作为上世纪80年代初发展起来的一种微型分离分析技术,毛细管电泳(capillary electrophoresis,CE)技术因具有分离柱效高、操作灵活、样品和试剂用量少等优点而得到了人们的广泛关注。近年来,通过与质谱(MS)、激光诱导荧光(LIF)和电化学(EC)等检测手段的联用,CE在药学、环境、食品和生命等诸多领域都得到了广泛的应用。然而,未改性石英毛细管内壁硅羟基的解离使得被分析样品(尤其是碱性药物和生物大分子)和手性选择试剂会在毛细管内壁产生不可逆吸附,进而会导致一系列问题如色谱分离效率降低(样品谱带展宽,峰形变差)、分析重现性变差和由基线噪声增大所导致的检测灵敏度降低等[1]。毛细管涂层技术是解决上述问题最简便、最有效的方法。毛细管涂层技术即采用一定的方法对毛细管内壁进行改性处理,常采用物理涂敷、化学键合以及交联等方法在毛细管内壁形成单分子或交联的涂层,也可以是多层修饰的涂层。通过涂层修饰可以部分(或者完全)封闭毛细管内壁的活性位点,抑制被分析物与毛细管壁的非特异性相互作用。由于涂层通常会改变毛细管壁的荷电状况,所以也常会引起分离体系电渗流(EOF)的改变。在过去的30多年间,采用各种技术制备的涂层毛细管柱不断涌现,进一步推动了CE分离技术的发展[2]。
当前,对不同种类手性化合物进行拆分已成为CE技术最具特色的研究和应用领域之一。相对于高效液相色谱(HPLC)、气相色谱(GC)和超临界流体色谱(SFC)等技术来说,CE技术在用于手性分离时具有许多优点:如高效、快速、操作灵活等[3, 4, 5]。在用CE进行手性分离时,人们常会用到一些大分子的手性选择试剂如环糊精衍生物、蛋白质和大环抗生素等。为避免这些手性选择试剂在毛细管壁的吸附,同时也为了改善分离(如提高分离度和柱效、缩短分析时间等),人们逐渐倾向于使用特殊设计的涂层毛细管柱。本文就近十几年间新出现的涂层毛细管柱及其在手性分离方面的应用进行综述,并对该领域今后的发展进行展望。
阳离子聚合电解质是一类重要的功能性化合物,已被广泛应用于多种手性拆分体系,尤其是以大环抗生素、环糊精等为拆分剂的手性分离体系。这类聚合物本身带有正电荷,所以会以静电作用的方式与毛细管内壁结合进而改变整个分离体系的EOF;同时,通过静电排斥作用,这种涂层柱还可以有效抑制碱性被分析物在毛细管壁的吸附。
Kang等[6]首次采用海美溴铵(hexadimethrine bromide,HDB)对毛细管壁进行涂层修饰,然后以万古霉素(vancomycin)为手性拆分剂成功拆分了12种氨基酸的衍生物和非甾体类消炎药物酮洛芬(ketoprofen)。HDB通过静电作用在毛细管内壁形成一层带正电的涂层,在很大程度上抑制了万古霉素的吸附;此外,改性后的毛细管内壁由于荷正电因而会使分离体系的EOF方向发生逆转,与带负电的被分析物电泳方向相同,从而大大减少了分析所需的时间。之后,该课题组又以相似的方法实现了多种丹酰化氨基酸的快速分离。为提高检测的灵敏度,该课题组同时还使用了区段灌注技术(partial filling,PF)来避免万古霉素背景吸收对紫外(UV)检测的干扰[7]。通过使用MS检测器,Sanchez-Hernandez等[8]以万古霉素为手性选择试剂在20 min内实现了17种衍生化氨基酸的CE-ESI-MS/MS2分析,检测限可达 μ mol级。
