有机-无机聚合物色谱材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及嗜硫材料，具体地，涉及一种有机-无机聚合物色谱材料及其制备方法和应用。
背景技术：
嗜硫色谱法,又称亲硫色谱法，它是一种亲和色谱方法，嗜硫色谱介质上配基的砜-硫醚基团在一定浓度的盐存在下，可与含有二硫键的化合物上的二硫键发生相互作用，在低浓度盐条件下进行洗脱(《journalofchromatographyb》2001年第754期第521–525页)，对抗体和α2-巨球蛋白具有显著的亲和吸附特性(参见《j.peptideres》2006年(suppl.1)第66期第99–105页)。因此，嗜硫色谱法可以广泛的应用于抗体纯化方面和对含有二硫键的蛋白样品进行前处理方面，从而实现对含有二硫键化合物的纯化浓缩，提高二硫化合物的检测灵敏度。从1985年porath等(参见《febsletters》1985年第185期第306-310页)，首次应用嗜硫材料介质从血清中实现对抗体的纯化开始，嗜硫色谱材料对抗体的纯化有了多方面的应用。毛细管整体柱中含有纳米级的介孔和微米级的大孔(参见《analyticachimicaacta》2018年第917期第37-43页)，具有通透性好和传质速率快等优点，可以适用于药物、代谢物和酶解液等复杂样品的快速高效分离以及多维色谱系统中。因而，毛细管整体柱得到了迅速的发展。根据毛细管整体柱材料基质不同，整体柱可以分为有机聚合物整体柱、硅胶整体柱和有机-硅胶整体柱(参见《electrophoresis》2011年第32期第105–115页)。有机聚合物整体柱具有ph适用范围广和制备简单的优点，但其在有机溶剂中易发生溶胀性，稳定性不好。硅胶整体柱具有良好的具有良好的机械强度和稳定性，但其制备过程相对较复杂(《journalofchromatographya》2013年第1271期第115–123页)，常需要柱后衍生。有机-硅胶整体柱兼具有机聚合整体柱材料与无机整体材料的优点。因而，有机-硅胶整体柱迅速的发展了起来。有机-硅胶柱的制备方法主要有溶胶-凝胶法、“一锅法”和其他聚合方法。溶胶-凝胶法(《anal.chem》2008年第80期第2949-2956页)是最早发展出来的有机-硅胶整体柱的制备方法，具有制备简单，通用性好等优点；但该方法依赖于带有功能集团的硅烷试剂，而功能化的硅烷试剂种类有限，因此限制了溶胶-凝胶法的应用。后来，发展了后修饰的方法，通过有机单体与活性基团进行反应引入有机功能基团；但柱后修饰的步骤繁多，不利于整体柱制备的重现性。技术实现要素：本发明的目的是提供一种有机-无机聚合物色谱材料及其制备方法和应用，该有机-无机聚合物色谱材料具有可调控的3d骨架结构同时还具有优异的机械性能强、稳定性；兼具机聚合物、硅胶和嗜硫材料的优点进而使得其能够应用于含二硫键化合物的富集与分离，同时还制备方法具有步骤简单、设备简易且重现性好的优点。为了实现上述目的，本发明提供了一种有机-无机聚合物色谱材料的制备方法，包括：在光和引发剂的存在下，将二乙烯基砜dvs、四乙烯基硅烷tvs、2,4,6,8-四甲基-2,4,6,8-四乙烯基环四硅氧烷tmtvs于致孔剂中进行共聚反应制得有机-无机聚合物色谱材料。本发明还提供了一种有机-无机聚合物色谱材料，其特征在于，有机-无机聚合物色谱材料通过上述的制备方法制备而得。本发明进一步提供了一种如上述的有机-无机聚合物色谱材料在对含二硫键化合物的特异性的富集与分离中的应用。在上述技术方案中，如图1所示，本发明采用二乙烯基砜、四乙烯基硅烷、2,4,6,8-四甲基-2,4,6,8-四乙烯基环四硅氧烷tmtvs在光引发条件下聚合制得的有机-无机嗜硫整体柱材料；该材料制备过程更容易控制，得到的有机-无机嗜硫整体柱材料具有3d骨架结构，同时机械性能强、稳定性好、具有较大的比表面积和渗透性，兼具机聚合物、硅胶和嗜硫材料的优点进而使得其能够应用于含二硫键化合物的富集与分离，同时还制备方法具有步骤简单、设备简易且重现性好的优点。本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：图1本发明的制备原理示意图。