基于離子液體的聚乙烯基酯樹脂整體柱的ATRP法制備及其在HPLC中的應用

姜曉婭^1,2，王佳菲^1,2，白立改^1,2,3*，劉海燕^1,2,3，閆宏遠^2,3

（1．河北大學藥學院；2．河北省藥物質量分析控制重點實驗室；
3．藥物化學與分子診斷教育部重點實驗室，保定 071002）

本文以乙烯基酯樹脂為單體，離子液體（1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽）作為致孔劑，四氯化碳為引發劑，氯化亞鐵為催化劑，通過原子轉移自由基聚合方法（ATRP）制備得到了一種基于離子液體的聚合物整體柱。通過掃描電子顯微鏡和氮吸附法對該整體柱的內部孔結構進行了表征。并將該整體柱作為高效液相色譜的固定相，對人血漿中的免疫球蛋白進行了成功分離。此外，該整體柱還可用于芳香族小分子化合物的分離。結果表明，離子液體的加入和ATRP聚合方式的引入能有效改善聚合物的孔結構，改善整體柱的分離性能。

1　實驗部分

1.1　儀器和試劑

乙二醇二甲基丙烯酸酯（EDMA）（瑪雅試劑有限公司）；N-甲基咪唑和1-氯丁烷（阿拉丁試劑有限公司）；CCl₄、FeCl₂、雙酚A縮水甘油醚、甲基丙烯酸、四丁基溴化銨、1,4-二氧六環（天津科密歐化學試劑有限公司）；實驗所用水均為超純水，所有溶液及流動相進入色譜系統前均經過0.45 μm微孔濾膜過濾。

Agilent 1100 高效液相色譜儀（Agilent Technology，美國），包括四元泵、在線真空脫氣機、自動進樣器、紫外檢測器；氮吸附比表面積測定儀（TriStar Ⅱ3020，Micromeritics）；高分辨質譜（Bruker apex ultra 7.0 T，Bruker）；掃描型電子顯微鏡（S-4300，Hitachi）；超級恒溫水浴（HH-601，江蘇榮華儀器制造有限公司）。

1.2　乙烯基酯樹脂的合成

乙烯基酯樹脂（VER）是根據已報道文獻合成的^[1-3]：將20g雙酚A縮水甘油醚，0.4g四丁基溴化銨和20ml 1,4-二氧六環放入三頸瓶中混合加熱，當溫度達到80℃后，滴加8.6ml甲基丙烯酸。然后將溫度升高至90℃，并保持4.5h。

1.3　離子液體的合成^[4]

將1-氯丁烷（9.257g，0.1mol）逐滴加入到N-甲基咪唑（11.494g，0.14mol）中。該混合物在65℃下攪拌11h發生相分離和黏性加熱，得到的棕色液體用乙酸乙酯洗滌。然后過濾，真空中干燥，直到恒重（產率：61.24%）。

通過高氯酸滴定法，測得N-甲基咪唑離子液體的純度為97.6%。并通過質譜法測定[HRMS (ESI⁺) [M⁺H]⁺，以C₈H₁₅N₂計：139.12297]，結果中可見基峰m/z 139.12331，確認離子液體合成。

1.4　整體柱的制備

整體柱（Ma）的制備如下：將VER(1.0ml), EDMA (0.5ml), CCl₄ (0.1ml), IL (0.3ml)，十二醇（2.0ml）加入到一個干凈的安瓿瓶中。將FeCl₂（0.01g）在水（0.2ml）中溶解后加入到同一安瓿瓶中，超聲脫氣并使溶液溶解直到透明后傾入一個一端密封的50mm×4.6mm的不銹鋼管色譜柱中，完成后將另一端密封，于70℃水浴反應10h。制備得到的整體柱用甲醇在線沖洗以除去致孔劑。整體柱Mb和Mc也通過同樣程序制備得到，詳見表1。

