CN105618017B - 可控杂化涂覆硅胶键合固定相的制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可控杂化涂覆硅胶键合固定相的制备方法及其应用,该方法包括以下步骤:将普通硅胶进行研磨和分级筛选或选择一定粒径和孔径的商品硅胶;把所获得的硅胶直接加入到可控制比例的不同硅烷偶联剂的水解反应体系中,在反应一段时间后直接加入高沸点溶剂和碱性催化剂,使水解的硅烷偶联剂低聚物与硅胶表面的硅羟基发生缩聚反应,一锅法(one‑pot)形成杂化的聚氧硅烷键合涂覆层;然后在杂化涂覆的硅胶表面上键合含C18﹑辛基﹑苯基等基团的硅烷,从而得到耐酸碱和高含碳量的硅胶键合固定相。这种新型固定相可应用于医药、环境、食品等样品的色谱分析。本发明所得填料,成本低廉,分离效果好,方法简单易控,重复性好。
Description
技术领域
本发明涉及一种耐酸碱杂化涂覆硅胶键合固定相的制备方法,以及这些固定相的色谱分析应用。
背景技术
在高效液相色谱(HPLC)应用中,硅胶固定相具有刚性好和柱效高等优点,在色谱分离分析中得到了广泛的应用,其中C18硅胶键合固定相占色谱分析使用的80%。但是传统的硅胶键合固定相是利用有机氯硅烷直接与硅胶表面的硅羟基反应,这种方法得到的硅胶键合固定相在硅胶表面暴露一些未反应的残余硅羟基,产生一些不利的吸附效应;并且固定相的键合部位缺乏疏水性保护而容易被水解,所以它们在酸或碱性条件下不稳定,限制了其应用范围。
近几十年来,人们一直在探讨改善硅胶键合固定相的制备的方法,以解决上述问题,其中对硅胶表面进行杂化改性,增加其疏水性,然后再键合有机氯硅烷可以扩大得到的硅胶键合固定相的pH使用范围 (申请号为201110377126.7的中国专利;申请号为201210556760.1的中国专利) ,但所报道的方法都是步骤很繁琐,使用的硅烷偶联剂非常有限,不同的硅烷偶联剂的比例可控性差。
发明内容
本发明的目的在于提供耐酸碱的杂化涂覆硅胶键合固定相用于高效液相色谱分析,通过在硅胶表面一锅法(one-pot)键合涂覆可控的有机硅烷偶联剂杂化层,再键合有机硅烷,从而制备出具有疏水性保护层和残余硅羟基少,耐酸碱性好的高效液相色谱柱填料。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种可控杂化涂覆硅胶键合固定相的制备方法,步骤如下:
(1)在三口烧瓶中加入乙醇、HCl以及硅烷偶联剂,40℃搅拌反应1.5h,然后再加入真空干燥过的硅胶微粒,80℃回流1.5h,再加入DMSO以及乙二胺,N2保护,120℃反应3h,反应结束后,将产物用DMSO、乙醇洗涤,除去反应中未反应的硅烷偶联剂,所获得的硅胶与硅烷偶联剂水解缩聚之后可以涂覆上一层聚硅氧烷层。最后在真空干燥箱60℃中干燥过夜,得到表面键合涂覆的硅胶颗粒;
(2)将步骤(1)得到的硅胶颗粒溶于甲苯中,加热到100℃,N2保护,然后再加入咪唑搅拌10min,将硅烷溶于甲苯中,然后置于滴液漏斗中缓慢滴加,105℃反应8h,所得产物用甲苯、乙醇洗涤,除去物理吸附在微球表面的物质,然后进行真空干燥。
所述步骤(1)中硅胶微粒的粒径为5~10μm。
所述步骤(1)中的硅烷偶联剂包括正硅酸乙酯和其它硅烷偶联剂,其中正硅酸乙酯和其它硅烷偶联剂的质量比为1:3至3:1,所述其它硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷或二甲基二乙氧基硅烷中的至少一种。
所述步骤(1)中硅烷偶联剂的质量与硅胶微粒的质量比10%-15%。
所述步骤(1)中的乙二胺的质量是硅胶微粒质量的3~6%。
所述步骤(1)中盐酸与硅烷偶联剂的物质的量之比为1。
所述步骤(2)中的硅烷与硅胶颗粒的质量比为5~20%。
所述步骤(2)中的咪唑的用量为硅胶颗粒质量的10~15%。
所述步骤(2)中的硅烷为十八烷基二甲基氯硅烷、十八烷基二乙基氯硅烷、十八烷基三氯硅烷、辛烷基甲(异丙)基二氯硅烷、辛烷基三氯硅烷或3-氰丙基-二甲基氯硅烷。
