新型聚BMA—co—TMPTMA整體柱的制備、表征

陳嚇俤+游美玲+程錦添+童萍+張?zhí)m

摘要：試驗(yàn)運(yùn)用原位聚合法，在引發(fā)劑誘發(fā)作用下聚合了疏水性單體甲基丙烯酸芐基酯（BMA）、帶負(fù)電的2-丙烯酸酰胺2-甲基丙磺酸（AMPS）和交聯(lián)能力強(qiáng)的交聯(lián)劑三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯（TMPTMA）。通過優(yōu)化致孔劑比例和環(huán)己醇比例，結(jié)合電鏡圖觀察，當(dāng)致孔劑含量為70%時(shí)，整體柱不僅通透性好，而且不容易坍塌、剝落。當(dāng)致孔劑中環(huán)己醇比例為55%時(shí)，整體柱背壓最低，通透性最好，同時(shí)用毛細(xì)管電色譜（CEC）對(duì)該整體柱的表征為柱大、中、小孔都具備，且空隙均勻，柱效高，滲透性好，重現(xiàn)性和柱壽命良好。

關(guān)鍵詞：毛細(xì)管電色譜;甲基丙烯酸芐基酯;疏水整體柱

中圖分類號(hào)：O657 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ?文章編號(hào)：0439-8114（2014）12-2882-04

The Preparation and Characterization of New Capillary Column based on

BMA-co-TMPTMA

CHEN Xia-di1，YOU Mei-ling1， CHENG Jin-tian2，TONG Ping2，ZHANG Lan2

（1. Wuyi University/Key Laboratory of Green Chemical Industry Technology of Fujian Province， Wuyishan 354300，F(xiàn)ujian，China;

2. Fuzhou University/Fujian Provincial Key Laboratory of Analysis and Detection Technology for Food Safety， Fuzhou 350002，China）

Abstract： A capillary electrochromatography monolithic column with hydrophobic stationary phases was prepared in situ polymerization of benzyl methacrylate， trimethylolpropane three methyl acrylate and 2-acrylic acid amides- 2-methyl propyl sulfonic acid in the presence of porogens. Through optimizing the ratio of porogens and the ratio of cyclohexanol in porogens， the column achieve good permeability with diverse holes when the percentage was 70%. The backpressure of monolithic column reached the lowest and the permeability was the best when the ?percentage of cyclohexanol was 55%. Based on this column， repeatability， column life， electroosmotic flow and efficiency were characterized under CEC mode. The interspace was even， column efficiency high， the permeability good while the reproducibility was good and the column life was long.

Key words： capillary electrochromatography; benzyl methacrylate; hydrophobic monolithic column

毛細(xì)管電色譜（CEC）發(fā)展歷史并不長，但是它所具備的電泳高效性與液相色譜的高選擇性的特點(diǎn)，使CEC正在獲得廣泛的關(guān)注，并成為研究熱點(diǎn)之一[1-3]。作為CEC的核心部分，整體柱具有制備容易、藥品用量少、柱效高、選擇性高、分離速度快等優(yōu)點(diǎn)[4]。整體柱克服了開管柱柱容量低的缺陷，也無需柱塞，其中有機(jī)聚合物整體柱具有制備方法簡單、柱上官能團(tuán)容易引入的優(yōu)點(diǎn)，因此，它在CEC 上的分離研究中展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力[5-7]。

試驗(yàn)采用三元交聯(lián)劑三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯（TMPTMA），該交聯(lián)劑含有三個(gè)雙鍵，交聯(lián)能力強(qiáng)，能形成剛性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性強(qiáng)、孔比表面積大，疏水性較強(qiáng)，從而保證了整體柱的高柱效和高色譜分離能力[8]。單體主要采用甲基丙烯酸芐基酯（BMA），該單體具有官能團(tuán)芐基，具有較強(qiáng)的疏水性[9]。另一個(gè)單體是-2-丙烯酸酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS），該單體含有負(fù)電的磺酸基團(tuán)，能很好的為化合物的分離提供電滲流，加快物質(zhì)的分離[10，11]。本試驗(yàn)優(yōu)化了整體柱中致孔劑比例、環(huán)己醇在致孔劑中比例，制備聚BMA-co-TMPTMA整體柱，對(duì)整體柱的柱效、電滲流、滲透性、重現(xiàn)性、柱壽命進(jìn)行表征，為新型聚合物整體柱的開發(fā)和利用提供一定的參考[12]。

