親水性硼親和毛細(xì)管整體柱：制備工藝、性能表征與多元應(yīng)用探索一、引言1.1研究背景與意義在現(xiàn)代色譜分離技術(shù)的龐大體系中，毛細(xì)管整體柱作為一種新型且極具潛力的分離介質(zhì)，正逐漸嶄露頭角，成為科研人員深入探索的焦點(diǎn)。毛細(xì)管整體柱憑借其獨(dú)特的制備工藝，在毛細(xì)管內(nèi)部構(gòu)建起一個連續(xù)的多孔整體結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)賦予了它諸多傳統(tǒng)色譜柱難以企及的優(yōu)勢。從分離效率的角度來看，其連續(xù)的多孔骨架極大地降低了傳質(zhì)阻力，使得樣品分子能夠在柱內(nèi)快速且高效地進(jìn)行分離，從而顯著提高了分離效率，可以實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜樣品中多種組分的快速分析，這對于時間要求緊迫的分析任務(wù)具有重要意義。從分析速度層面而言，毛細(xì)管整體柱能夠?qū)崿F(xiàn)快速的物質(zhì)傳輸，大大縮短了分析時間，提高了分析效率，滿足了現(xiàn)代分析化學(xué)對于高通量分析的需求。與此同時，毛細(xì)管整體柱還展現(xiàn)出出色的柱效和良好的通透性，能夠有效減少樣品和流動相的消耗，降低分析成本，符合綠色化學(xué)的發(fā)展理念。在實(shí)際應(yīng)用中，毛細(xì)管整體柱已廣泛滲透到多個領(lǐng)域，如生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中對蛋白質(zhì)、多肽、核酸等生物大分子的分離與分析，為疾病診斷、藥物研發(fā)等提供了關(guān)鍵技術(shù)支持；在食品安全檢測領(lǐng)域，可用于食品中農(nóng)藥殘留、獸藥殘留、添加劑等有害物質(zhì)的檢測，保障食品安全；在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，能夠?qū)Νh(huán)境中的污染物進(jìn)行高效分離和檢測，助力環(huán)境保護(hù)工作。然而，隨著科學(xué)研究的不斷深入以及各領(lǐng)域?qū)Ψ蛛x分析要求的日益嚴(yán)苛，傳統(tǒng)的毛細(xì)管整體柱在某些特定應(yīng)用場景下逐漸暴露出局限性。例如，在分離一些強(qiáng)極性或親水性物質(zhì)時，其分離效果往往不盡人意，難以滿足高精度分析的需求。為了突破這一技術(shù)瓶頸，親水性硼親和毛細(xì)管整體柱應(yīng)運(yùn)而生，成為解決這一問題的有力手段。親水性硼親和毛細(xì)管整體柱是在傳統(tǒng)毛細(xì)管整體柱的基礎(chǔ)上，引入了具有特殊功能的硼親和基團(tuán)，使其具備了獨(dú)特的分離性能。硼親和基團(tuán)能夠與含有順二羥基結(jié)構(gòu)的化合物發(fā)生特異性相互作用，通過形成可逆的五元或六元環(huán)狀硼酸酯，實(shí)現(xiàn)對這類化合物的高效分離與富集。這種特異性的相互作用使得親水性硼親和毛細(xì)管整體柱在分離含順二羥基化合物方面展現(xiàn)出無可比擬的優(yōu)勢，能夠從復(fù)雜的樣品基質(zhì)中精準(zhǔn)地捕獲目標(biāo)化合物，顯著提高了分析的靈敏度和選擇性。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，許多生物活性分子如糖類、核苷、糖蛋白、糖肽等都含有順二羥基結(jié)構(gòu)，親水性硼親和毛細(xì)管整體柱能夠?qū)@些生物分子進(jìn)行高效分離和富集，為生物醫(yī)學(xué)研究提供了重要的技術(shù)支撐，有助于深入了解生物分子的結(jié)構(gòu)與功能，推動疾病診斷、治療和藥物研發(fā)等領(lǐng)域的發(fā)展。在食品科學(xué)領(lǐng)域，一些食品中的營養(yǎng)成分和功能性成分也含有順二羥基結(jié)構(gòu)，利用親水性硼親和毛細(xì)管整體柱可以對這些成分進(jìn)行準(zhǔn)確分析，為食品質(zhì)量控制和營養(yǎng)評價提供科學(xué)依據(jù)。在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域，某些環(huán)境污染物如酚類化合物等也具有順二羥基結(jié)構(gòu)，親水性硼親和毛細(xì)管整體柱能夠?qū)崿F(xiàn)對這些污染物的高效檢測，為環(huán)境保護(hù)和生態(tài)監(jiān)測提供了有力工具。綜上所述，親水性硼親和毛細(xì)管整體柱作為一種新型的色譜分離材料，在分離含順二羥基化合物方面展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢和巨大的應(yīng)用潛力，對于推動色譜分離技術(shù)的發(fā)展以及滿足各領(lǐng)域?qū)Ω呔确蛛x分析的需求具有重要的研究意義。通過深入研究親水性硼親和毛細(xì)管整體柱的制備方法、性能優(yōu)化以及實(shí)際應(yīng)用，有望進(jìn)一步拓展其應(yīng)用領(lǐng)域，為解決更多復(fù)雜的分離分析問題提供創(chuàng)新的解決方案。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀毛細(xì)管整體柱作為現(xiàn)代色譜分離領(lǐng)域的重要研究對象，近年來在國內(nèi)外引發(fā)了廣泛的關(guān)注與深入的研究。在制備方法上，眾多科研團(tuán)隊(duì)不斷探索創(chuàng)新，旨在提升整體柱的性能與質(zhì)量。溶膠-凝膠法憑借其能夠精確控制整體柱微觀結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于制備硅膠基毛細(xì)管整體柱。如天津大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)利用四甲氧基硅烷為基質(zhì)，乙酸做催化劑，在聚乙二醇存在條件下，通過溶膠-凝膠技術(shù)成功制備了毛細(xì)管硅膠整體柱，掃描電子顯微鏡顯示其通孔尺寸和骨架直徑分布均勻，整體柱床層與毛細(xì)管內(nèi)壁粘合緊密，為后續(xù)的修飾和應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。光引發(fā)聚合技術(shù)則以其反應(yīng)速度快、制備過程簡單高效等特點(diǎn)，在聚合物毛細(xì)管整體柱的制備中嶄露頭角。有學(xué)者采用光引發(fā)聚合技術(shù)，以特定的聚合物單體和交聯(lián)劑為原料，快速制備出具有特定孔隙結(jié)構(gòu)的聚合物整體柱，大大縮短了制備周期，提高了生產(chǎn)效率。在親水性毛細(xì)管整體柱的研究方面，科學(xué)家們致力于解決傳統(tǒng)毛細(xì)管整體柱在分離強(qiáng)極性或親水性物質(zhì)時的局限性。通過在整體柱表面引入親水性基團(tuán)，如聚乙烯醇、聚乙二醇等，有效改善了整體柱的親水性，提高了對親水性物質(zhì)的分離效果。有研究將親水性聚乙烯醇化學(xué)鍵合接枝到硅膠整體柱表面，成功制備了高親水性毛細(xì)管硅膠整體柱，并將其應(yīng)用于親水性相互作用色譜分離極性化合物，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該整體柱在分離甲苯和硫脲以及酚類化合物時，展現(xiàn)出良好的親水性相互作用色譜性能，能夠?qū)崿F(xiàn)對這些極性化合物的高效分離。硼親和毛細(xì)管整體柱作為一種具有特殊分離性能的色譜柱，在對含順二羥基化合物的分離與富集方面具有獨(dú)特優(yōu)勢，成為近年來的研究熱點(diǎn)。國內(nèi)外學(xué)者在硼親和毛細(xì)管整體柱的制備與應(yīng)用方面取得了一系列重要成果。在制備方法上，熱引發(fā)自由基聚合反應(yīng)是常用的方法之一。上海交通大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)以4-乙烯基苯硼酸（VPBA）為功能單體，季戊四醇三丙烯酸酯（PETA）為交聯(lián)劑，乙二醇和二甘醇為二元致孔劑，通過熱引發(fā)自由基聚合反應(yīng)，在毛細(xì)管內(nèi)原位聚合制備得到一種poly（VPBA-co-PETA）毛細(xì)管整體柱。該整體柱具有典型的硼酸親和特性，能夠特異性地捕獲含有順二羥基的化合物，并成功將其用于蒲公英和刺果衛(wèi)矛中含順二羥基的小分子活性物質(zhì)的富集，顯著提高了這些活性成分的檢測靈敏度?；谠愚D(zhuǎn)移自由基聚合（ATRP）的方法也被用于制備硼親和整體柱。這種方法通過兩步反應(yīng)，首先制備含表面引發(fā)劑的多孔整體柱基柱，再利用原子轉(zhuǎn)移自由基聚合在多孔整體柱基柱內(nèi)表面接枝硼親和聚合物鏈，制備出的硼親和整體柱對含順二羥基基團(tuán)的化合物，如鄰苯二酚、腺苷、迷迭香酸、腎上腺素、糖蛋白等，具有特異性吸附能力，且吸附容量高，能夠直接分離、富集復(fù)雜樣品中的順二羥基類物質(zhì)，有效克服了現(xiàn)有硼親和整體柱吸附容量低的缺點(diǎn)。在應(yīng)用領(lǐng)域，親水性硼親和毛細(xì)管整體柱展現(xiàn)出了廣泛的應(yīng)用潛力。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，它被用于糖蛋白、糖肽、核苷等生物分子的分離與分析，為疾病診斷、藥物研發(fā)等提供了關(guān)鍵的技術(shù)支持。有研究利用親水性硼親和毛細(xì)管整體柱對腫瘤標(biāo)志物糖蛋白進(jìn)行分離和富集，提高了檢測的靈敏度和準(zhǔn)確性，有助于腫瘤的早期診斷和治療。在食品科學(xué)領(lǐng)域，可用于食品中糖類、多酚類等營養(yǎng)成分和功能性成分的分析，為食品質(zhì)量控制和營養(yǎng)評價提供科學(xué)依據(jù)。在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域，能夠?qū)Νh(huán)境水樣中的酚類污染物進(jìn)行高效檢測，助力環(huán)境保護(hù)和生態(tài)監(jiān)測工作。盡管國內(nèi)外在親水性硼親和毛細(xì)管整體柱的研究方面取得了一定的進(jìn)展，但仍存在一些不足之處。部分制備方法存在工藝復(fù)雜、成本較高的問題，限制了其大規(guī)模的生產(chǎn)和應(yīng)用。一些硼親和整體柱的穩(wěn)定性和重復(fù)性有待進(jìn)一步提高，在實(shí)際應(yīng)用中可能會影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。在對復(fù)雜樣品的分離分析中，整體柱的選擇性和分離效率還不能完全滿足需求，需要進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)。未來的研究可以朝著開發(fā)更加簡單、高效、低成本的制備方法，提高整體柱的穩(wěn)定性、重復(fù)性和選擇性等方向展開，以推動親水性硼親和毛細(xì)管整體柱在更多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。1.3研究目標(biāo)與內(nèi)容本研究旨在制備一種高性能的親水性硼親和毛細(xì)管整體柱，并深入探究其性能與應(yīng)用，為含順二羥基化合物的分離分析提供更為有效的解決方案。制備親水性硼親和毛細(xì)管整體柱是本研究的核心任務(wù)之一。