静止阶段前进

在这些列是什么?乔恩·埃文斯看着日益复杂的材料被用于化合物在色谱分离

色谱法不是一个主题设置脉冲赛车。作为一个主要的技术分析实验室,它有100多年的历史了,它可能有效地分离复杂混合物成其组成部分,但你可能不认为这是科学技术的前沿。你就错了。

为分析科学家们正在努力将高度先进的材料应用于色谱法,包括碳纳米管和有机框架(mof),以及一些意想不到的材料,如碳酸水和冰。结果应该是新一代的色谱法更环保,更有效和完整的尖端化学。

在色谱中,气体或液体样品的组成部分由传递通过一长列。这些部分,或分析物,可以分子、粒子或生物分子,如蛋白质或多肽。样品是通过列由流动相(气体或液体)和列包含固定相,液体或固体。如果和流动相气体混合物技术被称为气相色谱法;如果是液体,液体色谱法。

这个想法是,样品通过列,其组成分析物坚持固定相,与一些分析物将比其他人更坚定。随着流动相流经列,它洗分析物的列在不同时期,根据附件的力量:弱连接分析物出现早于分析物恋恋不舍。

通过这种方式,分析物在样品分离,每个离开列在一个稍微不同的时间。如何这分离工作依赖于分析物之间的交互和移动和静止阶段,使流动相、固定相的选择非常重要。

为流动相,分析科学家仅限于各种混合物的气体或液体,虽然选择广泛。然而,固定相为化学创造力提供了更多空间。

把信封

目前,大多数色谱固定相包括填充柱的微观多孔粒子,通常直径3-10µm和硅制成的。在液相色谱和某些形式的气相色谱法,分析物直接绑定到这些粒子,通常通过氢键。其他形式的气相色谱中,固定相粒子覆盖着一层薄薄的液体,分析物的溶解。

有几个替代particle-based静止阶段。对于气相色谱法,都有开放的管状形式,固定相是液体的稳定层,通常是有机溶剂、涂料的内部空的列。有庞然大物,液相色谱柱的填充固体块多孔材料,像一个僵化的海绵。

所以分析科学家们已经相当范围的静止阶段可供选择,尤其是在特定绑定的能力可以仔细调整这些化学改性。例如,将带负电荷的化学组硅粒子或巨石提高他们绑定带正电的分析物的能力。

但分析科学家们一直在寻找新的和改进的静止阶段。一个明显的改善固定相的方法是增加其分辨率,意义分析物的数量可以清楚地分开,分离速度。在过去,这已经通过减少硅粒子的大小,导致高效液相色谱法(HPLC)。

然而,即使现代色谱系统可以用非常复杂的斗争包含成千上万的不同分析物的样品,这是常有的事与生物和石油样品。此外,目前正在努力缩小色谱系统单芯片的大小增加了固定需求阶段与更高的决议将分析物在微小的距离。

粒子和毛孔

不想惹必胜公式,分析科学家们继续尝试缩小的粒子静止阶段。支持目前的方法是使用纳米粒子,包括碳纳米管、富勒烯和金纳米粒子。例如,罗伯特Synovec西雅图华盛顿大学的我们,已经使用了固定相的碳纳米管组成的一层芯片通道分离的混合烷烃气相色谱在不到两秒。¹

更小的微粒给更高的分辨率的主要原因是因为他们提供大的表面积约束力的分析物。但纳米颗粒并不是唯一的材料有一个很大的表面积,这解释了为什么修平严南开大学和他的同事们在中国财政部。

这些都是三维的,金属分子晶体物质,作为“关节”,通过长时间的连接在一起,刚性有机的“支柱”。这产生一个常规的结构类似于脚手架,与巨大的毛孔,创建一个巨大的表面积。财政部易于生产、混合金属氧化物和有机组织的自组装,并正在探索各种应用,包括气体存储、催化和药物输送。

但这不仅是他们的大表面积,使静止的阶段:财政部前途的材料他们也稳定在高温和它们的表面很容易被化学改性。燕已经表明,财政部可以有效固定阶段气体和液相色谱,要么形成一层内部的墙壁或填充整个列列。²

财政部有潜力巨大结构同分异构体的分离,手性化合物和其他目标难以分离,“燕说。“到目前为止,财政部静止阶段已经应用于色谱分离不少分析物(如蛋白质、持久性有机污染物和手性药物)的环境、生物或工业意义。”

走向绿色

传统的气体和液体色谱法往往需要很多昂贵的和偶尔有毒物质和化学物质,包括有机溶剂。因此正在努力减少这些材料和化学品和缩小系统只有一种方法。另一个原因是取代有毒的和昂贵的材料用廉价的和无毒的材料,还有什么比水更便宜和更少的有毒吗?

