（有机化学专业论文）以pgmaedma树脂为基质的离子色谱填料的制备及应用研究.pdf

摘要 本文以实验室自合成的大孔单分散亲水性交联聚甲基丙烯酸环氧丙酯树脂( p g m 肌喇a ) 为载 体，制备了两种新型离子色谱同定相，考察了填料的色谱性能，并将其应用于实际样品的分离分 析，取得较好的效果。另外，论文以自合成的大孔单分散亲水性p g m 功m a 树脂为载体，制备了 亲水性弱阳离子交换色谱填料，并放大弱阳离子交换色谱填料和两性离子交换色谱填料，考察填 料对标准蛋白的分离性能与放大前比较。将其用于实际生物样品的分离纯化，取得较好的效果。 论文主要分以下几部分： 1 以p g m 肌洲a 树脂为基质，采用化学键合法，制备了两种新型弱酸型阳离子色谱填料，用于七 种无机阳离子以及n h j 和四种有机胺混合样的分离，比较了两种填料的分离性能。选用填料 ( i ) 作研究对象，详细考察了淋洗液种类、浓度和流速对六种阳离子分离的影响，并将其 用于决明茶和普洱茶中四种无机阳离子的分析。与d i o n e xi o n p a c o c s l 2 a 商品柱比较，分离 效果几乎一样，但分析时间缩短4 4 m i n ，各离子加标回收率在9 2 1 0 7 之间。 2 以p g m 觚删a 树脂为基质，制备了季铵型强阴离子色谱填料。分别对常见六种无机阴离子、 四种低碳链酸以及无机阴离子和有机酸混合样进行分离，考察了填料的色谱性能。详细考察 了淋洗液种类、p h 值、有机溶剂、柱长等色谱条件对阴离子保留行为的影响。应用此固定相 对雨水和雪冰融水中阴离子进行分析，与d i o n e xi o n p a c 固a s l 2 a 商品柱比较，分离效果几乎 一样，测得值基本一致，各离子加标回收率在9 3 1 0 4 ，结果满意。 3 以p g m 肌删a 树脂为基质，采用简单的化学改性方法制备了性能优异的弱阳离子交换色谱填 料。详细考察了填料的离子交换特征、标准蛋白的分离性能、表面亲水性能、酸碱稳定性和 重现性以及流速对蛋白保留的影响。将填料放大5 0 倍，考察对标准蛋白的分离性能。并用于 鲤鱼精巢中鱼精蛋白的分离纯化，经反相高效液相色谱测定纯化后鱼精蛋白的纯度为9 9 2 ， 与s h o d e xi e cs p 8 2 5 商品强阳离子交换色谱柱比较，纯化结果几乎一样。 4 放大两性离子交换色谱填料，考察放大5 0 倍后该填料对标准蛋白的分离性能，与实验室2 年 前制各的两性离子交换柱比较。结果表明，放大后的填料同样具有良好的离子交换性能。用 该固定相对胰蛋白酶粗样进行分离纯化，通过反相高效液相色谱法和聚丙烯酰胺凝胶 ( s d s - p a g e ) 电泳技术测定，纯化后胰蛋白酶纯度达到9 3 。 5 以p g m m m a 树脂为基质，合成了四种强阴离子交换色谱填料，用于标准蛋白的分离，发现 其分离效果不如文献报道的好，该填料还需进一步改进。 关键词：大孔单分散亲水性交联聚甲基丙烯酸环氧丙酯树脂( p g m 舭蹦a ) ，离子色谱固定相，无 机离子和有机化合物的分离，分离纯化生物大分子 l l a b s t r a c t i nt h i sp a p e r , t w ok i n d so fi o nc h r o m a t o g r a p h i cs t a t i o n a r yp h a s e sw e r es y n t h e s i z e db yn e w c h e m i c a l l ym o d i f i e dm e t h o d sb a s e do nm o n o d i s p e r s em a c r o p o r o u sh y d r o p h i l i cp o l y ( g l y c i d y l m e t h a c r y l a t e - c o - e t h y l e n e d im e t h a c r y l a t e ) ( p g m a e d m a ) b e a d sw h i c hw e r es y n t h e s i z e db yu s t h e c h r o m a t o g r a p h i cb e h a v i o ro fc h r o m a t o g r a p h i cs t a t i o n a r yp h a s e sw e r ei n v e s t i g a t e di nd e t a i l s w ea l s o u s e dt h o s ed i f f e r e n tc h r o m a t o g r a p h i cc o l u m n st os e p a r a t ei n o g a n i cc a t i o n sa n da n i o n si nr e a l s a m p l e s i na d d i t i o n ，u s i n gp g m a ：e d i d ab e a d sa sm a t r i x ，ak i n do fw e a kc a t i o ne x c h a n g ec h r o