往期回顾
色谱填料表征及核壳型硅胶填料在
色谱分析中的优势（一）
01
填料颗粒的表征
孔径(dpore)和孔体积(Vpv)
利用色谱填料的孔隙进行色谱分离的技术，可以追溯到20世纪50年代凝胶过滤色谱(gel-filtering)或体积排阻色谱(size-exclusive chromatography，SEC)[38,39,40]。此后，SEC在分离合成大分子和生物大分子样品等[41]方面得到了很好的发展。而孔体积(Vpv)是决定SEC分离效果的关键参数[42]，它直接决定了分析物在SEC柱上的分离度。
Ve：洗脱体积 Vi：间隙体积 KD：分析物分配系数
孔径效应在20世纪80年代[43]使用反相色谱法分离蛋白质时，就已经得到了详细阐述，尽管当时使用的填料为10μm。与此同时，色谱科学家们也认识到，在开发手性分离色谱相时，高分子量的手性选择剂必须使用大孔径填料来键合才能达到较好的分离效果[44]。
迄今为止，实验结果和理论计算已经清楚地证明，用于HPLC分离的填料必须具有足够大的孔，才能保证分析物分子在孔结构中自由移动，而不会产生“受限制的扩散”效应[45,46,47,48]。
Dechadilok等对分析物在孔隙中的扩散与孔隙大小之间的关系进行了很好的研究[49,48]。研究表明，圆柱形孔隙中的扩散系数(De)高度依赖于分析物平均半径(rm)与孔隙半径(rpore)的比值(λm)，即：
受阻空隙扩散系数(ψp)可以表达为孔隙中的扩散系数(De)与自由溶剂扩散系数(D0)的无因次比。因此：
τ:曲率因子
对于圆柱孔来说，其值为1。因此，孔隙中的有效扩散可以通过下面的公式来计算:
下图为公式9的示意图。由图可见，孔隙越大，也就是λm越小时，受阻孔隙扩散系数(ψp)就越小，有助于防止色谱效率的损失。一般情况下，λm需要<0.25，即孔径(dpore)为被分析物分子的4倍时，分析物在孔隙中的扩散受限得到有效的防止。
阻碍扩散因子ψp随分子半径与孔隙半径之比λm的
函数，经Wagner[48]许可转载
在现代表面多孔颗粒填料（SPP）的设计之初，Kirkland[26]先生就考虑到了扩散受限这一点。实验结果表明，对于分子量大于600的小分子的分离，60Å孔径的C18 SPP固定相就已经对分子扩散产生了一定的限制，从而降低了分离效率。
因此，Kirkland选择了90Å作为第一代现代SPP填料的孔径，因为90Å的孔径对于分子量达到2000的分析物都没有观察到限制性的扩散。另一方面，对于多肽和小分子蛋白质的分离，90Å孔径显然太小，因此，必须选择一个更大的孔径，如160Å。这样的孔径可以允许多肽和高达15kDa的小分子蛋白质，不会在分离过程中出现限制性的扩散。当然，被分析物的构型对受阻扩散也有贡献。随着分析物体积的增大，需要更大的孔径的SPP来实现更高效的分离[50,48]。
比表面积
早在20世纪40年代Deitz等[51]就已经意识到表面积在色谱分离中的重要性。今天，样品最大上样量与色谱柱[8,10]中填料的比表面积( SSA )成正比已成为常识，因此，在色谱分析中，通常使用更大的SSA。
但是，SSA通常与孔径大小互为反比关系。例如，对于全多孔颗粒（TPP）材料，100Å填料的孔隙能够提供250m2/g的SSA。但对于1000Å孔径[47]的填料，其比表面积仅为20m2/g。因此，在开发新方法时，首先需要根据分析物分子大小来选择合适的孔径，然后再选择有高SSA的色谱柱。当然，这只对同一类别的填料有效，也就是说，要么是TPP，要么是SPP。
由于填料微球的实心核的存在，SPP材料的比表面积通常约为TPP表面积的二分之一到四分之三，这会导致被分析物[52]在SPP色谱柱的保留因子k值较小，从而限制了SPP型色谱柱在制备色谱分离中的应用。然而，在实际工作中，这一特性似乎并不是一个问题，因为在反相分离中，流动相中有机溶剂浓度的小幅度下降可以获得更长的保留时间。在这范围内，SPP的柱效率几乎与全多孔的亚-2μm粒子的柱效率相当，但柱压只有其一半左右[53,54]。
下期预告
核壳填料具有哪些特殊性能和传质动力学？
作者：朱晗斐、刘德云、肖留榜、骆初平
排版：赵林
审核：骆初平
如果您想了解更多内容，欢迎联系月旭科技销售人员或拨打400-810-6969服务热线，我们将竭诚为您服务。
推荐阅读
企业战略定位
中国领先的色谱填料、色谱耗材和仪器制造商
色谱分析和分离纯化整体解决方案供应商
色谱实验用品一站式供应商
企业文化
企业·使命
让公众的饮食健康更有保障
企业·精神
积极开拓进取，努力创造价值
企业·理念
极限的性能，合理的价格，最好的服务
企业·价值观
客户优先，团队至上
学习创新，攻坚克难
诚信尽责，红利共享
