改性超支化聚硅碳烷物理吸附涂层毛细管柱的分离性能研究.pdf

第 3 8卷 2 0 1 0年 8月 分析化学 ( F E N X I H U A X U E) 研究报告 C h i n e s e J o u m o f An y t i e M C h e mi s t r y 第 8期 1 1 6 711 71 DOI ：1 O 3 7 2 , 4 SP J 1 0 9 6 2 0 1 0 0 1 1 6 7 改性超支化聚硅碳烷物理 吸附涂层 毛细管柱 的分离性能研究 徐文超 初永杰 林 栋 杨 文 刘 冰 寿崇琦 ( 济南大学化学化工学院， 济南 2 5 0 0 2 2 ) 摘要利用羟丙基 一 环糊精对合成的超支化聚硅碳烷进行表面接枝改性， 通过物理吸附的方法将改性后 的超 支化聚硅碳烷涂覆于毛细管柱 内壁表 面 ， 制备 出一 种新型 的毛细管 电泳涂层 柱 。选用 l 6 k V的分 离 电 压、 2 1 4 n m紫外检测波长、 1 0 c m位差进样 7 S 和 4 0 m mo l L磷酸盐缓冲体系为分离条件 ， 考察氧氟沙星和扑 尔敏两种手性异构体在涂层柱上的分离性能以及涂层柱的稳定性能。在 p H 3 0时， 对氧氟沙星的分离度为 1 8 1 ， 理论塔板数为4 6 81 0 p l a t e s m； 在连续进样 1 0 0次后， 分离度变化不大， 理论塔板数下降率在 1 5 以 内， 涂层 柱运行稳定 ， 各项性 能均取得 满意 的效果 。 关键词超支化聚硅碳烷 ； 改性 ；物理 吸附 ； 毛细管电泳柱 ； 手性分离 1 引 言 高效毛细管电泳 ( H P C E) 技术是近十几年来发展起来的一种高效 、 快速的微柱分离分析技术 ， 被 认为是当代分析科学最具活力的前沿研究领域之一。其中毛细管电泳涂层柱的制备技术一直是毛细管 电泳( C E ) 分离技术 的重要环节 。物理吸附涂层法作为一种制柱快速简便且成功率高 的方法 ， 越来 越受到分析工作者的青睐 。以往 的物理 吸附涂层多采用传统线性 聚合物 ， 其 中线性 聚合物溶液的 粘度往往随着溶液浓度的增加而增加 ， 浓度过大 ， 涂层过程容易堵塞毛细管柱 J 。伴随着分析科学 的 发展， 表面活性剂和生物大分子的涂层分离性能研究也取得很大进展。L u c y等 对单、 双链表面活性 剂涂层和物理吸附聚合物涂层的分离性能研究成绩颇丰 ； Y i n等 。 。 利用人体低密度脂蛋 白( L D L ) 通过 磷脂的物理吸附涂层于毛细管内壁 ， 成功实现对细胞色素和核糖核酸酶等生物分子的分离 ； 靳慧等 用天然谷氨酸改性 一 环糊精对扑尔敏、 氧氟沙星和异丙嗪等药物对 映体进行 了分离研究 ； 但是一些 问 题也随之而来 ， 例如分辨率偏低和分离效率不高等， 制约 了手性药物分析技术的发展。 超支化聚合物作为一种新型的官能化聚合物 ， 拥有较低的溶液粘度 ， 阻止了涂覆过程中链缠绕的形 成 ， 使其更容易涂覆于毛细管 内表面 ， 形成稳定的涂层 ； 此外 ， 超支化聚合物外端含有大量 的官能 团， 易 于改性 ， 与同摩尔质量的线性分子相 比， 可以键合更多的手性选择试剂 ， 以此提高分离效率 1 2 , 1 3 1 。 本研究采用物理吸附涂覆的方法 ， 将接枝羟丙基 环糊精 ( H P 一 C D) 后的超支化聚硅碳烷涂覆到毛 细管内壁表面， 得到一种新型手性涂层毛细管电泳柱 ， 用于分离氧氟沙星和扑尔敏的手性对映异构体。 2 实验部分 2 1 仪 器与试 剂 Q L 一 1 0 0 0型高效毛细管电泳仪 ( 山东师范大学) ； N 2 0 0 0型数据采集 和处理工作站 ( 浙江大学 ) ； K Q 1 0 0 0 D B数控超声波清洗器 ( 江苏 昆山市超声仪器 有限公 司) ； p H S 3 C型酸度计 ( 上海第二分析仪器 厂 ) ； 弹性石英毛细管 ( 内径 7 5 m， 河北永年锐沣色谱器件有限公司) 。 2 ， 4， 6 ， 8 一 四甲基_ 2 ， 4 ， 6 ， 8 一 四乙烯基一 环四硅氧烷 ( ， 化学纯 ， 上海建橙工贸有 限公 司) ； 甲基氢 二氯硅烷( M e H S i C 1 ： ， 工业纯， 蓝星化工新材料股份有限公司江西星火有机硅厂) ； 甲基氢二烯丙基硅烷 和 K a r s t e d t 催化剂均为 自制 ； 氧氟沙星( 化学对照品 ， 分析纯 ， 纯度 9 8 6 ， 中国药 品生物制品检定所 ) ； 扑尔敏( 分析纯 ， 中国药品生物制品检定所 ) ； 羟丙基 环糊精 ( H P - 一 c D， 分析纯 ， 天津市科密欧化学试 2 0 1 0 1 8收稿 ； 2 0 1 0 3 1 6接受 E- ma i l ：s c q 21 1 1 6 3 G o m 1 1 6 8 分 析 化 学 第 3 8 卷 第二代超 支化聚硅碳烷 S i - - G2 Hy p e r b r a n c h e d DOl VCa r nOS 1 l ane I O- s i - - - - S i 一 V V v v co r 。 