CN115015400B - 亲水有机聚合物毛细管电色谱整体柱及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种亲水有机聚合物毛细管电色谱整体柱及其制备方法和应用，解决整体柱制备中复杂耗时的致孔剂种类筛选与组合问题。所述毛细管电色谱整体柱的固定相为：功能单体、交联剂和催化剂过硫酸铵在两相致孔剂中发生原位聚合反应，生成的多孔有机骨架整体材料；两相致孔剂包括水、正辛醇、表面活性剂和四氢呋喃。本发明基于两相致孔剂制备了亲水色谱性能优异的整体柱，实现了极性小分子硫脲类和磺胺类药物的高效、高选择性分离分析。
Description
技术领域
本发明涉及药物分析技术领域，特别是指一种亲水有机聚合物毛细管电色谱整体柱及其制备方法和应用。
背景技术
色谱柱研制是毛细管电色谱领域的重要研究内容。有机聚合物整体柱具有无柱塞设计、分离效率高和柱容量大等优点，是毛细管电色谱中常用的一种分离介质，包括反相模式、亲水模式、离子交换模式以及适合手性拆分的整体柱。其中,亲水毛细管电色谱有机聚合物整体柱非常适合极性物质的分离，可有效解决极性物质分析中存在的反相色谱不保留或保留弱、分离度低、共流出和正相色谱保留太强难以洗脱等问题。研制新型亲水毛细管电色谱整体柱非常有价值。
良好的通透性是整体柱实现色谱应用的基础，致孔剂是调控通透性的关键因素，对固定相的机械强度和形态有很大的影响。整体柱制备所用致孔剂体系主要由良性溶剂和不良溶剂构成。良性溶剂可以保证聚合物各组分很好的溶解，形成均一的溶液；不良溶剂可以使反应生成的小分子聚合物沉淀下来，形成高分子聚合物，同时在固定相中占据一定的位置，形成互相交联的多孔结构。改变致孔剂的种类，可有效调控整体柱的形貌和通透性，但是致孔剂种类筛选与组合是一个非常复杂耗时的过程。Liu等(J.Chromatogr.A 1227(2012)96-104)制备了一系列反相有机聚合物整体柱，考察了不同种类的致孔剂对整体柱固定相性质的影响。使用甲苯、四氢呋喃和乙腈作致孔剂，聚合形成的固定相是软的或硬的透明凝胶，没有形成孔结构，表明这些有机溶剂是良性致孔剂；将这些良性致孔剂与不良致孔剂正癸醇和十二醇结合，形成的聚合物仍然是透明凝胶状态。Lin等(Electrophoresis35(2014)1947-1955)报道了一种采用氧化铁纳米晶体作致孔剂制备整体柱的方法。将氧化铁纳米晶体分散于十二醇和环己醇溶剂体系中共同作为致孔剂，聚合物反应结束后用盐酸溶液冲洗整体柱，溶解除去氧化铁纳米晶体，形成多孔结构。但是氧化铁纳米晶体的使用没有明显改善整体柱固定相的多孔形貌，而且氧化铁纳米晶体在聚合物溶液中会缓慢地沉降，这使得整体柱多孔结构变得不可控。Shang等(J.Chromatogr.A 1396(2014)170-180)采用高分子量聚苯乙烯的四氢呋喃溶液作致孔剂，制备了一种超大孔结构有机聚合物整体柱，改变聚苯乙烯的分子量和浓度可有效调控孔结构，但是聚苯乙烯只能溶于四氢呋喃，限制了这种方法的扩展应用。因此，开发简单通用，溶解能力强，有助于形成良好多孔结构的致孔剂体系意义重大。
发明内容
本发明目的在于解决整体柱制备中复杂耗时的致孔剂种类筛选与组合问题，提出了一种亲水有机聚合物毛细管电色谱整体柱及其制备方法和应用，基于两相致孔剂制备了亲水色谱性能优异的整体柱，实现了极性小分子硫脲类和磺胺类药物的高效、高选择性分离分析。
本发明的技术方案是这样实现的：亲水有机聚合物毛细管电色谱整体柱，所述毛细管电色谱整体柱的固定相为：功能单体、交联剂和催化剂过硫酸铵在两相致孔剂中发生原位聚合反应，生成的多孔有机骨架整体材料；两相致孔剂包括水、正辛醇、表面活性剂和四氢呋喃。
进一步地，两相致孔剂包括以下体积百分数的组分：13.2％–22.4％水，25.7％–37.2％正辛醇和49.6％–60.1％四氢呋喃，还包括表面活性剂，表面活性剂用量为水、正辛醇和四氢呋喃总质量的4.5％–11.1％。
进一步地，功能单体为4-乙烯基苯甲酸、4-乙烯基苯硼酸、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵或乙烯基苄基三甲基氯化铵。
