高效液相色譜HPLC是一種現(xiàn)代分離分析方法20世紀(jì)60年代以來(lái)HPLC作為一種分析技術(shù)在生命科學(xué)環(huán)境科學(xué)藥物分析等領(lǐng)域的應(yīng)用日益普遍其中色譜填料可謂是色譜技術(shù)的核心它不僅是色譜方法建立的基礎(chǔ)而且是一種重要的消耗品色譜柱作為色譜填料的載體當(dāng)之無(wú)愧被稱(chēng)為色譜儀器的心臟高性能的液相色譜填料一直是色譜研究中最豐富最有活力最富于創(chuàng)造性的研究方向之一

近年來(lái)液相色譜填料技術(shù)呈現(xiàn)二大趨勢(shì) 第一個(gè)趨勢(shì)是快速液相利用亞 2 μm小粒徑硅膠核殼型硅膠;第二大趨勢(shì)是越來(lái)越豐富的選擇性下面就這二大趨勢(shì)做一個(gè)簡(jiǎn)單介紹

一快速液相色譜填料技術(shù)

硅膠基質(zhì)的色譜填料因?yàn)槠鋬?yōu)異的色譜性能是目前應(yīng)用最為廣泛的液相色譜填料尤其是針對(duì)有機(jī)小分子的分離和分析硅膠基質(zhì)的色譜填料占據(jù)絕大多數(shù)的市場(chǎng)份額最近10年這個(gè)領(lǐng)域最激動(dòng)人心的進(jìn)展是基于以下二個(gè)方向的快速液相技術(shù)的發(fā)展

1超高效液相色譜UHPLC填料技術(shù)

從2004年Waters公司推出UPLC儀器超高效液相色譜技術(shù)以其快速高分離度和高靈敏度的優(yōu)勢(shì)得到了廣泛的應(yīng)用而這種技術(shù)的核心是基于亞 2 μm小粒徑硅膠的色譜填料當(dāng)填料顆粒小于2 μm時(shí)不僅柱效明顯提高而且隨著流速的增加分離效率并不降低采用高流速可將分離速度和峰容量擴(kuò)展到一個(gè)新的極限但同時(shí)柱壓也顯著升高小粒徑填料需要使用壓力更高的超高效液相色譜儀系統(tǒng)對(duì)色譜柱的生產(chǎn)工藝也有更高的要求必須解決色譜柱的裝填難度大柱頭容易漏液填料容易堵塞等問(wèn)題目前除了國(guó)際知名色譜儀器和色譜柱公司如WatersAgilentPhenomenex生產(chǎn)UHPLC色譜柱國(guó)內(nèi)的色譜柱廠家也陸續(xù)推出此類(lèi)產(chǎn)品雖然UHPLC儀器還是國(guó)際知名品牌壟斷市場(chǎng)的情況 但是國(guó)產(chǎn)的UHPLC色譜柱已經(jīng)可以取代進(jìn)口品牌 圖1為月旭公司Ultimate® XB-C18 UHPLC色譜柱2.1×100 mm, 1.8 μm對(duì)奶制品中黃曲霉毒素M 1M 2測(cè)定的色譜圖

2核殼型色譜填料

核殼型core-shell色譜填料是由著名色譜科學(xué)家 Jack Kirkland 在2006年研制成功的一種新型色譜填料它是將多孔硅殼熔融到實(shí)心的硅核表面而制備的這些多孔的光環(huán)狀顆粒具有極窄的粒徑分布和擴(kuò)散路徑可以同時(shí)減小軸向和縱向擴(kuò)散允許使用更短的色譜柱和較高的流速以達(dá)到快速高分辨率分離并且核殼型色譜柱所產(chǎn)生的反壓明顯低于UHPLC色譜柱低反壓可以使儀器承受壓力降低使得在常規(guī)的液相儀上就能夠?qū)崿F(xiàn)超高效液相儀的分離效果但是核殼型色譜柱對(duì)儀器的柱外死體積要求高且柱容量小于全多孔色譜填料因而并不適用于大規(guī)模的制備液相分離需求

過(guò)去3-5年全球的色譜研究人員發(fā)表了大量的有關(guān)核殼型色譜填料的學(xué)術(shù)文章但是其在工業(yè)界的應(yīng)用是一個(gè)漸進(jìn)式推進(jìn)的過(guò)程不會(huì)一下子大面積被采用國(guó)內(nèi)還沒(méi)有報(bào)道有國(guó)內(nèi)廠家生產(chǎn)核殼型填料

