本文涉及一種高效液相色譜柱固定相的制備方法，具體涉及有機聚合物色譜填料的制備方法。

背景技術：

高效液相色譜法是分析學科的一種重要的分析方法，它被廣泛應用于農業(yè)、工業(yè)、食品、醫(yī)藥及生命科學等等領域。分離是色譜技術的核心，影響色譜分離的因素很多，固定相最為關鍵。高效液相色譜常用的固定相基質有硅膠和有機聚合物，硅膠表面有硅羥基，易于進行化學改性，而且其結構堅固，在有機溶劑中不會溶脹，是比較理想的填料，但是硅膠只適合在ph＝2-8的范圍內使用，這限制了其應用范圍。相反，有機聚合物ph適用范圍比硅膠廣得多，但其分離效率和剛性還有一定缺陷。為了改善硅膠和有機聚合物的這些缺陷，各種固定相合成方法應運而生，如用聚合物包覆硅球、碳球或者金屬氧化物，但這些方法制備復雜，而且合成的固定相在穩(wěn)定性和分離效果上仍不夠理想，幸運的是，迅速發(fā)展的材料學為我們提供了更多的選擇。納米金剛石擁有各種特殊性質，在爆轟法、沖擊壓縮法等生產技術降低了其使用成本之后，其應用領域開始不斷擴展，如航空、船舶制造業(yè)、石油化工等應用的納米金剛石聚合物復合體，拋光用的納米金剛石拋光液等等。目前hplc中運用納米金剛石的報道并不多見，cn101513607和cn101850242a兩篇專利通過有機聚合物與碳納米管共聚和摻雜的方式制備hplc填料，但其棒狀的形態(tài)限制了它在填料中的應用，而且會影響填料的分離性能。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的是提供了一種制作工藝簡單、成本低的摻雜納米金剛石的有機聚合物色譜填料的制備方法，以改善高效液相色譜柱固定相的分離效果、機械性能及耐酸堿性。

為實現上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

本發(fā)明提供了一種摻雜納米金剛石的有機聚合物色譜填料的制備方法，包括如下步驟：

(1)制備粒徑在1～3μm之間的單分散的線性聚苯乙烯種子微球；

(2)制備羧基化納米金剛石；

(3)將鄰苯二甲酸二丁酯與聚苯乙烯種子微球混合使聚苯乙烯種子微球活化，隨后加入單體苯乙烯、交聯劑二乙烯苯、羧基化納米金剛石、乳化劑十二烷基磺酸鈉、穩(wěn)定劑聚乙烯醇、引發(fā)劑過氧化苯甲酰和致孔劑甲苯，充分攪拌使聚苯乙烯種子微球溶脹，然后加熱引發(fā)單體聚合，充分聚合后經索氏提取除去致孔劑，最后經洗滌即得到粒徑在6～10μm之間的摻雜納米金剛石的有機聚合物色譜填料。

進一步，步驟(1)采用分散聚合法制備粒徑在1～3μm之間的單分散的線性聚苯乙烯種子微球，具體按照如下步驟實施：以苯乙烯為單體，聚乙烯吡咯烷酮為穩(wěn)定劑，偶氮二異丁腈為引發(fā)劑，在反應介質中通過自由基聚合生成單分散的線性聚苯乙烯種子微球，種子粒徑在1-3μm之間，粒徑均勻無需分級；所述反應介質為無水乙醇或乙醇和水的混合溶液。

更進一步，步驟(1)中，苯乙烯單體的質量為反應介質質量的5～30％，優(yōu)選為25％；穩(wěn)定劑聚乙烯吡咯烷酮與反應介質的投料比為0.5～4g：100ml，優(yōu)選為1.6g：100ml；引發(fā)劑偶氮二異丁腈用量為單體質量的1～5％，優(yōu)選為2.2％；乙醇和水的混合溶液中乙醇的體積濃度在75％以上，優(yōu)選為90％。

