环境样品（水、土壤、空气颗粒物）中污染物种类繁多、浓度低、基质干扰严重，对色谱填料提出了高灵敏度、高选择性、抗基质干扰和耐用性要求。水中有机污染物分析，如多环芳烃（PAHs）、酚类、酞酸酯、农药、药物和个人护理品（PPCPs）等，主要依靠反相C18或C8柱。对于强极性的PPCPs（如甜味剂），HILIC模式应用增多。离子色谱柱（阴离子交换）则是分析无机阴离子（F-、Cl-、NO3-、SO4²-等）和消毒副产物（溴酸盐、亚氯酸盐）的标准工具。分析金属离子时，可能使用螯合离子交换柱或反相柱结合衍生化。对于持久性有机污染物（POPs，如二噁英、多氯联苯）等痕量毒性物质，需要极高的分离度和灵敏度。高柱...

人工智能（AI），特别是机器学习和深度学习，正在渗透到色谱填料研发和色谱方法优化的各个环节，带来范式变革。在填料研发中，AI可用于：1）发现新材料：通过高通量计算和机器学习模型，从庞大的化学空间中筛选出可能具有优异色谱性能的新型多孔材料（如MOFs、COFs）或聚合物单体组合。2）优化合成参数：分析历史实验数据，建立合成条件（如反应温度、时间、浓度）与填料性能（粒径、孔径、比表面积）之间的模型，指导工艺优化，减少实验次数。3）预测填料性能：基于填料的物理化学描述符和分子模拟数据，预测其对特定类别化合物的保留和选择性，实现“虚拟筛选”。在色谱方法开发中，AI的应用更直接：1）预测保留时间和优化梯...

色谱填料的粒径是影响柱效和柱压的关键参数。根据vanDeemter方程，理论塔板高度H与粒径dp的关系可简化为H=A·dp+B/u+C·dp²·u（其中u为流动相线速度）。减小粒径可以降低涡流扩散项（A项）和传质阻力项（C项），从而提高柱效。这正是色谱技术从经典柱（粒径>100μm）到高效柱（3-10μm）再到超高效柱（<2μm）发展的重要驱动力。然而，粒径减小带来的柱压升高不容忽视。根据Kozeny-Carman方程，柱压ΔP与粒径平方成反比（ΔP∝1/dp²）。当粒径从5μm减小到1.7μm时，柱压将升高约8.6倍。因此，超高效色谱必须配备耐高压的泵、管路和检测系统。此外，小粒径填料对柱床...

尺寸排阻色谱（SEC，又称凝胶过滤色谱）根据分子尺寸（流体动力学体积）进行分离，大分子无法进入填料孔内，先被洗脱；小分子进入孔内，后被洗脱。SEC填料的关键参数包括排阻极限（完全无法进入孔的分子量）、渗透极限（能完全进入孔的分子量）和分离范围（介于两者之间的分子量范围）。填料的孔径分布决定了分离范围，窄孔径分布可获得线性良好的校正曲线。SEC填料主要分为用于水相系统的凝胶过滤色谱（GFC）和用于有机相系统的凝胶渗透色谱（GPC）。常见的水相填料有交联葡聚糖（Sephadex）、琼脂糖（Sepharose、Superose）、聚丙烯酰胺（Bio-GelP）和亲水改性硅胶（TSKgelSW系列）。...

核壳型填料（又称表面多孔填料或熔核填料）是近年来高效液相色谱领域的重大创新。其结构特点是在实心、非多孔的惰性（通常为1.0-1.7μm的硅胶或有机聚合物）表面，包裹一层均匀、薄层的多孔外壳（厚度通常为0.2-0.5μm）。这一设计理念由Kirkland在20世纪90年代提出，经过不断优化，已成为实现超高效分离的主流技术之一。核壳填料的重要优势源于其独特的传质动力学。由于多孔层极薄，样品分子在固定相内的扩散路径缩短，传质阻力明显降低。根据vanDeemter方程，这直接减小了C项（传质阻力项）的贡献，使得线速度提高，柱效在较宽的流速范围内保持高位。因此，核壳填料柱既可以在常规HPLC设备上实现接...

