二氧化硅直接涂覆紙基質(zhì)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及二氧化硅涂覆技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及二氧化硅直接涂覆紙基質(zhì)的方法，具體地說(shuō)涉及一種以商品二氧化硅為原料，在真空抽濾的條件下通過(guò)抽吸作用和粘結(jié)劑的粘合作用直接制備二氧化硅涂覆紙基質(zhì)的方法。
技術(shù)背景
[0002]二氧化硅由于具有獨(dú)特的機(jī)械強(qiáng)度、小顆粒尺寸、高比表面積、可調(diào)變的孔尺寸和大量的表面修飾研究，現(xiàn)已被廣泛地作為色譜固定相材料應(yīng)用于各種化合物的分離分析(K.K.Unger, in Journal of Chromatography Library,Elsevier,1979,vol.16,PP.1-336)。在早期的研究中，人們?yōu)榱藢⒐枘z的特性與具有柔韌性、良好潤(rùn)濕性、廉價(jià)和易于攜帶的紙基質(zhì)相結(jié)合，進(jìn)行了大量的探索工作，最終通過(guò)硅酸鈉(鉀)和鹽酸等浸漬法制備出了硅膠涂覆紙基質(zhì)，采用該類(lèi)型紙作為紙色譜基質(zhì)在不同化合物的分離方面表現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)越性(B1chim.B1phys.Acta 1962, 57, 568-572 ； J.Chromatogr.A 1961,5,531-538 ；B1chim.B1phys.Actal956, 21，168-170 ； J.Chromatogr.A 1963，11，113-114 ；J.Lipid Res.1966，7，544-550)?；谶@種因素，之后美國(guó)的Whatman 公司將其商品化并命名為 Grade SG81 紙基質(zhì)(J.Lipid Res.1965，6，315—317 ;R.E.ffuthier, in Lipid Chromatographic Analysis, ed.G.V.Marinetti, Dekker, NewYork, 1976, vol.1, ch.2, pp.59-109) 0 作為一種獨(dú)特的紙基質(zhì)，SG81 的厚度為 0.27mm，主要由纖維素和大孔娃膠所組成，溶劑在其表面的流速約為110mm/30min(http://www.gelifesciences.com)。將其作為色譜分離基質(zhì)，該紙基質(zhì)適合分離分配和吸附占主導(dǎo)作用力的化合物，如磷脂、留類(lèi)化合物、酚類(lèi)化合物和染料等。盡管如此，最近我們研究發(fā)現(xiàn)SG81紙基質(zhì)表面二氧化硅的含量非常稀少(Anal.Chem.2012，84，931-938.)，其主要成份仍為帶狀纖維素，這在一定程度上限制了硅膠顆粒的特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服上述硅膠涂覆紙基質(zhì)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種二氧化硅直接涂覆紙基質(zhì)的方法，在常溫常壓下，采用商品二氧化硅顆粒、淀粉和普通濾紙為原材料，通過(guò)直接真空抽濾的方法將一層硅膠顆粒均勻地涂覆在濾紙表面；同時(shí)，利用本發(fā)明提供的制備條件，也可使其它固體顆粒如金屬氧化物、聚合物顆粒、金屬粉末、碳納米管等均勻的涂覆在紙基質(zhì)表面；該方法具有操作簡(jiǎn)單、原料易得、設(shè)備簡(jiǎn)單、條件溫和、經(jīng)涂覆的紙張表面性質(zhì)均一的優(yōu)點(diǎn)。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0005]二氧化硅直接涂覆紙基質(zhì)的方法，包括以下步驟:
[0006]步驟一、在常溫常壓下，稱(chēng)取0.05-0.20g作為粘結(jié)劑的淀粉于250mL燒杯中，所用的粘結(jié)劑包括可溶性淀粉、玉米淀粉、木薯淀粉、氧化羥丙基淀粉、交聯(lián)淀粉、乙酰化磷酸酯二淀粉、酯化淀粉、氧化淀粉、羥丙基淀粉、預(yù)糊化淀粉，之后加入10mL去離子水，攪拌均勻，隨后將溶液加熱至沸騰狀態(tài)使淀粉完全溶解；接著稱(chēng)取0.1 -1g 二氧化硅于上述溶液中，攪拌均勻后放入超聲波條件下繼續(xù)超聲乳化處理，制備出涂覆材料均勻分散的溶液；