所述的可控杂化涂覆硅胶键合固定相的制备方法制备得到的硅胶键合固定相在pH 2-11范围内用来色谱分离分析医药、环境、食品。
本发明的有益效果:(1)硅胶表面修饰层厚度和组成可控,表面基团多样化;(2)有机层覆盖率大,具有一定的疏水性保护层,残余硅羟基效应少,耐酸碱性好;(3)制备的方法简单易控,一锅法(one-pot)键合涂覆可以大大提高色谱固定相制备的可控性和重复性;(4)本发明所得填料,成本低廉,分离效果好;(5)本发明所得填料,制备的方法简单易控,无需专门封尾处理,而且制备重复性好。
附图说明
图1直接键合所得的C18碱浸泡对比色谱图。
图2硅氧烷涂覆的C18碱浸泡对比色谱图。
图3芴理论塔板数测定结果。
具体实施方式
为了更好地理解本发明,通过实例来进行进一步说明,在本发明的框架下,具体操作过程可以有很多变化。
实施例1
本实施例的可控杂化涂覆硅胶键合固定相的制备方法,步骤如下:
(1)硅胶微粒表面改性:在100ml三口烧瓶中加入40ml乙醇、0.89ml的0.01M的HCl搅拌,加入0.75g 正硅酸乙酯, 再加入0.375g二甲基二乙氧基硅烷和0.375g甲基三甲氧基硅烷继续搅拌,加热到40℃反应1.5h,然后再加入10g真空干燥过的5-10μm的SiO2,加热到80℃回流1.5h,反应结束后加入40mlDMSO,N2吹出乙醇,加入一定量的乙二胺与作为催化剂,120℃反应3h,反应结束后,将产物用DMSO、乙醇各抽滤洗涤两次,以除去反应中未反应的硅烷偶联剂,最后在真空干燥箱中60℃干燥过夜,得到改性的硅胶颗粒;
(2)将步骤(1)修饰过的硅胶表面键合上C18: 5g干燥的上述硅胶溶于30ml甲苯中,加热到100℃,N2保护,然后再加入0.5g咪唑搅拌10min,称取0.5g十八烷基二甲基氯硅烷溶于10ml甲苯后,加入滴液漏斗中缓慢滴加,控制流速不能太快,滴加完后继续加热到105℃反应8h。反应结束后,所得产物分别用甲苯、乙醇抽滤洗涤2次,除去物理吸附在微球表面的物质,然后进行真空干燥。
所得固定相装柱:称取固定量的固定相,加入一定量的异丙醇与三氯甲烷,用超声波超声使得溶液为匀浆液,将匀浆液转移到柱子中,一定时间一定压力条件下用填装缓冲液缓慢流经柱子。
实施例2
本实施例的可控杂化涂覆硅胶键合固定相的制备方法,步骤如下:
(1)硅胶微粒表面改性:在100ml三口烧瓶中加入40ml乙醇、0.66ml的0.01M的HCl搅拌,加入0.25正硅酸乙酯,再加入0.5g甲基三甲氧基硅烷和0.25g二甲基二乙氧基硅烷继续搅拌,加热到40℃反应1.5h,然后再加入10g真空干燥过的5-10μm的SiO2,加热到80℃回流1.5h,反应结束后加入40mlDMSO,N2吹出乙醇,加入一定量的乙二胺作为催化剂,120℃反应3h,反应结束后,将产物用DMSO、乙醇各抽滤洗涤两次,以除去反应中未反应的硅烷偶联剂,最后在真空干燥箱中60℃干燥过夜,得到改性的硅胶颗粒;
(2)将步骤(1)修饰过的硅胶表面键合上C18: 5g干燥的上述硅胶溶于30ml甲苯中,加热到100℃,N2保护,然后再加入1g咪唑搅拌10min,称取1g 十八烷基二甲基氯硅烷于8ml甲苯后,加入滴液漏斗中缓慢滴加,控制流速不能太快,滴加完后继续加热到105℃反应8h。反应结束后,所得产物分别用甲苯、乙醇抽滤洗涤2次,除去物理吸附在微球表面的物质,然后进行真空干燥。
所得固定相装柱:称取固定量的固定相,加入一定量的异丙醇与三氯甲烷,用超声波超声使得溶液为匀浆液,将匀浆液转移到柱子中,一定时间一定压力条件下用填装缓冲液缓慢流经柱子。
实施例3
本实施例的可控杂化涂覆硅胶键合固定相的制备方法,步骤如下:
(1)硅胶微粒表面改性:在100ml三口烧瓶中加入40ml乙醇、0.64ml的0.01M的HCl搅拌,加入0.25g 正硅酸乙酯,再加入0.25g甲基三甲氧基硅烷和0.5g二甲基二乙氧基硅烷继续搅拌,继续搅拌,加热到40℃反应1.5h,然后再加入10g真空干燥过的5-10μm的SiO2,加热到80℃回流1.5h,反应结束后加入40mlDMSO,N2吹出乙醇,加入一定量的乙二胺作为催化剂,120℃反应3h,反应结束后,将产物用DMSO、乙醇各抽滤洗涤两次,以除去反应中未反应的硅烷偶联剂,最后在真空干燥箱中60℃干燥过夜,得到改性的硅胶颗粒;
(2) 将步骤(1)修饰过的硅胶表面键合上C18: 5g干燥的上述硅胶溶于30ml甲苯中,加热到100℃,N2保护,然后再加入0.75g咪唑搅拌10min,称取0.75g 十八烷基二甲基氯硅烷溶于4ml甲苯后,加入滴液漏斗中缓慢滴加,控制流速不能太快,滴加完后继续加热到105℃反应8h。反应结束后,所得产物分别用甲苯、乙醇抽滤洗涤2次,除去物理吸附在微球表面的物质,然后进行真空干燥。
所得固定相装柱:称取固定量的固定相,加入一定量的异丙醇与三氯甲烷,用超声波超声使得溶液为匀浆液,将匀浆液转移到柱子中,一定时间一定压力条件下用填装缓冲液缓慢流经柱子。
实施例4
本实施例的可控杂化涂覆硅胶键合固定相的制备方法,步骤如下:
(1) 硅胶微粒表面改性:在100ml三口烧瓶中加入40ml乙醇、0.65ml的0.01M的HCl搅拌,加入1g正硅酸乙酯和0.33g乙烯基三乙氧基硅烷继续搅拌,继续搅拌,加热到40℃反应1.5h,然后再加入10g真空干燥过的5-10μm的SiO2,加热到80℃回流1.5h,反应结束后加入40mlDMSO,N2吹出乙醇,加入0.6ml的乙二胺作为催化剂,120℃反应3h,反应结束后,将产物用DMSO、乙醇各抽滤洗涤两次,以除去反应中未反应的硅烷偶联剂,最后在真空干燥箱中60℃干燥过夜,得到改性的硅胶颗粒;
(2)将步骤(1)修饰过的硅胶表面键合上氰基: 5g干燥的上述硅胶溶于30ml甲苯中,加热到100℃,N2保护,然后再加入0.5g咪唑搅拌10min,称取0.5g 3-氰丙基二甲基氯硅烷溶于5ml甲苯后,加入滴液漏斗中缓慢滴加,控制流速不能太快,滴加完后继续加热到105℃反应8h。反应结束后,所得产物分别用甲苯、乙醇抽滤洗涤2次,除去物理吸附在微球表面的物质,然后进行真空干燥。
3. 所得固定相装柱:称取固定量的固定相,加入一定量的异丙醇与三氯甲烷,用超声波超声使得溶液为匀浆液,将匀浆液转移到柱子中,一定时间一定压力条件下用填装缓冲液缓慢流经柱子。
实施例5
本实施例的可控杂化涂覆硅胶键合固定相的制备方法,步骤如下:
(1)硅胶微粒表面改性:在100ml三口烧瓶中加入40ml乙醇、0.83ml的0.01M的HCl搅拌,加入0.75g 正硅酸乙酯和0.375g甲基三甲氧基硅烷和0.375g乙烯基三乙氧基硅烷继续搅拌,继续搅拌,加热到40℃反应1.5h,然后再加入10g真空干燥过的5-10μm的SiO2,加热到80℃回流1.5h,反应结束后加入40mlDMSO,N2吹出乙醇,加入0.6ml的乙二胺作为催化剂,120℃反应3h,反应结束后,将产物用DMSO、乙醇各抽滤洗涤两次,以除去反应中未反应的硅烷偶联剂,最后在真空干燥箱中60℃干燥过夜,得到改性的硅胶颗粒;
(2)将步骤(1)修饰过的硅胶表面键合上氰基: 5g干燥的上述硅胶溶于40ml甲苯中,加热到100℃,N2保护,然后再加入0.9g咪唑搅拌10min,称取0.9g 十八烷基二甲基氯硅烷溶于10ml甲苯后,加入滴液漏斗中缓慢滴加,控制流速不能太快,滴加完后继续加热到105℃反应8h。反应结束后,所得产物分别用甲苯、乙醇抽滤洗涤2次,除去物理吸附在微球表面的物质,然后进行真空干燥。
所得固定相装柱:称取固定量的固定相,加入一定量的异丙醇与三氯甲烷,用超声波超声使得溶液为匀浆液,将匀浆液转移到柱子中,一定时间一定压力条件下用填装缓冲液缓慢流经柱子。
利用本发明的方法制得的固定相与直接键合所得的固定相进行耐受性测试对比:
评定方法:流动相:85MeOH:H2O=85:15
目标峰:尿嘧啶-硝基苯-萘-芴
N:理论塔板数t:保留时间