正确的清洗、再生和储存是延长色谱柱寿命、保持性能稳定的重要环节。清洗的目的是去除强保留在填料上的样品组分和污染物。再生则是为了恢复因污染或相变化而下降的柱效和选择性。储存则是为了在长期不用时保护填料。清洗方案取决于填料类型和污染物性质。对于反相柱，典型的清洗程序是：先用高比例水相冲洗（去除盐和极性杂质），然后使用一系列梯度递增的有机溶剂（如异丙醇、四氢呋喃、二氯甲烷）冲洗，以去除强疏水性污染物，再过渡到储存溶剂。对于离子交换柱，可能需要高浓度盐溶液（如1-2MNaCl）冲洗，随后用水平衡。硅胶柱和氨基柱对水敏感，清洗后需迅速过渡到无水有机溶剂。再生有时涉及更激烈的处理。对于严重污染的柱子，可能...

高温液相色谱（HTLC）通常指在60℃以上操作，超高温液相色谱则可高达200℃以上。高温的主要优点是降低流动相粘度（从而提高流速或降低柱压）、增加溶质扩散系数（改善传质、提高柱效）、有时还能改变选择性（因温度影响平衡常数）。但高温也对填料、仪器和样品提出了严峻挑战。填料方面，高温下必须保持化学和物理稳定性。硅胶基质在高温、特别是中性至碱性条件下溶解会加速。因此，用于HTLC的填料通常需要特殊设计：采用高纯硅胶减少催化点；使用杂化技术（如BEH）增强骨架；或采用耐高温的聚合物（如PS-DVB、聚苯醚）或无机材料（如氧化锆、二氧化钛）作为基质。键合相的稳定性同样关键，需确保高温下不发生水解、脱落或...

人工智能（AI），特别是机器学习和深度学习，正在渗透到色谱填料研发和色谱方法优化的各个环节，带来范式变革。在填料研发中，AI可用于：1）发现新材料：通过高通量计算和机器学习模型，从庞大的化学空间中筛选出可能具有优异色谱性能的新型多孔材料（如MOFs、COFs）或聚合物单体组合。2）优化合成参数：分析历史实验数据，建立合成条件（如反应温度、时间、浓度）与填料性能（粒径、孔径、比表面积）之间的模型，指导工艺优化，减少实验次数。3）预测填料性能：基于填料的物理化学描述符和分子模拟数据，预测其对特定类别化合物的保留和选择性，实现“虚拟筛选”。在色谱方法开发中，AI的应用更直接：1）预测保留时间和优化梯...

人工智能（AI），特别是机器学习和深度学习，正在渗透到色谱填料研发和色谱方法优化的各个环节，带来范式变革。在填料研发中，AI可用于：1）发现新材料：通过高通量计算和机器学习模型，从庞大的化学空间中筛选出可能具有优异色谱性能的新型多孔材料（如MOFs、COFs）或聚合物单体组合。2）优化合成参数：分析历史实验数据，建立合成条件（如反应温度、时间、浓度）与填料性能（粒径、孔径、比表面积）之间的模型，指导工艺优化，减少实验次数。3）预测填料性能：基于填料的物理化学描述符和分子模拟数据，预测其对特定类别化合物的保留和选择性，实现“虚拟筛选”。在色谱方法开发中，AI的应用更直接：1）预测保留时间和优化梯...

除了主流的硅胶，其他金属氧化物如氧化铝（Al2O3）、氧化锆（ZrO2）、氧化钛（TiO2）和它们的混合氧化物也被用作色谱填料基质。它们具有一些硅胶所不具备的特性。氧化锆（锆胶）的化学稳定性极为突出，能耐强酸（pH1）和强碱（pH14），且热稳定性好（>200℃），可用于高温液相色谱和以水为流动相的色谱。其表面化学与硅胶不同，以锆羟基为主，可通过磷酸酯、膦酸等配体进行改性，形成稳定的配位键合相，用于分离磷酸化肽、核酸等。氧化钛（钛胶）表面具有强烈的路易斯酸性，对含磷化合物、羧酸和多羟基化合物有特异性吸附，用于磷酸化肽和糖肽的选择性富集。氧化铝（铝胶）表面具有酸性和碱性两种活性位点，主要用于正相...

