基本介紹
- 中文名：矽膠柱
- 外文名：silica column
- 用途：組分分離
- 套用：色譜柱填料
- 特點：柱效高，選擇性好，分析快
- 填料：矽膠
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親水作用機理
矽膠
矽膠在色譜技術中套用最廣，其在效率、硬度及性能方面均優於其他填料。矽膠填料分為A，B及C3種類型。A型矽膠為最早的通用型色譜填料，通常被金屬污染，不適用於親水作用色譜（HILIC）；B型矽膠為球形顆粒，金屬雜質含量低，在中性到高pH(至少pH 9)範圍內相對穩定；C型矽膠為“氫化矽膠”，與經典的矽膠在化學結構方面有很大不同，經典矽膠表面主要為極性矽醇基(Si—OH)，而C型矽膠表面主要為矽一氫(Si—H)基團，用“含水正相”(aqueous normal phase，ANP)描述在此類矽膠相上的分離，與“經典的”HILIC分離區別，然而ANP通常被認為是替代HILIC的另一名詞。C型矽膠極性較低，對水的吸附少，不僅改善了保留的重現性，而且為HILIC中弱極性化合物的分離提供了新的選擇性。除了這些最初主要用於非水流動相中的矽膠外，其他專門用於水有機流動相的矽膠材料具有較少的表面矽醇基，如Atlantis HIUC Silica，是當前HILIC套用中最常用的固定相。也有核一殼表面多孔顆粒(Halo)及未衍生的亞乙基橋雜化(BEH)顆粒用於HILIC分離的報導。商品化的矽膠填料在純度上有所不同，取決於製備技術。因此，不同廠家的矽膠柱在保留性能、柱效及峰形上有很大差異，但具有相似的選擇性。
矽膠表面含有Si—OH和矽氧烷(Si—O—Si)兩種基團。Si—OH為強吸附點，而Si一0一Si具有疏水性。儘管HILIC概念於1990年提出，但早在20世紀80年代，這種以未鍵合矽膠為色 柱，採用反相流動相的色譜模式已用於鹼性化合物的分離，並提出該色譜模式下鹼性化合物在矽膠柱上的保留存在離子交換機理。以未鍵合矽膠為色譜柱的HILIC中分析物保留主要受兩種作用控制，(1)固定相表面富水層與疏水性更強的流動相之間的分配作用，(2)與固定相上薄層水之間的氫鍵作用。
分離機理
HILIC的分離機理仍存在著爭議，目前普遍認為，在水有機流動相中，溶質在矽膠柱上的HILIC保留機理較複雜，包括分配作用、離子交換、氫鍵作用和靜電作用，甚至包括在低有機溶劑濃度時與Si—O—Si疏水作用的反相保留。後來一些學者也證實了HILIC模式下鹼性化合物在矽膠柱上的複雜保留機理。總的來說，HILIC保留機理主要取決於分析物的 質、流動相組成及色譜柱特性，這種複雜機理會導致相同固定相對不同溶質的保留表現出較大差異。
當前，HILIC保留機理仍是色譜界的研究熱點。一些作者通過考察不同性質化合物在不同HILIC色譜柱上的保留行為，進一步揭示及確證HILIC保留機理。如McCalley考察了中性、強酸性及強鹼性化合物在矽膠、醯胺柱、二醇基柱及兩性離子柱上的保留行為，實驗數據證實HILIC機理非常複雜，包括分配、吸附、離子作用及疏水作用。當水含量較高時，對於大多數極性溶質常觀察到logk與水相體積分數之間呈線性關係，但Jin及其合作者考察了核苷在6種不同極性固定相包3種矽膠柱(Atlantis HILIC silica，Venusil HILIC及BEH HILIC)及3種合成固定相上保留隨流動相中水含量的變化，腺苷無論用分配模型還是吸附模型在6根色譜柱上都不存在線性關係。他們提出了HILIC中描述極性溶質保留行為的新方程式：
