CN107456958B - 一种层状双金属氢氧化物修饰的毛细管电色谱柱及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种层状双金属氢氧化物修饰的毛细管电色谱柱及其制备方法和应用。属于毛细管电色谱柱领域。层状双金属氢氧化物由于具有强阴离子交换作用、大的比表面积以及多孔性等特点，已被广泛应用于物质的吸附和萃取领域，并表现出了良好的色谱性能。但由于缺乏合适的固定方法，层状双金属氢氧化物在毛细管电色谱领域的应用受到了限制。本发明通过聚多巴胺修饰技术，成功实现了层状双金属氢氧化物在毛细管内壁的固定，实现了其在毛细管电色谱中的应用。其制备方法工艺简单，易于操作，制得的毛细管色谱柱具有较好的稳定性和重复性。本发明制备的层状双金属氢氧化物修饰的毛细管电色谱柱对芳香族苯系物和酚类物质都具有好的分离效果。

Description

一种层状双金属氢氧化物修饰的毛细管电色谱柱及其制备方 法和应用

技术领域

本发明属于毛细管电色谱柱领域，具体涉及一种层状双金属氢氧化物（CoAl-LDHs）修饰的新型毛细管电色谱柱及其制备方法和应用。

背景技术

毛细管电色谱是以含色谱固定相的毛细管柱作为分离柱，将毛细管电泳和高效液相色谱相结合的一种微型化分离技术。由于其兼具毛细管电泳和高效液相色谱的双重分离机理，具有高效、高选择性、快速、试样用量少等特点。其中毛细管柱技术是毛细管电色谱中关键的一环，因此，制备出分离性能优良的新型毛细管色谱柱对毛细管电色谱技术的发展具有较大意义。

层状双金属氢氧化物，又名水滑石类化合物，是由主体层板的金属氢氧化物和层间的阴离子以及一些水分子构成的具有水滑石层状晶体结构的氢氧化物，其化学通式为[M²⁺ _1−xM³⁺ _x(OH)₂]^x+(Aⁿ⁻)_x/n·mH₂O ，其中M²⁺ 和M³⁺代表的是Co²⁺、Mg²⁺、Al³⁺等金属离子，Aⁿ⁻为层间的阴离子。层状双金属氢氧化物因为具有可交换的层间阴离子，因而具有较强的阴离子交换能力，被广泛应用于吸附领域，另外，较大的比表面积和多孔的结构也使其被越来越广泛地应用于各种物质的富集萃取，并体现出了良好的色谱性能。然而，作为一种性质优良的无机材料，层状双金属氢氧化物却很少被应用于毛细管电色谱领域，这主要是现有的固定方法如凝胶-溶胶涂层法、胶体沉积法、静电吸附法等都无法实现层状双金属氢氧化物在毛细管内壁的稳定固定，限制了其在毛细管电色谱中应用。

发明内容

本发明的目的在于实现层状双金属氢氧化物在毛细管内壁的固定，拓展其在毛细管电色谱领域的应用的同时也制备出分离性能优良的新型毛细管电色谱柱。

本发明为解决上述问题提出的技术方案为：

1）毛细管的预处理：熔融石英毛细管依次用1M NaOH，1M H₂O，1M HCl，H₂O进行预处理，100°C烘箱放置1 h；

2)多巴胺溶液的预氧化: 配制1~2 mg/mL的多巴胺碱性溶液，溶液的pH为8.5~9，通氧使其预氧化至淡棕色；

3）将步骤2）所得预氧化后的多巴胺碱性溶液经由推泵通入预处理后的毛细管中，对毛细管内壁进行修饰；推泵流速为0.03 mL/h, 修饰时间为10~20 h；反应结束后用水洗涤，烘干，获得内壁修饰有聚多巴胺的毛细管；

4）配制层状双金属氢氧化物的反应溶液，然后将反应溶液通入经过步骤3）修饰所得的毛细管中，毛细管两端用聚四氟乙烯管连接成环，放入95°C水浴锅中反应15~24 h；反应结束后用水冲洗，烘干，获得内壁修饰有层状双金属氢氧化物的毛细管电色谱柱。

