Yüksek performanslı sıvı kromatografisi için farklı polaritelere sahip, fonksiyonel gruplu kolon dolgu materyallerinin sentezi ve kromatografik karakterizasyonu
The synthesis and chromatographic characterization of functionalized column packing materials with different polarities for high performance liquid chromatography
Yazar: ENDER ÜNSAL
Danışman: PROF.DR. SÜLEYMAN ALİ TUNCEL
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2006
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Tez kapsamında Yüksek Performanslı Sıvı Kromatografisi (High PerformanceLiquid Chromatography, HPLC) için monodispers-gözenekli partikül formundapolimer bazlı yeni kolon materyalleri geliştirilmiştir. Bu materyallerin kromatografikperformansları ters faz kromatografisi ve iyon değişim kromatografisi uygulamalarıile test edilmiştir.Ters faz kromatografisine yönelik olarak yapılan kolon geliştirme çalışmalarında,poli(hidroksietil metakrilat-divinilbenzen) poli(HEMA-DVB), poli(etilen dimetakrilat),poli(EDM), poli(polietilenglikol metakrilat-etilen dimetakrilat), poli(PEGMA-EDM),poli(hidroksietilmetakrilat-etilen dimetakrilat) poli(HEMA-EDM) monodispers vegözenekli partiküller ?çok basamaklı mikrosüspansiyon polimerizasyonu? yöntemiile elde edilmiştir. Partiküllerin fiziksel karakterizasyonu, taramalı elektronmikroskobu ve BET yüzey alanı ve gözeneklilik ölçüm sistemi ile yapılmıştır.Sentezlenen farklı polariteye sahip partiküller yüksek basınç altında HPLCkolonlarına doldurulmuştur. Kolonların kromatografik performansları ters fazkromatografisi ile izokratik modda, alkilbenzen homolog serisinin bileşenlerineayrılması işlemi ile test edilmiştir. Kromatografik çalışmalar, geliştirilen polaryapıda kolon materyalleri ile kullanımda olan apolar kolonlara kıyasla daha düşükorganik solvent derişimi kullanılarak, daha kısa sürede ve daha yüksek kolonverimi ile ters faz uygulamalarının yapılabileceğini ortaya koymuştur.İyon değişim kromatografisine yönelik olarak yapılan kolon geliştirmeçalışmalarında ise yine ?çok basamaklı mikrosüspansiyon polimerizasyonu?yöntemi kullanılarak, monodispers-gözenekli formda poli(glisidil metakrilat-etilendimetakrilat) partiküller elde edilmiştir. Asidik ortamda yapılan hidroliz ilepartiküllerdeki ?epoksi? grupları ?diol? formuna dönüştürülerek, poli(2,3-dihidroksipropil metakrilat-etilen dimetakrilat), poli(DHPM-EDM) partiküllersentezlenmiştir. Bu partiküllerin fiziksel ve kimyasal karakterizasyonları, taramalıelektron mikroskobu, konfokal lazer taramalı mikroskop, BET yüzey alanı vegözeneklilik ölçüm sistemi ve FTIR spektroskopisi ile yapılmıştır.Takip eden basamakta, poli(DHPM-EDM) partiküller üzerinde iyon değiştiricipolimerik ligandlar ?Atom Transfer Radikal Polimerizasyonu? (Atom TransferRadical Polymerization, ATRP) ve ?Tersinir Katılmalı Ayrışmalı Zincir TransferPolimerizasyonu? (Reversible Addition Fragmentation Chain TransferPolymerization, RAFT) yöntemi ile oluşturulmuştur. Böylece canlı-kontrollüpolimerizasyon teknikleri (Living-controlled polymerization techniques) kullanılarakpolimerik matris üzerindeki iyon değiştirici ligand uzunluğu molekül sayısı bazındaayarlanarak nanometre? ölçeğinde kontrol edilmiştir. Bu nanoteknolojik yaklaşımkullanılarak kolonda ayrılacak analitler ile sterik ve elektrostatik engellerolmaksızın etkileşebilecek ve uygun akış koşullarını sağlayabilecek molekülerboya sahip ligand taşıyan yeni bir iyon-değiştirici kolon türü elde edilmiştir. Buyöntemler ile sentezlenen kolonların kromatografik davranışı, iyon değişimkromatografisi ile gradyent koşullarda protein ayrımı yapılarak incelenmiş vemevcut ticari kolonlar ile yarışabilir bir kromatografik performans elde edilmiştir.Anahtar Kelimeler: Yüksek Performanslı Sıvı kromatografisi (HPLC), BüyüklükçeAyırma Kromatografisi (SEC), Ters Faz Kromatografisi (RPC), İyon DeğişimKromatografisi (IEC), Protein ayrımı, Kolon dolgu materyali, Monodispers-gözenekli partiküller, Atom Transfer Radikal Polimerizasyonu (ATRP), TersinirKatılmalı Ayrışmalı Zincir Transfer Polimerizasyonu (RAFT).Danışman: Prof. Dr. Ali TUNCEL, Hacettepe Üniversitesi, Kimya MühendisliğiBölümü.

