CN111250069B - 硅胶色谱填料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种硅胶色谱填料及其制备方法和应用，该硅胶色谱填料包括硅胶及键合于所述硅胶表面的有机硅烷，有机硅烷包括氨基磺酸基硅烷和其它硅烷，其中：氨基磺酸基硅烷的化学结构通式为：
其中，R1为C1～6的烷基，R2、R3各自独立地选自氢或C1～3的烷基，R4、R5各自独立地选自C1～4的烷基或C1～2的烷氧基，X1为反应活性基团，优选为氯、甲氧基或乙氧基。该硅胶色谱填料的制备方法工艺简单、重现性好，易于规模化生产，所制得的硅胶色谱填料作为HILIC硅胶色谱填料分离极性化合物具有重现性好、稳定性高和寿命长等优点，具有良好的工业化应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及液相色谱填充材料，具体涉及一种硅胶色谱填料及其制备方法。
背景技术
高效液相色谱是一种极为有效的色谱分离分析手段，广泛应用于食品、化工、环保、医药等领域。反相液相色谱(reversed-phase liquid chromatography,RPLC)作为一种高效的色谱分离技术，具有分辨率高、选择性好和分离重现性优异等特点，广泛应用于弱极性和中等极性化合物的分离分析。然而，强极性化合物在反相液相色谱中往往难于获得有效的保留和分离，所以极大程度地限制了其使用范围。正相色谱(normal phase liquidchromatography,NPLC)虽然能够较好的保留和分离强极性化合物，但是其使用的流动相往往是石油醚、正己烷、异丙醇、乙酸乙酯等正相色谱溶剂，对于强极性的目标物的溶解度极差，并且无法与质谱检测器兼容。因而，针对强极性化合物的分离目前在实际应用中仍然是较大的难题。
亲水作用色谱(hydrophilic interaction chromatography,HILIC)作为一种分离极性化合物的液相色谱模式，其主要特征是使用类似于正相色谱的极性固定相和有机溶剂/水作为流动相。由于使用了含水的流动相，这样就可以极大程度解决正相色谱中极性大的水溶性化合物不溶于流动相的问题，因而使得HILIC色谱成为了一种理想的分离强极性化合物的色谱方法。
针对于强极性化合物保留和分离难的问题，近年来研制出了一系列新型的HILIC色谱填料用于增加极性化合物的保留和分离。中国专利申请201210594962.5和201110030643.7分别采用阴、阳离子多步反应和巯基点击反应等方式制备了新型HILIC色谱填料。这些新型HILIC色谱填料的固定相结构为两性离子官能团，且正负电荷的静电作用会被邻近反向电荷部分平衡或抵消，因此总的静电作用较弱，较弱的静电作用允许流动相使用较低的缓冲盐浓度，因而特别适用于强极性化合物的分离分析。但是，这类具有两性离子基团的HILIC色谱填料也存在一定的缺点，主要表现为：填料的稳定性不够理想，其键合的两性离子官能团比较容易水解，导致填料的重现性、稳定性和寿命不够理想等问题。
为此，亟需提供一种新的硅胶色谱填料，以解决现有技术中存在的种种问题。
需注意的是，前述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本发明的背景理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种硅胶色谱填料及其制备方法和应用，以解决现有HILIC色谱填料稳定性不高，重现性差、寿命不够理想等问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种硅胶色谱填料，包括：硅胶及键合于硅胶表面的有机硅烷，有机硅烷包括氨基磺酸基硅烷和其它硅烷，其中：氨基磺酸基硅烷的化学结构通式为：
