CN107174838B - 一种含锆金属有机骨架材料修饰的开管毛细管柱及其应用 - Google Patents

一种含锆金属有机骨架材料修饰的开管毛细管柱及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含锆金属有机骨架材料NH2‑UiO‑66的开管毛细管柱及其应用。其制备方法如下：向预处理过后的毛细管柱内通入GLYMO‑IDA‑硅烷溶液，使毛细管表面上修饰上羧基；然后依次向毛细管中通入氯化锆和2‑氨基对苯二甲酸溶液及其混合物，使含锆金属有机骨架材料NH2‑UiO‑66在毛细管柱表面进行原位生长。本发明的制备方法工艺简单，易于操作，成本低廉，对环境无污染。本发明制备的NH2‑UiO‑66修饰毛细管柱对于苯氧乙酸类水质污染物和核苷类分析物具有较好的分离效果。

Description

一种含锆金属有机骨架材料修饰的开管毛细管柱及其应用
技术领域
本发明属于色谱柱技术领域，涉及一种含锆金属有机骨架材料NH2-UiO-66的开管毛细管柱制备及其应用。
背景技术
作为一种高效分离技术，毛细管电色谱因为结合了毛细管电泳的高分离效率和液相色谱的高选择性的特点而受到广泛关注，其具有分离效率高、分析速度快、样品和有机溶剂耗费少等优点。相比于整体柱和填充柱，毛细管开管柱具有容易制备，无需柱塞并且不易产生气泡等优点，在毛细管电色谱分离分析中优势较为明显。然而开管毛细管柱依然有一些不足之处，比如柱容量较低，相比较小。利用色谱性能较好的新型材料作为开管电色谱的固定相，不仅可以实现分析物的特异性分离分析，同时有望改善开管柱的相比和柱容量方面的缺陷。
金属有机骨架材料是由金属离子簇和有机配体构成的一类微孔材料，具有高比表面积、丰富的纳米孔隙结构、易于孔径内外修饰等特点。目前在气体储存、催化、传感、样品预处理和分离方面具有广泛应用。而含锆类金属有机骨架材料相比其他金属有机骨架材料具有优异的稳定性，尤其是水热稳定性。因此将其作为固定相，用于以溶液为流动相的色谱分离技术，将具有非常好的应用前景。现有的将含锆类金属有机骨架材料应用于色谱分离领域的报道，主要是关于固相微萃取和气相、液相色谱分离。并且现有的应用报道多采用柱外合成，然后经过涂覆、掺杂等物理方法将其固定在基质上。目前国内外未见将含锆类金属有机骨架材料作为固定相用于毛细管电色谱的报道。
发明内容
为克服现有技术中存在的问题，本发明提供一种采用原位生长法将NH2-UiO-66固定于毛细管内壁的开管毛细管电色谱柱，并将其用于水质污染物和核苷的分析，其制备工艺简单，易于操作，成本低廉，对环境无污染。
具体技术方案如下：
一种含锆金属有机骨架材料修饰的开管毛细管柱，通过以下方法制备得到：
1）毛细管的预处理：毛细管依次采用1 M NaOH溶液冲洗2 h，用H2O、1 M HCl溶液各冲洗10 min，H2O冲洗30 min，氮气吹干，最后100 °C干燥1 h；
2）GLYMO-IDA-硅烷溶液制备：2.125 g亚氨基二乙酸（IDA）中加入25 mL水,用10mol/L 的氢氧化钠调节pH至11，冰浴条件下，搅拌加入0.7 mL 3-缩水甘油基氧丙基三甲氧基硅烷（GLYMO）；然后将混合液置于65 °C搅拌6 h，随后，冰浴降至0 °C，加入0.8 mLGLYMO，继续65 °C搅拌6 h，冰浴降至0 °C，加入0.85 mL GLYMO，65 °C过夜搅拌，最终用浓盐酸调节pH至6，4 °C密封保存；
