CN101193698A - 用于固相萃取的极性官能化聚合物改性的多孔基质 - Google Patents

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Abstract

一种用于固相萃取或色谱法的极性官能化聚合物改性的多孔基质，包括多孔基质和在该多孔基质上形成的极性官能化聚合物单块，其中，聚合物单块包含L－A－Pr和L－Q－R－Pr以及任选的L－A－L－Q－R单元，其中，A是C5－10单环或双环芳基或杂芳基；Q是－NRC(O)－、－C(O)NR－、－OC(O)NR－、－OC(O)R、－NRC(O)O－、－NRC(O)NR－、－NCO、－CHOHCHOH－、CH2OCHCH2O－、－(CH2CH2O)n－和－(CH2CH2CH2O)n－、－C(O)－、－C(O)O－、－CH2C(O)CH2－、－S－、－SS－、－CHOH－、－O－、－SO－、－SO2－、－SO3－、－OSO3、－SO2NR－、－NRq－和－NRq +－、－CN、－NC、－CHOCH－、NHC(NH)NH－、－NO2，－NO、－OPO3－、－OH；r是0或1；R是氢、C5－10单环或双环芳基或杂芳基、C1－12支化的、未支化的烃基、或环烃基；L是键，或C1－12支化的、未支化的烃基、或环烃基。公开了制备和使用聚合物改性的多孔基质的方法。

Description

用于固相萃取的极性官能化聚合物改性的多孔基质
相关申请的交叉参考
本申请涉及于2005年5月2日提交的标题为用于固相萃取的聚合物改性的多孔基质的美国专利申请第11/120,003号。
发明领域
本发明总体涉及用于分析和制备性(preparatory)分离等的设备和方法。
发明背景
已知在分析和制备性分离领域使用聚合物单块。一种常用的聚合物单块是通过苯乙烯和二乙烯基苯的自由基聚合形成的。多孔结构可以通过对单体、交联共聚物，聚合反应温度、孔生溶剂(porogenic solvent，通常是十二醇)的量和类型进行选择来控制。这些参数和它们对单块孔结构的影响由Merhar，M.等在(2002)Materiali in Tehnologije 36：163中进一步论述，其中，使用代表性的聚合物单块盘来分离大分子(蛋白质)的混合物。
类似地，单块色谱床的性能可与填充微薄膜聚合物珠粒的柱的性能类似。(Premstaller，A.(2000)Anal.Chem.72：4386)。单块聚(苯乙烯-二乙烯基苯)在毛细管中形成并用于对为电喷射离子化质谱而制备的双链核酸进行分离。单块柱与填充聚合物珠粒的柱相比，显示改进了柱性能。已知在分析和制备型分离领域使用聚合物吸着剂。多孔结构可以通过对单体、交联共聚物量、聚合反应温度、以及孔生溶剂的量和类型进行选择来控制。这些参数和它们对单块多孔结构的影响在Okay，O.的Prog.Polym.Sci.(2000)25：711-779中详细说明。
一种常用的聚合物单块是由苯乙烯和二乙烯基苯的自由基聚合反应形成的。在本领域已知有许多苯乙烯/二乙烯基苯聚合物的例子，并且苯乙烯/二乙烯基苯聚合物已应用于固相萃取和色谱领域。例如，Premstaller，A.在(2000)Anal.Chem.72：4386中描述包含聚(苯乙烯-二乙烯基苯)的单块色谱床的性能，并与填充微薄膜聚(苯乙烯-二乙烯基苯)的聚合物珠粒的柱相比较。单块聚(苯乙烯-二乙烯基苯)在毛细管中形成，并用于对为电喷射离子化质谱而制备的双链核酸进行分离。单块柱与填充聚合物珠粒的柱相比，显示改进了柱性能。
美国专利No.6,749,749(Xie)描述了制备在柱套管内的可渗透的聚合物单块材料，其中，据说，施加压力可避免壁效应和溶胀，在特定的实施方式中，填料如聚合物棒或二氧化硅珠粒可用作聚合物的构架，据说提供更大的机械强度。
此外，发现聚合物珠粒更多用于分析和制备性方法。例如，美国专利No.6,926,823(Kallury)描述一种聚合物吸着剂，该吸着剂包含适合进行选自偶极相互作用和疏水相互作用的一种或多种相互作用的聚合物骨架，以及与该聚合物骨架缔合的酰胺官能团，所述酰胺官能团适合进行选自接受质子、供质子和偶极相互作用的一种或多种相互作用，该吸着剂显示强的保持极性分子的能力。吸着剂可与用于样品预处理的载体，包括盘、膜和注射器针筒缔合。
美国专利No.6,726,842(Bouvier)描述一种从溶液去除有机溶质的方法，该方法包括使溶液与通过疏水性单体与一种或多种亲水性单体形成的珠粒或微粒形式的聚合物接触，因而溶质被吸附到聚合物上。疏水性单体是二乙烯基苯，亲水性单体是杂环单体，如，乙烯基吡啶或N-乙烯基吡咯烷酮。
美国专利No.5,616,407(Fritz)描述一种官能化的大孔聚(苯乙烯-二乙烯基苯)颗粒，该颗粒包含用于吸附分析物的离子官能团。类似地，美国专利No.5,618,438(Fritz)描述了前述大孔聚(苯乙烯-二乙烯基苯)颗粒用于固相萃取介质，所述介质包含纤维性基质和网(enmeshed)在该基质内的吸着颗粒，吸着颗粒与纤维基质的重量比为40∶1至1∶4。EP498557A1描述一种制备固相萃取介质的方法，该介质包含PTFE纤维基质和网在所述基质中的吸着颗粒，并描述一种分离分析物的方法。固相萃取介质可以通过以下方式制备，将颗粒与PTFE乳液掺混，并进行混合，引起PTFE颗粒的原纤维化，进行压延形成压延片。所述颗粒相互分离，并在约束颗粒的PTFE原纤笼中隔离。
美国专利No.5,738,790(Hagen)描述一种固相萃取介质，该介质包含多孔非织造织纤维基质和网在所述基质中的吸着的或反应性的疏水性硅质分子筛颗粒，所述基质包含PTFE和吹制微纤维，所述纤维基质与硅质分子筛颗粒的重量比为40∶1至1∶40。
还调查了各种可用于制备聚合物吸着剂的单体。例如，EP1159995A2和美国专利No.6,759,442(Takahashi)描述一种用于疏水性和离子性物质的固相萃取的填充材料，报道这种材料具有疏水性并具有离子交换基团。据描述该填充材料为通过共聚疏水性单体(A)和亲水性单体(B)并引入离子交换基团而获得的颗粒形式，其中，据说引入离子交换基团，而没有损害疏水性位点。
美国专利No.6,322,695(Lee)描述一种多孔树脂，该树脂包含充满通道的交联聚合物颗粒，以用于固相萃取。该聚合物颗粒的特征是疏水性组分，至少一种亲水性组分和至少一种离子交换官能团。在某些实施方式中，所述疏水性单体是二乙烯基苯，亲水性单体是N-乙烯基吡咯烷酮，共聚物是磺化的聚(二乙烯基苯-N-乙烯基吡咯烷酮)共聚物。
Kataoka，H.描述使用涂覆聚合物固定相的纤维和毛细管的微萃取技术((2005)Current Pharm.Analysis 1，65-84)。
Tsuda等在美国专利No.6,723,157和(2003)Analytical Sciences 20，1061中描述制备纤维型吸附剂，该吸附剂上有附着的二氧化硅微粒，用于吸附低浓度的气态甲苯。报道这种二氧化硅微粒可以通过在碱性条件下聚合二氧化硅低聚物，并将二氧化硅聚合物织在玻璃纤维中而将它们固定在玻璃纤维上。二氧化硅微粒的表面通过键合C18相进行改性。
EP0432438描述成型的吸附剂，该吸附剂包含吸附剂颗粒、塑料微粒和增强纤维的混合物。所述吸附剂是活性炭、二氧化硅、氧化铝或沸石。美国专利No.4,512,897(Crowder)描述一种用于在两相之间进行不同(differential)分布的分子分离柱，该柱包含基本上均匀的固体固定相，该固定相包含多孔纤维基质，其中固定有颗粒。
然而，在本领域所述的许多聚合物吸着剂以颗粒形式提供时必须加入到吸着剂床中或网在纤维网状物中。制品的制造不方便并且不便宜，不能方便地用于固相萃取的应用。固相吸附的特性受到限制，且吸着剂不能提供对极性和非极性分析物的良好保留。此外，固相萃取介质不能以较高流速、小体积洗脱液回收分析物，而且不能达到在分析应用中快速和有效利用时间、劳力和溶剂。
发明概述
因此，本发明的主要目的是通过提供聚合物改性的多孔基质用于固相萃取来解决本领域的上述需求。
本发明的另一个目的是提供改进的固相萃取方法。
本发明的再一个目的是提供制备固相萃取介质的改进方法。
因此，提供一种用于固相萃取或色谱法的极性官能化聚合物改性的多孔基质，所述基质包括多孔基质和在所述多孔基质上形成的极性官能化聚合物单块，其中，聚合物单块具有以下结构式：
Figure S2006800201625D00041
式中，A选自C5-10单环或双环芳基或杂芳基，任选被C1-12支化或未支化的烃基或卤素取代；其中n/m约为0.001-1000，r为0或1，Q是-NRC(O)-、-C(O)NR-、-OC(O)NR-、-OC(O)R、-NRC(O)O-、-NRC(O)NR-、-NCO、-CHOHCHOH-、CH2OCHCH2O-、-(CH2CH2O)s-和-(CH2CH2CH2O)s-(其中s为1-12)、-C(O)-、-C(O)O-、-CH2C(O)CH2-、-S-、-SS-、-CHOH-、-O-、-SO-、-SO2-、-SO3-、-OSO3、-SO2NR-、-NRq-和-NRq +-、-CN、-NC、-CHOCH-、-NHC(NH)NH-、-NO2，-NO、-OPO3-、-OH，或它们的组合；L是键，或C1-12支化的、未支化的烃基、或环烃基；R是氢、C5-10单环或双环芳基或杂芳基、C1-12支化的、未支化的烃基、或环烃基，任选被卤素、硝基或烷基取代；
P是
Figure S2006800201625D00042
和
其中，[-CH2-CR-L-A-Pr]和[-CH2-CR-L-Q-R-Pr]的顺序是无规、嵌段或它们的组合。所述多孔基质优选为单块、聚集的颗粒、或织造或非织造的纤维形式。在优选的实施方式中，多孔基质是玻璃纤维单块。这样提供的极性官能化聚合物改性的多孔基质可显示至少40mL/min的流速。
在另一个实施方式中，聚合物单块具有以下结构式：
Figure S2006800201625D00043
式中，q为0-3；p为0-5；o/m为0.001-100；其中[-CH2-CR-L-A-Pr]、[-CH2-CR-L-Q-R-Pr]和[-CH2-CR-L-A-L-Q-R]的顺序是无规、嵌段或者它们的组合。聚合物单块在多孔基质上形成以后，还可以用极性官能团进行官能化。
还提供了制备聚合物改性的多孔基质的方法，该方法包括：(a)使多孔基质与包含一种或多种疏水性单体、一种或多种亲水性单体、孔生溶剂和聚合反应引发剂的溶液接触；(b)在无氧条件下加热多孔基质和保留的溶液，以将单体聚合在多孔基质上。疏水性单体和亲水性单体可以是可交联单体、不可交联单体，或它们的组合。疏水性单体优选具有以下化学式：
CH2＝CR-L-A-Lr[-CR＝CH2]r
式中，L是键或者C1-12支化的、未支化的烃基、或环烃基；A是C5-10单环或双环芳基或杂芳基，任选被C1-12支化或未支化的烃基或卤素取代；r为0或1。亲水性单体具有以下化学式：
CH2＝CR-L-Q-R-Lr[-CR＝CH2]r