i 烷 I s 图解 2 以 D ； 为中心 核 ， 甲基氢二烯丙基硅烷为增长单体 ， 合成不同代数的超支 化聚硅碳烷 S c h e me 2 S y n t h e s i s o f hy pe r br a nc h e d p o l y c a r b o s i l a n e wi t h D4 。 a s t h e c o r e mo l e c u l e a n d me t h y l h y d r o g e n d i a ll y l s i l a n e a s t h e g r o w t h mo n o me r G 2 I R： cH c H2的特征吸收峰 ( C h a r a c t e r i s t i c a b s o r p t i o n p e a k ) ： 1 6 4 1 c m ； 最 大热失 重出现在 ( T h e m a x i mu m t h e r m o g r a v i me t r y ) ：3 0 03 5 0 o CG 3 I R： -C H = C H 2 的特征 吸收峰 ( C h a r a c t e r i s t i c a b s o r p t i o n p e a k ) ：1 6 3 2 c m；最大热失重出现在 ( T h e m a x i mu m t h e m o g r a v i me t r y ) ： 3 5 0 4 0 0 C。 在四口瓶中加人 5 6 1 g 第二代超支化聚硅碳烷 ， 0 1 g K a r s t e d t 一 四氢呋喃溶液 ； 缓慢滴加 甲基氢二 氯硅烷和四氢呋喃混合溶液 ， 室温反应 1 2 h ； 再将适量 H P 1 B - c D溶解于 1 5 0 mL四氢呋喃， 用恒压滴液 漏斗在 3 h内加入 ， 室温反应 3 h ， 减压蒸馏除去溶剂 ， 得 白色沉淀物， 制得 H P - - C D改性第二代超支化 聚硅碳烷( G 2 H P - 3 C D) 。 同理的方法 ， 制得 H P - 一 C D改性第三代超支化聚硅碳烷( G 3 - H P - 3 - C D) 。 第 8期 徐文超等 ： 改性超支化聚硅碳烷物理吸附涂层毛细管柱的分离性能 研究 Me HSi CL Ka r s t e d t CH l S i C l Cl 图解 3 超支化聚硅碳烷 的端基改性 S c h e me 3 Mo d i f i c a t i o n o f e n d g r o u p o f h y p e r b r a n c h e d p o l y c a r b o s i l a n e I R：- O H 的特征吸收峰 ( C h a r a c t e ri s t i c a b s o r p t i o n p e a k )3 4 6 5 c m- 。 ； s i C 的特征 吸收峰 ( C h a r a c t e ri s t i c a h s o rpt io “p e a k )8 1 2 c m。 。 ； -C H C H 2的特征吸收峰( C h a r a c t e r i s t ic a b s o r p t i o n p e a k )1 6 3 2 c m 处的峰 已经基本 消失 ( C h a r a c t e ri s t i c a b s o r p t i o n p e a k h a s b a s i c a l l y d i s a p p e a r e d ) 。 2 5 物理吸附涂层柱的制备 称取 4 1 3 g G 2 一 H P J 5 一 c D， 加入 2 0 0 g D M F溶解 。使用涂柱装置将该溶液加入到预处理后的毛细管 中， 使用水玻璃封 口， 于 1 6 0 o C 下反应 2 h 。取出柱子 ， 分别使用甲醇与二次水 冲洗各 1 5 mi n 。 将制备的涂层柱置于气相色谱炉内， 在 0 1 MP a的氮气流下 ， 先于5 O恒温 3 0 ra i n ， 然后程序升温 ( 1 C m i n ) 到 1 5 0 c lC， 在该温度下保持 3 h 。 同样方法 ， 制备 G 3 一 H P 4 3 一 C D物理吸附涂层柱 。 2 6电泳条 件 工作 电压 1 6 k V， 4 0 m mo l L磷酸盐缓 冲液 ( p H=3 0 ) ， u V检测波长 为 2 1 4 n m， 1 0 c m 7 s位差进 样 ， 0 1 g L的分离样品溶液 ， 毛细管为长 5 5 c m、内径 7 5 Ix m， 所有溶剂和溶液均以 0 4 5 Ix m纤维滤膜 过滤 ， 于超声波清洗器中脱气 1 0 m i n 。 