m a t o g r a p h i c p a c k i n g s ( w c x ) w a sp r e p a r e da n de n l a r g i n gt h i sr e s i n t h ec h r o m a t o g r a p h i cb e h a v i o ro ft h o s ew c x r e s i nf o rs e p a r a t i o no fs t a n d a r dp r o t d u sw e r ei n v e s t i g a t e da n dc o m p a r e dw i t ht h ew c xr e s i nw h i c h w e r en o t e n l a r g e d e n l a r g i n gz w i t t e r i o n i ci o ne x c h a n g ep a c k i n g s ( z l e ) a n di n v e s t i g a t i n gt h ep r o p e r t i e s o fi o ne x c h a n g e ，s e p a r a b i l i t yo fp r o t e i n so nt h ez i ec o l u m n c o m p a r e dw i t ht h ez i ep a c k i n g sf o r s e p a r a t i o no fs t a n d a r dp r o t e i n sw h i c hw e r ep r e p a r a e db yl 腾t w oy e a r sa g o w eu s e dt h o s e c h r o m a t o g r a p h i cc o l u m nt os e p a r a t ea n dp u r i f yb i o m o l e c u l e s ，e s p e c i a l l yp r o t e i n s t h ew o r kw a sd o n e a 8 f o l l o w s ： 1 t w ok i n d so fw e a k l ya c i d i cc a t i o nc h r o m a t o g r a p h i cs t a t i o n a r yp h a s e sw e r es y n t h e s i z e db yc h e m i c a l m o d i f i c a t i o no fp g m a ，e d m ab e a d s t h ec h r o m a t o g r a p h i cp r o p e r t i e so ft h es y n t h e s i z e ds t a t i o n a r y p h a s e sw e r ee v a l u a t e db yc o n d u c t i v i t yd e t e c t o rf o rs e p a r a t i o no fa l k a l im e t a l s ，a m m o n i u m ，a l k a l i n e e a r t hm e t a l s ，a m m o n i u ma n df o u ro r g a n i ca m i n e s c o m p a r e dt h es e p a r a t i o np r o p e r t i e so ft h e s y n t h e s i z e dt w ok i n d so fc a t i o ns t a t i o n a r yp h a s e s f i n a l l y , c h o o s ep a c k i n g s ( i ) a sar e s e a r c h o b j e c t t h ei n f l u e n c eo ft h ee l u e n tt y p e ) c o n c e n t r a t i o na n dt h ef l o wr a t ef o rt h es e p a r a t i o no ft h e s i xc a t i o n sw a si n v e s t i g a t e di nd e t a i l su s i n gp a c k i n g s ( i ) s e p a r a t i o no fi n o r g a n i cc a t i o n sf r o m c a s s i at e aa n dp u - e r ht e a 、) l ，i t l lo n l yo n es t e po nt h ec o l u m n ( i ) ，f o u rc a t i o n sc o u l db es e p a r a t e di n 2 0r a i n n er e c o v e r yo ff o u rc a t i o n sb e t w e e n9 2 a n