（分析化学专业论文）电渗泵毫米整体柱电色谱联用测定食品防腐剂.pdf

摘要 摘要 电动流动分析系统是基于顺序注射分析、电动多通道分析、电渗泵驱动和整 体柱分离的新型流动全分析系统，它设备简单便携、功能多样，并且易于实现自 动化。论文的主要研究目标是拓宽电动流动全分析系统的分析功能和应用领域， 论文研究了一步法原位聚合制备毫米级c 8 一硅胶整体柱，探讨了石英砂填充原位 聚合c 8 反相电色谱硅胶整体柱的制备条件及其色谱分离行为，建立了电渗泵毫 米c s 硅胶整体柱电色谱联用分离对羟基苯甲酸酯类防腐剂的分析方法。 ( 1 ) 石英砂填充原位聚合c 8 反相色谱硅胶整体柱制备及分离 建立了用正硅酸四乙酯和辛基三乙氧基硅烷溶胶凝胶法一步原位聚合制备 c 8 反相硅胶整体柱的方法。考察了更低的h c l 浓度和水解时间对整体柱合成的 影响。最佳制备条件为：0 5m l 正硅酸四乙酯，0 4m l 辛基三乙氧基硅烷，0 6 m l 乙醇，0 1 0m l0 0 1 6m o l l 的h c i 搅拌混匀后，6 0 水解6h ；冷却到室温， 加入2 5m g 十二胺，6 0 聚合4 5h 。在此条件下制备的硅胶整体柱是相互交联 的网络状骨架结构并且机械强度大，结构表征和组分分析结果证实该柱满足色谱 分析的要求。在硅胶整体柱合成的基础上，通过填充1 0 0 1 2 0 岬细石英砂，避 免硅胶整体柱收缩，在内径2 0i r l n l 石英管内制备石英砂整体微柱。用含有4 0 甲醇( v ，v ) 的1 0m m o l l 的乙酸铵溶液为流动相，用整体色谱微柱成功分离了 对羟基苯甲酸甲酯、乙酯和丙酯三种酯类防腐剂。 ( 2 ) 石英砂填充原位聚合c 8 反相电色谱硅胶整体柱的制备及分离 为降低柱反压，实施电渗压力混合驱动电色谱流动相，制备低反压原位聚 合c 8 反相电色谱硅胶整体柱。最佳制备条件为：0 5m l 正硅酸四乙酯，o 4m l 辛基三乙氧基硅烷，0 6m l 乙醇，0 1 7 5m l0 0 1 6m o l l 的h c i ，1 5m gp e g 1 0 0 0 0 搅拌混匀后，6 0 水解6h 。水解后加入3 0 0r t l1 ：2 4 二乙胺乙醇溶液，通过添加 1 0 0 1 2 0i t m 细石英砂并采用高速离心法，在内径2 0i n n l 石英管内制备填石英砂 的硅胶整体微柱。用含有2 0 乙腈( v v ) 的1 0m m o l l 硼砂缓冲液( p h = 8 5 ) 为流动相，该整体色谱微柱成功分离了对羟基苯甲酸甲酯、乙酯和丙酯三种酯类 防腐剂。 关键词：电动流动分析，液相色谱，电色谱，硅胶整体柱，防腐剂 a b s t r a c t a b s t r a c t e l e c t r o k i n e t i cf l o wa n a l y s i s ( e f a ) s y s t e mi sb a s e do ns e q u e n t i a l i n j e c t i o n a n a l y s i s( s t a ) ， m u l t i c o m m u t a t i o n a n a l y s i s ， e l e c t r o o s m o t i c d e l i v e r y a n d c h r o m a t o g r a p h i cs e p a r a t i o n t h ee f as y s t e mp o s s e s s e si t sa d v a n t a g e so fs i m p l i c i t y , c o n v e n i e n c e ，m u l t i f u n c t i o na n dc o n t r o l l a b i l i t y t h em a i na i mo ft h i st h e s i si st o e x t e n di t sa n a l y t i c a lf u n c t i o na n da p p l i c a t i o n a2 0m n li d c s - s i l i c am o n o l i t h i c c o l u m nw a sp r e p a r e db yo n e s t e pp o l y m e r i z a t i o n t h ep r e p a r a t i o nc o n d i t i o n so ft h e r e v e r s e d - p h a s es i l i c am o n o l i t h i cm i c r o c o l u m nf i l l e dw i t hf i n eq u a r t zs a n da n di t s c h r o m a t o g r a p h i cs e p a r a t i o nb e h a v i o rw e r es t u d i e d i na d d i t i o n ，t h e p r e p a r e d m i c r o c o l