3 结果与讨 论 3 1 物理吸附涂覆毛细管柱 S E M 图片 为了考察物理吸附涂覆毛细管柱涂层情况 ， 采用扫描 电镜 ( S E M) 拍照观察。由于分离用毛细管直 径狭小 ， 无法对毛细管内壁涂层进行直观有效的表征 ， 因此采用外壁涂敷。选择与分离用毛细管内壁材 料完全相同的石英玻璃管 ， 使用与毛细管内壁涂敷完全相同的方法 ， 对石英玻璃管进行外壁涂敷。用此 方法模拟毛细管 内壁的涂敷 ， 并且对所涂敷的石英玻璃管外壁进行 1 0 0 0倍扫描电镜拍照， 通过模拟不 同分离条件， 间接表征毛细管内壁涂层的情况。由图 1 a和图 1 b可以明显看到， 与未涂覆 的裸管相 比， 涂覆了超支化聚硅碳烷的玻璃管表面有 了一层明显 的致密的膜状物质 ， 达到理想涂敷效果。 为了模拟连续进样后毛细管柱的分离效果， 进行了浸泡实验 ， 将物理吸附涂覆后 的玻璃管柱放在与 分离条件相同的磷酸盐缓冲溶液中浸泡 8 h ， 模拟连续进样的冲刷浸泡 ， 对实验后的玻璃管进行电镜扫 描 ， 如图 1 c 。由图 1 c 可见 ， 玻璃管被聚合物覆盖 的表面积对 比浸泡前的基本 没有变化 ， 玻璃管表面 9 5 以上的部分被聚合物涂层所覆盖。 图 1 b和图 I c 可以证明， 通过物理吸附涂覆方式制备的毛细管涂层可以对毛细管内壁起 到非常好 的涂覆效果 ， 并且该涂层在 4 0 m m o L L磷酸盐缓冲溶液 ( p H=3 0 ) 中非常稳定 ， 浸泡 8 h后 ， 涂层损失 很小。从直观上证明了物理吸附涂层柱具有优越 的稳定性和使用寿命长的特点。 3 2 物理吸附涂层毛细管柱分离氧氟沙星和扑尔敏对映体 为了考察物理吸附涂层柱的分离柱效 ， 实验对氧氟沙星和扑尔敏对映异构体进行了分离探讨 ， 其中 分 析 化 学 第 3 8卷 在对氧氟沙星的手性分离中 ， 通过左旋氧氟沙星标准试剂的添加实现了左右消旋体 的辨别 ， 结果见图 2 和图 3 。H P - fl 。 C D改性超支化聚硅碳烷物理吸附涂层柱对氧氟沙星对映体 的分离效果很理想， 基本上 达到了基线分离， 最高分离度达到了 1 8 1 ， 理论塔板数均超过 4 5 01 0 p l a t e s m； 对扑尔敏的分离效果 也 比较理想 ， 分离度为 0 9 1 。 图 1 未涂覆 ( a ) 、 物理 吸附法涂覆 G 2 - fl C D( b ) 和物理吸附涂层 浸泡 8 h ( c ) 的玻璃管壁 S E M 照片 F i g 1 S E M i m a g e s o f s u r f a c e o f u n c o a t e d c a p i l l a r y( a ) ， c o a t e d b y p h y s i c a l a d s o r p t i o n w i t h G 2 -fl C D( b ) a n d c o a t e d b y i m m e r s e d f o r 8 h( C ) 1 1 nl 1 6 1 7 1 8 2 ra i n 图 2 H P - f1 C D改性超 支化 聚硅碳烷 物理 吸附涂 层毛 细管柱分离氧氟沙星 F i g 2 S e p a r a t i o n o f o flo x a c i n b y c a p i l l a r y mo d i fi e d b y p h y s i c a l a d s o r p t i o n o f h y p e r b r a n c h e d p o l y c a r b o s i l a n e wi t h 2 - o 一 ( 2 - h y d r o x y p r o p y 1 ) - 3 一 c y c l o d e x t r i n ( H P - 3 一 C D) a G 2 一 H P -fl - C D涂层 柱( C o a t e d c o l u m n ) ；b G 3 - H P -fl C D涂层 柱( C o a t e d c o l u m n ) 。1 S O fl o x a c i n ， 2 ： R O fl o x a c i n 。 1 0 1 1 1 2 t m i n 图 3 H P - fl C D改性超 支化 聚硅碳烷 物理 吸附涂 层毛 细管柱分离扑尔敏 Fi g 3 S e pa r a t i o n o f c h l o r phe ni r a mi n e b y c a p i l l a ry mo d i fl e d b y p h y s i c a l a d s o rpt i o n o f h y p e r b r a n c h e d p o l y c a r b o s i l a n e w i t h HP - 3 CD a G 2 一 HP - 3 一 C D涂层柱( C o a t e d c o l u m n ) ；b G 3 一 H P - f1 C D涂层 柱 ( C o a t e d c o l u m n ) 。 