亲水单分散聚合物基质阳离▅子色谱柱的制备及其应↑用

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　　相关产品介绍：

　　该■产品为岛津公司原产，在多糖类--例甘油果糖类产品钠离子测定，在分离能力、柱子寿命方面都有极其突出的优点，相对于同类产品shodex\费「罗门等产品，都有非常不错的优【越性。

　　离子色谱法(IC)是20世纪70年代发展起来的一种色谱技术，主要用于离子型化合物的分析与分离。自1975年，Small等[1]提出离子色谱技术后,IC法逐渐在环境[2]、食品[3]、医药[4]、石油化工[5]和农业等各个领域得到了广泛地应用。以硅胶和有机◆聚合物为基体的填料是离子色谱常用的〗填料。近年来,阳离♂子填料中以硅胶为载体，采用聚马来酸包夹法合成的固定相[6]发展较活〗跃，这种填料溶质易◢于通过相对较大的孔与固定相上的活性位点接触,传质速ζ　率快,柱效高，但缺点是pH使︻用范围窄，从而在一定程度上限制了离子色谱的应用。目前，有机聚合物离子色谱填料中以交联聚苯乙烯二乙烯基苯(PStDVB)使用最广，这种树脂耐酸碱，允许∑用强酸或强碱作淋洗液。其中，以PStDVB微球为◎基质的阳离子色谱填料主要有两大类：一种是以磺酸∏基为功能基的薄壳型或表面附聚薄壳型的离子色谱填料[7～9]，这类树脂具有大孔结构，离』子交换速度快，柱效高，但对H 选择性不△高，不能同时分离碱金属、铵和碱土金属离子;另◆外一种是以高交联度(>55%)多孔PStDVB微球为基体，在表面接枝弱酸功能基的√高分子链[10,11],该填料用等度淋洗可同时分离一、二价々阳离子Ψ ，但制备◎工艺复杂,技术难度〓大。郭龑茹等[12]以PStDVB微球为基质，采用化学改性的方法制备了一种新型◤阳离子色谱填料，成功地解决了一、二︽价阳离子共洗脱的问题，但该树脂疏▃水性强，不适用于有机胺的分离;周玉芝等[13]采用DionexIonPacCS12色谱柱对低分子量有机胺进行了很好地分离，建立了C4以下10种有机胺的离子色谱分析法。郑德敏等[14]使︾用有机酸作淋洗液，采用非抑制型离子色谱↓法对甲胺、乙】胺和正丙胺进行了分离，取得了满意的↓效果。

　　本研究以自制的5.0μm单分散大孔亲水交联聚甲基丙烯酸◥环氧丙酯(PGMA/EDMA)微球为基质，采用化学键合法→，制备一种新型弱酸性阳离子色谱固定相。采用等度洗脱，一次进样可同」时分离6种一、二价阳离子，并对有机胺有较好的分离效果。将∮其用于决明茶中4种阳离子的分∞离测定，与原子吸收法々(AAS)对照,测定结㊣　果基本一致。

　　以自制5.0μm单分散大孔亲水交联聚甲基丙烯酸环氧∩丙酯微球①为基质，合成一种新型弱酸性阳Ψ 离子色谱填料。选用甲烷磺↓酸作淋洗液，在流速为1.0mL/min时，对6种无机阳◣离子(Li ,Na ,NH 4,K ,Mg2 ,Ca2 )和有机胺进行了良好分离。考察了淋洗液种类、浓度以及流速对6种无机↘阳离子分离的影响,选择了合适的色谱分离条件。测得6种离子在一定浓度范围内具有良好的线性关系和低█的检出限。将其用于决♀明茶中阳离子的分析，4种离子在20min内完全分离，各离子标准加入回收率在96%～107%之间。此色谱柱的分∴离效果与◥DionexIonPacCS12A商品柱接近，但分析时间缩短了44min。

　　实验部分

　　仪器与试剂

　　DionexICS90离子△色谱仪,DionexCSRSI(4mm)抑制器，DionexIonPacCS12A型商品柱(25cm×4cmI.D.，美国戴安公司Ψ);WFXIF2BSOIF型双光束原子吸收分光光度计(北京华洋分析仪器有限公司);CGY100型高压气动泵(北京福思ㄨ源机械加工部);2003型电动搅拌器;JY92超声波细胞≡破碎仪(宁波新芝生↓物科技股份有限公司);KQ250B超声波清洗(昆山市超生仪器有限工司№)。甲基丙烯酸环氧丙酯(GMA)，乙二醇二甲基︼丙烯酸酯(EDMA)(美国Aldrich公司);过氧⊙化苯甲酰(BPO,化学纯，上海润捷化学试剂有限公司);实验室自制单分散大孔亲水交联PGMA/EDMA微球(粒径5.0μm，平均孔径400nm，比表面积11.2m2/g);金属阳离子的氯化▓物、碳酸盐∮或氧化物为基准试剂或优级纯(上海晶纯试剂有限公司);决明茶(宁夏宁安堡土特产品有限公司出〖品);其它试剂均为分析纯。实验用水为二次蒸馏卐水。