二具有豐富選擇性的色譜填料

液相色譜技術(shù)的廣泛應(yīng)用也得力于近年來(lái)各種色譜填料技術(shù)的發(fā)展為色譜分離提供了越來(lái)越多樣的選擇性近年來(lái)人們制備了大量的含有不同鍵合基團(tuán)的色譜填料以增強(qiáng)色譜柱的選擇性從而滿足實(shí)際樣品分離的需要例如親水作用色譜HILIC填料立體保護(hù)鍵合色譜填料極性嵌入反相色譜填料有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化色譜填料親水性體積排阻色譜填料混合模式色譜填料手性色譜填料以及聚合物基質(zhì)色譜柱填料等

1HILIC色譜填料它采用極性固定相和含有一定水的水溶性有機(jī)溶劑為流動(dòng)相不僅克服了正相色譜和反相色譜對(duì)極性化合物分離的不足而且提供了與反相色譜截然不同選擇性在強(qiáng)極性和離子型化合物如氨基酸碳水化合物和多肽等的分離中發(fā)揮著重要作用并且由于其流動(dòng)相含有高濃度的有機(jī)溶劑有利于增強(qiáng)電噴霧離子源質(zhì)譜的離子化效率進(jìn)而提高其靈敏度與質(zhì)譜具有很好的兼容性過(guò)去5-6年HILIC模式色譜柱的應(yīng)用增長(zhǎng)非常快目前商品化的HILIC色譜填料種類(lèi)繁多基于硅膠基質(zhì)的HILIC填料包括裸硅膠氨基氰基二醇基酰胺型以及兩性離子型等目前生產(chǎn)HILIC色譜填料的國(guó)內(nèi)公司主要有月旭艾杰爾迪馬以及賽分等公司

2極性嵌入反相色譜填料它通過(guò)在硅膠鍵合烷基鏈的中下部鑲嵌一些極性基團(tuán)如烷基胺酰胺季銨或者氨基甲酸酯等極性基團(tuán)來(lái)降低未反應(yīng)硅醇基活性和改善對(duì)極性化合物的保留能力這種填料具有的最大優(yōu)勢(shì)是減少了填料表面游離硅羥基與堿性化合物間的次級(jí)保留 作用從而改善堿性化合物峰型的拖尾而且由于極性基團(tuán)的嵌入增強(qiáng)了對(duì)極性化合物的保留提供和普通C18很不一樣的選擇性月旭公司的 Ultimate® Polar-RP色譜柱裝填的即為該類(lèi)型色譜填料

3立體保護(hù)鍵合相它是在硅膠的烷基鏈側(cè)鏈鍵合含異丙基和異丁基的C18固定相由于在C18烷基鏈上引入了較大的基團(tuán)以及立體效應(yīng)阻礙了硅醇基與分析物的相互作用因而對(duì)堿性化合物的分離呈現(xiàn)出對(duì)稱(chēng)的峰型并具有良好的柱效防止堿性化合物在色譜柱上的拖尾并且在低pH值時(shí)有較高的水解穩(wěn)定性月旭Ultimate® LP色譜柱填充的即為此類(lèi)型的色譜柱填料特別適合在極低pH條件下例如pH=0.8分離極性化合物此款色譜柱可以很好地取代市場(chǎng)上廣泛應(yīng)用的安捷倫 Zorbax SB 色譜柱

4有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化色譜填料它是在超高純?nèi)嗫坠枘z微球基質(zhì)表面涂覆一層厚度均勻的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化層進(jìn)而提高填料的pH耐受范圍和應(yīng)用能力的一種填料其填料結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示這種類(lèi)型的填料能夠耐受pH值很高的流動(dòng)相并且具有很好的pH值穩(wěn)定性它的pH耐受范圍可以達(dá)到1.5-12而常規(guī)的硅膠基質(zhì)色譜填料pH值范圍一般僅為2-8;它能夠耐受各種緩沖液體系柱壽命長(zhǎng)目前月旭科技的 Xtimate®反相填料菲羅門(mén)公司的Gemini NX®均是屬于此類(lèi)有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化硅膠色譜填料Waters 公司的X-Bridge 色譜填料采用的是其專(zhuān)有的有機(jī)-無(wú)機(jī)整體雜化技術(shù)不是表面涂覆
　