式中，Q是-NRC(O)-、-C(O)NR-、-OC(O)NR-、-OC(O)R、-NRC(O)O-、-NRC(O)NR-、-NCO、-CHOHCHOH-、CH2OCHCH2O-、-(CH2CH2O)s-和-(CH2CH2CH2O)s-(其中s是1-12)、-C(O)-、-C(O)O-、-CH2C(O)CH2-、-S-、-SS-、-CHOH-、-O-、-SO-、-SO2-、-SO3-、-OSO3、-SO2NR-、-NRq-和-NRq +-、-CN、-NC、-CHOCH-、-NHC(NH)NH-、-NO2、-NO、-OPO3-、-OH，或它们的组合；L是键，或C1-12支化的、未支化的烃基、或环烃基；R是氢、C5-10单环或双环芳基或杂芳基、C1-12支化的、未支化的烃基、或环烃基，任选被卤素、硝基或烷基取代；r是0或1。
在另一个实施方式中，亲水性单体具有以下化学式：
CH2＝CR-L-A-L-Q-R
式中，Q是-NRC(O)-、-C(O)NR-、-OC(O)NR-、-OC(O)R、-NRC(O)O-、-NRC(O)NR-、-NCO、-CHOHCHOH-、CH2OCHCH2O-、-(CH2CH2O)s-和-(CH2CH2CH2O)s-(其中，s是1-12)、-C(O)-、-C(O)O-、-CH2C(O)CH2-、-S-、-SS-、-CHOH-、-O-、-SO-、-SO2-、-SO3-、-OSO3、-SO2NR-、-NRq-和-NRq +-、-CN、-NC、-CHOCH-、-NHC(NH)NH-、-NO2，-NO、-OPO3-、-OH，或它们的组合；L是键，或C1-12支化的、未支化的烃基、或环烃基；R是氢、C5-10单环或双环芳基或杂芳基，C1-12支化的、未支化的烃基、或环烃基，任选被卤素、硝基或烷基取代；A是C5-10单环或双环芳基或杂芳基，任选被C1-12支化或未支化的烃基或卤素取代，r是0或1。该方法还可包括对聚合物改性的多孔基质进行处理，引入另外的极性官能团。多孔基质优选为单块、聚集颗粒、或者织造或非织造纤维的形式，多孔基质更优选是玻璃纤维单块。
在另一个实施方式中，提供制备酰胺官能化的聚合物改性的多孔基质的方法，该方法包括：(a)使多孔基质与包含一种或多种疏水性单体、一种或多种酰胺化单体、孔生溶剂和聚合反应引发剂的溶液接触；(b)在无氧条件下加热多孔基质和保留的溶液，将一种或多种单体聚合在多孔基质上，形成聚合物改性的多孔基质。较好地，酰胺化的单体选自以下：N-乙烯基乙酰胺、N-烯丙基乙酰胺、N-甲基乙烯基乙酰胺、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、乙烯基苯甲酰胺、N-乙烯基-2-氯-4-硝基苯甲酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮或乙烯基苯磺酰胺。
在其它实施方式中，提供了采用上述方法制备的极性官能化聚合物改性的多孔基质。
在另一个实施方式中，提供分离分析物的方法，该方法包括：(a)用有机溶剂和任选的水性溶剂或它们的混合物对极性官能化聚合物改性的多孔基质进行调节；(b)将待分析的样品中存在的分析物吸附到经调节的聚合物改性的多孔基质上；(c)用有机溶剂、水性溶剂或者它们的混合物将吸附的分析物从所述聚合物改性的多孔基质上洗脱。
还提供了一种对分析物进行色谱分离的方法，该方法包括：a)提供设置在色谱设备中的极性官能化聚合物改性的多孔基质；b)用有机溶剂、水性溶剂或它们的混合物对所述聚合物改性的多孔基质进行调节；c)使所述聚合物改性的多孔基质与包含一种或多种分析物的溶液接触；d)使包含有机溶剂、水性溶剂或它们的混合物的流动相通过所述聚合物改性的多孔基质；和e)从聚合物改性的多孔基质洗脱一种或多种分析物。
在某些实施方式中，用于进行固相萃取或色谱法的设备包括与载体缔合的极性官能化聚合物改性的多孔基质。优选载体是注射器针筒、色谱柱、微流体平板(microfluidics platform)、一种或多种其它的膜、移液管尖端或多孔板。
本发明的其它目的、优点和新颖特征一部分在下面的描述中述及，一部分在进行下面测试后对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者通过实施本发明后可以理解。
附图简述
图1示出制备聚合物改性的多孔基质的示意图。
图2示出制备聚合物改性的多孔基质的另一个示意图。
图3示出用各种聚合物改性的多孔基质对不同极性的分析物的相对保留。
图4示出各种聚合物改性的多孔基质对不同极性的分析物的容量。
图5示出从一种聚合物改性的多孔基质上洗脱分析物的图。
图6示出从第二种聚合物改性的多孔基质上洗脱分析物的图。
图7示出从第三种聚合物改性的多孔基质上洗脱分析物的图。
图8示出从第四种聚合物改性的多孔基质上洗脱分析物的图。
发明详述
I.定义和综述
在详细描述本发明之前，应理解，除非另外指出，本发明不限于具体的分析物、溶剂、化学物等，因此它们可以有变化。还应理解，在此所用的术语只是为描述具体实施方式，不用来限制本发明的范围。
必须提到，如本文和权利要求书中使用的，单数形式“一个”、“一种”和“这一种”包括多数事物，除非另外明确指出。因此，例如，对“一种溶剂”可包括两种或更多种溶剂；对“一种分析物”包括两种或更多种分析物，等等。
当提供数值的范围时，应理解，在所述范围的上下限之间的各插入值(除非上下文另外明确指出，数值精确至下限单位的十分之一)，以及在所指范围中的其它任何指出的或插入的数值包含在本发明之内。这些较小范围的上下限独立地包含在该较小范围内，也包含在指定范围内须排除任何特定限值的本发明内。在指定范围包括一个或两个限值时，不包括那些包含的限值中的一个或两个的范围也包含在本发明内。
本文中，所用术语“吸附”和其语法上的派生语指以下的表面现象，分析物通过与表面分子的物理相互作用与聚合物吸着剂表面可逆缔合。所述缔合可以是通过任何非共价的机理，如范德华力、偶极-偶极相互作用、偶极-诱导偶极或色散力，通过疏水相互作用或氢供体或受体相互作用。
本文所用术语“分析物”指在生物、有机、合成、天然或无机来源的样品中需表征、鉴定或者定量的任何分子。例如，候选的治疗化合物或其代谢物可以是分析物，并可以存在于例如血浆样品、唾液、尿、饮用水、合成或天然产物的混合物、或环境样品中。分析物可具有从非极性到极性的任何极性。
本文所用术语“单块”指连续结构，包括例如，蜂窝体结构、泡沫体和纤维，包括织造成织物或制成非织造垫的纤维，或薄纸状片。泡沫体通常具有海绵状结构。
本文所用术语“基质”指不溶于水的多孔材料，这种材料在洗涤和反应条件(如样品制备和/或合成过程中，包括溶剂萃取步骤和原位反应步骤中遇到的条件)下稳定。
术语“极性的”、“非极性的”和“极性”一般指所关心的化合物的分配系数P，所述分配系数是该化合物在有机相(如辛醇)中的平衡浓度相对于在水相(如水)中的平衡浓度的比值。本文中，极性化合物特征通常为其log P值小于2.0，而非极性化合物特征通常为其log P值大于约2.0。
术语“极性官能团”一般指以下化学基团：-NRC(O)-(酰胺)、-C(O)NR-(氨基甲酰基)、-OC(O)NR-(氨基甲酸酯)、-OC(O)R-(烷氧基)、-NRC(O)O-(氨基甲酸酯)、-NRC(O)NR-(尿素或脲)、-NCO(异氰酸酯)、-CHOHCHOH-(二醇)、CH2OCHCH2O-(环氧丙氧基)、-(CH2CH2O)5-(乙氧基)、-(CH2CH2CH2O)s-(丙氧基)、-C(O)-(羰基)、-C(O)O-(羧基)、-CH2C(O)CH2-(丙酮基)、-S-(硫代)、-SS-(二硫代)、-CHOH-、-O-(醚)、-SO-(亚磺酰基)、-SO2-(磺酰基)、-SO3-(磺酸)、-OSO3(硫酸酯)、-SO2NMe-(磺酰胺)、-NRq-、(胺)和-NRq +-(其中R不是H(季胺))、-CN(腈)、-NC(异腈)、-CHOCH-(环氧乙烷基)、-NHC(NH)NH-(胍基)、-NO2(硝基)、-NO(亚硝基)、-OPO3-(磷酸酯)、-OH(羟基)，其中s大于1，或更优选为1-12；R是氢、C5-10单环或双环芳基或杂芳基、C1-12支化的、未支化的烃基、或环烃基。
术语“烃基”按其常规含义使用，指含碳和氢的烃基，可以是直链或支链的脂族、脂环族的，或可以含有脂族和脂环族部分的组合。脂族和脂环族烃基可以是饱和的，或者可以含有一个或多个不饱和键，通常是双键。当对具有特定碳数的烃基残基命名时，意图是包括具有该碳数的所有几何异构体；因此，例如，“丁基”包括正丁基、仲丁基、异丁基和叔丁基；“丙基”包括正丙基和异丙基。
本发明人惊奇地发现，极性官能化聚合物改性的基质提供了优良的固相萃取介质，并提高了对极性分析物的保留，同时提供对非极性分析物的保留。此外，聚合物改性的基质的使用和制造都很简便，并在分析物的固相萃取领域取得了显著的进步。此外，当聚合物用一种或多种极性部分极性官能化时，提供了对极性分析物的很好保留以及优先回收特定极性的分析物的方法。
下面更详细描述极性官能化聚合物改性的多孔基质的组分和优点。
II.聚合物
在聚合物改性的多孔基质上形成的聚合物单块包含疏水性部分，来吸附非极性化合物，还包含一种或多种极性官能团，以提供对极性化合物增强的保留。聚合物单块通常具有以下结构式：
式中，A选自C5-10单环或双环芳基或杂芳基，n/m约为0.001-1000，r为0或1，Q是-NRC(O)-、-C(O)NR-、-OC(O)NR-、-OC(O)R、-NRC(O)O-、-NRC(O)NR-、-NCO、-CHOHCHOH-、CH2OCHCH2O-、-(CH2CH2O)s-和-(CH2CH2CH2O)s-(其中s为1-12)、-C(O)-、-C(O)O-、-CH2C(O)CH2-、-S-、-SS-、-CHOH-、-O-、-SO-、-SO2-、-SO3-、-OSO3、-SO2NR-、-NRq-、和-NRq +-(其中R不是H)、-CN、-NC、-CHOCH-、-NHC(NH)NH-、-NO2，-NO-、-OPO3-、-OH，或它们的组合；L是键，或C1-12支化的、未支化的烃基、或环烃基；R是氢、C5-10单环或双环芳基或杂芳基、C1-12支化的、未支化的烃基、或环烃基，任选被卤素、硝基或烷基取代；
P是
Figure S2006800201625D00092
和
其中，[-CH2-CR-L-A-Pr]和[-CH2-CR-L-Q-R-Pr]的顺序是无规、嵌段或者它们的组合。应理解，对[-CH2-CL-L-Q-R-Pr]，r为1时，R不是氢。
P部分提供与两个不同聚合物骨架相键合的交联聚合物。该聚合物单块通过一种或多种疏水性单体和一种或多种亲水性单体的聚合反应形成，所述单体可以是可交联的单体、不可交联的单体，或它们的组合。n/m优选约为0.001-1000，更优选约为0.01-100。在一些实施方式中，n/m约为0.1-10。因此，在优选的实施方式中，聚合物可包含单体单元[-CH2-CR-L-A-Pr]和[-CH2-CR-L-Q-R-Pr]，它们之间的摩尔比约为0.1-10。
