现代液相色谱进展(一)

    色谱法最初仅仅是作为一种分离手段，是根据混合物中不同组分在流动相和固定相间具有不同的分配系数，当两相作相对运动时，这些组分在两相间进行反复多次的分配，从而得到分离。直到五十年代，人们才开始把这种分离手段与检测系统连接起来，成为一种独特的分析方法，是几十年来分析化学中最富活力的领域之一，也是生命科学和制备化学中广泛应用的一种手段。

　　色谱的发明者，俄国植物学家M.S.Tswett，是在研究植物色素的过程中，于1906年创立这种简易的分离技术，奠定了传统色谱法基础。从此之后，化学家、生物化学家和生理学家们在制备高纯化合物、分离和鉴定复杂混合物时便有了一条崭新的有效途径。自从有了这种手段，使许多过去被认为是单一的物质，判明却是多种化合物的混合物；许多化学反应的过程依靠这种方法而得以探讨；终于使许多复杂混合物，例如维生素、药物、色素、氨基酸等得到离析；这种方法甚至帮助科学家们了解了一些长期模糊不清的自然现象，诸如植物与动物的营养、激素对人和动物的生理特性、维生素在动植物体中的分布等等问题。Tswett的实验意义很大，尽管他于1907年在德国柏林植物学会议上反复强调色谱技术，但并没有受到当时科学界的重视。经过二十五年后，德籍奥地利化学家R.Kuhn等利用他的方法在纤维状氧化铝和碳酸钙的吸附柱上将过去一个世纪以来公认为单一的结晶状胡萝卜素分离成a和b两个同分异构体，并由所取得的纯胡萝卜素确定出了其分子式。另外他还发现了八种新的类胡萝卜素，并把它们制成纯品，进行了结构分析。同年，他又把注意力集中在维生素的研究上。在确定了维生素A的结构以后，于1933年从35000升脱脂牛奶中分离出一克核黄素（即维生素B2），制得结晶，并测定了它的结构。此外，他还用色谱法从蛋黄中分离出了叶黄素；还曾把腌鱼腐败细菌中所含的红色类胡萝卜素确定离析出来并制成结晶。Kuhn正是由于在维生素和胡萝卜素的离析与结构分析中取得了重大研究成果而获得了1938年诺贝尔化学奖，也正因为他的出色工作使色谱法名声大振，迅速为各国科学家们所注目，广泛被采用起来。

　　1、液相色谱固定相

　　1.1正相色谱八十年代初，人们使用的正相色谱固定相硅胶和吡啶硫氰酸镍盐的络合物晶体能与芳香族化合物形成包合物用于分离芳香族含氮异构体和胆甾醇晶体。已有人[1]将焦炭吸附剂作为填料和键合硅胶作过比较并研究其热力学机理。具有离子化或非离子化功能团的大孔聚合物也开始应用于液相色谱，这些聚合物在整个酸碱范围内稳定，其中一个缺点是当溶剂改变时，它们会热胀冷缩，但是其主要的分析方面用途，即从水中收集痕量研究化合物是没有问题的，通过适当的处理装入色谱柱，一些物质出现过度的峰带变宽，而另一些则出现尖、窄的峰带和高分离度，在强碱性大孔树脂中120分钟内可分离100种尿液中紫外吸收物质[2]。有人将各种链长度的碳氢配位体键合到硅胶上，根据链长短效应研究保留值的影响，也有过类似的报道，将C22键合相以及制备键合相担体各种条件作过比较，其键长度和吸附自由能成线性关系。一般地，碱溶液会破坏硅胶，烷基胺比季铵盐更会腐蚀硅胶填料，故通过加填有5mm硅胶的短预柱来洗脱碱性溶液。Kataev等[3]用聚三氟苯乙烯涂成的硅胶微粒基质并应用到卤代芳烃、多肽和蛋白质的分离。1993年11月，Majors讨论了在日本发展迅速的HPLC聚合物填料。Hosoya制备了大孔聚合乙烯―对―叔丁基苯甲酸丁酯微球和两种别的聚合物微球的性能以及更多的C18HPLC固定相。

