（分析化学专业论文）新型hplc柱填料的设计、制备与性能评价.pdf

固定相和对一 叔丁基一 杯 4 芳烃键合硅胶固定相与其它固定相在保留 机理上有 很大不同，控制溶质保留的两个主要因素是过剩摩尔折光率和氢键给体酸 性。r 系数值较大说明兀 一兀 作用对溶质的保留贡献较为明显，说明这两种新 固 定 相 对 高 极 化 率 溶 质 如 稠 环 芳 烃 具 有 较 高 的 选 择 性 。 卜才一 。首 次 以 钦 酸 丁 酉 旨 为 原 料 ， ， 。 用 聚 合 诱 导 胶 体 凝 聚 法 (p o ly m e riz a tio n -in d u c e d c o l l o i d a g g r e g a t i o n , p i c a ) ， 合成7 可供高效液相色谱 ( h p l c ) 使用的窄孔 径 和 粒 径 分 布 的 微 米 级 中 孔 钦 球 。 嘎 终 制 备 出 平 均 粒 径 为 3 . 5 u m ， 平 均 孔 径为 1 8 . 9 n m，比表面积为9 .6 m/的h p l c二氧化钦填料。 十 一.v - 一/ 了 . 首 次 分 别 合 成了1 一 八 碳烯 和 卜 十 八 碳 烯与乙 基苯乙 烯交 联聚 合 包 覆的 二 氧 化钦固定相，评价了它们的反相色谱性能，考查了二 一 二 作用对溶质保留的 贡献，并用这两种填料分离了稠环芳烃、烷基苯、二苯胺、卤代苯以及西 药 中 的 辛 伐 他 汀 和 洛 伐 他 汀 。 限验 证 明 这 种 交 联 聚 合 包 覆 固 定 相 对 有 机 流 动 相 和 碱 都 具 有 高 稳 定 性 犷 一 r- 关 键 词 : 高 效 液 相 色vit , 反 相 液 相 色 谱 丫 正 相 色 谱 瘫腻钦 胶 丫 二 茂 铁 键 合 硅胶固定相， 对一 叔丁基一 杯 4 芳烃键合硅胶固定相， 交联聚合包覆固定 、 目 ， 二 一 二 作 用 丫 疏 水 作 用 ， 主 一客 体 作 用 ， 线 性 溶 剂 化 能 相 戴l s e r s ) , 聚 合 诱 导 胶 体 凝 聚 扩( p i c a ) . 注确 以曰 卜 搬 娜枷 朴 杏 ， 厂 abs t ract h i g h p e r f o r m a n c e l i q u i d c h r o m a t o g r a p h y i s o n e o f t h e m o s t w i d e l y u s e d m e t h o d s f o r s e p a r a t i o n a n d a n a l y s i s i n t h e m o d e m s c i e n c e a n d i n d u s t r y , w h i c h o w n s h i g h e f f i c i e n c y a n d s e l e c t i v i t y . s t u d y n e w t y p e o f c o l u m n p a c k i n g m a t e r i a l s a n d r e v e a l t h e i r m e c h a n i s m s o f s e p a r a t i o n a r e t h e r e s e a r c h c o r e in t h e r e c e n t h p l c s t u d y . t h e r e s e a r c h w o r k o f t h i s p a p e r i n v o l v e d t w o ty p e s o f s i l i c a a n d t i t a n i a b a s e d s t a t i o n a r y p h a s e . t h e f o l lo w in g a r e t h e m a i n c o n t r i b u t i o n s a n d r e s u l t s o f t h i s p a p e r : . f e r r o c e n e - b o n d e d s i l i c a p h as e f o r r e v e r s e d - p h as e h p l c w a s p r e p a r e d a n d c h a r a c t e r i z e d . t h e r 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 i c b e h a v i o r , s e p a r a t i o n a b i l i t y a n d r e t e n t i o n m e c h a n i s m o f t h e n e w t y p e s t a t i o n a ry p h as e w e r e s t u d i e d . t h e r e t e n t i o n m e c h a n i s m o f s o l u t