　　亲水性单分散交联聚甲基丙烯酸环氧丙酯微球的制备

　　采用分散聚合法和“一步种子溶胀聚合法”制备亲水性单分散交联聚甲基丙烯酸环氧丙酯(PGMA/EDMA)微球[15]。首先，采用分散』聚合法制备粒径为1.8μm的线性单分散聚甲基¤丙烯酸环氧丙酯(PGMA)种子。然后，采用一步种子溶胀聚合法№，在含有稳定剂和表面◇活性剂的水相介质中，将PGMA种子用被乳化的GMA,EDMA和BPO溶胀，用显微镜●观察有机单体是否被种子吸收完全。溶胀后升温至⌒　70℃反应24h，产物用水和甲醇洗涤，真空干燥。合成的树脂用↑甲苯抽提48h，抽提后的◢微球用乙醇和丙酮洗涤，真空干燥。即得5.0μm亲水性单分散交联PGMA/EDMA微球。

　　弱酸型阳离子色谱固定相的制备

　　取合成的PGMA/EDMA树脂5.0g，用20mL乙醇溶胀5h,然后加入80mL0.1mol/LH2SO4溶液，在60℃水浴中搅拌反应18h。反应产物先用水洗涤三¤遍，然后浸泡于蒸馏水中过夜，再用水洗╳涤，真空干燥，即得水解☆的微球。取4.0g水解微球于250mL三颈瓶中，加入8.0g无水丁二酸酐溶于80mL吡啶溶液中，超声分散卐溶解，于60℃下恒温搅拌反应16h。产物依次用水和丙酮洗涤，真空干燥，即得弱酸型阳离子色谱填料。合成路线√见图解1(其中P代表聚合物)。

　　树脂ζ的表征

　　用酸碱滴定法测定树脂表面羧基含量[16]。称取2.0g合成①的树脂于100mL烧杯中,加入50mL1mol/LHNO3溶液，浸泡过夜，用去离子水洗♀至中性，抽干。将酸Ψ 化的树脂置于250mL锥形瓶中，加入200mL含5%NaCl的0.1mol/LNaOH溶液，静置过夜。取上清液50mL，用0.1mol/LHCl滴定至终点。平行测定3次，计算树脂表面羧基含量。用红外光〗谱仪表征树脂表面功能基。

　　色谱柱◤的填充及色谱条件

　　色谱柱:250mm×4.6mmI.D.;装柱压力:30MPa。色谱条件:淋洗液为甲烷磺∞酸(浓度根据实验≡要求调节)，使用前经0.45μm滤膜过滤;进样体积:10μL;再生抑制器电流59mA。

　　决明茶样品的处理

　　取适◥量决明茶在80℃下干燥2h,粉碎过0.30mm孔径筛。称取粉碎的决明茶1.00g置于100mL容量瓶中,加90mL水,在90℃水浴中★浸泡15min,摇匀,冷却后用0.45μm微孔♂滤膜过滤,并加水稀释至100mL。准确移取决明茶滤⊙液1.0mL于10mL容量瓶中，用水稀释至刻度，在4℃下储存『备用。

　　结果与讨论

　　色谱填料的评价

　　淋洗液(elution):7mmoL/L甲烷磺酸(methylvitriol);流速(flowrate):1.0mL/min。1.Li (2.5mg/L);2.Na (1.0mg/L);3.NH 4(5.0mg/L);4.K (10.0mg/L);5.Mg2 (10.0mg/L);6.Ca2 (10.0mg/L)。用酸碱■滴定法测得色谱柱交换容量为4.6mmol/g。红外光谱图显示,化学键合后的填料在1752.88cm-1有强▲的吸收,说明羧基已键合到微※球上。

　　无机阳∮离子的分离测定

　　用合成的弱酸性阳离子色谱填料对6种无机阳离子(Li ,Na ,NH 4,K ,Mg2 ,Ca2 )进行分离，考察填料的色谱性能。以7mmol/L甲烷磺酸为淋洗ぷ液，在流速为1.0mL/min时，6种阳离子在25min内依次被洗ㄨ脱，结果见图2。平行进样50次，不同离子的↙出峰时间、峰高和峰面积具有良好↘的重现性。

　　在上述色谱条件↘下,进样量10μL，S/N=3时，Li ,Na ,NH 4,K ,Mg2 ,Ca2 离子的线性范围和检出限≡见表1。由表1可见，在一定浓度范围内，6种离子均具有良好【的线性关系和较低的检出限。表1阳离子的线性回归方程和】检出限

