（有机化学专业论文）新型无机氧化物基质hplc柱填料的研究.pdf

允公允能日新月异 摘要 摘要 本文对聚合诱导胶体聚集法( p i c a 法) 合成多孔二氧化锆微球 作了探索和研究。这种方法就是在一种含有胶态氧化物颗粒的水合溶胶 中加入尿素和甲醛形成混合物，有机物发生酸催化聚合作用形成含有无 机颗粒的微球，然后烧结除去有机物得到多孔无机物的微球。用p i c a 法 合成的二氧化锆微球物理、化学稳定性高，粒径分布较窄，且具有较大 的比表面积和孔径及孔隙率。 本文着重对p i c a 法制备二氧化锆微球所用的锆溶胶进行了探索， 对锆溶胶的胶粒粒径分布、p h 值、反应混合物各组分的浓度等因素对成 球的影响进行了研究，对用不同的方法制备适合于最佳成球条件的溶胶 作出了许多尝试。此外，还协助完成了p b d t i o ，的测试工作。 关键词高效液相色谱( 玎) l c ) 填料 锆水溶胶 聚合诱导胶体聚集法( p i c a 法) 多孔锆球 聚丁二烯包覆t i 0 2 垄竺垒丝 旦堑旦墨 塑墨 a b s t r a c t p o r o u sz i r c o n i ap a c k i n g sw e r es y n t h e s i s e da sm i c r o p a r t i c u l a t eb e a d sb y p o l y m e r i z a t i o n i n d u c e dc o l l o i da g g r e g a t i o n ( p i c a ) t h em e t h o d s i n v o l v e df o r m i n ga m i x t u r eo fu r e aa n df o r m a l d e h y d ei na l la q u e o u ss o lc o n t a i n i n gc o l l o i d a lo x i d e p a r t i c l e s c o p o l y m e r i z a t i o no f t h eo r g a n i cc o n s t i t u e n t sp r o d u c e dc o a c e r v a t i o no f t h eo r g a n i c m a t e r i a li n t om i c r o p a r t i c l e sc o n t a i n i n gt h ei n o r g a n i cm a t e r i a l t h eo r g a n i cc o n s t i t u e n t s c o u l db e b u r n e do u tt of o r mm i c r o b e a d so f u n i f o r m s i z ec o n s i s t i n go f a ni n t e r c o n n e c t e d a r r a yo fi n o r g a n i cc o l l o i dp a r t i c l e ss e p a r a t e db yu n i f o r m - s i z e dp o r e s t h ep o r o u sz r 0 2 p a r t i c l e sw h i c hs y n t h e s i s e db y p i c as h o u l db e p h y s i c a l l ya n dc h e m i c a l l ys t a b l eo v e r a w i d e r a n gi np r e s s u r e ，p h ，t e m p r e r a t u r ea n ds o l v e n tc o n d i t i o n s i th a d an a r r o ws i z e d i s t r u b u t i o na sw e l la sa h i g hp o r es i z ea n dp o r o s i t y m a n y r e s e a r c hw o r k sh a db e e nd o n et op r e p a r eaz i r c o n i as o lw h i c hw a ss u i t a b l ef o r s y n t h e s i so f p o r o u sz r 0 2p a r t i c l e sb y p i c a t h es i z eo f t h ec o l l o i d a l p a r t i c l e sa n d t h er a t i o o ft h ev o l u m eo f o r g a n i cp o l y m e r t oi n o r g a n i cm a t e r i a