d1 0 7 c o m p a r e dw i t ht h el o n p a c 回c s l 2 a c a t i o ne x c h a n g e rc o l u m nf o rs e p a r a t i o no fi n o r g a n i cc a t i o n s ，t h ee f f e c to fr e s o l u t i o ni sa l m o s t s a m ea n dt h ea n a l y s i st i m es h o r t e d4 4n f i n 2 b a s e do nt h ep g m a e d m ab e a d s ，t h ea n i o n - e x c h a n g ep a c k i n g sw i t hq u a t e r n a r ya m m o n i u mf u n c t i o n a l g r o u pw a sp r e p a r e db yn e wc h e m i c a l l ym o d i f i e dm e t h o d s t h ec h r o m a t o g r a p h i cp r o p e r t i e sw e r e e v a l u a t e db yc o n d u c t i v i t yd e t e c t o rf o rs e p a r a t i o no fi n o r g a n i ca n i o n s 、o r g a n i ca c i d sa n dam i x t u r e o fa n i o n sa n do r g a n i ca c i d si nd e t a i l s t h ee f f e c to ft h ee l u e n tt y p e 、p ha n do r g a n i cs o l v e n t 、 c o l u m nl e n g t ho nt h er e t e n t i o no fa n i o n sw e r es t u d i e d t h ec o l u m nw a su s e df o rt h es e p a r a t i o no f a n i o n sf r o mr a i nw a t e ra n ds n o w a n d i c e ，a l la n i o n sc o u l db es e p a r a t e di n2 3 r a i na n dt h er e c o v e r yo f e v e r ya n i o n sb e t w e e n9 3 a n d1 0 4 c o m p a r e dw i t ht h ei o n p a d a s l 2 aa n i o ne x c h a n g ec o l u m n f o rs e p a r a t i o no fi n o r g a n i ca n i o n s ，t h ee f f e c to fr e s o l u t i o ni sa l m o s ts a m e ，a n dt h ef o u n di s b a s i c a l l yc o i n c i d e n t t h es a t i s f a c t o r yr e s u l t sh a v eb e e no b t a i n e d 3 u s i n gp g m a e d m ab e a d sa sm a t r i x ，ak i n do fw e a kc a t i o ne x c h a n g ec h r o m a t o g r a p h i cs t a t i o n a r y p h a s ew a ss y n t h e s i z e db yn e wc h e m i c a l l ym o d i f i e dm e t h o d s t h ep a c k i n g sw a se v a l u a t e di nd e t a i l o nt h ep r o p e r t i e so fi o ne x c h a n g e ，s e p a r a b i l i t yo fp r o t e i n s ，h y d r o p h i l i c i t y , r e p r o d u c i b i l i t y , s t a b i l i t y a n de f f e c to ff l o wr a t eo nt h es e p a r a t i o na n dr e t e n t i o no fp r o t e i n s e n l a r g i n gt h ew c xp a c k i n g s i l l f i 衄t i m e sa n di n v e s t i g a t i n gt h ep r o p e r t i e so fi o ne x c h