專利名稱：一種混合模式毛細管開管色譜柱及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于色譜柱技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種混合模式(反相模式-弱陰離子交換模式)毛細管開管色譜柱及其制備方法和用途。
背景技術(shù)：
隨著毛細管電泳技術(shù)的日益發(fā)展以及液相色譜理論的逐漸進步，涌現(xiàn)出一種高效快速的微分離分析技術(shù)，即毛細管電色譜(CEC)技術(shù)。由于結(jié)合了電泳和色譜兩種機制，這種技術(shù)同時擁有毛細管電泳的高效性和高效液相色譜的高選擇性，因而成為一種新型的微柱分離方法。由于所有分離行為全是在毛細管內(nèi)部完成的，毛細管柱的研究一直是一個熱門領(lǐng)域，其修飾與改性一直是研究的重點。按照固定相在毛細管內(nèi)的存在形式不同，毛細管電色譜可以分為三類開管柱電色譜、填充柱電色譜、整體柱電色譜。其中，開管柱由于制備方法簡單，同時可以消除焦耳熱效應(yīng)、塞子效應(yīng)和氣泡效應(yīng)等，而成為當前研究的熱點。 1992年，El Rassi等通過引入帶有輕基和季氨雙官能團的化合物,制備了一種電滲流可調(diào)的表面改性毛細管柱。1995年，Westerlund等制備了一種內(nèi)壁接氨基的石英毛細管柱，同樣具備電滲流可調(diào)的性質(zhì)，并用此柱子分離了系列腦啡肽。1996年，Colon等發(fā)表了類似的工作，其所得涂層在很低或很高的PH值下都非常穩(wěn)定，其柱制備過程相對簡單，并分離了腎上腺素對映異構(gòu)體、三種堿性蛋白質(zhì)和四種多肽。最近，人們將氨基類涂層開管柱的概念引入到毛細管整體柱的制備過程，并且進一步引申制得混合模式整體柱。2006年，丁國生等以正硅酸乙酯、氨丙基三乙氧基硅烷和辛基三乙氧基硅烷為反應(yīng)共前軀體，采用溶膠-凝膠技術(shù)一步法制備了具有反相和弱陰離子交換作用的混合模式整體柱，分離了有機酸和中性化合物。同年,Hu等通過TE0S、巰丙基三乙氧基硅烷和苯基三乙氧基硅烷的一步水解-聚合法制備了混合模式整體柱，該整體柱表面的磺酸基團能夠產(chǎn)生較強的陰極電滲流，同時苯基具有反相保留機理。但是到目前為止，關(guān)于混合模式毛細管開管色譜柱制備和應(yīng)用的報道很少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制備簡單、易于應(yīng)用的混合模式毛細管開管色譜柱及其制備方法，并將其用于毛細管電色譜分離分析。本發(fā)明提供的混合模式毛細管開管色譜柱，其原理是通過不同種類硅源的水解、共聚制得溶膠，將溶膠灌入毛細管中與毛細管內(nèi)壁鍵合，功能化的硅源一端是烷氧基團，其與毛細管內(nèi)壁上的二氧化硅的硅羥基反應(yīng)，另一端帶有辛基、氨基等功能化基團，起分離作用。具體來說，本發(fā)明提供的混合模式毛細管開管色譜柱，其色譜柱內(nèi)壁上的固定相同時具有可帶正電荷的基團、可帶負電荷的基團和不帶電荷的疏水性基團三種功能性基團；開管色譜柱的基質(zhì)材料可以為石英、玻璃、鋼材或有機聚合物等。其中，所述的可帶正電荷基團，可以是伯胺、仲胺或叔胺等可以接受質(zhì)子而帶正電荷的基團。
所述的可帶負電荷基團，可以是羥基、巰基或磺酸基等可以失去質(zhì)子而帶負電荷的基團。所述的疏水性基團，可以是四個碳原子到十八個碳原子的長鏈碳或苯環(huán)類化合物。本發(fā)明提供的混合模式毛細管開管色譜柱的制備方法，是將硅源、功能化硅源和乙醇按不同比例配制成混合溶液，再加入少量的水及鹽酸，固定溫度下加熱攪拌，制得溶膠；將該溶膠涂覆在開管柱內(nèi)壁，制得開管色譜柱。具體步驟為
