域

本发明属于分析化学领域，具体涉及一种咪唑型离子液体反相电色谱有机整体柱。

背景技术

毛细管电色谱(CEC)是一种兼具高效液相色谱(HPLC)高选择性和毛细管电泳(CE)高效性的微分离技术，固定相通常由毛细管柱内填充颗粒、管壁键合或者连续床等方式制得，流动相以电渗流或者电渗流和压力流为驱动力，因而其分离过程具有多机理协同作用的特征。

毛细管整体柱作为一种重要的CEC分离固定相，具有制备简单、通透性好、无需柱塞和易于改性等优点，已经成为现代微分离领域的一个研究热点。目前整体色谱柱主要分为有机聚合物整体柱和无机整体柱两大类。有机聚合物整体色谱柱所用的聚合物主要包括聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸酯和聚乙烯类型。聚甲基丙烯酸酯整体柱是应用最为广泛的一种，是由单体、交联剂、致孔剂和引发剂等通过原位聚合得到的连续均一的棒状聚合物，其中典型的聚合混合物包括含有一个乙烯基的功能单体，含有两个乙烯基的用作交联剂的单体，以及在电色谱中产生电渗流的含离子基团化合物。这类整体柱具有取材广泛、使用pH范围比较宽、生物兼容性好等特点，通过化学修饰，可以作为多种色谱模式的固定相。目前所报道的多数有机整体柱含有短的烷基链（异丙基、丁基、己基、辛烷基）（A. Palm, M. V. Novotny, Anal. Chem.. 69(1997) 4499），尽管疏水性较强的长碳链反相填充柱在色谱领域应用最广，而且分离效果较为理想，但具有长烷基链（C12、C18、C20）的整体柱研究进展仍较为缓慢，这是由于中性单体和离子化合物单体极性差别较大，即使是再好的致孔剂也无法使之达到很好的溶解效果，因此其制作相对较为困难（M. Bedair, Z. El Rassi, Electrophoresis.23 (2002) 2938）。此外，传统有机整体柱容易存在刚性强度低、发生有机溶剂溶胀的问题。

离子液体是一类具有低熔点的有机阳离子与无机/有机阴离子的共聚体，因其具有蒸气压小、不挥发、粘度低、电化学窗口宽、溶解能力优异、可设计性等优点，已作为一种全新的功能化介质和材料在众多领域得到日益广泛的应用。离子液体在色谱领域中的应用主要体现在：离子液体具有高电导性、高疏水性和良溶剂作用，可作为毛细管电泳的电解质添加剂和动态涂层；基于其低挥发性、高溶解性和高粘度等特点，离子液体特别适合用于制备选择性和稳定性良好的气相色谱固定相（V. Pino, A. W. Lantz , J. L. Anderson , A. Berthod, D. W. Armstrong, Anal. Chem..78(2006)113）；在高效液相色谱中，离子液体可以作为流动相的添加剂和修饰固定相（H. Han, J. Li, X. Wang, X. Lin, X. Liu, S. Jiang, J. Chromatogr. A .1116(2006)46），改善分离，减小拖尾现象。由于离子液体性质容易通过调节阴阳离子的种类进行组合，键合到固定相表面后可以提供较强的电渗流，因此其在新兴的毛细管电色谱领域的应用极具前景，离子液体CEC固定相已成为前沿的色谱研究新方向（H. Han, J. Li, X. Wang, X. Lin, X. Liu, S. Jiang, J. Sep. Sci. 34(2011)2323. Y. Wang, Q. Deng, G. Fang, M. Pan, Y. Yu, S. Wang, Anal. Chim. Acta.712(2012)1）。

发明内容

本发明的目的在于提供一种咪唑型离子液体反相电色谱有机整体柱。咪唑型离子液体是最稳定的一种离子液体类型，对有机和无机物都有良好的溶解性，可用于形成孔径均匀、机械强度较强的介孔材料。本发明采用绿色溶剂离子液体作为新型的离子化合物单体，能够很好的溶解长碳链中性单体，解决了离子化合物单体和中性单体互溶性问题。在本发明所研制的整体柱上，咪唑型离子液体不仅能产生疏水作用和与芳香环之间形成共轭大π键，而且能提供较强的电渗流以及离子交换作用，并根据离子液体的用量来调节电渗流的方向和大小，可以满足极性、中性和碱性化合物连续快速分离的要求，较好地实现整体柱在电色谱系统中的应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种咪唑型离子液体反相电色谱有机整体柱，整体固定相是由中性化合物与离子化合物单体原位聚合而成的多孔连续床；所述的中性化合物为甲基丙烯酸十二烷基酯和二甲基丙烯酸乙二酯，离子化合物单体为1-烯丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体，致孔剂为甲醇、甲苯、正丙醇、环己醇、辛醇、1,4-丁二醇、乙二醇中的一种或多种，引发剂为偶氮二异丁腈。

