专利名称：一种磁性填料色谱柱的制备装置和制备方法
一种磁性填料色谱柱的制备装置和制备方法
技术领域：
本发明涉及色谱柱技术领域，具体地说，是一种磁性填料色谱柱的制备装置和制
备方法。背景技术：
随着蛋白质组学研究不断深入，磁性材料在富集微量蛋白质和肽段的研究中得到 了广泛的应用。磁性材料主要是指由过度元素铁，钴，镍极其合金等能够直接或间接产生磁 性的物质。壳核磁性材料主要是指具有核/壳结构的复合纳米磁性材料兼有外壳层为绝缘 壳层(如Si02、Al203、C-S叫等)或半导体壳层(如Zn0等)复合材料和内核为磁性材料， 由于其结构和组成能够在nm纳米尺度上进行设计和剪裁，因而具有许多独特的光、电、磁、 催化等物理与化学性质。与传统的磷酸化肽段富集材料相比，磁性材料具有明显的优势。它 可以使需要分离的目的蛋白在含有固体悬浮物的初制样品中得以快速而简便的分离，最大 限度地保持目标分子的完整，蛋白质丢失少，对低丰度蛋白、极酸和极碱蛋白、小分子蛋白 都较敏感。因此目前磁性材料及以Fe304为核心的磁性纳米金属氧化物核壳材料在富集磷 酸化肽段中得到了广泛利用和飞速发展。因此，采用磁性材料或壳核磁性材料作为色谱固 定相基质，根据分离需求通过表面修饰制备成色谱固定相，可以集蛋白质与肽段的富集与 分离检测于一体，有很广阔的应用前景。 目前，色谱柱的制备方法主要有以下几种毛细管电色谱柱匀浆法、拉伸法和电 动填充法；液相色谱柱干法装填和湿法装填，即匀浆法；气相色谱柱气动法。
匀浆法将填料与一定体积的有机溶剂混合成均匀浆，在压力作用下将填料装入 毛细管(不锈钢管)，该方法优点是操作简单、设备要求低；但是对于小颗粒填料或过长的 色谱柱，由于反压大，不易填充。拉伸法是将硅胶装入到大内径的毛细管中，在用玻璃拉 伸仪于高温下将其拉伸至所需的内径，该方法的优点是无塞子，免去塞子的影响；但高温拉 伸时均匀性难以控制，且会破坏填料的键合基团。电动填充法是一种用高压电源代替高 压泵，在毛细管柱两端加高电压，利用固定相本身的电泳力来进行装填，在装填过程中可以 通过调节高压电压的高低来控制装置速度。该法的优点是填充较为均匀，一次可填多根，由 于没有反压，可以填充更长的色谱柱。干法装柱适用于气相色谱柱的装填和填料粒径大于 20 i！ m的液相色谱柱装填。通过加压法或者减压法等气动方法使填料在空气压力作用下进 装入色谱柱，或者通过振动或敲打的方法使填料进入色谱柱。但对于小粒径的填料，因静电 作用和表面能的加大，粒子间聚集严重，很难装出均匀而紧密的柱床。 而以上方法对于磁性填料的装填均不十分理想，对于小粒径的磁性材料尤其是磁 性纳米材料，使用匀浆法会有反压高，难于装填的缺点。使用气动法，即干法装柱，磁性材料 又易于发生团聚，难以形成均匀紧密的柱床。使用电填充的方法，由于磁性材料颗粒间的相 互排斥作用，使进入色谱柱内的颗粒无法均匀紧密的堆积。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种磁性填料色谱柱的制备装置和 制备方法。 本发明的构思为对于粒径较大(5 10 ii m)磁性或核壳磁性填料主要采用气动
法和匀浆法将其预填充在液相或气相色谱柱内，然后利用本发明电磁炮装柱装置将磁性材
料压实，从而使固定相均匀紧密。对于粒径较小(1 3i!m)甚至纳米级磁性或核壳结构磁
性材料，主要采用匀浆法和电动填充法将其预填充在毛细管电色谱柱内，然后利用本发明
电磁炮装柱装置将色谱柱压实。填充装置使用方便，结构简单，易于配置和操作；制备的磁
性填料的色谱柱固定相均匀、致密，色谱柱效高。 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的 —种磁性填料色谱柱的制备装置，为电磁炮装置，是一个电磁感应的电磁路系统，
由电源，电源开关，整流桥，电容，线圈和保护电路组成，如图1 。
主要组件和规格参数如下 电源220V交流； 电源开关最大载流15 30A ; 整流桥D1 D4四个晶体二极管最大载流15 20A ; 电容并联或串联电容若干；电容电压350 2000V ;电容总容量800 4000uF ;
