CN108318611A - 基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱及其制备和应用 - Google Patents

基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱及其制备和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱的制备方法。将硅源、碱源和水按一定配比混合，搅拌澄清，水浴除去乙醇，然后水热晶化得到silicalite‑1二氧化硅纳米沸石粒子；将制得的二氧化硅纳米沸石粒子分散于溶剂中，并填充到裸熔融石英毛细管中，将毛细管两端封口，高温烧结，制得所述基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱。将基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱的毛细管电色谱与安培检测系统联用，可实现对同系物和支链异构、位置异构以及构象异构等多组异构体的分离分析。该毛细管开管柱的制备过程简单，分离效果好，分析成本低；采用安培检测技术，可进一步提高毛细管电色谱技术的检测灵敏度。

Description

基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱及其制备和应用
技术领域
本发明属纳米技术与微分离技术交叉领域，具体涉及一种基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱的制备及应用。
背景技术
毛细管电色谱(Capillary Electrochromatography，CEC)结合了毛细管电泳(Capillary Electrophoresis，CE)的高分离效率和高效液相色谱(HighPerformanceLiquidChromatography，HPLC)的高选择性，是一种很有前景的电泳分离模式。CEC既可以通过在毛细管中填充不同的固定相，也可以直接向内壁键合多样的配体，来提高相似化合物的分离选择性。与HPLC的压力驱动流相比，CEC模式下的塞流驱动模式允许在填充柱中使用更小的粒子(亚微米甚至纳米级)，可以提供更高的柱效。同时，作为一种微型化的分离技术，CEC在样品、溶剂和固定相低消耗方面提供了明显优势。目前，应用于CEC分离的毛细管柱主要有填充柱、整体柱和开管柱等类型。焦耳热效应、塞子界面效应和气泡效应一定程度上限制了填充毛细管柱的发展和应用；整体柱的制备较复杂；开管柱制备较简单，柱效高，同时毛细管开管柱的电渗流比填充毛细管快，更适于快速分析。
制备开管柱的关键是增加固定相的比表面积，提高相比和柱容量，而纳米材料的使用是解决这一问题的有效途径之一。其中，二氧化硅纳米粒子由于具有良好的机械强度、耐有机溶剂、高比表面积、丰富的可控衍生化的硅羟基基团以及生物兼容性等特点，近年来在色谱分离领域得到了广泛关注。例如，MCM-41、SBA-15等一系列具有球形、微纳米尺寸的二氧化硅介孔材料已用于毛细管开管柱的制备。与介孔二氧化硅相比，二氧化硅纳米沸石粒子具有较大的外比表面积和小的微孔孔容。随着粒径的减小，二氧化硅纳米沸石粒子将有助于加速传质，提高分离效率，并一定程度上减少其对紫外检测所产生的干扰。目前，基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱制备与应用鲜有报道。
此外，紫外检测是CE常用检测技术之一，然而，由于毛细管内径狭小易导致其检测灵敏度偏低。电化学检测器不仅可避免光学检测器遇到的光程太短导致灵敏度降低的问题，而且由于微电子加工技术在电极、电路和微细结构制作上的优势，通过对微流体电化学检测芯片系统的集成化和微型化，最有希望得到一个体积小，甚至是便携的装置。其中，安培检测法(Amperometric Detection,AD)具有灵敏度高、选择性好、线性范围宽、设备简单、成本低等优点，对本身或衍生后易氧化或还原的物质具有良好的电化学响应。目前，开管柱毛细管电色谱与安培检测技术的联用鲜有报道。
发明内容
本发明提出了一种基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱及其制备方法和应用。本发明将纳米技术与微分离技术相结合，利用silicalite-1二氧化硅纳米沸石粒子材料制备毛细管开管柱，并应用于毛细管电色谱-安培检测联用系统，探索其在改善同系物和异构体分离中的应用，以进一步拓展电泳应用领域。
本发明的目的在于提出一种制备方法简单、分离效果好、分析成本低、检测灵敏度高、适用面广的二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱。