尺寸排阻色谱（SEC，又称凝胶过滤色谱）根据分子尺寸（流体动力学体积）进行分离，大分子无法进入填料孔内，先被洗脱；小分子进入孔内，后被洗脱。SEC填料的关键参数包括排阻极限（完全无法进入孔的分子量）、渗透极限（能完全进入孔的分子量）和分离范围（介于两者之间的分子量范围）。填料的孔径分布决定了分离范围，窄孔径分布可获得线性良好的校正曲线。SEC填料主要分为用于水相系统的凝胶过滤色谱（GFC）和用于有机相系统的凝胶渗透色谱（GPC）。常见的水相填料有交联葡聚糖（Sephadex）、琼脂糖（Sepharose、Superose）、聚丙烯酰胺（Bio-GelP）和亲水改性硅胶（TSKgelSW系列）。...

色谱填料是色谱分离系统的重要组成部分，作为固定相填充在色谱柱内，通过与流动相和样品分子的相互作用实现分离。其工作原理基于样品中各组分在固定相（填料）和流动相之间分配系数的差异，当流动相携带样品通过填料床层时，不同组分以不同速率迁移，从而实现分离。填料的性能直接决定了色谱系统的分离效率、选择性和分析速度。色谱填料的分类方式多样，按基质材料可分为无机基质（如硅胶、氧化铝、石墨化碳）、有机聚合物基质（如聚苯乙烯-二乙烯苯、聚甲基丙烯酸酯）和杂化材料；按分离模式可分为反相、正相、离子交换、体积排阻、亲和、手性等类型；按形态结构可分为全多孔、表面多孔（核壳）、整体柱等。填料的物理化学性质，包括粒径、孔径...

模拟移动床（SMB）色谱是一种连续、高效的制备分离技术，广泛应用于糖类分离、石油化工等领域。SMB系统由多根色谱柱通过阀门串联组成，进料和出料口随时间模拟移动，实现连续的进样、分离和收集。这对填料提出了特殊要求。首先，填料必须具有优异的机械强度，以承受SMB系统中持续的、可能带有方向切换的压力冲击。高交联度的聚合物填料（如PS-DVB）或硅胶/杂化填料是常见选择。其次，填料的传质性能必须出色，因为SMB通常在较高流速下运行以更大化生产率，要求快速的吸附-脱附动力学以减少传质区带展宽。粒径较小且分布窄的填料有利于此，但需平衡柱压。选择性是SMB分离的经济性重点。分离因子（α）越高，所需的溶剂和填...

手性色谱填料能够区分互为镜像的对映体分子，是制药、农药、食品香料等领域的关键分析工具。手性识别基于填料上的手性选择器与分析物之间形成非对映体复合物，两者的结合常数存在微小差异，经过多次吸附-解吸平衡后实现分离。手性填料可分为刷型（小分子手性选择剂通过柔性间隔臂键合到基质上）、聚合物型（手性聚合物包覆或键合）和印迹型（分子印迹聚合物）。刷型手性填料种类繁多。蛋白质键合相（如α1-酸性糖蛋白、牛血清白蛋白、卵类粘蛋白）通过多重相互作用点实现识别，适合含芳香环和氢键位点的药物对映体；多糖衍生物（如纤维素三苯甲酸酯、淀粉三苯基氨基甲酸酯）涂覆在硅胶上，通过手性螺旋空腔包合作用分离大量手性化合物；类填料...

色谱填料的机械强度决定了其所能承受的操作压力和使用寿命。对于高压液相色谱（特别是UHPLC），填料必须在数百甚至上千bar的压力下保持物理完整性，不破碎、不变形。硅胶和无机杂化填料的机械强度高，源于其刚性的无机骨架。聚合物填料的强度取决于交联度，高交联度的PS-DVB强度接近硅胶，而低交联度的软胶（如琼脂糖）只能用于低压系统。化学稳定性包括pH稳定性、溶剂耐受性和热稳定性。硅胶在pH>8的流动相中会逐渐溶解，导致柱床塌陷、柱效下降和硅酸盐堵塞管路。提高硅胶填料pH稳定性的方法包括：使用高纯度硅胶减少催化溶解的金属杂质、进行表面杂化（如BEH技术）、采用双齿或三齿硅烷键合以形成保护层。聚合物填料...

