综述：单分散多孔聚（苯乙烯-二乙烯基苯）微球的合成技术最新进展，用于色谱分离

《Journal of Chromatography A》：Recent advance in synthesis of monodisperse porous poly(styrene-divinylbenzene) microspheres for chromatographic separation

高分子微球的合成方法与应用研究综述，系统总结了悬浮聚合、种子肿胀聚合等五种主流合成策略及其在离子色谱、反相色谱等分离模式中的应用进展，揭示了引发剂和成孔剂类型对单分散性和孔隙结构的调控机制，并指出分子模拟辅助设计、绿色合成路线开发和高价值场景拓展是未来三大重点方向。

　　

曹冠阳|沈晨|赵宏伟|李玉林|罗杰|陈佳|邱洪登

中国赣州市赣州理工学院，邮编341000

摘要

由于形态高度可控且具有优异的酸碱耐受性，单分散聚合物微球被广泛用作色谱填充材料。其中，常用的单分散多孔聚（苯乙烯-二乙烯基苯）（PS-DVB）微球是一种球形聚合物，具有丰富的孔结构，通过在引发剂和孔形成剂的存在下聚合苯乙烯单体和二乙烯基苯交联剂制备而成。PS-DVB微球的粒径和孔结构直接影响其比表面积和传质性能，从而影响其色谱分离效果。为了精确控制这些微观结构，近几十年来针对各种应用场景报道了不同的聚合方法和合成参数。尽管如此，目前仍缺乏及时总结PS-DVB微球研究进展的综述文章。本文系统回顾了PS-DVB微球的制备策略，包括悬浮聚合、种子膨胀聚合、沉淀聚合、分散聚合和膜乳液聚合，并详细介绍了其在离子色谱（IC）、反相高效液相色谱（RP-HPLC）、超临界流体色谱（SFC）和亲水相互作用色谱（HILIC）中的应用。研究表明，每种聚合策略都在单分散性、孔隙率和可扩展性之间存在固有的权衡，其中粒径和孔结构受引发剂和孔形成剂的类型和用量的影响——这些因素在PS-DVB微球的定制合成中仍是一个核心挑战。在应用方面，功能化的PS-DVB微球与IC、RP-HPLC和HILIC分离模式具有广泛的兼容性，能够有效分离阴离子、有机酸和天然产物。其卓越的酸碱耐受性为超纯稀土元素和稀有金属的分析提供了独特优势。展望未来，有三个重点方向：利用分子模拟辅助进行精确的孔/表面工程、开发绿色可持续的合成路线，以及扩展到生物制药纯化、工业废水处理和临床血液净化等高价值领域。

引言

色谱填充材料在色谱分离中起着关键作用，它们不仅直接参与目标分析物的保留和鉴定，还决定了分离模式的选择性、柱效和系统稳定性[[1], [2], [3], [4]]。根据基质组成，现代色谱填充材料主要分为三类：无机材料、有机聚合物材料和复合材料。其中，无机硅胶填充材料由于其优异的机械强度、高柱效和成熟的粒径及孔径控制技术，在常规色谱分析中占据主导地位[5]。然而，它们狭窄的pH适用范围以及残余表面硅醇基团引起的二次相互作用限制了其在极端pH条件下的使用或对碱性化合物的分析[[6], [7], [8], [9]]。基于有机聚合物基质的填充材料在多种色谱模式中表现出显著的价值，因为它们具有优异的化学稳定性、灵活的表面功能化能力和高样品负载能力，因此受到了学术界和工业界的广泛关注[10,11]。在这些材料中，具有独特优势（包括优异的化学稳定性、可控的表面化学性质和可调的孔结构[12,13]）的高交联聚合物微球——以聚（苯乙烯-二乙烯基苯）（PS-DVB）为代表——已成为不可或缺的关键分离介质[[14], [15], [16]]。

单分散多孔聚合物微球是指在干燥状态下粒径均匀且具有永久孔结构的材料，孔径范围从几埃到几千埃不等[17]。这些微球具有粒径均匀、比表面积高和机械强度优异等优点，已被广泛应用于色谱分离[[18], [19], [20], [21], [22]]、废水处理[23]、生物医学[24]、吸附分离[[25], [26], [27], [28]]、传感器[29,30]、催化剂载体[[31], [32], [33]]和太阳能电池[34]等领域。特别是多孔PS-DVB微球在这些领域具有巨大的应用潜力，得益于其优异的物理化学稳定性、高机械强度和大的比表面积。

单分散多孔PS-DVB微球经过数十年的发展，已经建立了几种相对成熟的合成方法。由于其广泛的应用性，这些微球引起了行业的广泛关注；然而，专注于这一领域的综述文章仍然较少。因此，本文重点介绍单分散多孔PS-DVB微球的合成方法，旨在全面总结当前的主流合成策略及其实际应用。文章讨论了不同合成方法的优点和局限性，为研究人员提供了理论基础和实践参考。此外，鉴于单分散多孔PS-DVB微球在色谱分离中的广泛应用，本文还总结了它们在该领域的应用案例，为微球的功能化合成及其潜在应用场景提供了见解。预计本文的内容将为单分散多孔PS-DVB微球的合成及其在色谱分离中的应用开辟新的途径，从而推动该领域的整体发展。

部分摘录

单分散多孔PS-DVB微球的合成

制备多孔PS-DVB微球的主要方法包括悬浮聚合、种子膨胀聚合、沉淀聚合、分散聚合和膜乳液聚合[35]。这些聚合物微球的物理化学性质（如粒径、孔径、孔隙率、孔体积、硬度和反应性）对其后续的改性和应用具有决定性影响。

单分散多孔PS-DVB微球的功能化及其在色谱分离中的应用

色谱作为一种高效的分析技术，广泛应用于生物医学[[65], [66], [67], [68], [69], [70]]、食品工业[[71], [72], [73], [74]]、环境监测[[75], [76], [77], [78], [79]]和稀土分离[[80], [81], [82], [83], [84]]等领域。随着这些领域需求的增加，迫切需要开发和制备高性能的色谱固定相。PS-DVB

结论与未来展望

PS-DVB微球因其优异的化学稳定性、可调的孔结构和多样的表面化学性质而成为不可或缺的色谱介质。本文全面总结了单分散多孔PS-DVB微球的主流合成策略，并探讨了其在色谱分离中的应用。

单分散多孔PS-DVB微球可以通过悬浮聚合、种子膨胀聚合、沉淀聚合等方法合成

CRediT作者贡献声明

曹冠阳：撰写——初稿撰写、实验研究、数据分析、概念构思。沈晨：撰写——初稿撰写、实验研究、数据分析、概念构思。赵宏伟：撰写——初稿撰写、数据分析。李玉林：撰写——审稿与编辑、实验研究。罗杰：撰写——审稿与编辑、验证。陈佳：撰写——审稿与编辑、方法学设计。邱洪登：撰写——审稿与编辑、监督、资金获取、概念构思。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金（项目编号22474141和22404160）和中国科学院战略性先导科技专项（项目编号XDB1220000）的支持。