la sw e l la sp hw a s i m p o r t a n t i nt h e s y n t h e s i sp r o c e s s i na d d i t i o n ，t h er e t e n t i o nb e h a v i o r so f p o l y b u t a d i e n e c o a t e dt i t a n i a s t a t i o n a r yp h a s e ( p b d t i 0 2 ) w e r ei n v e s t i g a t e db yt h eu s eo f l i n e a rs o l v a t i o ne n e r g y r e l a t i o n s h i p s ( l s e r s ) o f 2 1s o l u t e s k e y w o r d s h i g h p e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y ( h p l c ) p a c k i n g s z i r c o n i as o l p o l y m e r i z a t i o n i n d u c e dc o l l o i da g g r e g a t i o n ( p i c a ) p o r o u sz i r c o n i a p b d t i 0 2 盒公盆能旦堑县是一舅 ：童 第一章前言 高效液相色谱法f f i p l c ) ，作为一种较新的分析、分离技术，虽然 它的发展迄今为止只不过短短二十几年的时间，但它已广泛应用于石 油、化工、食品、医药、环保等部门，并引起了广大的化学、生物化学 和其他分析工作者的重视，使其在近年来获得了较快的发展。它克服了 经典的柱色谱法分离效能差，柱填充的重复性差，分离时间长等缺点， 也克服了气相色谱法分离有机化合物范围窄的缺点。随着h p l c 的迅速 发展，它的应用也越来越广泛。据m a j o r s 统计，在相关领域中有8 0 的 分离是通过h p l c 分离技术实现的【1 l 。 高效液相色谱作为一种有效的分离技术，它的发展取决于合适的柱 填料的制备，因为色谱柱是高效液相色谱的心脏部件。近年来，由于采 用了一些新的技术，填料生产有了重大突破，使色谱柱不论在分离效率 还是在柱寿命方面都有令人瞩目的提高。理想的h p l c 柱填料应具有高 度的均一性，合适的粒径和孔径分布，较大的表面积，并且在其表面应 有一定量的可供利用的官能团，可以通过化学反应或包覆等物理过程加 以改性，使之产生特殊的选择性，以解决大量的化学分离问题。h p l c 柱填料还应在较大的压力、p h 值、温度范围内和不同的溶剂条件下有 良好的物理和化学稳定性。 到目前为止，大部分的柱填料是以硅胶为基质的。柱填料中的球状 多孔结构硅胶微粒是通过下面的方法制各的：硅溶胶、尿素和甲醛混溶， 在一定的反应条件下使尿素和甲醛聚合成新相微球，胶粒s i o ，包覆在微 球中。然后在一定温度下加热除去有机化合物，成为具有多孔结构的较 大的球状硅胶微粒【2 】。这种硅胶微粒的表面( 主要指孔的表面) 一般含 有下面三种硅羟基，其中游离型硅羟基比例较少，然而其酸性最强，为 硅胶微粒的表面提供了极性，对色谱性能影响最大。 叁公叁戆磐錾基显一 一楚二壅 ( ) i s i 游离鬻 h ( )( ) h s i 骞往型 o h o h s is i 氢键型 极性的溶质分子通过静电吸弓l 、氢键和离子交换等机理被吸附在这 些活性位置上。这样的硅胶微粒被称为极性吸附剂( 填料) 。装成的柱 被称为正相柱。通常的正相硅胶填料中，硅胶粒子表面上的硅原子中， 只有部分是羟基化的，也就是说还有另一些，甚至可能是大部分的硅原 子上不带羟基，是没有活燃鲍，这相当予减少了总的吸附位置或活性中 心，从纛洚低了分离效率。另外，这种硅胶填料焉子分离溅性有枫化合 物时，常常出现严重的拖惑现象，从而限镯了分离效率，给纽分定擅带 来函难。这种现象是由硅胶粒子表面禁璧活性的酸性硅羟基造成的，酸 性硅羟基与碱性化合物之间发生的离子交换反应对峰保留产生影响，引 起峰对称性差。 七十年代来开始，采用表面键会技术，对硅胶微粒装丽进行修饰一 硅烷化，使之表嚣不带极性，蠛带有其他功鳇基团的极性，以适应不圆 的分离对象，这耪修蝽方法被称必单层键舍按术，如图搿示： 图中( i ) 是一卤代硅烷。当童代硅烷中蕊原子x 与硅羟基中h 原子反应生 成卤化氢以质，硅烷就键合到硅胶粒子表嚣箍达到硅烧化的蜀的。其中 透紫r ；= c h ，一，是功能基霞部分，夯豁键舍糊。譬蓠常用豹键合楣为 c ，。( o d s ) 、c 。和p h 。这三种键含相表蕊是菲极性的，与极性的硅胶壤料 相反。用这三种键合相的填料装成的柱称为反相柱。在h p l c 中，反相 柱填料是应用最广泛的固定相。 & 鼍：融 一 致m歉， 固 盒垒叁丝旦堑旦星 一一盈二二墓 作为h p l c 柱填料，硅胶和改性的硅胶有着重要的地位，因为它们 具有良好的机械强度，具有传质所需要的近乎理想的孔结构，可得孔径 范围宽，是目前为止研究得相对比较成熟的柱填料，而且在h p l c 分离 中，9 0 以上用的是硅胶基质填料f 3 j 。但是，硅胶基质填料仍有不尽人 意之处。主要是它们仅在p h 2 8 范围内是稳定的【4 - 7 1 。当p h 8 时，碱能 使硅胶溶解；当p h 3 6 m m o l g ( 干) ；含水5 0 6 0 ：p h i 1 4 ) 南开大学化工厂 尿素( 分析纯)天津市化学试剂一厂 甲醛溶液( 分析纯)济南有机化工厂 1 m o l l n a o h自配 二、实验操作步骤 1 离子交换树脂的活化 将1 5 0 0 9 d 2 9 6 型大孔强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂用 1 m o l l n a o h 浸泡2 4 h 以上，然后反复用蒸馏水洗涤，洗至中性备用。 2 锆溶胶的制备 1 2 0 9 氧氯化锆溶解于8 0 m l 蒸馏水中，然后与步骤l 得到的树脂 进行接触式交换，交换4 次，每次用离子交换数脂的量为3 0 0 3 5 0 9 。 交换后得到外观稍不透明的锆水溶胶，超声5 m i n ，用酸度计测其p h 值。 3 p i c a 法制备z r o ，微球试验 取3 0 m ! 锆水溶胶，加热灼烧，测锆含量。按照反映混合物锆浓 度与尿素浓度比为1 ：h 1 3 及尿素与甲醛浓度比为1 ：1 2 3 的比例，计算应 加入的尿素和甲醛的量，并先按计算的量加尿素使之充分溶解在锆水溶 胶中，再按计算的量将甲醛溶液迅速加入，搅拌2 m i n ，使反应物混合均 匀，于室温下放置反应1 8 h ，然后加入足量的蒸馏水以中止反应。 允公允能日新月异 第二章 2 1 3 结果与讨论 一、p i c a 法成球情况的探索 分别用离子交换树脂法制备6 批锆水溶胶，成球情况列于表2 - 1 。 表2 编号树脂用量( g )交换后溶胶p h 值锆浓度( m o l l )成球情况 i7 5 0i 2 2无定形 29 4 02 0 6 0 7 0无定形 39 4 02 ，2 4 0 8 6有球，但粒径小 4 9 4 0 20 5 0 9 2有球，但粒径小 5 1 2 5 02 7 20 6 5仅有少量小球 6 1 2 5 02 6 80 7 5仅有少量小球 二、结果与讨论 从表2 1 所列出的情况，我们可以看出，首先，在交换过程中所造 成的锆的损失量是很大的。我们最初配制的锆的水解液的浓度是 2 3 4 m o l l ，用离子交换树脂交换后，锆的浓度降至o 6 5 o 9 2 m o l l ， 而且每次用离子交换树脂处理完所得到的锆溶胶的浓度都是不一样的。 这是因为锆与树脂间的吸附造成了锆浓度的降低，吸附的量的不固定又 直接导致浓度的不确定。所以，每次交换完制得的锆溶胶都得重新测定 其锆含量。测定方法是：取3 0 r a l 锆水溶胶，在电炉上加热，蒸发去水 分后灼烧，得到白色的z r o ：固体，再用足量的热水溶解以除去易溶物， 再灼烧，称重，计算最终锆溶胶的浓度。 其次，要想得到制备锆球能够使用的锆水溶胶所需要的离子交换树 脂的量亦是很大的。这在实验操作过程中势必带来很大的麻烦，由于锆 溶液的体积较小，我们得将离子交换树脂分成四批与之进行交换，才能 使交换进行得充分。这样重复多次的操作是造成锆损失的主要原因之 一。 第三，用这种方法所制得的锆水溶胶的成球情况也很不理想。我们 分析是因为每次所制得的溶胶的胶体颗粒大小是不稳定的，也就是说， 垒竺垒堂旦堑旦墨兰蔓三兰一 当胶体颗粒的大小在所要求的l n m l p m 范围内时就有小球形成；当胶 体颗粒的大小不在此范围内时就没有小球形成。而且，即使是在有小球 形成时，我们在显微镜下观察球的粒径分布也是很宽的，在2 9 t m l o g t m ， 而且成球率也较低。 由此我们得出结论，这种通过用离子交换树脂交换来制备锆溶胶的 方法，存在一些不足之处，一是实验操作繁琐，无机物的损失较大；二 是要想将胶体的颗粒直径控制在5 0 1 0 0 n m 是很不容易做到的。 2 2六次甲基四胺( h m t a ) 法 2 2 1 理论部分 六次甲基四胺受热分解产生甲醛和氨，我们设想利用所产生的氨中 和锆水解液中的一部分酸，提高p h 值的同时使锆胶颗粒也能够增大。 ( 【1 h2 ) 6n + 6 h ：0 一。2 bg ( h 2 0 + 4 n h 3 十 从上式中我们可以看出所生成的甲醛的量是很大的，如果我们所用 的锆水解液的浓度假定为0 8 6 m o l l ，用3 5 m o l l 的h m t a 溶液进行中 和，则理论上生成的甲醛的量远远超过反应中所需要的量。针对这一问 题，我们作了一些尝试。 