CN105536293A - 一种硼酸亲和有机-硅胶杂化整体柱及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硼酸亲和有机-硅胶杂化整体柱及其制备方法，主要以四甲氧基硅烷和乙烯基三乙氧基硅烷作为硅烷化试剂，以4-乙烯基苯硼酸作为功能单体、二乙烯基苯为交联剂、聚乙二醇为致孔剂、偶氮二异丁腈为引发剂，采用一锅法，通过酸碱两步催化在毛细管中进行自由基聚合反应，制得硼酸亲和有机-硅胶杂化整体柱。本发明制备的整体柱既免去了传统填充柱装填等繁琐操作，及烧结塞子导致的气泡产生等问题，又克服了开管柱容量低、相比小的缺点，其性质稳定，重现性好，可在较大pH范围内使用，其电渗流大小可以通过调节流动相的pH来控制。

Description

一种硼酸亲和有机-硅胶杂化整体柱及其制备方法
技术领域
本发明属于毛细管色谱柱技术领域，具体涉及一种硼酸亲和有机-硅胶杂化整体柱及其制备方法。
背景技术
有机-硅胶杂化整体柱，是以硅氧烷为基础得到的一类具有硅胶骨架结构，并包含特殊功能基团的新型整体柱，它结合了有机整体柱和无机硅胶整体柱两者的优势，具有良好的机械稳定性、耐酸碱性和抗溶胀性，受到了研究人员的广泛关注。杂化整体柱在制备带有活性基团的硅胶整体柱的基础上，通过柱后衍生法或是“one-pot”来制备的。与柱后衍生相比，“one-pot”法比较省时，首先将有机功能单体直接加入水解后的反应液中混合均匀，然后再将反应液注入管内并进行加热反应，便可以制得具有带有特殊官能团的杂化整体柱。
硼酸亲和色谱是基于硼酸与顺式二醇化合物之间特异性选择分离的一项技术，极大地丰富了顺式二醇化合物的分离应用。硼酸亲和作用机理是基于硼酸基团在碱性条件下会与带有顺式二醇的物质发生共价结合反应，从而可以形成稳定的五或六元环酯结构，当介质的pH切换成酸性时则可实现解离。2006年Potter等人（Analyst,2006,131(10):1094-1096）首次在毛细管中合成了硼酸亲和整体柱，利用液相色谱和毛细管电色谱成功的分离了核苷酸类物。Yang等人（Analyst,2009,134(10):2158-2164）用乙二醇二甲基丙烯酸酯和丙烯酰胺作为交联剂，将4-乙烯基苯硼酸作为单体灌入不锈钢柱中制备而成新的硼酸整体柱，该柱可以用于从尿中分离去甲肾上腺素、肾上腺素、多巴胺等神经递质。后来，为了进一步扩大在酸性pH条件下的使用范围，Liu的课题组（Chem.Comm.,2011,47:5067-5069）通过制备了氨基官能化的聚(甲基丙烯酸缩水甘油酯亚甲基双(丙烯酰胺))整体柱，然后通过羧基与氨基的反应，进一步将羧基官能团引入整体柱中。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种硼酸亲和有机-硅胶杂化整体柱及其制备方法。该有机-硅胶杂化毛细管整体柱既免去了传统填充柱装填等复杂繁琐的操作及烧结塞子导致的气泡产生等问题，又克服了开管柱容量低、相比小的缺点，其化学性质稳定，重现性好，对中性物质和苯胺类物质具有良好的分离效果，且对邻苯二酚和对苯二酚有特异性分离作用。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于“one-pot”法制备硼酸亲和有机-硅胶杂化整体柱，以四甲氧基硅烷和乙烯基三乙氧基硅烷作为硅烷化试剂，以4-乙烯基苯硼酸（VDB）作为功能单体、二乙烯基苯（DB）为交联剂、聚乙二醇为致孔剂、偶氮二异丁腈为引发剂，采用一锅法，经过酸碱两步催化在毛细管中进行自由基聚合反应，制得所述硼酸亲和有机-硅胶杂化整体柱。
其制备方法包括如下步骤：
1）毛细管预处理：取适当长度毛细管柱，依次通水0.5h、1M盐酸1h、水0.5h、1M氢氧化钠0.5h后，塞住两端于100℃反应3h；再通水0.5h、0.1M盐酸0.5h、水0.5h、甲醇0.25h、丙酮0.25h，然后180℃氮吹3h；