5親水性體積排阻SEC色譜填料它是在超高純?nèi)嗫坠枘z表面包覆一層具有良好穩(wěn)定性的親水性聚合物的體積排阻色譜填料其填料的作用基團(tuán)為二醇基填料結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示其填料表面因受二醇基官能團(tuán)保護(hù)而不與蛋白質(zhì)相互作用使得蛋白生物酶多肽等樣品的非特異性吸附極小;因而廣泛應(yīng)用于生物大分子的分離月旭Xtimate® SEC填料即為此類(lèi)型的色譜填料目前已有120 ?300 ?500 ?和1000 ?等四種孔徑尺寸規(guī)格的SEC色譜柱產(chǎn)品國(guó)內(nèi)外也有一些色譜柱廠家成功研發(fā)了該類(lèi)型產(chǎn)品例如TOSOH公司的TSK gel SW-型色譜填料安捷倫公司的ZORBAX GF色譜填料

6混合模式色譜填料它是在一根色譜柱上實(shí)現(xiàn)兩種或多種分離機(jī)理共同主導(dǎo)的色譜柱填料混合模式色譜分離的基礎(chǔ)是色譜固定相能同時(shí)提供多種作用力如鍵合相同時(shí)包含烷基鏈和電荷中心則可以提供疏水作用力和靜電作用力實(shí)現(xiàn)反相和離子交換混合模式色譜分離由于多種作用力的存在混合模式色譜可以顯著地提高分離選擇性這樣就可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)樣品的不同特性進(jìn)行分離月旭公司目前具有多種混合基質(zhì)的色譜填料例如 C18/SCXC18/SAX等圖7為月旭公司研發(fā)的C18/SCX色譜填料結(jié)構(gòu)示意圖

7手性色譜填料它是由具有光學(xué)活性的單體固定在硅膠或其它聚合物上制成手性固定相通過(guò)引入手性環(huán)境使對(duì)映異構(gòu)體間呈現(xiàn)物理特征的差異從而達(dá)到光學(xué)異構(gòu)體拆分的目的一個(gè)有效的手性填料應(yīng)當(dāng)具有能夠快速分離對(duì)映體測(cè)定對(duì)映體的純度盡可能適應(yīng)多種類(lèi)型的對(duì)映體的分離;應(yīng)當(dāng)具有較高的對(duì)映體分離選擇性和柱容量目前手性填料主要有以下5大類(lèi): 1多糖類(lèi)手性色譜填料主要包括纖維素和淀粉兩大類(lèi)手性固定相;2大環(huán)手性色譜填料主要是用大環(huán)分子和環(huán)糊精手性冠醚來(lái)形成的固定相;3 糖肽類(lèi)手性固定相主要是用萬(wàn)古霉素利福霉素B等制成的手性固定相;4多肽或蛋白質(zhì)手性固定相;5配體交換手性固定相:建立在金屬配合物的配體交換的基礎(chǔ)之上的固定相目前生產(chǎn)手性填料的國(guó)內(nèi)外廠家有大賽璐色譜科菲羅門(mén)廣州研創(chuàng)月旭等公司

8最后有機(jī)高分子基質(zhì)液相色譜填料也是一個(gè)非常活躍的領(lǐng)域主要分為多糖型基質(zhì)填料和聚合物型基質(zhì)填料同硅膠基質(zhì)的填料相比此類(lèi)填料具備高負(fù)載量 高化學(xué)穩(wěn)定性耐酸 耐堿耐溶劑處理對(duì)于生物大分子不易產(chǎn)生不可逆的非特性吸附作用等優(yōu)點(diǎn)這些優(yōu)點(diǎn)決定了其廣泛的應(yīng)用前景特別是生物大分子的分離和分析一般來(lái)說(shuō)有機(jī)高分子基質(zhì)色譜填料的柱效低于硅膠基質(zhì)的填料生產(chǎn)此類(lèi)填料的國(guó)外廠家很多例如GETosoh 東曹等國(guó)內(nèi)廠家這方面起步較晚目前有納微賽分和月旭等