e s i n v o l v e d n o t o n l y s t r o n g h y d r o p h o b i c i n t e r a c t i o n , b u t a l s o s t r o n g n 一 : i n t e r a c t i o n . s o i t w as p r o v e d勿 e x p e r i m e n t t h a t t h e p h a s e e n a b l e s e ff e c t i v e s e p a r a t i o n o f c o m p o u n d s w i t h a b e n z e n e r i n g . t h e p - t e rt - b u t y l - c a l i x 4 a r e n e - b o n d e d s i l i c a s t a t i o n a r y p h as e f o r h p l c w a s p r e p a r e d t h r o g h a n e w r o u t e w a y . t h e c h r o m a t o g r a p h i c p e r f o r m a n c e o f t h e n e w p a c k i n g m a t e r i a l w as e v a l u a t e d . t h e in v e s t i g a t i o n s s h o w e d t h a t s t r o n g h y d r o p h o b i c i n t e r a c t i o n a n d n 一 a i n t e r a c t i o n b e t w e e n t h e s t a t i o n a ry p h a s e a n d s o l u t e s a r e e x i s t e d . b a s e l i n e - s e p a r a t i o n s o f a l k y l b e n z e n e s , h a l o b e n z e n s a n d n i t r o b e n z e n , p o l y a r o m a t i c h y d r o c a r b o n s a n d e v e n b as i c c o m p o u d s w e r e a c h i e v e d . i n a d d it i o n , f i v e g r o u p s o f i s o m e r s w e r e a l s o s e p a r a t e d , w h i c h i n d i c a t e d t h e h o s t - g u e s t i n t e r a c t i o n b e t w e e n t h e p h ase a n d s o l u t e s . . c o m p a r e d w i t h k r o m as i l - c , 8 - s 0 2 , a h i g h q u a l i ty c o m m e r c i a l c o l u m n , i t w a s f o u n d t h a t p - t e rt - b u ty l - c a l i x 4 a r e n e - b o n d e d s i l i c a s t a t i o n a ry p h ase s h o w s e x c e l l e n t s e l e c t i v i t y t o a l k y l b e n z e n e s . . t h e s e p a r a t i o n o f b as i c c o m p o u n d s o n b o t h p - t e r t- b u t y l - c a l i x 4 a re n e - b o n d e d s i l i c a s t a t i o n a r y p h as e a n d f e r r o c e n e - b o n d e d s i l i c a p h as e i n d i c a t e d t h a t t h e la r g e m o l e c u l e s b o n d e d t o s i l i c a g e l h a v e s h i e l d i n g e ff e c t t o t h e r e s i d u a l s i l a n o l s . .t h e - l ml l a r i t i e s a n d d i ff e r e n c e s i n r e t e n t i o n c h a r a c t e ri s t i c s o f f e r r o c e n e - b o n d