[发明专利]一种亲水性有机聚合物液相整体色谱柱的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于有机聚合材料的色谱研究领域，特别涉及一种通过热聚合技术原位制备亲水性有机聚合物整体柱的方法及应用。

背景技术

众所周知，液相色谱及联用技术已广泛应用在环境、医学和生命科学等领域，关于其核心元件色谱分离介质及分析功能的研究也日渐深入。近年来，新型色谱固定相整体材料，因具有高通透性、低柱压、传质速度快、制备简单等优点，已经成为研究热点之一，且已成功在反相色谱、离子交换色谱、亲和色谱等分离模式中应用，有效地分离了氨基酸、多肽、蛋白质、多肽和类固醇等多类化合物。根据整体材料制备功能单体的不同，主要分为三大类：有机聚合物整体柱、硅胶整体柱和杂化整体柱[Zou H,Huang X,Ye M,Luo Q.Monolithic stationary phases for liquid chromatography and capillary electrochromatography.J Chromatogr A.2002;954(1-2):5-32.]。因有机聚合物整体柱制备通常只有一个相，故其制备最容易，选择自然更多，大大地拓展了应用范围，特别在生物分析方面。亲水性液相色谱柱是亲水性液相色谱的核心部件，直接决定了色谱的分离效果。自1990年亲水性液相色谱（Hydrophilic interaction chromatography,HILIC）被首次提出后[Alpert AJ.Hydrophilic-interaction chromatography for the separation of peptides,nucleic acids and other polar compounds.J Chromatogr.1990;499:177-96.]，用于HILIC的聚合物整体柱的研究成为了国际色谱领域的研究热点之一。如Lin等通过原位聚合3-磺丙基甲基丙烯酸酯（3-sulfopropyl methacrylate,SPMA）和季戊四醇三丙烯酸酯（pentaerythritol triacrylate,PETA），制备成表面带磺酸基和羟基的整体柱，在毛细管液相色谱和压力驱动的毛细管电色谱模式下对极性小的中性和带电分子成功分离[Lin J,Huang G，Lin X,Xie Z.Methacrylate-based monolithic column with mixed-mode hydrophilic interaction/strong cation-exchange stationary phase for capillary liquid chromatography and pressure-assisted CEC.Electrophoresis.2008;29(19):4055-65.]，为了增强其亲水作用，作者通过在流动相中加入长链季铵盐-十六烷基三甲基溴化铵（cetyltrimethylammonium bromide,CTAB），屏蔽强阳离子交换位点，建立了动态修饰的强阳离子整体柱，实现了反相模式对中性、碱性和酸性亲水化合物的成功分离[Lin J,Lin J,Lin X,Xie Z.Capillary liquid chromatography using a hydrophilic/cation-exchange monolithic column with a dynamically modified cationic surfactant.J Chromatogr  A.2009;1216(45):7728-31.]；Lin等还用2-（甲基丙烯酰氧乙基）烷基三甲基硫酸（2-(methacryloyloxy)ethyl trimethylammonium methyl sulfate,META)为离子交换位点和极性配基供体，与三乙烯单体PETA共聚合，通过调整生孔剂和META的比例，成功制备了具有强阳离子和亲水机理的整体柱，对中性、酸性和碱性极性化合物的分离具有很好的选择性，且可以避免碱性化合物的拖尾效应[Lin J,Lin J,Lin X,Xie Z.Preparation of a mixed-mode hydrophilic interaction/anion-exchange polymeric monolithic stationary phase for capillary liquid chromatography of polar analytes.J Chromatogr A.2009;1216(5):801-6.]；在光诱导下，N,N-二甲基-N-甲丙烯乙基-N-（3-磺酸）铵甜菜碱（N,N-dimethyl-N-methacryloxyethyl-N-(3-sulfopropyl)ammonium betaine）和聚（乙二醇）二丙烯酸酯（poly(ethylene glycol)diacrylate）共聚合制备成了亲水性机理的多孔两性离子整体柱，对氨基类、酚类和苯甲酸酸类化合物具有很好的分离功能[Chen X,Tolley HD,Lee ML.Preparation of zwitterionic polymeric monolithic columns for hydrophilic interaction capillary liquid chromatography.J Sep Sci.2011Jun 22.doi:10.1002/jssc.201100155.]。