專利名稱：烷基胺硅膠毛細(xì)管整體柱及其制備方法與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種毛細(xì)管電色譜柱，尤其是烷基胺硅膠毛細(xì)管整體柱及其制 備方法與應(yīng)用。
背景技術(shù)：
毛細(xì)管電色譜(CEC)是一種結(jié)合了高效液相色譜及高效毛細(xì)管電泳兩大技 術(shù)優(yōu)勢(shì)的新型分離分析方法，具有高效、高選擇性、高分辨及快速分離的特點(diǎn)。 CEC開辟了高效微分析領(lǐng)域的新途徑而成為當(dāng)代色譜學(xué)發(fā)展的一個(gè)新方向(羅國(guó) 安，王義明，陳令新，梁瓊麟，毛細(xì)管電色譜及其在生命科學(xué)中的應(yīng)用.北京， 2005，科學(xué)出版社)。
通常使用的電色譜柱為顆粒填充柱，該類柱的填充和塞子的制作十分復(fù)雜 繁瑣，而且塞子的存在被認(rèn)為是填充柱產(chǎn)生氣泡的原因，也正是兩端塞子的穩(wěn) 定性影響了柱子的穩(wěn)定性，這些因素正制約著電色譜的進(jìn)一步發(fā)展。整體柱具 有制備簡(jiǎn)單、內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻、通透性和重現(xiàn)性好、無需制備塞子等優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù) 為新一代的色譜分離介質(zhì)(E. Kiodzinska , D. Moravcova , P. Janderab, B. Buszewski, J！Ozramatogr. 乂 2006, 1109, 51-59)。硅膠整體柱作為電色譜整體柱家 族的一員，有其它整體柱無可比擬的優(yōu)越性，如高的機(jī)械強(qiáng)度、良好的耐溶劑 性能、耐高低溫性能等，代表了電色譜的一種發(fā)展方向。
硅膠基質(zhì)垸基鍵合固定相在毛細(xì)管電色譜分析中的應(yīng)用最為廣泛。目前， 在毛細(xì)管電色譜實(shí)踐中，超過半數(shù)采用的是非極性固定相(如C18和C8)以反相模 式分離中性化合物，反相電色譜分離模式為極性和中性物質(zhì)的分離提供了相當(dāng) 滿意的分離效果(Klaus K. Unger; Marion Huber; Karin Walhagen; Tom P. Hennessy; Milton T. W. Hearn,」"a/. C7^附.2002， 74, 200A-2007A)，但是對(duì)于強(qiáng)極性和堿性化合物的分離分析卻是一個(gè)挑戰(zhàn)(Jing Dong, Junjie Ou, Xiaoli Dong, Renan Wu, Mingliang Ye, Hanfa Zou， J. 5^. 5W， 2007, 30, 2986-2992)。對(duì)于強(qiáng)極 性物質(zhì)，因?yàn)樵诜聪嗄Ｊ较拢瑸榱嗽黾訕O性物質(zhì)的保留，使用了含有大量緩沖 鹽水溶液的流動(dòng)相，由于固定相表面不能與流動(dòng)相充分潤(rùn)濕，容易在界面產(chǎn)生 氣泡，導(dǎo)致電滲流中斷，實(shí)驗(yàn)失敗。而對(duì)于堿性化合物，由于填料對(duì)堿性物質(zhì) 的強(qiáng)非特異性吸附，由此導(dǎo)致色譜峰拖尾嚴(yán)重，檢測(cè)靈敏度下降。采取在流動(dòng) 相中加入三乙胺和乙二胺等添加劑可較好地改善色譜峰的對(duì)稱性，但由于在流 動(dòng)相中添加競(jìng)爭(zhēng)堿，會(huì)增加流動(dòng)相的電導(dǎo)，從而增加焦耳熱效應(yīng)，使體系更容 易產(chǎn)生氣泡；而且由于競(jìng)爭(zhēng)堿中和了部分硅羥基的負(fù)電荷，因此產(chǎn)生的電滲流 也比較小。近年來，色譜工作者為改善極性和堿性化合物的電色譜分離分析， 制備了各種改性硅膠鍵合相。如Shi等(Z. -G. Shi， Y. -Q. Feng， L. Xu， M. Zhang and S. -L. Da， 2004, 63， 593-598)用二氧化鋯包覆硅膠整體柱，然后用磷酸鹽