优选地，上述步骤1）毛细管的预处理具体为：熔融石英毛细管50 µm i.d. × 375µm o.d.依次用1 M NaOH冲洗1 h，H₂O冲洗0.5 h，1 M HCl冲洗1 h，H₂O冲洗0.5 h，然后在100°C烘箱中放置1 h。

优选地，上述步骤4）所述的层状双金属氢氧化物的反应溶液为六水合硝酸钴（0.05~0.5 g）、九水合硝酸铝（0.03~0.3 g）和尿素（0.04~0.4 g）依次溶于5 mL 水中制得。

优选地，上述步骤4）所述的层状双金属氢氧化物的反应溶液为六水合硝酸镍0.232 g、九水合硝酸铝0.152 g和尿素0.168 g依次溶于5 mL水中制得。

本发明的第二方面提供一种根据上述方法制得的层状双金属氢氧化物修饰的毛细管电色谱柱。

优选为层状双金属氢氧化物CoAl-LDHs修饰的新型毛细管电色谱柱。

优选为层状双金属氢氧化物NiAl-LDHs修饰的新型毛细管电色谱柱。

本发明的第三方面提供以上层状双金属氢氧化物修饰的毛细管电色谱柱在毛细管电色谱分离芳香族苯系物或酚类物质中的应用。

本发明的层状双金属氢氧化物修饰毛细管电色谱柱的过程如图1所示。本发明的原理是使用聚多巴胺修饰技术，使毛细管内壁首先修饰上一层聚多巴胺，聚多巴胺表面的邻苯二酚结构可以与层状双金属氢氧化物中处于非饱和配位状态的金属离子（Co²⁺、Al³⁺等）发生配位作用，层状双金属氢氧化物在聚多巴胺表面原位生长，进而实现其在毛细管内壁的固定。

本发明提供的层状双金属氢氧化物修饰毛细管电色谱柱，具有如下优点：

制备方法工艺简单，操作简便，制得的层状双金属氢氧化物开管毛细管电色谱柱对芳香族苯系物和酚类物质都表现出了较好的分离效果，且具有良好的稳定性和重复性。

附图说明

图1为层状双金属氢氧化物毛细管电色谱柱的制备过程示意图；

图2为层状双金属氢氧化物修饰的毛细管电色谱柱用于毛细管电色谱分离的示意图；

图3为实施例1制备的层状双金属氢氧化物毛细管电色谱柱对3种芳香族苯系物的电色谱分离图

峰1为甲苯, 峰2为萘, 峰3为4-甲基联苯；

图4为实施例1制备的层状双金属氢氧化物毛细管电色谱柱对3种酚类物质的电色谱分离图

峰1为2,4-二甲基苯酚, 峰2为苯酚, 峰3为4-氯-3-甲基苯酚。

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。

实施例中所用的六水合硝酸钴、九水合硝酸铝均购于阿拉丁试剂（上海）有限公司。

【实施例1】

1)截取50 cm长熔融石英毛细管（50 µm i.d. × 375 µm o.d.），依次用NaOH、H₂O、HCl和H₂O进行预处理。

2)称取多巴胺20 mg，溶于10 mmol/L 的Tris-HCl缓冲液中，调节pH至8.5，震荡预氧化溶液呈淡棕色。

3)将预氧化后的多巴胺溶液通过经步骤1）预处理后的毛细管，流速为0.03 mL/h，修饰时间为20 h。结束后用水洗涤，氮气吹去溶剂，置于烘箱内烘干，获得聚多巴胺修饰的毛细管柱。

4)称取六水合硝酸钴0.232 g、九水合硝酸铝0.152 g和尿素0.168 g依次溶于5mL 纯水中得到层状双金属氢氧化物的反应溶液。然后将此反应溶液通入经步骤3）后得到的聚多巴胺修饰的毛细管中，毛细管两端用聚四氟乙烯管连接封口，放入95°C水浴锅中反应18 h。反应结束后用水冲洗，氮气吹去溶剂，置于烘箱内烘干，获得内壁修饰有层状双金属氢氧化物的毛细管电色谱柱。