Feng YQ课题组利用N-丙烯酰三（羟甲基）氨基甲烷（poly(N-acryloyltris(hydroxymethyl)aminomethane,NAHAM)和PETA，甲基丙烯酸（methacrylic acid,MAA）和乙二醇二甲基（ethylene glycol dimethacrylate,EDMA）共聚合制备的整体柱分别成功用于核苷类化合物[Chen ML,Wei SS,Yuan BF,Feng YQ.Preparation of methacrylate-based monolith for capillary hydrophilic interaction chromatography and its application in determination of nucleosides in urine.J Chromatogr A.2012;1228:183-92.]和牛血清白蛋白酶解多肽产物的分析[Chen ML,Li LM,Yuan BF,Ma Q,Feng YQ.Preparation and characterization of methacrylate-based monolith for capillary hydrophilic interaction chromatography.J Chromatogr A.2012;1230:54-60.]。Wang等用烷氧基硅烷（四甲氧基硅烷（tetramethoxysilane,TMOS）和乙烯基-三甲氧基硅烷（vinyl-trimethoxysilane,VTMS））的缩醛反应，在水溶性引发剂2,2′-偶氮双（2-甲基丙基脒）盐酸盐（2,2′-azobis(2-methylpropionamidine)dihydrochloride,AIBA）作用下，与带季铵基团的丙烯酰胺单体（[2-（丙烯酰氧）乙基]三甲基铵硫酸盐([2-(acryloyloxy)ethyl]trimethyl ammonium methyl sulfate,AETA)共聚反应，成功制备具有亲和和强阳离子交换作用的有机无机杂化整体柱，且在压力毛细管电色谱模式下对极性和碱性核酸碱基及核苷进行了分离[Wang X,Zheng Y，Zhang C,Yang Y，Lin X,Huang G，Xie Z.Preparation and characterization of hybrid-silica monolithic column with mixed-mode of hydrophilic and strong anion-exchange interactions for pressurized capillary electrochromatography.J Chromatogr A.2012;1239:56-63.]；最近，有一锅法策略（one-pot）成功制备具有亲水分离机理的两性离子的硅氧杂化整体柱，即用3-甲氧基硅烷丙烯酰胺（3-methacryloxypropyltrimethoxysilane，γ-MAPS）为交联剂，合成了两种两性离子硅氧烷杂化整体柱（[2-（甲基丙烯酰氧）乙基]二甲基（3-磺酸丙基）氢氧化铵（[2-(methacryloyloxy)ethyl]dimethyl-(3-sulfopropyl)ammonium hydroxide,MSA）和2-甲基丙烯酰羟乙基磷酰胆碱（2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine，MPC）为功能单体），其通透性和机械强度很好，MSA整体柱可对中性、碱性和酸性化合物及小肽进行分离，同时，联用串联质谱可成功鉴定BSA酶解多肽[Lin H,Ou J,Zhang Z,Dong J,Wu M,Zou H.Facile preparation of zwitterionic organic-silica hybrid monolithic capillary column with an improved″one-pot″approach for hydrophilic-interaction liquid chromatography(HILIC).Anal Chem.2012;84(6):2721-8.]。本课题组负责人也开展了一系列亲水作用整体柱的工作，如用4-SPV（1-(3-sulphopropyl)-4-vinylpyridinium-betaine）与甲基双丙烯酰胺（N,N′-methylenebisacrylamide,MBA）共聚合成的整体柱，在1min内成功分离了嘌呤和嘧啶[Jiang Z,Smith NW，Ferguson PD,Taylor MR.Novel highly hydrophilic zwitterionic monolithic column for hydrophilic interaction chromatography.J Sep Sci.2009;32(15-16):2544-55.]；MPC和EDMA聚合制备成的有机聚合膜有效地分离极性化合物和小肽[Jiang Z,Reilly J,Everatt B,Smith NW.Novel zwitterionic polyphosphorylcholine monolithic column for hydrophilic interaction chromatography.J Chromatogr A.2009;1216(12):2439-48.]；以甲基丙烯酸酯为功能单体，成功制备了SPE-co-EDMA整体柱，对中性、酸性和碱性极性小分子化合物具有良好的选择性[Jiang Z,Smith NW，Ferguson PD,Taylor MR.Hydrophilic interaction chromatography using methacrylate-based monolithic capillary column for the separation of polar analytes.Anal Chem.2007;79(3):1243-50.]。虽然亲水作用机理整体色谱柱的研究不少，但这些色谱柱极性有限，溶剂选择范围窄，大多只能应用于高有机相（>60％）的条件，限制了其应用优化范围。因此，如何进一步提高亲水整体色谱柱的极性，对强极性化合物的有效富集、分离，仍然是分离科学迫切需要解决的科学问题。