单体单元[-CH2-CR-L-A-Pr]提供聚合物疏水特性，并提高与非极性分析物，或极性分析物的非极性部分的相互作用。聚合物还可以由可交联单体，如二乙烯基苯形成，可交联单体提供聚合物另外的结构强度。聚合物可包括，例如，聚(苯乙烯-二乙烯基苯)、苯乙烯或二乙烯基苯与官能化的芳基或杂芳基部分如苯乙烯或带取代基(如卤素或烷基)的杂环的共聚物。因此，可以用作对多孔基质进行改性的聚合物的聚合物的非限制性例子包括但不限于以下：聚苯乙烯、聚(苯乙烯-二乙烯基苯)、包含苯乙烯或二乙烯基苯与卤化或烷基化的苯乙烯、吡啶、噻吩、呋喃、咪唑等的共聚物。[-CH2-CR-L-A-Pr]的L-A-Pr单体单元通常是：CH2C6H5、CH2C6H5CH2、CH2C6H5C6H5CH2、CH2C5H5N。
提高极性化合物的保留可以通过使用具有亲水性相互作用能力(如，质子接受，质子供给、偶极、静电吸引、离子交换等)以及疏水性相互作用能力的聚合物单块来达到。要提高极性化合物的吸附，聚合物可包含极性官能团，在除了提供疏水性相互作用外还提供亲水性。因此，包含[-CH2-CR-L-Q-R-Pr]的单体单元L-Q-R-Pr的聚合物单块提供了具有与分析物的亲水性相互作用能力的极性官能团。在优选的实施方式中，极性官能化聚合物改性的多孔基质是通过二乙烯基苯与N-乙烯基乙酰胺的聚合反应形成的。这样形成的聚合物单块具有与分析物的偶极以及疏水性相互作用的能力。在本文中使用极性官能化聚合物改性的多孔基质的实施例中，证实了对极性分析物的优良保留。在优选的实施方式中，对极性官能化聚合物单块的n/m比值约为1-5。
在另一个实施方式中，聚合物单块具有以下结构式：
Figure S2006800201625D00101
q为0-3；p为0-5；o/m为0.001-100；[-CH2-CR-L-A-Pr]、[-CH2-CR-L-Q-R-Pr]和[-CH2-CR-L-A-L-Q-R]的顺序为无规、嵌段或它们的组合。应理解，对[-CH2-CR-L-Q-R-Pr]，当r为1时，R不是氢。
单体单元[-CH2-CR-L-A-L-Q-R]是任选的，且o/m通常为0至约100，更优选约为0.1-10。本领域的技术人员会认识到，改变单体单元[-CH2-CR-L-A-Pr]、[-CH2-CR-L-Q-R-Pr]和[-CH2-CR-L-A-L-Q-R]的相对比例会产生具有特定吸附特性的聚合物，能适于达到对特定分析物的最大保留。一般而言，单体单元[-CH2-CR-L-A-Pr]、[-CH2-CR-L-Q-R-Pr]和[-CH2-CR-L-A-L-Q-R]可以以任何整数比例存在。在一些实施方式中，单体单元存在的比例，例如但不限于：约1∶1∶1，2∶1∶1，10∶1∶0，1∶10∶0，1∶2∶5。
此外，提高对负载的化合物的吸附可以通过具有离子交换能力的聚合物来实施。为使聚合物改性的多孔基质具有离子交换能力，可在聚合物上引入离子交换官能团。在优选的实施方式中，极性官能化聚合物改性的多孔基质是通过二乙烯基苯、N-乙烯基乙酰胺和乙烯基苯磺酸的聚合反应形成的。这样形成的聚合物单块具有阳离子交换能力、与分析物的偶极相互作用以及与分析物的疏水性相互作用，而由苯乙烯、1，6-己二醇二乙烯基醚和乙烯基吡啶鎓的聚合反应形成的极性官能化聚合物改性的多孔基质使聚合物单块具有离子交换能力、电子供给(质子接受)以及与分析物的疏水性相互作用。
因此，聚合物单块可包含单体单元L-Q-R或L-A-L-Q-R，例如但不限于：NHC(O)CH3、NCH3C(O)CH3、CH2CH2NCH3C(O)CH3、NC6H5C(O)CH3、NHC(O)C6H5、NCH2CH3C(O)CH2CH3、NHC(O)C6H4NO2、NHC(O)C4H3O(呋喃甲酰胺(furoyl amide))、NHC(O)C6H4NHC(O)CH3、C(O)NH2、CH2CH2C(O)NH2、CH2C6H4C(O)NH2、CH2C6H4C(O)N(CH3)2、CH2C6H4C(O)NH2、CH2C6H4NH3、CH2CH2NH3、CH2C6H4N(CH3)3 +、CH2C6H4SO3 -、OC(O)nHCH2CH3、OC(O)NC6H5CH2CH3、OC(O)CH2CH3、OC(O)C6H5、OC(O)CH2C6H5、NCH3C(O)OCH3、NC6H5C(O)OCH3、NCH3C(O)OC6H5、NCH2CH3C(O)NHCH2CH3、NCH3C(O)NHC6H5、C6H4NCH3C(O)NHCH2CH3、CH2NCO、CH2C6H4NCO、CH2OH、CH2CH2OH、CH2C6H4OH、CH2CHOHCHOHCH3、CH2CHOHCH2OH、CH2OCHCH2O、(CH2CH2O)4、(CH2CH2CH2O)2、(CH2CH2CH2O)3、CH2C(O)CH3、CH2CH2CH2C(O)CH3、CH2C(O)C6H5；CH2C(O)OCH3、CH2C(O)OC6H5；CH2CH2CH2SCH3、CH2CH2CH2SCH2C6H5、CH2CH2CH2SSCH3、CH2OC6H5、CH2OCH2CH2CH3、CH2C6H4SO3 -、CH2CH2SO3、CH2SO2NCH3、CH2C6H4SO2NCH3、CH2CH2N(CH3)2、CH2CH2C6H4N(CH3)2、CH2CH2N(CH3)3 +、CH2CH2C6H4N(CH3)3、CH2CH2NCH2、CH2CH2CN、CH2CH2C6H4NO2、C6H4NO2、CH2CHOCH或CH2NHC(NH)NH2。在优选的实施方式中，L-Q-R-Pr选自NHC(O)CH3或NCH3C(O)CH3。
芳基或杂芳基部分提供与分析物的疏水性相互作用，并提高对非极性分析物的保留。此外，在多孔基质上形成聚合物单块之后，通过用-L-Qp-Rq任选取代芳基或杂芳基部分，芳基或杂芳基部分可以用极性官能团进行官能化；-L-Qp-Rq中的q为0-3；p为0-5；Q是-NRC(O)-、-C(O)NR-、-OC(O)NR-、-OC(O)R、-NRC(O)O-、-NRC(O)NR-、-NCO、-CHOHCHOH-、CH2OCHCH2O-、-(CH2CH2O)n-和-(CH2CH2CH2O)n-(其中，n是1-12)、-C(O)-、-C(O)O-、-CH2C(O)CH2-、-S-、-SS-、-CHOH-、-O-、-SO-、-SO2-、-SO3-、-OSO3、-SO2NR-、-NRq-、和-NRq +-(其中，R不是H)、-CN、-NC、-CHOCH-、-NHC(NH)NH-、-NO2、-NO、-OPO3-或-OH；R是氢、C5-10单环或双环芳基或杂芳基、C1-12支化的、未支化的烃基、或环烃基。
因此，极性官能化聚合物改性的多孔基质提供了利用疏水性和亲水性的相互作用吸附分析物，这些相互作用包括选自以下的至少一种相互作用：质子接受、质子供给、偶极、静电吸引和离子交换相互作用。
III.多孔基质
多孔基质可以是能提供溶剂和分析物足够的通路和孔隙率(如，密度不大于约1cc/g)的任何多孔固体结构。多孔基质还优选具有明显的惰性，使多孔基质在形成聚合物或分离分析物的条件下不会溶解或侵蚀。多孔基质优选为单块、聚集颗粒或者织造或非织造纤维的形式，优选为非织造纤维，包括大纤维网和微纤维网，如熔喷法网状物，纺粘或气流铺置网和吹制纤维网，如在美国专利No.5,328,758和其列举的参考文献中所述。多孔基质可以由无机材料或有机材料形成，无机材料如金属氧化物或者准金属氧化物(如，二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化锆、氧化钒、沸石、多铝红柱石、玻璃等)、金属(如不锈钢)，有机材料如碳纤维、纤维素材料(如，硝基纤维素、乙酸纤维素)、合成聚合物包括聚(氯乙烯)、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、聚烯烃(如，聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯(PTFE))、聚(4-甲基丁烯、聚苯乙烯、聚氨酯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸酯、聚(对苯二甲酸乙二酯)、聚硅氧烷、尼龙、聚(丁酸乙烯酯)等，或上述的任何混合物或复合物。多孔基质本身不吸附显著量的分析物，因为单体在整个多孔基质上聚合。多孔基质优选是玻璃纤维单块。
在某些实施方式中，多孔基质是惰性的。“惰性”指在聚合物改性的多孔基质下面的多孔基质在使用(如，分析物使用溶剂、酸、碱、盐或缓冲剂等进行分离和制备)条件下足够稳定，使得可以使用聚合物改性的多孔基质而不会被分析物溶液污染。在特定的实施方式中，多孔基质具有足够的惰性，可用来制备酰胺官能化的聚合物改性的多孔基质，例如，包括使用强酸或强碱，而不会丧失结构整体性。典型的惰性基质包括聚合物基质如聚烯烃(如，聚乙烯，PTFE)、聚硅氧烷、聚苯乙烯等，无机基质，由如二氧化硅、氧化锆、氧化钒和氧化铝，例如以玻璃或陶瓷纤维等形式的材料以及金属(如，不锈钢网)形成。基质优选是玻璃纤维单块。对所使用的玻璃纤维的类型没有特别的限制。例如，由厚度约为0.010-0.050英寸的玻璃纤维可获得良好的结果。然而，可以使用其它厚度的纤维。
多孔基质可包括超多孔单块基质，例如，按照在共同拥有的同时待审的美国专利申请No.11/018168(于2004年12月20日提交)中所述形成。还可以通过形成二氧化硅颗粒，然后聚结成多孔结构来制备惰性多孔基质。在美国专利No.4,017,528(Unger)中一种改变的方法，描述制备混杂二氧化硅的方法，其中，烷基官能团连接到二氧化硅的骨架结构和表面上。该方法包括形成四乙氧基硅烷(TEOS)和有机三乙氧基硅烷的混合物，并在酸催化剂存在下对所述硅烷进行水解，形成聚烷基乙氧基硅氧烷低聚物，该低聚物然后在碱催化剂存在下，胶凝成为多孔混杂颗粒。
多孔基质优选是能适合进行分析物固相萃取的形式。下面进一步讨论多孔基质的应用。
IV.孔生溶剂
在多孔基质上形成的聚合物本身是多孔的。孔隙率由具有以下性质的孔生溶剂提供：能溶解在单体混合物中，对聚合反应惰性，并且不溶解生成的聚合物。合适的孔生溶剂包括但不限于：芳烃，如，甲苯、二甲苯、乙苯和二乙苯；饱和烃，如，己烷、庚烷、辛烷和癸烷；醇类，如异戊基醇、辛醇、癸醇、十二烷醇和2-乙基己醇；脂族卤化烃，如，二氯甲烷、二氯乙烷和三氯乙烷；脂族或芳族酯，如，乙酸乙酯、乙酸丁酯、邻苯二甲酸二甲酯和邻苯二甲酸二乙酯；以及甘油三酯，如甘油三乙酸酯、三丁酸甘油酯和甘油三癸酸酯。孔生溶剂可以单独使用，或以其两种或更多种的组合使用。孔生溶剂的加入量，以单体总质量为基准，可以为10-300质量％。
V.聚合反应引发剂
聚合反应引发剂包括如，过氧化苯甲酰、过氧二碳酸二异丙酯、叔丁基过氧-2-乙基己酸酯、叔丁基过氧三甲基乙酸酯、叔丁基过氧二异丁酸酯、过氧化月桂酰、2，2′-偶氮二异丁酸二甲酯(MAIB)、偶氮二异丁腈(AIBN)和偶氮双环己腈(CAN)。
VI.聚合物改性的基质的极性官能化
聚合物单块通过一种或多种疏水性单体和一种或多种亲水性单体的聚合反应形成。因此，聚合物单块包含疏水性以及极性官能团，不需要另外的极性官能化。在优选的实施方式中，极性官能团是酰胺、胺、尿素、氨基甲酸酯(carbamate)、氨基甲酸酯(urethane)、烷氧基、羟基或硝基。在另一个优选的实施方式中，极性官能团是阳离子交换官能团(如，磺酸)。在另一个优选实施方式中，极性官能团是阴离子交换官能团(如，季氨基)。在其它实施方式中，可存在一个以上的极性官能团或它们的组合，例如，聚合物单块可包含酰胺+磺酸、酰胺+羟基、酰胺+胺、酰胺+腈，等。
