专利名称：一种混合模式毛细管开管色谱柱及其制备方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明属于色谱柱技术领域，具体涉及一种混合模式(反相模式-弱阴离子交换模式)毛细管开管色谱柱及其制备方法和用途。
背景技术：
随着毛细管电泳技术的日益发展以及液相色谱理论的逐渐进步，涌现出一种高效快速的微分离分析技术，即毛细管电色谱(CEC)技术。由于结合了电泳和色谱两种机制，这种技术同时拥有毛细管电泳的高效性和高效液相色谱的高选择性，因而成为一种新型的微柱分离方法。由于所有分离行为全是在毛细管内部完成的，毛细管柱的研究一直是一个热门领域，其修饰与改性一直是研究的重点。按照固定相在毛细管内的存在形式不同，毛细管电色谱可以分为三类开管柱电色谱、填充柱电色谱、整体柱电色谱。其中，开管柱由于制备方法简单，同时可以消除焦耳热效应、塞子效应和气泡效应等，而成为当前研究的热点。 1992年，El Rassi等通过引入带有轻基和季氨双官能团的化合物,制备了一种电渗流可调的表面改性毛细管柱。1995年，Westerlund等制备了一种内壁接氨基的石英毛细管柱，同样具备电渗流可调的性质，并用此柱子分离了系列脑啡肽。1996年，Colon等发表了类似的工作，其所得涂层在很低或很高的PH值下都非常稳定，其柱制备过程相对简单，并分离了肾上腺素对映异构体、三种碱性蛋白质和四种多肽。最近，人们将氨基类涂层开管柱的概念引入到毛细管整体柱的制备过程，并且进一步引申制得混合模式整体柱。2006年，丁国生等以正硅酸乙酯、氨丙基三乙氧基硅烷和辛基三乙氧基硅烷为反应共前躯体，采用溶胶-凝胶技术一步法制备了具有反相和弱阴离子交换作用的混合模式整体柱，分离了有机酸和中性化合物。同年,Hu等通过TE0S、巯丙基三乙氧基硅烷和苯基三乙氧基硅烷的一步水解-聚合法制备了混合模式整体柱，该整体柱表面的磺酸基团能够产生较强的阴极电渗流，同时苯基具有反相保留机理。但是到目前为止，关于混合模式毛细管开管色谱柱制备和应用的报道很少。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备简单、易于应用的混合模式毛细管开管色谱柱及其制备方法，并将其用于毛细管电色谱分离分析。本发明提供的混合模式毛细管开管色谱柱，其原理是通过不同种类硅源的水解、共聚制得溶胶，将溶胶灌入毛细管中与毛细管内壁键合，功能化的硅源一端是烷氧基团，其与毛细管内壁上的二氧化硅的硅羟基反应，另一端带有辛基、氨基等功能化基团，起分离作用。具体来说，本发明提供的混合模式毛细管开管色谱柱，其色谱柱内壁上的固定相同时具有可带正电荷的基团、可带负电荷的基团和不带电荷的疏水性基团三种功能性基团；开管色谱柱的基质材料可以为石英、玻璃、钢材或有机聚合物等。其中，所述的可带正电荷基团，可以是伯胺、仲胺或叔胺等可以接受质子而带正电荷的基团。
所述的可带负电荷基团，可以是羟基、巯基或磺酸基等可以失去质子而带负电荷的基团。所述的疏水性基团，可以是四个碳原子到十八个碳原子的长链碳或苯环类化合物。本发明提供的混合模式毛细管开管色谱柱的制备方法，是将硅源、功能化硅源和乙醇按不同比例配制成混合溶液，再加入少量的水及盐酸，固定温度下加热搅拌，制得溶胶；将该溶胶涂覆在开管柱内壁，制得开管色谱柱。具体步骤为
(1)溶胶的制备在25-60°(下，将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的盐酸，25-80 °(加热搅拌1_6 h，制得溶胶；待反应液冷却到室温后，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)，经超声处理1-5 min，即得最后的溶胶；
