导言:固定相材料在色谱学中的关键作用

色谱学仍然是分析化学、生物化学和工业质量控制中最根本的分离技术之一。溶解复杂混合物成单个成分的能力取决于分析物、移动阶段和固定阶段之间的差别相互作用。其中,固定阶段和mdash; 被包装在柱子内或涂在固体支持和mdash上的材料; 是决定选择性、分辨率和整体分离效率的最有影响力的因素。几十年来,光硅凝胶和有机聚合物等传统固定阶段占据了全景。然而,随着分析挑战在环境样品中出现要求更高的和mdash; 将痕量级污染物确定为目标、分离辣椒药物或确定复杂的生物流体和mdash的特征,古典阶段的局限性变得明显。 材料科学最近的创新带来了新一代固定阶段,对选择性、改进峰值形状、加快分析时间和在艰苦条件下增强稳定性提供了前所未有的控制。 该条探讨了固定阶段材料和技术中最显著的进步,这些技术正在塑造色谱分离的未来。

古典性站台相位材料:强度和局限性

传统的固定阶段提供了几十年的可靠服务,但并非没有缺陷。 使用最广泛的基材料Silica凝胶提供了高机械强度、良好的热稳定性和各种衍生可能性。 其表面硅醇组可以被修改以产生反相(C18、C8)、正常相或离子交换材料。 然而,光硅却受到诸如残留酸性硅醇、pH稳定性有限(典型的pH 2-8)和批量到批量的变异性等基本化合物尾声等问题的影响。 Porous silica粒子还有助于扩大波纹波纹的波纹,因为在深孔中质量转移缓慢,特别是对于较大的分子而言。

聚苯乙烯-二氯乙烯树脂等聚苯基相位法旨在克服pH值限制(从pH 1-14稳定),但因有机溶剂膨胀和表面化学的复制性较低而往往表现出较低的效率。 混合床和机械混合相位法试图结合优势,但在选择性方面仍然不足,特别是在针对结构相似的分析物时。 这些局限性推动了对新材料的搜索,这些新材料能够提供更尖锐的峰值、更高的可装载性和量身定制的选择性。

站式阶段设计的关键创新

核心壳颗粒

高性能液体色谱学(HPLC)中影响最大的创新之一是开发了核心壳(也称为表面多孔)颗粒。 与完全多孔颗粒不同,核心壳颗粒由固体、非孔核(典型的硅)组成,周围是薄薄的孔壳。 这一设计极大地缩短了分析扩散的路径长度,将波段扩大最小化,即使在低后压下也能够产生极高的分离效率。 核心壳颗粒的板高降低(h~1.5–2.0),与亚-2微米完全多孔颗粒相当,但没有极端的压力要求。 这些颗粒存在于各种贝壳化学中,包括C18、C8、苯基-羟基和混合模函数,使它们具有多种药物、环境和生物分离功能。 研究人员还引入了具有双模式孔分布的芯壳颗粒,以同时管理小分子和大分子分离。

表面功能化:分子级的量身定做的化学

使固定相表面与特定化学组群相适应,可以与分析物进行有针对性的相互作用。除了传统的烷基链(C18,C8)之外,现代的功能化包括将极性组群(如酰胺、尿素或碳酸盐)嵌入烯基链内,以提供正向保留机制。 这些“嵌入极性组群”阶段对于分离高极性化合物特别有用,否则,这些化合物会在标准反相柱上在空积附近产生震动。另一个广泛使用的功能化是离子和交换色谱学,金属离子(如Cu2+、Zn2+)被切入表面,以便有选择地保留能够协调的化合物,对氨基酸、糖和有机酸有用。

光学活性选择器(如环氧 ⁇ 、宏观循环抗生素、多沙克林衍生物)与硅化共价结合,这些阶段使得对映异构体得以分离,这是制药、农用化学和食品化学中的一项关键要求。 控制表面覆盖和结合化学的进步改善了手性分离的再生产和柱寿命。

