一种包夹硅球型大内径毛细管整体柱的制备及评价

两性离子交换有机聚合物包覆硅球整体柱的制备及评价李金祥;韩晶;蔡广祥;王娇【摘要】利用甲基丙烯酸和2-二甲基乙基胺甲基丙烯酸酯为功能单体,乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂,环己醇、甲醇和水为三元致孔剂,在内径为250μm石英毛细管内原位聚合制备了1种有机聚合物包覆硅球两性离子交换整体柱.通过对单体总浓度、致孔剂的组成和聚合反应时间的调节控制有机聚合物对硅球的包覆,并通过扫描电镜图和压力对流速关系曲线,确定了整体柱的最佳制备条件.最佳条件为单体总浓度T=25％、c=30％,致孔剂组成是环己醇∶甲醇∶水的体积比为8∶1∶1,反应时间为5h.从整体固定相的微观结构、抗压性、溶胀性、柱效和交换容量等方面对整体柱进行评价,认为该整体柱具有较好的抗压性、较高的柱效、较大的交换容量和很强的抗溶胀性.在此基础上,利用长度为4cm的整体柱在6min内分离了一组无机阴离子,在9min内分离了一组有机胺类阳离子.%A zwitterionic column containing silica micro-particles encapsulated in organic monolith was prepared by in-situ polymerization of methacrylic acid, ethylene dimetharylate and 2-(dimethyl ami-no) ethyl methacrylate in a 250 μm I. D. Fused silica capillary packed with silica micro-particles. The conditions of preparation were explored, the total concentration of the monomers, volumetric ratio of porogens and time was investigated by SEM and corroborated with back pressure measurements, and the optimal conditions for preparation of the column were established. The optimized concentration, volumetric ratio of porogens and time are T=25%(C=30%) ,8:1:1 and 5 h, respectively. The prepared column was evaluated in terms of micro-pore structure, endurance of pressure, permeability,ability of anti-swelling, ion-exchange capacity and column efficiency. The results demonstrated that the column is better in all the terms mentioned above than those of conventional organic monolithic column. Finally, the column was successfully used to fast baseline separate 4 inorganic anionic ions in 6 min and 3 organic amine cationic ions in 9 min.【期刊名称】《辽宁师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(035)001【总页数】5页(P73-77)【关键词】包覆硅球;两性离子交换;整体柱【作者】李金祥;韩晶;蔡广祥;王娇【作者单位】辽宁师范大学化学化工学院,辽宁大连116029;辽宁师范大学化学化工学院,辽宁大连116029;辽宁师范大学化学化工学院,辽宁大连116029;辽宁师范大学化学化工学院,辽宁大连116029【正文语种】中文【中图分类】O657.7近年来，由于两性离子交换固定相表面带有相异电荷离子基团，对阴、阳离子均具有较高的选择性而受到特别关注.制备两性离子交换固定相的最简单的方法是将两性离子表面活性剂动态吸附于反相固定相的表面［1］.该方法虽然简单，但物理吸附于固定相表面的活性剂分子在流动相连续冲洗及较高的柱温下容易流失.通过键合法得到的两性离子交换整体柱具有较好的稳定性.键合型两性离子交换整体柱的制备方法一般有2种，其一是以硅胶整体柱为基质材料，通过表面硅羟基嫁接两性离子表面活性剂的方法制备无机整体柱［2］；其二是直接利用离子型单体（如甲基丙烯酸和2－二甲基乙基胺甲基丙烯酸酯）与交联剂发生聚合，或首先以具有环氧键的化合物为单体（如γ－甲基丙烯酸缩水甘油酯）制备多孔有机聚合物连续床，再通过开环反应引入两性离子基团等方法制备两性离子有机整体柱［2，3］.方法一制备过程较为繁琐，制备的整体柱只能在pH 2～8之间使用；有机聚合物整体柱的制备方法简单，适用pH范围宽.然而，有机聚合整体固定相在有机溶剂中存在一定的溶胀性，给色谱分析带来诸多的不良影响［4］.因此，本研究制备了1种有机聚合物包覆硅球两性离子交换整体柱，并从整体固定相的微观结构、抗压性、溶胀性、柱效和交换容量等方面对整体住进行了评价.1 实验部分1.1 仪器与试剂Lab Alliance液相色谱泵（美国）；Lab Alliance Mode 500紫外－可见光检测器（美国）配自制的检测池，体积为2nL；N－2 000双通道色谱工作站（浙江大学）；B－212酸度计（日本）；501超级恒温水浴（上海）；SK2 200H超声波清洗仪（上海科导超声仪器有限公司）；KYKY－1 000B型扫描电子显微镜（SEM，中国科学院科学仪器厂）；内径250μm，外径375μm的石英毛细管（河北永年）.