本发明提出的基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱的制备方法，是将硅源、碱源和水配比混合，水热晶化得到silicalite-1二氧化硅纳米沸石粒子；然后将制得的二氧化硅纳米沸石粒子分散于溶剂中，超声，填充至预处理后的裸熔融石英毛细管中，烧结，制得毛细管开管柱。
具体步骤为：
(1)将硅源、碱源和水按一定配比混合，进行水解反应至溶液澄清；
(2)除去乙醇；
(3)水热晶化得到silicalite-1二氧化硅纳米沸石粒子；
(4)将所述silicalite-1二氧化硅纳米沸石粒子均匀分散于溶剂中，得到白色乳液；
(5)将白色乳液填充到毛细管中；
(6)将填充后的毛细管两端封口，进行高温烧结，制得所述基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱。
步骤(1)中，所述硅源为正硅酸乙酯、硅溶胶、气溶胶等中的任意一种；优选地，为正硅酸乙酯、硅溶胶。
步骤(1)中，所述碱源优选为四丙基氢氧化铵。
步骤(1)中，所述硅源、碱源、水的摩尔配比为硅源：碱源：水＝1：(0.1～0.4)：(10～100)；优选地，为1：0.3：20或1：0.18：20。
步骤(1)中，所述水解反应优选在搅拌条件下进行。
步骤(1)中，所述水解反应的时间为0.5-2小时；优选地，为1小时或2小时。
步骤(1)中，所述水解反应的温度为20-40；优选地，为室温。
步骤(2)中，所述除去乙醇的方式优选在水浴条件下将乙醇蒸发。
步骤(2)中，所述水浴的温度为60-80℃；优选地，为70℃。
步骤(2)中，所述水浴的时间为0.5-2小时；优选地，为1小时。
步骤(3)中，在步骤(2)完全除去乙醇以后，所述水热晶化之前还包括根据配比补水的步骤，使溶液配比为硅源：碱源：水＝1：(0.1～0.4)：(10～100)；优选地，为1：0.3：20或1：0.18：20。
步骤(3)中，所述水热晶化在水热晶化釜中进行，其中，所述水热晶化釜的温度设定为150-180℃；优选地，为170-175℃；进一步优选地，为175℃。
步骤(3)中，所述水热晶化的时间为1-4天；优选地，为3天。
步骤(3)中，所述水热晶化后还包括将所得的混合溶液抽滤、洗涤、烘干的步骤，得到白色粉末状silicalite-1二氧化硅纳米沸石粒子；其中，所述烘干的温度优选为100℃。
步骤(3)中，所述silicalite-1二氧化硅纳米沸石粒子的平均粒径为50-400纳米；优选地，为50纳米或200纳米。
步骤(4)中，所述silicalite-1二氧化硅纳米沸石粒子与溶剂的比值为1-20毫克每毫升；优选地，为5毫克每毫升。
步骤(4)中，所述分散可采用超声分散；其中所述超声分散的时间为30-60分钟；优选地，为45分钟。
步骤(4)中，所述溶剂为纯净水、弱碱溶液(7.00<pH<9.00)或甲醇、乙醇、丙酮、二氯甲烷、氯仿、乙醚等易挥发有机溶剂；优选地，为无水乙醇。
步骤(5)中，可利用改进的注射泵填充装置将白色乳液填充到毛细管中。所述注射泵填充装置为，注射器出液端设置有挡板；所述挡板中心设置有通孔；所述通孔直径为0.5-2毫米；所述通孔处设置有固定槽；其中，所述注射泵的流速为0.1-10毫升每小时。如图11所示的改进的注射泵填充装置，在注射器出液端设计了一块中心打孔(直径0.5-2毫米；优选地，为1.5毫米)的不锈钢挡板，挡板的中心位置依据圆形橡胶塞的尺寸特别设计了橡胶塞固定槽，可确保橡胶塞足以承受填充微米级毛细管的压力，从而使乳液有效填充，不漏液。其中，所述注射泵的流速为0.1-10毫升每小时；优选地，为2毫升每小时。所述填充的时间根据实际需要确定，如为5-30分钟。
步骤(5)中，所述毛细管为裸熔融石英毛细管。其中，所述毛细管的长度为10-50厘米；优选地，为40厘米。所述毛细管的内径为10-320微米；优选为50微米。所述毛细管的外径为150-435微米；优选为360微米。
步骤(5)中，优选对所述毛细管预处理后再进行使用。所述毛细管预处理的步骤优选为依次采用超纯水、0.1摩尔每升盐酸、超纯水、0.1摩尔每升氢氧化钠和超纯水冲洗毛细管各2小时。
步骤(6)中，所述封口可以采用本领域的常规方法进行，如采用标签纸封口，防止灰尘进入毛细管。
步骤(6)中，所述高温烧结可在马弗炉中进行，设置程序升温为：在2-5摄氏度每分钟的速率，从室温升到100-200℃，然后在2-5摄氏度每分钟的速率，升到最高设定温度200-350℃；优选地，在2摄氏度每分钟的速率，从室温升到150℃，然后在3摄氏度每分钟的速率，从150℃升到最高设定温度250℃。
步骤(6)中，在最高设定温度下烧结持续的时间为1-10小时；优选地，为3小时；进一步优选地，为在最高设定温度250℃下持续烧结3小时。
