1.液-液色譜法及離子對色譜法固定相
液-液色譜法及離子對色譜法所用的擔體有以下幾種。
(1)全多孔型擔體(Porous micro beads support)高效液相色譜法早期使用的擔體與氣相色譜法相類似,是顆粒均勻的多孔球體,例如由氧化矽、氧化鋁、矽藻土製成的直徑為100μm左右的全多孔型擔體。填料的不規則性和較寬的粒度範圍所形成的填充不均勻性是色譜峰擴展的一個主要原因。另外,孔徑分布不一,並存在“裂隙”,在顆粒深孔中形成滯留液體,溶質分子在深孔中擴散和傳質緩慢,也進一步促使色譜峰變寬。
從色譜動力學來看,應減小填料顆粒的大小,並從裝柱技術上改進,裝填出均勻的色譜柱,使之能達到很高的柱效。20世紀70年代初期出現了小於10μm直徑的全多孔型擔體,它是由納米級的矽膠微粒堆聚而成的5μm或稍大的全多孔小球。由於其顆粒小,傳質距離短,因此柱效高,柱容量也大。隨著對全多孔微粒擔體的深入研究和裝柱技術的發展,目前粒度為5~10μm的全多孔微粒擔體是使用最廣泛的高效填料。
(2)表層多孔型擔體表麵多孔型擔體又稱薄殼型微珠擔體(Pellicular micro beads support),它是直徑為30~40μm的實心核(玻璃微珠),表層上附有一層厚度為1~2μm的多孔矽膠。由於固定相僅是表麵很薄一層,因此傳質速度快,加上是直徑很小的均勻球體,裝填容易,重現性較好,因此在20世紀70年代前期得到較廣泛使用。但由於比表麵積較小,因此試樣容量低,需要配備較高靈敏度的檢測器。
(3)化學鍵合固定相用化學反應的方法通過化學鍵把有機分子結合到擔體表麵得到的固定相稱化學鍵合固定相。根據在矽膠表麵(具有Si—OH基團)的化學反應不同,鍵合固定相可分為:矽氧碳鍵型(Si—O—C);矽氧矽碳鍵型(Si—O—Si—C);矽碳鍵型(Si—C)和矽氮鍵型(Si—N)四種類型。例如在矽膠表麵利用矽烷化反應製得Si—O—Si—C鍵型(18烷基鍵合相)的反應為:由於Si—O—Si—R—C型的化學鍵穩定、耐水、耐熱、耐有機溶劑,而且具有:①表麵沒有液坑,比一般液體固定相傳質快得多;②無固定液流失,增加了色譜柱的穩定性和壽命;③可以鍵合不同官能團,能靈活地改變選擇性,應用於多種色譜類型及樣品的分析;④有利於梯度洗提,也有利於配用靈敏的檢測器和餾分收集等特點,因而是液相色譜中應用較廣泛的固定相。
由於存在著鍵合基團覆蓋率問題,化學鍵合固定相的分離機製既不是全部吸附過程,也不是典型的液-液分配過程,而是雙重機製兼而有之,隻是按鍵合量的多少而各有側重。
2.液-固吸附色譜法固定相
液-固吸附色譜法采用的吸附劑有矽膠、氧化鋁、分子篩、聚酰胺等,仍可分為全多孔型和薄殼型兩種。目前較常使用的是5~10μm的矽膠微粒(全多孔型)。
3.離子交換色譜法固定相
(1)薄膜型離子交換樹脂固定相常用的為薄殼型離子交換樹脂,即以薄殼玻珠為擔體,在它的表麵塗約1%的離子交換樹脂而成。
(2)離子交換鍵合固定相用化學反應將離子交換基團鍵合在惰性擔體表麵,它也分為兩種形式。一種是鍵合薄殼型,擔體是薄殼玻珠。另一種是鍵合微粒擔體型離子交換樹脂,它的擔體是微粒矽膠,這是近年來出現的新型離子交換樹脂,具有鍵合薄殼型離子交換樹脂的優點,室溫下即可分離,柱效高,試樣容量較前者大。
