基于多孔聚甲基倍半硅氧烷微球色谱填料的制备及应用

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高效液相色谱法是采用小粒径颗粒为色谱柱填料,不同极性溶液为流动相,高压泵为输液系统,利用化合物在两相之间的分配系数差异进行分离的分析技术。因其分离能力强,灵敏度高和自动化操作程度高等特点,在化学、生物、制药和环境等领域中具有广泛的应用。作为核心部件,硅胶基质色谱固定相具有耐高压、高柱效、易修饰等特点,在色谱领域的应用中占据绝对优势地位。但是,现有商品硅胶基质填料的制备过程复杂、水热稳定性差、表面残留硅羟基易引起碱性化合物拖尾等缺点,限制了其在药物分析领域中的应用。
  针对以上问题,本文的研究目标是以有机单官能团硅烷为单一硅源,开发节能环保的色谱填料制备工艺,并提供高稳定性和低硅羟基活性的色谱填料,以满足现代药物质量控制技术对高性能填料的需求。为此,采用甲基三甲氧基硅烷为原料,经过单体水解、缩聚、碱热扩孔和煅烧等步骤,分别合成了多孔单分散聚甲基倍半硅氧烷(PMSQ)微球和二氧化硅微球。在此基础上,制备了一系列反相和混合模式色谱固定相。考察了微球的成球机理、孔结构控制、色谱性能、保留机理、功能化及应用。主要内容如下:
  以PMSQ微球为模板,制备单分散多孔二氧化硅微球色谱填料。以甲基三甲氧基硅烷为前躯体,利用水解缩聚法制备了多孔单分散PMSQ模板微球,600℃煅烧除去有机成分,即可得到单分散多孔二氧化硅微球。微球粒径在3-10μm,比表面积在300-500m2g-1,孔径在3-13nm范围内连续可调。所制备的二氧化硅微球,不经筛分可直接用作色谱固定相。采用浸渍-气固相反应法对硅胶微球进行修饰,制备了十八烷基(C18)、磺酸基(SO3H)和十八烷基/磺酸基混合模式(C18/SO3H)三种色谱固定相。其中C18反相柱的色谱性能与国外著名商品填料相当,有望成为国际市场上色谱填料产品的有力竞争者;C18/SO3H混合模式色谱固定相可用于复方药物中多种成分的同时分离。该方法制备工艺简单,过程节能环保,原料价廉易得,单体转化率高,极大的降低了硅胶微球的生产成本,具有显著的竞争优势。
  PMSQ微球作为反相色谱固定相用于碱性药物分离。除了作为模板,PMSQ微球也可以不经修饰,直接用作色谱填料。由于表面富含甲基,PMSQ是天然的反相色谱固定相。不同于无机硅胶,有机硅胶表面的硅羟基大部分被甲基取代,具有良好的反相色谱性能、较低的硅羟基活性、高的耐碱稳定性。通过对碱性化合物在PMSQ和甲基(C1)键合硅胶色谱固定相上保留行为的比较,表明前者的保留机理为疏水相互作用。因此,碱性化合物的峰型对称,拖尾因子小。而后者的保留机理为疏水和静电相互作用同时发生的协同效应,导致碱性化合物的保留增强,峰拖尾严重,与在其他硅胶基质反相色谱固定相上所观察到的现象一致。
  PMSQ的氨基衍生化,制备反相/离子交换混合模式色谱填料并应用于复方药物分离。采用单体共聚法合成了可衍生化的乙烯基、氯丙基和巯丙基功能化PMSQ微球,并对微球进行了表征及色谱评价。不同链长官能团的引入增加了填料的疏水性,同样具有低的硅羟基活性,更适合应用于碱性化合物的分离。在此基础上,利用“巯基-乙烯基”点击化学对巯丙基功能化PMSQ微球进行衍生化,制备得到了氨基衍生化的反相/离子交换混合模式色谱固定相。由于微球存在甲基和氨基基团,对酸性药物的保留显出反相、离子交换和反相/离子交换多模式作用,可同时分离含酸性药物复方制剂中的多种成分。
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