毛细管整体柱的SEM研究

　　毛细管整体柱是毛细管电色谱仪进行分离的心脏部件,整体柱孔径的大小和孔密度对其分离起着至关重要的作用。本文以亚甲基双丙烯酰胺为交联剂展开了聚丙烯酰胺类整体柱的研究。通过热引发原位聚合方式,制备了长链烷基改性的聚丙烯酰胺类毛细管整体柱,通过扫描电子显微镜对整体柱的孔结构进行了研究,同时研究不同致孔剂比例对毛细管整体柱性能的影响。

　　1　材料与方法

　　首先石英毛细管进行乙烯基硅烷化,再将甲基丙烯酰胺、长链碳烯、N,N′-亚甲基双丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基-1-丙磺酸和偶氮二异丁腈加入到NN′-二甲基甲酰胺和脂肪醇混合液中,并进行超声混合和通入氮气驱赶氧气。将此处理好的反应液用注射器注射到硅烷化的毛细管中,毛细管柱子的两端用橡皮密封好,放入到70℃的水浴锅中反应24 h,即得到聚合物毛细管整体柱。表1是不同添加剂条件下整体柱的反应条件。

　　2　结果与讨论

　　在有机聚合物毛细管整体柱的制备过程中,石英毛细管内壁首先要进行乙烯基硅烷化,使其内表面构成疏水表面,让聚合物单体更容易吸附到毛细管壁表面;同时乙烯基作为聚合物连接毛细管的锚位,能够使反应后的聚合物毛细管整体柱更加稳定,同时形成的整体柱更加均匀。

　　从毛细管整体柱截面的扫描电镜照片(图1)可看出聚合物整体柱的孔分布是比较均匀的,而且聚合物与毛细管内壁结合得很好。图2对比了三种不同致孔剂条件下的整体聚合物的结构形貌,致孔剂比例相同时,致孔剂分子的体积越大,其产生的孔径就越大。正十二醇分子的体积比正丙醇大,因此正十二醇作致孔剂时,整体柱的孔径较大。从电镜照片能够清楚地观察到聚合物的孔径和骨架分布情况,整体聚合物的孔径大概为1μm~2μm。

　　随着致孔剂分子体积的增大,聚合物的孔径也相应增大。不同致孔剂对整体柱孔径的影响与聚合反应机理密切相关。整体柱的合成是一个沉淀聚合反应,随着反应的进行,聚合物链不断增长,在反应溶液中的溶解性逐渐降低,并最终从溶剂中沉淀出来,形成相分离。聚合物从溶剂中沉淀出并分

离开的核子,其内部的极性与包围它的溶液极性存在较大的差异,因此在反应开始阶段,单体不能进入核子,随着反应的进行,核子增多,单体减少,反应体系的性质发生变化,核子不再保持独立,大量的核子开始竞争剩余的单体。这种竞争作用导致大量的独立小球团聚在一起形成多孔的结构。

　　通过变化乙腈浓度,研究化合物在不同孔径整体柱中的保留行为。随着乙腈浓度的增加,溶质的保留因子降低,具有的反相色谱特征,通过变化乙腈浓度达到优化分离。不同孔径的色谱柱对溶质的保留有差异,孔径较小则保留较强,孔径较大的则保留较弱。从这些保留行为也可间接地判断整体柱的孔径大小,得到致孔剂大小对聚合物整体柱保留行为的影响关系。