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色 谱
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谨以此文庆贺卢佩章院士 0" 华诞!
收稿日期:!""-12"1!!
作者简介:尤慧艳,女,博士,研究方向为毛细管电色谱,31)456:76898: 75;’< 4;< ;=<
通讯联系人:张玉奎,男,中国科学院院士,博士生导师,>&6 ? @4A:("-22)0-,B$#.",31)456:8CD94=E: 75;’< 4;< ;=<
基金项目:国家重点基础研究发展规划项目(国家“$B,”研究项目)(批准号:!""2FG#2"!)、大连大学博士启动基金项目和科技发展
基金项目 <
毛细管电色谱柱制备技术的进展
尤慧艳2,!,H 平贵臣!,H 张丽华!,H 张维冰!,H 张玉奎!
(2 $ 大连大学环境与化学工程学院,辽宁 大连 22..!!;
! $ 中国科学院大连化学物理研究所 国家色谱研究
分析
定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析
中心,辽宁 大连 22."!,)
摘要:介绍了毛细管电色谱开管柱、填充柱和整体柱的各种制备技术及其优势与不足,特别是对于近期发展的毛细
管电色谱整体柱的制备方法及其应用进行了系统综述。引用文献 2"" 篇。
关键词:毛细管电色谱;柱制备技术;进展
中图分类号:&.#0H H H 文献标识码:’H H H 文章编号:2""" (0B2,(!""#)"# ("-.- (".
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H H 毛细管电色谱( 4/@-##/A. 6#64BA"45A">/B";A/(
@5.,简称 JKJ)是在毛细管电泳(JK)技术不断发
展和高效液相色谱(+18J)理论日益完善的基础上
发展起来的一种具有 JK 和 +18J 双重分离性能的
分离分析方法[2,!]。毛细管电色谱分离是在毛细管
两端施加高电压,电渗流驱动流动相经过色谱分离
柱,同时,带电溶质基于其质荷比在流动相中迁移,
使中性和带电样品中的各组分根据其在色谱固定相
和流动相间的吸附、分配平衡常数的差异及本身电
泳淌度的差异得以分离。由于毛细管电色谱柱中可
以填充各种小颗粒液相色谱固定相,因此毛细管电
色谱不但具有毛细管电泳的高柱效,还具有高效液
相色谱的高选择性;既可分离带电物质又可分离中
性物质,形成了自己独特的高效、微量、快捷的特点,
开辟了高效微分离技术的新途径。近年来 JKJ 一
直是分析化学研究领域的热点课题,并已逐渐进入
应用领域[, / 2"]。
H H 众所周知,色谱柱是色谱仪的心脏部件,是色谱
分离理论与应用研究的重点。在毛细管电色谱的长
足发展中,不可缺少的是毛细管电色谱柱制备技术
的发展。一直以来,人们采用内径为 !# / ,!" !>
(常用的为 #" / 2"" !>)的熔融石英毛细管为材料
进行内部加工,制成 2" / 2"" 4>(常见的为 !" / -"
4>)有效长度的毛细管电色谱柱。根据加工方法的
不同,毛细管电色谱柱被分为开管毛细管电色谱柱
和填充毛细管电色谱柱。填充毛细管电色谱柱可进
! 第 " 期 尤慧艳等:毛细管电色谱柱制备技术的进展
一步分为颗粒填充毛细管电色谱柱和连续床层毛细
管电色谱柱(也称毛细管电色谱整体柱)。整体柱
又包括以聚合物整体柱、硅胶整体柱和以填充柱为
基础的整体柱,它们是近年研究的重点。本文即对
各类柱的制备方法、优缺点及其应用加以综述。