其中，R1为C1～6的烷基，R2、R3各自独立地选自氢或C1～3的烷基，R4、R5各自独立地选自C1～4的烷基或C1～2的烷氧基，X1为反应活性基团，优选为氯、甲氧基或乙氧基。
根据本发明的一个实施方式，氨基磺酸基硅烷选自下式中的一种或多种：
根据本发明的一个实施方式，其它硅烷选自1,2-二(三甲氧基硅基)己烷、1,2-二(三乙氧基硅基)己烷、1,2-二(三乙氧基硅基)戊烷、1,2-二(三甲氧基硅基)丁烷、1,2-二(三乙氧基硅基)丁烷、1,2-二(三甲氧基硅基)丙烷、1,2-二(三乙氧基硅基)丙烷、1,2-二(三乙氧基硅基)乙烷、1,2-二(三甲氧基硅基)丙烷和1,2-二(三甲氧基硅基)甲烷中的一种或多种。
根据本发明的一个实施方式，氨基磺酸基硅烷由1,3-丙烷磺酸内酯和氨基硅烷反应制得，氨基硅烷选自3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基二异丙基乙氧基硅烷、3-氨丙基异丙基二乙氧基硅烷、3-氨丙基二乙基乙氧基硅烷、3-氨丙基乙基二乙氧基硅烷、3-氨丙基异丙基甲基乙氧基硅烷、3-氨丙基异丙基乙基乙氧基硅烷、3-氨丙基二异丙基甲氧基硅烷、3-氨丙基异丙基二甲氧基硅烷、3-氨丙基二异丙基氯硅烷、3-氨丙基异丙基二氯硅烷、4-氨丁基三甲氧基硅烷、4-氨丁基三乙氧基硅烷、4-氨基-3,3-二甲基丁基三甲氧基硅烷、和4-氨基-3,3-二甲基丁基三乙氧基硅烷中的一种或多种。
本发明提供一种制备上述硅胶色谱填料的方法，包括如下步骤：将硅胶活化预处理，得到表面具有硅羟基的活化硅胶；将1,3-丙烷磺酸内酯和氨基硅烷置于第一有机溶剂中进行一次反应，得到氨基磺酸基硅烷；将活化硅胶和其它硅烷置于第二有机溶剂中进行二次反应，以使其它硅烷键合于活化硅胶的表面，得到含有机-无机杂化硅胶的溶液；及向溶液中加入氨基磺酸基硅烷进行三次反应，以使氨基磺酸基硅烷键合于有机-无机杂化硅胶的表面，得硅胶色谱填料。
根据本发明的一个实施方式，活化硅胶表面的硅羟基与其它硅烷的摩尔比为1：(0.3～1.2)，活化硅胶表面的硅羟基与氨基磺酸基硅烷的摩尔比为1：(0.3～1.2)；1,3-丙烷磺酸内酯与氨基硅烷的摩尔比为1：(0.1～1.0)。
根据本发明的一个实施方式，1,3-丙烷磺酸内酯和氨基硅烷的总质量与第一有机溶剂的质量体积比为1g：(4～10)ml，硅胶与第二有机溶剂的质量体积比为1g：(4～10)ml。
根据本发明的一个实施方式，第一有机溶剂选自丙酮、四氢呋喃中的一种或多种，第二有机溶剂为非极性溶剂，非极性溶剂选自苯、二甲苯、正己烷和正庚烷中的一种或多种。
根据本发明的一个实施方式，一次反应时间为12h～24h；二次反应时间为22h～48h，反应温度为80℃～150℃；三次反应时间为22h～48h，反应温度为80℃～150℃。
根据本发明的一个实施方式，硅胶的粒径为3μm～20μm，孔径为
比表面积为200m2/g～400m2/g。
根据本发明的一个实施方式，还包括将三次反应后的产物过滤，然后依次用甲苯、四氢呋喃水溶液、甲醇和乙腈在40℃～80℃下洗涤，洗涤后的产物经干燥得硅胶色谱填料。
本发明还提供上述硅胶色谱填料作为HILIC硅胶色谱填料分离极性化合物的用途。
由上述技术方案可知，本发明的有益效果在于：
本发明提供了一种新的硅胶色谱填料及制备方法，通过向有机-无机杂化结构的硅胶表面键合氨基磺酸基硅烷引入具有两性离子结构的烷基官能团，可以提供弱静电作用并同时对酸性、碱性强极性化合物具有独特的分离选择性；由于填料同时键合了阴、阳离子，流动相不需要使用复杂的缓冲盐体系，仅仅使用有机溶剂-水体系就可以使得极性化合物在分离时具有较好的保留能力和极为优异的峰型；此外，该硅胶色谱填料还具有良好的稳定性，并且不需要进行单独的端基封端处理，作为HILIC硅胶色谱填料分离极性化合物具有良好效果。该硅胶色谱填料的制备方法工艺简单、重现性好，易于规模化生产。
附图说明