擬通過優(yōu)化選擇合適的單體、交聯(lián)劑、致孔劑等原料，采用熱引發(fā)自由基聚合、原子轉(zhuǎn)移自由基聚合等方法，在毛細(xì)管內(nèi)原位聚合制備整體柱。在原料選擇方面，仔細(xì)篩選具有良好親水性和反應(yīng)活性的單體，如4-乙烯基苯硼酸（VPBA）等，以確保整體柱具備優(yōu)異的硼親和性能；選用高效的交聯(lián)劑，如季戊四醇三丙烯酸酯（PETA）等，保證整體柱結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；同時，合理搭配致孔劑，如乙二醇和二甘醇等，精確調(diào)控整體柱的孔隙結(jié)構(gòu)，提高其通透性和傳質(zhì)效率。在制備過程中，對聚合反應(yīng)的溫度、時間、引發(fā)劑用量等條件進(jìn)行精確控制和優(yōu)化，以獲得具有理想性能的親水性硼親和毛細(xì)管整體柱。例如，通過前期預(yù)實(shí)驗(yàn)，探索不同聚合溫度下整體柱的形成速率和結(jié)構(gòu)完整性，確定最佳的聚合溫度范圍；研究引發(fā)劑用量對聚合反應(yīng)程度和整體柱性能的影響，找到引發(fā)劑的最優(yōu)用量，從而制備出結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、性能優(yōu)良的親水性硼親和毛細(xì)管整體柱。對制備得到的親水性硼親和毛細(xì)管整體柱進(jìn)行全面的性能表征，是深入了解其特性和應(yīng)用潛力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。利用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察整體柱的微觀結(jié)構(gòu)，詳細(xì)分析其孔隙大小、分布情況以及骨架形態(tài)，評估整體柱的物理結(jié)構(gòu)是否符合預(yù)期。通過紅外光譜（FT-IR）分析整體柱的化學(xué)結(jié)構(gòu)，確定硼親和基團(tuán)、親水性基團(tuán)等的存在和鍵合情況，驗(yàn)證整體柱的化學(xué)組成是否正確。測量整體柱的滲透性，了解其對流動相的阻力大小，評估其在實(shí)際應(yīng)用中的流體動力學(xué)性能；測試其機(jī)械強(qiáng)度，考察整體柱在使用過程中抵抗外力破壞的能力，確保其穩(wěn)定性和耐用性。此外，還將研究整體柱對含順二羥基化合物的吸附容量、選擇性和吸附動力學(xué)等特性。通過靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)，測定整體柱在不同濃度的含順二羥基化合物溶液中的吸附量，繪制吸附等溫線，計(jì)算吸附容量；利用競爭吸附實(shí)驗(yàn)，評估整體柱對目標(biāo)化合物的選擇性；通過動態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)，研究吸附過程隨時間的變化規(guī)律，確定吸附動力學(xué)模型，為其在實(shí)際應(yīng)用中的操作條件優(yōu)化提供理論依據(jù)。本研究還將把親水性硼親和毛細(xì)管整體柱應(yīng)用于實(shí)際樣品的分離分析，驗(yàn)證其在不同領(lǐng)域的實(shí)用性和有效性。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，選取糖蛋白、糖肽、核苷等生物分子作為研究對象，利用親水性硼親和毛細(xì)管整體柱對其進(jìn)行分離和富集。例如，從復(fù)雜的生物樣品如血清、細(xì)胞裂解液中分離出目標(biāo)糖蛋白，通過與傳統(tǒng)分離方法進(jìn)行對比，評估本研究制備的整體柱在分離效率、純度和回收率等方面的優(yōu)勢，為生物醫(yī)學(xué)研究中的生物分子分析提供新的技術(shù)手段，助力疾病診斷、藥物研發(fā)等工作。在食品科學(xué)領(lǐng)域，將整體柱應(yīng)用于食品中糖類、多酚類等營養(yǎng)成分和功能性成分的分析。以水果、蔬菜、茶葉等為樣品，分離其中的糖類和多酚類物質(zhì)，準(zhǔn)確測定其含量和組成，為食品質(zhì)量控制和營養(yǎng)評價提供科學(xué)依據(jù)，保障食品安全和消費(fèi)者健康。在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域，針對環(huán)境水樣中的酚類污染物，利用親水性硼親和毛細(xì)管整體柱進(jìn)行高效檢測。從不同來源的環(huán)境水樣如地表水、地下水、工業(yè)廢水等中富集酚類污染物，采用合適的檢測方法如高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（HPLC-MS）等，對其進(jìn)行定性和定量分析，為環(huán)境保護(hù)和生態(tài)監(jiān)測提供有力支持，及時發(fā)現(xiàn)和解決環(huán)境問題。1.4研究方法與技術(shù)路線在本研究中，將采用多種實(shí)驗(yàn)方法和先進(jìn)的儀器設(shè)備，以確保親水性硼親和毛細(xì)管整體柱的制備、性能測試及應(yīng)用驗(yàn)證能夠順利進(jìn)行。在原料準(zhǔn)備階段，精準(zhǔn)稱取4-乙烯基苯硼酸（VPBA）、季戊四醇三丙烯酸酯（PETA）、乙二醇、二甘醇、偶氮二異丁腈（AIBN）等原料，這些原料的純度和質(zhì)量對整體柱的性能有著至關(guān)重要的影響。利用電子天平進(jìn)行精確稱量，保證原料配比的準(zhǔn)確性，為后續(xù)的聚合反應(yīng)奠定良好的基礎(chǔ)。制備親水性硼親和毛細(xì)管整體柱時，選用熱引發(fā)自由基聚合方法。將準(zhǔn)確稱量好的VPBA作為功能單體，PETA作為交聯(lián)劑，乙二醇和二甘醇作為二元致孔劑，AIBN作為引發(fā)劑，按照一定的比例加入到反應(yīng)體系中。充分混合均勻后，將反應(yīng)液小心地注入經(jīng)過預(yù)處理的毛細(xì)管中。將毛細(xì)管密封后，放入恒溫烘箱中，在設(shè)定的溫度下進(jìn)行聚合反應(yīng)。通過嚴(yán)格控制聚合反應(yīng)的溫度、時間和引發(fā)劑用量等條件，實(shí)現(xiàn)對整體柱結(jié)構(gòu)和性能的精確調(diào)控。例如，通過前期預(yù)實(shí)驗(yàn)，探索不同聚合溫度下整體柱的形成速率和結(jié)構(gòu)完整性，確定最佳的聚合溫度為60℃；研究引發(fā)劑用量對聚合反應(yīng)程度和整體柱性能的影響，找到引發(fā)劑的最優(yōu)用量為0.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），從而制備出結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、性能優(yōu)良的親水性硼親和毛細(xì)管整體柱。對制備得到的整體柱進(jìn)行全面的性能表征，需要借助多種先進(jìn)的儀器設(shè)備。使用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察整體柱的微觀結(jié)構(gòu)，包括孔隙大小、分布情況以及骨架形態(tài)等，以評估整體柱的物理結(jié)構(gòu)是否符合預(yù)期。通過紅外光譜（FT-IR）分析整體柱的化學(xué)結(jié)構(gòu)，確定硼親和基團(tuán)、親水性基團(tuán)等的存在和鍵合情況，驗(yàn)證整體柱的化學(xué)組成是否正確。利用高效液相色譜儀（HPLC）測量整體柱的滲透性，了解其對流動相的阻力大小，評估其在實(shí)際應(yīng)用中的流體動力學(xué)性能；通過機(jī)械強(qiáng)度測試裝置測試其機(jī)械強(qiáng)度，考察整體柱在使用過程中抵抗外力破壞的能力，確保其穩(wěn)定性和耐用性。此外，還將利用靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)、競爭吸附實(shí)驗(yàn)和動態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)等方法，研究整體柱對含順二羥基化合物的吸附容量、選擇性和吸附動力學(xué)等特性。通過靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)，將整體柱置于不同濃度的含順二羥基化合物溶液中，在一定溫度下振蕩吸附一定時間后，測定溶液中剩余化合物的濃度，計(jì)算吸附量，繪制吸附等溫線，計(jì)算吸附容量；利用競爭吸附實(shí)驗(yàn)，在含有目標(biāo)化合物和干擾化合物的混合溶液中，考察整體柱對目標(biāo)化合物的選擇性；通過動態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)，將含順二羥基化合物的溶液以一定流速通過整體柱，監(jiān)測流出液中化合物的濃度變化，研究吸附過程隨時間的變化規(guī)律，確定吸附動力學(xué)模型，為其在實(shí)際應(yīng)用中的操作條件優(yōu)化提供理論依據(jù)。在應(yīng)用驗(yàn)證階段，將親水性硼親和毛細(xì)管整體柱與高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（HPLC-MS）相結(jié)合，用于實(shí)際樣品的分離分析。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，選取血清、細(xì)胞裂解液等復(fù)雜生物樣品，利用整體柱對其中的糖蛋白、糖肽、核苷等生物分子進(jìn)行分離和富集。通過與傳統(tǒng)分離方法進(jìn)行對比，評估本研究制備的整體柱在分離效率、純度和回收率等方面的優(yōu)勢，為生物醫(yī)學(xué)研究中的生物分子分析提供新的技術(shù)手段，助力疾病診斷、藥物研發(fā)等工作。在食品科學(xué)領(lǐng)域，以水果、蔬菜、茶葉等為樣品，利用整體柱分離其中的糖類和多酚類物質(zhì)，采用HPLC-MS等檢測方法準(zhǔn)確測定其含量和組成，為食品質(zhì)量控制和營養(yǎng)評價提供科學(xué)依據(jù)，保障食品安全和消費(fèi)者健康。在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域，針對地表水、地下水、工業(yè)廢水等環(huán)境水樣中的酚類污染物，利用整體柱進(jìn)行高效富集，采用HPLC-MS等技術(shù)對其進(jìn)行定性和定量分析，為環(huán)境保護(hù)和生態(tài)監(jiān)測提供有力支持，及時發(fā)現(xiàn)和解決環(huán)境問題。本研究的技術(shù)路線清晰明確，從原料準(zhǔn)備到整體柱制備，再到性能測試及應(yīng)用驗(yàn)證，各個環(huán)節(jié)緊密相連，相互支撐。通過嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)條件，合理運(yùn)用實(shí)驗(yàn)方法和儀器設(shè)備，有望成功制備出高性能的親水性硼親和毛細(xì)管整體柱，并深入探究其性能與應(yīng)用，為含順二羥基化合物的分離分析提供更為有效的解決方案，推動相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。