在其它某些实施方式中，在多孔基质上形成聚合物单块后，通过对聚合物进行处理，在多孔基质上形成的聚合物单块的芳基或杂芳基部分可以用另外的极性官能团进行官能化，以引入极性官能团，如，-L-Qp-Rq；其中q为0-3；p为0-5，或更优选p为0-2；Q是-NRC(O)-、-C(O)NR-、-OC(O)NR-、-OC(O)R-、-NRC(O)O-、-NRC(O)NR-、-NCO、-CHOHCHOH-、CH2OCHCH2O-、-(CH2CH2O)n-、-(CH2CH2CH2O)n-、-C(O)-、-C(O)O-、-CH2C(O)CH2-、-S-、-SS-、-CHOH-、-O-、-SO-、-SO2-、-SO3-、-OSO3、-SO2NR-、-NRq-和-NRq +-、-CN、-NC、-CHOCH-、-NHC(NH)NH-、-NO2、-NO、-OPO3-、-OH，其中n大于1，更优选为1-12；R是氢、C5-10单环或双环芳基或杂芳基、C1-12支化的、未支化的烃基、或环烃基。这样提供的极性官能化的改性的多孔基质能利用疏水性以及亲水性相互作用来吸附分析物，这些相互作用包括选自以下的至少一种：质子接受、质子供给、偶极、静电吸引和离子交换的相互作用。
VII.设备
在另一个方面，提供了用于进行固相萃取的设备。例如，极性官能化聚合物改性的多孔基质还与载体或负载形式缔合。代表性的载体和负载形式包括但不限于：注射器针筒、色谱柱、另外的聚合物或玻璃纤维膜、微流体平板、移液管尖端和多孔板，不过也可以使用盘和其它载体。极性官能化聚合物改性的多孔基质可以设置在负载形式的表面上，例如，在多孔板的表面上，或者聚合物改性的多孔基质可以嵌埋在负载形式中，例如，在聚合物或玻璃纤维膜之间。因此，“缔合”一般是指吸着剂可与载体或负载形式相接触。
在另一个方面，极性官能化聚合物改性的多孔基质可与载体缔合，促进分析物负载和/或用溶剂进行洗脱。载体或负载形式可以具有许多构形或形状，如带、板、盘、中空管、棒等中的任何一种。载体或负载形式可以是疏水性、亲水性或能变成亲水性。代表性的载体或负载形式包括但不限于：注射器针筒、移液管尖端、多孔板、微流体平板、整合的样品制备、注射和检测设备等，可以设置在负载器件的表面或嵌埋在设备的槽或管内。
在优选的实施方式中，使用极性官能化聚合物改性的多孔基质用于固相萃取设备如固相萃取移液管，例如在WO申请No.US2004/016904(于2004年5月28日提交)中所述，该申请涉及包括官能化的单块吸着剂的固相萃取设备的制造和使用，所述单块吸着剂包含用粘合相嵌埋的玻璃纤维基质，所述粘合相包含能与硅烷反应的金属氧化物或准金属氧化物。固相萃取移液管通常包括中空管，一端有较大的开口，一端为细小开口作为移液管的尖端。一种制备固相萃取移液管的方法通常包括通过以下步骤将聚合物改性的多孔基质放置在移液管的细小开口中：将聚合物改性的多孔基质插入移液管的较大开口中；在移液管的细小开口上施加减压，以插入聚合物改性的多孔基质；在移液管的较大开口上施加正压，以将聚合物改性的多孔基质插入移液管尖端中；并压制聚合物改性的多孔基质。在制备固相萃取移液管的另一种方法中，在将多孔基质插入移液管后，可在多孔基质上聚合疏水性单体。在某些优选的实施方式中，聚合物改性的多孔基质可以在插入移液管之前或之后进行极性官能化。
在另一个实施方式中，极性官能化聚合物改性的多孔基质可以以盘形式使用并结合到加压装在腔体的侧壁之间的使用一个或多个固相萃取盘的固相萃取板中，如美国专利No.5,906,796(Blevins)所述。
在另一个实施方式中，聚合物改性的多孔基质用于固相萃取筒体或者多孔板。这种筒体(如，注射器针筒)和多孔板的例子在例如美国专利No.6,200,533中描述。
VIII.制备极性官能化聚合物改性的多孔基质的方法
极性官能化聚合物改性的多孔基质使用疏水性单体和亲水性单体的自由基反应形成在多孔基质上，所述疏水性单体和亲水性单体包含可聚合的烯烃部分，如乙烯基、烯丙基、丙烯基、丁烯基等。制备聚合物改性的多孔基质的方法一般包括：(a)使多孔基质与包含一种或多种疏水性单体、一种或多种亲水性单体、孔生溶剂和聚合反应引发剂的溶液接触；和(b)在无氧的条件下加热多孔基质和保留的溶液，使一种或多种单体聚合到多孔基质上。该方法还可包括：(c)在加热之前从多孔基质去除过量的溶液。在优选的实施方式中，多孔基质是玻璃纤维单块，并且在该多孔上形成的极性官能化聚合物单块是由疏水性单体和亲水性单体形成的，所述单体包括可交联的单体和不可交联的单体的混合物，这两种单体的摩尔比为1∶1000至1000∶1，或更优选为1∶100至100∶1。但是，对可使用的可交联的单体和不可交联的单体的量没有特别的限制，大体上可以使用任一种为100％的单体，具有良好结果。
对疏水性单体和亲水性单体的相对量进行选择，以获得具有要求的吸附特性的极性官能化聚合物改性的多孔基质。此外，要求对疏水性单体与亲水性单体的比值进行选择，足以使聚合物为可水润湿的，同时能有效保留分析物。在特定的实施方式中，疏水性单体和亲水性单体以1∶1000至1000∶1，更优选以1∶100至100∶1的摩尔比存在。在优选的实施方式中，疏水性单体和亲水性单体以约1∶1至5∶1的摩尔比存在。如实施例所示，使用3∶1和1∶1的摩尔比可获得对极性分析物的很好保留。
疏水性单体优选包含芳基部分，包括C5-10单环或双环芳基或杂芳基，任选被包括C1-12支化或未支化的烃基的非极性取代基或卤素取代。疏水性单体优选具有以下化学式：
CH2＝CR-L-A-Lr[-CR＝CH2]r，
式中，L是键或C1-12支化的、未支化的烃基、或环烃基；
A是C5-10单环或双环芳基或杂芳基，任选被C1-12支化或未支化的烃基或者卤素取代；r为0或1。典型的芳基部分包括：苯、甲苯、二甲苯、萘，尽管也可以使用提供更高亲水性的杂芳基部分，如噻吩、噻唑、呋喃、咪唑、苯并咪唑、苯并呋喃、吡啶、嘧啶、吡唑、吡咯、吡嗪、嘌呤等。在特定的实施方式中，芳基部分可包括双环，其中一个环是芳基，而另一个环不是芳基。
典型单体可以被乙烯基、烯丙基、丙烯基、丁烯基等单取代或二取代。只具有一个可聚合的烯烃基团的单体是不可交联的，典型的包括乙烯基或烯丙基取代的C5-10单环或双环芳基或杂芳基，任选被C1-12支化或未支化的烃基或卤素取代，或它们的组合。不可交联的单体的具体例子包括：苯乙烯、乙烯基吡啶(如，2-乙烯基吡啶、3-乙烯基吡啶、4-乙烯基吡啶)、乙烯基萘、乙烯基二甲苯、烯丙基甲苯、乙烯基噻吩、乙烯基噻唑、烯丙基呋喃、烯丙基咪唑、乙烯基苯并咪唑、乙烯基吡唑、烯丙基吡咯、乙烯基吡嗪，或它们的组合。
具有至少两个可聚合的烯烃基团的单体是可交联的，典型的包括：二乙烯基或二烯丙基取代的C5-10单环或双环芳基或杂芳基，任选被C1-12支化或未支化的烃基或卤素取代，或它们的组合。具体可交联的单体包括：二乙烯基苯、二乙烯基甲苯、二乙烯基二甲苯、二烯丙基萘、二乙烯基吡啶(如，2，4-二乙烯基吡啶)、二烯丙基噻吩、二乙烯基噻唑、二乙烯基呋喃、二烯丙基咪唑、二乙烯基苯并咪唑、二烯丙基吡啶、二乙烯基吡唑、二烯丙基吡咯、二乙烯基吡嗪，或它们的组合。
亲水性单体优选包含一个或多个极性官能团，提供与极性分析物的亲水性相互作用。亲水性单体优选具有以下化学式：
CH2＝CR-L-Q-R-Lr[-CR＝CH2]r
式中，Q是-NRC(O)-、-C(O)NR-、-OC(O)NR-、-OC(O)R、-NRC(O)O-、-NRC(O)NR-、-NCO、-CHOHCHOH-、CH2OCHCH2O-、-(CH2CH2O)s-和-(CH2CH2CH2O)s-(其中，s是1-12)、-C(O)-、-C(O)O-、-CH2C(O)CH2-、-S-、-SS-、-CHOH-、-O-、-SO-、-SO2-、-SO3-、-OSO3、-SO2NR-、-NRq-、和-NRq +-、-CN、-NC、-CHOCH-、-NHC(NH)NH-、-NO2，-NO、-OPO3-、-OH，或者它们的组合；L是键，或C1-12支化的、未支化的烃基、或环烃基；R是氢、C5-10单环或双环芳基或杂芳基、C1-12支化的、未支化的烃基、或环烃基，任选被卤素、硝基或烷基取代；r是0或1。亲水性单体优选选自：乙烯基、二乙烯基、烯丙基或二烯丙基取代的乙酰胺、烷基乙酰胺、丙烯酰胺、烷基丙烯酰胺、丙烯酸、烷基丙烯酸、醇、胺、氨基甲酸酯、尿素、氨基甲酸酯、异氰酸酯、氰酸酯、腈、异腈、二醇、硫醇、二硫醇、吡咯烷酮、乙酸酯、磺酰胺，或它们的组合。示例的亲水性单体包括N-乙烯基酰胺，如N-乙烯基乙酰胺、N-甲基-N-乙烯基乙酰胺、2-氰基-N-乙烯基乙酰胺、N-烯丙基乙酰胺、N-甲基-N-烯丙基乙酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、以及二丙烯酸酯、二甲基丙烯酸酯、二丙烯酰胺、二甲基丙烯酰胺、二甲基丙烯酸和二丙烯酸的乙二醇酯、聚乙二醇的二甲基丙烯酸或丙烯酸酯。
可以使用以下化学式的包含芳基或杂芳基部分的其它亲水性单体：
CH2＝CR-L-A-L-Q-R
式中，Q是-NRC(O)-、-C(O)NR-、-OC(O)NR-、-OC(O)R、-NRC(O)O-、-NRC(O)NR-、-NCO、-CHOHCHOH-、CH2OCHCH2O-、-(CH2CH2O)s-和-(CH2CH2CH2O)s-(其中，s是1-12)、-C(O)-、-C(O)O-、-CH2C(O)CH2-、-S-、-SS-、-CHOH-、-O-、-SO-、-SO2-、-SO3-、-OSO3、-SO2NR-、-NRq-、和-NRq +-、-CN、-NC、-CHOCH-、-NHC(NH)NH-、-NO2，-NO、-OPO3-、-OH，或它们的组合；L是键，或C1-12支化的、未支化的烃基、或环烃基；R是氢、C5-10单环或双环芳基或杂芳基、C1-12支化的、未支化的烃基、或环烃基，任选被卤素、硝基或烷基取代；A是C5-10单环或双环芳基或杂芳基，任选被C1-12支化或未支化的烃基或卤素取代，r为0或1。包含芳基或杂芳基部分的亲水性单体优选选自乙烯基、二乙烯基、烯丙基或二烯丙基取代的苯甲酰胺(如，N-乙烯基-2-氯-4-硝基苯甲酰胺)、苯胺、苯甲酸、苯磺酸、苯磺酰胺、硝基苯、乙烯基吡啶鎓等。
虽然优选在一个反应步骤中将聚合物单块形成在多孔基质上，但在聚合物在多孔基质上形成后，需要时，可以用极性官能团对该聚合物进一步官能化，以改变聚合物的吸附特性。因此，在聚合物单块在多孔基质上形成后，芳基或杂芳基部分可以通过对其处理，用极性官能团进行官能化，引入极性取代基-L-Qp-Rq；其中，Q是-NRC(O)-、-C(O)NR-、-OC(O)NR-、-OC(O)R-、-NRC(O)O-、-NRC(O)NR-、-NCO、-CHOHCHOH-、CH2OCHCH2O-、-(CH2CH2O)n-、-(CH2CH2CH2O)n-、-C(O)-、-C(O)O-、-CH2C(O)CH2-、-S-、-SS-、-CHOH-、-O-、-SO-、-SO2-、-SO3-、-OSO3、-SO2NMe-、-NRq-、和-NRq +-、-CN、-NC、-CHOCH-、-NHC(NH)NH-、-NO2、-NO、-OPO3-、-OH，其中n为大于1，或更优选为1-12；R是氢、C5-10单环或双环芳基或杂芳基、C1-12支化的、未支化的烃基、或环烃基；q为0-3；p为0-5，或更优选p为0-2；L是键，或C1-12支化的、未支化的烃基、或环烃基。在优选的实施方式中，引入的极性官能团是酰胺、硝基、尿素、氨基甲酸酯(urethane)、氨基甲酰基、氨基甲酸酯(carbamate)、羧基或羟基，还可以包含离子交换官能团，如季胺和磺酸盐，或任何极性官能团的混合物。
