毛细管整体柱制备过程中所用致孔剂的研究进展*

吴　琼，张恒强，马　闯，玄兆坤，陈鸿利

(河北民族师范学院化学与化工学院，河北　承德　067000)



毛细管整体柱制备过程中所用致孔剂的研究进展*

吴琼，张恒强，马闯，玄兆坤，陈鸿利

(河北民族师范学院化学与化工学院，河北承德067000)

毛细管整体柱是在毛细管内原位聚合形成的连续固定床。在整体柱的制备中，致孔剂的选择是非常重要的一个环节。一般来说体系所选择的致孔剂应该能够溶解单体、交联剂和引发剂，使聚合物反应液成为一个均一的体系，且在反应后易被除去使固定相形成均匀孔状结构。本文对近年来制备毛细管整体柱常用的致孔剂体系做一简要综述。

整体柱；毛细管柱；致孔剂

毛细管电色谱是在毛细管中填充或在毛细管内壁涂布、键合色谱固定相，依靠电渗流推动流动相，使中性和带电荷的样品分子根据它们在色谱固定相和流动相间吸附、分配平衡常数的不同和电泳速率的不同而达到分离分析的一种电分离模式，它结合了高效液相色谱的高选择性和毛细管电泳的高效性，具有快速分离、操作简单、低消耗等多方面优点，是一种新型的分离技术，近年来发展迅速。毛细管柱是微柱分离分析的核心。按固定相存在形式的不同，微柱色谱分离中的毛细管柱可分为以下三种：毛细管开管柱，毛细管填充柱和毛细管整体柱。其中毛细管整体柱，又称毛细管连续床(continuous bed)或毛细管原位柱，是通过在毛细管内原位聚合或固化的方法，制成具有均一、多孔结构的整体式固定相，它由于具有很多优点，如制备简单、无需封口、渗透性好、低背压、快速分离和易修饰等。毛细管整体柱不仅避免了毛细管整体柱的制备过程中柱塞烧制和柱填充的困难，同时又克服了开管柱相比比较低的不足，而且可选择的单体范围广，固定相孔结构和化学性质容易控制，毛细管整体柱成为目前研究的热点。本文主要对近年来毛细管整体柱的制备过程中使用的致孔剂进行简要综述。

1　毛细管整体柱的制备方法

1.1无机硅胶基质整体柱的制备方法

毛细管整体柱按制备方法主要分为有机聚合物基质整体柱和无机硅胶基质整体柱。无机硅胶基质整体柱的制备主要是利用溶胶-凝胶法。该方法将四烷氧基硅烷、聚环氧乙烷或聚乙二醇等及催化剂在柱内缩聚成凝胶，经干燥、老化，制成硅胶整体柱[1-4]，其可直接作为固定相或继续进行衍生化。该方法制成的色谱填料具有两种孔结构，分别为微米级的通孔和纳米级的中孔[5]。常用于该类柱的致孔剂是氨水。湿凝胶在氨水的作用下实现整体柱的小孔向中孔转化。一般制备方法如下：先利用溶胶-凝胶法制得湿凝胶，再用一定浓度的氨水在120 ℃冲洗若干小时。接着，程序升温至330 ℃左右灼烧柱中的有机成分，制得无机硅胶整体柱。为了减小氨水对柱结构的影响，在反应液中加入尿素，得到湿凝胶后，在120 ℃下加热，尿素分解生成氨气，使小孔转化为中孔。但尿素的加入会使溶胶结构产生影响，谢传辉等[6]在制备湿凝胶后用尿素代替氨水在120 ℃下冲洗若干小时，其他步骤不变。用该方法制得的整体柱分离效果较好。