Ink=a+blnCB+cCB
式中CB為流動相中水相體積分數。常數口與溶質的分子體積相關，b與溶質一固定相作用有關，c與溶質及溶劑之間作用能有關。該模型說明了HIHC中溶質保留是一個複雜工程，不完全是受一種機理控制(如分配或吸附)，以哪一種機理為主則取決於溶質的性質、極性固定相性質及流動相組成。
影響因素
未鍵合矽膠仍然是HILIC中廣泛使用的固定相，尤其是在生物分析領域。由於HILIC流動相中水相含量較高，在NPLC中矽膠色譜柱所引起的溶質不可逆吸附及保留重現性差等問題在HILIC中並不是難題。用於HILIC的矽膠柱使用有機溶劑(如水及乙腈)填充及儲存，而不是正相溶劑。研究發現，不同的A型矽膠柱性能存在較大差異，這可能是因為A型矽膠純度低，金屬雜質的含量不同且含量較高；而B型矽膠柱的色譜性能相似，如McCalley比較了幾種不同酸性、鹼性及中性化合物在3種不同B型矽膠柱上的分離情況，發現所考察化合物在3種色譜柱上的保留時間及分離選擇性均相似。此外，Heaton及其合作者還發現B型矽膠與C型矽膠也具有非常相似的保留選擇性。亞乙基橋雜化(BEH)矽膠中約三分之一的表面Si—OH被除去，因此減弱了與si—OH作用的化合物的保留，由於乙基橋鏈的嵌入使得BEH顆粒表面pX。及殘留表面Si—OH的帶電狀態與經典的矽膠表面不同，影其保留性能。
目前矽膠填料的製備豐要以矽酸鹽和有機矽氧烷作為前驅體，使用氫氧化鈉或氫氧化鈉和氨水作為催化劑，因此不可避免地會引入金屬雜質(如鈉、鐵、鋁等)．這些金屬雜質不僅對矽膠的結構和化學特性產生顯著影響，而且某些金屬可能成為小的活性中心或催化點，從而導致填料具有催化性質和非特異性吸附特性．另外，利用二氧化矽水溶膠製備多孔色譜矽膠時，如果二氧化矽水溶膠中含有較多鈉離子雜質時，在高溫焙燒過程中鈉離子與二氧化矽的玻璃化會導致矽膠孔結構發牛塌陷和阻塞。楊俊佼等在氨水和氨氣催化下使單晶矽粉水解，合成了單分散、高純的納米二氧化矽水溶膠；再利用聚合誘導膠體凝聚法(PICA)製備單分散脲醛二氧化矽複合微球，經過高溫煅燒後得到球形矽膠色譜柱填料．通過電感耦合等離子一質譜(ICP—MS)、電子顯微鏡和BET比表面積測試等手段對球形矽膠的純度、粒徑分布及比表面積進行了表征，並通過色譜分離對矽膠填料的性能進行了評價。實驗結果表明，該方法合成的色譜柱填料具有純度高、粒徑分布均勻、機械強度高及分離能力強等優點。
柱效測定
柱效是色譜柱對色譜中兩種物質分離能力的大小。高效液相色譜法 (HPLC)柱效測定的高低 ，不僅反映出填料性能，有時也反映出裝填技術的好壞。所以，測定柱效無論對生產填料或預裝柱的生產者，還是對使用填料或預裝柱的色譜工作者來說，都是很重要的。通過柱效的測定，生產者可以比較準確地進行質量控制，色譜工作者可根據測定的柱效選擇合適的色譜柱和監督色譜柱使用過程中是否被污染 。不同的色譜柱 ，固然有不同的柱效；但同一根色譜柱 ，測定柱效使用的方法不同，例如所用的化合物 、流動相、流動相流速 、溫度、進樣量、進樣體積、半峰寬的測量等等不同，所得到的理論塔板數也不相同。當然，可以對所測定的柱效附上有關的實驗條件，但是，若將柱效的測定方法趨於一致，測定條件大致相同，生產者和色譜工作者會更加方便。
