二氧化硅核壳型微球的制备及在液相色谱快速分离分析中的应用

摘要

色谱分离材料是色谱发展的核心，硅胶基质填料因其较高的比表面积、机械强度，及表面易改性等优点，一直以来就是应用最为广泛的液相色谱固定相基质。然而，全多孔色谱填料发展的最大瓶颈在于其在分离过程中传质阻力较大，不适用于快速分离分析；核-壳型二氧化硅填料以其高柱效、高分辨和低背压的优越性能受到越来越多的关注，但是目前二氧化硅核壳微球的制备方法存在一些不足，且生产成本较高。针对以上问题，本论文展开了以下几个方面的研究：　　1．针对Stober法在制备微米级硅胶微球的不足，本论文通过在Stober体系中添加电解质和控制硅源的加料速度等方法，成功制备出在1-5 μm范围内粒径可控的单分散无孔硅胶微球。为了解决溶胶-凝胶法制备放射型有序介孔核壳微球孔径尺寸较小的问题，发展了一种双模板法用于增大核壳微球的孔径尺寸。以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和三辛基甲基溴化铵(TOMAB)为共模板剂，经过溶胶一凝胶过程制备出具有核壳的微球，高温除去模板剂，即可得到具有介孔通道的二氧化硅核壳微球。通过调节模板剂的比例，制备出在2.6-10.6 nm范围内孔径尺寸可控的放射型介孔结构。最后，制备的核壳微球经十八烷基三氯硅烷衍生化后装填色谱柱，应用于超高压液相色谱，在1分钟内快速分离了多种小分子化合物。接下来将该色谱柱与液质联用设备相结合，成功应用于对实际样品中β-受体激动剂、磺胺类药物和喹诺酮类药物残留的检测分析。　　2．团聚问题一直是模板法制备核壳微球的难题，本文将双模板法与模板溶解诱导再沉积法相结合，成功解决了模板法不可避免的团聚问题。实验以无孔硅胶微球为母球，在碱性环境下，逐步对硅胶微球表面刻蚀，刻蚀下来的硅胶粒子首先被带正电的模板剂吸附，然后共同沉积在母球的表面，最后高温除去模板剂，即可得到表面具有介孔结构的核壳微球。通过调节微球的刻蚀时间来调控核壳微球的壳层厚度，通过调节体系中模板剂的比例来控制介孔壳层的孔径大小，最终实现核壳微球核壳厚度和孔径尺寸的可控性。最后用酸扩孔的方式进一步增大了介孔壳层的孔径尺寸，经C18衍生化后，在反相模式下考察了其色谱分离性能，在一分钟内实现了5种整体蛋白的快速分离，同时应用于牛血清蛋白和卵白蛋白的酶解液的分离分析，也得到了较好的分离效果。　　3．针对微米级全多孔硅胶微球粒径分布不均问题，发展了以聚合物微球为模板制备微米级单分散大孔硅胶微球的方法。首先，利用一步种子溶胀法制备得到单分散全多孔PGMA-EDMA聚合物微球，经四乙烯五胺(TEAP)修饰使其表面富含氨基和亚氨基基团，这些基团会吸引正硅酸乙酯水解缩合的产物使其进入模板微球的孔道内，形成杂合微球，高温除去聚合物模板，得到多孔硅胶微球。该方法可以通过调节模板微球的粒径和孔径结构来调控二氧化硅微球的粒径和孔径结构，实现二氧化硅微球粒径和孔径结构的可控性。最后，将得到的二氧化硅微球经C18衍生化后装填色谱柱，成功分离了7种整体蛋白质并得到较高的质量回收率，并将其应用于实际样品BSA酶解液的分离分析，得到了较好的分离效果。　　4．本章将悬浮聚合法制备SiO2@有机聚合物核壳微球技术和多孔聚合物微球模板法制备多孔SiO2单分散微球技术相结合，建立一种制备具有较大孔径的表面多孔二氧化硅核-壳型固定相的新方法。首先，利用悬浮聚合法成功制备出单分散的二氧化硅@多孔聚合物核壳微球，然后以二氧化硅@多孔聚合物核壳微球为模板，通过溶胶-凝胶过程制备出二氧化硅@聚合物/二氧化硅杂合微球，高温除去模板，得到表面具有介孔结构的二氧化硅核壳微球。最后，制备的核壳微球经十八烷基三氯硅烷衍生化后装填色谱饼，并应用于常压液相色谱，在2分钟内实现了5种整体蛋白的基线分离，且具有较好的色谱峰形。

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