基于烷基葡萄糖胺的混合模式固定相，用于反相液相色谱和亲水相互作用液相色谱

《Journal of Chromatography A》：Alkyl glucamine-based mixed-mode stationary phase for reversed-phase and hydrophilic interaction liquid chromatography

高效液相色谱中新型烷基葡萄糖胺混合模式固定相SIL–GNOGA的制备与性能研究。通过环氧胺开环反应制备并固定于硅胶载体，整合亲水/疏水基团协同作用，在反相色谱（RPLC）和亲水作用色谱（HILIC）模式下均实现高效分离复杂混合物，验证其多机制保留机制及良好稳定性。

　　

王硕|顾一鸣|周瑾|王树东

中国科学院大连化学物理研究所大连清洁能源国家实验室，中国大连，116023

摘要

在现代液相色谱中，多功能混合模式固定相已成为复杂分离的实际选择。由于其独特的氨基取代葡萄糖结构，葡氨酰胺在这一领域具有很大的潜力。本文介绍了一种新型的烷基葡氨酰胺基固定相（SIL–GNOGA），该固定相通过环氧-胺环-opening反应制备，并被固定在硅胶表面上。通过多种分析技术对固定相的形态和组成进行了表征。系统地研究了其在不同色谱条件下的保留机制，使用了具有不同性质的 analytes 进行了测试。此外，还评估了 SIL–GNOGA 的分离性能，并将其与基于烷基胺和葡氨酰胺的固定相进行了比较。该固定相表现出优异的多功能性，能够根据分子的特性，在亲水相互作用模式或反相模式下高效分离亲水性、疏水性和两亲性 analytes。值得注意的是，通过亲水性、疏水性、氢键作用和静电作用的协同效应，即使在两种模式下也能成功分离复杂的混合物。这种混合模式能力突显了 SIL–GNOGA 在多种色谱应用中的广泛选择性和潜力。

引言

高效液相色谱（HPLC）是一种强大且多功能的分析平台，在研究和工业领域中被广泛用于在不同条件下分离和测定各种 analytes。反相液相色谱（RPLC）主要通过疏水相互作用分离非极性到中等极性的化合物。然而，对于高极性或可电离的 analytes，由于其保留能力不足和选择性较差，RPLC 的应用往往受到限制 [1]。对于这类具有挑战性的分离任务，亲水相互作用液相色谱（HILIC）提供了一种基于亲水分配/吸附作用的正交保留机制；离子交换色谱（IEC）也通过静电相互作用提供了补充的选择性 [2,3]。传统的单模式色谱技术在特定领域表现出色，但通常无法分离结构复杂的混合物，这反映了单一保留机制的固有局限性 [4]。尽管在某些情况下次级相互作用可以增强保留能力和选择性，但它们通常较弱且难以控制。相比之下，混合模式色谱（MMC）通过在一个柱内故意整合多种相互作用机制，提供了增强的选择性和多功能性 [5,6]。这些柱子可以通过移动相调节实现协同的 analyte 保留和/或在不同分离模式之间切换。根据其分离能力，它们通常被分类为双模式、三模式或多模式（例如 RPLC/HILIC 和 RPLC/HILIC/IEC），这主要取决于固定相的表面性质和填充材料的内在结构 [7,8]。因此，在特定载体（例如硅胶或聚合物）上合理设计固定相对于实现多功能分离性能至关重要。

在过去几十年中，通过用定制的配体或功能材料对硅胶载体进行功能化，出现了多种混合模式固定相。这些固定相包含两个或多个正交的功能基团，这些基团协同作用介导多种保留机制 [7]。疏水基团（如脂肪族、芳香族和杂环基团）有助于疏水作用和/或 π–π 相互作用 [1]，而亲水基团和离子基团（例如酰胺、羟基、羧基和三级胺）通过偶极-偶极相互作用、氢键作用或静电力促进亲水分配/吸附和离子交换保留 [9,10]。功能基团通常通过具有不同配置的配体固定在硅胶表面上，包括单一型（嵌入式和/或尖端型）、混合型和复合型 [11]。此外，金属有机框架（MOFs）[12]、碳点 [13]、离子液体 [14]、共价有机框架（COFs）[15] 和水凝胶 [16] 等功能材料也被广泛用作混合模式固定相。它们的色谱性能源于这些材料中存在的不同功能基团。