更進一步，步驟(1)中，聚合反應溫度為40～85℃，優(yōu)選為80℃；攪拌速度在100～400轉/分鐘；反應時間為8～24小時，優(yōu)選為24小時。

進一步，步驟(2)中，所述的羧基化納米金剛石是用濃硫酸和濃硝酸的混合液處理納米金剛石而獲得。

更進一步，步驟(2)中，所述濃硫酸和濃硝酸的混合液中濃硫酸和濃硝酸的體積比在2～4之間，優(yōu)選為3:1。

再更進一步，步驟(2)中，所述的羧基化納米金剛石通過如下方法制備：在濃硫酸和濃硝酸的混合液中加入納米金剛石，在80～140℃條件下反應6～12小時，即得到羧基化納米金剛石；優(yōu)選反應溫度為100℃，反應時間為12小時。

進一步，步驟(3)中，鄰苯二甲酸二丁酯與聚苯乙烯種子微球的質量比在2～5之間，優(yōu)選為2。活化溫度優(yōu)選室溫，活化時間優(yōu)選為12～24小時，優(yōu)選為24小時。

進一步，步驟(3)中，單體苯乙烯質量為有機相(由單體苯乙烯、交聯劑二乙烯苯、乳化劑十二烷基磺酸鈉、穩(wěn)定劑聚乙烯醇、引發(fā)劑過氧化苯甲酰和致孔劑甲苯組成)總質量的10～20％，交聯劑二乙烯基苯與苯乙烯的質量比在2～3之間，羧基化納米金剛石的質量占單體苯乙烯質量的0.1～2％，乳化劑十二烷基磺酸鈉的質量占有機相總質量的2～4％，穩(wěn)定劑聚乙烯醇的質量占有機相總質量的0.5～5％，引發(fā)劑過氧化苯甲酰的質量占單體苯乙烯質量的0.4～6％，致孔劑甲苯的質量占有機相總質量的20～70％。

更進一步，步驟(3)中，單體苯乙烯質量為有機相總質量的14％，交聯劑二乙烯基苯與苯乙烯的質量比為2：1，乳化劑十二烷基磺酸鈉的質量占有機相總質量的2.5％，穩(wěn)定劑聚乙烯醇的質量占有機相總質量的1.5％，引發(fā)劑過氧化苯甲酰的質量占單體苯乙烯質量的5～6％，致孔劑甲苯的質量占有機相總質量的50％。

更進一步，步驟(3)中，羧基化納米金剛石的質量占單體苯乙烯質量的0.3～1％。

進一步，步驟(3)中，溶脹通過室溫攪拌實現，攪拌速度為100～300轉/分鐘，攪拌時間為12～24小時，使溶脹比為10～70倍。

進一步，步驟(3)中，聚合在攪拌下進行，反應溫度為60～85℃(優(yōu)選80℃)，攪拌速度為100～300轉/分鐘，反應時間為12～48小時(優(yōu)選48小時)。

進一步，步驟(3)中，所述的索氏提取除去致孔劑是將聚合得到的聚合物微球經甲苯索氏提取12～48小時，以去除致孔劑。

進一步，步驟(3)中，洗滌試劑優(yōu)選乙醇和水。

本發(fā)明所述微球的粒度是通過致孔劑、交聯劑、分散穩(wěn)定劑溶度、溶脹溫度、反應溫度、引發(fā)劑濃度以及溶脹比的選擇來控制的。合成的聚苯乙烯-二乙烯苯的基球的粒徑范圍在6-10μm之間，所合成的基球均勻高，無需進行分級和篩分。

本發(fā)明提供的摻雜納米金剛石的有機聚合物色譜填料，以聚苯乙烯-二乙烯苯作為有機聚合物基質，在其中摻雜羧基化納米金剛石，形成聚苯乙烯-二乙烯苯-氧化納米金剛石的復合型微球。其中羧基化納米金剛石大部分被包埋入有機基質里面，通過控制納米金剛石的量得到不同摻雜量的有機聚合物微球。