以下附图用于提供对本发明的进一步理解，并构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。
图1是实施例1制备硅胶色谱填料的方法示意图；
图2是实施例1的HILIC硅胶色谱填料和普通硅胶填料分离5-氮杂胞嘧啶，二氰二胺，三聚氰胺和三聚氰酸二氰胺四种强极性化合物的对比色谱图；
图3是实施例1的硅胶色谱填料进样250针和进样1针分离三聚氰胺效果对比图；
图4是实施例2的HILIC硅胶色谱填料分离亮氨酸、丙氨酸和甘氨酸三种强极性脂肪族氨基酸化合物色谱图。
具体实施方式
以下内容提供了不同的实施例或范例，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。当然，这些仅仅是范例，而非意图限制本发明。在本发明中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应当被视为在本文中具体公开。
本发明提供一种硅胶色谱填料，包括：硅胶及键合于硅胶表面的有机硅烷，有机硅烷包括氨基磺酸基硅烷和其它硅烷，其中：氨基磺酸基硅烷的化学结构通式为：
其中，R1为C1～6的烷基，R2、R3各自独立地选自氢或C1～3的烷基，R4、R5各自独立地选自C1～4的烷基或C1～2的烷氧基，X1为反应活性基团，优选为氯、甲氧基或乙氧基。
根据本发明，亲水作用色谱(HILIC)作为一种分离极性化合物的液相色谱模式，其主要特征是使用类似于正相色谱的极性固定相和有机溶剂/水作为流动相，适用于分离强极性化合物。然而，现有的HILIC色谱填料具有稳定性不高，重现性差、寿命不够理想等问题。本发明的发明人发现，通过对硅胶表面进行改性，可得到一种稳定性良好、两性离子基团难于水解从硅胶表面脱落的硅胶色谱填料，从而有效增加色谱填料的重现性、稳定性和寿命。
具体地，前述“其它硅烷”是指除氨基磺酸基硅烷以外的其它种类的有机硅烷。本发明通过在硅胶表面先键合这类有机硅烷，硅胶基质能够很容易修饰为有机-无机杂化结构的硅胶，从而减弱氨基磺酸基团的水解，使得硅胶色谱填料具有较好的稳定性；同时，通过向有机-无机杂化硅胶表面键合的氨基磺酸基硅烷引入具有两性离子结构的烷基官能团，可以提供弱静电作用，同时对酸性、碱性强极性化合物具有独特的分离选择性；此外，由于该填料同时键合了阴、阳离子，这样流动相并不需要使用复杂的缓冲盐体系，仅仅使用有机溶剂-水体系就可以使得强极性化合物在分离时具有较好的保留能力和极为优异的峰型。该硅胶基质表面的化学修饰除了进行有机-无机杂化修饰和氨基磺酸基团键合修饰以外，并不需要像传统的硅胶色谱填料一样需要对其进行端基封端处理，因为HILIC色谱填料本身即极性基团的色谱填料，故硅胶表面残余的硅羟基不需要封端，相反这些残余的硅羟基可以用作极性基团和目标物产生保留作用。
在一些实施例中，氨基磺酸基硅烷具体可选自下式中的一种或多种：
在一些实施例中，前述的其它硅烷包括但不限于1,2-二(三甲氧基硅基)己烷、1,2-二(三乙氧基硅基)己烷、1,2-二(三乙氧基硅基)戊烷、1,2-二(三甲氧基硅基)丁烷、1,2-二(三乙氧基硅基)丁烷、1,2-二(三甲氧基硅基)丙烷、1,2-二(三乙氧基硅基)丙烷、1,2-二(三乙氧基硅基)乙烷、1,2-二(三甲氧基硅基)丙烷和1,2-二(三甲氧基硅基)甲烷中的一种或多种。
在一些实施例中，氨基磺酸基硅烷由1,3-丙烷磺酸内酯和氨基硅烷反应制得，其中，氨基硅烷包括但不限于3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基二异丙基乙氧基硅烷、3-氨丙基异丙基二乙氧基硅烷、3-氨丙基二乙基乙氧基硅烷、3-氨丙基乙基二乙氧基硅烷、3-氨丙基异丙基甲基乙氧基硅烷、3-氨丙基异丙基乙基乙氧基硅烷、3-氨丙基二异丙基甲氧基硅烷、3-氨丙基异丙基二甲氧基硅烷、3-氨丙基二异丙基氯硅烷、3-氨丙基异丙基二氯硅烷、4-氨丁基三甲氧基硅烷、4-氨丁基三乙氧基硅烷、4-氨基-3,3-二甲基丁基三甲氧基硅烷、和4-氨基-3,3-二甲基丁基三乙氧基硅烷中的一种或多种。