二、親水性硼親和毛細(xì)管整體柱的相關(guān)理論2.1毛細(xì)管整體柱概述毛細(xì)管整體柱作為現(xiàn)代色譜分離領(lǐng)域的關(guān)鍵介質(zhì)，具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征。它是在毛細(xì)管內(nèi)部通過特定的聚合反應(yīng)或其他制備技術(shù)，形成的一個連續(xù)、多孔且均勻分布的整體結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)并非由離散的顆粒堆積而成，而是一個一體化的整體，猶如一座精心構(gòu)建的多孔橋梁，橫跨在毛細(xì)管的兩端。其內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)豐富多樣，包括大小不同的通孔和中孔，這些孔隙相互連通，形成了一個錯綜復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。從微觀角度來看，毛細(xì)管整體柱的結(jié)構(gòu)就像是一個由無數(shù)微小通道組成的迷宮，這些通道的直徑和形狀各異，它們相互交織，為樣品分子的分離提供了廣闊的空間。這種連續(xù)的多孔結(jié)構(gòu)賦予了整體柱諸多傳統(tǒng)填充柱難以企及的優(yōu)勢。與傳統(tǒng)填充柱相比，毛細(xì)管整體柱在制備過程中展現(xiàn)出明顯的簡便性。傳統(tǒng)填充柱需要將填料顆粒逐一填充到毛細(xì)管中，這個過程不僅繁瑣復(fù)雜，而且對填料的均勻性和緊密性要求極高，稍有不慎就會導(dǎo)致柱效下降。而毛細(xì)管整體柱的制備則相對簡單，通過原位聚合等方法，可以直接在毛細(xì)管內(nèi)形成整體結(jié)構(gòu)，大大縮短了制備周期，提高了生產(chǎn)效率。在通透性方面，毛細(xì)管整體柱表現(xiàn)出色。由于其內(nèi)部的多孔結(jié)構(gòu)連續(xù)且均勻，流動相在其中的傳輸阻力極小，能夠快速地通過整體柱。這就好比一條寬闊且暢通無阻的高速公路，車輛可以高速行駛，而不會受到過多的阻礙。相比之下，傳統(tǒng)填充柱的填料顆粒之間存在著一定的間隙和不規(guī)則性，流動相在通過時容易受到干擾，導(dǎo)致傳質(zhì)阻力增大，流速降低。毛細(xì)管整體柱的高通透性使得其在分析速度上具有顯著優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)快速的物質(zhì)分離和分析，大大提高了工作效率。柱效是衡量色譜柱性能的重要指標(biāo)之一，毛細(xì)管整體柱在這方面也表現(xiàn)卓越。其連續(xù)的多孔結(jié)構(gòu)有效地減少了樣品分子在柱內(nèi)的擴(kuò)散路徑和傳質(zhì)阻力，使得樣品分子能夠更加快速、均勻地與固定相相互作用，從而實(shí)現(xiàn)高效的分離。就像在一個精心設(shè)計(jì)的工廠里，各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)緊密配合，原材料能夠迅速地轉(zhuǎn)化為成品，生產(chǎn)效率得到極大提高。而傳統(tǒng)填充柱由于填料顆粒的存在，樣品分子在柱內(nèi)的擴(kuò)散和傳質(zhì)過程較為復(fù)雜，容易導(dǎo)致峰展寬和柱效降低。毛細(xì)管整體柱的高柱效使得它能夠?qū)?fù)雜樣品中的多種組分進(jìn)行清晰的分離，提高了分析的準(zhǔn)確性和靈敏度。在實(shí)際應(yīng)用中，毛細(xì)管整體柱的這些優(yōu)勢得到了充分的體現(xiàn)。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，對于蛋白質(zhì)、多肽等生物大分子的分離分析，毛細(xì)管整體柱能夠憑借其高柱效和快速分析的特點(diǎn)，準(zhǔn)確地分離和鑒定這些生物分子，為疾病診斷和藥物研發(fā)提供了有力的支持。在食品安全檢測中，它可以快速檢測食品中的農(nóng)藥殘留、獸藥殘留等有害物質(zhì)，保障食品安全。在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，能夠高效地分析環(huán)境樣品中的污染物，為環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。2.2硼親和原理硼親和作用的核心在于硼酸配基與具有順二羥基結(jié)構(gòu)的化合物之間獨(dú)特的相互作用機(jī)制。在水溶液體系中，硼酸基團(tuán)呈現(xiàn)出兩種不同的存在形態(tài)。當(dāng)溶液處于中性環(huán)境時，硼酸基團(tuán)主要以中性形態(tài)存在，此時硼原子采用sp2雜化方式，其電子云分布形成平面三角形結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)下，硼酸基團(tuán)的化學(xué)活性相對較低，與周圍分子的相互作用較弱。隨著溶液pH值逐漸升高，當(dāng)達(dá)到一定程度時，溶液中的氫氧根離子（OH?）濃度增加。此時，硼原子會與溶液中的OH?發(fā)生配位反應(yīng)，這一反應(yīng)過程使得硼原子的雜化方式從sp2轉(zhuǎn)變?yōu)閟p3。在新的sp3雜化態(tài)下，硼原子周圍的電子云重新分布，形成了更為穩(wěn)定的四面體結(jié)構(gòu)，此時硼酸基團(tuán)轉(zhuǎn)化為硼酸陰離子形態(tài)。這種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變賦予了硼酸陰離子獨(dú)特的化學(xué)活性，使其能夠與具有順二羥基結(jié)構(gòu)的化合物發(fā)生特異性相互作用。當(dāng)溶液中存在具有順二羥基結(jié)構(gòu)的化合物時，硼酸陰離子能夠與順二羥基上的氧原子通過共價鍵結(jié)合，形成穩(wěn)定的五元或六元環(huán)狀硼酸酯結(jié)構(gòu)。這種環(huán)狀結(jié)構(gòu)的形成是基于硼酸陰離子與順二羥基之間的電子云相互作用，通過共享電子對形成了穩(wěn)定的化學(xué)鍵。這種共價結(jié)合過程是可逆的，當(dāng)溶液的pH值發(fā)生變化時，環(huán)狀硼酸酯的穩(wěn)定性也會隨之改變。當(dāng)溶液pH值降低時，溶液中的氫離子（H?）濃度增加，H?會與硼酸酯中的氧原子結(jié)合，導(dǎo)致硼酸酯的化學(xué)鍵發(fā)生斷裂，從而使結(jié)合的順二羥基化合物被釋放出來。這種在不同pH條件下硼酸配基與順二羥基化合物之間的共價結(jié)合與解離特性，構(gòu)成了硼親和分離的基礎(chǔ)。從選擇性識別的角度來看，硼親和作用具有高度的特異性。自然界中，許多重要的生物分子如糖類、核苷、糖蛋白、糖肽等都含有順二羥基結(jié)構(gòu)，這些生物分子在生命活動中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，如糖類是生物體的主要能量來源，核苷參與遺傳信息的傳遞和表達(dá)，糖蛋白和糖肽在細(xì)胞識別、信號傳導(dǎo)等過程中扮演著重要角色。硼親和材料能夠憑借其與順二羥基化合物的特異性相互作用，從復(fù)雜的生物樣品中高效地分離和富集這些生物分子。在生物醫(yī)學(xué)研究中，利用硼親和毛細(xì)管整體柱可以從血清、細(xì)胞裂解液等復(fù)雜生物樣品中精準(zhǔn)地捕獲糖蛋白和糖肽，為疾病診斷和藥物研發(fā)提供重要的研究對象。在食品科學(xué)領(lǐng)域，對于食品中糖類和多酚類物質(zhì)的分析，硼親和材料也能夠發(fā)揮其選擇性識別的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)對這些營養(yǎng)成分和功能性成分的高效分離和檢測，為食品質(zhì)量控制和營養(yǎng)評價提供科學(xué)依據(jù)。2.3親水性的作用及原理在色譜分離領(lǐng)域，親水性對于毛細(xì)管整體柱性能的提升具有至關(guān)重要的作用。從與極性樣品相互作用的角度來看，親水性能夠顯著增強(qiáng)整體柱與極性樣品之間的相互作用力。在傳統(tǒng)的非親水性毛細(xì)管整體柱中，由于其表面性質(zhì)相對疏水，當(dāng)面對極性樣品時，兩者之間的相互作用較弱，這就使得極性樣品在柱內(nèi)的保留時間較短，難以實(shí)現(xiàn)有效的分離。而親水性毛細(xì)管整體柱通過在柱表面引入親水性基團(tuán)，改變了柱表面的性質(zhì)，使其能夠與極性樣品之間形成更強(qiáng)的相互作用，如氫鍵、偶極-偶極相互作用等。這些相互作用能夠增加極性樣品在柱內(nèi)的保留時間，使樣品分子有更多的機(jī)會與固定相進(jìn)行充分的相互作用，從而實(shí)現(xiàn)更高效的分離。在分離極性較強(qiáng)的酚類化合物時，親水性毛細(xì)管整體柱能夠憑借其親水性表面與酚類化合物分子中的羥基形成氫鍵，使得酚類化合物在柱內(nèi)的保留時間延長，從而實(shí)現(xiàn)對不同酚類化合物的有效分離。這種增強(qiáng)的相互作用還能夠提高分離的選擇性，對于結(jié)構(gòu)相似的極性化合物，親水性毛細(xì)管整體柱能夠根據(jù)它們與親水性表面相互作用的差異，實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的分離。親水性對于改善分離效果具有多方面的積極影響。親水性能夠有效減少峰展寬現(xiàn)象。在色譜分離過程中，峰展寬會導(dǎo)致分離效率降低，影響對樣品中各組分的準(zhǔn)確分析。親水性毛細(xì)管整體柱通過增強(qiáng)與極性樣品的相互作用，使樣品分子在柱內(nèi)的擴(kuò)散更加均勻，減少了分子間的相互干擾，從而降低了峰展寬的程度。親水性還能夠提高柱效。柱效是衡量色譜柱性能的重要指標(biāo)之一，親水性毛細(xì)管整體柱通過優(yōu)化柱內(nèi)的傳質(zhì)過程，使得樣品分子能夠更快速、更有效地在固定相和流動相之間進(jìn)行分配，從而提高了柱效，實(shí)現(xiàn)了更高效的分離。親水性的實(shí)現(xiàn)原理主要基于物質(zhì)表面與水分子之間的相互作用。當(dāng)物質(zhì)表面含有親水性基團(tuán)時，這些基團(tuán)能夠與水分子形成氫鍵或其他較強(qiáng)的相互作用力。常見的親水性基團(tuán)包括羥基（-OH）、羧基（-COOH）、氨基（-NH?）、磺酸基（-SO?H）等。以羥基為例，羥基中的氧原子具有較強(qiáng)的電負(fù)性，能夠吸引水分子中的氫原子，形成氫鍵。這種氫鍵的形成使得水分子能夠緊密地附著在物質(zhì)表面，從而使物質(zhì)表現(xiàn)出親水性。從分子層面來看，親水性基團(tuán)的存在改變了物質(zhì)表面的電子云分布，使得表面具有更強(qiáng)的極性，從而能夠與極性的水分子相互吸引。當(dāng)毛細(xì)管整體柱表面引入親水性基團(tuán)后，柱表面的極性增強(qiáng)，能夠更好地與極性樣品分子相互作用，實(shí)現(xiàn)對極性樣品的高效分離。三、親水性硼親和毛細(xì)管整體柱的制備3.1制備材料與設(shè)備在親水性硼親和毛細(xì)管整體柱的制備過程中，材料的選擇對于整體柱的性能起著決定性作用。毛細(xì)管作為整體柱的載體，選用內(nèi)徑為50μm、外徑為365μm的石英毛細(xì)管，其具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，能夠?yàn)檎w柱提供穩(wěn)定的支撐結(jié)構(gòu)，確保在后續(xù)的聚合反應(yīng)和使用過程中保持結(jié)構(gòu)的完整性。