在一个具体实施方式中，本发明制备silicalite-1二氧化硅纳米沸石粒子的制备方法为：以正硅酸乙酯、硅溶胶、气溶胶等为硅源，四丙基氢氧化铵为碱源，将硅源、碱源和水按一定配比混合，在室温下搅拌至澄清；然后在水浴中除去乙醇；最后通过水热晶化得到silicalite-1二氧化硅纳米沸石粒子。
本发明还提出了由上述制备方法制备得到的silicalite-1二氧化硅纳米沸石粒子。
本发明还提出了由上述制备方法制备得到的基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱。本方法基于共价键合与高温烧结的方法所制备的二氧化硅纳米沸石粒子毛细管开管柱，具有良好的分析重现性(表1)，采用改进的注射泵作为填充装置，流量可控，操作简便。
本发明还提出了所述二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱在毛细管电色谱、加压毛细管电色谱分离分析等中的应用。基于毛细管电色谱-安培检测联用系统，采用三电极体系，以饱和甘汞电极或氯化银电极为参比电极，铂丝为对电极，碳、铜、铂等圆盘电极(通常直径300-500微米)为工作电极；以尼泊金酯同系物、尼泊金酯异构体、4-丁基苯酚异构体、硝基苯酚异构体和肌醇异构体等作为模型分子，基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱对上述同系物、异构体具有良好的分离性能。与液相色谱相比，该方法所需样品量小(通常为nL级)；与紫外检测方法(通常检测限为10-5-10-6摩尔每升)相比，安培检测的灵敏度较高(通常检测限达10-8-10-10摩尔每升)。
本发明还提出了一种注射泵填充装置：注射器出液端设置有挡板；所述挡板中心设置有通孔；所述通孔直径为0.5-2毫米；所述通孔处设置有固定槽。
本发明所述注射泵对市售注射泵进行了器件加工改进，在注射器出液端设计了一块中心打孔的不锈钢挡板，挡板的中心位置依据圆形橡胶塞的尺寸特别设计了橡胶塞固定槽，可确保橡胶塞足以承受填充微米级毛细管的压力，从而使乳液有效填充，不漏液。目前，尚未见有将该装置应用于毛细管柱制备的报道。
本发明的有益效果在于：本发明以正硅酸乙酯、硅溶胶、气溶胶等为硅源，四丙基氢氧化铵为碱源，将硅源、碱源和水按一定配比混合，制备了一种silicalite-1二氧化硅纳米沸石粒子材料，并通过简易的填充装置制备得到了基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱。以制备的二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱作为毛细管电色谱的分离通道，可与安培检测、紫外检测、荧光检测等检测技术联用。本发明基于制备的silicalite-1二氧化硅纳米沸石粒子的高比表面积与化学稳定性，实现了尼泊金酯同系物、尼泊金丙酯支链异构体、硝基苯酚位置异构体和肌醇构象异构体等多组模型分子的基线分离。毛细管电色谱-安培检测联用系统所需样品量小，可提供较高的检测灵敏度。本发明所制备的二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱可重复使用，具有较好的分析重现性(如表1所示)。
附图说明
图1为本发明实施例1和2分别制备的(S-1)平均粒径50纳米和(S-2)平均粒径200纳米的silicalite-1二氧化硅纳米沸石粒子的X射线衍射图。
图2为本发明实施例1和2分别制备的(a)平均粒径50纳米和(b)平均粒径200纳米的silicalite-1二氧化硅纳米沸石粒子的扫描电子显微镜图。
图3为裸熔融石英毛细管(a)局部与(b)全貌的扫描电子显微镜图，以及实施例1中制备的基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱(c)局部与(d)全貌的扫描电子显微镜图。
图4为以中性分子乙醇为电渗流标记物分别在(a)裸熔融石英毛细管以及(b)实施例1中制备的基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱中的电泳图。
图5为在实施例4相同电色谱运行条件下，尼泊金甲酯、尼泊金乙酯、尼泊金丙酯和尼泊金丁酯同系物分别在(a)裸熔融石英毛细管和(b)实施例1中制备的基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱上的电泳图。
图6为在实施例3相同电色谱运行条件下，尼泊金丙酯和尼泊金异丙酯异构体分别在(a)裸熔融石英毛细管和(b)实施例1中制备的基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱上的电泳图。
