CN105233811A

CN105233811A - 一种键合型色谱柱固定相及其制备方法

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Publication number: CN105233811A
Application number: CN201510669869.XA
Authority: CN
Inventors: 李艺; 杨永刚; 李宝宗; 侯逢文; 曹严方
Original assignee: Suzhou University
Current assignee: Shanghai Xihua Testing Technology Service Co.,Ltd.
Priority date: 2015-10-16
Filing date: 2015-10-16
Publication date: 2016-01-13
Anticipated expiration: 2035-10-16
Also published as: CN107837796A; CN105233811B; CN107837796B

Abstract

本发明公开了一种键合型色谱柱固定相及其制备方法，通过化学键合的方法将芳基桥联倍半硅氧烷修饰到载体硅胶表面，得到的色谱柱的固定相具有较高的比表面积以及窄的粒径分布；工艺路线简单、原料便宜易得、操作方便；并且本发明的色谱柱固定相对芳基化合物有良好的分离效果，通过改变不同的有机基团，可以满足不同的分离需求。

Description

一种键合型色谱柱固定相及其制备方法

技术领域

本发明属于色谱分离领域，具体涉及一种键合型色谱柱固定相及其制备方法。

背景技术

高效液相色谱法是建立在经典液相色谱的基础上，引入了气相色谱的技术和理论而发展起来的一种现代柱色谱分离分析方法，它的分析速度、分离效率和灵敏度都远高于经典的液相色谱法。有机-无机杂化氧化硅的出现则为色谱分离了新的发展方向，它的优点在于固定相的极性可以通过杂化氧化硅中有机部分的改变来调节，覆盖了从正相色谱柱到反相色谱柱不同极性的填料；另外，有机-无机杂化氧化硅的均一性和孔道可以精细地控制，使得材料原则上包括了通过物质极性分离和基于尺寸排阻效应分离两种分离机理。色谱柱是液相色谱仪的核心，固定相是色谱柱的关键。

桥联聚倍半硅氧烷是有机-无机杂化材料中具有特殊性能的一类新型杂化材料。这类杂化材料由于自身结构的特殊性，不仅兼具无机物和有机物的特性，而且表现出一系列的优越性能，在催化、光电材料、吸附、色谱分离等领域具有良好的应用前景。例如，中国专利申请CN201280008744.7提供了具有一个被多面体式寡聚倍半硅氧烷（POSS）共价改性的表面的新颖材料，POSS可以被直接接枝到固体载体上或者它可以通过一种共价结合到固体载体和POSS两者的连接物被间接接枝到固体载体上，但制备过程略繁琐，合成步骤复杂；中国专利申请CN02100230.4公开了一种色谱用金属柱管的脱活处理方法，将聚倍半硅氧烷预聚体溶于低沸点有机溶剂中，形成6-30%的预聚体溶液，在室温下，将该预聚体溶液由载气携带以线性流速为2-5厘米/秒涂覆于金属柱管内壁，然后在惰性气氛保护下室温下脱除溶剂，程序升温固化。

有关聚倍半硅氧烷在色谱分离领域的研究和应用已经越来越受到人们关注。硅胶基质由于具有良好的机械强度以及耐化学性、热稳定性，而在液相色谱中应用较多；但是现有硅胶固定相修饰工艺较为复杂、比表面积小、针对性弱，以及在碱性介质中不太稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种键合型色谱柱固定相的制备方法，通过化学键合的方法将芳基桥联倍半硅氧烷修饰到载体硅胶表面，从而得到一种新型的色谱柱固定相，合成简易，可以对多种苯的衍生物进行高效的分离。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：一种键合型色谱柱固定相的制备方法，包括以下步骤：

（1）将硅胶球置入反应器中，然后加入2mol/L～8mol/L的盐酸水溶液，室温下回流2～10小时，得到混合物；

（2）抽滤上述混合物；滤饼经去离子水洗涤后再分别经丙酮、乙醚洗涤；最后经过真空干燥得到干燥的硅胶球；

（3）将上述真空干燥后的硅胶球分散在去离子水中，搅拌条件下加入混合溶液；所述混合溶液含有表面活性剂、水、醇、碱溶液；所述硅胶球与所述表面活性剂的摩尔比为1∶（100～150）；所述水、醇、碱溶液的体积比为100∶（50～90）∶（1～5）；

