CN114931934A - 一种接枝型阳离子交换色谱柱填料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种接枝型阳离子交换色谱填料的制备方法，以聚苯乙烯‑二乙烯基苯为聚合物微球的基质，以含氨基基团的巯基类化合物为功能单体，进行“巯‑烯”点击修饰化学反应，将含有氨基的单体接枝到微球表面，得到氨基化的聚合物微球；将含多羧基的聚酸化合物与上述氨基化的聚合物微球进行酰胺化反应，得到表面接枝羧酸基团的阳离子交换色谱填料，本发明提供一种阳离子交换树脂色谱填料的制备方法可以制备出阳离子交换色谱填料，利用“巯基‑烯”点击修饰化学反应操作简单，反应条件温和，具有专一性，简化了制备工艺，提高了接枝率，克服了常规修饰方法需要使用大量的有机溶剂，副反应较多的缺点。

Description

一种接枝型阳离子交换色谱柱填料及其制备方法
技术领域
本发明涉及离子色谱填料技术领域，尤其涉及一种接枝型阳离子交换色谱柱填料及其制备方法。
背景技术
离子色谱柱是离子交换色谱的心脏，对离子色谱分析结果的好坏起着决定性的作用。近年来离子交换色谱固定相的发展主要以阴离子交换固定相为主，新型阳离子固定相的制备方法的相关报道比较少。与阴离子色谱填料制备方法不同的是，阳离子色谱填料多采用磺酸、羧酸、膦酸等酸性基团作为离子交换功能基团。磺酸基团对二价阳离子的保留强，难以于一次进样中同时分离一价和二价阳离子，目前已用的比较少。在已商品化的阳离子分析柱中，离子交换功能基团主要是羧基和膦酸基团，其中尤以羧酸基弱酸性阳离子色谱填料最为常见。
阳离子色谱填料的固定相基质多为化学稳定性好的聚合物微球，但后续对其进行化学修饰的方法却较为有限，目前常采用傅克烷基化、酰基化，氯甲基化等方法对微球进行改性，再做进一步的接枝以得到离子色谱固定相。由于阳离子交换色谱填料所需要的接枝密度较大，对制备工艺具有较高的要求，但目前的制备方法反应条件较为苛刻，步骤比较复杂，无法满足工业需要。因此，需要提供一种新的阳离子交换色谱填料及其制备方法，来克服现有技术的不足。
发明内容
为了解决上述现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种接枝型阳离子交换色谱柱填料及其制备方法，工艺简单，接枝率高，利用该方法所制备的弱酸性阳离子色谱柱具有良好的色谱分离性能，使用单一的淋洗液即可完成碱金属、碱土金属离子的基线分离。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：
一种接枝型阳离子交换色谱填料的制备方法，以聚苯乙烯-二乙烯基苯为聚合物微球的基质，以含氨基基团的巯基类化合物为功能单体，进行“巯-烯”点击修饰化学反应，将含有氨基的单体接枝到微球表面，得到氨基化的聚合物微球；将含多羧基的聚酸化合物与上述氨基化的聚合物微球进行酰胺化反应，得到表面接枝羧酸基团的阳离子交换色谱填料。
根据本发明实施例的制备方法，包括以下具体步骤：
S1，采用分散聚合法合成单分散的线性聚苯乙烯微球种子，以苯乙烯为单体，聚乙烯吡咯烷酮作为稳定剂，偶氮二异丁腈为引发剂，在乙醇溶液为反应介质中通过自由基引发聚合反应生成单分散的聚苯乙烯种子；
S2，采用单步种子溶胀法合成高交联度的聚苯乙烯-二乙烯基苯微球，取适量聚苯乙烯种子，加入邻苯二甲酸二丁酯对种子进行活化，种子活化后加入单体苯乙烯，交联剂二乙烯基苯，乳化剂十二烷基磺酸钠，稳定剂聚乙烯醇，引发剂过氧化苯甲酰，致孔剂甲苯，搅拌使反应体系充分溶胀，再加热引发聚合反应的进行，反应生成单分散的苯乙烯-二乙烯基苯微球，粒径均匀；
