新型反相球包球填料的納流液相色譜行為研究

徐靈佳

(寧夏職業(yè)技術(shù)學(xué)院，銀川 750021)

0 引言

納流液相色譜現(xiàn)在已經(jīng)成為生化分析中的重要分離手段，它的顯著優(yōu)勢是高分辨、進(jìn)樣量小和高靈敏度。近些年興起的核-殼色譜材料是分離科學(xué)的重要成就，它優(yōu)化了色譜動力學(xué)過程，具有快速高效、背壓較低的優(yōu)點[1-2]。

納流液相色譜中的色譜柱的尺寸均較小，它每分鐘的流量是納升級的。Chervet等人根據(jù)柱徑將微柱液相色譜分為三類：色譜柱內(nèi)徑在0.5～1.0 mm被稱為微流液相色譜(micro-LC)；色譜柱內(nèi)徑在100～500 μm被稱為毛細(xì)管液相色譜(capillary-LC)；色譜柱內(nèi)徑在10～100 μm被稱為納流液相色譜(nano-LC)[3-5]。

色譜填料的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)對于色譜分離影響深遠(yuǎn)，一直以來都是人們不斷探索開發(fā)的課題。本實驗采用的球包球填料是一種新型的殼核式反相色譜填料。它是通過調(diào)整硅前體、攪拌類型和速度、溫度及微波加熱等實驗條件來調(diào)整反應(yīng)速度，利用“一鍋法”合成出的一種色譜填料。這種填料在常規(guī)高效液相色譜上具有很好地分離效果，具有快速、低背壓的分離特點[6-8]。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器

P230 高壓恒流泵(依利特，中國)、TP-202電子天平(賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司，北京)、Ultimate 3000 納流液相色譜(Dionex，part of Thermo Fisher，USA)、日立S-4800掃描電鏡(Hitachi，Japan)

1.2 材料與試劑

毛細(xì)管：內(nèi)徑100 μm，外徑375 μm的透明涂層毛細(xì)管(永年銳灃色譜器件有限公司，河北)

柱塞：粒徑為110 μm的球形硅膠顆粒(X-tec，UK)

溶劑：甲醇、乙腈(色譜純，賽默飛世爾科技(中國)有限公司)

樣品：硫脲、苯的同系物(甲苯、乙苯、丙苯、丁苯)(分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)、三氟乙酸(TFA)(色譜純，賽默飛世爾科技(中國)有限公司)

1.3 球包球填料毛細(xì)管柱的制備

1.3.1 填充單顆粒柱塞

毛細(xì)管柱管采用100 μm內(nèi)徑、365 μm外徑的毛細(xì)管。截取適當(dāng)長度的毛細(xì)管，用砂紙打磨一端，使其成為一個平整的切口，將一個110 μm的柱塞填充在切口平整的一端，并利用“基石效應(yīng)”[9-10]保證柱床在后續(xù)的高壓填充過程中不會被沖出。

1.3.2 勻漿法填充毛細(xì)管柱

將填料3 μm ODS-SOS配成勻漿，再使用高壓泵將勻漿填入填好塞子的毛細(xì)管柱。填充過程中盡量保持勻漿勻速壓入毛細(xì)管，使柱床勻速增長。

1.3.3 平衡毛細(xì)管柱

待柱床填充至所需長度后，繼續(xù)使用高壓將柱床壓實。適當(dāng)時間后，停止加壓，讓壓力自然降為零，卸壓后在所需位置截下毛細(xì)管，并在截下位置處填上一個110 μm的柱塞。用此方法填充三根15 cm長的ODS-SOS毛細(xì)管柱。

1.4 納流液相色譜的分離分析

1.4.1 苯的同系物的配制

用超純水配制1 mg/mL的硫脲，再將苯的同系物(甲苯、乙苯、丙苯、丁苯)用色譜純乙腈以1∶100的配比稀釋成溶液；將上述苯的同系物溶液與硫脲溶液充分混合，最后用所需緩沖液稀釋10倍(本實驗用50% ACN稀釋)，配成樣品待用。

