基于纳米材料的微柱色谱研究

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微柱液相色谱(μ-LC)是近年来在对常规液相色谱柱进行微型化发展起来的一种色谱微分离技术。其中,毛细管液相色谱柱(Capillary LC,简称cHPLC),特别是毛细管填充柱是发展最快、应用最广的一类。与常规液相色谱相比,其具有样品需求量少、溶剂消耗少、流量低适合与质谱检测器在线联用等优点。毛细管填充柱固定相,即色谱柱填料(或称分离材料或分离介质),是色谱分离的核心。高质量的色谱填料是获得高效色谱分离的关键。目前,市场上常用的主要有全多孔型、核壳型、无孔型和灌流型四大类,粒径以1~10μm为主,基本能满足人们对色谱分离的要求。  然而,随着时代的进步和发展,人们对色谱分离的高效性、高选择性以及灵敏性提出更高的要求,新型高效的固定相仍然成为时代的需求。纳米材料因其均一的粒径分布、较大的比表面积、丰富的表面修饰化学和强健的稳定性成为色谱固定相新的选择。本论文利用球形纳米材料均一性好易于传质,比表面积大易于修饰等特点作为色谱固定相,考察了其实际可操控性及色谱效能。  文章主要包括以下几个方面的内容:  1.综述了微柱液相色谱和毛细管填充柱的发展现状,着重介绍了纳米材料在色谱领域应用的研究现状,并提出本论文的选题依据和研究目标。  2.利用化学键合法分别制备了SiO2-C8纳米粒子和SiO2@Au-S-C18纳米粒子,红外光谱表征、元素分析表征及能谱表征均证明反相烷烃链成功键合在SiO2表面;但SiO2@Au-S-C18纳米粒子固相萃取实验则表明,其作为反相色谱填料并不能保证足够的保留能力。为克服化学键合法存在的反应过程条件苛刻、费时费力、反相基团键合覆盖率较低等问题,本实验采用聚合物涂敷法进行改善。即使用商业化玻璃防水剂Aquapel和表面活性剂三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷分别超声处理SiO2纳米粒子以获得具有反相保留能力的纳米填料,简便快速,省时省力,绿色环保。无论是元素分析表征、能谱表征还是固相萃取实验,都证明以该方法制备的纳米填料反相基团覆盖率较高、疏水性较强、稳定性较好。且以微米Silica微球作为参照时,以Aquapel处理修饰后其对苯系物、多肽混合物及蛋白质混合物均具有良好的分离效果,证明该方法不仅适合修饰纳米级硅基质填料,而且还适合微米级硅基质填料,值得推广。  3.比较了目前常用的高压匀浆湿法填充和电填充制备纳米填充柱方法的可行性和实用性,结合实验室优势,采用本课题组开发的单颗粒塞技术简化柱塞制备过程,构建了一种离心填充装置,通过高速离心法批量制备纳米填料毛细管色谱微柱。该方法克服了高压匀浆湿法填充过程复杂、步骤繁琐、周期冗长及所需设备昂贵等问题,仅需要离心机即可在短时间4min内完成毛细管纳米填充柱的快速制备,重现性优良。以光学显微镜及扫描电镜对纳米填充柱柱床进行表征时发现该方法制备的填充柱柱床紧实、均一、孔隙度小,故该方法是当前常用方法强有力的补充。  4.以常压纳流液相色谱分别评价了化学键合法制备的SiO2@Au-S-C18短柱、聚合物涂敷法制备的SiO2@Aquapel和SiO2@全氟辛基超短填充柱。实验发现SiO2@Au-S-C18短柱保留性最差,色谱分离效能最弱;SiO2@Aquapel短柱和SiO2@全氟辛基超短柱保留性较强,能成功分离苯系物、多环芳烃混合物及多肽混合物,选择性强,分离速度快。SiO2@Aquapel短柱在7min内即可实现多肽混合物的完全分离,SiO2@全氟辛基超短柱具有更强的疏水保留性,故5mm柱分离多肽混合物时耗时较SiO2@Aquapel短柱长,约11min,但分离效果比之更好,分离度更高。以电驱动平台评价了SiO2@Aquapel短柱的电色谱分离性能,发现该材料对苯系物、多肽混合物及蛋白质酶解产物具有较好的分离效果,应用潜力较大。  5.总结了本论文的研究工作,对其不足进行了探讨,并对将来进一步的工作进行了展望。
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