a n g ef o rs e p a r a t i o no fs t a n d a r dp r o t e i n s no n t h ew c xc o l u m n a f t e rc o m p a r e dw i t ht h ew c x p a c k i n g sw h i c hw e r en o te n l a r g e d t h er e s u l t s s h o wt h a tt h ee n l a r g e dw c xr e s i na l s oh a d g o o dp r o p e r t i e so fi o ne x c h a n g e t h er e s i nw a su s e df o r t h ef a s ts e p a r a t i o na n dp u r i f i c a t i o no fp r o t a m i n ef r o mc a r pw i t ho n l yo n es t e p t h ep u r i t yo ft h e p u r i f i e dp r o t a m i n ed e t e c t e db yr e v e r s e dp h a s eh p l cw a s9 9 2 t h es a t i s f a c t o r yr e s u l t sh a v e b e e no b t a i n e d c o m p a r e dw i t ht h es h o d e xi e cs p - 8 2 5s t r o n gc a t i o ne x c h a n g ec o l u m nf o r p u r i f i c a t i o no f p r o t a m i n e ，t h e 叫哆o f t h ep u r i f i e dp r o t a m i n ei sa l m o s ts a m e 4 e n l a r g i n gz w i t t e r i o n i ci o ne x c h a n g ep a c k i n g sa n di n v e s t i g a t i n gt h ep r o l x 射i e so fi o ne x c h a n g ef o r s e p a r a t i o no fs t a n d a r dp r o t e i n sa f t e re n l a r g e df i f l ) rt i m e s c o m p a r e dw i t ht h ez i ep a c k i n g sw h i c h w a sp r e p a r e db yu st w oy e a r sa g o t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ez i ec o l u m na f t e re n l a r g e da l s oh a d g o o dp r o p e r t i e so fi o ne x c h a n g e p u r i f i c a t i o no ft r y p s i n t h ec o m m e r c i a l l ya v a i l a b l et r y p s i n w a sp e r f o r m e do nt h ez i ec o l u m n t h ep u r i t yo ft h ep u r i f i e dt r y p s i nw a sa s s a y e db yr e v e r s e d p h a s eh p l ca n ds o d i u md o d e c y l s u l f a t e - p o l y a c r y l a m i d eg e le l e t r o p h o r e s i s ( s d s p a g e ) t h e s a t i s f a c t o r yr e s u l t sh a v eb e e no b t a i n e d , a n dt h ep u r i t yo ft h ep u r i f i e dt r y p s i nw a sm o r et h a n9 3 5 b a s e do nt h ep o m a e d m ab e a d s ，f o u rk i n d so fa n i o ne x c h a n g ec h r o m a t o g r a p h i cp a c k i n g sw e r e s y n t h e s i z e d i tw a sf o u n dt h a tt h e s ep a c k i n g sw e r en o ta sg o o da st h ea n i o ne x c h a n g ep a c k i n g s r e p a r t e di nl i t e r a t