优选的阳离子离子交换官能团是磺酸盐，可以通过包括含磺酸的单体如乙烯基苯磺酸，或通过磺化，将磺酸盐引入极性官能化聚合物改性的多孔基质。对聚合物进行磺化的示例方法在美国专利No.6,322,695(Lee)中描述。简而言之，磺化的极性官能化聚合物改性的多孔基质(如，聚(N-乙烯基乙酰胺-二乙烯基苯)或聚(二乙烯基苯-N-乙烯基吡咯烷酮)共聚物改性的玻璃纤维)可通过如下用磺酸进行衍生化来制备：在装备温度计、搅拌器、冷凝器和反应器温度控制系统的烧瓶中加入硫酸和聚合物改性的多孔基质，至H2SO4(95-98％)与聚合物的重量比值约为5-100，在选定温度下反应，并调节搅拌以保证充分混合。在恒定温度下搅拌反应混合物一定的时间，然后，用水洗涤聚合物改性的多孔基质，然后进行干燥。磺化水平可通过硫元素分析(如，Atlantic Microlab Inc.，Norcross，Ga.)来测定。可对反应温度和反应时间进行选择，以制备具有要求的离子交换能力的聚合物。
优选的阴离子交换官能团是氨基，可以通过在聚合反应中包括含氨基部分的亲水性单体(如，乙烯基氨基苯或乙烯基吡啶鎓)或通过胺化，将氨基引入聚合物改性的多孔基质。对聚合物改性的多孔基质进行胺化的示例方法在实施例3中描述。简而言之，该方法包括在搅拌下使用浓硝酸(约30摩尔当量)对极性官能化聚合物改性的多孔基质进行硝化。在冷水中冷却该混合物的同时，要在1-1.5小时内滴加浓硫酸(18摩尔当量)，并继续搅拌。将硝化的聚合物改性的多孔基质取出，浸在水中静置，然后用2.0M NaOH、去离子水和丙酮洗涤，并干燥。然后，硝化的聚合物改性的多孔基质如下进行还原步骤：将硝化的聚合物改性的多孔基质悬浮于冰乙酸中，在进行机械搅拌的同时，用1∶1盐酸中的氯化亚锡溶液进行处理，室温下搅拌该混合物。从该反应中取出胺化的聚合物改性的多孔基质，浸在去离子水中，用1.0M氢氧化钠洗涤几次，直到所有痕量的锡都被洗掉。然后用水洗涤胺化的聚合物改性的多孔基质，直到洗涤水的pH为中性，然后用丙酮洗涤，干燥。
通过在聚合反应中包括酰胺官能化的单体(如，N-乙烯基乙酰胺、N-乙烯基-2-氯-4-硝基苯甲酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮)，或通过对聚合物进行酰胺化，可将酰胺官能团引入聚合物单块中。将酰胺部分引入疏水性单体单元的示例方法在实施例3中描述。简而言之，如上所述，该方法可包括对聚合物改性的多孔基质进行硝化和胺化，并进一步使胺化的聚合物与合适的反应物，如酸、酰氯或酸酐反应。将胺化的聚合物改性的多孔基质悬浮于过量碱(如，三乙胺或吡啶)中，并在搅拌下，于室温滴加酸、酰氯或酸酐(相对于胺化聚合物的氮摩尔为1.5摩尔当量)进行处理。将酰胺官能化的聚合物改性的多孔基质从反应混合物中取出，用0.1M盐酸洗涤几次，然后用去离子水、甲醇和丙酮洗涤。最后，对酰胺官能化的聚合物改性的多孔基质干燥。
IX.分离分析物的方法
极性官能化聚合物改性的多孔基质可用于分离化合物进行分析，如色谱的方法中。适当的色谱应用和分离方法包括但不限于，例如，薄层色谱、高效液相色谱、反相色谱、正相色谱、离子色谱、反相离子对色谱、离子交换色谱、亲和色谱、疏水性相互作用色谱、尺寸排阻(size exclusion)色谱、手性识别色谱、灌流(perfusion)色谱、电色谱、分配色谱、微柱液相色谱、毛细管色谱、液-固色谱、制备型色谱、亲水性相互作用色谱、超临界流体色谱、沉淀液相色谱、键合相色谱、快速液相色谱、闪式色谱、液相色谱-质谱、气相色谱、基于微流体的分离、固相萃取分离、或基于单块的分离。对聚合物改性的多孔基质，优选的色谱应用是固相萃取，例如使用SPE柱体或离子交换色谱进行。
将液相分离技术小型化至纳米级涉及小的柱内径(＜100微米内径)和低流动相流速(＜300nL/min)。如毛细管色谱、毛细管区电泳(CZE)、纳米-LC、开口管柱液相色谱(OTLC)和毛细管电色谱(CEC)的技术相比于常规高效液相色谱(HPLC)提供了许多优点。这些优点包括高分离效率，高速分离，小体积样品分析，以及结合2-维技术。
对分析物进行色谱分离的方法通常包括：a)提供设置在色谱设备(如，柱、柱体、微芯片上的沟槽、移液管尖端等)中的极性官能化聚合物改性的多孔基质；b)用一种或多种流动相(如，有机溶剂、任选缓冲剂或盐的水溶液，或它们的混合物，如乙腈/甲酸/水，或梯度(gradient)溶剂混合物)对所述聚合物改性的多孔基质进行调节；c)使所述聚合物改性的多孔基质与包含一种或多种分析物(如，血浆、环境水样、合成反应物、产物和中间体的混合物，等)的溶液接触；d)使包含有机溶剂、水溶液、或它们的混合物的流动相通过所述聚合物改性的多孔基质；e)将一种或多种分析物从聚合物改性的多孔基质上洗脱(如，使用包含反离子、有机溶剂等的合适流动相)。由于聚合物直接形成在多孔基质上，当使用非溶胀性多孔基质如玻璃纤维单块时，可以使吸着剂(聚合物改性的多孔基质)在色谱设备内的沟槽和收缩最小。
X.进行固相萃取的方法
在一特定方面，揭示使用固相萃取从样品中分离分析物的方法。所述样品可来自任何来源，尽管在此所述的聚合物改性的多孔基质和方法特别适合用于从生物、环境、合成和药物样品等中分离分析物。例如，样品可包括含感兴趣的分析物(如药物)的生物基质(如，全血或血浆或唾液或尿)。或者，样品可包括环境样品，如饮用水，或已知或怀疑被污染的水。在另一个实例中，样品可包含为活性治疗剂或其前体或其代谢物的分析物。
分离分析物的方法一般包括四个步骤：(a)用有机溶剂和任选的水性溶剂，或它们的混合物对极性官能化聚合物改性的多孔基质进行调节；(b)将待分析的样品中存在的分析物吸附到经调节的聚合物改性的多孔基质上；和(c)用有机溶剂和任选的水性溶剂，或它们的混合物从聚合物改性的多孔基质洗脱被吸附的分析物。该方法还包括在进行步骤(c)之前洗涤聚合物改性的多孔基质和吸附的分析物，还可以包括使用任何合适的分析方法或仪器对分析物进行分析。
调节步骤通常包括用能增强表面特性的溶剂处理极性官能化聚合物改性的多孔基质。在优选的实施方式中，所述方法包括通过用有机调节溶剂(如甲醇)，然后用水，例如，各约1mL洗涤聚合物改性的多孔基质来调节聚合物改性的多孔基质。聚合物改性的多孔基质可以与载体，如筒体或柱体缔合，这种情况下，调节步骤可包括使有机溶剂从筒体或柱体上通过，然后使水性溶剂在所述筒体或柱体上通过。甲醇会溶胀聚合物改性的多孔基质并提高有效表面积。水处理去除过量的甲醇并使聚合物表面发生水合。然后调节后的表面可在真空条件下除去过量的溶剂；聚合物改性的多孔基质经此处理后保持完全水合。然后，包含分析物的样品与聚合物改性的多孔基质接触，形成聚合物改性的多孔基质-分析物复合物(complex)。该步骤有时被称作样品负载，使一种或多种分析物(如果存在)可吸附在聚合物改性的多孔基质上。分析物的吸附、以及分析物的保留都是随分析物与形成在多孔基质上的聚合物吸着剂的疏水性以及亲水性相互作用(如，偶极、质子接受、质子供给、静电吸引等)而变的。因此，能促进与分析物的疏水性以及亲水性相互作用的极性官能化聚合物改性的多孔基质将保留不同极性和化学特性的分析物。然后，使用能破坏聚合物吸着剂与分析物的疏水性和亲水性相互作用的溶剂，进行解吸和回收分析物。
因此，在优选的实施方式中，极性官能化聚合物改性的多孔基质用于固相萃取形式，并包括极性官能化聚合物改性的多孔基质。形成于多孔基质上的极性官能化聚合物单块的例子包括：聚(乙烯基乙酰胺-二乙烯基苯)，由疏水性单体如苯乙烯、烯丙基苯、二乙烯基或二烯丙基苯、烃基或卤素取代的苯乙烯、乙烯基呋喃、乙烯基吡啶等与亲水性单体，如N-乙烯基乙酰胺、丙烯酰胺、丙烯酸、乙烯基吡咯烷酮，以及它们的组合形成的共聚物。这种极性官能化聚合物单块可提供对极性分析物非常有利的保留，甚至所述保留与分析物的极性呈线性关系。在另一个优选的实施方式中，聚合物改性的多孔基质用其它极性基团如氨基、季氨基、硝基、磺酸等进行官能化，并提供对极性分析物的另外的保留特性。
当样品包含血浆时，该样品可作为稀释的水溶液(至少1∶1稀释)引入。这一作法是合乎需要的，因为来自动物或人的血浆样品为高粘度，会阻止自由流动，除非进行稀释来降低粘度。然而，与用于固相萃取的常规吸着剂情况相比，由于聚合物改性的多孔基质有优良的流动性，样品粘度的问题减小。通常优选避免在该步骤使用有机溶剂，因为这些溶剂会使蛋白质从血浆溶液中沉淀，而沉淀的蛋白质会污染吸着剂表面。而且，聚合物改性的多孔基质的优良流动性一定程度地排除这一困难。还要求在有益于分析物和聚合物吸附的条件下，使样品与聚合物改性的多孔基质接触。同时，这些条件最好不利于将不需要的蛋白和其它杂质留在吸着剂表面上。这些条件包括在大致室温和中性pH条件进行接触。
在一个实施方式中，样品以1∶1水溶液加入，分析物(如药物)可以以1纳克至10微克/毫升水平存在。可加载约100-1000微升样品体积，尽管优选约400-500微升的体积。然后，聚合物改性的多孔基质-样品复合物用水洗涤，然后用有机洗涤溶剂洗涤。在一个实施方式中，负载了样品的吸着剂用水洗涤，然后用约10-30％乙腈水溶液(可使用任何体积，虽然优选约200-1000微升的体积)洗涤。除蛋白质类物质外，水洗还可去除样品中可能存在的盐和其它水溶性的基质组分。水性-有机的二元洗涤还可以去除有机杂质，包括可能粘附到吸着剂表面的不溶于水的基质组分。要求对洗涤进行控制，以不破坏分析物结合于聚合物吸着剂的表面。当在分离中使用许多已知的基于二氧化硅的和聚合物吸着剂时，这种二元洗涤可以从吸着剂上去除许多极性分析物。
接下来，用洗脱溶剂将分析物从聚合物改性的多孔基质-分析物复合物上洗脱。洗脱可以通过使一定体积的洗脱溶剂从具有吸附的分析物的聚合物改性的多孔基质上通过来进行。代表性的洗脱溶剂包括含水性组分和有机组分的二元溶剂。有机组分优选占该二元溶剂的至少约80-90％。代表性的有机组分包括但不限于：乙腈和甲醇。也可以使用尾随离子，如三氟乙酸作为洗脱溶剂的组分，用来有效破坏极性药物与吸着剂的极性相互作用。在一个实施方式中，发现60∶30∶10的甲醇/乙腈/0.1％三氟乙酸对各种极性的药物提供90％至几乎是定量的回收(参见图8)。可以使用约400-1000微升体积的洗脱溶剂，在某些情况优选约400-500微升体积的洗脱溶剂。
可通过例如质谱、液相色谱、气相色谱，或这些技术与本领域技术人员已知的其它技术的组合，来收集洗脱液并确定回收的分析物的特性。当感兴趣的分析物(如，药物)以微微克量级存在于血浆中时，洗脱溶剂可以蒸发，将残留的分析物再溶解(即，再构成)在用于LC或LC/MS的约40-100微升的流动相中。