4-乙烯基苯硼酸（VPBA）作為關(guān)鍵的功能單體，是賦予整體柱硼親和特性的核心物質(zhì)。它含有硼原子和乙烯基，乙烯基能夠參與聚合反應(yīng)，將硼原子引入到整體柱的結(jié)構(gòu)中，從而使整體柱具備與含順二羥基化合物特異性結(jié)合的能力。季戊四醇三丙烯酸酯（PETA）被用作交聯(lián)劑，其分子結(jié)構(gòu)中含有多個丙烯酸酯基團(tuán)，在聚合反應(yīng)中能夠與功能單體及其他分子發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)整體柱的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性，防止整體柱在使用過程中發(fā)生變形或破碎。乙二醇和二甘醇作為二元致孔劑，在整體柱的制備中發(fā)揮著重要作用。它們能夠在聚合過程中形成孔隙，通過調(diào)節(jié)兩者的比例，可以精確控制整體柱的孔隙結(jié)構(gòu)，包括孔隙大小、分布和連通性等。合適的孔隙結(jié)構(gòu)有助于提高整體柱的通透性，使樣品分子和流動相能夠在柱內(nèi)快速傳輸，減少傳質(zhì)阻力，提高分離效率。偶氮二異丁腈（AIBN）作為引發(fā)劑，在加熱條件下能夠分解產(chǎn)生自由基，引發(fā)單體和交聯(lián)劑的聚合反應(yīng)，是聚合過程得以順利進(jìn)行的關(guān)鍵因素。在制備過程中，還需要用到多種實(shí)驗(yàn)設(shè)備。恒溫水浴鍋用于控制聚合反應(yīng)的溫度，確保反應(yīng)在設(shè)定的溫度條件下進(jìn)行，溫度的精確控制對于聚合反應(yīng)的速率和產(chǎn)物的質(zhì)量至關(guān)重要。例如，在熱引發(fā)自由基聚合反應(yīng)中，將反應(yīng)體系置于60℃的恒溫水浴鍋中，能夠使引發(fā)劑AIBN穩(wěn)定分解，引發(fā)聚合反應(yīng)，同時保證反應(yīng)的均一性和穩(wěn)定性。超聲清洗器用于對毛細(xì)管等實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行清洗，去除表面的雜質(zhì)和污染物，保證實(shí)驗(yàn)器材的清潔度，避免雜質(zhì)對整體柱制備和性能產(chǎn)生不良影響。在毛細(xì)管預(yù)處理過程中，將毛細(xì)管放入超聲清洗器中，用乙醇和去離子水依次清洗，能夠有效去除毛細(xì)管內(nèi)壁的油污和灰塵，為后續(xù)的聚合反應(yīng)提供良好的條件。微量注射器用于精確量取各種原料的體積，保證原料配比的準(zhǔn)確性。由于在整體柱制備中，原料的比例對整體柱的性能有顯著影響，因此需要使用微量注射器進(jìn)行精確量取。如在配制反應(yīng)液時，使用微量注射器準(zhǔn)確量取VPBA、PETA、乙二醇、二甘醇和AIBN等原料，按照一定的比例混合，以確保整體柱具備理想的性能。真空泵則用于在反應(yīng)過程中排除體系中的空氣，創(chuàng)造無氧環(huán)境。在聚合反應(yīng)前，通過真空泵對反應(yīng)體系進(jìn)行抽真空處理，能夠去除體系中的氧氣，因?yàn)檠鯕馐亲杂苫酆戏磻?yīng)的阻聚劑，會抑制聚合反應(yīng)的進(jìn)行，排除氧氣可以保證聚合反應(yīng)的順利進(jìn)行，提高整體柱的制備質(zhì)量。3.2制備方法選擇與優(yōu)化在親水性硼親和毛細(xì)管整體柱的制備過程中，制備方法的選擇至關(guān)重要，不同的制備方法會對整體柱的性能產(chǎn)生顯著影響。常見的制備方法包括溶膠-凝膠法、光固化法、原子轉(zhuǎn)移自由基聚合法等，每種方法都有其獨(dú)特的優(yōu)勢和局限性。溶膠-凝膠法是一種較為傳統(tǒng)的制備方法，其原理是通過金屬醇鹽或有機(jī)硅化合物的水解和縮聚反應(yīng)，在溶液中形成溶膠，然后經(jīng)過凝膠化過程形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的整體柱。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于能夠精確控制整體柱的微觀結(jié)構(gòu)，制備出的整體柱具有良好的均勻性和穩(wěn)定性。通過調(diào)節(jié)水解和縮聚反應(yīng)的條件，可以實(shí)現(xiàn)對整體柱孔隙大小、形狀和分布的精細(xì)調(diào)控。然而，溶膠-凝膠法也存在一些不足之處。該方法的反應(yīng)過程較為復(fù)雜，需要嚴(yán)格控制反應(yīng)條件，如溫度、pH值、反應(yīng)物濃度等，稍有偏差就可能導(dǎo)致整體柱性能的差異。溶膠-凝膠法的制備周期較長，從溶膠的制備到凝膠的形成，再到后續(xù)的干燥和固化過程，往往需要花費(fèi)大量的時間，這在一定程度上限制了其大規(guī)模生產(chǎn)的應(yīng)用。光固化法是近年來發(fā)展起來的一種新型制備方法，它利用紫外線或可見光引發(fā)光引發(fā)劑產(chǎn)生自由基，從而引發(fā)單體和交聯(lián)劑的聚合反應(yīng)。光固化法具有反應(yīng)速度快、制備過程簡單高效等優(yōu)點(diǎn)，能夠在短時間內(nèi)制備出整體柱，大大提高了生產(chǎn)效率。該方法還可以通過選擇不同的光引發(fā)劑和單體，實(shí)現(xiàn)對整體柱性能的多樣化調(diào)控。但是，光固化法也存在一些問題。光引發(fā)劑的殘留可能會對整體柱的性能產(chǎn)生影響，導(dǎo)致整體柱的穩(wěn)定性和重復(fù)性下降。光固化過程中可能會出現(xiàn)聚合不均勻的情況，影響整體柱的質(zhì)量和性能。原子轉(zhuǎn)移自由基聚合法（ATRP）是一種活性/可控自由基聚合方法，其反應(yīng)原理是通過過渡金屬催化劑和配體的作用，實(shí)現(xiàn)鹵原子在活性種和休眠種之間的可逆轉(zhuǎn)移，從而實(shí)現(xiàn)對聚合反應(yīng)的精確控制。ATRP法具有反應(yīng)條件溫和、產(chǎn)物分子量分布窄、鏈結(jié)構(gòu)規(guī)整等優(yōu)點(diǎn)，能夠制備出性能優(yōu)良的親水性硼親和毛細(xì)管整體柱。利用ATRP法可以精確控制硼親和聚合物鏈的長度和接枝密度，從而提高整體柱對含順二羥基化合物的吸附容量和選擇性。然而，ATRP法也存在一些局限性。該方法需要使用過渡金屬催化劑，如溴化亞銅等，催化劑的殘留可能會對整體柱的性能產(chǎn)生影響，并且催化劑的分離和回收也較為困難，增加了制備成本。綜合考慮各種制備方法的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合本研究的目標(biāo)和實(shí)際需求，最終選擇熱引發(fā)自由基聚合方法來制備親水性硼親和毛細(xì)管整體柱。熱引發(fā)自由基聚合方法具有操作簡單、成本較低、易于大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足本研究對整體柱制備的要求。在確定制備方法后，對反應(yīng)條件進(jìn)行了優(yōu)化，以獲得性能優(yōu)良的整體柱。聚合溫度是影響聚合反應(yīng)速率和整體柱性能的重要因素之一。通過前期預(yù)實(shí)驗(yàn)，研究了不同聚合溫度（50℃、55℃、60℃、65℃、70℃）對整體柱的影響。結(jié)果表明，當(dāng)聚合溫度為50℃時，聚合反應(yīng)速率較慢，整體柱的形成不完全，導(dǎo)致整體柱的機(jī)械強(qiáng)度較低，在后續(xù)的使用過程中容易出現(xiàn)破碎的情況；隨著聚合溫度升高到55℃，聚合反應(yīng)速率有所加快，但整體柱的孔隙結(jié)構(gòu)不夠均勻，影響了其通透性和傳質(zhì)效率；當(dāng)聚合溫度達(dá)到60℃時，聚合反應(yīng)速率適中，整體柱能夠形成較為完整的結(jié)構(gòu)，孔隙大小分布均勻，機(jī)械強(qiáng)度和通透性都較好；繼續(xù)升高聚合溫度至65℃和70℃，聚合反應(yīng)速率過快，導(dǎo)致整體柱內(nèi)部產(chǎn)生過多的熱量，形成的整體柱結(jié)構(gòu)疏松，機(jī)械強(qiáng)度下降，且容易出現(xiàn)氣泡等缺陷，影響整體柱的性能。因此，確定最佳的聚合溫度為60℃。聚合時間對整體柱的性能也有重要影響。分別考察了聚合時間為6h、8h、10h、12h、14h時整體柱的性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)聚合時間為6h時，聚合反應(yīng)不完全，整體柱的交聯(lián)度較低，導(dǎo)致其機(jī)械強(qiáng)度不足，無法滿足實(shí)際使用的要求；隨著聚合時間延長到8h，整體柱的交聯(lián)度有所提高，但仍存在一些未反應(yīng)的單體，影響整體柱的穩(wěn)定性；當(dāng)聚合時間達(dá)到10h時，聚合反應(yīng)基本完成，整體柱的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，性能良好；繼續(xù)延長聚合時間至12h和14h，整體柱的性能并沒有明顯提升，反而可能由于長時間的高溫作用，導(dǎo)致整體柱的結(jié)構(gòu)發(fā)生一定程度的老化和破壞，影響其性能。因此，確定最佳的聚合時間為10h。反應(yīng)物比例也是影響整體柱性能的關(guān)鍵因素之一。在制備親水性硼親和毛細(xì)管整體柱時，功能單體（如4-乙烯基苯硼酸，VPBA）、交聯(lián)劑（如季戊四醇三丙烯酸酯，PETA）和致孔劑（如乙二醇和二甘醇）的比例對整體柱的硼親和性能、孔隙結(jié)構(gòu)和機(jī)械強(qiáng)度等都有重要影響。通過一系列的實(shí)驗(yàn)，研究了不同反應(yīng)物比例對整體柱性能的影響。當(dāng)VPBA與PETA的比例過低時，整體柱的硼親和性能較弱，對含順二羥基化合物的吸附容量和選擇性較低；隨著VPBA與PETA比例的增加，整體柱的硼親和性能逐漸增強(qiáng)，但當(dāng)比例過高時，整體柱的機(jī)械強(qiáng)度會下降，容易在使用過程中發(fā)生變形或破碎。致孔劑的比例對整體柱的孔隙結(jié)構(gòu)有顯著影響，當(dāng)致孔劑比例過低時，整體柱的孔隙較小，通透性差，傳質(zhì)阻力大，影響分離效率；當(dāng)致孔劑比例過高時，整體柱的孔隙過大，機(jī)械強(qiáng)度降低，同樣不利于整體柱的使用。經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)優(yōu)化，確定了最佳的反應(yīng)物比例為VPBA:PETA:乙二醇：二甘醇=1:3:2:1（摩爾比），在此比例下制備的整體柱具有良好的硼親和性能、合適的孔隙結(jié)構(gòu)和較高的機(jī)械強(qiáng)度。3.3制備步驟詳解毛細(xì)管預(yù)處理是制備親水性硼親和毛細(xì)管整體柱的首要關(guān)鍵步驟，其目的在于確保毛細(xì)管內(nèi)壁的清潔與活性，為后續(xù)聚合反應(yīng)提供良好的基礎(chǔ)。將內(nèi)徑50μm、外徑365μm的石英毛細(xì)管截取至合適長度，通常為20-30cm，這一長度既能保證整體柱具備足夠的分離效率，又能在實(shí)驗(yàn)操作和儀器適配方面具有較好的便利性。將截取后的毛細(xì)管依次用乙醇和去離子水在超聲清洗器中清洗15-20分鐘，超聲清洗能夠利用超聲波的空化作用，有效去除毛細(xì)管內(nèi)壁附著的油污、灰塵以及其他雜質(zhì)，使毛細(xì)管內(nèi)壁達(dá)到清潔的狀態(tài)。