u r e n e ys h o wu st h ep a c k i n g sn e e dt ok e e po nd e v e l o p i n g k e y w o r d s ：m o n o d i s p e r s em a c r o p o r o u sh y d r o p h i l i cp o l y ( g l y c i d y lm e t h a c r y l a t e - c o - e t h y l e n e d i m e t h a c r y l a t e ) ( p g m ，e d m a ) b e a d s ；i o nc h r o m a t o g r a p h i cs t a t i o n a r yp h a s e ；s e p a r a t i o no f i n o r g a n i cc a t i o n s ，a n i o n s ，o r g a n i ca c i d s ，a m i n e s ；s e p a r a t i o na n dp u r i f i c a t i o no f b i o p o l y m e r s i v 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得宁夏大学或其它教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示了谢意。 研究生签名： 尚耆霞 时间： 一引聂 1 b 关于论文使用授权的说明 本人完全了解宁夏大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交 论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存、汇编学位论文。同意宁夏大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位 论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名： 导师签名： 榭霞 时间： 砷年夕月3 日 时间：岬年岁月弓j 日 宁夏人学硕 ：学位论文第一章引言 1 1 离子色谱简介 第一章引言 离子色谱法( i c ) 是2 0 世纪7 0 年代中期发展起来的一种新的液相色谱技术，主要侧重于无机 阴、阳离子及低分子量的亲水性有机分子的分离与检测。1 9 7 5 年，h s m a l l 等人用电导检测器连 续检测柱流出物获得成功，随后他们发表了第一篇i c 论文【l l ，标志着离子色谱法的诞生，并于同 年商品仪器问世。经过三十多年的发展，离子色谱法( i c ) 已经成为分析离子性物质的常用方法。 美国d o wc h e m i c a l 公司的s m a l l 等人【l 】提出的离子色谱法是以离子交换树脂为固定相，以电 导检测器为检测手段，使用抑制器将强电解质溶液转变为低电导的溶液。此法被称为抑制型( 双 柱) 离子色谱法，其优点是抑制器降低了流动相的背景电导值，提高了待测离子的电导响应值， 应用范围广，在常规含量离子、痕量离子的定性、定量分析中得到了广泛的应用。1 9 7 9 年，g i e r d e 和f r i t z 等人【2 】提出了不需抑制柱的非抑制型( 单柱) 离子色谱法。非抑制型离子色谱法是以一系 列低容量离子交换树脂为固定相，用弱电解质做流动相，不用抑制柱就可用电导检测器直接检测。 该方法提高了交换剂的选择性和电导检测器性能，使用仪器设备简单，但应用范围和灵敏度都不 及抑制型电导检测离子色谱法。 离子色谱问世以来，一直是分析化学领域发展最快的分析方法之一。其以分析阴离子见长， 同时测定和分析不同化合价态的优点弥补了今天化学分析方法和其它仪器方法测试手段的不足， 对过渡金属、金属络合物、有机化合物等的分离是一种选择而灵敏的方法。近年来，随着新型高 性能色谱分离柱、灵敏的电化学和光化学检测器、梯度泵和耐腐蚀的全塑系统、微机处理控制仪 器系统以及智能系统的发展，离子色谱系统又得到了快速发展，离子色谱的应用范围出现了巨大 的变化，从分析水中常规无机阴、阳离子和有机酸，发展到对含有大分子和有机溶剂的多种复杂 样品直接进样分析，到极性有机化合物以及生物样品中的糖( 单糖、寡糖) 、氨基酸、多肽、蛋 白质等的分析。离子色谱的应用已经渗透到了众多的领域，逐渐在环境【3 l 、食品【4 】、医药疆】、石油 化工1 6 j 和农业等各个领域得到了广泛的应用。 1 2 离子色谱原理及分离方式 离子色谱是根据待测物质与离子交换剂之间相对亲合力大小不同而彼此分开。根据分离机制 不同，离子色谱有三种不同的分离模式，分别为高效离子交换色谱( h p i c ) ，离子排斥色谱 ( h p i e c ) 和离子对色谱( m i p c ) 。用于三种分离方式的柱填料的树脂骨架基本上都是苯乙烯一二 乙烯基苯的共聚物，但树脂的离子交换功能基和柱容量各不相同。因此可以基于不同的分离目的 和分离机理，选用不同的离子色谱柱来达到预期的分离目的。 