本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種適于超快速分離的新型核殼結(jié)構(gòu)硅膠色譜填料及其制備和應(yīng)用。本發(fā)明專利技術(shù)合成的硅膠微球具有清晰核殼結(jié)構(gòu)，其核為無孔硅膠，殼層存在介孔。第一步采用程序控溫方式合成不同粒徑無孔硅膠，此無孔硅膠具有很好的單分散性且粒徑分布較窄，然后在氨水溶液中選用多種陽離子表面活性劑，及有機(jī)胺或長鏈烷烴為擴(kuò)孔輔助劑，在此無孔硅膠上制備出厚度可以調(diào)節(jié)的介孔殼層，控制在100-360nm范圍內(nèi)，第三步對介孔殼層孔徑進(jìn)行擴(kuò)孔優(yōu)化，根據(jù)分離樣品需要，分別調(diào)節(jié)孔徑為9nm，15nm，或更大，最后對此硅膠微球進(jìn)行衍生化制備成色譜固定相，應(yīng)用于快速分離中，其柱效在20萬以上，可在短時(shí)間內(nèi)對多肽及整體蛋白樣品實(shí)現(xiàn)快速高效分離。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
—種有序介孔核殼結(jié)構(gòu)硅膠色譜填料及其制備和應(yīng)用
本專利技術(shù)屬于分析化學(xué)
，具體涉及一種制備介孔核殼結(jié)構(gòu)硅膠色譜填料的工藝。 技術(shù)背景 快速和高效是色譜分離的發(fā)展方向，核殼結(jié)構(gòu)硅膠色譜填料具有粒徑分布窄、傳質(zhì)速度快等優(yōu)勢，因此近年來成為快速色譜分離的首選填料。而目前在色譜中已經(jīng)應(yīng)用的核殼結(jié)構(gòu)色譜填料的制備方法有層層生長法Joseph J.Kirkland, Timothy J.Langlois, USPatent, 2007/0189944A1，凝聚法 Wu Chen, Ta-Chen Wei1US Patent, 2011/0031179A1 和娃球疊加生長法 Adham Ahmed, Walid Abdelmagid, Harald Ritchie, Peter Myers, HaifeiZhang, J.Chromatogr.A, 2012, 1270, 194 - 203等,層層生長法其合成過程較為繁瑣,合成周期較長，且容易導(dǎo)致硅球團(tuán)聚，凝聚法其反應(yīng)條件較難控制，而其他方法則很難控制合成的硅球的粒徑分布情況，其中一些方法所制備出的微球并不能直接用作色譜分離，必須經(jīng)過粒徑篩分過程。另一方面，核殼結(jié)構(gòu)硅膠微球的孔徑大小和孔徑分布情況直接影響著色譜分離效果。應(yīng)用陽離子表面活性劑為模板，可以在傳統(tǒng)的St0be1.體系中合成出核殼娃膠微球 Suk Bon Yoon, Jong-Yun Kim, Jung Ho Kim, Yong Joon Park, Kuk Ro Yoon, Seung-KyuPark and Jong-Sung Yu, J.Mater.Chem.，2007，17，1758 - 1761,也可以在此體系中加入刻蝕劑利用娃膠先溶解再沉積的方式制備核殼結(jié)構(gòu)娃膠顆粒Hanjiang Dong and JohnD.Brennan, J.Mater.Chem.，2012，22，13197 - 13203，其孔道結(jié)構(gòu)能夠垂直于硅球表面，但從色譜分離的角度出發(fā)，此類微球粒徑或者孔徑大小往往難以滿足色譜分離的需要。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種有序介孔核殼結(jié)構(gòu)硅膠色譜填料及其制備和應(yīng)用。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案為: 有序介孔核殼結(jié)構(gòu)娃膠微球粒徑在I μ m-2 μ m之間,其核是無孔的，具有的殼層厚度在100-360nm之間，殼層具有有序的多孔結(jié)構(gòu),其孔道方向垂直于娃球表面,其孔徑大小在5nm-30nm之間，其孔容量在0.1和0.5之間，比表面積在100到200m2/g之間。 一種有序介孔核殼結(jié)構(gòu)硅膠色譜填料的制備方法，該方法步驟如下: (I)采用程序升溫的方式以間歇加入法合成無孔硅膠微球 首先配制水解液,其組成為氨水(4_9wt.%),水(3_8wt.%)和無水乙醇,在低溫水浴(0-22°C)條件下機(jī)械攪拌；快速向水解液中加入正硅酸乙酯(2-6wt.%)，反應(yīng)完后，將水浴溫度升至較高的溫度(40-60°C)，加入水和正硅酸乙酯，正硅酸乙酯須提前預(yù)熱至反應(yīng)溫度。