一种耐碱硅胶色谱填料制备方法及应用

技术领域

本发明涉及色谱材料技术领域，具体为一种耐碱硅胶色谱填料制备方法及应用。

背景技术

色谱分离从二十世纪七十年代开始在分析和分离领域广泛应用。其中反相色谱采用非极性键合相作为固定相，根据不同组分和固定相之间疏水作用的不同达到分离目的，分离效率高、保留机理清楚，是最为广泛应用的一种分离模式。目前有70％的分析工作都是在反相模式中完成的，对于生物分子、药物分子及蛋白质的分析，反相液相色谱正受到越来越多的关注。

延长色谱填料使用寿命和减弱残余硅羟基效应一直是色谱工作者所关注的研究内容。传统硅胶基质高效液相色谱填料通常采用两步键合反应的制备方法，即先键合固定相分子，然后进行封尾。该方法具有一定的局限性。首先，两步键合法制备的硅胶色谱填料表面有机层覆盖密度较低，长期使用缓冲盐或碱性溶液流动相会导致硅胶填料基质塌陷、固定相流失，色谱柱报废。其次，固定相键合反应过程中由于反应活性低导致多数硅羟基未参与反应，即使在封尾反应过程中存在硅胶表面固定相分子的位阻效应，导致残余硅羟基超过原硅羟基总数的50％。残余硅羟基一方面使硅胶表面易于亲水导致碱性条件下寿命降低，另一方面在pH大于2时硅羟基电离为负离子，对碱性化合物等电正性分析物存在静电作用，导致色谱峰拖尾，分离度和柱效降低；

因此，针对上述问题提出一种耐碱硅胶色谱填料制备方法及应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐碱硅胶色谱填料制备方法及应用，使用该方法制作的硅胶色谱填料，表面有机覆盖率大，残余残余硅羟基效应弱，残余金属杂质影响小，色谱性能稳定，表面通过极性改性，同时增加了亲水性和弱离子交换功能，在缓冲盐溶液或碱性流动相条件下寿命长，填料表面的固定相分子流失小，分析重现性高,以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种耐碱硅胶色谱填料制备方法及应用，包括如下步骤：

S1、硅胶活化处理；

S2、制备硅胶改性剂，将甘油二酯与2-氯-2-氧-1，3，2-二氧磷杂环戊烷进行低温酯化反应，低温酯化反应结束后将三甲胺或二乙胺与低温酯化反应产物进行开环反应合成硅胶改性剂：

S3、制备经过有机硅烷偶联剂表面修饰后的硅胶，将活化硅胶加入到反应设备中，添加甲苯，充分搅拌后，添加短碳链有机硅烷偶联剂，充入惰性气体保护，加热搅拌回流，待反应完成后，冷却、抽滤，依次使用甲苯、乙醇、乙醇-水(v/v，1∶1)、水、甲醇洗涤，真空干燥得到表面有机杂化硅胶；

S4、制备改性后的硅胶，将表面有机杂化硅胶添加到反应设备中，添加硅胶改性剂和氮二异丁腈于反应设备内的物料进行混合，进行聚合反应，抽滤、洗涤、干燥，制得改性后的硅胶；

S5、制备耐酸碱硅胶色谱填料，将改性后的硅胶添加到反应设备中，添加甲苯，充分搅拌后加入适量有机烷，充入惰性气体保护，加热搅拌回流，反应完成后冷却、抽滤、洗涤，真空干燥，封尾，制得耐酸碱硅胶色谱填料。

作为一种优选方案，步骤S1具体操作为：将硅胶投入20％浓度的盐酸中搅拌，加热至100℃反应回流3-5h，抽滤后用去离子水洗涤至中性，烘干后低温真空干燥处理，得到活化硅胶。

作为一种优选方案，步骤S3中的短碳链有机硅烷偶联剂具体为甲基三甲(乙)氧基硅烷、乙基三甲(乙)氧基硅烷中的一种。

作为一种优选方案，步骤S5中封尾试剂为三甲基氯硅烷。

作为一种优选方案，步骤S3、S4、S5中的反应设备具体包括：

搅拌桶，搅拌桶底部设置有下料斗，下料斗的左右两侧内壁之间设置有安装架，且安装架上固定设置有转动连接筒，搅拌桶的顶板中部固定设置有对接筒，转动连接筒与对接筒之间设置有通过密封轴承分别与转动连接筒和对接筒内壁转动连接的搅拌轴；

搅拌轴内部中空，搅拌轴上设置有搅拌叶，搅拌轴顶部设置有与搅拌轴内部空腔连通的支管，支管上设置有旋转喷头，下料斗底部设置有从外向内伸入下料斗内的接水管，接水管通过转动接头与搅拌轴底部固定连接，接水管、搅拌轴内部的空腔及支管之间相互连通；

