CN103120864A - 一种石墨烯修饰毛细管色谱柱的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯修饰毛细管电色谱柱的制备方法，采用层层自组装(Layer by layer)的方法，将氧化石墨烯基团通过阳离子聚电解质沉积到毛细管内壁，避免了化学键合方法的繁琐和动态涂敷的柱寿命短等不足。原料易得，方法简便、稳定，制得的毛细管电色谱柱的使用寿命较长。

Description

一种石墨烯修饰毛细管色谱柱的制备方法
技术领域
本发明涉及一种毛细管电色谱技术领域，具体涉及一种石墨烯修饰毛细管电色谱柱的制备方法。
背景技术
毛细管电色谱是近年来发展十分迅速的一种高效、快速的微分离技术，是一种具有毛细管电泳和色谱双重分离性能的分离分析方法。它结合了毛细管电泳的高效性和高效液相色谱的高选择性。毛细管电色谱柱是毛细管电色谱技术的核心，新型色谱柱的创新开发一直是本领域长期关注和探索的热点。
碳材料对有机物具有很强的吸附能力，其中富勒烯，单壁碳纳米管，多壁碳纳米管，多孔石墨碳等都已经用于色谱分离领域。石墨烯是一种单原子厚度的二维碳原子晶体，具有独特的表面活性和高比表面积使其成为一种很好的吸附材料。近年来，石墨烯以其独特的结构和优异的性能，在各领域受到广泛的研究兴趣。可以说石墨烯具备了上述碳材料的所有性能，因此将其用于色谱固定相将有很大的潜力。
目前将石墨烯成功应用于色谱领域的例子还不是很多。有报道说将氧化石墨烯(GO)，接枝到整体柱中形成石墨烯修饰色谱柱，研究表明，GO修饰固定相和分析物之间有很强的作用(M.M.Wang，X.P.Yan，Ana l.Chem.84(2012)39.)。石墨烯很难被直接填充到色谱柱中，因此有必要将其涂敷到如硅胶和毛细管内壁等基质上。迄今为止，常用的涂敷方法是通过化学键合的方法将石墨烯键合到经过氨基修饰的材料表面。尽管该方法具有较长的寿命，但是它需要繁琐的制备过程。另一种方法是采用动态涂敷法，该方法简单重复性好，但是其使用寿命很短。因此，有必要寻找一种稳定而且简单的涂层方法。
近年来，利用聚电解质物理吸附功能所形成的“半永久”表面活性剂涂层相继被报道。该涂层采用层层自组装的方法具有很好的稳定性。氧化石墨烯(Graphene Oxide，GO)带有氧化基团，具有亲水性，在水环境中带负电。因此通过静电吸附可以使其和带有正电的聚电解质吸附起来。这样形成的石墨烯涂层操作过程简单效果显著，将同时具备化学键合修饰的稳定性和动态涂敷的简易特性。
因此，一种方法简单，原料易得，同时使得毛细管电色谱柱使用寿命较长的石墨烯修饰毛细管电色谱柱的制备方法亟待出现。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种方法简单，原料易得，同时使得毛细管电色谱柱使用寿命较长的石墨烯修饰毛细管电色谱柱的制备方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种石墨烯修饰毛细管电色谱柱的制备方法，具体步骤包括如下：
(1)毛细管的预处理；
用去离子水冲洗毛细管5-20min，接着用NaOH溶液冲洗毛细管3-5h，再用去离子水冲洗5-30min；
(2)聚电解质修饰毛细管内壁；
选取一种阳离子型电解质，配制5％-10％(w/v)阳离子型聚电解质溶液，并向其中加入0.1-1M的盐溶液，形成阳离子聚电解质涂敷液；
将上述配制好的液体在3-10min内注入预处理后的毛细管柱中，接着用去离子水冲洗毛细管5-15min，形成阳离子型毛细管柱；
(3)石墨烯修饰毛细管柱的制备；
将氧化石墨烯与去离子水按照配比配制成0.1％-1％wt的氧化石墨烯沉积液，将带负电的氧化石墨烯沉积液引入毛细管内，并保持10-60min；
