液相色譜填料基質的發(fā)展

高效液相色譜的填料可分為無機基質填料和有機基質填料，無機基質填料包括硅膠、氧化鋁、氧化鋯、羥基磷灰石、氮化物以及活性碳等。此外還有復合物材料，即通過精細調控技術制備的無機-有機球雜交基球，經化學衍生后，制備得對藥物分析和篩選很有用的高效、可耐pH2～8、低吸附性的新型填料。

1、硅膠

無機基質材料中最重要的是硅膠，微粒型硅膠的出現(xiàn)，促進了高效液相色譜法的發(fā)生與發(fā)展。合成色譜用硅膠區(qū)別于天然晶體二氧化硅，也區(qū)別于介于晶型和無定型之間的用于色譜、電色譜中的石英毛細管，用作色譜填料的是無定型二氧化硅。硅膠吸附色譜是色譜中的經典，硅膠至今仍是制備色譜中填充柱的主要材料，250目～400目（即40μm～63μm直徑）的硅膠顆粒的含水量直接影響活性，其活性隨著含水量的升高而降低。當其含水量接近20%的時候，硅膠基本不具吸附活性；活性太高，則出現(xiàn)不可逆吸附和拖尾，甚至分離物分子結構的改變。以下將重點介紹其化學修飾及聚合物包覆的過程。

硅膠能用于色譜基質材料，是因為其表面具有重要的活性基團硅羥基，即自由硅羥基，或稱孤立硅羥基。由于游離的硅羥基是造成色譜峰尤其是堿性溶質拖尾的主要原因，因此在合成反相色譜材料中，針對硅羥基的封尾技術非常重要。例如C18柱，在鍵合了十八烷基后，還需通過小分子的硅烷化試劑（例如三甲基氯硅烷）對其進行封尾，以盡可能地減小極性大的硅羥基對整體呈現(xiàn)非極性的色譜柱的影響，如若硅羥基外露，封尾不完全，勢必影響反相色譜的保留時間和色譜峰型。

硅膠表面進行的改性是通過該活性基團進行的，通過各種硅烷化試劑對硅膠表面進行修飾，可以得到包括烷烴和芳烴在內的烷基反相填料。常用的硅烷化試劑除了氯硅烷和烷氧基硅烷外，還有烷基硅氨烷 。例如: 在硅羥基上鍵合十八烷基，可制得液相色譜柱中常用的C18柱（ODS）；以氨基、羧基、磺酸基修飾，可得到離子交換填料; 以聚乙二醇修飾，可得到疏水作用的填料。

2、氧化鋁

用作吸附材料和色譜填料基質的氧化鋁主要是γ-氧化鋁，γ-氧化鋁表面化學修飾比硅膠更困難，因此氧化鋁多使用于一些小分子有機化合物的分離，用于正相、離子交換色譜和反向高效液相色譜中，在生化分離上應用得少。氧化鋁的化學修飾可通過鋁羥基的反應或是涂覆技術。通過鋁羥基反應可通過在氧化鋁表面上的活性羥基鍵合C4、C8和C18等烷基，制得在寬pH范圍內穩(wěn)定，應用于反相色譜中的烷基化氧化鋁。表面涂覆可以制得聚苯乙烯- 二乙烯基、聚丁乙烯或十八烷基硅烷等強疏水性復合材料。

在吸附型制備色譜中 ，氧化鋁的吸附能力比硅膠更強，氧化鋁比硅膠的樣品處理量更大，根據(jù)含水量大�。�0%～15%），大多情況下，需要控制的含水量為6%～10%，對應的活性為第三和第四等級。根據(jù)酸堿性，應用于吸附色譜中的氧化鋁分為中性、酸性和堿性氧化鋁，中性氧化鋁水提取液的pH值為7. 5，適用于醛、酮、醌、某些苷及酸堿溶液中不穩(wěn)定化合物，如酯、內酯等化合物的分離，因此應用十分廣泛。大多數(shù)情況下使用的是堿性氧化鋁水提取液的pH值為9～10常應用于碳氫化合物的分離，常應用于碳氫化合物的分離，中碳氫化合物中除去含氧化合物, 還能中碳氫化合物中除去含氧化合物，還能對某些色素，甾族化合物、生物堿、醇以及其他中性、堿性物質的分離。性氧化鋁水提取液的p H值為4～4.5，適用于天然及合成酸性色素以及某些醛、酸的分離。

3、氧化鋯

氧化鋯和硅膠一樣，具有優(yōu)異的機械強度，適宜的孔結構和可用于鍵合其他功能基團的活性位點外，還具有更寬的pH耐受范圍和更好的耐溫性。氧化鋯多孔小球可耐受pH 0～14的環(huán)境，可高達900℃的溫度下長時間工作不會變形且結構不遭受破壞。碳十八鍵合二氧化鋯（ODZ）可在pH2～12范圍內使用。聚丁二烯包覆二氧化鋯復合填料在全pH值范圍內穩(wěn)定，并且能耐200℃的柱溫。

