多模式混合机理固定相的设计与分离选择性研究

The silica-based chromatographic stationary phases immobilized simultaneously with macromolecular PEG and amino acids were designed and synthesized. The amino acids with special structure were located in the gaps between long chains of PEG, serving two functions: (i) endcapping silicon hydroxyl groups, and (ii) offering the retention mechanism in the separation process. The structure of PEG would be transformed with the change of mobile phases, affecting the selectivity of the stationary phases. By adjusting the ratio and type of two kinds of groups, various kinds of stationary phases with multi-mode mixed-mechanism and different separation selectivity could be obtained. Additionally, the theoretical study on the configuration of modifier on the surface of matrices was performed. The interaction between the solutes and the different modifier groups was explained by molecular dynamics method, theoretically providing a basis for selection of separation mode for different samples. The effect of retention mechanism in the different mobile phases on the separation selectivity was investigated, and the analysis of proteins and peptides in biological samples was also developed.

设计并合成在硅胶表面同时键合聚乙烯醇和氨基酸的色谱固定相。将具有特殊结构的短链氨基酸和长链聚乙烯醇作为改性剂，键合在硅球表面的结合位点中，一方面可以起到特殊的封尾作用，另一方面也可以在分离过程中提供不同的分离机理。随着流动相组成的改变，大分子将产生拉直、卷曲等形态的改变，从而形成不同的固定相。固定相不同则分离机理及对分离选择性的调整也将发生变化。通过调整两种改性基团的比例和种类，得到包含多种分离机理、具有不同色谱分离选择性的色谱固定相。从理论上研究改性剂在基质表面的形态，通过分子动力学的方法说明溶质分子与不同改性基团之间的相互作用，为不同结构样品分离模式的选择和方法发展提供理论依据；研究不同流动相条件下不同作用机理对分离选择性的影响规律，并进一步用于蛋白质、多肽等生物样品的分析方法发展。

随着药物组学、蛋白质组学、代谢组学等学科的快速发展，需要分析的样品越来越复杂，对高效液相色谱的分离能力也提出了更高的要求。在硅胶表面的硅羟基上键合新型官能团、双官能团，并应用于复杂样品的分离一直是该领域研究的热点。针对常规固定相功能性基团单一、选择性不强的缺点，提出了多模式混合机理固定相的思路，并开展了系统的设计、制备和评价应用研究。针对疏水选择性、立体选择性、氢键结合能力、离子交换位点、羟基活性等多项选择性指标，发展了一种色谱固定相的系列评价方法，对市售的14支C18色谱柱进行了系统的评价。以评价结果为基础，针对C18基团分离极性组分、碱性物质效果不佳的问题，设计将长链和短链、极性和非极性组合为新型混合机理固定相。通过优化投料比、反应时间、pH等实验条件，成功制备了C18-磺酸基、三嗪环-酰胺2种复合改性固定相，并通过红外光谱、元素分析、扫描电镜等手段进行了结构确认。采用制备的C18-磺酸基固定相，在反相模式下分离了5种烷基苯化合物，在亲水模式下分离了3种核苷，并对BSA酶解产物进行了分离优化，得到了较好的分离效果；采用制备的三嗪环-酰胺固定相，实现了对苯胺、吡啶类两组碱性化合物的基线分离，有效避免了常规C18色谱柱分离碱性化合物时的峰形拖尾问题；说明上述2种制备的混合机理固定相具有多个作用位点和多种分离机理，在分离复杂样品、调整选择性上具有潜在的优势。制备了1种全新的具有放射状孔道壳层的核壳填料和1种聚合物基质的掺杂金属有机框架化合物的超长色谱柱，并进行了基本色谱性能评价；采用有机蒙脱石为基质，制备了石墨相氮化碳-蒙脱石、玉米芯生物炭-蒙脱石、多胺基及羟基的双子表面活性剂-蒙脱石等多种新型复合物材料，并完成了系统的分子动力学研究，为进一步应用到分离固定相领域打下了基础。发表学术论文16篇，SCI收录12篇；申请发明专利2项；培养博士研究生4名，硕士研究生3名。