混合模式的固定阶段

混合模样色谱法将两个或两个以上的留量机制(如反相+离子交换,或反相+水体相互作用)合并在一个列内。这种方法简化了含有疏水和可离子种的复杂样品的方法开发。例如,与C18链和硫酸组同时功能的固定相可以同时分离中性与酸性/基本化合物,而不需要离子涂层试剂。最近的工作引入了“不可调”混合模样阶段,从而改变基于移动相pH或有机修饰剂浓度的选择性。在生物分析和环境筛选中,混合模样柱越来越多地被采用,因为多安乐混合物是常见的。 更多地了解分离科学中的混合模样技术。

新兴先进材料

金属-组织框架

金属有机框架是结晶的,由有机绳连接的金属集群所形成的材料高度多孔,其特殊表面面积(通常为1000至700米2/g),可捕虫孔尺寸,模块化学使它们成为固定阶段的特殊候选物,多氟化碳能够提供大小选择性的吸附、形状选择性和通过协调相互作用而进行的具体吸附,例如,MIL-53(Al)行为——它在某些分析物的吸附作用上改变孔隙尺寸,从而能够具有前所未有的选择性。

纳米材料:石墨、碳纳诺图贝和西利卡纳诺普粒子

纳米材料给色谱学带来独特的物理化学特性。碳纳米管——既包括单壁又包括多壁的碳纳米管——可以沉积或共价附着在硅微粒子上,以产生具有强烈的相互作用、疏水性和大面积表面的静态阶段。这些阶段对于分离芳香化合物,包括多环芳烃和含有芳香环的药物特别有效。氧化石英和还原氧化石英(rGO)也通过涂层或内聚合法被融入静态阶段。它们的二维结构提供了很高的装载能力,有利于快速的质量转移。

硅纳米粒子(10-100纳米)本身通常不被用作包装床材料(由于反压过大),但可以组装成单层柱或用作较大颗粒的涂层,从而产生分层孔隙。这种安排既提高了效率和渗透性。纳米粒子的固定相是活跃的研究领域,在蛋白质组学和元组学中都有应用。 在分离科学中探索纳米材料的更深层见解。

单石柱:连续床技术

单石柱由单片多孔材料(硅或聚合物)组成,填充柱管,消除了粒状包装的需要. 单石的宏观和中间结构使得能高渗透性和快速对流质转移,使它们最理想地进行高速分离,分析极大分子(如蛋白质,DNA). 硅单石提供高表面面积和机械强度,而聚合物单石(如基于甲丙烯酸或多肽)则具有化学强度,可以按原位制备. 近期的创新包括混合有机无机单石和为特定目标分子设计的“分子成体印”单石,单石柱在粗细液体色谱学和微浮质装置中特别珍贵.

未来方向和结论

固定阶段创新的前沿正在朝着更加具体和可持续性的方向发展,计算设计和机器学习正在被用来预测新材料在合成前的色谱行为,加速发现,针对外部刺激(pH、温度、光)的“智能”固定阶段正在出现,用于按需进行分离转换,生物相容的固定阶段在不作样品准备的情况下直接分析生物流体是另一个目标,此外,更加绿色的固定阶段材料——那些来自生物再生源或溶剂消耗较少的材料——正在引起对环境的关注。

显然,先进材料合成与对保留机制的深刻理解的结合正在推动色谱学革命。从核心壳颗粒中,这些粒子在不施加极端压力的情况下提高了效率,对基于孔隙几何的异构体进行区分的MOF, 这些创新正在扩大可以分离和检测的界限。对于分析化学家来说,了解这些发展对于解决21世纪日益复杂的分离挑战至关重要。 了解主要色谱学制造商最近的商业创新。 审查关于固定阶段趋势的全面学术观点。

随着研究的继续,基本物质特性与实用柱工程之间的协同效应将为全世界的科学家提供更有力、更高效和更有选择的工具。 静态阶段曾经是被动支持,但已经成为目前色谱学进步的核心参与者。