聚十二碳烯整體柱的制備及其對(duì)小分子的分離

劉海燕，馬亞敏，秦軍曉，王佳菲

(河北大學(xué)藥學(xué)院，“藥物化學(xué)與分子診斷”教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河北省藥物質(zhì)量分析控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北保定　071002)

第一作者:劉海燕(1971- )，女，河北阜平人，河北大學(xué)副教授，博士，主要從事色譜分離材料的制備及應(yīng)用研究.

E-mail: lhy 1610@126.com

摘　要：以1-十二碳烯(C12)作為反應(yīng)單體，以三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)和乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA)為交聯(lián)劑，以偶氮二異丁腈(AIBN)為引發(fā)劑通過自由基原位聚合制備了有機(jī)聚合物整體柱.通過電子掃描顯微鏡、紅外光譜等方法分別對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、官能團(tuán)進(jìn)行了表征，并且對(duì)通透性進(jìn)行了研究.結(jié)果表明，該整體柱結(jié)構(gòu)較均勻，且滲透性良好.將該整體柱作為高效液相色譜的固定相對(duì)小分子進(jìn)行了分離，取得了較好的分離效果.

關(guān)鍵詞：整體柱；高效液相色譜；小分子

DOI：10.3969/j.issn.1000-1565.2015.02.007

聚十二碳烯整體柱的制備及其對(duì)小分子的分離

劉海燕，馬亞敏，秦軍曉，王佳菲

(河北大學(xué)藥學(xué)院，“藥物化學(xué)與分子診斷”教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河北省藥物質(zhì)量分析控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北保定071002)

第一作者:劉海燕(1971- )，女，河北阜平人，河北大學(xué)副教授，博士，主要從事色譜分離材料的制備及應(yīng)用研究.

E-mail: lhy 1610@126.com

摘要：以1-十二碳烯(C12)作為反應(yīng)單體，以三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)和乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA)為交聯(lián)劑，以偶氮二異丁腈(AIBN)為引發(fā)劑通過自由基原位聚合制備了有機(jī)聚合物整體柱.通過電子掃描顯微鏡、紅外光譜等方法分別對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、官能團(tuán)進(jìn)行了表征，并且對(duì)通透性進(jìn)行了研究.結(jié)果表明，該整體柱結(jié)構(gòu)較均勻，且滲透性良好.將該整體柱作為高效液相色譜的固定相對(duì)小分子進(jìn)行了分離，取得了較好的分離效果.

關(guān)鍵詞：整體柱；高效液相色譜；小分子

DOI：10.3969/j.issn.1000-1565.2015.02.007

收稿日期:2014-07-15

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(21175031)；河北省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(B2013201082)

中圖分類號(hào)：TQ050.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：志碼：A

文章編號(hào)：編號(hào)：1000-1565(2015)02-0147-06

Abstract:A novel hydrophobic polymeric monolith was prepared by using 1-dodecene(C12) as the functional monomers, trimethylol propane triacrylate(TMPTA) and ethylene dimethacrylate (EDMA ) as the cross-linking agent, 2,2′-azobisisobutyronitrile (AIBN) as the initiator; The chemical group of the monolithic column was confirmed by a Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) method and the morphology of column structure was characterized by scanning electron microscopy (SEM). The permeability was also studied. The resulting monolith showed a relatively homogeneous structure and good permeability. The monolith was used to separate small molecules and a good result has been obtained.

Preparation of poly dodecene monolithic column for

HPLC separations of small molecules

LIU Haiyan, MA Yamin，QIN Junxiao, WANG Jiafei

(Key Laboratory of Pharmaceutical Quality Control of Hebei Province, Medicinal Chemistry

and Molecular Diagosis of the Key Laboratory of Ministry of Education,

College of Pharmaceutical Sciences， Hebei University, Baoding 071002， China)

Key words: monolithic column; high performance liquid chromatography; small molecules

隨著高效液相色譜法(HPLC)在生命科學(xué)、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境科學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，擔(dān)負(fù)分離作用的色譜柱已經(jīng)逐漸成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn).作為第4代分離介質(zhì)，整體柱介質(zhì)結(jié)構(gòu)具有高滲透性、多孔結(jié)構(gòu)和大比表面積，可實(shí)現(xiàn)快速、高效、高通量的分離，近年來引起了人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注[1].

整體柱按其制備方法可以分為2類：硅膠整體柱和有機(jī)聚合物整體柱.硅膠整體柱具有理想的機(jī)械強(qiáng)度、比表面積大的優(yōu)點(diǎn)，但也存在著抗溶劑性能差、適用的pH范圍較小[2]、制備過程比較復(fù)雜、制備和化學(xué)修飾不能同時(shí)進(jìn)行等缺點(diǎn)[3].有機(jī)聚合物整體柱具有良好的通透性和生物兼容性，快速的傳質(zhì)速率，對(duì)復(fù)雜樣品可以實(shí)現(xiàn)高效、快速、高通量的分離分析[4-5].

