金屬有機框架材料在毛細管電色譜中的應(yīng)用

潘聰潔，陳興國

(蘭州大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，甘肅 蘭州 730000)

金屬有機框架材料(MOFs)是一類由金屬離子或金屬簇與含氮、氧等的多齒有機配體通過自組裝形成的具有重復(fù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的有機-無機雜化晶態(tài)多孔材料[1-3]. 由于其具有比表面積大、孔徑大小可調(diào)、結(jié)構(gòu)及功能多樣、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)異等特點，MOFs已廣泛應(yīng)用于氣體儲存[4-6]、催化[7-9]、藥物載體[10-12]、傳感[13-15]、生物成像[16-18]和分離[19-22]等領(lǐng)域，尤其是近年來MOFs在色譜分離方面顯示出巨大的應(yīng)用潛力. MOFs作為固定相已成功應(yīng)用于氣相色譜(GC)[23-24]、高效液相色譜(HPLC)[25-26]和毛細管電色譜(CEC)[27-54]中.

CEC是毛細管電泳(CE)的重要分離模式之一，兼具了HPLC和CE的雙重分離機理. 與GC和HPLC相比，CEC具有操作簡單、樣品和溶劑消耗量低、分析速度快以及分離模式多樣等特點. 近年來，基于MOFs的毛細管柱的制備和應(yīng)用已成為CEC最富特色的研究領(lǐng)域之一.

目前，MOFs在CEC的應(yīng)用研究主要包括分離能力強、性質(zhì)穩(wěn)定的毛細管柱制備技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用研究兩個方面. 與填充柱和整體柱相比，開管柱的制備過程較為簡單，應(yīng)用更為廣泛. 目前已報道的文獻主要集中在MOFs涂層毛細管開管柱的制備. 制備方法主要有物理涂覆[33-37]、化學(xué)鍵合[38-40]和原位生長[41-50]三類. 以上述方法所制備的基于MOFs的毛細管柱為分離通道，科研工作者們相繼建立了一系列用于分離中性芳香族化合物、非甾類藥物和手性化合物等的CEC新方法并將其應(yīng)用于實際樣品分析. 本文對近年來基于MOFs的毛細管柱的制備方法、分離應(yīng)用以及實際樣品分析方面的研究進展進行了綜述和展望.

1 基于MOFs的毛細管柱的制備

1. 1 MOFs整體柱

有機聚合物整體柱具有可原位制備、通透性高和易于進一步功能化等優(yōu)點，近年來在毛細管電色譜分離領(lǐng)域得到了較為廣泛的應(yīng)用. 然而，傳統(tǒng)的有機聚合物整體柱仍存在孔隙率低、比表面積小等缺點. 將具有高比表面積的多孔功能材料摻雜在有機聚合物整體柱中可克服上述缺點. MOFs作為一類新型晶態(tài)多孔材料具有比表面積大、功能基團多樣等優(yōu)點，將MOFs和聚合物整體柱相結(jié)合, 制備基于MOFs的毛細管整體柱，可融合MOFs和有機聚合物整體柱的雙重優(yōu)勢，提高其分離能力. 基于MOFs的毛細管整體柱的制備是通過將MOFs分散液引入制備有機聚合物整體柱的混合溶液(單體、交聯(lián)劑、引發(fā)劑和致孔劑等的混合溶液)中，經(jīng)原位聚合反應(yīng)制得. 2013年，Huang等[27]首次將MOF MIL-101(Cr)應(yīng)用于毛細管整體柱的制備. 以乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA)和甲基丙烯酸丁酯(BMA)為單體，通過微波輔助制備了MIL-101(Cr)-poly (BMA-co-EDMA)整體柱，以該MOF-有機聚合物整體柱為分離通道建立了分離對映異構(gòu)體鄰、間、對二甲苯、氯甲苯和甲基異丙基苯的CEC新方法. 隨后，Zhang等[28]將MOF NKU-1引入聚合物整體柱內(nèi)制備了NKU-1-poly (BMA-co-EDMA)整體柱，并將其應(yīng)用于烷基苯、多環(huán)芳烴等芳香化合物的分離. 與MIL-101(Cr)-poly(BMA-co-EDMA)整體柱相比，NKU-1-poly (BMA-co-EDMA)整體柱表現(xiàn)出更為優(yōu)異的分離性能. Carrasco-Correa等[29]在800 ℃、N2氛圍下對ZIF-8進行碳化得到碳化的ZIF-8(cZIF). 以甲基丙烯酸酯為單體，通過毛細管內(nèi)原位聚合反應(yīng)制備了cZIF@甲基丙烯酸酯聚合物整體柱，以其為分離通道實現(xiàn)了多環(huán)芳烴類化合物以及非甾類抗炎藥物的分離. Mao等[30]發(fā)展了一種通過一步共聚合反應(yīng)制備ZIF-8-離子液體-聚合物毛細管整體柱(ZIF-8-poly(IL-co-EDMA))的方法，并以所制備的毛細管整體柱為分離通道建立了分離烷基苯類、苯胺類和苯酚類化合物的CEC方法. 基于ZIF-8有機配體和離子液體中共有的咪唑環(huán)結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用，ZIF-8的引入顯著增強了離子液體-聚合物毛細管整體柱對4種烷基苯類化合物的分離能力. 以聚合物整體柱(poly(GMA-co-EDMA))為載體，Ding等[31]通過層層自組裝的方法制備了ZIF-8-聚合物整體柱(ZIF-8-poly(GMA-co-EDMA)). 隨后，將手性選擇劑胃蛋白酶鍵合在ZIF-8-聚合物整體柱的表面，制備了胃蛋白酶-ZIF-8-聚合物整體柱(pepsin-ZIF-8-poly(GMA-co-EDMA)). 該聚合物整體柱已成功應(yīng)用于6種堿性藥物對映體的分離. 與單獨的胃蛋白酶-聚合物整體柱(pepsin-poly(GMA-co-EDMA))相比，ZIF-8的引入增強了聚合物整體柱對手性藥物的分離能力. 上述研究結(jié)果表明，MOFs的引入可提升聚合物整體柱的性能，為制備分離性能優(yōu)異的聚合物整體柱提供了一種新的途徑.

