CN201070548Y - 一种用于制备和使用超大尺寸聚合物整体柱的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于制备和使用超大尺寸聚合物整体柱的装置，其特征在于包括：一模头(1)，具有进液口(11)和柱群(12)，该柱群(12)为中空圆柱体集合，该圆柱体表面开有小孔；一分液器(4)，设置于前述进液口(1)与柱群(12)之间；一与前述模头(1)脱卸式连接的模筒(2)，具有出液口(21)；以及一集液器(6)，设置于前述模筒(2)底部。利用该装置在制备聚烯烃聚合物整体柱时，能够克服由于大量反应热在整体柱内部积累造成的温度梯度，以及空缺陷和孔径分布难以控制等不足，还能在后续过程中减少花费去除致孔剂的时间。

Description

一种用于制备和使用超大尺寸聚合物整体柱的装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于制备和使用超大尺寸聚合物整体柱的装置，特别适合反应热很大的聚烯烃聚合物整体柱及采用低分子量高沸点的聚合物作为致孔剂的聚合物整体柱的制备。

背景技术

近年来，整体柱(monoliyhiv volumn)又称整体固定相(monolithic statiomary phase)、棒柱或连续床等，是一种用无机或有机聚合方法在色谱柱内进行原位聚合的连续床固定相，已经成为了继生物凝胶材料、交联和改性的多孔微球、单分散多孔微球材料之后的第四代分离介质，特别适用于复杂样品体系(尤其是生物大分子样品和环境样品)的快速、高效、高通量分析以及制备色谱的一种新型分离材料，具有制备简单、重现性好、多孔性优越、能实现快速、高效分离等优点。

目前的整体柱主要由无机和有机/高分子基体两大类，无机材料可选择的种类非常少，主要有SiO₂和TiO₂。聚合物材料相对较多，主要有丙烯酸系列、苯乙烯系列和丙烯酰胺系列。

无机材料虽然具备较高的机械强度和良好的稳定性，但是制备过程相对复杂，而且对于强酸和强碱介质不稳定，限制了在某些领域的应用。

而已经报道的聚合物材料整体柱都是基于自由基聚合方式，需要加入单体、引发剂、致孔剂、溶剂等多种组分，经过光、热、辐照、化学等引发方式聚合，这里存在以下主要的缺点：

一、制备方法和过程比较复杂、后续处理繁琐；

二、往往需要加入多种毒性较大的有机混合物(如甲苯、氯仿等)，成本高、有污染；

三、自由基聚合放热量大，制备大尺寸整体柱的时候由于内部热量积聚，最终造成严重的孔缺陷而失去整体柱应该具有的特性，目前只能用于直径在几个毫米以下的微柱液相色谱柱和毛细管电泳；

四、聚合反应速度快、大分子链几乎瞬间完成增长，分子量难以控制，制备的整体柱虽然表观上是一大块，但是内部微观结构往往是小球堆积形成的，并不是真正的大块凝胶，造成机械强度较低；

五、利用此方法来制备分子/离子印迹、尤其是对于稳定性差的分子印迹的整体柱非常困难，或者以此进一步制备具有螯合功能的吸附分离树脂也异常繁琐；

六、这三大系列的聚合物整体柱与玻璃管和不锈钢管柱的结合力差、存在着在不同极性溶剂作用下有不同的溶胀比，容易造成基体材料与管壁的分离形成漏液以及孔径尺寸的改变，从而造成柱性能的急剧下降并降低使用寿命。

同时，现有的整体柱制备通常在圆柱形空管柱中完成，当要制备的整体柱尺寸非常大时，致孔剂去除所用时间过长，且整体柱内部容易形成一个温度梯度，从而影响整体柱内部的孔径及其分布的均匀性，进而影响其使用效果。

也有文献提到采用同心套管式环状模具来制备大尺寸的整体柱来克服温度不均匀带来的影响，最后在组装到一起的办法来制备，但是不同尺寸的环的收缩率往往有差异，从而容易造成最终的组装体出现缺陷。

综上所述，现有的整体柱存在诸多不足，要克服这些缺陷，开发新的整体柱材料、制备方法及制备设备显得尤为重要。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供了一种用于制备和使用超大尺寸聚合物整体柱的装置，利用该装置在制备聚烯烃聚合物整体柱时，能够克服由于大量反应热在整体柱内部积累造成的温度梯度，以及空缺陷和孔径分布难以控制等不足，还能在后续过程中减少花费去除致孔剂的时间。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种用于制备和使用超大尺寸聚合物整体柱的装置，其特征在于包括：

