多级孔UiO-66@SiO2核—壳固定相的制备及其液相色谱性能研究

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高效液相色谱(HPLC)是复杂样品分离分析的重要手段。开发具有选择性好、分离效率高、分离速度快的新型色谱固定相一直是推动色谱技术发展的重点和关键。金属有机框架材料(MOFs)具有孔径可调、比表面积大以及作用位点丰富等特性,是一种新型的HPLC色谱分离介质。其中Ui O-66类MOFs材料还具有制备简单、稳定性优异、耐酸碱等特性,是一种潜在的理想色谱填料。针对目前Ui O-66类材料作为固定相时存在柱效低、柱压高和色谱峰型差等问题,本论文采用原位自组装法制备了UiO-66@SiO2核-壳微球,并通过H2O2刻蚀法进一步合成含有多级孔结构的UiO-66@SiO2固定相,研究了小分子化合物在UiO-66@SiO2固定相中的色谱保留行为,以及MOFs的孔径尺寸对分离效果的影响。本论文主要分为三个部分:第一章简要综述了MOFs的结构、种类和特点;MOFs及其复合材料在色谱中的应用;多级孔MOFs材料的合成方法;Ui O-66类MOFs材料在色谱固定相中研究进展;MOFs材料的结构与化合物分离的关系以及色谱固定相性能评价方法等内容。第二章以2μm无孔硅胶为基底,通过3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)对硅胶表面改性,得到氨基硅胶(Si O2-NH2)。然后采用原位自组装法,将Si O2-NH2与金属离子Zr4+和有机配体(对苯二甲酸或2-氨基对苯二甲酸)混合一锅反应,成功制备了微孔UiO-66@SiO2和Ui O-66-NH2@Si O2两种核-壳微球。采用FT-IR、SEM、XRD和BET等手段对两种核-壳微球进行表征。研究了小分子化合物在两种固定相中的保留行为,探究了流动相组成和MOFs类型对疏水性和亲水性小分子化合物的分离性能。结果表明,两种微孔固定相均呈亲水/反相混合作用机制。在反相模式下,微孔UiO-66@SiO2对烷基苯类、二甲苯类化合物分离效果最好。相比而言,微孔Ui O-66-NH2@Si O2固定相对疏水性化合物的分离效果不如UiO-66@SiO2固定相,而对亲水性化合物分离效果更佳。然而两种MOFs@Si O2核-壳微球中MOFs的孔径尺寸在微孔范畴(<2 nm),不利于分子的扩散和传质,故两种色谱柱仍存在分离度低、柱效低和分析时间长等缺点。因此,需要进一步开发对小分子化合物高效分离的多级孔UiO-66@SiO2色谱固定相。第三章针对上一章微孔UiO-66@SiO2核-壳微球的问题,通过H2O2刻蚀法对其进行刻蚀,成功制备了含有多级孔结构的UiO-66@SiO2核-壳微球。调控H2O2的用量可以获得不同孔径尺寸的核-壳微球。采用SEM、TEM、BET和XRD等手段对多级孔UiO-66@SiO2核-壳微球进行表征。在反相模式下考察了不同孔径的多级孔UiO-66@SiO2色谱柱对六组小分子的分离效果,并对其色谱性能进行评价。结果表明,使用4 m L H2O2刻蚀制备的多级孔Ui O-66-4@Si O2色谱柱具有最佳的分离效果。与未刻蚀的微孔UiO-66@SiO2色谱柱相比,多级孔Ui O-66-4@Si O2色谱柱具有更高的分离度和柱效,对六组小分子均实现了基线分离,其中甲苯的理论塔板数为8300块/m。多级孔UiO-66@SiO2核-壳微球克服了微孔Ui O-66壳层孔径小、传质慢的缺点,实现了疏水性小分子的高效、快速分离,为开发新型MOFs类色谱固定相提供了新途径。
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