CN109126749B - 一种多面体低聚倍半硅氧烷为壳的核壳型色谱固定相及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多面体低聚倍半硅氧烷为壳的核壳型色谱固定相及其制备方法与应用，所述固定相以多面体低聚倍半硅氧烷为功能单体来修饰球形硅胶表面，所制备固定相所填充色谱柱可直接用于反相液相色谱分离分析，显示了良好的分离性能，应用范围广。同时，本发明所提供的核壳型色谱固定相制备过程简单、反应条件温和、具有良好的制备重现性和稳定性，便于推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型液相色谱固定相及其制备方法，具体涉及一种多面体低聚倍半硅氧烷为壳的核壳型色谱固定相及其制备方法与应用。
背景技术
近年来，随着食品药品科学和环境检测等领域对分离分析技术要求的不断提高，对作为液相色谱核心技术的色谱填料也提出了更高的要求。作为新一代的色谱填料，核壳填料凭借高比表面积和低传质阻力的特点，逐渐成为新型色谱填料领域研究的热点。广义上说，核壳型结构材料是通过物理化学作用将一种材料均匀地包覆在另一种材料表面形成纳米尺度的有序核壳结构，从而表现出异于单一的核或壳材料的性能。
球形硅胶是高效液相色谱固定相的常用基质材料，也是核壳型材料的常用核材料，其具有良好的机械强度、容易控制的孔结构和比表面积、较好的化学稳定性和热稳定性以及专一的表面化学反应，其表面含有丰富的硅羟基，可以进行表面化学键合或改性。但是，由于空间位阻的存在，硅胶表面的硅羟基不可能全部与硅烷试剂反应，修饰后表面残存的硅羟基使得其在分离碱性物质时出现不可逆性吸附，易出现峰形拖尾等问题，使得柱效降低。
发明内容
本发明的目的就是提供一种多面体低聚倍半硅氧烷为壳的核壳型色谱固定相及其制备方法与应用，该固定相以多面体低聚倍半硅氧烷来修饰球形硅胶表面，形成核壳结构，该固定相所填充色谱柱可直接用于反相液相色谱分离分析，应用范围广。
本发明的目的是这样实现的：
一种多面体低聚倍半硅氧烷为壳的核壳型色谱固定相，其结构为：
其中，
式中，R为
R’为
n＝8、10或12。
当n＝8时，
所述的多面体低聚倍半硅氧烷为壳的核壳型色谱固定相的制备方法包括以下步骤：
(1)将硅球悬浮于无水甲苯中，加入(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷，混匀，机械搅拌，在氮气保护下加热回流反应12-30h，反应温度为90-120℃，(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷和球形硅胶的质量比为1-3:1；反应结束后，冷却至室温，反应产物经洗涤、真空干燥至恒重，即得到巯基功能化硅球；
(2)在甲醇溶液中加入多面体低聚倍半硅氧烷和巯基功能化硅球，加入催化剂，机械搅拌，在氮气保护下于50-80℃回流反应12-24h，多面体低聚倍半硅氧烷和巯基功能化硅球的质量比为2-5:1，催化剂的质量为巯基功能化硅球质量的8-13％；反应产物经洗涤、真空干燥至恒重，即得到多面体低聚倍半硅氧烷为壳的核壳型色谱固定相。
所述多面体低聚倍半硅氧烷的结构式为Rn(SiO1.5)n，其中，
R为
n＝8、10或12。
所述催化剂为二甲基苯基膦。
所述步骤(1)中，反应产物用甲苯、甲醇依次各洗涤3-5次。
所述步骤(2)中，反应产物用无水甲醇洗涤3-5次。
所述的多面体低聚倍半硅氧烷为壳的核壳型色谱固定相在液相色谱分离分析中的应用，是将该固定相填充在不锈钢色谱柱管中，可实现疏水性烷基苯、多环芳香烃等物质的高效分离，可以实现豆芽提取物中激素6-苄氨基腺嘌呤(6-BA)和激动素(KT)的分离和检测，且显示了良好的峰型和柱效。
本发明将多面体低聚倍半硅氧烷作为壳材料包覆在球形硅胶表面，制备得到了新型的核壳型色谱固定相填料，可实现疏水性物质的高效色谱分离分析，显示了良好的分离性能。此外，该固定相表面残余的乙烯基可进一步进行功能化修饰，易于制备具有多种分离作用机制的色谱固定相。
本发明提供的核壳型色谱固定相制备方法简单、反应条件温和，具有良好的制备重现性和稳定性，便于推广应用。