!" 毛细管电色谱开管柱
! ! 毛细管电色谱开管柱主要通过涂布[## $ #%]、键
合[#" $ &’]和溶胶!凝胶[ $ &(]等方法在柱内壁制备薄
层固定相。它的制备关键是如何通过增大
表
关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf
面积来
增大柱容量。开管柱的优点是制备过程简单、柱效
高,但相对于填充柱,其相比低、柱容量小、检测灵敏
度低。
! ! !" 涂布法
! ! 涂布法过程较简单。通常是将熔融硅胶毛细管
在高温和氢气流条件下处理 & ",然后通过静态方
法使待涂溶液在毛细管内壁形成薄膜,最后将其固
化。#$%$$%& 等[##]在 &’ 世纪 )’ 年代初即开展了这
项工作;此后 ’() 等[#&]又通过在毛细管内壁键合线
性聚合物,使硅羟基部分露出,增加了电渗流,因而
扩大了应用范围。近年来有人在毛细管内壁涂布无
机氧化物,如锆镁复合氧化物[#(]和氧化钛[#%]等,分
离了碱性物[#(]、无机阴离子、中性化合物和肽[#%]。
! ! #" 键合法
! ! 键合法通常分为两类。一是先对易刻蚀的钠或
硼玻璃柱内壁进行刻蚀,再键合上相应的固定
相[#" $ #*]。二是先在内壁上键合一层多孔硅胶,即四
乙氧基硅烷、乙醇、盐酸或氨水以一定比例混合,通
过水解、缩聚反应,与毛细管内壁上的硅羟基相连,
再在硅胶上引入其他官能团[#+ $ &’]。键合法制柱可
提高相比,但是制作
步骤
新产品开发流程的步骤课题研究的五个步骤成本核算步骤微型课题研究步骤数控铣床操作步骤
多,时间长。
! ! $" 溶胶"凝胶法
! ! 溶胶!凝胶法通过溶胶!凝胶技术在毛细管内壁
形成一层含官能团的多孔硅玻璃膜,将固定相直接
嵌入玻璃介质中。它的基本原理和制柱过程与键合
法中的第二类相似,只是在制备多孔硅胶中先加入
带有固定相基团的三乙氧基硅烷,使硅胶和固定相
键合一步完成。该法既简化了制备过程又有效地提
高了相比,故经常被采用。但由于必须加入带有固
定相基团的三乙氧基硅烷,因而限制了固定相的选
择。最近,*%)+ 等[&(]用该法制备了大环多胺开管
毛细管电色谱柱,并成功地分离了苯胺类化合物。
#" 毛细管电色谱填充柱
! ! 毛细管电色谱填充柱即是将粒度为 # $ " !,
(最常用的为 ( !,)的固体填充料填入石英毛细管
中。毛细管电色谱固定相有反相正构烷烃固定相
(如 -%、-+、-#&和 -#+等)、两性固定相(如 -.、#/
等)、正相固定相(如 01 等)、离子交换固定相(如
234、0-4、2-4 和 034 等)、手性固定相(如环糊
精手性及生物手性等),这些固定相目前已经商品
化。另外还有混合固定相[&%]、纤维素基质固定
相[&"]等。由于有多种固定相可供选择,因而极大地
增加了毛细管电色谱的分离选择性,拓宽了它的应
用范围。但由于将固体颗粒封于毛细管内需要制备
塞子,而塞子的制备很困难,重现性也难保证,同时
塞子又被认为是导致柱内产生气泡的主要原因,因
此使毛细管电色谱填充柱的使用受到了限制。
! ! 毛细管电色谱填充柱的制备方法主要有匀浆
法[&,,&*]、拉伸法[&+]和电动填充法[&),(’]。
# ! !" 匀浆法
! ! 匀浆法是目前常用的方法。用它制备色谱柱的
过程是首先在毛细管的一端用硅胶颗粒烧结初始塞
子。然后将填料与一定体积的有机溶剂混合成匀
浆,在压力作用下将填料装入毛细管中。达到所需
长度后,将有机溶剂换成水冲洗一定时间,直接烧结
固定相制备末端塞子。接着将装好的毛细管柱倒接
至泵上,重新烧结初始塞子以保证两个塞子尽量一
致。高压冲出空管中多余的填料。该方法的优点是