（4）搅拌下，再向混合溶液中加入芳基有机硅试剂；室温搅拌6～18小时后过滤，滤饼经无水乙醇与盐酸的混合液索氏提取6～24小时，得到的固体干燥后为键合型色谱柱固定相。

上述技术方案中，步骤（1）中，所述硅胶球为商品级色谱柱填料，平均粒径在3～10μm；硅胶球与盐酸水溶液的质量比为1∶（10～40）。

上述技术方案中，步骤（2）中，所述滤饼经去离子水洗涤具体为用去离子水洗涤滤饼至洗涤废液的pH值为5～8；真空干燥具体为于真空干燥箱中，在20℃～60℃下干燥12～24小时。

上述技术方案中，步骤（3）中，所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、十六烷基三甲基氯化铵（CTAC）、十八烷基三甲基溴化铵（STAB）、十二烷基苯磺酸钠（SDBS）或者十二烷基磺酸钠（SDS）；所述醇为甲醇、乙醇或者异丙醇；所述碱溶液为KOH溶液、NaOH溶液或者氨水。表面活性剂在水溶液中发生聚集，其聚集体作为模板剂在硅胶球表面形成微孔。

上述技术方案中，步骤（4）中，所述芳基有机硅试剂是指含有芳基的有机硅化合物，化学结构通式为：；

R为、、、、、等芳香基团。

主要为1,4-二（三乙氧基硅基）苯、1,3-二（三乙氧基硅基）苯、4,4’-双（三乙氧基硅基）-1,1’-联苯、3,3’-双（三乙氧基硅基）-1,1’-联苯、5,5’-双（三乙氧基硅基）-2,2’-联吡啶、5,5’-双（三乙氧基硅基）-3,3’-联吡啶。

1,4-二（三乙氧基硅基）苯1,3-二（三乙氧基硅基）苯

4,4’-双（三乙氧基硅基）-1,1’-联苯3,3’-双（三乙氧基硅基）-1,1’-联苯

5,5’-双（三乙氧基硅基）-3,3’-联吡啶5,5’-双（三乙氧基硅基）-2,2’-联吡啶

上述技术方案中，在1400～2000rpm的搅拌条件下，再向混合溶液中加入芳基有机硅试剂。

上述技术方案中，步骤（4）中，所述无水乙醇与盐酸的混合液中，无水乙醇与盐酸的体积比为8∶1。

本发明还公开了根据上述步骤制备的键合型色谱柱固定相。本发明通过化学键合的方法将芳基桥联倍半硅氧烷修饰到载体硅胶表面，得到的色谱柱的固定相具有较高的比表面积以及窄的粒径分布，对芳基化合物有良好的分离效果；并且通过改变不同的有机基团，可以满足不同的分离需求。因此本发明还公开了上述键合型色谱柱固定相在制备高效液相色谱柱中的应用。优选的，本发明产品用匀浆法填充在4.6mm×250mm的HPLC柱中，得到高效液相色谱柱。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1)本发明公开的键合型色谱柱固定相的制备方法中，工艺路线简单、原料便宜易得、操作方便；无需复杂条件以及精密仪器，常温常压空气中反应即可得到产物；

2)本发明通过化学键合的方法将芳基桥联倍半硅氧烷修饰到载体硅胶表面，得到的色谱柱固定相具有较高的比表面积以及窄的粒径分布，对芳基化合物有良好的分离效果；并且通过改变不同的有机基团，可以满足不同的分离需求；

3)本发明中的色谱柱固定相力学性更好，耐化学性、热稳定性优异，特别是固定相在碱性环境中的稳定性以及抗水解性好，克服了现有硅胶基质不耐水解、不宜在碱性环境下测试的缺陷。