以上所述是色譜填料在技術(shù)方面的二大趨勢(shì)現(xiàn)在我們?cè)賮?lái)看看色譜柱和色譜填料的市場(chǎng)趨勢(shì)色譜柱的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)在過(guò)去的10年是一個(gè)快速發(fā)展的市場(chǎng)這是因?yàn)樯V技術(shù)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用呈現(xiàn)了突飛猛進(jìn)的勢(shì)頭但是色譜柱市場(chǎng)在發(fā)達(dá)國(guó)家是一個(gè)相對(duì)成熟和穩(wěn)定的市場(chǎng)雖然技術(shù)層面不斷有新的創(chuàng)新但是新的技術(shù)的出現(xiàn)并不是一下子推翻以前的技術(shù)Waters 公司的Symmetry 色譜柱已有20幾年的歷史了但市場(chǎng)上還是很多人用它各個(gè)廠家的市場(chǎng)份額也相對(duì)穩(wěn)定新的色譜柱公司基本沒(méi)有機(jī)會(huì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)不會(huì)馬上達(dá)到像歐美國(guó)家那種穩(wěn)定的狀態(tài)但是趨勢(shì)是競(jìng)爭(zhēng)的門(mén)檻在提高

一方面和液相色譜儀相比色譜柱這個(gè)細(xì)分產(chǎn)業(yè)是一個(gè)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)可以率先達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平的行業(yè)核心原因是色譜填料和色譜柱雖然也有較高的技術(shù)門(mén)檻但是對(duì)專(zhuān)業(yè)的集成要求要低得多主要是化學(xué)和材料不需要機(jī)械電子和軟件方面的專(zhuān)長(zhǎng)一些有較好研發(fā)基礎(chǔ)的廠家通過(guò)堅(jiān)持不懈的努力和知識(shí)的積累可以在幾年內(nèi)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平目前月旭公司大量銷(xiāo)售的色譜柱產(chǎn)品主要的就是取代市場(chǎng)上知名國(guó)際品牌的產(chǎn)品

另一方面色譜工作者對(duì)色譜柱產(chǎn)品的要求越來(lái)越高四五百美元的色譜柱相比它的重要性大多數(shù)情況下價(jià)錢(qián)不是問(wèn)題用戶更關(guān)心的是色譜柱的重現(xiàn)性壽命和選擇性甚至高于對(duì)柱效拖尾因子等純技術(shù)參數(shù)的關(guān)注這就對(duì)廠家在產(chǎn)品質(zhì)量管理和產(chǎn)品種類(lèi)的豐富性方面提出了很高的要求這二個(gè)方面都離不開(kāi)產(chǎn)品研發(fā)能力和對(duì)色譜填料核心技術(shù)的掌握產(chǎn)品質(zhì)量方面除了研發(fā)能力還必須在各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)從原材料選材鍵合工藝裝柱工藝到色譜柱出廠質(zhì)量檢測(cè)都要進(jìn)行嚴(yán)格的控制

除了產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品種類(lèi)色譜柱廠家還要在色譜方法開(kāi)發(fā)方面持續(xù)地進(jìn)行投入客戶對(duì)色譜柱品牌的選擇有一定的粘性最有效的營(yíng)銷(xiāo)是靠應(yīng)用去替換客戶不缺色譜柱缺的是色譜分離分析的解決方案注重應(yīng)用開(kāi)發(fā)的色譜柱廠家才能成為行業(yè)內(nèi)公認(rèn)的色譜專(zhuān)家才能贏得客戶的認(rèn)可

我所創(chuàng)辦的月旭材料科技上海有限公司和全資子公司浙江月旭材料科技有限公司專(zhuān)注于色譜填料和色譜柱產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)銷(xiāo)售和技術(shù)服務(wù)2005年推出月旭Ultimate 系列色譜柱至今已經(jīng)成功推出70種HPLC固定相公司員工從當(dāng)年拿著中科院化學(xué)所劉國(guó)詮老師編寫(xiě)的《色譜柱技術(shù)》一書(shū)給客戶介紹月旭的色譜柱一根一根給客戶試用到今天月旭色譜柱被數(shù)量眾多的色譜工作者廣泛接受見(jiàn)證了中國(guó)色譜柱市場(chǎng)過(guò)去10年的快速發(fā)展相信通過(guò)和國(guó)內(nèi)同行共同的奮斗我們能夠使中國(guó)自主研發(fā)和生產(chǎn)的色譜柱產(chǎn)品在技術(shù)上和市場(chǎng)影響力上達(dá)到或超過(guò)國(guó)際知名品牌的水平說(shuō)得具體點(diǎn)就是在未來(lái)的5-10年內(nèi)實(shí)現(xiàn)在中國(guó)市場(chǎng)國(guó)產(chǎn)色譜柱市場(chǎng)份額從現(xiàn)在的大約30%提高到70%而且使國(guó)產(chǎn)的色譜柱出口的數(shù)量和產(chǎn)值超過(guò)從國(guó)外進(jìn)口的色譜柱