多孔石墨碳柱

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1、多孔石碳柱（PGC ）1、前言多孔石墨化碳（PGC）作为液相色谱填料的应用已有30 多年的历史。与硅胶基质固定相不同，固定相可在强酸强碱 环境中使用，并可耐受超过500弋的高温而不溶解。同时， 与高分子材料基质固定相也不同，在不同流动相体系中并不 会膨胀或缩小。这些特性弥补了硅胶基质固定相和高分子材 料固定相的缺点。目前PGC商品化的色谱柱主要是Thermo-Fisher公司的Hypercarb柱，具有稳定性的机械性 能，宽pH耐受范围，耐纯水相，低柱流失，是理想型的LC-MS联用的色谱柱，可用于极性化合物、顺反异构体对映异构体、糖类以及多氯联苯的分离。2、Hypercarb 柱的制备及结构特

2、点2.1 PGC 的制备粒径50nm硅胶-饱和浸润硅胶基体与四氮六甲圜和苯 酷（聚合物改性）-1000C灼烧高温碳化-溶解残余硅胶， 硅胶解离-2500C灼烧石墨化一多孑L石墨化碳（PGC）。2.2 PGC 柱结构特点碳的结构形式有三种，它们有着确定的晶型。如图1-A所示，Bernal晶型有着完美的碳原子组成的层状三维结构，六边形的形状按照ABABAB的规律进行排列，这是正六边 形碳；这其中还有一种可能就是形成Lipson与Stokes结构， 按照ABCABC的规律进行排列，这是斜方六边形碳。这两 种层之间间距为3.354A,碳原子之间间距为1.42A。对大多 数合成碳而言，当加热温度超过时3

3、000弋时，会变为图1-B 所示Warren晶型，这是一种二维结构的碳，碳层之间的排 列随机组合，称为无定形碳。相比较三维结构，其层间距变 为3.40-343入，碳原子之间间距有轻微减小。图1碳原子结构对比示意图（A-Bernal 晶型；B-Warren 晶型）经过硅胶一聚合物改性一1000C高温剥离硅胶 2500弋高温石墨化等复杂步骤后才可生成，最终它有着 150近/g的柱表面积，其可以看做是由二维六边形连接而成， 连接紧密稳定，呈层状结构，具有非常稳定的物理化学性质。 2.3 PGC柱与普通硅胶基质的C18相比（见图2）A优势： 化学稳定性好，柱寿命长。PGC柱在pH 014条件下均 不会

4、被破坏，而且在正反相模式均耐用；而硅胶 C18柱在低 pH时键合相烷基碳链会水解脱落，在pH大于9时硅胶会与 碱反应进而破坏柱床。 对酸性和碱性化合物有更好的峰型。PGC柱没有硅醇基的 干扰，且流动相pH耐受范围宽，尤其对碱性化合物可获得好 的峰型。 对极性化合物保留强。PGC柱表面石墨的电荷诱导作用， 对极性分子具有电荷吸引作用从而增强保留，而极性化合物 在常规C18柱几乎没有保留。B劣势： 制备成本较高，市售价格高。 PGC柱分离机制是非典型的反相色谱，兼有正相和反相色 谱的机理，当前硏究不够充分，还不能完全替代 C18。 PGC基质可设计的空间小，不如硅胶基质可设计改造的空 间大，这可能

5、是其商品化率低的原因之一。图2 PGC柱与硅胶基质C18柱结构对比示意图2.4 PGC柱分离原理以Hypercarb色谱柱为典型，其分离原理总体是以下两个 机制的综合：分子形状（空间选择）：对于硅胶基质C18柱表面就像 个刷子，布满了硅醇基和烷基长链，而 Hypercarb是由碳 原子排布成6角形的平整表面，就像芳环一样。这个平整的 表面就是石墨化碳用来分离结构相似化合物的一个重要基 础。分析物分子与Hypercarb相互作用的强度取决于与石墨 表面接触面的大小和方向。图3显示了平面和非平面分子向Hypercarb表面接近的方式。分子越平面化，越可以贴近 石墨化碳表面,其作用的机会也就越多，因

6、此保留作用就越 强；反之，保留作用就越弱。平面塔枸的霁子2平茴塔构图3分析物与Hypercarb表面相互作用的平面和非平面分子的分子面积 示意图分子极性：极性分子永久带电（比如：碳水化合物，或者 有羟基，羧基和氨基的化合物），因此可以引起石墨化碳表 面的极性化，这样可以加强分子和石墨化碳之间的作用。石 墨化碳是良好的导电材料，当带正电荷的分子（比如碱性化 合物）或带负电荷的分子（比如酸性化合物）接近 Hypercarb表面时，如图4所示，石墨化碳表面电子迁移开彳 成与分析物相反的电荷，形成静电作用。极性越强，静电作 用力越强，因此保留越强。图4极性分析物接近Hypercarb表面的点电荷示意图