CN107163170A - 单分散表面多孔的核壳型聚合物色谱介质及其制备方法 - Google Patents

单分散表面多孔的核壳型聚合物色谱介质及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种单分散表面多孔的核壳型聚合物色谱介质及其制备方法，该色谱介质具有无孔的聚合物内核和多孔的聚合物壳层，并且可以实现聚合物壳层孔结构的可控制备，制备方法为：首先采用分散聚合法制备微米级的单分散无孔聚合物微球为内核；然后将单体、交联剂、引发剂及致孔剂制成超细微乳浊液，并使有机相均匀附着在无孔内核表面；最后采用热引发聚合反应的方式使有机相层在无孔内核表面固化下来，从而得到单分散表面多孔的核壳型聚合物色谱介质。

Description

单分散表面多孔的核壳型聚合物色谱介质及其制备方法
技术领域
本发明涉及高效液相色谱固定相领域，尤其涉及一种单分散表面多孔的核壳型聚合物色谱介质及其制备方法。
背景技术
高效液相色谱(HPLC)以其高效、高速、高分辨率等优势而成为复杂样品分离分析的重要手段，已在农药残留、食品安全、生产过程监控、蛋白组学和代谢组学等方面得到了广泛应用。高效和快速分离分析始终是色谱工作者追求的目标。
近年来，基于亚2微米色谱填料的超高压液相色谱技术和基于表面多孔型核壳填料的快速分离技术使HPLC进入了快速分析的全新时代。虽然亚2微米填料用于HPLC的快速分离显示出明显的优越性，但通过进一步降低全多孔球形硅胶的粒度来实现更高的分离效率存在着很大的局限性。随着填料粒径的减小，柱压显著上升，大大提高了仪器的耐压要求，色谱柱装填的难度也显著提高；流动相产生的摩擦热效应也导致柱床径向温度差增大，进而造成色谱峰展宽，严重限制了柱效的提高。
目前解决这一问题的主要途径是整体柱技术和表面多孔型核壳填料。整体柱具有通透性高、多孔结构和大比表面积等优点，使分离分析可达到高效快速、高通量、低背压等要求，很适合高通量分析和快速分离。但硅胶整体柱存在径向不均一性，批次产品间重现性较差，机械稳定性较弱等缺点；聚合物整体柱还存在对有机溶剂溶胀、对小分子分离柱效低的问题，这些不足限制了整体柱的发展。而表面多孔型核壳填料，在目前市场上均为硅胶材料，常见的表面多孔型核壳填料是由无孔硅胶核与多孔硅胶壳组成，虽然硅胶材料具有机械强度高，表面改性剂品种多等优点，但同时也有适用pH范围较窄、配基容易脱落等缺点。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种单分散表面多孔的核壳型聚合物色谱介质的制备方法，得到的色谱介质的系统背压仅为使用亚2微米全多孔填料超高效液相色谱系统的约一半，具有较窄的粒径分布和扩散路径，可以同时减小轴向和纵向扩散，以更短的柱长和较高的流速达到快速、高效的分离，使得本发明得到的色谱介质在常规液相仪器上就可以实现超高效液相色谱的分离效果。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种单分散表面多孔的核壳型聚合物色谱介质，该色谱介质具有无孔聚合物内核和多孔聚合物壳层。
最优的，所述无孔聚合物内核是采用分散聚合法制备得到的微米级单分散无孔聚合物微球；所述多孔聚合物壳层是用悬浮聚合法制得。
