專利名稱：聯(lián)吡啶鍵合硅膠填料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高效液相色譜填料的制備方法，特別涉及利用聯(lián)吡啶的季銨化反應(yīng)， 制備聯(lián)吡啶鍵合硅膠作為高效液相色譜填料的方法。在不同的色譜分離模式下應(yīng)用該色譜填料進(jìn)行分離分析，能分別作為反相、離子色譜填料應(yīng)用于色譜分離，并能在合適的流動(dòng)相條件下對(duì)不同類別的分析物進(jìn)行同時(shí)分離。
背景技術(shù)：
隨著生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等的迅速發(fā)展，現(xiàn)代分離科學(xué)面臨復(fù)雜樣品的分離分析難題，液相色譜對(duì)于復(fù)雜體系的分離分析起著舉足輕重的作用。復(fù)雜樣品的成分復(fù)雜，酸性、堿性、中性化合物、以及非離子和離子化合物共存，往往需要繁瑣的樣品前處理才能進(jìn)行有效的色譜分離。同一高效液相色譜模式下分離檢測(cè)不同性質(zhì)的化合物，以及同一色譜柱多模式下的色譜應(yīng)用，都是色譜工作者始終關(guān)注的研究?jī)?nèi)容。而傳統(tǒng)的高效液相色譜填料具有專一性，分離機(jī)理較為單一，難以在同一色譜模式下分離組成復(fù)雜的樣品，并且不能實(shí)現(xiàn)同一色譜柱多模式下的色譜應(yīng)用。制備具有多種作用機(jī)理的色譜填料是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜分離以及同柱多模式色譜應(yīng)用的關(guān)鍵。聯(lián)吡啶是一種弱堿，分子內(nèi)部具有兩個(gè)能夠分別形成季銨鹽的氮原子，可以有選擇性的對(duì)其進(jìn)行修飾，并能通過(guò)季銨化反應(yīng)方便的鍵合到硅膠上。聯(lián)吡啶鍵合硅膠上的烷基聯(lián)吡啶鹽分子可以提供多種作用機(jī)理，例如分子中的碳鏈具有一定的疏水性，可以通過(guò)碳鏈?zhǔn)杷詮?qiáng)弱調(diào)節(jié)固定相的疏水性；聯(lián)吡啶具有兩個(gè)六原子共軛體系，共軛體系具有 JI電子云，可以同帶有η電子的分子之間存在η-η作用，并同極性化合物間存在誘導(dǎo)偶極-偶極、η-π作用，雜環(huán)上的氮可以形成氫鍵；聯(lián)吡啶鹽具有一定的親水性和陰離子交換特性，同陰離子之間存在離子交換作用，同陽(yáng)離子之間存在靜電排斥作用等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制備聯(lián)吡啶鍵合硅膠高效液相色譜填料的方法。該填料的色譜柱，具有多重作用機(jī)理，可以用于同柱多模式色譜分離，能夠分別用于反相色譜、 離子色譜分離檢測(cè)，以及可以同時(shí)分離多類化合物。本發(fā)明通過(guò)如下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)鑒于烷基聯(lián)吡啶鹽的特點(diǎn)，本發(fā)明通過(guò)聯(lián)吡啶的季銨化反應(yīng)，將4，4’ -聯(lián)吡啶或 2，2’-聯(lián)吡啶與改性硅膠獲得的氯丙基硅膠反應(yīng)，生成烷基聯(lián)吡啶單鹽鍵合硅膠，可以用鹵代烴對(duì)其繼續(xù)進(jìn)行季銨化反應(yīng)，生成烷基聯(lián)吡啶復(fù)鹽鍵合硅膠，制得高效液相色譜填料。該填料具有多重作用機(jī)理、疏水性和離子交換性可調(diào)、分離性能好、同柱多模式色譜應(yīng)用、同時(shí)分離多類物質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)利用本類填料的色譜柱，在反相色譜模式下，有效地分離了中性有機(jī)化合物(稠環(huán)化合物、鄰苯二甲酸二酯)、酸性有機(jī)化合物(苯酚類、對(duì)羥基苯甲酸酯)、堿性有機(jī)化合物(苯胺類)等，作用機(jī)理為多相互作用，主要包括JI-Ji、疏水、靜電、 氫鍵等相互作用；在離子色譜模式下，有效地分離了無(wú)機(jī)陰離子、有機(jī)陰離子等，作用機(jī)理主要為陰離子交換、n-n等相互作用；利用適當(dāng)?shù)牧鲃?dòng)相，同時(shí)分離了苯酚類、苯胺類、稠環(huán)類、無(wú)機(jī)和有機(jī)陰離子。