(2)开管电色谱柱的制备将上述溶胶通过一定压力(如2-5atm)灌入经清洗处理的毛细管中，室温放置5 min-12 h ;于100-160 °C温度下通氮气赶去未反应的溶胶；再在该温度下继续通氮气1-12 h，使反应完全，即得到所需的混合模式毛细管开管色谱柱。使用时取色谱柱长度50 cm左右即可(有效长度41 cm左右)。本发明中，毛细管的清洗处理步骤为将新购置的石英毛细管用I mol/L的氢氧化钠冲洗I h,用蒸懼水冲洗0.5 h,再用I mol/L的盐酸冲洗I h,最后用蒸懼水冲洗0. 5h，将毛细管置于气相色谱柱温箱中，在100-160 °C下通氮气干燥1-12 h。本发明中，所述硅源为正硅酸甲酯(TMOS)或正硅酸乙酯(TEOS)。本发明中，所述功能化硅源为辛基三乙氧基硅烷(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-巯基丙基三乙氧基硅烷(SH-TE0S)、3-巯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 )。本发明中，可以通过调节硅源、功能化硅源的比例来调节所述的毛细管开管色谱柱的电渗流的大小、色谱柱的分离性能。本发明中，可以通过调节电色谱所用流动相的pH值来调节所述的毛细管开管色谱柱的电渗流的大小和方向(图I)。本发明所得毛细管开管色谱柱可用于分离技术中，例如毛细管电色谱分离中性化合物、酸性化合物和碱性化合物等。其中，中性化合物的分离以多环芳烃(萘、联苯、蒽)和苯的同系物(甲苯、乙苯、丙苯、正丁苯)为例，色谱图见图2和图3 ;酸性化合物的分离以对甲苯磺酸、4-氨基苯磺酸、水杨酸、3，5-二硝基苯甲酸、邻苯二甲酸、苯甲酸、对氨基苯甲酸为例，其色谱图见图4 ;碱性化合物的分离以间硝基苯胺、I-萘胺、邻甲苯胺、邻苯二胺、对甲苯胺为例，其色谱图见图5。
图I为本发明的毛细管开管色谱柱的电渗流与pH的关系图。图2为本发明的毛细管开管色谱柱分离多环芳烃类化合物色谱图。图3为本发明的毛细管开管色谱柱分离苯的同系物色谱图。
图4为本发明的毛细管开管色谱柱分离酸性化合物的色谱图。图5为本发明的毛细管开管色谱柱分离碱性化合物的色谱图。
具体实施例方式实施例I开管色谱柱的制备及表征
依次用I mol/L的氢氧化钠、蒸馏水、I mol/L的盐酸、蒸馏水冲洗50微米内径的石英毛细管(54 cm长)各I h，120 °(下通氮气I h干燥毛细管。溶胶的制备将I mL TEOS和30 ML 2 mol/L HCl加入2 mL无水乙醇中，60 0C加热搅拌I h，冷却到室温后，在上述溶液中加入96 ML的C8-TE0S和96 ML的NH2-TE0S，超声I min,制得溶胶。
将该溶胶通过压力灌入上面处理过的石英毛细管中，室温放置10 min, 120 °C下通氮气赶去未反应的溶胶，120 °C继续通氮气I h使反应完全。采用北京彩陆科学仪器有限公司的CL1020高效毛细管电泳仪，在电色谱模式下，取上面制备的开管色谱柱，以不同pH值的缓冲溶液为流动相，20 X，+20 kV或者-20 kV,210 nm条件下，以硫服为电渗流标记物，得到电渗流和pH的关系图(图I)。电渗流大于零时表明电渗流是从阳极流向阴极，小于零时表明电渗流翻转，从阴极流向阳极。由于氨基和硅羟基同时存在于毛细管内壁，电渗流的大小和方向取决于在给定PH值下毛细管内壁氨基基团的质子化程度和硅羟基的电离度。在低pH值(〈5. 7)的情况下、毛细管内壁上的残余羟基不带电荷，氨基带正电荷，导致流动相带负电，因此电渗流小于零，从阴极流向阳极，所以通常负极进样。在高PH值(> 5. 7)时，毛细管内壁上的氨基不带电荷，羟基带负电荷，导致流动相带正电荷，电渗流大于零，从阳极流向阴极，所以通常正极进样。实施例2所得开管柱对中性化合物的分离分析
采用北京彩陆科学仪器有限公司的CL1020高效毛细管电泳仪，在电色谱模式下，取按照本发明实施例I制备的开管色谱柱41 cm (有效长度)，以20 mM pH 2. 6的醋酸-醋酸钠缓冲体系甲醇(80/20，v/v)为流动相，20 0C,-20 kV，210 nm条件下，硫脲、萘、联苯和蒽实现分离(图2)，其中色谱峰从左到右依次为硫脲、萘、联苯、蒽。在相同实验条件下甲苯、乙苯、丙苯、正丁苯也可实现分离(图3)，其中色谱峰从左到右依次为甲苯、乙苯、丙苯、正丁苯。实施例3所得开管柱对酸性化合物的分离分析
采用北京彩陆科学仪器有限公司的CL1020高效毛细管电泳仪，在电色谱模式下，取按照本发明实施实例I制备的开管色谱柱41 cm (有效长度)，以20 mM pH 3. 11的磷酸缓冲体系甲醇(50/50，v/v)为流动相，20 0C,-20 kV，210 nm条件下，可以实现对酸性化合物的分离(图4)，图中色谱峰从左到右依次为对甲基苯磺酸、对氨基苯磺酸、水杨酸、3，5-二硝基苯甲酸、4-硝基苯甲酸、苯甲酸、对氨基苯甲酸。实施例4所得开管柱对碱性化合物的分离分析