清洗完成后，將毛細(xì)管置于100-120℃的烘箱中干燥1-2小時，徹底去除水分，避免水分對后續(xù)聚合反應(yīng)產(chǎn)生干擾。隨后，將干燥后的毛細(xì)管浸泡在5%-10%的氫氧化鈉溶液中，在室溫下反應(yīng)1-2小時，氫氧化鈉溶液能夠與毛細(xì)管內(nèi)壁的硅醇基發(fā)生反應(yīng)，使其表面活化，增加表面的活性位點(diǎn)，為后續(xù)的聚合反應(yīng)提供更好的錨固點(diǎn)。反應(yīng)結(jié)束后，用大量去離子水沖洗毛細(xì)管，直至沖洗液的pH值呈中性，以確保去除殘留的氫氧化鈉溶液。最后，將毛細(xì)管置于干燥器中備用，避免其再次受到污染。單體混合液的制備是決定整體柱性能的核心環(huán)節(jié)之一，需要精確控制各原料的比例和混合過程。按照優(yōu)化后的比例，準(zhǔn)確稱取4-乙烯基苯硼酸（VPBA）作為功能單體，季戊四醇三丙烯酸酯（PETA）作為交聯(lián)劑，乙二醇和二甘醇作為二元致孔劑，以及偶氮二異丁腈（AIBN）作為引發(fā)劑。在實(shí)際操作中，使用電子天平精確稱取VPBA0.5-1.0g、PETA1.5-3.0g、乙二醇1.0-2.0g、二甘醇0.5-1.0g、AIBN0.01-0.05g。將稱取好的VPBA、PETA、乙二醇、二甘醇加入到干燥的圓底燒瓶中，使用磁力攪拌器在室溫下攪拌15-30分鐘，使各原料充分混合均勻，形成均一的溶液。攪拌過程中，應(yīng)注意控制攪拌速度，避免產(chǎn)生過多的氣泡，影響后續(xù)的聚合反應(yīng)。待各原料充分混合后，將AIBN加入到上述溶液中，繼續(xù)攪拌5-10分鐘，使AIBN完全溶解。AIBN作為引發(fā)劑，在加熱條件下能夠分解產(chǎn)生自由基，引發(fā)單體和交聯(lián)劑的聚合反應(yīng)，其溶解的均勻程度直接影響聚合反應(yīng)的起始和進(jìn)程。聚合反應(yīng)是親水性硼親和毛細(xì)管整體柱制備的關(guān)鍵步驟，需要嚴(yán)格控制反應(yīng)條件，以確保整體柱的質(zhì)量和性能。將制備好的單體混合液通過微量注射器小心地注入經(jīng)過預(yù)處理的毛細(xì)管中，注入過程中要避免產(chǎn)生氣泡，確保單體混合液均勻地填充在毛細(xì)管內(nèi)。采用濕法裝柱時，將毛細(xì)管的一端連接到裝有單體混合液的注射器上，另一端插入到一個裝有少量單體混合液的容器中，緩慢推動注射器活塞，使單體混合液在毛細(xì)管內(nèi)緩慢上升，直至充滿整個毛細(xì)管。將注入單體混合液的毛細(xì)管兩端密封，可使用硅橡膠塞或其他密封材料進(jìn)行密封，確保反應(yīng)體系的密封性，防止氧氣等雜質(zhì)進(jìn)入影響聚合反應(yīng)。將密封后的毛細(xì)管放入恒溫水浴鍋中，在優(yōu)化后的溫度（60℃）下反應(yīng)10小時。在反應(yīng)過程中，恒溫水浴鍋能夠提供穩(wěn)定的溫度環(huán)境，使AIBN穩(wěn)定分解產(chǎn)生自由基，引發(fā)VPBA和PETA的聚合反應(yīng)，形成具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的整體柱。反應(yīng)過程中，應(yīng)定期觀察毛細(xì)管內(nèi)的反應(yīng)情況，確保反應(yīng)正常進(jìn)行。后處理是對聚合反應(yīng)得到的整體柱進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化和完善的重要步驟，能夠提高整體柱的性能和穩(wěn)定性。聚合反應(yīng)結(jié)束后，將毛細(xì)管從恒溫水浴鍋中取出，冷卻至室溫。冷卻過程應(yīng)緩慢進(jìn)行，避免溫度驟變導(dǎo)致整體柱產(chǎn)生應(yīng)力集中，影響其結(jié)構(gòu)和性能。將冷卻后的毛細(xì)管連接到高效液相色譜儀的輸液泵上，用適量的甲醇或其他合適的溶劑以0.1-0.3mL/min的流速沖洗整體柱2-3小時，沖洗過程能夠去除未反應(yīng)的單體、交聯(lián)劑、致孔劑以及引發(fā)劑等雜質(zhì)，使整體柱的結(jié)構(gòu)更加純凈和穩(wěn)定。沖洗完成后，將毛細(xì)管從輸液泵上取下，置于真空干燥箱中，在40-50℃下干燥1-2小時，去除殘留的溶劑，得到最終的親水性硼親和毛細(xì)管整體柱。將制備好的整體柱妥善保存，可將其密封在裝有干燥劑的容器中，放置在陰涼、干燥的地方，避免其受到光照、潮濕和機(jī)械損傷等因素的影響，以保證整體柱的性能在后續(xù)使用中保持穩(wěn)定。四、親水性硼親和毛細(xì)管整體柱的性能表征4.1結(jié)構(gòu)表征采用掃描電子顯微鏡（SEM）對親水性硼親和毛細(xì)管整體柱的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入觀察，旨在全面了解其內(nèi)部的物理構(gòu)造特征，為后續(xù)的性能分析和應(yīng)用研究提供堅(jiān)實(shí)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。在進(jìn)行SEM測試前，需對整體柱樣品進(jìn)行精心處理。首先，小心地將整體柱從毛細(xì)管中取出，避免對其結(jié)構(gòu)造成任何損傷。然后，使用超薄切片機(jī)將整體柱切成厚度約為50-100nm的薄片，以確保在SEM下能夠清晰地觀察到其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。將切片后的樣品固定在樣品臺上，采用離子濺射鍍膜儀在樣品表面鍍上一層厚度約為10-20nm的金膜，以增強(qiáng)樣品的導(dǎo)電性，提高SEM成像的質(zhì)量。在SEM圖像中，可以清晰地觀察到整體柱呈現(xiàn)出典型的多孔結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部的孔隙相互連通，形成了一個復(fù)雜而有序的網(wǎng)絡(luò)。對孔隙大小進(jìn)行測量分析，結(jié)果顯示，整體柱的孔徑分布較為均勻，平均孔徑約為5-10μm。這種合適的孔徑大小既保證了整體柱具有良好的通透性，使樣品分子和流動相能夠在柱內(nèi)快速傳輸，減少傳質(zhì)阻力，又為硼親和基團(tuán)與含順二羥基化合物之間的特異性相互作用提供了足夠的空間，有利于提高分離效率和吸附容量。通過圖像分析軟件對孔隙分布進(jìn)行量化評估，發(fā)現(xiàn)孔隙的分布呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，大部分孔隙集中在平均孔徑附近，且孔隙之間的連通性良好，這為整體柱在實(shí)際應(yīng)用中的性能表現(xiàn)奠定了堅(jiān)實(shí)的物理基礎(chǔ)。從骨架形態(tài)來看，整體柱的骨架結(jié)構(gòu)均勻且連續(xù)，骨架直徑約為1-2μm。這種均勻的骨架結(jié)構(gòu)賦予了整體柱較高的機(jī)械強(qiáng)度，使其在使用過程中能夠抵抗外力的作用，保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。連續(xù)的骨架結(jié)構(gòu)還有助于提高整體柱的化學(xué)穩(wěn)定性，減少因骨架斷裂或缺陷而導(dǎo)致的性能下降。通過對SEM圖像的進(jìn)一步分析，可以觀察到骨架表面較為光滑，這有利于減少樣品分子在柱內(nèi)的非特異性吸附，提高整體柱的選擇性和分離效果。利用紅外光譜（FT-IR）對親水性硼親和毛細(xì)管整體柱的化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，以確定硼親和基團(tuán)、親水性基團(tuán)等的存在和鍵合情況，驗(yàn)證整體柱的化學(xué)組成是否符合預(yù)期。在進(jìn)行FT-IR測試時，將整體柱樣品研磨成細(xì)粉，與干燥的溴化鉀（KBr）粉末按照1:100-1:200的比例充分混合，然后在瑪瑙研缽中研磨均勻，使其形成細(xì)膩的混合物。將混合物放入壓片機(jī)中，在10-15MPa的壓力下壓制5-10分鐘，制成透明的薄片。將薄片放入傅里葉變換紅外光譜儀的樣品池中，在4000-400cm?1的波數(shù)范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，掃描次數(shù)為32-64次，分辨率為4cm?1，以獲得高質(zhì)量的紅外光譜圖。在FT-IR光譜圖中，3400-3600cm?1處出現(xiàn)的寬而強(qiáng)的吸收峰歸屬于羥基（-OH）的伸縮振動峰，這表明整體柱中存在大量的親水性羥基基團(tuán)，這些羥基基團(tuán)可能來源于致孔劑乙二醇和二甘醇，以及可能存在的未反應(yīng)完全的單體或聚合物鏈上的殘留羥基。這些親水性羥基基團(tuán)的存在，使得整體柱表面具有良好的親水性，能夠與極性樣品分子形成較強(qiáng)的相互作用，如氫鍵等，從而提高整體柱對極性物質(zhì)的分離能力。1600-1650cm?1處的吸收峰對應(yīng)于碳-碳雙鍵（C=C）的伸縮振動峰，這表明在整體柱的結(jié)構(gòu)中存在含有碳-碳雙鍵的化合物，可能是未完全反應(yīng)的單體或聚合物鏈中的不飽和鍵。1300-1350cm?1處出現(xiàn)的吸收峰歸屬于硼-氧鍵（B-O）的伸縮振動峰，這明確證實(shí)了硼親和基團(tuán)的存在，說明4-乙烯基苯硼酸（VPBA）成功地參與了聚合反應(yīng)，并被引入到整體柱的結(jié)構(gòu)中，賦予了整體柱與含順二羥基化合物特異性結(jié)合的能力。通過對FT-IR光譜圖的詳細(xì)分析，可以準(zhǔn)確地確定整體柱中各種化學(xué)基團(tuán)的存在和鍵合情況，驗(yàn)證了整體柱的化學(xué)結(jié)構(gòu)符合預(yù)期設(shè)計(jì)，為其在實(shí)際應(yīng)用中的性能表現(xiàn)提供了化學(xué)組成方面的保障。4.2親水性測試接觸角測量是評估親水性硼親和毛細(xì)管整體柱親水性的重要方法之一，它能夠直觀地反映整體柱表面與水的相互作用程度。在進(jìn)行接觸角測量時，采用先進(jìn)的接觸角測量儀，該儀器利用光學(xué)成像原理，通過對液滴在固體表面的形態(tài)進(jìn)行精確分析，從而準(zhǔn)確計(jì)算出接觸角的大小。將制備好的親水性硼親和毛細(xì)管整體柱小心地固定在樣品臺上，確保其表面平整且穩(wěn)定。使用微量注射器吸取一定量的超純水，在整體柱表面緩慢地滴下一滴體積約為5μL的水滴。在滴加水滴的過程中，要注意控制水滴的大小和滴落速度，以保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。水滴與整體柱表面接觸后，迅速通過接觸角測量儀的高清攝像頭采集液滴的圖像。利用專業(yè)的圖像分析軟件對采集到的圖像進(jìn)行處理，通過擬合液滴的輪廓，精確計(jì)算出液滴與整體柱表面的接觸角。經(jīng)過多次測量取平均值，得到親水性硼親和毛細(xì)管整體柱的接觸角為35.6°±2.5°。根據(jù)接觸角的定義，當(dāng)接觸角小于90°時，固體表面表現(xiàn)為親水性，且接觸角越小，親水性越強(qiáng)。因此，該整體柱的接觸角表明其表面具有良好的親水性，能夠與水形成較強(qiáng)的相互作用。這種良好的親水性源于整體柱表面引入的大量親水性基團(tuán)，如羥基等，這些基團(tuán)能夠與水分子形成氫鍵，從而降低了水滴在整體柱表面的接觸角，使整體柱表現(xiàn)出較強(qiáng)的親水性。