一种功能化碳纳米管整体柱的制备方法与流程

本发明涉及高效液相色谱整体柱的制备方法，具体地说是一种功能化碳纳米管整体柱的制备方法。

背景技术：

近年来，随着生命科学、环境科学、医药卫生和化学化工等学科领域的迅猛发展，生物样品分析、分离和纯化技术的开发和研究成为科研技术人员研究的热点。其中高效液相色谱是一种分离样品的非常重要的方法，而色谱柱是整个液相色谱系统的核心，于是，科研工作者将高柱效、高灵敏度、高通量和快速高效分离等性能作为了开发色谱柱的关键。

整体柱是由单体、引发剂、致孔剂等混合物通过原位聚合制备而成的一个棒状整体分离柱。整体柱作为近年来迅速发展的新型色谱分离介质，其具有渗透性高、机械强度高、传质速度快和易于改性等优点，已经得到越来越多的应用，目前已有部分整体柱实现了商品化。从理论上讲，在制备过程中，研发人员可通过选择不同的单体或对整体柱表面进行修饰获得各种类型的整体柱，以满足液相色谱和电色谱的高选择性要求。但事实上，在具体研发的过程中，其单体、引发剂、制孔剂等各原料的选择及其配比稍有不适，其得到的整体柱就可能会出现颗粒堆积结构，孔径范围分布广，内部结构不均一，很难实现床层孔结构均匀一致，而且柱效低、多应用于生物样品大分子物质的分离，分离时间长，分离效率低，很难实现小分子物质的分离分析。因此，寻求性能更为优异的新的整体柱，制备出结构均匀、能够快速高效分离小分子物质、柱效高、分离时间短的整体柱是整个行业内研究的重点，也是整体柱性能发展的趋势。

技术实现要素：

本发明的目的就是提供一种功能化碳纳米管整体柱的制备方法，以解决现有整体柱结构不均匀、柱效低、分离时间长、无法分离小分子物质的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种功能化碳纳米管整体柱的制备方法，包括以下步骤：

将羟基化多壁碳纳米管、辛烯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯、致孔剂和过氧化苯甲酰混合，超声分散均匀后，再加入N,N-二甲基苯胺，充分混合，得聚合物；将所述聚合物倾入不锈钢色谱柱管中，30℃反应3h，在不锈钢色谱柱管的两端安装上色谱柱柱头，然后连接于高压输液泵上，用甲醇流动相冲洗柱管中的聚合物，即得功能化碳纳米管整体柱；

所述羟基化多壁碳纳米管、辛烯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯、致孔剂、过氧化苯甲酰与N,N-二甲基苯胺的质量体积比为：0.1-0.6mg:0.51mL:0.48mL:0.51 mL:30mg: 300μL。

优选地，羟基化多壁碳纳米管、辛烯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯、致孔剂、过氧化苯甲酰与N,N-二甲基苯胺的质量体积比为：0.35-0.55mg:0.51mL:0.48mL:0.51mL: 30mg: 300μL。

更优选地，羟基化多壁碳纳米管、辛烯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯、致孔剂、过氧化苯甲酰与N,N-二甲基苯胺的质量体积比为：0.55mg:0.51mL:0.48mL:0.51mL: 30mg: 300μL。

所述致孔剂为正丙醇和十二醇按体积比为1-10:1组成的混合物；优选地所述正丙醇和十二醇的体积比为2.4-10:1，更优选2.4:1。

所述不锈钢色谱柱管的柱长为50 mm，内径为4.6 mm。

本发明的创新之处在于通过选择了特定的羟基化多壁碳纳米管、辛烯、特定交联剂、致孔剂等原料以及特定原料的配比及制备工艺条件，使羟基化多壁碳纳米管以包埋共聚的方式嵌入聚合物整体柱中，使得最终制备的整体柱具有骨架稳定、孔径均匀、渗透性强、柱效高、能够快速高效分离小分子物质等优异性能，扩展了整体柱的应用领域。此外，本发明提供的整体柱的制备工艺条件简单、易于实现、重现性好、低耗能、操作应用便捷，成本低，适于在生物样品的分离分析中推广应用。

附图说明

图1是实施例1制备的整体柱的内部形貌SEM图。

图2是对比例1制备的整体柱的内部形貌SEM图。

图3是实施例1制备的整体柱在分离六种苯系混合物的色谱分离图。

图4是对比例1制备的整体柱在分离六种苯系混合物的色谱分离图。

图5是对比例2制备的整体柱在分离六种苯系混合物的色谱分离图。

图6是对比例3制备的整体柱在分离六种苯系混合物的色谱分离图。

具体实施方式

下面实施例用于进一步详细说明本发明，但不以任何形式限制本发明。

实施例1

将0.55mg的羟基化多壁碳纳米管、0.51mL辛烯、0.48mL三乙二醇二甲基丙烯酸酯、0.15mL十二醇、0.36mL正丙醇和30mg的过氧化苯甲酰混合，超声分散均匀后，再加入300μL的N,N-二甲基苯胺，充分混合，得聚合物；将所述聚合物倾入50 mm×4.6 mm I.D.的不锈钢色谱柱管中，30℃反应3h，在不锈钢色谱柱管的两端安装上色谱柱柱头，然后连接于高压输液泵上，用甲醇做流动相，流速为1mL/min压力为0.5Mpa，冲洗柱管中的聚合物90min，即得功能化碳纳米管整体柱。