确定理论塔板数之后,两个方法所制得的固定相以20mM Na2CO3-NaHCO3缓冲液(pH10.0)为流动相,以1ml/min的流速冲洗至基线稳定,然后再以低流速冲洗60倍柱体积,密封并室温保存,每约6天测定一次,连续测定30天。直接键合所得的固定相仅仅碱泡了一周,保留时间大大缩短,固定相的表面键合有可能被破坏,测定结果如图1所示。而本发明方法制得的固定相测定结果如图2、3所示。
结论:评价对象在pH10.0存放条件下,在一个月的耐受试验中,直接键合所得的C18固定相碱浸泡一周保留时间大大缩短;而本发明方法中硅氧烷涂覆所得的C18保留时间变化不大,而且,碱浸泡之后峰形没有较明显变化(如图2所示),柱效也没有明显下降(如图3所示),体现了在高pH存放条件下可保持很好的稳定性。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种可控杂化涂覆硅胶键合固定相的制备方法,其特征在于步骤如下:
(1)在三口烧瓶中加入乙醇、HCl以及硅烷偶联剂,40℃搅拌反应1.5h,然后再加入真空干燥过的硅胶微粒,80℃回流1.5h,再加入DMSO以及乙二胺,N2保护,120℃反应3h,反应结束后,将产物用DMSO、乙醇洗涤,除去反应中未反应的硅烷偶联剂,所获得的硅胶与硅烷偶联剂水解缩聚之后涂覆上一层聚硅氧烷层,最后在真空干燥箱60℃中干燥过夜,得到表面键合涂覆的硅胶颗粒;
(2)将步骤(1)得到的硅胶颗粒溶于甲苯中,加热到100℃,N2保护,然后再加入咪唑搅拌10min,将硅烷溶于甲苯中,然后置于滴液漏斗中缓慢滴加,105℃反应8h,所得产物用甲苯、乙醇洗涤,除去物理吸附在微球表面的物质,然后进行真空干燥;
所述步骤(1)中的硅烷偶联剂包括正硅酸乙酯和其它硅烷偶联剂,其中正硅酸乙酯和其它硅烷偶联剂的质量比为1:3至3:1,所述其它硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷或二甲基二乙氧基硅烷中的至少一种;
所述步骤(2)中的硅烷为十八烷基二甲基氯硅烷、十八烷基二乙基氯硅烷、十八烷基三氯硅烷、辛烷基甲(异丙)基二氯硅烷、辛烷基三氯硅烷或3-氰丙基-二甲基氯硅烷。
2.根据权利要求1所述的可控杂化涂覆硅胶键合固定相的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中硅胶微粒的粒径为5~10μm。
3.根据权利要求1所述的可控杂化涂覆硅胶键合固定相的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中硅烷偶联剂的质量与硅胶微粒的质量比10%-15%。
4.根据权利要求1所述的可控杂化涂覆硅胶键合固定相的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中的乙二胺的质量是硅胶微粒质量的3~6%。
5.根据权利要求1所述的可控杂化涂覆硅胶键合固定相的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中盐酸与硅烷偶联剂的物质的量之比为1。
6.根据权利要求1所述的可控杂化涂覆硅胶键合固定相的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)中的硅烷与硅胶颗粒的质量比为5~20%。
7.根据权利要求1所述的可控杂化涂覆硅胶键合固定相的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)中的咪唑的用量为硅胶颗粒质量的10~15%。
8.权利要求1~7任一所述的可控杂化涂覆硅胶键合固定相的制备方法制备得到的硅胶键合固定相的应用,其特征在于在pH为2-11范围内该固定相应用于医药、环境、食品的色谱分离分析。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |