专利名称：硅胶基质色谱填料的制作方法
技术领域：
本发明涉及高效液相色谱用硅胶填料的制备方法。具体而言，是采 用气固相化学键合反应对反相键合相硅胶填料进行惰性化处理，从而消 除或降低碱性化合物在硅胶基质固定相上的拖尾现象，提高色谱分离的 柱效和分离度。
背景技术：
高效液相色谱(HPLC)是利用化合物在流动相和固定相之间的分配 系数的差异对多组分样品进行分离的技术。自从上世纪七十年代问世以 来，HPLC方法以快速、高效、易于实现操作自动化和高通量样品处理的 特点，在化学、制药、临床、生物、环境、质检等领域获得广泛应用， 是目前痕量分析、过程控制、制备分离纯化等技术领域中最主要的手段。 根据固定相和流动相的性质不同，可以将HPLC方法分为正相和反相色谱 两大类。在正相色谱中，固定相为具有极性官能团的多孔介质而流动相 为非极性溶剂如正己烷。反相色谱使用非极性表面的固相载体为固定相 和极性的水溶液等溶剂为流动相。据统计，目前大约有80y。的HPLC分离 是在反相色谱模式下进行的。烷基键合相硅胶是应用最广泛的一类反相高效液相色谱填料。通常 情况下，化学改性后的烷基硅胶表面仍然残存大量的硅羟基，可以与碱 性化合物中的碱性基团发生静电相互作用，导致谱峰拖尾，峰展宽，保 留时间延长，甚至产生不可逆的吸附保留，限制了色谱方法在碱性化合 物分离分析中的应用。为了解决碱性化合物的拖尾问题，通常需要对烷 基键合相硅胶填料进行惰性化处理，即端基封尾。目前端基封尾主要釆 用液相反应法、气固相反应法和超临界流体法。传统液相反应法以甲苯等有机溶剂为反应介质，以三甲基氯硅烷为封端试剂，在加热条件下对 烷基键合硅胶进行处理。该法消耗溶剂多且反应耗时长，后处理繁瑣， 且批次间重复性较差。传统气固相反应法釆用三甲基氯硅烷等封端试 剂，对置于安培瓶中的键合硅胶进行加热，利用封端试剂的蒸汽与硅胶 表面的硅羟基的反应，对填料进行惰性化处理。这一方法的缺点是操作 不便，难于放大。由于在安培瓶中不能对反应物搅拌，导致表面反应不 均匀，惰性化处理的效果不佳。超临界流体法是采用液体二氧化碳为反 应介质，在高温高压的条件下，对键合硅胶进行惰性化处理。该法使用 的装置成本高，操作不便，与传统液相法相比，其封尾效果改善不明显， 不能满足制药等行业对高惰性反相键合硅胶色谱填料的需求。我们在研究气固相反应方法应用于键合硅胶惰性化处理的过程中发 现，将键合相硅胶和封端试剂混合后，置于高压釜中，在惰性气体气氛 中对反应物进行高温处理，可以方便地获得对碱性化合物具有高惰性的 反相色谱填料。与上述传统方法相比，本方法具有操作安全简便，反应 耗时短，封端反应完全，易于放大生产等优势。更为重要的是，本方法 完全排除了有机溶剂或者超临界流体等反应介质，不仅简化了产品的后 处理，降低了色谱填料的生产成本，而且有利于降低劳动强度，改善环 境质量，因此，为色谱填料的生产开辟了一条节能降耗，环境友好的绿 色途径。发明内容本发明的目的在于提供化学键合相硅胶色谱填料的制备方法，以获 得对碱性化合物具有高惰性的垸基反相高效液相色谱硅胶填料并且具 有良好的批次间的制备重复性。