【分享】多孔石墨化碳PGC柱介绍

雾非雾

2010/11/08

私聊

农残检测

多孔石墨化碳柱（Hypercarb色谱柱）

一． Hypercarb制作过程
50nm硅胶→聚合物改性→碳化（高温）→硅胶解离（碱溶液溶解残余硅胶）→石墨化（2500℃）→多孔石墨化碳（PGC）
二．Hypercarb的物理特性

颗粒	球形，全多孔	由硅胶基质制得
粒径	3um，5um	LC&LC/MS
	7um	制备柱
	30um	SPE
表面积	120m2/g	确保线性和高载量
孔径	25nm	确保形状和大小宽分布的分析物进行有效的传质
含碳量	100	化学温度性；长寿命；无裸露硅羟基
机械强度	>400bar

三．Hypercarb柱的分离机理
多孔石墨是一种独特的固定相结构，其中碳原子以平面六边形结构紧密结合，形成大分子的多环芳香族化合物。Hypercarb与传统的硅胶键合固定相相比，在结构和保留性上都不相同，在任何pH值条件下都稳定，能使极性很强的物质得到理想保留并分离。Hypercarb色谱柱非常适合于解决反相、正相高效液相色谱和LC/MS应用中的分离难题。

（一）保留和分离
Hypercarb的分离机理主要取决于分离目标物的极性和形状。这种特殊的机理使得用传统反相不能很好分离的分析物能得到很好的保留和分离。运用Hypercarb分析极性物质，可以避免适用复杂的缓冲溶液和离子对试剂，而且可以相应提高有机相洗脱强度，使得系统对各种监测器，如质谱，有很好的兼容性。

在Hypercarb柱上的保留是两种机理作用的结果：
（1）吸附：分析物与Hypercarb相互作用的强度很大程度取决于分子与石墨表面的接触面积，当然还包括接触面的官能团类型和位置。平面结构分子接近Hypercarb表面时，在Hypercarb表面，作为平面结构的化合物可以与其结合的更紧密，从而增大交互作用和化合物的保留性；非平面结构分子接近Hypercarb表面时，在Hypercarb表面，不是平面结构的化合物不能与其结合的紧密，交互作用小，分析物的保留性差；
（2）极性物质在石墨极化表面的电荷诱导作用：电荷的诱导作用使极性物质有很强的保留。（当正电子接近石墨表面时，石墨表面向上凸起，其表面极化的电子吸引正电荷；当负电子接近石墨表面时，石墨表面向下凹陷，其表面极化的电子排斥负电荷。）当极性物质接近石墨表面时，诱导偶极作用产生，使得分析物和石墨表面相互吸引。这些电荷不会被分子离子化的电荷干扰，如酸性条件下产生的离子电荷。
由于Hypercarb强烈的交互作用，在建立方法的过程中可以适用更短一点的柱子，100nm或更短用于分析已足够。
（二）极性分析物质保留的增强
在传统的反相液相色谱分析中，目标物的保留直接决定于自身的疏水性：疏水性越强，保留越强。相反，如果极性增强，目标物与溶剂间的相互作用占了主导，保留就越弱。在绝大多数的反相分析中，这一点都毋庸置疑。而Hypercarb是个例外，随着极性的增强保留也增强，并已经得到证实。这种现象涉及到“石墨上极性保留效果（PERG）问题”。这一特性使Hypercarb色谱柱特别适合于极性较强化合物（logp<-4）的分离，而这些极性物质一般在硅胶键合机质上是很难保留的。极性非常强的物质在Hypercarb色谱柱上，不需要离子对试剂或者复杂的流动相条件，就能很好保留。另外，在Hypercarb柱上，极性越强保留越强，与传统的PS-DVB填料则恰好相反。
（三）更广的pH范围（pH 0～14）
Hypercarb柱的另一大优点是任何化学或物理变化出现时超常的稳定性。由于这一特性，在任何pH条件下，它都能保持稳定，能够在经典的硅胶键合柱不能适用的pH条件下运用。在高温高压条件下，Hypercarb柱可以适用于多种缓冲盐流动相。

（四）相近结构分析物的理想选择
由于固定相表面和分析物形状的影响，Hypercarb柱可以区分结构接近的化合物，如异构体、同系物。分析甲基和亚甲基基团，采用C18柱很难区分，而采用Hypercarb柱可以很好的分离。抗生素Axetil异构体的色谱分离，由于其结构相似，主要是取决于它们空间结构与石墨表面的一致性。Hypercarb柱不仅在分离上比以前的硅胶柱有了巨大的提高，还在洗脱顺序上有所改变。

（五）高温分析的理想选择
Hypercarb柱适用于超高温液相色谱领域。超高温（可达到200℃）液相色谱（UHT-LC），可以缩短保留时间，具体优点如下：
1. 速度更快：高温条件下，容量因子减小，流动相粘度降低，因此可以利用高流速以达到快速分离，而且不会影响分离效果；
2. 高峰容量：高温条件下，峰形更尖锐，峰容量更高；
3. 高灵敏度：尖锐的色谱峰可以改善信噪比。此外，如果UHT-LC采用ESI和APCI检测器，流动相在高温下可以流到离子化发生位置，这样可以有助于喷射和去除溶剂效应，增加离子化效率，从而提高分析的灵敏度。
温度同样可以影响选择性。这个作用可能对于中性物质不明显，而对于电力的化合物更为有效，因为随着温度的变化，可能引起流动相pH值和溶剂pKa的变化。高温条件下，流动相粘度降低，从而加快了流动相和固定相的传质，从而提高了色谱峰效率。

（六）柱在高温下的稳定性
UHT-LC系统对柱稳定性有特别要求。反相HPLC中常用的改进型硅胶柱，使用那个柱温不能超过60-80℃。若超过这个温度使用，有机硅烷键容易断裂，硅胶也可能溶解。而Hypercarb柱，在高温条件下，不管怎样的流动相都不会有任何物理或化学退化，因此可以作为UHT-LC固定相的理想选择。此外，在UHT-LC系统中，Hypercarb柱还不会出现柱相流失。

四．Hypercarb柱应用
1. 饮用水和生态水中去除强极性的水溶性的微污染物；
2. 采用高有机溶剂含量的洗脱剂进行快速萃取浓缩；
3. 离子型的、可离子化的和强极性化合物，包括杀虫剂和药物代谢物；
4. 从水性样本中萃取强极性化合物；