图7为在实施例3相同电色谱运行条件下，4-叔丁基苯酚和4-正丁基苯酚异构体分别在(a)裸熔融石英毛细管和(b)实施例1中制备的基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱上的电泳图。
图8为在实施例7相同电色谱运行条件下，三种硝基苯酚异构体分别在(a)裸熔融石英毛细管柱和(b)实施例1中制备的基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱上的电泳图。
图9为在实施例8相同电色谱运行条件下，两种肌醇异构体分别在(a)裸熔融石英毛细管柱和(b)实施例1中制备的基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱上的电泳图。
图10为在实施例3相同电色谱运行条件下，尼泊金丙酯和尼泊金异丙酯异构体在实施例1和2分别制备的(a)平均粒径50纳米和(b)平均粒径200纳米的silicalite-1二氧化硅纳米沸石粒子毛细管开管柱上的电泳图。
图11为所述注射泵填充装置实物图，表示部位为设计改进的橡胶塞固定装置。
具体实施方式
结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。
优选条件：以平均粒径50纳米的silicalite-1二氧化硅纳米沸石粒子制备的毛细管开管柱，适用于硼砂、磷酸盐等常见弱酸及弱碱性缓冲溶液体系。
实施例1
平均粒径50纳米的基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱的制备
将正硅酸乙酯、四丙基氢氧化铵和水混合，按照摩尔比1:0.3:20，在室温下搅拌反应2小时，接着在70℃水浴中蒸发除去乙醇，然后补水后装釜，在175℃下水热晶化3天，将所得的混合溶液抽滤、洗涤，100℃烘干，得到白色粉末状二氧化硅纳米沸石粒子材料，平均粒径50纳米。
取制得的二氧化硅纳米沸石粒子5毫克分散于1毫升无水乙醇中，超声45分钟，得到白色乳液，用注射泵将该白色乳液在流速为2毫升每小时的情况下，填充到预处理后的裸熔融石英毛细管中，填充时间为15分钟，填充后将毛细管两端封口。然后将毛细管置于马弗炉中高温烧结。马弗炉的程序升温过程为，先在2摄氏度每分钟的速率下，从室温升到150℃，再以3摄氏度每分钟的速率，升至设定最高温度250℃，在最高温度下持续烧结时间为3小时。制得基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱。
实施例2
平均粒径200纳米的基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱的制备
将正硅酸乙酯、四丙基氢氧化铵和水混合，按照摩尔比1:0.18:20，在室温下搅拌反应2小时，接着在70℃水浴中蒸发除去乙醇，然后补水后装釜，在175℃下水热晶化3天，将所得的混合溶液抽滤、洗涤，烘干，得到白色粉末状二氧化硅纳米沸石材料，平均粒径200纳米。
取制得的二氧化硅纳米沸石粒子5毫克分散于1毫升无水乙醇中，超声45分钟，得到白色乳液，用注射泵将该白色乳液在流速为2毫升每小时的情况下，填充到预处理后的裸熔融石英毛细管中，填充时间为15分钟，填充后将毛细管两端封口。然后将毛细管置于马弗炉中高温烧结。马弗炉的程序升温过程为，先在2摄氏度每分钟的速率下，从室温升到150℃，再以3摄氏度每分钟的速率，升至设定最高温度250℃，在最高温度下持续烧结时间为3小时。制得基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱。
图1为本发明实施例1和2分别制备的silicalite-1二氧化硅纳米沸石粒子的X射线衍射图。由XRD图可以看出：所有合成样品(S-1为实施例1制备的平均粒径50纳米的二氧化硅纳米沸石粒子，S-2为实施例2制备的平均粒径200纳米的二氧化硅纳米沸石粒子)的衍射峰均与标准样品silicalite-1的谱峰吻合，而且没有其他峰的出现，表明没有杂晶相。说明采用实施例1和2的方法均能成功合成出silicalite-1二氧化硅纳米沸石粒子，并且能够得到高纯样品。
图2为本发明实施例1和2分别制备的(a)平均粒径50纳米和(b)平均粒径200纳米的silicalite-1二氧化硅纳米沸石粒子的扫描电子显微镜图。可以看出所制备silicalite-1二氧化硅纳米沸石粒子的粒径均匀。