为了实现上述目的，本发明采用下述制备技术方案首先将硅胶基 质进行酸化预处理，然后利用合适的硅烷试剂，釆用液相反应法对已酸化预处理的硅胶进行表面烷基化处理，将制备好的干燥烷基反相硅胶填 料转移到一定容积的高压釜中，加入一定量的硅烷封端试剂，密封高压 釜，充入惰性气体，在适当的温度下反应数小时，反应结束后，取出并 洗涤干燥反应产物，最终得惰性化处理过的烷基反相高效液相色谱硅胶 填料。上述制备方法的具体搡作步骤如下硅胶基质的预处理称取一定量球形或无定型硅胶，放入三口烧瓶中，安装冷凝管，加入一定量的ioy。盐酸，机械搅拌下加热回流i2h,用去离子水反复洗涤至滤液呈中性，得到表面富含羟基的硅胶基质。烷基键合相硅胶的制备称取一定量预处理过的硅胶，9(TC真空干 燥12h,冷却后置入三口瓶中，安装冷凝管和干燥管，加入干燥甲苯、 三乙胺、烷基硅烷试剂，机械搅拌条件下，通入干燥氮气并加热至甲苯 回流，11(TC恒温反应8h，停止反应，依次用甲苯、甲醇、甲醇-水(l:l， v/v)、甲醇、丙酮洗涤，6(TC真空干燥12h。烷基键合相硅胶的惰性化处理称取一定量的烷基键合相硅胶填 料，置于一定容积的高压釜中，加入一定量的小分子硅烷试剂，混合均 勻，密封高压釜，通入干燥惰性气体，搅拌下将反应釜升温到100-350 x:之间，反应进行O. 5-10h,停止加热，待反应体系冷却至室温，将惰 性化处理过的烷基键合相硅胶取出，依次用甲醇-水(l:l, v/v)、丙酮 洗涤，真空6(TC下干燥12h。本发明所用的硅胶基质是带有羟基的多孔、耐压、粒度均匀分布的 颗粒，可以是无定型的、球型的硅胶，其表面积在50 - 500 mVg,颗粒 直径在2-50 ym。所用的烷基硅烷试剂中碳链长度在"-C,。之间，而最 好是C「ds。烷基硅烷试剂与硅羟基反应的官能团为氯或烷氧基，反应官能团数量可以从l个变化到3个。烷基键合相硅胶惰性化处理所用封端试剂为小分子低沸点硅烷化试剂，如三甲基氯硅烷(TMCS)、六甲基二 硅氮烷(腹DS)、六甲基环三硅氧烷(D3)、 二甲基二氯硅烷(DMDCS)、 一 甲基三氯硅烷(MTCS)、八甲基环四硅氧烷(D》、十甲基环五硅氧烷(05) 等。按上述本发明的制备路线，首先对硅胶基质进行酸化，传统有机溶 剂法制备化学键合烷基反相高效液相色谱硅胶填料，然后釆用高压釜反 应装置，在一定温度下，以气化了的小分子硅烷试剂本身作为化学键合 反应试剂，通过扩散-表面吸附-表面化学键合反应-解吸过程的气固 相反应历程，与垸基键合相硅胶表面的残余硅羟基发生化合作用，得到 对碱性化合物不具反应活性的惰性烷基化键合相硅胶填料。按照本发 明，高压釜中气固相反应法具有反应耗时短，不需要消耗大量昂贵且具 有污染性的有机溶剂，处理量大，操作安全可靠，后处理工作简单，批 次间制备重复性好等优点。惰性化处理过的反相烷基键合色谱固定相具有较高的惰性，其对混 合物尿嘧啶-吡啶-苯酚色谱分离分析较之未惰性化处理前烷基化键 合相硅胶填料相比，吡啶的峰形和保留时间得到明显改善，说明其有效 地弱化了碱性物质与色谱固定相残存硅羟基间的相互作用。在合适的色 谱条件下，惰性化处理过的反相烷基键合色谱固定相可有效地用于酸 性、中性和碱性化合物的分离分析。