u m nh a sb e e ne m p l o y e di nt h es e p a r a t i o no fp a r a b e n sb yr e v e r s e d - p h a s e c h r o m a t o g r a p h y a n d e l e c t r o c h r o m a t o g r a p h y( e c ) d e l i v e r e db y p r e s s u r e e l e c t r o o s m o s i sf l o ws u c c e s s f l l y 1 s i l i c am o n o l i t h i cc h r o m a t o g r a p h yc o l u m n sf u n c t i o n a l i z e dw i t ho c t y lg r o u p s w e r es y n t h e s i z e db yo n e s t e pp o l y m e r i z a t i o nf r o mt e t r a t h o x y a i l a n e ( t e o s ) a n d n - o c t y l t r i e t h o x s i l i a n e ( c s - t e o s ) h y d r o l y z e db ya c i da n dp o l y m e r i z e du n d e rb a s e c o n d i t i o n s t h ei n f l u e n c ef a c t o r si nt h es o l - g e lp r o c e d u r ew e r ei n v e s t i g a t e d ，s u c ha s a c i d i cc o n c e n t r a t i o na n dr e a c t i o nt i m e t h eo p t i m a lp r e p a r a t i o nc o n d i t i o n sa r el i s t e d a sf o l l o w s ：0 5m lt e o s ，0 4m l c s - t e o s ，0 6m le t h a n o l ，0 1 0m l0 0 1 6m o l l h c lw e r em i x e df o r1 m i n ，h y d r o l y z e da t6 0 0 cf o r6ha n dc o o l e dt or o o m t e m p e r a t u r e n d o d e c y l a m i n eo f2 5m gw a sa d d e di n t ot h es o l - g e ls o l u t i o n ，a n dt h e n t h em i x e ds o l u t i o nw a si n t r o d u c e di n t oap t f em o l d , a n dp o l y m e r i z e da t6 0 0 cf o r4 5 h t h em i c r o m o r p h o l o g ya n de l e m e n ta n a l y s i sr e s u l t so ft h em o n o l i t h i cc o l u m n v a l i d a t e dt h a tt h em i c r o c o l u m nc o u l db ee m p l o y e di nt h ec h r o m a t o g r a p h i cs e p a r a t i o n f o rt h ep r e p a r a t i o no ft h es i l i c am o n o l i t h i cc o l u m nm e n t i o n e d a b o v e ，t h e m i c r o c o l u m n sw e r ep r e p a r e di na2 0t o n ii d f u s e d - s i l i c at u b ef i l l e dw i t h10 0 - 12 0l x m q u a r t zs a n dt oa v o i dc o l u m ns h r i n k a g e t h r e ep a r a b e n sw e r es e p a r a t e do nb a s e l i n e u s i n gt h es i l i c am o n o l i t h i cm i c r o c o l u m n sw i t ham o b i l ep h a s eo f10m m o l l a m m o n i u ma c e t a t e ( p h = 8 5 ) c o n t a i n i n g4 0 ( v v ) m e t h a n 0 