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摘要： 涂层柱的制备技术一直是毛细管电泳技术中的一个重要部分，合成活性三甲氧基硅烷修饰的三亚甲基亚胺衍生物，并用简单的方法把此高分子聚合物键合于石英毛细管内壁上，并利用不同pH值缓冲溶液在测定该毛细管中的电渗速度和电渗淌度，可在低电渗流的条件下可实现无机离子的分析。
关键词： 毛细管电泳；毛细管涂层；电渗流；3-氨丙基三甲氧基硅烷
中图分类号：O657.8 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）1110173－01
1 实验部分
电渗是由于外加电场对管壁溶液双电层的作用而产生的溶液的整体流动，其大小与毛细管壁表面电荷有关。对石英毛细管来说，在一般情况下，由于硅电离成-SiO-，使管壁表面带负电，为了保持电荷平衡，溶液中对离子（在一般情况下是阳离子）被吸附到表面附近，形成了双电层。当在毛纫管两端加电压时，双电层中的阳离子向阴极移动，由于离子是溶剂化的，所以带领了毛细管中整体溶液向阴极移动（图1）。
1-石英表面的负电荷（sio-）；2-水合阳离子在表面附近的积累；3-加电场后向阴极的电渗流（EOF）
图1电渗原理
反向电渗流改性多采的是先用偶联剂和管壁外层分子层作用，然后再接上相应的聚合物。按其与硅氧基键合的方式又可具体分为三种不同的类型：一是Si-O-C型，这种形式合成方便，但容易水解；二是Si-C键，这种键稳定，难以水解，但反应困难；三是Si-O-Si-O-C键，相对说来这种类型键合容易且不易水解，因此是目前应用较多的一种办法。
本实验采用胺类化合物为溶剂，键合方式为Si-O-Si-O-C，在毛细管表面的胺类化合物表面形成正电荷。因此，毛细管壁电荷反转，形成反向电渗流（图2）。
图2胺与硅氧基键合方式
1.1 实验仪器及试剂
北京新技术研究所宾达1229型毛细管电泳仪（工作电压0～30kV，检测波长254nm），计算机工作站，石英毛细管（1m），DGG-9030B型电热恒温鼓风干燥箱，pH=2，5，7的5mmol/L磷酸氢二钠缓冲溶液，氢氧化钠溶液（1mol/L），盐酸溶液（0.1mol/L），蒸馏水，甲醇，硫脲。
1.2 实验步骤
1.2.1 以3-氨丙基三甲氧基硅烷制备涂层柱
1）涂层溶液的配制：胺溶液为3-氨丙基三甲氧基硅烷和甲醇以2:3比例混合均匀的溶液，制备得到20%（V/V）胺涂层溶液。2）毛细管预处理：取适当长度约为1m的毛细管，先后用1.0mol/L的NaOH溶液清洗30min，用0.1mol/L盐酸清洗30min，去离子水清洗15min，然后用甲醇洗30min，最后在80℃下用电热恒温鼓风干燥箱烘干毛细管。3）涂层柱制备：用负压把配制好的涂层溶液吸入毛细管之中，使其缓慢流动30min，用空气吹出管内多余溶液。把毛细管置于120℃干燥箱中，使毛细管两端口用硅橡胶封住。加热反应12h后，把毛细管取出，用丙酮洗40min即得所需涂层毛细管，此涂层柱称为3-氨丙基三甲氧基硅烷涂层柱。
1.2.2 毛细管柱的性质检测
1）分别配制pH=2，5，7的5mmol/L磷酸氢二钠缓冲溶液。2）距毛细管一端约15cm处除去约2mm的毛细管聚合物保护层，作为检测窗口，并测量毛细管进样端到检测窗的长度。将毛细管的检测窗口对准光路，并安装好毛细管。3）打开工作站。4）先用pH=2的缓冲溶液清洗毛细管30min。将电压调至17kV，待记录仪基线稳定后，关闭高压电源，采用虹吸进样法进样即硫脲水溶液。进样后重新打开高压电源，同时点击“开始采样”，待样品峰出现后记录其保留时间。分别改变电压为15kV，13kV，10kV，用同样的方法测定硫脲水溶液的保留时间。5）再分别换用pH=5，7的缓冲液用上述方法测定不同电压下硫脲水溶液的保留时间。
1.3 数据记录及处理
1.3.1 实验数据记录
（表1）毛细管进样端到检测窗口的长度为16.7cm。
1.3.2 以电渗淌度在不同pH值下对电压作图（图3）
2 实验结果与讨论
由图3可知pH值越小，电渗淌度越大；电压增大，电渗速度也随之增加。且在pH=7的时候仍然有电渗流，故此毛细管的涂层制备较为成功。
由于毛细管电泳的驱动力实际上是管内的电渗流（EOF），EOF过大将引起样品区带变宽，降低分离效果。缓冲溶液的种类、浓度及体系pH值对EOF有直接影响。
未改性毛细管柱的内壁在缓冲溶液中以硅醇基形式存在，在电场作用下产生电渗流。在高pH下，Si-OH基几乎完全电离，EOF达到最大且变化平缓；而在低pH时，电离受到抑制，EOF接近零。因而未改性毛细管柱的电渗流受pH影响明显。我们在实验中发现，改性柱上EOF对pH值的依赖性明显减弱。
表1
图3不同pH下电渗淌度与电压关系图
毛细管电泳的分离是因组分的离子淌度不同所致，离子的淌度与其有效电荷成正比，而离子的有效电荷易受操作缓冲溶液pH值的影响。因而，缓冲溶液pH值的调节与控制是优化分离的重要因素。
参考文献：
[1]武汉大学化学与分子科学学院实验中心编，《仪器分析实验》，武汉大学出版社.