附图说明

图1为实施例一得到的键合型色谱柱固定相的扫描电子显微镜照片图；

图2为实施例一制备的HPLC柱对于苯、甲苯、间甲酚、对二甲苯和均三甲苯的分离图；

图3为实施例二制备的HPLC柱对于苯、甲苯、间甲酚、对二甲苯、均三甲苯、硝基苯、氯化苄和氯苯的分离图。

具体实施方式

实施例一

1、称取4g粒径为5mm的硅胶球放置于茄形瓶中，加入4mol/L的盐酸水溶液50mL，室温回流2小时，得到混合物；

2、将上述得到的混合物进行抽滤，抽滤得到的滤饼用大量的去离子水洗涤至滤液呈中性，之后分别用丙酮、乙醚洗涤固体，最后放置于真空干燥箱中，在室温下干燥过夜；

3、将步骤2中得到的固体取450mg超声分散在25mL去离子水中，搅拌条件下加入含有335mg表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵、135mL无水乙醇、200mL去离子水、2.5mL饱和氨水的混合溶液中；

4、在转速为1500rmp的搅拌条件下，向步骤3所得到的混合溶液中快速加入225μL4,4’-双（三乙氧基硅基）-1,1’-联苯，保持搅拌8个小时后，过滤，得到的固体用90mL无水乙醇和盐酸的混合溶液（体积比为8:1）进行索氏提取24小时，真空干燥，得到最终产品键合型色谱柱固定相；

5、将上述键合型色谱柱固定相用匀浆法填充在4.6mm×250mm的HPLC柱中，得到色谱柱A，用于芳基化合物的分析。

图1中a和b分别为初始的硅球和上述得到的键合型色谱柱固定相的扫描电子显微镜照片。从照片中可以看出包覆4,4’-双（三乙氧基硅基）-1,1’-联苯后的材料和初始的硅球一样，都保持了很好的球形结构。经过对两种样品粒径分布的表征，初始硅球的平均粒径为5.44mm，包覆联苯后的平均粒径为5.56mm，通过计算，包覆的聚倍半硅氧烷的壳层的厚度大约为60nm。

图2为上述制备的HPLC柱对于苯、甲苯、间甲酚、对二甲苯和均三甲苯的混合物进行分离图，所选取流动相溶剂为水和乙腈，水：乙腈比例为80:20，柱温为40℃，流速为1mL/min，UV检测波长：210nm，实验所用半制备高效液相色谱仪为Waters系列产品，其中泵和系统控制器型号为Delta600，检测器型号为2487。填料中的联苯基团极性较小，适合用于反相色谱分离，联苯基团与含有不饱和基团的化合物形成强烈的π-π相互作用，适用于苯的衍生物。间甲酚的极性相对较大，它在流动相中的溶解性也较好，分配系数K值较小，在固定相上的保留相对较弱，最先流出色谱柱，而均三甲苯的极性小，随着水含量的增加，溶解度也降低，使得它的流出时间也比较长。从实验结果来看，所选取的五种样品达到了基线分离，表明该色谱柱固定相对于芳香类化合物有很好的分离效果。

实施例二

1，称取4g粒径为5mm的硅胶球放置于茄形瓶中，加入50mL4mol/的盐酸水溶液，回流2小时，得到混合物；

2，将上述得到的混合物进行抽滤，抽滤得到的固体用大量的去离子水洗涤至滤液呈中性，之后分别用丙酮、乙醚洗涤固体，最后放置于真空干燥箱中，在25℃的温度下干燥过夜；

3，将步骤2中得到的固体取450mg超声分散在25mL去离子水中，搅拌条件下加入含有288mg表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵、135mL无水乙醇、200mL去离子水、2.5mL饱和氨水的混合溶液中；

4，在转速为1500rmp的搅拌条件下，向步骤3所得到的混合溶液中快速加入225μL3,3’-双（三乙氧基硅基）-1,1’-联苯，保持搅拌8个小时后，过滤，得到的固体用90mL无水乙醇和盐酸的混合溶液（体积比为8:1）进行索氏提取24小时，真空干燥，得到最终产品键合型色谱柱固定相；

5，将上述键合型色谱柱固定相用匀浆法填充在4.6mm×250mm的HPLC柱中，得到色谱柱B。

图3为上述制备的色谱柱B对于苯、甲苯、间甲酚、对二甲苯、均三甲苯、硝基苯、氯化苄以及氯苯这八种混合物进行分离的图，所选取流动相溶剂分别为水和乙腈，且水：乙腈比例为80:20，柱温为40℃，流速为1mL/min，UV检测波长：210nm，实验所用半制备高效液相色谱仪为Waters系列产品，其中泵和系统控制器型号为Delta600，检测器型号为2487。从实验结果来看，图谱上有八个峰出现，且基本达到了基线分离，这说明本发明制备的色谱柱固定相对芳香类化合物有良好的识别能力，可以有效地分离芳香类化合物。