1 2 t or e d u c et h eb a c k - p r e s s u r eo ft h ec o l u m n ，ap r e s s u r e e l e c t r o o s m o s i s d e l i v e r y w a s a d o p t e d f o r t h e m o b i l e p h a s e i nt h e r e v e r s e d p h a s e i i i a b s t r a c t e l e c t r o c h r o m a t o g r a p h y t h ep r e p a r a t i o no fl o wb a c k p r e s s u r em o n o l i t h i cc o l u m nw a s i n v e s t i g a t e d t h eo p t i m a lp r e p a r a t i o nc o n d i t i o n sa r ea sf o l l o w s ：0 5m lt e o s ，0 4 m lc s - t e o s ，0 6m le t h a n o l ，0 1 7 5m l0 0 1 6m o l lh c ia n d1 5m gp e g - 1 0 0 0 0 w e r em i x e df o r1 m i n ，h y d r o l y z e da t6 0 。cf o r6h a f t e ra d d e d3 0 0p l1 ：2 4 d i e t h y l a m i n e e t h a n o ls o l u t i o na n d10 0 - 12 0p mq u a r t zs a n d ，a n dc e n t r i f u g a l i z ea t7 0 0 0 r p mf o r5m i n ，t h ec o l u m nw a sp o l y m e r i z e da t6 0 0 cf o r4 5h t h ep a r a b e n sw e r e s e p a r a t e do l lb a s e l i n eu s i n gt h er e v e r s e d - p h a s ee l e c t r o c h r o m a t o g r a p h i cm i c r o c o l u m n s w i t ht h em o b i l ep h a s eo f1 0m m o l lb o r a x ( p h = 8 5 ) c o n t a i n i n g2 0 ( v v ) m e t h a n 0 1 k e yw o r d s ：e l e c t r o k i n e t i cf l o wa n a l y s i s ，l i q u i dc h r o m a t o g r a p h y , e l e c t r o p h o r e s i s ， s i l i c am o n o l i t h i cc o l u m n ，p r e s e r v a t i v e s i v 缩略语 c e c e c e f a e o f e p f i a g c h p l c l p m e m a e m e k c 色谱) m e e k c m m s p e e k p e g p p p t f e s f e s i a s p m e t e o s u v 缩略语 c a p i l l a r ye l e c t r o p h o r e s i s ( 毛细管电泳) c a p i l l a r ye l e c t r o c h o r m a t o g r a p h y ( 毛细管电色谱) e l e c t r o k i n e t i cf l o wa n a l y s i s ( 电动流动分析) e l e c t r o o s m o s i sf l o w ( 电渗流) e t h y l p h y d r o x y b e n z o a t e ( 对羟基苯甲酸乙酯) f l o wi n j e c t i o na n a l y s i s ( 流动注射分析) g a sc h r o m a t o g r a p h y ( 气相色谱) h i g hp e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y ( 高效液相色谱) l i q u i dp h a s em i c r o e x t r a c t i o n ( 液相微萃取) m i c r o w a v e a s s i s t e de x t r a c t i o n ( 微波辅助萃取) m i c e l l a re l e c t r o k i n e t i cc a p i l l a r yc h r o m a t o g r