直径为5μm的多孔硅胶微球（硅球）；甲基丙烯酸（MAA），2－二甲基乙基胺甲基丙烯酸酯（DAMA），乙二醇二甲基丙烯酸酯（EDMA）（纯度均为99%以上，美国公司）；偶氮二异丁腈（AIBN，化学纯，武汉盛世精细化学品有限公司）；γ－（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷（γ－MAPS纯度95%以上，武汉）；环己醇（化学纯，天津）；甲醇（分析纯，天津）；实验用水均为二次蒸馏水；其他试剂均为分析纯.1.2 硅球填充及毛细管内壁和硅球表面预烯基化处理取内径为250μm、长度约为6cm的石英毛细管1根，利用真空吸入法填入直径5μm的硅球；装有硅球的石英毛细管首先用1.0mol／L NaOH溶液、超纯水和1.0mol／L HCl溶液以5μL／min的流速依次分别冲洗1h、0.5h和1h，再用超纯水冲洗至中性，随后用甲醇冲洗0.5h并用氮气吹干；将预烯基化试剂γ－MAPS的甲醇溶液（体积比1∶1）注入石英毛细管中，密封，置于45℃水浴中反应12h；最后用甲醇冲洗2h，用氮气吹干，得到预处理的毛细管及硅球.1.3 两性离子交换整体柱制备取75μL MAA和75μL DAMA作为功能单体、50μL EDMA作为交联剂，混合，超声波振荡15min制成单体混合液①；取0.0021g AIBN作为引发剂，溶于按一定比例预混合好的三元致孔剂（环己醇、甲醇和水）中，超声波振荡15min制成混合液②；取一定体积混合液②与①混合，通入N2并超声波振荡15min后制得聚合混合液③；用注射器将聚合反应混合液③注入装有硅球并经预烯基化处理的毛细管中，两端密封后放入60℃水浴锅中反应5h.最后依次用大于50倍柱体积的甲醇和水冲洗，制得有机聚合物包覆硅球型毛细管整体柱（简称为包覆硅球整体柱）.为便于性能比较，平行制备了1根不含硅球的全有机聚合物整体柱（简称全有机整体柱）.2 结果与讨论2.1 整体柱制备条件的优化为了制备抗压性和渗透性好、内部结构均匀、分离效能高的包覆硅球型整体柱，有机聚合物包覆硅球的条件的优化是至关重要的［5］.本研究通过对聚合反应时间、单体总浓度和致孔剂的组成的调节来控制有机聚合物对硅球的包覆，并通过扫描电镜图和压力对流速关系曲线，确定了整体柱的最佳制备条件.最佳条件：反应时间5h；单体总浓度T＝25%、c＝30%；致孔剂组成，环己醇∶甲醇∶水的体积比为8∶1∶1.2.2 整体柱评价2.2.1 整体柱微观结构包覆硅球整体柱和全有机整体柱的扫描电镜（SEM）图如图1所示.从图1A中可观察到，包覆硅球整体固定相中，小球堆积紧密而均匀，进而在小球之间形成了较均匀的通孔，而全有机整体固定相的通孔孔径大小相差悬殊且分布不均匀；再仔细观察图1A中的小球，可以看到在硅球的表面均匀地分布着纳米有机聚合物微粒，这无疑会显著增加固定相的比表面积.以上观察结果预示着，与全有机整体柱相比，包覆硅球整体柱将具有更好的抗压性，更高的柱效和更大的交换容量.2.2.2 整体柱的抗压性和渗透性抗压性和渗透性是评价整体固定相性能优劣的重要参数.为了评价整体固定相的抗压性和渗透性，本实验考察了流动相驱动压力变化对流速的影响，实验结果如图2所示.在所考察的压力范围内，流动相通过包覆硅球整体柱的流速和通过全有机整体柱的流速均随压力增加而变快.对全有机整体柱来说，压力对流速关系曲线线性关系较差，在压力接近400psi处，压力对流速关系曲线出现拐点，流速不再随压力增加而线性增加，说明抗压性较差，暗示着整体固定相的孔结构已发生变化；对包覆硅球整体柱来说，在所考察的压力范围内，压力与流速呈很好的线性关系（线性相关系数R2＝0.998 9），说明包覆硅球整体柱具有很强的抗压性.2.2.3 整体柱的柱效根据色谱速率理论，各种因素对塔板高度H的影响可用Van Deemter曲线来描述.本研究以NO－2为测试对象，通过实验分别绘制了包覆硅球整体柱和全有机整体柱的Van Deemter曲线，如图3所示.从图3中可以看出，包覆硅球整体柱的Hmin比全有机整体柱的Hmin小，这主要是因为包覆硅球整体柱孔径均匀而使涡流扩散（A项）降低.还可以看出，随着流动相速度的增加，包覆硅球整体柱的柱效没有明显劣化，这表明该整体固定相的传质阻力较小，说明整体固定相的孔径较小、均匀，这与扫描电镜的观察结果一致.这一优点使得该柱更适合于快速液相色谱分离.图1 包覆硅球整体柱的SEM图：（A）3000×全有机整体柱的SEM图：（B）3000×Fig.1 Scanning electron micrograph images of（A）column containing silica micro－particles encapsulated in organic monolith（3000× magnification）and（B）conventional organic monolithic column （3000× magnification）.图2 压力对流速关系曲线Fig.2 Curves of back pressure versus flow rate for column containing silica micro－particles encapsulated in organic monolith and conventional organic monolithic column.Conditions：Column，4cm×250μm I.D.；Mobile phase：10mM phosphate buffer containing 50mM NaCl at pH 2.5.图3 包覆硅球整体柱和全有机整体柱的Van Deemter曲线Fig.3 Curves of Van Deemter plots for column containing silica micro－particles encapsulatedin organic monolith and conventional organic monolithiccolumn.Conditions：Column，4cm ×250μm I.D.；Mobile phase，10mM phosphate buffer containing 50mM NaCl at pH 2.5；UV detection 210nm；Analyte，5mM NO2－.2.2.4 整体柱的交换容量离子交换整体柱的交换容量决定了整体柱的分离性能，交换容量越高，整体柱分离性能越好.本研究参考文献［6］，在完全相同的实验条件下，分别以碘离子（I－）和对硝基苯胺为测试对象，通过实验得到包覆硅球整体柱和全有机整体柱的吸光度对时间突跃曲线，考察了整体柱的阴、阳离子交换容量，结果如图4所示.