采用连续多层离子聚合物涂层(successive multiple ionic-polymer layer,SMIL)制备策略[9, 10],Nehme等[11]使用聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)涂层柱优化了促分泌素(secretagogue)不同立体异构体的分离。拆分剂磺酸化 γ -CD可以强烈吸附在PDDA涂层上从而产生稳定的正向EOF,不仅抑制了被分析物的不可逆吸附,也大大缩短了分析所用的时间。Zakaria等[12]用PDDA和阴离子聚合物硫酸葡聚糖(DS)制备了稳定的SMIL柱,以磺酸化 β -环糊精(S- β -CD)为手性拆分剂同时分离了3种芳香类氨基酸(苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸)的同分异构体。Han等[13]则用聚凝胺(polybrene，PB)、DS和HDB制备了PB-DS-PB SMIL柱,结合PF短端进样技术,以 α -CD为手性拆分试剂首次分离了植物激素茉莉酸(JA)的4个异构体。所建立的方法成功运用于受损烟草叶中天然JA异构体的研究。
聚丙烯酰胺(PAA)及其衍生物一直以来都是性能良好的涂层材料。化学键合PAA涂层柱由于具有较长的使用寿命,所以被广泛应用于不同种类化合物的CE分离[14]。Bednar等[15]最先将PAA涂层柱应用于万古霉素手性拆分体系。他们在实验中利用PAA涂层柱来抑制电渗流,结合PF技术成功拆分了两种未衍生的氨基酸天冬氨酸和谷氨酸。为了提高检测的灵敏度,文中采用了间接UV检测的方法,即以有较强UV吸收的山梨酸/组氨酸作为缓冲液共存离子。通过优化分离条件,所建立的方法被成功应用于牙本质及啤酒中谷氨酸和天冬氨酸的同时测定。PAA涂层也是环糊精手性拆分体系中常用的涂层技术,被广泛应用到以不同类型环糊精衍生物(如羟丙基- β -环糊精、羧甲基- β -环糊精和磺丁基- β -环糊精等)为拆分剂的手性分离体系。Aturki等[16]以氰乙基化- β -环糊精( β -CD-CN)为手性拆分剂,在PAA涂层毛细管上成功拆分了多种酸性及碱性药物。研究中发现,与通常使用的手性拆分剂甲基化- β -环糊精相比,萘普生(naproxen)对映体的出峰顺序发生了反转。
通过丙烯胺(allylamine,AA)与双键功能化修饰的 β -CD之间的自由基聚合反应,Chiari等[17]合成了一种新型的带正电的环糊精聚合物PAA- β -CD并将之用于2,4-二硝基苯-氨基酸(DNP-amino acids)的手性分离。PAA- β -CD在分离过程中不但起到了手性选择剂的作用,同时它还吸附于毛细管内壁形成动态涂层,改变了分离体系EOF的方向,从而有利于这些酸性化合物的快速分离。2007年,Kang等[18]用聚二甲基丙烯酰胺(PDMA)对毛细管进行动态涂层修饰,结合PF和短端进样等技术,以大环抗生素万古霉素为手性拆分剂在4.2 min内实现了芴甲氧羰基氨基酸(FMOC-amino acids)以及酮洛芬、非诺洛芬等的基线分离。与该研究组之前制备的HDB涂层[6]相比,PDMA涂层具有更好的稳定性,因而分离过程运行缓冲液中无需再添加PDMA即可维持整个分离体系的稳定。2012年,该课题组又采用相同的策略实现了叶酸对映体纯度的快速测定[19]。
在对映体纯度的色谱分析过程中,含量较小的对映体出峰较晚时,常会被含量高的对映体的宽峰(由于过载而产生的峰展宽和拖尾等)所覆盖(或部分重叠),因此使含量较小的对映体优先出峰则成为对映体纯度分析中的一个重要条件。为了实现这一条件,人们通常采用更换手性拆分试剂、改变分离体系背景电解质类型和pH等方法。然而,这些方法在实际应用中常会面临一系列问题,操作起来也比较繁琐。与上述方法不同,Magnusson等[20]采用了另外一种新的策略,他们在不改变手性拆分剂和背景电解质种类和浓度的情况下,通过采用PDMA化学键合涂层,分别实现了碱性药物普萘洛尔(propranolol)及酸性药物萘普生对映体出峰顺序的改变,为手性化合物对映体纯度分析提供了一种简单、灵活的分析策略。
