毛細(xì)管整體柱制備過程中所用致孔劑的研究進(jìn)展*

吳　瓊，張恒強(qiáng)，馬　闖，玄兆坤，陳鴻利

(河北民族師范學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院，河北　承德　067000)

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毛細(xì)管整體柱制備過程中所用致孔劑的研究進(jìn)展*

吳瓊，張恒強(qiáng)，馬闖，玄兆坤，陳鴻利

(河北民族師范學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院，河北承德067000)

毛細(xì)管整體柱是在毛細(xì)管內(nèi)原位聚合形成的連續(xù)固定床。在整體柱的制備中，致孔劑的選擇是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。一般來說體系所選擇的致孔劑應(yīng)該能夠溶解單體、交聯(lián)劑和引發(fā)劑，使聚合物反應(yīng)液成為一個(gè)均一的體系，且在反應(yīng)后易被除去使固定相形成均勻孔狀結(jié)構(gòu)。本文對近年來制備毛細(xì)管整體柱常用的致孔劑體系做一簡要綜述。

整體柱；毛細(xì)管柱；致孔劑

毛細(xì)管電色譜是在毛細(xì)管中填充或在毛細(xì)管內(nèi)壁涂布、鍵合色譜固定相，依靠電滲流推動(dòng)流動(dòng)相，使中性和帶電荷的樣品分子根據(jù)它們在色譜固定相和流動(dòng)相間吸附、分配平衡常數(shù)的不同和電泳速率的不同而達(dá)到分離分析的一種電分離模式，它結(jié)合了高效液相色譜的高選擇性和毛細(xì)管電泳的高效性，具有快速分離、操作簡單、低消耗等多方面優(yōu)點(diǎn)，是一種新型的分離技術(shù)，近年來發(fā)展迅速。毛細(xì)管柱是微柱分離分析的核心。按固定相存在形式的不同，微柱色譜分離中的毛細(xì)管柱可分為以下三種：毛細(xì)管開管柱，毛細(xì)管填充柱和毛細(xì)管整體柱。其中毛細(xì)管整體柱，又稱毛細(xì)管連續(xù)床(continuous bed)或毛細(xì)管原位柱，是通過在毛細(xì)管內(nèi)原位聚合或固化的方法，制成具有均一、多孔結(jié)構(gòu)的整體式固定相，它由于具有很多優(yōu)點(diǎn)，如制備簡單、無需封口、滲透性好、低背壓、快速分離和易修飾等。毛細(xì)管整體柱不僅避免了毛細(xì)管整體柱的制備過程中柱塞燒制和柱填充的困難，同時(shí)又克服了開管柱相比比較低的不足，而且可選擇的單體范圍廣，固定相孔結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)容易控制，毛細(xì)管整體柱成為目前研究的熱點(diǎn)。本文主要對近年來毛細(xì)管整體柱的制備過程中使用的致孔劑進(jìn)行簡要綜述。

1　毛細(xì)管整體柱的制備方法

1.1無機(jī)硅膠基質(zhì)整體柱的制備方法

毛細(xì)管整體柱按制備方法主要分為有機(jī)聚合物基質(zhì)整體柱和無機(jī)硅膠基質(zhì)整體柱。無機(jī)硅膠基質(zhì)整體柱的制備主要是利用溶膠-凝膠法。該方法將四烷氧基硅烷、聚環(huán)氧乙烷或聚乙二醇等及催化劑在柱內(nèi)縮聚成凝膠，經(jīng)干燥、老化，制成硅膠整體柱[1-4]，其可直接作為固定相或繼續(xù)進(jìn)行衍生化。該方法制成的色譜填料具有兩種孔結(jié)構(gòu)，分別為微米級的通孔和納米級的中孔[5]。常用于該類柱的致孔劑是氨水。濕凝膠在氨水的作用下實(shí)現(xiàn)整體柱的小孔向中孔轉(zhuǎn)化。一般制備方法如下：先利用溶膠-凝膠法制得濕凝膠，再用一定濃度的氨水在120 ℃沖洗若干小時(shí)。接著，程序升溫至330 ℃左右灼燒柱中的有機(jī)成分，制得無機(jī)硅膠整體柱。為了減小氨水對柱結(jié)構(gòu)的影響，在反應(yīng)液中加入尿素，得到濕凝膠后，在120 ℃下加熱，尿素分解生成氨氣，使小孔轉(zhuǎn)化為中孔。但尿素的加入會使溶膠結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，謝傳輝等[6]在制備濕凝膠后用尿素代替氨水在120 ℃下沖洗若干小時(shí)，其他步驟不變。用該方法制得的整體柱分離效果較好。