4、復合型填料

復合型填料，一般而言，硅膠基質化學鍵合相在pH 2～8的范圍內穩(wěn)定，難以耐受更寬的pH范圍，在堿性條件下硅膠基質會發(fā)生溶解，于是人們將機械強度較低、在有機溶劑中易發(fā)生溶脹的高聚物引入到硅膠基質填料中，與硅膠形成優(yōu)勢互補，制備出有機-無機復合型填料，即包覆型填料或涂覆型填料。硅膠、氧化鋁、氧化鋯等都曾被用作包覆型填料的基質材料，其中最重要的是硅膠和氧化鋯。用于包覆無機基質填料的高聚物則有聚苯乙烯、聚乙基苯乙烯-二乙烯基苯、聚丁二烯、聚環(huán)氧乙烷、聚硅氧烷、瓊脂糖、聚氯甲基苯乙烯-二乙氧基甲基乙烯基硅烷以及氣相沉積碳等。
早期包覆型填料的制備采用物理包覆法，制得的復合物孔徑結構不甚可控，重現(xiàn)性差。后期采用的是化學鍵合或復合型包覆法。該法首先利用無機基質表面修飾技術，使硅膠、氧化鋁或氧化鋯等基質的表面帶上適合數(shù)量的活性基團，例如可發(fā)生加合反應的雙鍵、環(huán)氧基團、氨基或羧基等，再將制備高聚物所需的單體、交聯(lián)劑等涂覆到基質表面，然后通過加入引發(fā)劑，控溫等條件引發(fā)化學鍵合或共聚反應，制得包覆層緊密牢固的復合色譜填料。但是由于聚合物包覆不完全，裸露出來的無機基質會吸附路易斯堿性物質，特別會吸附蛋白質而導致峰型變差，這種吸附可以通過有機物熱蒸汽化學氣相沉積法使熱解碳對裸露無機基質進行包覆。在鍵合固定相中特別值得提及的是用于手性拆分藥物、酸類、酰胺類化合物的手性分離固定相。手性固定相所使用的高分子基球通常是粒徑單分散的縮水甘油甲基丙烯酸- 亞乙基二異丁烯酸酯共聚物微球、一鍋法制備的單分散聚甲基丙烯酰胺球、聚硅氧烷、光學活性聚氨基甲酸乙酯以及聚苯乙烯。通過共價鍵或涂覆方式，發(fā)展了Pirkle型（刷型）、多糖類、環(huán)糊精類、冠醚類、杯芳烴等多種類型的手性固定相。

5、石墨化碳填料

硅膠的化學穩(wěn)定性較差，僅能在pH=2~8的環(huán)境下工作。但是，在很多場合下，需要使用極端的pH條件。為此，人們曾大力發(fā)展高分子微球、氧化鋁、氧化鋯等化學穩(wěn)定性更好的基質材料。但是，很難有一種材料能全面地滿足液相色譜基質的要求。例如，高分子微球在有機溶劑中會發(fā)生一些溶脹，因此難以應用于以含有機溶劑的流動相進行梯度淋洗的場合；氧化鋁和氧化鋯與硅膠相比，雖然化學穩(wěn)定性較好，但其表面修飾與鍵合比較困難。因此，化學穩(wěn)定性好的碳材料便很自然地被考慮作為色譜填料的基質。

碳材料有極好的化學穩(wěn)定性，可耐受寬達pH=1~14的環(huán)境；耐高溫，石墨化碳可耐3000℃以上的高溫而不受破壞；經適當加工的碳材料可具有很好的機械強度，具有優(yōu)良的導電性、導熱性及電磁屏蔽特性。更為難能可貴的是，多孔性碳材料以其結構的特點而具有很好的吸附性及選擇性。正是碳材料的這些特性，使人們期待它在色譜領域中能有特殊的用途。

6、貫流色譜填料

貫流色譜是20世紀80年代末至90年代初發(fā)展起來的一種色譜分離新方法。在這種填料上，既有通常的微孔或大孔，例如50~150nm的微孔，又有貫穿整個顆粒的，孔徑約600~800nm超大孔存在。這種貫穿的大孔，可以允許流動相直接進入填料顆粒的內部并貫穿而過。這樣，就相當于極大地降低了填料顆粒的直徑，即以貫穿孔將填料分割成了很多更細小的顆粒，在這種小顆粒上的微孔已經短到不對傳質過程構成明顯的阻力。因此，在這種貫流色譜填料上，傳質阻力已經非常小。同時，貫穿孔內流動相的線速度正比于柱子中流動相的速度，即傳質過程已由擴散傳質變?yōu)閷α鱾髻|。這就意味著，在一定范圍內，及時提高流動相速度，也不會降低柱子的分離效率。由于填料上同時還存在有通常的多孔結構，其比表面積并未隨貫穿孔的出現(xiàn)而大幅度降低。

因此，在這種填料上的樣品負載量也不隨流速的增加而減少。再者，填料上600~800nm的貫穿孔，極大地增加了柱子的通透性，使得這種柱子即使工作于很高的流速下，其操作壓力也不需要很高。所以，這種貫流色譜柱可以同時具有高流速、高效率、高樣品負載量和低操作壓力的特點。

7、整體柱

整體柱又稱整體固定相、棒柱、連續(xù)床等，是在柱管內原位聚合或固定化了的連續(xù)整體多孔結構，可根據(jù)需要對整體材料的表面作相應的衍生化，是一種新型的用于分離分析或作為反應器的多孔介質。通過控制聚合條件來得到具有理想孔徑分布的整體柱。整體柱中的空間由聚合物顆粒中的孔和顆粒間的縫隙組成，分離在樣品流經孔結構時發(fā)生�？梢詼p少路徑的差異和縱向擴展。

整體柱的優(yōu)點包括：可以原位制備，省去制備填料和裝柱，也可以同法制成聚合物顆粒后再裝柱；聚合物易于制備，柱子的長度和直徑在一定程度上不受限制；聚合反應混合物中的單體可以靈活選擇以得到適合的基質和性質；易于在柱衍生化，以得到具有合適性質的色譜柱；通過控制聚合反應的條件可以優(yōu)化孔的性狀。