氧化石墨烯鍵合的毛細管電色譜整體柱及其制備方法
【專利說明】
(一)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種毛細管電色譜整體柱，特別涉及一種氧化石墨烯鍵合的毛細管電色譜整體柱及其制備方法。
(二)
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯(G)是碳原子以sp2雜化軌道構(gòu)成二維六角型蜂巢晶型，石墨烯氧化得到氧化石墨烯(G0)。兩者均具有大的比表面積、較強的熱穩(wěn)定性、良好的導(dǎo)電性等性能。與G相比，GO表面含有大量的羥基、羧基以及烷氧基等活性基團，具有更好的分散性、水溶性和可修飾等性能。由于GO具有較強的31-31電子堆積效應(yīng)，可作為吸附劑用于樣品中多環(huán)芳烴和含苯環(huán)類物質(zhì)的萃取、富集等前處理(Tang et al., J.Am.Chem.Soc.132 (2010) 10976 ；Gulbakan et al.,J.Am.Chem.Soc.132(2010)17408；Liu et al.,Angew.Chem.1nt.Ed.50
(2011)5913)。如Liu等(Liu et al.,Angew.Chem.1nt.Ed.50(2011 )5913)在修飾了氨基化硅膠顆粒表面通過酰基化反應(yīng)引入氧化石墨烯，得到具有親水性(正相，NP)的固定相(G00Silica)，繼而用水合肼還原GOOSilica得到具有疏水性(反相，SP)的固定相(GOSilica)，最后將兩類固定相作為固相萃取的吸附劑分別富集極性和非極性小分子、蛋白質(zhì)大分子等。Tong等(Tong et al.,Analyst 138(2013) 1549)利用在柱內(nèi)原位3步反應(yīng)法制備了石墨稀/氧化石墨烯鍵合的富集整體柱，富集尿液中肌氨酸并利用LC一MS/MS檢測，富集倍數(shù)達到了32倍。其聚合過程為:首先將甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)與乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA)在空柱內(nèi)原位聚合，再在其表面通過?；磻?yīng)引入二乙胺，然后利用二乙胺上另一個胺基與氧化石墨稀以酰胺鍵結(jié)合，獲得具G0/G鍵合整體柱。Zhang等(Zhang et al.，J.Chromatogr A1307(2013) 135)利用上述方法還成功地制備了修飾了石墨稀和氧化石墨烯功能基團的S12液相色譜填充柱，分別應(yīng)用于苯胺類和稠環(huán)芳烴類物質(zhì)的分離。
[0003]利用同樣的原理，人們開展了含石墨烯功能基團的開管柱制備方法的研究。Qu等(Qu et al.,Anal.Chem.84(2012)8880)以3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷為偶聯(lián)劑，通過?；磻?yīng)將GO引入到毛細管內(nèi)壁中，進一步通過水合肼還原氧化石墨烯為石墨烯制備了含石墨烯功能基團的開管柱，分別應(yīng)用于毛細管電色譜(Qu et al.,Anal.Chem.84(2012)8880)和氣相色譜(Qu et al.,Anal Chim Acta 757(2012)83)中，成功分離了多環(huán)芳經(jīng)類、蛋白質(zhì)類物質(zhì)和醇類、芳香類物質(zhì)。Xu等(Xu et al.，J.Chromatogr.A1284(2013)180)和Ye等(Ye et al.,Electrophoresis 34(2013)841)也同樣制備了含氧化石墨稀功能基團的電色譜開管柱分別用于苯類同系物分離和兩種手性物質(zhì)的對映體拆分。Liu等(Liu et al.,Electrophoresis 34(2013)1869)則利用毛細管內(nèi)壁的一O-通過靜電吸附的方式先吸附聚二烯丙基二甲基氯化銨(PDDA)，使其表面帶上正電荷一■+，然后通入GO溶液，利用其表面的一 C00—吸附在TODA涂層上，得到一類含GO功能基團的電色譜開管柱，用于3種稠環(huán)芳烴的分咼。
[0004]相對于毛細管電色譜填充柱和開管柱，整體柱具有通透性良好、傳質(zhì)阻力低、比表面積大、分離效率高和易于制備等優(yōu)點。2012年，Wang等(Wang et al.，Anal.Chem.84(2012)39)開展了石墨烯整體柱的制備方法研究，在室溫條件下，將氧化石墨烯的環(huán)己醇溶液與甲基丙烯酸(MAA)、EDMA等單體共混后引入毛細管內(nèi)，通過原位聚合反應(yīng)獲得包埋GO功能基團的電色譜整體柱，用于毛細管電泳分離苯類同系物和稠環(huán)芳烴類物質(zhì)。但GO僅是包埋在固定相中，并未與固定相形成化學鍵。Tong等(Tong et al.,Analyst 138(2013)1549)提出的柱內(nèi)原位3步反應(yīng)法制備石墨烯/氧化石墨烯鍵合的富集整體柱，并未用于分離，雖可通過添加產(chǎn)生電滲流反應(yīng)單體，擴展到電色譜分離用的整體柱，但反應(yīng)步驟較多，?；磻?yīng)在柱內(nèi)原位發(fā)生，條件不易控制。由于石墨烯/氧化石墨烯鍵合整體柱的制備方法較少，限制了它們作為固定相在電色譜分析中的廣泛應(yīng)用。
