CN108226356A

CN108226356A - 石墨烯量子点在亲水作用色谱分析中的应用

Info

Publication number: CN108226356A
Application number: CN201810057848.6A
Authority: CN
Inventors: 赵亮; 武琪; 董树清; 李辉; 罗国英
Original assignee: Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Current assignee: Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Priority date: 2018-01-22
Filing date: 2018-01-22
Publication date: 2018-06-29

Abstract

本发明涉及石墨烯量子点在亲水作用色谱分析中的应用，具体步骤为：1）将石墨烯量子点键合到硅胶上；2）将修饰有石墨烯量子点的硅胶装填于色谱柱中；3）对分析物进行分离分析。本发明中石墨烯量子点可作为亲水作用色谱固定相组分，使固定相的亲水性能增强，且使固定相含有多种强极性功能基团，进而使多种强极性物质得以保留和分离。因此，本发明的石墨烯量子点可作为亲水作用色谱固定相的有效组分使用，且其具有制备简单，稳定性高的优势。

Description

石墨烯量子点在亲水作用色谱分析中的应用

技术领域

本发明属于亲水作用色谱技术领域，涉及石墨烯量子点在亲水作用色谱分析中的应用。

背景技术

亲水作用色谱，是一种用来改善在反相色谱中保留较差的强极性物质保留行为的色谱技术。它通过采用强极性固定相，结合高比例有机相/低比例水相组成的流动相来实现对强极性物质的保留及分离，而这样的流动相尤其有利于提高电喷雾离子化质谱的灵敏度，近年来在色谱领域备受研究者关注。

强极性色谱固定相是亲水作用色谱的核心部分，其主要特征是与水有较好亲和性的强极性基团。目前专门应用于亲水作用色谱的固定相，比如酰胺固定相、聚琥珀酰亚胺及其衍生物固定相、磺烷基三甲胺乙内酯固定相、环糊精固定相、醇羟基固定相、两性离子固定相、混合模式固定相等，主要用于寡糖、强极性糖苷、强极性生物碱、有机酸、黄酮、蛋白质等极性化合物的分离。但是目前还没有一种万能的亲水作用色谱柱可以广泛应用于亲水化合物的分离，它们只对特定的化合物表现出一定的保留能力和分离能力。若要在硅胶基质上修饰不同类型的强极性基团以拓宽其应用范围，键合方案可能会很复杂，因此有必要找到一种含有多种强极性基团的物质或材料服务于亲水作用色谱。

水溶性石墨烯量子点，其表面含有丰富的羟基、羧基和烷氧基等亲水基团，是一种良好的亲水作用色谱固定相组分。而且其制备简单、机械稳定性和热稳定性高、比表面积大，具有进一步功能修饰的优良条件。

发明内容

本发明的目的在于提供石墨烯量子点在亲水作用色谱分析中的应用。

针对现有技术的不足，本发明深入研究了石墨烯量子点作为亲水作用色谱固定相的分离性能，发现其具有良好的亲水性能，对多种强极性化合物如生物碱、黄酮和糖苷具有良好的分离效果。因此，石墨烯量子点能够作为亲水作用色谱固定相的有效分离组分使用，其具有制备简单、稳定性高的优势。

石墨烯量子点在亲水作用色谱分析中的应用，其特征在于具体步骤为：

1）将石墨烯量子点键合到硅胶上；2）将修饰有石墨烯量子点的硅胶装填于色谱柱中；3）对分析物进行分离分析。

所述石墨烯量子点为水溶性石墨烯量子点。

所述水溶性石墨烯量子点含羟基、羧基、烷氧基和氨基中的一种或多种。

所述水溶性石墨烯量子点含羟基、羧基和烷氧基或含羟基、氨基或经聚乙烯亚胺修饰。

制备上述水溶性石墨烯量子点的方法是本领域技术人员公知的，比如Kalyan K.Chattopadhyay等人在Nanoscale, 8 (2016) 8245-8254中报道了将石墨烯切割成氨基功能化的石墨烯量子点的合成路径；Somobrata Acharya等人在RSC Advances, 5 (2015)27711-27716中报道了由石墨烯片水热合成石墨烯量子点；Junmin Nan等人在MaterialsChemistry and Physics, 147 (2014) 963-967中报道了两种不同发光性能的氮掺杂石墨烯量子点。上述方法以及现有的其它方法和未来将要开发出来的方法制备的石墨烯量子点可用于本发明中。