S3，利用苯乙烯-二乙烯基苯微球残余的双键，以50％的醇类水溶液为反应介质，以偶氮类盐酸盐为引发剂，以含氨基基团的巯基类化合物为功能单体进行“巯基-烯”点击修饰化学反应，接枝得到氨基化的苯乙烯-二乙烯基苯微球，过滤洗涤后，烘干备用；
S4，将含多羧基的聚酸类化合物通过缩合剂与氨基化的聚合物微球在无水级有机溶剂中进行酰胺化反应，洗涤干燥后得到表面接枝适量羧酸基团的阳离子交换色谱填料。
在一些实施例中，所述聚合物微球的基质聚苯乙烯-二乙烯基苯可以用乙基乙烯基苯-二乙烯基苯、烯丙基缩水甘油酯-二乙烯基苯中的其中一种代替。
在一些实施例中，所述聚合物微球粒径为3-10μm，交联度为5％-80％，孔径为20-2000A，作为优选，所述聚合物微球粒径为5μm，交联度为80％，孔径为100A。
在一些实施例中，所述含氨基基团的巯基类化合物为半胱氨酸、半胱胺盐酸盐中的其中一种，优选为半胱胺盐酸盐。
在一些实施例中，所述“巯基-烯”点击修饰化学反应温度为50～80℃，反应时间为2～24h，作为优选，所述反应温度为70℃，反应时间为8h。
在一些实施例中，所述多羧基的聚酸化合物为聚马来酸、聚丙烯酸、马来酸-丙烯酸共聚物中的其中一种，优选为聚马来酸。
在一些实施例中，所述酰胺化反应的温度为30～80℃，反应时间为8～24h，作为优选，所述反应温度为60℃，反应时间为24h。
在一些实施例中，所述步骤S4中的缩合剂为盐类缩合剂，优选为O-(7-氮杂苯并三唑-1-基)-N，N，N′，N′-四甲基脲六氟磷酸酯，无水级有机溶剂为二氯甲烷、甲苯、四氢呋喃、二甲亚砜中的其中一种，优选为二甲亚砜。
根据本发明实施例的阳离子交换色谱填料，由前文所述的制备方法制备得到，前文所述的制备方法工艺简单，接枝率高。
从上述可以看出，本发明的有益效果为：
本发明提供一种阳离子交换树脂色谱填料的制备方法，根据上述的具体实施步骤，制备出一种阳离子交换色谱填料，利用“巯基-烯”点击修饰化学反应操作简单，反应条件温和，具有专一性，简化了制备工艺，提高了接枝率，克服了常规修饰方法需要使用大量的有机溶剂，副反应较多的缺点。
附图说明
图1为一个实施例中制备的接枝型弱酸性阳离子交换色谱填料合成原理示意图。
图2为另一个实施例中制备的接枝型弱酸性阳离子交换色谱填料装填的离子色谱柱对常规6种阳离子分离的色谱图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
下面描述本发明实施例的接枝型阳离子交换色谱填料的制备方法。
一种接枝型阳离子交换色谱填料的制备方法，以聚苯乙烯-二乙烯基苯为聚合物微球的基质，以含氨基基团的巯基类化合物为功能单体，进行“巯-烯”点击修饰化学反应，将含有氨基的单体接枝到微球表面，得到氨基化的聚合物微球；将含多羧基的聚酸化合物与上述氨基化的聚合物微球进行酰胺化反应，得到表面接枝羧酸基团的阳离子交换色谱填料。
根据本发明实施例的制备方法，包括以下具体步骤：
S1，采用分散聚合法合成单分散的线性聚苯乙烯微球种子，以苯乙烯为单体，聚乙烯吡咯烷酮作为稳定剂，偶氮二异丁腈为引发剂，在乙醇溶液为反应介质中通过自由基引发聚合反应生成单分散的聚苯乙烯种子；
S2，采用单步种子溶胀法合成高交联度的聚苯乙烯-二乙烯基苯微球，取适量聚苯乙烯种子，加入邻苯二甲酸二丁酯对种子进行活化，种子活化后加入单体苯乙烯，交联剂二乙烯基苯，乳化剂十二烷基磺酸钠，稳定剂聚乙烯醇，引发剂过氧化苯甲酰，致孔剂甲苯，搅拌使反应体系充分溶胀，再加热引发聚合反应的进行，反应生成单分散的苯乙烯-二乙烯基苯微球，粒径均匀；
S3，利用苯乙烯-二乙烯基苯微球残余的双键，以50％的醇类水溶液为反应介质，以偶氮类盐酸盐为引发剂，以含氨基基团的巯基类化合物为功能单体进行“巯基-烯”点击修饰化学反应，接枝得到氨基化的苯乙烯-二乙烯基苯微球，过滤洗涤后，烘干备用；