3）将步骤2）制备的GLYMO-IDA-硅烷溶液通入1）中毛细管柱，90-100 °C水浴反应8-16 h，分别用甲醇、水冲洗，氮气吹干，得到表面修饰有羧基的毛细管柱；
4）向步骤3）所修饰的毛细管中依次通入浓度为3.81 mg/ mL的氯化锆的甲酸-N,N-二甲基甲酰胺溶液和浓度为2.94 mg/ mL的2-氨基对苯二甲酸的甲酸-N,N-二甲基甲酰胺溶液及两者的等体积混合液各5~15 min，所述的氯化锆和2-氨基对苯二甲酸的甲酸-N,N-二甲基甲酰胺溶液，甲酸体积份数为9%，且每种溶液通入结束后将毛细管两端封闭，然后室温下水浴超声5~10 min；
5）将步骤4）所修饰的毛细管置于油浴反应12-24 h，所述的油浴反应温度为120 °C，然后将毛细管柱甲醇冲洗5-10 h，氮气吹干得到NH2-UiO-66修饰的毛细管柱。
优选地，所述毛细管为石英毛细管。
所述的开管毛细管柱在苯氧乙酸类和核苷类分析物的毛细管电色谱分离分析中的应用。
本发明向预处理过后的毛细管柱内通入GLYMO-IDA-硅烷溶液，使毛细管表面修饰上羧基；然后依次向毛细管中通入氯化锆和2-氨基对苯二甲酸溶液及其混合物，使含锆金属有机骨架材料NH2-UiO-66在毛细管柱表面进行原位生长。
本发明的操作步骤示意图如图1所示。
本发明相对于现有技术具有如下优点和效果：
（1）本发明制备的NH2-UiO-66开管毛细管柱工艺简单，易于操作，成本低廉，对环境无污染。
（2）本发明制备的NH2-UiO-66修饰的毛细管柱对于苯氧乙酸类水质污染物和核苷类分析物具有较好的分离效果。
附图说明
图1 为本发明修饰NH2-UiO-66于开管毛细管内的操作步骤示意图。
图2为本发明用于3种苯氧乙酸类分析物的电色谱分离图；其中，峰1为2,4-滴丙酸，峰2为2,4-二氯苯氧乙酸，峰3为苯氧乙酸。
图3为本发明用于3种核苷分析物的电色谱分离图；其中，峰1为腺嘌呤核苷，峰2为鸟嘌呤核苷，峰3为尿嘧啶核苷。
具体实施方式
通过以下详细说明结合附图可以进一步理解本发明的特点和优点。所提供的实施例仅是对本发明方法的说明，而不以任何方式限制本发明揭示的其余内容。
【实施例1】
将长33.5 cm的石英毛细管（50 µm i.d. × 375 µm o.d.）先用1 M NaOH溶液冲洗2 h，然后依次用H2O、1 M HCl溶液冲洗10 min，H2O冲洗30 min，氮气吹干，最后置于100 °C烘箱中干燥1h。取2.125 g亚氨基二乙酸（IDA），加入25 mL水，用10 mol/L 的氢氧化钠调节pH至11。冰浴条件下，搅拌加入0.7 mL 3-缩水甘油基氧丙基三甲氧基硅烷（GLYMO）。将混合液置于65 °C搅拌6 h，随后，冰浴降至0 °C，加入0.8 mL GLYMO。继续65 °C搅拌6 h，冰浴降至0 °C，加入0.85 mL GLYMO，65 °C过夜搅拌，最终用浓盐酸调节pH至6。将得到的溶液通入预处理后的毛细管柱，95 °C水浴反应12 h，然后分别用甲醇、水冲洗，氮气吹干，得到表面修饰有羧基的毛细管柱。然后向毛细管中依次通入3.81 mg/mL的氯化锆甲酸-N,N-二甲基甲酰胺溶液和2.94 mg/ mL的2-氨基对苯二甲酸的甲酸-N,N-二甲基甲酰胺溶液及两者的等体积混合液各10 min，其中甲酸体积分数为9%，每种溶液通入结束后将毛细管两端封闭，然后室温下水浴超声5 min。紧接着，将毛细管置于120 °C油浴反应24 h，最后将毛细管柱用甲醇冲洗7 h，氮气吹干得到NH2-UiO-66修饰的毛细管柱。