中性化合物与离子化合物单体的聚合反应在毛细管中进行，聚合反应中加入致孔剂和引发剂，原料配方中各组成的质量百分比为：离子化合物单体2.0％～8.0％，中性化合物10%～30%，致孔剂50～80％，引发剂的加入量为中性化合物质量的0.3％～2.0％。

本发明的显著优点在于：咪唑型离子液体反相电色谱有机整体柱是采用自由基引发原位聚合一步制成。将带有咪唑环的离子液体新型单体引入反相有机整体柱的制备，反应将更加快速均一，离子液体不易挥发的特性使制得的整体柱形态更好，内部结构孔径分布均匀，通透性较好，机械强度更高，有效改善了传统有机整体柱刚性强度低、易溶胀的弱点，同时解决了离子化合物单体和中性单体互溶性问题。该整体柱是由中性单体（甲基丙烯酸十二烷基酯）、带电单体（1-烯丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐）和交联剂（二甲基丙烯酸乙二酯）共聚而成，固定相表面不仅带有强疏水性的C12烷基链，同时带有正电荷的咪唑环和负电荷的六氟磷酸盐，这些物质可以提供一定的疏水作用、静电作用和氢键作用，可以根据带电单体的量来控制电渗流的大小，其pH适用范围更广，也避免了碱性物质分离时产生的不可逆拖尾现象，能够满足极性、中性和碱性化合物的连续分离的要求。

附图说明

图1是不同单体配比所制得的整体柱电渗流趋势图：

柱A：中性化合物25%，甲醇：2.5%，正丙醇：25%，1，4-丁二醇：36.5%，偶氮二异丁腈1%；

柱B：中性化合物 24.75%，1-烯丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐：0.25%，甲醇：2.5%，正丙醇：25%，1，4-丁二醇：36.5%，偶氮二异丁腈1%；

柱C：中性化合物23.75%，1-烯丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐：1.25%，甲醇：2.5%，正丙醇：25%，1，4-丁二醇：36.5%，偶氮二异丁腈1%；

柱D：中性化合物22.75%，1-烯丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐：2.25%，甲醇：2.5%，正丙醇：25%，1，4-丁二醇：36.5%，偶氮二异丁腈1%；

柱E：中性化合物 21.75%，1-烯丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐：3.25%，甲醇：2.5%，正丙醇：25%，1，4-丁二醇：36.5%，偶氮二异丁腈1%。

图2是咪唑型离子液体反相电色谱有机整体柱分离烷基苯的电色谱图：1—硫脲，2—甲苯，3—乙苯，4—丙苯，5—丁苯，6—戊苯。 

图3是咪唑型离子液体反相电色谱有机整体柱分离多环芳烃的电色谱图：1—硫脲，2—萘，3—菲，4—蒽。

图4是咪唑型离子液体反相电色谱有机整体柱分离硝基苯胺同分异构体的电色谱图：1—邻硝基苯胺，2—对硝基苯胺。

图5是咪唑型离子液体反相电色谱有机整体柱分离核苷碱基的电色谱图：1—鸟嘌呤，2—尿嘧啶，3—胞嘧啶。 

具体实施方式

实施例1

（1）柱子的预处理

石英毛细管空柱首先用0.1 mol/L的NaOH冲洗2 h～3 h，然后用去离子水冲洗10 min后，用0.1 mol/L的HCl溶液冲洗约1 h，接着用甲醇冲洗30 min，氮气吹干待用。

（2）此步骤为可选步骤。

在步骤1处理过的毛细管中加入甲醇与甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷的1:1混合物，在60℃下反应12 h～24 h。然后用甲醇冲洗20 min～30 min。在70℃氮气吹干。

（3）柱内合成

将甲基丙烯酸十二烷基酯（功能单体）、二甲基丙烯酸乙二酯（交联剂）、1-烯丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、致孔剂和引发剂分别按以下质量百分比数据配制：

柱A：中性化合物25%，甲醇：2.5%，正丙醇：25%，1，4-丁二醇：36.5%，引发剂偶氮二异丁腈1%。

柱B：中性化合物24.75%，1-烯丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐：0.25%，甲醇：2.5%，正丙醇：25%，1，4-丁二醇：36.5%，引发剂偶氮二异丁腈1%。

柱C：中性化合物23.75%，1-烯丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐：1.25%，甲醇：2.5%，正丙醇：25%，1，4-丁二醇：36.5%，引发剂偶氮二异丁腈1%。

柱D：中性化合物22.75%，1-烯丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐：2.25%，甲醇：2.5%，正丙醇：25%，1，4-丁二醇：36.5%，引发剂偶氮二异丁腈1%。