S4，将含多羧基的聚酸类化合物通过缩合剂与氨基化的聚合物微球在无水级有机溶剂中进行酰胺化反应，洗涤干燥后得到表面接枝适量羧酸基团的阳离子交换色谱填料，用匀浆法装柱。
可以理解的是，氨基基团的引入通常有两种方式，一种是通过双键自由基聚合引入，另一种是本发明实施例中提出的通过“巯基-烯”点击化学反应引入，“巯基-烯”点击化学反应反应条件温和，接枝率高。
可选的，根据本发明的具体实施例，在该阳离子色谱柱装填条件方法中，装柱压力可以选择为20-60MPa，装柱时间在0.5-3h之间。
可选的，所述聚合物微球的基质聚苯乙烯-二乙烯基苯可以用乙基乙烯基苯-二乙烯基苯、烯丙基缩水甘油酯-二乙烯基苯中的其中一种代替。
可选的，所述聚合物微球粒径为3-10μm，交联度为5％-80％，孔径为20-2000A，作为优选，所述聚合物微球粒径为5μm，交联度为80％，孔径为100A。
可选的，所述含氨基基团的巯基类化合物为半胱氨酸、半胱胺盐酸盐中的其中一种，优选为半胱胺盐酸盐。
可选的，所述“巯基-烯”点击修饰化学反应温度为50～80℃，反应时间为2～24h，作为优选，所述反应温度为70℃，反应时间为8h，在“巯基-烯”点击修饰化学反应的过程中，若反应时间不够，则接枝羧酸含量少，会导致色谱的交换容量低；若反应时间过长，会导致工艺耗费时间延长，因此应根据情况选择合适的反应条件，使残余双键充分反应。
可选的，所述多羧基的聚酸化合物为聚马来酸、聚丙烯酸、马来酸-丙烯酸共聚物中的其中一种，优选为聚马来酸。
可选的，所述酰胺化反应的温度为30～80℃，反应时间为8～24h，作为优选，所述反应温度为60℃，反应时间为24h。
可选的，所述步骤S4中的缩合剂为盐类缩合剂，优选为O-(7-氮杂苯并三唑-1-基)-N，N，N′，N′-四甲基脲六氟磷酸酯，无水级有机溶剂为二氯甲烷、甲苯、四氢呋喃、二甲亚砜中的其中一种，优选为二甲亚砜。
根据本发明实施例的阳离子交换色谱填料，由前文所述的制备方法制备得到，前文所述的制备方法工艺简单，接枝率高。
下面参考图1-图2，描述本发明的具体实施例，并利用制备的阳离子交换色谱填料对常规6中阳离子进行检测。
实施例1
(1)称取4g粒径为5μm，交联度为80％，孔径为100A的聚合物微球，倒入36mL浓度为50％的异丙醇溶液中，超声分散均匀后至于100mL三口烧瓶中，然后加入1g的半胱胺盐酸盐，0.1g的2，2-偶氮二(2-甲基丙基咪)二盐酸盐为引发剂，在70℃水浴加热条件下机械搅拌反应8h。反应结束后立即将产物用砂芯漏斗抽滤，再用去离子水洗涤三次，烘干备用。
(2)将上述反应产物置于三口烧瓶中，然后加入2.6g浓度为50％的聚马来酸，1.5g的O-(7-氮杂苯并三唑-1-基)-N，N，N′，N′-四甲基脲六氟磷酸酯(HATU)和30mL无水级二甲亚砜，在60℃下反应24h。反应结束后将产物用砂芯漏斗抽滤，依次用乙醇和去离子水洗涤三次，烘干备用，上述过程反应原理示意图如图1所示。
实施例2
阳离子交换色谱填料性能测试
称取上述制备的阳离子填料，加入50mL去离子水，超声分散均匀后倒入装柱机的匀浆罐中，调节装柱压力为30MPa，装柱1h后取下色谱柱，色谱柱的规格为4.6*250mm，封装后通过离子色谱仪进行性能测试。
先通过10mM甲烷磺酸淋洗液对离子色谱仪中安装好的色谱柱进行清洗，将含有Li+离子的溶液注入离子色谱仪，溶液流速为1.0mL/min，经过色谱柱分离后，进行检测。
用上述方法依次注入含Na+离子的溶液、含NH4+离子的溶液、含K+离子的溶液、含Mg2+离子的溶液和含Ca2+离子的溶液，得到最终的检测结构。
