主题:【第十三届原创】高效液相色谱固定相简介及分类

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  高效液相色谱固定相简介及分类



自从二十世纪六十年代以来,高效液相色谱一直在分离分析领域中扮演着重要的作用[1]。其凭借着高分离效率、良好的选择性、优良的检测灵敏度等优点,已经成为复杂样品分离分析中应用最为广泛的工具之一[2]。根据液相色谱保留机制的不同,液相色谱固定相可包括反相色谱、正相色谱、亲水作用色谱、离子交换色谱以及体积排阻色谱等多种模式[3-7]

例如,Han[8]采用甲基丙烯酸酯取代的多面体半硅烷化试剂(POSS-MA)为功能单体,将疏水性POSS-MA通过步法点击反应包覆到巯基功能化硅球表面,制备得到了具有反相色谱保留机制的POSS@SiO2核壳型色谱固定相。该色谱固定相在分离分析疏水性烷基苯、苯胺等物质时展现了良好的分离选择性和分离重现性,其柱可达67,200 N/m(烷基苯为例)。同时POSS@SiO2色谱柱还成功应用于检测豆芽提取物中的激素,展现出了良好的实际应用能力。Dai[9]首先合成了新型离子液体溴化1,3-双(4-羧丁基)咪唑鎓,并将其作为有机配体与金属离子形成金属有机骨架材料(MOFsILI-01,进而通过层层生长的方式将ILI-01包覆到氨基硅球表面,制备得到具有亲水作用色谱保留机制ILI-01@SiO2核壳色谱固定相。该色谱固定相在酰胺、维生素、核酸碱基和核苷等亲水物质分离分析中展示了更高的分离选择性,优于传统氨基色谱柱的分离效果。作者还将ILI-01@SiO2色谱柱应用于检测幼儿奶粉中非法添加的三聚氰胺,在食品检测领域展现了良好的应用潜能。

近年来,混合模式色谱固定相材料[10-15]的研究受到研究人员的广泛关注。与单一模式的色谱固定相材料相比,混合模式色谱固定相同时展示两种或者两种以上的多保留机制,具有改进的分辨效率并可提供优异的选择性,是色谱固定相材料研究的热门方向之一。下面主要介绍典型的混合模式色谱固定相材料。

1.1.1  反相/亲水混合模式色谱固定相



反相色谱通常应用于疏水性物质的分离分析,而强极性化合物在反相色谱固定相中保留较弱,难以实现有效地分离分析。亲水作用色谱在分离极性化合物时具有一定的优势。反相和亲水混合模式色谱固定相[16-18]可有效地克服反相色谱难于分离亲水性物质的缺点,可大大提高反相色谱的应用范围。

例如,Li[19]利用4,4'-联苯二甲酸为有机配体,与金属离子在乙酸环境下层层生长得到UiO-67,然后将其包覆到氨基硅球表面,制备得到了具有反相/亲水混合模式保留机制的UiO-67@SiO2核壳型色谱固定相(图1-1)。疏水性的烷基苯、多环芳烃、苯胺以及亲水性的硫脲类物质在UiO-67@SiO2色谱柱上实现了高效分离。同时,UiO-67@SiO2色谱柱还能够检测湖泊中潜在的环境污染物,在环境检测领域显示了良好的应用潜能。

1-1  UiO-67@SiO2色谱固定相制备示意图[19]

Fig. 1-Schematic diagram for preparation of UiO-67@SiO2 chromatographic stationary phase[19]




Ren[20]通过步法点击反应,将离子液体溴化十八烷基咪唑(C18-VMB)和苯磺酸钠(VSS)两种功能单体修饰到硅球表面,制备得到了具有反相/亲水混合模式保留机制的Sil-VMB-VSS色谱固定相。该固定相对疏水的烷基苯和亲水性的核苷碱基类物质均可实现良好的分离。同时Sil-VMB-VSS色谱柱在清花止麻片和维生素B2等药品分离检测中显示出了良好的应用潜力。

Ferreira[21]采用合成的五氟苯甲酰胺为功能单体,采用步法将其修饰到硅球表面,制备得到具有反相/亲水混合模式保留机制的PFB色谱固定相。所制备色谱柱在亲水模式下可实现核苷和抗高血压药物的分离;在反相模式可实现下农药和苯二氮类药物的分离,且分离性能均优于商品化氟苯柱的效果,展示了良好的潜力。

1.1.2  反相/离子交换混合模式色谱固定相



Zhang[22]采用门舒特金反应制备得到季胺化硅烷化试剂(QAS),进一步采用两步气相沉积法将辛基三甲氧基硅烷和QAS修饰到球形硅胶表面,制备得到具有反相/离子交换混合模式保留机制的Sil-C8-QA色谱固定相(图1-2)。Sil-C8-QA色谱柱可实现疏水性烷基苯和无机阴离子的高效分离,作者进一步将其用于酸性药物和复方制剂的分离分析,其分离性能优于商品化C18和实验室制备的C8柱的效果。

1-2  Sil-C8-QA色谱固定相制备示意图[22]

Fig. 1-Schematic diagram for preparation of Sil-C8-QA chromatographic stationary phase[22]