中性高分子化合物如聚乙烯醇(PVA)和聚乙二醇(PEG)等通常带有羟基,可通过分子间作用力(如氢键等)与毛细管内壁的硅羟基作用,从而抑制一些被分析物的吸附。另外,它们能增加毛细管壁附近液层的黏度,降低管壁的Zeta电位。由于这些物质并没有改变毛细管内壁的电性,所以它们通常只能抑制而不改变分离体系EOF的方向。
使用PVA物理吸附涂层,Awadallah等[21]以环糊精衍生物Heptakis (2,3-diacetyl-6-sulfo)- β -cyclodextrin(HDAS- β -CD)为手性拆分剂建立了 β -受体阻滞剂塔林洛尔(talinolol)的定量分析方法。Zhao等[22]以一种新型的手性三元复合物(Cu2+-(S)-3-氨基吡咯烷-L-组氨酸)为拆分剂成功分离了苯丙氨酸和色氨酸的外旋体。研究中发现,将5 g/L(0.5%(w/v))的PVA加入背景电解质中,不仅可形成稳定的动态涂层以抑制电渗流,同时也提高了体系的立体选择性,显著改善了对映体拆分的效率和分析的重现性。
在用一些生物大分子如牛血清白蛋白(BSA)作为手性拆分剂时,手性拆分剂在毛细管内壁的吸附则会给手性分离和检测带来一系列问题。Barker等[23]首先用20%的PEG溶液处理毛细管形成涂层,然后以BSA为手性添加剂高效拆分了亚叶酸的消旋体。PEG涂层的存在不但有效解决了BSA与毛细管壁的吸附问题,同时,PEG可以在很大程度上抑制分离体系的EOF,从而可以采用负极进样的方式来大幅缩短分析所用的时间。Wu等[24]合成了一种新的环糊精衍生物6A-2-aminoethylamino-6A-deoxy- β -cyclodextrin(CDen),将其与二价铜离子按比例混合形成了一种新型的二元复合物。在PEG涂层柱上,该复合物可作为手性拆分试剂来高效拆分芳香类氨基酸。
PEG涂层通常采用两种方法来制备:动态物理吸附法和化学键合法。前者制备过程简单,但稳定性较差;后者尽管有更好的稳定性和长的使用寿命,但制备步骤多,因而影响了柱批次之间的重现性。为此,Lee等[25]在玻璃基材上,用紫外光引发PEG修饰的功能单体和交联剂发生聚合反应,一步制备了PEG功能化的微芯片,不仅解决了多肽、蛋白质和荧光染料在CE分离中的吸附问题,也使手性分离的重现性大为提高。受气相色谱交联毛细管柱制备方法的启发,Schulze等[26]先将PEG动态吸附于毛细管壁,然后通过热交联反应制得永久涂层柱,这种类型的色谱柱不仅可以高效分离氨基酸衍生物和天然蛋白质,而且还可以用到以 β -CD为拆分剂的手性分离体系。
除PVA和PEG外,聚环氧乙烷(polyethylene oxide,PEO)也常被用作手性分离过程中的涂层材料。Vaccher等[27]在用高度磺酸化的 β -CD拆分巴氯芬及其结构类似物时,就使用PEO动态涂层来抑制电渗流并改善对映体的峰形。以中性的 α -CD作为手性拆分试剂,Suntornsuk等[28]在PEO动态涂层柱上建立了同时测定巴氯芬对映体及杂质含量的CE方法,与之前报道的方法相比,该方法具有简单、高效和快速等优点。
用于手性分离的阴离子聚合电解质涂层相对较少,通常与其他类型的涂层材料结合使用。杜迎翔等[29]先用阳离子聚合物HDB来涂敷毛细管,然后通过静电作用再修饰上聚丙烯酸,成功制备了HDB/聚丙烯酸双涂层。该类型涂层柱可以用于以多糖类物质(如乙酰神经氨糖酸和硫酸软骨素C等)为手性添加试剂的拆分体系中。由于毛细管内壁对碱性药物的吸附作用大大降低,样品色谱峰对称性显著改善,手性分离的效果良好。