如图2所示，为上述6种常见阳离子色谱分离图。从图中可以看出制备的阳离子色谱柱能在20min内对所有的离子实现了基线分离，具有良好的分离效果。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
除说明书所述的技术特征外，其余技术特征为本领域技术人员的已知技术，为突出本发明的创新特点，其余技术特征在此不再赘述。

Claims (10)

1.一种接枝型阳离子交换色谱填料的制备方法，其特征在于，以聚苯乙烯-二乙烯基苯为聚合物微球的基质，以含氨基基团的巯基类化合物为功能单体，进行“巯-烯”点击修饰化学反应，将含有氨基的单体接枝到微球表面，得到氨基化的聚合物微球；将含多羧基的聚酸化合物与上述氨基化的聚合物微球进行酰胺化反应，得到表面接枝羧酸基团的阳离子交换色谱填料，用匀浆法装柱。
2.根据权利要求1所述的一种接枝型阳离子交换色谱填料的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括以下具体步骤：
S1，采用分散聚合法合成单分散的线性聚苯乙烯微球种子，以苯乙烯为单体，聚乙烯吡咯烷酮作为稳定剂，偶氮二异丁腈为引发剂，在乙醇溶液为反应介质中通过自由基引发聚合反应生成单分散的聚苯乙烯种子；
S2，采用单步种子溶胀法合成高交联度的聚苯乙烯-二乙烯基苯微球，取适量聚苯乙烯种子，加入邻苯二甲酸二丁酯对种子进行活化，种子活化后加入单体苯乙烯，交联剂二乙烯基苯，乳化剂十二烷基磺酸钠，稳定剂聚乙烯醇，引发剂过氧化苯甲酰，致孔剂甲苯，搅拌使反应体系充分溶胀，再加热引发聚合反应的进行，反应生成单分散的苯乙烯-二乙烯基苯微球，粒径均匀；
S3，利用苯乙烯-二乙烯基苯微球残余的双键，以50％的醇类水溶液为反应介质，以偶氮类盐酸盐为引发剂，以含氨基基团的巯基类化合物为功能单体进行“巯基-烯”点击修饰化学反应，接枝得到氨基化的苯乙烯-二乙烯基苯微球，过滤洗涤后，烘干备用；
S4，将含多羧基的聚酸类化合物通过缩合剂与氨基化的聚合物微球在无水级有机溶剂中进行酰胺化反应，洗涤干燥后得到表面接枝适量羧酸基团的阳离子交换色谱填料。
3.根据权利要求2所述的一种接枝型阳离子交换色谱填料的制备方法，其特征在于，所述聚合物微球的基质聚苯乙烯-二乙烯基苯可以用乙基乙烯基苯-二乙烯基苯、烯丙基缩水甘油酯-二乙烯基苯中的其中一种代替。
4.根据权利要求3所述的一种接枝型阳离子交换色谱填料的制备方法，其特征在于，所述聚合物微球粒径为3-10μm，交联度为5％-80％，孔径为20-2000A。
5.根据权利要求2所述的一种接枝型阳离子交换色谱填料的制备方法，其特征在于，所述含氨基基团的巯基类化合物为半胱氨酸、半胱胺盐酸盐中的其中一种。
6.根据权利要求2所述的一种接枝型阳离子交换色谱填料的制备方法，其特征在于，所述“巯基-烯”点击修饰化学反应温度为50～80℃，反应时间为2～24h。
7.根据权利要求2所述的一种接枝型阳离子交换色谱填料的制备方法，其特征在于，所述多羧基的聚酸化合物为聚马来酸、聚丙烯酸、马来酸-丙烯酸共聚物中的其中一种。
8.根据权利要求2所述的一种接枝型阳离子交换色谱填料的制备方法，其特征在于，所述酰胺化反应的温度为30～80℃，反应时间为8～24h。
9.根据权利要求2所述的一种接枝型阳离子交换色谱填料的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中的缩合剂为盐类缩合剂，无水级有机溶剂为二氯甲烷、甲苯、四氢呋喃、二甲亚砜中的其中一种。
10.一种接枝型阳离子交换色谱填料，其特征在于，所述接枝型阳离子交换色谱填料通过以上权利要求1-9中任一项所述的制备方法制备得到。
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