通過(guò)聯(lián)吡啶的季銨化反應(yīng)制備的聯(lián)吡啶鍵合硅膠色譜填料，具有多相互作用的特殊選擇性，在液相色譜分離分析方面有著很好的應(yīng)用前景。將全多孔球形硅膠用氯丙基硅烷化試劑進(jìn)行改性得到氯丙基硅膠，再將聯(lián)吡啶與其通過(guò)季銨化反應(yīng)生成烷基聯(lián)吡啶單鹽鍵合硅膠；在該填料基礎(chǔ)上，可以通過(guò)商代烴繼續(xù)對(duì)其進(jìn)行季銨化生成烷基聯(lián)吡啶復(fù)鹽鍵合硅膠，制得多相互作用液相色譜填料。一種聯(lián)吡啶鍵合硅膠填料的制備方法，其特征在于該方法有A、B兩個(gè)步驟A氯丙基硅膠的合成將已活化的硅膠加入反應(yīng)容器中，以甲苯作反應(yīng)溶劑，攪拌均勻，加入氯丙基硅烷，進(jìn)行攪拌回流反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后冷卻，真空抽濾，依次用甲苯、乙醇、水、甲醇洗滌，真空干燥，得到氯丙基硅膠；B聯(lián)吡啶鍵合硅膠的合成將氯丙基硅膠加入反應(yīng)容器中，加入N，N’ - 二甲基甲酰胺作反應(yīng)溶劑，攪拌均勻， 加入聯(lián)吡啶，進(jìn)行攪拌反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后冷卻，抽濾，依次用乙醇、水、甲醇洗滌，真空干燥， 得到烷基聯(lián)吡啶單鹽鍵合硅膠；烷基聯(lián)吡啶單鹽鍵合硅膠繼續(xù)進(jìn)行季銨化反應(yīng)，將烷基聯(lián)吡啶單鹽鍵合硅膠和鹵代烴進(jìn)行反應(yīng)，制備烷基聯(lián)吡啶復(fù)鹽鍵合硅膠，獲得色譜填料，即聯(lián)吡啶鍵合硅膠液相色譜填料。本發(fā)明是利用聯(lián)吡啶的季銨化反應(yīng)，將聯(lián)吡啶鍵合到全多孔球形硅膠上。在A步驟中，氯丙基硅烷為3-氯丙基三氯(三甲/乙氧基)硅烷，硅膠與氯丙基硅烷的質(zhì)量比為1 0.3-1 2，硅膠質(zhì)量與甲苯體積比為1 5-1 10，反應(yīng)時(shí)間為12-48 小時(shí)。在B步驟中，聯(lián)吡啶為4，4’ -聯(lián)吡啶或2，2’ -聯(lián)吡啶，氯丙基硅膠與聯(lián)吡啶的質(zhì)量比為 1 0. 3-1 2。在B步驟中，制備烷基聯(lián)吡啶單鹽鍵合硅膠的反應(yīng)溫度為60_145°C，反應(yīng)時(shí)間為 12-72小時(shí)。在B步驟中，制備烷基聯(lián)吡啶復(fù)鹽鍵合硅膠采用的鹵代烴為溴代烴或碘代烴，兩者質(zhì)量比為1 0.5-1 10，反應(yīng)溫度為40-110°C，反應(yīng)時(shí)間為6-72小時(shí)。本發(fā)明是在反相色譜條件的分離模式中，以甲醇-水、乙腈-水等作為色譜流動(dòng)相，流動(dòng)相流速0. 5-2. Oml/min,紫外檢測(cè)波長(zhǎng)2M或230nm，分離的對(duì)象為稠環(huán)化合物、苯
酚類、苯胺類、對(duì)羥基苯甲酸酯類、鄰苯二甲酸二酯類等。本發(fā)明是在離子色譜條件的分離模式中，以5-lOOmmol/L的氯化鉀溶液或磷酸二氫鈉溶液作為色譜流動(dòng)相，流動(dòng)相PH為3. 0-7. 0，流動(dòng)相流速0. 5-2. Oml/min，紫外檢測(cè)波長(zhǎng)200nm，分離的對(duì)象為常見(jiàn)無(wú)機(jī)陰離子(I(V、Br(V、Br\N(V、r、SCN)；以5-IOOmmol/L的氯化鉀或磷酸二氫鈉溶液與甲醇(55 45，ν/ν)作為色譜流動(dòng)相，紫外檢測(cè)波長(zhǎng)200nm，分離的對(duì)象為有機(jī)陰離子(苯甲酸根類、苯磺酸根類、苯二甲酸根類)等。本發(fā)明與常規(guī)的色譜填料相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1.通過(guò)該發(fā)明制備的填料，硅膠表面的離子交換基密度、親疏水性可調(diào)，色譜性能穩(wěn)定。