1. 2 MOFs填充柱

毛細管填充柱的固定相一般為固體多孔功能材料，以勻漿等方式將其填入毛細管內(nèi)，再對毛細管兩端進行燒結(jié)制備柱塞，將多孔材料封裝在毛細管內(nèi)作為固定相. 制備毛細管填充柱需要首先制備柱塞. 但柱塞的制備對操作者的要求較高，重現(xiàn)性難以保證，且柱塞容易導(dǎo)致柱內(nèi)產(chǎn)生氣泡，因此毛細管填充柱的應(yīng)用受到了一定程度的限制. 鑒于這種原因，目前MOFs作為固定相在毛細管填充柱中應(yīng)用還很少. Fei等[32]首次以手性MOF CPM-14 ([In3O(obb)3(HCO2)(H2O)]·solvent)為填充材料，制備了手性MOF填充柱并將其應(yīng)用于氫化偶苯姻、1-苯基-1,2-乙二醇以及克侖特羅對映體的分離. 雖然在選定的分離條件下三對對映體未實現(xiàn)基線分離，但初步證實了手性MOF作為填充材料可應(yīng)用于CEC手性分離.

1. 3 MOFs開管柱

毛細管開管柱是通過涂覆或鍵合等方式將固定相固定于毛細管內(nèi)壁的一種分離柱. 與填充柱和整體柱相比，毛細管開管柱避免了顆粒填充和柱塞制作，制備過程更為簡單. 但是由于毛細管開管柱內(nèi)壁固定相(即涂層材料)較少，其柱效和柱容量往往相對較低. 目前，毛細管開管柱的制備關(guān)鍵在于增大其相比和柱容量，因此，涂層材料的選擇是關(guān)鍵. MOFs由于具有比表面積大、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性高以及表面易于修飾等特點，近年來已成為制備毛細管開管柱的一類理想涂層材料. 目前，MOFs涂層毛細管開管柱的制備方法主要有物理涂覆、化學(xué)鍵合和原位生長三種.

1. 3. 1 物理涂覆法

物理涂覆法主要是通過MOFs涂層材料和毛細管內(nèi)壁之間的范德華力、靜電或氫鍵等相互作用將MOFs固定在毛細管內(nèi)壁. 雖然物理涂覆法是制備MOFs涂層毛細管開管柱最簡便的方法之一， 但其穩(wěn)定性一般低于化學(xué)鍵合法所制備的毛細管開管柱. 為了提高所制備的毛細管開管柱的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性，科研工作者們相繼發(fā)展了聚合物輔助、熱固化等制柱方法.

