低温液态金属微球在制备有机聚合物整体色谱柱中的应用制造技术

本发明专利技术公开了低温液态金属微球在制备有机聚合物整体色谱柱中的应用。所述低温液态金属微球通过高频振动和低表面能物质硫醇包覆的方法制备，并用于有机聚合物整体色谱柱制备过程中的致孔剂。本方法制备得到的可控孔径和孔隙率的毛细管整体柱具有以下优点：1.制备得到的有机毛细管整体柱可根据目标化合物的特性，任意调控聚合物的孔径大小和孔隙率，使其拥有与吸附分离对象分子尺寸相匹配的吸附孔穴和扩散通道。2.制备所得有机毛细管整体柱内部孔穴结构均匀，重现性好。具有较高的柱效和可进行快速吸附分离的特性。3.以亚微米和微米直径的液态金属液滴替代了常规有毒高污染的有机溶剂致孔剂，达到了绿色重复利用。

Application of low temperature liquid metal microspheres in the preparation of monolithic chromatographic columns for organic polymers

The invention discloses the application of cryogenic liquid metal microspheres in the preparation of organic polymer monolithic chromatographic columns. The cryogenic liquid metal microspheres are prepared by the method of high frequency vibration and low surface energy material thiol coating, and are used for the pore forming agent in the preparation of organic polymer column. The capillary monolithic column with controllable pore size and porosity prepared by this method has the following advantages: 1. the organic capillary column prepared by this method can control the size and porosity of the polymer arbitrarily according to the characteristics of the target compound, so that it has the adsorption hole and diffuser to match the sub size of the adsorbed separation object. Avenue. 2. the pore structure of the monolithic capillary column is uniform and reproducible. It has high column efficiency and quick adsorption and separation characteristics. 3. submicron and micron diameter liquid metal droplets replace conventional toxic and highly polluting organic solvent porogen, achieving green reuse.

