正相色谱使用极性固定相(如硅胶、氰基、氨基、二醇基)和非极性流动相(如己烷、二氯甲烷),分离基于分析物的极性差异。硅胶是传统的正相填料,其表面硅羟基与样品分子形成氢键、偶极-偶极等相互作用。氰基(-CN)填料极性较弱,兼具正相和反相特性;氨基(-NH2)填料除了极性作用,还具有弱阴离子交换能力和与羰基化合物的特异性反应;二醇基填料极性适中,生物相容性好,常用于糖类分离。亲水作用色谱(HILIC)可视为“水性正相色谱”,使用极性固定相(通常是硅胶或极性键合相)和含高比例有机相(通常>60%乙腈)的流动相。HILIC模式下,极性化合物在填料表面的水富集层和流动相之间分配,实现保留。与反相色谱相比,HILIC对强极性和亲水性化合物(如糖类、氨基酸、核苷酸、多肽)具有更好保留,且与质谱兼容性较好(因使用高有机相,易于去溶剂化和离子化)。HILIC填料的多样性丰富。除了裸硅胶,还有酰胺、二醇、两性离子、混合模式等多种键合相。酰胺相(如TSKgelAmide-80)通过氢键作用提供选择性,对糖类分离效果优异;两性离子相(如ZIC-HILIC)同时带有磺酸基和季铵基,在宽pH范围内保持电中性,减少不必要的离子相互作用。表面多孔填料(核壳)在实现高柱效的同时能降低背压。合肥Porapak系列色谱填料电话

除了主流的硅胶,其他金属氧化物如氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、氧化钛(TiO2)和它们的混合氧化物也被用作色谱填料基质。它们具有一些硅胶所不具备的特性。氧化锆(锆胶)的化学稳定性极为突出,能耐强酸(pH1)和强碱(pH14),且热稳定性好(>200℃),可用于高温液相色谱和以水为流动相的色谱。其表面化学与硅胶不同,以锆羟基为主,可通过磷酸酯、膦酸等配体进行改性,形成稳定的配位键合相,用于分离磷酸化肽、核酸等。氧化钛(钛胶)表面具有强烈的路易斯酸性,对含磷化合物、羧酸和多羟基化合物有特异性吸附,用于磷酸化肽和糖肽的选择性富集。氧化铝(铝胶)表面具有酸性和碱性两种活性位点,主要用于正相色谱,分离烯烃、芳香族化合物和某些异构体,在石油化工分析中有传统应用。混合氧化物(如锆-硅、钛-硅)则试图结合不同氧化物的优点。然而,金属氧化物填料的发展受限于几个因素:制备高质量、窄粒径分布的球形颗粒工艺比硅胶复杂;表面化学修饰的试剂和反应路径不如硅胶的硅烷化反应成熟和多样化;成本通常较高。因此,它们主要应用于一些特殊领域,作为硅胶填料的有力补充。成都有机担体系列色谱填料怎么用填料的性质直接决定了色谱系统的分离效能。