多糖是应用最早且应用最广泛的手性拆分试剂之一,最常用的有环糊精、淀粉、纤维素以及它们的衍生物等。多糖类物质在手性拆分方面应用十分广泛[30, 31, 32, 33, 34],除了被用作固定相和手性添加试剂外,最近一些年来,直接以多糖类物质作为涂层的研究报道也不断出现。
2010年,Prokhorova等[35]以抗生素伊瑞霉素(eremomycin)为拆分剂,分离了包括非甾体类消炎药在内的一系列芳香羧酸类化合物。为避免手性选择试剂在毛细管壁的吸附,研究中采用交联壳聚糖涂敷毛细管柱,所得涂层柱在pH 1.8～12范围内可以稳定存在,从而实现了目标物的快速高效手性拆分。Lee等[36]将七(6-羟乙胺-6-脱氧)- β -环糊精( β -CD-EA)添加到背景电解质中,通过与硅羟基的静电相互作用在毛细管壁内壁形成了动态的手性涂层。通过优化实验条件,利用反向电渗流拆分了6个酸性和2个中性化合物的外消旋体。研究中发现缓冲体系的pH对分离的影响比较显著,这是因为 β -CD-EA结构中含有多个可质子化的氨基,pH值的改变会影响它们的质子化程度进而影响它们之间的静电斥力,而这些都会对 β -CD-EA的空腔形状产生影响。Wang等[37]先将2,6-二丁基- β -环糊精(2,6-DB- β -CD)与含有环氧基团的硅烷基化试剂KH560发生反应,然后与四乙氧基硅烷(TEOS)混合,在酸催化条件下在毛细管内引发溶胶-凝胶(Sol-Gel,SG)反应，在毛细管内壁形成有机-无机复合涂层,该涂层柱除了可以高效分离硝基苯酚、氨基苯酚等的位置异构体外,还可直接分离布洛芬和联萘酚的外消旋体。
多糖类物质纤维素和淀粉通常都具有很好的手性识别能力。Stavrou等[38]将3种水不溶性的纤维素酯化物溶于室温离子液体1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐([BMIM][OAc])中用于涂层修饰石英毛细管柱。该涂层柱可用于拆分戊硫代巴比妥(thioental)和索他洛尔(sotalol)的外消旋体。Gotti等[39]将亲水的支链淀粉键合于毛细管壁形成稳定的永久涂层,该涂层柱在pH 3.0～9.0范围内可明显抑制毛细管壁硅羟基的活性。以青霉素酰化酶(penicillin G acylase)为手性拆分试剂,结合PF技术,该研究组实现了非诺洛芬(fenoprofen)、舒洛芬(suprofen)等酸性化合物的高效、快速分离。
氨基酸是一类具有特殊重要意义的化合物,大多数的氨基酸都具有手性中心,由氨基酸作为基本单位构成的多肽和蛋白质也具有手性特征,它们与生物体内的生命活动密切相关。Geng等[40]首先用氨丙基三甲氧基硅烷来化学修饰毛细管内壁,然后通过静电作用动态涂敷经过处理的 γ -磷酸锆( γ -ZrP)胶体溶液,最后再以手性试剂溶菌酶(lysozyme)来冲洗毛细管制备了 γ -ZrP/lysozyme自组装双涂层手性柱,涂层的厚度可通过交替多次涂敷 γ -ZrP和lysozyme来控制。经过这样的多次动态修饰,手性试剂溶菌酶的固载量大幅增加,可高效拆分色氨酸的外消旋体。
Bo等[41]模仿生物体细胞膜的结构,先将磷脂(phospholipid)涂覆在毛细管内壁,然后用溶菌酶溶液冲洗毛细管柱,由于大量的溶菌酶会渗透并镶嵌于磷脂膜中,因而不需在缓冲液中添加溶菌酶即可实现外消旋体色氨酸的手性分离。随后,该课题组又采用相似的过程制备了磷脂-卵白素(avidin)[42]和磷脂-BSA[43]涂层毛细管柱,并在优化实验条件下拆分了多种氨基酸及其衍生物。