采用北京彩陆科学仪器有限公司的CL1020高效毛细管电泳仪，在电色谱模式下，取按照本发明实施实例I制备的开管电色谱柱41 cm(有效长度)，以20 mM的HAc:甲醇(70/30，v/v)为流动相，20 0C,-20 kV，210 nm条件下，可以实现对碱性化合物的分离(图5)，图中色谱峰从左到右依次为间硝基苯胺、I-萘胺、邻甲苯胺、邻苯二胺、 苯胺、对甲苯胺。
权利要求
1.一种混合模式毛细管开管色谱柱，其特征在于色谱柱内壁上的固定相同时具有可带正电荷的基团、可带负电荷的基团和不带电荷的疏水性基团三种功能性基团。
2.根据权利要求I所述的混合模式毛细管开管色谱柱，其特征在于开管色谱柱的基质材料为石英、玻璃、钢材或有机聚合物。
3.根据权利要求I所述的混合模式毛细管开管色谱柱，其特征在于所述的可带正电荷基团是伯胺、仲胺或叔胺接受质子而带正电的基团。
4.根据权利要求I所述的混合模式毛细管开管色谱柱，其特征在于所述的可带负电荷基团是羟基、巯基或磺酸基可以失去质子而带负电的基团。
5.根据权利要求I所述的混合模式毛细管开管色谱柱，其特征在于所述的疏水性基团是四个碳原子到十八个碳原子的长链碳或苯环类化合物。
6.如权利要求I所述的混合模式毛细管开管色谱柱的制备方法，其特征在于是将硅源、功能化硅源和乙醇按不同比例配制成混合溶液，再加入少量的水及盐酸，固定温度下加热搅拌，制得溶胶；再将该溶胶涂覆在开管柱内壁制得开管色谱柱，具体步骤为 (1)溶胶的制备在25-60°(下，将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的盐酸，25-80 °(加热搅拌1_6 h，制得溶胶；待反应液冷却到室温后，向其中加入40-600 功能化娃源,经超声处理1-5 min,即得最后的溶胶； (2)开管电色谱柱的制备将上述溶胶通过一定压力灌入经清洗处理的毛细管中，室温放置5 min-12 h ;于100-160 °C温度下通氮气赶去未反应的溶胶；再在该温度下继续通氮气1-12 h，使反应完全，即得到所需的混合模式毛细管开管色谱柱。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于所述硅源为正硅酸甲酯或正硅酸乙酯。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于所述功能化硅源为辛基三乙氧基硅烧、羊基二甲氧基娃烧、十八烧基二乙氧基娃烧、十八烧基二甲氧基娃烧、3_氛基丙基二乙氧基娃烧、3_氛基丙基二甲氧基娃烧、3_疏基丙基二乙氧基娃烧、3_疏基丙基二甲氧基娃烧、苯基丙基二乙氧基娃烧、苯基丙基二甲氧基娃烧。
9.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于通过调节硅源、功能化硅源的用量和比例来调节混合模式毛细管开管色谱柱的电渗流的大小、色谱柱的分离性能；通过调节电色谱所用流动相的PH值来调节混合模式毛细管开管色谱柱的电渗流的大小和方向。
10.如权利要求I所述的混合模式毛细管开管色谱柱在分离技术中的应用。
全文摘要
本发明属于色谱柱技术领域，具体为一种混合模式的毛细管开管色谱柱的制备方法和用途。本发明的毛细管开管色谱柱，其内壁上的固定相同时具有可带正电荷的基团、可带负电荷的基团和不带电荷的疏水性基团三种功能性基团。其制备方法是将硅源、功能化硅源和乙醇按不同比例配制成混合溶液，再加入少量的水及盐酸，固定温度下加热搅拌，制得溶胶；再将该溶胶涂覆在开管柱内壁制得所需色谱柱。通过改变合成原料配比等可以调节所得色谱柱的性能。所制备色谱柱的电渗流方向和大小可随流动相pH值的改变而改变。所得色谱柱可用于毛细管电色谱可分离芳香类化合物、酸性化合物和碱性化合物等。
文档编号B01D15/22GK102657952SQ20121015783
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月21日 优先权日2012年5月21日
发明者张祥民, 李伟红, 雷杰 申请人:复旦大学