附图说明
图1是巯基功能化硅球和本发明核壳型色谱固定相的红外光谱图。
图2是球形硅胶(A)和本发明核壳型色谱固定相(B)的扫描电镜图。
图3是球形硅胶、巯基功能化硅球和本发明核壳型色谱固定相的热重分析图。
图4是流动相中乙腈含量对分析物保留的影响关系图。
图5是五种烷基苯类物质的分离色谱图。
图6是五种多环芳香烃类物质的分离色谱图。
图7是检测豆芽提取物中激素6-苄氨基腺嘌呤(6-BA)和激动素(KT)的分离色谱图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的阐述，在下述实施例中未详细描述的过程和方法是本领域公知的常规方法，实施例中所用原料或试剂除另有说明外均为市售品，可通过商业渠道购得。
实施例1
(1)巯基功能化硅球的制备：
取球形硅胶，缓慢加入无水甲苯作为溶剂，使硅球悬浮于无水甲苯中，再加入(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷，控制(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷和球形硅胶的质量比为2:1，充分混合均匀后，机械搅拌，在氮气保护下加热回流反应24h，反应温度保持在90℃。反应结束后，冷却至室温，将反应产物用甲苯、甲醇依次各洗涤3次，真空干燥至恒重后得到巯基功能化硅球。
(2)核壳型色谱固定相制备：
在甲醇溶液中加入甲基丙烯酸酯取代的多面体低聚倍半硅氧烷和巯基功能化硅球，控制甲基丙烯酸酯取代的多面体低聚倍半硅氧烷和巯基功能化硅球的质量比为2:1，加入二甲基苯基膦，并控制其质量为巯基功能化硅球质量的10％，机械搅拌，在氮气保护下于70℃回流反应24h，将反应产物用无水甲醇洗涤3次，真空干燥至恒重，即得到多面体低聚倍半硅氧烷为壳的核壳型色谱固定相。
对产品进行表征，结果见图1～4。
甲基丙烯酸酯取代的多面体低聚倍半硅氧烷是指：
R为
n＝8、10或12的多面体低聚倍半硅氧烷。
图1所示为巯基功能化硅球和本发明合成的核壳型色谱固定相的红外光谱图，本发明合成的核壳型色谱固定相的红外谱图中出现了1720cm-1吸收峰，该峰为甲基丙烯酸酯取代的多面体低聚倍半硅氧烷中甲基丙烯酸酯的C＝O伸缩振动峰；还出现了2942cm-1吸收峰和2855cm-1吸收峰，为甲基丙烯酸酯取代的多面体低聚倍半硅氧烷中甲基和亚甲基的C-H伸缩振动峰。通过红外光谱表征，说明球形硅胶表面成功地修饰了多面体低聚倍半硅氧烷材料。
球形硅胶和本发明合成的核壳型色谱固定相的扫描电镜图如图2所示，与球形硅胶(A)相比，本发明合成的核壳型色谱固定相(B)表面有更多的凹凸，进一步说明球形硅胶表面成功地修饰了多面体低聚倍半硅氧烷材料。
球形硅胶、巯基功能化硅球以及本发明合成的核壳型色谱固定相的热重分析结果如图3所示，与球形硅胶、巯基功能化硅球相比，本发明合成的核壳型色谱固定相显示了更高的质量损失，上述结果进一步表明了本发明合成的核壳型色谱固定相得到了成功地制备。
以苯、甲苯、乙苯、丙苯和丁苯为测试样品考察了流动相中乙腈含量对色谱保留的影响，色谱条件：色谱柱(15cm×4.6mm)，流动相为乙腈/水，流速为1.0mL/min，检测波长为214nm。如图4所示，随着流动相中乙腈含量的增加，五种化合物的保留呈现逐渐减弱的趋势，显示了典型的反相色谱保留机制。
实施例2
(1)巯基功能化硅球的制备：
取球形硅胶，缓慢加入无水甲苯作为溶剂，使硅球悬浮于无水甲苯中，再加入(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷，控制(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷和球形硅胶的质量比为3:1，充分混合均匀后，机械搅拌，在氮气保护下加热回流反应24h，反应温度保持在90℃。反应结束后，冷却至室温，将反应产物用甲苯、甲醇依次各洗涤5次，真空干燥至恒重后得到巯基功能化硅球。
(2)核壳型色谱固定相制备：