1-十二碳烯(C12)具有較長(zhǎng)的碳鏈，所以有很強(qiáng)的疏水性.三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)屬于丙烯酸酯類，由于在分子末端存在3個(gè)雙鍵，所以可以聚合形成比較致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[6-8].本文以1-十二碳烯(C12)為單體，三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)和乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA)為交聯(lián)劑，制備了有機(jī)聚合物整體柱.將該整體柱作為高效液相色譜的固定相對(duì)小分子物質(zhì)進(jìn)行了分離，取得了較好的分離效果.

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1　儀器和試劑

高效液相色譜系統(tǒng)(美國Agilent 1100)；FTIR-8400S紅外光譜儀(SHIMADZU)； KQ3100B型超聲波清洗器(昆山市超聲儀器)；艾柯超純水機(jī)(原子Ⅱ型)；電子天平(德國Sartouius)；HH-601超級(jí)恒溫水浴(江蘇榮華儀器制造有限公司).

1-十二碳烯(上海阿拉丁試劑有限公司)； 三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(天津天驕有限公司)；乙二醇二甲基丙烯酸酯(New Jersey，USA，分析純)；偶氮二異丁基腈(AIBN)(上?；瘜W(xué)試劑廠，分析純)；十二醇(Dodecanol)、甲醇、乙腈、溴化鉀(天津科密歐化學(xué)試劑有限公司，分析純)，實(shí)驗(yàn)用水均為超純水；流動(dòng)相進(jìn)入色譜系統(tǒng)前均經(jīng)過0.45 μm微孔濾膜濾過.

1.2　聚(C12-co-TMPTA-co-EDMA)整體柱的制備

表1為整體柱聚合比例的優(yōu)化及其滲透性.按表1的比例在不同的試管中分別加入C12，TMPTA，EDMA，AIBN，十二醇，震蕩超聲至溶液完全混勻，通氮?dú)?0 min脫氣，然后將混合物裝入底部密封的不銹鋼柱(50 mm × 4.6 mm i.d.)中，最后密封頂部，于60 ℃的超級(jí)恒溫水浴中加熱24 h.反應(yīng)完成后，將整體柱連接到HPLC系統(tǒng)上，用甲醇將致孔劑及其他未反應(yīng)物質(zhì)沖出.

表1　整體柱聚合比例的優(yōu)化及其滲透性

a是在流動(dòng)相為乙腈，流速為1.0 mL/min時(shí)測(cè)得的整體柱的壓力.

1.3　整體柱的表征

用大流速將整體填料從不銹鋼柱管中沖出，在60 ℃下真空干燥24 h；最后，將其切成厚度約1.5 mm的薄片對(duì)其表面噴金以使其置于掃描電鏡下觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)形貌.另一部分與已充分干燥的KBr按質(zhì)量比1∶100充分碾磨壓片做紅外觀察.

1.4　色譜條件

流動(dòng)相：乙腈-水；波長(zhǎng)：254 nm；流速：1.0 mL/min；進(jìn)樣量：5 μL；整體柱：50 mm×4.6 mm i.d.；實(shí)驗(yàn)溫度為室溫.

1.5　計(jì)算

保留因子(k)：k=(tR-t0)/t0，其中tR和t0分別表示芳香類化合物的相對(duì)保留時(shí)間和死時(shí)間.

2結(jié)果與討論

2.1　聚 (C12-co-TMPTA-co-EDMA)整體柱的紅外光譜表征

圖1為整體柱B的傅里葉變換紅外光譜圖.由圖中可以看出，在3 050~2 900 cm-1內(nèi)顯示C—H的振動(dòng)吸收峰.1 750~1 725 cm-1的特征峰和 1 300~1 100 cm-1多重峰證明TMPTA和EDMA中—COO—的存在.

圖1　聚(C12-co-TMPTA-co-EDMA)整體柱的紅外譜圖Fig.1　FT-IR spectrum of the poly (C12-co-TMPTA-co-EDMA) monolithic column

2.2　優(yōu)化聚(C12-co-TMPTA-co-EDMA)整體柱

單體、交聯(lián)劑以及致孔劑的組成不但影響整體柱的床層和內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)，還決定了整體柱的選擇性和柱效.實(shí)驗(yàn)中對(duì)單體、交聯(lián)劑以及致孔劑的比例進(jìn)行了優(yōu)化控制，以得到制備整體柱的最佳條件.具體的聚合組分比例見表1.增加交聯(lián)劑EDMA或TMPTA的量(柱A,柱E),聚合物交聯(lián)度增加，從而導(dǎo)致背壓增大.相反，減少交聯(lián)劑EDMA的量,整體柱的背壓下降，但是整體柱過于疏松，連接高效液相色譜儀后容易被沖塌(柱C).致孔劑過多會(huì)使得聚合物的機(jī)械強(qiáng)度不高，柱體疏松(柱D).