和十八烷基磷酸修飾制得了峰對(duì)稱性較好的電色譜整體固定相；Progent等 (Fr6d6ric Progent and Myriam Taverna, / CAra腿tog :爿2004， "/052， 181-189沐 用包埋季胺陽離子的C21烷基鍵合相研究多肽的電色譜行為。Ding等(Guosheng Ding, Zhenliang Da, Ruijuan Yuan， James J. Bao，五/ecfrap/zoras7's， 2006, 27， 3363-3372)制備了一種反相-弱陰離子交換混合模式硅膠基質(zhì)整體柱，但應(yīng)用于 極性和堿性化合物的硅膠基質(zhì)整體柱的報(bào)道還很少(Sebastiaan Eeltink Wim Th. Kok Electrophoresis 2006， 27, 84-96)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新型反相電色譜硅膠基質(zhì)整體柱即烷基胺硅膠 毛細(xì)管整體柱，以滿足在簡(jiǎn)單的色譜條件下實(shí)現(xiàn)包括中性、酸性和堿性化合物 在內(nèi)的大多數(shù)有機(jī)化合物的分離分析。本發(fā)明的烷基胺硅膠毛細(xì)管整體柱，包括毛細(xì)管和固定相，固定相結(jié)構(gòu)為 下式
OH
<formula>formula see original document page 6</formula>
式中"^Si代表硅膠毛細(xì)管整體柱，
R代表正鏈烷基， ^代表氫或正鏈烷基。
優(yōu)選
R代表碳原子數(shù)從6個(gè)至30個(gè)的正鏈烷基，
&代表氫或碳原子數(shù)從1個(gè)至20個(gè)的正鏈垸基。
最優(yōu)選
R代表碳原子數(shù)從8個(gè)至18個(gè)的正鏈烷基， Ri代表氫或碳原子數(shù)從1個(gè)至20個(gè)的正鏈烷基。
本發(fā)明還提供垸基胺硅膠毛細(xì)管整體柱的制備方法，該制備方法的具體合
成步驟如下先制備出硅膠毛細(xì)管整體柱，然后制得含環(huán)氧基的硅膠毛細(xì)管整
體柱，最后接上烷基胺得到烷基胺硅膠毛細(xì)管整體柱。
本發(fā)明的垸基胺硅膠毛細(xì)管整體柱的制備方法中，硅膠毛細(xì)管整體柱為采
用溶膠-凝膠法制備的。即由四甲氧基硅垸(TMOS)和甲基三甲氧基硅垸(MTMS) 作為共聚反應(yīng)混合前驅(qū)體、聚乙二醇(PEG)為相分離誘導(dǎo)劑、尿素為制中孔劑及 乙酸為催化劑，在經(jīng)預(yù)處理的石英毛細(xì)管內(nèi)水解縮聚成凝膠，經(jīng)陳化、熱處理 制得中孔、干燥和老化等凝膠后續(xù)處理得到。
本發(fā)明通過下述方法來制得含環(huán)氧基的硅膠毛細(xì)管整體柱將含環(huán)氧丙垸 基團(tuán)的硅垸偶聯(lián)劑溶解在10 15倍(體積比)的有機(jī)溶劑中，通過高壓輸液泵 以在柱衍生化的方式與硅膠毛細(xì)管整體柱上的硅羥基反應(yīng)，其反應(yīng)溫度為105 115°C，反應(yīng)時(shí)間為4h-8h，
<formula>formula see original document page 6</formula>
反應(yīng)式中+Si代表硅膠毛細(xì)管整體柱，X代表甲氧基、乙氧基或氯。