柱E：中性化合物21.75%，1-烯丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐：3.25%，甲醇：2.5%，正丙醇：25%，1，4-丁二醇：36.5%，引发剂偶氮二异丁腈1%。

柱F：中性化合物21.75%，1-烯丙基-3-己基咪唑六氟磷酸盐：3.25%，甲苯：5.0%，正丙醇：25.0%，乙二醇：34.0%，引发剂偶氮二异丁腈1%。

柱G：中性化合物21.75%，1-烯丙基-3-辛基咪唑六氟磷酸盐：3.25%，辛醇：5.0%，环己醇：25.0%，1，4-丁二醇：34.0%，引发剂偶氮二异丁腈1%。

柱H：中性化合物21.75%，1-烯丙基-3-辛基咪唑六氟磷酸盐：3.25%，甲醇：5.0%，环己醇：25.0%，乙二醇：34.0%，引发剂偶氮二异丁腈1%。

将混合物超声振荡20 min后，吹氮气10 min以除去所溶解的氧气，将此反应液注入已按步骤1或步骤2处理过的一定长度的毛细管中，将毛细管两端封闭，并浸于60℃水浴中，反应20 h；反应完成后，将柱子先用甲醇后用流动相冲洗，以除去毛细管内可能残留的试剂，最后，将该柱在低电压状态下平衡15 h即可进行正常实验或保存备用。以乙腈：磷酸缓冲溶液（5 mmol/L，pH=7.0）=70:30为流动相，分离电压为+10 kV，以硫脲为测试物质，进行毛细管电色谱柱表征，如图1所示，在这些配比下，整体柱聚合完整，产生电渗流大小随着带电单体的比例变化而改变。

实施例2

为验证所研制的咪唑型离子液体反相电色谱有机整体柱对中性同系物的分离性能，应用以上制备的整体柱D，以乙腈：磷酸缓冲盐（5 mmol/L，pH=7.0）=70:30为流动相，分离电压为+10 kV、辅助压力为1.2 MPa、泵流速为0.1 ml/min的条件下，中性苯系物在该带正电荷疏水作用有机整体柱上基线分离，洗脱峰依次为：1硫脲，2甲苯，3乙苯，4丙苯，5丁苯，6戊苯。

实施例3

为验证所研制的咪唑型离子液体反相电色谱有机整体柱对多环芳烃的分离性能，应用以上制备的整体柱D，以乙腈：磷酸缓冲盐（5 mmol/L，pH=7.0）=80:20为流动相，分离电压为+15 kV、辅助压力为1.2 MPa、泵流速为0.1 ml/min的条件下，多环芳烃在该反相电色谱有机整体柱上达到基线分离，洗脱峰依次为：1硫脲，2萘，3菲，4蒽。

实施例4

为验证所研制的咪唑型离子液体反相电色谱有机整体柱对碱性物质的分离性能，应用以上制备的整体柱E，以乙腈：醋酸缓冲盐（5 mmol/L，pH=3.2）=70:30为流动相，分离电压为+20 kV、辅助压力为1.2 MPa、泵流速为0.1 ml/min的条件下，硝基苯胺同分异构体在该反相电色谱有机整体柱上达到基线分离，洗脱峰依次为：1邻硝基苯胺，2对硝基苯胺。

实施例5

为验证所研制的咪唑型离子液体反相电色谱有机整体柱对极性物质的分离性能，应用以上制备的整体柱G，以乙腈：磷酸缓冲盐（5 mmol/L，pH=9.6）=60:40为流动相，分离电压为+20 kV、辅助压力为1.2 MPa、泵流速为0.1 ml/min的条件下，核苷碱基在该反相电色谱有机整体柱上达到基线分离，洗脱峰依次为：1鸟嘌呤，2尿嘧啶，3胞嘧啶。

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 (2)

1.一种咪唑型离子液体反相电色谱有机整体柱，其特征在于：整体固定相是由中性化合物与离子化合物单体原位聚合而成的多孔连续床；所述的中性化合物为甲基丙烯酸十二烷基酯和二甲基丙烯酸乙二酯，离子化合物单体为1-烯丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体，致孔剂为甲醇、甲苯、正丙醇、环己醇、辛醇、1,4-丁二醇、乙二醇中的一种或多种，引发剂为偶氮二异丁腈。

2.根据权利要求1所述的咪唑型离子液体反相电色谱有机整体柱，其特征在于：中性化合物与离子化合物单体的聚合反应在毛细管中进行，聚合反应中加入致孔剂和引发剂，原料配方中各组成的质量百分比为：离子化合物单体2.0％～8.0％，中性化合物10%～30%，致孔剂50～80％，引发剂的加入量为中性化合物质量的0.3％～2.0％。

 

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