(1)溶膠的制備在25-60°(下，將I mL的硅源溶解于0. 5-2 mL的乙醇中，再加入30微升2 mol/L的鹽酸，25-80 °(加熱攪拌1_6 h，制得溶膠；待反應(yīng)液冷卻到室溫后，向其中加入40-600 ML功能化硅源(如20-300 ML的氨丙基三乙氧基硅烷和20-300 ML辛基三乙氧基硅烷等)，經(jīng)超聲處理1-5 min，即得最后的溶膠；
(2)開管電色譜柱的制備將上述溶膠通過一定壓力(如2-5atm)灌入經(jīng)清洗處理的毛細管中，室溫放置5 min-12 h ;于100-160 °C溫度下通氮氣趕去未反應(yīng)的溶膠；再在該溫度下繼續(xù)通氮氣1-12 h，使反應(yīng)完全，即得到所需的混合模式毛細管開管色譜柱。使用時取色譜柱長度50 cm左右即可(有效長度41 cm左右)。本發(fā)明中，毛細管的清洗處理步驟為將新購置的石英毛細管用I mol/L的氫氧化鈉沖洗I h,用蒸懼水沖洗0.5 h,再用I mol/L的鹽酸沖洗I h,最后用蒸懼水沖洗0. 5h，將毛細管置于氣相色譜柱溫箱中，在100-160 °C下通氮氣干燥1-12 h。本發(fā)明中，所述硅源為正硅酸甲酯(TMOS)或正硅酸乙酯(TEOS)。本發(fā)明中，所述功能化硅源為辛基三乙氧基硅烷(C8-TE0S)、辛基三甲氧基硅烷(C8-TM0S)、十八烷基三乙氧基硅烷(C18-TE0S)、十八烷基三甲氧基硅烷(C18-TM0S)、3-氨基丙基三乙氧基硅烷(NH2-TE0S)、3-氨基丙基三甲氧基硅烷(NH2-TM0S)、3-巰基丙基三乙氧基硅烷(SH-TE0S)、3-巰基丙基三甲氧基硅烷(SH-TM0S)、苯基丙基三乙氧基硅烷(Ph-TEOS)或苯基丙基三甲氧基硅烷(Ph-TMOS )。本發(fā)明中，可以通過調(diào)節(jié)硅源、功能化硅源的比例來調(diào)節(jié)所述的毛細管開管色譜柱的電滲流的大小、色譜柱的分離性能。本發(fā)明中，可以通過調(diào)節(jié)電色譜所用流動相的pH值來調(diào)節(jié)所述的毛細管開管色譜柱的電滲流的大小和方向(圖I)。本發(fā)明所得毛細管開管色譜柱可用于分離技術(shù)中，例如毛細管電色譜分離中性化合物、酸性化合物和堿性化合物等。其中，中性化合物的分離以多環(huán)芳烴(萘、聯(lián)苯、蒽)和苯的同系物(甲苯、乙苯、丙苯、正丁苯)為例，色譜圖見圖2和圖3 ;酸性化合物的分離以對甲苯磺酸、4-氨基苯磺酸、水楊酸、3，5-二硝基苯甲酸、鄰苯二甲酸、苯甲酸、對氨基苯甲酸為例，其色譜圖見圖4 ;堿性化合物的分離以間硝基苯胺、I-萘胺、鄰甲苯胺、鄰苯二胺、對甲苯胺為例，其色譜圖見圖5。


圖I為本發(fā)明的毛細管開管色譜柱的電滲流與pH的關(guān)系圖。圖2為本發(fā)明的毛細管開管色譜柱分離多環(huán)芳烴類化合物色譜圖。圖3為本發(fā)明的毛細管開管色譜柱分離苯的同系物色譜圖。
圖4為本發(fā)明的毛細管開管色譜柱分離酸性化合物的色譜圖。圖5為本發(fā)明的毛細管開管色譜柱分離堿性化合物的色譜圖。
具體實施例方式實施例I開管色譜柱的制備及表征
依次用I mol/L的氫氧化鈉、蒸餾水、I mol/L的鹽酸、蒸餾水沖洗50微米內(nèi)徑的石英毛細管(54 cm長)各I h，120 °(下通氮氣I h干燥毛細管。溶膠的制備將I mL TEOS和30 ML 2 mol/L HCl加入2 mL無水乙醇中，60 0C加熱攪拌I h，冷卻到室溫后，在上述溶液中加入96 ML的C8-TE0S和96 ML的NH2-TE0S，超聲I min,制得溶膠。
