本发明专利技术公开了一种金属有机框架材料复合光子晶体(MOF‑PC)薄层及基于MOF‑PC薄层板的高效薄层色谱分离技术。作为色谱固定相，所述MOF‑PC薄层具有高比表面积和特定微孔结构，因而在分离中展现出更强的吸附脱附效应与选择性，有效弥补薄层色谱塔板数低导致分离效果不佳的固有缺点，确保混合物质的高效分离。所述MOF‑PC薄层还具有光子晶体特有的结构色和反射信号，因而可以利用样品点与薄层板之间的结构色差异及反射信号变化直接确定样品的具体位置，从而获取比移值、选择因子、分离度等色谱参数。与现有技术相比，本发明专利技术所述技术具有显著提高的分离效果，能够分离传统薄层色谱无法分离的结构相近物质。此外，该技术依靠结构色直接识别样品点，无需紫外辐照、层板染色等额外操作，为样品检出提供了绿色、便捷、安全的新途径。
【技术实现步骤摘要】
一种基于金属有机框架材料复合光子晶体薄层的高效薄层色谱分离方法
本专利技术属于光子晶体材料应用领域以及薄层色谱分离
，具体涉及一种以金属有机框架材料复合光子晶体薄层板为固定相的高效薄层色谱技术。
技术介绍
薄层色谱是以涂布在玻璃板上的颗粒薄层为固定相，以特定溶剂为流动相，利用化学物质与固定相之间的差异性吸附脱附作用，对混合样品进行分离、鉴定的一种层析分离技术。自20世纪50年代提出以来，该技术因其便捷的操作、简单的设备要求等优势被广泛应用于食品安全检测、药物鉴定及代谢产物分析、有机合成、化工产品鉴定、毒品分析、农残检测等相关专业领域。在实际应用中，薄层色谱分离包括制板、点样、展开、显色等操作；根据分离后样品点与参照物比移值的比对即可定性样品点的化学组成，结合紫外可见及荧光扫描，还能定量确定混合物中各组分的含量，因而具有重要的实用价值。虽然薄层色谱具有快速、简便、高效、经济等多种优势，但该技术因其固有特征而存在分离效率低、样品检出条件多样复杂这两大劣势，限制了薄层色谱在多种场合中的应用。众所周知，薄层色谱分离中待分析物在固定相中的迁移距离通常为2至4厘米，远远低于气相、液相色谱柱中10至20米的迁移距离；这就造成薄层色谱分离的理论塔板数必然数量级的低于后者的塔板数，由此导致物质与薄层之间的吸附脱附次数非常有限，使得薄层色谱的分离效率较低，无法分离结构相近的化学物质。为了提高薄层色谱的分离效率，科研工作者先后发展了棒状薄层色谱、加压薄层色谱、离心薄层色谱、胶束薄层色谱、包合薄层色谱、二维薄层色谱等多种“高效”薄层色谱技术。虽然这些技术有各自擅长的应用场合，但都揭示了采用粒度更小、更均匀的改性硅胶颗粒，提高固定相的选择性是提高薄层色谱分离效率的有效途径。另一方面，薄层色谱分离的样品检出条件多样而又复杂。对于有色物质而言，分离后可直接在白色硅胶板上将其辨识出来；对于无色但有荧光特性的物质，分离后可在紫外灯辐照下将其辨识出来。目前使用最为广泛的是荧光硅胶板，主要用于无色但有紫外可见吸收物质的分离，在紫外灯辐照下利用荧光淬灭辨识样品点。对于许多无色、无紫外可见吸收、无荧光特性物质的识别检出，则必须借助硫酸、高锰酸钾染色，不仅增加了薄层色谱分离的操作步骤，也增大了操作者使用危险化学品的风险。目前，在薄层色谱样品检出中，除了联用各种光谱仪，上述检出问题并无简单统一的解决方案。胶体光子晶体可能是同时满足高效分离和可视化检出的理想薄层色谱固定相材料。这是因为胶体晶中的纳米胶粒约0.2微米，远小于商品化的硅胶颗粒，具有更高的分离效率；同时胶体晶具有结构色，在不借助紫外辐照、染色的情况下即可肉眼识别出样品点。本专利技术申请人已于2017年公开发表了有关“基于介孔SiO2光子晶体的薄层色谱分离”的学术论文，但上述工作中薄层色谱固定相的分离效率相比于商品化的硅胶板提高有限，无法分离本专利技术中提出的结构相近化学物质，如甲酚异构体。除上述工作，在申请人大量调研基础上，并未发现光子晶体薄层色谱分离技术的相关报道。因此，发展一种具有更强分离能力并兼具结构色检出的胶体光子晶体薄层色谱新技术，具有重要的意义和价值。
技术实现思路
本专利技术针对现有薄层色谱技术的不足，提出了一种基于金属有机框架材料(MOF)复合光子晶体(MOF-PC)薄层(薄层板)的高效薄层色谱技术。作为色谱固定相，MOF-PC薄层具有高比表面积及独特的孔道结构，因而在分离中展现出更强的吸附脱附效应与选择性，有效弥补了薄层色谱塔板数低导致分离效果不佳的固有缺点，确保混合物质的高效分离，大幅提高了分离效率；所述MOF-PC薄层还具有光子晶体特有的结构色和反射信号，因而可以利用样品点与薄层板之间的结构色差异及反射信号变化直接确定样品的具体位置，从而获取比移值、选择因子、分离度等色谱参数。同时利用光子晶体结构色实现物质的可视化检出，简化了检出过程并提高操作的安全性。与现有技术相比，本专利技术所述技术具有显著提高的分离效果，能够分离传统薄层色谱无法分离的结构相近物质。此外，该技术依靠结构色直接识别样品点，无需紫外辐照、层板染色等额外操作，为样品检出提供了绿色、便捷、安全的新途径。本专利技术提出了一种MOF-PC薄层的制备方法，具体包括如下步骤：(1)将含有二氧化硅(SiO2)胶粒的过饱和溶液涂布于基片上，加热，得到固态SiO2光子晶体薄层。(2)恢复上述固态SiO2光子晶体薄层中SiO2胶粒的表面羟基，然后对胶粒进行氨基修饰和羧基修饰，获得羧基修饰的SiO2光子晶体薄层。