CN104084179B - 一种聚合物整体柱及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种聚合物整体柱及其制备方法与应用。本发明提供的聚合物整体柱的制备方法，包括如下步骤：(1)在搅拌条件下，将引发剂水溶液滴加至单体、交联剂和乳化剂的混合物中，形成胶冻状乳液；所述单体为甲基丙烯酸缩水甘油酯；所述引发剂为过硫酸铵；所述乳化剂为聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物；所述交联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯；(2)在色谱管中，向所述胶冻状乳液中加入催化剂，经冻结后，在-20℃条件下进行聚合即得；所述催化剂为N,N,Nˊ,Nˊ-四甲基乙二胺。本发明操作简单，可快速对流传质，制备的整体材料易于修饰，可应用于不同色谱分离模式；采用冻干凝胶技术，制备的整体柱具有多级孔径结构和优异的渗透性，有利于疏水性小分子的分离。

Description

一种聚合物整体柱及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及一种聚合物整体柱及其制备方法与应用，属于液相色谱技术领域。

背景技术

聚合物整体柱因其制备简单、快速对流传质、良好的渗透性以及易于修饰而被视为新一代色谱介质。整体柱的微观形貌影响着色谱性能，并且由相分离调控，分别有热诱导相分离、非溶剂诱导相分离、聚合诱导相分离(Chen,X.C.；Anthamatten,M.Polymer2008,49,1823-1830)，其中，聚合诱导相分离广泛地用于聚丙烯酰胺类整体柱、聚甲基丙烯酸类整体柱、聚苯乙烯类整体柱的制备。然而，该方法通过传统自由基本体聚合来实现的，其固有的局限性使得制备的聚合物整体柱常常呈现颗粒堆积、不均一的骨架结构，表面作用位点不均一，渗透性降低；此外，聚合诱导相分离过程是将含单体和致孔剂的均相溶液聚合后，通过使用大量有机溶剂冲洗柱体从而得到具有多孔结构的整体柱，因此，方法存在费时费力，产生有机溶剂污染等问题。

冻干凝胶技术已有四十多年的历史，用于制备多孔聚合物整体材料，并且广泛地在生物工程、药物控释、催化和分离领域中应用。它的过程包括将聚合水溶液前体置于冷冻剂中冻结，经低温聚合后，转移至室温融化或通过冷冻干燥出去致孔剂水，从而形成多孔聚合物整体材料(Barrow,M.；Eltmimi,A.；Ahmed,A.；Myers,P.；Zhang,H.F.J.Mater.Chem.2012,22,11615-11620)。该方法制备过程中不使用有机致孔剂，制备条件在低温进行，因此避免生物分子的失活，同时具有简便、廉价、绿色无污染等优点。然而，冻干凝胶技术的聚合前体通常是水溶液，制备得到的聚合物整体柱呈现亲水性，因此限制了此方法在最常使用的疏水性聚合物整体柱的制备。

乳液是指一种液相以液滴形式分散在另一种液相形成的非均相体系，它包括正相乳液(O/W)和反相乳液(W/O)两种。通过聚合乳液体系中的连续相并且除去致孔的分散相，从而可以制得多孔聚合物整体柱。将冻干凝胶技术和乳液体系相结合，由于乳液被快速冻结，不仅可以避免乳液体系的不稳定，而且提高了对乳液体系的调控性(Qian,L.；Zhang,H.F.J.Chem.Technol.Biotechnol.2011,86,172–184)。此外，疏水性单体可以分散在反相乳液的连续相中，用在冻干凝胶技术制备整体材料，拓展了冻干凝胶技术制备聚合物整体柱的应用范围。目前为止，未有通过乳液-冻干凝胶技术制备聚甲基丙烯酸酯类整体柱用于液相色谱固定相的研究报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚合物整体柱及其制备方法与应用，具体采用乳液-冻干凝胶技术来制备聚合物整体柱。本发明制备得到的聚合物整体柱具有高渗透性和多级孔径结构，且可在反相色谱模式下实现对疏水性小分子的分离。

