聚十二碳烯整体柱的制备及其对小分子的分离

刘海燕，马亚敏，秦军晓，王佳菲

(河北大学药学院，“药物化学与分子诊断”教育部重点实验室,河北省药物质量分析控制重点实验室，河北保定　071002)

第一作者:刘海燕(1971- )，女，河北阜平人，河北大学副教授，博士，主要从事色谱分离材料的制备及应用研究.

E-mail: lhy 1610@126.com

摘　要：以1-十二碳烯(C12)作为反应单体，以三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)和乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA)为交联剂，以偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂通过自由基原位聚合制备了有机聚合物整体柱.通过电子扫描显微镜、红外光谱等方法分别对其内部结构、官能团进行了表征，并且对通透性进行了研究.结果表明，该整体柱结构较均匀，且渗透性良好.将该整体柱作为高效液相色谱的固定相对小分子进行了分离，取得了较好的分离效果.

关键词：整体柱；高效液相色谱；小分子

DOI：10.3969/j.issn.1000-1565.2015.02.007

聚十二碳烯整体柱的制备及其对小分子的分离

刘海燕，马亚敏，秦军晓，王佳菲

(河北大学药学院，“药物化学与分子诊断”教育部重点实验室,河北省药物质量分析控制重点实验室，河北保定071002)

第一作者:刘海燕(1971- )，女，河北阜平人，河北大学副教授，博士，主要从事色谱分离材料的制备及应用研究.

E-mail: lhy 1610@126.com

摘要：以1-十二碳烯(C12)作为反应单体，以三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)和乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA)为交联剂，以偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂通过自由基原位聚合制备了有机聚合物整体柱.通过电子扫描显微镜、红外光谱等方法分别对其内部结构、官能团进行了表征，并且对通透性进行了研究.结果表明，该整体柱结构较均匀，且渗透性良好.将该整体柱作为高效液相色谱的固定相对小分子进行了分离，取得了较好的分离效果.

关键词：整体柱；高效液相色谱；小分子

DOI：10.3969/j.issn.1000-1565.2015.02.007

收稿日期:2014-07-15

基金项目：国家自然科学基金资助项目(21175031)；河北省自然科学基金资助项目(B2013201082)

中图分类号：TQ050.4

文献标志码：志码：A

文章编号：编号：1000-1565(2015)02-0147-06

Abstract:A novel hydrophobic polymeric monolith was prepared by using 1-dodecene(C12) as the functional monomers, trimethylol propane triacrylate(TMPTA) and ethylene dimethacrylate (EDMA ) as the cross-linking agent, 2,2′-azobisisobutyronitrile (AIBN) as the initiator; The chemical group of the monolithic column was confirmed by a Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) method and the morphology of column structure was characterized by scanning electron microscopy (SEM). The permeability was also studied. The resulting monolith showed a relatively homogeneous structure and good permeability. The monolith was used to separate small molecules and a good result has been obtained.

Preparation of poly dodecene monolithic column for

HPLC separations of small molecules

LIU Haiyan, MA Yamin，QIN Junxiao, WANG Jiafei

(Key Laboratory of Pharmaceutical Quality Control of Hebei Province, Medicinal Chemistry

and Molecular Diagosis of the Key Laboratory of Ministry of Education,

College of Pharmaceutical Sciences， Hebei University, Baoding 071002， China)

Key words: monolithic column; high performance liquid chromatography; small molecules

随着高效液相色谱法(HPLC)在生命科学、医药卫生、环境科学、材料科学等领域中的广泛应用，担负分离作用的色谱柱已经逐渐成为当前研究的热点.作为第4代分离介质，整体柱介质结构具有高渗透性、多孔结构和大比表面积，可实现快速、高效、高通量的分离，近年来引起了人们越来越多的关注[1].

整体柱按其制备方法可以分为2类：硅胶整体柱和有机聚合物整体柱.硅胶整体柱具有理想的机械强度、比表面积大的优点，但也存在着抗溶剂性能差、适用的pH范围较小[2]、制备过程比较复杂、制备和化学修饰不能同时进行等缺点[3].有机聚合物整体柱具有良好的通透性和生物兼容性，快速的传质速率，对复杂样品可以实现高效、快速、高通量的分离分析[4-5].

1-十二碳烯(C12)具有较长的碳链，所以有很强的疏水性.三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)属于丙烯酸酯类，由于在分子末端存在3个双键，所以可以聚合形成比较致密的网络结构[6-8].本文以1-十二碳烯(C12)为单体，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)和乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA)为交联剂，制备了有机聚合物整体柱.将该整体柱作为高效液相色谱的固定相对小分子物质进行了分离，取得了较好的分离效果.

