有机聚合物整体柱

有机聚合物整体柱制备及应用进展目录一整体柱简介二有机聚合物整体柱制备三有机聚合物整体柱性能四有机聚合物整体柱应用一、简介整体柱(MonolithicColumn)，又称为棒柱(rod)、连续床层(continuousbed)、无塞柱(fritlesscolumn)，是在空柱管中原位聚合得到的连续多孔高聚物固体材料，材料表面可以根据需要作相应的功能衍生化。实际上是吸取了无孔填料和膜的快速分离能力及HPLC多孔填料的高容量,又没有增加柱阻力这几方面的优点而发展起来的一种新型色谱填料。张长坤,王学生,等.有机聚合物整体柱在样品预处理领域的应用[J].广州化工2015.23(8):6-9.分类按照材质的类型，整体柱分为：•有机聚合物整体柱：有机聚合物单体在柱管内原位聚合•无机硅胶整体柱：将硅氧化物直接烧结在柱内或用溶胶-凝胶法反应•杂化材料整体柱其中，有机聚合物整体柱具有介质选材广泛、制备方法简单、适用pH值范围宽和生物兼容性好等特点，近年来在样品预处理领域备受青睐。何丽,冯海建,李静杰,等.有机聚合物整体柱的改性与应用进展.[J]分析测试学报201730(7)825-834.有机聚合物整体柱制备有机聚合物整体柱一般是由单体、交联剂、致孔剂、引发剂的混合溶液经原位聚合得到：将单体混合物及致孔剂注入到空柱中,除气泡，经热、紫外光或γ-射线引发使单体混合物在柱体内聚合,待反应结束后用合适的溶剂除去柱体内的致孔剂和残留的单体。根据整体柱制备时选用的单体和交联剂不同，可将有机聚合物整体柱分为聚丙烯酰胺类、聚甲基丙烯酸酯类和聚苯乙烯类整体柱3类。张长坤,王学生,等.有机聚合物整体柱在样品预处理领域的应用[J].广州化工2015.23(8):6-9.1.聚丙烯酰胺类-------水相聚合体系功能单体：主要有丙烯酰胺(AA)、甲基丙烯酰胺(MAC)、N－异丙基丙烯酰胺(NIPAM)和N－烯丙基二甲胺(DMAA)交联剂：为亚甲基二丙烯酰胺(BIS)和二丙烯酰哌嗪(PDA)引发剂：水溶性的过硫酸铵可柱内检测，通常用于毛细管电色谱CEC。但由于化学稳定性和机械强度比较差，基质较软不宜在液相模式下使用。张长坤,王学生,等.有机聚合物整体柱在样品预处理领域的应用[J].广州化工2015.23(8):6-9.2.聚甲基丙烯酸酯类功能单体：甲基丙烯酸酯、2-丙烯酰胺-2-甲基-1-丙磺酸（AMPS）、甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）、N-烯丙基二甲基胺、烯丙基缩水甘油醚（AGE）交联剂：乙二醇二甲基丙烯酸酯（EDMA）、二丙烯酰哌嗪(PDA)、三聚异氰尿酸三烯丙酯（TAIC）等致孔剂：十二醇，十八醇，环己醇该类柱在pH2-12范围内均具有较好的稳定性。张长坤,王学生,等.广州化工2015.23(8):6-9.GAM3.聚苯乙烯类整体柱单体：苯乙烯、乙烯基苄氯交联剂：二乙烯基苯引发剂：偶氮二异丁腈（AIBN）致孔剂：甲醇，乙醇，甲苯聚苯乙烯可直接用于小分子、肽以及生物大分子的反相或疏水色谱分离。张长坤,王学生,等.有机聚合物整体柱在样品预处理领域的应用[J].广州化工2015.23(8):6-9.三、性能•整体柱内部的规则形态结构是决定起性能的重要因素。•一般而言，具有理想内部结构的整体材料应具有规则的三维网络骨架和规则的孔结构。•骨架形态、孔尺寸大小和分布主要由单体与交联剂的浓度、引发剂的比例、致孔剂的组成及种类、聚合时间和温度等因素共同决定。•因此，如何选用合适的比例和组成才能制成结构均一、表面化学性质好等特点的聚合物整体柱仍是研究者们致力解决的问题。S.Eeltink,J.M.Herrero-Martinez,G.P.Rozing,etal.Anal.Chem,2005,77:7342-7347四、应用（1）离子交换色谱•离子交换色谱中的固定相通常是某些不溶性高分子化合物，这些分子中因含有可解离的基团而带有电荷，这些带电基团通过静电相互作用与带相反电荷的离子结合。•阴离子交换剂上的功能基团主要是－NH2及－NH3+，阳离子交换剂的功能基团主要是－SO3H及－COOH。•表面带有－NH2或－COOH的有机聚合物整体柱可作为离子交换色谱固定相用于分离蛋白质、核苷酸等生物大分子。这类整体柱的制备主要有两种方法：一种是单体本身带有阴阳离子功能基团，直接共聚即可得到离子交换柱。一种是制作完整体柱再键合－NH2或－COOH。赵菊敏，杨更亮，郑超等.弱阴离子交换整体柱对白介素-18的分离.色谱，2005，23(2)：168-171（1）离子交换色谱杨更亮等以色谱柱管为模具，通过原位聚合法制备了一种以GMA为单体，EDMA为交联剂的整体色谱柱，用二乙胺将其修饰为弱阴离子交换柱，用来分离白介素-18。赵菊敏，杨更亮，郑超等.