基于离子液体的聚乙烯基酯树脂整体柱的ATRP法制备及其在HPLC中的应用

姜晓娅^1,2，王佳菲^1,2，白立改^1,2,3*，刘海燕^1,2,3，闫宏远^2,3

（1．河北大学药学院；2．河北省药物质量分析控制重点实验室；
3．药物化学与分子诊断教育部重点实验室，保定 071002）

本文以乙烯基酯树脂为单体，离子液体（1-丁基-3-甲基咪唑氯盐）作为致孔剂，四氯化碳为引发剂，氯化亚铁为催化剂，通过原子转移自由基聚合方法（ATRP）制备得到了一种基于离子液体的聚合物整体柱。通过扫描电子显微镜和氮吸附法对该整体柱的内部孔结构进行了表征。并将该整体柱作为高效液相色谱的固定相，对人血浆中的免疫球蛋白进行了成功分离。此外，该整体柱还可用于芳香族小分子化合物的分离。结果表明，离子液体的加入和ATRP聚合方式的引入能有效改善聚合物的孔结构，改善整体柱的分离性能。

1　实验部分

1.1　仪器和试剂

乙二醇二甲基丙烯酸酯（EDMA）（玛雅试剂有限公司）；N-甲基咪唑和1-氯丁烷（阿拉丁试剂有限公司）；CCl₄、FeCl₂、双酚A缩水甘油醚、甲基丙烯酸、四丁基溴化铵、1,4-二氧六环（天津科密欧化学试剂有限公司）；实验所用水均为超纯水，所有溶液及流动相进入色谱系统前均经过0.45 µm微孔滤膜过滤。

Agilent 1100 高效液相色谱仪（Agilent Technology，美国），包括四元泵、在线真空脱气机、自动进样器、紫外检测器；氮吸附比表面积测定仪（TriStar Ⅱ3020，Micromeritics）；高分辨质谱（Bruker apex ultra 7.0 T，Bruker）；扫描型电子显微镜（S-4300，Hitachi）；超级恒温水浴（HH-601，江苏荣华仪器制造有限公司）。

1.2　乙烯基酯树脂的合成

乙烯基酯树脂（VER）是根据已报道文献合成的^[1-3]：将20g双酚A缩水甘油醚，0.4g四丁基溴化铵和20ml 1,4-二氧六环放入三颈瓶中混合加热，当温度达到80℃后，滴加8.6ml甲基丙烯酸。然后将温度升高至90℃，并保持4.5h。

1.3　离子液体的合成^[4]

将1-氯丁烷（9.257g，0.1mol）逐滴加入到N-甲基咪唑（11.494g，0.14mol）中。该混合物在65℃下搅拌11h发生相分离和黏性加热，得到的棕色液体用乙酸乙酯洗涤。然后过滤，真空中干燥，直到恒重（产率：61.24%）。

通过高氯酸滴定法，测得N-甲基咪唑离子液体的纯度为97.6%。并通过质谱法测定[HRMS (ESI⁺) [M⁺H]⁺，以C₈H₁₅N₂计：139.12297]，结果中可见基峰m/z 139.12331，确认离子液体合成。

1.4　整体柱的制备

整体柱（Ma）的制备如下：将VER(1.0ml), EDMA (0.5ml), CCl₄ (0.1ml), IL (0.3ml)，十二醇（2.0ml）加入到一个干净的安瓿瓶中。将FeCl₂（0.01g）在水（0.2ml）中溶解后加入到同一安瓿瓶中，超声脱气并使溶液溶解直到透明后倾入一个一端密封的50mm×4.6mm的不锈钢管色谱柱中，完成后将另一端密封，于70℃水浴反应10h。制备得到的整体柱用甲醇在线冲洗以除去致孔剂。整体柱Mb和Mc也通过同样程序制备得到，详见表1。

2　结果

2.1　整体柱的内部形态及孔类型

2.1.1　整体柱的内部形态

图1为整体柱Ma、Mb、Mc的SEM图。由图可知，与Mb和Mc相比，Ma具有更均匀的疏松多孔结构，这种结构可以促进传质，提高渗透性。

2.1.2　孔类型的测定

通过氮吸附法测定了整体柱Ma的孔类型。图2为整体柱Ma的氮吸附脱附等温线，由图可知，属于Ⅲ型吸附脱附等温线，表明整体柱Ma基本不具有微孔和介孔结构，同时也可表明该整体柱具有大孔结构。

2.2　色谱性能

2.2.1　人血浆中免疫球蛋白的分离

新鲜人血，冰浴下匀浆，4500r/min，4℃，离心15min，取上清液作为供试样品。采用梯度洗脱：0→3min，水；3→5min，0.05mol/L磷酸氢二钠水溶液（pH = 9.2）。图3为整体柱Ma、Mb、Mc分别作为HPLC固定相对人血浆中免疫球蛋白（IgG）的色谱分离图。

由图可知：柱Ma和柱Mb对血浆中的IgG具有分离能力，且柱Ma的分离性能更优，而柱Mc则没有该能力。这是由于整体柱Mb通过原位自由基聚合制备得到，虽然也具有分离能力，但由于孔结构的不均匀导致柱效不高。而整体柱Mc则由于单一致孔剂，缺少了IL 作为联合致孔剂，其结构不适于蛋白质的分离。这一结果表明，ATRP方法与IL的联合应用，改善了整体柱对于人血浆中IgG的分离性能。

2.2.2　人血浆中IgG的分离机理

蛋白质的分离机理较为复杂，聚合物整体柱在蛋白质分离应用中常见的分离模式为离子交换色谱模式、反相色谱模式、疏水色谱模式、亲和色谱模式、分子印迹模式吸附等作用。

在本文中，由ATRP方式引发聚合的整体柱表面的C-Cl键能够增强整体柱的表面能和吸附能力以及对蛋白质的选择性。结果表明在一定色谱条件下通过梯度洗脱，该整体柱对人血浆中的IgG具有良好的选择性，因此能够得到成功分离。

2.2.3　小分子芳香族化合物的分离

为了考察柱Ma对小分子的分离能力，本实验选用芳香族化合物的混合物进行测试，图4为中性芳香族化合物在流动相为甲醇/水（70/20，体积比）时所得的色谱图。被分析物洗脱的顺序为苯<对二甲苯<联苯<蒽，与这些分析物的极性从大到小保持一致，为典型的反相色谱分离模式。

这是由于单体乙烯基酯树脂的烷基链具有一定的疏水作用，使得聚合物整体柱对极性较小的芳香族化合物具有保留作用，并可根据不同芳香族化合物的极性通过反相色谱模式进行分离。

3　讨论

ATRP的聚合过程可以避免经典自由基聚合的缺点，离子液体作为致孔剂能够提高预聚溶液的相溶性，结果表明：二者结合是改善孔结构均匀性的一种有效方法，并能够成功分离人体血浆中的免疫球蛋白和小分子芳香族化合物。

参考文献

[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.

基金项目：国家自然科学基金青年基金项目(21505030)；河北省自然科学基金项目( B2015201024)

作者简介：姜晓娅，女，硕士研究生，Tel : 18730270876, E-mail：JXYhbu@126.com