液相色谱填料基质的发展.doc

高效液相色谱的填料可分为无机基质填料和有机基质填料，无机基质填料包括硅胶、氧化铝、氧化锆、羟基磷灰石、氮化物以及活性碳等。此外还有复合物材料，即通过精细调控技术制备的无机-有机球杂交基球，经化学衍生后，制备得对药物分析和筛选很有用的高效、可耐pH2～8、低吸附性的新型填料。
1、硅胶
无机基质材料中最重要的是硅胶，微粒型硅胶的出现，促进了高效液相色谱法的发生与发展。合成色谱用硅胶区别于天然晶体二氧化硅，也区别于介于晶型和无定型之间的用于色谱、电色谱中的石英毛细管，用作色谱填料的是无定型二氧化硅。硅胶吸附色谱是色谱中的经典，硅胶至今仍是制备色谱中填充柱的主要材料，250目～400目（即40μm～63μm直径）的硅胶颗粒的含水量直接影响活性，其活性随着含水量的升高而降低。当其含水量接近20%的时候，硅胶基本不具吸附活性；活性太高，则出现不可逆吸附和拖尾，甚至分离物分子结构的改变。以下将重点介绍其化学修饰及聚合物包覆的过程。
硅胶能用于色谱基质材料，是因为其表面具有重要的活性基团硅羟基，即自由硅羟基，或称孤立硅羟基。由于游离的硅羟基是造成色谱峰尤其是碱性溶质拖尾的主要原因，因此在合成反相色谱材料中，针对硅羟基的封尾技术非常重要。例如C18柱，在键合了十八烷基后，还需通过小分子的硅烷化试剂（例如三甲基氯硅烷）对其进行封尾，以尽可能地减小极性大的硅羟基对整体呈现非极性的色谱柱的影响，如若硅羟基外露，封尾不完全，势必影响反相色谱的保留时间和色谱峰型。
对硅胶表面进行的改性是通过该活性基团进行的，通过各种硅烷化试剂对硅胶表面进行修饰，可以得到包括烷烃和芳烃在内的烷基反相填料。常用的硅烷化试剂除了氯硅烷和烷氧基硅烷外，还有烷基硅氨烷。例如:在硅羟基上键合十八烷基，可制得液相色谱柱中常用的C18柱（ODS）；以氨基、羧基、磺酸基修饰，可得到离子交换填料;以聚乙二醇修饰，可得到疏水作用的填料。
2、氧化铝
用作吸附材料和色谱填料基质的氧化铝主要是γ-氧化铝，γ-氧化铝表面化学修饰比硅胶更困难，因此氧化铝多使用于一些小分子有机化合物的分离，用于正相、离子交换色谱和反向高效液相色谱中，在生化分离上应用得少。氧化铝的化学修饰可通过铝羟基的反应或是涂覆技术。通过铝羟基反应可通过在氧化铝表面上的活性羟基键合C4、C8和C18等烷基，制得在宽pH范围内稳定，应用于反相色谱中的烷基化氧化铝。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强疏水性复合材料。
在吸附型制备色谱中，氧化铝的吸附能力比硅胶更强，氧化铝比硅胶的样品处理量更大，根据含水量大小（0%～15%），大多情况下，需要控制的含水量为6%～10%，对应的活性为第三和第四等级。根据酸碱性，应用于吸附色谱中的氧化铝分为中性、酸性和碱性氧化铝，中性氧化铝水提取液的pH值为7.5，适用于醛、酮、醌、某些苷及酸碱溶液中不稳定化合物，如酯、内酯等化合物的分离，因此应用十分广泛。大多数情况下使用的是碱性氧化铝水提取液的pH值为9～10常应用于碳氢化合物的分离，常应用于碳氢化合物的分离，中碳氢化合物中除去含氧化合物,还能中碳氢化合物中除去含氧化合物，还能对某些色素，甾族化合物、生物碱、醇以及其他中性、碱性物质的分离。性氧化铝水提取液的pH值为4～4.5，适用于天然及合成酸性色素以及某些醛、酸的分离。
3、氧化锆
氧化锆和硅胶一样，具有优异的机械强度，适宜的孔结构和可用于键合其他功能基团的活性位点外，还具有更宽的pH耐受范围和更好的耐温性。氧化锆多孔小球可耐受pH0～14的环境，可高达900℃的温度下长时间工作不会变形且结构不遭受破坏。碳十八键合二氧化锆（ODZ）可在pH2～12范围内使用。聚丁二烯包覆二氧化锆复合填料在全pH值范围内稳定，并且能耐200℃的柱温。
4、复合型填料
复合型填料，一般而言，硅胶基质化学键合相在pH2～8的范围内稳定，难以耐受更宽的pH范围，在碱性条件下硅胶基质会发生溶解，于是人们将机械强度较低、在有机溶剂中易发生溶胀的高聚物引入到硅胶基质填料中，与硅胶形成优势互补，制备出有机-无机复合型填料，即包覆型填料或涂覆型填料。硅胶、氧化铝、氧化锆等都曾被用作包覆型填料的基质材料，其中最重要的是硅胶和氧化锆。用于包覆无机基质填料的高聚物则有聚苯乙烯、聚乙基苯乙烯-二乙烯基苯、聚丁二烯、聚环氧乙烷、聚硅氧烷、琼脂糖、聚氯甲基苯乙烯-二乙氧基甲基乙烯基硅烷以及气相沉积碳等。
早期包覆型填料的制备采用物理包覆法，制得的复合物孔径结构不甚可控，重现性差。后期采用的是化学键合或复合型包覆法。该法首先利用无机基质表面修饰技术，使硅胶、氧化铝或氧化锆等基质的表面带上适合数量的活性基团，例如可发生加合反应的双键、环氧基团、氨基或羧基等，再将制备高聚物所需的单体、交联剂等涂覆到基质表面，然后通过加入引发