本發(fā)明所述摻雜納米金剛石的有機聚合物色譜填料可用作高效液相色譜柱的固定相，在使用時，采用勻漿法裝柱。

與現有的技術相比，本發(fā)明的有益效果在于：

(1)本發(fā)明所述的摻雜納米金剛石的有機聚合物色譜填料粒徑均勻無需分級，化學穩(wěn)定性好，能長期使用；機械性能好，且耐酸堿性好，在ph值1～14的范圍內適用。

(2)本發(fā)明所述的摻雜納米金剛石的有機聚合物色譜填料的制備方法簡單，成本低。

(3)本發(fā)明所述的摻雜納米金剛石的有機聚合物色譜填料用作高效液相色譜柱固定相時，與未經摻雜的聚苯乙烯-二乙烯基苯微球相比，不僅縮短了分析時間，改善了峰型，分離度有所提高，而且能快速分離酚類物質，能廣泛的應用于實際分析的需要。

附圖說明

圖1是實施例2合成的摻雜羧基化納米金剛石的聚苯乙烯二乙烯苯微球的掃描電鏡(放大2000倍)。

圖2是實施例2合成的摻雜羧基化納米金剛石的聚苯乙烯二乙烯苯微球的透射電鏡。

圖3是實施例2合成的摻雜羧基化納米金剛石的聚苯乙烯二乙烯苯微球對四種酚類物質的分離；其中，1(1,4-間苯二酚)，2(苯酚)，3(雙酚a)，4(叔丁基苯酚)。

圖4是對比例合成的不摻雜納米金剛石的聚苯乙烯二乙烯苯微球對四種酚類物質的分離；其中，1(1,4-間苯二酚)，2(苯酚)，3(雙酚a)，4(叔丁基苯酚)。

圖5是對比例合成的不摻雜納米金剛石的聚苯乙烯二乙烯苯微球對不同苯系物的分離；其中，1(1,4-對苯二酚)，2(苯甲酸)，3(苯酚)，4(對羥基苯甲酸)，5(苯甲醛)，6(甲苯)。

圖6是實施例2合成的摻雜羧基化納米金剛石的聚苯乙烯二乙烯苯微球對不同苯系物的分離；其中，1(1,4-對苯二酚)，2(苯甲酸)，3(苯酚)，4(對羥基苯甲酸)，5(苯甲醛)，6(甲苯)。

圖7是實施例2合成的摻雜羧基化納米金剛石的聚苯乙烯二乙烯苯微球和對比例合成的不摻雜納米金剛石的聚苯乙烯二乙烯苯微球的機械性能測試。

具體實施方式

下面以具體實例對本發(fā)明的技術方案作進一步說明，但本發(fā)明的保護范圍不限與此：

對比例：不摻雜納米金剛石的苯乙烯-二乙烯苯聚合物填料的制備，其步驟為：

1、單分散聚苯乙烯種子的合成：在燒瓶中加入90％的乙醇水溶液，再加入穩(wěn)定劑聚乙烯吡咯烷酮，水浴升溫80℃，然后分別加入苯乙烯單體和引發(fā)劑偶氮二異丁腈，攪拌反應24小時。其中單體苯乙烯的質量為乙醇水溶液質量的25％(m/m)，穩(wěn)定劑聚乙烯吡咯烷酮質量為乙醇水溶液體積的1.6％(m/v)，引發(fā)劑偶氮二異丁腈質量為單體苯乙烯質量的2.2％(m/m)，反應介質為90％乙醇水溶液，攪拌速度在300轉/分鐘，過濾洗滌后得到粒徑為2μm的聚苯乙烯種子。

2、聚苯乙烯-二乙烯基苯微球的合成：取步驟1中的聚苯乙烯種子與鄰苯二甲酸二丁酯于燒瓶中混合，20℃下攪拌24小時，攪拌速度為200轉/分鐘，其中聚苯乙烯種子與鄰苯二甲酸二丁酯的質量比為2:4；配置有機相，該有機相中單體苯乙烯質量為有機相總質量的14％(m/m)，交聯劑二乙烯基苯與苯乙烯的質量比為2：1，乳化劑十二烷基硫酸鈉的質量為有機相總質量的2.5％(m/m)，穩(wěn)定劑聚乙烯醇的質量為有機相總質量的1.5％(m/m)，引發(fā)劑過氧化苯甲酰的質量為有機相總質量的0.8％(m/m)，致孔劑甲苯的質量為有機相總質量的50％(m/m)，將配置好的有機相加入燒瓶，20℃攪拌24小時，攪拌速度為200轉/分鐘，使溶脹比為55；然后升溫80℃反應，攪拌速度250轉/分鐘，反應時間48小時，分離得到聚合物微球，將聚合物微球用甲苯索氏提取48小時除去致孔劑，然后用水、乙醇洗凈，得到粒徑在6～10μm聚苯乙烯-二乙烯基苯微球。