　　淋洗液的选择

　　依据阳离子本身的♀性质和阳离子与固定相「之间作用力的大小，选择阳离子色谱淋洗液。本实验分别选用甲烷▲磺酸、甲烷磺酸草酸和H2SO4作淋洗液，在流速为1.0mL/min，固定其浓度为5.0mmol/L，考察」不同种类的酸对6种阳离子分离情况的影响。实验结」果表明，淋洗液为甲烷磺』酸和草酸混合液时，6种离子在45min内被分离。分别用甲烷磺酸和H2SO4作淋洗○液时，6种离子只←需35min可完全分离。考虑H2SO4的强氧化性，选用甲烷磺酸作淋洗液。

　　淋洗液浓度的选择

　　图3是不同浓度甲烷磺酸对6种离子分离的ξ　影响。由图3可知，随着淋洗液浓度的增大，各离子的分⊙析时间缩短，洗脱▆顺序不变，且对二价离子的影响大于●一价离子。淋洗液浓度太低，一价离子■分离度高，但Mg2 和Ca2 与固定相之间亲和力强，分〗析时间延长，并且难以洗╲脱;淋洗液浓度过高，各离子分析时间缩短，但分离度有所降低。当甲＠烷磺酸浓度为7mmol/L，6种阳离子得到了最佳△分离。

　　淋洗液流速的选择

　　流□速对离子的分离度、分析时间有很大的影响。图4是不同流速¤对6种阳离子分离的影响。从图4可知，流速在0.8～1.2mL/min内6种离子都能被分离。随着︻流速的增大，各离子与固定相之间交换速率加快，二价⌒　离子保留时间明显缩短，一价离子保留时间①变化较小，相应分离度有所降低。实验结果表々明，流速为1.0mL/min时，各离子有最佳的分离度和合适的分析时间。

　　NH 4和＠有机胺的分离

　　图5是用自制弱酸性阳离子色谱柱对NH 4、三甲胺、苯胺和二甲☆苯胺的色谱分离图。低分子量的有机胺在酸性溶液中质子化,形成RNH 4，与阳离子色谱填料上的羧基发生离子交换，图5NH 4和有机胺色谱分离图

　　1.NH 45.0mg/L;2.三甲胺(trimethylamine)10.0mg/L;3.苯胺(aniline)50.0mg/L;4.二甲苯胺(dimethylaniline)70.0mg/L;淋洗液(elution):3.5mmol/L甲烷磺酸(methylvitriol)5%乙腈(acetonitrile);流速(flowrate):1.0mL/min。从而被分■离。选用3.5mmol/L甲烷磺酸和5%乙腈作淋洗液∮，流速为1.0mL/min，NH 4和有机胺在10min内可完全分♀离，4种物质在色谱柱上的保留按照分析物与树脂表面活性基团间的离子交换作用和疏水作用依次洗脱。二甲苯胺峰宽并有一◣定的拖尾，电导响应值较低。

　　样品测定

　　采用自制阳离①子色谱柱对决明茶中Na ,K ,Mg2 ,Ca2 进※行分离测定。图6为决明茶稀释后在自制阳离子色谱柱和DionexIonPacCS12A商品柱的分●离图，由图6可见，4种阳离子在自制色谱柱上仅用20min就能完全〗分离，分离效果与IonPacCS12A商品柱接近，而在DionexIonPacCS12A商品柱上完全分离需要64min。平行进样20次，各离子的出峰时间、峰高和▂峰面积具有良好的重现性。

　　回收率实验

　　在图6色谱条件下，进样量10μL，对决明茶¤稀释液进样，平行测定6次，计算不同离子的含量。决明茶稀♂释后分别加入4种离子的标准溶液进行回收率实验，结果见表2。4种∏离子含量顺序为：K ﹥Mg2 ﹥Ca2 ﹥Na ，各离子加标回╱收率在96%～107%之间。本方法的测定结果与AAS法测得结〇果基本一致,相卐对偏差在±3.5%范围内。表2决明茶中阳离子质量浓度及回收率(稀释后)

　　结论

　　本研究以自合成的亲水性大孔单分散交联聚甲基丙烯酸环氧丙酯(PGMA/EDMA)微球为基质，采用化学键合法，合成一种新型弱酸性阳离子色谱填料。在等度洗脱条件下，一次进样可同时分离一、二价阳离子，并对▂疏水性较强的有机胺有较好的分离效果。稳定性优※于文[17，18]中采用物理和化学涂敷法将聚二丁烯马来酸涂敷在硅胶表面制备的色谱填料。本色谱柱▃具有良好的重现性、宽的线性范围和低的检出限。用于决明茶中4种阳离★子分离测定，各离子的加标回收率在▓96%～107%之间,与AAS法测得结果对照,相对偏差小于】±3.5%。(谢沂楠/编辑)