1.2有機(jī)硅膠基質(zhì)整體柱的制備方法

有機(jī)聚合基質(zhì)整體柱是由單體、致孔劑、交聯(lián)劑在引發(fā)劑的存在下通過熱或紫外光引發(fā)進(jìn)行原位聚合的而成的一個(gè)棒狀整體，具有制備方法簡單、內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻、重現(xiàn)性好、柱效高和可進(jìn)行快速分離等特點(diǎn)。其制備過程如下：先將單體、致孔劑和引發(fā)劑的混合物引入到已預(yù)處理過的空毛細(xì)管中，經(jīng)過熱引發(fā)或紫外光引發(fā)在毛細(xì)管內(nèi)原位聚合，然后采用合適的溶劑并由機(jī)械泵或電滲流驅(qū)動(dòng)除去柱內(nèi)致孔劑、單體以及其他物質(zhì)。在制備有機(jī)聚合整體柱的過程中，為了使反應(yīng)后的整體固定相中有一定量的孔讓流動(dòng)相通過，要在反應(yīng)體系中添加致孔劑，致孔劑一般由良性溶劑和不良溶劑組成。良性溶劑能使反應(yīng)液成一均一體系，不良溶劑一方面使反應(yīng)生成的物質(zhì)沉淀下來形成高分子化合物，另一方面在固定相中占據(jù)一定位置，形成孔狀結(jié)構(gòu)。用于有機(jī)聚合整體柱的致孔劑種類較多。一般是一些醇類，常見的有正丙醇、1,4-丁二醇、甲醇、環(huán)己醇、十二醇等中的一種或幾種混合[7-8]。

2　毛細(xì)管整體柱制備所用的致孔劑體系種類

目前，由于整體柱的制備還不是很成熟，制備毛細(xì)管整體柱所用的致孔劑體系種類還比較少，已報(bào)道的文獻(xiàn)，大多以1,4-丁二醇和正丙醇為二元致孔劑體系或1,4-丁二醇、正丙醇和水位三元致孔劑體系。

2.1正丙醇和1,4-丁二醇為致孔劑體系

2.2甲苯/水為致孔劑體系

甲苯/水體系常用在毛細(xì)管硅膠基質(zhì)整體柱的制備中，水主要以鹽酸溶液以及蒸餾水的形式加入反應(yīng)液中，待甲苯溶解引發(fā)劑后，兩相混合得到制備固定相的反應(yīng)液，反應(yīng)生成固定相后再將水和甲苯除去，使固定相形成通孔和中孔結(jié)構(gòu)。邵華等[16]在甲苯/水體系中加入表面活性劑十二烷基磺酸鈉增加兩相之間的溶度使得溶液成為均相，制備了毛細(xì)管硅膠整體柱。且利用該整體柱成功地分離了9種中性物質(zhì)(硫脲、苯、甲苯、乙基苯、正丙苯、萘、正丁基苯、芴和蒽)以及7種中性、酸性和堿性物質(zhì)(硫脲、鄰氨基酚、苯酚、苯、鄰甲苯胺、α-萘胺和2,4-二氯苯胺)。張毅軍等[17]在先將甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷在鹽酸中攪拌后，在此混合物中加入甲苯或甲苯和SDS，制備成毛細(xì)管硅膠整體柱。利用制備的整體柱，6種中性物質(zhì)(硫脲、苯、甲苯、乙基苯、聯(lián)苯和萘)的混合物成功地得到了分離。