薄膜型離子交換樹脂固定相和離子交換鍵合固定相的離子交換樹脂又可分為陽離子及陰離子交換樹脂。按離子交換功能團酸堿性的強弱,陽離子交換樹脂又分為強酸性與弱酸性樹脂;陰離子交換樹脂也分為強堿性及弱堿性樹脂。由於強酸或強堿性離子交換樹脂比較穩定,pH適用範圍較寬,因此在高效液相色譜中應用較多。
4.排阻色譜法固定相
常用的排阻色譜固定相分為軟質、半硬質和硬質凝膠三種。
(1)軟質凝膠如葡聚糖凝膠、瓊脂糖凝膠等,適用於水為流動相。軟質凝膠在壓強98kPa左右即遭破壞,因此這類凝膠隻適用於常壓排阻色譜法。
(2)半硬質凝膠苯乙烯-二乙烯基苯交聯共聚凝膠(交聯聚苯乙烯凝膠)是應用最多的有機凝膠,適於非極性有機溶劑,不能用於丙酮、乙醇等極性溶劑。同時,由於不同溶劑其溶脹因子各不相同,因此不能隨意更換溶劑。能耐較高壓力,流速不宜過大。
(3)硬質凝膠如多孔矽膠、多孔玻珠等。多孔矽膠是最常用的無機凝膠,其特點是化學穩定性、熱穩定性強,機械強度好,可在柱中直接更換溶劑,缺點是吸附問題,需要進行特殊的處理。可控孔徑玻璃珠是近年來受到重視的一種固定相。它具有恒定的孔徑和較窄的粒度分布,色譜柱易於填充均勻,對流動相溶劑體係(水或非水溶劑)、壓力、流速、pH或離子強度等都影響較小,適用於較高流速下操作。
5.反相色譜法固定相
在反相高效液相色譜中使用的固定相,大量的是各種烴基矽烷的化學鍵合矽膠。烷基鏈長可以是C2、C4、C6、C8、C16、C18、C22等,最常用的C18又稱ODS,即十八烷基矽烷鍵合矽膠。鍵合烷基的鏈長對鍵合相的樣品負荷量、溶質的k值和其選擇性有不同的影響,當烷基鍵合相的表麵濃度(μmolm2)相同時,烷基鏈長增加,碳含量成比例增加,溶質的保留值增長。當表麵覆蓋度不一樣時,一般說來,長碳鏈烷基鍵合相有較大k值,但不一定成比例。烷基鏈長對選擇性的影響有不同的看法,一些學者認為選擇性隻與溶質的分子結構和流動相的組成有關,而很少與鏈長有關。但許多研究表明鍵合相鏈長C8~C12之間時,小分子溶質的選擇性隨鏈長增加而增加;在C12以後選擇性趨於常數。因為鍵合烷基鏈之間的距離是0.90~0.95nm,當烷基鏈較長時,至少對小分子溶質來說可以鑽進液珠狀的鍵合烷基簇內,溶質在這種鍵合層與流動相之間分配則與鍵長無關。但在烷基鏈較短的情況下,吸附的因素變化較大,從而引起選擇性的變化。
溶質分子的結構對選擇性有很明顯的影響。短鏈烷基矽烷(C6、C8)由於分子尺寸較小,與矽膠表麵鍵合時可以有比長鏈烷基更高的覆蓋度和較少的殘餘烴基,因此適合於極性樣品分離分析,或者說有利於使用極性較強的流動相。而長鏈烷基鍵合相C16、C18、C22等,因為有較高的碳含量和更好的疏水性,所以對於各種類型的樣品分子結構有更強的適應能力,從非極性的芳烴到氨基酸、肽、兒茶酚、胺和許多藥物的分析。
苯基鍵合相和短鏈烷基鍵合相性質相近,新發展的多環芳烴鍵合相與長鏈烷基相接近,在分離芳香化合物時有一定特色。為適應蛋白質、酶等生物大分子分離的需要,一些鍵合有短鏈烷基(C3、C4)的大孔矽膠(20~40nm)鍵合相和非極性效應更好的含氟矽烷鍵合相也已發展起來。
(二)流動相
流動相常稱為緩衝液(Buffer),它不僅僅攜帶樣品在柱內流動,更重要的是在流動相與溶質分子作用的同時,也與固定相填料表麵作用。正是流動相-溶質-填料表麵的相互作用,使得液相色譜成為一項非常有用的分離技術。高效液相色譜中流動相通常是一些有機溶劑、水溶液和緩衝液等。