专利名称：含丙基磺酸基离子涂层的开管柱或硅胶整体柱及其制备方法和用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及含丙基磺酸基离子涂层的开管柱和硅胶整体柱及其制备方法和用途。
背景技术：
在现代分离分析技术中涉及带电分离介质的分离方法至少包括离子交换色谱、毛细管电泳、毛细管电色谱以及芯片毛细管电泳等。电渗流是毛细管电泳及相关分离分析技术中最重要的性质之一，其大小和方向将影响毛细管电泳的分离效率。因此电渗流的控制在毛细管电泳及相关分离技术中显得十分重要。目前毛细管电泳中最常用的毛细管材料为熔融石英，因而电渗流的产生和大小取决于毛细管内壁硅羟基的电离及电离程度。由于这种硅羟基为弱酸性，因此电渗流的大小与毛细管中缓冲溶液的pH值存在依存关系，即电渗流随背景缓冲溶液pH值的升高而增大。熔融石英毛细管的这种特性在一定程度上限制了毛细管电泳的应用范围。为了克服该不足，拓宽毛细管电泳的分析对象范围，提高分离选择性和分离效率，人们已提出了多种改进方法，其中离子涂层毛细管技术为最有效的方法之一。例如，Sun等将2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠(NaAMPS)键合到石英毛细管内壁，获得阴离子涂层毛细管。该改性毛细管可在pH 2-9的范围内得到基本恒定的电渗流，并用于有机酸的分离。Pietrzk等系统考察了有机溶剂、阳离子价态、季铵盐以及磺酸盐等因素对含磺酸基高分子涂层毛细管电渗流的影响，结果表明通过改变背景电解质溶液添加剂，可以改进毛细管电泳的分离选择性。
与未改性的石英毛细管相比，含磺酸基离子涂层毛细管的特性之一是在低pH条件下可获得较大的电渗流，且在大的pH范围内保持电渗流基本恒定。这种特性使得磺酸基离子涂层毛细管特别适合于有机弱酸的分离；通过调整背景电解质溶液的pH值影响弱酸的电离，进而改变弱酸的迁移时间，达到提高分离选择性的目的。
毛细管电色谱(capillary electrochromatography，CEC)是近年来建立在毛细管电泳技术(CE)不断发展和液相色谱理论日趋完善基础上逐步形成的一种高效快速的微分离技术。它一般在熔融石英毛细管柱内填充或管壁键合固定相，以电渗流(EOF)或电渗流结合压力驱动流动相，溶质根据它们在流动相和固定相间分配的不同及自身电泳淌度的差异进行分离。
目前，CEC大多采用未封尾液相色谱反相固定相，如ODS。这类填料能有效分离中性化合物。为了产生足够大的电渗流，运行电解质的pH值一般高于6.0。对于酸性溶质的分离，在高pH值下，溶质的离解导致它们带负电向阳极迁移，在阳极进样的溶质不随电渗流通过检测窗而被检测到。因此CEC一般在低pH值缓冲液中以离子抑制形式分离酸性化合物，这时由于电渗流受抑制导致分析时间延长和分离选择性下降。由于ODS填料上残余羟基与碱性化合物之间相互作用造成的谱峰拖尾，以ODS填料为固定相的电色谱柱也不适合这类溶质的分析。由此可见，以传统HPLC反向固定相为填料的CEC，在分离条件和分析对象的选择上具有一定的局限性。为了克服ODS填料CEC的缺点，当前CEC研究的一个重要领域就是发展适宜于CEC的新型填料。含离子涂层的CEC填料由于自身的特点，作为CEC新型固定相实现快速高效分析，受到了越来越多的注意。近年来发展了一种新型的适合CEC的固定相。将烷基基团键合到含磺酸基的硅胶上，通过调节烷基碳链长度和烷基与磺酸基的比例，不仅能使该固定相在宽pH范围具有大的电渗流，而且对中性溶质也有良好的选择性。例如，Rassi等人制备了多层C18/SCX(ODSS)电色谱硅胶填料。首先将含磺酸基团的亲水层键合到硅胶表面形成极性内层，再将C18基团键合到极性内层上形成非极性外层。烷基苯类化合物在该柱上可以得到良好分离，分析时间比在ODS电色谱柱上短。再如，Liao等用一步反应制得同时含有磺酸基和烷基的连续床，于25um内径柱上5分钟内分离了5种稠环芳烃。
综上所述，可以看出离子涂层在以电场为流体驱动力的现代微分离分析技术中具有十分重要的应用价值。但是目前文献报道或商品化的含磺酸基离子涂层毛细管或者整体柱，一般采用化学键合有机聚合物得到。这种方法不仅制备过程较烦琐，而且所得到的聚合物涂层易受背景电解质溶液中有机溶剂的影响，在一定程度上限制了使用范围；此外，聚合物骨架与分离对象之间可能存在相互作用，影响分离效果。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种制备简单、能提供较大且恒定电渗流、能够提高耐溶剂性能的易于应用的含丙基磺酸基离子涂层开管柱或硅胶整体柱及其制备方法和用途。