2 2 2 实验部分 一、仪器与试剂 仪器：7 4 0 1 型电动搅拌调速器 p h s 一2 c 酸度计 c s f 1 a 型超声波发生器 天津市二十八中仪器厂 天津市第二分析仪器 上海超声波仪器厂 垒坌垒堂! 堑旦墨羔! 三兰一 试剂：删( z r o c l 2 8 i - 1 2 0 ) 焦作市化工总厂 六次甲基四胺( 硼t a ) ( 分析纯) 天津市化学试剂一厂 尿素( 分析纯) 天津市化学试剂一厂 二、实验操作步骤 1 取1 1 4 1 9 氧氯化锆溶于8 0 m l 蒸馏水中，此时溶液p h oe星奄量10山i卫a8矗苟e啊10 m 1 3 薯m 皿 垒坌垄堂! j 堑旦墨! ! ! ! 显一 时，并不影嚷凝胶球巍径分布的变化，只是最终凝胶球的产窭会降低， 如稀释3 倍时产率会降到原来的3 5 。当胶体溶液中z r o ：的浓度由1 0 增加到4 0 时( 保持其它反应物浓度不变) ，并没有弓 起凝胶球直径印变 化：同时，凝胶球中z r o ：的含量交化也不大( 觅表3 一1 ) 。这说明凝胶球 的形成受聚合物与z r o ：的比铡控制。 轰3 - i 溶液及凝胶球中z r o ，岔量 响。 f i 9 3 4 翱f i 9 3 。5 分别强甲醛浓度和尿素浓度对凝胶球巍径熬影 c o n c e n t r a t i o no ff o r m a l d e h y d e ( m o l l ) 图3 - 4甲醛浓度对凝胶球煮径的影响 一e3葡ouj若基eioo_10鑫|i兽母磊iq啦plc辱& 垄竺垄堂! ：! 堑星墨笙三：! - _ c o n c e n t m t i o no fu r e a ( m o l l ) 图3 - 5 尿素浓度对凝胶球直径的影响 三、烧结的影响 烧结前首先要进行预处理。预处理是通过在基本无氧的环境中，在 一定温度下，一定时间内，加热聚集物来完成的。通常加热温度为1 0 0 2 0 0 。c ，时间为6 h 以上。这一步能够减少聚集物团块的形成。预处理最好 在低压下进行，如：小于2 6 0 m m h g ，真空度高些则更好。 接下来逐渐提高温度，烧结无机颗粒以除去所有的有机聚合物，提 高其机械强度。烧结一般分两步完成：第一步，加热温度为6 0 0 8 0 0 。c ， 时间0 5 l o h ；第二步，加热温度为8 0 0 1 0 0 0 。c ，时间0 5 5 h 。 我们对自制锆球的烧结温度为8 0 0 0 c ，结果发现锆球破碎很多，可 能是由于最初锆球含水量太大。文献1 5 9 j 指出，当温度为6 0 0 k 时，锆球烧 结后有非常明显的质量损失，而再升高到1 0 0 0 k 时损失量增加则不显著 ( f i g 3 6 1 。 四、聚丙烯容器对成球的影响 据文献 50 1 ，p i c a 法制备锆球要使用新的聚丙烯容器，以减小容器 极性对成球的影响。我们在实验过程中，在相同的条件下分别用玻璃仪 一en)ieoem芷jae兰。正_12。日ja苟lum石l。芒叮正 叁坌垒墼旦堑旦墨一 第兰章 器和聚丙烯容器进行p i c a 法成球试验，结果发现两种容器的成球情况 基本上没有区别。 c s ；lt l t , m ，l a 。0 。0 。a 。1 、。j 孙“”。1 主 - s ， 9 80 7 o o 一一一一 l 9 8 ： l u fo - i s p h 。& l c u l0 t g ah c 。丁= = 聂i c i iz c o 川apa 7 l 9 95i i 一t g a c 。r v 。i ： 。7 6 。”c jq c t 、 主 、 9 85 t i 、1 9 8ol 一j 4 0 0 6 0 0 8 0 01 0 0 0l2 0 0 i 一_ 4 ，。 4 0 06 ( ) o8 0 01 0 0 0 i2 0 0 t c m p t ：r a t u r c ( k 1 图3 - 6 无机氧化物微球热失重曲线 3 2 4 锆球的红外光谱 l 一为烧结前锆球的红外光谱，2 哟烧结后锆球的红外光谱，3 ”为二 者的比较。从谱图可以看出，l 4 中1 0 3 9 0c m 1 3 3 5 1 0c m 1 的吸收带在2 4 中基本消失，这也说明了为什么烧结之后锆球缩小很多，因为有机聚合 物在锆球未烧结前含量很大。 根据红外光谱测定，当温度大约4 7 3 k 时，多孔z r o ：微球失去物理 吸附的和配位的水，在4 7 3 k 1 2 0 0 k ，化学吸附的水包括表面羟基也从 锆球表面失去。这证明我们自制锆球的失水是很严重的。 允公允能日新月异 第三章 1 “：未烧结锆球 j l i 一= l 。l l 。j j j ，j 、l e q 了： ：i ，。 ：c n ? ：圳：p ”i 酽。：点玎1 7 分门： 一t 一r 一岢二午噼二苛一f r 叶丁? f _ p f 彳叫r t “ 。 ：l 允公允能吲新月异 第三章 2 “：烧结后锆球 l _ _ i _ 王j _ 主_ 圭- - o _ _ 。州喇嬲；。 。r l 譬。