CN111774036B - 一种共价有机骨架掺杂液相色谱整体柱及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种共价有机骨架掺杂液相色谱整体柱及其制备方法,属于色谱分离技术领域。本发明首先将共价有机骨架均匀分散在溶剂中,加入甲基丙烯酸类交联剂、致孔剂聚和引发剂,在空柱中发生原位聚合反应,得到掺杂共价有机骨架色谱整体柱用于液相色谱分离。本发明方法简单,适合所有共价有机骨架,解决了共价有机骨架直接作为液相色谱固定相的柱压高、重现性差等问题;同时,还提高了原聚合物整体柱的通透性、柱效和特殊分离能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种共价有机骨架掺杂液相色谱整体柱及其制备方法,属于色谱分离技术领域。
背景技术
共价有机骨架材料(COFs)由于其多孔性、密度低、比表面积大以及结晶度高等优点,在气体吸附和储存、催化、分离、传感、药物传递和光电等方面已有广泛应用,COFs是一类高潜力的色谱固定相,但COFs形貌不规整、粒度分布广和机械强度低,直接用作色谱固定相会导致色谱柱压高、柱效低等问题。制备共价有机骨架掺杂液相色谱整体柱可以有效的解决上述问题,而且掺杂整体柱操作简单,适用范围广。
整体柱是一种起源于20世纪90年代的新型色谱柱技术,是一种通过有机或者无机方法在色谱柱内进行原位聚合反应的一种连续床固定相,但整体柱的选择性仍有待提高。将共价有机骨架与整体柱进行掺杂制备混合整体柱,可以进一步不仅提高整体柱分离能力,而且可以赋予整体柱一些特殊性能,如手性分离能力。
发明内容
本发明提供了一种共价有机骨架掺杂液相色谱整体柱的制备方法。该方法先制备稳定共价有机骨架粉末,将共价有机骨架置于在有机溶剂中,超声30min得到均匀的悬浊液,加入交联剂和致孔剂,超声2h后加入引发剂使其分散均匀,将此混合液填充至空柱中,两端密封后放置于恒温水浴锅中热引发聚合反应24h,聚合完成后将获得的整体柱连接至高效液相色谱泵上,用乙腈冲洗2h以除去未反应的单体和致孔剂,制得共价有机骨架掺杂液相色谱整体柱。
本发明的第一个目的是提供一种共价有机骨架掺杂液相色谱整体柱的制备方法,所述方法包括如下步骤:
(1)利用骨架单体构建稳定的共价有机骨架;
(2)将所得共价有机骨架分散于在有机溶剂中,配置成悬浊液;加入聚合单体、交联剂和致孔剂,混匀,然后加入引发剂,并分散均匀,得到混合液;
(3)将所得混合液填充至空柱中,两端密封,进行热引发聚合反应;聚合完成后,获得填充柱,然后将填充柱柱连接至高效液相色谱泵上,冲洗除去未反应的单体和致孔剂,制得共价有机骨架掺杂液相色谱整体柱。
在本发明的一种实施方式中,所述共价有机骨架选自亚胺类、三嗪类、烯醇类和聚芳醚类。
在本发明的一种实施方式中,所述共价有机骨架为CTzDa,其中,骨架的结构单元如下所示:
在本发明的一种实施方式中,所述有机溶剂包括如下任意一种或多种混合:N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、甲醇、乙醇、丙酮、四氢呋喃和二氯甲烷。
在本发明的一种实施方式中,所述交联剂为甲基丙烯酸类化合物,包括甲基丙烯酸、甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸甘油酯,乙二醇二甲基丙烯酸酯中任意一种或多种。
在本发明的一种实施方式中,所述致孔剂选自聚乙二醇6000、十二醇和环己醇。
在本发明的一种实施方式中,所引发剂为偶氮二异丁腈。
在本发明的一种实施方式中,步骤(2)中共价有机骨架的用量占混合液中交联剂总质量的2.5-7.0%。
在本发明的一种实施方式中,步骤(2)中所述悬浊液中共价有机骨架的浓度为10-15mgmL-1。