所用含環(huán)氧丙烷基團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑有3 —縮水甘油基丙基三甲氧基硅烷或
3 —縮水甘油基三乙氧基硅垸、3—縮水甘油基丙基二甲基一氯硅烷，所用有機(jī)
溶劑有甲苯，乙醇，N， N-二甲基甲酰胺。
烷基胺硅膠毛細(xì)管整體柱的制備方法中，烷基胺通過柱上衍生化的方式鍵 合到含環(huán)氧基的硅膠毛細(xì)管整體柱上。首先將垸基胺溶解在有機(jī)溶劑中，通過 高壓輸液泵注入含環(huán)氧基的硅膠毛細(xì)管整體柱中，以在線柱內(nèi)改性方式進(jìn)行表 面化學(xué)修飾，其反應(yīng)溫度為30 90°C，反應(yīng)時(shí)間為4h-8h，
<formula>formula see original document page 7</formula>
反應(yīng)式中^Si代表硅膠毛細(xì)管整體柱， R代表正鏈烷基，
Ri代表氫或正鏈垸基。
所用的烷基胺用下式表示R —NH —& ，式中R代表碳原子數(shù)從6個(gè)
至30個(gè)的正鏈垸基，優(yōu)選碳原子數(shù)8個(gè)至18個(gè)的正鏈烷基，R,代表H或碳原
子數(shù)從1個(gè)至20個(gè)的正鏈烷基，所用有機(jī)溶劑有甲醇，乙醇。
本發(fā)明也提供烷基胺硅膠毛細(xì)管整體柱在中性、酸性和堿性有機(jī)化合物中 的應(yīng)用。
該整體柱是在硅膠整體柱表面上鍵合帶極性基團(tuán)的取代基，然后再鍵合正 鏈垸基而制成，即該固定相內(nèi)部具有親水性，外部具有疏水性。內(nèi)部親水性的 基團(tuán)不僅具有對(duì)極性化合物氫鍵作用和增加固定相的親水性，而且在酸性和中 性流動(dòng)相條件下產(chǎn)生較強(qiáng)的正電滲流。對(duì)于極性化合物，由于固定相親水性的 提高，能有效實(shí)現(xiàn)極性化合物的電色譜分離。對(duì)于堿性化合物，由于帶正電荷 的質(zhì)子化胺基離子靜電屏蔽作用，可避免堿性溶質(zhì)與殘留硅羥基作用而導(dǎo)致嚴(yán) 重的峰拖尾現(xiàn)象；本發(fā)明是關(guān)于采用偶聯(lián)劑將伯胺或仲胺共價(jià)鍵合在一種含羥 基的硅膠整體柱上，得到一種在電色譜分離分析包括中性、酸性和堿性化合物在內(nèi)的有機(jī)化合物時(shí)具有良好色譜峰對(duì)稱性的柱填料，尤其是采用硅垸偶聯(lián)劑 把伯胺或仲胺鍵合在硅膠整體柱上。
本發(fā)明以溶膠-凝膠方法先制備無機(jī)硅膠整體柱，再通過柱上衍生化反應(yīng)引 入烷基胺功能基團(tuán)。所得硅膠整體柱具有硅膠基質(zhì)網(wǎng)絡(luò)滲透性和機(jī)械強(qiáng)度高、 耐溶劑性能好等優(yōu)點(diǎn)；硅膠整體柱表面鍵合功能基團(tuán)提供了一種混合模式的分
離機(jī)理，即同時(shí)具有產(chǎn)生疏水性烷基鏈和一個(gè)親水的胺基基團(tuán)結(jié)構(gòu)單元。正鏈 烷基能夠起到很好的色譜分配作用。而胺基基團(tuán)不僅具有對(duì)極性化合物的氫鍵 作用和增加固定相的親水性，而且在酸性和中性流動(dòng)相條件下還能夠作為陰離 子交換劑和產(chǎn)生較強(qiáng)的正向電滲流。對(duì)于極性化合物的電色譜分離，可使用較
低含量有機(jī)改性劑(<40%)的流動(dòng)相，而不會(huì)產(chǎn)生氣泡干擾中斷實(shí)驗(yàn)。對(duì)于堿性 有機(jī)化合物，可避免帶正電荷的堿性溶質(zhì)與殘留硅羥基作用導(dǎo)致嚴(yán)重的峰拖尾 現(xiàn)象；以本發(fā)明的垸基胺硅膠毛細(xì)管整體柱作為電色譜固定相，可利用反相電 色譜模式或混合作用模式來分離極性、非極性和堿性有機(jī)化合物。
