title: Adamantyl-Gruppen-haltige mixed-mode Acrylamid-basierte Monolithe für die Kapillar-Elektrochromatographie: Synthese, Charakterisierung, Optimierung und Untersuchung der chromatographischen Effizienz
title: Adamantyl-Group Containing Mixed-Mode Acrylamide-Based Continuous Beds for Capillary Electrochromatography: Synthesis, Characterization, Optimization and Investigation of the Chromatographic Efficiency
Creators: name: Al-Massaedh, "Ayat Allah" Turki
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2014
Subjects: Kapillar-Elektrochromatographie
Morphologie und die Porengrößenverteilung
Cyclodextrin
Acrylamid-basierten Monolithen
Monolithic stationary phase
Chemie
Efficiency
Effizienz
Morphology and pore size distribution
Capillary Electrochromatography

description: Berichtet wird in vorliegender
      Arbeit die Synthese, Charakterisierung und Optimierung der
      chromato-graphischen Effizienz eines hoch-quervernetzten
      mixed-mode Acrylamid-basierten makroporösen
      N-Adamantyl-Gruppen-haltigen Monolithen, der speziell für die
      Kapillar-Elektrochromatographie (CEC) unter Solubilisierung
      des hydrophoben Monomers durch Komplexierung mit statistisch
      methyliertem-CD synthetisiert worden war. Eingeschlossen ist
      die Untersuchung der chromatographischen Effizienz abhängig
      vom Retentionsmodus und der Funktionalität des Analyten. Im
      ersten Teil der Arbeitwird ein neues Synthese-Verfahren für
      amphiphile makroporöse N-Adamantyl-Gruppen-haltige mixed-mode
      Acrylamid-basierte Monolithe für die
      Kapillar-Elektrochromatographie (CEC) entwickelt und
      untersucht. Dieses Verfahren nutzt die Solubilisierung des
      hydrophoben Monomers über 1:1-Komplexierung mit Me--CD.
      N-(1-Adamantyl)acrylamidwurde synthetisiert und als
      hydropho¬bes Monomer hinsichtlich seines
      Komplexbildungsverhaltens (Bildung wasserlöslicher
      Einschluss¬komplexe) mit statistisch methyliertemMe-β-CD
      untersucht. Gemischtmodige monolithische stationäre Phasen
      wurden durch in situfreieradikalische Co-Polymerisation von
      Cyclodextrin-solubilisiertemN-Adamantylacrylamid,
      Methacrylamid (MA), Piperazindiacrylamid (PDA),
      andVinylsulfonsäure (VSA) in wässrigemMedium hergestellt.
      Aufgrund des amphiphilen Charakters der hergestellten
      Kapillar-Säulen sind für Analyte unterschiedlicher Polarität
      Trennungen im Umkehrphasen-Modus, im Normalphasen-Modus und
      in einem gemischten Retentions-Modus möglich, abhängig von
      der Zusammensetzung der mobilen Phase. Die Stöchiometrie, die
      Komplexbildungskonstante und die räumliche Anordnung im
      ge¬bildeten Einschlusskomplex werden durch CD-modifizierte
      Kapillar-Elektrochromatographie (CD-CEC), CD-modifizierte
      mizellareEKC (CD-MEKC) und die Anwendung von1H-NMR-und
      2D-1H-NOESY-Spektroskopie bestimmt. Ebenfalls untersucht wird
      der Einfluss der Gesamt-Monomerkonzentration(%T) auf die
      chromatographischenEigenschaften des synthetisierten
      Monolithen. Im zweiten Teil der Arbeit wird die Morphologie
      und die Porengrößenverteilung einer Reihe von amphi-philen
      makroporösen N-Adamantyl-Gruppen-haltigen gemischtmodigen
      Acrylamid-basierten Monolithen(synthetisiert unter Variation
      der Konzentration des lyotropen Salzes Ammoniumsulfat (AS))
      mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) und inverser
      Größenausschlusschromatographie (ISEC) unter¬sucht. Bestimmt
      wird ebenfalls der Einfluss der Konzentration des lyotropen
      Salzes AP in der Polymerisationsmischung auf die gebildete
      Morphologie und Porengrößenverteilung. REM-Aufnahmen zeigen
      die Homo¬genität und Einheitlichkeit des gebildeten
      Monolithen über die gesamte Länge derKapillare und die
      kovalente Anbindung des gebildeten Polymers an die
      begrenzende Wand. Zusätzlich weisen die REM-Aufnahmen
      eindeutig eine Abhängigkeit der Domänengröße (mittlerer
      Durchmesser der Globuli + mittle¬rer Durchmesser der
      Durchfluss-Poren) von der Konzentration des Salzes AS in der
      Polymerisations¬mischung nach (Zunahme der Domänengröße mit
