介孔分子篩SBA-15作為高效液相色譜固定相分離維生素E

摘 要 以三嵌段共聚物P123 (聚環氧乙烷-聚環氧丙烷-聚環氧乙烷（PEO- PPO-PEO）)為模板，在強酸性(1.6 mol/L HCl)條件下，水熱合成了棒狀二維六方有序介孔材料SBA-15。粒徑棒長約1～1.5 SymbolmA@ m，直徑為400～500 nm，平均孔徑5.8 nm，BET比表面積799 m2/g。并用合成的SBA-15作為正相高效液相色譜固定相，在以正己烷/乙醚(97∶3， V/V)為流動相，流速為2.0 mL/min的條件下成功地將α-， β-， γ-， δ-生育酚，α-，δ-生育三烯酚混合物基線分離。

關鍵詞 介孔分子篩； SBA-15； 高效液相色譜； 維生素E異構體

2011-02-21手稿；2011-04-11接受

本文系國家自然科學基金項目(No. 20775032)，國家自然科學基金創新研究群體項目(No. 20821063)資助

 E-mail: yuxd@nju.edu.cn

1 引 言

自1992 年，Mobil 公司合成出有序介孔硅膠（Mesoporous silica）MCM-41 和MCM-48 以來［1，2］，有關有序介孔硅膠的研究一直是很活躍的研究領域。近年來，相繼發展出了SBA-15， FSM-16， APMS， MSU-1等一系列新型材料。這些介孔硅材料有其優異的特性：高度有序的孔道結構；孔徑分布較窄，且孔徑尺寸可在較寬范圍內變化；具有大的比表面積，高的吸附容量。因此，其在催化［3］、分離［4］、傳感器［5］、藥物輸送［6］和光學器件［7］等領域都有較成功的應用。

介孔分子篩SBA-15首次被Zhao等［8］用親水的三嵌段共聚物P123作為模板制備出來，隨即成為了介孔硅材料研究的新熱點。SBA-15具有大孔徑，大比表面積，有極好的均一性和穩定性［9］。其形狀和孔徑可以通過嵌段共聚物，表面活性劑和共溶劑調節［10］，從而可以很好地控制SBA-15上的催化和吸附脫附過程［11］。Crudden等［12］用巰基丙基修飾的SBA-15負載鈀催化Heck反應，催化反應同時發生在SBA-15的表面和孔道內。Qu等［13］用SBA-15作為藥物captopril的載體，發現SBA-15的孔徑對藥物的解吸動力學過程有影響。Han等［14］以甲硅烷基化的SBA-15 和MCF（Mesocellular siliceous foam）為對象，研究了對蛋白質的吸收和釋放過程，發現介孔材料同時起著尺寸排阻和離子交換的作用。Bui等［15］利用SBA-15 對5種混合藥物（立痛定，降固醇酸，雙氯芬酸，布洛芬和酮洛芬）的吸附能力進行了研究，證實吸附來自于藥物的功能團與硅羥基的親水相互作用。Tian等［16］將大孔的SBA-15作為毛細管電色譜的固定相，對一些芳香族物質進行了分離，并以C18-SBA-15作為固定相，分別實現了一些取代苯、苯胺類物質和一些藥物的高速分離。Mayani等［17］將手性的氨乙醇和其銅復合物固定在SBA-15 上，作為手性配位體交換色譜法（CLEC）的固定相，成功實現了外消旋扁桃酸、聯萘酚、酒石酸二乙酯的分離。與普通硅膠為載體相比，介孔材料的多孔性和比表面積在手性分離中起到了很大的作用。Bruzzoniti等［18］利用共沉淀方法將(CH2)3COOH修飾到SBA-15上，并將其作為離子色譜的固定相分離了15種陽離子。

維生素E（VE）是人體所必須的脂溶性維生素。維生素E是8種天然產物的總稱，包含4種生育酚(α-T， β-T， γ-T，δ-T)和圖1 生育酚(a)和生育三烯酚(b)的化學結構圖

Fig．1 Chemical structure of tocotrierols (a) and tocotrienols (b)

