一种基于混合模式分离的亲水型阴离子色谱柱及其制备方法和在检测领域中的应用与流程

本发明属于环境功能材料及检测，特别涉及一种基于混合模式分离的亲水型阴离子色谱柱及其制备方法和在检测领域中的应用。

背景技术：

1、色谱是一种常见的分离分析方法，根据固定相与目标物相互作用力的不同，选择合适的色谱柱从而达到分离检测样品中的目标物。20世纪初至今，色谱技术经历了百余年的发展，衍生出气相色谱仪、液相色谱仪、离子色谱仪、色谱联用等多种技术，在分析领域中扮演着举足轻重的角色。离子色谱是色谱技术的一个重要分支，近些年离子色谱柱、输送泵、抑制器、检测器等配件的发展，让离子色谱仪的各种性能得到大幅度提升，广泛应用于环境检测、食品分析、生物制药等行业。

2、随着离子色谱仪的不断发展，离子色谱柱也发展为成熟商品，其检测样品包括分离多种基质中的阴/阳离子、有机小分子、以及生物蛋白大分子等。其中阴离子色谱柱是应用最广的离子色谱柱之一，色谱柱填料的制备技术涉及多个专利。例如，专利号为cn201811285091的发明专利提出了一种用作离子色谱柱固定相的离子交换树脂，即基于磺酰胺的阴离子交换树脂，以带负电的底物粒子键合带正电的聚合物层，连接磺酰胺和胺基交换基团，通过调节流动相的ph值来控制磷酸盐在色谱柱的保留时间。专利号为cn201910217754的发明专利提出了一种基于交联的羟基烷基胺层和缩水甘油的阴离子固定相，利用季胺、醚基和羟基基础缩聚物层附着到带负电基质材料，制备出阴离子固定相，并以卤乙酸和无机阴离子作为分离目标物，验证该阴离子固定相的分离性能。专利号为cn202010229551的发明专利提出了一种亲水性阴离子交换色谱介质，该阴离子交换固定相是通过聚乙二醇二缩水甘油醚与带负电的基质粒子上的伯胺反应形成基础缩合层而形成，随后通过一个或多个反应循环在基础缩合层上形成一个或多个烷基胺聚合物缩合层，该阴离子交换固定相可应用在氟离子、氯离子、溴离子、碘离子、硫酸根离子、多硫酸根离子、可极化离子以及高氯酸盐的检测。专利号为cn 200710009869的发明专利提出了一种兼具亲水离子交换和反相离子交换两种分离模式色谱柱的配方和制备方法，该发明提供的合成方法是原料在毛细管内发生聚合反应，随后用酸或碱溶液水解固定相表面的环氧键，制得亲水离子交换和反相离子交换色谱柱，该色谱柱固定相可应用于苯胺类化合物、生物碱以及麻醉类药品的检测。

3、尽管阴离子色谱柱已有多种类型的商业柱及相关发明专利，但仍有众多相关学者和机构仍然在不断深入研究，期望有更广阔的应用领域以及降低制造与检测成本，以满足日益复杂行业领域分析需求。因此，提供一种价格低廉、稳定且满足常规分离的阴离子色谱柱，对离子色谱行业的发展仍十分必要。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种基于混合模式分离的亲水型阴离子色谱柱填料的制备方法；该方法采用微波辅助加热快速得到的超支化型阴离子色谱固定相。

2、本发明的另一目的在于提供一种上述制备方法制备得到的基于混合模式分离的亲水型阴离子色谱柱。

3、本发明的另一目的在于提供上述基于混合模式分离的亲水型阴离子色谱柱在检测领域中的应用。

4、本发明利用微波辅助加热对磺化ps—dvb微球((苯乙烯—二乙烯基苯微球)进行环氧键和多胺基键树状交替修饰，最后以甲胺封端，制备出一种超支化型阴离子色谱固定相，并将制备的固定相压制成色谱柱，检测样品中常见阴离子。因交替超支化修饰引进丰富的羟基基团以及形成规则树状结构，在亲水作用、网状结构以及电荷交换的共同作用下，本发明提供的离子色谱柱在检测常见阴离子时，so42-、po43-等高价态离子的保留时间短于no2-、br-、no3-等低价态离子。