      erhöhter Konzentration des Salzes). Die Bestimmung der
      Porengrößenverteilung mittels ISEC zeigt das Vorhandensein
      zweier unterschiedlicher Poren¬klassen: (i) Poren innerhalb
      der Globuli (interne Poren) und (ii) Poren zwischen den
      Globuli (externe Poren). Das Auftreten einer trimodalen
      Porengrößenverteilung wird durch ISEC für diejenigen
      Monolithe bestätigt, die mit niedriger Konzentration AS
      hergestellt worden waren, während eine bimodale
      Poren¬größenverteilung für diejenigen Monolithe ermittelt
      wird, die mit höherem Gehalt an AS in der
      Polymeri¬sationsmischung synthetisiert worden waren. Im
      dritten Teil der Arbeitwerden Effizienz-Daten für eine Reihe
      von amphiphilen makroporösen N-Adamantyl-Gruppen-haltigen
      gemischtmodigen Acrylamid-basierten Monolithen bestimmt, die
      unter Variation unterschiedlicher Synthese-Parameter
      hergestellt worden waren. Die untersuchten Synthese-Parameter
      sind (i) Konzentation von Ammoniumsulfat, (ii) Konzentration
      des Starters Ammonium-peroxodisulfat und (iii) Konzentration
      des Monomers Vinylsulfonsäure (VSA) in der
      Polymerisations-mischung. Die Optimierung der
      unterschiedlichen Syntheseparameter erfolgt durch Ermittlung
      der chro-matographischen Effizienz für Alkylphenoneunter
      isokratischen Bedingungen im Umkehrphasenmodus unter
      Verwendung der CEC. Während mit variiertem Gehalt an AS oder
      variierter Konzentration von Ammoniumperoxodisulfat ein
      erheblicher Einfluss auf die chromatographische Effizienz
      beobachtet wird, gibt es nur einen geringfügigen Einfluss bei
      Änderung des Stoffmengenanteils VSA. Zusätzlich wird
      be¬stätigt, dass Temperaturerhöhung durch elektrischen
      Leistungseintrag (Joule heating) und Bandenver¬breiterung
      außerhalb der Säule vernachlässigt werden können. Im vierten
      Teil der Arbeit werden mit einem Monolithen, der mit
      optimierten Syntheseparametern her-gestellt worden war, der
      Einfluss des Retentions-Modus (abhängig vomAnalyten und der
      Zusammen-setzung der mobilen Phase) und der Einfluss der
      funktionellen Gruppe des Analytenauf die chromato-graphische
      Effizienz und Peak-Symmetrie mit unterschiedlichen
      Klassenneutraler Analyte variierter
      Hydrophobizitätuntersucht. Sehr hohe Effizienzen (bis zu
      220.000 m-1) werden im Umkehrphasen-Modus, im
      Normalphasen-Modus und im gemischten Retentions-Modus für
      unterschiedliche Analyt-Klassen erzielt (Alkylphenone,
      Nitrotoluole und phenolischeVerbindungenmitk = 0,2-0,55). Für
      neutraleAlkylaniline (k &lt; 0.25), getrennt im
      Umkehrphasen-Modus, werden unter Routinebedingungen
      Boden¬zahlen höher 300.000 m-1 erreicht. Für phenolische
      Verbindungen wird gezeigt, dass die funktionelle Gruppe des
      Analyten und die Zusammensetzung der mobilen Phase
      maßgeblichen Einfluss auf Peak-Symmetrie und
      chromatographische Effizienz ausüben.  
description: The present work reports the
      synthesis, characterization, and optimization of the
      chromatographic efficiency of a highly crosslinked
      amphiphilic macroporous N-adamantyl-group containing
      mixed-mode acrylamide-based continuous bed synthesized for
      capillary electrochromatography (CEC) employing
      solubilization of the hydrophobic monomer by complexation
      with statistically methylated -CD. The work includes the
      investigation of the chromatographic efficiency of the
      synthesized monoliths dependent on the retention mode and
      analyte functionality. In the first part of the thesis a new
      synthesis procedure for amphiphilic macroporous
      N-adamantyl-group containing mixed-mode acrylamide-based
      continuous beds for capillary electrochromatography (CEC) is
      investigated employing solubilization of the hydrophobic
      monomer via 1:1 complex formation with Me--CD. For this
      purpose, N-(1-adamantyl)acrylamide was synthesized and
      characterized as a hydrophobic monomer forming a water
      soluble-inclusion complex with statistically Me-β-CD.