脂质组学旨在系统分析生物样本中的所有脂质分子，其种类可达数万种，化学性质多样（极性、电荷、双键数等）。没有一种单一的色谱填料能满足所有需求，因此需要根据脂质类别进行选择。反相色谱是脂质组学的支柱，特别是C18柱。它根据脂质分子中脂肪酸链的长度和不饱和度（即总体疏水性）进行分离。通常，采用梯度从高水相到高有机相（甲醇/乙腈/异丙醇与水的混合液，常添加甲酸铵或乙酸铵作为添加剂）。这种模式能很好地分离大多数甘油磷脂、鞘脂、甘油酯等。对于非常疏水的脂质（如胆固醇酯、甘油三酯），可能需要更强的溶剂（如二氯甲烷）或使用C30长链填料以获得更好的形状选择性。亲水作用色谱（HILIC）则根据脂质极性头基的差异...

环境样品（水、土壤、空气颗粒物）中污染物种类繁多、浓度低、基质干扰严重，对色谱填料提出了高灵敏度、高选择性、抗基质干扰和耐用性要求。水中有机污染物分析，如多环芳烃（PAHs）、酚类、酞酸酯、农药、药物和个人护理品（PPCPs）等，主要依靠反相C18或C8柱。对于强极性的PPCPs（如甜味剂），HILIC模式应用增多。离子色谱柱（阴离子交换）则是分析无机阴离子（F-、Cl-、NO3-、SO4²-等）和消毒副产物（溴酸盐、亚氯酸盐）的标准工具。分析金属离子时，可能使用螯合离子交换柱或反相柱结合衍生化。对于持久性有机污染物（POPs，如二噁英、多氯联苯）等痕量毒性物质，需要极高的分离度和灵敏度。高柱...

C18（十八烷基）是毋庸置疑的“黄金标准”，它提供了适中的疏水性，对绝大多数有机化合物都有良好保留。C18填料的性能差异主要源于：硅胶基质纯度、键合密度（高密度提供更强保留）、封端处理（减少硅羟基影响）、是否使用双齿或三齿硅烷提高pH稳定性。除了C18，其他烷基链长度也各有应用。C8（辛基）保留较弱，适合分析强疏水性化合物或在快速分析中使用；C4（丁基）和C1（甲基）保留更弱，多用于多肽和蛋白质的分离，减少不可逆吸附。苯基、五氟苯基等芳香族键合相通过π-π相互作用、偶极-偶极相互作用和疏水作用的协同，提供了与C18不同的选择性，特别适合分离芳香族异构体、卤代化合物和含硝基化合物。现代反相填料的...

温度是色谱分离中一个关键且灵活可调的参数，它对填料本身以及发生在填料表面的分离过程都有复杂的影响。对填料物理性质的影响：高温下，粘度降低，柱压随之降低。对于聚合物填料，需注意其在有机溶剂中的溶胀性可能随温度变化，从而改变柱床体积和渗透性。长期在高温下运行可能加速硅胶填料的溶解（尤其在碱性条件下）或键合相的水解/氧化。因此，填料都有其推荐的使用温度上限。对分离过程的热力学影响：温度通过影响分配系数（K）来改变保留因子（k）。根据van’tHoff方程，lnk与1/T呈线性关系。通常，温度升高，k减小（保留减弱），但线性关系的斜率和方向取决于分离过程是吸热还是放热。在反相色谱中，升高温度通常减弱保...