本发明所使用的石墨烯量子点由氧化石墨烯（北京德科岛金科技有限公司提供）经水热法制备得到，将上述氧化石墨烯粉末超声处理配置成5 mg/mL的溶液，取上述溶液50mL，加入1 mL 氨水和6 mL 双氧水（30%），转入400 mL高压釜中200 ℃反应3 h，冷却至室温后，用0.22 µm的尼龙膜过滤，滤液用500-1000 KDa的透析袋透析2天，冷冻干燥，得到黄色粉末状石墨烯量子点。

经研究发现，所述石墨烯量子点具有良好的水溶性，且具有羟基、羧基和烷氧基功能基团，这是其在亲水作用色谱中发挥分离性能的关键。

能够适用于本发明的分析物包括但不限于生物碱类、黄酮类和糖苷类中的至少一种。

本发明以生物碱类、黄酮类及糖苷类物质分别为例研究了石墨烯量子点在亲水作用色谱分析中的应用，发现其对上述三类化合物均可实现有效分离。

本发明的有益效果为：本发明的石墨烯量子点具有羟基、羧基和烷氧基强极性基团，能够增强亲水作用色谱固定相的亲水性能，因此，可作为亲水作用色谱固定相的有效分离组分。相比现有技术中多功能基团强极性固定相制备复杂的情况，石墨烯量子点作为优良的多功能强极性基团材料，可通过简单的键合方案固定到硅胶基质上，稳定性高，可实现多类型强极性分析物的分离检测。

附图说明

图1 显示了本发明的石墨烯量子点的傅里叶变换红外光谱图，可见其含有羟基和烷氧基。

图2 显示了本发明的石墨烯量子点的傅里叶变换红外光谱图，可见其含有羟基、羧基和烷氧基。

图3为使用实施例2所制备的色谱柱在亲水作用色谱模式下对生物碱类化合物的保留和分离色谱图。

图4为使用实施例3所制备的色谱柱在亲水作用色谱模式下对生物碱类化合物的保留和分离色谱图。

图5为使用实施例3所制备的色谱柱在亲水作用色谱模式下对黄酮类化合物的保留和分离色谱图。

图6为使用实施例3所制备的色谱柱在亲水作用色谱模式下对糖苷类化合物的保留和分离色谱图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式描述本发明的技术方案。

本发明中，研究所述石墨烯量子点应用于亲水作用色谱分析中的步骤包括1）将石墨烯量子点键合到硅胶上；2）将修饰有石墨烯量子点的硅胶装填于4.6 mm * 150 mm I.D.的不锈钢色谱柱中；3）在高效液相色谱系统下以高比例的乙腈/低比例乙酸铵溶液（v/v）为流动相进行待测物的分离分析。

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述。本领域技术人员将会理解，以下实施例仅为本发明的优选实施例，以便于更好地理解本发明，因而不应视为限定本发明的范围。

实施例1：含有不同功能基团的石墨烯量子点的制备

氧化石墨烯粉末（北京德科岛金科技有限公司提供）超声处理配置成5 mg/mL的溶液，取上述溶液50 mL，加入1 mL 氨水和6 mL 双氧水（30%），转入400 mL高压釜中200 ℃反应3h，冷却至室温后，用0.22 µm的尼龙膜过滤，滤液用500-1000 KDa的透析袋透析2天，冷冻干燥，得到黄色粉末状石墨烯量子点。所得石墨烯量子点经过硅胶柱色谱的分离，得到了含有羟基和烷氧基的石墨烯量子点（图1）和含有羟基、羧基和烷氧基的石墨烯量子点（图2）。