从图中可以看出，在相同实验条件下，测试物在包覆硅球整体柱上的突跃时间比全有机整体柱的长，表明包覆硅球整体柱交换容量较大.这主要是因为包覆硅球整体固定相比表面积较大，提供的交换点位较多.图4 包覆硅球整体柱和全有机整体柱的突跃曲线Fig.4 Breakthrough curves for column containing silica micro－particles encapsulated in organic monolith and conventional organic monolithic column.Conditions：（A）Column，5cm ×250μm I.D.；Mobile phase，10mM phosphate buffer containing50mM NaCl at pH 2.5；Flow rate，1.0μL／min；UV detection 210nm；Analyte，10mM KI.（B）Column，5cm ×250μm I.D.；Mobile phase，20mM phosphate buffer containing 40%ACN at pH 7.0；Flow rate，1.0μL／min；UV detection 214nm；Analyte，10mM p－nitroaniline.2.2.5 整体柱的溶胀性为了考察整体柱的溶胀性，本研究设计了时间对流速关系评价实验：在驱动压力一定的条件下，首先以水为流动相平衡整体柱24h以上.然后转换为含有有机溶剂的流动相，考察流动相在2种整体柱中通过的时间对流动相流速的影响，结果如图5所示.从图5中可以看出，对全有机整体柱来说，时间从0到2h，流速逐渐下降，这是由于全有机整体固定相在有机溶剂中发生了溶胀，使通孔的孔径变小所致；2h之后，随时间增加流速没有明显变化，这是因为全有机整体固定相溶胀到一定程度后达到了一种稳定状态，此时固定相通孔的孔径不再有明显变化.对包覆硅球整体柱而言，在所考察的时间范围内，流动相流速没有明显变化，这表明该整体固定相由于无机硅球的加入表现出了很强的抗溶胀性.图5 流动相在两种整体柱中通过的时间对流动相流速的影响Fig.5 Effect of time on flow rate of the mobile phase onditions：Mobile phase，20mM phosphate buffer containing 40%ACN at pH 7.0；Applied pressure，300psi.图6 4种无机阴离子和3种有机胺阳离子在包覆硅球整体柱上的分离Fig.6Separation of 4inorganic anions and 3organic amine cations on column containing silica micro－particles encapsulated in organicmonolith.Conditions：（Left）Column，4cm ×250μm I.D.；Mobile phase，10mM phosphate buffer containing 50mM NaCl at pH 2.5；UV detection 210nm.（Right）Column，4cm ×250μm I.D.；Mobile phase，20mM phosphate buffer containing 40%ACN at pH 7.0；UV detection214nm.Analyte，1，p－toluidine，2，p－chloroaniline，3，p－nitroaniline.2.3 色谱分离利用包覆硅球整体柱分离了一组无机阴离子和一组有机胺类阳离子，结果如图6所示.从图中可以看出，4种无机阴离子在6min内实现了基线分离，3种有机胺类阳离子在9min内基本达到基线分离.这主要得益于包覆硅球整体柱在较高的流动相流速下仍然具有较高的柱效.3 结论采用有机聚合物包覆硅球的方法制备了1种两性离子交换整体微柱，并对整体柱的性能进行了评价.与全有机整体柱相比，该整体柱孔径均匀、抗压性好、柱效高、交换容量大和抗溶胀性强.利用整体柱的这些优点快速分离了一组无机阴离子和一组有机胶类阳离子.此外，该整体固定相表面同时带有正、负电荷，故通过调节流动相pH值可进行阴阳离子交换模式相互转换，实现同一根整体柱分别分离阴、阳离子.有关该柱在色谱分析中的其他研究目前正在进行.参考文献：［1］NESTERENKO E P，NESTERENKO P N，PAULL B.Zwitterionic ion－exchangers in ion chromatography：A review of recent developments ［J］.Analytica Chimica Acta，2009，652：3－21.［2］黄晓佳，黄本立.离子交换整体柱材料的研究进展［J］.色谱，2007，25（3）：298－302.［3］李金祥，房晶，谢文辉.一种新型两性离子交换毛细管液相色谱整体柱［J］.辽宁师范大学学报：自然科学版，2010，33（1）：71－74.［4］WU M H，WU R A，WANG F J，et al.“One－pot”process for fabrication of organic－silica hybrid monolithic capillary columns using organic monomer and alkoxysilane［J］.Anal Chem，2009，81：3529－3536.［5］GIBSON G T T，KOERNER T B，XIE R，et al.Entrapment of functionalized silica microspheres with photo－initiated acrylate－based polymers［J］.Journal of Colloid and Interface Science，2008，320：82－90.［6］SUGRUE E，NESTERENKO P N，PAULL B.Fast ion chromatography of inorganic anions and cations on a lysine bonded porous silica monolith ［J］.Journal of Chromatography A，2005，1075：167－175.。