进一步地，交联剂为2-丙烯酸-2-羟基-1,3-丙二酯、1,3,5-三丙烯酰基六氢-1,3,5-三嗪或季戊四醇三丙烯酸酯。
进一步地，表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)或十二烷基硫酸钠(SDS)。
一种亲水有机聚合物毛细管电色谱整体柱的制备方法，包括以下步骤：
(1)对石英毛细管进行预处理，使毛细管内壁裸漏出硅羟基；
(2)对预处理后的石英毛细管内壁进行乙烯基化修饰；
(3)配制两相致孔剂：将水、正辛醇和表面活性剂混合后，形成乳浊液，然后加入四氢呋喃使乳浊液形成均一稳定的溶液；
(4)配制聚合物溶液：在步骤(3)配制的两相致孔剂加入如下按质量百分比计的组分：37.0％–58.0％功能单体和42.0％–63.0％交联剂，还包括催化剂过硫酸铵，过硫酸铵的用量为功能单体和交联剂总质量的1.0％–2.5％；然后超声混合均匀并除气泡；
(5)将步骤(4)制备的聚合物溶液注入步骤(2)乙烯基化修饰的石英毛细管中，两端密封，置于55–65℃水浴锅中反应8–24h；反应完成后，使用甲醇冲洗毛细管整体柱，除去未反应的原料，得到亲水有机聚合物毛细管电色谱整体柱。
进一步地，步骤(1)中，依次用碱溶液、酸溶液对石英毛细管进行预处理。
进一步地，碱溶液为NaOH溶液，酸溶液为HCl溶液。
进一步地，石英毛细管依次使用1–1.5M NaOH溶液冲洗1–2h，1–1.5M HCl溶液冲洗1–2h，超纯水冲洗1h，甲醇冲洗20min，最后用氮气吹干。
进一步地，使用甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧硅烷的甲醇溶液对预处理后的毛细管内壁进行乙烯基化修饰，甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧硅烷的甲醇溶液的体积分数为40-50％。
进一步地，所述的亲水有机聚合物毛细管电色谱整体柱在极性小分子药物分离分析中应用。
进一步地，所述的极性小分子药物包括硫脲类和磺胺类药物。
本发明的有益效果：
本发明成功建立了一种基于两相致孔剂制备亲水有机聚合物电色谱整体柱的方法，极大简化了致孔剂种类筛选与组合的过程，所制备整体柱多孔结构丰富，通透性良好，亲水色谱分离选择性能优异，实现了硫脲类和磺胺类药物的快速高效分离分析。
本发明的两相致孔剂采用互不相溶的两相溶剂水和正辛醇作为致孔剂，其中水作为良性溶剂，有助于极性的功能单体和交联剂溶解；正辛醇作为不良溶剂，在整体柱多孔结构的形成方面发挥重要作用。分层的两相致孔剂在表面活性剂作用下形成乳浊液，加入四氢呋喃后乳浊液形成均一稳定的溶液。基于两相致孔剂，改变极性单体和交联剂的种类，成功制备了多种亲水有机聚合物毛细管电色谱整体柱。
本发明制备的整体柱固定相连续均匀，具有丰富的多孔结构，聚合物呈球状，大小比较均一；而且具有良好的亲水分离选择性，其亲水保留因子随有机相比例(45％–90％)增加而显著增加，对极性硫脲类药物、核苷类药物有良好的分离效果。本发明通过特殊的致孔剂配方设计，有效简化了有机聚合物整体柱制备中复杂耗时的致孔剂筛选过程，具有广阔的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1所制备的聚(甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵-co-1,3,5-三丙烯酰基六氢-1,3,5-三嗪)亲水毛细管电色谱整体柱的横截面扫描电镜图(A 750×；a3000×)。
图2为本发明实施例1所制备亲水整体柱对极性硫脲类药物的电色谱分离图，图中色谱峰分别为：1.甲苯、2.N,N-二甲基硫脲、3.N-甲基硫脲、4.硫脲。
图3为本发明实施例1所制备亲水整体柱对极性磺胺类药物的电色谱分离图，图中色谱峰分别为：1.磺胺二甲基嘧啶、2.磺胺甲基嘧啶、3.磺胺嘧啶。
图4为本发明实施例4所制备的聚(4-乙烯基苯甲酸-co-1,3,5-三丙烯酰基六氢-1,3,5-三嗪)亲水毛细管电色谱整体柱的横截面扫描电镜图(B 750×；b 3000×)。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