2.填料具備一柱多模式色譜分離以及對(duì)不同性質(zhì)分析物同時(shí)色譜分離的突出優(yōu)
點(diǎn)ο3.填料是一種具有多重作用機(jī)理的填料，不僅可以分離中性、酸性和堿性有機(jī)化合物等，而且能夠?qū)o(wú)機(jī)和有機(jī)陰離子等進(jìn)行分離。4.填料通過(guò)采用合適的流動(dòng)相，能對(duì)多類不同性質(zhì)的分析物包括苯酚類、苯胺類、 稠環(huán)化合物以及陰離子進(jìn)行同時(shí)分離。5.填料的色譜性能優(yōu)越、柱容量大。本發(fā)明借助于聯(lián)吡啶的季銨化反應(yīng)，在微米尺寸的全多孔硅球的表面，修飾了聯(lián)吡啶，制備了多相互作用色譜填料，具有一柱多模式分離應(yīng)用和對(duì)不同性質(zhì)分析物同時(shí)分離的特殊優(yōu)點(diǎn)。在反相色譜模式下分別分離中性、酸性、堿性化合物等，以及離子色譜模式下分別分離無(wú)機(jī)、有機(jī)陰離子等，并能對(duì)上述的多類分析物同時(shí)分離，是一種具有應(yīng)用潛力的色譜柱填料。


圖1是聯(lián)吡啶鍵合硅膠色譜填料的合成示意圖。圖2是實(shí)施例3聯(lián)吡啶鍵合硅膠填料反相色譜分離稠環(huán)化合物的效果示意圖。橫坐標(biāo)是保留時(shí)間單位為min，縱坐標(biāo)是檢測(cè)信號(hào)響應(yīng)值單位為mAU，(1苯2萘3芴4蒽5 熒蒽6屈7 3，4_苯并芘)。圖3是實(shí)施例3聯(lián)吡啶鍵合硅膠填料反相色譜分離鄰苯二甲酸二酯類化合物的效果示意圖。橫坐標(biāo)是保留時(shí)間單位為min，縱坐標(biāo)是檢測(cè)信號(hào)響應(yīng)值單位為mAU，(1鄰苯二甲酸二甲酯2鄰苯二甲酸二丙烯酯3鄰苯二甲酸二丁酯4鄰苯二甲酸二環(huán)己酯5鄰苯二甲酸二辛酯6鄰苯二甲酸二異癸酯)。圖4是實(shí)施例4聯(lián)吡啶鍵合硅膠填料離子色譜分離無(wú)機(jī)陰離子的效果示意圖。 橫坐標(biāo)是保留時(shí)間單位為min，縱坐標(biāo)是檢測(cè)信號(hào)響應(yīng)值單位為mAU，(1I03_ 2Br03_ 3Br" 4NCV 5Γ 6SCN)。圖5是實(shí)施例4聯(lián)吡啶鍵合硅膠填料離子色譜分離有機(jī)陰離子的效果示意圖。橫坐標(biāo)是保留時(shí)間單位為min，縱坐標(biāo)是檢測(cè)信號(hào)響應(yīng)值單位為mAU，(1對(duì)氨基苯甲酸2苯甲酸鈉3對(duì)氨基苯磺酸4鄰苯二甲酸氫鉀5水楊酸鈉)。圖6是實(shí)施例5聯(lián)吡啶鍵合硅膠填料對(duì)多類分析物包括苯酚類、稠環(huán)類、無(wú)機(jī)、有機(jī)陰離子的同時(shí)分離效果示意圖。橫坐標(biāo)是保留時(shí)間單位為min，縱坐標(biāo)是檢測(cè)信號(hào)響應(yīng)值單位為mAU，(1苯酚2萘3甲萘酚4芴5Ι03_ 6Γ 7鄰苯二甲酸氫鉀8水楊酸鈉)。
具體實(shí)施例方式為了更好地理解本發(fā)明，通過(guò)實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明實(shí)施例1 聯(lián)吡啶鍵合硅膠填料的制備依次包括以下A、B兩個(gè)步驟A.氯丙基硅膠的合成將5. Og硅膠加入反應(yīng)容器中，加入50ml甲苯，機(jī)械攪拌均勻，加入5. 0ml3_氯丙基三甲氧基硅烷，攪拌回流M小時(shí)。反應(yīng)完畢后，真空抽濾，依次用200ml甲苯、200ml乙醇、IOOml水、200ml甲醇洗滌，然后65°C下真空干燥12小時(shí)，得到氯丙基硅膠。