操作简单、设备要求低。但对于小颗粒填料或过长
的色谱柱,由于其反压大,不易填充。
! ! 无论用哪一种方法制柱,均需要在柱末端(通
常是在靠近第二个塞子的地方)开一个检测窗口。
检测窗口的制备方法有一定的技术难度。一般可采
用加热钳子、加热电阻丝或微火焰直接将毛细管外
涂层烧掉;用十分锋利的刀片将毛细管外涂层刮掉;
在毛细管上欲制窗口处滴 # 小滴浓硫酸,然后用环
型电阻丝微热等方法。后一种方法可以克服前面方
法的不足,值得提倡。
# ! #" 拉伸法
! ! 拉伸法是将硅胶先装入到大内径的毛细管中,
再用玻璃拉伸仪于高温下将其拉至所需内径。该方
法的优点是无塞子,免去了塞子的影响;但高温拉伸
时均匀性难以控制,且会破坏填料的键合基团,需先
填硅胶后衍生,所以应用较少。
# ! $" 电动填充法
! ! 电动填充法是在装填时用高压电源代替高压
泵,在毛细管柱两端加高电压,利用固定相本身的电
泳力来进行装填。在装填过程中,可以通过调节高
压电电压的高低来控制装填速度。同时,为使匀浆
罐中的匀浆均匀分散,不发生沉淀,匀浆罐要一直处
于振荡状态(使匀浆罐与一振荡器相连)。装填至
·",%·
色 谱 第 !" 卷
所需长度后,关闭高压电,取下柱,其余步骤与匀浆
法相同。该方法的优点是填充均匀,一次可填多根,
并且由于没有反压,可以填充更长的色谱柱,因此既
可以提高制柱效率,又可以保证柱的重复性。柱性
能的研究结果已经充分证明了这一点["#]。
$ $ !"# 等["% & ""]用此方法已填充了多种固定相毛
细管电色谱柱,并对 $%’、$%、&’ 等固定相的色谱柱
进行了机理考察。
!" 毛细管电色谱整体柱
$ $ 毛细管电色谱整体柱((")"*+,-+. ."*#()),
又称棒柱( /"0)、连续床( ."),+)#"#1 230)、无塞
柱( 4/+,*311 ."*#())。它是将单体、引发剂、致孔
剂、交联剂、电渗流产生剂等的混合液(或悬浊液)
灌入毛细管中,在一定温度条件下通过原位聚合形
成一个棒状整体。具有制备方法简单,内部结构均
匀,通透性、重现性好,柱效高,固定相表面易于改
性,无需制备塞子和可进行快速分离等优点,近几年
发展迅速。
$ $ 毛细管电色谱整体柱主要有聚合物整体柱、二
氧化硅整体柱和以填充柱为基础的整体柱。
! ! #" 聚合物整体柱
$ $ 在制备聚合物整体柱时,通常先采用双官能团
试剂 甲基丙烯酸5" 5(三甲氧硅烷)丙酯对毛细
管内壁进行处理,其甲氧基与毛细管内壁的硅羟基
反应,双键留在外面,单体在柱内聚合时,双官能团
试剂的双键同时也参与了聚合,从而间接地实现了
整体固定相与毛细管管壁的键合。聚合时大多使用
脂肪醇、环己醇、聚环氧乙烷作为致孔剂,引发剂则
通常采用偶氮二异丁腈、过硫酸铵、过氧化甲酰。如
所制备的整体柱在毛细管电色谱模式下使用,为使
色谱柱在电场下产生稳定的电渗流,一般需在聚合
物中引入 ! 5丙烯酰胺5! 5甲基5% 5丙磺酸(678&)、丙
烯酸或乙烯磺酸等含有可解离基团的单体。
! ! # ! #" 聚丙烯酰胺类整体柱
$ $ 该类整体柱采用的功能单体有丙烯酰胺、!5异
丙基丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸丁酯、!5
烯丙基二甲胺,交联剂则为二丙烯酰哌嗪、亚甲基二
丙烯酰胺( 9’&)["( & (%]。:#;+("," 等["(]将丙烯酰
胺、9’&、678& 在毛细管柱内聚合;在毛细管电色谱
模式下,乙酰苯的柱效达%)# ###塔板 < (;他认为该
种整体柱的主要分离机理为筛分而非溶质与固定相
之间的相互作用。之后,:#;+("," 等["’]又采用疏水