(3)将羧基修饰的SiO2光子晶体薄层交替浸润在含有金属离子的溶液及含有配体的溶液中，通过层层液相生长法在SiO2胶粒表面原位形成MOF层，制得所述金属有机框架材料复合光子晶体(MOF-PC)薄层。步骤(1)中，所述含有SiO2胶粒的过饱和溶液为体积分数为20％-40％的SiO2胶体颗粒与体积分数为60％-80％的溶剂组成的胶粒过饱和溶液；优选地，为体积分数为35％的SiO2胶体颗粒与体积分数为65％的乙二醇组成的胶体过饱和溶液。其中，所述SiO2胶体为单分散SiO2胶体。其中，所述溶剂为有机溶剂，选自乙二醇、二甲亚砜、二甲基甲酰胺、碳酸丙烯酯等中的一种或多种；优选地，为乙二醇。步骤(1)中，所述基片为玻璃基片、塑料基片、硅晶片等中的一种或多种；优选地，为玻璃基片。步骤(1)中，所述将SiO2胶粒的过饱和溶液涂布于基片上形成的液膜厚度为100微米-300微米；优选地，液膜厚度为100微米。步骤(1)中，所述SiO2胶粒的尺寸为150纳米-1000纳米；优选地，为200纳米。步骤(1)中，所述固态SiO2光子晶体薄层为含有SiO2胶粒的过饱和溶液涂布于基片上，在加热挥发溶剂后，形成的SiO2胶粒有序堆积的颗粒膜。步骤(1)中进行加热的目的为：挥发溶剂使薄膜干燥固化。步骤(1)中，所述加热的温度为60℃-100℃；优选地，为90℃。步骤(1)中，所述加热时间为10-120分钟；优选地，为30分钟。步骤(1)中，在加热步骤后还包括高温煅烧的步骤，所述进行高温煅烧的目的为：增强薄膜机械强度。其中，所述高温煅烧的温度为450℃-550℃；优选地，为500℃。其中，所述高温煅烧的时间为1-4小时；优选地，为2小时。所述高温煅烧的操作步骤优选为将SiO2光子晶体薄层置于马弗炉中高温煅烧。步骤(2)中，所述恢复SiO2胶粒表面羟基的操作为将固态SiO2光子晶体薄层浸泡在体积比为7：3的浓硫酸和质量分数为30％的过氧化氢的混合液中，使胶粒表面形成大量的羟基。所述浸泡的时间为不小于2小时；优选地，为12小时。所述固态SiO2光子晶体薄层与混合液的体积比为1：(300-2000)；优选地，为1：1000。步骤(2)中进行表面羧基修饰的目的为：增强胶粒对金属离子的吸附能力。步骤(2)中，所述氨基修饰为：将恢复表面羟基的SiO2光子晶体薄层浸泡在含有氨丙基三乙氧基硅烷(A本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种金属有机框架材料复合光子晶体MOF-PC薄层的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：/n(1)将含有二氧化硅SiO
【技术特征摘要】
1.一种金属有机框架材料复合光子晶体MOF-PC薄层的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将含有二氧化硅SiO2胶粒的过饱和溶液涂布于基片上，加热，得到固态SiO2光子晶体薄层；
(2)恢复上述固态SiO2光子晶体薄层中SiO2胶粒的表面羟基，然后对胶粒依次进行氨基修饰和羧基修饰，获得羧基修饰的SiO2光子晶体薄层；
(3)将步骤(2)所述的羧基修饰的SiO2光子晶体薄层交替浸润在含有金属离子的溶液及含有配体的溶液中，通过层层液相生长法在SiO2胶粒表面原位形成MOF层，制得所述金属有机框架材料复合光子晶体MOF-PC薄层。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述含有SiO2胶粒的过饱和溶液为体积分数20％-40％的SiO2胶粒与60％-80％的溶剂组成的胶粒过饱和溶液，所述溶剂为有机溶剂，选自乙二醇、二甲亚砜、二甲基甲酰胺、碳酸丙烯酯中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述加热的温度为60℃-100℃；和/或，所述加热时间为10-120分钟。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述加热之后还包括高温煅烧的步骤，所述高温煅烧的温度为450℃-550℃；所述高温煅烧的时间为1-4小时。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述氨基修饰为：将恢复表面羟基的SiO2光子晶体薄层浸泡在含有氨丙基三乙氧基硅烷APTES的乙醇溶液或含有氨丙基三甲氧基硅烷APTMS的乙醇溶液中进行反应；所述乙醇溶液中氨丙基三乙氧基硅烷APTES或氨丙基三甲氧基硅烷APTMS的体积分数为0.03％-0.18％，所述反应的温度为20-80℃，所述恢复表面羟基的SiO2光子晶体薄层与溶液的体积比为1：(300-2000)；和/或，
所述羧基修饰为将氨基修饰的SiO2光子晶体薄层浸泡在浓度为0.0025-0.01g/mL的丁二酸酐的二甲基甲酰胺溶液中进行反应，所述反应的温度为20-80℃，所述氨基修饰的SiO2光子晶体薄层与溶液的体积比为1：(300-2000)...
【专利技术属性】
技术研发人员：葛建平，傅茜茜，冉玉梅，张欣，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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