层层自组装聚电解质多层膜高效液相色谱固定相

胡定炜++赵文杰++向国强++何丽君++江秀明

摘要：以壳聚糖（CHI）和聚苯乙烯磺酸钠（PSS）为原料，通过层层自组装技术（LBL）在色谱硅胶表面依次吸附得到聚电解质多层膜高效液相色谱（HPLC）固定相；利用紫外光谱追踪HPLC固定相组成。结果表明，阴阳离子聚电解质成功吸附在硅胶颗粒表面；制备的固定相可用于多种烷基苯类和多环芳香烃类物质的分离分析。

关键词：层层自组装；聚电解质多层膜；固定相；高效液相色谱

1991年，Decher等人用带相反电荷聚电解质粒子构筑成超薄多层膜，层层自组装技术开始得到广大科学家关注并被应用。层层自组装技术就是利用溶液中目标化合物和基质表面功能基团的相互作用[2]（静电作用、氢键作用、共价键作用、点荷相互转移作用等）构筑多结构、稳定、具有特定性质的多层膜的方法。与其他制备多层膜的方法相比，层层自组装技术具有操作条件温和、操作方法简单、成膜物质丰富、膜层厚度和结构可控的优点[3-6]。

层层自组装技术作为复合材料制备的一项技术，经过多年不断的发展逐渐成熟起来，广泛用于光电器件、生物医药材料、药物缓释、分离膜，生物传感器等方面[7-10]。在化学分离方面，自组装膜分离具有高效率、低能耗、操作过程简便等特点，主要用于渗透汽化、反渗透和气体分离等方面。

本研究以壳聚糖（CHI）和聚苯乙烯磺酸钠（PSS）为目标物，在色谱硅胶上构筑聚电解质多层膜，制备CHI/PSS多层膜HPLC固定相，运用紫外光谱追踪多层膜组装情况，探索固定相对多种烷基苯类和多环芳烃类物质的分离分析能力。

一、实验

（一）实验原料及仪器

壳聚糖（CHI），聚苯乙烯磺酸钠（PSS），色谱硅胶（直径5微米，比表面积220m2·g-1，中科院兰州化学物理研究所），氯化钠、四氯化碳，甲醇（分析纯），乙腈（色谱纯），去离子水，烷基苯类（甲苯、乙苯、正丙苯、异丙苯、正丁苯、正戊苯），多环芳烃类（苯、萘、蒽、芴、芘菲、苊、芘）。

UV-2450紫外-可见分光光度计（岛津公司），高效液相色谱仪（岛津公司，配备有CBM-l0A vp plus色谱工作站、LC-lOAT vp plus型高压泵、7725i型手动进样阀和SPD-lOA vp plus型紫外检测器）。

（二）实验过程

1.固定相组装

取4g已活化色谱硅胶，置于50mL带盖塑料离心管中，向其中加入40mL浓度为5 mmol·L-1 的CHI溶液（含有0.3mol·L-1 NaCl，pH=7.0），蓋上盖子，振荡30min，从而形成CHI膜。离心2min，弃去上清液，用适量去离子水分散洗涤固体产物，离心除去水，重复该过程两次。加入等体积、浓度、盐度、pH的PSS溶液，采用与组装CHI膜同样的步骤组装PSS膜，形成一个双层膜，并保留上清液。如此循环直至组装六个半双层的CHI/PSS的多层膜。在组装过程中，利用紫外光谱仪对每次组装前后的PSS溶液吸光度进行测定。冷冻干燥组装好的固定相12h，得到多层膜HPLC固定相。取少量用于红外光谱测定，剩余则用于色谱柱装填。

2. 色谱柱装填及评价

将固定相通过四氯化碳匀浆，以甲醇作为顶替液，利用气动泵在40MPa下装填高效液相色谱柱（250mm×4.6mm）。将装填好的色谱柱接入高效液相色谱系统，以乙腈与水作流动相，在室温，1.0mL·min-1的流速，254nm的检测波长等条件下，对烷基苯类物质和多环芳烃类物质进行分离检测，评价色谱柱性能。

二、结果与讨论

（一） HPLC固定相制备

含有0.3mol·L-1 NaCl，且浓度为0.05mmol·L-1的聚阴阳离子电解质溶液，在色谱硅胶表面，通过正负电荷间的静电作用，形成稳定的具有六个半双层的多层膜。图1为组装前后的PSS溶液紫外吸收光谱。可以看出，稀释相同倍数的PSS溶液，组装后的光谱峰明显降低，表明PSS被成功组装到硅胶表面。

（二）固定相色谱性能评价

为了评价聚电解质多层膜固定相的色谱分离性能，在反相条件下测定了6种烷基苯和7种多环芳烃在色谱柱的保留时间。其中以苯作分析物时，色谱柱的理论塔板数达到15000。两类物质在聚电解质多层膜固定相色谱柱的保留时间顺序与ODS柱一致。

当流动相中乙腈含量降低时，两类化合物的容量因子先减小后增大，分析物容量因子的对数（lgk）与流动相中乙腈含量呈U型关系，表明固定相与分析物间同时存在着亲水作用与疏水作用。通过静电作用交替吸附的聚电解质多层膜固定相，因其膜层中CHI含有的羟基而表现出亲水作用，同时由于PSS含有的苯环结构与芳香类物质的苯环结构之间的π-π作用力，使固定相表现出反相色谱性质，能够在反相条件下，分离极性较弱的烷基苯类和多环芳烃物质。

三、结论

通过LBL技术，带相反电荷的CHI和PSS能都稳定地组装在色谱硅胶表面。HPLC固定相的成功制备及其在反相条件下成功分离多种烷基苯类物质和多环芳烃物质，表明LBL多层膜能够用于色谱固定相的制备。色谱柱对两类分析物的色谱数据说明，两类物质能够有效分离的基础是多层膜与分析物间的π-π作用力；同时，在高浓度有机相下，固定相表现出的亲水性，为强极性物质的分离分析提供了一种可能性。LBL技术在HPLC固定相制备的成功应用，以及LBL技术构筑膜的多样性，为HPLC固定相的制备拓宽了道路。

参考文献：

[1]杨耀彬，苏丽娜，王婀娜.层层自组装技术应用研究进展[J].化学世界，2014（10）

[2]岳秀丽等.共价键合多层肝素薄膜修饰涂有硅橡胶的人工血管[J].化学学报，2007[4]

[3]金谊等.以碳酸钙微球为模板的生物相容微胶囊的制备[J].过程工程学报，2009[4]

[4]纪树兰，张国俊.强化自组装技术在多层复合分离膜领域的应用[J].膜科学与技术，2011[3]