1实验部分

1.1　仪器和试剂

高效液相色谱系统(美国Agilent 1100)；FTIR-8400S红外光谱仪(SHIMADZU)； KQ3100B型超声波清洗器(昆山市超声仪器)；艾柯超纯水机(原子Ⅱ型)；电子天平(德国Sartouius)；HH-601超级恒温水浴(江苏荣华仪器制造有限公司).

1-十二碳烯(上海阿拉丁试剂有限公司)； 三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(天津天骄有限公司)；乙二醇二甲基丙烯酸酯(New Jersey，USA，分析纯)；偶氮二异丁基腈(AIBN)(上海化学试剂厂，分析纯)；十二醇(Dodecanol)、甲醇、乙腈、溴化钾(天津科密欧化学试剂有限公司，分析纯)，实验用水均为超纯水；流动相进入色谱系统前均经过0.45 μm微孔滤膜滤过.

1.2　聚(C12-co-TMPTA-co-EDMA)整体柱的制备

表1为整体柱聚合比例的优化及其渗透性.按表1的比例在不同的试管中分别加入C12，TMPTA，EDMA，AIBN，十二醇，震荡超声至溶液完全混匀，通氮气10 min脱气，然后将混合物装入底部密封的不锈钢柱(50 mm × 4.6 mm i.d.)中，最后密封顶部，于60 ℃的超级恒温水浴中加热24 h.反应完成后，将整体柱连接到HPLC系统上，用甲醇将致孔剂及其他未反应物质冲出.

表1　整体柱聚合比例的优化及其渗透性

a是在流动相为乙腈，流速为1.0 mL/min时测得的整体柱的压力.

1.3　整体柱的表征

用大流速将整体填料从不锈钢柱管中冲出，在60 ℃下真空干燥24 h；最后，将其切成厚度约1.5 mm的薄片对其表面喷金以使其置于扫描电镜下观察内部结构形貌.另一部分与已充分干燥的KBr按质量比1∶100充分碾磨压片做红外观察.

1.4　色谱条件

流动相：乙腈-水；波长：254 nm；流速：1.0 mL/min；进样量：5 μL；整体柱：50 mm×4.6 mm i.d.；实验温度为室温.

1.5　计算

保留因子(k)：k=(tR-t0)/t0，其中tR和t0分别表示芳香类化合物的相对保留时间和死时间.

2结果与讨论

2.1　聚 (C12-co-TMPTA-co-EDMA)整体柱的红外光谱表征

图1为整体柱B的傅里叶变换红外光谱图.由图中可以看出，在3 050~2 900 cm-1内显示C—H的振动吸收峰.1 750~1 725 cm-1的特征峰和 1 300~1 100 cm-1多重峰证明TMPTA和EDMA中—COO—的存在.

图1　聚(C12-co-TMPTA-co-EDMA)整体柱的红外谱图Fig.1　FT-IR spectrum of the poly (C12-co-TMPTA-co-EDMA) monolithic column

2.2　优化聚(C12-co-TMPTA-co-EDMA)整体柱

单体、交联剂以及致孔剂的组成不但影响整体柱的床层和内部孔结构，还决定了整体柱的选择性和柱效.实验中对单体、交联剂以及致孔剂的比例进行了优化控制，以得到制备整体柱的最佳条件.具体的聚合组分比例见表1.增加交联剂EDMA或TMPTA的量(柱A,柱E),聚合物交联度增加，从而导致背压增大.相反，减少交联剂EDMA的量,整体柱的背压下降，但是整体柱过于疏松，连接高效液相色谱仪后容易被冲塌(柱C).致孔剂过多会使得聚合物的机械强度不高，柱体疏松(柱D).

另外，对表1中柱A，B，C，E制备的整体柱进行了扫描电镜(SEM)表征，扫描电镜结果见图2.从图2可以看出，如果减少EDMA的量(柱C)，孔结构分布不均，太过疏松.如果增加TMPTA的量(柱D)，骨架结构会变的非常密，孔径小，渗透性下降.通过电镜图的比较可以看出，柱A和柱B有着比较均匀的孔结构.

图2　聚合物整体柱的SEM 结构表征Fig.2　Scanning electron microscopy of the monoliths

另外，为了进一步验证最优制备条件，对所考察的整体柱进行了色谱分析.图3给出了柱A，柱B，柱D的色谱分离图，所选用的样品按出峰顺序分别是苯并三唑，苯，联苯，蒽.从表1看出，增加致孔剂的量(柱D)，整体柱的背压减小，有较高的渗透性，但是柱D的色谱峰峰展宽和拖尾都比较严重.增加EDMA的量(柱A)，背压增大，渗透性下降，通过和柱B色谱图对比，柱A的色谱峰出峰时间晚，峰展宽，且柱效也不如柱B高.所以综合考虑不同比例整体柱的渗透性，SEM表征和色谱行为，柱B被选作后续的研究.