本發(fā)明所用的整體柱的基質(zhì)是帶有羥基的具有相互交聯(lián)的骨架和多孔網(wǎng)絡(luò)
結(jié)構(gòu)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻，機(jī)械強(qiáng)度高，耐溶劑性能好的硅膠整體柱。本發(fā)明所述
的固定相在酸性和中性條件下極性胺基電離帶正電荷，產(chǎn)生較大的正向電滲
流，可有效地用于有機(jī)化合物的電色譜分離，特別是極性和堿性有機(jī)化合物的分離。


圖1為一種烷基胺硅膠毛細(xì)管整體柱的固定相結(jié)構(gòu)式； 圖2為一種烷基胺硅膠毛細(xì)管整體柱的掃描電鏡圖； 圖3為圖1所示整體柱柱體與管壁連接處的掃描電鏡圖； 圖4為烷基胺硅膠毛細(xì)管整體柱對(duì)苯同系物的分離電色譜圖； 圖5為垸基胺硅膠毛細(xì)管整體柱對(duì)極性苯酚類化合物的分離電色譜圖； 圖6為垸基胺硅膠毛細(xì)管整體柱對(duì)堿性苯胺類化合物的分離電色譜圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1:(1)硅膠整體柱的制備取內(nèi)徑為75pm,外徑365(im石英毛細(xì)管，依次 用lmol/L的NaOH溶液浸洗過夜，二次水，鹽酸，二次水、丙酮、無水乙醚 沖洗lh ，然后在通N2下180。C干燥3h，兩端封口備用。0.22g聚乙二醇(t^ =10000)、 0.225g的尿素溶于2.5mL0.01mol/L乙酸溶液中，其中滴加lmL四甲 氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷(9/l,v/v)，冰浴下劇烈攪拌，待溶液成透明均一 的溶膠，注入經(jīng)預(yù)處理好的毛細(xì)管中，兩端用硅橡膠封口，放入恒溫水浴4(TC 下陳化25h，取出，于12(TC下熱處理3h，以獲得適當(dāng)?shù)谋缺砻婧涂捉Y(jié)構(gòu)。截 掉封口，用水沖洗出未反應(yīng)物質(zhì)，再用水、無水乙醇沖洗并在6(TC下烘干，放 置氣相色譜儀柱溫箱中33(TC老化25h即得硅膠毛細(xì)管整體柱(基質(zhì))。
(2) 環(huán)氧基硅膠整體柱的制備
硅膠毛細(xì)管整體柱床層用6M鹽酸處理約2h，去離子水沖洗至中性，接入 氣相色譜儀柱溫箱內(nèi)N2吹掃下18(TC熱處理1 h完成活化。5mL3 —縮水甘油基 丙基三甲氧基硅烷和40mL無水甲苯混合均勻，用高壓輸液泵引入毛細(xì)管柱中進(jìn) 行柱上硅烷化表面化學(xué)修飾，于ll(TC恒溫反應(yīng)lh，該步驟重復(fù)4次。反應(yīng)完 成后依次用無水甲苯、甲醇、丙酮沖洗，然后在N2吹掃下，5(TC干燥2 h。
(3) 烷基胺硅膠整體柱的制備
3g正十四烷基胺溶于40mL甲醇中，用高壓輸液泵將此溶液引入環(huán)氧基硅 膠整體柱中，于8(TC恒溫反應(yīng)lh，該步驟重復(fù)4次。反應(yīng)完成后，依次用甲醇、 乙腈、緩沖溶液沖洗，即得正十四烷基胺硅膠毛細(xì)管整體柱。其掃描電鏡圖見 圖2、圖3。
用2.5g正癸胺代替正十四胺，按實(shí)施例1的步驟進(jìn)行，得正癸垸基胺毛細(xì) 管整體柱。實(shí)施例3
用實(shí)施例l制備的烷基胺硅膠毛細(xì)管整體柱，截取總長(zhǎng)度為30cm，有效長(zhǎng) 度為20cm，在CEC模式下，以pH=2.5、離子濃度10mmol/L、乙腈醋酸鹽 (60/40,v/v)的緩沖液為流動(dòng)相，外加電壓-15kV、檢測(cè)波長(zhǎng)214nm條件下，對(duì) 苯的同系物進(jìn)行分離，對(duì)應(yīng)峰分別1.苯，2.甲苯，3.乙苯，4.丙苯，5.丁苯，6. 戊苯,7.已苯。其譜圖如圖4所示。 實(shí)施例4