口i ；：、= a _ c ，p ? ：州：圹川：“ ” 一：- p “。0 ”“曩翱， +，” n x 。一l ：哪：! 1 硅! x p # 挣j 肆张昏翻0 + 和扭3 矗誓i ：e 一孙：萌c 琵一衙：曼- 等 r t+ 1 t 一t 。 。一， 一t j ： 。 ； ， ， 一墨尊掺? 释书f 了了r 芦昔甲气 0 8 。 j 勤。毋 3 尊： j ：，o 。 h 二 ： | ! 。 ：i = = ；巾舔川”， 卜r一蝌节 允公允能r l 新月异第三章 l “、2 “的比较 、 垒垒垒堂旦堑旦量篁里兰 第四章聚丁二烯包覆二氧化钛固定相的反相色谱 性能及其与键合定相的比较 本章我们用自制的聚丁二烯包覆二氧化钛固定相( p b d - t i 0 2 ) 装成 的色谱柱，测定了2 1 种溶质的保留时间，然后用l s e r s ( 1 i n e a r s o l v a t i o n e n e r g vr e l a t i o n s h i p s ) 方法进行分析。测定时以甲醇一水( 8 0 ：2 0 v v ) 作 为流动相，测得2 1 种溶质的保留时间，分别计算出它们的容量因子的 对数值( 1 0 9 k 9 ，然后用l o g k 对溶质的四个相关参数分别作图。这四 个参数如下： v y m c g o w a n 摩尔体积 而+ 一溶质的偶极性极化率 五z ，h 一有效的或总的氢键酸性 2 溉一有效的或总的氢键碱性 利用多元回归分析法对这些参数进行分析，并与传统的键合反相固 定相进行比较，我们发现p b d t i 0 2 与传统的键合反相固定相很相似。 其中v x 、恐+ 和2 疆是影响保留时间的重要参数，它们对l o g k 的影响 占总的影响因素的9 6 6 2 。我们得出的结论是，在反相条件下，p b d t i 0 2 对溶质的保留主要是分配机理。 4 1理论部分 鉴于硅胶基质h p l c 填料的一些缺点，近年来，色谱工作者在开发 新的无机氧化物基质填料的过程中，除了研究z r 0 2 基质填料外，对t i o ： 基质填料也颇为重视。多孔无定形二氧化钛【蛳o 】和十八烷基二氧化钛 6 0 侧的制备及其在色谱分离中的应用已有报导，聚丁二烯包覆t i 0 2 固 允公允能目新月异 第四章 定相的制备和性能未见报导。 自八十年代以来，已有一些方法被介绍用来对这些色谱固定相的色 谱性能进行评价。在液相色谱中l s e r s 法显示出了极大的价值，这种方 法是在测定保留时间的基础上建立的。l s e r s 方程式如下： l o g k ，= l o g k 。十 攻蘸2 一瓦2 ) v x 1 0 0 + s ( 巧+ 一磊+ ) 乃4 + 爿( 呸一) z a 2 + b ( 尼一尾) 2 孑呸( 1 ) 式中：l o g kl 被测溶质的容量因子的对数值 l o gk7 。一多元线性回归的截距 v 。一m c g o w a n 摩尔体积，可以根据分子结构进行计算 一分别为溶质的氢键酸性和氢键碱性 厕h ，搦h 一分别为有效的或总的氢键酸、碱性 万一h i l d e b r a n d 溶解度参数 矿一偶极性极化率 m s a ，b 一匹配常数 m ，s ( 下标) 一分别表示流动相和固定相 2 ( 下标) 一表示被测溶质 当流动相和固定相一定时，( 1 ) 式可以简化为： l o g k = l o g k 。+ r a v x 1 0 0 + j 乃+ 如+ 6 2 弘片( 2 ) 式中：m ，s ，口，b 是多元线性回归常数，其它符号与( 1 ) 式具有相同的意义。 ( 2 ) 式中符号和系数，s ，a ，b ) n 大小表明不同的溶质一固定相或溶质 一流动相之间相互作用对保留时间的影响的强度大小。当流动相不变 时，它对保留时间是没有影响的，因此，常数的变化将反映在固定相的 改变上。如下我们所做的工作是在一个给定的流动相条件下，以p b d t i o ， 作为固定相，测定了2 1 种不同溶质的容量因子，并与以o d s 为固定相 所测定的值进行比较，然后通过l s e r s 法加以分析。 垒坌垒堂旦堑旦量兰坚 4 2实验部分 、装柱 6 7 2 5 b 1 0 0 型高压气动装柱机北京分析仪器技术公司 色谱柱：4 6 x 1 5 0 m m 国产不锈钢柱 匀浆剂：甲苯二氧六环环己醇( 1 ：1 ：1 v v v ) ( 分析纯) 顶替剂：9 5 乙醇( 分析纯) 装柱压力：5 4 m p a 二、测试 仪器：s y 5 0 6 0 系列液相色谱仪( v a r i a n ) u v 1 0 0 检测器，检测波长九= 2 5 4 n m 进样体积：1 0 9 l 积分仪：s h i m a d z u c r 1 b 流速：1 0 m l m i n 检测温度：室温 流动相：甲醇一水( 8 0 ：2 0 v v ) 固定相：p b d t i o ，( 自制) o d s ( 4 6 x 2 5 0 m m ，a c c u s i l c 18 ，1 0 9 m ) 天津市色 谱技术公司 被测溶质：2 1 种溶质( 见表4 1 ) 分别溶解于甲醇中，浓度为 0 5 1 0 m g , m l 死时间t n ：以l 硝酸钠或甲醇的出峰时间计 4 3 结果与讨论 、线性关系 我们分别在两个不同的色谱柱( p b d - t i 0 2 和0 d s ) 上测定了2 1 种被 垒垒垄鼗雯塑墨嚣j ! ! ! ! 