層層自組裝聚電解質多層膜高效液相色譜固定相

胡定煒++趙文杰++向國強++何麗君++江秀明

摘要：以殼聚糖（CHI）和聚苯乙烯磺酸鈉（PSS）為原料，通過層層自組裝技術（LBL）在色譜硅膠表面依次吸附得到聚電解質多層膜高效液相色譜（HPLC）固定相；利用紫外光譜追蹤HPLC固定相組成。結果表明，陰陽離子聚電解質成功吸附在硅膠顆粒表面；制備的固定相可用于多種烷基苯類和多環芳香烴類物質的分離分析。

關鍵詞：層層自組裝；聚電解質多層膜；固定相；高效液相色譜

1991年，Decher等人用帶相反電荷聚電解質粒子構筑成超薄多層膜，層層自組裝技術開始得到廣大科學家關注并被應用。層層自組裝技術就是利用溶液中目標化合物和基質表面功能基團的相互作用[2]（靜電作用、氫鍵作用、共價鍵作用、點荷相互轉移作用等）構筑多結構、穩定、具有特定性質的多層膜的方法。與其他制備多層膜的方法相比，層層自組裝技術具有操作條件溫和、操作方法簡單、成膜物質豐富、膜層厚度和結構可控的優點[3-6]。

層層自組裝技術作為復合材料制備的一項技術，經過多年不斷的發展逐漸成熟起來，廣泛用于光電器件、生物醫藥材料、藥物緩釋、分離膜，生物傳感器等方面[7-10]。在化學分離方面，自組裝膜分離具有高效率、低能耗、操作過程簡便等特點，主要用于滲透汽化、反滲透和氣體分離等方面。

本研究以殼聚糖（CHI）和聚苯乙烯磺酸鈉（PSS）為目標物，在色譜硅膠上構筑聚電解質多層膜，制備CHI/PSS多層膜HPLC固定相，運用紫外光譜追蹤多層膜組裝情況，探索固定相對多種烷基苯類和多環芳烴類物質的分離分析能力。

一、實驗

（一）實驗原料及儀器

殼聚糖（CHI），聚苯乙烯磺酸鈉（PSS），色譜硅膠（直徑5微米，比表面積220m2·g-1，中科院蘭州化學物理研究所），氯化鈉、四氯化碳，甲醇（分析純），乙腈（色譜純），去離子水，烷基苯類（甲苯、乙苯、正丙苯、異丙苯、正丁苯、正戊苯），多環芳烴類（苯、萘、蒽、芴、芘菲、苊、芘）。

UV-2450紫外-可見分光光度計（島津公司），高效液相色譜儀（島津公司，配備有CBM-l0A vp plus色譜工作站、LC-lOAT vp plus型高壓泵、7725i型手動進樣閥和SPD-lOA vp plus型紫外檢測器）。

（二）實驗過程

1.固定相組裝

取4g已活化色譜硅膠，置于50mL帶蓋塑料離心管中，向其中加入40mL濃度為5 mmol·L-1 的CHI溶液（含有0.3mol·L-1 NaCl，pH=7.0），蓋上蓋子，振蕩30min，從而形成CHI膜。離心2min，棄去上清液，用適量去離子水分散洗滌固體產物，離心除去水，重復該過程兩次。加入等體積、濃度、鹽度、pH的PSS溶液，采用與組裝CHI膜同樣的步驟組裝PSS膜，形成一個雙層膜，并保留上清液。如此循環直至組裝六個半雙層的CHI/PSS的多層膜。在組裝過程中，利用紫外光譜儀對每次組裝前后的PSS溶液吸光度進行測定。冷凍干燥組裝好的固定相12h，得到多層膜HPLC固定相。取少量用于紅外光譜測定，剩余則用于色譜柱裝填。

2. 色譜柱裝填及評價

將固定相通過四氯化碳勻漿，以甲醇作為頂替液，利用氣動泵在40MPa下裝填高效液相色譜柱（250mm×4.6mm）。將裝填好的色譜柱接入高效液相色譜系統，以乙腈與水作流動相，在室溫，1.0mL·min-1的流速，254nm的檢測波長等條件下，對烷基苯類物質和多環芳烴類物質進行分離檢測，評價色譜柱性能。

二、結果與討論

（一） HPLC固定相制備

含有0.3mol·L-1 NaCl，且濃度為0.05mmol·L-1的聚陰陽離子電解質溶液，在色譜硅膠表面，通過正負電荷間的靜電作用，形成穩定的具有六個半雙層的多層膜。圖1為組裝前后的PSS溶液紫外吸收光譜。可以看出，稀釋相同倍數的PSS溶液，組裝后的光譜峰明顯降低，表明PSS被成功組裝到硅膠表面。

（二）固定相色譜性能評價

為了評價聚電解質多層膜固定相的色譜分離性能，在反相條件下測定了6種烷基苯和7種多環芳烴在色譜柱的保留時間。其中以苯作分析物時，色譜柱的理論塔板數達到15000。兩類物質在聚電解質多層膜固定相色譜柱的保留時間順序與ODS柱一致。

當流動相中乙腈含量降低時，兩類化合物的容量因子先減小后增大，分析物容量因子的對數（lgk）與流動相中乙腈含量呈U型關系，表明固定相與分析物間同時存在著親水作用與疏水作用。通過靜電作用交替吸附的聚電解質多層膜固定相，因其膜層中CHI含有的羥基而表現出親水作用，同時由于PSS含有的苯環結構與芳香類物質的苯環結構之間的π-π作用力，使固定相表現出反相色譜性質，能夠在反相條件下，分離極性較弱的烷基苯類和多環芳烴物質。

三、結論

通過LBL技術，帶相反電荷的CHI和PSS能都穩定地組裝在色譜硅膠表面。HPLC固定相的成功制備及其在反相條件下成功分離多種烷基苯類物質和多環芳烴物質，表明LBL多層膜能夠用于色譜固定相的制備。色譜柱對兩類分析物的色譜數據說明，兩類物質能夠有效分離的基礎是多層膜與分析物間的π-π作用力；同時，在高濃度有機相下，固定相表現出的親水性，為強極性物質的分離分析提供了一種可能性。LBL技術在HPLC固定相制備的成功應用，以及LBL技術構筑膜的多樣性，為HPLC固定相的制備拓寬了道路。

參考文獻：

[1]楊耀彬，蘇麗娜，王婀娜.層層自組裝技術應用研究進展[J].化學世界，2014（10）

[2]岳秀麗等.共價鍵合多層肝素薄膜修飾涂有硅橡膠的人工血管[J].化學學報，2007[4]

[3]金誼等.以碳酸鈣微球為模板的生物相容微膠囊的制備[J].過程工程學報，2009[4]

[4]紀樹蘭，張國俊.強化自組裝技術在多層復合分離膜領域的應用[J].膜科學與技術，2011[3]