磁性金纳米颗粒修饰的毛细管色谱柱制备方法技术领域
本发明涉及一种毛细管电色谱技术领域，具体涉及一种磁性金纳米颗粒
修饰的毛细管电色谱柱制备方法。
背景技术
毛细管电色谱是用电渗流或电渗流结合压力流来推动流动相的一种液相
色谱法，其以内含色谱固定相的毛细管为分离柱，兼具毛细管电泳及高效液
相色谱的双重分离机理，既可分离带电物质也可分离中性物质。毛细管电色
谱技术是近年来发展十分迅速的高效、快速微分离技术，其使用的毛细管电
色谱柱是毛细管电色谱技术的核心，因此，新型色谱柱的创新开发一直是本
领域长期关注和探索的热点。
根据制备方法不同，毛细管色谱柱分为填充柱、整体柱、开管柱。填充
柱即填充了固定相的色谱柱，填充柱制备简单，可供选用的载体、固定液、
吸附剂种类很多，因而具有广泛的选择性，有利于解决各种各样组分的分离
分析问题，应用比较普遍，但填充柱的样品负荷量大，可用于制备色谱其缺
点是柱渗透性较小，传质阻力较大，柱子不能过长，因而分离效率较低，不
能广泛推广应用。整体柱，是一种用有机或无机聚合方法在色谱柱内进行原
位聚合的连续床固定相，在毛细管电色谱中使用整体色谱柱可以避免了塞子
的制作难题，并排除了由塞子产生气泡的烦恼，具有较广泛的应用。开管柱
因其无填充固定相，没有涡流扩散，分离效率高，分离时间短。由于开管柱
不需要烧结柱塞，其制备过程简单，操作方便等优点引起人们的广泛关注。
但正是由于开管柱不含有填充固定相，导致其phase ratio(存在相比)较低、
柱容量较小，限制了它在电色谱分离方面的应用范围。
纳米材料是一类粒径大小分布在1～100nm范围的微小材料，具有比表面
积大、催化性能独特、生物兼容性好等特点，将其应用于开管柱的制备，能够
有效地改善相比低和柱容量小的缺点，在电色谱领域引起广泛的研究兴趣。
近年来，用作开管柱固定相的纳米材料有多种，如有机物纳米(壳聚糖等)、
硅纳米(二氧化硅)、碳纳米(石墨烯、氧化石墨烯等)、金属纳米(金、
银、二氧化钛等)等。其中，金纳米材料，除了比表面积大、生物兼容性好
等优点外，还具有原料易得、粒径大小可调、表面易修饰等优点。金属纳米
材料通过巯基、氨基等作为连接臂可以修饰链接各种功能性基团，如环糊精、
BSA蛋白等，因此将其用于色谱固定相将有很大的潜力。
近年来，将金属纳米材料应用于开管柱制备的例子相继被报道。通常的
方法是通过化学键合或者物理吸附将金属纳米材料固定到经过修饰的毛细管
内壁。以金纳米材料为例，有文献报道Glennon等在酸碱预处理毛细管内壁
后用APTMS(3-氨丙基三甲氧基硅烷)或MPTMS(3-巯丙基三甲氧基硅烷)
修饰毛细管内壁，最后将金纳米固定到毛细管的内壁。也有文献报道Rezanka
用MPTMS/EtOH/HCl＝7/2/1搅拌24小时制得的溶胶凝胶预处理毛细管内
壁，然后再将金纳米固定到的毛细管内壁。还有文献报道瞿等用聚二甲基二
烯丙基氯化铵、聚苯乙烯磺酸钠、聚二甲基二烯丙基氯化铵聚合物涂层的方
法层层组装将毛细管内壁修饰成带正电，然后利用离子吸附将负电性的金纳
米吸附到毛细管内壁。
但上述将金属纳米材料通过化学键合或者物理吸附的方法固定到毛细管
内壁，制备过程都较为繁琐。不仅制备成本较高不利于推广使用，而且通过
物理方法吸附纳米材料牢固性较弱，会进一步影响后期毛细管色谱柱的分离
效率和使用寿命。因此，一种操作简单，原料易得，同时使得毛细管电色谱
柱使用寿命较长的金纳米修饰毛细管电色谱柱的制备方法亟待出现。
发明内容
有鉴于此，本发明目的是为了解决上述技术问题，提供了一种操作简单、
原料易得、使用寿命较长的磁性金纳米颗粒修饰的毛细管电色谱柱的制备方
法。为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种磁性金纳米颗粒修饰的毛细管色谱柱制备方法，包括毛细管预处理
步骤、磁性金纳米颗粒分散液制备步骤、毛细管色谱柱制备步骤，所述毛细
管色谱柱制备步骤包括下述方法：
Step1，在经毛细管预处理步骤处理后的毛细管外周围固定永磁铁，为毛
细管周围提供一外加磁场；
Step2，将磁性金纳米颗粒分散液制备步骤所制得的磁性金纳米颗粒分散