图2是实施例1中的有机-无机嗜硫整体材料的扫描电镜图：a为1300倍的扫描电镜图，b为3500倍的扫描电镜图，c为6000倍的扫描电镜图；图3是实施例1中的有机-无机聚合物色谱材料的傅里叶变换红外光谱图；图4是实施例1中有机-无机聚合物色谱材料的能量色散x射线光谱图；图5是实施例1中有机-无机聚合物色谱材料的热重分析图；图6是实施例1中的有机-无机嗜硫整体材料对含二硫键化合物特异性分离与富集的色谱图。具体实施方式以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。本发明提供了一种有机-无机聚合物色谱材料的制备方法，包括：在光和引发剂的存在下，将二乙烯基砜dvs、四乙烯基硅烷tvs、2,4,6,8-四甲基-2,4,6,8-四乙烯基环四硅氧烷tmtvs于致孔剂中进行共聚反应制得有机-无机聚合物色谱材料。在本发明中，各原料的用量可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高制得的有机-无机聚合物色谱材料比表面积和渗透性，从而提高对含二硫键的化合物的富集与分离效果，优选地，tvs、dvs、tmtvs、致孔剂的重量比为1：1.5-8：1-4：6-16；更优选地，tvs、引发剂的重量比为1：0.1-0.4。在本发明中，致孔剂的具体种类可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高制得的有机-无机聚合物色谱材料比表面积和渗透性，从而提高对含二硫键的化合物的富集与分离效果，优选地，致孔剂包括第一致孔剂和第二致孔剂，第一致孔剂选自正丙醇、异丙醇、二甲基亚砜中的至少一者，第二致孔剂为聚乙二醇200、聚乙二醇300、聚乙二醇400、聚乙二醇600、二甘醇二乙醚中的至少一者。其中，聚乙二醇后的200、300、400、600指的是聚乙二醇的平均分子量。在致孔剂包括第一致孔剂和第二致孔剂的情形下，为了进一步提高制得的有机-无机聚合物色谱材料比表面积和渗透性，从而提高对含二硫键的化合物的富集与分离效果，优选地，第一致孔剂和第二致孔剂的重量比为1：0.6-1.5。在本发明中，引发剂的具体种类可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高制得的有机-无机聚合物色谱材料比表面积和渗透性，从而提高对含二硫键的化合物的富集与分离效果，优选地，引发剂选自安息香、安息香双甲醚、安息香乙醚、安息香异丙醚和安息香丁醚中的至少一者。在发明中，具体的添料顺序可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高制得的有机-无机聚合物色谱材料比表面积和渗透性，从而提高对含二硫键的化合物的富集与分离效果，优选地，该制备方法的添料顺序为：1)将引发剂溶于第一致孔剂中形成引发剂溶液；2)将dvs、tvs、第一致孔剂、第二致孔剂、引发剂溶液进行共聚反应；其中，步骤1)中第一致孔剂的重量与步骤2)中致孔剂的总量的比值为1：3-5.5，步骤2)中所述第一致孔剂、第二致孔剂的重量比为1：1.5-3。在本发明中，共聚反应的反应条件可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高制得的有机-无机聚合物色谱材料比表面积和渗透性，从而提高对含二硫键的化合物的富集与分离效果，优选地，共聚反应满足以下条件：于波长为254-365nm的紫外光下照射0.1-4h。在上述实施方式中，引发剂溶液中引发剂的浓度可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高制得的有机-无机聚合物色谱材料比表面积和渗透性，从而提高对含二硫键的化合物的富集与分离效果，优选地，引发剂溶液中引发剂的浓度为0.3-0.5mol/l。