研究表明，多巴胺(DA)在堿性以及溶解氧存在條件下可自聚合生成易吸附在各種材料表面的生物黏合劑聚多巴胺(PDA)[55-56]. 基于PDA良好的黏附性質(zhì)，MOFs可附著在PDA修飾的毛細管內(nèi)壁. Li等[33]基于PDA的黏附作用制備了PDA@ZIF-8涂層毛細管開管柱. 首先將堿性多巴胺溶液通入毛細管內(nèi)，由于多巴胺在堿性條件下的自聚合反應(yīng)，其在毛細管內(nèi)壁形成PDA涂層. 隨后將ZIF-8的分散溶液通入毛細管內(nèi)，由于PDA的黏合作用，ZIF-8涂覆在毛細管內(nèi)表面. 該PDA@ZIF-8涂層毛細管開管柱已成功應(yīng)用于苯二酚同分異構(gòu)體的分離. 該工作表明，基于PDA的黏附作用可將ZIF-8涂覆在毛細管內(nèi)壁，為MOFs涂層毛細管開管柱的制備提供了新方法. Li等[34]也報道了利用PDA的黏附作用將以手性選擇劑γ-CD為配體制備的手性MOF (Cu-SD) ，涂覆于毛細管內(nèi)壁用于CEC丹磺?；被釋τ丑w的分離.

直接熱固化法也是制備MOFs涂層毛細管開管柱的有效方法之一. Fei等[35]首次報道了將手性MOFs作為固定相應(yīng)用于CEC手性分離的研究. 通過動態(tài)涂層方法將手性MOFs [Zn2(D-Cam)2(4,4’-bpy)]n涂覆在經(jīng)硅酸鈉處理過的毛細管內(nèi)壁制備了手性MOFs涂層毛細管開管柱，并將其應(yīng)用于黃烷酮和吡喹酮對映體的分離. 手性MOFs的空間立體選擇性以及分析物和手性MOFs之間的疏水、π-π和氫鍵相互作用是高效分離上述手性化合物的關(guān)鍵. 分析物遷移時間的日內(nèi)、日間和柱間相對標準偏差(RSDs)均小于5%，表明該方法所制備的MOFs涂層毛細管開管柱具有良好的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性. 我們課題組[36]也通過熱固化法首次將具有類 DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)的手性MOF JLU-Liu23 涂覆在毛細管內(nèi)壁成功制備了JLU-Liu23 涂層毛細管開管柱并以其為分離通道建立了分離腎上腺素、異丙腎上腺素、脫氧腎上腺素和特布他林對映體的CEC方法. 由于JLU-Liu23 獨特的類 DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)，腎上腺素、異丙腎上腺素、脫氧腎上腺素和特布他林對映體均實現(xiàn)了良好的分離效果. 分析物遷移時間的日內(nèi)、日間和柱間RSDs分別為0.3%～0.6%、0.8%～2.2%和3.5%～6.5%，該毛細管開管柱連續(xù)運行 80 次后仍具有良好的分離能力. 我們課題組還通過直接熱固化方法制備了ZIF-8修飾的毛細管開管柱并將其做為分離通道，建立了在無需切換緩沖溶液的條件下同時分離兩類不同種類目標化合物的一維開管毛細管電色譜(OT-CEC)新方法[37]. 在最佳條件下，以 ZIF-8修飾的毛細管開管柱為分離通道，6種陽離子分析物(單胺類神經(jīng)遞質(zhì)及其類似物)和4種中性分析物(黃酮類化合物)在一次運行中實現(xiàn)了基線分離. 陽離子分析物荷質(zhì)比的差異以及其和涂層材料ZIF-8之間形成氫鍵的強弱，中性分析物和涂層材料ZIF-8之間的疏水相互作用不同是實現(xiàn)分離的主要因素. 10種目標分析物遷移時間的日內(nèi)、日間和柱間RSDs分別在0.11%～0.87%、0.54%～2.04%和2.00%～6.89%之間. 10種分析物峰面積的日內(nèi)、日間和柱間RSDs分別在 0.70%～4.45%、1.33%～6.20%和 2.27%～11.88%之間，表明該ZIF-8修飾的毛細管開管柱具有良好的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性.