本发明还提供一种制备上述硅胶色谱填料的方法，包括如下步骤：
将硅胶活化预处理，得到表面具有硅羟基的活化硅胶；将1,3-丙烷磺酸内酯和氨基硅烷置于第一有机溶剂中进行一次反应，得到氨基磺酸基硅烷；将活化硅胶和其它硅烷置于第二有机溶剂中进行二次反应，以使其它硅烷键合于活化硅胶的表面，得到含有机-无机杂化硅胶的溶液；及向溶液中加入氨基磺酸基硅烷进行三次反应，以使氨基磺酸基硅烷键合于有机-无机杂化硅胶的表面，得硅胶色谱填料。
下面具体阐述该硅胶色谱填料的制备方法：
首先，将硅胶进行活化预处理，得到表面具有硅羟基的活化硅胶。所述硅胶优选为全多孔球形硅胶，进一步优选为超高纯度全多孔球形色谱用硅胶。供活化用的原料硅胶的粒径优选为3～20μm，孔径优选为
比表面积优选为200～400m2/g。但本发明不限于此，根据实际需要可以进行调整。
在一些实施例中，所述硅胶活化预处理的过程包括：向硅胶中加入质量浓度为0.04～0.08％的氢氟酸水溶液，回流反应制得所述的活化硅胶；所述硅胶的质量与氢氟酸水溶液的体积比优选为1：(8～10)。进一步优选地，硅胶与氢氟酸水溶液在搅拌加热回流的方式下反应22～24小时，之后在减压抽滤的方式下进行过滤，将硅胶与氢氟酸水溶液分离，并用超纯水(二次蒸馏水)清洗硅胶，以去除其表面残留的氢氟酸，直至用于清洗的水溶液呈中性，于90～110℃真空干燥至恒重，制得活化硅胶。
进一步地，将1,3-丙烷磺酸内酯和氨基硅烷置于第一有机溶剂中进行一次反应，得到氨基磺酸基硅烷。可以理解的是，活化硅胶的步骤和制备氨基磺酸基硅烷的步骤不受顺序限制，可以先制备氨基磺酸基硅烷，再活化硅胶，二者也可以同时进行，本发明不限于此。
在一些实施例中，一次反应过程包括：向1,3-丙烷磺酸内酯中加入氨基硅烷，然后置于第一有机溶剂中进行反应制得所述氨基磺酸基硅烷。其中1,3-丙烷磺酸内酯与氨基硅烷的摩尔比为1：(0.1～1.0)，可选地1：(0.5～1.0)、1：(0.2～0.5)等。1,3-丙烷磺酸内酯和氨基硅烷的总质量与第一有机溶剂的质量体积比为1g：(4～10)ml。第一有机溶剂包括但不限于丙酮、四氢呋喃中的一种或多种。进一步优选地，前述的一次反应为搅拌回流反应，1,3-丙烷磺酸内酯与氨基硅烷在常温下进行搅拌回流反应12～24小时，之后采用减压抽滤的方式进行过滤，将氨基磺酸基硅烷与丙酮溶液分离。
接着，将前述所得的活化硅胶和其它硅烷置于第二有机溶剂中进行二次反应，以使其它硅烷键合于活化硅胶的表面，得到含有机-无机杂化硅胶的溶液。其中第二有机溶剂为非极性溶剂，例如，可以为苯、二甲苯、正己烷、正庚烷等或其组合。活化硅胶表面的硅羟基与所加入的其它硅烷的摩尔比为1：(0.3～1.2)，例如，可以为1:0.3、1:0.5、1:0.8、1:1.2。可以理解的是，所加入的其它硅烷也可以根据实际需要添加更多，但本领域技术人员可知的是，即使加入更多的其它硅烷，活化硅胶表面的羟基仍有部分未反应的，并不可能100％的参与反应。二次反应可以为搅拌回流反应，反应时间为22h～48h，反应温度为80℃～150℃。
之后，将前述所制得的氨基磺酸基硅烷加入到该含有有机-无机杂化硅胶的溶液进行三次反应，以使氨基磺酸基硅烷键合于有机-无机杂化硅胶的表面，即得本发明的硅胶色谱填料。
在一些实施例中，活化硅胶表面的硅羟基与氨基磺酸基硅烷的摩尔比为1：(0.3～1.2)，例如，可以为1:0.3、1:0.5、1:0.8、1:0.9、1:1.2。可以理解的是，所加入的氨基磺酸基硅烷也可以根据实际需要添加更多，但本领域技术人员可知的是，即使加入更多的氨基磺酸基硅烷，活化硅胶表面的羟基仍有有部分未反应的，并不可能100％的参与反应，也即最终所得的硅胶色谱填料仍具有部分羟基存在。
