常用色谱填料基质的优缺点

月旭

2023/03/07 09:33

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随着HPLC技术的发展，特别是对复杂样品的高选择性、高灵敏度和高通量分离分析要求的不断提高，极大的推动了新型色谱填料（固定相）的开发。其原因是HPLC的核心是色谱固定相，分离效果的好坏与固定相的结构、化学物理等特性密切相关。所以研究和制备工艺不断改进，极大的提高了分离材料的性能，使其具备了高通透性、高机械强度、良好的生物相容性和分离效率。

迄今已经成功制备出多种色谱固定相，分类如下图：

常用的色谱固定相基质包括：

硅胶固定相、聚合物微球固定相、金属氧化物微球固定相。

硅胶微球固定相

由于硅胶表面存在大量具有反应活性的硅醇基，同时硅胶基质具有强度好，多孔结构和较好的化学稳定性等优点，因而是一种比较理想的色谱固定相基质材料。硅胶微球固定相不仅具有高效、高选择性的特点，而且具有比表面积大、较好的色谱性能。

因此，硅胶微球固定相是目前应用最广泛的液相色谱填料，尤其是针对有机小分子的高效分离分析，并且占据绝大多数市场份额。然而硅胶基质化学稳定性较低，一般只能pH为2-8的范围内操作，否则会发生水解，降低色谱柱的使用寿命，并且由于残存硅羟基表现出所谓第二效应，特别会使碱性化合物的峰型拖尾，一定程度上限制了硅胶微球固定相在碱性化合物分析中的应用。

聚合物微球固定相

虽然硅胶固定相具有柱效高、分离性能好等优点，仍然是目前商品色谱柱的主流。

此类填料存在两个明显缺点：

流动相适用范围窄，一般在pH2-8范围内使用。

表面残余的硅醇基导致碱性物质分离时效果不佳。

具有足够机械强度的有机聚合物微球可以克服硅胶填料的上述缺点，同时因为具有较好的生物相容性，更适用于生命科学等领域的应用。迄今聚合物微球固定相已经取得重大发展，部分已经有相当高的商品化水平，但该类固定相仍有一些不足，如机械强度不高、易于溶胀、传质阻力大、柱效低等，在某些方面的应用受到一些限制。

金属氧化物微球固定相

为了克服硅胶固定相和聚合物微球固定相的固有缺点，研究者仍在不断开发新的基质材料。氧化铝的分离机理比较复杂，目前表面覆盖型和表面键合正丁基型氧化铝已经应用于色谱分析，而且表现出良好的性能，但仍不能取代硅胶。氧化锆及改性氧化锆同时具有硅胶基质的高机械性能和聚合物基质的优良化学稳定性，因此氧化锆作为HPLC填料的研究已引起色谱学领域的极大兴趣，其原因是氧化锆耐碱性好，pH适用范围可达1-14。

同时还具有其他优点：

机械强度高、耐高温。

粒径、孔径可控，适用于生物工程产品的分离。

在正相色谱中，由于对氨基等碱性基团无吸附而具有较好的峰对称性。

作为离子交换色谱填料时不需要键合。