实施例2：含有羟基和烷氧基的石墨烯量子点在亲水作用色谱模式下对生物碱类物质的分离

在500 mL圆底烧瓶中加入200 mg 含有羟基和烷氧基的石墨烯量子点，200 mL N，N-二甲基甲酰胺，超声15 min 以分散石墨烯量子点，然后加入100 mg 异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷试剂，80 ℃下搅拌6 h以反应石墨烯量子点的羟基；向上述溶液中加入2 g硅胶，继续反应6 h。反应结束后，产物用水、甲醇、乙醇分别离心洗涤三次，置于真空烘箱中60 ℃干燥。元素分析结果：C 1.67%, N 0.37%, H 0.67%。把所得的固定相填料装填于4.6 mm *150 mm I.D. 的不锈钢色谱柱中。

制得的色谱柱用于测试其在亲水作用色谱模式下对生物碱类强极性化合物的分离。流动相为90% 乙腈/10 mM 乙酸铵（v/v），流速为1 mL/min，检测波长为254 nm，色谱图如图3所示（1 茶碱，2 黄连碱，3 药根碱，4 喜树碱，5 防己诺林碱）。分离结果显示反相色谱柱弱保留的强极性化合物得到了保留，表现出典型的亲水作用色谱特征。

实施例3：含有羟基、羧基和烷氧基的石墨烯量子点在亲水作用色谱模式下对生物碱类物质的分离

在500 mL圆底烧瓶中加入200 mg 含有羟基、羧基和烷氧基的石墨烯量子点，200 mLN，N-二甲基甲酰胺，超声15 min 以分散石墨烯量子点，然后加入100 mg EDC（1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐）/NHS(N-羟基琥珀酰亚胺)偶联剂，室温下搅拌30 min以活化石墨烯量子点的羧基；再加入20 µL 氨丙基三乙氧基硅烷，室温下搅拌12 h。向上述溶液中加入2 g硅胶，升温至80 ℃，继续反应6 h。反应结束后，产物用水、甲醇、乙醇分别离心洗涤三次，置于真空烘箱中60 ℃干燥。元素分析结果：C 1.32%, N 0.16%, H 0.87%。把所得的固定相填料装填于4.6 mm * 150 mm I.D. 的不锈钢色谱柱中。

使用所制备的色谱柱在亲水作用色谱模式下分离生物碱类化合物。流动相为90%乙腈/10 mM 乙酸铵（v/v），流速为1 mL/min，检测波长为254 nm，色谱图如图4所示（1 茶碱，2 黄连碱，3 药根碱，4 喜树碱，5 防己诺林碱）。分离结果显示含有羟基、羧基和烷氧基的石墨烯量子点的分离能力要强于只含有羟基和烷氧基的石墨烯量子点。

实施例4：含有羟基、羧基和烷氧基的石墨烯量子点在亲水作用色谱模式下对黄酮类物质的分离

使用实施例3所制备的色谱柱在亲水作用色谱模式下分离黄酮类化合物，以90%乙腈/10 mM乙酸铵（v/v）为流动相，5 种黄酮得到了良好的分离，如图5所示（1白杨素，2芹菜素，3黄芩素，4槲皮素，5芦丁）。

实施例5：含有羟基、羧基和烷氧基的石墨烯量子点在亲水作用色谱模式下对糖苷类物质的分离

使用实施例3所制备的色谱柱在亲水作用色谱模式下分离糖苷类化合物，以85%乙腈/10 mM乙酸铵（v/v）为流动相，4种糖苷得到了良好的分离，如图6所示（1氯化飞燕草素葡萄糖苷，2氯化锦葵色素葡萄糖苷，3氯化芍药素葡萄糖苷，4矢车菊素葡萄糖苷）。

Claims

1.石墨烯量子点在亲水作用色谱分析中的应用，其特征在于具体步骤为：

2.如权利要求1所述的应用，其特征在于所述石墨烯量子点为水溶性石墨烯量子点。

3.如权利要求2所述的应用，其特征在于所述水溶性石墨烯量子点含羟基、羧基、烷氧基和氨基中的一种或多种。

4.如权利要求3所述的应用，其特征在于所述水溶性石墨烯量子点含羟基、羧基和烷氧基或含羟基、氨基或经聚乙烯亚胺修饰。

5.如权利要求1所述的应用，其特征在于所述分析物为生物碱类、黄酮类或糖苷类物质。