1 ?材料與方法

1.1 ?試劑、材料及儀器

試劑：甲基丙烯酸芐基酯（BMA）、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯（TMPTMA）、環(huán)己醇、1，4-丁二醇、γ-甲基丙烯酸氧丙基三甲氧基硅烷（γ-MAPS）、2-丙烯酰胺-2-甲基-1-丙磺酸（AMPS）均購自Alfa Aesar公司;偶氮二異丁腈（AIBN）為化學(xué)純，購自天津市福晨化學(xué)試劑廠;苯、甲苯、乙苯、戊苯、己苯、乙腈、甲醇為色譜純，磷酸二氫鈉、鹽酸、氫氧化鈉為分析純，均購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;所用水均為超純水。endprint

材料：毛細(xì)管（100 μm ID×375 μm OD，河北永年光導(dǎo)纖維廠）。

儀器：HP3D型高效毛細(xì)管電泳儀、1100型高效液相色譜儀（美國Agilent公司）;GC-2010型島津氣相色譜儀（北京京科瑞達(dá)科技有限公司）;環(huán)境掃描電鏡儀（飛利浦公司）;DK-8D型電熱恒溫水槽（上海一恒科技有限公司）;WH-3型漩渦混合儀（上海滬西分析儀器廠有限公司）;HGC-24A型氮?dú)獯蹈蓛x（廈門精藝興業(yè)科技有限公司）;PHS-3C型精密酸度計(jì)（上海大普儀器有限公司）。

1.2 ?方法

1.2.1 ?試劑、毛細(xì)管前處理 ?試劑處理：TMPTMA 經(jīng)活性炭固相萃取柱過濾;偶氮二異丁腈（AIBN） 經(jīng)重結(jié)晶處理;配制樣品、流動(dòng)相的甲醇與乙腈以及超純水都經(jīng)過重新過濾，超聲15 min。毛細(xì)管內(nèi)壁硅烷化處理： ① 1.0 mol/L NaOH溶液通 2 h;②超純水洗滌0.5 h; ③ 0.1 mol/L 鹽酸通1 h;④超純水沖洗 0.5 h;⑤甲醇通 30 min;⑥80 ℃氮吹2 h;⑦取50% γ-MAPS的甲醇液1.2 mL用注射器推入毛細(xì)管中，橡膠塞封口，60 ℃水浴24 h;⑧甲醇沖洗30 min;⑨60 ℃氮吹3 h，橡膠塞封口。

1.2.2 ?溶液配制 ?標(biāo)準(zhǔn)溶液制備：分別稱取適量的硫脲、苯、甲苯、乙苯、戊苯、己苯，用甲醇配制成1.0 mg/mL 的各樣品儲(chǔ)備液。試驗(yàn)前，取適量用甲醇稀釋。所有溶液、試劑在進(jìn)樣分析前，用 0.22 μm 聚丙烯微孔濾膜過濾。緩沖液配制：配制 100 mmol/L NaH2PO4 母液備用。取適量母液于燒杯中，用0.1 mol/L HCl溶液或 1.0 mol/L NaOH 溶液調(diào)節(jié)至所需 pH。將調(diào)好 pH 的溶液倒入容量瓶中定容，并超聲混勻 15 min。

1.2.3 ?聚 BMA-co-TMPTMA 整體柱固定相的制備 ?將混液（TMPTMA 60 μL，BMA 90 μL，AMPS 0.6 mg，AIBN 2.0 mg，環(huán)己醇192 μL，1，4-丁二醇128 μL，超純水30 μL超聲混勻15 min，氮吹脫氧15 min，立即將溶液注入處理過的毛細(xì)管中，注射長度25 cm，距尾端余10 cm。橡膠塞封口，60 ℃水浴24 h。將整體柱一端連在高壓液相泵上，用甲醇除去致孔劑和未反應(yīng)的單體等。在距柱床末端1 mm處，去除聚酰亞胺層作為檢測(cè)窗口。

1.2.4 ?色譜條件 ?流動(dòng)相：70%乙腈、pH 11.0、 ?10.0 mmol/L 磷酸鹽緩沖液;分離電壓：20 kV;電動(dòng)進(jìn)樣：15 kV/3 s;檢測(cè)波長：214 nm;整體柱：100 μm×25 cm（至檢測(cè)器 8.5 cm，總長 33.5 cm）;柱溫：25 ℃。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?整體柱的性能評(píng)價(jià)

從毛細(xì)管的柱床部分切下一段長為3.3 mm的毛細(xì)管內(nèi)部聚合物，用掃描電鏡觀察形貌，從圖1 中可以看出，整體柱的孔徑分布均勻，并且含有大孔、中孔、小孔。大孔使柱子的背壓大大降低，分析物能夠在短時(shí)間內(nèi)快速分離，中孔和小孔使得柱子的固定相與分析物的接觸面積增大，分析物通過不斷地與柱床及流動(dòng)相的色譜吸附洗脫作用，不僅色譜峰形尖銳，而且分辨率與分離度大大提高。