性较强的 !5异丙基丙烯酰胺替代丙烯酰胺,柱性能
有所改善。聚合物凝胶作为固定相分离疏水化合物
显现出一些反相色谱的性质,同最初的聚丙烯酰胺
凝胶相比,体积排阻不再是唯一的分离机理,溶质与
整体固定相的疏水相互作用也有助于分离。
$ $ 人们一直通过选择合适的单体、溶剂等使这类
整体柱具有特殊的用途。:/=.-3, 等[")]将二甲基亚
砜和脂肪醇作为反应物的溶剂,采用 9’&、丙烯酰
胺、丙烯酸丁酯在柱内制成疏水相互作用色谱柱,该
柱可在 " (+) 内分离 ) 种蛋白质。>3)" 等[(#]将烯
丙基氨基甲酰化的 !5环糊精( !5$?)与固定相键合
制成手性固定相,在毛细管电色谱模式下分别拆分
酸性和中性对映体。@"3AA3/ 等[(%]用该类混合模
式柱分析了氨基酸和多肽。
! ! # ! $" 聚苯乙烯类整体柱
$ $ 该类整体柱可供使用的单体种类较少,目前所
使用的单体仅为苯乙烯、氯甲基苯乙烯、二乙烯基
苯[(! & (*]。采用氯甲基苯乙烯作为反应单体聚合后,
氯甲基与十八烷基二甲基胺反应,进而实现在固定
相中引入季胺基团,可在离子交换模式下使用。
@"/BC,- 等[(*]尝试在该类柱上分离多肽,其分离机
理是基于电渗流、色谱保留、肽在电场中的迁移这三
者的共同作用。D+")A 等[(+]以苯乙烯、二乙烯基
苯、甲基丙烯酸为单体和交联剂,以甲苯为制孔剂一
步合成制备了苯乙烯、二乙烯基苯整体柱。 E+)
等[(’]在此基础上选用甲苯5异辛烷为制孔剂,发展
了快速合成这类柱的新方法。
! ! # ! !" 聚甲基丙烯酸酯类整体柱
$ $ 该类柱可采用多种功能材料作单体以增加色谱
固定相的选择性。常采用的功能单体有甲基丙烯酸
酯、678&、甲基丙烯酸缩水甘油酯、!5烯丙基二甲
基胺,交联剂为乙叉二甲基丙烯酸酯[(, & ))]。该类柱
在 F@ ! 至 %! 范围内均具有良好的稳定性。
$ $ 83,3/1 等[(,]将甲基丙烯酸丁酯作为功能单体
聚合后,首次实现了在电渗流驱动体积排阻色谱模
式下分离相对分子质量为% ### ###的聚苯乙烯。他
还选择含有手性选择基的单体制备整体固定相,制
成手性连续床,实现了在毛细管电色谱模式下拆分
手性化合物[)#]。
$ $ 将甲基丙烯酸缩水甘油酯作为功能单体聚合
后,缩水甘油酯中的环氧基团与二乙胺反应生成 % 5
!,!5二乙胺基5! 5羟基丙基官能团[)% & )",))],该固定
相在离子交换色谱模式下可用于蛋白质和低聚核苷
酸的分离。
$ $ 最近,:# 等[)*,)+]制备了混合模式的整体柱及
两性电荷型整体柱,成功地分离了碱性药物和苯胺
类化合物。
! ! # ! %" 分子印迹整体柱
$ $ 分子印迹是合成对印迹分子具有预定分子识别
·**(·
! 第 " 期 尤慧艳等:毛细管电色谱柱制备技术的进展
能力的聚合物的一种方法,近年来受到了越来越多
的关注,其有望在外消旋体的拆分、基底选择性催
化、人工抗体合成等方面获得应用。特别是 #$$% 年
大孔印迹整体柱的出现["& ’ ()],使得该技术得以应用
于毛细管电色谱。分子印迹整体柱的柱效一般不
高,因而寻找新型交联剂,提高分子印迹聚合物孔径
的均匀性,以获得较高的柱效将是其今后研究的主
要方向。
! ! "# 硅胶整体柱
! ! 硅胶整体柱的制备方法通常采用溶胶!凝胶法。
将四烷氧基硅烷、聚环氧乙烷及催化剂在柱内水解
缩聚成凝胶,经干燥、老化,制成硅胶整体柱。其可
直接作为固定相或再进行衍生化,"#$#%# 等[(# ’ ("]
在这方面做了大量的工作。该方法制成的色谱填料
具有两种孔结构,分别为 !& 级的通孔( ’()*+,(!
