色谱柱填料原理（硅胶及氧化铝基质特性比较分析）

色谱柱填料原理（硅胶及氧化铝基质特性比较分析）二．氧化铝基质的基本特点SepaFlash标准型硅胶快速分离柱硅胶表面主要存在着Si-OH和Si-O-Si两类基团。Si-OH被认为强吸附位点，在正相色谱中起主要作用，一个表面硅原子一般可带1-2个羟基；Si-O-Si通常被认为是疏水性的，在正相色谱中对极性溶质保留的贡献极小，其疏水特性使得非极性分子在此位点的保留成为可能。基于此特点，人们可通过控制硅胶表面的基团——Si-OH或Si-O-Si-R，使硅胶基质适用于正、反相色谱模式。但硅胶基质存在部分缺点，如键合相硅胶的pH适用性窄，pH>8硅胶易溶解，pH<2键合相易水解断裂。另外，残余硅羟基和金属离子等杂质的存在易对碱性溶质造成不可逆吸附，并易使生物大分子（多肽、蛋白质等）产生变性和非特异性吸附，极大地限制了其在生物体系中分离、分析的应用。针对以上情况，可选用氧化铝作为基质材料，与硅胶形成互补。

色谱理论认为，不同的物质之间，只要存在物理、化学或生物学性质的差异，就会在不同的物相上具有不同分配系数，即可在色谱过程中得到分离、分析或测定。如果说，色谱柱是进行色谱分离的主要场所，人们常将其比喻为色谱仪的心脏；那么，色谱填料就是组成心脏的一个个细胞，因此，色谱填料的性质决定了色谱柱的性能。

根据不同的基质，色谱填料可分为：有机聚合物填料、无机基质填料、有机-无机复合型填料。目前，无机基质填料仍牢牢占据大部分市场，主要包括硅胶、氧化铝、羟基磷灰石、活性碳等。本文探讨的是硅胶基质和氧化铝基质的基本特点。

一．硅胶基质的基本特点

色谱用硅胶均为人工合成，机械强度高、比表面积大、表面易于修饰和控制，其优异的物理、化学和机械特性，使之成为色谱填料中一种不可替代的基质。

硅胶表面主要存在着Si-OH和Si-O-Si两类基团。

Si-OH被认为强吸附位点，在正相色谱中起主要作用，一个表面硅原子一般可带1-2个羟基；Si-O-Si通常被认为是疏水性的，在正相色谱中对极性溶质保留的贡献极小，其疏水特性使得非极性分子在此位点的保留成为可能。基于此特点，人们可通过控制硅胶表面的基团——Si-OH或Si-O-Si-R，使硅胶基质适用于正、反相色谱模式。

但硅胶基质存在部分缺点，如键合相硅胶的pH适用性窄，pH>8硅胶易溶解，pH<2键合相易水解断裂。另外，残余硅羟基和金属离子等杂质的存在易对碱性溶质造成不可逆吸附，并易使生物大分子（多肽、蛋白质等）产生变性和非特异性吸附，极大地限制了其在生物体系中分离、分析的应用。针对以上情况，可选用氧化铝作为基质材料，与硅胶形成互补。

SepaFlash标准型硅胶快速分离柱

二．氧化铝基质的基本特点

氧化铝基质的一大特点是结构稳定，既可呈酸性，又可呈碱性。其次，铝元素在自然界含量丰富，仅次于氧元素和硅元素。在实际应用中，色谱用氧化铝填料主要应用于正相色谱、反相色谱和离子交换色谱。对于一些不饱和化合物，特别是芳香族化合物的保留效果较佳，有时还可用于分离芳烃类异构体。除此之外，氧化铝基质的pH耐受范围在3-12，可用于分离碱性化合物。以上这些特点使得氧化铝在某些领域能与硅胶形成良好的互补作用。

如何制备色谱用氧化铝

通常的做法是利用水合氧化铝的再沉淀工艺，可制备具有不同化学组分和相组分的氧化铝，步骤如下：首先将水合氧化铝溶于酸；再以碱中和，使氢氧化铝沉淀出来并除去部分杂质；最后经过不同煅烧工艺，得到具有不同水含量、不同相、不同孔结构的氧化铝。

用作吸附材料和色谱填料基质的氧化铝主要是γ-氧化铝，通常呈碱性，将其溶于水pH值可达9，故常被称为碱性氧化铝，利用酸中和可得到中性甚至是酸性氧化铝。

如何对氧化铝进行表面化学修饰

方法1：铝羟基反应。如，氧化铝与二氯亚砜反应，使氧化铝表面带取代羟基的氯；再与丁基锂反应，可生成丁基化的氧化铝；制得的丁基氧化铝能在pH值1~12的范围内稳定使用，也可在反相模式下有效分离碱性蛋白质；这表明该填料对此类生物大分子的非特异性吸附性很小。

方法2：涂敷技术。类似硅胶表面涂敷法，一般是在氧化铝表面以物理或物理-化学方法涂敷一层高聚物（如：聚苯乙烯-二乙烯基），可得到强疏水性表面。此种材料具有极好的pH值稳定性，较强的保留效果；但会在一些溶剂中发生溶胀而导致柱压过高。

三．常见的氧化铝色谱柱及应用

碱性氧化铝：pH为9~10，常用于分离碳氢化合物，可分离某些色素、甾族化合物、生物碱、醇及其他中性、碱性物质。

中性氧化铝：pH为7.5，适用于醛、酮、醌、某些苷及酸碱溶液中不稳定化合物如酯、内酯等化合物的分离，应用广泛。

酸性氧化铝：pH为4~4.5，适用于天然及合成酸性色素及某些醛、酸的分离。

烷基氧化铝：目前已有C4、 C8、 C18的烷基氧化铝，此类反相填料化学性质稳定，且在碱性介质中的稳定性优于硅胶，能在pH值1~12的范围内稳定使用，也可在反相模式下有效分离碱性蛋白质。

聚合物型氧化铝：可得到强疏水性表面，极好的pH值稳定性，较强的保留。

四．氧化铝与硅胶的异同点

相同点：

自然界中硅元素和铝元素储量充足，因此，硅胶基质和氧化铝基质的开发和使用成本均相对较低。两者稍加处理，均能应用于正、反相色谱；均有无机基质材料的一些典型特点，如优异的物理、化学和机械特性等。

不同点：

氧化铝基质在某些方面能很好的弥补硅胶基质的不足之处，如：硅胶基质的pH使用范围窄，而键合相氧化铝基质的pH使用范围为1~12；氧化铝表面的活性基团很难对碱性物质或生物大分子造成不可逆反应，因此，氧化铝柱可作为分离碱性物质或生物大分子的一种选择。

氧化铝基质的表面活跃基团的密度和孔径结构都不如硅胶理想，在普适样品的分离能力上没有硅胶优异，修饰也比较困难，因此，氧化铝的键合相种类远不及硅胶丰富。相对硅胶，氧化铝基质填料可作为日常分离中一种重要补充。

SepaFlash标准型氧化铝快速分离柱