墨 测溶质的保露时间，并计算它们的容量因子的对数值( 1 0 9 是) ，列于表4 - 1 中。题组数据之间存在下匿的线性关系： l o g 吏，( p b d - t i o ：) 。0 0 7 1 8 ( 支o 0 1 5 7 ) + 1 2 6 8 9 ( 0 - 0 3 6 1 ) l o g k ( o d s ) ( 3 ) n = 2 1 ，r 一0 9 9 2 4 ，s = 0 ，0 6 7 9 ，p 9 6 0 2 5 e 一1 9 其中，n 一被测溶质的数蹙； 尺一线性相关系数： s 一线性回归的标准偏差； 护一方程中每个回归项豹漫著性水平； 捶号中的数袭示圜魉系数的标准德差el o gk ( p b d - t i 0 1 ) 对l o g k ( o d s ) 的 线性关系鬻冕f i g 4 1 。 n o i - - - q q j c a 旦 i o g k ( o d s ) 从鞭g 4 1 霹以看出，p b d - t i o z 露定裙和o d s 固定楣之闯存在很 好豹线性关系。这个结果告诉我们，p b d m t i 0 2 固定相与o d s 固定楣非 允公允能日新月异第四章 常相似，但溶质在p b d 。t i o ，柱上的保留时间比o d s 柱上稍长一些，因 为溶质在o d s 柱上的保留主要是分配机理，所以我们得出结论，溶质 在p b d t i o ：固定相上也主要是分配机理。这一结论亦可通过不同含碳 量的p b d t i 0 2 固定相的色谱性能得到证实。 表4 】 序号被测溶质 v x 1 0 0乃+ 2 ；如”2 溉” o g t 7 l o g 7 堡型堡墨堡型q 建 1 苯o , 7 1 60 5 2 0 0 00 1 40 0 3 8 9 0 0 3 4 3 2 甲苯0 8 5 70 , 5 20 0 00 1 4 0 2 3 6 10 , 2 8 8 1 3 乙苯0 9 9 8o 5 1 0 0 001 50 4 8 5 3 0 6 8 3 5 4 异丙苯】1 3 9 0 5 00 0 001 5 0 7 7 0 51 0 5 6 2 5 氯苯0 8 3 90 6 5 0 0 00 0 701 9 4 8 0 2 7 1 2 6 涣术o 8 9 1 0 , 7 30 0 0 0 0 90 2 6 16 0 , 4 1 2 3 7 苄基溴1 0 3 20 9 8 0 0 00 2 0o 2 4 4 3 0 , 3 6 8 7 8 吡啶o 6 7 5 +0 8 6 0 0 00 5 2 0 5 6 1 8。0 7 7 5 6 9 苯胺0 8 1 6 0 9 6 o 2 60 4 1 0 5 7 8 60 5 8 2 3 1 0n - 甲基苯胺0 9 5 7 + 0 9 0 0 1 70 4 3 0 1 7 8 4 o 1 5 6 3 11 邻甲苯胺0 9 5 7 + 0 9 2 0 , 2 3 0 4 50 4 0 6 3 0 4 5 7 4 i2 对甲苯胺0 9 5 7 + 0 9 5 0 2 30 4 5 0 3 6 2 5 0 , 2 5 7 8 1 3 n ，n - _ 二甲基苯胺1 0 9 8o 8 4 0 0 00 4 20 1 5 2 3 0 3 1 2 3 1 4 苯甲醚0 9 1 6 0 7 5 0 0 00 2 90 0 0 1 5 0 0 8 4 6 15 烯丙基苯 1 0 9 60 6 0 0 0 00 2 2 0 5 4 3 40 7 5 9 4 1 6 联苯 1 3 2 40 9 90 0 0 0 2 2 0 7 9 3 51 0 8 6 2 1 7 邻硝基甲苯 1 , 0 3 21 110 0 0 0 2 70 0 1 7 7 0 , 0 9 0 8 1 8 间硝基甲苯1 , 0 3 211 0 0 0 00 2 5 0 0 3 0 601 6 9 3 1 9 对硝基甲苯 1 0 3 22 i10 0 0 0 2 80 0 0 7 6 0 , 0 9 8 9 2 0 萘 1 , 0 8 5 + 0 9 2 0 0 00 2 0 0 4 9 4 50 6 7 4 2 _ 三l 墼l 箜! 竺一! ：! ! ：q q! ：堑! ：逝! ! ：塑! 注：标有“ 的v 1 0 0 的值是根据文献l 眠叫计算的。 二、因子分析( p c a ) 表4 - 1 中的v 。