一模头，具有进液口和柱群；

一分液器，设置于前述进液口与柱群之间，该柱群为中空圆柱体集合，该圆柱体表面开有小孔；

一与前述模头脱卸式连接的模筒，具有出液口；以及

一集液器，设置于前述模筒底部。

所述分液器与所述柱群之间还可以插接设有上部盲板；作为改进，所述集液器顶面可脱卸地设有下部盲板。上部盲板和下部盲板只在制备聚合物整体柱时使用，既能防止尚未聚合的混合物溶液流出，又能防止聚合以后的固体堵塞筛板小孔。

所述模筒底部还设有可施力于集液器与柱群充分接触的调节旋钮。通过调节旋钮，可以施加足够的压力保证模筒腔体内的整体柱填料与装置充分接触，避免样品溶液样品溶液发生“短路流动”。

所述分液器由筛板组成，该筛板顶面均布有圆孔，该圆孔孔径0.5～5mm，圆孔总面积占筛板面积的30～90％，并且，圆孔边缘向上突出筛板1～5mm；所述集液器顶面均布有通孔，该通孔孔径为0.5～5mm，通孔总截面积占集液器顶面总面积的30～90％。

所述模头和模筒通过法兰和螺丝配合连接，并且通过弹性垫圈密封；所述集液器与模筒通过螺丝连接固定，并且通过弹性垫圈密封。

所述柱群为多个均布于分液器上的中空圆柱体集合，该圆柱体长度比模筒腔体的深度短1～10mm，且其直径为2～10mm。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：通过本实用新型的制备方法得到的整体柱的机械强度高，物理化学稳定性好，粘结性能优良，孔径分布均匀，孔径可调，可重复性好；本装置能解决大量反应热在整体柱内部积累造成温度梯度的问题，同时，克服了空缺陷和孔径分布难以控制等不足，还能在后续过程中减少花费去除致孔剂的时间；装置非常简单、成本低、操作方便，既可以作为制备模具，又可以作为装填整体柱材料的装置形成一个独立单元使用。此装置与制备出的整体柱材料一起作为独立单元，能够用于制备级和工业级的大容量溶液样品中痕量物质的富集分离，其富集倍数大、分离效率高、再生容易；能够作为液相色谱的样品预处理和固相萃取装置，以及与原子吸收或原子发射仪器联用的在线富集分离装置，可以随意更换，选择灵活。

附图说明

图1为实施例1结构示意图。

图2为实施例1的剖视图。

图3为实施例1分体组装图。

图4为实施例2分离效果示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

实施例1，参考图1、图2和图3，本实施例中的模具包括模头1、分液器4、模筒2及集液器6。模头1具有进液口11和柱群12，柱群12通过柱群板13均布于分液器4上，柱群12为多个中空圆柱体集合，其表面开有小孔，类似于蜂窝煤机模具的冲针群，该圆柱体长度比模筒2腔体的深度短1～10mm，且其直径为2～10mm，数量依据尺寸需要、保证制备的整体柱材料在横截面上直径不超过20mm。

分液器4设置于进液口11与柱群12之间，并相互连通，分液器4由筛板组成，该筛板顶面均布有圆孔，该圆孔孔径0.5～5mm，圆孔总面积占筛板面积的30～90％，并且，圆孔边缘向上突出筛板1～5mm，便于进液，保证液体均匀分布在筛板上以后从小孔溢流进入整体柱填料。分液器4与柱群12之间插接设有上部盲板3，可以防止液体进入上部。

模筒2具有出液口21，模筒2与模头1可脱卸式连接的，具体地，模头1和模筒2通过法兰和螺丝配合连接，并且通过弹性垫圈密封，模筒2底部还设有可施力于集液器6与柱群12充分接触的调节旋钮22。模筒2底部还设有可施力于集液器6与柱群12充分接触的调节旋钮22。

集液器6设置于模筒2底部，集液器6与模筒2通过螺丝连接固定，并且通过弹性垫圈密封；集液器6顶面均布有通孔，该通孔孔径为0.5～5mm，通孔总截面积占集液器顶面总面积的30～90％。集液器6顶面用螺钉可脱卸地固定设有下部盲板5，可以防止液体流入集液器6。

本实施例中的上部盲板3和下部盲板5可采用不锈钢制作，进液口11开在模头1上部，也可以开在侧面，出液口21可以在集液器6的下部，也可以侧面，其大小依据液体流量和其他需求而定。