由于糖类具有多个羟基的独特分子结构，它们作为 HPLC 中的功能材料受到了相当大的关注 [[17], [18], [19]]。葡氨酰胺（氨基取代的葡萄糖衍生物）结合了碳水化合物的亲水性和胺的碱性，使其成为开发 HPLC 中多功能固定相的宝贵材料。葡氨酰胺/葡氨铵基固定相是通过直接固定在色谱载体上或通过将其掺入离子液体中制备的 [20,21]。这些固定相对极性小分子和生物分子表现出广泛的选择性和高效的分离性能 [22,23]。然而，由于缺乏疏水基团，它们的应用主要限于 HILIC 和/或 IEC。据我们所知，同时具有亲水性和疏水性的葡氨酰胺基固定相尚未被报道。

在这里，我们设计了一种新型的烷基葡氨酰胺基固定相，其中包含辛基和葡氨酰胺基团。该固定相（SIL–GNOGA）是通过 N-辛基葡氨酰胺与 3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷（GPTMS）之间的环氧-胺环-opening 反应制备的，随后将其共价固定在硅胶球上。引入的辛基（C8）链为原本亲水的葡氨酰胺基团提供了额外的疏水相互作用，使其具有多功能混合模式分离能力。系统地研究了其在不同色谱条件下的保留机制，使用了具有不同性质的 analytes 进行了测试。此外，还制备了基于辛基胺和葡氨酰胺的固定相作为参考对照进行比较评估。SIL–GNOGA 在 HILIC 和 RPLC 模式下都能灵活运行，具有广泛的应用性和优异的色谱性能。

材料与化学品

多孔硅胶球（12 nm，300 m²·g^–1，5 μm）由山西智能微技术有限公司（中国山西）提供。3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷（3GPTMS，≥97.0%）、氢氧化铵（25.0–28.0%）、醋酸（≥99.8%）和醋酸铵（NH₄Ac，≥99.0%）购自上海阿拉丁生化技术有限公司。

表征

使用多种分析技术对这些填充材料的表面和结构性质进行了表征，以阐明固定相的性能。固态¹³C NMR 和 FT-IR 光谱用于确认 SIL–GNOGA 的化学结构。在固态¹³C NMR 光谱（图 S2）中，8.0、12.1 和 22.5 ppm 处的共振峰分别对应于靠近硅胶表面的碳原子和烷基链的末端位置。

结论

在这项工作中，通过用辛基葡氨酰胺对硅胶球进行功能化，开发了一种多功能混合模式固定相（SIL–GNOGA）。SIL–GNOGA 通过多种保留机制实现了在不同条件下的高效分离，涉及亲水作用、疏水作用、氢键作用和静电作用。此外，它在各种应用中表现出令人满意的保留稳定性和重现性。具体来说，SIL–GNOGA 在分离性能上表现出优越性。

CRediT 作者贡献声明

王硕：撰写-原始草稿、撰写-审阅与编辑、概念构思、方法论、实验研究、数据管理、形式分析。顾一鸣：撰写-审阅与编辑、实验研究、验证。周瑾：资源提供、实验研究。王树东：撰写-审阅与编辑、概念构思、验证、监督、项目管理。

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王硕：撰写 – 审阅与编辑、撰写 – 原始草稿、方法论、实验研究、数据管理、概念构思。顾一鸣：撰写 – 审阅与编辑、验证、实验研究。周瑾：资源提供、实验研究。王树东：撰写 – 审阅与编辑、验证、监督、项目管理、概念构思。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

致谢

作者衷心感谢 DNL 0901 研究组的支持。