3、用甲醇和水(v/v＝90:10)作為流動相，流速為1ml/min，光電二極管陣列檢測器分離多種苯系物。結果見附圖說明。

實施例1：摻雜羧基化納米金剛石的苯乙烯-二乙烯苯聚合物填料的制備，其步驟為：

1、單分散聚苯乙烯種子的合成：在燒瓶中加入90％的乙醇水溶液，再加入穩(wěn)定劑聚乙烯吡咯烷酮，水浴升溫80℃，然后分別加入苯乙烯單體和引發(fā)劑偶氮二異丁腈，攪拌反應24小時。其中單體苯乙烯的質量為乙醇水溶液質量的25％(m/m)，穩(wěn)定劑聚乙烯吡咯烷酮質量為乙醇水溶液體積的1.6％(m/v)，引發(fā)劑偶氮二異丁腈質量為單體苯乙烯質量的2.2％(m/m)，反應介質為90％乙醇水溶液，攪拌速度在300轉/分鐘，過濾洗滌后得到粒徑為2μm的聚苯乙烯種子。

2、配置濃硫酸與濃硝酸體積比為3:1的混合酸液，加入納米金剛石，升溫至100℃反應12小時，過濾并用去離子水洗凈，得到羧基化納米金剛石。取步驟1中的聚苯乙烯種子與鄰苯二甲酸二丁酯于燒瓶中混合，20℃下攪拌24小時，攪拌速度為200轉/分鐘，其中聚苯乙烯種子與鄰苯二甲酸二丁酯的質量比為2:4；配置有機相，該有機相中單體苯乙烯質量為有機相總質量的14％(m/m)，交聯劑二乙烯基苯與苯乙烯的質量比為2：1，羧基化納米金剛石的質量為單體和交聯劑總質量的0.33％，乳化劑十二烷基硫酸鈉的質量為有機相總質量的2.5％(m/m)，穩(wěn)定劑聚乙烯醇的質量為有機相總質量的1.5％(m/m)，引發(fā)劑過氧化苯甲酰的質量為有機相總質量的0.8％(m/m)，致孔劑甲苯的質量為有機相總質量的50％(m/m)，將配置好的有機相加入燒瓶，20℃攪拌24小時，攪拌速度為250轉/分鐘，使溶脹比為55；然后升溫80℃反應，攪拌速度250轉/分鐘，反應時間48小時，分離得到聚合物微球，將聚合物微球用甲苯索氏提取48小時除去致孔劑，然后用水、乙醇洗凈，得到粒徑在6～10μm聚苯乙烯-二乙烯基苯微球。

3、用甲醇和水(v/v＝90:10)作為流動相，流速為1ml/min，光電二極管陣列檢測器分離多種苯系物。結果見附圖說明。

實施例2

1、參考實施例1的步驟，先通過乳液分散聚合法合成粒徑2μm單分散聚苯乙烯種子，苯乙烯單體的質量濃度為25％，穩(wěn)定劑聚乙烯吡咯烷酮與乙醇和水的混合溶液的投料比為1.6％(m/v)，引發(fā)劑偶氮二異丁腈質量為單體質量的2.2％，以90％的乙醇水溶液為介質，反應溫度80℃，攪拌速度在300轉/分鐘，反應時間24小時；