e d s i l i c a s t a t i o n a ry p h as e a n d p - t e rt - b u ty l - c a l i x 4 a r e n e - b o n d e d s i l i c a s t a t i o n a ry p h as e a n d o t h e r s i l i c a - b as e d p h as e s w e r e e l u c i d a t e d r e s p e c t i v e l y b y t h e u s e o f l i n e r s o lv a t i o n e n e r g y r e l a t i o n s h i p s ( l s e r s ) . t h e r e s u l t s o f l s e r s o n f e r r o c e n e - b o n d e d p h a s e a n d c l i a x 4 a r e n e - b o n d e d p h a s e a r e q u i t e d i ff e r e n t fr o m o t h e r s i l i c a - b a s e d p h a s e s . r e t e n t i o n o n t h e t w o n e w t y p e s i l i c a p h as e s a r e d o m i n a t e d b y e x c e s s m o l a r r e fr a c t i o n a n d h y d r o g e n b o n d a c c e p t o r a c i d i ty o f s o l u t e s , a n d t h e s c o e f f i c i e n t i s s m a l l b u t p o s i t i v e . t h e r c o e f f i c i e n t i s b i g a n d p o s i t i v e , i t s h o w s t h a t i i i t h e c o n t r i b u t i o n o f 二 一 n i n t e r a c t i o n t o r e t e n t i o n i s s i g n i f i c a n t a n d t h e p h a s e s h a v e g o o d s e l e c t i v i t y t o w a r d s h i g h l y p o l a r i z a b a l e s o l u t e s p o l y a r o m a t i c h y d r o c a r b o n s ( p a h s ) . t wo ne w s u c h a s . p o r o u s t i t a n i c m i c r o s p h e r e s w i t h a n o r r o w p a r ti c l e s i z e d i s t r i b u t i o n w h i c h a r e u s e f u l a s c h r o m a t o g r a p h i c p a c k i n g m a t e r i a l s f o r p h l c , w e r e s y n t h e s i z e d b y t h e i m p r o v e d p r o c e s s o f p o l y m e r i z a t i o n - i n d u c e d c o l l o i d a g g r e g a t i o n ( p i c a ) m e t h o d u s i n g t e r t - n - b u t y l t i t a n a t e . t h e a v e r a g e p a rt i c l e s i z e i s 3 . 5 u m , a v e r a g e p o r e v o l u m e i s 0 .0 5 m l , 龟 ， m e a n p o r e d i a m e t e r i s 1 8 .9 n m , s p e c i f i c s u r f a c e a r e a i s 9 .6 m / g . . c o - p o l y o c t e n e a n d e t h y l s t y r e n e - e n c a p s u l a t e d t i t a n i c p a c k i n g ( c a p e s - t i o 2 ) a n d c o - p o l y o c t a d e c e n e a n d e t h y l s t y r e n e - e n c a p s u l a t e d t i t a n i c p a c k i n g ( c , $ p e s - t i 0 2 ) f o r h p l c w e r e s y n t h e s i z e d b y r a d i c a l p o l y m e r i z a t i o n o f d i v i n y l b e n z e n e , e t h y l s t y r e n e , o c t e n e a n d o c t a d e c e n e r e s p e c t i v e l y w i t h v i n y l - m o d i f i e d t i t a n i c i n s o l u t i o n . c h r o m a t o g r a p h i c c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e s e s t a t i o n a ry p h as e s w e r e e v a l u a t e d a n d a l s o c o m p a r e d . s t u d i e s s h o w e d t h e r e t e n t i o n m e c h a n i s m i n v o l v e s s t r o n g h y d r o p h b i c i n t e r a c t i o n a n d n 一 n i n t e r a c t i o n . t h e h i g h s t a b i l i t y o f t h e s e p h a s e s t o o r g a n i c s o l v e n t a n d b as i c m o b i l e p h as e w e r e a l s o i n v e s t i g a t e d . k e y w o r d s : h i g h - p e r f o r m a n c e l i q u i d c h r o m a t o g r a p h y ( h p l c ) ; r e v e r s e d - p h as e l i q u i d c h r o m a t o g r a p h y ( r p l c ) ; n o r m a l - p h as e c h r o m a t o g r a p h y ; s i l i c a g e l ; t i t a n i c g e l ; f e r r o c e n e - b o n d e d s i l i c a s t a t i o n a ry p h as e ; p - t e rt - b u t y l - c a l i x 4 a r e n e - b o n d e d s i l i c a s t a t i o n a ry p h as e ; c o - p o l y o c t e n e a n d e t h y l s t y r e n e - e n c a p s u l a t e d t i t a n i c p a c k i n g ; c o - p o l y o c t a d e c e n e a n d e t h y l s t y r e n e - e n c a p s u l a t e d t i t a n i c p a c k i n g ; h y d r o p h b i c i n t e r a c t i o n ; ”一 ”i n t e r a c t i o n ; h o s t - g u e s t in t e r a c t i o n ; l i n e r s o lv a t i o n e n e r g y r e l a t i o n s h ip s ( l s e r s ) ; p o l y m e r i z a t i o n - in d u c e d c o l l o i d a g g r e g a t i o n ( p i c a ) . 资 二 _ 丧 褚 月 片 - 沙月 十公 仑 第 一 章绪论 1 .引言 高效液相色谱 ( h p l c )是目 前使用最为广泛和有效的分析方法之一。从七 十年代现代液相色谱出现至今，在短短几十年的时间里得到了迅速的发展和广 泛的应用。这种方法不仅满足了不同组分混合物的分离和制备，而且同时也提 供了定性和定量数据”2 1 。 根据 m a j o r s ) 的统计， 在药物学、生物化学和环境 科学领域中大约 8 0 %的分离任务是通过这种方法来完成的。h p l c作为一种高 效分离方法，柱填料则是其关键技术。在 h p l c的发展过程中，始终伴随着高 效液相色谱填料的不断改进和发展。研究新型柱填料、揭示其分离机制是当前 h p l c领域的研究热点。我国当前使用的 h p l c柱填料大部分依赖进口，而高 性能柱填料更是 1 0 0 %的舶来品.研究新型 h p l c柱填料具有重要的理论和应 用意义，不仅会推动色谱技术的发展，而且还将填补国内空白。 2 .柱填料的现状. 理想的 h p l c柱填料应具有高柱效和高选择性， 其材质应具备: ( a ) 表面性 能均一和具有较高的表面积，而且易改性以 满足各种不同的分离要求;( b ) 物理 和化学稳定性，即耐强酸强碱以 及不溶于各种流动相; ( c ) 传质快，即要求有合 适的 孔结构、 孔容和孔径;( d ) 机械强度高，即耐压性能好: ( e ) 微米级球形， 粒 度分布范围窄且粒径小 ( 3 - 1 o n m ) 。液相色谱的固定相依据其组成大体上可分 为 ( 1 )无机载体基质填料、( 2 )有机基质填料和 ( 3 )复合型填料三种。 2 . 1无机基质填料 无机基质填料主要有硅胶、错胶、钦胶、铝胶和复合无机填料。 a - t 开 大 4 岭娜 t i 仑 j 七 2 . 1 . 1硅胶 硅胶作为柱填料具有机械强度高、比表面积大、多变的孔径 ( 6 - 4 0 0 n m ) 单一的粒径及其优良的化学表面改性特征， 使之在高效液相色谱中独树一帜。 高机械强度满足了耐高压，传质快的要求。 而根据不同分析的目的又可选择不 同粒径及孔径的硅胶。其中更重要的一 点是硅胶的表面化学性质， 其表面具有 活性硅羚基， 可通过硅轻基将非极性、疏水性的有机物连接到硅胶上4 。 硅胶 和键合硅胶是目前为止研究的相对比较成熟的色谱柱填料，在 h p l c分离中硅 胶基质柱填料相对占据 8 0 %以上。其中十八烷基键合硅胶 ( o d s )和辛烷基键 合硅胶是硅胶基质柱填料的代表，这类填料以柱效高、分离性好而居商品固定 相的主导地位。可是， 硅胶本身的 化学稳定性相对较差:当p h 8时，二氧化 硅易受碱性物质的进攻而溶解15 . 6 ,而当p h q时，连接在硅胶上的硅烷键受h 进攻而发生水解，使其失去分离性能7 - 9 。而且随着温度升高硅胶的溶解及表面 改性剂的离去会加剧:导致保留时间改变、选择性降低和峰形变差，以及污染 制备色谱中的分离样品。硅胶改性后其表面残存的酸性硅轻基对碱性化合物具 有吸附活性而引起峰形拖尾，因此对碱性化合物不可逆吸附的缺陷使其应用范 围受到很大限制。为增加其稳定性， 采取了一系列措施， 如酸碱预处理 10 . i i ， 使 用前置饱和柱12 ，在硅胶表面覆盖对碱稳定的金属氧化物如二氧化错和二氧化 钦 13 - 1 8 1 ，使用高纯硅胶及改进硅烷化工艺等。这些措施在某种程度上提高了其 分离性能，但硅胶基质在碱性介质中的流失仍然无法避免。 最近， 整体柱 ( m o n o l i t h i c c o l u m n s )己 成为新一代硅胶填料。其制备方法 是在水溶性聚合物中水解和缩聚烷氧基硅烷制成溶胶，再将溶胶转变成凝胶， 经过处理，便得到的柱状的多孔硅胶。由于其空隙性比传统硅胶高 1 5 %.整体 柱可用于快速色谱中，而不会引起柱效丧失和柱压下降19 - 2 3 ) 2 . 1 .2键合硅胶 硅胶表面以硅轻基 ( s i - o h)为特征 应活性的官能团，硅径基可分为以下四种 硅轻基是最主要的吸附点和最具反 如图 1 示: a . 单硅轻基 b c 图1 . 硅胶表面的硅经基 b .双硅经基 c桥连硅轻基d . 三硅经基 它们各自 所占的比例取决于硅胶合成后的再经基化过程。其中反应活性以 单硅轻基为最高。 总体上来说可以从以下的两种途径对硅胶进行化学改性: 一、在多孔硅胶填料形成过程中实施键合. 有机卤代或烷氧基硅烷是两 种常用的起始原料，将它们水解、浓缩，最终聚合成刚性不溶的多孔的聚硅胶 填料. 最终有机官能团平均分配在填料表面。 因此， 此方法被称为整体改性( b u l k mo d i f i c a t i o n ) . 二、表面改性。 其方法是将具有适当反应活性的有机硅烷化试剂与多 孔硅胶反应2 4 l . 因为表面改性相对简单易行，因此它是目 前广为采用的方法。 表面改性( s u r f a c e m o d i f i c a t i o n ) 主要采用键合法、 硅氢化技术和包覆技术. 1 . 健合法。 经过化学改性后，在键合硅胶表面主要有四种不同的键:s i - o - c , s i - c , s i - n , s i - o - s i 12 6 1 。 其中s i - 0 - c键稳定性较差， s i - c稳定性最好。由 于含有s i - 0 - c的 硅烷化试剂合成不受限制且容易制备，因此在各种键合固定相 中 最多 采 用这 种键 合 方式。由 于 硅 烷化 试剂r ,r z r , s ix中x基团 与 硅 轻 基的 反 应， 便产生了s i - o - s i .以 这种键键合的固 定 相在p h = 2 一之间， 具有热稳定性 和化学稳定性。 化学键合固定相( c b p s ) 多采用氯硅烷( x二 c l ) 或烷氧基硅烷化 ( x = o r ) 来合成 (2 7 1 。 硅烷化试剂可以 是单功能的 ( r , r z 和r , 均为 烷基) 、 双功能的 ( r , 为卤 素 ( x ) ) 、 三功能的 ( r ,= r z x ) ( 见图2 ) 0 豁 层盆 命公 、 1 .: : w,解j 七 刁 沁月 味 ， 卜自 _ ,丈 qr i n s il - ，、 _ o l r z .1-.1- 么j、叨 r i si- o- si- r2113 s i - oh 毯 1- 0 s i/ s i - oh 参 _x, is i- o - s i- 支 s i -了 代代 图2 . 硅烷键合情况 a 、单功能基硅烷b和c 、双功能基硅烷d和e 、三功能基硅烷 硅胶表面功能基的不同，使键合固定相呈现出不同的特性间 。常用的其他 硅 烷 化 试 剂 有 (e t0 ) 3 s i( c h i )3n h i , ( e t0 )3 s c h = c h i , ( e t0 ) 3 s ic h 必、 ( e to )3 s im 等。其中氨基硅烷化试剂可以与酸和酸氛反应，通过它可以向 硅胶引入手性分 子、叶琳、杯芳烃、环糊精、冠醚等大分子;乙烯基硅烷化试剂主要用于对硅 胶的交联聚合改性，环氧乙烷基硅烷化试剂可与含有经基的分子反应，向硅胶 引入烷基链和其他官能团:氢硅烷化试剂主要用于硅胶的表面的硅氢化改性， 可进一步与含不饱和键的分子反应，从而完成对硅胶的改性。 硅胶经过化学改性后，残留的硅经基对化合物尤其是碱性化合物、有机生 命分子产生负面影响。为了克服这个问题，通常采用下述方法来消除硅羚基的 影响: 封端 ( e n d - c a p p i n g ) 技术。 其方法是用高反应活性的硅烷化试剂 ( 如 三甲基氯硅烷、三甲基咪哇硅)与硅胶表面的轻基反应而掩蔽掉硅轻基。但即 使采用复杂的封端技术包括高温封端方法处理后，在硅胶表面仍能检测出硅轻 基的的存在四.说明此方法不能彻底消除硅轻基。 合成交联硅胶。此技术 是通过键合到硅胶表面的聚合物覆盖作用来掩盖硅经基的。首先把短链活性基 j 兮- 索3 宁 i 户 团覆盖在硅胶表面，再将长链分子 ( 如角鳖烯) ，通过多重交联作用与表面基 团反应，在催化剂作用下多烯被固定于硅胶表面。填料表面相对平坦而不具各 “ 刷型” 特征，分离图形、对称性和柱效较好。 水平聚合。 wir t h等人开发 出一种新技术用于改变硅胶基质色谱表面单层的水解稳定性2 9 - 3 3 。与交联方法 相似，这种技术是将三功能硅烷化试剂进行水平聚合。水平聚合是指 s i - o - s i 以桥联形式平行分布于硅胶表面，可以将残留的硅轻基有效地掩蔽起来。长链 和短链的三功能化硅烷紧密于硅胶表面，如图3 中a图所示: 乙n o 执 4了 10 11 图3 . 水平聚合和竖直聚合固定相 ( 图 b为竖直聚合层的键合情况) 。这种在硅胶表面形成的稠密的依次交联的 网 状结构大大降 低了 酸对 表面 硅经基的 离 解. 最 近含有s i - o - s i - c ,: 和s i - c 链的 新一代固定相，依据这项技术用两步合成出来，见图 4 。它们色谱峰的对称性 在p h = 2 - 8 之间 无任何变化， 并且在p h = 1 - 1 2 之间 是稳定的。新近对这些固定 相的研究表明，胺类在此类固定相上的亲硅作用要比其它改性固定相上的明显 降低，并且固定相的碱稳定性也有所提高。虽然这类固定相表面覆盖量很高， 但它们对稠环芳烃的选择性和单层固定相的相似，这可以用分子保留机理来解 释，即溶质分子嵌入长烷基链中3 4 月 护 夕 f - j 七 攀 俘 士 i 仑 - 七 h 户/ h，卜h乃 c.es人含|上c 卜 - c h3 1了、1 气了姚 1卜卜卜、a 仗哎 图4固定相. x t e r r a . t m. m s 和x t e r r a . t m r p ( r ) 2 .硅氢化技术. 通过硅氢化作用，官能团与填料之间可形成高稳定性的 s i - c键。具体方法 为 首先 将s i - o h转化为s i - x ， 再 用强还原剂 ( 如l i a lh , ) 将s i - x还原为s i - h , 最后将填料在催化剂作用下与不饱和烃键合而制备出以s i - c键合的固定相。如 图 5 所示: r r h h 二s 7 s i ,7 7s 方s id a ( c 2 h 扒ich ) 77-$i sid r r 图5 烯烃 ( a)和炔烃 ( b )氢化硅烷化氢功能化硅胶13 5 ) 3 . 包覆技术。 j 片沁 月 .端十公 p 根据包覆物的 不同 包覆方 法可分为有机物包覆法和无机物 ( m g o . t i o , . z r o , 及石墨炭) 包覆法两种，制成不同 类型的复合型固定相。 2 . 1 . 3氧化铝 由于氧化铝可以 在较宽的 p h范围内 ( p h = 1 - 1 3 ) 稳定存在，因此铝胶是 硅胶另外一种具有吸引力的替代品。它在碱性化合物的分离方面显示出优势， 其分离仅基于分配机理，而不受基质和碱性化合物的影响13 6 , 3 7 ) 。与硅胶相反， 对于氧化铝表面改性的报道却很少。目前键合到氧化铝表面的疏水性基团有碳 八链3 8 . 3 9 1碳十八链3 8 . 4 0 . 4 1 1和全氟代烷基链4 2 ) ，还有聚丁二烯4 3 - 4 5 1和睛基聚合 物包覆的氧化铝，其中睛基聚合物包覆的氧化铝填料和睛基键合硅胶填料的选 择性相似， 但在p h = 2 - 1 3 是稳定的。 须要指出的是所有氧化铝基质的填料都不 能用磷酸缓冲液，以免填料受损。但总的来说虽然氧化铝与硅胶相比酸碱稳定 性有一定增加，但其柱效及分离效果仍不如硅胶。 2 . 1 . 4二氧化错和二氧化钦 二氧化错和二氧化钦的都具有优良 的 机械强度、 化学稳定性和热稳定性， 均可在p h = 0 - 1 4 范围内 稳定存在，这是硅胶无法比 拟的。它们表面的桥联轻基 在两个金属离子间强烈极化具有酸性，而孤立轻基又具有碱性。它们的这种特 殊的化学表面性质使其同时具有阴离子和阳离子交换特征 14 6 . 4 7 。 2 . 1 .4 . a二氧化错 自1 9 8 9 年u n g e r 4 8 和c a r e 14 9 报 道了 二 氧化错h p l c 柱填料以 来， 人们对 它表现出了极大的兴趣.多孔、微孔二氧化错的制备方法已有诸多报道15 0 -6 0 1 几种聚合物包覆错胶基质 h p l c填料己被开发为商品柱。其中美国c a r r 研究小 组在错胶基质固定相的制备与改性以及用线性溶剂化能相关研究二氧化错基质 固定相的保留机理等方面作了大量工作。 刀 犷 乡 沪 : 七 华 娜 3, i 公j 七 2 . 1 .4 .b二氧化钦 自 从二十世纪九十年代初，k a w a h a r a 16 3 1等人将二氧化钦引入色谱以来，钦 胶基质的h p l c填料的研究并不多。迄今为止，己 报道的钦胶微球的合成方法 有三种: ( 1 )溶胶一凝胶法。以 t a n i 等报道的以四异丙氧基钦为原料水解制备 钦胶微球的溶胶一凝胶法为代表6 4 1 。其方法是把异丙氧基钦加到甘油、2 一 丙醇 和一定量的水的混合物中，充分搅拌后，静置 7周后，二氧化钦微球就会沉积 下来。这种方法制备的钦胶球形不规整，粒度分布宽，孔径小，出球率低，有 大量小于微米级的球粒不能使用。 ( 2 ) 油乳化法 ( o e m) 。 以t r u d i n g e : 报道的 采用四 氯化钦为原料制得 的多孔钦胶微粒为代表。具体方法是，先在冰水中将四氯化钦水解，用碱液将 水 解液的p h值调至0 .3 50 . 5 ， 再 将其与一些 弱碱性 化合物 ( 如六次甲 基四 按、 脉)的溶液混合，使之分散到含有表面活性剂的有机溶剂中，搅拌均匀， 在一 定温度下，二氧化钦的溶胶即转变成凝胶，处理后得到钦胶微球。这种方法得 到的 钦胶球形较好， 但比 表面积和孔径也小， 粒径分布宽， 在0 . 5 - 5 0 0 p m范围 内。 ( 3 ) 聚合物诱导胶体凝聚法 ( p i c a ) 。左育民研究组首先以四氯化钦 为原料，利用聚合物诱导胶体凝聚法，合成了中孔钦胶6 5 1 .其方法是将四氯化 钦 在冰水中水 解后， 用碱将溶液的p h值调到0 .3 50 .5 0 之间， 6 0 水 浴 2 h . 冷却后加入尿素和甲醛，就可得到凝胶球，经焙烧后就可获得钦胶。p i c a法与 前面的两种方法相比，最主要的优点是微球的粒度分布窄，不需要分级，而且 比 表面积和孔径都比 较理想，有较好的色谱分离效果16 6 1 关于钦胶的正相色谱研究，己 经有一些报道， k a w a h a r a 等6 7 研究了 钦胶、 错胶正相 色谱性能的比 较， t r u d i n g e r .丈 它硅胶基质固定相的一个特点。 m n u t e 图5 .苯 、甲苯、乙苯、丙苯和丁苯的色谱分离图 流动相为体积比5 0 / 5 0 的乙睛和水 代. t oh 伍 n u 饱i s 图6卤代苯的色谱分离图 1 . 氟苯，2氛苯，澳苯，碘苯。 流动相为体积比为5 0 / 5 0 的乙睛和水。 a 阵 二 二李二 二 之 之长 蛇 谧 卜 硅 未u . iv相 的 b- a 及 t a b u t tom r u le i s加 图7 .苯 ( 1 ) ,蔡 ( 2 ) ，联苯 ( 3 ) ,荀 ( 4 ) , 流动相为体积比为5 0 / 5 0 葱 ( 5 )和花 ( 6 )的色谱分离图 的乙睛和水。 5 .结论 由于二茂铁键合固定相对于含有苯环的溶质具有很高的亲和力。因此它对 于高效液相色谱来说，的确可以被认为是一种有潜力的固定相，特别对稠环芳 烃的分离、分析有应用前景.在反相条件下，二茂铁键合固定相的保留机理不 仅包含了高的疏水作用， 而且还包含了强的二 一二 作用。事实也证明它对于芳 香化合物及其衍生物的分离是十分有效的。 6 .参考文献 1 k . u n g e r , p o r o u s s i l i c a -i t s p r o p e rt i e s a n d u s e a s s u p p o rt i n c o l u m n l i q u i d c h r o m a t o g r a p h y , j o u rn a l o f c h r o m a t o g r a p h i c l i b r a r y , v o l . 