【应用实例】SparkFlux-2000电雾式检测器：聚乙二醇的高灵敏度分析

1. 前言

聚乙二醇（Polyethylene Glycol, PEG）是一类由环氧乙烷聚合而成的线性高分子聚合物，其通式为HO-(CH₂CH₂O)ₙ-H，分子量范围涵盖200 Da至20,000 Da，可根据聚合度（n值）调控理化性质根据分子量的不同，聚乙二醇可为液体或低熔点固体。由于链长的影响，不同分子量的聚乙二醇往往有不同的物理性质和应用，但大部分的聚乙二醇化学性质是相似的。相对分子质量在700~900之间者为半固体，相对分子质量1000及以上者为浅白色蜡状固体或絮片状石蜡或流动性粉末。

作为两亲性非离子型表面活性剂，PEG兼具优异的水溶性、化学惰性、生物相容性及热稳定性，广泛应用于药物递送系统（如脂质体修饰）、生物医学材料（如组织工程支架）、日化产品（如乳化剂）及工业润滑剂等领域。如聚乙二醇可以用于修饰药物蛋白，保护药物分子，延长其作用半衰期。聚乙二醇分子能改变各类细胞的生物膜结构，使两细胞接触点处质膜的脂类分子发生疏散和重组，从而使细胞发生融合，形成杂种细胞，获得一些特殊的杂种植株。同时聚乙二醇也是一种食品添加剂，常用于糖果、巧克力制品包衣。在食品中可作为被膜剂，亦可用作分散剂、黏结剂、增塑剂、涂层剂、润滑剂、载体溶剂和香味助剂等。

图1：PEG的结构通式图

然而，PEG的多分散性（分子量分布差异）及其在复杂体系中的痕量残留（如纳米制剂中游离PEG的检测）对质量控制提出了严峻挑战。主要难点包括：PEG分子由重复的乙氧基（-O-CH₂-CH₂-）组成，无共轭双键或芳香环，在紫外区（200-400 nm）吸收极弱，直接检测灵敏度低（检测限通常＞10 μg/mL），而衍生化法步骤繁琐，可能改变PEG结构，影响后续分析同时产生的副产物可能干扰检测。虽然蒸发光散射检测器（ELSD）和折光指数检测器（RI）能够实现非挥发性无紫外吸收化合物的分析，但这些检测器灵敏度较低且受温度波动、流动相挥发性和梯度适应性等方面存在不足。而质谱检测虽然可以同时实现高灵敏度检测和结构确认，但成本较高。此外，聚乙二醇是个混合物包含许多复杂成分，这些成分的极性、分子量和结构差异较大，增加了分离和检测的难度。因此，开发高灵敏、高选择性且适用于多场景的PEG检测方法，对提升其应用安全性及功能化设计具有重要意义。

电雾式检测器（Charged Aerosol Detector, CAD）作为一种非光学依赖型通用检测技术，基于气溶胶荷电-电荷信号检测机制，可突破传统紫外检测法对化合物发色基团的依赖性，尤其适用于聚乙二醇（PEG）等缺乏紫外吸收基团的聚合物分析。其通过雾化色谱洗脱液生成带电微粒，经电荷迁移后检测微粒表面电荷量，具有灵敏度高（检出限达pg级）、动态线性范围宽（跨越4个数量级）及响应一致性优异等特点。针对PEG分子量分布广（200-20,000 Da）、末端羟基活性低、复杂体系中痕量检测困难等挑战，本研究采用高效液相色谱-电雾式检测器（HPLC-CAD）联用系统，搭载新一代Sparkflux-2000型CAD检测器，通过优化梯度洗脱程序与气溶胶荷电效率，开发一种基于电荷信号归一化的PEG分子量分布快速分析方法，以解决传统凝胶渗透色谱（GPC）耗时冗长、质谱（MS）成本高昂等技术瓶颈。

2. 样品配置方法

2.1 样品PEG200、PEG1000，纯度>90%。

2.2 配置方法溶剂为纯水，配置浓度为200ppm。

3. 分析条件

样品浓度：200ppm的PEG200、PEG1000样品

色谱柱：EC-C18柱（150 mm×4.6mm，5um）

流动相：乙腈/水，流速：1mL/min

紫外检测波长：254nm，280nm

CAD检测条件：蒸发温度（35 ^oC）

表1：分析条件梯度表

4. 结果与讨论

4.1 紫外分析vs Sparkflux-2000-CAD分析

如图2所示，对比紫外检测、ELSD检测和Sparkflux-2000-CAD检测结果，在常规梯度洗脱条件下，CAD可全面覆盖聚乙二醇（PEG）的所有成分，且基线稳定性优异，几乎无梯度漂移现象；相比之下，蒸发光散射检测器（ELSD）仅能检出部分化合物，其灵敏度显著低于CAD。此外，紫外检测法（UV）在固定波长254 nm条件下因PEG缺乏特征性发色基团，未能检测到任何成分，进一步印证了通用型检测器——CAD在非紫外吸收物质分析中的必要性。

结果表明，CAD是替代传统紫外检测器和ELSD检测无紫外吸收聚乙二醇化合物的最佳选择之一。

图2：紫外分析、ELSD与CAD分析结果对比图

5. 总结

总体而言，Sparkflux-2000方法在分析聚乙二醇时，展现出了更优的灵敏度。这一优势证明了Sparkflux-2000在工业和食品分析中广阔的应用潜力。