2）柱子制备：准确称取270mg聚乙二醇（PEG）溶解在2.5mL0.01mol/L的醋酸溶液中，完全溶解后，再加入由900μL四甲氧基硅烷（TMOS）和300μL乙烯基三乙氧基硅烷（VTEO）组成预聚合溶液，然后在0℃下搅拌反应1h,使之形成均匀透明的水解液；再准确称取13.4mg4-乙烯基苯硼酸和26.8mg二乙烯基苯以及4mg偶氮二丁腈（AIBN），加入至1mL上述水解液中，冰浴超声10min溶解脱气；将混合溶液用注射器手动推入预处理好的毛细管柱中至30cm(总长50cm)处，用橡胶将毛细管两端封住，放入40℃水浴锅中加热反应12h后，将温度升高到70℃继续加热12h；
所述硼酸亲和有机-硅胶杂化整体柱通过调节流动相、缓冲盐的盐浓度和pH值来改变其电渗流大小，可用于分离中性物质苯胺类物质，以及顺式二醇物质。
整体柱所用流动相为乙腈、甲醇或者二次水（优选流动相中乙腈含量为50%-100%（v/v）），在pH为2.0~9.0使用，缓冲盐的浓度为10mmol/L。
本发明的显著优点在于：
（1）本发明基于硼酸基团在碱性条件下会与带有顺式二醇的物质发生共价结合反应，从而可以形成稳定的五或六元环酯结构，当介质的pH切换成酸性时则可实现解离的特点，与杂化柱相结合，制备了硼酸亲和有机-硅胶杂化整体柱，可以实现对中性物质、苯胺化合物的分离，以及顺式二醇的物质的特异性分离；
（2）本发明制备的硼酸亲和有机-硅胶杂化整体柱，既免除了传统填充柱装填等复杂繁琐的操作及烧结塞子导致的气泡产生等问题，又克服了开管柱容量低和相比小的缺点，具有性质结构稳定，机械稳定性、重现性好的优点；可在较大pH范围内使用，其电渗流大小可以通过调节流动相的pH来控制。
附图说明
图1为不同比例的单体含量的杂化柱的电镜图；图中A、B、C、D中VPB与DB的比分别对应为2:1、1:1、1:2、1:3；
图2为在不同流动相中线速度对整体柱背压的影响；
图3为硼酸亲和有机-硅胶杂化整体柱(柱C)中乙腈含量对中性分子迁移时间的影响；
图4为硼酸亲和有机-硅胶杂化整体柱(柱C)中不同pH对邻苯二酚、对苯二酚分离的影响；图中1.对苯二酚，2.邻苯二酚；
图5为硼酸亲和有机-硅胶杂化整体柱中不同乙腈含量对邻苯二酚、对苯二酚分离的影响；图中1.对苯二酚，2.邻苯二酚。
具体实施方式
为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
实施例1
1）毛细管预处理：取若干相同毛细管柱，分别依次通水0.5h、1M盐酸1h、水0.5h、1M氢氧化钠0.5h后，塞住两端于100℃反应3h；再通水0.5h、0.1M盐酸0.5h、水0.5h、甲醇0.25h、丙酮0.25h，然后180℃氮吹3h；
2）柱子制备：准确称取270mgPEG溶解在2.5mL0.01mol/L的醋酸溶液中，完全溶解后，再加入由900μLTMOS和300μLVTEO组成预聚合溶液，然后在0℃下搅拌反应1h，使之形成均匀透明的水解液；再准确称取13.4mg4-乙烯基苯硼酸和26.6mg二乙烯基苯以及4mgAIBN，加入至1mL上述水解液中，冰浴超声10min溶解脱气；将混合溶液用注射器手动推入预处理好的毛细管柱中至30cm(总长50cm)处，用橡胶将毛细管两端封住，放入40℃水浴锅中加热反应12h后，将温度升高到70℃继续加热12h；
实验中保持VPB与DB的质量总和为40mg，改变VPB与DB配比分别为2:1（柱A）、1:1（柱B）、1:2（柱C）和1:3（柱D），单体的总量、致孔剂等其他物质含量保持不变，考察了VPB与DB的比例对柱子的影响，结果如图1所示。我们可以看出，整体柱中的颗粒随着DB比重的增加而变细，致密性也逐渐变好，当逐渐发现该柱C的柱效先增高后降低，当DB所占比重较小时，柱子较为通透，当DB所占比重较大时，柱子太过致密，都不易实验分离的效果。故选择VPB与DB配比为1:2时为最佳。
实施例2
在pCEC中，泵压的施加以及不同极性流动相的使用均要求整体柱固定相具有良好的机械稳定性，实验考察了整体柱在三种极性不同的流动相(乙腈、甲醇和二次水)中，流速的变化对背压的影响，实验结果如图2所示。
从图中可以看出，在三种流动相中，整体柱背压与流速均呈现良好的线性关系，且相关系数R都达到0.998以上，表明该硼酸杂化整体柱具有良好的机械稳定性。
实施例3
以实施例1制得的硼酸亲和有机-硅胶杂化整体柱，测定不同乙腈含量与3种中性化合物（甲苯、DMF、硫脲）迁移时间的关系，结果如图3，其中磷酸盐缓冲液为pH7.0、10.0mmol/L，乙腈含量为50%-100%，泵压为0.7MPa，分离电压-10kV，检测波长为214nm。