在本发明的一种实施方式中,所述空柱可选用不锈钢柱或毛细管柱,长度为3-50cm。
在本发明的一种实施方式中,所述热引发聚合反应的温度40-120℃。优选60℃。
在本发明的一种实施方式中,所述步骤(3)中,将填充柱柱连接至高效液相色谱泵上,利用乙腈作为冲洗液,冲洗除去未反应的单体和致孔剂。
在本发明的一种实施方式中,所述制备方法具体包括如下步骤:
(1)制备共价有机骨架;
(2)每取材料15mg共价有机骨架分散在1.2mL N,N-二甲基甲酰胺溶剂中,超声30min使其分散均匀得到棕色悬浊液;然后在共价有机骨架的悬浊液中加入35mg甲基丙烯酸和400mg乙二醇二甲基丙烯酸为交联剂,400mg致孔剂PEG-6000,超声2h后,加入10mg热引发剂AIBN,然后超声5min使其分散均匀;
(3)将此悬浊液移至空柱中,两端密封后放置于恒温水浴锅中聚合反应,聚合完成后将柱连接至高效液相色谱泵上,用乙腈冲洗除去未反应的单体和致孔剂。
本发明的第二个目的是利用上述方法提供一种共价有机骨架掺杂液相色谱整体柱。
本发明的第三个目的是将制得的共价有机骨架掺杂液相色谱整体柱应用于液相色谱分离,特别是手性液相色谱分离。
本发明的优点及效果:
本发明提供的共价有机骨架掺杂液相色谱整体柱制备方法操作简单,可推广到所有稳定COFs整体柱的制备,制备的共价有机骨架掺杂液相色谱整体柱,既解决了手性共价有机骨架直接作为液相色谱固定相的柱压高、重现性差等问题,又提高了原聚合物整体柱的通透性和柱效,赋予了整体柱手性分离的功能。制备的共价有机骨架掺杂液相色谱整体柱具有通透性好、柱效高、选择性好和重复性好等优点。
附图说明
图1为实施例1所得CTzDa掺杂的整体柱的制备示意图;
图2为实施例1所得CTzDa掺杂的整体柱的机械强度考察;
图3为实施例1所得CTzDa掺杂的整体柱的塔板高度考察;
图4为实施例1所得CTzDa掺杂的整体柱的扫描电镜表征图;
图5为实施例1所得CTzDa掺杂液相色谱整体柱的手性液相色谱分离图;其中,(a)半胱氨酸、(b)色氨酸、(c)丝氨酸和(d)组氨酸衍生物;
图6为实施例1所得CTzDa掺杂液相色谱整体柱对非手性物质液相色谱分离图;其中,(a)苯同系物类、(b)多环芳烃类和(c)苯取代物;
图7为对比例1所得未掺杂CTzDa液相色谱整体柱的手性液相色谱分离图;其中,(a)半胱氨酸、(b)色氨酸、(c)丝氨酸和(d)组氨酸衍生物。
具体实施方式
下面的实施将对本发明作进一步说明,下述实施例中所述的实验方法和试剂材料如无特殊说明,均可从商业途径获得。
实施例1:制备手性共价有机骨架掺杂液相色谱整体柱
(1)手性共价有机骨架CTzDa的制备:取31mg(0.09mmol)2,4,6-三(4-氨基苯基)-1,3,5-三嗪(Tz)和21.6mg(0.13mmol)1,4-二羟基对苯二甲醛(Da),置于1mL二氯苯和1mL乙醇混合溶液中,再加入0.2mL 6mol L-1乙酸溶液,超声10min后,室温下静置反应3d,离心干燥后,将获得的粉末与1.3mmol D-樟脑酰氯混合分散于40mL无水四氢呋喃中,加入400μL三乙胺,室温下反应12h。反应结束后用水和四氢呋喃分别清洗产物,用二氯甲烷置换一天后,置于50℃的真空烘箱中干燥12h,获得手性共价有机骨架CTzDa;
(2)将15mg手性共价有机骨架CTzDa分散在1.2mL N,N-二甲基甲酰胺溶剂中,超声1h分散后得到悬浊液;加入35mg甲基丙烯酸和400mg二甲基丙烯酸乙二醇酯为交联剂,400mg聚乙二醇6000为致孔剂,超声2h后,加入10mg引发剂偶氮二异丁腈使其分散均匀;其中,共价有机骨架CTzDa添加量为交联剂质量的3.4%;