5、本发明的目的通过下述技术方案实现：

6、一种基于混合模式分离的亲水型阴离子色谱柱的制备方法，按照以下操作步骤：使用微波辅助加热技术对带有吸电子层的磺化ps—dvb微球进行双环氧基团和多胺基基团树状交替修饰，得到初期改性微球；再用双环氧基团和伯胺对初期改性微球封端，最终获得引入大量羟基和季胺功能基团的亲水性固定相；用超声均浆、多次连续加压方式将所得亲水性固定相装填成不同规格的离子色谱柱，即得到基于混合模式分离的亲水型阴离子色谱柱。

7、所述微波辅助加热技术采用的微波功率为100w～1500w，加热温度为50℃～80℃；微波辅助加热采用200rpm/min～800rpm/min的转速进行搅拌，搅拌反应时间为10min～60min。

8、所述带有吸电子层的磺化ps—dvb微球是按照以下步骤制备得到：采用质量百分比浓度70％～99.7％的浓硫酸对ps—dvb微球进行磺化，使微球骨架苯环接枝磺酸基团，在微球表面形成亲水负电薄层；离心、洗涤后，得到带有吸电子层的磺化ps—dvb微球；所述浓硫酸与ps—dvb微球的比例为1ml:1g～15ml:1g。

9、所述磺化的条件为：在60℃～80℃的温度下，以200rpm/min～400rpm/min的搅拌速度，磺化反应10min～120min；所述离心的转速为5000rpm/min～9000rpm/min，所述洗涤是使用纯水洗ph值至中性，随后用乙醇、丙酮、乙醇分别洗2～3次。

10、所述双环氧基团是由1,4丁二醇二缩水甘油醚提供；所述多胺基基团为四乙烯五胺；所述伯胺为甲胺、乙二胺或己二胺，优选甲胺，在使用之前配制成质量百分比浓度为30％～40％的水溶液。

11、所述超声均浆为使用超声脱气获得固定相均质浆液，超声功率为100w～500w，超声时间为10min～60min；所述多次连续加压方式是指先依次采用连续施加10mpa、20mpa、25mpa的压力装填色谱柱，再依次采用连续施加25mpa、20mpa、10mpa的压力泄压。

12、一种由上述的制备方法制备得到的基于混合模式分离的亲水型阴离子色谱柱。

13、上述的基于混合模式分离的亲水型阴离子色谱柱在检测阴离子中的应用。

14、本发明使用1,4丁二醇二缩水甘油醚作为可供开环的双环氧中间体，使用四乙烯五胺为胺基长链多活性位点介体，在碱性环境下，环氧键开环与胺基键合，生成大量亲水羟基基团，同时生成仲胺、叔胺基团。

15、本发明使用的伯胺试剂具有高碱性与活性高的特点，使环氧键快速开环反应，且短链季胺基团的容量可灵活控制。

16、本发明所制备的亲水型阴离子色谱柱在应用过程中，色谱行为为多模式混合保留机制，包括离子交换作用、疏水作用以及水合作用等。在分离常规阴离子，例如氟离子(f-)、氯离子(cl-)、溴离子(br-)、亚硝酸根离子(no2-)、硝酸根离子(no3-)、硫酸根离子(so42-)、磷酸根离子(po43-)、溴酸根离子(bro3-)、碘离子(i-)。硫酸根离子(so42-)、磷酸根离子(po43-)等高价态离子的保留时间短于亚硝酸根离子(no2-)、溴离子(br-)、硝酸根离子(no3-)等低价态离子。

17、本发明的原理：

18、本发明首先对基质微球磺化，再以微波辐射作为加热方式，利用极性分子在微波场中，分子偶极矩会随微波振动而旋转，摩擦产生的热量被分子吸收使分子温度升高的加热原理，加快四乙烯五胺等胺类化合物与磺化微球反应形成多胺基活性链；利用胺基碱性特点，为反应位点接枝上双环氧键、待开环反应后进一步引进羟基基团；使用超声分散、微波辅助加热来缩短固定相的合成时间，快速得到性能稳定的离子色谱固定相，进而缩短色谱柱的制备时间。

19、相对于现有技术，本发明具有如下的优点及有益效果：

20、(1)本发明快速制备的阴离子色谱柱能够有效地应用于离子的检测。

21、(2)本发明采用超声分散、微波辅助加热提高反应速率，快速制备得到具有规则树状支化结构的阴离子固定相。

22、(4)本发明提供的阴离子色谱柱在同时分离常见阴离子时，硫酸根离子(so42-)、磷酸根离子(po43-)等高价态离子的保留时间短于亚硝酸根离子(no2-)、溴离子(br-)、硝酸根离子(no3-)等低价态离子。