截取长35cm(内径100μm)石英毛细管，经预处理后，用注射器注入体积分数为50％(v/v)的甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧硅烷的甲醇溶液，用Teflon两通套管连接毛细管两端成环状，45℃水浴反应12h，对毛细管内壁进行乙烯基化修饰，然后用甲醇冲洗毛细管30min，氮气吹干待用。
将17.8％(v/v)水和32.2％(v/v)正辛醇置于2mL eppendorf管中，加入水、正辛醇和四氢呋喃总质量7.1％(w/w)的表面活性剂形成乳浊液，然后加入体积分数50.0％(v/v)四氢呋喃使乳浊液形成均一稳定的致孔剂体系。
然后在两相致孔剂体系中加入55.0％(w/w)功能单体甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，45.0％(w/w)交联剂1,3,5-三丙烯酰基六氢-1,3,5-三嗪，2.0％(w/w)功能单体和交联剂总质量的催化剂过硫酸铵，超声10min混合均匀并除气泡，获得用于制备整体柱的均一聚合物溶液。
将上述聚合物溶液注入内壁经乙烯基化修饰的毛细管中，控制注入长度为25cm，两端用硅胶塞密封，60℃水浴反应24h。反应完成后，使用甲醇冲洗毛细管整体柱2h，除去未反应的单体、交联剂以及其他残留物，得到聚(甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵-co-1,3,5-三丙烯酰基六氢-1,3,5-三嗪)(缩写：poly(META-co-TAT))亲水毛细管电色谱整体柱。用扫面电子显微镜观察其横截面形貌，如图1所示，整体柱固定相连续均匀，具有丰富的多孔结构，聚合物呈球状，大小比较均一。
将实施例1所制备的poly(META-co-TAT)亲水有机聚合物毛细管整体柱用于电色谱分离，应用电压–20kV，流动相：10mM pH3.0 NaH2PO4-Na2HPO4/乙腈(45/55，v/v)，甲苯为不保留标记物，极性硫脲类药物获得了良好的基线分离，分离度大于2.18，色谱图如图2所示。分析物按照极性从弱到强的顺序洗脱，出峰顺序依次为：甲苯﹤N,N-二甲基硫脲﹤N-甲基硫脲﹤硫脲，符合亲水色谱保留机制。将该整体柱应用于磺胺类药物分析，应用电压–15kV，流动相：10mM pH3.5 NaH2PO4-Na2HPO4/乙腈(35/65，v/v)，实现了磺胺类药物良好的基线分离，分离度大于2.0，色谱图如图3所示。色谱峰顺序为：磺胺二甲基嘧啶﹤磺胺甲基嘧啶﹤磺胺嘧啶，分析物按照极性从弱到强的顺序依次被洗脱，符合亲水色谱保留机制。
实施例2：
截取长35cm(内径100μm)石英毛细管，经预处理后，用注射器注入体积分数为50％(v/v)的甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧硅烷甲醇溶液，用Teflon两通套管连接毛细管两端成环状，45℃水浴反应12h，对毛细管内壁进行乙烯基化修饰，然后用甲醇冲洗毛细管30min，氮气吹干待用。
将22.4％(v/v)水和27.1％(v/v)正辛醇置于2mL eppendorf管中，加入水、正辛醇和四氢呋喃总质量7.1％(w/w)的表面活性剂形成乳浊液，然后加入体积分数50.5％(v/v)四氢呋喃使乳浊液形成均一稳定的致孔剂体系。然后在两相致孔剂体系中加入55.0％(w/w)功能单体甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，45.0％(w/w)交联剂1,3,5-三丙烯酰基六氢-1,3,5-三嗪，2.0％(w/w)功能单体和交联剂总质量的催化剂过硫酸铵，超声10min混合均匀并除气泡，获得用于制备整体柱的均一聚合物溶液。