2.1.1 ?致孔劑中環(huán)己醇的比例優(yōu)化 ?整體柱的孔隙分布主要由致孔劑種類及各致孔劑之間的比例決定。本試驗(yàn)采用環(huán)己醇、1，4-丁二醇和超純水組成三元致孔體系。超純水在致孔劑中的比例保持 9%，致孔劑總量在聚合物混合溶液中的比例保持 60%。試驗(yàn)優(yōu)化了致孔劑中環(huán)己醇的比例，各整體柱的致孔劑配比詳見表1。由表1可知，C1～C4、C8 柱中，整體柱背壓很高，通透性差;C5～C7 柱中柱壓適中。當(dāng)環(huán)己醇在致孔劑總量中所占比例大于55% 時(shí)，柱子的通透性隨環(huán)己醇比例的增加而變差;當(dāng)環(huán)己醇在致孔劑總量中所占比例小于 55% 時(shí)，整體柱背壓隨著環(huán)己醇比例的增大而降低。環(huán)己醇的含量影響到整體柱孔隙的大小，當(dāng)環(huán)己醇比例在 55% 時(shí)，整體柱背壓最低，通透性最好。因此，最后選擇55%的環(huán)己醇為最優(yōu)比例。

2.1.2 ?致孔劑含量的確定 ?整體柱的通透性基本取決于致孔劑的含量。不同致孔劑含量制得的整體柱電鏡圖見圖2。當(dāng)致孔劑含量為80%時(shí)，整體柱柱床容易坍塌;當(dāng)致孔劑含量為70%時(shí)，整體柱不僅通透性好，而且不容易坍塌、剝落;當(dāng)致孔劑含量為 60%時(shí)，孔隙減少，背壓增大，不適合作色譜柱;當(dāng)致孔劑含量為50%時(shí)，整體柱結(jié)構(gòu)過于致密，孔隙太少，無法進(jìn)行色譜試驗(yàn)。為保證色譜分離能力和良好通透性，最終致孔劑含量定為70%。

2.2 ?毛細(xì)管整體柱的電色譜性能表征

2.2.1 ?柱效 ?用烷基苯進(jìn)行電色譜試驗(yàn)來考察柱子的色譜性能，整體柱性能優(yōu)良，苯、甲苯、乙苯、戊苯、己苯理論塔板數(shù)分別為 91 760 、90 288 、86 436、85 868 、86 160 plates/m。

2.2.2 ?電滲流 ?乙腈相對(duì)水而言，它在流動(dòng)相中的添加，會(huì)使電滲流減少。為了能讓流動(dòng)相的電滲流發(fā)生改變，優(yōu)化分離條件，本試驗(yàn)采用乙腈作為有機(jī)改性劑。由圖3 可知，當(dāng)乙腈體積分?jǐn)?shù)從 40% 增加到 80% 時(shí)，流動(dòng)相線速度呈遞增趨勢(shì)。當(dāng)乙腈體積分?jǐn)?shù)低于 40% 時(shí)，流動(dòng)相線速度隨乙腈體積分?jǐn)?shù)的減少而增加。乙腈體積分?jǐn)?shù)較低時(shí)，流動(dòng)相中離子強(qiáng)度起主導(dǎo)作用，因此隨著乙腈體積分?jǐn)?shù)的遞減，電滲流速度反而增大。

2.2.3 ?滲透性 ?在液相泵上對(duì)整體柱進(jìn)行滲透性測(cè)試，當(dāng)甲醇流速為1 μL/min 時(shí)，柱壓為12.7 MPa。將該整體柱放在電泳儀上測(cè)試，流動(dòng)相：pH 7.0，10.0 mmol/L 含 70 %乙腈的磷酸鹽緩沖溶液，分離電壓：15 kV，兩端加1.1 MPa氣壓，硫脲約4.25 min 出峰。這些都說明所制得的整體柱具有良好的滲透性，該整體柱孔徑均勻，含大孔結(jié)構(gòu)，因此背壓低，滲透性良好。endprint

2.2.4 ?重現(xiàn)性 ?采用5種甲醇配制的烷基苯（苯、甲苯、乙苯、戊苯、己苯），對(duì)其進(jìn)行連續(xù)3次進(jìn)樣，觀察其重現(xiàn)性效果（圖4）。5種烷基苯出峰順序完全按照其疏水性強(qiáng)弱的順序，依次是苯、甲苯、乙苯、戊苯、己苯。3次進(jìn)樣結(jié)果顯示，保留時(shí)間的RSD小于0.31%，峰面積的RSD小于2.8%，說明該配方整體柱重現(xiàn)性良好。