1. 3. 2 化學(xué)鍵合法

化學(xué)鍵合法主要是基于硅烷偶聯(lián)劑通過化學(xué)鍵將MOFs鍵合在毛細管內(nèi)壁來制備MOFs涂層毛細管開管柱. 與物理涂覆法相比，化學(xué)鍵合法雖然制備過程較為復(fù)雜，但所制備的毛細管開管柱具有更加優(yōu)異的穩(wěn)定性以及更長的使用壽命. 目前，應(yīng)用于MOFs涂層毛細管開管柱制備的硅烷偶聯(lián)劑主要為氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)，基于APTES的氨基與MOFs有機配體上的醛基和羧基等官能團之間的反應(yīng)將MOFs鍵合在毛細管內(nèi)壁. Yu等[38]首次采用化學(xué)鍵合法在室溫條件下制備了ZIF-90涂層毛細管開管柱. 制備過程如下：首先，通過氨基和醛基的反應(yīng)制備了APTES修飾的ZIF-90. 隨后，將APTES修飾的ZIF-90分散溶液通入預(yù)處理過的毛細管內(nèi)，在室溫條件下反應(yīng)即得ZIF-90涂層毛細管開管柱. 基于待分離化合物與ZIF-90之間不同程度的疏水-疏水相互作用，該毛細管開管柱成功應(yīng)用于鄰、間、對二甲苯、二氯苯和氯甲苯、非甾類抗炎藥物以及苯胺類化合物的分離. 化學(xué)鍵合法制備的ZIF-90涂層毛細管開管柱具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，同一根毛細管連續(xù)運行230次后分離性能未見明顯下降. 基于氨基和醛基的反應(yīng)制備MOFs涂層毛細管開管柱制備條件溫和，毛細管開管柱也具有良好的分離性能和穩(wěn)定性，但目前已報道的含有醛基的MOFs還很少. 隨后，Ma等[39]基于氨基和羧基的反應(yīng)通過化學(xué)鍵合法成功制備了手性MOF [Cu(mal)(bpy)]·H2O涂層毛細管開管柱，并以其分離通道建立了麻黃堿和偽麻黃堿、D,L-青霉胺以及D,L-苯丙氨酸對映體分離的CEC方法. Ye等[40]也通過化學(xué)鍵合法將手性MOF [Zn2(D-Cam)2(4,4′-bpy)]n涂覆在毛細管內(nèi)壁，制備了手性MOF [Zn2(D-Cam)2(4,4′-bpy)]n涂層毛細管開管柱，并以其為分離通道實現(xiàn)了苯丙氨酸和酪氨酸對映體的分離.

1. 3. 3 原位生長法

原位生長法是近年來發(fā)展起來的一類新型毛細管開管柱制備方法. 通過該方法可直接在毛細管內(nèi)壁原位生長MOFs，無需預(yù)先離線制備涂層材料，可有效避免MOFs在引入毛細管內(nèi)時由于溶劑分散性較差引起的涂層不均一等問題. 原位生長法制備方式可控且制備過程簡單，是制備MOFs涂層毛細管開管柱的有效方法之一. 近年來科研工作者們相繼發(fā)展了層層自組裝、液相外延和異相成核等原位生長方法用于基于MOFs的毛細管開管柱的制備.