使用过程：下部盲板和集液器用螺丝紧固后，注入制备聚合物整体柱所需的混合溶液；上部盲板插接后用螺丝固定在模头后，将其装入模筒内，用螺丝将模头和模筒固定，溢流出的反应液另外收集处理；控制反应温度和时间至聚合反应完成；拆开模头和模筒，将模头和下部盲板取出，使用致孔剂的低沸点良溶剂洗涤在模筒内的整体柱材料，直到致孔剂完全除去。

装置和整体柱填料作为独立单元的使用过程：将模头中的上部拆除后，将其与模筒和整体柱填料用螺丝固定成为一个独立单元，将待处理的溶液样品加压送入模头的进液口，料液经过液体分布器均匀进入整体柱填料，待分离物质在填料上富集或分离以后，经由模筒底部的集液器和出液口排出。根据样品的性质，必要时可以在进液口和出液口处分别增加过滤器，防止溶液中的颗粒悬浮物堵塞整体柱填料的孔或者影响后续的流程。

实施例2为实施例1的应用实施例。

将甲基丙烯酸、二甲基丙烯酸乙二醇酯、十二烷醇、偶氮二异丁氰按一定比例混合得到的澄清液体，转入模筒内，依据上述制备过程的步骤在60℃引发聚合反应6小时后完成，利用乙醇洗涤除去致孔剂后，得到整体柱。通过电镜分析整体柱各个部位的孔径大小及其分布情况，未发现整体柱内部结构的不均匀性。在依据上述使用过程的步骤，将苯甲酸和苯酚混合标准溶液进行分离操作，使用紫外-可见分光光度计进行浓度检测，可以达到完全分离，具体可参考图4。

实施例3为实施例1的另一应用实施例。

将环氧树脂、乙二胺、分子量800聚乙二醇的按一定比例混合得到澄清粘稠液体，转入模筒内，依据上述制备过程的步骤在60℃聚合20小时后完全固化，利用水洗除去致孔剂后，得到整体柱。通过电镜分析整体柱各个部位的孔径大小及其分布情况，未发现整体柱内部结构的不均匀性。在依据上述使用过程的步骤，将含有0.01mmol/ml的铜离子标准溶液1000ml进行富集操作，然后利用0.1M的盐酸溶液进行解析，铜离子浓度检测使用原子吸收光谱仪，回收率达到99％以上。

Claims (7)

1.一种用于制备和使用超大尺寸聚合物整体柱的装置，其特征在于包括：

一模头(1)，具有进液口(11)和柱群(12)；

一分液器(4)，设置于前述进液口(11)与柱群(12)之间，该柱群(12)为中空圆柱体集合，该圆柱体表面开有小孔；

一与前述模头(1)脱卸式连接的模筒(2)，具有出液口(21)；以及

一集液器(6)，设置于前述模筒(2)底部。

2.根据权利要求1所述的用于制备和使用超大尺寸聚合物整体柱的装置，其特征在于所述分液器(4)与所述柱群(12)之间还插接设有上部盲板(3)。

3.根据权利要求1所述的用于制备和使用超大尺寸聚合物整体柱的装置，其特征在于所述集液器(6)顶面可脱卸地设有下部盲板(5)。

4.根据权利要求1所述的用于制备和使用超大尺寸聚合物整体柱的装置，其特征在于所述模筒(2)底部还设有可施力于集液器(6)与柱群(12)充分接触的调节旋钮(22)。

5.根据权利要求1所述的用于制备和使用超大尺寸聚合物整体柱的装置，其特征在于所述分液器(4)由筛板组成，该筛板顶面均布有圆孔，该圆孔孔径为0.5～5mm，圆孔总面积占筛板面积的30～90％，并且，圆孔边缘向上突出筛板1～5mm；所述集液器(6)顶面均布有通孔，该通孔孔径为0.5～5mm，通孔总截面积占集液器顶面总面积的30～90％。

6.根据权利要求1所述的用于制备和使用超大尺寸聚合物整体柱的装置，其特征在于所述模头(1)和模筒(2)通过法兰和螺丝配合连接，并且通过弹性垫圈密封；所述集液器与模筒通过螺丝连接固定，并且通过弹性垫圈密封。

7.根据权利要求1所述的用于制备和使用超大尺寸聚合物整体柱的装置，其特征在于所述柱群(12)为多个均布于分液器(4)上的中空圆柱体集合，该圆柱体长度比模筒(2)腔体的深度短1～10mm，且其直径为2～10mm。

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