[发明专利]氧化锆整体柱的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化学技术领域，具体涉及一种氧化锆整体柱的制备方法。

背景技术

色谱柱是色谱技术的核心，而色谱柱填料影响着色谱的应用范围。

目前，以硅胶为基质的色谱柱填料约占80％以上，但是，硅胶基固定相适用的pH范围窄(pH＝2～8)，并且碱度过大，特别是当季铵离子存在时，硅胶易于粉碎溶解。此外还会对生物样品产生不可逆吸附，因此限制了硅胶基在一些重要领域中的应用。因此，需要寻找一种耐碱性的液相色谱填料。

二氧化锆是一种弱碱性氧化物，其优良的化学稳定性、热稳定性和高机械强度，近年来受到了广泛关注，关于二氧化锆柱填料的研究越来越多。二氧化锆对碱溶液以及许多酸性溶液都具有足够的稳定性，应用的pH范围为pH＝l～14，对碱性物质的分离极为有利，并具有特殊的选择性，与硅胶填料能形成很好的性能互补。另外，二氧化锆强度高，耐高温，因此它能弥补硅胶和有机聚合物填料的一些不足，使得它在生物化学、医药工业等领域有重要的应用，可用于生物分子如氨基酸、肽、蛋白质、核苷、单克隆抗体的分离；对烷基取代苯、芳香烃、多核芳烃的分离亦有报道；用于阴离子、阳离子测定的离子交换色谱也是锆基色谱填料的一个重要应用方面；二氧化锆还在极端条件下的分离方面展现出独特的应用前景。因此二氧化锆和改性二氧化锆色谱填料得到了愈来愈多、愈来愈重要的应用。

目前，以二氧化锆为基质的色谱柱填料大多以高纯的球形颗粒为主，但是在使用颗粒填充型色谱柱时，色谱柱头容易“塌陷”，色谱柱内部填料有“断流”或“短流”的可能。

发明内容

本发明目的之一在于解决现有的色谱柱头容易“塌陷”，色谱柱内部填料有“断流”或“短流”的问题，提供一种氧化锆整体柱的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种氧化锆整体柱的制备方法，本方法包括如下步骤：(1)湿凝胶的制备：称取适量PEG以及无水乙醇装入圆底烧瓶中，放入水浴锅中混匀至PEG全部溶解，冷却后向烧瓶中依次加入正丙醇锆、冰乙酸、浓硫酸，然后加入磁子，于磁力搅拌器上搅拌后，得溶胶，将所述溶胶置于水浴中凝胶，将凝胶后所得的湿柱体水浴陈化；(2)尿素乙醇溶液热处理：用一定浓度的尿素乙醇溶液热处理所述陈化后的湿凝胶柱体；(3)整体柱干燥：使所述热处理后的柱体干燥；(4)马弗炉灼烧：将干燥后的整体柱取出，放入马弗炉中灼烧。

进一步的，所述正丙醇锆与所述浓硫酸的质量比为1.64/0.075～1.64/0.28。

进一步的，所述正丙醇锆与所述浓硫酸质量比为1.64/0.16。

进一步的，所述正丙醇锆与所述PEG的质量比为1.64:0.04。

进一步的，所述步骤(2)中热处理的温度参数为120℃。

进一步的，所述尿素乙醇溶液的浓度为0.2～0.5_mol·L^-1。

进一步的，所述尿素乙醇溶液的浓度为0.5mol·L^-1。

进一步的，所述正丙醇锆、所述乙酸以及所述无水乙醇的摩尔比为1:3:3。

本发明的有益效果在于，根据本发明制备的整体柱填料机械强度高，稳定性好的特点能有效防止色谱柱塌陷；相较传统的硅胶颗粒填料，整体柱材料内部具有微米级的贯穿孔，使得流动相可以在较低压力下快速流经整体柱内部，以对流传质代替了硅胶颗粒的扩散传质，可实现高效快速分离；并且整体柱填料能原位合成，这保证了整体柱的重现性、可靠性和使用寿命。

具体实施方式

氧化锆整体柱制备过程中，主要发生了如下所示的水解反应以及缩聚反应：

水解反应：

聚合反应：

缩合反应：

其中，水解和缩聚反应是一对同时进行的竞争反应。正丙醇锆极易水解，空气中微量的水就可以使其水解并形成颗粒堆积的沉淀，所以控制锆醇盐的水解速率是关键，本发明采用酯化反应产生的微量水催化水解，让水解缩聚反应缓慢进行，并且浓硫酸的量影响水解反应的速率，从而影响凝胶的形成速率。

随着反应的进行，PEG与凝胶低聚物的Zr-OH形成较强的氢键作用，其结合物与体系的相溶性下降，而发生相分离，逐渐形成凝胶低聚物与PEG结合体的凝胶富集相和溶剂富集相，同时体系的粘度增大，而达凝胶化，其固相(凝胶低聚物与PEG结合物)随陈化而逐渐粗化、增长，最终形成稳定的网状骨架结构。湿凝胶经热处理和干燥后，灼烧形成二氧化锆整体柱。

氧化锆整体柱的制备方法包括如下步骤：