1 2 1 离子交换色谱( h i g hp e r f o r m a n c ei o n e x c h a n g ec h r o m a t o g r p h y , h p i c ) h p i c 的分离机理是基于流动相与固定相上的离子交换基团之间发生的离子交换过程。采用 低交换容量的离子交换树脂，交换容量一般在0 0 l 0 5 0 m m o l g 之间。所用固定相填料通常以苯 乙烯二乙烯基苯共聚物为骨架，通过磺化或者胺化得到的大孔薄壳型或多孔表面层型，以及采 茎圣尘茎茎圭茎些耋圣茎：耋! i 用硅胶基质键合相制备的离子交换填料作为交换树脂。主要崩于有机和无机喇、阳离子的分离。 离子交换功能基为季铵基的树腊用作阴离子分离，为磺酸基和攘酸基的树脂用作阳离子分离。 1 2 2 离子排斥色谱( i o n - e x c l u s i o nc h r o m a t o g r p h y , i e c ) 口c 的分离机理主要是d o a n a n 膜乎衡、空间排阻和吸附过程。固定相采用高交换容量的 总体磺化的聚苯乙烯二乙烯基苯阳离子交换树腊，交换容量一般在3 s m m o i g ，这种阳离子交换 树脂一般不能用于阳；暂子的离子交换色谱分离。i p i e c 对于从强酸中分离弱酸以及弱酸的相互分 离是非常有用的，选择合适的检测方法，离子排斥色谱还可用于氧基酸、醛基醇的分析。 1 2 3 离子对色谱( i o n p a i r c h r o m a t o g r a p h y , m p i c ) m p i c 的分离原理是基于吸附和离子对的形成，同定相主要是吐弱极性和高比表面积的中性 多孔聚苯乙烯乙烯基苯树腊和弱极性的辛烷或f 一八烷基键台的硅胶f o d s ) 作为分离树脂。分离 的选择性主要由流动相决定，有机改进剂和离子对试剂的选择取决r 待测离子的性质。m p i c 在 生物医药样品中离子性有机物的分析、工业样品中离子性表面活性荆咀及环境与农业样品中过渡 金属离子配合物的分析方面非常有用。 1 3 离子色谱系统 i c 系统主要由流动相传送部分、分离柱、检钡i 器平u 数据处理4 个部分组成，仪器系统构成 见圈i - i 。与高效液相色谱仪不同之一是i c 的流动相要求耐酸碱鹰蚀以及在町与水互溶的有机溶 剂中不溶胀的系统。全塑料系统和用微机控制的高丰吉度无脉冲职往复泵用色谱j 。作站控制仪器 的全部功能和作数据处理，以及在0 1 4 的整个p h 范用内和o i o o 与水互溶的有机溶剂中性 能稳定的柱填料和液体管道系统是现代离子色谱系统的主要特点。 田i - 1 离子色碧系统构成 f i g l - 1 c o m p o s i n go f l e n c h r o m a t o g r a p h ys y n e m 2 鲤鞫 宁夏大学硕。 ：学位论文第一章引言 离子色谱的分离柱柱管材料应是惰性的，一般均在室温下使用。高效柱和特殊性能分离柱的 研制成功，是离子色谱迅速发展的关键。抑制器是抑制型电导检测器的关键部件，高的抑制容量， 低的死体积，能自动连续工作，不用复杂和有害的化学试剂是现代抑制器的主要特点。 离子色谱的检测器分为两大类，即电化学检测器【2 7 司和光学检测器恤】。电化学检测器包括 电导、直流安培、脉冲安培和积分安培；光学检测器包括紫外一可见和荧光检测器，其中电导检 测器是i c 的主要检测器。 1 4 离子色谱的优点 溶液中离子性成分的分析是一个经典的分析化学课题。早期，对无机阳离子的分析就有原 子吸收( 从s ) 、高频电感耦合等离子体发射光谱( i c p a e s ) 、x 射线荧光分析等快速又灵敏的分 析方法，而对n h 4 + 和有机胺的分离和分析就缺乏行之有效的方法。对阴离子的分析，在离子色 谱法出现之前，只能用容量法、光度分析法、重量分析法和比浊分析法。这些方法灵敏度低，操 作繁琐费时，不能进行多离子的同时分析。离子色谱法的诞生克服了高效液相色谱( h p l c ) 和气相 色谱( c - c ) 对强极性水溶性化合物、n i - - 1 4 + 和有机胺分析的不足，尤其对阴离子的分析是分析化 学中一项新的突破【1 2 1 。与这些传统的分析方法相比，离子色谱法的突出优点使其成为分析手段中 当首推的方法。其优点如下： ( 1 ) 分析速度快 离子色谱法采用高效快速的色谱分离柱，可以对阴、阳离子在短时间内快速分离。近年来， 不断开发研制出的高柱效离子色谱柱，对常见无机阴、阳离子的平均分析时间分别小于8 m i n 。 ( 2 ) 检测灵敏度高 离子色谱的最低检出限可达p p m - p p b 级。直接进样2 5 此，电导检测，对常见阴离子的检测 限小于1 0g t , 。对电厂、核电厂以及半导体所用高纯水，通过增加进样量，采用微孔柱或在线浓 缩等方法，检出限可达pg l 或更低。如果采用电感耦合等离子体( i c p - m s ) 1 3 q 4 l 等联用技术， 可以进一步提高检测灵敏度。 ( 3 ) 选择性好、对多种离子化合物可同时分离 离子色谱法分析无机和有机阴、阳离子的选择性可通过选择适当的分离方式、分离系统和检 测系统来达到。固定相是离子色谱的核心，根据待分析物的结构来选择不同的色谱分离柱。现在 己经有很多不同选择性的商品化高效分离柱。