B.聯(lián)吡啶鍵合硅膠的合成將3. Og氯丙基硅膠加入反應(yīng)容器中，加入30mlN，N’ - 二甲基甲酰胺，機(jī)械攪拌均勻，加入3. Og 4，4’-聯(lián)吡啶，使反應(yīng)在140°C進(jìn)行72小時(shí)。然后，抽濾，依次用200ml乙醇、 200ml水、200ml甲醇洗滌，然后65°C下真空干燥12小時(shí)，得到聯(lián)吡啶鍵合硅膠色譜填料。實(shí)施例2 聯(lián)吡啶鍵合硅膠填料的制備依次包括以下A、B兩個(gè)步驟A.氯丙基硅膠的合成將5. Og硅膠加入反應(yīng)容器中，加入50ml甲苯，機(jī)械攪拌均勻，加入5. 0ml3_氯丙基三甲氧基硅烷，攪拌回流M小時(shí)。然后，真空抽濾，依次用200ml甲苯、200ml乙醇、IOOml 水、200ml甲醇洗滌，然后65°C下真空干燥12小時(shí)，得到氯丙基硅膠。B.聯(lián)吡啶鍵合硅膠的合成將5. Og氯丙基硅膠加入反應(yīng)容器中，加入50ml N, N’ -二甲基甲酰胺，機(jī)械攪拌均勻后，加入5. Og 4，4’ -聯(lián)吡啶，使反應(yīng)在130°C進(jìn)行72小時(shí)。然后，抽濾，依次用300ml 乙醇、300ml水、300ml甲醇洗滌，然后65°C下真空干燥12小時(shí)，得到烷基聯(lián)吡啶單鹽鍵合硅膠。將3. Og烷基聯(lián)吡啶單鹽鍵合硅膠加入反應(yīng)容器中，加入30ml N，N’-二甲基甲酰胺， 機(jī)械攪拌均勻后，加入IOmll-溴代正辛烷，在100°C進(jìn)行攪拌反應(yīng)12小時(shí)。反應(yīng)完畢后，抽濾，依次用300ml乙醇、300ml甲醇洗滌，然后65°C下真空干燥12小時(shí)，得到聯(lián)吡啶鍵合硅膠填料。實(shí)施例3 聯(lián)吡啶鍵合硅膠填料柱反相色譜分離將實(shí)施例1的聯(lián)吡啶鍵合硅膠填料進(jìn)行裝柱，柱長(zhǎng)150mm，柱內(nèi)徑4. 6mm。以甲醇-水(90 10，ν/ν)作為流動(dòng)相，流速lml/min，紫外檢測(cè)波長(zhǎng)254nm，分離稠環(huán)化合物(苯、萘、芴、蒽、熒蒽、屈、3，4_苯并芘)；以甲醇-水(60 40，ν/ν)作為流動(dòng)相，流速 l.Oml/min，紫外檢測(cè)波長(zhǎng)230nm，分離鄰苯二甲酸二酯類化合物(鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯
二甲酸二丙烯酯、鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二環(huán)己酯、鄰苯二甲酸二辛酯、鄰苯二甲酸二異癸酯)。實(shí)施例4 聯(lián)吡啶鍵合硅膠填料柱離子色譜分離將實(shí)施例1的聯(lián)吡啶鍵合硅膠填料進(jìn)行裝柱，柱長(zhǎng)150mm，柱內(nèi)徑4. 6mm。以氯化鉀溶液(50mmol/L，pH = 5. 5)作為流動(dòng)相，流速1. Oml/min,紫外檢測(cè)波長(zhǎng)200nm，分離無(wú)機(jī)陰離子(103_、Br03_、Br—、Ν03_、Γ、SCN_)；以磷酸二氫鈉溶液(3(toimol/L，pH = 4. 5)-甲醇 (55 45，￥八)作為流動(dòng)相，流速1.01111/1^11，紫外檢測(cè)波長(zhǎng)20011111，分離有機(jī)陰離子(對(duì)氨基苯甲酸、苯甲酸鈉、對(duì)氨基苯磺酸、鄰苯二甲酸氫鉀、水楊酸鈉)。實(shí)施例5 聯(lián)吡啶鍵合硅膠填料柱對(duì)多類不同性質(zhì)分析物的同時(shí)分離將實(shí)施例1的聯(lián)吡啶鍵合硅膠填料進(jìn)行裝柱，柱長(zhǎng)150mm，柱內(nèi)徑4. 6mm。以磷酸二氫鈉溶液(30mmol/L，pH = 4. 5)-甲醇05 55，ν/ν)作為流動(dòng)相，流速1. Oml/min，紫外檢測(cè)波長(zhǎng)200nm，同時(shí)分離酚類、稠環(huán)化合物、無(wú)機(jī)和有機(jī)陰離子等多類性質(zhì)的分析物(苯酚、萘、甲萘酚、芴、103_、Γ、鄰苯二甲酸氫鉀、水楊酸鈉)。