反相毛细管硅胶整体柱的制备及表征的开题报告
一、研究背景
反相毛细管色谱是一种分离和分析化合物的技术，广泛应用于生物医学、食品、环境等领域。

硅胶是反相毛细管柱中常用的填料材料之一，具有很好的分离性能和稳定性。

近年来，研究人员在反相毛细管柱中引入硅胶整体技术，可以得到更好的分离效果和更长的分离时间，提高了分析的精准性和灵敏度。

二、研究目的
本研究旨在制备一种反相毛细管硅胶整体柱，并通过实验表征其物理化学性质和分离效果，探究其在反相毛细管色谱中的应用前景。

三、研究内容
1.制备反相毛细管硅胶整体柱：选择合适的硅胶，将其固定在毛细管内壁上，形成硅胶整体填充物；选择合适的反相材料与硅胶相互作用，将其包覆在硅胶表面形成反相层；制备得到整体填充物和反相层之后，将其注入到开放式毛细管柱中，形成反相毛细管硅胶整体柱。

2.表征反相毛细管硅胶整体柱的性能：通过扫描电子显微镜（SEM）、比表面积测试、紫外吸收光谱等方法对反相毛细管硅胶整体柱进行表征。

3.评价反相毛细管硅胶整体柱的分离效果：使用标准化合物进行分离实验，评价反相毛细管硅胶整体柱的分离效果，包括分离度、分离时间、峰形态等指标。

四、研究意义
反相毛细管硅胶整体柱具有更好的分离效果和更长的分离时间，可以提高分析的精准性和灵敏度，对促进生物医学、食品、环境等领域的研究有重要的意义。

本研究的实验结果可以为反相毛细管硅胶整体柱的制备和应用提供理论基础和技术支持。

收稿日期:2008210209;修回日期:2009202221基金项目:河北省自然科学基金资助项目(B2008000669);河北省教育厅课题(Z2005202);河北科技大学杰出青年基金资助项目(2006J C 214)联系人简介:高文惠(19632),女,教授,博士,主要研究方向分离科学。