液以10～50ul/min流速从毛细管一端充入毛细管内，保持磁性金纳米颗粒分
散液在毛细管内5～15min，之后将磁性金纳米颗粒分散液流出毛细管，即得
到所述磁性金纳米颗粒修饰的毛细管色谱柱。
本发明进一步地，所述磁性金纳米颗粒分散液包括Au-FexOy纳米颗粒的
分散液，其中，x、y是符合化学电子式结构的自然数。
本发明进一步地，所述Au-FexOy纳米颗粒包括Au-Fe2O3纳米颗粒、
Au-Fe3O4纳米颗粒或Au-FeO纳米颗粒。
本发明进一步地，所制得的Au-FexOy纳米颗粒表面包括修饰其的手性基
团、环糊精或蛋白质。
本发明进一步地，所述Au-FexOy纳米颗粒的粒径范围在12～25nm。
本发明进一步地，所述Au-Fe3O4纳米颗粒，其分散液的制备包括下述方
法，将0.2mmol TBAB催化剂催化还原0.1mmol HAuCl4.4H2O得Au纳米溶
胶，将所制得0.1mmolAu纳米溶胶溶于5mL十八烷氧乙醇中，升温至320℃
反应30min，制得Au-Fe3O4纳米颗粒，将Au-Fe3O4纳米颗粒分散到正己烷得
Au-Fe3O4纳米颗粒分散液。
本发明进一步地，所述Au-FexOy纳米颗粒或表面修饰的Au-FexOy纳米颗
粒的结构包括Janus结构或花状结构。
本发明进一步地，所述Janus结构包括哑铃型结构。
本发明进一步地，所述毛细管预处理步骤包括下述方法，先用去离子水
冲洗毛细管5～20min，接着用NaOH溶液冲洗毛细管3～5h，再用去离子水
冲洗5～30min。
本发明进一步地，重复所述Step2步骤，以得到所需吸附磁性金纳米颗
粒厚度的毛细管色谱柱。
通过上述技术方案，本发明技术方案的有益效果是：采用磁性固定的方
法，将磁性金纳米颗粒，尤其是Au-FexOy纳米颗粒在外加磁场辅助下固定到
毛细管内壁，避免了化学键合方法的繁琐和动态涂敷的方法，改善毛细管色
谱柱寿命短等不足，该方法所使用的原料易得，操作简便、稳定，制得的毛
细管色谱柱的使用寿命较长。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实
施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面
描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，
在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1A为本发明实施例1的Au纳米颗粒的SEM图；
图1B为本发明实施例1的和Au-Fe3O4纳米纳米颗粒的SEM图；
图2为本发明实施例1制得的Au-Fe3O4纳米电色谱柱与Fe3O4纳米电色谱
柱和空管柱对硫脲、萘和联苯的电色谱模式的分离对比图；
图3为本发明实施例1的三种同分异构体的分离电色谱图；
图4为本发明实施例1的鸡蛋白中蛋白质分离电色谱图。
具体实施方式
本发明公开了一种磁性金纳米颗粒修饰的毛细管色谱柱制备方法，该方
法所使用的原料易得，操作简便、稳定，制得的毛细管色谱柱的使用寿命较
长。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行
清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而
不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出
创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明磁性金纳米颗粒修饰的毛细管色谱柱制备方法，包括毛细管预处
理步骤、磁性金纳米颗粒分散液制备步骤、毛细管色谱柱制备步骤。本发明
创造的要旨主要在于毛细管色谱柱制备步骤，该步骤包括下述方法：
Step1，在经毛细管预处理步骤处理后的毛细管外周围固定永磁铁，为毛
细管周围提供一外加磁场；
Step2，将磁性金纳米颗粒分散液制备步骤所制得的磁性金纳米颗粒分散
液以10～50ul/min流速从毛细管一端充入毛细管内，保持磁性金纳米颗粒分