a p h y ( 胶束电动毛细管 m i c r o e m u l s i o ne l e c t r o k i n e t i cc h r o m a t o g r a p h y ( 微乳滴电动色谱) m e t h y l - p - h y d r o x y b e n z o a t e ( 对羟基苯甲酸甲酯) m a s sc h r o m a t o g r a p h y ( 质谱) p o l y e t h e r e t h e r k e t o n e ( 聚醚醚酮) p o l y e t h y l e n eg l y c o l ( 聚乙二醇) p r o p y l - 4 - h y d r o x y b e n z o a t e ( 对羟基苯甲酸丙酯) p o l y t e t r a f l u o r o e t h e n e ( 聚四氟乙烯) s u p e r c r i t i c a lf l u i de x t r a c t i o n ( 超临界流体萃取) s e q u e n t i a li n j e c t i o na n a l y s i s ( 顺序注射) s o l i dp h a s em i c r o e x t r a c t i o n ( 固相微萃取) t e t r a t h o x y a i l a n e ( 四乙氧基硅烷) u l t r a v i o l e t ( 紫外) 中国科学技术大学学位论文原创性声明 本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成 果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写 过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确 的说明。 作者签名：高基 中国科学技术大学学位论文授权使用声明 作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥 有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交 论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人 提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 d 公开口保密( 年) 作者签名：虽墨 签字日期：丝曼2 鱼! f ! 导师签名：细型堡 签字日期坐攀 第1 章综述 1 1 电动流动全分析系统 第一章综述 1 1 1 电动流动全分析系统的技术基础 1 1 1 1 流动注射分析 1 9 7 5 年r u z i c k a 与h a n s e n 1 】提出并迅速发展起来的流动注射分析技术 ( f l o wi n j e c t i o na n a l y s i s ，f i a ) 是一种溶液自动在线处理及测定的现代分析技术。 它具有分析速度快、设备和操作简单、节省试剂及适用范围广等一系列优点，在 农业、工业、环境监测及临床检验等领域得到广泛应用。 1 1 1 2 顺序注射分析 1 9 9 0 年r u z i c k a 和m a r s h a l l 2 提出顺序注射分析( s e q u e n t i a li n j e c t i o n a n a l y s i s ， s 队) 。s i a 作为流动分析的一个分支是种简化的单通道流动注射分析系统，核心 部件是一个多通道选择阀，这个阀的各个通道位置分别与检测器、样品和试剂等 通道相连，公共通道与一个可以抽吸和推动液体的注射泵相通。通过泵的作用， 顺序地从不同的通道吸入一定体积的样品和试剂区带至泵与阀之间的储存管中， 然后将这些溶液区带推至检测器。在这一过程中，样品和试剂区带在管道中由于 往复驱动产生径向和轴向分散作用而相互渗透，引起试剂与样品带的重叠和混合， 试剂和样品发生化学反应，形成可检测的反应产物，从而在检测器中得到与正常 f i a 分析中类似的峰型信号。 r u z i c k a 和m a r s h a l l 用随机行走模型对s i a 进行描述和分析后认为，反应组 分的有效混合并不一定像f i a 那样要求各组分在系统中必须流过一段长管道， 以避免引起较大的分散，降低分析的灵敏度。样品和试剂区带通过倒转流向往复 运动可以得到充分的混合，从而使载流的体积远小于由系统几何构型决定的单方 向流动的体积。混合程度和反应时间都可方便地通过控制流动反向的次数与频率 达到。这是s i a 通过流向的倒转完成可控混合的理论基础。由于系统部件简单， s i a 便于用计算机程序控制，并且同一装置不需要改变流路设置即可完成不同的 分析任务，这一点使得s i a 特别适用于过程分析和复杂的分析操作 3 5 】。 1 1 1 3 多通道切换分析 通道切换( c o m m u t a t i o n ) 可以被定义为：一种状态向另一种状态的过渡、 第l 章综述 交换、互换和代替的行为。