大內徑C18雜化柱的制備及固相萃取性能的評價

李金祥， 王 賀， 鄒溫然

(遼寧師范大學，遼寧 大連 116000)

引 言

固相萃取技術是一種快速發展的樣品分離技術，它具有成本低、富集倍率高、有機溶劑消耗少等優點。目前，以ODS為固定相填料，內徑為500 μm的傳統固相萃取小柱(以下簡稱萃取小柱)在固相萃取中應用最為廣泛。然而，制備萃取小柱的過程中需要燒制堵住色譜填料的柱塞是其最大缺點[1-3]。大內徑C18有機無機雜化整體柱(以下簡稱雜化柱)是以無機硅膠顆粒為載體，將有機功能單體包覆于載體之上，得到連續的床層。它具有制備簡單、機械穩定性高、滲透性好等優點。本文以SMA為功能單體，EDMA為交聯劑，偶氮二異丁腈(AIBN)為引發劑，甲醇和環己醇為二元致孔劑，在內徑為530 μm預先填充了ODS硅膠顆粒的石英毛細管中通過原位聚合法制備了一種雜化柱，并就其固相萃取性能與萃取小柱進行對比。實驗結果顯示，該柱交換容量大，富集倍率高，在固相萃取中可以代替萃取小柱使用。

1 大內徑C18雜化柱的制備及固相萃取實驗

1.1 實驗儀器

Lab Alliance 液相色譜泵，美國；Lab Alliance Model 500 紫外-可見光檢測器，美國，配自制檢測池；SU8010 型掃描電子顯微鏡，SEM，日本日立公司；[1]N-2000 雙通道色譜工作站，浙江大學；SK2200H 超聲波清洗儀，上海科導；SHBⅢ 循環水式多用真空泵，鄭州；PTFE管，250 μm i.d.，1/16 inch i.d.，大連依利特；砂紙，湖北寶塔；針灸針，大連圣道。

1.2 大內徑C18雜化柱的制備

截取10 cm內徑為530 μm的石英毛細管，用1.0 mol/L的NaOH溶液、超純水和1.0 mol/L HCl溶液依次分別沖洗1 h、0.5 h和1 h，然后用超純水沖洗至中性，接著用甲醇沖洗0.5 h，并用氮氣吹干；將預烯基化試劑γ-MAPS的甲醇溶液(1∶1，V/V)注入石英毛細管中，密封，置于45 ℃水浴中反應12 h，最后，用甲醇沖洗2 h，用氮氣吹干，兩端密封，放入冰箱中保存備用。截取2.5 cm內徑為530 μm的石英毛細管，通過真空吸入法裝填5 μm ODS硅膠顆粒。準確稱取50 mg AIBN 溶于2 mL甲醇和環己醇(6∶4，V/V)組成的混合溶液中，超聲振蕩5 min制成混合溶液1。稱取一定量的SMA單體、20 μL EDMA交聯劑和32 μL上述混合溶液1，溶于243.5 μL二元致孔劑中，通入氮氣除氧的同時超聲振蕩5 min后制得混合溶液2。將混合溶液2注入裝有硅膠顆粒并經預烯基化處理過的毛細管中，然后將毛細管的兩端密封后放入60 ℃的恒溫水浴鍋中反應5 h，最后，用甲醇沖洗，氮氣吹干，制得雜化柱。

1.3 萃取小柱的制備

截取2.5 cm內徑為530 μm的石英毛細管，按照文獻所述的方法，向其中填入ODS填料，制得內徑為530 μm的萃取小柱。

2 結果與討論

2.1 制備條件的優化

為了制備抗壓性和滲透性好、內部結構均勻、柱容量高的雜化柱，本文探究了單體總濃度和致孔劑比例對聚合反應的影響，如表1所示。

表1 雜化柱制備條件的選擇

2.1.1 單體總濃度的選擇

不同單體總濃度下雜化柱的壓力-流速關系曲線如圖1所示，單體總濃度從20.5%逐漸增加到27.5%的過程中，雜化柱的滲透性逐漸降低，說明雜化柱整體固定相的孔隙隨著單體總濃度的增大逐漸變小；當單體總濃度為25%時，雜化柱的滲透性已不適合應用于分析研究中；單體總濃度為20%時，雖然滲透性最好，但是載體表面形成的有機聚合物偏少易導致整體固定相與毛細管壁之間鍵合不緊密。因而，最佳的單體總濃度為22.5%。