流动相：V(乙腈)∶V(水)=65∶35; 化合物：1.苯并三唑；2.苯；3.联苯；4.蒽.图3　不同比例制备整体柱的色谱分离Fig.3　Chromatographic behaviors of aromatic compounds on the different monoliths

2.3　聚 (C12-co-TMPTA-co-EDMA)整体柱在小分子色谱分离中的应用

2.3.1流动相组成对保留时间和峰形的影响

选用3种不同疏水性的碱性化合物(苯胺、二苯胺、三苯胺)为研究对象，考察整体柱对小分子化合物的保留行为.如图4 所示，3种化合物的保留因子(k)都随流动相乙腈体积分数的降低而增加，这说明聚(C12-co-TMPTA-co-EDMA)整体柱有着反相分离机制.图5为3种胺类化合物在不同流动相对保留时间和峰形的影响.从图中可以看出，当乙腈体积分数为70% 时，样品的分析时间减少,但色谱峰不能达到基线分离；当乙腈体积分数为60%时，分析时间较长且色谱峰存在拖尾严重和峰展宽；当乙腈体积分数为65%时，样品分析时间短且均达到基线分离，有良好的分离效果.

图4　胺类化合物保留因子与乙腈体积分数的关系Fig.4　Relationship between retention factor and acetonitrile concentration of amines compounds

流动相: 乙腈-水体积比分别为a.70∶30；b.65∶35；c.60∶40.化合物：1.苯胺；2.二苯胺；3.三苯胺.图5　不同比例流动相的色谱分离Fig.5　Chromatograms of amines compounds at different acetonitrile proportion in mobile phase.

2.3.2整体柱对小分子化合物的色谱分离

以聚(C12-co-TMPTA-co-EDMA)整体柱做为HPLC的固定相对一组包括酸性、碱性及中性的小分子化合物进行了分离，色谱图见图6，从图中可以看出5种化合物都得到了很好的分离.

流动相：乙腈与水体积比41∶59. 化合物：1.邻苯二甲酸；2.苯胺；3.苯；4.氯苯；5.2-氯甲苯.图6　聚(C12-co-TMPTA-co-EDMA)整体柱分离小分子的色谱Fig.6　Elution profiles of small molecules on the monolith

3结论

通过自由基聚合制备的聚(C12-co-TMPTA-co-EDMA)整体柱拥有较均匀的结构和良好的渗透性.实验结果表明，该整体柱可作为一种简单、价廉、有效的HPLC固定相材料，并且在分离小分子量的化合物方面有较大的应用潜力.

参考文献:

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YIN Junfa, WEI Xiaoyi, YANG Gengliang. Development of preparation and application of organic polymer monolithic columns[J]. Chinese Journal of Chromatography, 2007,25(2): 142-149.

[2]谷从影,蔺丽,方能虎.整体柱的制备及应用进展[J].化学研究与应用,2005, 17(3): 281-286.

GU Congying, LIN Li, FANG Nenghu. Preparation and application of monolithic column [J]. Chemical Research and Application, 2005, 17(3): 281-286.

[3]杨更亮,高文惠,杨静.硅胶整体柱的研究进展[J]. 色谱，2003, 21(4): 332-335.

YANG Gengliang, GAO Wenhui, YANG Jing. Development of the monolithic silica column[J]. Chinese Journal of Chromatography, 2003, 21(4): 332-335.

[4]KOSITARAT S, SMITH N W, NACAPRICHA D, et al. Repeatability in column preparation of a reversed-phase C18 monolith and its application to separation of tocopherol homologues[J]. Talanta, 2011, 84(5): 1374-1378.

[5]LIN Zian, HUANG Hui, SUN Xiaobo, et al. Monolithic column based on a poly(glycidyl methacrylate-co-4-vinylphenylboronic acid-co-ethylene dimethacrylate) copolymer for capillary liquid chromatography of small molecules and proteins[J]. J Chromatogr A, 2012, 1246(13): 90-97.

[6]KIM S I, KIM H S, NA S H, et al. Electrochemical characteristics of TMPTA-and TMPETA-based gel polymer electrolyte[J]. Electrochim Acta, 2004, 50(2): 317-321.

[7]KONG Xiangzheng, GU Xiangling, ZHU Xiaoli, et al. Precipitation polymerization in ethanol and ethanol/water to prepare uniform microspheres of poly(TMPTA-styrene)[J]. Macromol Rapid Commun, 2009, 30(11): 909-914.

[8]FAITH D, HORSFIELD C J, NAZAROV W.Characterization of pore size of trimethylol propane triacrylate (TMPTA) polymer foam by pulsed sputter coating and SEM analysis[J]. J Mater Sci, 2006, 41(13): 2973-3977.

(责任编辑：梁俊红)