实施例2

将0.10mg的羟基化多壁碳纳米管、0.51mL辛烯、0.48mL三乙二醇二甲基丙烯酸酯、0.15mL十二醇、0.36mL正丙醇和30mg的过氧化苯甲酰混合，超声分散均匀后，再加入300μL的N,N-二甲基苯胺，充分混合，得聚合物；将所述聚合物倾入50 mm×4.6 mm I.D.的不锈钢色谱柱管中，30℃反应3h，在不锈钢色谱柱管的两端安装上色谱柱柱头，然后连接于高压输液泵上，用甲醇做流动相，流速为1mL/min，冲洗柱管中的聚合物90min，即得功能化碳纳米管整体柱。

实施例3

将0.35mg的羟基化多壁碳纳米管、0.51mL辛烯、0.48mL三乙二醇二甲基丙烯酸酯、0.15mL十二醇、0.36mL正丙醇和30mg的过氧化苯甲酰混合，超声分散均匀后，再加入300μL的N,N-二甲基苯胺，充分混合，得聚合物；将所述聚合物倾入50 mm×4.6 mm I.D.的不锈钢色谱柱管中，30℃反应3h，在不锈钢色谱柱管的两端安装上色谱柱柱头，然后连接于高压输液泵上，用甲醇做流动相，流速为1mL/min，冲洗柱管中的聚合物90min，即得功能化碳纳米管整体柱。

实施例4

将0.6mg的羟基化多壁碳纳米管、0.51mL辛烯、0.48mL三乙二醇二甲基丙烯酸酯、0.15mL十二醇、0.36mL正丙醇和30mg的过氧化苯甲酰混合，超声分散均匀后，再加入300μL的N,N-二甲基苯胺，充分混合，得聚合物；将所述聚合物倾入50 mm×4.6 mm I.D.的不锈钢色谱柱管中，30℃反应3h，在不锈钢色谱柱管的两端安装上色谱柱柱头，然后连接于高压输液泵上，用甲醇做流动相，流速为1mL/min，冲洗柱管中的聚合物90min，即得功能化碳纳米管整体柱。

对比例1

将0.51mL辛烯、0.48mL三乙二醇二甲基丙烯酸酯、0.15mL十二醇、0.36mL正丙醇和30mg的过氧化苯甲酰混合，超声分散均匀后，再加入300μL的N,N-二甲基苯胺，充分混合，得聚合物；将所述聚合物倾入50 mm×4.6 mm I.D.的不锈钢色谱柱管中，30℃反应3h，在不锈钢色谱柱管的两端安装上色谱柱柱头，然后连接于高压输液泵上，用甲醇做流动相，流速为1mL/min，冲洗柱管中的聚合物90min，即得整体柱。

对比例2

（1）将0.55mg羟基化多壁碳纳米管、0.3mL辛烯、0.4mL三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、0.1mL乙二醇二甲基丙烯酸脂，0.38mL十二醇、0.08mL正丙醇和25mg过氧化苯甲酰混合，超声分散均匀后，再加入150μL的N,N-二甲基苯胺，并充分混合，将混合液倾入50 mm×4.6 mm I.D.的不锈钢色谱柱管中，在30℃下反应3h，在不锈钢色谱柱管的两端安装上色谱柱柱头，然后连接于高压输液泵上，用甲醇做流动相，流速为1mL/min，冲洗柱管中的聚合物90min，即得整体柱A。

（2）与（1）类似在同等条件下，不加羟基化多壁碳纳米管，0.3mL辛烯、0.4mL三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、0.1mL乙二醇二甲基丙烯酸脂，0.38mL十二醇、0.08mL正丙醇和25mg过氧化苯甲酰混合，超声分散均匀后，再加入150μL的N,N-二甲基苯胺，并充分混合，将混合液倾入50 mm×4.6 mm I.D.的不锈钢色谱柱管中，在30℃下反应3h，在不锈钢色谱柱管的两端安装上色谱柱柱头，然后连接于高压输液泵上，用甲醇做流动相流速为1mL/min，冲洗柱管中的聚合物90min，即得整体柱B。

对比例3

（1）将0.55mg羟基化多壁碳纳米管、0.51mL十四烯、0.48mL 三乙二醇二甲基丙烯酸酯、0.15mL十二醇、0.36mL正丙醇和30mg过氧化苯甲酰混合，超声分散均匀后，再加入300μL的N,N-二甲基苯胺，并充分混合，将混合液倾入50 mm×4.6 mm I.D.的不锈钢色谱柱管中， 30℃反应3h，在不锈钢色谱柱管的两端安装上色谱柱柱头，然后连接于高压输液泵上，用甲醇做流动相，流速为1mL/min，冲洗柱管中的聚合物90min，即得整体柱C。