SG是一种条件温和的材料制备方法。采用SG包埋固载方法,Zuo等[44]将BSA修饰在环形毛细管柱(光纤为内管,石英毛细管为外管)表面并基线分离了色氨酸的外消旋体。为了提高检测灵敏度,实验中采用了多通道光纤模式滤光的检测方式。
Kamande等[45]先用聚L-赖氨酸冲洗活化后的毛细管,形成阳离子涂层,然后以阴离子聚合二肽表面活性剂-聚(十一烷酰-L-亮氨酰-氨基丙酸钠)处理该阳离子涂层,得到双分子涂层结构。重复此过程,可以得到不同厚度的聚电解质多分子层(PEM)。由于涂层本身具有手性,所以可直接拆分拉贝洛尔、索他洛尔及几种联萘衍生物,研究表明该涂层柱性能稳定,可连续使用近300次。将两种以上的手性选择剂混合使用通常会表现出更广谱的手性识别能力,这一策略经常被用于CE手性分离体系中[46, 47]。Dai等[48]以乙二醇二缩水甘油醚为交联剂,将BSA和 β -CD结合生成新的手性配体 β -CD-BSA,然后通过一系列的偶联反应将其结合到毛细管内壁形成手性涂层柱,在对色氨酸、苯丙氨酸和布洛芬等手性样品进行拆分时,该涂层柱表现出很强的手性识别能力。
多巴胺(dopamine,DA)是脑内分泌的一种神经递质,用来帮助细胞传送脉冲的化学物质。在弱碱性条件下,多巴胺可在水中溶解氧的作用下发生氧化-交联反应生成聚多巴胺。研究发现,多巴胺几乎可在任何一种固体材料表面形成紧密附着的聚多巴胺(PDA)涂层[49]。近年来,多巴胺涂层在环境、生物及医药方面的基础应用研究日趋活跃[50, 51],其在手性分离方面的应用也已见报道。Liu等[52]先在PDMS微芯片上引发DA发生自聚反应形成PDA涂层。由于聚多巴胺含有丰富的邻苯二酚,可与含有氨基的牛血清蛋白进一步发生迈克尔加成(或希夫碱)反应,从而将其固载在涂层表面形成PDA/BSA手性涂层(如图 1)。涂层后的芯片表现出良好的可润性,除可形成更稳定的电渗流外,还可在一定程度上抑制一些物质的非特异性吸附。手性评价的结果显示,修饰后的芯片可快速高效分离色氨酸、酪氨酸等氨基酸的外消旋体。随后,该课题组[53]又在PDA/BSA涂层基础上引入氧化石墨烯(GO)纳米复合材料,即制备前在DA溶液中加入GO,使之包埋于PDA涂层中。这种凸凹不平的涂层结构有利于增大后续步骤中BSA的固载量,从而在一定程度上提高了整个体系的手性拆分能力。
纳米粒子因具有较大的比表面积和良好的生物相容性等特点,已广泛应用于分离科学领域[54]。常用的纳米粒子包括聚合物纳米粒子、硅胶基质纳米粒子、金属纳米粒子和碳纳米管等。除了用于常规的色谱分离外,纳米粒子已经开始与CE技术结合用于手性分析[55, 56, 57]。
Liang等[58]采用原位化学沉淀法合成了氧化石墨烯-铁磁性纳米复合材料(GO/Fe3O4 NCs),再通过分子之间的氢键作用将 β -CD修饰于该材料上,制得具有手性识别能力的磁性纳米复合材料(CO/Fe3O4/ β -CD NCs)。通过外加磁场可将该材料涂覆于PDMS微流控芯片毛细通道内,手性分离实验表明,色氨酸对映体可在50 s内获得基线分离。Na等[59]用平均直径为15 nm的聚苯乙烯纳米粒子涂敷毛细管,以羟丙基 β -CD为拆分剂高效分离了手性药物普萘洛尔,聚合物纳米粒子的存在使得对映体和手性选择剂间的相互作用得到加强。实验结果表明,纳米粒子的存在不但减少了羟丙基 β -CD的使用量,还改善了对映体的色谱峰形,提高了分离效率。