本发明提供的聚合物整体柱的制备方法，包括如下步骤：

(1)在搅拌条件下，将引发剂的水溶液滴加至单体、交联剂和乳化剂的混合物中，形成胶冻状乳液；

所述单体为甲基丙烯酸缩水甘油酯；

所述引发剂为过硫酸铵；

所述乳化剂为聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物；

所述交联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯；

(2)在色谱管中，向所述胶冻状乳液中加入催化剂，经冻结后，在-20℃的条件下进行聚合反应，即得所述聚合物整体柱；

所述催化剂为N,N,N',N'-四甲基乙二胺。

上述制备方法，各原料的配比如下：

0.56～2.05mL所述单体：0.56～2.05mL所述交联剂：0.15～0.45g所述乳化剂：3.2～14.8mL引发剂水溶液：20μL所述催化剂，所述引发剂水溶液中所述引发剂的质量-体积浓度为2.0mg/mL。

上述原料配比具体可为：1.69mL所述单体：0.92mL所述交联剂：0.25g所述乳化剂，9mL引发剂水溶液：20μL催化剂，所述引发剂水溶液中所述引发剂的质量-体积浓度为2.0mg/mL。

上述的制备方法，步骤(1)中，所述方法还包括向所述引发剂的水溶液中添加电解质的步骤；

所述电解质可为无水氯化钙，所述电解质的质量-体积浓度具体可为10.0mg/mL。

上述的制备方法，步骤(1)中，所述聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段聚合物可为PluronicF127。

上述制备方法，步骤(2)中，所述冻结的温度可为-196℃；

所述冻结的时间可为2～6，具体可为4小时；

所述聚合反应的时间可为24～72小时，具体可为48小时；

所述聚合反应的温度可为-20℃。

上述的制备方法，步骤(2)之后，所述制备方法还包括在60℃的条件下，用酸水解所述聚合物整体柱表面的环氧基团，并用水冲至中性的步骤；

所述酸可为硫酸；

所述酸的浓度可为0.25M。

本发明同时提供了上述制备方法制备得到的聚合物整体柱。

本发明进一步提供了上述聚合物整体柱在分离疏水性小分子中的应用；

所述疏水性小分子可为苯甲酸、芘、9,10-二苯基蒽、邻苯二胺、乙萘胺和4,4’-二氨基联苯中的至少2种，具体可对苯甲酸、芘和9,10-二苯基蒽进行有效分离，可对邻苯二胺、乙萘胺和4,4’-二氨基联苯进行有效分离。

本方法具有如下优点：

(1)本发明以聚合物整体柱为色谱介质，具有制备简单、快速对流传质的优点，以甲基丙烯酸缩水甘油酯为单体，制备的整体材料易于后修饰，从而可以应用于不同色谱分离模式。

(2)本发明采用冻干凝胶技术，制备的聚合物整体柱具有大孔、中孔多级孔径结构的微观形貌，不仅使柱体具有优异的渗透性，而且有利于小分子的色谱分离。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的聚合物整体柱的扫描电镜图。

图2为三种多环芳烃类物质在反相模式下的色谱分离图，其中：峰1表示苯甲酸，峰2表示芘，峰3表示9，10-二苯基蒽。

图3为三种苯胺类物质在反相模式下的色谱分离图，其中：峰1表示邻苯二胺，峰2表示乙萘胺，峰3表示4，4’-二氨基联苯。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1、聚合物整体柱的制备

将1.69mL甲基丙烯酸缩水甘油酯，0.92mL乙二醇二甲基丙烯酸酯，0.25gPluronicF127加入到三颈瓶中，用搅拌器在700rmp的机械搅拌下，逐滴加入9.0mL含0.2％(w/v)过硫酸铵和1.0％(w/v)无水氯化钙的水溶液至形成白色胶冻状乳液，通氮气除氧后，向其中加入20μL催化剂N,N,N',N'-四甲基乙二胺并灌入不锈钢柱管里，两端封闭，迅速置于液氮中冻结4小时。然后，将其转移至-20℃条件下进行低温聚合48小时。待反应完成后，将不锈钢柱管在室温融化，并用水冲洗柱体。用0.25M稀硫酸在60℃充分水解整体柱表面的环氧基团，并用水冲至中性，即得聚合物整体柱。