【实施例2】

1)截取50 cm长熔融石英毛细管（50 µm i.d. × 375 µm o.d.），依次用NaOH、H₂O、HCl和H₂O进行预处理。

2)称取多巴胺20 mg，溶于10 mmol/L 的Tris-HCl缓冲液中，调节pH至9，震荡预氧化溶液呈淡棕色。

3)将预氧化后的多巴胺溶液通过经步骤1）预处理后的毛细管，流速为0.03 mL/h，修饰时间为12 h。结束后用水洗涤，氮气吹去溶剂，置于烘箱内烘干。再重复修饰一次，获得聚多巴胺修饰层更厚的毛细管柱。

4)称取六水合硝酸钴0.464 g、九水合硝酸铝0.304 g和尿素0.336 g依次溶于5mL 纯水中得到层状双金属氢氧化物的反应溶液。然后将此反应溶液通入经步骤3）后得到的聚多巴胺修饰的毛细管柱中，毛细管两端用聚四氟乙烯管连接封口，放入95°C水浴锅中反应20 h。反应结束后用水冲洗，氮气吹去溶剂，置于烘箱内烘干，获得内壁修饰有层状双金属氢氧化物的毛细管电色谱柱。

【实施例3】

1)截取50 cm长熔融石英毛细管（50 µm i.d. × 375 µm o.d.），依次用NaOH、H₂O、HCl和H₂O进行预处理。

2)称取多巴胺20 mg，溶于10 mmol/L 的Tris-HCl缓冲液中，调节pH至9，震荡预氧化溶液呈淡棕色。

3)将预氧化后的多巴胺溶液通过经步骤1）预处理后的毛细管，流速为0.03 mL/h，修饰时间为20 h。结束后用水洗涤，氮气吹去溶剂，置于烘箱内烘干。再重复修饰一次，获得聚多巴胺修饰层更厚的毛细管柱。

4)称取六水合硝酸钴0.058 g、九水合硝酸铝0.038 g和尿素0.042 g依次溶于5mL水中得到层状双金属氢氧化物的反应溶液。然后将此反应溶液通入经步骤3）后得到的聚多巴胺修饰的毛细管柱中，毛细管两端用聚四氟乙烯管连接封口，放入95°C水浴锅中反应20 h。反应结束后用水冲洗，氮气吹去溶剂，置于烘箱内烘干，获得内壁修饰有层状双金属氢氧化物的毛细管电色谱柱。

【实施例4】

通过改变在晶体原位生长过程中加入LDHs金属原子种类的不同，可以制备不同种类LDHs修饰的毛细管电色谱柱用于毛细管电色谱分析。

1)截取50 cm长熔融石英毛细管（50 µm i.d. × 375 µm o.d.），依次用NaOH、H₂O、HCl和H₂O进行预处理。

2)称取多巴胺20 mg，溶于10 mmol/L 的Tris-HCl缓冲液中，调节pH至8.5，震荡预氧化溶液呈淡棕色。

3)将预氧化后的多巴胺溶液通过经步骤1）预处理后的毛细管，流速为0.03 mL/h，修饰时间为20 h。结束后用水洗涤，氮气吹去溶剂，置于烘箱内烘干。获得聚多巴胺修饰的毛细管柱。

4)称取六水合硝酸镍0.232 g、九水合硝酸铝0.152 g和尿素0.168 g依次溶于5mL水中得到层状双金属氢氧化物的反应溶液。然后将此反应溶液通入经步骤3）后得到的聚多巴胺修饰的毛细管柱中，毛细管两端用聚四氟乙烯管连接封口，放入95°C水浴锅中反应18 h。反应结束后用水冲洗，氮气吹去溶剂，置于烘箱内烘干，获得内壁修饰有NiAl-LDHs修饰的毛细管电色谱柱。

性能测试

1.将实施例1制备的层状双金属氢氧化物开管毛细管电色谱柱用于3种芳香族苯系物的分离，层状双金属氢氧化物修饰的毛细管电色谱柱用于毛细管电色谱分离的示意图如图2所示。分离检测操作和结果如下：