在一些实施例中，前述的原料硅胶与第二有机溶剂的质量体积比为1g：(4～10)ml。三次反应可以为搅拌回流反应，反应时间为22h～48h，反应温度为80℃～150℃。三次反应后还可以包括将回流反应完成后的产物过滤，并依次用甲苯、四氢呋喃水溶液、甲醇以及乙腈洗涤，制得所述硅胶色谱填料。具体地，将回流反应完成后容器的溶液冷却至有机溶剂的回流温度以下，减压条件下过滤，依次用甲苯、四氢呋喃水溶液、甲醇以及乙腈洗涤。优选地，所得的固体产品在90℃～200℃温度下真空干燥12小时以上，即制得填料。进一步地优选，上述的四氢呋喃与水的体积比可以为8:2。所使用甲苯、四氢呋喃水溶液、甲醇以及乙腈的温度为40℃～80℃。
综上，本发明通过上述方法得到键合了氨基磺酸基硅烷的有机-无机杂化硅胶。该方法工艺简单、成本低，易于规模化生产，有良好的工业化应用前景。通过该方法得到的硅胶色谱填料通过引入具有有机-无机杂化结构的官能团，有效提高了该硅胶色谱填料的稳定性，同时通过键合氨基磺酸基硅烷，对强极性化合物具有较好的保留、分离作用，可作为HILIC硅胶色谱填料用于分离极性化合物，尤其是强极性化合物，例如氮杂胞嘧啶，二氰二胺，三聚氰胺、三聚氰酸二氰胺、脂肪族氨基酸化合物等。
下面通过具体实施例进一步描述本发明，但不以任何方式限制本发明的范围。
实施例1
本实施例用于说明本发明的硅胶色谱填料的制备。
图1为实施例1制备硅胶色谱填料的方法示意图。具体制备方法包括如下步骤：
(1)向2L玻璃材质反应容器中加入100g硅胶(5μm,购于日本DAISO公司)，并加入1000mL蒸馏水搅拌30分钟、过滤，重复该步骤两次。然后加入1000mL质量比为0.08％氢氟酸水溶液，搅拌24小时后用蒸馏水清洗至中性，最后加入1000mL丙酮洗涤、过滤，110℃干燥12小时，得到活化硅胶；
(2)依次向1L玻璃材质反应容器中加入400mL丙酮溶液、30.0g 1,3-丙烷磺酸内酯、25.0g 4-氨丁基三甲氧基硅烷，在室温25℃条件下搅拌反应14h；反应结束后将定性滤纸放入布氏漏斗减压过滤，收集滤饼得到氨基磺酸基硅烷；
(3)向玻璃材质反应容器中加入“步骤(1)”中制备的活化硅胶，并加入800mL干燥的无水甲苯溶剂，于170转/分钟搅拌均匀后加入50.0g 1,2-二(三乙氧基硅基)丁烷，使用电加热套加热至110℃，搅拌回流反应24小时，得到含有机-无机杂化硅胶的溶液，其中该有机-无机杂化硅胶仍含有部分未反应的活性羟基；
(4)向步骤(3)反应结束后的溶液中加入38.0g步骤(2)合成的氨基磺酸基硅烷试剂，常温使用电加热套加热至110℃，搅拌回流反应24小时，得到含有键合上氨基磺酸基硅烷的有机-无机杂化硅胶的溶液：
(5)反应结束后，关掉电热套，待玻璃材质反应容器溶剂温度冷却至60℃左右，使用减压滤斗进行过滤，然后依次用甲苯、四氢呋喃/水溶液(v/v＝8/2)、甲醇、乙腈进行洗涤，产物在110℃真空干燥12小时即得硅胶色谱填料。
其中，双层微球结构代表与1,2-二(三乙氧基硅基)丁烷反应后获得的有机-无机杂化硅胶。需注意的是，如图1所示的有机-无机杂化硅胶的双层结构仅示意用于区分结构关系，不代表外层有机层完全包覆硅胶；步骤4)中所示结构仅示意为氨基磺酸基硅烷键合于该有机-无机杂化硅胶上，而不用于限制键合接枝的数量和位置关系。
实施例2
本实施例用于说明本发明的硅胶色谱填料的制备。
(1)往2L玻璃材质反应容器中加入100g硅胶(5μm,购于日本DAISO公司)，并加入1000mL蒸馏水搅拌30分钟、过滤，重复该步骤两次。然后加入1000mL质量比为0.08％氢氟酸水溶液，搅拌24小时后用蒸馏水清洗至中性，最后加入1000mL丙酮洗涤、过滤，110℃干燥12小时，得到活化硅胶；