      Mixed-mode monolithic stationary phases were synthesized by
      in situ free radical copolymerization of
      cyclodextrin-solubilized N-adamantyl acrylamide,
      methacrylamide (MA), piperazinediacrylamide (PDA), and
      vinylsulfonic acid (VSA) in aqueous medium. Due to the
      amphiphilic nature of the synthesized capillaries,
      separations in the reversed-phase, in the normal-phase, and
      in a mixed-retention mode (depending on the composition of
      the mobile phase) are achieved for polar and non-polar
      neutral analytes. The stoichiometry, the complex formation
      constant, and the spatial arrangement of the formed inclusion
      complex are determined by CD modified capillary
      electrochromatography (CD-CEC), CD modified micellar EKC
      (CD-MEKC), and the application of 1H NMR and 2D-1H NOESY
      spectroscopy. The influence of the total monomer
      concentration (%T) on the chromatographic properties of the
      synthesized monoliths is also investigated. In the second
      part of the thesis the morphology and the pore size
      distribution of a series of amphiphilic macroporous
      N-adamantyl-group containing mixed-mode acrylamide-based
      continuous beds synthesized under variation of the
      concentration of the lyotropic salt ammonium sulfate (AS) in
      the polymerization mixture are investigated by scanning
      electron microscopy (SEM) and inverse size exclusion
      chromatography (ISEC). The impact of the concentration of the
      lyotropic salt AS in the polymerization mixture on the formed
      morphology and pore size distribution is determined. SEM
      photographs demonstrate the homogeneity and uniformity of the
      formed monolith over the length of the capillary and the
      covalent attachment of the formed polymer to the confining
      wall. Additionally, SEM photographs demonstrate a clear
      increase in the domain size (average size of globules +
      average flow through pore diameter) with increasing
      concentration of AS in the polymerization mixture. The pore
      size distribution determined with ISEC using the retention
      data of a series of polystyrene standards reveals the
      presence of two different types of pores for the synthesized
      capillaries: (i) pores located inside the microglobules
      (internal pores) and (ii) pores which are located between the
      microglobules (external pores). The presence of a trimodal
      pore size distribution is confirmed by ISEC for those
      monoliths which are synthesized with lower concentration of
      AS in the polymerization mixture, and a bimodal pore size
      distribution for those synthesized with higher content of AS
      in the polymerization mixture. In the third part of the
      thesis, efficiency data are gained for a series of
      amphiphilic macroporous N-adamantyl-group containing
      mixed-mode acrylamide-based continuous beds synthesized under
      variation of different synthesis parameters. The studied
      synthesis parameters are (i) concentration of ammonium
      sulfate, (ii) concentration of the initiator ammonium
      persulfate, and (iii) concentration of the negatively charged
      monomer vinylsulfonic acid (VSA) in the polymerization
      mixture. The optimization of different synthesis parameters
      with regard to the chromatographic efficiency under isocratic
      conditions for alkylphenones in the reversed-phase mode is
      studied employing CEC. The major conclusion was that with
      varied concentration of AS or varied concentration of
      ammonium persulfate in the polymerization mixture, a strong
      impact on the chromatographic efficiency is observed, while
      there is only a minor influence when varying the molar
      fraction of VSA. In addition, the absence of a significant
      influence by heating (Joule heating) and via extra-column
      band broadening effects on the determined efficiency is
      confirmed. In the fourth part of the thesis we studied with
      different classes of neutral analytes (with varied
      hydrophobicity) the impact of the type of retention mode
      (influenced by the type of analyte and the mobile phase
      composition) and the impact of the analyte functionality on
      the chromatographic efficiency and peak symmetry with a
      monolith synthesized with optimized parameters. With this
      monolithic capillary, high separation efficiencies (up to ca.
      220,000 m-1) were obtained for separations of different
      analyte classes (alkylphenones, nitrotoluenes, and phenolic
      compounds with k = 0.2-0.55) in the reversed-phase mode, in
      the normal-phase mode, and in mixed retention-mode. For
      neutral alkylanilines (k &lt; 0.25) separated in the
      reversed-phase elution mode, high plate numbers exceeding
      300,000 m-1 were routinely obtained. For phenolic analytes,
      it is shown that analyte functionality and mobile phase
      composition have a strong influence on peak symmetry and
      chromatographic efficiency.