在本发明中，双键聚合反应的反应容器可以是本领域中常规的玻璃容器，如离心管、试管和色谱柱，但是为了得到性能更加优异的有机-无机嗜硫整体材料，优选地，聚合反应在离心管或毛细管中进行；其中，在离心管中进行得到的有机-无机聚合物色谱材料可经粉碎填装至色谱柱中；更优选地，聚合反应在毛细管中进行，由此，在毛细管中的有机-无机聚合物色谱材料为块状，然后通过淋洗去除未反应物得到孔径均匀的有机-无机聚合物色谱材料；那么，有机-无机聚合物色谱材料存在于毛细管中，能够较少繁琐填装的过程且有机-硅胶嗜硫色谱材料与色谱柱结合的更好，从而能够直接应用于对混合样品中的二硫化合物的富集与分离。在上述内容的基础上，为了进一步提高有机-硅胶嗜硫色谱材料与色谱柱之间的结合力，优选地，毛细管的内壁衍生有碳碳双键；由此，二乙烯砜能够与毛细管内壁上的双键基团进行反应，同时，上文所述的聚合反应也在同时进行进而使制得的有机-硅胶嗜硫色谱材料能够更加稳定地固定于毛细管中，由此，有机-硅胶嗜硫色谱材料在毛细管中可以进行重复使用。在上述实施方式中，碳碳双键具体提供的化合物可以在宽的范围内选择，但是考虑到毛细管的内壁衍生碳碳双键的难易程度，优选地，碳碳双键由乙烯基三甲氧基硅烷或3-(甲基丙烯酰胺)丙三甲氧基硅烷提供。具体操作如下：将清洗后的毛细管在有机溶剂存在、40-95℃条件下置于含碳碳双键的硅烷中进行下接触反应8-12h。当然，这里的有机溶剂可以有多重选择，如可以选自乙腈、丙酮、甲醇和乙醇中的一种或多种。其中，乙烯基三甲氧基硅烷和有机溶剂的用量可以在宽的范围内进行选择，但是考虑到成本以及有机溶剂的溶剂效果，优选地，相对于1重量份的所述乙烯基三甲氧基硅烷，有机溶剂的用量为0.5-10重量份。在上述实施方式中，毛细管的规格可以在宽的范围内选择，但是考虑到现有技术中色谱柱的常规规格，优选地，毛细管的内径为25μm、75μm、100μm、150μm或250μm。在上述技术方案中，将二乙烯基砜dvs、四乙烯基硅烷tvs、2,4,6,8-四甲基-2,4,6,8-四乙烯基环四硅氧烷tmtvs和致孔剂混合的混合方式有多种，比如搅拌、震荡、超声等，均可实现本发明，在后文的实施例中，可以采用旋涡振荡器进行充分震荡，并超声20分钟的方式进行。在本发明中，为了进一步清除未反应物和致孔剂等，优选地，在共聚反应结束后，制备方法还包括通过甲醇、乙醇、丙酮、正己烷中的至少一者对反应产物进行萃取或淋洗。本发明还提供了一种有机-无机聚合物色谱材料，其特征在于，有机-无机聚合物色谱材料通过上述的制备方法制备而得。本发明进一步提供了一种如上述的有机-无机聚合物色谱材料在对含二硫键化合物的特异性的富集与分离中的应用。以下将通过实施例对本发明进行详细描述。下述m代表的是mol/l，peg代表的聚乙二醇。制备例1将毛细管依次用naoh(0.1m)、水、hcl(0.1m)、水和甲醇洗涤30min；接着将洗涤后的毛细管(内径75μm)用氮气干燥12h；然后将干燥后的毛细管置于乙烯基三甲氧基硅烷(vtms)和甲醇的混合溶液(vtms/甲醇体积比为1：1)中在50℃下接触反应12.0h；反应结束后，用甲醇冲洗毛细管，氮气干燥12h，得到内壁衍生双键的毛细管。毛细管的直径为25μm、75μm、100μm、150μm和250μm中的一种；或同时制备多种。实施例1采用光引发的方法制备嗜硫多孔材料：1)光引发剂：将安息香双甲醚取1.0252g(4mmol)溶于10ml的正丙醇(8g)配制成为0.4mol/l的安息香双甲醚溶液；2)取7.5mgtvs、59.2mgdvs、60mgdegde、20.2mgtmtvs、25.2mg正丙醇和20μl安息香双甲醚溶液，用旋涡振荡器进行充分溶解，并超声20分钟得到均匀混合的聚合液；3)将上述所得聚合液用氮气压入制备例1制得的内壁衍生双键的毛细管中，用硅胶片将毛细管两端封住，放在365nm的紫外灯下照射1.0h制得嗜硫色谱材料；4)将制得的嗜硫色谱材料接在高压液相色谱泵上，以甲醇为流动相冲洗去除未反应完全的聚合单体和致孔剂、光引发剂等，即得有机-无机聚合物色谱材料。