最终用去离子水冲洗毛细管5-15min，即得到所述的石墨烯修饰毛细管电色谱柱。
优选的，步骤(2)中的所述阳离子聚电解质包括聚二烯丙基二甲基氯化铵、聚二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酰胺丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵共聚物，二甲基二烯丙基/丙烯酰胺共聚物中的一种。
优选的，步骤(2)中的所述盐溶液包括KCl、NaCl中的一种。
优选的，根据涂层的厚度重复上述步骤(2)、(3)，以此得到符合规格的毛细管电色谱柱。
其中，所述氧化石墨烯表示为GO，聚二烯丙基二甲基氯化铵表示为PDDA，聚二甲基二烯丙基氯化铵表示为PDM、丙烯酰胺丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵共聚物表示为P(AM AETAC))，二甲基二烯丙基/丙烯酰胺共聚物表示为P(AM DM DAAC)。
通过上述技术方案，本发明技术方案的有益效果是：采用层层自组装(Layer by layer)的方法，将氧化石墨烯基团通过阳离子聚电解质沉积到毛细管内壁，避免了化学键合方法的繁琐和动态涂敷的柱寿命短等不足。原料易得，方法简便、稳定，制得的毛细管电色谱柱的使用寿命较长。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种石墨烯修饰毛细管电色谱柱的制备方法实施例1的NaOH处理毛细管内壁(A)和GO-PDDA毛细管内壁(B)对比SEM图；
图2为本发明一种石墨烯修饰毛细管电色谱柱的制备方法实施例1的硫脲、1，3，5-三甲基苯、萘和2-甲基萘在电色谱模式的分离和重复对比图；
图3为本发明一种石墨烯修饰毛细管电色谱柱的制备方法实施例1的五种芳香化合物的电色谱分离图；
图4为本发明一种石墨烯修饰毛细管电色谱柱的制备方法实施例1的鸡蛋白中酸性蛋白质和碱性蛋白质同时分离电色谱图。
其中，
图2中1.硫脲、2.1，3，5-三甲基苯、3.萘、4.2-甲基萘；
图4中1.溶解酵素、2.抗生物素蛋白、3.软铁传递蛋白、4.卵清蛋白(a，b，c是卵清蛋白的糖化异构体)。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种方法简单，原料易得，同时使得毛细管电色谱柱使用寿命较长的石墨烯修饰毛细管电色谱柱的制备方法。
实施例1，
一种石墨烯修饰毛细管电色谱柱的制备方法，具体步骤包括如下：
(1)毛细管的预处理；
用去离子水冲洗毛细管10min，接着用NaOH溶液冲洗毛细管4h，再用去离子水冲洗10min；
(2)聚电解质修饰毛细管内壁；
选取一种阳离子型电解质，配制8％(w/v)聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)溶液，并向其中加入0.5M的盐溶液，形成阳离子聚电解质涂敷液；
将上述配制好的液体在5min内注入预处理后的毛细管柱中，接着用去离子水冲洗毛细管5min，形成阳离子型毛细管柱；
(3)石墨烯修饰毛细管柱的制备；
将氧化石墨烯与去离子水按照配比配制成0.2％wt的氧化石墨烯沉积液，将带负电的氧化石墨烯沉积液引入毛细管内，并保持30min；
最终用去离子水冲洗毛细管5min，即得到石墨烯修饰毛细管柱GO-PDDA毛细管柱。
将上述制得的毛细管柱进行性能测试，如下所示：
如图1所示，将只是通过NaOH处理的毛细管与上述制得的GO-PDDA毛细管，在扫描电子显微镜下观察其内壁。
如图2所示，以通过本技术方案制得的毛细管柱(GO-PDDA)为电色谱柱，采用毛细管电色谱柱分离模式，以5mmol/L pH7.0磷酸盐缓冲溶液/甲醇(70∶30，v/v)为流动相，分离电压为25kV的条件下，实现硫脲、1，3，5-三甲基苯、萘和2-甲基萘的分离，且连续60次未见柱子性能降低，说明柱子有很好的稳定性。