2.2.5 ?柱壽命 ?在弱酸、弱堿以及中性流動(dòng)相環(huán)境下，該整體柱可以正常使用兩個(gè)月，柱效及重現(xiàn)性良好，未有明顯變化。在pH 11.0的強(qiáng)堿性條件下，該整體柱可以正常使用3周左右。聚甲基丙烯酸酯類整體柱能夠在較寬的pH范圍內(nèi)保持良好的穩(wěn)定性，但是過強(qiáng)的酸堿容易造成整體柱柱床的腐蝕、坍塌。

3 ?結(jié)論

本試驗(yàn)采用甲基丙烯酸芐基酯為功能單體，三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯為交聯(lián)劑，環(huán)己醇、1， 4-丁二醇、超純水為三元致孔體系，運(yùn)用自由基聚合法制備了一種新型毛細(xì)管電色譜整體柱。該柱大、中、小孔都具備，且空隙均勻，柱效高，滲透性好，重現(xiàn)性和柱壽命良好。5種烷基苯的基線分離，證實(shí)了該柱較強(qiáng)的疏水性，為整體柱的進(jìn)一步開發(fā)和利用奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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2.2.4 ?重現(xiàn)性 ?采用5種甲醇配制的烷基苯（苯、甲苯、乙苯、戊苯、己苯），對(duì)其進(jìn)行連續(xù)3次進(jìn)樣，觀察其重現(xiàn)性效果（圖4）。5種烷基苯出峰順序完全按照其疏水性強(qiáng)弱的順序，依次是苯、甲苯、乙苯、戊苯、己苯。3次進(jìn)樣結(jié)果顯示，保留時(shí)間的RSD小于0.31%，峰面積的RSD小于2.8%，說明該配方整體柱重現(xiàn)性良好。

2.2.5 ?柱壽命 ?在弱酸、弱堿以及中性流動(dòng)相環(huán)境下，該整體柱可以正常使用兩個(gè)月，柱效及重現(xiàn)性良好，未有明顯變化。在pH 11.0的強(qiáng)堿性條件下，該整體柱可以正常使用3周左右。聚甲基丙烯酸酯類整體柱能夠在較寬的pH范圍內(nèi)保持良好的穩(wěn)定性，但是過強(qiáng)的酸堿容易造成整體柱柱床的腐蝕、坍塌。

3 ?結(jié)論

本試驗(yàn)采用甲基丙烯酸芐基酯為功能單體，三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯為交聯(lián)劑，環(huán)己醇、1， 4-丁二醇、超純水為三元致孔體系，運(yùn)用自由基聚合法制備了一種新型毛細(xì)管電色譜整體柱。該柱大、中、小孔都具備，且空隙均勻，柱效高，滲透性好，重現(xiàn)性和柱壽命良好。5種烷基苯的基線分離，證實(shí)了該柱較強(qiáng)的疏水性，為整體柱的進(jìn)一步開發(fā)和利用奠定了基礎(chǔ)。

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2.2.4 ?重現(xiàn)性 ?采用5種甲醇配制的烷基苯（苯、甲苯、乙苯、戊苯、己苯），對(duì)其進(jìn)行連續(xù)3次進(jìn)樣，觀察其重現(xiàn)性效果（圖4）。5種烷基苯出峰順序完全按照其疏水性強(qiáng)弱的順序，依次是苯、甲苯、乙苯、戊苯、己苯。3次進(jìn)樣結(jié)果顯示，保留時(shí)間的RSD小于0.31%，峰面積的RSD小于2.8%，說明該配方整體柱重現(xiàn)性良好。

2.2.5 ?柱壽命 ?在弱酸、弱堿以及中性流動(dòng)相環(huán)境下，該整體柱可以正常使用兩個(gè)月，柱效及重現(xiàn)性良好，未有明顯變化。在pH 11.0的強(qiáng)堿性條件下，該整體柱可以正常使用3周左右。聚甲基丙烯酸酯類整體柱能夠在較寬的pH范圍內(nèi)保持良好的穩(wěn)定性，但是過強(qiáng)的酸堿容易造成整體柱柱床的腐蝕、坍塌。

3 ?結(jié)論

本試驗(yàn)采用甲基丙烯酸芐基酯為功能單體，三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯為交聯(lián)劑，環(huán)己醇、1， 4-丁二醇、超純水為三元致孔體系，運(yùn)用自由基聚合法制備了一種新型毛細(xì)管電色譜整體柱。該柱大、中、小孔都具備，且空隙均勻，柱效高，滲透性好，重現(xiàn)性和柱壽命良好。5種烷基苯的基線分離，證實(shí)了該柱較強(qiáng)的疏水性，為整體柱的進(jìn)一步開發(fā)和利用奠定了基礎(chǔ)。

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