实施例21)光引发剂：将安息香双甲醚溶入正丙醇配制成为0.3mol/l的安息香双甲醚溶液；2)将tvs、tmtvs、dvs、degde、正丙醇、安息香双甲醚溶液按照1：1：1.5：3：2：1.5的重量比的超声混合20分钟得均匀混合的聚合液；3)将上述所得聚合液用氮气压入制备例1制得的内壁衍生双键的毛细管中，用硅胶片将毛细管两端封住，用紫外光(波长为254nm)照射0.1h进行聚合反应制得嗜硫色谱材料；4)将制得的嗜硫色谱材料接在高压液相色谱泵上，以甲醇为流动相冲洗去除未反应完全的聚合单体和致孔剂、光引发剂等，即得有机-无机聚合物色谱材料。实施例31)光引发剂：将安息香双甲醚溶入正丙醇配制成为0.3mol/l的安息香双甲醚溶液；2)将tvs、tmtvs、dvs、degde、正丙醇、安息香双甲醚溶液按照1：4：8：6：6：5的重量比的超声混合20分钟得均匀混合的聚合液；3)将上述所得聚合液用氮气压入制备例1制得的内壁衍生双键的毛细管中，用硅胶片将毛细管两端封住，用紫外光(波长为300nm)照射4h进行聚合反应制得嗜硫色谱材料；4)将制得的嗜硫色谱材料接在高压液相色谱泵上，以甲醇为流动相冲洗去除未反应完全的聚合单体和致孔剂、光引发剂等，即得有机-无机聚合物色谱材料。检测例1采用扫描电镜对实施例1制备的嗜硫多孔材料的形貌进行观察，检测结果见图2，由图2所示，采用光引发的方法，均可以得到孔径大小分布均匀，具有高度交联结构的嗜硫多孔材料，且该材料与毛细管内壁牢牢的结合在一起。检测例2采用傅立叶红外方法对实施例1制得的有机-无机聚合物色谱材料进行红外光谱检测，结果见图3，结合该图以及相关知识，如对有机-无机嗜硫整体材料poly(tmtvs-co-dvs-tvs)的具体分析如下：a)2,4,6,8-四甲基-2,4,6,8-四乙烯基环四硅氧烷的红外光谱图，双键的特征吸收峰(2959cm-1)，b)四乙烯基硅烷的红外光谱图，双键的特征吸收峰(2959cm-1)，c)二乙烯基砜的红外光谱图，砜基特征吸收峰(1314cm-1，1134cm-1)。d)yp指得是有机-无机嗜硫整体材料poly(tmtvs-co-dvs-tvs)的红外光谱图，图中可以明显观察到光引发方法制备的有机-无机poly(tmtvs-co-dvs-tvs)整体材料都具有砜基特征吸收峰(1305cm-1，1126cm-1)，双键特征吸收峰(2932cm-1)，说明dvs与tvs、tmtvs成功的发生聚合反应，该有机-无机嗜硫整体材料可以采用光引发的方法制备。检测例3采用edx(能量色散x射线光谱)对实施例1制得的有机-无机聚合物色谱材料进行元素分析，结果见图4；由图中可以清晰的看出来光引发方法制备的有机-无机聚合物色谱材料中均含有明显的s元素，再次证明有机-无机聚合物色谱材料成功制备。检测例4采用tga(热重分析)对实施例1制备的有机-无机聚合物色谱材料进行热稳定性分析，结果分别对应图5；由图5中可以清晰的看出光引发法制备的有机-无机聚合物色谱材料第一次热分解温度在250℃左右，证明了嗜硫多孔材料具有很好的热稳定性。检测例5对实施例1制备的嗜硫色谱多孔材料进行氮吸附法检测，以检测其孔径与比表面积，结果如表1所示，可见本发明制备的嗜硫多孔材料具有较大的比表面积。表1嗜硫整体材料比表面积(m2/g)平均孔径(μm)实施例195.0720.235检测例6微柱液相检测条件，采用trisep2000分离系统，配有二梯度洗脱装置，1.0μl定量环。分别对实施例1制备的7cm长的毛细管嗜硫多孔材料为色谱柱，分别以甲醇、乙腈为流动相，逐渐增加流速，记录微柱液相的柱后压力，根据达西公式计算渗透性系数，结果如表2所示。由表2可知，本发明制备的嗜硫多孔材料渗透性强。表2流动相柱后压mpa渗透性系数×10-14m2甲醇220.875乙腈12.8127.6制备例2(应用例1中试剂制备)1)0.02mg/ml的双(4-羟基苯基)二硫醚(2s-oh)标准溶液的制备：在25℃下，将1.0mg的2s-oh溶解于50.0ml的0.5m硫酸钠水溶液(含5重量％的乙腈)中制得0.02mg/ml的2s-oh标准溶液。2)0.02mg/ml的双(4-羟基苯基)甲烷(2-oh)标准溶液的制备：在25℃下，将1.0mg的双(4-羟基苯基)甲烷溶解于50ml的0.5m硫酸钠水溶液(含5重量％的乙腈)中制得0.02mg/ml的2-oh标准溶液。