散液在毛细管内5～15min，之后将磁性金纳米颗粒分散液流出毛细管，即得
到所述磁性金纳米颗粒修饰的毛细管色谱柱。
作为本发明提供的磁性金纳米颗粒分散液，包括但不限制于Au-FexOy纳
米颗粒的分散液，本领域技术人员公知的可使FexOy为媒介固定的金属材料
的磁性金纳米颗粒均属于本发明要旨。对于上述Au-FexOy纳米颗粒，具体
地，x、y是符合化学电子式结构的自然数。优选Au-Fe2O3纳米颗粒、
Au-Fe3O4纳米颗粒或Au-FeO纳米颗粒。Au-FexOy纳米颗粒的粒径范围在
12～25nm，更有利于本发明磁固定方法将Au-FexOy纳米颗粒固定在毛细管
内。
作为本发明提供的Au-FexOy纳米颗粒，其表面包括对其修饰的手性基
团、环糊精或蛋白质。如Au-Fe3O4纳米颗粒表面可用牛血清蛋白修饰，表示
为Au-Fe3O4-BSA。本发明所提供的Au-FexOy纳米颗粒、或表面修饰的
Au-FexOy纳米颗粒具有特殊的结构，以利于外加磁场对其磁固定。上述
Au-FexOy纳米颗粒、或表面修饰的Au-FexOy纳米颗粒的结构包括但不限制于
Janus结构或花状结构。其中，Janus结构优选于哑铃型结构。
本发明所提供的磁性金纳米颗粒分散液，其制备步骤以Au-Fe3O4纳米颗
粒分散液的制备为例进行说明。本发明所述磁性金纳米颗粒分散液包括但不
限于Au-Fe3O4纳米颗粒分散液，也包括以FexOy为媒介固定的其他金属材料
的磁性金纳米颗粒分散液。但本发明提供的Au-Fe3O4纳米颗粒分散液的制备
方法，由于其采用的原料、催化剂和助剂，操作易进行，磁性金纳米颗粒分
散效果更好。具体地，将0.2mmol TBAB催化剂催化还原0.1mmol
HAuCl4.4H2O得Au纳米溶胶，将所制得0.1mmolAu纳米溶胶溶于5mL十八
烷氧乙醇中，升温至320℃反应30min，制得Au-Fe3O4纳米颗粒，将
Au-Fe3O4纳米颗粒分散到正己烷得Au-Fe3O4纳米颗粒分散液。
本发明所提供的毛细管预处理步骤，更有利于后续磁固定制备毛细管色
谱柱。具体包括：先用去离子水冲洗毛细管5～20min，接着用NaOH溶液冲洗
毛细管3～5h，再用去离子水冲洗5～30min，即得到处理后的毛细管。
本发明为了得到符合规格的毛细管色谱柱，可以不断地重复上述Step2
步骤，以得到所需吸附磁性金纳米颗粒厚度、即磁性金纳米颗粒涂层厚度的
毛细管色谱柱。即根据实际分离的需求，根据磁性金纳米颗粒涂层所需厚
度、时间不同重复step2步骤，方便的调整Au-Fe3O4纳米厚度，及调整表面
活性修饰进而调整色谱柱的表面性能，以此得到符合规格的毛细管电色谱
柱。具体实施例如下：
【实施例1】
Au-Fe3O4磁性金纳米颗粒修饰的毛细管色谱柱的制备方法，步骤包括如
下：
(1)毛细管的预处理。用甲醇冲洗毛细管10min，接着用NaOH溶液冲
洗毛细管1h，再用去离子水冲洗10min。
(2)按照上述本发明提供的磁性金纳米颗粒分散液制备方法制得2
mg/ml Janus结构的Au-Fe3O4纳米/正己烷溶液。
(3)Au-Fe3O4纳米修饰毛细管柱的制备。将处理好的毛细管用一定40
cm的永磁铁固定，提供一个外加磁场，用微流注射泵将带磁性的2mg/ml
Au-Fe3O4环已烷溶液以15ul/min的流速充入毛细管内，并保持15min。最终
用10mM磷酸钠缓冲溶液冲洗毛细管10min，即得到Au-Fe3O4纳米修饰的毛
细色谱柱。
将实施例1制得的毛细管色谱柱进行性能测试，如下所示：
如图1A和图1B所示，在透射电子显微镜下观察其结构，分别为Au纳
米颗粒的SEM图和Au-Fe3O4纳米纳米颗粒的SEM图。
如图2所示，通过本技术方案制得的Au-Fe3O4纳米电色谱柱(以C曲线
表示)，以pH 7.0磷酸盐缓冲溶液/甲醇(55∶45，v/v)为流动相，分离电压
为-20kV的条件下，实现硫脲1、萘2和联苯3的分离，并在此基础上比较了
同样方法制得的Fe3O4纳米电色谱柱(B曲线表示)和空管柱(A曲线表示)
无明显的分离能力。同时实验显示run-to-run(n＝6)、day-to-day(n＝5)、