用實(shí)施例1制備的垸基胺硅膠毛細(xì)管整體柱，以pH=2.5、離子濃度 10mmol/L、乙腈醋酸鹽(30/70,v/v)的緩沖液為流動(dòng)相，外加電壓-15kV 、 檢測(cè)波長(zhǎng)214mn條件下對(duì)六種極性苯酚類化合物進(jìn)行了分離。對(duì)應(yīng)峰分別1.苯 酚，2.對(duì)硝基苯酚，3. 二硝基苯酚，4.鄰氯苯酚，5.鄰硝基苯酚，6.二氯苯酚。其 譜圖如圖5所示。
實(shí)施例5
用實(shí)施例1制備的烷基胺硅膠毛細(xì)管整體柱，分離苯胺堿性有機(jī)化合物。 其分離條件如下流動(dòng)相乙腈與醋酸鹽緩沖液的體積比為70比30 ，醋酸鹽 緩沖液pH為3，檢測(cè)波長(zhǎng)為254nm,其余實(shí)驗(yàn)分離條件同實(shí)施例4。對(duì)應(yīng)峰分 別1. 二苯胺，2.(x萘胺，3.鄰聯(lián)甲苯胺,4.鄰苯二胺。其譜圖如圖6所示。
權(quán)利要求
1、一種烷基胺硅膠毛細(xì)管整體柱，包括毛細(xì)管和固定相，其特征在于固定相結(jié)構(gòu)為下式式中 id="icf0002" file="A2008100734360002C2.tif" wi="10" he="3" top= "64" left = "48" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>代表硅膠毛細(xì)管整體柱，R代表正鏈烷基，R1代表氫或正鏈烷基。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的烷基胺硅膠毛細(xì)管整體柱，其特征在于R代表碳原子數(shù)從6個(gè)至30個(gè)的正鏈烷基，R,代表氫或碳原子數(shù)從1個(gè)至20個(gè)的正鏈烷基。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的烷基胺硅膠毛細(xì)管整體柱，其特征在于 R代表碳原子數(shù)從8個(gè)至18個(gè)的正鏈烷基，R,代表氫或碳原子數(shù)從1個(gè)至20個(gè)的正鏈烷基。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的烷基胺硅膠毛細(xì)管整體柱的制備方法，其特征 在于具體合成步驟如下先制備出硅膠毛細(xì)管整體柱，然后制得含環(huán)氧基的硅膠毛細(xì)管整體柱，最后接上烷基胺得到烷基胺硅膠毛細(xì)管整體柱。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的烷基胺硅膠毛細(xì)管整體柱的制備方法，其特征 在于所述的硅膠毛細(xì)管整體柱為采用溶膠-凝膠;去制備的。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的烷基胺硅膠,管整體柱的制備方法，其特征 在于由四甲氧基硅烷(TM0S)和甲基三甲氧基硅烷(M頂S)作為共聚反應(yīng)混合前驅(qū) 體、聚乙二醇(PEG)為相分離誘導(dǎo)劑、尿素為制中孔劑及乙酸為催化劑，在經(jīng)預(yù) 處理的石英毛細(xì)管內(nèi)水解縮聚成凝膠，經(jīng)陳化、熱處理制得中孔、干燥和老化 等凝膠后續(xù)處理得到。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的烷基胺硅膠毛細(xì)管整體柱的制備方法，其特征 在于含環(huán)氧丙烷基團(tuán)的硅垸偶聯(lián)劑溶解在10 15倍(體積比)的有機(jī)溶劑中， 通過高壓輸液泵以在柱衍生化的方式與硅膠毛細(xì)管整體柱上的硅羥基反應(yīng)，其 反應(yīng)溫度為105 115°C，反應(yīng)時(shí)間為4h-8h，<formula>formula see original document page 2</formula>反應(yīng)式中代表硅膠毛細(xì)管整體柱， X代表甲氧基、乙氧基或氯。