切换通常指通过工作电压的通断，改变液流的流动方 向。这个概念体现在实物上面就是通道切换器件，通常使用切换阀，它们的功能 是完成流路切换操作。多通道切换分析( m u l t i c o m m u t a t i o na n a l y s i s ，m a ) 系统通 常是由一系列独立的切换阀组成的，具有若干个可独立控制的进口和出口的流动 分析系统。 电磁切换阀是目前多通道切换系统通常使用的切换器件。电磁切换阀作为通 道切换器，其状态o f f 和o n 的改变可以由计算机控制。在这样的分析系统中， 每一个电磁切换阀都是一个独立的、具有双稳态的切换器件，能根据系统的分析 功能选择电磁切换阀的位置和数目。如果系统有n 个电磁切换阀，则系统总的切 换状态有2 n 。通过通道切换器件的组合和控制软件的编写，此流动分析系统在应 用中不仅具有流动注射分析通常的简便、灵活、适应面广、多分析功能和易自动 控制的优点，还具有重现性高、试剂损耗少的特点。这种新型的多通道切换分析 1 9 9 5 年由巴西r e i s 和z a g a a o 课题组创立 6 】，现已发展成为一种有力的分析化 学技术。 多通道切换分析系统是从流动注射分析中发展起来的，本质上就是流动注射 分析，但是它绝对不是对f i a 的简单替代。在这种由各个独立的电磁切换阀组 合起来的分析系统中，每个电磁切换阀都是独立的，并且这样的一个系统完全由 计算机控制，大大地扩大流动分析系统的功能。 1 1 2 电动流动全分析系统的基本原理及特点 电动流动全分析系统( e l e c t r o k i n e t i ca n a l y s i ss y s t e m ，e f a ) 【7 是基于电动作 用的模块化全分析系统，它将电动作用应用于流动注射分析。e f a 采用多孔砂芯 电渗泵作为液流输运设备，在较小的工作电压下，可以得到足够的流量及输出压 强，完全满足常规分析试验的要求。它是一种便携式分析系统，能满足现场和实 时分析要求。 作为一种模块化的新型流动分析系统，和传统流动注射技术相比，电动流动 分析系统具有以下特点： 1 ) 仪器设备简单。电动流动分析系统包括电动流动分析单元，光纤光谱检 测单元，控制和记录单元( 笔记本电脑) 以及高低压电源单元。 2 ) 液流稳定，无脉动。用电渗泵代替传统流动分析中使用的蠕动泵等机械 泵，用电磁切换阀代替注射阀和选择阀。由于采用电渗驱动，泵流量范围大而且 调节方便，操作简单。相对于机械驱动的蠕动泵，电渗驱动液流平稳，即使在流 量很低的情况下也没有液流脉动，这大大提高分析的准确度和重现性。 3 ) 自动化程度高。在便携式电动流动分析系统中，电渗泵流量和驱动方向 2 第1 章综述 的控制、电磁阀的切换、实验数据采集和处理均由计算机通过自编c 语言程序 控制。 4 ) 分析功能多样。电动流动分析系统除可以完成溶液前处理，包括进样、 分析反应、富集和稀释等多种传统的流动注射分析功能外，还可实现微柱色谱、 微柱电色谱和微柱电泳等在线分离检测操作。 5 ) 应用范围广。电动流动分析系统适合样品量大、浓度低的样品分析。可 与微全分析系统优势互补，可用于制备色谱。 基本的f i a 系统由以下部分组成： 1 ) 载流驱动系统：最常用的为蠕动泵，载流为用来载送试样的流动液体。 2 ) 注样器或注样阀：用于向流动的载流溶液中注入一定体积的试样。 3 ) 反应器：由细管道构成的盘管或编织管，进行分析物和试剂的分析反应。 4 ) 流通式检测器：用于定量检测在反应器中形成的反应产物。 5 ) 信号读出装置：即计算机数据采集、处理、显示和记录部分。 当注样阀中的一定体积的试样和试剂注入一定流速连续流动的载流中，在流 经反应器时在一定程度上相互混合，反应产物在流通式检测器得到检测信号，记 录仪读出其峰形信号。 1 1 3 电渗泵输液系统 载流驱动系统是f i a 实验装置中的重要部分，相当于f i a 系统的心脏，其 功能是将试剂和样品溶液输送到分析检测仪器中。对于f i a 系统，要求其流量 稳定、重现、无脉冲和易调节。还要求多通道液体输送、运行成本低和试剂消耗 小等。当前最常用的载流驱动装置为蠕动泵( p e r i s t a l t i cp u m p ) 、柱塞泵( p i s t o n p u m p ) 或注射泵( s y r i n g ep u m p ) 。 蠕动泵是f i a 系统中应用最广泛的通过载流驱动样品和试剂的装置。大多 数f i a 系统采用蠕动泵作为流体驱动泵，其功能是提供若干通道较稳定并且具 有确定流量的液流，其流速可以通过泵管的内径和泵转速进行调节。蠕动泵的主 要缺点是：( _ ) 泵管的耐磨性、抗有机试剂和耐强酸强碱和能力有限；流量的长 期稳定性较差；液流脉动更是蠕动泵公认的主要缺点。 在f i a 中使用的柱塞泵与在高效液相色谱( h p l c ) 中使用的柱塞泵类似， 但是工作压力比h p l c 中的低。与蠕动泵相比，柱塞泵尤其适用于流速精度要求 较高的场合( 如在线分离富集和梯度技术等) 。其优点为【8 】：无论短期还是长 期的流量稳定性都很好；能克服某些f i a 体系在液体流动过程中产生的阻力 而不影响流速的稳定性；抗有机溶剂性能好，适用于使用有机试剂的在线分离 与富集系统；维持费用低。