最优的，所述多孔聚合物壳层是将单体、交联剂、引发剂及致孔剂制成超细微乳浊液有机相，并使有机相均匀附着在无孔聚合物内核表面，最后采用热引发聚合反应的方式使有机相在无孔聚合物内核表面固化下来得到。
一种单分散表面多孔的核壳型聚合物色谱介质的制备方法，包括以下步骤：
制备无孔聚合物内核：将配制单体A、引发剂A、稳定剂A、反应介质A混合成混合液，将混合液进行分散聚合反应，得到含有聚苯乙烯无孔微球的混合物，含有聚苯乙烯无孔微球的混合物中的固体颗粒即为聚苯乙烯无孔微球；
制备多孔聚合物壳层：将聚苯乙烯无孔微球分散于表面活性剂溶液中后，加入含有单体B、交联剂B、引发剂B、致孔剂B、表面活性剂的超细微乳浊液有机相，常温搅拌至吸附完全，然后进行悬浮聚合反应，得到单分散表面多孔的核壳型聚合物色谱介质。
最优的，所述制备无孔聚合物内核步骤具体为，将配制单体A、引发剂A、稳定剂A、反应介质A混合成混合液，其中配制单体A是苯乙烯，引发剂A是过氧化苯甲酰，稳定剂A是聚乙烯吡咯烷酮，反应介质A是无水乙醇，将混合液超声至透明并通氮气，然后将混合液置于旋转和加热装置上，将混合液进行分散聚合反应，得到含有聚苯乙烯无孔微球的混合物，含有聚苯乙烯无孔微球的混合物中的固体颗粒即为聚苯乙烯无孔微球。
最优的，所述制备无孔聚合物内核步骤具体为，将配制单体A、引发剂A、稳定剂A、反应介质A混合成混合液，混合液包括20质量份的配制单体A，0.5质量份的引发剂A，1质量份的稳定剂A，78.5质量份的反应介质A，将混合液超声至透明，然后通入氮气时间10分钟，然后混合液置于120转/min的旋转和加热装置上，于60～80℃下进行分散聚合反应12～24h，得到含有聚苯乙烯无孔微球的混合物，含有聚苯乙烯无孔微球的混合物中的固体颗粒即为聚苯乙烯无孔微球。
最优的，所述无孔聚合物微球制备步骤具体中，抽滤除去得到的含有聚苯乙烯无孔微球混合物中的溶剂，剩下的固体颗粒为聚苯乙烯无孔微球，使用乙醇充分洗涤固体颗粒，然后固体颗粒经过真空干燥后即为单分散的聚苯乙烯无孔微球。
最优的，所述制备多孔聚合物壳层步骤具体为，将1质量份的聚苯乙烯无孔微球分散于20～40质量份的浓度为0.5％的十二烷基硫酸钠溶液中后，加入超细微乳浊液有机相，超细微乳浊液有机相包括单体B、交联剂B、引发剂B、致孔剂B、表面活性剂，其中单体B是甲基丙烯酸环氧丙脂，交联剂B是二甲基丙烯酸乙二醇酯，引发剂B是过氧化苯甲酰，致孔剂B是环己醇，表面活性剂包括阴离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂，进行悬浮聚合反应，得到单分散表面多孔的核壳型聚合物色谱介质。
最优的，所述阴离子型表面活性剂是浓度为0.5％的十二烷基硫酸钠，所述非离子型表面活性剂是浓度为5％的聚乙烯醇；超细微乳浊液有机相包括0.3～0.7质量份的甲基丙烯酸环氧丙脂、0.3～0.7质量份的二甲基丙烯酸乙二醇酯、1/30～1/20质量份的过氧化苯甲酰，0.5～1.5质量份的环己醇、60～90质量份的浓度为0.5％的十二烷基硫酸钠、20～40质量份的浓度为5％的聚乙烯醇。
最优的，所述制备多孔聚合物壳层步骤中，将聚苯乙烯无孔微球分散于表面活性剂溶液中后，加入完全乳化的超细微乳浊液有机相，常温搅拌10～12小时至吸附完全，然后置于60～80℃下进行悬浮聚合反应12～24h。