实施例三

1，称取4g粒径为5mm的硅胶球放置于茄形瓶中，加入50mL4mol/的盐酸水溶液，室温回流4小时，得到混合物；

3，将步骤2中得到的固体取450mg超声分散在25mL去离子水中，搅拌条件下加入含有353mg表面活性剂十八烷基三甲基溴化铵、120mL无水甲醇、200mL去离子水、3.5mL饱和氨水的混合溶液中；

4，在转速为1500rmp的搅拌条件下，向步骤3所得到的混合溶液中快速加入242μL1,4-二（三乙氧基硅基）苯，保持搅拌8个小时后，过滤，得到的固体用90mL无水乙醇和盐酸的混合溶液（体积比为8:1）进行索氏提取24小时，真空干燥，得到最终产品键合型色谱柱固定相；

5，将最终产品用匀浆法填充在4.6mm×250mm的HPLC柱中。

实施例四

1，称取4g粒径为5mm的硅胶球放置于茄形瓶中，加入50mL4mol/的盐酸水溶液，室温回流2小时，得到混合物；

3，将步骤2中得到的固体取450mg超声分散在25mL去离子水中，搅拌条件下加入含有314mg表面活性剂十二烷基苯磺酸钠、125mL异丙醇、230mL去离子水、1.5mL2mol/L氢氧化钠水溶液的混合溶液中；

4，在转速为1500rmp的搅拌条件下，向步骤3所得到的混合溶液中快速加入216μL5,5’-双（三乙氧基硅基）-2,2’-联吡啶，保持搅拌6个小时后，过滤，得到的固体用90mL无水乙醇和盐酸的混合溶液（体积比为8:1）进行索氏提取20小时，真空干燥，得到最终产品键合型色谱柱固定相；

5，将最终产品用匀浆法填充在4.6mm×250mm的HPLC柱中。

实施例五

1，称取4g粒径为5mm的硅胶球放置于茄形瓶中，加入50mL4mol/的盐酸水溶液，室温回流8小时，得到混合物；

3，将步骤2中得到的固体取450mg超声分散在25mL去离子水中，搅拌条件下加入350mL混合溶液中，混合溶液中含有表面活性剂245mg，去离子水、无水乙醇、氢氧化钾溶液体积配比为100:55:1；

搅拌条件下加入含有350mg表面活性剂十二烷基磺酸钠、135mL无水乙醇、200mL去离子水、1.5mL2mol/L氢氧化钾水溶液的混合溶液中；

4，在转速为1500rmp的搅拌条件下，向步骤3所得到的混合溶液中快速加入215μL1,4-二（三乙氧基硅基）苯，保持搅拌8个小时后，过滤，得到的固体用90mL无水乙醇和盐酸的混合溶液（体积比为8:1）进行索氏提取24小时，真空干燥，得到最终产品键合型色谱柱固定相；

5，将最终产品用匀浆法填充在4.6mm×250mm的HPLC柱中。

实施例六

1，称取4g粒径为5mm的硅胶球放置于茄形瓶中，加入50mL4mol/L的盐酸水溶液，室温回流2小时，得到混合物；

3，将步骤2中得到的固体取450mg超声分散在25mL去离子水中，搅拌条件下加入含有353mg表面活性剂十八烷基三甲基溴化铵、155mL异丙醇、240mL去离子水、2.5mL饱和氨水的混合溶液中；

4，在转速为1500rmp的搅拌条件下，向步骤3所得到的混合溶液中快速加入225μL4,4’-双（三乙氧基硅基）-1,1’-联苯，保持搅拌8个小时后，过滤，得到的固体用90mL无水乙醇和盐酸的混合溶液（体积比为8:1）进行索氏提取24小时，真空干燥，得到最终产品键合型色谱柱固定相；