1-7次后，再次加入水解液，繼續(xù)加入水和正硅酸乙酯生長至目標(biāo)粒徑。對合成的無孔硅膠進(jìn)行離心清洗，依次用95%乙醇洗3次、水洗2次。 經(jīng)過上面操作，可以獲得粒徑在1.5μπι以內(nèi)的無孔硅膠微球，若要制備更大粒徑的無孔硅膠，如1.7 μ m，則需要進(jìn)一步生長。將所得到的無孔硅膠再次分散于水解液中，進(jìn)行生長，通過控制加入硅源的次數(shù)來控制最終的粒徑大小，待反應(yīng)完后進(jìn)行離心洗滌，依次用95%乙醇洗3次、水洗7次。 (2)刻蝕法合成核殼結(jié)構(gòu)娃膠微球 取步驟(I)中合成的無孔硅膠(2_10wt.%)微球分散于水中超聲分散；另取陽離子表面活性劑(0.5-lwt.%)加入水中超聲溶解，加入有機(jī)胺(0.7-5wt.%)或者直鏈烷烴，然后將其與無孔娃膠分散液混合，超聲分散。在油浴中加熱，磁子攪拌，加入氨水(4-5wt.%)，氟化銨(0.02-0.03wt.%)反應(yīng)。待反應(yīng)結(jié)束后離心洗滌，依次用95%乙醇洗3次、水洗2次，然后用甲醇抽濾過夜，于65°C烘干。接著在馬弗爐中進(jìn)行模板燒結(jié)(550-600°C)，控制升溫速率(1-10°C /min)，燒結(jié)完成后自然冷卻至室溫。 (3)采用水熱法和稀氨水刻蝕兩種擴(kuò)孔方法 水熱擴(kuò)孔法:在水熱釜密閉條件下，取1，3，5_三甲苯(l_7wt.%)或者有機(jī)胺(0.4-5wt.%)加入分散有(2)中合成的未進(jìn)行燒結(jié)的硅膠微球的水中，轉(zhuǎn)入水熱釜中，120°C條件下反應(yīng)數(shù)小時(shí)或者數(shù)天。依次用工業(yè)乙醇、水洗數(shù)次，然后用甲醇抽濾過夜，烘干。接著在馬弗爐中進(jìn)行模板燒結(jié)，控制升溫速率，燒結(jié)完成后自然冷卻至室溫。 稀氨水?dāng)U孔法:取經(jīng)過燒結(jié)的核殼結(jié)構(gòu)硅膠微球分散于特定pH (10-11)的氨水溶液中，在加熱(50-85°C)攪拌的條件下反應(yīng)數(shù)小時(shí)(0.5-5h)。反應(yīng)完后水離心洗三次。 所合成的微球可以通過表面化學(xué)衍生制備成不同模式的色譜填料，如離子交換色譜填料，親水色譜填料或者親和色譜填料。 所合成的微球作為色譜填料使用可以用于生物大分子的固相萃取。 本專利技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn): I合成的核殼型硅膠色譜填料單分散性好，粒徑均一； 2合成的核殼型娃膠色譜填料孔徑分布窄,其孔道排列有序,其方向垂直于娃球表面，孔徑大小可以調(diào)節(jié)，便于樣品分子的快速擴(kuò)散傳質(zhì)；獨(dú)特的核殼結(jié)構(gòu)異于其他核殼色譜填料； 3將這種填料應(yīng)用于小分子分離，色譜柱效高，塔板數(shù)可以達(dá)到20萬/米以上，性能完全優(yōu)于傳統(tǒng)色譜填料； [0021 ] 4將這種色譜填料用于生物分子的分離，可以實(shí)現(xiàn)樣品的快速，高效分離； 5.本色譜填料的合成工藝步驟少，重現(xiàn)性好，產(chǎn)率高，具有放大生產(chǎn)的潛力。 本專利技術(shù)提出了一種制備新型核殼結(jié)構(gòu)硅膠色譜填料的工藝，所提出的合成路線簡便，易操作同時(shí)重現(xiàn)性好，色譜分離柱效高；其特征不同于傳統(tǒng)的核殼結(jié)構(gòu)色譜填料和全多孔色譜填料，特點(diǎn)在于粒徑大小可控、均一，具有規(guī)整的球形外貌，清晰的核殼結(jié)構(gòu)，具有很好的剛性結(jié)構(gòu)，能夠耐受高壓，殼層上有序而規(guī)整地排布著分布較窄的介孔，孔道垂直于娃球表面，孔徑大小可以調(diào)節(jié)，將此填料應(yīng)用于色譜分離中，柱效達(dá)到20萬/米以上，相當(dāng)或者優(yōu)于其他色譜填料。同時(shí)這種填料可以實(shí)現(xiàn)多肽和蛋白樣品的高效快速分離。 【附圖說明】 圖1合成的無孔硅膠粒徑分布圖 圖2合成的核殼結(jié)構(gòu)硅膠微球透射電鏡圖片 圖3合成的核殼結(jié)構(gòu)娃膠微球透射電鏡圖片 圖4合成的核殼結(jié)構(gòu)硅膠微球等溫吸附線和孔徑分布圖 圖5色譜分離圖，A圖為小分子分離圖，B圖為五種標(biāo)準(zhǔn)肽段分離圖，C圖為五種整體蛋白分離圖。 【具體實(shí)施方式】 實(shí)施例 無孔硅膠合成 首先配制水解液,6.70ml 氨水(28_30wt.