Em ai:l wenhuigao @126.co m .文章编号:100421656(2009)0921223208毛细管整体柱的制备技术及其应用进展高文惠1*,杨桂君1,赵文伟2,裴 红(1.河北科技大学生物科学与工程学院,河北 石家庄 050018;2.河北省科技情报研究院,河北 石家庄 050021)摘要:毛细管整体柱是以其制备相对简单无需烧结塞子,渗透性好,柱效高,低柱压等优点,成为目前备受关注的液相色谱固定相。

它具有较好的重现性,可进行快速分离,已被应用于毛细管电色谱(CEC)和微柱高效液相色谱(L 2H PL C )。

本文主要介绍近几年毛细管整体柱的制备技术及其应用概况。

关键词:毛细管整体柱;毛细管电色谱;制备技术;应用中图分类号:O65717 文献标识码:A自二十世纪九十年代,整体柱在液相色谱(L i q u i d Chro matography ,L C )和毛细管电色谱(Capillar y E lectro 2chro matography ,CEC)方面的制备与应用越来越受到人们的关注,CEC 是近年来发展十分迅速的一种新型分离技术,它结合了毛细管电泳(Capillary electrophores,i CE )的高效性和高效液相色谱(H i g h Perf or mance L iquid Chro matography ,H PL C)高选择性的优点,具有高效、快速、微量的特点。

它一方面解决了CE 选择性差、难以分离中性物质的问题,另一方面大大提高了液相色谱的分离效率[1,2]。

反相毛细管电色谱硅胶整体柱的制备及其应用笪振良，丁国生*，袁瑞娟，李侃（天津大学药物科学与技术学院，天津 300072）摘要 采用改进的溶胶-凝胶技术制备了具有高机械强度和化学稳定性的毛细管硅胶整体柱。

详细考察了反应物配比对所制备整体柱结构和性能的影响，并在此基础上对制备条件进行了优化。

将所制备整体柱用正辛基硅烷修饰后得到反相整体柱，详细考察了流动相pH值、有机改性剂含量对电渗流的影响。

采用短端进样方式在优化实验条件下实现了中性化合物的快速分离，对硫脲获得了高达180,000 N/m的柱效。

使用所制备整体柱,在电色谱模式下对穿心莲片中的有效成份脱水穿心莲内酯进行了分离,并获得了高达80,000 N/m的柱效。

关键词 硅胶整体柱，反相毛细管电色谱，制备 ，脱水穿心莲内酯1引言毛细管电色谱（Capillary electrochromatography , CEC）是近年发展起来的一种以电渗流为驱动力的微分离分析技术。

它结合了微柱液相色谱(μ-HPLC)的高选择性和毛细管区带电泳(CZE)的高效性，具有高效、快速、微量的特点，成为目前微分离分析领域的研究热点之一。

CEC依固定相的存在方式可被分为三类：开管柱、填充柱和整体柱。

CEC开管柱虽可获得很高的柱效，但它也有相比较低、柱容量较小及检测灵敏度低的缺点。

而CEC填充柱因其制备过程复杂且易产生气泡，也限制了其应用。

CEC整体柱的制备由于采用了原位聚合技术，克服了以上缺点；同时，聚合单体的选择范围很广，可以在固定相中引入各种可能的作用基团，实现多种分离模式。

因此，它被誉为第四代分离介质而受到色谱工作者的广泛关注[1~3]。

毛细管整体柱按基质材料可分为有机基质整体柱和无机基质整体柱。

有机聚合物整体柱易在有机溶剂中发生溶胀现象而改变其孔结构，进而影响其色谱性能；相比之下，硅胶基质整体柱的机械强度较高，耐溶剂性能和热稳定性能较好，同时在孔结构控制方面也有一定的优势。