(三)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種氧化石墨烯鍵合的毛細管電色譜整體柱及其制備方法，本發(fā)明制備方法的原理是:將對氨基苯乙烯通過?；磻?yīng)修飾到氧化石墨烯表面(反應(yīng)式見圖1)，再將對氨基苯乙烯修飾的氧化石墨烯加入到反應(yīng)單體苯乙烯和交聯(lián)劑二乙烯苯中，以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)為產(chǎn)生電滲流單體，在自由基引發(fā)劑作用下進行一步原位雙鍵聚合反應(yīng)(反應(yīng)式見圖2)，制備氧化石墨烯鍵合的聚苯乙烯毛細管電色譜整體柱。該方法中?；磻?yīng)發(fā)生在柱外，條件易于控制，保證了反應(yīng)充分進行，柱內(nèi)雙鍵聚合反應(yīng)易于控制，一步完成，較大程度地保證了石墨烯穩(wěn)定地鍵合在固定相的表面。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]一種氧化石墨烯鍵合的毛細管電色譜整體柱，所述氧化石墨烯鍵合的毛細管電色譜整體柱按如下方法制備得到:
[0008](I)將氧化石墨烯(GO)與N，N-二甲基甲酰胺(DMF)混合，于20?30KHz超聲分散I?4h，再加入對氨基苯乙烯(pAS)和N，N’_二環(huán)己基碳二亞胺(DCC)，于40?80°C、避光、氬氣保護條件下攪拌反應(yīng)12?48h，之后反應(yīng)液經(jīng)過濾，得到固體產(chǎn)物對氨基苯乙烯修飾的氧化石墨稀(記為pAS-GO)；
[0009]步驟(I)中，所述氧化石墨烯與對氨基苯乙烯、N，N’_二環(huán)己基碳二亞胺的投料質(zhì)量比為1:2?20:1?2，優(yōu)選1:5?15:1?1.5，特別優(yōu)選1:10:1;所述N，N-二甲基甲酰胺的體積用量以氧化石墨稀的質(zhì)量計為I?I OmL/ mg，優(yōu)選2?5mL/ mg，特別優(yōu)選2.5mL/ mg ；
[0010](2)將步驟(I)所得對氨基苯乙烯修飾的氧化石墨烯與環(huán)己醇混合，于20?30KHz超聲分散I?4h，再加入苯乙烯、二乙烯苯(DVB)、甲苯、自由基引發(fā)劑、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)，繼續(xù)于20?30KHz超聲分散10?60min后通入氮氣5?30min，得到反應(yīng)混合液;將所得反應(yīng)混合液引入預(yù)處理過的毛細管內(nèi)預(yù)設(shè)固定相的位置，然后將毛細管兩端用硅膠封口，置于40?100°C下進行固化反應(yīng)2?8h，之后毛細管經(jīng)后處理，制得所述氧化石墨烯鍵合的毛細管電色譜整體柱；
[0011]步驟(2)中，所述對氨基苯乙烯修飾的氧化石墨烯與環(huán)己醇、苯乙烯、二乙烯苯(DVB)、甲苯、自由基引發(fā)劑、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)的投料質(zhì)量比為1:1440?2164:114?455:228?919:650?974:9?11:4.5?5.5，優(yōu)選1:1915?1920:222?232:455?465:860?870:9.5?10.5:4.8?5.2;所述的自由基引發(fā)劑為偶氮二異丁腈(AIBN)、偶氮二異庚腈或過氧化苯甲酰，優(yōu)選偶氮二異丁腈。
[0012]本發(fā)明中，所述的毛細管是本領(lǐng)域毛細管電色譜分析中常規(guī)使用的毛細管，可商購獲得，通常為熔融石英毛細管，內(nèi)徑為50?150μπι，外徑為350?400μπι，且其表面涂有20μπι
厚的聚酰亞胺涂層。
[0013]所述預(yù)處理過的毛細管，是指毛細管在制備本發(fā)明所述的整體柱前，需要經(jīng)過預(yù)處理，所述預(yù)處理可采用本領(lǐng)域的常規(guī)方法，即:石英毛細管依次用甲醇、水各沖洗0.5h，
0.lmol/L鹽酸沖洗Ih，水沖洗至中性，lmol/L NaOH水溶液沖洗2h，純水洗滌至中性后，再用甲醇沖洗0.5h，最后置于70 °C氣相色譜爐中用氮氣吹干，用硅膠塞封口備用。
[0014]所述步驟(2)中固化反應(yīng)后，所述毛細管的后處理方法也是本領(lǐng)域的常規(guī)方法，通常為:反應(yīng)結(jié)束后，用甲醇沖洗I?Sh以除去未參與反應(yīng)的單體及有機致孔劑溶劑(即環(huán)己醇與甲苯的混合溶劑)，再置于100°c氣相色譜爐中用％吹干，最后在預(yù)設(shè)檢測窗口的位置燒去3mm柱長的表面聚酰亞胺涂層制備檢測窗口，即得所述氧化石墨烯鍵合的毛細管電色譜整體柱。
[0015]一般情況下，所制備的電色譜柱的毛細管長度為35?175cm，預(yù)設(shè)固定相的長度為10?150cm，其起點為石英毛細管的一端(與進