图1为本实施例制备得到的聚合物整体柱的扫描电镜图，由图1可知，整体柱的具有大孔、中孔的多级孔径结构的微观形貌。

以实施例1的整体柱为固定相，以达西定律(Darcy’slaw)为计算依据(Lv,Y.Q.；Lin,Z.X.；Tan,T.W.；Svec,F.Biotechnol.Bioeng.2013,9999,1-9)，以水为流动相(流速，0.4-2.0mL/min；UV检测波长，254nm)来测定柱体的渗透率值(Kf)。

本实施例制备的整体柱的渗透率值为2.38×10^-13m²，远优于传统方法(Martin,C.；Coyne,J.；Carta,G.J.Chromatogr.A2005,1069,43-52)制备的聚合物整体柱的渗透率值(2.2×10^-14m²)，因此，本实施例制备的整体柱具有高渗透性。

实施例2、聚合物整体柱分离疏水性小分子实验

(1)苯甲酸、芘和9,10-二苯基蒽的分离

以实施例1的整体柱为固定相，在反相色谱模式下对苯甲酸、芘和9,10-二苯基蒽进行分离。

以水为流动相A，以乙腈为流动相B，梯度洗脱：0-3.0min,17％B；3.0-4.0min,22％B；4.0-30.0min,22％B；30.0-35.0min,30％B；流速,1.0mL/min；UV检测波长,254nm。

图2为三种多环芳烃类物质在反相模式下的色谱分离图，其中：峰1表示苯甲酸，峰2表示芘，峰3表示9，10-二苯基蒽。由图2可知，实施例1制备得到的聚合物整体柱可对多环芳烃类物质进行有效的分离。

(2)邻苯二胺、乙萘胺和4,4’-二氨基联苯的分离

以实施例1的整体柱为固定相，在反相色谱模式下对邻苯二胺、乙萘胺和4,4’-二氨基联苯进行分离。

以水为流动相A，以乙腈为流动相B，梯度洗脱：0-19.0min,20％B；19.0-20.0min,40％B；20.0-38.0min,40％B；38.0-39.0min,85％B；流速,1.0mL/min；UV检测波长,254nm。

图3为三种苯胺类物质在反相模式下的色谱分离图，其中：峰1表示邻苯二胺，峰2表示乙萘胺，峰3表示4，4’-二氨基联苯。由图3可知实施例1制备得到的聚合物整体柱可对苯胺类物质进行有效分离。

Claims (6)

1.一种聚合物整体柱的制备方法，包括如下步骤：

(1)在搅拌条件下，将引发剂的水溶液滴加至单体、交联剂和乳化剂的混合物中，形成胶冻状乳液；

所述单体为甲基丙烯酸缩水甘油酯；

所述引发剂为过硫酸铵；

所述乳化剂为聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物；

所述交联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯；

(2)在色谱管中，向所述胶冻状乳液中加入催化剂，经冻结后，在-20℃的条件下进行聚合反应，即得所述聚合物整体柱；

所述催化剂为N,N,N',N'-四甲基乙二胺；

各原料的配比如下：

0.56～2.05mL所述单体：0.56～2.05mL所述交联剂：0.15～0.45g所述乳化剂：3.2～14.8mL引发剂水溶液：20μL所述催化剂，所述引发剂水溶液中所述引发剂的质量-体积浓度为2.0mg/mL。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述方法还包括向所述引发剂的水溶液中添加电解质的步骤；

所述电解质为氯化钙。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述冻结的温度为-196℃；

所述冻结的时间为2小时～6小时；

所述聚合反应的时间为24～72小时。

4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)之后，所述制备方法还包括在60℃的条件下，用酸水解所述聚合物整体柱表面的环氧基团，并用水冲至中性的步骤；

所述酸为硫酸；

所述酸的浓度为0.2M。

5.权利要求1-4中任一项所述的制备方法制备得到的聚合物整体柱。

6.权利要求5所述聚合物整体柱在分离疏水性小分子中的应用。