从图中可以看出，在乙腈含量大于80%（v/v）时，洗脱顺序为甲苯、DMF、硫脲，此顺序与它们的极性大小保持一致，这说明酰胺类化合物的分离过程是典型的亲水作用色谱保留机制。随着乙腈含量的继续增大，中性小分子在该整体柱上的分离度愈来愈大，当乙腈含量为95%时，三种小分子实现了基线分离。
实施例4
以实施例1制得的硼酸亲和有机-硅胶杂化整体柱，测定富集液在不同pH值时，对邻苯二酚与对苯二酚分离的影响，结果如图4；其中磷酸盐缓冲液为10.0mmol/L，乙腈含量为50%，分离电压-10kV，其余测定条件同实施例3。
从图中可以看出，在富集缓冲盐的pH为6.5的条件下，当切换到酸性条件下后，邻苯二酚几乎没有被洗脱下来，随着富集缓冲盐的pH升高到7.5时，切换到酸性条件下后，邻苯二酚在10min左右被洗脱出来，当富集缓冲盐的pH升高到8.5时，切换到酸性条件下后，邻苯二酚洗脱时间提前，且响应变大，这一结果表明了该硼酸亲和杂化整体柱在碱性条件下更有利于顺式二醇化合物的特定的分离和富集。
实施例5
以实施例1制得的硼酸亲和有机-硅胶杂化整体柱，测定富集液在不同乙腈条件下，对邻苯二酚与对苯二酚分离的影响，结果如图5；其中磷酸盐缓冲液为10.0mmol/L，pH8.5保持不变，分离电压-10kV，其余测定条件同实施例3。
从图中可以看出，当乙腈含量较低时，对苯二酚的响应值较低，切换为酸性条件后，邻苯二酚的保留时间较长。当乙腈含量较高时，对苯二酚的响应值较高，切换为酸性条件后，邻苯二酚的保留时间缩短。由此可以看出，ACN的含量对硼酸亲和杂化整体柱有着较大的影响作用。
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 (7)

1.一种硼酸亲和有机-硅胶杂化整体柱的制备方法，其特征在于：以四甲氧基硅烷和乙烯基三乙氧基硅烷作为硅烷化试剂，以4-乙烯基苯硼酸作为功能单体、二乙烯基苯为交联剂、聚乙二醇为致孔剂、偶氮二异丁腈为引发剂，采用一锅法，通过酸碱两步催化在毛细管中进行自由基聚合反应，制得硼酸亲和有机-硅胶杂化整体柱。
2.根据权利要求1所述的硼酸亲和有机-硅胶杂化整体柱的制备方法，其特征在于：具体步骤为：
（1）毛细管预处理：取总长50cm的毛细管柱，依次通水0.5h、1M盐酸1h、水0.5h、1M氢氧化钠0.5h后，塞住两端于100℃反应3h；再通水0.5h、0.1M盐酸0.5h、水0.5h、甲醇0.25h、丙酮0.25h，然后180℃氮吹3h；
（2）预聚合溶液的制备：准确称取270mg聚乙二醇溶解在2.5mL0.01mol/L的醋酸溶液中，完全溶解后，再加入由900μL四甲氧基硅烷和300μL乙烯基三乙氧基硅烷组成预聚合溶液，然后在0℃下搅拌反应1h，使之形成均匀透明的水解液；
（3）柱子的制备：准确称取13.4mg4-乙烯基苯硼酸和26.8mg二乙烯基苯以及4mg偶氮二异丁腈，加入至1mL步骤（2）制得的水解液中，冰浴超声10min溶解脱气；将混合溶液用注射器手动推入预处理好的毛细管柱中至30cm处，用橡胶将毛细管两端封住，放入40℃水浴锅中加热反应12h后，将温度升高到70℃继续加热12h；分别用甲醇、水冲洗柱子以除去未完全反应的致孔剂和其它残留物，制得硼酸亲和有机-硅胶杂化整体柱。
3.一种如权利要求1或2所述制备方法制得的硼酸亲和有机-硅胶杂化整体柱的应用，其特征在于：通过调节流动相、缓冲盐的浓度和pH值来改变其电渗流大小，实现对中性小分子、苯胺类物质或者顺式二醇物质的分离。
4.根据权利要求3所述的硼酸亲和有机-硅胶杂化整体柱的应用，其特征在于：整体柱所用流动相为乙腈、甲醇、二次水中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的硼酸亲和有机-硅胶杂化整体柱的应用，其特征在于：所述流动相中乙腈体积含量为50%-100%。
6.根据权利要求1所述的硼酸亲和有机-硅胶杂化整体柱的应用，其特征在于：在pH为2.0~9.0使用。
7.根据权利要求1所述的硼酸亲和有机-硅胶杂化整体柱的应用，其特征在于：缓冲盐的浓度为10mmol/L。
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