將該溶膠通過壓力灌入上面處理過的石英毛細管中，室溫放置10 min, 120 °C下通氮氣趕去未反應(yīng)的溶膠，120 °C繼續(xù)通氮氣I h使反應(yīng)完全。采用北京彩陸科學(xué)儀器有限公司的CL1020高效毛細管電泳儀，在電色譜模式下，取上面制備的開管色譜柱，以不同pH值的緩沖溶液為流動相，20 X，+20 kV或者-20 kV,210 nm條件下，以硫服為電滲流標記物，得到電滲流和pH的關(guān)系圖(圖I)。電滲流大于零時表明電滲流是從陽極流向陰極，小于零時表明電滲流翻轉(zhuǎn)，從陰極流向陽極。由于氨基和硅羥基同時存在于毛細管內(nèi)壁，電滲流的大小和方向取決于在給定PH值下毛細管內(nèi)壁氨基基團的質(zhì)子化程度和硅羥基的電離度。在低pH值(〈5. 7)的情況下、毛細管內(nèi)壁上的殘余羥基不帶電荷，氨基帶正電荷，導(dǎo)致流動相帶負電，因此電滲流小于零，從陰極流向陽極，所以通常負極進樣。在高PH值(> 5. 7)時，毛細管內(nèi)壁上的氨基不帶電荷，羥基帶負電荷，導(dǎo)致流動相帶正電荷，電滲流大于零，從陽極流向陰極，所以通常正極進樣。實施例2所得開管柱對中性化合物的分離分析
采用北京彩陸科學(xué)儀器有限公司的CL1020高效毛細管電泳儀，在電色譜模式下，取按照本發(fā)明實施例I制備的開管色譜柱41 cm (有效長度)，以20 mM pH 2. 6的醋酸-醋酸鈉緩沖體系甲醇(80/20，v/v)為流動相，20 0C,-20 kV，210 nm條件下，硫脲、萘、聯(lián)苯和蒽實現(xiàn)分離(圖2)，其中色譜峰從左到右依次為硫脲、萘、聯(lián)苯、蒽。在相同實驗條件下甲苯、乙苯、丙苯、正丁苯也可實現(xiàn)分離(圖3)，其中色譜峰從左到右依次為甲苯、乙苯、丙苯、正丁苯。實施例3所得開管柱對酸性化合物的分離分析
采用北京彩陸科學(xué)儀器有限公司的CL1020高效毛細管電泳儀，在電色譜模式下，取按照本發(fā)明實施實例I制備的開管色譜柱41 cm (有效長度)，以20 mM pH 3. 11的磷酸緩沖體系甲醇(50/50，v/v)為流動相，20 0C,-20 kV，210 nm條件下，可以實現(xiàn)對酸性化合物的分離(圖4)，圖中色譜峰從左到右依次為對甲基苯磺酸、對氨基苯磺酸、水楊酸、3，5-二硝基苯甲酸、4-硝基苯甲酸、苯甲酸、對氨基苯甲酸。實施例4所得開管柱對堿性化合物的分離分析
采用北京彩陸科學(xué)儀器有限公司的CL1020高效毛細管電泳儀，在電色譜模式下，取按照本發(fā)明實施實例I制備的開管電色譜柱41 cm(有效長度)，以20 mM的HAc:甲醇(70/30，v/v)為流動相，20 0C,-20 kV，210 nm條件下，可以實現(xiàn)對堿性化合物的分離(圖5)，圖中色譜峰從左到右依次為間硝基苯胺、I-萘胺、鄰甲苯胺、鄰苯二胺、 苯胺、對甲苯胺。
權(quán)利要求
1.一種混合模式毛細管開管色譜柱，其特征在于色譜柱內(nèi)壁上的固定相同時具有可帶正電荷的基團、可帶負電荷的基團和不帶電荷的疏水性基團三種功能性基團。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的混合模式毛細管開管色譜柱，其特征在于開管色譜柱的基質(zhì)材料為石英、玻璃、鋼材或有機聚合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的混合模式毛細管開管色譜柱，其特征在于所述的可帶正電荷基團是伯胺、仲胺或叔胺接受質(zhì)子而帶正電的基團。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的混合模式毛細管開管色譜柱，其特征在于所述的可帶負電荷基團是羥基、巰基或磺酸基可以失去質(zhì)子而帶負電的基團。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的混合模式毛細管開管色譜柱，其特征在于所述的疏水性基團是四個碳原子到十八個碳原子的長鏈碳或苯環(huán)類化合物。