本发明提供的技术方案是一种含丙基磺酸基离子涂层的开管柱或硅胶整体柱，包括毛细管开管柱柱体或硅胶整体柱柱体及附着在开管柱内壁或硅胶整体柱表面的涂层，所述涂层为含有丙基磺酸基的无机基质离子涂层，其结构表征如下式所示 R＝H， n＝0～17(SiO2)∞代表毛细管开管柱内壁或硅胶整体柱本发明还提供了上述开管柱或硅胶整体柱的制备方法，采用溶胶-凝胶法将正硅酸甲酯与巯丙基三甲氧基硅烷按体积比为1∶0.25～0.8的比例混合，加入0～5倍巯丙基三甲氧基硅烷摩尔量的烷基硅偶联剂；然后加入pH2～4的醋酸溶液和乙醇的混合液，其中醋酸溶液∶乙醇体积比为1∶3，于冰浴中搅拌水解制得溶胶；用该溶胶涂覆在预先处理过的开管柱内壁或硅胶整体柱表面后，经干燥、老化，而后再由氧化剂氧化得到丙基磺酸基涂层。
或者，采用键合法将巯丙基三甲氧基硅烷和无水甲苯按1∶3～8的体积比混合后，加入0～5倍巯丙基三甲氧基硅烷摩尔量的烷基硅偶联剂，尔后灌入预先处理过的开管柱或硅胶整体柱，两端封口，于100℃-120℃反应8 h～12h后，经氧化剂氧化氧化得到丙基磺酸基涂层上述氧化剂为双氧水溶液或其他氧化剂如高锰酸钾的水溶液。
上述氧化方法为将氧化剂的水溶液压过开管柱或硅胶整体柱，使之氧化10h-24h。
本发明提供的开管柱或硅胶整体柱可用于有机酸或中性、酸性、碱性物质的分离。
本发明以正硅酸酯、巯丙基三甲氧基硅烷、水、醇为原料，采用溶胶-凝胶(sol-gel)技术，在毛细管内壁或者硅胶整体柱上涂覆了含巯丙基的离子涂层，通过进一步氧化得到含丙基磺酸基离子涂层。或者直接通过键合的方法引入巯丙基，然后通过氧化得到丙基磺酸基离子涂层。这种涂层在较大pH值范围可提供较大且恒定的电渗流，该涂层开管柱或硅胶整体柱的电渗流基本上不受pH值影响，并且远比毛细管空管的电渗流大。同时可在反应时引入烷基链，以提供适当的疏水性。相对于此类其他能提供较大电渗流开管柱或整体柱的制备方法，本方法简单易行，重复性好。此外，这种方法制备的含丙基磺酸基离子涂层的开管柱或硅胶整体柱可克服已有该类开管柱或者整体柱中高聚物耐溶剂性能差的缺点，延长使用寿命。以本发明的含丙基磺酸基离子涂层开管柱或硅胶整体柱为固定相，可利用电泳模式来分离有机酸，或者利用电泳模式和反向色谱模式协同作用(疏水性的不同)来分离中性，酸性和碱性物质。
具体实施例方式
实施例1用溶胶凝胶法制备含丙基磺酸基离子涂层开管柱取毛细管，依次用NaOH溶液，二次水，盐酸，二次水冲洗1h，后在通N2下120℃干燥3h，两端封口备用。0.25g巯丙基三甲氧基硅烷，1mL正硅酸甲酯，2mL乙醇，2mL pH2.0醋酸液混合，冰浴下剧烈搅拌，待溶液混合成均匀的一相，灌入预先处理好的毛细管中，反应2h后，接气相色谱仪，用一定压力的氮气将未反应的溶胶吹出，在120℃老化8h。30％的双氧水用注射器压过毛细管，氧化时间为24h。用水冲洗后即可使用。在2-8pH范围测电渗流，其大小为空管的2-3倍，基本上保持恒定。
实施例2含丙基磺酸基离子涂层开管柱用于芳香族有机酸的分离以本发明的含丙基磺酸基离子涂层开管柱为固定相，在电泳模式下，以pH 2.59，离子浓度为20mmol/L的三羟甲基氨基甲烷为缓冲液，外加电压为25kv的条件下，邻、间、对-氨基苯甲酸，苯甲酸，邻氯苯甲酸，对硝基苯甲酸，3，5-二硝基苯甲酸在4.5min中内实现了基线分离。
实施例3用键合法制备含丙基磺酸基离子涂层硅胶整体柱取硅胶整体柱，用1∶1的水和浓盐酸活化24h，用二次水洗至中性，后在通N2下120℃干燥3h。1ml三甲氧基巯丙基硅烷，3ml无水甲苯混合均一后，注入硅胶整体柱内，两端封口，于105℃下反应8h，取出。依次用甲苯，甲醇冲洗各2h。然后用30％高锰酸钾的水溶液氧化10h。用水冲洗之后即可使用。
实施例4含丙基磺酸基离子涂层硅胶整体柱用于生物碱的分离以本发明的含丙基磺酸基离子涂层硅胶整体柱为固定相，在电色谱模式下，以pH 3.06，钠离子浓度为0.01mol/L的乙腈-磷酸(60∶40，V∶V)缓冲液为流动相，外加电压为12kv的条件下，实现了盐酸小檗碱，盐酸巴马汀，盐酸药根碱的离子交换电色谱分离。