(3)将此悬浊液填充至不锈钢管(50.0mm×4.6mm i.d.)中,两端密封后放置于70℃恒温水浴锅中聚合反应24h;聚合完成后将不锈钢柱连接至HPLC泵上,用乙腈冲洗2h以除去未反应的单体和致孔剂,得到CTzDa掺杂液相色谱整体柱。
图1为CTzDa掺杂液相色谱整体柱的制备示意图;
图2为CTzDa掺杂液相色谱整体柱的机械强度。由图2可以看出在乙腈(ACN)、甲醇、水/乙腈(50/50,v/v)流动相条件下,柱压和流速具有良好的线性关系(R2>0.99),而且,在水/乙腈条件下,柱压达到1675psi,说明所制得的CTzDa掺杂整体柱的机械强度良好;
图3为CTzDa掺杂液相色谱整体柱的塔板高度与线性流速的关系图。选取水/乙腈(40:60),硫脲作为测试标准品,测试不同线性速度下CTzDa掺杂液相色谱整体柱的理论塔板高度(H),并以线性速度μ对H作图即可得到VanDeemter方程曲线。由图3可以看出CTzDa掺杂液相色谱整体柱的最佳柱效是23052plates m-1;
图4为CTzDa掺杂液相色谱整体柱的扫描电镜表征图。表明CTzDa均匀的分布于整体柱中。
实施例2:
一种制备共价有机骨架掺杂液相色谱整体柱的方法,步骤和方法与实施例1基本相同,不同之处在于使用的共价有机骨架为烯醇类TpBD,其他条件不变,制得的共价有机骨架表征结果与实施例1相似。所得共价有机骨架机械强度良好,具有较低的柱压(不超过1800psi)。
实施例3:
一种制备共价有机骨架掺杂液相色谱整体柱的方法,步骤和方法与实施例1基本相同,不同之处在于使用的溶剂为乙醇,其他条件不变,制得的共价有机骨架表征结果与实施例1相似。所得共价有机骨架机械强度良好,具有较低的柱压(不超过1800psi)。
实施例4:
一种制备共价有机骨架掺杂液相色谱整体柱的方法,步骤和方法与实施例1基本相同,不同之处在于共价有机骨架用量是交联剂质量的5%,其他条件不变,制得的共价有机骨架表征结果与实施例1相似。所得共价有机骨架机械强度良好,具有较低的柱压(不超过1800psi)。
实施例5:
一种制备共价有机骨架掺杂液相色谱整体柱的方法,步骤和方法与实施例1基本相同,不同之处在于使用空管为毛细管,其他条件不变,制得的共价有机骨架表征结果与实施例1相似。所得共价有机骨架机械强度良好,具有较低的柱压(不超过1800psi)。
实施例6:在手性液相色谱中的应用
以实施例1所制备的CTzDa掺杂液相色谱整体柱,接入高效液相色谱仪,以H2O/ACN(60/40,v/v)为流动相,0.8mLmin-1的流速,检测波长254nm条件下,对手性氨基酸进行液相色谱分离。
图5为CTzDa掺杂液相色谱整体柱手性液相色谱分离图;其中(a)半胱氨酸、(b)色氨酸、(c)丝氨酸和(d)组氨酸衍生物。
结果可见:所制备CTzDa掺杂液相色谱整体对半胱氨酸、色氨酸、丝氨酸和组氨酸四组衍生物实现了基线分离,分离度分别为1.78、1.70、2.87和4.41。
实施例7:在非手性物质的色谱分离中的应用
以实施例1所制备的CTzDa掺杂液相色谱整体柱,接入高效液相色谱仪,以H2O/ACN为流动相,0.8mLmin-1的流速,检测波长210nm条件下,对苯同系物和多环芳烃等物质进行液相色谱分离。
图6为CTzDa掺杂液相色谱整体柱对非手性物质液相色谱分离图;其中(a)苯同系物类(苯、甲苯、乙苯、丙苯和丁苯)、(b)多环芳烃类(苯、萘、蒽、芘和苯并芘)和(c)苯取代物(苯甲醇、苯胺、苯酚和苯甲酸甲酯)。
结果显示:CTzDa掺杂液相色谱整体柱在等度洗脱条件下能实现上述物质的基线分离,显示了所制备的整体柱具有疏水作用、氢键作用和π-π相互作用等丰富的作用力,可用于各类物质的分离。
实施例8:探究共价有机骨架的掺杂量对整体柱性能品质的影响