这是一种新形式的背后的思想开放的管状开发的气相色谱法凯文Thurbide加拿大卡尔加里大学的有机溶剂的固定相是取代碳酸水。³整齐对称的,固定相是由水和二氧化碳饱和,而移动阶段包括二氧化碳与水饱和。

列是充电,因此它可以刷新,重新建立新的用法

Thurbide想出了这个新技术当调查另一个绿色版的色谱称为亚临界水色谱法,利用水作为流动相在高温和压力。他发现,增加二氧化碳的水大大增加其释放的能力分析物从particle-based固定相,减少高温的必要性。

接下来,他发现分析物仍然可以被分离,即使固定相粒子从列中删除。里的水流动相是形成一个稳定的电影在墙上的列和这部电影的分析物被溶解。发展这种方法,Thurbide想出了二氧化碳和水的混合物的版本形式移动和静止阶段。

色谱表明碳酸版本后吸入可以单独一个五个不同醇的混合物,Thurbide成功地用它来分离乙醇和其他成分的威士忌,酒和汽油。他也做了同样的一杯咖啡的咖啡因和能量饮料。

作为绿色比传统形式的色谱法,这种碳酸色谱有几个其他的优势。的一个方面是它充电,如果列是“犯规”一系列特别脏样品或肮脏的样本,列可以再次刷新,重新建立新的用法,“Thurbide解释道。他现在工作在提高效率的技术,并设想它被用来分析石油燃料,特别是考虑到其易清洗设备。

一个新的冰河时代?

水也是固定相材料的首选Tetsuo冈田克也在日本东京理工学院,但这一次,冰。与传统的色谱,冰是微观粒子的形式,直径大约6µm,填列。冈田克也产生这些冰晶喷洒微小的水滴所产生的超声波加湿器为液态氮。

伟大的优势之一使用冰作为固定相是高度灵活,适应性强。首先,它提供了两种不同的分离机制,取决于温度。5°C以下,分析物直接绑定到冰晶的表面通过氢键;5°C以上不锈钢表面形成一层水粒子的他们开始融化,使分析物溶解到这一层。这意味着分离过程可以精确控制,在分析物的洗提的时候,仅仅通过改变温度。

但这只是一个开始,因为冰可以很容易地修改给它更大范围的属性。而修改二氧化硅粒子和巨石涉及化学反应,可以复杂和耗时,修改冰晶仅仅涉及化合物添加到水冻结之前。

这就是冈田克也的手性选择器ß-cyclodextrin,让他产生一种手性固定相分离对映体分子等环己烯巴比妥。⁴常用的色谱固定相的制备需要化学合成;手性固定相,例如,解释说需要多步有机合成,冈田克也。“相比之下,冰手性固定相的制备非常简单:冻结的水溶液中合适的手性选择器,这是所有。

冰静止阶段明显的缺点是,他们倾向于融化如果不是在低温下保存。但是冈田克也正试图使他们更强劲的支持冰颗粒在多孔材料。

离子的创新

水并不是唯一的选择,绿色静止阶段。离子液体是在室温下是液态的盐,包括完全的阴离子和阳离子,和发现各种各样的用途,包括消化植物生物量和处理核废料。他们还可以取代有机溶剂作为液体在气相色谱固定相。

离子液体作为固定相提供了许多重要的优势:他们是无毒的,保持液体状态在广泛的温度,并对水分和氧气的影响。此外,他们可以吸引分析物通过多种不同的机制,包括离子交换相互作用、氢键和疏水相互作用。第一个商业化离子液体气相色谱柱从Sigma-Aldrich等公司已经开始出现。

当涉及到分子印迹技术,选择性增加

离子液体的一个潜在的问题实际上是一个函数的成功:他们善于吸引分析物,有时难以分开。努力改善他们的选择性,Kyung Ho行和他的同事们在韩国仁川大学结合了离子液体的分子印迹聚合物(MIPs)。⁵

这些聚合物粒子周围已经合成的模板分子。当模板分子被移除,它留下的印记聚合物粒子,像按一个键到软粘土。只有模板分子或分子结构类似,可以放入这个印记,所以MIPs将优先结合模板分子。

利用自由基聚合和阿魏酸为模板分子,行改变了离子液体1-allyl-3-ethylimidazolium溴化MIPs,表明他们可以分开阿魏酸和两个相关的酚酸草药的一个示例。当涉及到分子印迹技术,选择性的离子液体固定相增加,“说行。他和他的团队正在开发MIP-based静止阶段为各种其他分析物。

许多这些尖端固定阶段可能很快就会进入主流。Thurbide和严都已经与公司讨论商业化静止阶段,而冈田克也希望他的冰固定相结合是一种多孔材料应该也导致其商业化。,这可能最终导致脉冲分析实验室开始打快一点。

在Bosham乔恩·埃文斯是一个基于科学作家,英国