3 3 进样次数对涂层性能的影响研究 为了考察所制备的 H P - fl C D改性超支化聚硅碳烷物理吸附涂层 的稳定性 ， 采用 G 2 一 H P - fl C D物理 吸附涂层毛细管柱 ， 在 p H= 3 0条件下分离氧氟沙星与扑尔敏手性对映体 ， 测试连续进样 1 0 0次后 ， 柱 效能变化如表 1 。 表 1 氧氟沙星与扑尔敏进样次数对分离效果的影响 Ta bl e 1 I n flue n c e o f r u nn i ng n u mb e r o f o flo x a c i n a n d c h l o r p he n i r a mi n e 量 理 论 塔N 板 数 。分 事 譬 馨 N R镧csolu度tio m p l。 num ber (P1atesm ) 量t。 。 u 0n rate ( ) 1 4 6 81 0 4 1 8 1 一 1 3 8 21 0 0 9 1 一 羔5 0 4 2 1 1 0 1 1 5 l 0 l 0 4 c r p h 尔 敏c n ira m in e 5 0 3 5 1 1 0 o 7 1 6 7 0 1 0 0 4 0 9 Xl 0 1 0 9 1 2 6 0 1 0 0 3 2 51 0 0 8 2 1 4 9 从表 1 可以看出， 毛细管柱连续运行 1 0 0次后的柱效能下降不到 1 5 ， 分离度变化也不大 ， 这主要 是因为超支化聚硅碳烷大分子的硅碳主链耐热和耐酸碱性能优异， 与环糊精键合形成的硅氧键在酸碱 条件下 比较稳定 ， 保证了涂层毛细管柱的长时间运行， 从而说明制备的毛细管涂层柱具有较好的重现性 和较长的使用寿命。 第 8期 徐文超等： 改性超支化聚硅碳烷物理吸附涂层毛细管柱的分离性能研究 1 1 7 l Re f e r e nc e s 1 L i u Z， Wu R A， Z o u H F E l e c t r o p h o r e s i s ， 2 0 0 2 ， 2 3 ( 2 2 ) ： 3 9 5 4 3 9 7 2 2 WE I We i ( 魏 伟 ) ， WA N G Y i M i n g ( 王义 明) ， L U O G u o A n ( 罗国安 ) ， Y A N C h a o ( 闫 超 ) C h i n e s e I， A n a 1 C h e m ( 分 析化学 ) ， 1 9 9 7 ， 2 5 ( 3 ) ： 3 6 1 3 6 5 3 S H O U C h o n g Q i ( 寿崇琦) ， Z H A N G Z h i L i a n g ( 张志良) ， X I N G X i X u e ( 邢希学) ， K A N G J i e F e n ( 康杰分) J o u r n a l o f C h e m i s t r y ( 化 学通报 ) ， 2 0 0 6 ，1 ： 4 1 4 5 4 S HI We i ( 施 维 ) ， Z O U H a n F a ( 邹汉法 ) ， Z H A N G J i n ( 张 津) ， Z H A N G Y u K u i ( 张玉奎 ) C h i n e s e C h r o m a t o g r ( 色 谱 ) ， 1 9 9 7 ， 1 5 ( 5 ) ： 3 8 8 3 9 1 5 P e s e k J J ，Ma t y s k a M T Ch r o ma t o g r A，1 9 9 6，7 3 6( 1 2) ：3 1 33 2 0 6 H o f s t e t t e r H，H o f s t e t t e r O ，S c h u fi g V C h r o ma t o g r A， 1 9 9 7 ， 7 6 4 ( 1 ) ： 3 5 4 l 7 L u Y u ( 陆 玉 ) ， L I N D e ( 林 德 ) ， WE I H u a n Y u ( 魏焕郁 ) ， S H I We n F a n g ( 施文芳 ) A c t a P o l y m e r i c a S i n i c a ( 高分子 学报) ， 2 0 0 0 ， 4： 4 1 l 8 C H E N Z h u o L i n g ( 陈卓铃 ) ， L I U Y a X i o n g ( 刘 亚雄 ) ， D I N G G u o S h e n g ( 丁国生 ) ， B A O J i a n Mi n ( 包建 民) C h i n e s e J A n a 1 C h e m ( 分析化 学) ， 2 0 0 6 ， 3 4 ( 2 ) ： 2 1 4 2 1 6 9 L u