大內(nèi)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(xué)，遼寧 大連 116000)

引 言

固相萃取技術(shù)是一種快速發(fā)展的樣品分離技術(shù)，它具有成本低、富集倍率高、有機(jī)溶劑消耗少等優(yōu)點(diǎn)。目前，以O(shè)DS為固定相填料，內(nèi)徑為500 μm的傳統(tǒng)固相萃取小柱(以下簡稱萃取小柱)在固相萃取中應(yīng)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(diǎn)[1-3]。大內(nèi)徑C18有機(jī)無機(jī)雜化整體柱(以下簡稱雜化柱)是以無機(jī)硅膠顆粒為載體，將有機(jī)功能單體包覆于載體之上，得到連續(xù)的床層。它具有制備簡單、機(jī)械穩(wěn)定性高、滲透性好等優(yōu)點(diǎn)。本文以SMA為功能單體，EDMA為交聯(lián)劑，偶氮二異丁腈(AIBN)為引發(fā)劑，甲醇和環(huán)己醇為二元致孔劑，在內(nèi)徑為530 μm預(yù)先填充了ODS硅膠顆粒的石英毛細(xì)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(jìn)行對比。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(nèi)徑C18雜化柱的制備及固相萃取實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)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(xué)；SK2200H 超聲波清洗儀，上海科導(dǎo)；SHBⅢ 循環(huán)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(nèi)徑C18雜化柱的制備

截取10 cm內(nèi)徑為530 μm的石英毛細(xì)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?dú)獯蹈?；將預(yù)烯基化試劑γ-MAPS的甲醇溶液(1∶1，V/V)注入石英毛細(xì)管中，密封，置于45 ℃水浴中反應(yīng)12 h，最后，用甲醇沖洗2 h，用氮?dú)獯蹈?，兩端密封，放入冰箱中保存?zhèn)溆?。截?.5 cm內(nèi)徑為530 μm的石英毛細(xì)管，通過真空吸入法裝填5 μm ODS硅膠顆粒。準(zhǔn)確稱取50 mg AIBN 溶于2 mL甲醇和環(huán)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(lián)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?dú)獬醯耐瑫r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(jīng)預(yù)烯基化處理過的毛細(xì)管中，然后將毛細(xì)管的兩端密封后放入60 ℃的恒溫水浴鍋中反應(yīng)5 h，最后，用甲醇沖洗，氮?dú)獯蹈?，制得雜化柱。

1.3 萃取小柱的制備

截取2.5 cm內(nèi)徑為530 μm的石英毛細(xì)管，按照文獻(xiàn)所述的方法，向其中填入ODS填料，制得內(nèi)徑為530 μm的萃取小柱。

2 結(jié)果與討論

2.1 制備條件的優(yōu)化

為了制備抗壓性和滲透性好、內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(yīng)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(guān)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?。划?dāng)單體總濃度為25%時，雜化柱的滲透性已不適合應(yīng)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(jī)聚合物偏少易導(dǎo)致整體固定相與毛細(xì)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(shí)驗(yàn)選擇甲醇和環(huán)己醇作為二元致孔劑，通過調(diào)節(jié)二者的比例控制致孔劑的極性，保證聚合反應(yīng)過程中有機(jī)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(guān)系曲線如圖2所示，甲醇和環(huán)己醇的比例從5∶5增至8∶2時，壓力對流速關(guān)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(jié)構(gòu)

對于大內(nèi)徑毛細(xì)管而言，其內(nèi)壁比表面積較大，整體固定相與管壁的鍵合相比于小內(nèi)徑毛細(xì)管更為困難。若整體固定相與毛細(xì)管壁鍵合得不夠緊密，則毛細(xì)管壁與整體固定相之間會存在較大空隙，即產(chǎn)生脫壁現(xiàn)象。通過掃描電鏡(SEM)對制得的雜化柱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)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(xì)管壁上，不存在脫壁現(xiàn)象。結(jié)果表明，該雜化柱具有較強(qiáng)的機(jī)械穩(wěn)定性。

圖3 雜化柱的掃描電鏡圖(放大倍數(shù)：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(dá)到飽和。據(jù)此計(jì)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(jī)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(dá)到最大吸附量時對應(yīng)的時間延長，柱容量增大。

2.4 富集倍率

首先，將一系列質(zhì)量濃度為1 mg/L～10 mg/L的褪黑素標(biāo)準(zhǔn)溶液直接進(jìn)樣到檢測器，獲得了濃度與信號強(qiáng)度的關(guān)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(zhì)量濃度為0.01 mg/L～0.1 mg/L的褪黑素標(biāo)準(zhǔn)溶液，每次進(jìn)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(qiáng)度之間的關(guān)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(jì)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(biāo)準(zhǔn)溶液的富集情況

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

本文制備了一種雜化柱，優(yōu)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(huán)己醇)=6∶4。就其固相萃取性能與萃取小柱進(jìn)行對比。以質(zhì)量濃度為250 mg/L的褪黑素標(biāo)準(zhǔn)溶液為標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(yōu)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(yōu)點(diǎn)，因此，雜化柱在固相萃取中具有較好的應(yīng)用前景。