开管毛细管中的胶束液相色谱法外文翻译资料

开管毛细管中的胶束液相色谱法

原文作者： Joselito P. Quirino ＆ Faustino M. Tarongoy，Jr. 出处：Xavier University, Cagayan de Oro

摘要：分析色谱法中的绿色效应主要在于化学废物的减少和替代流动相中使用的有机溶剂。在这里，我们介绍了一种新的开放管绿色液相色谱方法，它具有以下优点：化学废物可高达零，试剂和样品的使用量最少，无需制备固相固定相，分离速度相对较快和结果可再现。该方法是基于常见的长链离子表面活性剂（即十六烷基三甲基溴化铵和十二烷基硫酸钠）的分子结构在溶液中以及在固体表面-液体界面处形成胶束。溶质在这些胶束中的不同溶解或分布导致了各种类型的分子意外分离或保留，包括芳香烃，阴离子，阳离子和两亲性药物，农药，肽和小蛋白质。色谱分析是在25-200mu;m范围内径和60或120 cm长的熔融石英毛细管中进行的，流动相为高于临界胶束浓度的主要表面活性剂水溶液。这些胶束之间的分布受流动相条件的影响，例如使用的表面活性剂浓度，pH，盐浓度和所用有机溶剂含量，我们利用这些条件来证明样品的富集。在农药和抗氧化剂的分离以及实际样品基质中评估了分析性能。还进行了与反相色谱分析药物组合的比较。表面活性剂胶束的这一重要的基本操作可能会在绿色萃取技术，纳米微分离和便携式设备的开发中得到应用。

关键词：开管毛细管；长链离子表活；胶束；反相色谱

1．介绍

液相色谱（LC）技术在化工、食品、医药等行业以及学术界和工业界都是一项成熟而重要的技术。液相色谱通过溶质在流动液相和固定液相之间的分布来分离混合物中的组分。固定相被放置在一个柱子或管子中，该柱子或管子首先用适当的含有机溶剂的流动相进行平衡，尤其是在反相液相色谱中占主导地位。在柱的一端引入样品溶液后，泵送流动相以使溶质穿过柱。更易吸附在固定相上的溶质比吸附在流动相上的溶质更容易被保留，并且较晚被洗脱下来。液相专家最好使用内径为2–7.8 mm，长度为10–25 cm，且富含有机溶剂的流动相以0.5–1.5 mL/ min^–1.11的速率流动的色谱柱。全球液相仪器每天产生的溶剂或化学废物总量非常重要，是绿色化学中一个日益重视的主题。在众所周知的与分析色谱绿色化相关的12条绿色化学原理的基础上，有三个“R”（即减少、置换和再循环）。大多数的效果是通过更环保的替代品（如生物衍生醇和最近用碳酸水）替代溶剂，以及减少溶剂使用量和产生的化学废物量取得的。通过与现有LC仪器进行快速色谱分离或减少LC仪器的总体尺寸，实现了减少溶剂用量。液相色谱的比例缩小包括使用窄孔柱，这些柱要么完全填充或者涂有一层厚厚的固体固定相材料，后者称为开放管液相色谱（OT-LC）。OT-LC必须在极窄的毛细血管内（内径小于等于10mu;m）进行，并有一层合适的固定固相。

在胶束液相色谱和电动色谱（MEKC）中，将临界胶束浓度（cmc）以上的表面活性剂加入流动相中形成胶束/假相。这些胶束使色谱具有独特的选择性、较低的成本和更高的安全性。在胶束液相色谱中，表面活性剂单体在固定相处吸附，但选择性往往来自于提供多种相互作用（静电、疏水和空间）的溶液胶束。在MEKC中，胶束充当“伪”固定相，其中溶质在溶液胶束和本体相之间的分布有助于在存在电场的情况下进行分离。在表面活性剂介导的毛细管电色谱（CEC）中，在流动相中加入表面活性剂以改变与胶束LC相似的选择性，其分离由与MEKC相似的电场驱动。在表面活性剂介导的毛细管电色谱（CEC）中，在流动相中加入表面活性剂以改变与胶束LC相似的选择性，分离由与MEKC相似的电场驱动。

在这项工作中，提出了一种OT-LC格式的绿色色谱方法，该方法使用来自普通长链离子表面活性剂和异常宽的内径毛细管的假相。并且不需要建造固体固定相或支架。简单的OT-LC程序涉及到在流动相中用表面活性剂在cmc以上调节毛细管。表面活性剂在固液界面和自由溶液中形成胶束。通常纳米界面胶束被认为与溶液胶束相似，但这里我们发现界面胶束和溶液胶束之间存在令人惊讶的溶质分布，这可以通过简单地控制胶束溶液条件来调节。因此，这种分布将影响以界面胶束为固定相，以溶液胶束和本体液体为流动相的色谱分离。