Chen等[60]用含有双键的硅烷基化试剂对毛细管内壁进行修饰,然后将环氧丙基甲基丙烯酸酯修饰的壳聚糖纳米粒子、甲基丙烯酰胺以及交联剂N,N′-亚甲基双丙烯酰胺在毛细管内引发聚合,从而将壳聚糖纳米粒子固载于毛细管内壁形成手性涂层。在该涂层柱上,色氨酸和儿茶酚的外消旋体可获得较好的拆分。Li等[61]利用阳离子聚合电解质PDDA与 β -CD修饰的金纳米粒子(CD-GNPs)间的静电相互作用将CD-GNPs吸附于毛细管壁作为手性涂层,对佐匹克隆等3种外消旋手性药物进行了拆分。该涂层毛细管柱在pH 3.0～9.2范围内都可产生稳定的电渗流,涂层的厚度则可通过PDDA与CD-GNPs的多次交替涂敷来控制。Weng等[62]通过酰基化反应在羧基化单壁碳纳米管(SWNTs)表面键合上BSA,形成手性复合纳米材料SWNT-BSA,然后通过物理吸附作用将其固着于微流控芯片的微通道表面,在70 s内实现了色氨酸对映体的基线分离。Dong等[63]以十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)为模板,制备出球形的介孔硅胶纳米粒子MCM-41并将其固着于毛细管内壁。然后通过氢键作用将3,5-二甲基苯异氰酸酯修饰的纤维素(CDMPC)涂覆在其表面,制得手性毛细管柱。MCM-41纳米粒子涂层的毛细管内壁粗糙,表面积增大,与直接用纤维素涂覆的常规毛细管相比手性拆分能力大为提高,可成功拆分华法令、安息香等多对外消旋体。
Kitagawa等[64]采用乳化法制备了粒径为300～700 nm的金鸡纳(CCND)纳米晶体,并以PDDA为媒介通过静电吸附作用将其固定在毛细管内壁上用于手性拆分。利用该涂层柱,亮氨酸和苯丙氨酸外消旋体得到了很好的拆分,且重现性良好。该方法无需复杂的有机合成过程即可将不溶于水的CCND直接用于CE手性分析。Wang等[65]制备了BSA修饰的聚苯乙烯(PS)纳米粒子,并将其化学键合到毛细管内壁。扫描电镜显示,所得毛细管内表面呈波浪形,相比及表面积增大,利用该涂层柱可在3 min内分离色氨酸的外消旋体。与单层BSA涂层的毛细管柱相比,PS/BSA柱表现出更好的手性拆分能力。
硅胶基质纳米粒子具有机械强度高、耐有机溶剂以及易衍生等优点。近几年来,我们课题组连续报道了功能化硅胶基质纳米粒子在CE分离方面的应用[66, 67, 68, 69]。在手性分离方面,我们使用双氨基功能化修饰的纳米粒子来涂层修饰毛细管壁(见图 2),然后以去甲基万古霉素为手性拆分试剂,快速高效地拆分了5种衍生化的氨基酸外消旋体[70]。涂层的存在有效抑制了去甲基万古霉素在毛细管壁的吸附,与普通的毛细管柱相比,检测灵敏度提高了两倍。使用相似的涂层毛细管柱,以羧基化 β -CD为手性拆分试剂,我们还实现了麻黄碱、普萘洛尔、扑尔敏及氨氯地平4种药物的手性分离[71]。由于纳米粒子与羧基化 β -CD之间较强的静电相互作用,实验中羧基化 β -CD的用量比文献中的用量可降低1～2个数量级。
Yang等[72]采用微波辅助方法制备了去甲万古霉素修饰的涂层毛细管柱,基线分离了色氨酸、苯丙氨酸等4种芳香族氨基酸的外消旋体。制备过程先以 γ -环氧丙基三甲氧基硅烷修饰毛细管内壁,然后通过微波辅助反应将去甲万古霉素键合在毛细管内壁。与传统制备方法相比,该方法节约了制备时间,大幅提高了合成效率。采用层层静电自组装(LBL)的制备策略,Kitagawa等[73]制备了SMIL涂层柱,手性拆分了联萘对映体。实验过程分别采用聚乙撑亚胺(PEI)、单(双)链DNA和聚氨基酸(或蛋白质)作为每一步的涂层材料。研究发现聚乙撑亚胺-单链DNA-鱼精蛋白SMIL涂层柱可实现联萘对映体的最佳拆分效果,结果同时还表明最外层为非手性聚合物时仍可实现手性拆分,这说明DNA的螺旋结构在手性识别过程中起着重要的作用。