图3为裸熔融石英毛细管(a)局部与(b)全貌的扫描电子显微镜图以及实施例1中制备的基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱(c)局部与(d)全貌的扫描电子显微镜图。由图可以看出，裸熔融石英毛细管柱的内表面十分光滑；而本发明实施例1中制备的基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱的内表面十分粗糙，大大增加了毛细管内壁的比表面积，从而延长了分析对象在毛细管内的保留时间，大大提高了基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱的分离效果。
实施例3
实验条件：裸熔融石英毛细管长为30厘米，内径50微米，外径为360微米；基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱以长为40厘米，内径50微米，外径为360微米的裸熔融石英毛细管制备，两端各截去5厘米后使用，二氧化硅纳米沸石粒子平均粒径50纳米。安培检测采用三电极体系，以饱和甘汞电极或氯化银电极为参比电极，铂丝为对电极，直径300微米碳圆盘电极为工作电极，氧化电位950毫伏。电渗流标记物为无水乙醇；运行缓冲溶液为80毫摩尔每升的硼酸-硼砂缓冲溶液(pH＝8.00)；运行电压5千伏；进样时间8秒(进样电压5千伏)。
实施例4
实验条件：裸熔融石英毛细管长为30厘米，内径50微米，外径为360微米；基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱以长为40厘米，内径50微米，外径为360微米的裸熔融石英毛细管制备，两端各截去5厘米后使用，二氧化硅纳米沸石粒子平均粒径50纳米。运行缓冲溶液为80毫摩尔每升的硼酸-硼砂溶液(pH＝9.00)，运行电压5千伏，进样时间8秒(进样电压5千伏)。安培检测采用三电极体系，以饱和甘汞电极或氯化银电极为参比电极，铂丝为对电极，直径300微米碳圆盘电极为工作电极，氧化电位950毫伏。峰识别与分析物浓度：a.(1)尼泊金丁酯(5.0微克每毫升)；(2)尼泊金丙酯(5.0微克每毫升)；(3)尼泊金乙酯(5.0微克每毫升)；(4)尼泊金甲酯(5.0微克每毫升)b.(1)尼泊金丁酯(20.0微克每毫升)；(2)尼泊金丙酯(20.0微克每毫升)；(3)尼泊金乙酯(20.0微克每毫升)；(4)尼泊金甲酯(20.0微克每毫升)。
图5为在实施例4相同电色谱运行条件下，尼泊金甲酯、尼泊金乙酯、尼泊金丙酯和尼泊金丁酯同系物分别在(a)裸熔融石英毛细管和(b)实施例1中制备的基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱上的电泳图。从图中可以看出，在裸熔融石英毛细管中，尼泊金甲酯、尼泊金乙酯、尼泊金丙酯和尼泊金丁酯同系物的迁移速率很快，峰完全重叠，不能有效分离；而在实施例1中制备的基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱中四者的迁移时间延长，该组同系物可以实现完全分离，分离度大于2.01。
实施例5
实验条件：裸熔融石英毛细管长为30厘米，内径50微米，外径为360微米；基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱以长为40厘米，内径50微米，外径为360微米的裸熔融石英毛细管制备，两端各截去5厘米后使用，二氧化硅纳米沸石粒子平均粒径50纳米。运行缓冲溶液为80毫摩尔每升的硼酸-硼砂溶液(pH＝8.00)，运行电压5千伏，进样时间8秒(进样电压5千伏)。安培检测采用三电极体系，以饱和甘汞电极或氯化银电极为参比电极，铂丝为对电极，直径300微米碳圆盘电极为工作电极，氧化电位950毫伏。峰识别与分析物浓度：a.(1)尼泊金异丙酯(1.0微克每毫升)；(2)尼泊金丙酯(1.0微克每毫升)；b.(1)尼泊金异丙酯(10.0微克每毫升)；(2)尼泊金丙酯(10.0微克每毫升)。
图6为在实施例3相同电色谱运行条件下，尼泊金丙酯和尼泊金异丙酯异构体分别在(a)裸熔融石英毛细管和(b)实施例1中制备的基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱上的电泳图。从图中可以看出，在裸熔融石英毛细管中，尼泊金丙酯和尼泊金异丙酯的迁移速率很快，峰完全重叠，不能有效分离；而在实施例1中制备的基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱中二者的迁移时间延长，该组异构体可以实现完全分离，分离度达到1.6。
实施例6