如图3所示，再以通过本技术方案制得的毛细管柱(GO-PDDA)为电色谱柱，采用毛细管电色谱柱分离模式，以5mmol/L pH7.0磷酸盐缓冲溶液/甲醇(80∶20，v/v)为流动相，分离电压为25kV的条件下，实现了五种芳香化合物的分离。
如图4所示，最后以通过本技术方案制得的毛细管柱(GO-PDDA)为电色谱柱，采用毛细管电色谱柱分离模式，以5mmol/L pH7.5磷酸盐缓冲溶液为流动相，分离电压为20kV的条件下，实现了鸡蛋白中多种酸性蛋白质和碱性蛋白质(溶解酵素、抗生物素蛋白、软铁传递蛋白、卵清蛋白(糖化异构体))的同时分离。
通过上述内容可以看出，采用本发明提供的技术方案，所制得的石墨烯修饰毛细管电色谱柱，可以成功的用于毛细管电色谱和微径液相色谱，具有特殊的分离性能；采用层层自组装(Layer by layer)的方法，将氧化石墨烯基团通过阳离子聚电解质沉积到毛细管内壁，避免了化学键合方法的繁琐和动态涂敷的柱寿命短等不足。方法简便、稳定、寿命长。
实施例2，
其余与上述实施例相同，不同之处在于，一种石墨烯修饰毛细管电色谱柱的制备方法，具体步骤包括如下：
(1)毛细管的预处理；
用去离子水冲洗毛细管10min，接着用NaOH溶液冲洗毛细管4h，再用去离子水冲洗15min；
(2)聚电解质修饰毛细管内壁；
选取一种阳离子型电解质，配制8％(w/v)聚二甲基二烯丙基氯化铵溶液，并向其中加入0.5M的KCl溶液，形成阳离子聚电解质涂敷液；
将上述配制好的液体在5min内注入预处理后的毛细管柱中，接着用去离子水冲洗毛细管5min，形成阳离子型毛细管柱；
(3)石墨烯修饰毛细管柱的制备；
将氧化石墨烯与去离子水按照配比配制成0.5％wt的氧化石墨烯沉积液，将带负电的氧化石墨烯沉积液引入毛细管内，并保持30min；
最终用去离子水冲洗毛细管10min，即得到所述的石墨烯修饰毛细管电色谱柱。
实施例3，
其余与上述实施例相同，不同之处在于，一种石墨烯修饰毛细管电色谱柱的制备方法，具体步骤包括如下：
(1)毛细管的预处理；
用去离子水冲洗毛细管5min，接着用NaOH溶液冲洗毛细管3h，再用去离子水冲洗5min；
(2)聚电解质修饰毛细管内壁；
选取一种阳离子型电解质，配制5％(w/v)丙烯酰胺丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵共聚物P(AM AETAC))溶液，并向其中加入0.1M的NaCl溶液，形成阳离子聚电解质涂敷液；
将上述配制好的液体在3min内注入预处理后的毛细管柱中，接着用去离子水冲洗毛细管5min，形成阳离子型毛细管柱；
(3)石墨烯修饰毛细管柱的制备；
将氧化石墨烯与去离子水按照配比配制成0.1％wt的氧化石墨烯沉积液，将带负电的氧化石墨烯沉积液引入毛细管内，并保持10min；
最终用去离子水冲洗毛细管5min，即得到所述的石墨烯修饰毛细管电色谱柱。
实施例4，
其余与上述实施例相同，不同之处在于，一种石墨烯修饰毛细管电色谱柱的制备方法，具体步骤包括如下：
(1)毛细管的预处理；
用去离子水冲洗毛细管20min，接着用NaOH溶液冲洗毛细管5h，再用去离子水冲洗30min；
(2)聚电解质修饰毛细管内壁；
选取一种阳离子型电解质，配制10％(w/v)二甲基二烯丙基/丙烯酰胺共聚物[P(AM DM DAAC)]溶液，并向其中加入1M的KCl溶液，形成阳离子聚电解质涂敷液；
将上述配制好的液体在10min内注入预处理后的毛细管柱中，接着用去离子水冲洗毛细管15min，形成阳离子型毛细管柱；
(3)石墨烯修饰毛细管柱的制备；