　　1.2反相色谱固定相的研究进入九十年代更是热火朝天。这方面的研究报道远远超过流动相的研究，人们不断探索保留过程及相关烷基键结构的复杂性和可能制得的各种新型固定相。Bolok和其合作者从统计技术研究反相色谱柱的老化过程。Montes等评价了一种硅氢化物介质的硅氢烯制备烷基键合相，更早时候基质制备可供参考。Moriyama等评价了用2mm硅胶制得的TSK胶SuperODS新型反相色谱柱的特性，他们论述了如何分离手性化合物。Schmid与合作者论述了含饱和脂肪酸键合相的合成与性质，并且与相应的饱和烃固定相的使用作过比较。Pesek和Matyska合成了两种不同的二醇键合相，包括一种是“可靠的”，另一种通过将7－辛烯－1，2－二醇直接连接到氢化硅基质上。Jino和Nakamura[4]评价了用氟处理的键合硅胶作为一种反相色谱基质与常规反相色谱基质的选择性不同。Buszewki等比较了烷基胺和烷基键合相基质用于反相分离，发现前者对分离极性化合物效果显著，但其热稳定性不如后者。Wongyai用苯丙醇胺键合到硅胶上产生离子交换――反相基质的混合模型，并且评价了酸性系列、中性和碱性物质的分离效果。Friebe将Calixarene键合到硅胶上研究其作为选择相能够形成类似于环糊精的内包合物。Chriswanto和伙伴们将聚吡咯相涂在硅胶上作为HPLC的特征化填料。Ge等合成了聚3－辛环吡咯改性硅胶，评价其作为蛋白质的分离及探讨酸、碱介质的稳定性。Skapo和Simpson则在流动床中制得反相基质，他们总结出在有机溶剂中通过这种途径与常规键合相比较可制得重现性更好的基质。Theinpont论述了在HPLC柱中已经填装好的硅胶的衍生化过程和通过这种途径制得的色谱柱和常规键合相色谱柱进行了比较。

　　1.3亲和色谱日本和欧洲较多研究多孔聚合物在液相色谱中的应用，这些聚合物可用于分离各种芳香族化合物和糖类，高分子填料对保留值有较大影响，依据不同溶剂洗脱次序，可估算出聚合物溶解度参数。它们适用于亲水溶质排阻色谱，如有一种吸附剂TSK-SW硅胶带有亲水键合相，在较大的流速下能经受高压且有非常高的分离度，尤其适用于蛋白质和腐殖酸的分离。曾有人描述过带羟基、氰基、铵离子及芳基金属醚键合到硅胶上，铵离子键合相主要以氢键结合，通过溶剂作用稳定保留值。

　　1.4离子交换色谱离子交换固定相的确研究过不少，如八十年代初流行的TSK型SW硅胶及基于二乙胺乙基(DEAE)制成的阴离子交换材料用于蛋白质及核酸的优化分离，低聚糖的分离采用Micro-PakAX-5。XAD树脂是色谱中使用最基本的固定相，弱酸、弱碱及两性电解质的分离均有人研究过，反离子以扩散双电层形式存在。也有人制备多孔甲基丙烯酸盐离子交换剂，但多数人愿意使用商品化的交换剂。Sevec和Frechet[5]制得聚甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚二甲基乙烯丙烯酸酯色谱柱(300×8mm)用于蛋白质离子交换的制备色谱。他们能做到一次进样到这种色谱柱分离300mg的蛋白质混合物。Gawdzrk和Matynia制备了一种交联的(p，p’―二羟基苯)―丙烷二环氧甘油醚和二乙烯苯的甲基丙烯酸酯的多孔共聚物作为一种最新的HPLC填料并且评价了其作为正相和反相分离的效果。Danielson和其合作者[6]用一种丙胺基硅基质同Kel-F800反应制得一种弱阴离子交换填料。

　　1.5空间排阻色谱Kato等曾通过丁醚或三乙醇苯醚与TSKG3000SW空间排阻色谱法(SEC)结合合成HIC固定相材料，当使用盐溶液梯度洗脱时，可达到很高的分离度。一些极性键合相通过分配比调节的排阻色谱分离蛋白质和多肽。Miller等报道过用醚相结构合成大孔硅胶填料：Si-(CH2)3-O-(CH2CH2O)n-R；n=1，2或3；R=Me，Et或n-Bu。用这种填料制得的色谱柱可至少连续使用五个月其保留值不变。

　　烷基链长度和配体密度能直接影响到保留值与分离度，而使用低配位数密度基质更易再生，不易变性，对分离大多数蛋白质来说，基质微球直径在300？时具有最强的再生力，直径小到1mm的多孔微粒填入1cm的色谱柱中对于蛋白质的分离十分有用。另一改进色谱有效途径是使用非多孔微球(1-3mm)，柱长约30mm，柱效稳定，当小心控制流动相温度和所有仪器组成时，柱外效应很小，曾有人通过洗脱法在2分钟内分离6种蛋白质的混合物。

　　Smigol[7]论述了均相聚合甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚乙烯二甲基丙烯酸酯微球用特殊化功能的多孔介质制得二醇或二乙胺相有较大孔隙和十八烷基官能团有较少孔隙，这样制得的一种基质当所有分子接近极性相时，较少的分子进入多孔介质，而限制了大分子进入到十八烷基键合相中。

　　总之，不论是何种类型的固定相对于手性异构体的拆分以及蛋白质和多肽大分子的分离仍在不断的探索完善之中，从发展的趋势看，寻求各种高分子材料作为新型色谱固定相前景光明。