同时，每年的匹兹堡会议都有新的分离柱推出【b 以叼。 结合离子色谱具有的多种检测手段，可以方便的对不同性质的离子进行测定。同时，柱后衍生方 法的发展提高了金属离子、多价阴离子等的检测选择性【l9 1 。 与光度法、原子吸收法相比，离子色谱的主要优点是可以同时检测样品中的多种成分，只需 要很短的时间就可以得到阴、阳离子以及样品组成的全部信息。对于浓度差别特别大的样品，可 以通过不同的稀释或者不同的灵敏度来达到，也可以采用有效的高容量色谱柱来解决问题。 ( 4 ) 离子色谱柱的稳定性好、柱容量高 离子色谱系统中广泛采用的填料为苯乙烯一二乙烯基苯聚合物。这种树脂p h 稳定性允许用 强酸或者强碱作为淋洗液，有利于扩大应用范围。高交联树脂与有机溶剂有很好的兼容性，可在 淋洗液中加入有机溶剂改善分离的选择性，缩短分析时间和改善峰形，还可用有机溶剂清洗柱子 3 宁夏大学硕l j 学位论文第一审引言 以去除有机污染物。色谱填料的这些特点大大简化了样品的前处理手续，并且对很难检测高浓度 和低浓度成分的样品，可采用设置不同的灵敏度或多次稀释来多次进样分析。 1 5 离子色谱柱填料 1 5 1 离子色谱柱填料简介 离子色谱交换树脂是离子色谱分离系统的核心和基础。抑制型离子色谱中选择性的改变主要 是选用不同的固定相来实现的。固定相的性质首先决定了选用什么分离机理是有效的，并依次决 定流动相的选择以及检测方式的选择。离子色谱分离柱填料通常是以无机基质和有机聚合物基质 为载体，通过共价键、离子键、接枝、吸附和氢键等相互作用，在其表面( 包括孔内表面) 结合 上了可以离解的无机基团。在离子交换分离中，离子交换树脂的本体结构不发生明显的变化，仅 由其带有的离子和外界同电性离子发生等量的离子交换。以往离子色谱固定相的主要缺点是硅质 填料对p h 的不稳定性以及高聚物离子交换填料对有机溶剂的不匹配性，随着新型有机聚合物离 子交换树脂的出现，这些缺点一一被克服。有机聚合物离子交换树脂有宽的p h 值( 0 - - - , 1 4 ) 使用 范围，可用强碱或强酸作淋洗液，并与有机溶剂有很好的兼容性，是目前商品化分离柱的主要填 料。该填料用强碱或强酸作淋洗液时，可使在近中性p h 值条件下为非离子型的化合物( 如糖类 化合物、氨基酸、有机和无机弱酸、有机胺等) 转变成阴离子或阳离子，从而可用阴离子或阳离 子交换分离。目前，苯乙烯二乙烯基苯共聚物( p s - d v b ) 、乙基乙烯基苯- - - l 烯基苯( e v b d v b ) 共聚物、聚甲基丙烯酸酯和聚乙烯聚合物基质是最重要的离子交换剂基质材料。基质表面功能基 是磺酸基、羧酸基、羧酸基膦酸基和羧酸基膦酸基冠醚的为阳离子交换剂：基质表面功能基是 烷基季胺基或烷醇季胺基的为阴离子交换剂。离子交换树脂的结构主要有乳胶附聚薄壳型、乳胶 附聚超大孔型和聚合物接枝型。 1 5 2 离子色谱固定相分类 作为离子色谱固定相，基质应满足以下条件f 2 0 】：( 1 ) 固定相基质为球形结构，粒度分布均匀， 高交联度( 5 5 ) ，对于分析分离，粒径在5 1 0 1 a m 之间；( 2 ) 良好的机械强度、能承受一定压 力；( 3 ) 有较好的化学稳定性，在酸、碱流动相等作用下不溶解、收缩或溶胀；( 4 ) 与溶质不发 生非特征性吸附、吸附和脱附动力学过程传质速率快；( 5 ) 固定相表面能量分布均匀，固定相基 质表明能通过键和、吸附、涂敷等方法提供多种功能基，并能完全掩盖原表面活性中心；( 6 ) 对 分离不起明显作用； 基质材料有无机和有机聚合物两大类： ( 一) 无机基质材料 硅胶、氧化铝和氧化镐等是离子色谱常用的无机基质材料，其中硅胶在填料家族的应用面占 8 0 左右。这是由于硅胶除了具有良好的机械强度、可控的孔结构和比表面积、较好的化学稳定 性和热稳定性以及专一的表面化学反应等优点外【2 ，还有一个突出的优点就是其表面含有丰富的 硅羟基，这是硅胶可以进行表面化学键合或改性的基础【2 2 1 。但硅胶也有其本身的缺点：碱性化合 物在同定相上拖尾严重，甚至产生不可逆吸附。在p h 值大于8 的流动相条件下，s i 0 2 会溶解， 4 宁夏人学硕 j 学位论文第一章引言 在p h 值小于2 时，键合相会逐渐水解。硅胶p h 值使用范围窄的缺点不能满足部分化合物尤其 是碱性物质分离的要求。 ( 二) 有机聚合物基质材料 同硅胶基质填料相比有机高分子类型填料具有以下特点【2 3 l ： ( 1 ) 基球可以广泛选择各种单体和交联剂来聚合，合成的聚合物表面容易进行化学改性，合 成的产品普遍有良好的色谱选择性； ( 2 ) 采用不同化学改性方法制备的不同分离模式的固定相柱容量不同，可选择性的分离不同 类型的物质； ( 3 ) 具有良好的化学稳定性，宽的p h 使用范围，高交联度树脂在有机溶剂中溶胀性小。柱 子有较长使用寿命和较好的再生能力； ( 4 ) 它们不易产生不可逆的非特异性吸附作用，特别对于生物大分子的分离有较好的生物兼 容性，能有效地保持样品的生物活性； ( 5 ) 对样品的负载能力强，有较高的色谱容量； 诸多优点，决定了有机高分子类型填料广阔的应用发展前景，尤其是对于分离纯化生化物质 所表现出的良好性能，已经越来越受到研究者和应用者的重视。 