Abstract:
In this thesis, polymer based new column materials in the form of monodisperse-porous particles were developed for high performance liquid chromatography(HPLC). The chromatographic performance of these materials was tested byreversed phase liquid chromatography and ion-exchange chromatographyapplications.In the studies on the synthesis of column materials for reversed phasechromatography, poly(hydroxyethyl methacrylate-divinylbenzene), poly(HEMA-DVB), poly(ethylene dimethacrylate), poly(EDM), poly(polyethylene glycolmethacrylate-ethylene dimethacrylate), poly(PEGMA-EDM), poly(hydroxyethylmethacrylate-ethylene dimethacrylate), poly(HEMA-EDM) monodisperse-porousparticles were synthesized by ?multi-stage microsuspension polymerization?. Thephysical characterization of particles was performed by scanning electronmicroscopy and BET surface area and porosity measurement system. Theparticles synthesized were slurry packed into the stainless steel HPLC columnsunder high pressure. The chromatographic performance of the columns wasinvestigated with the separation of alkylbenezene homologs by reversed phaseliquid chromatography performed in isocratic mode. The chromatographic studiesindicated that the use of new polar columns made possible to perform thereversed phase chromatographic separations with lower organic solventconcentrations in shorter analysis periods and with higher column yields withrespect to the present columns.In the studies on the synthesis of new column materials for ion-exchangechromatography, monodisperse-porous poly(glycidyl methacrylate-ethylenedimethacrylate) particles were also obtained by multistage microsuspensionpolymerization. Poly(2,3-dihydroxypropyl methacrylate-ethylene dimethacrylate),poly(DHPM-EDM) particles were then obtained by converting the epoxide groupsof these particles into the diol form by the acidic hydrolysis. The physical andchemical characterizations of these particles were performed by scanning electronmicroscopy, BET surface area and porosity measurement system, confocal laserscanning microscopy and FTIR spectroscopy.The ion-exhange ligands in the polymeric form were synthesized on the surface ofpoly(DHPM-EDM) particles by ?Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP) andReversible Addition Fragmentation Chain Tranfer Polymerization (RAFT). So, themolecular length of the ion-exchange ligand could be precisely tuned with lowmolecular-weight distribution and controlled in ?nanometer? scale by applyingliving-controlled polymerization techniques. Hence, a new ion-exchange columnbearing polymeric ligands capable of interacting with the analytes by eliminatingsteric and electrostatic barriers was synthesized. The chromatographicperformances of the columns synthesized by these polymerization methods weretested by protein separation in gradient mode by ion-exchange chromatography.The columns developed in this study exhibited chromatographic performancescomparable to the commercial ion-exchange columns.Key words: High Performance Liquid Chromatography (HPLC), Reversed PhaseLiquid Chromatography (RPC), Ion-Exchange Chromatography (IEC), Columnpacking, Protein separation, Monodisperse-porous particles, Seededpolymerization, Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP), Reversible AdditionFragmentation Chain Transfer Polymerization (RAFT).Advisor: Prof. Dr. Ali TUNCEL, Hacettepe University, Department of ChemicalEngineering.