在甲醇溶液中加入甲基丙烯酸酯取代的多面体低聚倍半硅氧烷和巯基功能化硅球，控制甲基丙烯酸酯取代的多面体低聚倍半硅氧烷和巯基功能化硅球的质量比为3:1，加入二甲基苯基膦，并控制其质量为巯基功能化硅球质量的12％，机械搅拌，在氮气保护下于70℃回流反应24h，将反应产物用无水甲醇洗涤5次，真空干燥至恒重，即得到多面体低聚倍半硅氧烷为壳的核壳型色谱固定相。
实施例3
(1)巯基功能化硅球的制备：
取球形硅胶，缓慢加入无水甲苯作为溶剂，使硅球悬浮于无水甲苯中，再加入(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷，控制(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷和球形硅胶的质量比为2:1，充分混合均匀后，机械搅拌，在氮气保护下加热回流反应24h，反应温度保持在100℃。反应结束后，冷却至室温，将反应产物用甲苯、甲醇依次各洗涤3次，真空干燥至恒重后得到巯基功能化硅球。
(2)核壳型色谱固定相制备：
在甲醇溶液中加入甲基丙烯酸酯取代的多面体低聚倍半硅氧烷和巯基功能化硅球，控制甲基丙烯酸酯取代的多面体低聚倍半硅氧烷和巯基功能化硅球的质量比为4:1，加入二甲基苯基膦，并控制其质量为巯基功能化硅球质量的9％，机械搅拌，在氮气保护下于60℃回流反应24h，将反应产物用无水甲醇洗涤3次，真空干燥至恒重，即得到多面体低聚倍半硅氧烷为壳的核壳型色谱固定相。
实施例4
(1)巯基功能化硅球的制备：
取球形硅胶，缓慢加入无水甲苯作为溶剂，使硅球悬浮于无水甲苯中，再加入(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷，控制(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷和球形硅胶的质量比为1:1，充分混合均匀后，机械搅拌，在氮气保护下加热回流反应26h，反应温度保持在100℃。反应结束后，冷却至室温，将反应产物用甲苯、甲醇依次各洗涤3次，真空干燥至恒重后得到巯基功能化硅球。
(2)核壳型色谱固定相制备：
在甲醇溶液中加入甲基丙烯酸酯取代的多面体低聚倍半硅氧烷和巯基功能化硅球，控制甲基丙烯酸酯取代的多面体低聚倍半硅氧烷和巯基功能化硅球的质量比为3:1，加入二甲基苯基膦，并控制其质量为巯基功能化硅球质量的9％，机械搅拌，在氮气保护下于70℃回流反应20h，将反应产物用无水甲醇洗涤5次，真空干燥至恒重，即得到多面体低聚倍半硅氧烷为壳的核壳型色谱固定相。
实施例5
(1)巯基功能化硅球的制备：
取球形硅胶，缓慢加入无水甲苯作为溶剂，使硅球悬浮于无水甲苯中，再加入(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷，控制(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷和球形硅胶的质量比为1:1，充分混合均匀后，机械搅拌，在氮气保护下加热回流反应12h，反应温度保持在120℃。反应结束后，冷却至室温，将反应产物用甲苯、甲醇依次各洗涤3次，真空干燥至恒重后得到巯基功能化硅球。
(2)核壳型色谱固定相制备：
在甲醇溶液中加入甲基丙烯酸酯取代的多面体低聚倍半硅氧烷和巯基功能化硅球，控制甲基丙烯酸酯取代的多面体低聚倍半硅氧烷和巯基功能化硅球的质量比为5:1，加入二甲基苯基膦，并控制其质量为巯基功能化硅球质量的13％，机械搅拌，在氮气保护下于80℃回流反应12h，将反应产物用无水甲醇洗涤5次，真空干燥至恒重，即得到多面体低聚倍半硅氧烷为壳的核壳型色谱固定相。
实施例6
(1)巯基功能化硅球的制备：
取球形硅胶，缓慢加入无水甲苯作为溶剂，使硅球悬浮于无水甲苯中，再加入(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷，控制(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷和球形硅胶的质量比为1:1，充分混合均匀后，机械搅拌，在氮气保护下加热回流反应30h，反应温度保持在90℃。反应结束后，冷却至室温，将反应产物用甲苯、甲醇依次各洗涤3次，真空干燥至恒重后得到巯基功能化硅球。
