自制阴离子交换整体柱在分离常规阴离子中的研究

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1、自制阴离子交换整体柱在分离常规阴离子中的研究摘要：利用偶氮二异丁腈（AIBN）作为自由基引发剂，将甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）单体和亚乙基二甲基丙烯酸酯（EDMA）交联剂通过原位聚合的方法，在不锈钢管柱（150×4.6i.d.mm）中合成为具有一定机械性能和一定孔径结构的聚合物整体色谱柱，利用三甲胺动态修饰反应将整体柱改性为具有阴离子交换功能的离子色谱分离柱。实验优化了改性修饰条件（三甲胺反应时间，反应温度以及反应流速），考察了相关离子交换容量，流体动力学参数等，采用直接紫外检测的方法，在205nm检测波长下，常规离子：乙酸根、溴酸根、亚硝酸根

2、、溴离子、硝酸根、碘离子和硫氰根离子能得到较好的分离，淋洗液浓度以及流速对于分离离子保留时间的影响进行了总结，色谱分析条件得到了优化。结果表明，该强阴离子交换整体色谱柱，制备方法简单方便，成本较低，可以方便的应用于常规色谱系统，具有一定分析实用价值和较大的开发前景。关键词：整体柱，有机聚合，离子色谱，阴离子分析1．引言整体柱，或称整体介质（monolithiccolumn）是一种利用有机或者无机聚合方法在色谱柱内进行原位聚合的连续床整体色谱柱，被称为继多聚糖，交联与涂渍，单分散时候的第四代分离介质，相比填充色谱柱来说，具有制备简单，易操作以及多孔

3、高通量低压分析等特点。已经在生命科学，新药开发和环境科学方面得到越来越多人的关注。近年来，离子色谱（IC）工作者也将研究兴趣投入到了离子交换色谱固定相的研究开发中来，硅胶或者有机聚合物整体柱在分离无机离子和小分子极性物质方面也发展了很多新的研究方向和方法：超快速离子色谱分析，低压离子色谱，毛细管离子色谱，流速梯度离子色谱等等。鉴于离子色谱流动相的特殊性，相对于硅胶型整体柱来说，有机聚合物整体柱具有基质稳定，可选单体种类较多，孔径可控制等等优势，已经逐渐成为研究重点。本文即通过GMA和EDMA的聚合反应，利用致孔剂调节相应孔结构聚合得到整体柱，并利

4、用三甲胺改性，得到具有离子交换功能的整体柱色谱固定相，讨论了改性条件，色谱柱性质等，并将该常规尺寸的离子交换整体柱直接与常规离子色谱系统连接，应用于无机离子的分离分析。2．实验部分2.1试剂与仪器试剂甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA），亚乙基二甲基丙烯酸酯（EDMA）均购于百灵威化学试剂公司，偶氮二异丁腈（AIBN）购于上海试剂厂，正丙醇，1，4-丁二醇，无水乙醇，四氢呋喃，三甲胺以及无机盐等试剂均购自杭州长征化学试剂厂；所有测试标准样品均利用相应分析纯试剂和去离子配制，所有流动相溶液均当天配制；去离子（18.2MΩ.cm）由Milipore系统制备

5、。仪器150×4.6i.d.mm不锈钢色谱管柱购自大连凯瑞公司；水浴锅购自江南仪器厂；柱温箱购自Abel公司；离子色谱系统为戴安公司Dionex2020i离子色谱仪器；色谱工作采集利用浙江大学N-2000色谱工作站。2.2GMA-EDMA整体柱制备以GMA为单体，EDMA为交联剂，正丙醇，1，4-丁二醇和水三元体系为致孔剂，GMA:EDMA比例为3:1，反应单体与致孔剂比例为40%：60%，利用1%（单体质量比）的AIBN作为引发剂，超声15min混合均匀各个溶液,并向溶液中通入氮气10min除去氧，将所得到的均相溶液利用注射器注入干净干燥的15

6、0×4.6i.d.mm不锈钢色谱管柱内，将色谱柱两端封闭好后，直立放入水浴锅中60℃进行聚合反应24h。反应好的GMA-EDMA整体柱连接到色谱泵上利用乙醇和水冲洗以除去多余的单体，致孔剂以及残留物等。2.3阴离子交换整体柱的修饰利用相同浓度的50%三甲胺-50%四氢呋喃反应溶液（V:V）在相同反应温度（80℃）下以相同反应流速对制备得到的GMA-EDMA整体柱基质进行改性，利用不同的反应时间控制不同的离子交换容量。3．结果与讨论3.1三甲胺修饰反应对离子交换容量，色谱柱通透性以及流体力学参数等的影响利用三甲胺为反应剂，四氢呋喃为相转移试剂，对带

7、有环氧基团的GMA-EDMA基质进行修饰反应，从而得到具有阴离子交换功能基团（季胺基基团），反应机理见图1。图1三甲胺修饰反应GMA-EDMA整体柱基质反应机理利用2.3反应方法修饰方法，改变反应时间为5h,4h,3h,2h,分别得到不同阴离子交换容量的离子色谱整体柱（B1,B2,B3,B4）。并对其流速-背压进行了测定，见图2，可发现在很好的流速下，该整体柱依然具有较低的柱压，具有较好的通透性能。图2整体柱B1-B4流速与柱压关系图并利用流速-背压关系对色谱柱的柱通透性（columnpermeabilitiesK）和柱分离参数（Separati

8、onimpedanceE）进行了定量考察，总结见表1。表1整体柱B1-B4孔隙率，柱通透性K以及分离参数E3.2常规阴离子在阴离子交换整