图解HPLC填料中的表面多孔颗粒（一）
表面多孔颗粒（superficially porous particle,以下简称SPP）至今已有40多年的发展历史。最近，这种拥有坚固粒核和表面薄层多孔结构的填料又获得了长足发展——粒径低于3μm的表面多孔颗粒较粒径低于2μm的全多孔颗粒，具有更好的柱效，且压降只有后者的一半。本文介绍了早期和现代SPP填料的特点，以及SPP相关产品用于大、小分子分离中的优势。
在传统的液相色谱与高效液相色谱（HPLC）中，全多孔填料诸如硅胶、氧化铝、离子交换树脂等被广泛应用。这些填料之所以行之有效，关键在于它们有较高的表面积、样品容量、不错的保留时间，还能键合不同的有机官能团。
在20世纪60年代早期，我们现在所熟知的HPLC还没有出现，研究人员仅从理论上预言液相色谱将变得更加高效。大部分的色谱工作者使用粒径超过100μm的多孔颗粒做填料，开口玻璃柱做色谱柱。这些填料主要由不同孔径的筛网过滤不规则颗粒分类得来。色谱工作者利用液体自身的重力来使流动相通过玻璃柱，在柱子出口收集目标物，再把收集到的流出物进行离线分析，如紫外可见光光谱分析。以今天的标准来看，这些色谱图的峰型并不出色，而且由于被测物在多孔填料中的吸附和解吸太慢，即使通过加压提高流动相的速度，也只能得到更宽的峰型。要提高色谱分离的速度，就要考虑降低填料上微孔的深度、缩短迁移路径，或提高迁移速率。
早期的SPPs介绍
德国法兰克福大学的Horvath教授预言使用坚硬物质做核心，粒核外面再覆盖一层薄薄的多孔固体作为固定相能提高物质的迁移速率。Horvath教授与其同事最先发布多孔层珠（PLB）填料，并用于核苷酸的离子交换色谱分离。这种SPP填料以玻璃为核心，外面覆盖着薄薄的聚苯乙烯-二乙烯苯聚合树脂，树脂上再键合阴离子交换官能团。
图1展示了其与之前的大孔颗粒的区别。图1a是早期使用的典型大多孔颗粒。物质进入柱子后会扩散到这些颗粒的孔中，由于进出粘滞流动相时的扩散速度慢，因此需相当长的时间才能洗出。缓慢的物质迁移速率是色谱图中峰型变宽的原因。提高色谱柱的使用温度可以降低流动相的粘度，但只能带来少许改善且在当时也不易操作。图1b展示了SPP的原理。直径为40μm的球形玻璃珠被用作基体，球体的外面覆盖薄薄的离子交换树脂或硅胶（约1~2μm）。当物质扩散到SPP颗粒填料中时，其扩散路径被限制在较窄的范围内。通过缩短填料中的孔隙深度，SPP填料缩短了物质在粘滞流动相中的扩散路径。使扩散只能在填料的表面薄层上进行，因此物质在两相间的迁移速率就会大大提高。由此可以看出，表面薄层越薄，物质迁移速率越高，柱效就会越好。当然，表面薄层变薄，容量因子与样品容量就会变低，因此需要在薄层厚度与容量之间取得平衡点。
相比早期LC所用的大孔颗粒，SPPs填料能使分离速度更快（只需20~30min，而前者往往需要几小时），分离效果更好（理论塔板高度为1~2mm），且检测灵敏度更高。用户通过简单的机械振动，就能把SPPs填料干法装填到50cm与1m的不锈钢柱子内。许多化学基团被尝试键合到薄层上，用于不同的色谱分离，比如正相、反相、离子交换色谱。在70年代早期，许多色谱分离方法的成功开发正是得益于SPP柱子的应用。
20世纪60年代末到70年代初， SPPs填料的商业化，以及在线紫外检测器的出现大大促进了HPLC的发展。稍后出现的微型全多孔硅胶颗粒在大小、装填上取得的突破性进展，柱效由此得到大幅提高，逐步取代早期的SPPs填料。图1c展示的微型全多孔填料改善了物质的迁移，使柱效提高了至少一个数量级。此外，更小的多孔颗粒也意味着更大的表面积，能容纳更多的样品量。这些填料也能用于制备色谱以及为取得更好的检出限而采用的大进样模式。