(2)核壳型色谱固定相制备：
在甲醇溶液中加入甲基丙烯酸酯取代的多面体低聚倍半硅氧烷和巯基功能化硅球，控制甲基丙烯酸酯取代的多面体低聚倍半硅氧烷和巯基功能化硅球的质量比为2:1，加入二甲基苯基膦，并控制其质量为巯基功能化硅球质量的8％，机械搅拌，在氮气保护下于50℃回流反应24h，将反应产物用无水甲醇洗涤5次，真空干燥至恒重，即得到多面体低聚倍半硅氧烷为壳的核壳型色谱固定相。
实施例7
烷基苯类物质在实施例1所制备的核壳型色谱固定相的填充柱中的色谱分离结果。色谱条件：色谱柱(15cm×4.6mm)，流动相为乙腈/水(40/60，v/v)，流速为1.0mL/min，检测波长为214nm。出峰顺序依次为：1、苯，2、甲苯，3、乙苯，4、丙苯，5、丁苯，五种物质实现了基线分离(图5所示)。
实施例8
多环芳烃类物质在实施例1所制备的核壳型色谱固定相的填充柱中的色谱分离结果。色谱条件：色谱柱(15cm×4.6mm)，流动相为乙腈/水(40/60，v/v)，流速为1.0mL/min，检测波长为254nm。出峰顺序依次为：1、联苯，2、蒽，3、邻三联苯，4、间三联苯，5、苯并菲，五种物质实现了基线分离(图6所示)。
实施例9
实施例1所制备的核壳型色谱固定相的填充柱应用于检测豆芽提取物中激素6-BA和KT。色谱条件：色谱柱(15cm×4.6mm)，流动相为乙腈/水(30/70，v/v)，流速为1.0mL/min，检测波长为254nm。其中(A)为6-BA和KT标准品混合物色谱图；(B)为豆芽提取物的色谱图；(C)为豆芽提取物加标6-BA和KT的色谱图。由图7可知，6-BA和KT在所制备的核壳型色谱固定相上显示出较强的保留，且与豆芽提取物中其它组分的谱峰实现有效分离，因此本发明的固定相可以实现豆芽提取物中激素6-BA和KT的分离和检测。
Claims (7)
1.一种多面体低聚倍半硅氧烷为壳的核壳型色谱固定相，其特征在于，其结构为：
其中，
式中，R为
R’为
n＝8、10或12。
2.权利要求1所述的多面体低聚倍半硅氧烷为壳的核壳型色谱固定相的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将球形硅胶悬浮于无水甲苯中，加入(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷，混匀，机械搅拌，在氮气保护下加热回流反应12-30h，反应温度为90-120℃，(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷和球形硅胶的质量比为1-3:1；反应结束后，冷却至室温，反应产物经洗涤、干燥至恒重，即得到巯基功能化硅球；
(2)在甲醇溶液中加入多面体低聚倍半硅氧烷和巯基功能化硅球，加入催化剂，机械搅拌，在氮气保护下于50-80℃回流反应12-24h，多面体低聚倍半硅氧烷和巯基功能化硅球的质量比为2-5:1，催化剂的质量为巯基功能化硅球质量的8-13％；反应产物经洗涤、干燥至恒重，即得到多面体低聚倍半硅氧烷为壳的核壳型色谱固定相。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述多面体低聚倍半硅氧烷的结构式为Rn(SiO1.5)n，其中，
R为
n＝8、10或12。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述催化剂为二甲基苯基膦。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，反应产物用甲苯、甲醇依次各洗涤3-5次。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，反应产物用无水甲醇洗涤3-5次。
7.根据权利要求1所述的多面体低聚倍半硅氧烷为壳的核壳型色谱固定相在非极性小分子化合物分离分析中的应用。
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