α: X＝CH3， Y＝CH3， Z＝H；β: X＝CH3， Y＝H， Z＝CH3； γ: X＝H， Y＝CH3， Z＝CH3；δ: X＝H， Y＝H， Z＝CH34種生育三烯酚(α-T3， β-T3， γ-T3，δ-T3)。這8種維生素E異構體的結構如圖1。其中，α-生育酚具有最高的生物活性。人體中90%的VE為α-生育酚。最近的研究表明。其它VE異構體在人體中也有著很重要的作用。例如，γ-生育酚（γ-T）具有抗癌的功能［19］，并能有效地預防由中樞腦動脈阻塞引起的腦梗死［20］；生育三烯酚（T3）能夠抑制膽固醇合成，減少血漿膽固醇含量，以減少心腦血管病發的可能性［19］，并且能夠抑制腫瘤細胞的增殖［20］。目前，分離VE異構體的方法主要有薄層色譜，氣相色譜和高效液相色譜法［21］。高效液相色譜法用于分析VE ，能極大地簡化樣品預處理步驟，實現快速分析。反相柱無法分離生育酚和生育三烯酚的β和γ異構體［22］，正相高效液相色譜法則可以成功分離［21］。

本研究用SBA-15介孔硅材料作為HPLC的固定相，成功分離了維生素E的6種異構體。

2 實驗部分

2.1 儀器與試劑

X'TRA型X 射線衍射儀（瑞士ARL公司），S4800電子顯微鏡（HITACHI公司），JEM-2100 透射電子顯微鏡。P230Ⅱ高效液相色譜儀（依利特公司），液相色譜柱（江蘇漢邦科技有限公司裝填）。

P123 (EO20PO20EO20， Mw＝5800)，(±)-α-Tocopherol (α-T)， rac-β-Tocopherol(99.0%)(β-T)，(＋)-γ-Tocopherol (γ-T)， δ-Tocopherol (93.1%) (δ-T)，D-α-Tocotrienol(α-T3)，D-δ-Tocotrienol (δ-T3) 均購自Sigma-Aldrich 公司； TEOS（美國IL公司）；正己烷，異丙醇（色譜純，美國Tedia 公司）。

2.2 介孔分子篩SBA-15的制備［23］

移取 15 mL 水、60 mL 2 mol/L HCl， 并稱取2 g P123于100 mL燒杯中，在40 ℃恒溫水浴中劇烈攪拌至P123完全溶解（約2 h）。向反應混合物中緩慢滴加4.25 g TEOS，于40 ℃水浴中攪拌24 h。將反應后的溶液轉入聚四氟乙烯襯底的100 mL高壓反應釜中，100 ℃晶化24 h，冷卻，抽濾，以二次蒸餾水洗滌，在紅外燈下烘干。置于管式爐中，前4 h程序升溫至500 ℃，并在500 ℃焙燒5 h，以除去模板劑。

2.3 SBA-15的表征

比表面積和孔徑分析在 ASAP 2020 V3.00 H 型吸附儀上進行，樣品在200 ℃下脫氣處理4 h，以氮氣為吸附質，做液氮溫度 (77 K) 下N2吸附-脫附等溫線。 按BET 公式計算樣品的比表面積，用BJH法計算其孔徑分布。X射線粉末衍射(XRD)，CuKα 靶，管電壓40 kV，管電流20 mA，測量范圍2θ＝0.5°～5°。并進行掃描電鏡和透射電鏡分析。

2.4 色譜分離

色譜條件： SBA-15填充液相色譜柱；流動相，正己烷-乙醚；檢測波長，292 nm；進樣量20 SymbolmA@ L。α-T，α-T3，β-T，γ-T，δ-T和δ-T3 分別由正己烷配制成0.1，0.2，5.0，0.2，1.0和1.0 g/L 的儲備液，色譜分離時稀釋成濃度分別為0.05，0.05，0.04，0.04，0.05和0.05 g/L，備用。

3 結果與討論

3.1 介孔分子篩SBA-15 的表征

樣品SBA-15的SEM和TEM圖見圖2。從低分辨SEM (圖2a)可見，制得的SBA-15呈棒狀，長約1～1.5

SymbolmA@ m；由高分辨SEM(圖2b)可以看出截面為六角形，直徑為400～500 nm。TEM 圖(圖2c和2d)表明合成的樣品具有規整的六方孔道結構，六方孔道的孔徑約為6 nm。 SBA-15樣品的XRD 譜圖如圖3所示。所制備樣品在0.8°附近出現一個強衍射峰，該峰對應于SBA-15的(100)晶面。同時，在較高角度出現2個特征衍射峰，分別對應于SBA-15的(110)和(200)晶面，表明所合成的樣品具有六方孔道結構。