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的烷基胺硅膠毛細(xì)管整體柱制備方法，其特征在于所用含環(huán)氧丙垸基團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑有3 —縮水甘油基丙基三甲氧基硅烷或3 一縮水甘油基三乙氧基硅烷、3—縮水甘油基丙基二甲基一氯硅垸，所用有機(jī)溶 劑有甲苯，乙醇，N， N-二甲基甲酰胺。
9、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的垸基胺硅膠毛細(xì)管整體柱的制備方法，其特征 在于烷基胺通過柱上衍生化的方式鍵合到含環(huán)氧基的硅膠毛細(xì)管整體柱上。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的烷基胺硅膠毛細(xì)管整體柱的制備方法，其特征 在于垸基胺溶解在有機(jī)溶劑中，通過高壓輸液泵注入含環(huán)氧基的硅膠毛細(xì)管整 體柱中，以在線柱內(nèi)改性方式進(jìn)行表面化學(xué)修飾，其反應(yīng)溫度為30 9(TC，反 應(yīng)時(shí)間為4h-8h，<formula>formula see original document page 3</formula>反應(yīng)式中"^Si代表硅膠毛細(xì)管整體柱， R代表正鏈烷基，Ri代表氫或正鏈烷基。
11、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的垸基胺硅膠毛細(xì)管整體柱制備方法，其特征在 于所用的烷基胺用下式表示R —NH —R1 ，式中R代表碳原子數(shù)從6個(gè)至 30個(gè)的正鏈烷基，優(yōu)選碳原子數(shù)8個(gè)至18個(gè)的正鏈烷基，Rl代表H或碳原子 數(shù)從1個(gè)至20個(gè)的正鏈垸基，所用有機(jī)溶劑有甲醇，乙醇。
12、 權(quán)利要求1所述的烷基胺硅膠毛細(xì)管整體柱在中性、酸性和堿性有機(jī) 化合物中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明提供一種新型反相電色譜硅膠基質(zhì)整體柱，即烷基胺硅膠毛細(xì)管整體柱，以滿足在簡(jiǎn)單的色譜條件下實(shí)現(xiàn)包括中性、酸性和堿性化合物在內(nèi)的大多數(shù)有機(jī)化合物的分離分析。特別對(duì)堿性有機(jī)化合物，可有效改善色譜峰對(duì)稱性。本發(fā)明的烷基胺硅膠毛細(xì)管整體柱，包括毛細(xì)管和固定相，固定相結(jié)構(gòu)式中Si代表硅膠毛細(xì)管整體柱，R代表正鏈烷基，R₁代表氫或正鏈烷基。本發(fā)明還提供烷基胺硅膠毛細(xì)管整體柱的制備方法，其具體合成步驟如下先制備出硅膠毛細(xì)管整體柱，然后制得含環(huán)氧基的硅膠毛細(xì)管整體柱，最后接上烷基胺得到烷基胺硅膠毛細(xì)管整體柱。本發(fā)明也提供了烷基胺硅膠毛細(xì)管整體柱在中性、酸性和堿性有機(jī)化合物中的應(yīng)用。
文檔編號(hào)B01J20/291GK101306263SQ20081007343
公開日2008年11月19日 申請(qǐng)日期2008年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月22日
發(fā)明者葉芳貴, 順 王, 趙書林 申請(qǐng)人:廣西師范大學(xué)