[0007]步驟二、將上述涂覆溶液加載在含有空白濾紙的抽濾裝置中進(jìn)行抽濾涂層，空白濾紙直徑11厘米，抽濾裝置包括水箱式抽濾栗或真空抽濾裝置，抽濾時(shí)間可為0.5 - 5h ;抽濾完成后，采用乙醇對(duì)制備紙張進(jìn)行抽濾洗滌，洗滌完成后，將制備出的紙張放入通風(fēng)櫥風(fēng)干，然后將其放置在兩塊玻璃板間壓平備用。
[0008]本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn):
[0009]本硅膠涂覆紙基質(zhì)制備條件溫和，可在常溫、常壓下進(jìn)行操作；本硅膠涂覆紙基質(zhì)的方法操作簡(jiǎn)單，無(wú)需復(fù)雜的步驟對(duì)紙基質(zhì)進(jìn)行處理。
[0010]本硅膠涂覆紙基質(zhì)制備方法原料易得，可直接采用商品購(gòu)買(mǎi)的二氧化硅作為涂覆材料和淀粉作為粘結(jié)劑，無(wú)需采用復(fù)雜的步驟進(jìn)行制備或預(yù)處理。
[0011]本硅膠涂覆紙基質(zhì)制備方法所使用的設(shè)備簡(jiǎn)單，可采用一般抽濾式水栗或其它類(lèi)型的簡(jiǎn)單抽濾裝置。
[0012]采用本硅膠涂覆紙基質(zhì)方法制備出的紙基質(zhì)表面涂層均一，二氧化硅可均勻地涂覆在紙基質(zhì)表面，涂覆量和厚度可根據(jù)涂覆液的濃度或體積進(jìn)行調(diào)控，易于批量生產(chǎn)。
[0013]本硅膠涂覆紙基質(zhì)方法綠色環(huán)保，不產(chǎn)生任何有毒有害物質(zhì)。
[0014]本發(fā)明具有操作簡(jiǎn)便、原料易得、設(shè)備簡(jiǎn)單、制備出的紙張表面性質(zhì)均一，易于批量生產(chǎn)、制備過(guò)程綠色環(huán)保等特點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是二氧化硅涂覆紙張制備過(guò)程，其中:圖1 (A)是制備的二氧化硅涂覆水溶液；圖1(B)是抽濾涂覆裝置；圖1(C)是制備的二氧化硅涂覆紙基質(zhì)。
[0016]圖2是不同紙張表面微觀(guān)結(jié)構(gòu)比較，其中:圖2(A)是抽濾涂覆所用的濾紙表面的SEM圖；圖2(B)是本發(fā)明制備出二氧化硅涂覆紙張表面的SEM圖；圖2(C)是商品二氧化硅涂覆紙張表面的SEM圖。
[0017]圖3是含有l(wèi)mg/mL亞甲基藍(lán)的血樣滴在本發(fā)明制備紙張和濾紙表面后正、反面數(shù)碼照片的比較，其中:圖3(A)是本發(fā)明制備紙張正面照片；圖3(B)是濾紙正面照片；圖3(C)是本發(fā)明制備紙張反面照片；圖3(D)是濾紙反面照片。
[0018]圖4是含有l(wèi)mg/mL亞甲基藍(lán)的牛奶樣滴在濾紙、商品硅膠紙和本發(fā)明制備紙張表面后正、反面數(shù)碼照片的比較，其中:圖4(A)是濾紙正面照片；圖4?)是商品硅膠紙正面照片；圖4(C)是本發(fā)明制備紙張正面照片；圖4(D)是濾紙反面照片；圖4(E)是商品硅膠紙反面照片；圖4(F)是本發(fā)明制備紙張反面照片。
[0019]圖5(A)是采用本發(fā)明涂覆方法將直徑為2.5 μ m球形硅膠抽濾涂覆在紙基質(zhì)表面的SEM圖；圖5(B)是球形硅膠涂覆紙基質(zhì)表面SEM的放大圖。
[0020]圖6㈧是采用本發(fā)明涂覆方法將碳納米管抽濾涂覆在紙基質(zhì)表面SEM圖；圖6(B)是碳納米管涂覆紙基質(zhì)表面SEM放大圖。
[0021]圖7是采用本發(fā)明涂覆方法將銅粉抽濾涂覆在紙基質(zhì)表面SEM圖。
[0022]圖8是采用本發(fā)明方法將不同材料涂覆在紙基質(zhì)表面的SEM圖，其中:圖8㈧是采用本發(fā)明涂覆方法將Al2O3抽濾涂覆在紙基質(zhì)表面的SEM圖；圖8(B)是采用本發(fā)明涂覆方法將MgO抽濾涂覆在紙基質(zhì)表面的SEM圖；圖8 (C)是采用本發(fā)明涂覆方法將ZnO抽濾涂覆在紙基質(zhì)表面的SEM圖；圖8(D)是采用本發(fā)明涂覆方法將ZrOJi濾涂覆在紙基質(zhì)表面的SEM圖；圖8 (E)是采用本發(fā)明涂覆方法將T12抽濾涂覆在紙基質(zhì)表面的SEM圖；圖8 (F)是采用本發(fā)明涂覆方法將硅球抽濾涂覆在紙基質(zhì)表面的SEM圖。