Li[23]采用正十二烷基三甲氧基硅烷和Wulff型苯基硼酸酯为功能单体,通过点击反应制备得到具有反相/离子交换混合模式保留机制的C12-Wulff-PBA色谱固定相。C12-Wulff-PBA色谱柱可实现酚类化合物和无机阴离子的有效分离,同时,该色谱柱还能检测尿液中的核苷类物质,12 min内可成功分离检测到17种核苷,具有良好的分离分辨能力。

Bai[24]N-甲基咪唑修饰球形二氧化硅,制备了具有反相/离子交换混合模式保留机制的SilprMim色谱固定相。作者研究发现,该色谱柱对于碱性蛋白质基本不能保留,对于酸性蛋白质展示了良好的分离能力。作者进一步选取8种酸性蛋白质对SilprMim色谱的分离性能进行测试并和商品化C4柱进行了对比,结果显示SilprMim色谱柱具有良好的选择性和分辨效率。因此,SilprMim色谱柱特别适用于酸性蛋白质的分离分析。

1.1.3 亲水/离子交换混合模式色谱固定相



Qiao[25]采用将N-甲基-D-葡萄糖胺和3-溴丙烯合成了溴化N,N-二烯丙基-N-甲基-D-葡萄糖胺,并进一步将溴化N,N-二烯丙基-N-甲基-D-葡萄糖修饰在球形硅胶表面,制备得到了具有亲水/离子交换混合模式保留机制的葡萄糖氨基IL色谱固定相。在亲水模式下分离,核苷混合物其柱可达80,000 N/m(胞苷)。此外该固定相可在15 min内成功分离出16种黄酮类物质,在25 min内可实现18种核苷酸类物质的基线分离,展现了良好的分离分析能力。

Liu[26]首先将3-氯丙基三乙氧基硅烷和叠氮化钠反应制备得到叠氮化-3-氯丙基三乙氧基硅烷,进一步将叠氮化-3-氯丙基三乙氧基硅烷修饰到球形硅胶表面,得到叠氮功能化的硅球。以CuI为催化剂,进一步与2-丙胺反应制备得到具有亲水/离子交换混合模式保留机制的CTASP色谱固定相。CTASP色谱柱可实现核苷和有机酸等极性化合物的高效分离。CTASP色谱柱还可在8 min内实现5种无机阴离子的基线分离,且分离效果优于商品化氨基柱的分离效果。

Bo[27]采用4-苯乙烯磺酸钠(NASS)和甲基丙烯酸二甲胺酯(DMAEMA)为功能化单体,以CuBr为催化剂,进一步修饰到球形硅胶表面,制备得到了具有反相/亲水混合模式保留机制的NASS-co-DMAEMA色谱固定相(图1-3)。NASS-co-DMAEMA色谱柱可在12 min内实现12种酸性和碱性混合物的基线分离,且分离效果优于氨基柱和二醇基柱的效果。同时,作者将该色谱柱应用于红花注射液成分的分离分析,其效果(30个峰)优于已报道氨基(10个峰)柱的分离效果。

1-3  NASS-co-DMAEMA色谱固定相制备示意图[27]

Fig. 1-Schematic diagram for preparation of NASS-co-DMAEMA chromatographic stationary phase[27]


1.1.4 反相/亲水/离子交换混合模式色谱固定相



Luo[28]首先采用超声和溶剂热处理法制备得到了MoS2量子点,进一步将MoS2修饰到巯基功能化硅胶表面得到中间体Sil-MoS2,最后将十八硫醇修饰到Sil-MoS2表面制备得到了具有反相/亲水/离子交换混合模式保留机制的Sil-MoS2-C18色谱固定相。Sil-MoS2-C18色谱柱可实现烷基苯类、多环芳烃类、核苷碱基类、苯胺类和黄酮类物质的高效快速分离,其分离效率均优于商品化的C18柱和氨基柱效果。

Zhang[29]1,4-丁二醇二缩水甘油醚(BDDE)和叔胺(DMDA)修饰到球形氨基硅胶表面,制备得到了具有反相/亲水/离子交换混合模式保留机制的TMSP色谱固定相。TMSP色谱柱可在亲水模式下实现腺苷类物质的有效分离,其柱可达45,740 N/m;在离子交换模式下分离溴酸盐其柱可达66,253 N/m。基于TMSP色谱柱的多保留机制,该固定相进一步用于11种碱性、非极性和酸性混合物的分离分析研究。

Zhou[30]采用1,4丁二醇二缩水甘油醚(BDDE)和多巴胺(DA)在氨基硅胶表面进行循环接枝反应,通过4次循环反应得到具有反相/亲水/离子交换混合模式保留机制的Sil-G4-BDDE-DA色谱固定相(图1-4)。在反相模式下,Sil-G4-BDDE-DA色谱柱可实现烷基苯、多环芳烃和疏水性位置异构体的分离;而在亲水模式下,Sil-G4-BDDE-DA色谱柱可实现核苷碱基、黄酮类物质的分离分析。作者进一步研究发现,Sil-G4-BDDE-DA色谱柱在中性至酸性条件下,实现硼酸的捕获和分离。同时Sil-G4-BDDE-DA色谱柱可在传统中药红花提取物中分离出28个主要成分,在黄蜀葵提取物可分离出10多个主要成分,且4个成分峰与药典色谱对应标准品一致。
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