權(quán)利要求
1.一種聯(lián)吡啶鍵合硅膠填料的制備方法，其特征在于該方法有A、B兩個(gè)步驟A氯丙基硅膠的合成將已活化的硅膠加入反應(yīng)容器中，以甲苯作反應(yīng)溶劑，攪拌均勻，加入氯丙基硅烷，進(jìn)行攪拌回流反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后冷卻，真空抽濾，依次用甲苯、乙醇、水、甲醇洗滌，真空干燥， 得到氯丙基硅膠；B聯(lián)吡啶鍵合硅膠的合成將氯丙基硅膠加入反應(yīng)容器中，加入N，N’ - 二甲基甲酰胺作反應(yīng)溶劑，攪拌均勻，加入聯(lián)吡啶，進(jìn)行攪拌反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后冷卻，抽濾，依次用乙醇、水、甲醇洗滌，真空干燥，得到烷基聯(lián)吡啶單鹽鍵合硅膠；烷基聯(lián)吡啶單鹽鍵合硅膠繼續(xù)進(jìn)行季銨化反應(yīng)，將烷基聯(lián)吡啶單鹽鍵合硅膠和鹵代烴進(jìn)行反應(yīng)，制備烷基聯(lián)吡啶復(fù)鹽鍵合硅膠，獲得色譜填料，即聯(lián)吡啶鍵合硅膠液相色譜填料。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于A步驟中，氯丙基硅烷為3-氯丙基三氯(三甲/乙氧基)硅烷，硅膠與氯丙基硅烷的質(zhì)量比為1 0.3-1 2，硅膠質(zhì)量與甲苯體積比為1 5-1 10，反應(yīng)時(shí)間為12-48小時(shí)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于B步驟中，聯(lián)吡啶為4，4’-聯(lián)吡啶或2，2’-聯(lián)吡啶，氯丙基硅膠與聯(lián)吡啶的質(zhì)量比為1 0.3-1 2。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于B步驟中，制備烷基聯(lián)吡啶單鹽鍵合硅膠的反應(yīng)溫度為60-145°C，反應(yīng)時(shí)間為12-72小時(shí)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于B步驟中，制備烷基聯(lián)吡啶復(fù)鹽鍵合硅膠采用的鹵代烴為溴代烴或碘代烴，兩者質(zhì)量比為1 0.5-1 10，反應(yīng)溫度為40-110°C，反應(yīng)時(shí)間為6-72小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種聯(lián)吡啶鍵合硅膠填料的制備方法。本發(fā)明在全多孔球形硅膠表面先進(jìn)行硅烷化改性制得氯丙基硅膠，再通過(guò)氯丙基與聯(lián)吡啶發(fā)生季銨化反應(yīng)生成烷基聯(lián)吡啶單鹽鍵合硅膠，還能通過(guò)烷基聯(lián)吡啶單鹽的進(jìn)一步季銨化生成烷基聯(lián)吡啶復(fù)鹽鍵合硅膠，獲得聯(lián)吡啶鍵合硅膠液相色譜填料。填料具有多重作用機(jī)理等優(yōu)點(diǎn)，不但能夠分別在反相、離子色譜模式下進(jìn)行色譜分離，而且能同時(shí)分離中性有機(jī)化合物、無(wú)機(jī)和有機(jī)陰離子，表現(xiàn)出良好的選擇性和穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)B01J20/286GK102527355SQ201010595200
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月18日
發(fā)明者劉霞, 孫敏, 王旭生, 蔣生祥 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所