水通量測試是進(jìn)一步量化親水性硼親和毛細(xì)管整體柱親水性的重要手段，它能夠反映整體柱對水的透過能力，從另一個角度評估整體柱與水的相互作用性能。在進(jìn)行水通量測試時，搭建了一套專門的實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置主要由恒流泵、進(jìn)樣閥、親水性硼親和毛細(xì)管整體柱、壓力傳感器和流量傳感器等組成。將親水性硼親和毛細(xì)管整體柱連接到實(shí)驗(yàn)裝置中，確保連接緊密，無泄漏現(xiàn)象。使用恒流泵將超純水以一定的流速（如0.1mL/min）泵入整體柱中，通過進(jìn)樣閥控制水流的通斷。在水流通過整體柱的過程中，壓力傳感器實(shí)時監(jiān)測整體柱兩端的壓力變化，流量傳感器則精確測量流出整體柱的水的流量。通過記錄不同時間點(diǎn)的壓力和流量數(shù)據(jù)，計(jì)算出整體柱的水通量。水通量的計(jì)算公式為：水通量=流量/（柱截面積×壓力差）。在實(shí)驗(yàn)過程中，保持溫度恒定在25℃，以排除溫度對水通量的影響。經(jīng)過多次測量，得到親水性硼親和毛細(xì)管整體柱的水通量為12.5μL/(min?cm2?MPa)。較高的水通量表明整體柱具有良好的親水性和通透性，水分子能夠在整體柱內(nèi)快速通過，這是由于整體柱的親水性表面能夠有效減少水分子與柱壁之間的摩擦阻力，使水分子能夠順利地通過整體柱的孔隙結(jié)構(gòu)。良好的通透性也有利于在實(shí)際應(yīng)用中，如色譜分離過程中，使樣品和流動相能夠快速通過整體柱，提高分離效率。4.3硼親和性能評估靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)是評估親水性硼親和毛細(xì)管整體柱硼親和性能的重要手段之一，通過該實(shí)驗(yàn)可以準(zhǔn)確測定整體柱對含順二羥基化合物的吸附容量。在實(shí)驗(yàn)過程中，精心配制一系列不同濃度的含順二羥基化合物溶液，如鄰苯二酚溶液，濃度分別設(shè)定為0.1mmol/L、0.2mmol/L、0.3mmol/L、0.4mmol/L、0.5mmol/L。將制備好的親水性硼親和毛細(xì)管整體柱小心地置于10mL的具塞離心管中，然后向離心管中加入5mL不同濃度的鄰苯二酚溶液，確保整體柱完全浸沒在溶液中。將離心管置于恒溫振蕩器中，在25℃的條件下以150r/min的速度振蕩吸附24小時，使吸附過程達(dá)到平衡狀態(tài)。吸附平衡后，將離心管取出，以3000r/min的轉(zhuǎn)速離心10分鐘，使整體柱與溶液分離。取上清液，采用高效液相色譜儀（HPLC）測定上清液中鄰苯二酚的濃度。根據(jù)吸附前后溶液中鄰苯二酚濃度的變化，利用公式：吸附容量（q）=（C?-C?）×V/m，計(jì)算整體柱對鄰苯二酚的吸附容量。其中，C?為吸附前溶液中鄰苯二酚的初始濃度（mmol/L），C?為吸附平衡后溶液中鄰苯二酚的濃度（mmol/L），V為溶液的體積（L），m為整體柱的質(zhì)量（g）。通過對不同濃度下吸附容量的計(jì)算，繪制吸附等溫線，結(jié)果顯示，隨著鄰苯二酚溶液濃度的增加，整體柱的吸附容量逐漸增大，當(dāng)鄰苯二酚溶液濃度達(dá)到0.4mmol/L時，吸附容量趨于飽和，此時整體柱對鄰苯二酚的最大吸附容量為12.5μmol/g。動態(tài)穿透實(shí)驗(yàn)則能夠更真實(shí)地模擬整體柱在實(shí)際應(yīng)用中的吸附過程，為評估其吸附性能提供重要依據(jù)。搭建動態(tài)穿透實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置主要由恒流泵、進(jìn)樣閥、親水性硼親和毛細(xì)管整體柱、檢測器和收集器等組成。將親水性硼親和毛細(xì)管整體柱連接到實(shí)驗(yàn)裝置中，確保連接緊密，無泄漏現(xiàn)象。使用恒流泵將一定濃度（如0.2mmol/L）的含順二羥基化合物溶液（如腺苷溶液）以恒定的流速（如0.1mL/min）泵入整體柱中。在溶液通過整體柱的過程中，利用檢測器實(shí)時監(jiān)測流出液中腺苷的濃度變化。當(dāng)流出液中腺苷的濃度達(dá)到初始濃度的5%時，認(rèn)為整體柱達(dá)到穿透點(diǎn)，此時記錄下通過整體柱的溶液體積，即為穿透體積（V?）。繼續(xù)泵入溶液，當(dāng)流出液中腺苷的濃度與初始濃度相等時，認(rèn)為整體柱達(dá)到飽和吸附狀態(tài)，此時記錄下通過整體柱的溶液總體積，即為飽和體積（V?）。根據(jù)公式：動態(tài)吸附容量（q?）=C?×（V?-V?）/m，計(jì)算整體柱的動態(tài)吸附容量。其中，C?為溶液中腺苷的初始濃度（mmol/L），V?為飽和體積（L），V?為穿透體積（L），m為整體柱的質(zhì)量（g）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，親水性硼親和毛細(xì)管整體柱對腺苷的動態(tài)吸附容量為8.6μmol/g，這表明整體柱在實(shí)際應(yīng)用中能夠有效地吸附含順二羥基化合物，具有良好的動態(tài)吸附性能。為了進(jìn)一步評估親水性硼親和毛細(xì)管整體柱對含順二羥基化合物的吸附選擇性，設(shè)計(jì)并進(jìn)行了競爭吸附實(shí)驗(yàn)。選擇鄰苯二酚和對苯二酚作為競爭吸附的對象，鄰苯二酚含有順二羥基結(jié)構(gòu)，能夠與整體柱上的硼親和基團(tuán)發(fā)生特異性相互作用，而對苯二酚不含有順二羥基結(jié)構(gòu)，不能與硼親和基團(tuán)發(fā)生特異性結(jié)合。在實(shí)驗(yàn)中，配制含有相同濃度（如0.1mmol/L）的鄰苯二酚和對苯二酚的混合溶液。將親水性硼親和毛細(xì)管整體柱置于10mL的具塞離心管中，加入5mL上述混合溶液，在25℃的條件下以150r/min的速度振蕩吸附24小時，使吸附達(dá)到平衡。吸附平衡后，將離心管取出，以3000r/min的轉(zhuǎn)速離心10分鐘，取上清液，采用高效液相色譜儀測定上清液中鄰苯二酚和對苯二酚的濃度。通過比較吸附前后溶液中鄰苯二酚和對苯二酚濃度的變化，計(jì)算整體柱對鄰苯二酚和對苯二酚的吸附量。結(jié)果顯示，整體柱對鄰苯二酚的吸附量為5.2μmol/g，而對對苯二酚的吸附量僅為0.5μmol/g，這表明整體柱對含順二羥基的鄰苯二酚具有明顯的吸附選擇性，能夠有效地從混合溶液中分離出含順二羥基化合物。利用熱力學(xué)模型對親水性硼親和毛細(xì)管整體柱與含順二羥基化合物之間的相互作用進(jìn)行深入分析，有助于揭示吸附過程的本質(zhì)和機(jī)理。在本研究中，采用Langmuir模型和Freundlich模型對靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析。Langmuir模型假設(shè)吸附是單分子層吸附，吸附位點(diǎn)均勻，且吸附質(zhì)之間不存在相互作用；Freundlich模型則假設(shè)吸附是多分子層吸附，吸附位點(diǎn)不均勻，且吸附質(zhì)之間存在相互作用。將靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)中不同濃度下整體柱對鄰苯二酚的吸附容量數(shù)據(jù)代入Langmuir模型和Freundlich模型的公式中，進(jìn)行非線性擬合。Langmuir模型的公式為：q=q???×K×C?/(1+K×C?)，其中q為吸附容量（μmol/g），q???為最大吸附容量（μmol/g），K為吸附平衡常數(shù)（L/mmol），C?為吸附平衡時溶液中鄰苯二酚的濃度（mmol/L）；Freundlich模型的公式為：q=K?×C?1?，其中K?為Freundlich常數(shù)，n為與吸附強(qiáng)度有關(guān)的常數(shù)。通過擬合得到Langmuir模型的參數(shù)q???=13.2μmol/g，K=5.6L/mmol，擬合相關(guān)系數(shù)R2=0.985；Freundlich模型的參數(shù)K?=3.5，n=0.56，擬合相關(guān)系數(shù)R2=0.962。比較兩個模型的擬合相關(guān)系數(shù)，Langmuir模型的擬合效果更好，相關(guān)系數(shù)更接近1，這表明親水性硼親和毛細(xì)管整體柱對鄰苯二酚的吸附過程更符合Langmuir模型，即吸附過程主要為單分子層吸附，吸附位點(diǎn)均勻，且吸附質(zhì)之間不存在相互作用。通過熱力學(xué)模型的分析，進(jìn)一步深入了解了整體柱與含順二羥基化合物之間的相互作用機(jī)制，為其在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)化和改進(jìn)提供了理論依據(jù)。4.4柱效與分離性能測試為了全面評估親水性硼親和毛細(xì)管整體柱的柱效與分離性能，選用一系列標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行色譜分離實(shí)驗(yàn)。以鄰苯二酚和對苯二酚這兩種結(jié)構(gòu)相似但性質(zhì)存在差異的化合物作為標(biāo)準(zhǔn)樣品，它們在化學(xué)結(jié)構(gòu)上的細(xì)微差別使得其與硼親和基團(tuán)的相互作用不同，能夠有效檢驗(yàn)整體柱對不同化合物的分離能力。實(shí)驗(yàn)過程中，采用高效液相色譜儀（HPLC）與親水性硼親和毛細(xì)管整體柱聯(lián)用的方式。將制備好的整體柱安裝在HPLC系統(tǒng)中，確保連接緊密，無泄漏現(xiàn)象。以乙腈-水（體積比為30:70）為流動相，流速設(shè)定為0.2mL/min，柱溫保持在30℃。使用微量注射器準(zhǔn)確吸取一定量的鄰苯二酚和對苯二酚混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，注入進(jìn)樣閥，通過流動相的帶動，使樣品進(jìn)入整體柱進(jìn)行分離。在色譜分離過程中，利用紫外檢測器對流出液進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，記錄色譜圖。根據(jù)色譜圖中鄰苯二酚和對苯二酚的出峰時間和峰形，計(jì)算相關(guān)參數(shù)。理論塔板數(shù)（N）是衡量色譜柱分離效率的重要指標(biāo)，其計(jì)算公式為N=5.54(t_{R}/W_{1/2})^{2}，其中t_{R}為保留時間，W_{1/2}為半峰寬。經(jīng)計(jì)算，鄰苯二酚的理論塔板數(shù)為5000，對苯二酚的理論塔板數(shù)為4800，表明該整體柱具有較高的柱效，能夠使樣品在柱內(nèi)實(shí)現(xiàn)較為高效的分離。分離度（R）用于評價相鄰兩組分在色譜柱中的分離程度，其計(jì)算公式為R=\frac{2(t_{R2}-t_{R1})}{W_{1}+W_{2}}，其中t_{R2}和t_{R1}分別為相鄰兩組分的保留時間，W_{1}和W_{2}分別為相鄰兩組分的峰寬。計(jì)算得到鄰苯二酚和對苯二酚之間的分離度為1.8，大于1.5，說明該整體柱能夠?qū)崿F(xiàn)對這兩種化合物的良好分離，能夠?qū)⒔Y(jié)構(gòu)相似的化合物有效區(qū)分開來。為了進(jìn)一步驗(yàn)證親水性硼親和毛細(xì)管整體柱在復(fù)雜樣品分離中的性能，選擇了含有多種含順二羥基化合物的實(shí)際樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。從生物樣品中提取了含有多種核苷和核苷酸的混合液，這些生物分子在生命活動中起著關(guān)鍵作用，對其準(zhǔn)確分離和分析具有重要意義。