硅胶颗粒担载的C18毛细管液相色谱整体柱的评价
李金祥;于雪;王梦阳
【期刊名称】《鲁东大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2016(32)1
【摘要】在内径为150μm石英毛细管内通过原位聚合的方法制备了一种硅胶颗粒担载的C18有机聚合物整体柱.依据扫描电镜图和压力对流速关系曲线,确定了整体柱的最佳制备条件.从整体固定相的微观结构、机械稳定性、渗透性、溶胀行为和交换容量等方面对整体柱进行了评价.结果表明,该整体柱具有孔径分布均匀、机械稳定性和渗透性好、抗溶胀性强和交换容量高等优点.最后,利用较短的一段整体柱快速基线分离了一个苯及其衍生物的混合物,证明了该柱具有疏水性机理,且柱效较高.
【总页数】5页(P61-65)
【作者】李金祥;于雪;王梦阳
【作者单位】辽宁师范大学化学化工学院,辽宁大连116029;辽宁师范大学化学化工学院,辽宁大连116029;辽宁师范大学化学化工学院,辽宁大连116029
【正文语种】中文
【中图分类】O652.63
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5.利用表面预烯基化纳米硅胶颗粒制备新型液相色谱整体柱 [J], 李金祥; 杨芮萌; 李佳; 马世雍
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赖氨酸修饰硅胶颗粒担载有机聚合物整体柱的制备及其在液相色谱中的应用李金祥;张馨月;任航【摘要】在预先填充了5μm硅胶颗粒的150 μm内径的石英毛细管内,采用原位聚合甲基丙烯酸缩水甘油酯和季戊四醇三丙烯酸酯的方法制备了多孔整体连续床,再用L-赖氨酸衍生化,得到一种可带两性电荷、具备多种分离机理的有机与无机混合型毛细管液相色谱整体柱.依据扫描电镜图和压力对流速关系曲线确定了整体柱的最佳制备条件,考察了整体柱的渗透性、机械稳定性、溶胀行为和亲水性,并利用离子交换机理分离了一组无机阴离子,利用亲水作用和离子交换混合机理分离了一组核苷酸化合物.【期刊名称】《德州学院学报》【年(卷),期】2017(033)002【总页数】4页(P30-33)【关键词】赖氨酸修饰;硅胶颗粒担载;整体柱;毛细管液相色谱【作者】李金祥;张馨月;任航【作者单位】辽宁师范大学化学化工学院,辽宁大连116029;辽宁师范大学化学化工学院,辽宁大连116029;辽宁师范大学化学化工学院,辽宁大连116029【正文语种】中文【中图分类】O657.7毛细管整体柱由于具有制备方法简单、样品消耗量少、背压低、柱效高等诸多优点而成为微柱液相色谱法研究的热点之一[1-3].将氨基酸引入到整体柱的研究中,多是利用氨基酸作为电渗流产生剂或离子交换位点[4-6],未见有关其多种分离机理的报道.本研究以甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)为单体,季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)为交联剂,在预先填充了5 μm硅胶颗粒(以下简称“硅球”)的150 μm内径的石英毛细管内,通过原位聚合的方式形成硅球担载的有机聚合物多孔连续床,再通过化学修饰将L-赖氨酸键合到多孔连续床表面,形成两性液相色谱整体固定相；确定了整体柱的最佳制备条件并进行评价；利用离子交换机理分离了一组无机阴离子,利用亲水作用和离子交换机理分离了一组核苷酸化合物.1.1 仪器和试剂内径150 μm外径375 μm的熔融石英毛细管(河北永年)；Lab Alliance液相色谱泵(美国)；Micro21UV-01/02紫外-可见光检测器(日本分光)配自制纳升级流通池；N-2000双通道色谱工作站(浙江大学)；SU8010型扫描电子显微镜(SEM,日本日立)；HH-501超级恒温水浴(金坛白塔金昌实验仪器厂)；SX-610型笔式pH计(上海三信仪表厂).GMA 和PETA(美国ACRōS,纯度97%以上)；5 μm裸硅球(大连依利特馈赠)；γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷( γ-MAPS, 武汉凯博,纯度95%以上)；偶氮二异丁腈(AIBN)和环己醇(上海化学试剂,化学纯)；甲醇(天津化学试剂二厂,色谱纯)；L-赖氨酸(大连美仑生物,生化试剂)；实验用水均为Milli-Q水(18.2 MΩ.cm)；其它无机试剂均为分析纯.1.2 毛细管内壁及硅球表面的预烯基化处理取一根长约6 cm,内径为150 μm的石英毛细管,利用真空吸入法填入硅球；将该管首先用0.1 M NaOH溶液、超纯水和0.1 M HCl溶液依次冲洗,时间分别为1 h,0.5 h和1 h,然后用超纯水冲洗至中性,随后用甲醇冲洗0.5 h并用氮气吹干；将γ-MAPS与甲醇混合溶液(体积比1:1)注入毛细管中,密封,置于45℃恒温水浴中反应12 h；最后用甲醇冲洗0.5 h,氮气吹干,两端密封备用.1.3 整体柱的制备分别取70 μL GMA(单体)和30 μL PETA(交联剂)注入到预先配制好的300 μL二元致孔剂中(甲醇和环己醇,体积比1:15),再加入1 mg AIBN(引发剂),超声、氮气吹5 min,迅速注入装有硅球并经预烯基化处理的毛细管中,两端密封,置于60℃的恒温水浴槽中反应5 h,最后用大于50倍柱体积的甲醇将未反应的单体和致孔剂等洗出,制得硅球担载的多孔有机聚合物整体连续床.1.4 赖氨酸的修饰称取1.4619 g L-赖氨酸加入到10 mL 50 mM的Na2HPO4缓冲溶液中(pH值为8),用注射器将此溶液注入到上述担载柱内,置于75℃恒温水浴槽内反应10 h；反应完毕后,用10 mM HCl溶液冲洗,接着用超纯水冲至流出液为中性,制得赖氨酸修饰的整体柱(以下简称“L柱”).2.1 微观结构图1是裸硅球(A)和L柱(B)的横截面扫描电镜图.通过对比图1A和图1B,可有如下四点发现：(1)硅球表面包覆着一层聚合物,并且非常薄,其厚度不超过1 μm；(2)硅球之间通过有机聚合物联结在一起,形成了一个整体；(3)有机聚合物没有在硅球之间的空隙中形成；(4)L柱中形成的颗粒的径向分布与填充柱相似.仔细观察图1B,可以发现有机聚合物以纳米小颗粒的形式聚合在硅胶颗粒表面.