柱塞泵的主要缺点是：可利用的通道数目少( 通 常只有单通道) ；当柱塞泵与原子光谱等装有气动雾化器的检测器联用时，不 第1 章综述 能与吸取溶液的入口直接配合。 r u z i c k a 等提出并设计了正旋流注射泵【9 ，在一些应用中代替蠕动泵取得了 较好效果。注射泵的主要优点为：流量范围宽，输送液流高度重现无脉动，运 行稳定性好；耐碱酸和有机溶剂能力强；流速基本不受流动系统中阻力变化 的影响。注射泵的缺点，也是限制其广泛应用的原因：( 一) 由于需要有吸入载流的 步骤，一般会降低采样频率；可利用的通道数少，流量受注射管数制约；用 于带有气动雾化器的原子光谱检测器时，流量的重现性有可能降低。 自j o r g e n s o n 首先使用毛细管电泳( c e ) 1 0 获得高分离效率以来，这一技 术得到迅速发展。它的显著特点是电渗流( e l e c t r o o s m o t i cf l o w , e o f ) 的作用 1 1 。 在c e 中，电渗流起着“平流泵”的作用，推动样品区带移动，缩短分析时间， 同时不引起样品区带的额外展宽。c e 的快速、高效在很大程度上得益于电渗流 的存在。 石英毛细管内壁由于s i o h 基团上矿电离而带负电荷。这些负电荷吸引缓 冲溶液中的正离子、较大分子和较大极化负离子，在毛细管内壁和缓冲溶液间形 成界面双电层。由于静电引力和极化作用，一部分正负离子和大分子紧靠毛细管 内壁，形成吸附层；其外部的反离子( 即正离子) 呈分散分布，形成扩散层。在 毛细管两端施加外加电场后，扩散层内的溶剂化反离子偕同周围的溶剂分子向阴 极迁移。由于液体粘滞摩擦力的存在，整个液相都会向阴极移动，形成电渗流。 以电场力驱动产生的电渗流，与高效液相色谱( h i i g hp e r f o r m a n c el i q u i d c h r o m a t o g r a p h y , h p l c ) 中靠外部泵压产生的压力流不同，e o f 的流型属于扁平 流型，或称为“塞型流”。h p l c 的流型则是抛物面层流，它在通道壁上的速度 为零，中心流速为平均速度的两倍。扁平流型不会引起样品区带的增宽。 我们课题组 1 2 1 9 在1 9 9 7 年以电渗理论和实验数据为依据发明了一种多孔 玻璃芯电渗泵。该泵具有流量范围大、流量稳、无脉动、泵效高、易控制、结构 简单、驱动电压和输出压强适中等优点。 电渗泵由泵腔( p u m pc h a m b e r ) 、多孔砂芯( p o r o u sc o r e ) 、两个电极腔和两 个电极组成。泵腔由具有较好电绝缘性能和化学稳定性的聚四氟乙烯等聚合物材 料制成，腔内充满浓度为0 5m m o l l 六亚甲基四胺电渗泵载流溶液。腔的左右 两侧分别设有一个通道，作为电渗泵驱动载流的进和出口。多孔砂芯柱由5 号硼 玻璃粉烧结而成，外加工作电压通过分别插入两个电极腔的电极( 直径o 3r a i n 铂丝) 作用于浸泡于电渗载流的砂芯柱上，产生e o f 而推动载流流动。电极腔 壁下端均匀钻有小孔，腔内壁附有醋酸纤维素微孔滤膜，避免载流电解产生的气 泡随e o f 流入电渗砂芯中。电极腔可存储电解产生的气体，而且可以降低电解 造成的载流溶液p h 变化对流速的影响。电渗泵的驱动方向可以通过改变外加电 4 第l 章综述 压的极性来控制，电渗泵流速可通过改变外加电压的大小来调节。 1 2 微柱电色谱分析系统 1 2 1 毛细管电色谱概况 毛细管电色谱( c a p i l l a r ye l e c t r o c h r o m a t o g r a p h y , c e c ) 2 0 是在毛细管中填 充或在毛细管壁涂敷、键合色谱固定相，依靠e o f 作为流动相的驱动力，根据 中性分子和带电离子色谱固定相和流动相间分配系数的不同和电泳淌度的差异 而实现分离的一种高效分离模式。 它具有高选择性、柱效高、分析速度快以及溶剂和样品用量少的优点，在生 物样品分析、药物分析、和食品分析等多个领域得到了人们的青睐。然而它的缺 点是：由于使用毛细管，其在柱紫外可见检测中检测光程极短，影响了检测灵 敏度，因而c e c 要求样品的浓度一般较大，这不利于低浓度环境样品分析。 1 2 2 液相色谱整体柱和有机聚合物整体柱 自液相色谱技术创立以来，色谱填充材料经历了4 个发展阶段 2 1 ，包括从 形状不规则的填充颗粒到球形颗粒填料、从大的颗粒到小的填充颗粒、从不纯的 填充材料到高纯的球形硅胶颗粒以及目前整体柱的使用，一直在向提高柱效和实 现快速分离的方向发展。传统的液相色谱柱存在种种限制【2 2 ，2 3 ，人们为了提高 颗粒型填充柱的柱效而使用越来越小的粒径并发展高度均匀甚至粒径单分散的 球形填料，但是粒径的减小将导致柱子孔隙率下降、渗透性降低，柱反压却急剧 上升。因此，综合柱效和分离速度两方面因素，较为折中的5p m 填料被广泛使 用。换句话讲，传统的高效液相色谱填充柱很难同时实现样品既高效又快速的分 离。 根据整体柱制备时选用单体的不同聚合物整体柱可分为聚丙烯酰胺类、聚苯 乙烯类和聚甲基丙烯酸酯类整体柱。