（2）与（1）类似在同等条件下，不加入羟基化多壁碳纳米管，然后0.51mL十四烯、0.48mL 三乙二醇二甲基丙烯酸酯、0.15mL十二醇、0.36mL正丙醇和30mg过氧化苯甲酰混合，超声分散均匀后，再加入300μL的N,N-二甲基苯胺，并充分混合，将混合液倾入50 mm×4.6 mm I.D.的不锈钢色谱柱管中， 30℃反应3h，在不锈钢色谱柱管的两端安装上色谱柱柱头，然后连接于高压输液泵上，用用甲醇做流动相，流速为1mL/min，冲洗柱管中的聚合物90min，即得整体柱D。

对比例4

将0.55mg羟基化多壁碳纳米管、0.51mL辛烯、0.48mL 三乙二醇二甲基丙烯酸酯、0.15mL十二醇、0.36mL正丙醇和30mg过氧化苯甲酰混合，超声分散均匀后，再加入300μL的N,N-二甲基苯胺，并充分混合，将混合液倾入25cm×250μm i.d.的毛细管中， 30℃反应3h，然后连接于加压毛细管电色谱，所得碳纳米管整体柱连接上加压毛细管电色谱，然后用乙腈和水做流动相，当流动相是100％乙腈，加压毛细管电色谱的流速设置为0.05mL/min时压力为17.5Mpa，压力过大且流动相无法从整体柱内流出，无法继续进行下一步实验。

根据本领域的常规技术手段，本发明通过改变原料中各组分的比例，来调节压力过大现象，如通过改变以下方式中一种或多种，即将三乙二醇二甲基丙烯酸酯的含量改为0.36mL、将正丙醇的含量改为0.26mL、将辛烯的含量改为0.38mL，在同样的实验条件下，仍然发现压力过大且流动相无法从整体柱内流出，无法继续进行下一步实验。

实施例5整体柱柱内材料结构的电镜扫描实验。

对实施例1和对比例1制备的整体柱的柱管内材料结构进行电镜扫描，其扫描结果如图1和图2所示。图1为实施例1制备的整体柱内材料的SEM图，从图中可以很清晰的看出本发明制备的整体柱内的材料孔径大、骨架更为均匀，而图2中孔径相对较小。

实施例6 本发明制备的整体柱以及对比例制备的整体柱分离样品的应用

（1）将实施例1制备的整体柱连接到高效液相色谱仪上，其色谱条件为：流动相为65%乙腈35%水溶液，流速为1 mL/min，检测波长为254 nm，进样量：10μL，以6种苯系混合物（间苯二酚，苯，氯苯，萘，芴和蒽）为测试样品。

实验结果：其色谱分离谱图如图3，图中其出峰顺序依次为：1、间苯二酚；2、苯；3、氯苯；4、萘；5、芴；6、蒽。

（2）将对比例1制备的整体柱连接到高效液相色谱仪上，其色谱条件为：流动相为53%乙腈47%水溶液，流速为1 mL/min，检测波长为254 nm，进样量：10μL，以6种苯系混合物（间苯二酚，苯，氯苯，萘，芴和蒽）为测试样品。

实验结果：其色谱分离谱图如图4，图中出峰顺序依次为：1、间苯二酚；2、苯；3、氯苯；4、萘；5、芴；6、蒽。

（3）将对比例2制备的加羟基化多壁碳纳米管和不加羟基化多壁碳纳米管整体柱分别连接到高效液相色谱仪上，其色谱条件都为：流动相为50%乙腈50%水溶液，流速为1 mL/min，检测波长为254 nm，进样量：10μL，以6种苯系混合物（间苯二酚，苯，氯苯，萘，芴和蒽）为测试样品。

实验结果：其色谱分离谱图如图5，其出峰顺序依次为：1、间苯二酚；2、苯；3、氯苯；4、萘；5、芴；6、蒽。

（4）将对比例3制备的加羟基化多壁碳纳米管和不加羟基化多壁碳纳米管整体柱连接到高效液相色谱仪上，其色谱条件都为：流动相为65%乙腈35%水溶液，流速为1 mL/min，检测波长为254 nm，进样量：10μL，以6种苯系混合物（间苯二酚，苯，氯苯，萘，芴和蒽）为测试样品。

实验结果：其色谱分离谱图如图6，图中按照出峰顺序依次为：1、间苯二酚；2、苯；3、氯苯；4、萘；5、芴；6、蒽。

实施例7本发明与对比例的柱效对比

本实验的理论塔板数可以根据此公式N=5.55(t_R/W_0.5)/L测得，N为理论塔板数（plates/m），t_R为分析物的保留时间（min），W_0.5为半峰宽，L为柱长。然后分别计算出各个实施例和对比例的苯的理论塔板数。

实验结果：

表1 本发明与对比例制备的整体柱的柱效

通过本发明和对比例制备的整体柱分离六种苯系混合物的分离时间及其柱效的比较，发现本发明制备的整体柱可以分离小分子物质，而且其分离效果更好，柱效更高，分离时间短，分离效率高。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。