5，将最终产品用匀浆法填充在4.6mm×250mm的HPLC柱中。

实施例七

1，称取4g平均粒径为8mm的硅胶球放置于茄形瓶中，加入100mL8mol/L的盐酸水溶液，室温回流10小时，得到混合物；

2，将上述得到的混合物进行抽滤，抽滤得到的固体用大量的去离子水洗涤至滤液呈中性，之后分别用丙酮、乙醚洗涤固体，最后放置于真空干燥箱中，在50℃的温度下干燥16小时；

3，将步骤2中得到的固体取450mg超声分散在25mL去离子水中，搅拌条件下加入含有353mg表面活性剂十八烷基三甲基溴化铵、155mL甲醇、240mL去离子水、2.8mL饱和氨水的混合溶液中；

4，在转速为1500rmp的搅拌条件下，向步骤3所得到的混合溶液中快速加入225μL1,3-二（三乙氧基硅基）苯，保持搅拌6个小时后，过滤，得到的固体用90mL无水乙醇和盐酸的混合溶液（体积比为8:1）进行索氏提取18小时，真空干燥，得到最终产品键合型色谱柱固定相；

5，将最终产品用匀浆法填充在4.6mm×250mm的HPLC柱中。

实施例八

1，称取4g平均粒径为3mm的硅胶球放置于茄形瓶中，加入150mL2mol/L的盐酸水溶液，室温回流5小时，得到混合物；

2，将上述得到的混合物进行抽滤，抽滤得到的固体用大量的去离子水洗涤至滤液呈中性，之后分别用丙酮、乙醚洗涤固体，最后放置于真空干燥箱中，在60℃的温度下干燥20小时；

3，将步骤2中得到的固体取450mg超声分散在25mL去离子水中，搅拌条件下加入含有353mg表面活性剂十八烷基三甲基氯化铵、185mL异丙醇、240mL去离子水、2.5mL氢氧化钠溶液的混合溶液中；

4，在转速为1500rmp的搅拌条件下，向步骤3所得到的混合溶液中快速加入225μL5,5’-双（三乙氧基硅基）-3,3’-联吡啶，保持搅拌18个小时后，过滤，得到的固体用90mL无水乙醇和盐酸的混合溶液（体积比为8:1）进行索氏提取6小时，真空干燥，得到最终产品键合型色谱柱固定相；

5，将最终产品用匀浆法填充在4.6mm×250mm的HPLC柱中。

Claims

1.一种键合型色谱柱固定相的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述键合型色谱柱固定相的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述硅胶球的平均粒径为3～10μm；硅胶球与盐酸水溶液的质量比为1∶（10～40）；盐酸水溶液的浓度为4mol/L。

3.根据权利要求1所述键合型色谱柱固定相的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述滤饼经去离子水洗涤具体为用去离子水洗涤滤饼至洗涤废液的pH值为5～8；真空干燥具体为于真空干燥箱中，在20℃～60℃下干燥12～24小时。

4.根据权利要求1所述键合型色谱柱固定相的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠或者十二烷基磺酸钠。

5.根据权利要求1所述键合型色谱柱固定相的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，所述醇为甲醇、乙醇或者异丙醇；所述碱溶液为KOH溶液、NaOH溶液或者氨水。

6.根据权利要求1所述键合型色谱柱固定相的制备方法，其特征在于：步骤（4）中，所述芳基有机硅试剂为1,4-二（三乙氧基硅基）苯、1,3-二（三乙氧基硅基）苯、4,4’-双（三乙氧基硅基）-1,1’-联苯、3,3’-双（三乙氧基硅基）-1,1’-联苯、5,5’-双（三乙氧基硅基）-2,2’-联吡啶或者5,5’-双（三乙氧基硅基）-3,3’-联吡啶；在1400～2000rpm的搅拌条件下，再向混合溶液中加入芳基有机硅试剂。

7.根据权利要求1所述键合型色谱柱固定相的制备方法，其特征在于：步骤（4）中，所述无水乙醇与盐酸的混合液中，无水乙醇与盐酸的体积比为8∶1。

8.权利要求1～7所述任意一种键合型色谱柱固定相的制备方法制备的键合型色谱柱固定相。

9.权利要求8所述键合型色谱柱固定相在制备高效液相色谱柱中的应用。

10.根据权利要求9所述键合型色谱柱固定相在制备高效液相色谱柱中的应用，其特征在于：采用匀浆法填充键合型色谱柱固定相。