1 6 , e l s e v i e r , a m s t e r d a m , 1 9 7 9 2 r .p .w. s c o tt , s i l i c a g e l a n d b o n d e d p h as e , j .wi l e y 茂 袄 此 合书 廷未 玲ma c 相 的 乙 s e r b振 万 n 第三章 线性溶剂化能相关 ( l s e r s )研究 二茂铁键合硅胶固定相以及其它硅胶基质 键合固定相的色谱保留性质 摘要利用线性溶剂化能相关 ( l s e r s ) ，在以体积比为 5 0 / 5 0的乙睛和水为流 动相的条件下，对二茂铁键合硅胶固定相的反相色谱行为进行了研究，并与其 它硅胶基质键合固定相的溶质保留行为进行了比较.研究表明二茂铁键合硅胶 固定相和其它固定相在保留机理上有很大不同。在其它硅胶基质键合固定相上 控制溶质保留的两个主要因素是溶质的体积和氢键受体碱性，而对二茂铁键合 硅胶固定相控制溶质保留的两个主要因素则是过剩摩尔折光率和氢键给体酸 性。 r系数值较大说明x-ie作用对溶质的保留贡献非常明显，该新固定相对高 极化率溶质如稠环芳烃具有较高的选择性。 关键词 反相液相色谱，二茂铁键合硅胶固定相， 线性溶剂化能相关， 二 一 二 作用。 1 .前言 反相液相色谱 ( r p l c )是现代液相色谱中最常采用的分离模式。然而，人 们对于溶质在反相液相色谱中的分离机理仍然不能完全弄清楚，为了更好地去 理解在反相液相固定相上所发生的分子间作用，人们采用线性溶剂化能相关 ( l s e r s ) 方法己 经作了 大 量研究。 t a n ( 1 . 2 1 等人 研究了 不同的 碳八 和碳十八 键合 硅 胶固 定 相 ( 即c b s i 0 2 和c ,g s i 0 2 ) , l i 和c a r r 3 1 比 较t 聚 t 二 烯 包覆的 钻 胶 基 质固 定 相 和c,- s i 0 2 固 定 相 。 a b r a h a m 1 等 人 利 用l s e r s 研 究 了 人 造 膜 状固 定 相。 后来z h a o 和c a r r ( 5 1 利用此方法对芳香性反相固定相和脂肪族反相固定相的 保留特征进行了比较。 在反相液相色谱( r p l c ) 中，最常用的流动相是水和有机溶剂的二元体系。 许多早期的r p l c 研究认为在保留和选择性上，流动相起着主导作用。然而许多 后续的研究认识到固定相也起着积极作用6 - 8 。有的研究还指出固定相的净作用 月 助 夕 t- j 勺 攀 俘 泛.仑 公 丈 不利的空穴的形成和分子间吸引力的总和) 超出 流动相的净作用1 9 1 线性溶剂化能相关 ( l i n e a r s o l v a t i o n e n e r g y r e l a t i o n s h i p s , l s e r s ) 是一种简单的并且是准确度很高的数理统计方法，用于评价溶质和流动相、固 定相之间的作用，以 研究溶质的保留特征。现已被广泛的应用于气相色谱1 0 . 11 1 r p l c ( 2 1 ，以 及正 相色谱1 s 1 。 按照l s e r s 溶质与 流动相、固 定 相之间的 相互作用 可以分为三种类型:空穴的形成/ 分散、 偶极性/ 极化率以 及氢键作用。 把l s e r s 用于r p l c ，溶质的保留便可以与各个溶剂化参数有机地结合起来，如下式所示: lo g k= l o g k o + m ( t ， 一 t . ) + s ( 二 : 一 二 m ) n , + a ( q , 一 p . ) a , + b ( a : 一 a p ) /8 z ( 1 ) 式中l o g k : 溶质容量因 子的对数;1 o g k o : 多元线性回归的截距;下标 s表示 固 定相， m 表示流动 相， 2 表示溶 质的 性 质， 如分 子体 积v z ， 偶 极/ 极 化率c 2 , 氢键酸 性。 : ， 氢键碱性y : 。 系数m , s , a 和b 以 及l o g k o 均 是拟合参数， 应与 溶质 无关， 而反 映固 定 相的 本 性 11 1 。 偶极 / 极 化率 项， s ( 7 cg - 1cy k ) 呀，测量的 是 溶质和色谱相 ( 即固定相和流动相)之间偶极一偶极作用和偶极一诱导偶极作 用的放能效应， rz 2 * 表示溶质通过非特异性双电 子作用去稳定或被稳定周围电荷 或偶极的能力，与之对应互补的是色谱相的偶极/ 极化率 7 c 。放能的氢键项， a ( h 厂s , )。 : ， 测量的是作为 氢键给体的 溶质 和作为 氢键受体的 色谱相之间的 络合效应; 溶 质的 氢键酸性，a 2 ， 表示溶 质在与色谱相发生氢键作用中分享一 个质子的能力，与之对应互补的是色谱相氢键受体 ( h b a ) 碱性s 。另外一个氢 键项， b( 。 : 一 。 . )p : ， 测量的 是作为 氢键受体的 溶质和作为氢键给体的 色谱 相之间 络合的放能效应;p : 表示溶质与质子给体分享一对电 子的能力，与之对 应互补的 是色 谱相的 氢键给体 ( h b d ) 酸性。 m( 。 ， 一。 . ) v :