(2)依次往1L玻璃材质反应容器中加入400mL丙酮溶液、30.0g 1,3-丙烷磺酸内酯、25.0g 3-氨丙基异丙基二乙氧基硅烷，在室温25℃条件下搅拌反应14h；反应结束后将定性滤纸放入布氏漏斗减压过滤，收集滤饼得到氨基磺酸基硅烷；
(3)向玻璃材质反应容器中加入“步骤(1)”中制备的活化硅胶，并加入800mL干燥的无水甲苯溶剂，于170转/分钟搅拌均匀后加入50.0g 1,2-二(三乙氧基硅基)戊烷，使用电加热套加热至110℃，搅拌回流反应24小时，得到含有机-无机杂化硅胶的溶液，其中该有机-无机杂化硅胶仍含有部分未反应的活性羟基；
(4)向步骤(3)反应结束后的溶液中加入38.0g步骤(2)合成的氨基磺酸基硅烷试剂，常温使用电加热套加热至110℃，搅拌回流反应24小时，得到含有键合上氨基磺酸基硅烷的有机-无机杂化硅胶的溶液：
(5)反应结束后，关掉电热套，待玻璃材质反应容器溶剂温度冷却至60℃左右，使用减压滤斗进行过滤，然后依次用甲苯、四氢呋喃/水溶液(v/v＝8/2)、甲醇、乙腈进行洗涤，产物在110℃真空干燥12小时即得硅胶色谱填料。
实施例3
本实施例用于说明本发明的硅胶色谱填料的制备。
(1)往2L玻璃材质反应容器中加入100g硅胶(5μm,购于日本DAISO公司)，并加入1000mL蒸馏水搅拌30分钟、过滤，重复该步骤两次。然后加入1000mL质量比为0.08％氢氟酸水溶液，搅拌24小时后用蒸馏水清洗至中性，最后加入1000mL丙酮洗涤、过滤，110℃干燥12小时，得到活化硅胶；
(2)依次往1L玻璃材质反应容器中加入400mL丙酮溶液、30.0g 1,3-丙烷磺酸内酯、25.0g 4-氨基-3,3-二甲基丁基三乙氧基硅烷，在室温25℃条件下搅拌反应14h；反应结束后将定性滤纸放入布氏漏斗减压过滤，收集滤饼得到氨基磺酸基硅烷；
(3)向玻璃材质反应容器中加入“步骤(1)”中制备的活化硅胶，并加入800mL干燥的无水甲苯溶剂，于170转/分钟搅拌均匀后加入50.0g 1,2-二(三甲氧基硅基)己烷，使用电加热套加热至110℃，搅拌回流反应24小时，得到含有机-无机杂化硅胶的溶液，其中该有机-无机杂化硅胶仍含有部分未反应的活性羟基；
(4)向步骤(3)反应结束后的溶液中加入38.0g步骤(2)合成的氨基磺酸基硅烷试剂，常温使用电加热套加热至110℃，搅拌回流反应24小时，得到含有键合上氨基磺酸基硅烷的有机-无机杂化硅胶的溶液：
(5)反应结束后，关掉电热套，待玻璃材质反应容器溶剂温度冷却至60℃左右，使用减压滤斗进行过滤，然后依次用甲苯、四氢呋喃/水溶液(v/v＝8/2)、甲醇、乙腈进行洗涤，产物在110℃真空干燥12小时即得硅胶色谱填料。
测试例1
本测试例用于说明采用实施例1的硅胶色谱填料对5-氮杂胞嘧啶，二氰二胺，三聚氰胺和三聚氰酸二氰胺四种强极性化合物的分离与分析。
将实施例1制备的硅胶色谱填料进行装柱，柱长分别为250mm和150mm，柱内径4.6mm。装柱条件如下：装柱压力为3000-7000psi，匀浆剂为乙腈和异丙醇，料液比为1:10；最后用甲醇顶替30min。以乙腈：水(80:20,v/v)溶液作为分离的流动相，流动相的流速为1.0mL/min，色谱柱温度为45℃，检测波长为240nm，分离的对象为5-氮杂胞嘧啶、二氰二胺、三聚氰胺和三聚氰酸二氰胺四种强极性化合物。分离效果如图2所示。
图2是实施例1制备的HILIC硅胶色谱填料和普通硅胶填料(月旭公司
XB-Silica硅胶色谱柱)分离5-氮杂胞嘧啶，二氰二胺，三聚氰胺和三聚氰酸二氰胺四种强极性化合物的对比色谱图。其中色谱柱的柱长为250mm，横坐标是保留时间，单位为min，纵坐标是检测信号的响应值，单位为10-6AU(微吸光度)。其中，2a和2b曲线分别代表普通硅胶填料和实施例1的硅胶填料分离四种极性化合物色谱效果。由2a曲线可以明显看出，普通硅胶柱对四种极性化合物的保留时间在7.0min以内，并且三聚氰胺和三聚氰酸二氰胺峰几乎重合在一起，分离度仅为0.2。由2b曲线可知：填料对四种化合物的保留能力较强，其中三聚氰酸二氰胺的保留时间达到10.2min，并且四种化合物完全基线分离，三聚氰胺和三聚氰酸二氰胺峰分离度达到11.5，充分说明了本发明的HILIC硅胶色谱填料具有优异的分离选择性。