由上述技术方案可知，本发明提供的单分散表面多孔的核壳型聚合物色谱介质的制备方法，采用简单易行的方法首次合成了一种单分散表面多孔的核壳型聚合物色谱介质，该介质制备简单、合成成本低、使用寿命长、分离效果好；该色谱介质可在常规液相色谱系统实现超高效液相色谱的分离效果，而且相比于表面多孔硅胶介质有更宽的适用pH范围和更高的键合量。
附图说明
附图1：是单分散表面多孔的核壳型聚合物色谱介质的无孔聚合物内核显微镜下的照片。
附图2：是单分散表面多孔的核壳型聚合物色谱介质显微镜下的照片。
附图3：单分散表面多孔的核壳型聚合物色谱介质的C18色谱柱(A)与亚2微米全多孔商品C18柱(B)用于标准蛋白分离的对比图。
具体实施方式
结合本发明的附图，对发明实施例的技术方案做进一步的详细阐述。
一种单分散表面多孔的核壳型聚合物色谱介质，该色谱介质具有无孔聚合物内核和多孔聚合物壳层。其中无孔聚合物内核是采用分散聚合法制备得到的微米级单分散无孔聚合物微球。所述多孔聚合物壳层是用悬浮聚合法制得，即多孔聚合物壳层是将单体、交联剂、引发剂及致孔剂制成超细微乳浊液有机相，并使有机相均匀附着在无孔聚合物内核表面，最后采用热引发聚合反应的方式使有机相在无孔聚合物内核表面固化下来得到。
一种单分散表面多孔的核壳型聚合物色谱介质的制备方法，包括以下步骤：
S1：制备无孔聚合物内核：
将配制单体A、引发剂A、稳定剂A、反应介质A混合成混合液，混合液包括20质量份的配制单体A，0.5质量份的引发剂A，1质量份的稳定剂A，78.5质量份的反应介质A，其中配制单体A是苯乙烯，引发剂A是过氧化苯甲酰，稳定剂A是聚乙烯吡咯烷酮，反应介质A是无水乙醇，将混合液超声至透明，然后通入氮气时间10分钟，然后混合液置于120转/min的旋转和加热装置上，于60～80℃下进行分散聚合反应12～24h，得到含有聚苯乙烯无孔微球的混合物，含有聚苯乙烯无孔微球的混合物中的固体颗粒即为聚苯乙烯无孔微球。
抽滤除去得到的含有聚苯乙烯无孔微球混合物中的溶剂，剩下的固体颗粒为聚苯乙烯无孔微球，使用乙醇充分洗涤固体颗粒，然后固体颗粒经过真空干燥后即为单分散的聚苯乙烯无孔微球。
S2：制备多孔聚合物壳层：
将1质量份的聚苯乙烯无孔微球分散于20～40质量份的浓度为0.5％的十二烷基硫酸钠溶液中后，加入完全乳化的超细微乳浊液有机相，超细微乳浊液有机相包括0.3～0.7质量份的甲基丙烯酸环氧丙脂、0.3～0.7质量份的二甲基丙烯酸乙二醇酯、1/30～1/20质量份的过氧化苯甲酰，0.5～1.5质量份的环己醇、60～90质量份的浓度为0.5％的十二烷基硫酸钠、20～40质量份的浓度为5％的聚乙烯醇，常温搅拌10～12小时至吸附完全，然后置于60～80℃下进行悬浮聚合反应12～24h，得到单分散表面多孔的核壳型聚合物色谱介质。
实施例1：
一种单分散表面多孔的核壳型聚合物色谱介质的制备方法，包括以下步骤：
S1：制备无孔聚合物内核：
将20克的配制单体A苯乙烯、0.5克的引发剂A过氧化苯甲酰、1克的稳定剂A聚乙烯吡咯烷酮、100mL反应介质A无水乙醇混合成混合液，将混合液超声至透明，即完全溶解，然后通入氮气时间10分钟，然后混合液置于120转/min的旋转和加热装置上，于70℃下进行分散聚合反应24h，得到含有聚苯乙烯无孔微球的混合物，含有聚苯乙烯无孔微球的混合物中的固体颗粒即为聚苯乙烯无孔微球。
抽滤除去得到的含有聚苯乙烯无孔微球混合物中的溶剂，剩下的固体颗粒为聚苯乙烯无孔微球，使用乙醇充分洗涤两次固体颗粒，然后固体颗粒经过真空干燥后即为单分散的聚苯乙烯无孔微球。