图l是实施例2中未经惰性化处理十八烷基硅胶色谱固定相对尿嘧 啶-吡啶-苯酚分离色谱图；l代表尿嘧啶，2代表吡啶，3代表苯酚；图2是实施例3中惰性化处理十八烷基硅胶色谱固定相对尿嘧啶-吡嚏-苯酚分离色谱图；l代表尿嘧啶，2代表吡啶，3代表苯酚；图3是实施例4中惰性化处理十八烷基硅胶色谱固定相对吡P定-苯酚-苯甲酸-对甲苯甲酸分离色谱图；1代表吡P定，2代表苯酚，3代表 苯甲酸，4代表对甲苯甲酸；具体实施方式
下面通过实施例对本发明的技术给予进一步的说明。 实施例l称取20. (^球形硅胶(8&861^116@311,粒径5 nm，比表面积250 m2/g, 孔径100A)，放入到三口瓶中，安装冷凝管，加入200 ml 10%盐酸水溶 液，105'C机械搅拌回流12h,用去离子水反复洗涤至滤液呈中性，9(TC 真空干燥12h。称取预处理过的干燥球形硅胶IO. 0 g,置入三口瓶中，安装冷凝管 和干燥管，加入脱水甲苯(活化分子筛处理12h以上)100ml、三乙胺lml、 十八烷基三甲氧基硅烷5ml，机械搅拌条件下，通入干燥氮气并加热至 甲苯回流，11(TC恒温反应6h,停止反应，依次用甲苯、甲醇、甲醇-水 (1:1, v/v)、甲醇、丙酮洗涤，6(TC真空干燥12h,得十八烷基键合相 硅胶色谱填料(ODS)。称取6. Og的干燥十八烷基键合相硅胶，置入250 ml的高压釜中，然 后加入5ml六甲基二硅氮烷(HMDS),搅拌均匀，密封高压釜，通入干燥 氮气，将反应釜升温到25(TC，反应3h,停止加热，冷却至室温，依次 用甲醇-水，丙酮洗涤，6(TC真空干燥12h,得惰性化十八烷基反相垸基 高效液相色谱硅胶填料。实施例2用实施例l制备的未经惰性化处理十八烷基反相色谱硅胶填料，匀浆法填充于150x4. 6 mm I.D.不锈钢柱管中。所得色谱柱用于分离混合 物样品。图1为其分离分析评价十八烷基反相色谱固定相常用混合物， 即1尿嘧啶、2吡啶、3苯酚的色谱图，色谱条件如下流动相，甲醇 水=45: 55 (v/v);流速，1 ml/min;柱温，25°C;检测波长，UV254 nm。实施例3用实施例l制备的高惰性化十八烷基反相硅胶色谱填料，勻浆法填 充于150x4. 6mm I.D.不锈钢柱中。所得色谱柱用于分离混合物样品。 图2其分离分析为评价十八烷基反相色谱固定相常用混合物，即1尿嘧 p定、2吡p定、3苯酴的色谱图，色谱条件如下流动相，甲醇水 =45:55 (v/v);流速，1 ml/min;柱温，25°C;检测波长，UV254nm。实施例4用实施例3制备的色谱柱，分离了1吡啶、2苯酚、3苯甲酸、4对甲 苯甲酸混合物，图3为其色谱图，色谱条件如下流动相，甲醇20mmol/L 磷酸氢二钠(磷酸调pH7. 5)=65:35 (v/v)，流速，lml/min;柱温，25°C; 检测波长，UV254 nm。
权利要求
1、一种惰性烷基反相硅胶色谱填料的制备方法，其特征在于包括下述步骤步骤一硅胶基质颗粒的酸化预处理，得到表面带有羟基的硅胶颗粒；步骤二硅胶基质颗粒的烷基化，利用相应烷基硅烷试剂，采用液相反应法对酸化预处理过的带有羟基的硅胶颗粒进行表面烷基化处理，得到烷基反相硅胶填料；步骤三硅胶基质烷基化填料的惰性化处理，把制备好的干燥烷基反相硅胶填料放在一定容积的高压釜中，加入一定量的硅烷封端试剂，密封高压釜，在惰性气体气氛中进行封端反应，得到对碱性化合物具有高惰性的烷基反相硅胶液相色谱填料。