10 0 一项是通过p c a ( p r i n c i p a lc o m p o n e n ta n a l y s i s ) 得 到的，归一化的最大方差变换后的组分载荷矩阵列于表4 - 2 3 1 允公允能臼新月异 第四章 表4 - 2 因子分析结果 p c 变量 123 v ，1 0 0 0 4 5 1 10 7 2 0 30 5 2 7 0 互+ 0 8 6 5 80 2 1 6 60 4 4 3 8 2 ；动 0 0 5 7 00 3 3 9 4 0 4 2 7 8 馥 0 2 0 8 80 5 6 4 90 5 8 5 1 v a r i a n c e s0 0 6 8 2 0 0 3 0 70 0 0 9 9 e x p l a i n e d 6 0 5 8 0 52 7 2 4 8 58 7 9 0 9 从表4 2 可以看出，变化主要集中在三个因子上，也就是说四个描 述点可以用三个因子代表，其中：p c i6 0 5 8 ，p c ，2 7 2 5 ，p c ，8 7 9 ； 其和为9 6 6 2 。乃4 、v 。1 0 0 、2 溉分别在p c i 、p c 2 、p c ，中贡献最大。 f i g 4 - 2 表明了2 1 种被测溶质在此三维坐标图中的位置，而且这2 1 个 点很分散。这一结果说明不同的溶质的l s e r s 参数是不同的，导致了它 们在色谱柱上的保留时间的不同。 40 铊 允公允能日新月异 第四章 此外，我们还对其进行了p a r e t o 分析( 见f i g 4 - 3 ) ，不难看出，v 。、 乃+ 和鹚h 是影响保留值的主要因素，这予p c a 结果是一致的。 均 f i g 4 3p a r e t o 分析结果图 三、多元线性回归分析 在p b d - t i 0 2 和o d s 固定相上测定的t o gk 值及溶质的l s e r s 参数 v 。、乃+ 和2 溉日的回归分析结果有下面的关系： l o gk ( p b d t i 0 2 ) 2 1 3 0 8 8 ( 0 1 3 8 0 ) + 2 5 9 5 2 ( 土0 1 5 1 3 ) v 。1 0 0 0 6 7 9 4 ( + o 1 2 8 8 ) 乃+ 一1 6 7 4 7 ( o 2 0 4 4 ) 2 溉 ( 4 ) 胛22 1 ，r 2 0 9 8 5 6 ，j = 0 0 9 8 6 ，p 0 0 0 0 1 ，f 一1 9 2 1 0 3 0 垒坌垒丝旦堑旦墨堡矍 1 0 9 k ，( o d s ) = 一0 9 0 1 6 ( 0 1 4 3 7 ) + 1 9 2 6 6 ( 0 1 5 7 6 ) v x 1 0 0 0 5 9 0 5 仕o 1 3 4 1 ) x 2 一1 4 0 1 3 ( o 2 1 2 9 ) 2 野嘎 ( 5 ) 甩= 2 1 ，r = 0 9 7 4 3 ，s = 0 1 0 2 7 ，p 0 0 0 0 1 ，f 。1 0 5 8 3 6 9 式中：f 为统计学中f 检验的值；括号中的数为回归系数的标准偏差； r ，p 和j 与前面的方程中具有相同的意义。我们用l o g 七( 测定值) 对 l o gk7 ( 计算值) 作图，见f i g 4 - 4 和f i g 4 - 5 。 o g k ( c a l c u l a t e d ) f i g 4 4 p b d t i 0 2l o gk ( 测定值) 与l o gk ( 计算值) 的线性关系图 3 4 允公允能日新月异 第四章 旨 n ) 曼 矗 苟 3 叠 零 f i g 4 5o d sl o gt ( 测定值) 与l o g ( 计算值) 的线性关系图 从f i g 4 4 和f i g 4 5 可以看出，多元线性回归的结果是令人满意的。 l s e r s 参数和l o g k 之间具有很好的线性关系。( 4 ) 式和( 5 ) 式中v 。，乃+ 和 2 鸨参数的相同含义也表明p b d t i 0 2 和o d s 固定相的保留特性是相 似的。 上述两个方程式的物理意义是很明确的。v 。表示两个意义：孔的结 构和分散程度，它的系数卅在( 4 ) 式和( 5 ) 式中是较大的正数，因此，被 测溶质量的增加会导致保留时间的增加。p b d t i o ，固定相m 值大于o d s 固定相m 值，这一定是由于固定相的不同引起的，因为我们在测定过程 中所用的流动相是相同的。基于上述原因，我们得出结论，p b d t i o ，固 定相是疏水的。乃+ 表示溶质的偶极性极化率，它的系数j 在( 4 ) 式中 是较大的负数，在( 5 ) 式中小些。在p b d t i o ：固定相上，溶质的偶极性 极化率的增加也会导致保留时间的增加。乃增加相周的量在o d s 固 定相上引起的变化要小一些。系数s 还表明保留值中存在明显的电子结 构组分，这一系数对流动相的变化是反应灵敏的。2 鸦的系数对两种固 定相来说都是很大的负数，受操作系统性质和流动相组成的影响。当流 允公允能日新月异 第四章 动相不变时，常数b 体现了两种固定相的不同，b 值在p b d t i 0 2 固定 相上更大一些。