圖解HPLC填料中的表面多孔顆粒（一）
表面多孔顆粒（superficially porous particle,以下簡稱SPP）至今已有40多年的發(fā)展歷史。最近，這種擁有堅固粒核和表面薄層多孔結(jié)構(gòu)的填料又獲得了長足發(fā)展——粒徑低于3μm的表面多孔顆粒較粒徑低于2μm的全多孔顆粒，具有更好的柱效，且壓降只有后者的一半。本文介紹了早期和現(xiàn)代SPP填料的特點，以及SPP相關(guān)產(chǎn)品用于大、小分子分離中的優(yōu)勢。
在傳統(tǒng)的液相色譜與高效液相色譜（HPLC）中，全多孔填料諸如硅膠、氧化鋁、離子交換樹脂等被廣泛應(yīng)用。這些填料之所以行之有效，關(guān)鍵在于它們有較高的表面積、樣品容量、不錯的保留時間，還能鍵合不同的有機官能團。
在20世紀(jì)60年代早期，我們現(xiàn)在所熟知的HPLC還沒有出現(xiàn)，研究人員僅從理論上預(yù)言液相色譜將變得更加高效。大部分的色譜工作者使用粒徑超過100μm的多孔顆粒做填料，開口玻璃柱做色譜柱。這些填料主要由不同孔徑的篩網(wǎng)過濾不規(guī)則顆粒分類得來。色譜工作者利用液體自身的重力來使流動相通過玻璃柱，在柱子出口收集目標(biāo)物，再把收集到的流出物進行離線分析，如紫外可見光光譜分析。以今天的標(biāo)準(zhǔn)來看，這些色譜圖的峰型并不出色，而且由于被測物在多孔填料中的吸附和解吸太慢，即使通過加壓提高流動相的速度，也只能得到更寬的峰型。要提高色譜分離的速度，就要考慮降低填料上微孔的深度、縮短遷移路徑，或提高遷移速率。
早期的SPPs介紹
德國法蘭克福大學(xué)的Horvath教授預(yù)言使用堅硬物質(zhì)做核心，粒核外面再覆蓋一層薄薄的多孔固體作為固定相能提高物質(zhì)的遷移速率。Horvath教授與其同事最先發(fā)布多孔層珠（PLB）填料，并用于核苷酸的離子交換色譜分離。這種SPP填料以玻璃為核心，外面覆蓋著薄薄的聚苯乙烯-二乙烯苯聚合樹脂，樹脂上再鍵合陰離子交換官能團。
圖1展示了其與之前的大孔顆粒的區(qū)別。圖1a是早期使用的典型大多孔顆粒。物質(zhì)進入柱子后會擴散到這些顆粒的孔中，由于進出粘滯流動相時的擴散速度慢，因此需相當(dāng)長的時間才能洗出。緩慢的物質(zhì)遷移速率是色譜圖中峰型變寬的原因。提高色譜柱的使用溫度可以降低流動相的粘度，但只能帶來少許改善且在當(dāng)時也不易操作。圖1b展示了SPP的原理。直徑為40μm的球形玻璃珠被用作基體，球體的外面覆蓋薄薄的離子交換樹脂或硅膠（約1~2μm）。當(dāng)物質(zhì)擴散到SPP顆粒填料中時，其擴散路徑被限制在較窄的范圍內(nèi)。通過縮短填料中的孔隙深度，SPP填料縮短了物質(zhì)在粘滯流動相中的擴散路徑。使擴散只能在填料的表面薄層上進行，因此物質(zhì)在兩相間的遷移速率就會大大提高。由此可以看出，表面薄層越薄，物質(zhì)遷移速率越高，柱效就會越好。當(dāng)然，表面薄層變薄，容量因子與樣品容量就會變低，因此需要在薄層厚度與容量之間取得平衡點。
相比早期LC所用的大孔顆粒，SPPs填料能使分離速度更快（只需20~30min，而前者往往需要幾小時），分離效果更好（理論塔板高度為1~2mm），且檢測靈敏度更高。用戶通過簡單的機械振動，就能把SPPs填料干法裝填到50cm與1m的不銹鋼柱子內(nèi)。許多化學(xué)基團被嘗試鍵合到薄層上，用于不同的色譜分離，比如正相、反相、離子交換色譜。在70年代早期，許多色譜分離方法的成功開發(fā)正是得益于SPP柱子的應(yīng)用。
20世紀(jì)60年代末到70年代初， SPPs填料的商業(yè)化，以及在線紫外檢測器的出現(xiàn)大大促進了HPLC的發(fā)展。稍后出現(xiàn)的微型全多孔硅膠顆粒在大小、裝填上取得的突破性進展，柱效由此得到大幅提高，逐步取代早期的SPPs填料。圖1c展示的微型全多孔填料改善了物質(zhì)的遷移，使柱效提高了至少一個數(shù)量級。此外，更小的多孔顆粒也意味著更大的表面積，能容納更多的樣品量。這些填料也能用于制備色譜以及為取得更好的檢出限而采用的大進樣模式。
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