【实施例2】
将长33.5 cm的石英毛细管（50 µm i.d. × 375 µm o.d.）先用1 M NaOH溶液冲洗2 h，然后依次用H2O、1 M HCl溶液冲洗10 min，H2O冲洗30 min，氮气吹干，最后置于100 °C烘箱中干燥1h。取2.125 g亚氨基二乙酸（IDA），加入25 mL水，用10 mol/L 的氢氧化钠调节pH至11。冰浴条件下，搅拌加入0.7 mL 3-缩水甘油基氧丙基三甲氧基硅烷（GLYMO）。将混合液置于65 °C搅拌6 h，随后，冰浴降至0 °C，加入0.8 mL GLYMO。继续65 °C搅拌6 h，冰浴降至0 °C，加入0.85 mL GLYMO，65 °C过夜搅拌，最终用浓盐酸调节pH至6。将得到的溶液通入预处理后的毛细管柱，90 °C水浴反应16 h，然后分别用甲醇、水冲洗，氮气吹干，得到表面修饰有羧基的毛细管柱。然后向毛细管中依次通入3.81 mg/mL的氯化锆甲酸-N,N-二甲基甲酰胺溶液和2.94 mg/ mL的2-氨基对苯二甲酸的甲酸-N,N-二甲基甲酰胺溶液及两者的等体积混合液各15 min，其中甲酸体积分数为9%，每种溶液通入结束后将毛细管两端封闭，然后室温下水浴超声10 min。紧接着，将毛细管置于120 °C油浴反应12 h，最后将毛细管柱用甲醇冲洗5 h，氮气吹干得到NH2-UiO-66修饰的毛细管柱。
【实施例3】
将长33.5 cm的石英毛细管（50 µm i.d. × 375 µm o.d.）先用1 M NaOH溶液冲洗2 h，然后依次用H2O、1 M HCl溶液冲洗10 min，H2O冲洗30 min，氮气吹干，最后置于100 °C烘箱中干燥1h。取2.125 g亚氨基二乙酸（IDA），加入25 mL水，用10 mol/L 的氢氧化钠调节pH至11。冰浴条件下，搅拌加入0.7 mL 3-缩水甘油基氧丙基三甲氧基硅烷（GLYMO）。将混合液置于65 °C搅拌6 h，随后，冰浴降至0 °C，加入0.8 mL GLYMO。继续65 °C搅拌6 h，冰浴降至0 °C，加入0.85 mL GLYMO，65 °C过夜搅拌，最终用浓盐酸调节pH至6。将得到的溶液通入预处理后的毛细管柱，100 °C水浴反应16 h，然后分别用甲醇、水冲洗，氮气吹干，得到表面修饰有羧基的毛细管柱。然后向毛细管中依次通入3.81 mg/mL的氯化锆甲酸-N,N-二甲基甲酰胺溶液和2.94 mg/ mL的2-氨基对苯二甲酸的甲酸-N,N-二甲基甲酰胺溶液及两者的等体积混合液各5 min，其中甲酸体积分数为9%，每种溶液通入结束后将毛细管两端封闭，然后室温下水浴超声5 min。紧接着，将毛细管置于120 °C油浴反应24 h，最后将毛细管柱用甲醇冲洗10 h，氮气吹干得到NH2-UiO-66修饰的毛细管柱。
性能测试
将实施例1所制备的毛细管柱用于2,4-滴丙酸 ，2,4-二氯苯氧乙酸，苯氧乙酸3种苯氧乙酸类分析物的毛细管电色谱分离，分离检测操作步骤如下：
1.样品配制：分别取1 mg/mL 2,4-滴丙酸，2,4-二氯苯氧乙酸200 μL，1 mg/mL苯氧乙酸400 μL均匀混合，4 °C冷藏待用。
2.缓冲液配制：5 mM 硼砂水溶液用20 mM氢氧化钠调节pH至9.5，再用一次性水相针头过滤头过滤，4 °C保存待用。