与裸硅球相比,这些纳米小颗粒可以有效的增大L柱固定相的比表面积,因而可有效增大L柱的交换容量.2.2 机械稳定性和渗透性流动相驱动压力对体积流速关系曲线显示,在100～2850 psi的压力范围内,流速随着压力的增大而增大,呈现很好的线性关系.但由于实验室条件有限,没有考察出L柱的最大承受压力.L柱具有如此高的机械稳定性主要是由于硅球的存在,这些硅球不易发生溶胀效应,而且不容易坍塌.L柱的渗透性可以用达西公式K=FηL/(πr2ΔP)来进行计算,其中F是流动相的流速(m3/s),η是流动相的粘度(Pa·s),L是色谱柱的有效长度(m),r是色谱柱的半径(m),ΔP是色谱柱的柱压降(Pa).基于压力对流速曲线算得L柱的渗透性为1.80×10-14 m2(流动相为乙腈和水,80:20,v/v),与商品5 μm裸硅球填充柱的渗透性(1.3×10-14～3.0×10-14 m2)相当.这是由于硅球表面的聚合物非常薄,并且没有聚合物在硅球中间的空隙中形成.与无机柱(1.1×10-13 ～2.5×10-13 m2)和有机柱(2.7×10-14～4.8×10-13 m2)相比,L柱的渗透性发生明显下降.由于L柱与相应的填充柱的通孔结构相似,具有较高的柱效,使用较短的L柱即可实现较长有机柱和无机柱完成的组分分离.也就是说,L柱所引起的渗透性较小的问题并不会影响它的实际应用.2.3 溶胀性固定相在不同极性的溶液中表现出来的不同的溶胀或收缩行为会给色谱柱的使用寿命及分析性能带来许多不良影响,特别在梯度洗脱液相色谱中,这种影响更为严重.如果色谱柱发生了溶胀效应,该柱的通孔尺寸会减小,渗透性会降低,从而在相同的压力下会产生一个相对较小的流速,反之亦然.基于以上原理,本实验设计了时间对流速关系评价实验：将长为6 cm的L柱,以乙腈为流动相平衡24 h,然后在恒定压力500 psi 的条件下以水为流动相,考察流动相在L柱中的通过时间对流速的关系,实验结果如图2所示.从图2中可以看出,在所考察的时间范围内,L柱流动相流速几乎没有变化,基本保持恒定,说明该柱没有发生明显的溶胀或收缩行为.这是由于固定相中加入了硅球,其具有很强的抗溶胀性.尽管包覆在硅球表面的聚合物是亲水性的,可以在极性溶剂中产生溶胀效应,但是由于聚合物层非常薄,只有不到1 μm的厚度,因而产生的溶胀效应很小,甚至可以忽略.2.4 亲水性为了考察L柱的亲水性,本研究以硫脲、甲苯和丙烯酰胺为分析物,考察流动相中有机相的比例变化与各分析物的保留因子之间的关系,实验结果如图3所示.从图3中可以看出,随着乙腈浓度从25%增加至95%,非极性的甲苯的保留时间降低,而极性的丙烯酰胺和硫脲的保留时间则逐渐升高,符合亲水作用的特征.图中三条曲线还有两个交点,交点处对应的乙腈浓度分别为44%和62%,当乙腈浓度小于44%时,硫脲先于甲苯出峰,顺序为丙烯酰胺>硫脲>甲苯,当乙腈浓度高于62%时,甲苯最先出峰,顺序为甲苯>丙烯酰胺>硫脲,说明L柱具有较高的亲水性.原因有以下两点，一是赖氨酸修饰使固定相表面带上了高密度的氨基和羧基；二是极性交联剂PETA进一步增强了柱子的亲水性.2.5 色谱分离本研究在GMA-co-PETA硅球担载的整体柱上引入赖氨酸,固定相表面存在氨基,在酸性条件下,氨基很容易质子化.因此,通过调节流动相pH值可使固定相表面带正电荷,具备阴离子交换功能.利用长度为6 cm的L柱,在5 min内,基于阴离子交换机理分离了四种无机阴离子(见图4),基于离子交换和亲水作用混合机理分离了四种核苷酸小分子(见图5).制备了一种新型两性电荷有机与无机杂化整体柱,并成功用于无机阴离子以及核苷酸的分离.该柱具有制备简单、不需要烧制塞子、孔径均匀、抗压性好、柱效高、抗溶胀性强等优点.该柱是一种集阴离子交换、阳离子交换、亲水作用、鳌合作用等多种分离机理于一体的多功能柱,预期在分离氨基酸、多肽、蛋白质等生物大分子及无机阴阳小离子上具有一定的应用价值.有关其预期应用实验,目前正在进行中.【相关文献】[1]Mairizki F,Rahmah A, Hilma,et al.Separation of Inorganic Anions Using Methacrylate-Based Monolithic Column Modified with Trimethylamine in Ion Chromatography CapillarySystem[J].Anal.Chem.,2013,4:451-456.[2]Nazario C E,Silva M R,Franco M S,et al.Evolution in Miniaturized Column Liquid Chromatography Instrumentation and Applications:AnOverview[J].J.Chromatogr.A,2015,1421:18-37.[3]Chester T L.Recent Developments in High-Performance Liquid Chromatography Stationary Phases[J].Anal.Chem.,2013,85(2):579-589.[4]Dong Xiaoli,Dong Jing,Ou Junjie.Capillary Electrochromatography with Zwitterionic Stationary Phase on the Lysine-bonded Poly(glycidyl methacrylate-co-ethylene Dimethacrylate) Monolithic Capillary Column[J].Electrophoresis,2006,27(12):2518-25. [5]Sugrue E,Nesterenko P N,Paull B.Fast Ion Chromatography of Inorganic Anions and Cations on a Lysine Bonded Porous Silica Monolith[J].J.Chromatogr.A,2005,1075(1-2):167-175.[6]Raman K,Ramamoorthy R,Reddy B S R.Novel Glycine Functionalized Amino Acid Materials for Separation of Aromatic Amines[J].React.Funct.Polym.,2005,62(2):215-222.。