column-to-column(n＝5)重复性RSD值分别为0.34％、0.96％、1.75％，说明本
发明制备得到的毛细管色谱柱有很好的稳定性。
如图3所示，再以通过本技术方案制得的Au-Fe3O4磁性金纳米颗粒修饰
的毛细管色谱柱为电色谱柱，采用毛细管电色谱柱分离模式，以10mmol/L
磷酸盐缓冲溶液(pH 9.0)为流动相，分离电压为-20kV的条件下，实现了邻
苯二酚3、间苯二酚2、对苯二酚1三种异构体的分离(见图3曲线A)。并
在同样条件下与空管柱进行了对比(见图3曲线B)，修饰了Au-Fe3O4纳米
的电色谱柱显示良好的分离能力。
如图4所示，最后以通过本技术方案制得Au-Fe3O4磁性金纳米颗粒修饰
的毛细管色谱柱为电色谱柱，采用毛细管电色谱柱分离模式，以10mmol/L
磷酸盐缓冲溶液(pH 8.6)为流动相，分离电压为-10kV的条件下，实现了鸡
蛋白中多种蛋白质，包括卵黏蛋白1、溶解酵素2、抗生物素蛋白3、卵转铁
蛋白4、卵清蛋白5的同时分离。
通过上述内容可说明，采用本发明提供的技术方案，所制得的Au-Fe3O4
纳米修饰毛细管电色谱柱，可以成功的用于毛细管电色谱，具有特殊的分离
性能。采用磁场固定的方法，将Au纳米以Fe3O4为媒介通过Au-Fe3O4的形式
固定到毛细管内壁，避免了化学键合方法的繁琐和动态涂敷的柱寿命短等不
足。本发明方法简便、稳定、寿命长，有潜力应用于更复杂样品的分析分
离。
【实施例2】
Au-Fe3O4纳米修饰毛细管电色谱柱的制备方法，具体步骤包括如下：
(1)毛细管的预处理。用甲醇冲洗毛细管10min，接着用NaOH溶液冲
洗毛细管1h，再用去离子水冲洗10min。
(2)按照上述本发明提供的磁性金纳米颗粒分散液制备方法制得2
mg/ml Janus结构的Au-Fe3O4纳米/正己烷溶液。
(3)Au-Fe3O4纳米修饰毛细管柱的制备。将处理好的毛细管用一定40
cm的永磁铁固定，提供一个外加磁场，用微流注射泵将带磁性的2mg/ml
Au-Fe3O4环已烷溶液以15ul/min的流速充入毛细管内，并保持5min。最终
用10mM磷酸钠缓冲溶液冲洗毛细管10min，即得到Au-Fe3O4纳米修饰的毛
细管色谱柱。
【实施例3】
Au-Fe3O4纳米修饰毛细管电色谱柱的制备方法，具体步骤包括如下：
(1)毛细管的预处理。用甲醇冲洗毛细管10min，接着用NaOH溶液冲
洗毛细管1h，再用去离子水冲洗10min。
(2)按照上述本发明提供的磁性金纳米颗粒分散液制备方法制得5
mg/ml Au-Fe3O4纳米/正己烷溶液。
(3)Au-Fe3O4纳米修饰毛细管柱的制备。将处理好的毛细管用一定40
cm的永磁铁固定，提供一个外加磁场，将带磁性的2mg/ml Au-Fe3O4环已烷
溶液用微流注射泵以20ul/min的流速充入毛细管内，并保持10min；最终用
10mM磷酸钠缓冲溶液冲洗毛细管10min，即得到Au-Fe3O4纳米修饰的毛细
管色谱柱。
将实施例2、3制得的毛细管柱按照实施例1的方法同样进行检测，制得
的Au-Fe3O4纳米修饰毛细管柱都可以成功的用于毛细管电色谱，分离性能较
好。
综上，由于本发明采用磁性固定的方法，将磁性金纳米颗粒，尤其是
Au-FexOy纳米颗粒在外加磁场辅助下固定到毛细管内壁，避免了化学键合方
法的繁琐和动态涂敷的方法，改善毛细管色谱柱寿命短等不足，该方法所使
用的原料易得，操作简便、稳定，制得的毛细管色谱柱的使用寿命较长。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用
本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易
见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，
在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，
而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。