另外，對(duì)表1中柱A，B，C，E制備的整體柱進(jìn)行了掃描電鏡(SEM)表征，掃描電鏡結(jié)果見圖2.從圖2可以看出，如果減少EDMA的量(柱C)，孔結(jié)構(gòu)分布不均，太過疏松.如果增加TMPTA的量(柱D)，骨架結(jié)構(gòu)會(huì)變的非常密，孔徑小，滲透性下降.通過電鏡圖的比較可以看出，柱A和柱B有著比較均勻的孔結(jié)構(gòu).

圖2　聚合物整體柱的SEM 結(jié)構(gòu)表征Fig.2　Scanning electron microscopy of the monoliths

另外，為了進(jìn)一步驗(yàn)證最優(yōu)制備條件，對(duì)所考察的整體柱進(jìn)行了色譜分析.圖3給出了柱A，柱B，柱D的色譜分離圖，所選用的樣品按出峰順序分別是苯并三唑，苯，聯(lián)苯，蒽.從表1看出，增加致孔劑的量(柱D)，整體柱的背壓減小，有較高的滲透性，但是柱D的色譜峰峰展寬和拖尾都比較嚴(yán)重.增加EDMA的量(柱A)，背壓增大，滲透性下降，通過和柱B色譜圖對(duì)比，柱A的色譜峰出峰時(shí)間晚，峰展寬，且柱效也不如柱B高.所以綜合考慮不同比例整體柱的滲透性，SEM表征和色譜行為，柱B被選作后續(xù)的研究.

流動(dòng)相：V(乙腈)∶V(水)=65∶35; 化合物：1.苯并三唑；2.苯；3.聯(lián)苯；4.蒽.圖3　不同比例制備整體柱的色譜分離Fig.3　Chromatographic behaviors of aromatic compounds on the different monoliths

2.3　聚 (C12-co-TMPTA-co-EDMA)整體柱在小分子色譜分離中的應(yīng)用

2.3.1流動(dòng)相組成對(duì)保留時(shí)間和峰形的影響

選用3種不同疏水性的堿性化合物(苯胺、二苯胺、三苯胺)為研究對(duì)象，考察整體柱對(duì)小分子化合物的保留行為.如圖4 所示，3種化合物的保留因子(k)都隨流動(dòng)相乙腈體積分?jǐn)?shù)的降低而增加，這說明聚(C12-co-TMPTA-co-EDMA)整體柱有著反相分離機(jī)制.圖5為3種胺類化合物在不同流動(dòng)相對(duì)保留時(shí)間和峰形的影響.從圖中可以看出，當(dāng)乙腈體積分?jǐn)?shù)為70% 時(shí)，樣品的分析時(shí)間減少,但色譜峰不能達(dá)到基線分離；當(dāng)乙腈體積分?jǐn)?shù)為60%時(shí)，分析時(shí)間較長(zhǎng)且色譜峰存在拖尾嚴(yán)重和峰展寬；當(dāng)乙腈體積分?jǐn)?shù)為65%時(shí)，樣品分析時(shí)間短且均達(dá)到基線分離，有良好的分離效果.

圖4　胺類化合物保留因子與乙腈體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系Fig.4　Relationship between retention factor and acetonitrile concentration of amines compounds

流動(dòng)相: 乙腈-水體積比分別為a.70∶30；b.65∶35；c.60∶40.化合物：1.苯胺；2.二苯胺；3.三苯胺.圖5　不同比例流動(dòng)相的色譜分離Fig.5　Chromatograms of amines compounds at different acetonitrile proportion in mobile phase.

2.3.2整體柱對(duì)小分子化合物的色譜分離

以聚(C12-co-TMPTA-co-EDMA)整體柱做為HPLC的固定相對(duì)一組包括酸性、堿性及中性的小分子化合物進(jìn)行了分離，色譜圖見圖6，從圖中可以看出5種化合物都得到了很好的分離.

流動(dòng)相：乙腈與水體積比41∶59. 化合物：1.鄰苯二甲酸；2.苯胺；3.苯；4.氯苯；5.2-氯甲苯.圖6　聚(C12-co-TMPTA-co-EDMA)整體柱分離小分子的色譜Fig.6　Elution profiles of small molecules on the monolith

3結(jié)論

通過自由基聚合制備的聚(C12-co-TMPTA-co-EDMA)整體柱擁有較均勻的結(jié)構(gòu)和良好的滲透性.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該整體柱可作為一種簡(jiǎn)單、價(jià)廉、有效的HPLC固定相材料，并且在分離小分子量的化合物方面有較大的應(yīng)用潛力.

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(責(zé)任編輯：梁俊紅)