液相色谱-质谱联用(LC-MS)已成为复杂样品分析的黄金标准,这对色谱填料的质谱兼容性提出了要求。首要问题是填料流失。在LC-MS的高灵敏度下,填料基质或键合相在流动相中微量的溶解或水解产物(如硅酸盐、硅烷醇、聚合物单体/低聚物)可能进入质谱,产生背景噪音、干扰目标物检测或污染离子源。为此,LC-MS的色谱填料强调低流失性。制造商通过使用高纯原料、优化键合化学(如使用双齿硅烷增加水解稳定性)、彻底清洗去除可萃取物等方式来减少流失。用户应避免使用pH过高(>8)的流动相,以减缓硅胶溶解。聚合物填料虽然无硅胶流失问题,但也需评估其有机添加剂的渗出。其次,填料的选择性应有利于目标物在质谱电离条件下的响应。例如,在电喷雾电离(ESI)正模式下,使用含有三氟乙酸(TFA)的流动相可改善峰形,但TFA会抑制离子化,此时可考虑使用低流失、对碱性化合物峰形友好的填料(如CSH),从而用甲酸代替TFA。在HILIC-MS中,高有机相含量有利于电喷雾电离效率。此外,填料应避免与分析物发生不可逆吸附或导致样品降解,否则会降低回收率和灵敏度。新型的“LC-MS”填料在产品设计和测试中都充分考虑了这些因素,确保在质谱检测下的优异性能。
离子交换色谱基于固定相上带电荷的官能团与样品离子之间的静电相互作用实现分离。阴离子交换填料携带正电荷基团(如季铵盐、二乙氨基),用于分离阴离子;阳离子交换填料携带负电荷基团(如磺酸基、羧基),用于分离阳离子。根据官能团解离常数的不同,又分为强离子交换剂(在宽pH范围内保持离子化,如季铵盐、磺酸基)和弱离子交换剂(pH依赖性大,如二乙氨基、羧基)。传统离子交换填料以聚合物基质为主(如琼脂糖、葡聚糖、聚甲基丙烯酸酯),因其亲水性和大孔结构适合生物大分子分离。但随着技术的发展,硅胶基和杂化基的离子交换填料也逐渐普及,它们具有更高的机械强度和更快的传质速度,适合HPLC分析。表面修饰方法包括直接键合离子型硅烷、接枝聚电解质刷、或引入含有离子基团的聚合物涂层。离子交换色谱的应用极为宽泛。在生物化学领域,用于蛋白质、多肽、核酸、寡糖的分离纯化,可根据表面电荷差异分离不同等电点的蛋白质;在环境分析中,用于无机阴离子(F-、Cl-、NO3-、SO4²-等)和阳离子(Li+、Na+、K+、Ca²+、Mg²+等)的测定;在制药领域,用于有机酸、碱的分离。填料的粒径大小影响色谱柱的柱效和背压。

分离生物大分子(蛋白质、多肽、核酸、病毒等)对色谱填料有特殊要求,统称为生物相容性。首要的是减少非特异性吸附,避免样品损失、回收率低和峰拖尾。为此,填料基质和表面化学需高度亲水、电中性或具有适当电荷。传统软胶(如琼脂糖、葡聚糖)虽然生物相容性好,但机械强度低。现代HPLC生物分离填料多以亲水涂层的大孔径硅胶或聚合物为基质。孔径必须足够大以确保生物大分子能自由进出孔道,避免排阻效应。对于球形蛋白质,孔径至少是分子直径的5-10倍;对于具有延伸构象的蛋白质或DNA,需要更大的孔。表面多孔填料(核壳型)由于其浅的多孔层,传质快,在生物大分子分析中表现出优异的峰形和柱效。整体柱的对流传质特性也使其成为生物大分子快速分离的理想选择。表面化学设计至关重要。除了常规的反相(C4、C8)、离子交换、疏水作用、体积排阻模式外,还有专门为生物分离设计的填料。例如,用于单克隆抗体分析的ProteinA亲和填料;用于去除内聚酰胺-胺树枝状大分子修饰填料;用于膜蛋白分离的两性离子表面修饰填料,以减少与膜蛋白疏水区域的强吸附。填料的清洗与再生可以延长色谱柱的使用寿命。Chromosorb系列色谱填料
硅胶填料的酸性表面可能导致碱性化合物的拖尾。合肥Porapak系列色谱填料电话
纳米技术为色谱填料的发展带来了新维度。纳米材料,如介孔硅球、碳纳米管、石墨烯及其氧化物、金属纳米颗粒、量子点以及金属/共价有机框架(MOFs/COFs),因其独特的尺寸效应、高比表面积、可调控的表面化学和特殊的光电性质,被用作新型色谱固定相或作为传统填料的改性材料。介孔硅球(如MCM-41、SBA-15)具有高度有序的纳米级孔道和狭窄的孔径分布,作为色谱填料基质,可以提供更快的传质和更高的负载量。碳纳米管和石墨烯凭借其巨大的比表面积和丰富的π电子云,作为固定相或涂层时,对芳香族化合物、平面分子和异构体展现出分离选择性,常用于固相微萃取和开管毛细管电色谱柱。MOFs和COFs是近年来兴起的结晶性多孔材料,其孔径和功能可在分子水平精确设计,被誉为“理想”的色谱固定相。它们已成功用于气体分离、手性拆分和异构体分离,展现出传统填料难以比拟的分离能力。然而,将这些纳米材料稳定、均匀且高容量地固定到色谱载体上,并保持其结构的完整性,仍是规模化应用的主要挑战。此外,纳米填料在高压下的机械稳定性、批次重复性以及与现有色谱仪器的兼容性也需要进一步研究和验证。合肥Porapak系列色谱填料电话
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