3.分离检测：33.5 cm制备的NH2-UiO-66修饰的毛细管柱，8.5 cm处烧检测窗口，装入卡壳中，使用安捷伦CE 7100实现分离检测。进样量15 mbar×5 s，检测波长为210 nm，电压为20 kV。
结果如图2所示，实施例1所制备的NH2-UiO-66修饰的毛细管柱可实现对3种苯氧乙酸类分析物的基线分离。
将实施例1所制备的毛细管柱用于腺嘌呤核苷、鸟嘌呤核苷和尿嘧啶核苷3种核苷分析物的毛细管电色谱分离，分离检测操作步骤如下：
1.样品配制：分别取1 mg/mL腺嘌呤核苷，尿嘧啶核苷200 μL，1 mg/mL鸟嘌呤核苷400 μL均匀混合，4 °C冷藏待用。
2.缓冲液配制：5 mM 硼砂水溶液用20 mM氢氧化钠调节pH至9.5，加入10%的乙腈，再用一次性水相针头过滤头过滤，4 °C保存待用。
3.分离检测：33.5 cm制备的NH2-UiO-66修饰的毛细管柱，8.5 cm处烧检测窗口，装入卡壳中，使用安捷伦CE 7100实现分离检测。进样量15 mbar×5 s，检测波长为210 nm，电压为15 kV。
结果如图3所示，实施例1所制备的NH2-UiO-66修饰的毛细管柱可实现对3种核苷分析物的基线分离。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明比并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (3)

1.一种含锆金属有机骨架材料修饰的开管毛细管柱，其特征在于，该毛细管柱通过以下方法制备得到：
1）毛细管的预处理：毛细管依次采用1 M NaOH溶液冲洗2 h，用H2O、1 M HCl溶液各冲洗10 min，H2O冲洗30 min，氮气吹干，最后100 °C干燥1 h；
2）GLYMO-IDA-硅烷溶液制备：2.125 g亚氨基二乙酸（IDA）中加入25 mL水,用10 mol/L的氢氧化钠调节pH至11，冰浴条件下，搅拌加入0.7 mL 3-缩水甘油基氧丙基三甲氧基硅烷（GLYMO）；然后将混合液置于65 °C搅拌6 h，随后，冰浴降至0 °C，加入0.8 mL GLYMO，继续65 °C搅拌6 h，冰浴降至0 °C，加入0.85 mL GLYMO，65 °C过夜搅拌，最终用浓盐酸调节pH至6，4 °C密封保存；
3）将步骤2）制备的GLYMO-IDA-硅烷溶液通入1）中毛细管柱，90-100 °C水浴反应8-16h，分别用甲醇、水冲洗，氮气吹干，得到表面修饰有羧基的毛细管柱；
4）向步骤3）所修饰的毛细管中依次通入浓度为3.81 mg/ mL的氯化锆的甲酸-N,N-二甲基甲酰胺溶液和浓度为2.94 mg/ mL的2-氨基对苯二甲酸的甲酸-N,N-二甲基甲酰胺溶液及两者的等体积混合液各5~15 min，所述的氯化锆和2-氨基对苯二甲酸的甲酸-N,N-二甲基甲酰胺溶液，甲酸体积分数为9%，且每种溶液通入结束后将毛细管两端封闭，然后室温下水浴超声5~10 min；
5）将步骤4）所修饰的毛细管置于油浴反应12-24 h，所述的油浴反应温度为120 °C，然后将毛细管柱甲醇冲洗5-10 h，氮气吹干得到NH2-UiO-66修饰的毛细管柱。
2.根据权利要求1所述的含锆金属有机骨架材料修饰的开管毛细管柱，其特征在于，所述毛细管为石英毛细管。
3.如权利要求1或2所述的开管毛细管柱在苯氧乙酸类和核苷类分析物的毛细管电色谱分离分析中的应用。
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