加热机构，加热机构包括搅拌桶内壁内层设置的加热介质腔和加热介质腔内设置的加热器，且加热介质腔内部填充导热介质；

供气机构，供气机构包括真空泵和惰性气体储存罐，搅拌桶顶部设置有伸出搅拌桶外的通气管，通气管外端管口处设置有三通，真空泵的抽气管和惰性气体储存罐的供气管分别连接三通的两个管口，且真空泵的抽气管和惰性气体储存罐的供气管上均设置有开关阀，通气管上设置有压力变送器。

作为一种优选方案，下料斗底部设置有出料口，且出料口上设置有下料阀，搅拌桶顶部设置有加料口，且加料口顶部设置有密封端盖。

作为一种优选方案，搅拌桶的顶部面板上于对接筒上方固定设置有驱动电机，驱动电机的电机轴通过联轴器与搅拌轴顶部固定连接。

本发明还提供上述一种耐碱硅胶色谱填料制备方法制备的耐碱硅胶色谱填料在分析碱性化合物中的应用。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明提供的一种耐碱硅胶色谱填料制备方法及应用，有益效果是：

1、使用上述方法制作的硅胶色谱填料，表面有机覆盖率大，残余残余硅羟基效应弱，残余金属杂质影响小，色谱性能稳定；

2、表面通过极性改性，同时增加了亲水性和弱离子交换功能，在缓冲盐溶液或碱性流动相条件下寿命长，填料表面的固定相分子流失小，分析重现性高；

3、通过使用反应设备作为耐碱硅胶色谱填料的制备设备，其中，反应设备包括搅拌桶，该搅拌桶内部转动设置的搅拌轴在旋转时可对搅拌桶内部物料进行充分搅拌，设置加热器可对加热介质腔内的导热介质进行加热，进而实现对搅拌桶内部物料的加热，设置的通气管分别连接真空泵的抽气管和惰性气体储存罐的供气管，真空泵的抽气管和惰性气体储存罐的供气管的交替开通可实现对搅拌桶的抽气和惰性气体填充，实现对上述方法中各个反应的保护，上述的搅拌轴内部中空，接水管接入高压水后，水从旋转喷头喷出，可实现对搅拌桶内壁的快速清洁，方便后续反应使用。

附图说明

图1为本发明中反应设备结构示意图；

图2为本发明中反应设备搅拌桶的截面结构示意图。

图中：1、搅拌桶；11、下料斗；12、出料口；13、下料阀；14、加料口；15、密封端盖；2、对接筒；21、密封轴承；22、驱动电机；23、安装架；24、转动连接筒；3、搅拌轴；31、联轴器；32、搅拌叶；33、接水管；34、转动接头；35、支管；36、旋转喷头；4、通气管；41、三通；42、真空泵；43、惰性气体储存罐；44、开关阀；45、压力变送器；5、加热介质腔；51、加热器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

本发明实施例提供一种耐碱硅胶色谱填料制备方法及应用，包括如下步骤：

S1、硅胶活化处理，将硅胶投入20％浓度的盐酸中搅拌，加热至100℃反应回流3-5h，抽滤后用去离子水洗涤至中性，烘干后低温真空干燥处理，得到活化硅胶；

S2、制备硅胶改性剂，将甘油二酯与2-氯-2-氧-1，3，2-二氧磷杂环戊烷进行低温酯化反应，低温酯化反应结束后将三甲胺或二乙胺与低温酯化反应产物进行开环反应合成硅胶改性剂：

S3、制备经过有机硅烷偶联剂表面修饰后的硅胶，将活化硅胶加入到反应设备中，添加甲苯，充分搅拌后，添加短碳链有机硅烷偶联剂，充入惰性气体保护，加热搅拌回流，待反应完成后，冷却、抽滤，依次使用甲苯、乙醇、乙醇-水(v/v，1∶1)、水、甲醇洗涤，真空干燥得到表面有机杂化硅胶，其中，短碳链有机硅烷偶联剂具体为甲基三甲(乙)氧基硅烷、乙基三甲(乙)氧基硅烷中的一种；

S4、制备改性后的硅胶，将表面有机杂化硅胶添加到反应设备中，添加硅胶改性剂和氮二异丁腈于反应设备内的物料进行混合，进行聚合反应，抽滤、洗涤、干燥，制得改性后的硅胶；

