液相色谱填料基质的发展概述
高效液相色谱的填料可分为无机基质填料和有机基质填料，无机基质填料包括硅胶、氧化铝、氧化锆、羟基磷灰石、氮化物以及活性碳等。此外还有复合物材料，即通过精细调控技术制备的无机-有机球杂交基球，经化学衍生后，制备得对药物分析和筛选很有用的高效、可耐pH2～8、低吸附性的新型填料。
1、硅胶
无机基质材料中最重要的是硅胶，微粒型硅胶的出现，促进了高效液相色谱法的发生与发展。合成色谱用硅胶区别于天然晶体二氧化硅，也区别于介于晶型和无定型之间的用于色谱、电色谱中的石英毛细管，用作色谱填料的是无定型二氧化硅。硅胶吸附色谱是色谱中的经典，硅胶至今仍是制备色谱中填充柱的主要材料，250目～400目（即40μm～63μm直径）的硅胶颗粒的含水量直接影响活性，其活性随着含水量的升高而降低。当其含水量接近20%的时候，硅胶基本不具吸附活性；活性太高，则出现不可逆吸附和拖尾，甚至分离物分子结构的改变。以下将重点介绍其化学修饰及聚合物包覆的过程。
硅胶能用于色谱基质材料，是因为其表面具有重要的活性基团硅羟基，即自由硅羟基，或称孤立硅羟基。由于游离的硅羟基是造成色谱峰尤其是碱性溶质拖尾的主要原因，因此在合成反相色谱材料中，针对硅羟基的封尾技术非常重要。例如C18柱，在键合了十八烷基后，还需通过小分子的硅烷化试剂（例如三甲基氯硅烷）对其进行封尾，以尽可能地减小极性大的硅羟基对整体呈现非极性的色谱柱的影响，如若硅羟基外露，封尾不完全，势必影响反相色谱的保留时间和色谱峰型。
硅胶表面进行的改性是通过该活性基团进行的，通过各种硅烷化试剂对硅胶表面进行修饰，可以得到包括烷烃和芳烃在内的烷基反相填料。常用的硅烷化试剂除了氯硅烷和烷氧基硅烷外，还有烷基硅氨烷 。例如: 在硅羟基上键合十八烷基，可制得液相色谱柱中常用的C18柱（ODS）；以氨基、羧基、磺酸基修饰，可得到离子交换填料; 以聚乙二醇修饰，可得到疏水作用的填料。
2、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，γ-氧化铝表面化学修饰比硅胶更困难，因此氧化铝多使用于一些小分子有机化合物的分离，用于正相、离子交换色谱和反向高效液相色谱中，在生化分离上应用得少。氧化铝的化学修饰可通过铝羟基的反应或是涂覆技术。通过铝羟基反应可通过在氧化铝表面上的活性羟基键合C4、C8和C18等烷基，制得在宽pH范围内稳定，应用于反相色谱中的烷基化氧化铝。表面涂覆可以制得聚苯乙烯- 二乙烯基、聚丁乙烯或十八烷基硅烷等强疏水性复合材料。
在吸附型制备色谱中 ，氧化铝的吸附能力比硅胶更强，氧化铝比硅胶的样品处理量更大，根据含水量大小（0%～15%），大多情况下，需要控制的含水量为6%～10%，对应的活性为第三和第四等级。根据酸碱性，应用于吸附色谱中的氧化铝分为中性、酸性和碱性氧化铝，中性氧化铝水提取液的pH值为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，因此应用十分广泛。大多数情况下使用的是碱性氧化铝水提取液的pH值为9～10常应用于碳氢化合物的分离，常应用于碳氢化合物的分离，中碳氢化合物中除去含氧化合物, 还能中碳氢化合物中除去含氧化合物，还能对某些色素，甾族化合物、生物碱、醇以及其他中性、碱性物质的分离。性氧化铝水提取液的p H值为4～4.5，适用于天然及合成酸性色素以及某些醛、酸的分离。
3、氧化锆
氧化锆和硅胶一样，具有优异的机械强度，适宜的孔结构和可用于键合其他功能基团的活性位点外，还具有更宽的pH耐受范围和更好的耐温性。氧化锆多孔小球可耐受pH 0～14的环境，可高达900℃的温度下长时间工作不会变形且结构不遭受破坏。碳十八键合二氧化锆（ODZ）可在pH2～12范围内使用。聚丁二烯包覆二氧化锆复合填料在全pH值范围内稳定，并且能耐200℃的柱温。
4、复合型填料
复合型填料，一般而言，硅胶基质化学键合相在pH 2～8的范围内稳定，难以耐受更宽的pH范围，在碱性条件下硅胶基质会发生溶解，于是人们将机械强度较低、在有机溶剂中易发生溶胀的高聚物引入到硅胶基质填料中，与硅胶形成优势互补，制备出有机-无机复合型填料，即包覆型填料或涂覆型填料。硅胶、氧化铝、氧化锆等都曾被用作包覆型填料的基质材料，其中最重要的是硅胶和氧化锆。用于包覆无机基质填料的高聚物则有聚苯乙烯、聚乙基苯乙烯-二乙烯基苯、聚丁二烯、聚环氧乙烷、聚硅氧烷、琼脂糖、聚氯甲基苯乙烯-二乙氧基甲基乙烯基硅烷以及气相沉积碳等。