c y C A， Ma c d o n M d A M， G u l c e v M D C h r o m a t o g r A ， 2 0 0 8 ，1 1 8 4 ( 1 - 2 ) ： 8 11 0 5 1 0 Y i n J F ， S o n g Y L ， Wa n g Z X， Wa n g H L E l e c t r o p h o r e s i s ， 2 0 0 9 ， 3 0 ( 8 ) ：1 3 6 21 3 7 1 1 1 J I N H u i ( 靳 慧 ) ， L I F a n g ( 李 芳) ， D A I R o n g J i ( 戴荣继 ) ， G U J u n L i n g ( 顾峻岭 ) ， F U R u o N o n g ( 傅若农 ) C h i n e s e A n a 1 C h e m ( 分析化 学) ， 1 9 9 7 ， 2 5 ( 8 ) ： 8 3 2 8 3 4 1 2 S h o u C Q， Z h a n g Z L J o u r n a l ofA p p l i e d P o l y m e r S c i e n c e ， 2 0 0 9 ，1 1 1 ( 4 ) ： 2 1 4 1 2 1 4 7 1 3 S H O U C h o n g - Q i ( 寿崇琦) ， K A N G J i e F e n ( 康杰分) ， S O N G N a n J i n g ( 宋南京) C h i n e s e A n a 1 C h e m ( 分析化学) ， 2 0 0 8 ， 3 6 ( 3 ) ： 2 9 7 3 0 0 1 4 Br u c e D K，Sc o t i a N Y USPa t e n t，3 77 5 45 2，1 97 3 1 5 K i m C， A n K O r g a n o m e t a l l i c C h e m ， 1 9 9 7 ， 5 4 7 ( 1 ) ： 5 5 6 3 S t ud y o n Se p a r a t i o n Pe r f o r ma n c e o f Ca pi l l a r y Co l u m n Co a t e d Ph y s i c a l l y wi t h M o d i fie d Hy p e r br a n c he d P0 l y c a r b 0 s i l a ne x u We n C h a o ， C H U Y o n g J i e ， L I N D o n g ， Y A N G We n ， L I U B i n g ， S H O U C h o n g Q i ( S c h o o l o f C h e mi s t r y a n d C h e m i c a l E n g i n e e r i n g， U n i v e r s i t y o f J i n a n ， J i n a n 2 5 0 0 2 2 ) Ab s t r a c t A s e r i e s o f h y p e r b r a n c h e d p o l y c a r b o s i l a n e s we r e s y n t h e s i z e d a n d c o a t e d o n t h e i n n e r s u r f a c e o f f u s e d s i l i c a c a pi l l a r i e s b y p h y s i c a l a d s o r pt i o nTh e t e r mi n a t i o n a l g r o u p s o f t h e hy p e r b r a n c h e d p o l y c a r b o s i l a n e s w e r e m o d i f i e d w i t h 2 - O - ( 2 - h y d r o x y p r o p y 1 ) - C DT h e o p t i ma l s e p a r a t i o n c o n d i t i o n s w e r e t h e r u n n i n g v o l t a g e o f l 6 k V， t h e U V d e t e c t o r w a v e l e n g t h o f 2 1 4 n m，t h e s a m p l e i n j e c t e d t i me o f 7 s a n d t h e p h o s p h a t e b u f f e r s o l ut i o n c o n c e n t r a t i o n o f 4 0 mmo l fLUn d