在临界条件下，利用亲水相互作用液相色谱（LCCC）和质谱（Q-TOF MS）技术对聚丙二醇基寡聚混合物进行高速表征和定量分析

《Journal of Chromatography A》：High-speed characterization and quantification of polypropylene glycol based oligomeric mixtures by hydrophilic interaction liquid chromatography at critical conditions and mass spectrometry (LCCC/Q-TOF MS)

聚丙二醇二环氧乙烷及其相关 oligomer（dGE-PPG）的快速测定和表征方法开发。基于液相色谱-临界条件色谱（LCCC）耦合高分辨率质谱（MS），采用亲水作用液相色谱（HILIC）模式，通过核心壳层硅胶柱实现高分辨率分离，有效避免不同极性端基化合物间的质谱重叠问题，较传统尺寸排阻色谱及反相色谱方法更具优势，适用于复杂样品的准确定性和定量分析。

　　

塞巴斯蒂安·哈根霍夫（Sebastian Hagenhoff）| 安特耶·韦格纳（Antje Wegener）| 马蒂亚斯·普尔施（Matthias Pursch）

陶氏公司核心研发与分析科学部门，邮政信箱1120，21677斯塔德，德国

摘要

本文开发了一种快速测定和表征聚丙烯二醇二缩水甘油醚及相关寡聚物（dGE-PPG）的方法。该方法基于在临界条件下进行的液相色谱与高分辨率质谱联用（LCCC/MS）。LCCC方法采用亲水相互作用液相色谱（HILIC）模式，使用乙腈/水作为流动相，并在等度条件下运行，柱子为核壳型硅胶柱。

研究表明，与传统的尺寸排阻色谱和反相（RP）色谱技术结合质谱使用相比，该方法具有更高的分离效果。新方法能够避免不同聚丙烯二醇类化合物之间的质谱重叠，从而避免对化合物含量的高估或低估。与大多数已发表的LCCC分离方法不同，该方法采用HILIC模式而非RP或正相（NP）液相色谱。在高有机改性剂含量下，该方法仍能实现小于2分钟的运行时间，并保持较高的质谱灵敏度，便于化合物的鉴定和定量。该方法易于实施，并且能够在数月内保持稳定的临界条件。

引言

聚丙烯二醇二缩水甘油醚（dGE-PPG）是常见的环氧树脂改性剂，主要用于调节粘度、抗冲击性等机械性能[1,2]。它们是通过在路易斯酸催化剂存在下将聚丙烯二醇（PPG）与环氧氯丙烷（ECH）反应生成的，随后通过氢氧化钠对生成的卤代醇进行脱氯化反应制得[3,4]。该过程产生的dGE-PPG混合物具有不同的末端基团结构，这些结构受反应物比例和条件的影响[5]。如图1所示，这些副产物每种都含有不同数量的聚丙烯二醇单元，因此样品复杂性较高。

通过LC/MS对dGE-PPG及其寡聚物的结构进行表征、末端基团分析以及精确相对定量非常具有挑战性。这种挑战源于在反相或尺寸排阻色谱模式下，dGE-PPG_n、单缩水甘油醚（mGE）-PPG_n+1和PPG_n+2（n表示PPG主链的长度，相差2个氢原子或约2 Da）之间的部分共洗脱现象，以及¹²C和¹³C_{2（即每个分子含有2个¹³C）信号之间的质谱重叠。这种共洗脱和质谱重叠会导致基于提取离子色谱（EIC）峰面积的相对定量出现系统误差。误差程度取决于各组分的真实相对丰度和共洗脱程度。因此，需要一种仅基于末端基团结构且与寡聚链长度无关的色谱分离方法。}

临界条件下的液相色谱（LCCC）是一种在尺寸排阻和吸附作用之间达到平衡的分离模式[6]。在理想的尺寸排阻色谱（SEC）中，分析物与固定相的相互作用仅是熵性质的，因此Gorbunov-Skvortsov模型中的相互作用强度参数C为负值[7]。而在液相吸附色谱（LAC）中，分析物与固定相的相互作用主要是焓性质的，导致C参数为正值[7]。在这两种分离模式之间，存在一个临界条件，此时相互作用参数C等于零[6]。在该临界条件下，给定聚合物重复单元的熵性质和焓性质相互作用相互抵消，分离效果仅取决于其他因素，例如末端基团结构或其他聚合物修饰[6], [7], [8], [9], [10], [11], [12]。

对于可通过LC/MS检测的低分子量聚合物，质谱有助于确定其临界条件[13,14]。通过分析单个聚合物组分的EIC值，无需使用窄范围标准物质即可评估所用色谱模式（SEC或LAC）的适用性[14]。

本研究开发了一种用于表征和定量聚丙烯二醇（PPG）基寡聚物混合物的LCCC/MS方法。其中，采用了亲水相互作用液相色谱（HILIC）作为分离机制。使用高比例乙腈作为有机改性剂，与HILIC常用的条件类似。实验结果表明，与基于反相（RP）的LCCC方法相比，HILIC模式下的分离分辨率更高。此外，也有报道指出HILIC技术可用于聚乙二醇（PEG）类化合物的分离，能够分辨出其羟基末端基团的种类[15,16]

样本与化学品

聚丙烯二醇二缩水甘油醚样品为市售产品。乙腈（ACN）、甲醇（MeOH）和四氢呋喃（THF，适用于LC/MS）购自德国达姆施塔特的默克KGaA公司。用于合成的98%纯度的聚丙烯二醇则购自德国斯坦海姆的Sigma Aldrich Chemie GmbH公司。

LCCC/MS

LCCC-MS实验使用的是Agilent 1290 Infinity LC系统，配备有可选的380 μL Jet Weaver喷头以优化溶剂流动。

结果与讨论

在大多数已发表的LCCC研究中，LAC起始分离模式为反相（RP）或正相（NP）[10,17]。对于聚丙烯二醇类化合物，已有基于RP和NP的方法报道[18]。RP基方法通常使用水和四氢呋喃（THF）的混合物或乙腈和THF的混合物作为流动相[18], [19], [20], [21], [22]。

结论

基于HILIC的LCCC/MS是一种强大的技术，可用于dGE-PPG及其相关杂质的鉴定和定量。该方法优于传统的尺寸排阻色谱和RP色谱方法，并且在结合质谱使用时也更具优势，因为可以避免聚丙烯二醇类化合物之间的质谱重叠导致的定量误差。通过采用HILIC作为分离模式，

作者贡献声明

塞巴斯蒂安·哈根霍夫（Sebastian Hagenhoff）：撰写初稿、方法设计、实验实施、数据整理、概念构建。安特耶·韦格纳（Antje Wegener）：审稿与编辑、实验协助。马蒂亚斯·普尔施（Matthias Pursch）：审稿与编辑、实验监督。

利益冲突声明

作者声明不存在任何利益冲突。

致谢

感谢Mubasher Bashir对手稿的技术审阅。同时感谢Tommy Detemmerman、John Hadd和Tonya Stockman提供的支持。