2、配置濃硫酸與濃硝酸體積比為3:1的混合酸液，加入納米金剛石，升溫至100℃反應12小時，過濾并用去離子水洗凈，得到羧基化納米金剛石。取步驟1中的聚苯乙烯種子與鄰苯二甲酸二丁酯于燒瓶中混合，20℃下攪拌24小時，攪拌速度為200轉/分鐘，其中聚苯乙烯種子與鄰苯二甲酸二丁酯的質量比為2:4；配置有機相，該有機相中單體苯乙烯質量為有機相總質量的14％(m/m)，交聯劑二乙烯基苯與苯乙烯的質量比為2：1，羧基化納米金剛石的質量為單體和交聯劑總質量的1.0％，乳化劑十二烷基硫酸鈉的質量為有機相總質量的2.5％(m/m)，穩(wěn)定劑聚乙烯醇的質量為有機相總質量的1.5％(m/m)，引發(fā)劑過氧化苯甲酰的質量為有機相總質量的0.8％(m/m)，致孔劑甲苯的質量為有機相總質量的50％(m/m)，將配置好的有機相加入燒瓶，20℃攪拌24小時，攪拌速度為250轉/分鐘，使溶脹比為55；然后升溫至80℃反應，攪拌速度250轉/分鐘，反應時間48小時，分離得到聚合物微球，將聚合物微球用甲苯索氏提取48小時除去致孔劑，然后用水、乙醇洗凈，得到粒徑在6～10μm聚苯乙烯-二乙烯基苯微球。

3、用甲醇和水(v/v＝90:10)作為流動相，流速為1ml/min，光電二極管陣列檢測器分離多種苯系物。結果見附圖說明。

實施例3：色譜性能測試

儀器：waters1525液相色譜儀，waters2998光電二極管陣列檢測器

試樣：苯甲酸、1,4-對苯二酚、苯甲醛、苯酚、甲苯、對羥基苯甲酸、雙酚a、叔丁基苯酚(均為分析純)

流動相：甲醇和水

分離柱：自制填料裝于4×120mm的不銹鋼管

流速：1ml/min

波長：280nm

色譜圖參見圖3、4、5、6。

圖1是實施例2制備的摻雜納米金剛石的聚苯乙烯-二乙烯基苯微球的掃描電鏡圖(放大2000倍)，通過對掃描電鏡圖的觀察，可以發(fā)現合成的聚苯乙烯-二乙烯苯的基球的粒徑分布很窄且粒徑范圍在6-9μm之間，所合成的基球均勻高，無需進行分級和篩分。

圖2說明金剛石進入聚合物微球內部，通過圖3、4、5、6的對比可以觀察到納米金剛石的摻雜對分離效果有很大的改善，圖2和圖3的對比可以發(fā)現四種酚類物質在摻雜納米金剛石后分離度和峰的對稱性明顯優(yōu)于不摻雜納米金剛石的填料。圖6和圖5比較可以發(fā)現圖6種分析物基本沒有拖尾現象，總的來說摻雜了納米金剛石的色譜柱不僅縮短了分析時間，改善了峰型，分離度有所提高，而且能快速分離酚類物質，能廣泛的應用于實際分析的需要。

實施例4：色譜柱壓力測試

儀器：waters1525液相色譜儀

分離柱：分別裝有實施例2合成的摻雜羧基化納米金剛石的聚苯乙烯二乙烯苯微球和對比例合成的不摻雜納米金剛石的聚苯乙烯二乙烯苯微球的4×120mm的不銹鋼管

流動相：水

測試方法：以水為流動相，逐漸增加流速并記錄壓力的變化，結果參見圖7所示。

圖7的實驗數據表明，不摻雜納米金剛石的聚苯乙烯二乙烯苯微球承受的壓力在3000psi以內時，流速與壓力成線性增長，壓力超過3000psi后柱壓猛然上升，說明填料已被破壞，而摻雜羧基化納米金剛石的聚苯乙烯二乙烯苯微球的壓力隨流速增大呈線性增長，在3800psi的范圍內沒有出現壓力驟升的現象(儀器承受壓力為4000psi)，說明摻雜羧基化納米金剛石的聚苯乙烯二乙烯苯微球機械性能更強。