这表明溶质在t i o ：表面结合的强度弱于它在s i 0 2 表面 的结合强度。因此，对反相t i o ：基质固定相来说，它对保留时间的影响 是可以忽略的。 总而言之，p b d t i 0 2 固定相的色谱性能与o d s 固定相是极为相似 的，而且都符合分配机理，只是溶质在p b d t i o ：固定相上的保留值稍 大于在o d s 固定相上的保留值。孔的结构和分散程度，偶极性极化 率的关系以及有效氢键碱性，是影响在p b d t i o ：固定相上测定溶质的 保留时间的主要因素。l s e r s 描述项和有效氢键酸性对色谱性能影响很 小。 允公允能日新月异 第五章 第五章高效液相色谱填料展望 色谱柱的性能对高效液相色谱分析具有决定性的意义，而填料的发 展情况直接关系到色谱柱性能的提高。因此，在h p l c 的发展进程中柱 填料的开发与改进始终是具有挑战性的课题。 到目前为止，高效液相色谱填料基本上可以概括为两种类型：聚合 物基质型的填料和无机物基质型的填料。聚合物基质本身的溶胀作用使 其溶剂适应范围减小，刚性降低，且柱效也低。随着聚合方法的改进， 聚合物基质的刚性及柱效大有提高，而且它还具有化学稳定性好的优 点，因此被广泛应用于氨基酸，蛋白质，有机酸，多糖以及无机离子的 测定中。但是，作为有机聚合物，无论怎样增加其交联度，它在有机相 中的溶胀只能一定程度改善，却难以根本消除。无机物基质填料包括硅 胶、氧化铝、碳以及近年来引起关注的二氧化锆、二氧化钛等过渡金属 氧化物，特别是以这些无机微粒为载体包覆多种有机聚合物的复合材料 应用越来越广泛。硅胶基质填料在聊l c 分离中始终占据着主导地位， 因为它具有合适的孔结构、孔径和比表面积，制备和改性都容易进行， 硅胶、化学键合硅胶以及各种聚合物包覆硅胶作为 ，l c 填料早已商品 化。然而，硅胶基质填料不能在全p h 范围内使用，所以该类填料在蛋 白质、氨基酸及碱性物质的分离中难以发挥更大的作用。二氧化锆、二 氧化钛等过渡金属氧化物机械强度大，化学稳定性高，正好弥补了硅胶 基质的不足，有望在某些领域里特别在生命科学中，成为取代或部分取 代硅胶的基质填料。 目前，用作h p l c 填料的二氧化锆、二氧化钛的制备和改性尚未成 熟，仍处于研究和探索阶段。本文对p i c a 法制各二氧化锆基质填料作 了初步的尝试，并且取得了定的成果，这在国内还未见报导，为本室 对p i c a 法制备二氧化锆和二氧化钛基质填料的研究工作打下了很好的 基础。通过对本课题的研究和探索，笔者认为以下问题还值得更深入的 允公允能1 7 t 新月异 第五章 研究： ( 1 ) 如何使锆水溶胶的胶体颗粒直径大小更容易达到所要求的范 围，并且分布更均匀； ( 2 ) 如何控制错球烧结前的含水量。 垒竺垒堂! 堑旦墨兰型 1 r e m a j o r s 工c - g c1 9 9 6 ，4 ，9 ，2 1 4 2 许德成，孙福璋等，石拗纪工，2 4 ( 1 9 9 5 ) 3 3 6 3 3 8 3 a b e r t h o d ，c h r o m a t o g r ，5 4 9 ，l ( 1 9 9 1 ) 4 k k r u m m e na n dr w f r e i ，c h r o m a t o g r ，13 2 ( 19 9 7 ) 2 7 5 r p w s c o t t , a d v c h r o m a t o g r ，2 0 ( 1 9 8 2 ) 1 6 7 6 c t w e h r l ia n d r e m a j o r s 上c - g c ，5 ( 1 9 8 7 ) 9 4 2 7 a w e h r l i ，j c h i l d e n b r a n d ，h p k e l l e r ，r s t a m p e l ia n dr w f r e i ，j c h r o m a t o g r ，1 4 9 ( 1 9 7 8 ) 1 9 9 8 j j g l a j c h ，j j k i r k l a n da n dj k 6 h l e r ，c h r o m a t o g r ，3 8 4 ( 1 9 8 7 ) 8 l 9 k k u n g e r ，n b e c k e ra n dp r o u m e l i o t i s c h r o m a t o g r ，1 2 5 ( 1 9 7 6 ) 1 1 5 1 0 c s h o r g t t h ，w m e l a n d e ra n di m o l n a r , a h a lc h e m ，4 9 ( 1 9 9 7 ) 1 4 2 1 1 陆志仁，纪学渤1 9 9 5 ，1 7 ( 5 ) ，2 7 9 - 2 8 3 1 2 j r b e n s o na n dd j w o o c h r o m a t o g r s c l ，2 2 ，3 8