实验室分析仪器--液相色谱分离条件中关于基质的选择

基质

HPLC 填料可以是陶瓷性质的无机物基质,也可以是有机聚合物基质。无机物基质主要是硅胶和氧化铝。无机物基质刚性大,在溶剂中不易膨胀。有机聚合物基质主要有交联苯乙烯-二乙烯苯、聚甲基丙烯酸酯。有机聚合物基质刚性小、易压缩,溶剂或溶质容易渗入有机基质中,导致填料颗粒膨胀,结果减少传质,最终使柱效降低。

1、基质的种类

1)硅胶

硅胶是 HPLC 填料中最普遍的基质。除具有高强度外,还提供了一个表面,可以通过成熟的硅烷化技术键合上各种配基,制成反相、离子交换、疏水作用、亲水作用或分子排阻色谱用填料。硅胶基质填料适用于广泛的极性和非极性溶剂。缺点是在碱性水溶性流动相中不稳定。通常,硅胶基质填料的常规分析 pH 范围为2～8。

硅胶的主要性能参数有:比表面积,在液-固吸附色谱法中,硅胶的比表面积越大,溶质的 k 值越大;含碳量及表面覆盖度(率),在反相色谱法中含碳量越大,溶质的k值越大;含水量及表面活性,在液-固吸附色谱法中硅胶的含水量越小,其表面硅醇基的活性越强,对溶质的吸附作用越大;端基封尾,在反相色谱法中,主要影响碱性化合物的峰形;几何形状,硅胶可分为无定形全多孔硅胶和球形全多孔硅胶,前者的价格较便宜,缺点是涡流扩散项及柱渗透性差,后者无此缺点;硅胶纯度,对称柱填料使用高纯度硅胶,柱效高,寿命长,碱性成分不拖尾。

2)氧化铝

具有与硅胶相同的良好的物理性质,也能耐较大的 pH 范围。它也是刚性的,不会在溶剂中收缩或膨胀。但与硅胶不同的是,氧化铝键合相在水性流动相中不稳定。不过现在已经出现了在水相中稳定的氧化铝键合相,并显示出优秀的 pH 稳定性。

3)聚合物

以高交联度的苯乙烯-二乙烯苯或聚甲基丙烯酸酯为基质的填料是用于普通压力下的 HPLC,它们的疏水性强,压力限度比无机填料低。使用任何流动相,在整个 pH 范围内稳定,可以用 NaOH 或强碱来清洗色谱柱。甲基丙烯酸酯基质本质上比苯乙烯-二乙烯苯的疏水性更强,但它可以通过适当的功能基修饰变成亲水性的。这种基质不如苯乙烯-二乙烯苯那样耐酸碱,但也可以承受在 pH 13下反复冲洗。

所有聚合物基质在流动相发生变化时都会出现膨胀或收缩。用于HPLC的高交联度聚合物填料,其膨胀和收缩要有限制。溶剂或小分子容易渗入聚合物基质中,因为小分子在聚合物基质中的传质比在陶瓷性基质中慢,所以造成小分子在这种基质中的柱效低。对于大分子像蛋白质或合成的高聚物,聚合物基质的效能比得上陶瓷性基质。因此,聚合物基质广泛用于分离大分子物质。

2、基质的选择

硅胶基质的填料被用于大部分的 HPLC 分析,尤其是小分子量的被分析物,聚合物填料用于大分子量的被分析物质,主要用来制成分子排阻和离子交换柱。另外,《美国药典》对色谱法规定较严,它规定了柱的长度、填料的种类和粒度,填料分类也较详细,这使色谱图易于重现;而《中国药典》仅规定了填料种类,未规定柱的长度和粒度,这使检验人员难于重现实验,在某些情况下还会浪费时间和试剂。基质的选择见下表。

基质的选择

注:+++代表好,++代表一般,+代表差。