Poli (akrilat) bazlı reaktif sabit fazların geliştirilmesi ve mikro-sıvı kromatografisi sisteminde kromatografik performanslarının tanımlanması
Development of polyacrylate based reactive stationary phases and definition of chromatographic performance in micro-liquid chromatography system
Yazar: FATOŞ ÇİĞDEM KİP
Danışman: PROF. DR. SÜLEYMAN ALİ TUNCEL
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Tez kapsamında, mikro-sıvı kromatografisinde hidrofilik etkileşim kromatografisi (Hydrophilic Interaction Chromtography, HILIC) modunda kullanılmak üzere eşboyutlu-gözenekli partikül formunda yeni sabit fazlar sentezlenmiştir. Sabit fazların sentezi için poli(3-kloro-2-hidroksipropil metakrilat-co-etilen dimetakrilat), poli(HPMA-Cl-co-EDMA) yeni bir çıkış materyali olarak seçilmiştir. Eşboyutlu-gözenekli formda poli(HPMA-Cl-co-EDMA) partiküller, çok basamaklı mikrosüspansiyon polimerizasyonu tekniği ile sentezlenmiştir. Yöntemde, HPMA-Cl, akrilat bazlı çapraz bağlayıcı (etilen dimetakrilat (EDMA)) ile kopolimerleştirilerek, reaktif kloropropil grubu taşıyan, gözenekli partiküllerin eşboyutlu formda eldesi sağlanmıştır. Yöntemde, monomer faz bileşimi değiştirilerek farklı boy ve gözeneklilik özelliklerine sahip eşboyutlu-gözenekli partiküllerin eldesi sağlanmıştır. Partiküllerin ortalama boy ve boy dağılım karakterizasyonları taramalı elektron mikroskobu (Scanning Electron Microscope), gözeneklilik özellikleri ters büyüklükçe ayırma kromatografisi (inverse-size exclusion chromatography), özgül yüzey alanı ölçümleri ise BET yöntemi temelinde çalışan yüzey alanı ölçüm sistemi ile belirlenmiştir. 
Çalışmanın ikinci kısmında, hidrofilik etkileşim kromatografisi (HILIC) için kullanılan polar ligandlar, boyut ve gözeneklilik özellikleri tanımlanan poli(HPMA-Cl-co-EDMA) partiküllere kovalent olarak bağlanmıştır. İlk olarak katyonik formda TEA-OH, partiküllerin kloropropil grubu üzerinden tek basamaklı reaksiyon ile partikül yüzeyine kovalent olarak bağlanmıştır. Kolay bağlanma yöntemi ile poli(HPMA-Cl-co-EDMA) partiküllerin yüzeyinde oluşturulan polar formda triazol halkası diğer HILIC ligand türü olarak seçilmiştir. Son olarak poli(HPMA-Cl-co-EDMA) partiküllerin üzerinde Atom Transfer Radikal Polimerizasyonu (Atom Transfer Radical Polymerization, ATRP) ile zwitteriyonik formda sülfobetain grubu içeren moleküler zincir oluşturulmuş ve HILIC deneylerinde ligand olarak kullanılmıştır.
Çalışmanın son kısmında, sentezlenen sabit fazların HILIC modunda kromatografik testlerinin yapılması için partiküller 2 mm iç çap değerine sahip paslanmaz çelik kolonlara basınç altında doldurulmuştur. Farklı kromatografik ligandlara sahip kolonlar; mikro-sıvı kromatografisi sisteminde uygun model analit karışımları ve hareketli faz kullanımı ile test edilmiştir.  Kromatografik deneylerde, her bir mikrobor kolon için geri-basınç-akış hızı ilişkisi,  hareketli faz akış hızı ve bileşiminin pik çözünürlüğü ve kolon verimine (teorik kademe sayısı, kademe yüksekliği) etkisi incelenmiştir. Partikül formundaki sabit fazlar, mikro-sıvı kromatografisi sisteminde HILIC modunda nükleotid, nükleosid, organik asit, akrilik bileşikler ve katekolaminlerin ayrımında başarıyla kullanılmış ve ayrımlarda 20-300 mikron aralığında kademe yüksekliği değerleri elde edilmiştir.  
Sonuçlar, mikro-sıvı kromatografisi için, yüksek ayırma verimine sahip, eşboyutlu-gözenekli formda partikül bazlı yeni mikrobor kolonların elde edildiğini göstermiştir. Böylece HILIC modunda, yüksek pik çözünürlüğü ile hızlı kromatografik analiz yapabilen, literatürde yaygın kullanılan sabit fazlara alternatif "partikül bazlı yeni bir mikrokolon ailesi" geliştirilmiştir.

Abstract:
In the scope of thesis, monodisperse-porous particle based new stationary phases were synthesized for using in micro liquid chromatography in HILIC mode. Poly(3-chloro-2-hydroxypropyl methacrylate-co-ethylene dimethacrylate), poly(HPMA-Cl-co-EDMA) was proposed as a new starting material for the synthesis of stationary phases. Monodisperse-porous poly(HPMA-Cl-co-EDMA) beads were synthesized by a new multistage-microsuspension polymerization technique. In the selected method, HPMA-Cl was copolymerized with a crosslinking agent (ethylene dimethacrylate (EDMA)) to form monodisperse porous polyacrylate based particles having reactive chloropropyl moiety. In the synthesis runs, poly(HPMA-Cl-co-EDMA) particles with different size and porous properties were obtained by changing monomer phase composition in the microsuspension polymerization. The size distribution and the surface morphology of particles were examined by scanning electron microscope (SEM). The porosity properties (i.e. average pore size, pore-size distribution, porosity, pore volume) were determined by inverse-size exclusion chromatography (ISEC) and the specific surface area was found by surface area and pore size analyzer using nitrogen adsorption-desorption method. In the second part, the chromatographic ligands used for HILIC mode were   covalently attached onto the particles with suitable size and porosity properties. A cationic ligand (TEA-OH) was covalently attached onto the particles via a simple and one-pot reaction via their chloropropyl functionality. Click chemistry and surface initiated-atom transfer radical polymerization (ATRP)  were also applied for the generation of triazole ring and zwitterionic molecular brushes on the particles, respectively.
In the last part, the particles derivatized with different ligand were slurry packed under pressure to stainless steel columns 2  mm in diameter. The columns having different chromatographic ligands were tested in the micro-chromatography system by using appropriate analyte mixtures and mobile phases in HILIC  mode. In the chromatographic experiments, the effects of mobile phase flow rate and composition on the column efficiency and the back-pressure flow rate relationship were investigated. Particle based stationary media were succesfully used in a micro-chromatography system for HILIC separation of nucleotides, nucleosides, organic acids, acrylic compounds and catecholamines with the plate heights ranging between 20-300 micron.   
The results indicated that new microbore columns containing monodisperse-porous microparticles with high separation efficiency and capable of performing chromatographic analysis with short analysis time and high peak resolutions were obtained. Hence "a new polymer based microcolumn family" for HILIC mode was developed.