将上述聚合物溶液注入内壁经乙烯基化修饰的毛细管中，控制注入长度为25cm，两端用硅胶塞密封，60℃水浴反应24h。反应完成后，使用甲醇冲洗毛细管整体柱2h，除去未反应的单体、交联剂以及其他残留物，制备得聚(甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵-co-1,3,5-三丙烯酰基六氢-1,3,5-三嗪)poly(META-co-TAT)亲水毛细管电色谱整体柱。
实施例3：
截取长35cm(内径100μm)石英毛细管，经预处理后，用注射器注入体积分数为50％(v/v)的甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧硅烷甲醇溶液，用Teflon两通套管连接毛细管两端成环状，45℃水浴反应12h，对毛细管内壁进行乙烯基化修饰，然后用甲醇冲洗毛细管30min，氮气吹干待用。
将17.8％(v/v)水和32.2％(v/v)正辛醇置于2mL eppendorf管中，加入水、正辛醇和四氢呋喃总质量7.1％(w/w)的表面活性剂形成乳浊液，然后加入体积分数50.0％(v/v)四氢呋喃使乳浊液形成均一稳定的致孔剂体系。然后在两相致孔剂体系中加入50.0％(w/w)功能单体甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，50.0％(w/w)交联剂2-丙烯酸-2-羟基-1,3-丙二酯，2.0％(w/w)功能单体和交联剂总质量的催化剂过硫酸铵，超声10min混合均匀并除气泡，获得用于制备整体柱的均一聚合物溶液。
将上述聚合物溶液注入内壁经乙烯基化修饰的毛细管中，控制注入长度为25cm，两端用硅胶塞密封，60℃水浴反应24h。反应完成后，使用甲醇冲洗毛细管整体柱2h，除去未反应的单体、交联剂以及其他残留物，制备得聚(甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵-co-2-丙烯酸-2-羟基-1,3-丙二酯)poly(META-co-AHM)亲水毛细管电色谱整体柱。
实施例4：
截取长35cm(内径100μm)石英毛细管，经预处理后，用注射器注入体积分数为50％(v/v)的甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧硅烷甲醇溶液，用Teflon两通套管连接毛细管两端成环状，45℃水浴反应12h，对毛细管内壁进行乙烯基化修饰，然后用甲醇冲洗毛细管30min，氮气吹干待用。
将17.8％(v/v)水和32.2％(v/v)正辛醇置于2mL eppendorf管中，加入水、正辛醇和四氢呋喃总质量7.1％(w/w)的表面活性剂形成乳浊液，然后加入体积分数50.0％(v/v)四氢呋喃使乳浊液形成均一稳定的致孔剂体系。然后在两相致孔剂体系中加入40.0％(w/w)功能单体4-乙烯基苯甲酸，60.0％(w/w)交联剂1,3,5-三丙烯酰基六氢-1,3,5-三嗪，2.0％(w/w)功能单体和交联剂总质量的催化剂过硫酸铵，超声10min混合均匀并除气泡，获得用于制备整体柱的均一聚合物溶液。
将上述聚合物溶液注入内壁经乙烯基化修饰的毛细管中，控制注入长度为25cm，两端用硅胶塞密封，60℃水浴反应24h。反应完成后，使用甲醇冲洗毛细管整体柱2h，除去未反应的单体、交联剂以及其他残留物，制备得聚(4-乙烯基苯甲酸-co-1,3,5-三丙烯酰基六氢-1,3,5-三嗪)poly(VBA-co-TAT)亲水毛细管电色谱整体柱。用扫面电子显微镜观察其横截面形貌，如图4所示，整体柱形貌连续均匀，簇状聚合物相互交联，形成丰富的多孔结构。
实施例5：
截取长35cm(内径100μm)石英毛细管，经预处理后，用注射器注入体积分数为50％(v/v)的甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧硅烷甲醇溶液，用Teflon两通套管连接毛细管两端成环状，45℃水浴反应12h，对毛细管内壁进行乙烯基化修饰，然后用甲醇冲洗毛细管30min，氮气吹干待用。