2、 根据权利要求1所述的一种惰性烷基反相硅胶色谱填料的制备方法， 其特征在于所述硅胶基质颗粒可以是无定型的及球型的硅胶。
3、 根据权利要求1所述的一种惰性烷基反相硅胶色谱填料的制备方法， 其特征在于所述硅胶基质颗粒的粒径范围可以从2 )um到50 (im。
4、 根据权利要求1所述的一种惰性烷基反相硅胶色谱填料的制备方法， 其特征在于所述硅胶基质颗粒的比表面积可以从50mVg到500mVg。
5、 根据权利要求1或2所述的一种惰性烷基反相硅胶色谱填料的制备方 法，其特征在于，所述颗粒进行酸化预处理，是将一定量的10%的盐酸溶液 加入到硅胶基质颗粒中，在三口瓶中105。C机械搅拌下回流12h,用去离子水 反复洗涤至滤液呈中性，得到表面羟基均匀分布的高纯硅胶。
6、 根据权利要求1所述的一种惰性烷基反相硅胶色谱填料的制备方法， 其特征在于，所述表面烷基化处理，烷基硅烷试剂是含烷基链的单、双或三 官能团的化合物。
7、 根据权利要求1所述的一种惰性烷基反相硅胶色谱填料的制备方法， 其特征在于，所述表面烷基化处理，烷基硅烷试剂中碳链长度可以从G变化到C4。。
8、 根据权利要求1所述的一种惰性烷基反相硅胶色谱填料的制备方法， 其特征在于，所用的封端反应装置为具有温度控制的高压釜，反应器的容积 可以从IO mL变化到10000 mL,温度控制范围为室温到350°C。
9、 根据权利要求1所述的一种惰性烷基反相硅胶色谱填料的制备方法， 其特征在于，反相硅胶的封端反应在惰性气体中进行，惰性气体至少是以下 气体中的一种氮气、氢气、氦气、氖气、氩气、氪气、氤气、氡气。
10、 根据权利要求1所述的一种惰性烷基反相硅胶色谱填料的制备方法, 其特征在于，置于高压釜中的反相烷基硅胶的封端反应是在搅拌条件下进行 的。
11、 根据权利要求1所述的一种惰性烷基反相硅胶色谱填料的制备方法， 其特征在于，反相烷基硅胶惰性化处理所用试剂为小分子低沸点硅烷化试剂， 至少是以下试剂中的一种三甲基氯硅烷、六甲基二硅氮烷、六甲基环三硅 氧烷、二甲基二氯硅烷、 一甲基三氯硅烷、八甲基环四硅氧烷、十甲基环五 硅氧烷。
12、 根据权利要求1所述的一种惰性烷基反相硅胶色谱填料的制备方法, 其特征在于，所用惰性化烷基反相硅胶填料化学键合相的反应是气固相化学 反应。
全文摘要
本发明涉及一种惰性烷基反相硅胶色谱填料的制备方法，属于高效液相色谱技术领域。本发明包括下述步骤步骤一硅胶基质颗粒的酸化预处理，得到表面带有羟基的硅胶颗粒；步骤二硅胶基质颗粒的烷基化，利用相应烷基硅烷试剂，采用液相反应法对酸化预处理过的带有羟基的硅胶颗粒进行表面烷基化处理，得到烷基反相硅胶填料；步骤三硅胶基质烷基化填料的惰性化处理，把制备好的干燥烷基反相硅胶填料放在一定容积的高压釜中，加入一定量的硅烷封端试剂，密封高压釜，在惰性气体气氛中进行封端反应，得到对碱性化合物具有高惰性的烷基反相硅胶液相色谱填料。在合适的色谱条件下，本发明制得的填料可有效地用于酸性、中性和碱性化合物的分离分析。
文档编号B01J20/281GK101234337SQ20071015017
公开日2008年8月6日 申请日期2007年11月14日 优先权日2007年11月14日
发明者万谦宏, 郭志强, 磊 陈 申请人:天津大学