参照实施例1,将共价有机骨架占交联剂总质量比分别替换为1%、10%,制得相应的CTzDa掺杂液相色谱整体柱。
结果发现:当共价有机骨架的添加量为1%时,掺杂的CTzDa的量不足,导致所制备CTzDa掺杂液相色谱整体柱对手性或者非手性的分析物的分离能力均较弱。而当共价有机骨架的添加量为10%时,CTzDa沉降速度过快,导致整体柱通透性下降了50%,柱压较高不利于其用于色谱分离。
对比例1
参照实施例1和7,在制备整体柱的过程中不添加共价有机骨架CTzDa,其他条件不变,制得未掺杂COFs整体柱,进行手性分离实验。
在1.2mL N,N-二甲基甲酰胺溶剂中加入35mg甲基丙烯酸和400mg交联剂二甲基丙烯酸乙二醇酯为交联剂和400mg聚乙二醇-6000为致孔剂,超声2h后加入10mg引发剂偶氮二异丁腈使其分散均匀;
将此悬浊液填充至不锈钢管(50.0mm×4.6mm i.d.)中,两端密封后放置于70℃恒温水浴锅中聚合反应24h,聚合完成后将不锈钢柱连接至HPLC泵上,用乙腈冲洗2h以除去未反应的单体和致孔剂,得到未掺杂COF液相色谱整体柱。
将所制备的未掺杂COF整体接入高效液相色谱仪,以H2O/ACN为流动相,0.8mLmin-1的流速,检测波长254nm条件下,对手性氨基酸进行液相色谱分离。
图7为未掺杂CTzDa液相色谱整体柱手性液相色谱分离图;其中,(a)半胱氨酸、(b)色氨酸、(c)丝氨酸和(d)组氨酸衍生物。
结果可见:未掺杂CTzDa的整没有任何手性分离效果。
Claims (8)
1.一种用于分离手性对映体、苯同系物、多环芳烃类化合物、苯取代物的共价有机骨架掺杂液相色谱整体柱的制备方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
(1)利用骨架单体构建稳定的共价有机骨架;
(2)将所得共价有机骨架分散于在有机溶剂中,配制成悬浊液;加入聚合单体、交联剂和致孔剂,混匀,然后加入引发剂,并分散均匀,得到混合液;
(3)将所得混合液填充至空柱中,两端密封,进行热引发聚合反应;聚合完成后,获得填充柱,然后将填充柱连接至高效液相色谱泵上,冲洗除去未反应的单体和致孔剂,制得共价有机骨架掺杂液相色谱整体柱;
所述共价有机骨架为CTzDa,其中,骨架的结构单元如下所示:
所述共价有机骨架的用量是交联剂质量的2.5%-7.0%。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤(2)中的有机溶剂选自如下任意一种或多种:N,N-二甲基乙酰胺、甲醇、乙醇、丙酮、四氢呋喃和二氯甲烷。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述交联剂为甲基丙烯酸类化合物。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述交联剂包括甲基丙烯酸、甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸甘油酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述方法,其特征在于,聚合引发方式为热引发,反应温度40-100℃。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法制得共价有机骨架掺杂液相 色谱整体柱。
7.权利要求6所述的共价有机骨架掺杂液相 色谱整体柱在液相色谱分离领域中的应用。
8.权利要求6所述的共价有机骨架掺杂液相 色谱整体柱在分离手性对映体、苯同系物、多环芳烃类化合物、苯取代物中的应用。
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