【技术实现步骤摘要】
低温液态金属微球在制备有机聚合物整体色谱柱中的应用
本专利技术涉及色谱柱制备方法，具体涉及低温液态金属微球在制备有机聚合物整体色谱柱中的应用。
技术介绍
聚合物整体色谱柱是指由单体、交联剂、致孔剂和引发剂组成的预聚混合溶液在毛细管、不锈钢管、聚醚醚酮管或者芯片通道等载体中先通过原位聚合，然后选用合适的溶剂除去整体柱内残留的未反应聚合的致孔剂和单体后得到的具有连续床结构的有机聚合物材料。其材料具有双连续结构和双孔分布两大特点。双连续结构是由相互交联的基质骨架和彼此连通的通透孔组成；双孔分布是指整体柱中存在两种不同类型、不同孔径的孔，一种是微米级通孔，另一种是位于骨架表面纳米级微孔。由于整体柱具有这种独特结构，在分离分析中表现出良好的应用潜能，因此被喻为继多聚糖、交联与涂渍、单分散之后的第四代分离介质。其作为一种富集分离介质，整体柱具有制备方法简单、通透性高、传质速率快、可重复使用等优点，在生物富集、食品安全监测、药物分析等领域中得到了广泛应用。目前，制备有机毛细管整体柱所用的致孔剂体系种类较少，已报道的文献大多以有毒、高污染的有机溶剂(如甲苯、异辛烷、正己醇、1，4-丁二醇等)为致孔剂。其主要是利用原位聚合后再将致孔剂除去，致孔剂原来占有的空间被保留下来，使整体材料具有多孔结构，而孔道的大小及形态主要由致孔剂的种类、用量和聚合条件决定，且对孔径分布有显著影响。根据对聚合物的溶解性不同，有机溶剂致孔剂又分为良溶剂、不良溶剂和沉淀剂三种。聚合过程中，致孔剂和聚合物发生相分离，在较早聚合阶段形成大的相分离区，所得孔径较大；在较晚聚合阶段形成小的相分离微区，所得孔径较小，分布均匀；从而使得整体柱材料孔径呈双峰分布。其优点是所获得的多孔材料具有良好的孔连通性，然而具有孔径不易精确控制，尤其是较难获得均一尺寸孔径的缺点。因此，开发低毒、绿色的致孔剂是制备吸附分离分析的有机多孔毛细管整体柱一种新的发展方向。低熔点液态金属是一种不定型、可流动液体的金属。将液态金属制备成亚微米直径的功能性微球液滴再用于其他相关领域的研究目前备受关注,如将单分散的纳米或微米微球填充到微通道、纤维或多孔结构中来制备柔性电极或导体材料；液态金属与其他柔软或弹性材料共混制备柔性复合材料等。同时，低熔点液态金属热导率大、粘度低、熔化凝固过程容易实现、可回收利用等特点，使其在有机材料整体柱制备中作为致孔剂的应用中展现出独特的优势。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了低温液态金属微球在制备有机聚合物整体色谱柱中的应用。本专利技术的技术方案是：低温液态金属微球在制备有机聚合物整体色谱柱中的应用。所述低温液态金属微球作为致孔剂用于有机聚合物整体色谱柱的制备。本专利技术的进一步改进包括：所述低温液态金属的制备方法如下：先将所有原料金属单独加热至熔融状态，然后在搅拌条件下依次将熔融状态的金属混合，直至全部金属相互溶解；在控制上述的液态合金温度在250℃～350℃下搅拌2h以上，逐步冷却至室温，即得液态金属合金材料。所述有机聚合物整体色谱柱的制备方法如下：以甲基丙烯酸酯类为功能单体，乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂；加入占功能单体和交联剂总体积30％～60％的液态金属微球为致孔剂；加入占功能单体和交联剂总质量1％～3％的偶氮二异丁腈为引发剂制备聚丙烯酸酯类有机整体分离分析色谱柱；将混合溶液灌注于预处理过的毛细管后密封，在60℃水浴超声条件下聚合12～24h得到有有机聚合物整体色谱柱，然后去除液态金属微球；所述液态金属微球的直径为250nm～1500nm；所述功能单体和交联剂的比例为1:4～6。所述甲基丙烯酸酯类是2-甲基丙烯酸、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸异丁酯和/或甲基丙烯酸羟乙酯；聚合反应前先向混合溶液中通入氮气15min，以去除预聚合溶液中的溶解氧。所述液态金属微球的去除方法如下：将制得到的整体柱两端都连接上PEEK三通连接管路，其中一端PEEK三通连接管路连接到高压输液泵上，另外一端PEEK三通连接管路连通废液管；在两端PEEK三通连接管路中的一个管路口各插入铂丝电极，接通直流电源，控制电压30V～120V，电流0.01mA～0.5mA；同时控制冲洗流动相和整体柱温度在25℃～35℃之间，先用含盐介质的导电水溶液冲洗整体柱，以除去液态金属微球；停用电源后直接用甲醇冲洗，以除去整体柱中未反应的单体，得到可控孔径和孔隙率的有机聚合物整体色谱柱。所述液态金属微球的制备方法如下：将低温液态金属与液态硫醇按照摩尔比1:1的当量混溶到含有1％盐酸的异丙醇中预超声混合10min；在环境温度高于低温液态金属熔点10℃～15℃的情况下以恒定流速将混合溶液推动流过毛细管管路；其中毛细管竖直固定于在超频振动装置振动部上，管路另一端的出口端预留2cm不与超频振动装置固定，所述毛细管出口下方设置有液态金属液滴接受液，毛细管出口端距离接受液界面高度为1～2mm。本专利技术利用超频振动装置的高速左右移动和液态金属液滴与接受液表面张力相差较大的剪切作用力，收集制备所需直径的液态金属微球。制备过程中液态金属液滴直径大小由流速、毛细管管径和超频振动装置的频率三因素共同控制。而在此配比混合溶液中液态硫醇可作为金属液滴表面包覆层防止其在外力作用下分散的金属液滴再聚集；1％盐酸是防止镓及其合金液态金属在空气中形成氧化层；异丙醇为分散相。所述毛细管内管径为20μm～530μm。所述硫醇为十二硫醇、十六硫醇和/或十八硫醇。所述混合液流速为0.001μL/min～0.005μL/min。本专利技术在前人研究基础之上开发一种简便高效的以长链硫醇为金属液滴表面包覆层的可控直径液滴方法，并将其应用于吸附分离分析的高分子多孔材料聚合中作为绿色致孔剂替代常规有毒高污染的有机溶剂(如甲苯、异辛烷、正己醇、1、4-丁二醇等)。同时在高分子聚合物聚合结束后再通过电场和高压热水的共同作用将液态金属致孔剂提取出来后循环利用，从而在有机材料整体柱内得到拥有与吸附分离对象分子尺寸相匹配的吸附孔穴和扩散通道。达到绿色、可控孔径和孔隙率的吸附分离有机材料整体分离分析色谱柱制备方法。本方法制备得到的可控孔径和孔隙率的毛细管整体柱具有以下优点：1.制备得到的有机毛细管整体柱可根据目标化合物的特性，任意调控聚合物的孔径大小和孔隙率，使其拥有与吸附分离对象分子尺寸相匹配的吸附孔穴和扩散通道。2.制备所得有机毛细管整体柱内部孔穴结构均匀，重现性好。具有较高的柱效和可进行快速吸附分离的特性。3.以亚微米和微米直径的液态金属液滴替代了常规有毒高污染的有机溶剂致孔剂，达到了绿色重复利用。附图说明图1为本专利技术实施例1制得的液态金属微球透射扫描电镜图及微球直径分布百分比。图2a为本专利技术实施例1制得的毛细管整体柱电镜图。图2b为图2a的放大图。图3为本专利技术实施例2中利用毛细管整体柱分析水体中磺胺类药物的色谱保留图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做详细说明。实施例1以镓铟锡液态合金为致孔剂，其合金配比为原料镓：30份；铟：5份；锡：1份；铜：0.1份，所有原料金属纯度均超过99.99％以上。在惰性气体氛围下，先将所有原料金属单独加热至熔融状态，然后在搅拌条件下依次将熔融状态的金属混合，直至全部金属相互溶解。在控制上述的液态合金温度在250℃～350本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.低温液态金属微球在制备有机聚合物整体色谱柱中的应用。

