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色谱技术进展:HPLC色谱柱填料粒径下限刷新

  近日,南京大学化学化工学院生命分析国家重点实验室的研究团队制备出纳米级色谱柱填料,其颗粒粒径为170纳米,介孔大小为5.6纳米,刷新了高效液相色谱柱填料粒径的下限。该成果在线发表在ACS Applied Materials & Interfaces 上。
 
  色谱是常用的分离分析技术,其核心在于承担分离作用的色谱柱。色谱柱的分离效果对色谱仪器的性能有着决定性的影响,因此改进色谱柱性能是色谱技术发展的重要方向,而色谱柱的分离效果与色谱柱填料密不可分。填料的颗粒形状及粒径、表面积和孔径对分离效果都有很大的影响,尤其是粒径。当填料的粒径减小时,固定相的表面积变大,样品的分离速度就越快,同时色谱柱的柱效也越高。这也意味着色谱系统在检测时分辨率和灵敏度也可以获得提升。
 
  然而色谱柱填料的颗粒度并不是越小越好。由于流动相通过填充柱所需的压力与颗粒尺寸的平方成反比,填料粒径的减小会使柱压上升。为了维持柱压,色谱泵的输压能力以及柱系统、连接管线和检测器等的耐压能力都需要满足一定要求。因此填料颗粒的粒径必须与色谱系统的整体性能相适应。这也成为纳米级填料应用于液相色谱分离中的巨大挑战。目前常见的填料粒径主要为5μm、3.5μm、全多孔亚2μm和表面多孔核壳结构的亚3μm,都未达到纳米尺度。
 
  南京大学的研究团队利用具有中心通透且辐射状孔径结构的单分散介孔硅纳米颗粒作为填料,实现了纳米级的色谱分离操作。该填料的粒径为170纳米,介孔为5.6纳米,是目前文献报道的最小尺寸。在柱压问题上,该颗粒与其他纳米级级球形填料不同,由于具有更高的渗透率,没有柱压需求过高问题,常规HPLC压力泵即可满足要求。同时,使用该填料的色谱柱还有极高的柱效,在电色谱分离模式下可达3,500,000塔板数/米,并且能够实现快速分离。目前由于配套的仪器功能和硬件条件的缺乏,该填料目前还无法在超效液相色谱(UHPLC)模式下运行。
 
  高效液相色谱具有高效、高灵敏度等特点,广泛应用于环保、食品、医药、化工等领域,是十分重要的分离分析技术。该项研究成果实现了纳米级的高效液相色谱柱的填料制备,将对高效液相色谱分析技术的发展起到重要的推动作用。

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