S2：制备多孔聚合物壳层：
将10克的聚苯乙烯无孔微球分散于30mL浓度为0.5％的十二烷基硫酸钠溶液中混合均匀后，加入使用超声完全乳化的超细微乳浊液有机相，超细微乳浊液有机相包括8mL的甲基丙烯酸环氧丙脂、8mL的二甲基丙烯酸乙二醇酯、0.5克的过氧化苯甲酰，16mL的环己醇、140mL质量份的浓度为0.5％的十二烷基硫酸钠、50mL的浓度为5％的聚乙烯醇，常温搅拌10～12小时至吸附完全，然后置于70℃下进行悬浮聚合反应12～24h，得到单分散表面多孔的核壳型聚合物色谱介质。
将得到的单分散表面多孔的核壳型聚合物色谱介质装柱，以亚2微米全多孔商品柱作为对照，在离子交换模式下对五种标准蛋白进行分离。
本发明所述单分散表面多孔的核壳型聚合物色谱介质粒径2.5微米，孔径22纳米；亚2微米全多孔商品柱ACQUITY UPLC BEH C18 Column，粒径1.7微米，孔径13纳米。
分离条件如下所述：
流动相：A液是水和0.1％三氟乙酸；B液是乙腈和0.1％三氟乙酸，线性梯度洗脱，初始时流动相A占流动相总体积的73％，流动相B占流动相总体积的27％，接下来的1.5min内流动相A占流动相总体积的份数降至0％，流动相B占流动相总体积的份数升至100％，流速为1.0mL/min，对核糖核酸酶A、细胞色素C、溶菌酶、牛血清白蛋白、卵清蛋白五种蛋白质实现了良好的分离，分离结果如附图3所示，图中1为核糖核酸酶A，2为细胞色素C，3为溶菌酶，4为牛血清白蛋白，5为卵清蛋白，可以看出本发明所述单分散表面多孔的核壳型聚合物色谱介质与亚2微米全多孔商品柱相比有更快的分离速度，峰形也更好，重要的是亚2微米全多孔商品柱的反压达到4000psi以上，本产品的反压仅2100psi左右。
综上所述，本发明提供的单分散表面多孔的核壳型聚合物色谱介质的制备方法，采用简单易行的方法首次合成了一种单分散表面多孔的核壳型聚合物色谱介质，该介质制备简单、合成成本低、使用寿命长、分离效果好；该色谱介质可在常规液相色谱系统实现超高效液相色谱的分离效果，而且相比于表面多孔硅胶介质有更宽的适用pH范围和更高的键合量。

Claims (10)

1.一种单分散表面多孔的核壳型聚合物色谱介质，其特征在于：该色谱介质具有无孔聚合物内核和多孔聚合物壳层。
2.根据权利要求1所述的单分散表面多孔的核壳型聚合物色谱介质，其特征在于：所述无孔聚合物内核是采用分散聚合法制备得到的微米级单分散无孔聚合物微球；所述多孔聚合物壳层是用悬浮聚合法制得。
3.根据权利要求2所述的单分散表面多孔的核壳型聚合物色谱介质，其特征在于：所述多孔聚合物壳层是将单体、交联剂、引发剂及致孔剂制成超细微乳浊液有机相，并使有机相均匀附着在无孔聚合物内核表面，最后采用热引发聚合反应的方式使有机相在无孔聚合物内核表面固化下来得到。
4.一种单分散表面多孔的核壳型聚合物色谱介质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备无孔聚合物内核：将配制单体A、引发剂A、稳定剂A、反应介质A混合成混合液，将混合液进行分散聚合反应，得到含有聚苯乙烯无孔微球的混合物，含有聚苯乙烯无孔微球的混合物中的固体颗粒即为聚苯乙烯无孔微球；