本发明的极性官能化聚合物吸着剂和相关方法的优点是能够使洗脱液直接通至分析物鉴定的设备。直接通至分析设备对用现有技术的许多吸着剂是不可能的，部分原因是现有技术的吸着剂的离子抑制作用以及这些吸着剂不能保留中等极性至高极性的分析物。这些缺陷会导致在洗脱液中不希望有的组分，这些组分会使分析物鉴定的操作明显复杂化，并产生差的MS谱。例如，本发明的吸着剂可以形成包含该吸着剂的系统和LC/MS/MS系统中的组分。样品可负载在吸着剂上，分析物洗脱，洗脱液流直接送入LC/MS/MS系统、HPLC系统或者分析仪器范围中的任何系统。
XI.极性官能化聚合物改性的多孔基质的优点
在此描述的极性官能化聚合物改性的多孔基质证实具有较高的流速，如在实施例8中证实的，提供了较快样品制备时间并提高了样品制备的效率。聚合物改性的多孔基质显示，在使用包含5％甲醇的水溶液的溶剂通过直径约47mm的盘进行测试时，具有至少40mL/min的流速，在约40mL/min至约1L/min之间，更典型的至少100mL/min。优良的流动特性导致减少或消除了沟槽效应，以及减少在萃取分析物期间堵塞多孔基质，提供较高的分析物回收的一致性并另外节约时间和费用。
在此描述的极性官能化聚合物改性的多孔基质提高了分析物的回收以及回收效率。在此描述的基质在进行极性官能化和用于含极性分析物的样品时特别有利，可解决分析用的回收问题。此外，在此描述的基质可用于高处理量的应用，提供高生产率。
此外，分析物可以使用小洗脱体积从吸着剂洗脱，提供更高度浓缩的样品用于分析，减小溶剂体积，消除了溶剂蒸发步骤并节省了后来所需的时间。这些特征提供了在时间和劳动力以及材料方面的节省。
在此描述的极性官能化聚合物改性的多孔基质提供不同极性的分析物的不同保留，提供对所需极性的分析物的分离方面的优点。在此提供的极性官能化聚合物改性的多孔基质显示改进了对极性分析物的保留，以及相对于没有进行极性官能化的聚合物单块，对极性分析物的很好保留。极性官能化聚合物改性的多孔基质还提供了对极性分析物的优良吸附容量。聚合物改性的多孔基质提供了在分析物保留和在整个log P值范围的log P的线性关系，极性官能化聚合物改性的多孔基质还提供在log P值较宽范围的线性关系。在某些实施方式中，不使用离子交换官能团也能提高对极性分析物的保留。
如实施例5所示，用聚合物改性的多孔基质、PSDVB改性的玻璃纤维对各分析物的保留在约2.5-5的log P值范围是线性的。但是，在log P值小于2.5，保留降低，对log P值约为1.75的分析物，相对保留小于80％，对log P值约为1.6的分析物相对保留小于60％。因此，优选用PSDVB改性的多孔基质保留相对非极性分析物(如，log P值大于2.5的分析物)。
用极性官能化聚合物改性的多孔基质，PSDVB-NHCOCH3改性的玻璃纤维对分析物的相对保留在测试的log P值范围(约1.6-5)为线性，大多数分析物的相对保留在去甲替林(nortriptyline)保留的90％之内。因此，用极性官能化聚合物改性的多孔基质，分析物的保留与分析物的极性的相关性较小。
用极性官能化聚合物改性的多孔基质，NVA-DVB“高”改性的玻璃纤维对分析物的相对保留在约1.7-5的log P值范围为线性，大多数的分析物的相对保留在90％之内。但是，对log P值为1.6的分析物，保留提高，相对于去甲替林，提高的保留超过120％。
用极性官能化聚合物改性的多孔基质，NVA-DVB“低”改性的玻璃纤维对分析物的保留在整个测试的log P值范围(约1.6-5)为线性，对测试的所有分析物相对保留在90％之内。因此，NVA-DVB“低”改性的吸着剂在测试的分析物范围提供了最线性和一致的保留。
使用极性官能化聚合物改性的多孔基质能够以小的洗脱溶剂体积回收宽log P值范围的吸附的分析物，将供进一步分析的样品进行浓缩的要求减至最小。如图7所示，从NVA-DVB“高”改性玻璃纤维洗脱分析物证实能使用小体积洗脱溶剂很好回收各种极性的分析物。大多数极性分析物用较少体积的洗脱溶剂洗脱。其余分析物显示非常类似的回收。观察到，用400μL的洗脱溶剂，对所有分析物可达到大于95％的回收。
如图8所示，从NVA-DVB“低”改性的玻璃纤维洗脱分析物证实能使用小体积洗脱溶剂很好回收各种极性的分析物。能以非常类似的洗脱分布曲线回收分析物。观察到，用400μL的洗脱溶剂，对所有分析物可达到大于95％的回收。仅用250μL的洗脱溶剂，对所有分析物可达到大于85％的回收。
极性官能化聚合物改性的多孔基质对分析物的容量较高，并可选择保留所需极性的分析物。NVA-DVB“高”改性的多孔基质对极性分析物的容量明显较高并且是与分析物有关的，保留的分析物量为4-65μg。NVA-DVB“低”改性的多孔基质对极性分析物的容量最大。保留的分析物量为8-80μg，证实对极性分析物的吸附更高。需要额外的容量时，可以使用另外的极性官能化聚合物改性的多孔基质，例如，通过使用较大体积的聚合物改性的多孔基质，或者增加另外的设备。在优选的实施方式中，聚合物改性的多孔基质为玻璃纤维盘形式，可以堆叠其它的盘，提供更大的分析物吸附容量。
此外，在此描述的制备极性官能化聚合物改性的多孔基质的方法是有效和简便的，节省了制造过程中的成本和劳动力。在此描述的极性官能化聚合物改性的多孔基质也能被有效和简便地使用，原因是对不同极性分析物的高保留以及快的溶剂流速，对分析物的分析节省了时间和溶剂需求。
要理解，虽然结合优选的具体实施方式描述了本发明，上面的描述和下面的实施例都用来说明本发明，而不构成对本发明范围的限制。除非另外指出，实施本发明时可以采用本领域技术范围之内的有机化学、聚合物化学、生物化学等常规技术。本发明范围之内的其它方面、优点和修改对本发明涉及的领域的技术人员而言是显而易见。这些技术在参考文献中详细说明。
在下面的实施例中，努力确保所用数值(如，量、温度等)精确，但应考虑到某些实验误差和偏差。除非另外指出，温度单位为℃，压力为大气压或接近大气压。除非另外指出，所有溶剂都购买HPLC级，所有反应都在氩气的惰性气氛中常规进行。除非另外指出，所用试剂从以下来源获得：NVA、十二醇、THF、苯乙烯、DVB、AIBN和癸醇都从Sigma Aldrich获得。
缩写：
NVA：N-乙烯基乙酰胺
DVB：二乙烯基苯
AIBN：偶氮二异丁腈
THF：四氢呋喃
ST：苯乙烯
实施例1
制备酰胺官能化的聚合物改性的玻璃纤维单块
在烧杯中，制备N-乙烯基乙酰胺(3.4gm)(NVA)、二乙烯基苯(17.14mL)、l-十二烷醇(26.1gm)、四氢呋喃(4mL)和偶氮二异丁腈(200mg)(AIBN)的混合物并进行搅拌，直到NVA和AIBN溶解，然后将该混合物倒入宽大容器(塑料盘)中。对约4.5″×3.0″的玻璃纤维介质片测定质量并记录，将玻璃纤维浸在上面制备的单体混合物中约7分钟。从塑料盘中取出饱和的玻璃纤维，使纤维滴液约1.5分钟，以去除过量的反应混合物。将该饱和的玻璃纤维放入合适的容器(没有干燥剂的排空的干燥器)中，容器中有支承玻璃纤维的器件(如Teflon架)。该干燥器用干氮气吹扫约30分钟，以除去空气，然后，去除吹扫管，关闭该干燥器的出口。将该干燥器放入70℃烘箱中保持24小时，进行聚合反应。反应时间过后，取出酰胺官能化的聚合物改性的玻璃纤维单块(“NVA-DVB低”)，用甲醇、水和丙酮进行彻底洗涤，然后在70℃烘箱内干燥24小时。反应的示意图示于图1。
实施例2
制备酰胺官能化的聚合物改性的玻璃纤维单块
如下制备制备较高N-乙烯基乙酰胺量的形成聚合物的溶液。在烧杯中，制备N-乙烯基乙酰胺(7.7gm)(NVA)、二乙烯基苯(10mL)、1-癸醇(46mL)、四氢呋喃(4mL)和偶氮二异丁腈(200mg)(AIBN)的混合物并进行搅拌，直到NVA和AIBN溶解，然后将该混合物倒入宽大容器(塑料盘)中。对约4.5″×3.0″的玻璃纤维介质片测定质量并记录，然后浸在上面制备的单体混合物中约7分钟。从塑料盘中取出饱和的玻璃纤维，使纤维滴液约1.5分钟，以去除过量的反应混合物。将该溶液饱和的玻璃纤维放入合适的容器(没有干燥剂的排空的干燥器)中，容器中有支承玻璃纤维的器件。该干燥器用干氮气吹扫约30分钟，以除去空气，然后，去除吹扫管，关闭该干燥器的出口。将该干燥器放入70℃烘箱中保持24小时，进行聚合反应。反应时间过后，取出酰胺官能化的聚合物改性的玻璃纤维单块(“NVA-DVB高”)，用甲醇、水和丙酮进行彻底洗涤，然后在70℃烘箱内干燥24小时。
实施例3
制备酰胺官能化的聚合物改性的玻璃纤维单块
按照下面方法制备PSDVB改性的玻璃纤维单块并进行酰胺化。反应示意图示于图2。
A.在烧杯中制备含苯乙烯(10mL)、二乙烯基苯(10mL)、1-癸醇(26mL)、四氢呋喃(4mL)和偶氮二异丁腈(200mg)(AIBN)的形成聚合物的溶液并进行搅拌，直到溶解，然后将该混合物倒入宽大容器(塑料盘)中。对约4.5″×3.0″的玻璃纤维介质片测定质量并记录，然后浸在上面制备的单体混合物中约7分钟。从塑料盘中取出饱和的玻璃纤维，使纤维滴液约1.5分钟，以去除过量的反应混合物。将该溶液饱和的玻璃纤维放入合适的容器(没有干燥剂的排空的干燥器)中，容器中有支承玻璃纤维的器件。该干燥器用干氮气吹扫约30分钟，以除去空气。然后，去除吹扫管，关闭该干燥器的出口。将该干燥器放入70℃烘箱中保持24小时，进行聚合反应。反应时间过后，取出聚合物改性的玻璃纤维单块(″PSDVB″)用甲醇、水和丙酮进行彻底洗涤，然后在70℃烘箱内干燥24小时。
B.如下进行硝化步骤：将在步骤A制成的PSDVB改性的玻璃纤维单块悬浮于浓硝酸(30摩尔当量)中，并机械搅拌该混合物。混合物在冷水中冷却时，在1-1.5小时内滴加浓硫酸(18摩尔当量)，同时持续搅拌。室温下再搅拌该混合物3小时以上。取出改性的玻璃纤维单块，浸在水中，静置2小时，然后用2.0M NaOH、去离子水和丙酮洗涤，在70℃的烘箱内干燥24小时。
C.如下进行还原步骤：将硝化的PSDVB玻璃纤维单块悬浮于冰乙酸中，在机械搅拌同时，用氯化亚锡(375g)在1∶1盐酸(951mL)中的溶液进行处理。室温下搅拌该混合物60小时。从反应混合物中取出聚合物改性的玻璃纤维单块，浸在去离子水中，用1.0M氢氧化钠洗涤几次，直到所有痕量的锡被洗去。然后，该单块用水洗涤，直到洗涤水的pH为中性，然后用丙酮洗涤。将该单块在70℃的烘箱内干燥24小时。
D.如下进行酰化步骤：将胺化的PSDVB玻璃纤维单块悬浮于碱(三乙胺或吡啶，过量)中，进行缓慢的机械搅拌，滴加乙酸酐(相对于胺化聚合物中的氮摩尔为1.5摩尔当量)进行处理。室温下持续搅拌3.5小时。从反应混合物中取出酰胺官能化的聚合物改性的玻璃纤维单块(“PSDVB-NHCOCH3”)，用0.1M盐酸洗涤几次，然后用去离子水、甲醇和丙酮洗涤。最后，单块于70℃干燥。
实施例4
酰胺官能化的聚合物改性的单块的元素分析
对实施例1-3中描述的酰胺官能化的聚合物改性的玻璃纤维单块(NVA-DVB低、NVA-DVB高和PSDVB-NHCOCH3)，以及按照实施例3制备的在酰胺官能化之前的PSDVB改性的玻璃纤维单块(PSDVB)(即，在硝化、还原和酰化步骤之前)进行元素分析。结果列于表1。