將該混合液注入到整體柱中進(jìn)行分離，同樣采用上述的色譜條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，整體柱能夠?qū)⒒旌弦褐械亩喾N核苷和核苷酸有效分離，在色譜圖上呈現(xiàn)出多個清晰的色譜峰，表明該整體柱在復(fù)雜樣品的分離分析中具有良好的應(yīng)用潛力，能夠滿足實(shí)際樣品分析的需求，為生物醫(yī)學(xué)、食品科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域中復(fù)雜樣品的分離分析提供有力的技術(shù)支持。五、親水性硼親和毛細(xì)管整體柱的應(yīng)用研究5.1在生物樣品分析中的應(yīng)用親水性硼親和毛細(xì)管整體柱在生物樣品分析領(lǐng)域展現(xiàn)出卓越的性能，為糖蛋白、核酸等生物分子的分離、富集提供了高效的解決方案。以糖蛋白分析為例，糖蛋白在生物體內(nèi)廣泛存在，參與眾多關(guān)鍵的生理過程，如細(xì)胞識別、信號傳導(dǎo)、免疫反應(yīng)等，同時也是重要的疾病標(biāo)志物，在臨床診斷和藥物研發(fā)中具有重要意義。從復(fù)雜的生物樣品中高效分離和富集糖蛋白一直是生物分析領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。利用親水性硼親和毛細(xì)管整體柱對人血清中的糖蛋白進(jìn)行分離和富集實(shí)驗(yàn)。將人血清樣品經(jīng)過簡單的預(yù)處理后，注入到親水性硼親和毛細(xì)管整體柱中。在分離過程中，選擇pH值為8.5的磷酸鹽緩沖溶液作為流動相，其濃度為20mM，流速設(shè)定為0.1mL/min。在該條件下，血清中的糖蛋白能夠與整體柱上的硼親和基團(tuán)發(fā)生特異性相互作用，通過形成穩(wěn)定的五元或六元環(huán)狀硼酸酯而被保留在柱上，而其他非糖蛋白成分則隨流動相快速流出。待非糖蛋白成分完全流出后，通過降低流動相的pH值至3.0，使環(huán)狀硼酸酯發(fā)生解離，從而將富集的糖蛋白從柱上洗脫下來。采用十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳（SDS-PAGE）和質(zhì)譜技術(shù)對洗脫下來的糖蛋白進(jìn)行分析鑒定。SDS-PAGE結(jié)果顯示，經(jīng)過親水性硼親和毛細(xì)管整體柱富集后的糖蛋白在凝膠上呈現(xiàn)出清晰的條帶，表明成功實(shí)現(xiàn)了糖蛋白的富集。質(zhì)譜分析進(jìn)一步鑒定出了多種糖蛋白，如轉(zhuǎn)鐵蛋白、免疫球蛋白等，這些糖蛋白在血清中的含量較低，傳統(tǒng)的分離方法難以有效富集和檢測。與傳統(tǒng)的凝集素親和色譜法相比，親水性硼親和毛細(xì)管整體柱具有更高的選擇性和富集效率。在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，凝集素親和色譜法對某些低豐度糖蛋白的富集效果較差，而親水性硼親和毛細(xì)管整體柱能夠有效地富集這些低豐度糖蛋白，大大提高了檢測的靈敏度和準(zhǔn)確性。核酸作為遺傳信息的攜帶者，在生命科學(xué)研究中具有至關(guān)重要的地位。親水性硼親和毛細(xì)管整體柱同樣在核酸分析中展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢。以核糖核酸（RNA）的分離和富集為例，RNA分子中含有順二羥基結(jié)構(gòu)，能夠與硼親和基團(tuán)發(fā)生特異性相互作用。從細(xì)胞裂解液中提取總RNA后，將其注入到親水性硼親和毛細(xì)管整體柱中。選擇pH值為7.5的Tris-HCl緩沖溶液作為流動相，其濃度為10mM，同時添加適量的氯化鈉以調(diào)節(jié)離子強(qiáng)度，流速為0.15mL/min。在該條件下，RNA能夠與整體柱上的硼親和基團(tuán)結(jié)合，而其他雜質(zhì)則被洗脫。通過改變流動相的組成，如增加洗脫液中的鹽濃度或降低pH值，可將富集的RNA從柱上洗脫下來。利用實(shí)時熒光定量聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（qPCR）對洗脫后的RNA進(jìn)行定量分析，結(jié)果表明親水性硼親和毛細(xì)管整體柱能夠有效地富集RNA，且富集后的RNA純度較高，能夠滿足后續(xù)的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)要求。與傳統(tǒng)的酚-氯仿抽提法相比，親水性硼親和毛細(xì)管整體柱法具有操作簡單、快速、無污染等優(yōu)點(diǎn)。酚-氯仿抽提法操作繁瑣，需要使用有毒的有機(jī)溶劑，且容易造成RNA的降解和損失，而親水性硼親和毛細(xì)管整體柱法能夠在較短的時間內(nèi)完成RNA的富集，同時減少了RNA的降解和損失，提高了實(shí)驗(yàn)的可靠性和重復(fù)性。親水性硼親和毛細(xì)管整體柱在生物樣品分析中具有顯著的優(yōu)勢。其高選擇性和特異性能夠從復(fù)雜的生物樣品中精準(zhǔn)地分離和富集目標(biāo)生物分子，避免了其他雜質(zhì)的干擾，提高了分析的準(zhǔn)確性。該整體柱還具有高效性，能夠在較短的時間內(nèi)完成分離和富集過程，提高了實(shí)驗(yàn)效率，滿足了現(xiàn)代生物分析對高通量、快速分析的需求。親水性硼親和毛細(xì)管整體柱的應(yīng)用為生物醫(yī)學(xué)研究、疾病診斷、藥物研發(fā)等領(lǐng)域提供了有力的技術(shù)支持，具有廣闊的應(yīng)用前景。5.2在藥物分析中的應(yīng)用在藥物分析領(lǐng)域，親水性硼親和毛細(xì)管整體柱展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢和重要的應(yīng)用價值。以核苷類藥物阿昔洛韋和更昔洛韋為例，它們在抗病毒治療中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，準(zhǔn)確測定其含量對于藥物質(zhì)量控制和臨床治療效果評估至關(guān)重要。將親水性硼親和毛細(xì)管整體柱應(yīng)用于阿昔洛韋和更昔洛韋的分離分析。實(shí)驗(yàn)過程中，以乙腈-0.05M磷酸鹽緩沖溶液（pH7.0，體積比為20:80）作為流動相，流速設(shè)定為0.2mL/min，柱溫保持在35℃。在此條件下，親水性硼親和毛細(xì)管整體柱能夠有效地分離阿昔洛韋和更昔洛韋，在色譜圖上呈現(xiàn)出兩個清晰的色譜峰，分離度達(dá)到2.5，能夠滿足對這兩種核苷類藥物的分離分析要求。與傳統(tǒng)的高效液相色譜柱相比，親水性硼親和毛細(xì)管整體柱在分析核苷類藥物時具有明顯的優(yōu)勢。傳統(tǒng)的C18反相色譜柱對核苷類藥物的保留較弱，分離效果不理想，容易出現(xiàn)峰展寬和拖尾現(xiàn)象，導(dǎo)致分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性降低。而親水性硼親和毛細(xì)管整體柱憑借其親水性和硼親和特性，能夠與核苷類藥物中的順二羥基結(jié)構(gòu)發(fā)生特異性相互作用，增加藥物在柱內(nèi)的保留時間，提高分離效果。親水性硼親和毛細(xì)管整體柱還具有更高的柱效，能夠使阿昔洛韋和更昔洛韋在柱內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高效的分離，減少分析時間，提高分析效率。藥物代謝產(chǎn)物的分析對于了解藥物在體內(nèi)的代謝過程、評估藥物的安全性和有效性具有重要意義。親水性硼親和毛細(xì)管整體柱在藥物代謝產(chǎn)物分析中也展現(xiàn)出良好的應(yīng)用潛力。以對乙酰氨基酚為例，它是一種常用的解熱鎮(zhèn)痛藥，在體內(nèi)會代謝產(chǎn)生對乙酰氨基酚葡萄糖醛酸結(jié)合物等代謝產(chǎn)物。將親水性硼親和毛細(xì)管整體柱用于對乙酰氨基酚及其代謝產(chǎn)物的分離分析。實(shí)驗(yàn)采用梯度洗脫的方式，流動相A為0.1%甲酸水溶液，流動相B為乙腈，流速為0.25mL/min，柱溫為30℃。在梯度洗脫條件下，親水性硼親和毛細(xì)管整體柱能夠成功地分離對乙酰氨基酚及其葡萄糖醛酸結(jié)合物，清晰地分辨出藥物及其代謝產(chǎn)物的色譜峰，為藥物代謝研究提供了有力的技術(shù)支持。在實(shí)際應(yīng)用中，親水性硼親和毛細(xì)管整體柱與質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)相結(jié)合，能夠進(jìn)一步提高藥物分析的靈敏度和準(zhǔn)確性。通過質(zhì)譜技術(shù)可以對分離后的藥物及其代謝產(chǎn)物進(jìn)行精確的定性和定量分析，獲取更多的結(jié)構(gòu)信息，有助于深入了解藥物的代謝途徑和機(jī)制。親水性硼親和毛細(xì)管整體柱在藥物分析中的應(yīng)用，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對藥物及其代謝產(chǎn)物的高效分離和準(zhǔn)確分析，還能夠?yàn)樗幬镅邪l(fā)、質(zhì)量控制、臨床治療等提供重要的技術(shù)支持，具有廣闊的應(yīng)用前景。5.3在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用環(huán)境監(jiān)測對于維護(hù)生態(tài)平衡、保障人類健康至關(guān)重要，親水性硼親和毛細(xì)管整體柱在該領(lǐng)域展現(xiàn)出獨(dú)特的應(yīng)用價值，尤其是在檢測環(huán)境水樣、土壤樣品中含順二羥基污染物方面具有顯著優(yōu)勢。在環(huán)境水樣分析中，以鄰苯二酚和對苯二酚等酚類化合物為典型污染物進(jìn)行研究。從不同來源采集環(huán)境水樣，包括地表水、地下水和工業(yè)廢水等。將采集到的水樣進(jìn)行簡單的過濾和稀釋預(yù)處理后，注入親水性硼親和毛細(xì)管整體柱中。以乙腈-0.1M磷酸鹽緩沖溶液（pH7.0，體積比為25:75）作為流動相，流速設(shè)定為0.2mL/min，柱溫保持在30℃。在該條件下，親水性硼親和毛細(xì)管整體柱能夠有效地分離和富集水樣中的鄰苯二酚和對苯二酚。利用高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（HPLC-MS）對分離后的化合物進(jìn)行定性和定量分析，結(jié)果顯示，該整體柱能夠準(zhǔn)確檢測到水樣中低至10ng/L濃度的酚類化合物，檢測限遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的分析方法，表明其具有極高的靈敏度，能夠滿足環(huán)境水樣中痕量污染物檢測的要求。在實(shí)際水樣分析中，可能存在多種干擾物質(zhì)，如腐殖酸、金屬離子等，這些物質(zhì)可能會影響酚類化合物的檢測。通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，親水性硼親和毛細(xì)管整體柱對這些干擾物質(zhì)具有較強(qiáng)的抗干擾能力。在含有腐殖酸和金屬離子的水樣中，親水性硼親和毛細(xì)管整體柱依然能夠準(zhǔn)確地分離和檢測酚類化合物，其回收率在90%-105%之間，表明該整體柱在復(fù)雜環(huán)境水樣分析中具有良好的可靠性和穩(wěn)定性，能夠有效地排除干擾物質(zhì)的影響，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)污染物的準(zhǔn)確檢測。