%，Sigma-Aldrich)，5.13ml 水，69.55ml無水乙醇，在22°C水浴條件下機(jī)械攪拌；快速向水解液中加入4ml正娃酸乙酯(98%, Sigma-Aldrich),開始反應(yīng)，40min后，將水浴溫度升至55°C，加入0.64ml水和4ml正硅酸乙酯，正硅酸乙酯須提前在55°C預(yù)熱，反應(yīng)40min。重復(fù)加入0.64ml水和4ml正硅酸乙酯 3 次后，再次加入水解液(6.7m本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種有序介孔核殼結(jié)構(gòu)硅膠色譜填料，其特征在于：所述的有序介孔核殼結(jié)構(gòu)硅膠微球粒徑在1μm?2μm之間，其核是無孔的，具有的殼層厚度在100?360nm之間，殼層具有有序的多孔結(jié)構(gòu)，其孔道方向垂直于硅球表面，其孔徑大小在5nm?30nm之間，其孔容量在0.1和0.5之間，比表面積在100到200m2/g之間。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種有序介孔核殼結(jié)構(gòu)硅膠色譜填料，其特征在于: 所述的有序介孔核殼結(jié)構(gòu)硅膠微球粒徑在I μ m-2 μ m之間，其核是無孔的，具有的殼層厚度在100-360nm之間,殼層具有有序的多孔結(jié)構(gòu),其孔道方向垂直于娃球表面,其孔徑大小在5nm-30nm之間，其孔容量在0.1和0.5之間，比表面積在100到200m2/g之間。2.—種權(quán)利要求1所述有序介孔核殼結(jié)構(gòu)硅膠色譜填料的制備方法，其特征在于: (1)采用低溫下成核，高溫下生長的方式以間歇加入法合成無孔硅膠微球； (2)采用刻蝕法合成核殼結(jié)構(gòu)硅膠微球，同時(shí)加入陽離子表面活性劑和有機(jī)胺或者烷烴； (3)采用水熱法和稀氨水刻蝕兩種方法進(jìn)行硅膠微球擴(kuò)孔。3.按照權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于: 步驟(1)中:合成微球的硅源可以是原硅酸四乙酯或者原硅酸四甲酯，采用氨水調(diào)節(jié)反應(yīng)pH值； 具體過程:首先配制水解液，其組成為4-10wt.%氨水(采用氨水濃度28-30wt.%配制)、3-8wt.%水、余量為無水乙醇，在0-22°C低溫水浴條件下機(jī)械攪拌時(shí)間大于等于10分鐘； 以10g水解液計(jì)，向 水解液中加入2-6g正硅酸乙酯，反應(yīng)時(shí)間大于等于40分鐘，將水浴溫度升至40-60°C，反應(yīng)時(shí)間大于等于40分鐘；然后加入0.4-lg水和2_6g正硅酸乙酯，正硅酸乙酯須提前預(yù)熱至反應(yīng)溫度40-60°C，反應(yīng)時(shí)間大于等于40分鐘，重復(fù)此加入步驟1-7次；再次加入10g水解液，繼續(xù)加入0.4-lg水和2-6g正硅酸乙酯40_60°C生長至目標(biāo)粒徑；對合成的無孔硅膠微球進(jìn)行離心清洗，清洗依次用乙醇、水進(jìn)行；經(jīng)過上面操作，可以獲得粒徑在0.5-1.5 μ m的無孔硅膠微球； 若要制備粒徑大于1.5至小于等于2μπι的無孔硅膠微球，將所得到的無孔硅膠微球再次分散于水解液中，以10g水解液計(jì)，向其中加入1-1Og的粒徑0.5-1.5 μ m無孔硅膠微球，水解液組成為4-10wt.%氨水(采用氨水濃度28-30wt.%配制)、3-8wt.%水、余量為無水乙醇；以10g水解液計(jì)，加入0.4-lg水和2-6g正硅酸乙酯，正硅酸乙酯須提前預(yù)熱至反應(yīng)溫度40-60°C，于40-60°C進(jìn)行生長，反應(yīng)時(shí)間大于等于40分鐘，通過控制加入硅源的次數(shù)來控制最終的粒徑大小，通常硅源和水的加入次數(shù)為1-3次，待反應(yīng)后進(jìn)行離心洗滌，依次用乙醇洗2-4次、水洗5-10次。4.按照權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于: 步驟(2)中:陽離子表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨，十六烷基三甲基氯化銨，十八烷基三甲基溴化銨或者其他陽離子表面活性劑中的一種或二種以上組合； 微球的孔徑可以通過加入有機(jī)胺或者烷烴的方式來優(yōu)化孔徑，其作用為擴(kuò)孔劑，加入的...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張麗華，閔一，楊開廣，張玉奎，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：遼寧;21
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