制备多孔聚合物壳层：将聚苯乙烯无孔微球分散于表面活性剂溶液中后，加入含有单体B、交联剂B、引发剂B、致孔剂B、表面活性剂的超细微乳浊液有机相，常温搅拌至吸附完全，然后进行悬浮聚合反应，得到单分散表面多孔的核壳型聚合物色谱介质。
5.根据权利要求4所述的单分散表面多孔的核壳型聚合物色谱介质的制备方法，其特征在于：所述制备无孔聚合物内核步骤具体为，将配制单体A、引发剂A、稳定剂A、反应介质A混合成混合液，其中配制单体A是苯乙烯，引发剂A是过氧化苯甲酰，稳定剂A是聚乙烯吡咯烷酮，反应介质A是无水乙醇，将混合液超声至透明并通氮气，然后将混合液置于旋转和加热装置上，将混合液进行分散聚合反应，得到含有聚苯乙烯无孔微球的混合物，含有聚苯乙烯无孔微球的混合物中的固体颗粒即为聚苯乙烯无孔微球。
6.根据权利要求5所述的单分散表面多孔的核壳型聚合物色谱介质的制备方法，其特征在于：所述制备无孔聚合物内核步骤具体为，将配制单体A、引发剂A、稳定剂A、反应介质A混合成混合液，混合液包括20质量份的配制单体A，0.5质量份的引发剂A，1质量份的稳定剂A，78.5质量份的反应介质A，将混合液超声至透明，然后通入氮气时间10分钟，然后混合液置于120转/min的旋转和加热装置上，于60～80℃下进行分散聚合反应12～24h，得到含有聚苯乙烯无孔微球的混合物，含有聚苯乙烯无孔微球的混合物中的固体颗粒即为聚苯乙烯无孔微球。
7.根据权利要求6所述的单分散表面多孔的核壳型聚合物色谱介质的制备方法，其特征在于：所述无孔聚合物微球制备步骤具体中，抽滤除去得到的含有聚苯乙烯无孔微球混合物中的溶剂，剩下的固体颗粒为聚苯乙烯无孔微球，使用乙醇充分洗涤固体颗粒，然后固体颗粒经过真空干燥后即为单分散的聚苯乙烯无孔微球。
8.根据权利要求4～7中任意一项所述的单分散表面多孔的核壳型聚合物色谱介质的制备方法，其特征在于：所述制备多孔聚合物壳层步骤具体为，将1质量份的聚苯乙烯无孔微球分散于20～40质量份的浓度为0.5％的十二烷基硫酸钠溶液中后，加入超细微乳浊液有机相，超细微乳浊液有机相包括单体B、交联剂B、引发剂B、致孔剂B、表面活性剂，其中单体B是甲基丙烯酸环氧丙脂，交联剂B是二甲基丙烯酸乙二醇酯，引发剂B是过氧化苯甲酰，致孔剂B是环己醇，表面活性剂包括阴离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂，常温搅拌至吸附完全，然后进行悬浮聚合反应，得到单分散表面多孔的核壳型聚合物色谱介质。
9.根据权利要求8所述的单分散表面多孔的核壳型聚合物色谱介质的制备方法，其特征在于：所述阴离子型表面活性剂是浓度为0.5％的十二烷基硫酸钠，所述非离子型表面活性剂是浓度为5％的聚乙烯醇；超细微乳浊液有机相包括0.3～0.7质量份的甲基丙烯酸环氧丙脂、0.3～0.7质量份的二甲基丙烯酸乙二醇酯、1/30～1/20质量份的过氧化苯甲酰，0.5～1.5质量份的环己醇、60～90质量份的浓度为0.5％的十二烷基硫酸钠、20～40质量份的浓度为5％的聚乙烯醇。
10.根据权利要求9所述的单分散表面多孔的核壳型聚合物色谱介质的制备方法，其特征在于：所述制备多孔聚合物壳层步骤中，将聚苯乙烯无孔微球分散于表面活性剂溶液中后，加入完全乳化的超细微乳浊液有机相，常温搅拌10～12小时至吸附完全，然后置于60～80℃下进行悬浮聚合反应12～24h。
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