按有机高聚物组成的单体的不同，高分子填料可分为以下几类： 1 交联聚苯乙烯 在各种液相色谱技术中使用最广泛的树脂是交联聚苯乙烯一二乙烯苯共聚物( p s d v b ) 微 球。p s - d v b 微球刚性好，粒度小而均匀、孔径大小分布适宜，适用于作离子色谱填料的基质材 料【2 4 - 2 7 1 。其主要由三部分组成：使用功能基单体，通过控制基体的体积可控制树脂表面功能基的 电荷密度。在苯乙烯基一二乙烯基苯有机高聚物中所用的单体是苯乙烯：二是交联剂，交联度是 聚苯乙烯树脂的一个重要参数，交联度的大小决定树脂的孔结构，增加交联度树脂的孔隙度会降 低，树脂的耐压强度会随之增加，溶胀效应相应减小，通常使用的离子交换树脂的交联度在4 1 2 。三是功能基部分，它提供用于离子交换的活性位点【2 引。功能基可通过共价键、离子键等直 接键合到基体上。 2 交联聚丙烯酸酯 丙烯酸及其甲酯类等化合物与二乙烯苯或甲基丙烯酸乙二醇酯、三甲基丙烯酸三羟基甲基丙 烷酯等交联剂通过悬浮共聚反应，可得到性能良好的交联聚丙烯酸酯类树脂。这些树脂无论是疏 水性的还是亲水性的，基本上都可作色谱填料的基质材料，部分树脂也可直接用于色谱分离。由 捷克l a c h e m a 公司制备的s p h e o r n 系列凝胶，是基于甲基丙烯酸羟基乙酯和二甲基丙烯酸乙二醇 酯的交联共聚物微球 2 9 - 3 2 。此类凝胶具有良好的亲水性和颗粒刚性，并按其孔径大小而成系列。 以其作为高效的凝胶过滤色谱填料和以其作为基质材料而被衍生成的高效离子交换和高效亲和 色谱填料，均得到了广泛应用。与s p h e r o n 结构相类似的其他亲水性凝胶，如s h o d e xo h p a k 3 3 h i t a c h i g e l3 0 2 0 等产品，也同样得到广泛应用。由日本t o y o s d o a 公司生产的t s k g e li c p w 系列离子交换树脂是一种疏水性的多空聚甲基丙烯酸树脂，功能基为甲基二乙基胺，该离子交换 剂有很高的分离效纠3 卯。该系列凝胶的颗粒刚性好，粒度分布窄，按其孔径大小有多种型号产 品。它们无论作为填料还是基质材料，均有优异的性能，直接用于凝胶过滤色谱，可在水相体系 中分离多种水溶性高分子。 s 宁夏大学硕卜学位论文 第一章引言 颗粒单分散的多孔( 或非多孔) 型交联聚甲基丙烯酸环氧化丙酯微球，作为性能优异的活性基 质材料已有报道【3 1 , - 3 7 。这类树脂具有良好的化学反应性，在很温和的条件下，就能很方便地衍生 成适合于不同色谱使用的分离材料。活性高的环氧基可通过水解开环，变成亲水性树脂；可其与不 同类型的离子化试剂反应，制备不同类型的阴阳离子交换剂及鳌合树脂。将其与生物亲和配基反 应，就可制得相应的亲和树脂等。 3 其它类型的树脂 1 9 8 4 年，由i n t e r a c t i o nc h e m i c a l s 公司推出的i o n 1 0 0 和i o n 1 l o 阴离子交换剂为大网孔聚 乙烯基质【3 8 1 ，该柱的分离效率明显低t s k g e li c p w 柱。聚乙烯基质阳离子交换及i o n 2 0 0 可用 于无机和有机阳离子的分析，与p s - d v b 基质阳离子交换及相比，分离效率低。此外，多孔结构 的交联聚乙烯醇树脂，如a s h a i p d a g s 系列，t o y p o e a r l 系列，多孔型的交联聚丙烯胺类树酯，如 t d s a c y r l 等，都是性能良好的亲水性凝胶 3 9 - 4 3 1 。交联聚苯乙烯毗啶树脂，因其所含毗啶环呈弱碱 性，可直接用作弱阴离子交换填料：将树脂季胺化，可得到强阴离子交换填料。 然而，多数聚合物填料有其难以克服的弱点：一是在不同溶剂中的溶胀收缩差别很大，单 一进行梯度洗脱；二是有机高分子类型填料的颗粒刚性还普遍不如无机基质那样好，有待于进一 步研究解决。 1 5 3 阳离子交换柱填料 阳离子交换柱填料按表面功能基不同可分为两类：高交换容量阳离子交换树脂和低交换容 量阳离子交换树脂。 l 高交换容量阳离子交换树脂 高容量阳离子交换剂是将基球表面磺化而制成的。磺化的p s d v b 、聚甲基丙烯酸和硅胶型 阳离子交换树脂是最为常见的。这种强酸型阳离子固定相的缺点一是对h + 的选择性不高，使用 强的淋洗液洗脱二价阳离子时，一价离子往往被共洗脱，并且使检测方法复杂化。另一方面，高 容量树脂允许大的进样量，它们在现代离子色谱中有两个主要的应用：一个是在离子排斥色谱中 作固定相，其二是做阴离子分离的抑制柱填料。它们做离子排斥色谱固定相主要用于无机弱酸和 有机酸的分离，也可用于醇类、醛类、氨基酸和糖类的分离。已商品化的磺化硅胶t s k g e ls p 2 5 w 、 聚甲基丙烯酸树脂t s k g e lc m 2 5 w 和t s k g e lo a p a k a 亲水性较强，硅胶基质的阳离子交换剂适 合于芳香羧酸的分离，聚甲基丙烯酸树脂适合于脂肪酸的分离。 2 低交换容量阳离子交换树脂 自k o l l a 4 4 1 报道了第一个弱酸型阳离子交换剂后，近年来阳离子交换树脂得到了很大的改进 和发展。低容量阳离子交换树脂是在基球表面接枝弱酸型功能基( 羧酸基、羧酸基一膦酸基和羧酸 基膦酸基冠醚等t 4 5