其制备过程通常为：将单体和致孔剂等混合 物注入到空管中，经过热引发或光引发，混合物在管内聚合，然后采用合适的溶 剂除去致孔剂和柱内残余的单体。有机聚合物整体柱的一个明显缺点是在某些有 机溶剂中易发生溶胀或收缩，导致孔结构的不可逆变化甚至结构的坍塌，减低整 体柱的渗透性，最终影响到柱效和分离结果。 第l 章综述 1 2 3 硅胶整体柱 与聚合物整体柱相比，硅胶整体柱机械强度理想，结构不受有机溶剂影响， 在孔结构控制方面有一定优势。 1 9 9 2 年，n a k a n i s h i 和t a n a k a 等 2 4 2 6 详细讨论了溶胶凝胶反应过程的相 分离机理；奠定了硅胶整体柱制备和发展的基础。t a n a k a 等 2 7 在1 9 9 6 年首次 报道了用于h p l c 的硅胶整体柱的制备。烷氧基硅烷( 四甲氧基或四乙氧基硅烷) 在酸催化下发生水解，水解产物在碱性条件下缩聚，形成相互交联的三维网状硅 胶结构，这种结构具有高比表面积、高孔隙率和较好的机械强度，并且硅胶本身 耐有机溶剂性能很好。 陈化的湿凝胶经碱性溶液交换处理，凝胶中的d q l 绝大部分被转变为中孔。 最后经过干燥和灼烧，形成硅胶整体柱的柱床。这样制备的硅胶床被聚四氟乙烯 管包覆( c l a d d i n g ) ，装到聚醚醚酮材料的h p l c 柱管中，再经化学键合色谱固 定基团，即可用于h p l c 的分离分析。 在溶胶凝胶反应过程中，由于毛细管内壁的硅羟基同时参与了水解缩聚过 程，因而毛细管内壁与硅胶整体柱形成一个有机整体，这样就省去了h p l c 硅胶 整体柱制备中相对困难的包覆步骤。2 0 0 0 年，t a n a k a 等 2 8 】采用上述方法制备 了用于液相色谱和毛细管电色谱分离的硅胶整体柱。 对溶胶凝胶聚合反应过程产生影响的条件有反应物浓度、反应温度、催化 剂以及成孔剂等。其中，相分离试剂聚乙二醇( p e g ) 对通孔介孔的尺寸大小非 常重要。一般而言，可通过调节p e g s i l i c a 的比例来控制硅胶骨架尺寸，而整体 柱的孔体积则由初始反应体系中溶剂相的比例决定 2 9 。 与有机整体柱不同，硅胶整体柱的中孔结构可以进行独立调控。在一定温度 下，经氨水腐蚀，可以有效实现小孔向中孔的转化。中孔的尺寸和范围可通过氨 水的浓度和反应温度来控制 3 0 。 硅胶整体柱是无机基质的整体柱，具有良好的机械强度和化学稳定性。同硅 胶填料一样，其表面的硅羟基具有较高的反应活性，易于键合多种的色谱固定相。 另外，硅胶整体柱的一个显著特点在于可调控通孔和骨架大小，因而具有高渗透 性和高比表面积的特点。 f i e l d sf 3 1 利用硅酸钾溶液水解在毛细管内形成网状结构是另一种硅胶整体 柱合成的初步尝试，可惜的是，此方法未见后续报道。 我们课题组【3 2 报道了一种在毫米内径的石英管中制备硅胶整体柱的方法， 以硅酸钾和甲酰胺为反应物，搅拌均匀后加入到填充石英砂的毫米内径石英管中， 加热、聚合、清洗。将所得到的整体柱用于样品的正相电色谱分离，取得了较好 的分离效率，这种分离模式克服了毛细管电色谱柱容小和检测灵敏度低的局限性， 6 第1 章综述 可以作为毛细管电色谱技术的补充。 课题组 3 3 ，3 4 还以正硅酸四乙酯、聚乙二醇、盐酸为初始反应物，在毫米内 径的石英管中制备了一种填充石英砂硅胶整体柱，固定相涂层后，该整体柱被用 于芳香烃类化合物的电色谱分离和测定，取得了较好的结果。 以上讨论的硅胶整体柱都是多孔的硅胶聚合物柱床，只能用于正相色谱分离。 这种硅胶聚合物一般还需进一步键合反相色谱基团才能用于反相色谱分离，这使 制柱过程更加复杂。为了简化制备过程，m a l i k 3 5 等制备了有机无机杂化的硅 胶整体柱。四甲氧基硅烷和n o c t a d e c y l d i m e t h y l 3 一( t r i m e t h o x y s i l y l ) p r o p y l l a m m o u n i c u mc h l o r i d e 在三氟乙酸的催化下水解缩聚，在毛细管内形成多孔的硅 胶整体柱结构。由于含有色谱固定相基团的硅烷化试剂直接参与溶胶凝胶反应 过程，因而能够制得直接用于色谱分离的硅胶整体柱。 s t e p h a n e 等 3 6 】原位合成c 8 键合硅胶整体柱，无需键合步骤。考察了催化剂、 水用量、p h 值还有其它添加剂对孔结构和整体柱制备的影响。y a h 等 3 7 3 9 1 以 表面活性剂为模板分别制备了苯基、胺丙基以及c 8 杂化的硅胶整体柱。d i n g 4 0 】 等原位合成反相和弱阴离子复合固定相硅胶整体柱用于毛细管电色谱分离。 1 3 防腐剂研究背景 自古到今，人类的生活就离不开食品和化妆品。由于食品和化妆品本身就含 有或是添加了各种各样的添加剂。为了使食品和化妆品在保质期内( 即在消费者 使用期内) 不发生微生物污染，各种食品和化妆品必然要添加一定的防腐剂 4 1 ， 4 2 。 1 3 1 防腐剂的概况 防腐剂是具有杀死微生物或抑制其增殖作用的物质，按作用可分为杀菌剂和 抑菌剂两类。杀菌剂具有杀死微生物的作用，而抑菌剂能抑制微生物生长繁殖。 