1)样品配制：5 mg/mL甲苯、萘、4-甲基联苯分别取100 μL、20 μL、100 μL 混合，并稀释至1 mL，4°C冷藏待用。

2)缓冲液配制：20 mM Na₂HPO₄溶液用磷酸pH调至7，再用一次性水相针头过滤器过滤，4°C保存待用。

3)分离检测：在制备的层状双金属氢氧化物开管毛细管柱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。进样量为20 mbar×3s，检测波长为214nm，电压为15 kV。

结果如图3所示，实施例1制备的层状双金属氢氧化物开管毛细管电色谱柱可以实现对3种芳香族苯系物甲苯、萘和4-甲基联苯的基线分离，出峰顺序依次为甲苯、萘、4-甲基联苯。

2.将实施例1制备的层状双金属氢氧化物开管毛细管电色谱柱用于3种酚类物质的分离，分离检测操作步骤如下：

1)样品配制：5 mg/mL苯酚、2,4-二甲基苯酚和4-氯-3甲基苯酚分别取100 μL 混合，并稀释至1 mL，4°C冷藏待用。

2)缓冲液配制：20 mM Na₂HPO₄溶液用磷酸pH调至9，再用一次性水相针头过滤器过滤，4°C保存待用。

3)分离检测：在制备的层状双金属氢氧化物开管毛细管柱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。进样量为20 mbar×3s，检测波长为210nm，电压为15 kV。

结果如图4所示，实施例1制备的层状双金属氢氧化物开管毛细管电色谱柱可以实现对3种酚类物质苯酚、2,4-二甲基苯酚和4-氯-3-甲基苯酚的基线分离，出峰顺序依次为2,4-二甲基苯酚、苯酚、4-氯-3-甲基苯酚。

Claims (6)

1.一种层状双金属氢氧化物（LDHs）修饰的毛细管电色谱柱的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

1）毛细管的预处理：熔融石英毛细管依次用1M NaOH，H₂O，1M HCl，H₂O进行预处理，100℃烘箱放置1 h；

2) 多巴胺溶液的预氧化: 配制1~2 mg/mL的多巴胺碱性溶液，溶液的pH为8.5~9，通氧使其预氧化至淡棕色；

3）将步骤2）所得预氧化后的多巴胺碱性溶液经由推泵通入预处理后的毛细管中，对毛细管内壁进行修饰；推泵流速为0.03 mL/h, 修饰时间为10~20 h；反应结束后用水洗涤，烘干，获得内壁修饰有聚多巴胺的毛细管；

4）配制层状双金属氢氧化物的反应溶液，然后将反应溶液通入经过步骤3）修饰所得的毛细管中，毛细管两端用聚四氟乙烯管连接成环，放入95℃水浴锅中反应15~24 h；反应结束后用水冲洗，烘干，获得内壁修饰有层状双金属氢氧化物的毛细管电色谱柱。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，其中步骤1）毛细管的预处理具体为：熔融石英毛细管50 µm i.d. × 375 µm o.d.依次用1 M NaOH冲洗1 h，H₂O冲洗0.5 h，1 MHCl冲洗1 h，H₂O冲洗0.5 h，然后在100℃烘箱中放置1 h。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，其中步骤4）所述的层状双金属氢氧化物为CoAl-LDHs，反应溶液为0.05~0.5 g的六水合硝酸钴、0.03~0.3 g的九水合硝酸铝和0.04~0.4 g的尿素依次溶于5 mL 水中制得。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，其中步骤4）所述的层状双金属氢氧化物为NiAl-LDHs，反应溶液为六水合硝酸镍0.232 g、九水合硝酸铝0.152 g和尿素0.168 g依次溶于5 mL水中制得。

5.权利要求1-4任意一项所述的制备方法制得的层状双金属氢氧化物修饰的毛细管电色谱柱。

6.权利要求5所述的层状双金属氢氧化物修饰的毛细管电色谱柱在毛细管电色谱分离芳香族苯系物或酚类物质中的应用。