将13.2％(v/v)水和37.2％(v/v)正辛醇置于2mL eppendorf管中，加入水、正辛醇和四氢呋喃总质量11.1％(w/w)的表面活性剂形成乳浊液，然后加入体积分数49.6％(v/v)四氢呋喃使乳浊液形成均一稳定的致孔剂体系。然后在两相致孔剂体系中加入37％(w/w)功能单体4-乙烯基苯甲酸，63％(w/w)交联剂2-丙烯酸-2-羟基-1,3-丙二酯，2.0％(w/w)功能单体和交联剂总质量的催化剂过硫酸铵，超声10min混合均匀并除气泡，获得用于制备整体柱的均一聚合物溶液。
将上述聚合物溶液注入内壁经乙烯基化修饰的毛细管中，控制注入长度为25cm，两端用硅胶塞密封，60℃水浴反应24h。反应完成后，使用甲醇冲洗毛细管整体柱2h，除去未反应的单体、交联剂以及其他残留物，制备得聚(4-乙烯基苯甲酸-co-2-丙烯酸-2-羟基-1,3-丙二酯)poly(VBA-co-AHM)亲水毛细管电色谱整体柱。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.亲水有机聚合物毛细管电色谱整体柱，其特征在于：所述毛细管电色谱整体柱的固定相为：功能单体、交联剂和催化剂过硫酸铵在两相致孔剂中发生原位聚合反应，生成的多孔有机骨架整体材料；
两相致孔剂包括以下体积百分数的组分：13.2％–22.4％水，25.7％–37.2％正辛醇和49.6％–60.1％四氢呋喃，还包括表面活性剂，表面活性剂用量为水、正辛醇和四氢呋喃总质量的4.5％–11.1％；
功能单体为4-乙烯基苯甲酸、4-乙烯基苯硼酸、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵或乙烯基苄基三甲基氯化铵；
交联剂为2-丙烯酸-2-羟基-1,3-丙二酯、1,3,5-三丙烯酰基六氢-1,3,5-三嗪或季戊四醇三丙烯酸酯；
两相致孔剂中加入如下按质量百分比计的组分：37.0％–58.0％功能单体和42.0％–63.0％交联剂，还包括催化剂过硫酸铵，过硫酸铵的用量为功能单体和交联剂总质量的1.0％–2.5％。
2.根据权利要求1所述的亲水有机聚合物毛细管电色谱整体柱，其特征在于：表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵或十二烷基硫酸钠。
3.权利要求1或2所述的亲水有机聚合物毛细管电色谱整体柱的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对石英毛细管进行预处理，使毛细管内壁裸漏出硅羟基；
(2)对预处理后的石英毛细管内壁进行乙烯基化修饰；
(3)配制两相致孔剂：将水、正辛醇和表面活性剂混合后，形成乳浊液，然后加入四氢呋喃使乳浊液形成均一稳定的溶液；
(4)配制聚合物溶液：在步骤(3)配制的两相致孔剂加入如下按质量百分比计的组分：37.0％–58.0％功能单体和42.0％–63.0％交联剂，还包括催化剂过硫酸铵，过硫酸铵的用量为功能单体和交联剂总质量的1.0％–2.5％；然后超声混合均匀并除气泡；
(5)将步骤(4)制备的聚合物溶液注入步骤(2)乙烯基化修饰的石英毛细管中，两端密封，置于55–65℃水浴锅中反应8–24h；反应完成后，使用甲醇冲洗毛细管整体柱，除去未反应的原料，得到亲水有机聚合物毛细管电色谱整体柱。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，依次用碱溶液、酸溶液对石英毛细管进行预处理。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，使用甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧硅烷的甲醇溶液对预处理后的毛细管内壁进行乙烯基化修饰，甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧硅烷的甲醇溶液的体积百分数为40-50％。
6.权利要求1或2所述的亲水有机聚合物毛细管电色谱整体柱在极性小分子药物分离分析中应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述的极性小分子药物包括硫脲类和磺胺类药物。
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