将氧化石墨烯与去离子水按照配比配制成1％wt的氧化石墨烯沉积液，将带负电的氧化石墨烯沉积液引入毛细管内，并保持60min；
最终用去离子水冲洗毛细管15min，即得到所述的石墨烯修饰毛细管电色谱柱。
实施例5，
其余与上述实施例相同，不同之处在于，一种石墨烯修饰毛细管电色谱柱的制备方法，具体步骤包括如下：
(1)毛细管的预处理；
用去离子水冲洗毛细管15min，接着用NaOH溶液冲洗毛细管4h，再用去离子水冲洗15min；
(2)聚电解质修饰毛细管内壁；
选取一种阳离子型电解质，配制8％(w/v)聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)溶液，并向其中加入0.5M的KCl溶液，形成阳离子聚电解质涂敷液；
将上述配制好的液体在8min内注入预处理后的毛细管柱中，接着用去离子水冲洗毛细管10min，形成阳离子型毛细管柱；
(3)石墨烯修饰毛细管柱的制备；
将氧化石墨烯与去离子水按照配比配制成0.5％wt的氧化石墨烯沉积液，将带负电的氧化石墨烯沉积液引入毛细管内，并保持30min；
最终用去离子水冲洗毛细管10min，即得到所述的石墨烯修饰毛细管电色谱柱。
将实施例2、3、4、5制得的毛细管柱按照实施例1的方法同样进行检测，制得的石墨烯修饰毛细管柱都可以成功的用于毛细管电色谱和微径液相色谱，分离性能较好。
除此之外，还可以根据实际分离的需求，根据涂层的厚度重复上述步骤(2)、(3)，方便的调整氧化石墨烯的厚度进而调整色谱柱的表面性能，以此得到符合规格的毛细管电色谱柱。
通过上述技术方案，本发明技术方案的有益效果是：采用层层自组装(Layer by layer)的方法，将氧化石墨烯基团通过阳离子聚电解质沉积到毛细管内壁，避免了化学键合方法的繁琐和动态涂敷的柱寿命短等不足。原料易得，方法简便、稳定，制得的毛细管电色谱柱的使用寿命较长。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种石墨烯修饰毛细管电色谱柱的制备方法，其特征在于，具体步骤包括如下：
(1)毛细管的预处理；
用去离子水冲洗毛细管5-20min，接着用NaOH溶液冲洗毛细管3-5h，再用去离子水冲洗5-30min；
(2)聚电解质修饰毛细管内壁；
选取一种阳离子型电解质，配制5％-10％(w/v)阳离子型聚电解质溶液，并向其中加入0.1-1M的盐溶液，形成阳离子聚电解质涂敷液；
将上述配制好的液体在3-10min内注入预处理后的毛细管柱中，接着用去离子水冲洗毛细管5-15min，形成阳离子型毛细管柱；
(3)石墨烯修饰毛细管柱的制备；
将氧化石墨烯与去离子水按照配比配制成0.1％-1％wt的氧化石墨烯沉积液，将带负电的氧化石墨烯沉积液引入毛细管内，并保持10-60min；
最终用去离子水冲洗毛细管5-15min，即得到所述的石墨烯修饰毛细管电色谱柱。
2.根据权利要求1所述的石墨烯修饰毛细管电色谱柱的制备方法，其特征在于，步骤(2)中的所述阳离子聚电解质包括聚二烯丙基二甲基氯化铵、聚二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酰胺丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵共聚物，二甲基二烯丙基/丙烯酰胺共聚物中的一种。
3.根据权利要求2所述的石墨烯修饰毛细管电色谱柱的制备方法，其特征在于，步骤(2)中的所述盐溶液包括KCl、NaCl中的一种。
4.根据权利要求3所述的石墨烯修饰毛细管电色谱柱的制备方法，其特征在于，根据涂层的厚度重复上述步骤(2)、(3)，以此得到符合规格的毛细管电色谱柱。
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