1.4.2 納流液相色譜體系流動相的配制

分別配制流動相。A相(水相)：H2O+0.1% TFA；B相(有機相)：ACN+0.1% TFA；C相：50%ACN。

1.4.3 等度洗脫

納流液相色譜在適當(dāng)?shù)牧魉傧拢褂?0%ACN作為流動相進(jìn)行等度洗脫，分離苯系物。使用配置有3 nL流通池的紫外—可見可變波長的檢測器在214 nm的波長下檢測。

2 結(jié)果與討論

2.1 球包球填料的掃描電鏡

為了了解球包球填料微觀結(jié)構(gòu)對色譜分離效能的影響，團(tuán)隊使用了掃描電鏡對球包球填料進(jìn)行觀察。

由圖1可以看出，這種新型球包球填料的均一度較高，通過測量，粒徑均為3 μm，這和之前報道的對于球包球填料粒徑分布窄的描述一致[6-8]。填料中沒有出現(xiàn)明顯的小球脫落的現(xiàn)象，且包覆在微米球上的納米球比較均勻，但表面團(tuán)簇的小球凹凸不平，使得整個填料表面過于粗糙。在高壓填充柱床時，這種隨機性的凹凸不平可能會容易形成空氣，增加多流路效應(yīng)，導(dǎo)致渦流擴散項增加，從而影響色譜分離性能。

圖1 球包球填料的掃描電鏡圖

2.2 球包球填料毛細(xì)管柱的分離與柱間重現(xiàn)性

本實驗利用單顆粒柱塞技術(shù)填充球包球填料毛細(xì)管柱，并在納流液相色譜上進(jìn)行了分離，對柱間重現(xiàn)性進(jìn)行了評價，分離樣品為苯的同系物。

圖2 三根15 cm長的球包球填料毛細(xì)管柱分離苯系物的對比圖(SOS-ODS 3 μm，15 cm×100 μm，流動相：50%ACN，流速：150 nL/min分析物：硫脲、甲苯、乙苯、丙苯、丁苯)

由圖2可以看出，球包球填料的毛細(xì)管柱的柱間重現(xiàn)比較高，此結(jié)果說明單顆粒柱塞技術(shù)[9-10]可以成功制備球包球填料毛細(xì)管柱，并且毛細(xì)管色譜柱的重現(xiàn)性較好，這進(jìn)一步驗證了單顆粒柱塞技術(shù)的優(yōu)越性。

2.3 球包球填料毛細(xì)管柱的范氏曲線

利用填充的球包球填料毛細(xì)管柱在納流液相色譜中分離苯系物，對丁苯分離的塔片高度計算得出范氏曲線，繪制曲線得到圖3。

圖3 三根15 cm長的球包球填料范氏曲線對比圖(SOS-ODS 3 μm，15 cm×100 μm，使用保留分析物[丁苯]作為標(biāo)準(zhǔn)，做范氏曲線)

本次實驗中，球包球填料毛細(xì)管柱的最低塔板高度為22μm，分離時效果一般，這和之前報道的在常規(guī)柱內(nèi)的行為不相符[6-8]。造成這一現(xiàn)象的原因可能是在納流液相色譜條件下，色譜柱管徑更細(xì)，背壓更高，球包球填料表面微球結(jié)構(gòu)更容易形成空腔，影響了分離效能。

3 結(jié)語

本實驗利用單顆粒塞技術(shù)成功制備了球包球填料的納流液相色譜微柱，實現(xiàn)了重現(xiàn)性和穩(wěn)健性更高的分離，同時對球包球填料進(jìn)行了簡單表征，考察了球包球填料毛細(xì)管柱的在納流液相色譜模式下的分離效能。球包球填料在范氏曲線上的表現(xiàn)一般，可能與其本身性質(zhì)和加工工藝有關(guān)，后續(xù)還需要進(jìn)一步優(yōu)化。盡管如此，球包球填料的高度均一性依舊顯示出它在色譜分離上具有很大的潛力。