6.如權(quán)利要求I所述的混合模式毛細管開管色譜柱的制備方法，其特征在于是將硅源、功能化硅源和乙醇按不同比例配制成混合溶液，再加入少量的水及鹽酸，固定溫度下加熱攪拌，制得溶膠；再將該溶膠涂覆在開管柱內(nèi)壁制得開管色譜柱，具體步驟為 (1)溶膠的制備在25-60°(下，將I mL的硅源溶解于O. 5-2 mL的乙醇中，再加入30微升2 mol/L的鹽酸，25-80 °(加熱攪拌1_6 h，制得溶膠；待反應(yīng)液冷卻到室溫后，向其中加入40-600 功能化娃源,經(jīng)超聲處理1-5 min,即得最后的溶膠； (2)開管電色譜柱的制備將上述溶膠通過一定壓力灌入經(jīng)清洗處理的毛細管中，室溫放置5 min-12 h ;于100-160 °C溫度下通氮氣趕去未反應(yīng)的溶膠；再在該溫度下繼續(xù)通氮氣1-12 h，使反應(yīng)完全，即得到所需的混合模式毛細管開管色譜柱。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于所述硅源為正硅酸甲酯或正硅酸乙酯。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于所述功能化硅源為辛基三乙氧基硅燒、羊基二甲氧基娃燒、十八燒基二乙氧基娃燒、十八燒基二甲氧基娃燒、3_氛基丙基二乙氧基娃燒、3_氛基丙基二甲氧基娃燒、3_疏基丙基二乙氧基娃燒、3_疏基丙基二甲氧基娃燒、苯基丙基二乙氧基娃燒、苯基丙基二甲氧基娃燒。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于通過調(diào)節(jié)硅源、功能化硅源的用量和比例來調(diào)節(jié)混合模式毛細管開管色譜柱的電滲流的大小、色譜柱的分離性能；通過調(diào)節(jié)電色譜所用流動相的PH值來調(diào)節(jié)混合模式毛細管開管色譜柱的電滲流的大小和方向。
10.如權(quán)利要求I所述的混合模式毛細管開管色譜柱在分離技術(shù)中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明屬于色譜柱技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種混合模式的毛細管開管色譜柱的制備方法和用途。本發(fā)明的毛細管開管色譜柱，其內(nèi)壁上的固定相同時具有可帶正電荷的基團、可帶負電荷的基團和不帶電荷的疏水性基團三種功能性基團。其制備方法是將硅源、功能化硅源和乙醇按不同比例配制成混合溶液，再加入少量的水及鹽酸，固定溫度下加熱攪拌，制得溶膠；再將該溶膠涂覆在開管柱內(nèi)壁制得所需色譜柱。通過改變合成原料配比等可以調(diào)節(jié)所得色譜柱的性能。所制備色譜柱的電滲流方向和大小可隨流動相pH值的改變而改變。所得色譜柱可用于毛細管電色譜可分離芳香類化合物、酸性化合物和堿性化合物等。
文檔編號B01D15/22GK102657952SQ20121015783
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月21日
發(fā)明者張祥民, 李偉紅, 雷杰 申請人:復(fù)旦大學(xué)