由于在本研究中使用的OT-LC毛细管的宽（25~200mu;m）内径，我们提出了一种在溶液和界面胶束存在下意外保留各种中性和带电化合物的机制。分别用阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）和十二烷基硫酸钠（SDS）证明了溶质的保留。以CTAB为假相，采用较高的分离流速，可以快速分离结构相似的溶质。同时研究了胶束溶液中表面活性剂浓度、pH值、盐浓度和有机溶剂含量等参数对增溶和溶质保留的影响。然后利用这些溶液参数来证明使用三肽作为模型分析物的样品富集。开发了一种将CTAB用作假相的方法用于农药，并将SDS用于抗氧化剂的方法。对每种方法，对其优值分析结果和实际（环境水或加工食品）样品分析的应用进行了评估。此外，在反相液相色谱法和采用CTBA为假相的OT-LC之间进行了比较，以分析药物组合。

2．材料和方法

2.1试剂和通用设备

所有化学品（测试分析物、缓冲化合物、表面活性剂、盐、聚电解质和有机溶剂）均从Sigma Aldrich（澳大利亚新南威尔士州）或Fluka Analytical（美国密苏里州圣路易斯市）获得，并在交付时使用。纯化水来自Milli-Q系统（Millipore，MA，美国）。溶液的pH值和电导率用台式测量仪测量（Sper Scientific，澳大利亚）。缓冲液（0.2 M甲酸铵pH 4.5，0.2 M醋酸铵pH 8.5和磷酸盐缓冲液pH 2-10）、表面活性剂缓冲液（0.2 mM SDS和0.2 mM CTAB）和3.5 M氯化钠（NaCl）的储备溶液在使用前用0.45mu;m过滤器进行超声波处理和过滤。通过将适当体积的缓冲液、表面活性剂溶液原液、甲醇（MeOH）、乙腈（ACN）与纯化水混合制备流动相。在纯化水中制备了平均分子量为400-500k的10%聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDDAC）。在SDS实验中，这被用来修饰毛细管壁。在水或50% MeOH中制备了0.5～1mg/ml^-1的1种分析物（烷基苯醌、抗氧化剂和ESI表S1）中的储备溶液，在不使用时储存在4℃。通过将适量的分析物原液与流动相混合，或如文中所示制备样品溶液。

2.2 OT-LC程序

OT-LC在Beckman P/ACE MDQ（BeckmanCoulter，Brea，CA USA）上进行，该MDQ配有设置在200 nm的紫外线检测器和熔融石英毛细管（Polymicro，Phoenix，AZ，USA）。毛细管总长度为60或120cm（从注射端到在线紫外检测器分别为50或110cm）。所用毛细管内径（内径）（25–200mu;m）如文中所示。毛细管的温度控制在20°C。 通过分别在色谱柱的入口端对样品和流动相施加压力，进样（2 mm 注入）并进行分离。用0.1 N NaOH（10个毛细管体积）冲洗（例如，在1500 mbar下），然后用纯化水（5个毛细管体积）调节新的毛细血管。调节、注射和分离的压力取决于毛细血管内径（内径较窄和长120cm的毛细血管使用较高的压力）。对于CTAB实验，在每次进样前用纯化水（2个毛细管体积）、0.1N氢氧化钠（3个毛细管体积）、纯化水（2个毛细管体积）和流动相（4个毛细管体积）对毛细管进行调节。熔融石英表面的负电荷允许带正电荷的CTAB分子结构。对于SDS实验，在每次进样前，用纯化水（2个毛细管体积）、0.1 NNaOH（3个毛细管体积）、纯化水（2个毛细管体积）、10%PDDAC溶液（3个毛细管体积）、纯化水（2个毛细管体积）和流动相（4个毛细管体积）调节毛细管。PDDAC形成了带负电SDS分子结构的正表面。在每种浓度的CTAB和SDS下进行了3次测定，并报告了平均保留时间（n=3）。

2.3 临界胶束浓度的测定

采用毛细管电泳（CE）法测定cmc。在Beckman P/ACE-MDQ系统上进行CE，在200 nm和50mu;m i.d.的紫外光下进行。毛细管总长度为60cm（紫外检测器为50cm）。用未改性的和聚电解质改性的熔融石英毛细管，通过EOF反转得到CTAB和SDS（n=3）的cmc。CTAB和SDS实验的毛细管调节如OT-LC程序所述。以10%丙酮为样品，EOF标记，电压plusmn;20kv。产生稳定且反转的EOF的表面活性剂的浓度，该浓度被估计为临界胶束浓度。