圖2 介孔分子篩SBA-15的低分辨（a）和高分辨（b）SEM圖及TEM圖（c，d）

Fig．2 Low- (a) and high-magnification (b) SEM images of stanta barbara amorphou-15(SBA-15) sample. (c)， (d) TEM image

Fig．3 X-ray diffraction patterns for SBA-15 sample

SBA-15的氮氣吸附-脫附實驗結果如圖4所示。由圖4A可知，制得的樣品呈現典型的Langmuir Ⅳ型吸附線特征，說明該樣品為介孔有序材料。在P/P0＝0.6～0.8時，吸附支和脫附支具有陡峭的升降，且有較大的H1型滯后環出現，

圖4 介孔分子篩SBA-15的氮氣吸附-脫附曲線(A)和孔徑分布曲線(B)

Fig．4 (A) N2 adsorption-desorption isotherms of SBA-15 and (B) BJH pore size distribution curve of SBA-15

表明樣品具有非常均勻的孔道和較窄的孔徑分布。圖4B中樣品的孔徑分布曲線證實了這一點。根據BET法和BJH方程得到SBA-15樣品的BET比表面積為799 m2/g，平均孔徑為5.8 nm，孔容為1.15 cm3/g。

結果表明，制得的介孔材料SBA-15結構有序，孔徑分布窄，比表面積大，具有作為HPLC固定相的潛力。

3.2 維生素E的分離

圖5是用SBA-15填充的色譜柱來分離維生素E的色譜圖，由圖可知， 圖5 6種維生素E異構體的色譜圖

Fig．5 Chromatogram of six isomers of vitamin E

色譜條件：色譜柱：SBA-15填充液相色譜柱；流動相：正己烷/乙醚(97∶3，V/V)；檢測波長：292 nm；進樣量20

SymbolmA@ L；流速：2.0 mL/min。HPLC conditions: column， column packed by SBA-15; detection， 292 nm; mobile phase， n-hexane/ether (97∶3， V/V); flow-rate: 2.0 mL/min。在優化的條件下，即流動相為正己烷-乙醚（97∶3， V/V），流速為2.0 mL/min，6種維生素E異構體可以達到基線分離。6種異構體的出峰順序為：α-T，α-T3，β-T，γ-T，δ-T，δ-T3。其分離機理可解釋如下：T3側鏈上有雙鍵，易極化，因此與色譜柱作用力強于T，所以T優先于T3 出峰。α-T，T3的苯環上有3個甲基，具有給電子作用，使得苯環上的OH的酸性減弱，與SBA-15 表面Si-OH 的作用力減弱，因此保留時間最短，并且由于3個甲基的位阻效應，分子體積較其他大，與SBA-15孔道作用較弱，最先流出色譜柱。β-T，γ-T 的2個甲基均有鄰位甲基的給電子作用，極性相近，但β-T的甲基與取代的環相鄰，空間位阻更大一些，因此與固定相之間的吸附作用較弱，先流出。δ-T， T3苯環上只有間位上1個甲基，給電子作用很弱，空間位阻也最小，與SBA-15 孔道作用最強，最后流出。

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Separation of Vitamin E Isomers Using Mesoporous SBA-15

as Stationary Phase by High Performance Liquid Chromatography

ZHOU Jie， ZHONG Hai-Yan， YIN Liang， YU Xiao-Dong， CHEN Hong-Yuan

(The Key Lab of Analytical Chemistry for Life Science， Ministry of Education， School of Chemistry and

Chemical Engineering， Nanjing University， Nanjing 210093)

Abstract Mesoporous SBA-15 (Stanta Barbara amorphous) silica particles were prepared in strong acidic conditions (1.6 mol/L HCl) with triblock copolymer Pluronic P123 (poly(ethyleneglycol)-block-poly(propyleneglycol)-block-poly(ethyleneglycol)) as templating agent. Characterization result shows it has highly ordered hexagonal mesoporous running along the same direction， extremely narrow pore size distribution (5.8 nm) and high surface areas (799 m2/g). The SBA-15 particles were successfully applied for the normal phase chromatography separation of six Vitamin E isomers (mobile phase， n-hexane/ether (97/3， V/V); flow-rate， 2.0 mL/min). The results shows that α-， β-， γ-， δ-tocotrierols and α-， β-tocotrienols are base line separated.

Keywords Mesoporous silica; SBA-15; High performance liquid chromatography; Vitamin E isomers

(Received 21 February 2011; accepted 11 April 2011)