超支化聚碳硅烷是一种新型的聚合物,其分子边缘具有很多功能基团,可以通过化学键结合到毛细管内壁形成稳定的涂层;同时手性拆分剂也可借助这些功能基团结合到聚碳硅烷表面。与相同相对分子质量的线性高分子相比,超支化结构使其在溶液中具有较低的黏度,因而在涂层修饰过程中不易堵塞毛细管。Chu等[74]首次将羟丙基 β -CD修饰的超支化聚碳硅烷通过化学键合的方法修饰到毛细管内壁,然后用于手性分离氧氟沙星和扑尔敏的外消旋体,获得了较高的柱效和分离度,扩大了超支化聚合物在手性分离领域中的应用。
氧化石墨烯是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物,是单一的原子层,可以在横向尺寸上扩展到数十微米。作为一种性能优异的新型碳材料,它具有较高的比表面积和表面丰富的官能团。Ye等[75]以3-氨丙基三甲氧基硅烷处理毛细管,然后以戊二醛为交联剂将氧化石墨烯固定于毛细管内表面,制备了氧化石墨烯涂层的毛细管柱。然后在不添加任何拆分剂的情况下拆分了麻黄碱和甲基苯乙胺的外消旋体,氧化石墨烯涂层的特殊结构可能为手性识别提供了特殊的作用位点。
金属有机骨架材料(metal-organic frameworks,MOFs)是一种新型的多孔材料,因其具有大的比表面积、可调的孔隙和良好的稳定性而在气体吸附、催化和光电材料等领域得到人们的广泛关注[76]。Fei等[77]首次用一螺旋形的手性MOFs材料[Zn2(D-Cam)2(4,4′-bpy)]n来修饰毛细管柱,实现了黄烷酮、喹诺酮外消旋体的拆分和硝基酚、紫罗酮位置异构体的分离。
毛细管电泳技术是当前手性色谱分析中最常用的技术之一。伴随着分析对象的日益广泛和分析要求的不断提高,涂层毛细管柱的重要性愈加突出,其类型也呈现出多样化的特点。根据其作用特点,涂层柱可大致分为非手性涂层柱和手性涂层柱,它们在手性分析过程中可起到多重作用:如改变分离体系电渗流;抑制手性选择剂(或被分析物)在毛细管壁的非特异性吸附;增强手性选择剂与被分析物之间的相互作用以及直接提供手性作用位点参与手性识别过程等。
传统的高分子聚合物涂层大多是通过静电、疏水或氢键等作用力结合于毛细管壁,尽管制备过程简单,但稳定性较差,通常需在缓冲液中添加低浓度的聚合物以维持涂层的存在。随着材料科学与生物技术的快速发展,用于制备涂层柱的材料目前已不再局限于传统的高分子聚合物,新型的纳米复合材料和手性高分子聚合物正逐渐被广泛使用。功能化纳米粒子、氧化石墨烯等新型纳米材料可明显增大固定相的相比和柱容量,涂层制备过程也相对简单,是较为理想的毛细管涂层材料。MOFs在色谱分离方面极具潜力,在手性分离方面的应用才刚刚起步。根据被分析物的特点,设计和合成新型的手性MOFs涂层柱很可能成为手性分离领域未来的一个研究热点。
相对于手性分离中快速发展的涂层技术,手性识别机理方面的研究还比较薄弱。目前,绝大多数相关文献对分离体系手性识别机理方面的研究仍处于定性讨论的阶段,缺乏深入的理论分析和实验验证。伴随着各种实验手段(如计算机分子模拟、液体核磁共振(L-NMR)、拉曼光谱(Raman)和原子力显微镜(AFM)等)的采用,这一领域的研究将得到进一步的加强。
2015, Vol. 33 Issue (4): 334-341
PDF (2444 KB)
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