但有时两者常因浓度高低、作用时间长短和微生物种类等不同而很难区分，所以 杀菌剂和抑菌剂并无绝对界限。 防腐剂一般分为酸型防腐剂、酯型防腐剂、无机防腐剂和生物防腐剂四类 4 3 】。酸型防腐剂是目前用量大使用广的一类防腐剂，主要包括苯甲酸、山梨酸 和丙酸及其盐类。酯型防腐剂是指对羟基苯甲酸酯类( 甲、乙、丙、丁等酯) 。 无机防腐剂主要包括亚硫酸及其盐类、亚硝酸盐类以及二氧化碳等。生物防腐剂 是以乳酸链球菌和纳它霉素为代表。目前使用最多的仍然是前三类化学合成防腐 剂。 7 第1 章综述 1 3 1 1 防腐剂的特点及一般要求 使用防腐剂最重要的一点是其安全性，然后才是其功效，据此，对防腐剂及 其使用的一般要求如下： 1 ) 应具有充分的毒理学鉴定程序，证明在使用限量范围内对人体无害。 2 ) 应具有显著的杀菌或抑菌作用，应尽可能具有破坏病原性微生物的作用。 3 ) 食品防腐剂进入人体后，不应阻碍胃肠道酶的作用，也不应影响有益的 肠道正常菌群活动。 4 ) 防腐剂的使用范围和最大允许使用量应严格执行相应的质量卫生标准， 未列入使用范围的坚决不能用。 5 ) 效力高、用量低，成本低，而且使用方便安全，易于贮存、运输和处理。 目前常用的防腐剂都是合成类防腐剂，如苯甲酸及其盐类、山梨酸及其盐类， 对羟基苯甲酸酯类等，能否使用，使用范围和最大允许使用量，各国都有严格法 规和标准，以保证其正常使用。食品和化装品安全问题涉及广大消费者的健康， 还涉及相关企业的经济效益和市场空间，关系到整个行业的发展 4 4 。 1 3 1 2 过量使用防腐剂的危害 苯甲酸可与人体内的氨基乙酸结合生成马尿酸而随尿液排出体外。如过量摄 入苯甲酸和苯甲酸钠，将会影响肝脏酶对脂肪酸的作用，其次苯甲酸钠中过量的 钠对人体血压、心脏、肾功能也会产生影响【4 5 】。另外，还会出现代谢性酸中毒、 惊厥和气喘等病症e 4 6 5 2 。在体外放射性测定中还发现苯甲酸及其钠盐叠加中毒 现象的报道 5 3 。在使用上虽仍为各国允许使用，但应用范围愈来愈窄。山梨酸 具有较低的毒性，是迄今为止国际公认的最好的防腐剂，已经成为了西方发达国 家的主流防腐剂 5 4 】。但事实上，现在己经报道了许多案例( 荨麻疹和假过敏) 说 明人体中过多的山梨酸所带来的危害 5 0 ，5 3 ，5 6 ，5 7 。对羟基苯甲酸酯类( 包括对 羟基苯甲酸甲酯、乙酯、丙酯和丁酯等，又称对羟基苯甲酸酯) 是国际公认的三 大广谱高效防腐剂之一，作为防腐剂已经使用了超过7 0 年 5 4 1 。对羟基苯甲酸 甲酯由于毒性比其他的酯类要大，故很少作为食品防腐剂使用，但可以与对羟基 苯甲酸丙酯放到一起使用，因为它们之间具有协同效应 5 5 】，我国尚无正式规定 如何使用对羟基苯甲酸丁酯，卫生部门曾暂定在酱油中使用对羟基苯甲酸乙酯的 最大使用量为0 1 9 k g 5 6 】。 1 3 2 防腐剂的常见检测方法 在添加剂工业中，防腐剂不能影响人体正常的生理功能。一般说来，在正常 规定的使用范围内使用食品防腐剂对人体没有毒害或毒性极小。因此，防腐剂的 第1 章综述 定性与定量的检测在食品安全领域显得非常重要的。 目前，测定防腐剂的方法主要有：薄层色谱法、高效液相色谱法、毛细管电 泳法和气相气谱法等。随着越来越多的食品工业、药物配方和化妆品里混合使用 防腐剂，只单一的检测某一种防腐剂己经满足不了各行业的要求，因此能够同时 测定多种防腐剂的方法就会显得尤为重要。 m t h o m a s s i n 等人曾经采用高效薄层色谱法和高效液相色谱法 5 7 】对对羟基 苯甲酸酯类作过检测，实验发现高效薄层色谱法的相对标准偏差要大于高效液相 色谱法，但是高效薄层色谱法对于对羟基苯甲酸酯类的检测更为快速。流动相为 甲醇水( 6 0 ：4 0 ，v v ) h m p y l y p i wj r 等人使用高效液相色谱 5 8 】同时测定食品里的苯甲酸钠和 山梨酸钾。苯甲酸钠和山梨酸钾的紫外检测波长分别为2 2 5n m 和2 5 5n n l 。用体 积比10 ：l 乙腈醋酸铵缓冲溶液来稀释液体样本。 if e r r e i r a 等人用高效液相色谱 5 9 】使用甲醇一醋酸( p h = 4 4 ) 缓冲体系测定 果酱里的苯甲酸和山梨酸，回收率达到9 5 1 0 4 ，苯甲酸和山梨酸的检出限分 别是2 5m g l ( g 和6 2 5m g & g 。 s a vt f o u n i 和m c et o l e d o 使用高效液相色谱 6 0 对巴西国内市场上销售 的饮料、果汁、人造奶油和奶酪作了抽查检测，检测发现大多数食品里苯甲酸和 山梨酸的含量都没有超过8 0 4m g 瓜g 和1 3 7 1m g l ( g ，只有一种防腐剂的含量超过 了巴西法律规定的标准。流动相为2 0 0 0 5m o l l 乙酸铵( p h - - 4 2 ) 1 7 乙腈8 1 水缓冲体系。 b s a a d 和m f b a r i 等人使用高效液相色谱法 6 1 i - d 时检测食品中的苯甲酸、 山梨酸、对羟基苯甲酸甲酯和对羟基苯甲酸丙酯，用甲醇一醋酸缓冲液( p h = 4 4 ) 来洗提目标物，检测波长为2 5 4n l