1.2有机硅胶基质整体柱的制备方法

有机聚合基质整体柱是由单体、致孔剂、交联剂在引发剂的存在下通过热或紫外光引发进行原位聚合的而成的一个棒状整体，具有制备方法简单、内部结构均匀、重现性好、柱效高和可进行快速分离等特点。其制备过程如下：先将单体、致孔剂和引发剂的混合物引入到已预处理过的空毛细管中，经过热引发或紫外光引发在毛细管内原位聚合，然后采用合适的溶剂并由机械泵或电渗流驱动除去柱内致孔剂、单体以及其他物质。在制备有机聚合整体柱的过程中，为了使反应后的整体固定相中有一定量的孔让流动相通过，要在反应体系中添加致孔剂，致孔剂一般由良性溶剂和不良溶剂组成。良性溶剂能使反应液成一均一体系，不良溶剂一方面使反应生成的物质沉淀下来形成高分子化合物，另一方面在固定相中占据一定位置，形成孔状结构。用于有机聚合整体柱的致孔剂种类较多。一般是一些醇类，常见的有正丙醇、1,4-丁二醇、甲醇、环己醇、十二醇等中的一种或几种混合[7-8]。

2　毛细管整体柱制备所用的致孔剂体系种类

目前，由于整体柱的制备还不是很成熟，制备毛细管整体柱所用的致孔剂体系种类还比较少，已报道的文献，大多以1,4-丁二醇和正丙醇为二元致孔剂体系或1,4-丁二醇、正丙醇和水位三元致孔剂体系。

2.1正丙醇和1,4-丁二醇为致孔剂体系

2.2甲苯/水为致孔剂体系

甲苯/水体系常用在毛细管硅胶基质整体柱的制备中，水主要以盐酸溶液以及蒸馏水的形式加入反应液中，待甲苯溶解引发剂后，两相混合得到制备固定相的反应液，反应生成固定相后再将水和甲苯除去，使固定相形成通孔和中孔结构。邵华等[16]在甲苯/水体系中加入表面活性剂十二烷基磺酸钠增加两相之间的溶度使得溶液成为均相，制备了毛细管硅胶整体柱。且利用该整体柱成功地分离了9种中性物质(硫脲、苯、甲苯、乙基苯、正丙苯、萘、正丁基苯、芴和蒽)以及7种中性、酸性和碱性物质(硫脲、邻氨基酚、苯酚、苯、邻甲苯胺、α-萘胺和2,4-二氯苯胺)。张毅军等[17]在先将甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷在盐酸中搅拌后，在此混合物中加入甲苯或甲苯和SDS，制备成毛细管硅胶整体柱。利用制备的整体柱，6种中性物质(硫脲、苯、甲苯、乙基苯、联苯和萘)的混合物成功地得到了分离。

