高效液相色譜整體柱技術(shù)的進(jìn)展

1、高效液相色譜整體柱技術(shù)的進(jìn) 展 姓名:王汝斌 班級(jí):研1304班 整體柱整體柱(monolithic column)又稱整體固定相整體固定相(monolithic stationary phase)、棒棒 柱柱(rod)、連續(xù)床連續(xù)床(continuous bed)等，它是由單體單體、交聯(lián)引發(fā)劑交聯(lián)引發(fā)劑、致孔劑致孔劑的混合 物在色譜柱管內(nèi)通過原位聚合通過原位聚合而成的連續(xù)整體多孔結(jié)構(gòu)固定相連續(xù)整體多孔結(jié)構(gòu)固定相。其可根據(jù)需要對(duì) 整體材料的表面作相應(yīng)的衍生化，是一種新型的用于分離分析或作為反應(yīng)器的多多 孔介質(zhì)孔介質(zhì)。 近年來, 高效液相色譜整體柱作為一種新型色譜柱迅速發(fā)展起來。已有 數(shù)家公司推

2、出了商品化的整體柱, 例如無機(jī)硅骨架的整體柱無機(jī)硅骨架的整體柱Silica RODTM、 Prep RODsTM和ChromolithTM有機(jī)聚合物整體柱有機(jī)聚合物整體柱CIMTM。 整體柱的優(yōu)點(diǎn)包括:可以原位制備原位制備，省去制備填料和裝柱，也可可 以同法制成聚合物顆粒后再裝柱以同法制成聚合物顆粒后再裝柱；聚合物易于制備，柱子的長度長度和直徑直徑在 一定程度上不受限制不受限制；聚合反應(yīng)混合物中的單體可以靈活選擇以得到合適 的基質(zhì)和性質(zhì)；易于在柱衍生化，以得到具有合適性質(zhì)的色譜柱；通過控 制聚合反應(yīng)的條件可以優(yōu)化孔的性狀。 整體柱應(yīng)用流程圖: 用作整體柱分離介質(zhì)的多孔高聚物多孔高聚物必須考慮其

3、表面的表面的 化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)、對(duì)溶劑和溶質(zhì)的保留溶劑和溶質(zhì)的保留、孔隙率孔隙率、孔徑分布孔徑分布和硬硬 度度這幾方面的要求。整體柱可以用作高效液相色譜柱高效液相色譜柱和毛毛 細(xì)管電色譜柱。細(xì)管電色譜柱。 整體柱整體柱 無機(jī)無機(jī)：主要是將硅氧化物硅氧化物直接燒結(jié) 在柱內(nèi)或者用溶膠溶膠- -凝膠法凝膠法在柱中反反 應(yīng)得到應(yīng)得到。 有機(jī)有機(jī)：是有機(jī)聚合單體有機(jī)聚合單體在柱管 內(nèi)原位聚合原位聚合得到的。 2 整體柱材料與制備 2. 1 無機(jī)整體柱 近十幾年發(fā)展起來的無機(jī)整體柱通常利用有機(jī)硅有機(jī)硅, 如四甲氧基硅烷和四 乙氧基硅烷, 在醋酸水溶液中水解醋酸水溶液中水解, 隨后在制孔劑制孔劑(如聚乙二醇

4、)存在下制得具有 孔洞結(jié)構(gòu)的整體硅膠柱孔洞結(jié)構(gòu)的整體硅膠柱。它比傳統(tǒng)的填充柱有更大的孔和更好的滲透性, 可以在 較高的流速下保持較低的壓力。 難點(diǎn)：整體材料在聚合過程中會(huì)收縮收縮。因此， 在模具中先制得的整體硅膠 柱要截成適當(dāng)長度裝到聚四氟乙烯的柱管中。為了保證柱子準(zhǔn)直， 通常內(nèi)徑 小于10mm, 柱長不超過15cm。聚四氟乙烯包裹的柱子可以耐受高達(dá)120 kg /cm2 的壓力。整體材料在模具中聚合時(shí), 由于整個(gè)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)收縮網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)收縮, 得到流通孔徑/ 骨架尺寸比為1. 2 1. 5, 而填充柱中該值為0. 25 0. 4。 整體硅膠材料和有機(jī)整體材料一樣, 可通過化學(xué)修飾或改變?cè)?使用

5、不同 性質(zhì)的聚合單體)獲得不同用途的整體柱。整體硅膠基質(zhì)表面的硅羥基是化學(xué)整體硅膠基質(zhì)表面的硅羥基是化學(xué) 修飾的靶點(diǎn)。修飾的靶點(diǎn)。 2.2 2.2 有機(jī)聚合物整體柱制備過程：有機(jī)聚合物整體柱制備過程： 丙烯酰胺類的整體材料 甲基丙烯酸酯類的整體材料 聚苯乙烯類的整體材料 有機(jī)聚合物整體柱 丙烯酰胺類的整體材料丙烯酰胺類的整體材料 聚丙烯酰胺體系是典型的水相聚合體系典型的水相聚合體系。其特點(diǎn)是：單體易溶于水易溶于水；有 良好的生物兼容性良好的生物兼容性， 適合分離生物大分子； 柱中的凝膠顆粒上沒有孔沒有孔來增 加傳質(zhì)，但其直徑小直徑小，表面粗糙表面粗糙，所以表面積大表面積大, 結(jié)合位點(diǎn)多結(jié)合位點(diǎn)

6、多； 凝膠顆粒 間靠共價(jià)鍵結(jié)合， 流動(dòng)阻力小流動(dòng)阻力?。?分離效果往往隨流速的提高而提高。 甲基丙烯酸酯類的整體材料甲基丙烯酸酯類的整體材料 聚甲基丙烯酸酯類整體柱的特點(diǎn)因酯部分酯部分的變化而不相同。若酯部分是烷烷 基基, 疏水程度疏水程度可由甲基丙烯酸酯的比例甲基丙烯酸酯的比例和烷基鏈的長度烷基鏈的長度來調(diào)整。酯部分含有環(huán)環(huán) 氧基團(tuán)氧基團(tuán)的整體柱易于衍生化易于衍生化。例如, 以甲基丙烯酸縮水甘油酯為單體的聚合物 可容易地引入離子基團(tuán)而制備離子交換色譜柱, 并且衍生化試劑的選擇范圍也 可大大擴(kuò)展。 聚苯乙烯類的整體材料：聚苯乙烯類的整體材料： 聚苯乙烯體系用于離子交換樹脂的制備已經(jīng)發(fā)展得相當(dāng)成

7、熟, 優(yōu)點(diǎn)是 硬度高且性質(zhì)穩(wěn)定硬度高且性質(zhì)穩(wěn)定。聚(苯乙烯-二乙烯基苯)苯整體柱多用于分離蛋白質(zhì)或核 酸(單鏈和雙鏈)。利所制的聚苯乙烯整體柱還發(fā)展了柱的沉淀沉淀- -再溶色譜再溶色譜 ( “On-Column” Precipitation-Re dissolution Chromatography) , 并分離苯乙烯的 寡聚物寡聚物和高聚物。高聚物。 3.1 3.1 整體材料的性質(zhì)評(píng)價(jià)及性狀控制：整體材料的性質(zhì)評(píng)價(jià)及性狀控制： 整體材料主要參數(shù)整體材料主要參數(shù)測(cè)定方法測(cè)定方法 孔徑分布，孔隙率壓汞法測(cè)定，掃描電鏡 比表面積氮?dú)馕?解吸法 化學(xué)結(jié)構(gòu)紅外光譜法，NMR 3. 2 3. 2 孔徑

8、的控制孔徑的控制 Frchet等認(rèn)為多孔聚合物多孔聚合物的形成過程與致孔劑致孔劑、單體單體和生成的聚合物聚合物三者 的極性有關(guān)極性有關(guān)；致孔劑與單體的極性接近, 才能作為單體的良溶劑。致孔劑極致孔劑極 性性與聚合物極性聚合物極性的差異越大差異越大, , 相分離越早出現(xiàn),則聚合物孔徑越小聚合物孔徑越小?？讖降拇罂讖降拇?小小由聚合反應(yīng)混合物中交聯(lián)劑交聯(lián)劑和致孔劑致孔劑的比例比例、組成組成以及由反應(yīng)溫度和引發(fā) 劑種類和濃度決定的反應(yīng)速度等聚合反應(yīng)的條件決定反應(yīng)速度等聚合反應(yīng)的條件決定。因此改變改變混合物中交交 聯(lián)劑聯(lián)劑的比例比例會(huì)改變聚合物的化學(xué)組成, 調(diào)整致孔劑的比例調(diào)整致孔劑的比例常被用來調(diào)整

9、孔徑調(diào)整孔徑。 使用致孔劑通常要遵循以下的原則: (1)致孔劑體系致孔劑體系要能在低于或等于聚合反應(yīng)溫度下完全溶解單低于或等于聚合反應(yīng)溫度下完全溶解單 體混合物體混合物; ; (2)致孔劑對(duì)于單體和柱子而言是惰性惰性的, 并易除去并易除去; (3)致孔劑的比例比例應(yīng)使聚合反應(yīng)產(chǎn)生合適的相分離聚合反應(yīng)產(chǎn)生合適的相分離。 4. 4. 整體柱在整體柱在HPLC中的應(yīng)用中的應(yīng)用 有機(jī)聚合物骨架的有機(jī)聚合物骨架的HPLC整體柱整體柱多用于生物大分子生物大分子或聚合物聚合物的分離分離，而小分小分 子的分離子的分離一般利用硅骨架的硅骨架的HPLC整體柱整體柱和有機(jī)聚合物骨架的有機(jī)聚合物骨架的CEC整體柱整體

10、柱。其原 因可能是原位聚合得到的整體柱總會(huì)存在一定的孔徑分布，以HPLC方式分離小 分子時(shí)，擴(kuò)散嚴(yán)重，柱效差。而用于HPLC的硅整體柱分離小分子的優(yōu)勢(shì)，原因 可能與骨架硬度高和流速高有關(guān)。 (1)離子交換色譜柱離子交換色譜柱 (2)親和色譜柱親和色譜柱 (3)疏水相互作用色譜柱疏水相互作用色譜柱 (4)體積排阻色譜柱體積排阻色譜柱 (5)生物反應(yīng)器生物反應(yīng)器 (6)反相色譜柱反相色譜柱 HPLC整體柱 3.HPLC硅骨架整體柱也存在必須預(yù)先聚合必須預(yù)先聚合好再裝入套管中，制備繁瑣制備繁瑣，比表比表 面積較小的問題面積較小的問題。對(duì)這些問題的研究將使整體柱得到新的發(fā)展。 5. 5. 結(jié)論及展望結(jié)論及展望 1.HPLC整體柱原位聚合不僅省時(shí)省力省時(shí)省力，還意味著柱子不必受裝柱技術(shù)和填料的不必受裝柱技術(shù)和填料的 限制。限制。相對(duì)于填充柱，整體柱的空隙率較高空隙率較