我們課題組首次報道了利用層層自組裝方法制備MOFs涂層毛細管開管柱的方法(如圖1所示). 2013年，我們課題組通過層層自組裝的原位生長方法成功制備了MIL-100(Fe) 涂層毛細管開管柱[41]. 制備過程如下：首先將雙羧基硅烷偶聯(lián)劑通入毛細管內(nèi)，在95 ℃條件下反應(yīng)12 h制得雙羧基修飾的毛細管. 隨后在70 ℃條件下將FeCl3溶液持續(xù)通入毛細管內(nèi)15 min，經(jīng)乙醇沖洗后將均苯三甲酸(BTC)溶液持續(xù)通入毛細管內(nèi)30 min，得到具有一層涂層的MIL-100(Fe)涂層毛細管開管柱. 重復(fù)此步驟，即可制得不同層數(shù)的MIL-100(Fe)涂層毛細管開管柱. 以10層涂層毛細管開管柱為分離通道建立的CEC方法可實現(xiàn)烷基苯類、苯胺類以及硝基酚類化合物的基線分離. 該MIL-100(Fe)涂層毛細管開管柱連續(xù)運行150次后分離效率無明顯下降，表明以原位生長、層層自組裝方法制備的MIL-100(Fe)涂層毛細管開管柱具有良好的穩(wěn)定性. 隨后，我們又通過上述層層自組裝方法制備了不同層數(shù)的MOF HKUST-1涂層毛細管開管柱[42]. 結(jié)果表明，以10、15和20層HKUST-1涂層毛細管開管柱為分離通道均可實現(xiàn)多環(huán)芳烴和苯酚類化合物的基線分離. 此外，我們首次在室溫條件下通過層層自組裝方法成功制備了手性 MOF AlaZnCl 涂層毛細管開管柱[43]. 該毛細管開管柱的制備過程具有原位生長、過程可控和制備條件溫和的優(yōu)點. 基于AlaZnCl的孔徑、手性微環(huán)境以及其與手性化合物之間的疏水-疏水相互作用、π-π相互作用以及氫鍵等，以AlaZnCl 涂層毛細管開管柱為分離通道，建立了4種單胺類神經(jīng)遞質(zhì)對映體以及兩種胺類藥物對映體分離的OT-CEC新體系. 該AlaZnCl 涂層毛細管開管柱具有良好的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性，分析物遷移時間的日內(nèi)、日間和柱間RSDs均小于5%. 此外，該涂層毛細管連續(xù)運行100次后分離效率未見明顯下降. 以上結(jié)果表明層層自組裝的原位生長方法具有制備過程可控等優(yōu)點，可通過控制自組裝的次數(shù)來改變涂層的厚度，制得分離能力不同的MOFs涂層毛細管開管柱. 該方法有望應(yīng)用于一系列MOFs涂層毛細管開管柱的制備.

圖1 層層自組裝法制備MOFs涂層毛細管開管柱示意圖Fig. 1 Schematic diagram for preparation of MOFs coated capillary column by layer-by-layer self-assembly approach

2015年，Bao[44]課題組通過液相外延法首次制備了MOF HKUST-1涂層毛細管開管柱，具體過程如下：首先，在毛細管內(nèi)壁涂覆硅烷偶聯(lián)劑APTES，然后基于醛基和氨基的反應(yīng)將戊二醛鍵合到毛細管內(nèi)壁，再通過高錳酸鉀的氧化作用將醛基氧化為羧基制得羧基修飾的毛細管. 隨后將HKUST-1前驅(qū)體溶液(三水合硝酸銅、均苯三甲酸)通入羧基修飾的毛細管內(nèi)，借助在毛細管內(nèi)壁原位反應(yīng)即可制得HKUST-1涂層毛細管開管柱并以其為分離通道建立了分離中性芳香化合物的OT-CEC方法. 該課題組又通過上述液相外延法分別制備了MOF-5[45]和MOF-180[46]涂層毛細管開管柱，兩種MOFs涂層毛細管開管柱均成功應(yīng)用于某些中性、酸性和堿性芳香化合物的分離. 以上結(jié)果表明液相外延法是制備羧基MOFs涂層毛細管開管柱的有效方法. 2018年，該課題組又基于雙羧基硅烷偶聯(lián)劑GLYMO-IDA-silane通過液相外延法制備了UiO-66-NH2涂層毛細管開管柱[47]，并以其為分離通道建立了氯苯和苯酚類化合物分離的OT-CEC新方法. Sun等[48]也通過液相外延法制備了HKUST-1涂層毛細管開管柱，以該涂層毛細管為分離通道、羧甲基-β-環(huán)糊精為手性選擇劑建立了分離手性藥物普萘洛爾、艾司洛爾、苯磺酸氨氯地平、美托洛爾和索他洛爾的OT-CEC體系. 與裸毛細管相比，HKUST-1的引入顯著提高了該體系的手性分離能力. HKUST-1的多孔結(jié)構(gòu)以及其與手性藥物之間的π-π、疏水相互作用是提高該體系手性分離能力的關(guān)鍵.