实验条件：裸熔融石英毛细管长为30厘米，内径50微米，外径为360微米；基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱以长为40厘米，内径50微米，外径为360微米的裸熔融石英毛细管制备，两端各截去5厘米后使用，二氧化硅纳米沸石粒子平均粒径50纳米。运行缓冲溶液为80毫摩尔每升的硼酸-硼砂溶液(pH＝8.00)，运行电压5千伏，进样时间8秒(进样电压5千伏)。安培检测采用三电极体系，以饱和甘汞电极或氯化银电极为参比电极，铂丝为对电极，直径300微米碳圆盘电极为工作电极，氧化电位950毫伏。峰识别与分析物浓度：a.(1)4-叔丁基苯酚(10.0微克每毫升)；(2)4-正丁基苯酚(2.0微克每毫升)；b.(1)4-叔丁基苯酚(10.0微克每毫升)；(2)4-正丁基苯酚(10.0微克每毫升)。
图7为在实施例3相同电色谱运行条件下，4-叔丁基苯酚和4-正丁基苯酚异构体分别在(a)裸熔融石英毛细管和(b)实施例1中制备的基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱上的电泳图。从图中可以看出，在裸熔融石英毛细管中，4-叔丁基苯酚和4-正丁基苯酚的迁移速率很快，峰完全重叠，不能有效分离；而在实施例1中制备的基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱中二者的迁移时间延长，该组异构体可以实现完全分离，分离度达到1.37。
实施例7
实验条件：裸熔融石英毛细管长为30厘米，内径50微米，外径为360微米；基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱以长为40厘米，内径50微米，外径为360微米的裸熔融石英毛细管制备，两端各截去5厘米后使用，二氧化硅纳米沸石粒子平均粒径50纳米。运行缓冲溶液为80毫摩尔每升的硼酸-硼砂溶液(pH＝7.40)，运行电压5千伏，进样时间8秒(进样电压5千伏)。安培检测采用三电极体系，以饱和甘汞电极或氯化银电极为参比电极，铂丝为对电极，直径300微米碳圆盘电极为工作电极，氧化电位950毫伏。峰识别与分析物浓度：a.(1)间硝基苯酚(2.0微克每毫升)；(2)邻硝基苯酚(2.0微克每毫升)；(3)对硝基苯酚(2.0微克每毫升)；b.(1)间硝基苯酚(2.0微克每毫升)；(2)邻硝基苯酚(5.0微克每毫升)；(3)对硝基苯酚(10.0微克每毫升)。
图8为在实施例7相同电色谱运行条件下，邻硝基苯酚、间硝基苯酚和对硝基苯酚三种异构体分别在(a)裸熔融石英毛细管和(b)实施例1中制备的基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱上的电泳图。从图中可以看出，在裸熔融石英毛细管中，邻位和对位硝基苯酚的迁移速率较快，完全不能分离；而在本发明实施例1中制备的基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱中二者的迁移时间延长，邻位和对位硝基苯酚可以实现完全分离，分离度达到1.4。
实施例8
实验条件：裸熔融石英毛细管长为30厘米，内径50微米，外径为360微米；基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱以长为40厘米，内径50微米，外径为360微米的裸熔融石英毛细管制备，两端各截去5厘米后使用，二氧化硅纳米沸石粒子平均粒径50纳米。运行缓冲溶液为80毫摩尔每升的氢氧化钠-硼砂溶液(pH＝9.66)，检测池内为100毫摩尔每升的氢氧化钠溶液，运行电压5kV，进样时间8秒(进样电压5kV)。安培检测采用三电极体系，以饱和甘汞电极或氯化银电极为参比电极，铂丝为对电极，直径300微米铜圆盘电极为工作电极，氧化电位650毫伏。峰识别与分析物浓度：a.(1)D-肌醇(10.0微克每毫升)；(2)肌醇(10.0微克每毫升)；b.(1)D-肌醇(30.0微克每毫升)；(2)肌醇(40.0微克每毫升)。
图9为在实施例8相同电色谱运行条件下，肌醇和D-肌醇异构体分别在(a)裸熔融石英毛细管和(b)实施例1中制备的基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱上的电泳图。从图中可以看出，在裸熔融石英毛细管中，两种肌醇异构体迁移速率较快，不能完全分离；而在本发明实施例1制备的基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱中迁移速率延长，该组异构体可以完全分离，分离度达到1.6。
实施例9
实验条件：基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱均以长为40厘米，内径50微米，外径为360微米的裸熔融石英毛细管制备，两端各截去5厘米后使用，二氧化硅纳米沸石粒子平均粒径分别为50纳米和200纳米。运行缓冲溶液为80毫摩尔每升的硼酸-硼砂溶液(pH＝8.00)，运行电压5kV，进样时间8秒(进样电压5kV)。安培检测采用三电极体系，以饱和甘汞电极或氯化银电极为参比电极，铂丝为对电极，直径300微米碳圆盘电极为工作电极。峰识别与分析物浓度：a.(1)尼泊金异丙酯(10.0微克每毫升)；(2)尼泊金丙酯(10.0微克每毫升)；b.(1)尼泊金异丙酯(10.0微克每毫升)；(2)尼泊金丙酯(10.0微克每毫升)。