S5、制备耐酸碱硅胶色谱填料，将改性后的硅胶添加到反应设备中，添加甲苯，充分搅拌后加入适量有机烷，充入惰性气体保护，加热搅拌回流，反应完成后冷却、抽滤、洗涤，真空干燥，封尾，制得耐酸碱硅胶色谱填料，其中，封尾试剂为三甲基氯硅烷，该步骤中，反应完成的耐酸碱硅胶色谱填料用乙腈、甲醇和乙醚进行洗涤。

如图1-2所示，步骤S3、S4、S5中的反应设备具体包括：

搅拌桶1，搅拌桶1底部设置有下料斗11，下料斗11的左右两侧内壁之间设置有安装架23，且安装架23上固定设置有转动连接筒24，搅拌桶1的顶板中部固定设置有对接筒2，转动连接筒24与对接筒2之间设置有通过密封轴承21分别与转动连接筒24和对接筒2内壁转动连接的搅拌轴3；搅拌轴3内部中空，搅拌轴3上设置有搅拌叶32，搅拌轴3顶部设置有与搅拌轴3内部空腔连通的支管35，支管35上设置有旋转喷头36，下料斗11底部设置有从外向内伸入下料斗11内的接水管33，接水管33通过转动接头34与搅拌轴3底部固定连接，接水管33、搅拌轴3内部的空腔及支管35之间相互连通；

加热机构，加热机构包括搅拌桶1内壁内层设置的加热介质腔5和加热介质腔5内设置的加热器5，且加热介质腔5内部填充导热介质；

供气机构，供气机构包括真空泵42和惰性气体储存罐43，搅拌桶1顶部设置有伸出搅拌桶1外的通气管4，通气管4外端管口处设置有三通41，真空泵42的抽气管和惰性气体储存罐43的供气管分别连接三通41的两个管口，且真空泵42的抽气管和惰性气体储存罐43的供气管上均设置有开关阀44，通气管4上设置有压力变送器45。

请参阅图1，下料斗11底部设置有出料口2，且出料口2上设置有下料阀13，搅拌桶1顶部设置有加料口14，且加料口14顶部设置有密封端盖15，当密封端盖15与加料口14贴合固定时，下料阀13也闭合，该下料阀13选用密封蝶阀，此时，搅拌桶1内部形成空腔，当物料添加完成后，可利用真空泵42将搅拌桶1内部空气抽出，后充入惰性气体，实现对物料反应的保护。

请参阅图2，搅拌桶1的顶部面板上于对接筒2上方固定设置有驱动电机22，驱动电机22的电机轴通过联轴器31与搅拌轴3顶部固定连接。

本发明还提供上述一种耐碱硅胶色谱填料制备方法制备的耐碱硅胶色谱填料在分析碱性化合物中的应用。

上述方法结合反应设备具体操作为：

将5.0g硅胶投入到装有20％浓度盐酸的搅拌桶1中搅拌均匀，开启加热器51加热至100℃反应回流5h，后从出料口12排出，抽滤后用去离子水洗涤至中性，烘干后低温真空干燥处理，得到活化硅胶，其中，低温真空干燥的温度控制在50摄氏度；

将甘油二酯与2-氯-2-氧-1，3，2-二氧磷杂环戊烷进行低温酯化反应，低温酯化反应结束后将三甲胺或二乙胺与低温酯化反应产物进行开环反应合成硅胶改性剂：

将5.0g活化硅胶加入到反应设备中，添加50ml甲苯，充分搅拌20min后，添加0.5g甲基三甲氧基硅烷，利用真空泵42将搅拌桶1抽真空后，充入惰性气体保护，加热搅拌回流12h，待反应完成后，冷却、抽滤，依次使用300ml甲苯、300ml乙醇、300ml乙醇-水(v/v，1∶1)、300ml水、300ml甲醇洗涤，50摄氏度下真空干燥15h，得到表面有机杂化硅胶；

将5.0g表面有机杂化硅胶添加到反应设备中，添加4.0g硅胶改性剂和4mg氮二异丁腈于反应设备内的物料进行混合，进行聚合反应，抽滤、洗涤、干燥，制得改性后的硅胶；

将改性后的5.0g硅胶添加到反应设备中，添加50ml甲苯，充分搅拌后加入适量3g有机烷，充入惰性气体保护，加热搅拌回流，反应完成后冷却、抽滤，依次使用300ml甲苯、300ml乙醇、300ml乙醇-水(v/v，1∶1)、300ml水、300ml甲醇洗涤，70摄氏度下真空干燥12h，封尾，制得耐酸碱硅胶色谱填料；

其中，封尾试剂为三甲基氯硅烷，该步骤中，反应完成的耐酸碱硅胶色谱填料用乙腈、甲醇和乙醚进行洗涤。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。