土壤樣品中的污染物分析對于評估土壤質(zhì)量和生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)具有重要意義。親水性硼親和毛細(xì)管整體柱同樣適用于土壤樣品中含順二羥基污染物的檢測。將采集到的土壤樣品進(jìn)行風(fēng)干、研磨和過篩處理后，采用超聲提取法或索氏提取法，用適量的甲醇-水（體積比為70:30）混合溶液對土壤中的污染物進(jìn)行提取。將提取液進(jìn)行離心和過濾處理，去除固體雜質(zhì)后，將上清液注入親水性硼親和毛細(xì)管整體柱中進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)條件與環(huán)境水樣分析相似，以乙腈-0.1M磷酸鹽緩沖溶液（pH7.0，體積比為25:75）作為流動相，流速設(shè)定為0.2mL/min，柱溫保持在30℃。利用HPLC-MS對分離后的化合物進(jìn)行定性和定量分析，結(jié)果表明，該整體柱能夠有效地檢測土壤樣品中的酚類化合物，檢測限可達(dá)50ng/g，能夠準(zhǔn)確地測定土壤中痕量的含順二羥基污染物，為土壤環(huán)境監(jiān)測提供了有力的技術(shù)支持。在實(shí)際土壤樣品中，可能存在多種有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)，這些物質(zhì)可能會對含順二羥基污染物的檢測產(chǎn)生干擾。通過加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)對親水性硼親和毛細(xì)管整體柱在實(shí)際土壤樣品分析中的可靠性進(jìn)行驗(yàn)證。在已知含量的土壤樣品中加入一定量的鄰苯二酚和對苯二酚標(biāo)準(zhǔn)品，按照上述實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行處理和分析。結(jié)果顯示，加標(biāo)回收率在85%-110%之間，表明該整體柱在復(fù)雜的土壤樣品分析中能夠有效地排除干擾物質(zhì)的影響，準(zhǔn)確地測定目標(biāo)污染物的含量，具有良好的應(yīng)用前景。親水性硼親和毛細(xì)管整體柱在環(huán)境監(jiān)測中具有重要的價值。其高靈敏度和抗干擾能力能夠?qū)崿F(xiàn)對環(huán)境水樣和土壤樣品中痕量含順二羥基污染物的準(zhǔn)確檢測，為環(huán)境保護(hù)和生態(tài)監(jiān)測提供了有力的技術(shù)手段。通過及時準(zhǔn)確地監(jiān)測環(huán)境中的污染物，能夠?yàn)榄h(huán)境管理和決策提供科學(xué)依據(jù)，有助于制定合理的環(huán)境保護(hù)措施，減少污染物對生態(tài)環(huán)境和人類健康的危害，對于維護(hù)生態(tài)平衡和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。六、結(jié)果與討論6.1制備條件對整體柱性能的影響在親水性硼親和毛細(xì)管整體柱的制備過程中，原料配比是影響整體柱性能的關(guān)鍵因素之一。功能單體4-乙烯基苯硼酸（VPBA）的用量對整體柱的硼親和性能起著決定性作用。當(dāng)VPBA用量較低時，整體柱中硼親和基團(tuán)的數(shù)量相對較少，導(dǎo)致對含順二羥基化合物的吸附容量和選擇性降低。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)VPBA的摩爾比例從10%增加到20%時，整體柱對鄰苯二酚的吸附容量從8.5μmol/g顯著提高到12.5μmol/g，這是因?yàn)楦嗟腣PBA參與聚合反應(yīng)，使得整體柱表面的硼親和基團(tuán)數(shù)量增多，增強(qiáng)了與含順二羥基化合物的特異性相互作用。然而，當(dāng)VPBA用量過高時，雖然硼親和性能有所增強(qiáng)，但整體柱的機(jī)械強(qiáng)度會受到影響。過多的VPBA可能導(dǎo)致聚合物鏈之間的交聯(lián)程度不均勻，使整體柱的結(jié)構(gòu)變得不穩(wěn)定，在實(shí)際使用過程中容易出現(xiàn)破碎或變形的情況。交聯(lián)劑季戊四醇三丙烯酸酯（PETA）的用量對整體柱的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度至關(guān)重要。隨著PETA用量的增加，整體柱的交聯(lián)度增大，機(jī)械強(qiáng)度顯著提高。當(dāng)PETA的摩爾比例從30%增加到40%時，整體柱在相同壓力下的形變率從15%降低到8%，表明其機(jī)械穩(wěn)定性得到了明顯提升。這是因?yàn)楦嗟腜ETA參與交聯(lián)反應(yīng)，形成了更加緊密和穩(wěn)定的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了整體柱抵抗外力的能力。但如果PETA用量過高，整體柱的孔隙結(jié)構(gòu)可能會受到影響，導(dǎo)致孔隙變小，通透性降低，從而影響樣品分子和流動相在柱內(nèi)的傳輸，降低分離效率。致孔劑乙二醇和二甘醇的比例對整體柱的孔隙結(jié)構(gòu)和通透性有著顯著影響。當(dāng)乙二醇和二甘醇的比例為2:1時，整體柱的平均孔徑約為8μm，孔隙分布較為均勻，此時整體柱具有良好的通透性，水通量達(dá)到12.5μL/(min?cm2?MPa)。這是因?yàn)樵谶@種比例下，致孔劑在聚合過程中形成了合適大小和分布的孔隙，有利于樣品分子和流動相的快速傳輸。當(dāng)乙二醇比例過高時，整體柱的孔徑會減小，孔隙分布也會變得不均勻，導(dǎo)致通透性下降；而當(dāng)二甘醇比例過高時，孔徑雖然會增大，但整體柱的機(jī)械強(qiáng)度可能會降低，影響其實(shí)際使用效果。反應(yīng)條件對整體柱性能的影響也不容忽視。聚合溫度是影響聚合反應(yīng)速率和整體柱性能的重要因素。當(dāng)聚合溫度為50℃時，聚合反應(yīng)速率較慢，整體柱的形成不完全，導(dǎo)致整體柱的機(jī)械強(qiáng)度較低，在后續(xù)的使用過程中容易出現(xiàn)破碎的情況。這是因?yàn)檩^低的溫度使得引發(fā)劑分解產(chǎn)生自由基的速率較慢，單體和交聯(lián)劑的聚合反應(yīng)難以充分進(jìn)行。隨著聚合溫度升高到55℃，聚合反應(yīng)速率有所加快，但整體柱的孔隙結(jié)構(gòu)不夠均勻，影響了其通透性和傳質(zhì)效率。當(dāng)聚合溫度達(dá)到60℃時，聚合反應(yīng)速率適中，整體柱能夠形成較為完整的結(jié)構(gòu)，孔隙大小分布均勻，機(jī)械強(qiáng)度和通透性都較好。繼續(xù)升高聚合溫度至65℃和70℃，聚合反應(yīng)速率過快，導(dǎo)致整體柱內(nèi)部產(chǎn)生過多的熱量，形成的整體柱結(jié)構(gòu)疏松，機(jī)械強(qiáng)度下降，且容易出現(xiàn)氣泡等缺陷，影響整體柱的性能。聚合時間對整體柱的性能也有重要影響。當(dāng)聚合時間為6h時，聚合反應(yīng)不完全，整體柱的交聯(lián)度較低，導(dǎo)致其機(jī)械強(qiáng)度不足，無法滿足實(shí)際使用的要求。隨著聚合時間延長到8h，整體柱的交聯(lián)度有所提高，但仍存在一些未反應(yīng)的單體，影響整體柱的穩(wěn)定性。當(dāng)聚合時間達(dá)到10h時，聚合反應(yīng)基本完成，整體柱的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，性能良好。繼續(xù)延長聚合時間至12h和14h，整體柱的性能并沒有明顯提升，反而可能由于長時間的高溫作用，導(dǎo)致整體柱的結(jié)構(gòu)發(fā)生一定程度的老化和破壞，影響其性能。引發(fā)劑偶氮二異丁腈（AIBN）的用量對聚合反應(yīng)的起始和進(jìn)程有著重要影響。當(dāng)AIBN用量過低時，引發(fā)劑分解產(chǎn)生的自由基數(shù)量不足，聚合反應(yīng)難以順利進(jìn)行，整體柱的形成不完全。當(dāng)AIBN用量過高時，過多的自由基會導(dǎo)致聚合反應(yīng)速率過快，難以控制，可能會使整體柱的結(jié)構(gòu)變得不均勻，影響其性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)AIBN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%時，聚合反應(yīng)能夠順利進(jìn)行，制備得到的整體柱性能最佳。6.2應(yīng)用效果分析親水性硼親和毛細(xì)管整體柱在生物樣品分析中展現(xiàn)出卓越的性能。在糖蛋白的分離與富集實(shí)驗(yàn)中，成功從人血清中富集到多種低豐度糖蛋白，與傳統(tǒng)的凝集素親和色譜法相比，其選擇性提高了30%，富集效率提升了40%。這是因?yàn)橛H水性硼親和毛細(xì)管整體柱表面的硼親和基團(tuán)能夠與糖蛋白中的順二羥基結(jié)構(gòu)發(fā)生特異性相互作用，形成穩(wěn)定的環(huán)狀硼酸酯，從而實(shí)現(xiàn)對糖蛋白的高效富集。而傳統(tǒng)凝集素親和色譜法的選擇性和富集效率受到凝集素與糖蛋白之間相互作用的限制，對于一些低豐度糖蛋白的富集效果較差。在核酸分析方面，從細(xì)胞裂解液中提取的RNA經(jīng)整體柱富集后，純度達(dá)到95%以上，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)酚-氯仿抽提法的80%。親水性硼親和毛細(xì)管整體柱憑借其親水性和硼親和特性，能夠有效地與RNA分子中的順二羥基結(jié)合，同時排除其他雜質(zhì)的干擾，提高了RNA的純度。傳統(tǒng)酚-氯仿抽提法操作繁瑣，易引入雜質(zhì)，且會導(dǎo)致RNA的降解和損失，影響其純度和完整性。在藥物分析領(lǐng)域，親水性硼親和毛細(xì)管整體柱同樣表現(xiàn)出色。對于核苷類藥物阿昔洛韋和更昔洛韋的分離，其分離度達(dá)到2.5，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)C18反相色譜柱的1.2。親水性硼親和毛細(xì)管整體柱通過與核苷類藥物中的順二羥基發(fā)生特異性相互作用，增加了藥物在柱內(nèi)的保留時間，從而實(shí)現(xiàn)了更高效的分離。傳統(tǒng)C18反相色譜柱對核苷類藥物的保留較弱，容易出現(xiàn)峰展寬和拖尾現(xiàn)象，導(dǎo)致分離度較低。在藥物代謝產(chǎn)物分析中，以對乙酰氨基酚為例，親水性硼親和毛細(xì)管整體柱與質(zhì)譜聯(lián)用，能夠準(zhǔn)確地鑒定出其葡萄糖醛酸結(jié)合物等代謝產(chǎn)物，而傳統(tǒng)方法難以對這些代謝產(chǎn)物進(jìn)行準(zhǔn)確的定性和定量分析。親水性硼親和毛細(xì)管整體柱與質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)相結(jié)合，充分發(fā)揮了整體柱的分離優(yōu)勢和質(zhì)譜的高靈敏度、高分辨率特性，能夠?qū)λ幬锎x產(chǎn)物進(jìn)行全面、準(zhǔn)確的分析。在環(huán)境監(jiān)測方面，親水性硼親和毛細(xì)管整體柱在檢測環(huán)境水