图10为在实施例3相同电色谱运行条件下，尼泊金丙酯和尼泊金异丙酯异构体分别在(a)实施例1和(b)实施2制备的平均粒径50纳米和平均粒径200纳米的二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱上的电泳图。从图中可以看出，在平均粒径200纳米的基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱上，尼泊金丙酯和尼泊金异丙酯不能完全分离，分离度仅为1.1；而在平均粒径50纳米的基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱中，该组异构体可以实现完全分离，分离度达到1.6。
对比例1
电渗流比较
在与实施例3同等电泳运行条件下，以中性分子乙醇为电渗流标记物，分别在裸熔融石英毛细管以及实施例1中制备的基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱中进行测试。实验条件：裸熔融石英毛细管长为30厘米，内径50微米，外径为360微米；基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱以长为40厘米，内径50微米，外径为360微米的裸熔融石英毛细管制备，两端各截去5厘米后使用，二氧化硅纳米沸石粒子平均粒径50纳米。安培检测采用三电极体系，以饱和甘汞电极或氯化银电极为参比电极，铂丝为对电极，直径300微米碳圆盘电极为工作电极，氧化电位950毫伏。电渗流标记物为中性分子乙醇；电渗流标记物浓度：(a)10.0微克每毫升；(b)50.0微克每毫升。运行缓冲溶液为80毫摩尔每升硼酸-硼砂(pH＝8.00)；运行电压5千伏；进样时间8秒(进样电压5千伏)。
图4为以中性分子乙醇为电渗流标记物分别在(a)裸熔融石英毛细管以及(b)实施例1中制备的基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱中的电泳图。乙醇分子在基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱中的迁移时间比在裸熔融石英毛细管中要慢一倍以上，表明基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱中的电渗流的速率明显小于裸熔融石英毛细管中电渗流的速率。因此，二氧化硅纳米沸石粒子有效提高了毛细管开管柱的分离效果。
实施例10
图11为改进的注射泵填充装置实物图，在注射器出液端设计了一块中心打孔(直径0.5-2毫米)的不锈钢挡板，挡板的中心位置依据橡胶塞的尺寸特别设计了圆形固定槽，可确保橡胶塞足以承受填充微米级毛细管的压力，从而使乳液有效填充，避免漏液。
表1二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱的重现性和稳定性分析
如表1所示，本发明实施例1所制备的基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱可重复使用，具有较好的分析重现性。
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8.可用作毛细管电色谱准固定相的纳米介孔材料及其制备方法(201210363281.8)
9.一种基于介孔材料涂层的毛细管开管色谱柱及其制备方法(201110053203.3)
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本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。

Claims (17)

1.一种基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱的制备方法，其特征在于，将硅源、碱源和水配比混合，水热晶化得到silicalite-1二氧化硅纳米沸石粒子；然后将制得的二氧化硅纳米沸石粒子分散于溶剂中，超声，填充至预处理后的毛细管中，烧结，制得所述毛细管开管柱。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
(1)将硅源、碱源和水按一定配比混合，进行水解反应至溶液澄清；
(2)除去乙醇；