2.3其他体系

除了上述两种常用致孔剂体系外，也有不少其他致孔剂体系也有报道。邹娟娟等[18]选用十二醇和环己醇为致孔剂，甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)为单体，亚乙基二丙烯酸酯(EDMA)为交联剂；通过过氧化苯甲酰(BPO)引发制备聚甲基丙烯酸缩水甘油酯整体柱。聚合混合物的具体配比(V/V)为：GMA:EDMA:环己醇:十二醇=24:16:54:6。该类型的整体柱可以分离蛋白。Xiaoli Dong等[19]在正十二醇和DMSO作为致孔剂的情况下，以N,N’-亚甲基二丙烯酰胺等三种物质作为反应单体，AIBN为引发剂制备聚酰亚胺整体柱，之后在制备的整体柱的固定相上包覆手性物质成功制备了分离对映体的整体柱。左国强等[20]以甲基丙烯酸(MAA)为功能单体，同时又作电渗流改性剂，乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA)为交联剂，甲苯和异辛烷为致孔剂，Irgacure 1800为光引发剂，采用紫外光引发原位聚合反应制备出毛细管电色谱整体柱。使用制备的整体柱在3种模式(加压电色谱、气压驱动和电色谱)下对7种中性物质(硫脲、苯、甲苯、乙苯、萘、联苯和菲)的混合物实现基线分离，同时还可实现酸性物质(邻羟基苯甲酸、苯甲酸、苯乳酸、扁桃酸)和碱性物质(苯胺、甲苯胺、乙酰基苯胺和N-甲基苯胺)的快速分离。梁哲、姚传义[21]将氨基比林和MMA溶解在十二醇和甲苯中，放置过夜后加入交联剂EDMA和引发剂AIBN制备了分子印迹毛细管整体柱。Antonella Messina 等[22]以甲酰胺和正丙醇为致孔剂，MMA、EGDMA和GMA为单体，AIBN为引发剂制备了整体柱，冲去未反应的混合物后，充满功能化试剂制成具有分离对映体功能的手性毛细管柱。杨俊佼等[23]使用正十二醇、正丙醇及DMF 混合溶液分别作为致孔剂制备了聚合物整体柱,并用它们分离了几种芳香化合物。本实验反映了孔径的不同影响了溶质的保留时间。随着致孔剂的比例减少，组成整体固定相的微球尺寸变小，同时孔隙率变小，故柱子的通透性变差，表现为分离柱压加大。Qiang Zhao等[24]用环己烷和十二醇作为致孔剂，为了提高固定相的机械稳定性，除了加GMA(甲基丙酸缩水甘油酯)外，还加入了TRIM(三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯)作为单体， 用AIBN为引发剂在水浴中反应制得了聚合整体柱，制备成功后，用链酶抗生素蛋白溶液冲洗整体柱24 h后制成可以分离蛋白质的整体柱。Hui Li等[25]以咖啡酸作为模板，MMA 为单体，EDMA为交联剂，AIBN为引发剂，在THF和异辛烷中溶解反应制备了分子印迹整体柱，分离和纯化了绿原酸。Zhang等[26]以甲基丙烯酸缩水甘油酷、甲基丙烯酸甲酷和二甲基丙烯酸乙二醇共聚合，采用丙醇和甲酞胺为制孔剂，并在聚合反应完成后，用乙基丁基胺对其功能化，制得了用于蛋白质和多肽分析的整体柱。卢明华等[27]在三元致孔剂(环己醇/1,4-丁二醇/水, 67/23/10, V/V/V)中加入反应单体三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TM PTMA)和、2-丙烯酰胺-2-甲基-1-丙磺酸(AMPS)为反应单体，AIBN为引发剂，制备了新型有机聚12十六碳烯2三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯[poly (1-hexadecene-co-TM PTMA)]整体柱，建立了一种同时分离检测6种利尿剂(氯噻酮、氢氯噻嗪、美托拉宗、吲哒帕胺、坎利酮和螺内酯)的毛细管电色谱(CEC)新方法，并成功应用于志愿者实际尿样的分析测定。

3　存在的问题和展望

目前，聚合物整体柱制备中最大的问题是聚合条件的实验。至今为止，大部分文献报道的整体柱结构为颗粒堆积，这种结构影响了整体柱柱效的提高。因此需要对各种实验条件如温度、pH值、时间以及各组成的浓度等继续进行实验摸索，希望能找到最佳条件，使整体柱能够形成骨架结构，以致在压缩后，渠道直径不会太小而让流动相不能通过。这就需要努力寻找合适的致孔剂和严格控制致孔剂的量来达到合适的渠道直径。另一问题是聚合物整体柱渠道壁不能太软而易变形或太硬而易脆，故需寻找更好的单体，寻找更好的单体的同时必须考虑能够达到实验要求的相应的致孔剂。故这两个问题的改善都离不开致孔剂的选择，所以寻找开发更多的高质量的致孔剂体系仍是毛细管柱制备中比较亟待解决的问题之一。

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Research Progress on Porogen in the Preparation of the Capillary Monolithic Column*

WU Qiong, ZHANG Heng-qiang, MA Chuang, XUAN Zhao-kun, CHEN Hong-li

(School of Chemistry and Chemical Engineering, Hebei Normal UniversityforNationalities,HebeiChengde067000,China)

Capillary monolithic column is a continuous fixed bed formed by in situ polymerization in a capillary column. The choice of the porogen is very important in the preparation of the monolithic column. In general, it should be able to dissolve the monomer, crosslinking agent and initiator, and make the polymer reaction solution into a homogeneous system, and is easily removed after the reaction in order to make the stationary phase forms a uniform porous structure. The commonly used porogen in the preparation of monolithic columns in recent years was reviewed.

monolithic column; capillary monolithic column; porogen

河北省高等学校科研计划项目(Z2014054)，承德市科技支撑项目(20153005)。

吴琼(1983-)，硕士，讲师，主要从事无机和分析化学等研究方向。

O63

A

1001-9677(2016)013-0013-03