3)0.02mg/ml的2s-oh和2-oh混合溶液的制备：在25℃下，将1.0mg2s-oh和2-oh分别溶解于50.0ml的0.5m硫酸钠水溶液(含5重量％的乙腈)中制得0.02mg/ml的2s-oh和2-oh混合溶液。4)上样液的制备：在25℃下，将0.716g磷酸氢二钠和0.355g硫酸钠溶于45.0ml的蒸馏水中，接着用1m的柠檬酸水溶液调节至ph为6.2，然后定容至50.0ml得到上样液。5)洗脱液的制备：在25℃下，将0.716g磷酸氢二钠45ml的蒸馏水中，接着用1m的柠檬酸水溶液调节至ph为8.5，然后定容至50ml得到洗脱液。制备例3(应用例2中试剂制备)1)上样液的制备：在25℃下，将0.716g磷酸氢二钠和1.8638g氯化钾溶于45.0ml的蒸馏水中，接着用1m的柠檬酸水溶液调节至ph为6.2，然后定容至50.0ml得到上样液。2)洗脱液的制备：在25℃下，将0.716g磷酸氢二钠45ml的蒸馏水中，接着用1m的柠檬酸水溶液调节至ph为6.2，然后定容至50.0ml得到洗脱液。3)电泳分离缓冲液的制备：将1.950g的磷酸氢二钠、0.731g氯化钠和7.210g十二烷基硫酸钠溶解在240.0ml蒸馏水中，1m的柠檬酸水溶液调节溶液至ph为8.5，定容至250.0ml，制得电泳分离缓冲溶液。标准溶液的制备与制备例2相同，所不同的是，将0.5mol硫酸钠水溶液改为0.5mol的氯化钾水溶液。应用例11)微柱液相检测条件，trisep2000分离系统，配有二梯度洗脱装置，1.0μl定量环，检测波长214nm。取30cm长的实施例1中制备的嗜硫多孔材料为色谱柱。上样液与洗脱液采用制备例2中制备的；流动相流速：4.0μl/min。2)取上述的制备例2中的0.1mg/ml的双(4-羟基苯基)二硫醚(2s-oh)标准溶液、0.1mg/ml的双(4-羟基苯基)甲烷(2-oh)标准溶液、0.1mg/ml的2s-oh和2-oh混合溶液1.0ul依次于上述微柱液相检测条件下，进行检测。结果发现，在相同条件下，2-oh在高浓度盐条件下无法被整体柱特异性保留，而2s-oh能被特异性保留。当流动相切换以后，可以顺利将2s-oh洗脱下来。结果表明，有机-无机聚合物色谱材料中对含二硫键的化合物有很好的特异性富集效果。应用例2用嗜硫多孔材料对2s-oh的富集并进行毛细管电泳检测。1)上样液与洗脱液采用制备例3中的方法制备。2)将1.0ml的上样液注入实施例1中的嗜硫色谱材料中平衡60min，接着注入50μl的1mg/ml的2s-oh标准溶液固载30min；3)将20μl的上样液注入本发明嗜硫色谱材料中将未被固载的2s-oh冲洗除去，将6μl的洗脱液注入嗜硫色谱材料中将2s-oh洗脱下来制得2s-oh洗脱液；4)通过毛细管电泳仪(p/acetmmdq，美国贝克曼公司)对2s-oh洗脱液进行电泳检测，具体的检测条件为：在内径为75.0μm的熔融石英毛细管(总长度为56.5cm，有效长度为50cm)中进行；红外检测波长为214nm，进样量为5s×0.5psi。检测结果见图6，图6中：a曲线是背景缓冲溶液的色谱图，b曲线是洗脱液的色谱图，c曲线是未被嗜硫多孔材料吸附的0.02mg/ml2s-oh和2-oh混合标准溶液的色谱图，d曲线是0.02mg/ml2-oh标准溶液的色谱图，e曲线是0.02mg/ml2s-oh标准溶液的色谱图，f曲线是经材料富集后洗脱下来的组分的色谱图。在相同条件下，2-oh在高浓度盐条件下无法被嗜硫多孔材料特异性保留，而2s-oh能被特异性保留。当流动相切换以后，可以顺利将2s-oh洗脱下来。结果表明，嗜硫多孔材料对含二硫键的化合物有很好的特异性富集效果。结果发现，实施例1中制备的有机-无机聚合物色谱材料对2s-oh的富集达到了9.11倍，静态保留容量达到0.0213mg/g。由可见本发明的嗜硫多孔材料对含二硫键的化合物具有更好的富集与分离效果。通过上述检测例和应用例对实施例2-3的产物进行检测，检测结果与实施例1的产物的检测结果保持一致。以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。。当前第1页12