[论文解读] A single liquid chromatography procedure to concentrate, separate and collect size-selected polyynes produced by pulsed laser ablation in water

Sonia Peggiani, Anna Facibeni+4 more|arXiv (Cornell University)|Jun 21, 2022

Mass Spectrometry Techniques and Applications参考文献 31被引用 3

一句话总结

本研究提出了一种单一反相高效液相色谱（RP-HPLC）方法，可直接从水中脉冲激光消融（PLAL）产生的线性sp-碳链（即多炔）中实现浓缩、分离与收集。通过避免样品稀释并利用柱上聚焦技术，该方法使多炔浓度提高了80 ± 3%，并实现了对以往不可见物种（如C12）的检测，为功能材料研究提供了一种可扩展、无毒的替代方案，取代传统的有机溶剂合成方法。

ABSTRACT

Polyynes are linear carbon chains characterized by alternated single and triple bonds and terminated by hydrogen or other terminal substituents. They can be synthesized by pulsed laser ablation in liquid (PLAL) as a scalable, cost-effective, and fast physical technique. Water can be employed as a solvent for PLAL to avoid toxicity problems and to reduce costs compared to organic solvents. However, in this case, the production yield of polyynes reached is extremely low and prevents further characterization and implementation in new functional materials. In this work, we synthesized polyynes by pulsed laser ablation in water and we optimized the process parameters to improve the yield of polyynes by PLAL. Then, we developed a procedure entirely based on reversed-phase high-performance liquid chromatography (RP-HPLC) which effectively enables the concentration, separation and collection of polyynes according to their length. Since the polyynes sample is an aqueous solution, we could inject it directly into the RP-HPLC column without the dilution step required in the case of a sample in an organic solvent. Thanks to our single RP-HPLC procedure, it is possible to highly increase the concentration and separately characterize different size-selected polyynes for further use in functional materials.

研究动机与目标

• 为克服通过脉冲激光消融在水（PLAL）中合成多炔时产率低、稳定性差的问题，该问题阻碍了后续表征。
• 开发一种后处理方法，可在无需有机溶剂稀释的情况下，同时浓缩、分离并收集尺寸选择性多炔。
• 实现对氢封端多炔（CnH2）的高分辨率、长度特异性表征，以用于功能材料研究。
• 以水兼容、环境友好的基于HPLC的流程替代有毒、昂贵的有机溶剂基合成方法。

提出的方法

• 优化PLAL参数（2.8 J/cm²能量密度，2 mL溶剂体积，30分钟消融，每次间隔2分钟），以在水中最大化多炔产率。
• 采用以水为流动相的反相HPLC（RP-HPLC），直接进样水相多炔，无需稀释。
• 应用柱上聚焦技术以实现浓缩，该技术通常用于蛋白质分析，现首次应用于sp-碳链。
• 采用两步RP-HPLC方法：首先在柱上浓缩混合物，随后使用梯度洗脱分离并收集尺寸选择性多炔。
• 在特定波长（C6为300 nm，C8为216 nm，C10为251 nm）下使用UV-Vis检测，追踪浓度提升并验证回收率。
• 通过比较HPLC处理前后峰面积验证方法效率，对尺寸选择性物种实现80 ± 3%的回收率。

实验结果

研究问题

• RQ1 单一RP-HPLC流程是否能在无需有机溶剂稀释的情况下，有效浓缩、分离并收集来自水相PLAL合成的尺寸选择性多炔？
• RQ2 哪些PLAL参数可使水中氢封端多炔的产率最大化？
• RQ3 在RP-HPLC中，柱上聚焦在多大程度上可增强短链多炔（C6、C8、C10）的可检测浓度，并揭示此前未被检测到的物种（如C12）？
• RQ4 与传统方法相比，该HPLC基浓缩与分离方法在产率和样品完整性方面效率如何？
• RQ5 该方法是否能实现高回收率（如>80%）的尺寸选择性多炔，同时保持其结构与光学性质？

主要发现

• 优化后的PLAL条件（2.8 J/cm²能量密度，2 mL溶剂，30分钟消融，每次间隔2分钟）在水中生成了可检测的氢封端多炔（C6、C8、C10），浓度为10⁻⁶至10⁻⁷ mol/L。
• 单一RP-HPLC流程通过UV-Vis峰面积分析（C6为300 nm，C8为216 nm，C10为251 nm）确认，使尺寸选择性多炔浓度提高了80 ± 3%。
• 该方法成功检测到此前不可见的多炔物种C12，归因于浓度提升与分辨率增强。
• 在RP-HPLC中，柱上聚焦技术成功实现了从水相溶液中直接浓缩多炔，无需预稀释或溶剂置换。
• 在198 nm（C6）和225 nm（C8）处观察到过载效应，表明柱子饱和并导致UV-Vis光谱失真，因此必须依赖其他检测波长以实现准确定量。
• 该流程将浓缩、分离与收集整合为单一工作流程，提供了一种可扩展、无毒的替代方案，取代传统的有机溶剂基多炔合成与纯化方法。