【技术特征摘要】
1.低温液态金属微球在制备有机聚合物整体色谱柱中的应用。2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述低温液态金属微球作为致孔剂用于有机聚合物整体色谱柱的制备。3.根据权利要求1-2任一项所述的应用，其特征在于，所述低温液态金属的制备方法如下：先将所有原料金属单独加热至熔融状态，然后在搅拌条件下依次将熔融状态的金属混合，直至全部金属相互溶解；在控制上述的液态合金温度在250℃～350℃下搅拌2h以上，逐步冷却至室温，即得液态金属合金材料。4.根据权利要求1-2任一项所述的应用，其特征在于，所述有机聚合物整体色谱柱的制备方法如下：以甲基丙烯酸酯类为功能单体，乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂；加入占功能单体和交联剂总体积30％～60％的液态金属微球为致孔剂；加入占功能单体和交联剂总质量1％～3％的偶氮二异丁腈为引发剂制备聚丙烯酸酯类有机整体分离分析色谱柱；将混合溶液灌注于预处理过的毛细管后密封，在60℃水浴超声条件下聚合12～24h得到有有机聚合物整体色谱柱，然后去除液态金属微球；所述液态金属微球的直径为250nm～1500nm；所述功能单体和交联剂的比例为1:4～6。5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述甲基丙烯酸酯类是2-甲基丙烯酸、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸异丁酯和/或甲基丙烯酸羟乙酯；聚合反应前先向混合溶液中通入氮气15min，以去除预聚合溶液中的溶解氧。6.根据权利要求4所述的应用，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：白秀芝，陈军，陈娜，张毅军，李新明，张裕平，
申请(专利权)人：河南科技学院，
类型：发明
国别省市：河南,41