(3)水热晶化得到silicalite-1二氧化硅纳米沸石粒子；
(4)将所述silicalite-1二氧化硅纳米沸石粒子均匀分散于溶剂中，得到白色乳液；
(5)将白色乳液填充到毛细管中；
(6)将填充后的毛细管的两端封口，进行高温烧结，制得所述基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述硅源为正硅酸乙酯、硅溶胶、气溶胶中的任意一种；和/或，所述碱源为四丙基氢氧化铵；和/或，所述硅源、碱源、水的摩尔配比为硅源：碱源：水＝1：(0.1～0.4)：(10～100)。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述水解反应在搅拌条件下进行；和/或，所述水解反应的温度为20-40℃；和/或，所述水解反应的时间为0.5-2小时。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述除去乙醇的方式以在水浴条件下将乙醇蒸发的方法进行；和/或，所述水浴的温度为60-80℃；和/或，所述水浴的时间为0.5-2小时。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，在步骤(2)完全除去乙醇以后，所述水热晶化之前还包括补水的步骤，使溶液配比为硅源：碱源：水＝1：(0.1～0.4)：(10～100)；和/或，所述水热晶化在水热晶化釜中进行；其中，所述水热晶化釜的温度设定为150-180℃；和/或，所述水热晶化的时间为1-4天。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述水热晶化后还包括将所得的混合溶液抽滤、洗涤、烘干的步骤，得到白色粉末状silicalite-1二氧化硅纳米沸石粒子；其中，所述烘干的温度为100℃；和/或，所述silicalite-1二氧化硅纳米沸石粒子的平均粒径为50-400纳米。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述silicalite-1二氧化硅纳米沸石粒子的分散溶剂为纯净水、弱碱溶液(7.00<pH<9.00)或甲醇、乙醇、丙酮、二氯甲烷、氯仿、乙醚易挥发有机溶剂；和/或，所述silicalite-1二氧化硅纳米沸石粒子与溶剂的比值为1-20毫克每毫升；和/或，所述分散可采用超声分散；其中，所述超声分散的时间为30-60分钟。
9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，利用注射泵填充装置将白色乳液填充到毛细管中，所述注射泵填充装置为，注射器出液端设置有挡板；和/或，所述挡板中心设置有通孔；和/或，所述通孔直径为0.5-2毫米；和/或，所述通孔处设置有固定槽；和/或，所述注射泵的流速为0.1-10毫升每小时。
10.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述毛细管为裸熔融石英毛细管；其中，所述毛细管的长度为10-50厘米；和/或，所述毛细管的内径为10-320微米；和/或，所述毛细管的外径为150-435微米。
11.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，对所述裸熔融石英毛细管预处理后再使用；其中，所述预处理的步骤为依次采用超纯水、0.1摩尔每升盐酸、超纯水、0.1摩尔每升氢氧化钠、超纯水分别冲洗毛细管2小时。
12.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤(6)中，所述高温烧结在马弗炉中进行，设置程序升温为：在2-5摄氏度每分钟的速率下，从室温升到100-200℃，然后，在2-5摄氏度每分钟的速率下，升至最高设定温度200-350℃；和/或，在所述最高设定温度下烧结持续的时间为1-10小时。
13.一种如权利要求1-12之任一项所述方法制备得到的silicalite-1二氧化硅纳米沸石粒子。
14.一种如权利要求1-12之任一项所述方法制备得到的基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱。
15.如权利要求13所述的基于二氧化硅纳米沸石粒子在毛细管电色谱、加压毛细管电色谱分离分析中的应用。
16.如权利要求14所述的基于二氧化硅纳米沸石粒子的毛细管开管柱在毛细管电色谱、加压毛细管电色谱分离分析中的应用。
17.一种注射泵填充装置，其特征在于，注射器出液端设置有挡板；所述挡板中心设置有通孔；所述通孔直径为0.5-2毫米；所述通孔处设置有固定槽。
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