[0023]圖9是本發(fā)明采用的裝置及其步驟示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面通過(guò)實(shí)施例詳述本發(fā)明；但本發(fā)明并不限于下述的實(shí)施例。
[0025]參照?qǐng)D9，二氧化硅直接涂覆紙基質(zhì)的方法，包括以下步驟:
[0026]步驟一、在常溫常壓下，稱(chēng)取0.05-0.20g作為粘結(jié)劑的淀粉于250mL燒杯中，所用的粘結(jié)劑可為可溶性淀粉、玉米淀粉、木薯淀粉、氧化羥丙基淀粉、交聯(lián)淀粉、乙?；姿狨ザ矸?、酯化淀粉、氧化淀粉、羥丙基淀粉、預(yù)糊化淀粉以及其它類(lèi)型的粘結(jié)劑，之后加入10mL去離子水，攪拌均勻，隨后將溶液加熱至沸狀態(tài)使淀粉完全溶解；接著稱(chēng)取0.1 -1g涂覆材料如二氧化硅于上述溶液中，涂覆材料的重量可為可根據(jù)具體要求進(jìn)行調(diào)變)，攪拌均勻后放入超聲波條件下繼續(xù)超聲乳化處理，超聲時(shí)間可為5 -1OOmin,以制備出涂覆材料均勻分散的溶液。
[0027]步驟二、將上述涂覆溶液加載在含有空白濾紙的抽濾裝置中，進(jìn)行抽濾涂層，抽濾裝置可為一般的水箱式抽濾栗或其它類(lèi)型的抽濾裝置，抽濾時(shí)間可為0.5 - 5h。抽濾完成后，采用乙醇對(duì)制備紙張進(jìn)行抽濾洗滌，洗滌乙醇的體積可為10 - 50mL。洗滌完成后，將制備出的紙張放入通風(fēng)櫥風(fēng)干，然后將其放置在兩塊玻璃板間壓平，備用。
[0028]實(shí)施例一
[0029]本實(shí)施例是抽濾涂覆法制備二氧化娃涂覆紙基質(zhì)，包括以下步驟:
[0030]參照?qǐng)D1，室溫條件下，在250mL燒杯中，加入0.15g可溶性淀粉和10mL去離子水，采用玻璃棒將其攪拌均勻；然后將其放置在加熱套中進(jìn)行加熱處理，加熱過(guò)程持續(xù)進(jìn)行攪拌使淀粉充分溶解；待淀粉完全溶解，將燒杯從加熱裝置取出并冷卻至室溫后，加入0.6g粒徑為1.0 μπι左右的二氧化硅(純度:99.99% )并攪拌均勻，之后放入超聲乳化裝置中進(jìn)行超聲處理15min，制備成如圖1(A)所示涂覆溶液；接著將如上溶液加入含有空白濾紙的如圖1(B)裝置中進(jìn)行抽濾涂覆，等抽濾裝置中的溶液抽干后采用20mL的乙醇進(jìn)行洗滌一次，取下涂覆紙張，懸掛在通風(fēng)櫥中進(jìn)行風(fēng)干，最后放置在兩塊玻璃板間壓平，備用，所得涂覆紙張如圖1(C)所示。圖2為采用本發(fā)明方法制備出二氧化硅涂覆紙基質(zhì)與空白濾紙、商品硅膠涂覆紙張的比較。可看出，采用本發(fā)明制備的二氧化硅涂覆紙基質(zhì)表面沒(méi)有任何纖維素，幾乎所有的帶狀纖維素都被填埋在涂覆二氧化硅的底部。
[0031]圖3為將含有l(wèi)mg/mL亞甲基藍(lán)的血樣滴在本發(fā)明制備紙張表面與空白濾紙表面的數(shù)碼照片比較?？煽闯?，對(duì)于本實(shí)施例制備的硅膠涂覆紙基質(zhì)，幾乎所有的亞甲基藍(lán)和大多數(shù)的血樣都保留在紙基質(zhì)正面(圖3A)，只有少量的血樣滲過(guò)紙基質(zhì)到達(dá)紙基質(zhì)的反面(圖3C);更重要的是，亞甲基藍(lán)在紙基質(zhì)正面可與血樣得到較好的分離(圖3A)。相反，對(duì)于濾紙基質(zhì)，當(dāng)含有亞甲基藍(lán)的血樣滴在其表面后，一方面該溶液樣品很快滲過(guò)紙基質(zhì)表面，使得正反兩面的樣品顏色沒(méi)有太大區(qū)別(圖3B和3D);另外一方面亞甲基藍(lán)與血樣幾乎為一個(gè)整體，不能得到任何分離(圖3B和3D)。
[0032]圖4為將含有l(wèi)mg/mL亞甲基藍(lán)的牛奶樣滴在濾紙、商品硅膠紙和本發(fā)明制備紙張表面的數(shù)碼照片比較?？煽闯觯瑢?duì)于濾紙，亞甲基藍(lán)和牛奶樣品均勻的滲過(guò)紙基質(zhì)到達(dá)紙張的反面(圖4A和4D);對(duì)于商品二氧化硅涂覆紙基質(zhì)，有少量的亞甲基藍(lán)與牛奶樣滲過(guò)紙基質(zhì)到達(dá)紙張的反面，并且相比于濾紙，含有亞甲基藍(lán)的牛奶樣品在其表面擴(kuò)散能力較差(圖4B和4E);當(dāng)采用本發(fā)明制備的二樣硅膠涂覆紙基質(zhì)時(shí)，所有的亞甲基藍(lán)都保留在紙基質(zhì)的正面(