-*).)和 $& 级的中孔(&./*-*).)。通孔的存在
使得硅胶整体柱具有优异的渗透性。改变反应物组
成的比例,可独立控制通孔和中孔的孔径。不同的
反应条件可使硅胶整体柱分别具有颗粒聚集型结
构[(#]和网络结构[("]。由于硅胶为紫外透明体,因
此该类柱可以直接采用柱内检测。有关硅胶类整体
柱的制备国外已有综述文章[((]发表。
! ! 最近硅胶类整体柱 的 制 备 又 有 新 进 展。
"*0*’*%# 等[(% ’ ($]发展了温和反应条件下的溶胶!
凝胶技术,制备了蛋白质包埋的硅胶整体柱。1+2#0
等[%)]在 *(" $& 紫外线照射下,在毛细管中一步原
位合成了多孔硅胶连续床。此柱表现出反相色谱的
特性,可用于低相对分子质量中性化合物的分离分
析。32 4#//5 等开展了大量的相关工作,制备了含
有羟基和氰基等键合基团的硅胶整体柱,成功地分
离了中性及带电化合物[%#]、核酸等天然极性成
分[%+]以及蛋白质[%*]。
! ! !# 以填充柱为基础的整体柱
! ! 以填充柱为基础的连续床层柱的制备方法一是
先将固体填料填充到毛细管中,再将聚合反应物注
入毛细管柱中,通过溶胶!凝胶技术[%, ’ %&]、聚合[%$]
或高温烧结[&)]形成连续床色谱柱;二是将固体填充
料先与制备连续床的反应物混合均匀,形成悬浮液,
装入毛细管中,再经热处理形成连续床[]。
! ! 6#). 等[%,]和 4#’$#0#%. 等[%%]在聚乙氧硅烷、
乙醇、盐酸等反应物中加入 " 或 * !& 的 718 固定
相,超声后 718 颗粒与反应物形成悬浮液,将悬浮
液装入 %" !& 5- 9- 的毛细管中,热处理后形成整体
连续床。存在于连续床中的 718 颗粒可减少床层
因内部压力差异而引起的裂缝。使用 * !& 718 的
柱效比使用 " !& 718 的柱效高。该类柱渗透性
好,但不易实现 718 颗粒在连续床内的均匀分布。
! ! 为了使整体固定相在较宽的 -: 范围内具有相
对恒定的电渗流,"#$, 等[%&]在 718 ; 8<= 混合填
充柱中注入硅溶胶,经超临界 <7+ 干燥后形成整体
柱。该柱在 -: + ’ $ 下电渗流均保持恒定。
! ! <(5)5># 等[%$]在 718 填充柱中注入单体及致
孔剂混合物,单体聚合后形成连续整体,有机基底将
填料颗粒固定,从而无需封口。因在反应单体中含
有 ?@A8,故可通过调节 ?@A8 的含量对电渗流进
行精确的调控。
! ! 烧结法是将普通的硅胶柱进行热处理,使硅胶
填料表面熔融,相互连结,进而形成连续床[]。
:*)BC’( 等[&)]采用匀浆法制成 ( !& 718 填充柱,
经过一系列处理后分别在 #+) D和 *() D下进行热
处理,填料表面因熔融而相互连结在一起,然后键合
<#&。与普通填充柱相比,该方法制成的整体柱的机
械强度、稳定性都得到改善。分别在毛细管电色谱
和微柱液相色谱模式下对柱效进行了考察,其柱效
与普通填充柱的柱效接近。但该方法仍需繁琐的填
料装填过程,并且高温烧结破坏了已键合的 <#&固
定相,需重新键合固定相,与溶胶!凝胶法相比,这种