2.4环境水和加工食品样品的制备

环境水样采集自布朗斯河（金斯敦，塔斯马尼亚）和德鲁角河口（马盖特，塔斯马尼亚）。提取过程基于Aranas和同事的方法。对每个水样，用5ml二氯甲烷提取100ml等分试样3次。将提取物混合，并在30℃和真空下干燥混合提取物。用450mu;L流动相或加入图3（a）所示农药的流动相重组残留物，然后用OT-LC分析重组样品。这三种加工食品样品（方便面、牛肉汤调味料和鸡肉味米糕）是从塔斯马尼亚州桑迪湾的一家大型连锁超市获得的。提取过程基于Darji和同事的方法。对每个固体样品，用5ml甲醇萃取2g等份。将提取物汇集在一起，然后在30℃和真空下干燥3ml等份。剩余物用400mu;l的流动相或在图3（b）所示的抗氧化剂中添加的流动相进行重组。然后用OT-LC分析重组样品。

2.5反相液相

采用安捷伦（德国瓦尔德布隆）1100高效液相色谱系统，可变波长检测器，安捷伦poroshell反相SB-C18柱（4.6times;100 m m，2.7mu;m）。流动相A和B分别为0.2 mM甲酸铵水溶液和0.2 mM甲酸铵乙腈（ACN）（流动相均由pH 4.5的甲酸铵原液制备）。

3.结果和讨论

3.1概念证明：OT-LC使用宽口径毛细血管且无固体固定相

图1（a）显示了内径ge;25mu;m的空毛细血管对正己烷（峰2）的保留率，尽管普遍认为OT-LC必须在内径lt;10mu;m的毛细血管中进行，并在壁上嵌入一层具有高比表面积的色谱固相。但是对于内径100-200mu;m的毛细血管，保留率却是最令人惊讶的。流动相仅为CTAB和SDS（gt;cmc）的稀表面活性剂溶液，pH值为8.5。经EOF测定，CTAB和SDS的cmc分别为0.45和0.75mm。这些数据有力地说明了两种胶束的不同增溶能力，即紧密排列的界面CTAB和SDS胶束和分散溶液胶束。正己烷的保留时间（tR）比疏水性差得多的苯乙酮（峰1）的保留时间（t₀）长。苯乙酮没有保留。18个碳单体的CTAB胶束对界面胶束的增溶或保留作用强于12个碳单体的十二烷基硫酸钠，这是由正己烷在200mu;m 内径中的CTAB而不是SDS的保留作用所表明的。毛细血管较窄时，保留率也较高，如CTAB和SDS对25-50mu;m范围苯己酮的较长保留时间，这在OT-LC中有望实现。还获得了各种分析物的保留，包括药物、农药、氨基酸、肽和泛素（见ESI表S1）。

图1（a）在pH值为8.5的100 mM碳酸氢铵和不同内径的毛细血管中，用0.5 mM CTAB或0.8 mM SDS流动相获得的酚类的OT-LC色谱图。根据调节使用的毛细管内径以获得高效灵敏度，分析得到0.4–1.1 mM处的苯乙酮（1）和正己烷（2），。毛细血管的总长度为60厘米（探测器为50厘米）。调整分离压力，使t0=5–6分钟。对于十二烷基硫酸钠，毛细管壁涂有阳离子聚电解质。

（b）流动对结构相似分析物OT-LC分离的影响。毛细血管内径和总长度分别为50mu;m和60 cm（检测器为50 cm）。流动相为0.8mM CTAB，在pH 8.5的100mM碳酸氢铵中加入10%甲醇。分析物为磺胺甲基嘧啶（3）、磺胺甲恶唑（4）、磺胺甲肟（5）、磺胺二甲嘧啶（6）和磺胺喹恶啉（7），流动相为0.16～0.2 mM。在2.1~6.8 bar的不同压力下进行分离。

3.2 胶束CTAB快速分离

快速色谱通常采用高流速获得，此过程中由于固体固定相或载体而产生高背压，但这在所提出的OT-LC方法中不是一个重大问题。图1（b）所示为OT-LC，使用稀释的CTAB作为分离过程中不同流速下结构相似的磺胺类药物的流动相。在流速分别为50和25 cm/min^-1时，在2.5和3.5 min内获得良好的分离。当流速大于50 cm/min^-1（例如100 cm/min^-1）时，分辨率受到影响。还观察到分析物信号强度随流速的增加而降低。这是由于流动相的抛物线分布引起的分析物带色散，该现象在较高流速下更为强烈。

3.3 拟议的保留机制

界面CTAB和SDS胶束的厚度为表面活性剂长度的2倍，仍在一位数纳米范围内。对于OT-LC而言，这些胶束固定相非常薄，因此传统色谱无法解释界面胶束的保留作用。所以我们提出在胶束之间的溶质“分布”来解释观察到的保留。这些是：（a）溶液胶束，（b）界面胶束和（c）溶液（靠近界面）与界面胶束之间的分布。离子表面活性剂溶液中的胶束化-解离平衡促进了溶解的分析物从一个胶束转移到另一个胶束，并促进了表面活性剂单体交换。毫秒范围内的弛豫时间与上述OT-LC的快速平衡有关。特别是，溶液胶束之间的分布改善了溶解的分析物从溶液胶束

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