气相色谱系列LC05丨我的C18柱，为什么跟你的不一样？

 

无论是气相还是液相，色谱柱都是分离的核心。

液相色谱的固定相可以说是五花八门，

单单一种C18，就有上百种选择。

那你知道，它们到底有什么差别吗？

不同固定相的色谱柱，

对于化合物的分离能力是不一样的。

最终的分离能力，既和材料有关，又和制作工艺有关。

以现在主流的硅胶柱为例，制作色谱柱分为六个步骤:

第一步，要将高纯度的TEOS聚合为纳米级的硅胶。

在反应器中加入特殊的试剂，

使得硅胶颗粒聚集成更大的小球。

大小一致的粒径是色谱柱性能的关键，

所以聚集的过程需要严格的监控。

当颗粒的大小接近目标，

比如5um时，就会停止聚集的过程。

这样聚集而成的硅胶颗粒拥有非常大的内表面，

也叫做全多孔硅胶。

除了全多孔硅胶外，还有核壳型硅胶,

它是在实心硅胶核的外面再聚合一层多孔硅胶。

这种色谱柱的直径是实心核内径和多孔层厚度之和，

但只有多孔层才真正和化合物相互作用，参与分离过程。

还有些色谱柱使用的是混合颗粒，也叫无机-有机杂化技术。

硅胶属于无机物，是由TEOS聚合而成的，

而杂化技术的第一步

就是将无机物TEOS和另一种有机的单体聚合成混合颗粒，

引入了更稳定的Si-C键，可以让硅胶的化学性质更稳定，也更耐酸碱。

第二步是在高温下煅烧。

就像陶瓷一样，经过煅烧之后，形成Si-O-Si的网络结构，

使硅胶的强度更高，可以耐受更高的压力。

第三步是活化。

用极性的溶剂活化硅胶的表面，产生更多的活性硅羟基，

为下一步的键合做准备。

第四步是键合。

键合工艺有上百种之多，

即便都是C18柱，

不同工艺也会使得色谱柱的pH耐受范围，温度使用上限，

色谱柱的选择性等产生差别。

键合就是一个硅烷化的反应，

把硅羟基上的氢置换成其它的基团。

如果换成十八个碳的烷烃长链，那这就是C18柱，或者叫ODS柱。

如果换成苯基，那就叫苯基柱。

但是别管哪种技术，都不可能把所有的硅羟基都键合上C18。

为什么呢？

因为C18比氢大很多，

由于空间位阻，摆不下那么多，所以一定会有裸露的硅羟基。

那大家猜猜看，这些硅羟基是酸性的还是碱性的？

对，是酸性的。

所以这些还没有变身的硅羟基不仅会和有羟基的化合物形成氢键效应，

还会吸附碱性化合物，造成拖尾呀，甚至不出峰。

那怎么办呢？

这就要进行第五步：封端。

封端也是一种硅烷化反应，只不过换成小体积的甲基，

因为它比C18小很多，

所以可以避开空间位阻的问题，

把裸露的硅羟基保护起来。

就像先种上大树，

种不下了，还可以种上小草，来保护裸漏的土地。

需要注意的是，

封端虽然很重要，但并不是必须的。

在强酸性的缓冲体系下，更倾向于使用不封端的柱子。

最后一步是在高压下进行填充。

填充的压力和颗粒数量都需要严格控制。

如果填充不够紧密，

流动相在高压下会继续挤压填料，形成柱头的空腔，

也就是柱头塌陷，

这会导致色谱峰的扩散。

 

除了需要填充的柱子，

还有一种整体柱，也叫连续床。

传统的柱子是先制作小粒径的硅胶，

键合，修饰，最后进行填充。

当内径越来越小的时候，填充就越来越困难。

而整体柱是制造一整块多孔硅胶，

类似于海绵的结构，整体成型干燥，

再用聚合物涂层来处理硅胶的内表面，

比如键合、修饰，最后，直接装进金属管里。

它的最大优点是大大降低了制造成本。

特别是毛细管整体柱的研究，让业内十分期待。

另外，整体柱的内表面积特别大，是普通硅胶柱的两倍，

所以可以采用更高的流速，而不会导致柱效的丧失，

也永远不会有柱头塌陷的问题。

连续讲了三集的液相色谱柱，

关于它的发展、分类、制作以及背后的原理，

同学们还有什么想了解的问题，欢迎给我们留言~

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