液相色谱柱填料是如何影响柱能的？

王中泰

液相色谱柱填料是如何影响柱能的？

液相液相色谱柱的性能主要取决于填料的性质和类型。填料的大小、形状、键合相、含碳量等均能影响液相色谱柱的性能，这对我们使用及选择色谱柱都是非常有帮助的。

常见的液相色谱柱填料有 C1、C3、C4、C8、C18、C30、氨基、氰基、硅胶色谱柱等。

常见色谱柱中的填料分类：

a、反相（与离子对）方法

C18（十八烷基或ODS）：普适性好；保留性强，用途广

C8（辛基）：与C18相似，但保留值稍小


C3，C4：保留值小；大多用于肽类与蛋白质


C1【三甲基硅烷（TMS）】：保留值最小；最不稳定苯基，


苯乙基：保留值适中；选择性有所不同


CN（氰基）：保留值适中；正相和反相均可使用


NH2（氨基）：保留性弱；用于烃类；欠稳定聚苯乙烯基b：在1＜PH＜13的流动相中稳定；对某些分 离峰形好，柱子寿命长

b、正相方法


CN（氰基）：普适性好；极性适中；用途广


OH（二醇基）：极性大于CN


NH2（氨基）：极性大，欠稳定


硅胶b：普适性好；价廉；操作欠方便；用于制备LC

c、空间排阻方法


硅胶b：普适性极好；作吸附剂用


硅烷化硅胶：吸附性弱，溶剂兼容性好；适用于有机溶剂


OH（二醇基）：欠稳定；在水SEC中使用（凝胶过滤）


聚苯乙烯基b：广泛用于有机SEC（凝胶渗透）；一般与水和极性大的有机溶剂不不相容

d、离子交换方法


键合相：稳定性与重现性均不好


聚苯乙烯基b：柱效不高；稳定；重现性好

填料对液相色谱柱性能的影响

1、粒径的影响液相色谱柱填料的平均粒径越小，涡流扩散越小，传质越好，柱效越高，然而，填料粒径小，导致渗透性能变差，柱压较高。同时，填料粒径分布越宽，渗透性能越差，色谱柱柱效越低。常见的填料粒径有 3μm、3.5μm、5μm、10μm 等。

2、形状的影响液相色谱柱的填料分为无定型和球型。无定型填料制备的液相色谱柱柱床结构不均匀，流动相线性速度不均匀，色谱图的峰形较宽；球型填料制备的液相色谱柱柱床结构均匀，因此色谱柱柱效高、重现性好。球型填料是目前最为常见的液相色谱柱填料，这种填料具有更好的性能和重现性。

3、键合相的影响以硅胶为基质，通过化学键合的方式把 C18、C8、氨基、氰基等基团键合在基质上， 作为液相色谱柱中的填料。通过键合不同的化学基团，得到不同性能的液相色谱柱。由于不同键合基团的分离机理不同，从而影响化合物的保留与分离。

填料的键合使得液相色谱柱的固定相相对较为稳定，不易流失，同时很大程度上消除了硅羟基的不良影响，可适用于多种流动相中，应用广泛。然而，键合后的填料耐酸性较差，pH 值不能小于 2，当流动相 pH 超出酸性范围时，键合相易流失，耐用性和稳定性会变差。

4、端基封口的影响硅胶因具有特殊的表面化学特性，被广泛用作液相色谱柱填料基质材料。硅胶表面具有硅羟基，硅羟基的密度、分布、及其化学特性对各种类型的色谱行为都会产生不同程度的影响。在使用以硅胶为基质的高效液相色谱柱特别是在反相色谱柱时，经常会遇到因游离的硅羟基（或称为硅醇基）而导致的非特异性吸附。

对一些极性较强的溶质，如碱性物质， 色谱峰会严重拖尾，甚至会因强吸附而不能洗脱。通常采用封尾的方式减少硅羟基的影响， 具体做法是将填料与小硅烷（如三甲基氯硅烷）进行后续反应，反应掉部分残余硅羟基， 以增加表面覆盖率。采用该方式不仅可以减少不可逆吸附或拖尾，还能增加碳含量。但是， 该方式并不能完全反应掉残余的硅羟基，仍有 50%的硅羟基未被反应。

5、含碳量的影响液相色谱柱填料，特别是反相填料的含碳量，常被用于表征表面化学修饰程度。通常通过键合作用将碳链引入到填料中，填料含碳量越高，说明碳链密度越高，碳链越长，容量因子越大，疏水性越强。在反相条件中，碳链增长，意味着填料具有更大的比表面积， 缔合作用增强，待测物质保留增加。

因此，高含碳量填料的液相色谱柱稳定性好，重复性好，有利于保留效果差的化合物的分离，可以改善极性化合物的拖尾；低碳量填料的液相色谱柱有利于分析中性及碱性化合物，可以降低溶剂损耗。

6、其他因素的影响除上述情况外，硅胶填料的活性、杂质含量、pH 稳定性、热稳定性等也会影响液相色谱柱性能。生产硅胶时，处理温度不同，硅胶活性也不同。硅胶的活性是选择性差异的主要来源， 主要影响碱性化合物的保留行为；硅胶的杂质含量是色谱柱质量好坏的重要标志，重金属含量低，硅羟基活性小，拖尾减小。

文章来源：《液相色谱实战宝典》