2　結果

2.1　整體柱的內部形態及孔類型

2.1.1　整體柱的內部形態

圖1為整體柱Ma、Mb、Mc的SEM圖。由圖可知，與Mb和Mc相比，Ma具有更均勻的疏松多孔結構，這種結構可以促進傳質，提高滲透性。

2.1.2　孔類型的測定

通過氮吸附法測定了整體柱Ma的孔類型。圖2為整體柱Ma的氮吸附脫附等溫線，由圖可知，屬于Ⅲ型吸附脫附等溫線，表明整體柱Ma基本不具有微孔和介孔結構，同時也可表明該整體柱具有大孔結構。

2.2　色譜性能

2.2.1　人血漿中免疫球蛋白的分離

新鮮人血，冰浴下勻漿，4500r/min，4℃，離心15min，取上清液作為供試樣品。采用梯度洗脫：0→3min，水；3→5min，0.05mol/L磷酸氫二鈉水溶液（pH = 9.2）。圖3為整體柱Ma、Mb、Mc分別作為HPLC固定相對人血漿中免疫球蛋白（IgG）的色譜分離圖。

由圖可知：柱Ma和柱Mb對血漿中的IgG具有分離能力，且柱Ma的分離性能更優，而柱Mc則沒有該能力。這是由于整體柱Mb通過原位自由基聚合制備得到，雖然也具有分離能力，但由于孔結構的不均勻導致柱效不高。而整體柱Mc則由于單一致孔劑，缺少了IL 作為聯合致孔劑，其結構不適于蛋白質的分離。這一結果表明，ATRP方法與IL的聯合應用，改善了整體柱對于人血漿中IgG的分離性能。

2.2.2　人血漿中IgG的分離機理

蛋白質的分離機理較為復雜，聚合物整體柱在蛋白質分離應用中常見的分離模式為離子交換色譜模式、反相色譜模式、疏水色譜模式、親和色譜模式、分子印跡模式吸附等作用。

在本文中，由ATRP方式引發聚合的整體柱表面的C-Cl鍵能夠增強整體柱的表面能和吸附能力以及對蛋白質的選擇性。結果表明在一定色譜條件下通過梯度洗脫，該整體柱對人血漿中的IgG具有良好的選擇性，因此能夠得到成功分離。

2.2.3　小分子芳香族化合物的分離

為了考察柱Ma對小分子的分離能力，本實驗選用芳香族化合物的混合物進行測試，圖4為中性芳香族化合物在流動相為甲醇/水（70/20，體積比）時所得的色譜圖。被分析物洗脫的順序為苯<對二甲苯<聯苯<蒽，與這些分析物的極性從大到小保持一致，為典型的反相色譜分離模式。

這是由于單體乙烯基酯樹脂的烷基鏈具有一定的疏水作用，使得聚合物整體柱對極性較小的芳香族化合物具有保留作用，并可根據不同芳香族化合物的極性通過反相色譜模式進行分離。

3　討論

ATRP的聚合過程可以避免經典自由基聚合的缺點，離子液體作為致孔劑能夠提高預聚溶液的相溶性，結果表明：二者結合是改善孔結構均勻性的一種有效方法，并能夠成功分離人體血漿中的免疫球蛋白和小分子芳香族化合物。

參考文獻

[1] GaoJG, DuHL, Sun HN. Chin JCatal, 1989, 110: 422-428.

[2] Yang GL, Bai LG, Yan CH. Talanta, 2011; 85: 2666-2672.

[3] Liu HY, Li SH, Bai LG. Design Monom Polym, 2010, 13: 399-406.

[4] Wang JF, Bai LG, Wei Z. J Sep Sci, 2015, 38: 2101-2108.

基金項目：國家自然科學基金青年基金項目(21505030)；河北省自然科學基金項目( B2015201024)

作者簡介：姜曉婭，女，碩士研究生，Tel : 18730270876, E-mail：JXYhbu@126.com