圖1 單體總濃度不同的條件下雜化柱的壓力對流速曲線

2.1.2 致孔劑比例的選擇

二元致孔劑較單一致孔劑可以更好地控制溶劑的極性，因此本實驗選擇甲醇和環己醇作為二元致孔劑，通過調節二者的比例控制致孔劑的極性，保證聚合反應過程中有機聚合物包覆于載體表面而避免在載體間的空隙聚合。不同比例下雜化柱的壓力對流速關系曲線如圖2所示，甲醇和環己醇的比例從5∶5增至8∶2時，壓力對流速關系曲線幾乎重合，即，溶劑極性的變化對滲透性的影響不大。綜上所述，最終選擇滲透性略高的致孔劑比例為6∶4作為雜化柱的制備條件。

圖2 致孔劑組成比例不同的條件下雜化柱的壓力對流速曲線

2.2 雜化柱的微觀結構

對于大內徑毛細管而言，其內壁比表面積較大，整體固定相與管壁的鍵合相比于小內徑毛細管更為困難。若整體固定相與毛細管壁鍵合得不夠緊密，則毛細管壁與整體固定相之間會存在較大空隙，即產生脫壁現象。通過掃描電鏡(SEM)對制得的雜化柱的內部結構進行觀察，如圖3所示。從圖3可以觀察到，雜化柱的整體固定相緊密地鍵合于毛細管壁上，不存在脫壁現象。結果表明，該雜化柱具有較強的機械穩定性。

圖3 雜化柱的掃描電鏡圖(放大倍數：150倍)

2.3 柱容量

從第28頁圖4曲線上可以看出，相同流速下，萃取小柱和雜化柱分別在12 min和35 min時對樣品的吸附達到飽和。據此計算，兩柱對該樣品的最大交換容量分別為3 μg和8.75 μg。與萃取小柱相比，雜化柱將有機功能單體包覆于載體表面，增加了樣品和整體固定相的接觸面積，更多的樣品被吸附到整體固定相表面，因此樣品達到最大吸附量時對應的時間延長，柱容量增大。

2.4 富集倍率

首先，將一系列質量濃度為1 mg/L～10 mg/L的褪黑素標準溶液直接進樣到檢測器，獲得了濃度與信號強度的關系，如第28頁圖5a)所示，所得線性方程為：y=0.000 6x+0.015 2(R2=0.991 5)。再配制一系列質量濃度為0.01 mg/L～0.1 mg/L的褪黑素標準溶液，每次進樣體積為100 μL，以1.0 μL/min的流速分別通入萃取小柱和雜化柱富集，再用流動相洗脫，得到兩柱富集后的濃度與信號強度之間的關系，如圖5b)、c)所示，得到的線性方程為：萃取小柱：y=0.052 7x+0.016 5(R2=0.988 9)；雜化柱：y=0.172 0x+0.015 8(R2=0.987 5)。由此計算出萃取小柱對褪黑素的富集倍率為88，雜化柱對褪黑素的富集倍率為287。

圖4 萃取小柱與雜化柱的突破曲線對比

圖5 萃取小柱和雜化柱對標準溶液的富集情況

3 實驗結論

本文制備了一種雜化柱，優化了制備條件，通過對不同條件下制得的雜化柱測定壓力-流速曲線，確定制備雜化柱的最佳單體總濃度為22.5%，致孔劑比例為V(甲醇)∶V(環己醇)=6∶4。就其固相萃取性能與萃取小柱進行對比。以質量濃度為250 mg/L的褪黑素標準溶液為標準液，測得萃取小柱和雜化柱的交換容量分別為3 μg和8.75 μg，相比于萃取小柱，雜化柱的柱容量提高了2.92倍；將一系列濃度為0.01 mg/L～0.1 mg/L褪黑素標準溶液分別通入兩柱中，測得兩柱的富集倍率分別為88和287，雜化柱對褪黑素的富集倍率是萃取小柱的3.26倍，在固相萃取性能方面雜化柱均優于萃取小柱。此外，與萃取小柱相比，雜化柱還具有制備簡單、不需要燒制塞子等優點，因此，雜化柱在固相萃取中具有較好的應用前景。