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新型手性固定相的构筑及其在毛细管电色谱中的高效应用研究

一、引言

1.1研究背景与意义

手性，作为物质的基本属性之一，广泛存在于自然界中。从宏观的生物形态到微观的分子结构，手性现象无处不在，如大多数藤本植物的右手螺旋缠绕方式、几乎全部右手螺旋的螺壳，以及生物分子层面上，地球上生物分子基本结构单元氨基酸几乎均为L型，构成核酸的糖类基元均为D-核糖，DNA呈现右手双螺旋构象，蛋白质二级结构大多为右手螺旋等。手性化合物是指分子或离子的空间构型不对称，具有左右对称性质，即存在互为镜像却无法重合的对映异构体。

在生命体系这个手性环境中，手性化合物的对映异构体往往展现出截然不同的物理、化学和生物活性。例如，氯霉素的D-对映体具有杀菌作用，而L-对映体却完全没有药效。这种生物活性的显著差异使得手性化合物的分离在众多领域中都具有至关重要的意义。

在制药工业中，手性药物的不同对映体在药理活性、药代动力学和毒理学等方面存在明显区别。单一构型的手性药物不仅可以提高疗效，还能降低药物的毒副作用，减少药物不良反应的发生，因此手性药物的拆分与分析成为药物研发过程中的关键环节，直接关系到新药的开发、质量控制以及临床应用的安全性和有效性。在材料科学领域，手性材料独特的光学、电学和磁学等性能，为新型功能材料的设计与制备提供了新的思路和方向，通过分离和研究手性化合物，可以深入了解材料的结构与性能关系，推动高性能手性材料的发展，满足电子、光学等领域对特殊功能材料的需求。在食品和化妆品行业，手性化合物的分离对于保证产品的质量、风味和安全性也起着重要作用，例如某些手性香料和添加剂的不同对映体可能会影响产品的香气和口感，准确分离和控制手性成分有助于提升产品品质。

传统的手性分离方法，如化学拆分法、萃取拆分法、生物（酶）拆分法等，虽然在一定程度上能够实现手性化合物的分离，但普遍存在操作复杂、效率较低、成本较高等问题，难以满足现代科学研究和工业生产对高效、快速、精准手性分离的需求。现代色谱分离分析技术，如高效液相色谱（HPLC）、气相色谱（GC）、毛细管电泳（CE）、超临界流体色谱（SFC）等，在对映体的分离与测定中展现出巨大的优越性，成为手性分离领域的研究热点和发展方向。

其中，毛细管电色谱（CEC）作为一种新型的微分离技术，巧妙地结合了高效液相色谱（HPLC）和高效毛细管电泳（HPCE）两者的优势，近年来在众多领域得到了广泛的关注和应用。CEC以电渗流（EOF）作为驱动力推动流动相，克服了HPLC中压力流流速不均匀导致的峰扩展问题，使柱内无压降，峰扩展仅与溶质扩散系数相关，从而获得了接近HPCE水平的高柱效。同时，由于引入了HPLC的固定相，CEC具备了固定相所具有的选择性，不仅能够分离带电物质，还能对中性化合物进行有效分离。在进行手性分离时，CEC既能避免HPCE操作中频繁更换手性选择剂的缺陷，又能实现高效率分离并降低操作费用，还易于实现与其他分析技术（如质谱、核磁共振等）的联用，为复杂样品中手性化合物的分析提供了更全面、准确的信息。

手性固定相（CSP）则是实现手性化合物分离的核心要素，其性能直接决定了手性分离的效果和效率。常见的手性固定相包括“刷型”手性固定相、手性聚合物固定相、环糊精类手性固定相、大环抗生素手性固定相、蛋白质手性固定相、配体交换手性固定相、冠醚手性固定相等。然而，现有的手性固定相在实际应用中仍存在一些局限性，如选择性不够高、适用范围较窄、稳定性有待提升等，限制了其在手性分离领域的进一步发展和应用。

开发新型手性固定相并将其应用于毛细管电色谱技术中，能够充分发挥两者的优势，实现手性化合物的高效、快速、高选择性分离。新型手性固定相的设计与制备可以针对不同类型手性化合物的结构特点和相互作用机制，引入特殊的官能团或构建独特的空间结构，从而提高对手性对映体的识别能力和分离效果。结合毛细管电色谱的高柱效和多功能性，能够为药物分析、天然产物分析、环境监测等领域提供更加灵敏、准确、高效的分析方法，有助于深入研究手性化合物的性质和功能，推动相关领域的科学研究和技术发展，具有重要的理论意义和实际应用价值。

1.2手性固定相概述

1.2.1手性固定相的分类

手性固定相是实现手性化合物分离的关键，其种类繁多，根据化学结构和作用机制的不同，常见的手性固定相主要包括以下几类：

多糖类手性固定相：多糖类手性固定相是目前应用最为广泛的一类手性固定相，主要包括纤维素衍生物和直链淀粉衍生物。纤维素和直链淀粉是由D-葡萄糖通过β-1,4-糖苷键或α-1,4-糖苷键连接而成的线性聚合物，由于葡萄糖单元的手性，使得每个聚合物链都具有沿着主链存在的螺旋性沟槽。这种独特的螺旋结构赋予了多糖类手性固定相优