早期包覆型填料的制备采用物理包覆法，制得的复合物孔径结构不甚可控，重现性差。后期采用的是化学键合或复合型包覆法。该法首先利用无机基质表面修饰技术，使硅胶、氧化铝或氧化锆等基质的表面带上适合数量的活性基团，例如可发生加合反应的双键、环氧基团、氨基或羧基等，再将制备高聚物所需的单体、交联剂等涂覆到基质表面，然后通过加入引发剂，控温等条件引发化学键合或共聚反应，制得包覆层紧密牢固的复合色谱填料。但是由于聚合物包覆不完全，裸露出来的无机基质会吸附路易斯碱性物质，特别会吸附蛋白质而导致峰型变差，这种吸附可以通过有机物热蒸汽化学气相沉积法使热解碳对裸露无机基质进行包覆。在键合固定相中特别值得提及的是用于手性拆分药物、酸类、酰胺类化合物的手性分离固定相。手性固定相所使用的高分子基球通常是粒径单分散的缩水甘油甲基丙烯酸- 亚乙基二异丁烯酸酯共聚物微球、一锅法制备的单分散聚甲基丙烯酰胺球、聚硅氧烷、光学活性聚氨基甲酸乙酯以及聚苯乙烯。通过共价键或涂覆方式，发展了Pirkle型（刷型）、多糖类、环糊精类、冠醚类、杯芳烃等多种类型的手性固定相。
5、石墨化碳填料
硅胶的化学稳定性较差，仅能在pH=2~8的环境下工作。但是，在很多场合下，需要使用极端的pH条件。为此，人们曾大力发展高分子微球、氧化铝、氧化锆等化学稳定性更好的基质材料。但是，很难有一种材料能全面地满足液相色谱基质的要求。例如，高分子微球在有机溶剂中会发生一些溶胀，因此难以应用于以含有机溶剂的流动相进行梯度淋洗的场合；氧化铝和氧化锆与硅胶相比，虽然化学稳定性较好，但其表面修饰与键合比较困难。因此，化学稳定性好的碳材料便很自然地被考虑作为色谱填料的基质。
碳材料有极好的化学稳定性，可耐受宽达pH=1~14的环境；耐高温，石墨化碳可耐3000℃以上的高温而不受破坏；经适当加工的碳材料可具有很好的机械强度，具有优良的导电性、导热性及电磁屏蔽特性。更为难能可贵的是，多孔性碳材料以其结构的特点而具有很好的吸附性及选择性。正是碳材料的这些特性，使人们期待它在色谱领域中能有特殊的用途。
6、贯流色谱填料
贯流色谱是20世纪80年代末至90年代初发展起来的一种色谱分离新方法。在这种填料上，既有通常的微孔或大孔，例如50~150nm的微孔，又有贯穿整个颗粒的，孔径约600~800nm超大孔存在。这种贯穿的大孔，可以允许流动相直接进入填料颗粒的内部并贯穿而过。这样，就相当于极大地降低了填料颗粒的直径，即以贯穿孔将填料分割成了很多更细小的颗粒，在这种小颗粒上的微孔已经短到不对传质过程构成明显的阻力。因此，在这种贯流色谱填料上，传质阻力已经非常小。同时，贯穿孔内流动相的线速度正比于柱子中流动相的速度，即传质过程已由扩散传质变为对流传质。这就意味着，在一定范围内，及时提高流动相速度，也不会降低柱子的分离效率。由于填料上同时还存在有通常的多孔结构，其比表面积并未随贯穿孔的出现而大幅度降低。
因此，在这种填料上的样品负载量也不随流速的增加而减少。再者，填料上600~800nm的贯穿孔，极大地增加了柱子的通透性，使得这种柱子即使工作于很高的流速下，其操作压力也不需要很高。所以，这种贯流色谱柱可以同时具有高流速、高效率、高样品负载量和低操作压力的特点。
7、整体柱
整体柱又称整体固定相、棒柱、连续床等，是在柱管内原位聚合或固定化了的连续整体多孔结构，可根据需要对整体材料的表面作相应的衍生化，是一种新型的用于分离分析或作为反应器的多孔介质。通过控制聚合条件来得到具有理想孔径分布的整体柱。整体柱中的空间由聚合物颗粒中的孔和颗粒间的缝隙组成，分离在样品流经孔结构时发生。可以减少路径的差异和纵向扩展。
整体柱的优点包括：可以原位制备，省去制备填料和装柱，也可以同法制成聚合物颗粒后再装柱；聚合物易于制备，柱子的长度和直径在一定程度上不受限制；聚合反应混合物中的单体可以灵活选择以得到适合的基质和性质；易于在柱衍生化，以得到具有合适性质的色谱柱；通过控制聚合反应的条件可以优化孔的性状。