弱阴离子交换整体柱对白介素-18的分离.色谱，2005，23(2)：168-171（1）离子交换色谱用该色谱柱对IL-18粗提液进行了快速分离,为IL-18的分离、提纯提供了一个切实可行、简便快捷、低成本、高效率的方法。赵菊敏，杨更亮，郑超等.弱阴离子交换整体柱对白介素-18的分离.色谱，2005，23(2)：168-171（2）固相萃取固相萃取技术(Solid－PhaseExtraction，SPE)是基于液相色谱原理的一种有效的样品预处理技术，包括液相和固相的物理萃取过程。固相萃取大致包括柱预处理、上样、淋洗、洗脱四个步骤。如图1所示，柱预处理:选择合适的溶剂活化吸附剂，该溶剂应与样品溶剂一致。样品添加:样品溶液通过固相吸附剂，吸附剂会对部分干扰物和目标分析物选择性保留。柱洗涤:选择适当的溶剂进行洗涤，保证目标物不被洗脱的同时去除保留在固相吸附剂上的干扰物。目标物洗脱:用适当的溶剂洗脱目标物并收集。王阳,等.聚合物整体柱在固相萃取领域的应用.广州化工[J]2016(44)11:38-41.与传统的填充型固相萃取吸附剂相比，聚合物整体柱作为一种新型的固相萃取吸附剂具有以下优势:第一，聚合物整体柱省去了繁冗的填装过程，制备简单，操作方便;第二，由于特殊的穿透孔结构存在使整体柱具有良好的渗透性和较低的传质阻力;第三，聚合物整体柱易于改性，可根据不同需求选择不同的功能单体。聚合物整体柱因其独特的优势，作为新型固相萃取吸附剂在食品安全、生物富集、环境评价、医药卫生等领域广泛应用。王阳,等.聚合物整体柱在固相萃取领域的应用.广州化工[J]2016(44)11:38-41.（1）食品领域一方面食品添加剂的滥用屡禁不止，另一方面为了提高商品的品质而非法使用的有害物质使得食品安全问题日益突出并成为社会广泛关注的焦点。由于食品种类繁多，基质复杂，被测物含量低，因此样品预处理环节成为食品中风险物质分析的关键。王阳,等.聚合物整体柱在固相萃取领域的应用.广州化工[J]2016(44)11:38-41.（1）食品领域•以甲基丙烯磺酸钠(SMAS)为单体制备了聚乙烯(SMAS－co－EDMA)强阳离子交换整体柱，结合高效液相色谱－串联质谱对猪肉中克伦特罗的残留进行分析测定，方法线性范围为0.05～10.0μg/L，检出限为0.5ng/g，回收率在91%～96%之间。•罗伟强等建立了聚乙烯(MAA－co－EDMA)整体柱固相萃取紫外检测在线联用的方法对水果中氯吡脲进行分析测定。王阳,等.聚合物整体柱在固相萃取领域的应用.广州化工[J]2016(44)11:38-41.（2）环境评价•环境样品基质如水、土壤、大气等成分复杂，因此这些样品中微量以及痕量的有机污染物的分析存在的突出问题是如何从复杂的环境样品中有效萃取和富集目标物，同时尽量去除干扰物。•Liu等以聚乙烯(GMA－co－EDMA)整体柱为萃取介质，结合气相色谱对自来水和湖水中的甲氰菊酯和苄氯菊酯进行检测，检出限分别为0.5ng/mL(甲氰菊酯)和2.7ng/mL(苄氯菊酯)。王阳,等.聚合物整体柱在固相萃取领域的应用.广州化工[J]2016(44)11:38-41.（3）药物分析•凭借良好的生物兼容性，有机聚合物整体柱对生物体液(毛发、血浆、尿液)中低含量药物的净化和富集显示出卓越的性能，此外在兴奋剂及毒品的检测中，聚合物整体柱也发挥了重要的作用。•Feng课题组将该整体柱与毛细管电泳离线联用，同时结合毛细管电泳中的场放大样品堆积技术，分析了尿样中的安非他明类毒品，检出限为25ng/mL。结果显示，此整体柱不仅能实现对实际样品的净化和富集，而且由于解析体积小，样品解析后可直接进行分析，大大缩短了整个分析时间。王阳,等.聚合物整体柱在固相萃取领域的应用.广州化工[J]2016(44)11:38-41.（4）生物富集•在生物富集方面，有机聚合物整体柱作为萃取材料应用在样品预处理技术中，目前已广泛富集了多肽、蛋白质、类固醇、芳香烃等多种物质。•Sinz课题组过戊二醛法分别在poly(GMA－AA－co－EDMA)整体柱和poly(GMA－co－EDMA)整体柱表面修饰上单体抗生物素蛋白，用于富集牛血清白蛋白(BSA)。王阳,等.聚合物整体柱在固相萃取领域的应用.广州化工[J]2016(44)11:38-41.聚合物整体柱作为一种新型的样品预处理材料，具有成本低廉，制备简单、稳定性好，生物兼容性好等优点，能够提高萃取效率，重复使用。目前，聚合物整体柱在实验条件和分析机理方面的研究还需要进一步强化，以使合成的聚合物整体柱的内部骨架结构更加均匀，更大的促进聚合物整体柱在样品预处理领域的应用，相信聚合物整体柱在食品、环境、卫生等领域会有更广阔的发展。王阳,等.聚合物整体柱在固相萃取领域的应用.广州化工[J]2016(44)11:38-41.谢谢！