近年來，基于異相成核法制備MOFs的研究引起了廣泛的關(guān)注. 與傳統(tǒng)的溶劑熱法相比，在MOFs制備過程中引入成核試劑可以促進MOFs的快速生長，為制備高結(jié)晶度的MOFs提供了一種方便快捷的方法. 基于此，我們課題組首次以ZnO納米顆粒為成核試劑發(fā)展了一種在毛細管內(nèi)原位、快速生長手性Zn-MOF [Zn(s-nip)2]n涂層的新方法[49](如圖2所示). 該方法制備過程簡單、耗時短，在95 ℃條件下反應(yīng)1 h即可制得手性MOF [Zn(s-nip)2]n涂層毛細管開管柱. 以所制備的毛細管開管柱為分離通道建立了腎上腺素、異丙腎上腺素和脫氧腎上腺素對映體分離的OT-CEC方法. 此外，非對映異構(gòu)體麻黃堿和偽麻黃堿、硝基酚同分異構(gòu)體以及雙酚 A 結(jié)構(gòu)類似物也可使用該毛細管開管柱實現(xiàn)良好分離. 該[Zn(s-nip)2]n涂層毛細管開管柱連續(xù)運行260次后分離效率未見明顯下降，表明該方法所制備的MOFs涂層毛細管開管柱具有優(yōu)異的穩(wěn)定性. [Zn(s-nip)2]n涂層毛細管開管柱穩(wěn)定性優(yōu)異的可能原因是在以ZnO納米顆粒為成核試劑制備手性MOF [Zn(s-nip)2]n過程中，ZnO 納米顆粒不僅可促進有機配體發(fā)生去質(zhì)子化，而且ZnO可與用于制備MOF的前驅(qū)體溶液中的H+反應(yīng)形成鋅離子. 因此，ZnO 納米顆粒與毛細管內(nèi)壁的結(jié)合力主要來源于鋅離子和硅羥基之間的靜電以及配位作用. 因此，通過該方法制備的MOFs涂層毛細管開管柱具有優(yōu)異的穩(wěn)定性. 該工作為發(fā)展制備新型MOFs涂層毛細管開管柱方法提供了新的思路，有望用于其他Zn-MOFs涂層毛細管開管柱的制備.

Li等[50]發(fā)展了一種通過原位溶劑熱反應(yīng)制備Bio-MOF-1涂層毛細管開管柱的原位生長方法. 制備過程如下：首先將硅烷偶聯(lián)劑APTES引入毛細管內(nèi)，制備APTES修飾的毛細管開管柱，隨后將Bio-MOF-1的前驅(qū)體溶液(二水合醋酸鋅、腺嘌呤、4 4'-聯(lián)苯二甲酸)通入APTES修飾的毛細管開管柱內(nèi)，在130 ℃下反應(yīng)24 h，制備Bio-MOF-1涂層毛細管開管柱. 以所制備的毛細管開管柱為分離通道，建立了用于烷基苯、非甾類抗炎藥物、磺胺類藥物、氨基酸以及多肽分離的OT-CEC方法. 該方法制備的Bio-MOF-1涂層毛細管開管柱具有良好的穩(wěn)定性，連續(xù)使用100次分離效果未見明顯下降. 他們還通過將MOF CAU-1分散液與聚合物單體混合后通入毛細管內(nèi)，通過經(jīng)毛細管內(nèi)的原位聚合反應(yīng)成功制備了MOF CAU-1@聚甲基丙烯酸甲酯復(fù)合物(CAU-1@PMMA)涂層毛細管開管柱[51]，并將其應(yīng)用于芳香酸以及非甾類抗炎藥物的分離. 與單獨的PMMA毛細管開管柱相比，CAU-1的引入增大了聚合物涂層的比表面積以及電滲流，因而CAU-1@PMMA復(fù)合物涂層開管毛細管開管柱具有分離時間短、柱效高和分離效果好等優(yōu)點.

2 基于MOFs的毛細管柱的應(yīng)用

2. 1 分離對象

基于MOFs的毛細管柱(包括MOFs整體柱、填充柱和開管柱)的應(yīng)用如表1所列. 由于MOFs的孔徑以及其與芳香化合物之間存在的疏水-疏水相互作用和π-π相互作用等，基于MOFs的毛細管柱在中性芳香化合物分離方面展現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢. 因此，基于MOFs的毛細管柱的應(yīng)用主要集中在中性芳香化合物分離方面. 目前已報道的基于MOFs的毛細管柱主要應(yīng)用于烷基苯類和多環(huán)芳烴類化合物的分離. 此外，基于MOFs的毛細管柱還成功應(yīng)用于酸性化合物(芳香酸類、苯酚類)、堿性化合物(苯胺類)、藥物(非甾類抗炎藥物和磺胺類藥物)以及生物小分子(氨基酸和多肽)等的分離.