图3是实施例1制备的硅胶色谱填料进样250针和进样1针分离三聚氰胺效果对比图，其中色谱柱的柱长为150mm。由图3可知，该色谱填料经过250针测定后，其峰型良好，并且柱效未有明显的下降。
测试例2
本测试例用于说明采用实施例2的硅胶色谱填料对三种脂肪族氨基酸的分离与分析。
将实施例2制备的硅胶色谱填料进行装柱，柱长250mm，柱内径4.6mm。装柱条件如下：装柱压力为3000-7000psi，匀浆剂为乙腈和异丙醇，料液比为1:10，最后用甲醇顶替30min。以乙腈：水(70:30,v/v)溶液作为分离的流动相，流动相的流速为1.0mL/min，色谱柱温度为45℃，检测波长为206nm，分离的对象为亮氨酸、丙氨酸和甘氨酸等三种强极性脂肪族氨基酸化合物。分离效果如图3所示。
图4是实施例2制备的HILIC硅胶色谱填料分离亮氨酸、丙氨酸和甘氨酸三种强极性脂肪族氨基酸化合物色谱图。横坐标是保留时间，单位为min，纵坐标是检测信号的响应值，单位为10-6AU(微吸光度)。由图4可以明显看出，该色谱填料对三种化合物的保留能力较强，在15.0min以内可以将三种目标物完全分离，且三种目标物的色谱峰峰型也较为理想，说明了该硅胶色谱填料具有优异的分离选择性。
综上可知，采用本发明的方法制备的硅胶色谱填料装填色谱柱，利用简单的有机溶剂-水体系就可以实现对极性化合物的分离，能够解决传统的HILIC硅胶色谱柱存在的柱效不高、峰面积不稳定、基线噪音大等问题。此外，本发明提供的制备方法具有制备方法简单、重现性好、稳定性好以及易于规模化生产等优点，具有良好的工业应用前景。
本领域技术人员应当注意的是，本发明所描述的实施方式仅仅是示范性的，可在本发明的范围内作出各种其他替换、改变和改进。因而，本发明不限于上述实施方式，而仅由权利要求限定。
Claims (12)
1.一种硅胶色谱填料，包括：硅胶及键合于所述硅胶表面的有机硅烷，所述有机硅烷包括氨基磺酸基硅烷和其它硅烷，其中：所述氨基磺酸基硅烷的化学结构通式为：
其中，R1为C1～6的烷基，R2、R3各自独立地选自氢或C1～3的烷基，R4、R5各自独立地选自C1～4的烷基或C1～2的烷氧基，X1为反应活性基团；
所述其它硅烷选自1,2-二(三甲氧基硅基)己烷、1,2-二(三乙氧基硅基)己烷、1,2-二(三乙氧基硅基)戊烷、1,2-二(三甲氧基硅基)丁烷、1,2-二(三乙氧基硅基)丁烷、1,2-二(三甲氧基硅基)丙烷、1,2-二(三乙氧基硅基)丙烷、1，2-二(三乙氧基硅基)乙烷和1,2-二(三甲氧基硅基)甲烷中的一种或多种；
所述硅胶色谱填料制备方法包括以下步骤：
将所述硅胶和其它硅烷进行反应，以使所述其它硅烷键合于所述硅胶的表面，得到含有机-无机杂化硅胶的溶液；
向所述溶液中加入所述氨基磺酸基硅烷进行反应，以使所述氨基磺酸基硅烷键合于所述有机-无机杂化硅胶的表面，得到所述硅胶色谱填料。
2.根据权利要求1所述的硅胶色谱填料，其特征在于，所述X1为氯、甲氧基或乙氧基。
3.根据权利要求1所述的硅胶色谱填料，其特征在于，所述氨基磺酸基硅烷选自下式中的一种或多种：
4.根据权利要求1所述的硅胶色谱填料，其特征在于，所述氨基磺酸基硅烷由1,3-丙烷磺酸内酯和氨基硅烷反应制得，所述氨基硅烷选自3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基二异丙基乙氧基硅烷、3-氨丙基异丙基二乙氧基硅烷、3-氨丙基二乙基乙氧基硅烷、3-氨丙基乙基二乙氧基硅烷、3-氨丙基异丙基甲基乙氧基硅烷、3-氨丙基异丙基乙基乙氧基硅烷、3-氨丙基二异丙基甲氧基硅烷、3-氨丙基异丙基二甲氧基硅烷、3-氨丙基二异丙基氯硅烷、3-氨丙基异丙基二氯硅烷、4-氨丁基三甲氧基硅烷、4-氨基-3,3-二甲基丁基三甲氧基硅烷、4-氨丁基三乙氧基硅烷和4-氨基-3,3-二甲基丁基三乙氧基硅烷中的一种或多种。