线圈漆包铜线、线径大小0. 14 0.8mm、匝数500 3000匝；中空，用于放置柱管；
保护电路220V，40 100W的灯泡组件若干，或采用熔断丝； 按照图2将电子元器件组装成电磁感应的电磁路系统电源一保护电路一整流桥 —电容一电源开关一线圈； —种磁性填料色谱柱的制备方法，其具体步骤为
—、填料改性及柱管处理 (1)根据需要的分离性质，通过硅胶的水解-聚合反应对核壳磁性材料表面进行 改性；可以分别得到C18、M^、CN等表面键合官能团的分离介质，能够分别应用于反相色谱、 离子交换色谱等不同分离模式； (2)高效液相色谱柱选用内径为4 6mm，长度为150 250mm的不锈钢柱管；毛 细管电色谱柱选用内径为25 150iim，长度为10 40cm的毛细管；
(3)对于高效液相色谱柱的装填，在装填之前，必须对管内壁加以严格清洗；清洗 的步骤同一般的采用P m级填料的情况，不锈钢柱管用热NaOH水溶液抽洗4 5次，以除 去管内壁的油渍和污物，用水冲洗至中性，最后用丙酮、乙醚等有机溶剂冲洗2 3次，烘干 备用； (4)对于毛细管电色谱柱的装填，在装填之前，必须对内表面进行化学处理；按 照一般的其中毛细管内壁表面通过化学活化，活化过程为将毛细管柱依次用稀酸、稀碱冲 洗10 60分钟，用水洗至中性；取质量浓度为15%氢氟酸充入毛细管，两端封口后静置 0. 5 1. 5h，用水洗至中性，氮气或空气吹干备用； 所述的稀酸选自盐酸，硫酸或者硝酸中的一种，其中，盐酸浓度为0. lmol/L ;硫酸 浓度为0. lmol/L ;硝酸浓度为0. lmol/L ; 所述的稀碱选自氢氧化钠溶液或者氢氧化钾溶液中的一种，氢氧化钠溶液浓度为lmol/L ;氢氧化钾溶液浓度为lmol/L ; (5)高效液相色谱柱的柱头在装填前必须加入筛板，以保证填料被保留在柱内， 形成稳定的床层；筛板为不锈钢或高分子材料，筛板大小和柱管内径匹配，筛板的孔径在 10 500nm ; (6)电色谱柱在装填之前，必须在柱头附近烧塞子，以保证填料被保留在柱内，形 成稳定的床层； 二、磁性填料色谱柱的制备
(1)磁性填料预填充 色谱柱为玻璃或高分子材质，柱头预先装好筛板，该塞子只允许气体和填充液可 以自由通过，磁性填料无法通过； 对于粒径为5 20 ii m的磁性填料，采用气动、匀桨等装柱方法完成预填充；气动 法或匀浆法运用高压泵提供10 40MPa的压力，将磁性填料预装入色谱柱；
对于粒径为3nm 5 ii m或者是纳米尺寸的磁性填料，采用电动填充法完成预填 充；电动填充法是利用0 30KV高压电源代替高压泵，在毛细管柱两端加高电压，利用电渗 流及固定相本身的电泳力来进行预装填； (2)磁性填料色谱柱的制备1.将预先填充的色谱柱插入线圈中一2.电磁炮装柱 装置接入220V交流电一3.电流通过保护电路组件220V 40 100W — 4.整流桥Dl D4 作用交流变直流一5.电容C电容电压350 2000V ;电容总容量800 4000uF处于充电 状态一6.充电完毕断开电源一7.闭合电源闸刀K —8.电容放电一9.电流流过线圈产生 强磁场；此时磁性材料将在色谱柱内做弹射式移动，最终压实整个色谱柱，得到均匀致密的 色谱固定相，重复以上流程操作2 15次，每次操作时间，间隔2 7秒；如图3所示，电流 I流过线圈，色谱柱管内产生强大的磁场，磁场方向从S指向N，色谱柱内的磁性填料作为固 定相受到强大电磁场的作用开始向前做弹射运动，并最终将整个色谱柱填充压实；得到磁 性填料色谱柱。 与现有技术相比，本发明的积极效果是 本发明的磁性填料填充装置使用方便，结构简单，易于配置和操作；制备的磁性填 料的色谱柱固定相均匀、致密，色谱柱效高。
图1电磁炮装置示意图； 图2电磁炮装柱装置电路图； 图3电磁炮装置对磁性填料装填示意图。
具体实施方式
以下提供本发明一种磁性填料色谱柱的制备装置和制备方法的具体实施方式
。