(10)申请公布号(43)申请公布日 (21)申请号 201610056707.3(22)申请日 2016.01.28B01D 15/22(2006.01)B01D 15/20(2006.01)B01J 20/281(2006.01)B01J 20/30(2006.01)(71)申请人河南科技学院地址453000 河南省新乡市华兰大道东段(72)发明人张裕平 涂剑秋 龚文君 陈娜陈军 张毅军 李英 杨靖华(74)专利代理机构北京汉昊知识产权代理事务所(普通合伙) 11370代理人冯谱(54)发明名称一种有机基质毛细管整体柱及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种有机基质毛细管整体柱及其制备方法，其中制备方法是，依次包括聚合液的制备，毛细管预处理和聚合制备，所述聚合制备具体为：将聚合液充入预处理之后的毛细管内10cm，在温度为80℃、功率为700W 条件下微波聚合15min。

按照该方法制得的一种有机基质毛细管整体柱，其孔隙率为0.53-0.57。

本发明采用微波聚合方式替代整体柱制作过程中的传统外加热方式，可数百倍的缩短聚合反应时间，从而大大提高制造整体柱的效率，使普通的色谱工作者均能在几分钟内制备满意的整体柱成为可能。

(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书4页 附图6页CN 105536294 A 2016.05.04C N 105536294A1.一种有机基质毛细管整体柱的制备方法，其特征在于，依次包括聚合液的制备，毛细管预处理和聚合制备，所述聚合制备具体为：将聚合液充入预处理之后的毛细管内10cm，在温度为80℃、功率为700W条件下微波聚合15min。

2.根据权利要求1所述的一种有机基质毛细管整体柱的制备方法，其特征在于，所述聚合液的制备具体包括：将4mL的MAA与1mL橄榄醇溶于8mL甲苯和2mL十二醇中，先超声处理30min，后冷却至室温，再加入20mmol的乙二醇二甲基丙烯酸酯和0.04g偶氮二异丁腈，混匀后通氮气排除溶液中溶解的氧气。