实施例1的聚合物改性的玻璃纤维单块(NVA-DVB低)的特性是相对于实施例2和3的聚合物改性的玻璃纤维单块，其N含量较低。只用PSDVB改性的玻璃纤维膜的氮含量可忽略(N＜0.02％)。最大N量存在于实施例3制备的聚合物改性的玻璃纤维单块(PSDVB-NHCOCH3)中。只示出对碳、氢和氮的结果。
表1.聚合物改性的膜的元素分析
    聚合物改性的玻璃纤维单块     碳％     氢％     氮％
    NVA-DVB低     57.5     5     0.42
    NVA-DVB高     50.15     5.38     2.14
    PSDVB-NHCOCH3     48.37     4.02     2.55
实施例5
用聚合物改性的玻璃纤维单块对分析物的相对保留
制备含以下分析物混合物的2％甲醇溶液。各分析物的最后浓度为：苯异丙胺(2500ng/mL)、麻黄碱(5900ng/mL)、去甲替林(2280ng/mL)、米安色林(mianserin)(2170ng/mL)、马来酸氯苯那敏(4500ng/mL)、诺氟西汀(norfmoxetine)(4000ng/mL)、溴苯那敏(3000ng/mL)和奎尼丁(4400ng/mL)。各分析物的log P值示于下面表2。
表2.各分析物的Log P值
分析物     log P
苯异丙胺     1.76
麻黄碱     1.61
去甲替林     4.74
米安色林     3.85
马来酸氯苯那敏     3.38
诺氟西汀     3.75
溴苯那敏     3.89
奎尼丁     2.62
制备具有以下四种吸着剂中一种的96孔固相萃取板：NVA-DVB低、NVA-DVB高、PSDVB-NHCOCH3和PSDVB。各吸着剂用400μL甲醇和400μL去离子水调节。然后，在各孔的吸着剂中加入200μL分析物混合物。使用6∶3∶1甲醇/乙腈/1％甲酸的2×100μL等分物(总量200μL)，将分析物从各吸着剂洗脱。将合并的洗脱液的50μL等分液用另外50μL的1％甲酸稀释(总量为100μL)，取10μL该稀释洗脱液，通过LC-MS(Varian 1200L质谱仪)，使用有下表所示的流动相梯度的PURSUITC18柱(50×2.0mm，3μm粒度)进行分析和定量。各吸着剂的N＝5。
表3.流动相梯度
    时间     甲醇％     甲酸％     流速(μL/min)
    0:00     15     85     300
    0:30     15     85     300
    2:00     85     15     300
    2:30     85     15     300
    2:31     15     85     300
    3:30     15     85     300
各分析物的保留以分析物的log P对从吸着剂中的回收率％的函数的形式作图。只用PSDVB改性的玻璃纤维单块对分析物保留在约2.5-5的log P值范围为线性，具有此范围log P值的各分析物在洗脱级分中回收约67％。但是，logP值低于2.5，回收率降低，对log P值为1.76的分析物的回收率为51％，对logP值为1.6的分析物的回收率为40％，表明低对log P值的分析物以及较高log P值的分析物被疏水性PSDVB改性的玻璃纤维单块保留。相反，用实施例3的PSDVB-NHCOCH3改性的玻璃纤维单块对分析物的保留在约1.6-5的log P值范围为线性，具有此范围log P值的各分析物的回收率为63-73％。
用实施例2的NVA-DVB“高”改性的玻璃纤维单块对分析物的保留在约1.75-5的log P值范围为线性，分析物回收率约为65％。但是，对log P值为1.6的分析物，回收率提高(82％)。
用NVA-DVB“低”改性的玻璃纤维单块对分析物的保留在约1.6-5的log P值的全部测试范围为线性，对所有测试的分析物，回收率约为62-70％。
如图3所示，当归一至去甲替林并以相对保留表示时，用PSDVB改性的玻璃纤维单块对各分析物的保留在约2.5-5的log P值范围为线性。而log P值小于2.5，保留降低，对log P值约为1.75的分析物，相对保留小于80％，对logP值约1.6的分析物，相对保留小于60％。相反，用PSDVB-NHCOCH3改性的玻璃纤维单块对分析物的保留在约1.6-5的log P值范围为线性，大多数分析物的相对保留在去甲替林保留的90％之内。
用NVA-DVB“高”改性的玻璃纤维单块对分析物的相对保留在约1.7-5的log P值范围为线性，大多数分析物的相对保留在90％之内。但是，对log P值1.6的分析物，保留提高，相对于去甲替林，提高的保留超过120％。
用NVA-DVB“低”改性的玻璃纤维单块对分析物的相对保留在约1.6-5的log P值的全部测试范围为线性，对所有测试的分析物的相对保留在90％之内。因此，NVA-DVB“低”吸着剂提供对测试的分析物最线性和一致的保留。
实施例6
聚合物改性的玻璃纤维单块对分析物的容量
制备含有以下高、中和低三种不同浓度的极性分析物的混合物的原料溶液。各原料溶液中分析物的浓度如下：分别在三种不同浓度下的阿替洛尔(840，42，2μg/mL)、盐酸雷尼替丁(806，40，2μg/mL)、沙丁胺醇(810，40，2μg/mL)、半硫酸巴美生(bamathan hemisulfate)(806，40，2μg/mL)、马来酸噻吗洛尔(823，41，2μg/mL)和卡立普多(840，42，2μg/mL)。各分析物的log P值列于下面表4。
表4.对各种分析物的Log P值
分析物     log P
阿替洛尔     0.16
盐酸雷尼替丁     0.27
沙丁胺醇     0.97
半硫酸巴美生     1.29
马来酸噻吗洛尔     1.83
卡立普多     1.96
制备具有以下四种吸着剂中一种的96孔固相萃取板：NVA-DVB低、NVA-DVB高、PSDVB-NHCOCH3和PSDVB。各吸着剂用1mL甲醇和1mL去离子水调节。然后，在各孔的吸着剂中加入500μL分析物溶液。收集洗脱液。加入另一500μL分析物溶液，然后收集洗脱液。然后，在吸着剂上加入1500μL等分物，然后收集洗脱液。在吸着剂上施加最后1500μL等分物，收集洗脱液。
通过LC-MS(Varian 1200L)，使用PURSUITC18柱(50×2.0mm，3μm粒径)，使用流动相恒溶剂成分方法在40％甲醇/60％0.1％甲酸的条件下，对所用的各种浓度下从各吸着剂回收在洗脱液中的分析物(不吸附的分析物)进行定量，对各吸着剂和浓度，N＝3。
各吸着剂对不同极性的分析物的容量列于下面表5中，并图示于图4。对各吸着剂的吸着剂容量表示为各吸附的分析物在30％漏出时(即，当30％的应用的分析物洗脱液通过吸着剂，而没有被吸附时)的重量。
表5.被各种聚合物改性的多孔基质吸附的分析物量
分析物     log P   PSDVB   PSDVB-NHCOCH3   NVA-DVB“高”   NVA-DVB“低”
阿替洛尔     0.16     0     0     7     12.5
雷尼替丁     0.27     0     1.1     44     81
沙丁胺醇     0.97     0     0     4     7.9
巴美生     1.29     0     2.0     14     16.9
噻吗洛尔     1.83     0     1.2     65     80
卡立普多     1.96     0     1.2     57     82
如图4和表5所示，单独PSDVB改性的玻璃纤维单块对极性分析物如噻吗洛尔和阿替洛尔的容量为＜1μg，或不能测定，未检测到吸附的分析物，表明极性分析物不能被这种疏水性吸着剂很好保留。
PSDVB-NHCOCH3改性的玻璃纤维单块对极性分析物的容量也很小，保留少量(1-2μg)的雷尼替丁、巴美生(bamathan)、噻吗洛尔和卡立普多(carisprodol)。PSDVB-NHCOCH3改性的玻璃纤维单块对极性分析物的容量也很小，能保留1.2μg噻吗洛尔，不保留阿替洛尔。
NVA-DVB”高”改性的玻璃纤维单块对极性分析物的容量明显较高并且与分析物有关。保留的分析物量为4-65μg，表明对极性分析物的保留大得多。NVA-DVB”高”改性的玻璃纤维单块对极性分析物的容量为，噻吗洛尔保留65μg，阿替洛尔保留7μg，表明对极性分析物的保留和容量大得多。
NVA-DVB”低”改性的玻璃纤维单块对极性分析物的容量最大。分析物的保留量约为8-80μg，吸附80μg的噻吗洛尔和12.5μg的阿替洛尔，证实了所测试的吸着剂对极性分析物的吸附最大。
实施例7
对从PSDVB改性的单块洗脱的特性的比较分析
研究了用四种不同聚合物改性的玻璃纤维单块对各种分析物的回收情况。制备含麻黄碱、去甲替林、米安色林、马来酸氯苯那敏、溴苯那敏和奎尼丁的分析物混合物。各分析物的最终浓度为0.1μg/mL。
制备具有以下四种吸着剂中一种的96孔固相萃取板：NVA-DVB低、NVA-DVB高、PSDVB-NHCOCH3和PSDVB。各吸着剂首先用1mL甲醇，然后用1mL去离子水调节。然后，在各单块上施用0.4mL分析物混合物，洗脱液丢弃。分析物从各吸着剂洗脱在各级分中，除了NV A-DVB低外，对所有吸着剂，洗脱总体积为25μL，50μL，100μL，200μL，和1000μL的6∶3∶1甲醇/乙腈/1％甲酸。对NV A-DVB低，在25μL，50μL，150μL，250μL，和1000μL6∶3∶1甲醇/乙腈/1％甲酸的洗脱总体积下进行分馏。所有级分蒸发并再溶解(reconstituted)于100μL的15％甲醇，其余0.1％甲酸溶液。
通过LC-MS(Varian 1200L)，使用PURSUITC18柱(50×2.0mm，3μm粒度)，使用上面表3所示的流动相梯度，测定洗脱的各分析物量。对各吸着剂N＝5。
如图5所示，从PSDVB改性的玻璃纤维单块洗脱分析物表明，吸着剂能吸附各种极性的分析物，观察到对极性化合物(麻黄碱)和非极性化合物(奎尼丁)具有类似的回收。其它分析物保留更长，但被类似体积的溶剂洗脱。然而，分析物的回收率显示可变性。需要较大的洗脱溶液体积来洗脱某些分析物，回收率是可变的，用400μL洗脱溶剂进行洗脱后，吸附的分析物的回收率为75-95％。
如图6所示，从PSDVB-NHCOCH3改性的玻璃纤维单块洗脱分析物证实，能使用少量体积的洗脱溶剂，对具有各种极性的分析物的回收率很高。观察到，对所有分析物，用400μL洗脱溶剂可获得大于95％的回收率。
如图7所示，从NVA-DVB”高”改性的玻璃纤维单块洗脱分析物证实，能使用少量体积的洗脱溶剂，对具有各种极性的分析物的回收率很高。大多数极性分析物能用少量体积的洗脱溶剂洗脱。其余分析物显示非常类似的回收率。对所有分析物，用400μL洗脱溶剂可获得大于95％的回收率。
如图8所示，从NVA-DVB”低”改性的玻璃纤维单块洗脱分析物证实，能使用少量体积的洗脱溶剂，对具有各种极性的分析物的回收率很高。能以非常相似的洗脱分布曲线回收各种分析物。观察到，对所有分析物，用400μL洗脱溶剂可获得大于95％的回收率，对所有测试的分析物，只用250μL洗脱溶剂可获得大于85％的回收率。因此，这种吸着剂能够以少量体积的洗脱溶剂，回收在宽log P值范围的吸附的分析物，将供进一步分析的样品进行浓缩的需求降至最低。