2.3其他體系

除了上述兩種常用致孔劑體系外，也有不少其他致孔劑體系也有報(bào)道。鄒娟娟等[18]選用十二醇和環(huán)己醇為致孔劑，甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)為單體，亞乙基二丙烯酸酯(EDMA)為交聯(lián)劑；通過過氧化苯甲酰(BPO)引發(fā)制備聚甲基丙烯酸縮水甘油酯整體柱。聚合混合物的具體配比(V/V)為：GMA:EDMA:環(huán)己醇:十二醇=24:16:54:6。該類型的整體柱可以分離蛋白。Xiaoli Dong等[19]在正十二醇和DMSO作為致孔劑的情況下，以N,N’-亞甲基二丙烯酰胺等三種物質(zhì)作為反應(yīng)單體，AIBN為引發(fā)劑制備聚酰亞胺整體柱，之后在制備的整體柱的固定相上包覆手性物質(zhì)成功制備了分離對映體的整體柱。左國強(qiáng)等[20]以甲基丙烯酸(MAA)為功能單體，同時(shí)又作電滲流改性劑，乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA)為交聯(lián)劑，甲苯和異辛烷為致孔劑，Irgacure 1800為光引發(fā)劑，采用紫外光引發(fā)原位聚合反應(yīng)制備出毛細(xì)管電色譜整體柱。使用制備的整體柱在3種模式(加壓電色譜、氣壓驅(qū)動(dòng)和電色譜)下對7種中性物質(zhì)(硫脲、苯、甲苯、乙苯、萘、聯(lián)苯和菲)的混合物實(shí)現(xiàn)基線分離，同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)酸性物質(zhì)(鄰羥基苯甲酸、苯甲酸、苯乳酸、扁桃酸)和堿性物質(zhì)(苯胺、甲苯胺、乙酰基苯胺和N-甲基苯胺)的快速分離。梁哲、姚傳義[21]將氨基比林和MMA溶解在十二醇和甲苯中，放置過夜后加入交聯(lián)劑EDMA和引發(fā)劑AIBN制備了分子印跡毛細(xì)管整體柱。Antonella Messina 等[22]以甲酰胺和正丙醇為致孔劑，MMA、EGDMA和GMA為單體，AIBN為引發(fā)劑制備了整體柱，沖去未反應(yīng)的混合物后，充滿功能化試劑制成具有分離對映體功能的手性毛細(xì)管柱。楊俊佼等[23]使用正十二醇、正丙醇及DMF 混合溶液分別作為致孔劑制備了聚合物整體柱,并用它們分離了幾種芳香化合物。本實(shí)驗(yàn)反映了孔徑的不同影響了溶質(zhì)的保留時(shí)間。隨著致孔劑的比例減少，組成整體固定相的微球尺寸變小，同時(shí)孔隙率變小，故柱子的通透性變差，表現(xiàn)為分離柱壓加大。Qiang Zhao等[24]用環(huán)己烷和十二醇作為致孔劑，為了提高固定相的機(jī)械穩(wěn)定性，除了加GMA(甲基丙酸縮水甘油酯)外，還加入了TRIM(三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯)作為單體， 用AIBN為引發(fā)劑在水浴中反應(yīng)制得了聚合整體柱，制備成功后，用鏈酶抗生素蛋白溶液沖洗整體柱24 h后制成可以分離蛋白質(zhì)的整體柱。Hui Li等[25]以咖啡酸作為模板，MMA 為單體，EDMA為交聯(lián)劑，AIBN為引發(fā)劑，在THF和異辛烷中溶解反應(yīng)制備了分子印跡整體柱，分離和純化了綠原酸。Zhang等[26]以甲基丙烯酸縮水甘油酷、甲基丙烯酸甲酷和二甲基丙烯酸乙二醇共聚合，采用丙醇和甲酞胺為制孔劑，并在聚合反應(yīng)完成后，用乙基丁基胺對其功能化，制得了用于蛋白質(zhì)和多肽分析的整體柱。盧明華等[27]在三元致孔劑(環(huán)己醇/1,4-丁二醇/水, 67/23/10, V/V/V)中加入反應(yīng)單體三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TM PTMA)和、2-丙烯酰胺-2-甲基-1-丙磺酸(AMPS)為反應(yīng)單體，AIBN為引發(fā)劑，制備了新型有機(jī)聚12十六碳烯2三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯[poly (1-hexadecene-co-TM PTMA)]整體柱，建立了一種同時(shí)分離檢測6種利尿劑(氯噻酮、氫氯噻嗪、美托拉宗、吲噠帕胺、坎利酮和螺內(nèi)酯)的毛細(xì)管電色譜(CEC)新方法，并成功應(yīng)用于志愿者實(shí)際尿樣的分析測定。

3　存在的問題和展望

目前，聚合物整體柱制備中最大的問題是聚合條件的實(shí)驗(yàn)。至今為止，大部分文獻(xiàn)報(bào)道的整體柱結(jié)構(gòu)為顆粒堆積，這種結(jié)構(gòu)影響了整體柱柱效的提高。因此需要對各種實(shí)驗(yàn)條件如溫度、pH值、時(shí)間以及各組成的濃度等繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)摸索，希望能找到最佳條件，使整體柱能夠形成骨架結(jié)構(gòu)，以致在壓縮后，渠道直徑不會太小而讓流動(dòng)相不能通過。這就需要努力尋找合適的致孔劑和嚴(yán)格控制致孔劑的量來達(dá)到合適的渠道直徑。另一問題是聚合物整體柱渠道壁不能太軟而易變形或太硬而易脆，故需尋找更好的單體，尋找更好的單體的同時(shí)必須考慮能夠達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求的相應(yīng)的致孔劑。故這兩個(gè)問題的改善都離不開致孔劑的選擇，所以尋找開發(fā)更多的高質(zhì)量的致孔劑體系仍是毛細(xì)管柱制備中比較亟待解決的問題之一。

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Research Progress on Porogen in the Preparation of the Capillary Monolithic Column*

WU Qiong, ZHANG Heng-qiang, MA Chuang, XUAN Zhao-kun, CHEN Hong-li

(School of Chemistry and Chemical Engineering, Hebei Normal UniversityforNationalities,HebeiChengde067000,China)

Capillary monolithic column is a continuous fixed bed formed by in situ polymerization in a capillary column. The choice of the porogen is very important in the preparation of the monolithic column. In general, it should be able to dissolve the monomer, crosslinking agent and initiator, and make the polymer reaction solution into a homogeneous system, and is easily removed after the reaction in order to make the stationary phase forms a uniform porous structure. The commonly used porogen in the preparation of monolithic columns in recent years was reviewed.

monolithic column; capillary monolithic column; porogen

河北省高等學(xué)校科研計(jì)劃項(xiàng)目(Z2014054)，承德市科技支撐項(xiàng)目(20153005)。

吳瓊(1983-)，碩士，講師，主要從事無機(jī)和分析化學(xué)等研究方向。

O63

A

1001-9677(2016)013-0013-03