带正电荷的苯基氨基丙基键合核壳微球的制备与表征及其在聚乙二醇和多种化合物分离中的应用

《Journal of Chromatography A》：Preparation and characterization of positively charged phenylaminopropyl-bonded core-shell microspheres for separation of polyethylene glycol and diverse compounds

　　**摘要要点**- PHN改性的核壳二氧化硅相实现了高效分离。- 多种相互作用使其与C18相相比具有增强的选择性。- SiO?@SiO?-PHN能够实现PEG衍生物的分离，并通过HPLC-MS得到验证。---**引言**高效液相色谱（HPLC）已被广泛用于化学、环境和生物学领域中各种复杂化合物的分离与检测[1,2]。颗粒填充色谱柱是HPLC实现分离的核心载体[3,4]。在过去几十年中，全多孔颗粒填充色谱柱以及填充非多孔或核壳（表面多孔）颗粒的短色谱柱已越来越普及[5,6]。与全多孔填料相比，核壳二氧化硅微球的多孔壳层可以降低传质阻力，从而实现快速的分离速度和高分离效率[7,8]。更重要的是，其多孔壳层结构能够提供充足的活性吸附位点，因而便于进行多样化的表面修饰并调节分离选择性，这对于结构相似的分析物的分离至关重要，直接决定了复杂样品中各组分的分辨率[[9], [10], [11]]。尽管市面上已有大量商业化的固定相可用，但为满足不同应用需求，仍然需要设计新型色谱材料。作为一类固定相，C18键合固定相表现出强烈的疏水相互作用，是反相高效液相色谱（RPLC）中分离和分析非极性化合物和弱极性化合物最广泛应用的固定相[12,13]。然而，它们在强极性化合物和碱性化合物的分离选择性方面仍然存在明显局限性，容易出现保留弱和峰形差等问题[[14], [15], [16]]。Guo等人[17]提出了一种基于二氧化硅表面水平聚合的极性共聚方法。通过十八烷基三氯硅烷和3-氯丙基三氯硅烷的水平聚合，成功制备了一种在酸性介质中呈正电荷的色谱固定相，该固定相解决了传统C18固定相在极性化合物分离中的缺陷以及复杂化合物峰重叠的问题，但未能有效解决碱性化合物的拖尾问题[18,19]。作为烷基键合固定相的补充，Ren等人[20]制备了一种在聚乙烯亚胺中嵌入苯基的混合模式色谱固定相，并将其应用于苯胺类化合物的分析。各种苯胺类化合物不同的保留行为可归因于其芳香结构、氨基和分子构型的差异。为了解决RPLC中高极性碱性化合物保留差和峰拖尾的分离难题，Liang课题组[21]制备了一种基于二氧化硅的强阳离子交换固定相，在优化色谱条件（包括盐和乙腈浓度以及阳离子或阴离子修饰剂的存在）后，用于高亲水性生物碱的分析和纯化。Guo等人[22]也将苯基氨基丙基键合到全多孔二氧化硅微球上。此类带正电荷固定相的机理可能如下：柱表面的正电荷与带正电荷的碱性化合物产生离子排斥，避免了因高能位点预先饱和而引起的传质不均匀和峰拖尾现象，从而显著提高了色谱效率[18]。这些优异的固定相表现出独特的表面电荷特性，在碱性化合物的分离方面具有广阔的应用前景。Zhang等人[23]开发了一种复合水凝胶改性的二氧化硅核壳固定相用于混合模式液相色谱，其中亲水、疏水和π-π相互作用的共存使得极性分析物（如生物碱和糖类）和非极性化合物（如取代苯类和聚环芳烃，PAHs）的高效分离成为可能。基于二氧化硅的核壳固定相因其可调的孔结构、丰富的表面相互作用位点、优异的稳定性以及优越的传质性能等优势，已被广泛应用于HPLC固定相的开发中。这些启示为我们制备满足各种样品HPLC分离需求的新型核壳固定相提供了新的思路。在此，我们提出将苯基氨基丙基键合到通过双相法制备的核壳二氧化硅微球（SiO?@SiO?）上（记为SiO?@SiO?-PHN）。对原始SiO?@SiO?和SiO?@SiO?-PHN的表面性质进行了表征，以验证键合的成功，从而有助于进一步阐明其独特特性。随后，SiO?@SiO?-PHN被成功应用于各种化合物的分离。特别地，SiO?@SiO?-PHN进一步被应用于BPA-DMA和实验室合成的单异氰酸酯聚乙二醇200的分离，从而扩展了其适用范围。---**试剂与化学品**N-[3-(三甲氧基硅基)丙基]苯胺、4-二甲氨基吡啶（DMAP）、双酚A乙氧基化二甲基丙烯酸酯（BPA-DMA）（m+n≈4）、N-十八烷基三氯硅烷和(3-氰丙基)二甲基氯硅烷购自TCI（中国上海）。十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、尿素、N-(三甲硅基)咪唑、聚乙二醇200（PEG200）、3,5-二甲基苯基异氰酸酯、吡啶、奎宁、4-乙烯基苄基氯、4,4'-联吡啶、木犀草素、槲皮素、8-甲氧基补骨脂素和姜黄素---**SiO?@SiO?-PHN和SiO?@SiO?-C18的表征**为验证苯基氨基丙基功能化核壳微球的制备效率，通过SEM和TEM对苯基氨基丙基功能化前后的SiO?@SiO?微球的形貌进行了表征。原始SiO?@SiO?微球（图S2a和S2b）表现出高度单分散和规则的球形形貌，粒径均匀为2.7 μm，表面略微粗糙。TEM图像（图S2c）揭示了典型的核壳双层结构，具有---**结论**核壳二氧化硅微球已成功制备并用作支撑材料，合成SiO?@SiO?-PHN和SiO?@SiO?-C18。通过标准混合样品的分离测试，系统地评估了两种固定相的分离性能。虽然SiO?@SiO?-C18通过疏水相互作用在PAHs和三联苯的分离中表现出更优的分辨率和柱效率，但SiO?@SiO?-PHN的苯基部分与芳香---**CRediT作者贡献声明****朱敏：** 调查研究、数据整理、论文撰写-原始草稿。 **梁佳乐：** 验证、方法学。 **萧甜甜：** 验证、软件、数据整理。 **胡一菲：** 手稿审阅与修订。 **蒋磊：** 软件、资源。 **马书娟：** 项目管理、论文审阅与编辑、资金获取。 **欧俊杰：** 指导、论文审阅与编辑、资金获取。---**CRediT作者贡献声明****朱敏：** 论文撰写-原始草稿、调查研究、数据整理。 **梁佳乐：** 验证、方法学。 **萧甜甜：** 验证、软件、数据整理。 **胡一菲：** 论文审阅与编辑。 **蒋磊：** 软件、资源。 **马书娟：** 论文审阅与编辑、项目管理、资金获取。 **欧俊杰：** 论文审阅与编辑、指导、资金获取。---**利益冲突声明**作者声明，不存在可能影响本论文所述工作的已知竞争财务利益或个人关系。---**致谢**本工作得到国家自然科学基金（编号：22374115，资助欧俊杰）以及中国科学院魏高研发计划（[2025]-002，资助马书娟）的经费支持。---朱敏 | 梁佳乐 | 萧甜甜 | 胡一菲 | 蒋磊 | 马书娟 | 欧俊杰