实施例5用键合法制备含丙基磺酸基离子涂层和十八烷基硅胶整体柱整体柱的活化处理如实施例3。1ml三甲氧基巯丙基硅烷，1ml十八烷基三甲氧基硅烷，8ml无水甲苯混合均一后，注入毛细管硅胶整体柱内，两端封口，于120℃下反应24h，取出。依次用甲苯，甲醇冲洗各2h。然后用30％双氧水的水溶液氧化24h。用水冲洗之后即可使用。
实施例6含丙基磺酸基和十八烷基硅胶整体柱用于核酸的电色谱分离以本发明的含丙基磺酸基和十八烷基硅胶整体柱为固定相，以9.75mM磷酸钠，3.25mM四丁基溴化氨，pH为6.5的缓冲液(已腈∶水＝65∶35，V∶V)为流动相，在15分钟内，利用电泳和疏水性的不同实现12种核酸的基线分离。
实施例7用溶胶-凝胶法制备含丙基磺酸基离子涂层和辛烷基毛细管开管柱取毛细管，依次用NaOH溶液，二次水，盐酸，二次水冲洗1h，后在通N2下120℃干燥3h，两端封口备用。0.8ml巯丙基三甲氧基硅烷，0.8ml辛基三甲氧基硅烷，1mL正硅酸甲酯，6mL乙醇，2mL pH 6.0醋酸液混合，冰浴下剧烈搅拌，待溶液混合成均匀的一相，灌入预先处理好的毛细管中，反应2h后，接气相色谱仪，用一定压力的氮气将未反应的溶胶吹出，在120℃老化8h。30％的双氧水用注射器压过毛细管，氧化时间为24h。用水冲洗后即可使用。
权利要求
1.一种含丙基磺酸基离子涂层的开管柱或硅胶整体柱，包括毛细管开管柱柱体或硅胶整体柱柱体及附着在开管柱内壁或硅胶整体柱表面的涂层，其特征在于所述涂层为含有丙基磺酸基的无机基质离子涂层，其结构表征如下式所示 R＝H， n＝0～17(SiO2)∞代表毛细管开管柱内壁或硅胶整体柱
2.权利要求1所述的开管柱或硅胶整体柱的制备方法，将正硅酸甲酯与巯丙基三甲氧基硅烷按体积比为1∶0.25～0.8的比例混合，加入0～5倍巯丙基三甲氧基硅烷摩尔量的烷基硅偶联剂；然后加入pH2～6的醋酸溶液和乙醇的混合液，其中醋酸溶液∶乙醇体积比为1∶3，于冰浴中搅拌水解制得溶胶；用该溶胶涂覆在开管柱内壁或硅胶整体柱表面后，经干燥、老化，而后再由氧化剂氧化得到丙基磺酸基涂层。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于氧化剂为双氧水溶液或高锰酸钾的水溶液。
4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于将氧化剂的水溶液通过开管柱或硅胶整体柱，使之氧化10h-24h。
5.权利要求1所述的开管柱或硅胶整体柱的制备方法，将巯丙基三甲氧基硅烷和无水甲苯按1∶3～8的体积比混合后，加入0～5倍巯丙基三甲氧基硅烷摩尔量的烷基硅偶联剂，尔后灌入开管柱或硅胶整体柱，两端封口，于100℃-120℃反应8h～12h后，经氧化剂氧化氧化得到丙基磺酸基涂层。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于氧化剂为双氧水溶液或高锰酸钾的水溶液。
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于将氧化剂的水溶液通过开管柱或硅胶整体柱，使之氧化10h-24h。
8.权利要求1所述的开管柱或硅胶整体柱在有机酸或中性、酸性、碱性物质的分离中应用。
全文摘要
一种含丙基磺酸基离子涂层的开管柱或硅胶整体柱，包括毛细管开管柱柱体或硅胶整体柱柱体及附着在开管柱内壁或硅胶整体柱表面的涂层，所述涂层为含有丙基磺酸基的无机基质离子涂层，其结构表征如化学式所示本发明含丙基磺酸基离子涂层开管柱或硅胶整体柱可用溶胶凝胶法和键合法来制备。所得开管柱和硅胶整体柱，能够提供较大的电渗流，并且其大小不受pH值影响。通过改变烷基偶联剂的链长以及和三甲氧基巯丙基硅烷的比例，亦可提供不同程度的疏水性。同时可克服已有该类开管柱或者整体柱中高聚物耐溶剂性能差的缺点，延长其使用寿命。以本发明为固定相，可利用电泳模式来分离有机酸，或者利用电泳模式和反向色谱模式协同作用来分离中性，酸性和碱性物质。
文档编号B01D15/08GK1490067SQ0312535
公开日2004年4月21日 申请日期2003年8月29日 优先权日2003年8月29日
发明者冯钰锜, 徐丽, 施治国, 达世禄, 冯钰 申请人:武汉大学