实施例8
比较PSDVB改性的单块和工业固相萃取过滤盘的流动特性
按照实施例1-3中所述，使用按下面表6列出的不同量的二乙烯基苯、苯乙烯和N-乙烯基乙酰胺，制备聚合物改性的多孔基质。购得工业固相萃取盘(EmporeTM High Performance Extraction Disks，SDB-XC，Part#12145010)，并用作比较仪。
所有的盘为同样尺寸(直径47mm)。将盘向下置于盘固定器的丝网面中，真空度设定在10英寸汞柱，测定流速。在盘固定器和真空源之间设置阀。样品体积为含5mL甲醇的1L去离子水。为了进行测试，在加入样品之前，将约3mL甲醇加入该盘中对其进行调节。将样品加入盘固定器的漏斗中，施加真空，启动计时器，记录样品通过盘抽出所需的时间。测试结果列于下面表6。
表6.各种聚合物改性的多孔基质的流动性质
    DVBmL     STmL     NVAgm     癸醇mL  十二烷醇mL     THFmL     流速mL/min
                                      低NVA
    17.14     -     3.4     26     -     4     229
    17.14     -     3.4     36     -     4     659
    17.14     -     3.4     -     26     4     488
                                      高NVA
    10     -     7.7     46     -     4     409
    10     -     7.7     56     -     4     882
                                      PSDVB
    15     5     -     26     -     4     229
    10     10     -     26     -     4     414
    5     15     -     26     -     4     444
                  EmporeTM High Performance Extraction Disks，SDB-XC
    -     -     -     -     -     -     28
这些结果表明，使用在此描述的聚合物改性的多孔基质可达到较高流速。较高流速提供了更快的样品制备时间，提高了效率。

Claims (22)

1.一种用于固相萃取或色谱法的极性官能化聚合物改性的多孔基质，包括多孔基质和在该多孔基质上形成的极性官能化聚合物单块，其中，聚合物单块具有以下结构式：
Figure S2006800201625C00011
式中，A选自C5-10单环或双环芳基或杂芳基，任选被C1-12支化或未支化的烃基或卤素取代；
n/m约为0.001-1000；
r为0或1；
Q是-NRC(O)-、-C(O)NR-、-OC(O)NR-、-OC(O)R、-NRC(O)O-、-NRC(O)NR-、-NCO、-CHOHCHOH-、CH2OCHCH2O-、-(CH2CH2O)s-和-(CH2CH2CH2O)s-、其中s为1-12，-C(O)-、-C(O)O-、-CH2C(O)CH2-、-S-、-SS-、-CHOH-、-O-、-SO-、-SO2-、-SO3-、-OSO3、-SO2NR-、-NRq-和-NRq +-、-CN、-NC、-CHOCH-、NHC(NH)NH-、-NO2，-NO、-OPO3-、-OH，或它们的组合；
L是键，或C1-12支化的、未支化的烃基、或环烃基；
R是氢、C5-10单环或双环芳基或杂芳基、C1-12支化的、未支化的烃基、或环烃基，任选被卤素、硝基或烷基取代；
P是
Figure S2006800201625C00012
和
其中，[-CH2-CR-L-A-Pr]和[-CH2-CR-L-Q-R-Pr]的顺序是无规、嵌段或它们的组合。
2.如权利要求1所述的极性官能化聚合物改性的多孔基质，其特征在于，所述多孔基质是单块、聚集颗粒、或者织造或非织造纤维的形式。
3.如权利要求2所述的极性官能化聚合物改性的多孔基质，其特征在于，所述多孔基质是玻璃纤维单块。
4.如权利要求1所述的极性官能化聚合物改性的多孔基质，其特征在于，聚合物改性的多孔基质具有通过直径约47mm的盘时至少40mL/min的流速。
5.如权利要求1所述的极性官能化聚合物改性的多孔基质，其特征在于，所述聚合物单块具有以下结构式：
Figure S2006800201625C00021
q为0-3；
p为0-5；
o/m为0.001-100；
其中，[-CH2-CR-L-A-Pr]、[-CH2-CR-L-Q-R-Pr]和[-CH2-CR-L-A-L-Q-R]的顺序是无规、嵌段或它们的组合。
6.如权利要求1所述的极性官能化聚合物改性的多孔基质，其特征在于，在多孔基质上形成聚合物单块后，所述聚合物单块用极性官能团进一步官能化。
7.一种制备聚合物改性的多孔基质的方法，该方法包括：
(a)使多孔基质与包含一种或多种疏水性单体、一种或多种亲水性单体、孔生溶剂和聚合反应引发剂的溶液接触；和
(b)在无氧条件下加热多孔基质和保留的溶液，使单体聚合到多孔基质上。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述疏水性单体和亲水性单体是可交联的单体、不可交联的单体，或它们的组合。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述疏水性单体具有以下化学式：
CH2＝CR-L-A-Lr[-CR＝CH2]r
L是键，或C1-12支化的、未支化的烃基、或环烃基；
A是C5-10单环或双环芳基或杂芳基，任选被C1-12支化或未支化的烃基或卤素取代；
r是0或1。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述亲水性单体具有以下化学式：
CH2＝CR-L-Q-R-Lr[-CR＝CH2]r
式中，Q是-NRC(O)-、-C(O)NR-、-OC(O)NR-、-OC(O)R、-NRC(O)O-、-NRC(O)NR-、-NCO、-CHOHCHOH-、CH2OCHCH2O-、-(CH2CH2O)s-和-(CH2CH2CH2O)s-，其中s是1-12，-C(O)-、-C(O)O-、-CH2C(O)CH2-、-S-、-SS-、-CHOH-、-O-、-SO-、-SO2-、-SO3-、-OSO3、-SO2NR-、-NRq-和-NRq +-、-CN、-NC、-CHOCH-、-NHC(NH)NH-、-NO2，-NO、-OPO3-、-OH，或它们的组合；
L是键，或C1-12支化的、未支化的烃基、或环烃基；
R是氢、C5-10单环或双环芳基或杂芳基、C1-12支化的、未支化的烃基、或环烃基，任选被卤素、硝基或烷基取代；和
r是0或1。
11.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述亲水性单体具有以下化学式：
CH2＝CR-L-A-L-Q-R
式中，Q是-NRC(O)-、-C(O)NR-、-OC(O)NR-、-OC(O)R、-NRC(O)O-、-NRC(O)NR-、-NCO、-CHOHCHOH-、CH2OCHCH2O-、-(CH2CH2O)s-和-(CH2CH2CH2O)s-，其中s是1-12，-C(O)-、-C(O)O-、-CH2C(O)CH2-、-S-、-SS-、-CHOH-、-O-、-SO-、-SO2-、-SO3-、-OSO3、-SO2NR-、-NRq-和-NRq +-、-CN、-NC、-CHOCH-、-NHC(NH)NH-、-NO2，-NO、-OPO3-、-OH，或它们的组合；
L是键，或C1-12支化的、未支化的烃基、或环烃基；
R是氢、C5-10单环或双环芳基或杂芳基、C1-12支化的、未支化的烃基、或环烃基，任选被卤素、硝基或烷基取代；
A是C5-10单环或双环芳基或杂芳基，任选被C1-12支化或未支化的烃基或卤素取代，和
r是0或1。
12.如权利要求7所述的方法，该方法还包括对聚合物改性的多孔基质进行处理，引入另外的极性官能团。
13.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述多孔基质是单块、聚集颗粒、或者织造或非织造纤维的形式。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述多孔基质是玻璃纤维单块。
15.一种制备酰胺官能化的聚合物改性的多孔基质的方法，该方法包括：
(a)使多孔基质与包含一种或多种疏水性单体、一种或多种酰胺化的单体、孔生溶剂和聚合反应引发剂的溶液接触；和
(b)在无氧条件下加热多孔基质和保留的溶液，使一种或多种单体聚合到多孔基质上，形成聚合物改性的多孔基质。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，酰胺化的单体选自：N-乙烯基乙酰胺、N-烯丙基乙酰胺、N-甲基乙烯基乙酰胺、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、乙烯基苯甲酰胺、N-乙烯基-2-氯-4-硝基苯甲酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮或乙烯基苯磺酰胺。
17.一种极性官能化聚合物改性的多孔基质，采用权利要求7所述的方法制备。
18.一种酰胺官能化的聚合物改性的多孔基质，采用权利要求15所述的方法制备。
19.一种分离分析物的方法，该方法包括：
(a)使极性官能化聚合物改性的多孔基质与有机溶剂和任选的水性溶剂，或它们的混合物接触；
(b)将待分析的样品中存在的分析物吸附到经调节的聚合物改性的多孔基质上；和
(c)用有机溶剂、水性溶剂，或它们的混合物将吸附的分析物从聚合物改性的多孔基质上洗脱。
20.一种进行分析物的色谱分离的方法，该方法包括：
(a)提供设置在色谱设备中的极性官能化聚合物改性的多孔基质；
(b)用有机溶剂、水性溶剂，或它们的混合物对所述聚合物改性的多孔基质进行调节；
(c)使所述聚合物改性的多孔基质与包含一种或多种分析物的溶液接触；
(d)使包含有机溶剂、水性溶剂，或它们的混合物的流动相通过所述聚合物改性的多孔基质；和
(e)从聚合物改性的多孔基质洗脱一种或多种分析物。
21.一种用于进行固相萃取或色谱法的设备，该设备包括与载体缔合的极性官能化聚合物改性的多孔基质。
22.如权利要求21所述的设备，其特征在于，所述载体是注射器针筒、色谱柱、微流体平板、一种或多种其它的膜、移液管尖端或多孔板。
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