5.一种制备权利要求1～4中任一项所述的硅胶色谱填料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
将硅胶活化预处理，得到表面具有硅羟基的活化硅胶；
将1,3-丙烷磺酸内酯和氨基硅烷置于第一有机溶剂中进行一次反应，得到氨基磺酸基硅烷；
将所述活化硅胶和其它硅烷置于第二有机溶剂中进行二次反应，以使所述其它硅烷键合于所述活化硅胶的表面，得到含有机-无机杂化硅胶的溶液；及
向所述溶液中加入所述氨基磺酸基硅烷进行三次反应，以使所述氨基磺酸基硅烷键合于所述有机-无机杂化硅胶的表面，得所述硅胶色谱填料。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述活化硅胶表面的硅羟基与所述其它硅烷的摩尔比为1：(0.3～1.2)，所述活化硅胶表面的硅羟基与所述氨基磺酸基硅烷的摩尔比为1：(0.3～1.2)，所述1,3-丙烷磺酸内酯与所述氨基硅烷的摩尔比为1：(0.1～1.0)。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述1,3-丙烷磺酸内酯和氨基硅烷的总质量与所述第一有机溶剂的质量体积比为1g：(4～10)ml，所述硅胶与所述第二有机溶剂的质量体积比为1g：(4～10)ml。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一有机溶剂选自丙酮、四氢呋喃中的一种或多种，所述第二有机溶剂为非极性溶剂，所述非极性溶剂选自苯、二甲苯、正己烷和正庚烷中的一种或多种。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述一次反应时间为12h～24h；所述二次反应时间为22h～48h，反应温度为80℃～150℃；所述三次反应时间为22h～48h，反应温度为80℃～150℃。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述硅胶的粒径为3μm～20μm，孔径为
比表面积为200m2/g～400m2/g。
11.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括将所述三次反应后的产物过滤，然后依次用甲苯、四氢呋喃水溶液、甲醇和乙腈在40℃～80℃下洗涤，所述洗涤后的产物经干燥得所述硅胶色谱填料。
12.根据权利要求1～4中任一项所述的硅胶色谱填料作为HILIC硅胶色谱填料分离极性化合物的用途。
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Denomination of invention: Silicone chromatographic filler and its preparation method and application Effective date of registration: 20231019 Granted publication date: 20220304 Pledgee: Zhejiang Jinhua Chengtai Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: ZHEJIANG YUEXU MATERIAL TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2023980061664 |