色谱柱制备相对复杂,因此报道不多。
! ! 毛细管电色谱整体柱也有其缺点。对于聚合物
整体柱,其溶胀效应使固定相的稳定性和机械性能
受到负面影响。此外,在制备聚合物整体固定相时,
很难获得孔径分布非常均一的连续床,小孔的存在
会影响柱效和色谱峰不对称度,因此小分子化合物
很难得到较高的柱效。同传统的填料相比,聚合物
的比表面积较小,从而导致其柱容量较低。
$# 小结
! ! 毛细管电色谱柱的制备是近年来发展起来的新
型技术,它对毛细管电色谱这一分离方法的发展具
有举足轻重的作用。上述每种制备技术各有优势,
目前正被逐渐完善并进入应用领域。毛细管电色谱
开管 柱 在 生 物 样 品 的 分 离[#(,#%]、手 性 体 的 拆
分[&+ ’ &*]等方面获得了应用。毛细管电色谱填充柱
在环境样品如除草剂[&,]、农药[&"]、炸药[&(],生物样
品如肽[&%]、核苷[&&]、糖[&$],食品[$),$#],特别是药物
如酸性药品[$+ ’ $,]及碱性药品[$",$(]等的分离中发挥
了巨大作用。毛细管电色谱整体柱在反相色
谱[*% ’ *$,,+,,$,"),(+,("]、离子交换色谱[*(,,*,"#,"*,"%,$%]、疏
水作用色谱[*",&+]、亲和色谱[$&]、体积排阻色谱[,+,,$]
中获得了应用,且成功分离了肽[,#,,,,"#,",]、蛋白
质[*",*(,,,,"%,&+]、类 固 醇[*&]、芳 烃[*%,(+,("]、聚 合
物[,",,(,,$]、低聚核苷酸["#,"*]、氨基酸[,#]等物质。由
·%(,·
色 谱 第 !" 卷
于毛细管电色谱整体柱中孔结构可直接控制,因而
在生物大分子的分离中具有一定的优势。近两年,
国外已有关于毛细管电色谱整体柱的综述文
章[##,$%%]发表,对整体柱的发展与应用有较详细的介
绍。随着柱制备技术的不断改进,毛细管电色谱法
将会有更广阔的应用前景。
参考文献:
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书! 讯
《毛细管电色谱及其在生命科学中的应用》
作者:罗国安 ! ! 估价:"% 元 ! ! 出版单位:科学出版社 ! ! 出版日期:$%%" 年 + 月
! ! 毛细管电色谱是近年发展起来的一种新型微分离分析技术,它整合了毛细管电泳与微径柱液相
色谱的优点,通过在填充微细颗粒液相色谱填料的微径柱两端施加直流高压电场,达到其对痕量复
杂生物及化学体系样品优越的分离能力。本书是作者及其研究生近年来从事毛细管电色谱领域研
究工作的积累和
总结
初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf
,介绍了毛细管电色谱基本原理、分离机理和分离行为,加压毛细管电色谱仪的
研制,以及一些应用实例。
! ! 本书可供大专院校化学、生物等专业的高年级学生及研究生和科研人员参考阅读。
购书者请与科学出版社联系,电话:(!"!)#$!%%&"&,联系人:黄 ’ 海。
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