[2]沈晓春、陈平、郭伟强、冷桃花、董明利，《用毛细管电泳方法分离有机酸的研究》，浙江大学学报（理学版）.
关键词： 毛细管电泳；毛细管涂层；电渗流；3-氨丙基三甲氧基硅烷
中图分类号：O657.8 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）1110173－01
1 实验部分
电渗是由于外加电场对管壁溶液双电层的作用而产生的溶液的整体流动，其大小与毛细管壁表面电荷有关。对石英毛细管来说，在一般情况下，由于硅电离成-SiO-，使管壁表面带负电，为了保持电荷平衡，溶液中对离子（在一般情况下是阳离子）被吸附到表面附近，形成了双电层。当在毛纫管两端加电压时，双电层中的阳离子向阴极移动，由于离子是溶剂化的，所以带领了毛细管中整体溶液向阴极移动（图1）。
1-石英表面的负电荷（sio-）；2-水合阳离子在表面附近的积累；3-加电场后向阴极的电渗流（EOF）
图1电渗原理
反向电渗流改性多采的是先用偶联剂和管壁外层分子层作用，然后再接上相应的聚合物。按其与硅氧基键合的方式又可具体分为三种不同的类型：一是Si-O-C型，这种形式合成方便，但容易水解；二是Si-C键，这种键稳定，难以水解，但反应困难；三是Si-O-Si-O-C键，相对说来这种类型键合容易且不易水解，因此是目前应用较多的一种办法。
本实验采用胺类化合物为溶剂，键合方式为Si-O-Si-O-C，在毛细管表面的胺类化合物表面形成正电荷。因此，毛细管壁电荷反转，形成反向电渗流（图2）。
图2胺与硅氧基键合方式
1.1 实验仪器及试剂
北京新技术研究所宾达1229型毛细管电泳仪（工作电压0～30kV，检测波长254nm），计算机工作站，石英毛细管（1m），DGG-9030B型电热恒温鼓风干燥箱，pH=2，5，7的5mmol/L磷酸氢二钠缓冲溶液，氢氧化钠溶液（1mol/L），盐酸溶液（0.1mol/L），蒸馏水，甲醇，硫脲。
1.2 实验步骤
1.2.1 以3-氨丙基三甲氧基硅烷制备涂层柱
1）涂层溶液的配制：胺溶液为3-氨丙基三甲氧基硅烷和甲醇以2:3比例混合均匀的溶液，制备得到20%（V/V）胺涂层溶液。2）毛细管预处理：取适当长度约为1m的毛细管，先后用1.0mol/L的NaOH溶液清洗30min，用0.1mol/L盐酸清洗30min，去离子水清洗15min，然后用甲醇洗30min，最后在80℃下用电热恒温鼓风干燥箱烘干毛细管。3）涂层柱制备：用负压把配制好的涂层溶液吸入毛细管之中，使其缓慢流动30min，用空气吹出管内多余溶液。把毛细管置于120℃干燥箱中，使毛细管两端口用硅橡胶封住。加热反应12h后，把毛细管取出，用丙酮洗40min即得所需涂层毛细管，此涂层柱称为3-氨丙基三甲氧基硅烷涂层柱。
1.2.2 毛细管柱的性质检测
1）分别配制pH=2，5，7的5mmol/L磷酸氢二钠缓冲溶液。2）距毛细管一端约15cm处除去约2mm的毛细管聚合物保护层，作为检测窗口，并测量毛细管进样端到检测窗的长度。将毛细管的检测窗口对准光路，并安装好毛细管。3）打开工作站。4）先用pH=2的缓冲溶液清洗毛细管30min。将电压调至17kV，待记录仪基线稳定后，关闭高压电源，采用虹吸进样法进样即硫脲水溶液。进样后重新打开高压电源，同时点击“开始采样”，待样品峰出现后记录其保留时间。分别改变电压为15kV，13kV，10kV，用同样的方法测定硫脲水溶液的保留时间。5）再分别换用pH=5，7的缓冲液用上述方法测定不同电压下硫脲水溶液的保留时间。
1.3 数据记录及处理
1.3.1 实验数据记录
（表1）毛细管进样端到检测窗口的长度为16.7cm。
1.3.2 以电渗淌度在不同pH值下对电压作图（图3）
2 实验结果与讨论
由图3可知pH值越小，电渗淌度越大；电压增大，电渗速度也随之增加。且在pH=7的时候仍然有电渗流，故此毛细管的涂层制备较为成功。
由于毛细管电泳的驱动力实际上是管内的电渗流（EOF），EOF过大将引起样品区带变宽，降低分离效果。缓冲溶液的种类、浓度及体系pH值对EOF有直接影响。
未改性毛细管柱的内壁在缓冲溶液中以硅醇基形式存在，在电场作用下产生电渗流。在高pH下，Si-OH基几乎完全电离，EOF达到最大且变化平缓；而在低pH时，电离受到抑制，EOF接近零。因而未改性毛细管柱的电渗流受pH影响明显。我们在实验中发现，改性柱上EOF对pH值的依赖性明显减弱。
表1
图3不同pH下电渗淌度与电压关系图
毛细管电泳的分离是因组分的离子淌度不同所致，离子的淌度与其有效电荷成正比，而离子的有效电荷易受操作缓冲溶液pH值的影响。因而，缓冲溶液pH值的调节与控制是优化分离的重要因素。
参考文献：
[1]武汉大学化学与分子科学学院实验中心编，《仪器分析实验》，武汉大学出版社.
[2]沈晓春、陈平、郭伟强、冷桃花、董明利，《用毛细管电泳方法分离有机酸的研究》，浙江大学学报（理学版）.