表1 MOFs在CEC中的應(yīng)用Table 1 Application of MOFs in CEC

續(xù)表1

MOFs在CEC分離手性化合物方面也有一些報道. 以基于手性MOFs的毛細管柱為分離通道，近年來科研工作者分別建立了分離黃酮類[35]、神經(jīng)遞質(zhì)類[36,43,49]等手性藥物以及氨基酸[39-40]對映體的CEC方法.

2. 2 實際樣品分析

迄今為止，基于MOFs的新型毛細管柱的制備以及分離體系的建立已經(jīng)取得了良好效果，但所建立的體系在通過CEC測定實際樣品中微量分析物的研究尚處于初始階段. Wang等[52]通過化學(xué)鍵合法成功制備了MOF [Cu(mal)(bpy)]涂層毛細管開管柱并以其為分離通道實現(xiàn)了環(huán)境水樣中三種頭孢菌素(頭孢匹林、頭孢噻呋和頭孢克污)的同時分離和檢測. 該方法對頭孢菌素的檢測限為0.1 μg/mL，線性范圍為1～100 μg/mL. 隨后，Wang等[53]以MOF [Mn(cam)(bpy)]涂層毛細管開管柱為分離通道建立了分離測定磺胺類藥物的OT-CEC方法. 10種磺胺類藥物可在[Mn(cam)(bpy)]涂層毛細管開管柱上實現(xiàn)基線分離. 檢測限均在24.9 ～78.1 μg/L之間，線性范圍為1～100 μg/mL或5～100 μg/mL. 該方法已成功應(yīng)用于自來水和牛奶樣品中磺胺類藥物的檢測. 我們課題組以 ZIF-8涂層毛細管開管柱為分離通道建立了同時分離不同種類化合物的一維OT-CEC方法[37]. 在無需切換緩沖溶液的條件下，6種陽離子分析物(單胺類神經(jīng)遞質(zhì)及其類似物)和4種中性分析物(黃酮類化合物)在一次運行中即可實現(xiàn)同時基線分離. 該方法已成功應(yīng)用于尿液中10種目標分析物的分離和測定. 檢測限均在0.26～0.52 μg/mL之間，線性范圍為1.56～100 μg/mL或0.78～50 μg/mL. 該方法具有良好的分離能力，樣品中的內(nèi)源性干擾物不影響目標分析物的分離和測定. 對10倍稀釋尿液樣品進行加標回收試驗，加標回收率在 92.0%～108.8%之間. Wang等[54]基于牛血清白蛋白(BSA)的靜電吸附作用，通過一步法制備了BSA@ZIF-8涂層毛細管開管柱，并結(jié)合移動化學(xué)反應(yīng)界面的電泳富集技術(shù). 以該毛細管開管柱為分離通道建立了分離、測定麻黃堿和偽麻黃堿的高靈敏OT-CEC方法，檢測限為1.5～2.0 ng/mL. 該方法已成功應(yīng)用于蜜麻黃樣品提取物中麻黃堿和偽麻黃堿的分離和測定.

3 結(jié)論和展望

由上述可知，迄今為止的研究表明MOFs 在CEC中具有良好的應(yīng)用前景并已取得了一定進展. 但相對于數(shù)目龐大的MOFs 而言，目前應(yīng)用于CEC的 MOFs 種類相對較少，這主要受限于毛細管制備過程繁瑣、批次之間重現(xiàn)性有待提高、分離機理尚不明確、MOFs自身的紫外吸收產(chǎn)生背景干擾和靈敏度較低難以滿足實際樣品分析等因素. 為了進一步推動MOFs 在CEC中的應(yīng)用，我們認為今后的研究應(yīng)重點圍繞以下幾展開：(1)針對待分離物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，設(shè)計合成可用于制備用于CEC的基于MOFs的毛細管柱的新型MOFs. (2)發(fā)展制備過程簡單、條件溫和的方法用于制備性質(zhì)穩(wěn)定、使用壽命長的基于MOFs毛細管柱的制柱技術(shù). (3)深入研究基于MOFs的毛細管柱的分離機理，為合成用于CEC的新型MOFs、制備性能優(yōu)異的基于MOFs的毛細管柱提供理論指導(dǎo). (4)建立基于MOFs的分離能力強、靈敏度高的CEC新體系并開展其應(yīng)用研究特別是在手性物質(zhì)分離和生命分析化學(xué)中的應(yīng)用研究.