实施例1 300mg SBF_Fe304-Si02-NH2核壳磁性材料，加入lmL甲醇，超声10min，电填充的方 法装入毛细管柱。将预填充的色谱柱放入漆包铜电磁线圈(1000匝)一接入220V交流，该 交流经过整流桥升压变成450V的直流给电容充电一电容C(选用450V，990uF)充电完毕，断掉220V电源一闭合电源开关K —电容C(选用450V，990uF)放电一电流经过漆包铜线圈 (半径0. 15mm，匝数1000匝)在色谱柱内产生强大磁场一色谱柱内预填充的磁性或壳核磁 性填料受到强外磁场作用产生加速运动，由色谱柱一端弹射像另一端。①重复上述电容充 放电过程10次，每次时间间隔3秒；②待线圈冷却重复①操作。经10分钟实验观察发现， 预填充的磁性或核壳结构磁性填料由最初分散状态，成为结构密度均匀的固定相基质。
本发明的磁性填料填充装置使用方便，结构简单，易于配置和操作；制备的磁性填 料的色谱柱固定相均匀、致密，色谱柱效高。 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为 本发明的保护范围内。
权利要求
一种磁性填料色谱柱的制备装置，其特征在于，其为电磁炮装置，由电源，电源开关，整流桥，电容，线圈和保护电路组成，将电子元器件组装成电磁感应的电磁路系统电源→保护电路→整流桥→电容→电源开关→线圈。
2. 如权利要求1所述的一种磁性填料色谱柱的制备装置，其特征在于，所述的电磁炮装置组件和规格参数如下电源220V交流；电源开关最大载流15 30A ;整流桥D1 D4四个晶体二极管最大载流15 20A ;电容并联或串联电容若干；电容电压350 2000V ;电容总容量800 4000uF ;线圈漆包铜线、线径大小0. 14 0. 8mm、匝数500 3000匝；中空，用于放置柱管；保护电路220V，40 100W的灯泡组件若干，或采用熔断丝。
3. —种磁性填料色谱柱的制备方法，其特征在于，具体步骤为(1) 磁性填料预填充色谱柱为玻璃或高分子材质，柱头预先装好筛板，该塞子只允许气体和填充液自由通过，磁性填料无法通过；对于粒径为5 20ym的磁性填料，采用气动、匀浆装柱方法完成预填充；对于粒径为3nm 5 ii m或者是纳米尺寸的磁性填料，采用电动填充法完成预填充；(2) 磁性填料色谱柱的制备1.将预先填充的色谱柱插入线圈中一2.电磁炮装柱装置接入220V交流电一3.电流通过保护电路组件220V 40 100W — 4.整流桥Dl D4作用交流变直流一5.电容C电容电压350 2000V ;电容总容量800 4000uF处于充电状态—6.充电完毕断开电源一7.闭合电源闸刀K —8.电容放电一9.电流流过线圈产生强磁场；此时磁性材料将在色谱柱内做弹射式移动，最终压实整个色谱柱，得到均匀致密的色谱固定相，重复以上流程操作2 15次，每次操作时间，间隔2 7秒；电流I流过线圈，色谱柱管内产生强大的磁场，磁场方向从S指向N，色谱柱内的磁性填料作为固定相受到强大电磁场的作用开始向前做弹射运动，并最终将整个色谱柱填充压实；得到磁性填料色谱柱。
4. 如权利要求3所述的一种磁性填料色谱柱的制备方法，其特征在于，所述的气动法或匀桨法运用高压泵提供10 40MPa的压力，将磁性填料预装入色谱柱。
5. 如权利要求3所述的一种磁性填料色谱柱的制备方法，其特征在于，所述的电动填充法是利用0 30KV高压电源代替高压泵，在毛细管柱两端加高电压，利用电渗流及固定相本身的电泳力来进行预装填。
6. —种磁性填料色谱柱在气相色谱、液相色谱和毛细管电色谱领域中的应用。
全文摘要
本发明涉及一种磁性填料色谱柱的制备装置及制备方法，采用磁性材料或壳核结构磁性材料作为色谱固定相基质，通过表面修饰制备成色谱固定相，可用于毛细管电色谱、液相色谱或气相色谱分离；对于粒径较大的填料，采用气动、匀浆等装柱方法完成装柱后，进一步采用本发明中设计的电磁炮装置进行压实；对于粒径较小，甚至纳米粒径的固定相，采用电填充方法完成装填后，进一步采用电磁炮装置压实。本发明的优点填充装置使用方便，结构简单，易于配置和操作；制备的磁性填料的色谱柱固定相均匀、致密，色谱柱效高。
文档编号B01D15/10GK101721840SQ20091020121
公开日2010年6月9日 申请日期2009年12月16日 优先权日2009年12月16日
发明者张凌怡, 张维冰, 朱亚仙, 雷雯, 马飞 申请人:华东理工大学