手性色谱填料能够区分互为镜像的对映体分子，是制药、农药、食品香料等领域的关键分析工具。手性识别基于填料上的手性选择器与分析物之间形成非对映体复合物，两者的结合常数存在微小差异，经过多次吸附-解吸平衡后实现分离。手性填料可分为刷型（小分子手性选择剂通过柔性间隔臂键合到基质上）、聚合物型（手性聚合物包覆或键合）和印迹型（分子印迹聚合物）。刷型手性填料种类繁多。蛋白质键合相（如α1-酸性糖蛋白、牛血清白蛋白、卵类粘蛋白）通过多重相互作用点实现识别，适合含芳香环和氢键位点的药物对映体；多糖衍生物（如纤维素三苯甲酸酯、淀粉三苯基氨基甲酸酯）涂覆在硅胶上，通过手性螺旋空腔包合作用分离大量手性化合物；类填料...

药物分析贯穿药物研发与生产的全过程，包括药物成分（API）的纯度检查、有关物质（杂质）分析、溶出度测定、含量均匀度、稳定性研究以及生物样品中药代动力学分析。色谱填料是完成这些任务的基石。对于API和有关物质分析，反相C18柱是常用的工具，用于分离API与其合成中间体、降解产物、副产物等。由于药物分子结构多样，常常需要筛选不同选择性（不同品牌C18、C8、苯基、氰基、极性嵌入相）的柱子以达到理想的分离。各国药典（如USP、EP、ChP）通常会推荐或指定特定类型（如USPL1为C18）的色谱柱，但允许使用具有等效选择性的其他品牌柱子，这需要系统性的柱等效性评估。在溶出度测试中，通常要求快速分析大量...

表征色谱填料的物理化学性质是确保其质量和性能一致性的基础。物理性质表征包括：粒径及分布（激光衍射法、电感应区法、动态光散射）、比表面积和孔径分布（氮气吸附BET法、压汞法）、孔体积、形貌（扫描电镜、透射电镜）、密度（真密度、堆密度、振实密度）、机械强度（抗压测试）和柱效（用特定测试混合物测量理论塔板数、不对称因子）。化学性质表征则聚焦于表面化学：元素分析（测定C、H、N等含量，计算键合密度）、红外光谱（确认官能团）、固体核磁共振（特别是29SiNMR和13CNMR，分析硅胶表面硅羟基类型和键合相结构）、热重分析（评估有机相含量和热稳定性）、电位滴定（测定表面电荷和离子交换容量）。对于生物分离填...

多维色谱通过将两种或多种分离机制正交的色谱系统串联，极大提高了峰容量和分离能力，用于分析极其复杂的样品（如蛋白质组、代谢组、石油样品）。填料的选择和组合是多维色谱设计的心脏。最常见的组合是反相-反相（2D-RP×RP），使用不同选择性（如C18和氰基、或不同pH）的RP柱，但正交性有限。高正交性的组合包括：强阳离子交换-反相（SCX-RP，用于多肽分析）、反相-亲水作用（RP×HILIC）、尺寸排阻-反相（SEC×RP）、亲和-反相（如磷酸化肽富集后RP分析）等通常使用粒径较大、柱效足够但分析时间较长的柱子，以便有足够时间进行第二维的多次快速切割分离。第二维则需要使用高效、快速的填料（如小粒径...

C18（十八烷基）是毋庸置疑的“黄金标准”，它提供了适中的疏水性，对绝大多数有机化合物都有良好保留。C18填料的性能差异主要源于：硅胶基质纯度、键合密度（高密度提供更强保留）、封端处理（减少硅羟基影响）、是否使用双齿或三齿硅烷提高pH稳定性。除了C18，其他烷基链长度也各有应用。C8（辛基）保留较弱，适合分析强疏水性化合物或在快速分析中使用；C4（丁基）和C1（甲基）保留更弱，多用于多肽和蛋白质的分离，减少不可逆吸附。苯基、五氟苯基等芳香族键合相通过π-π相互作用、偶极-偶极相互作用和疏水作用的协同，提供了与C18不同的选择性，特别适合分离芳香族异构体、卤代化合物和含硝基化合物。现代反相填料的...

色谱填料技术将持续沿着高效、快速、智能、专属和绿色的方向发展。高效与快速：亚2μm填料、亚微米填料甚至纳米颗粒的应用将进一步深化，与超高压系统结合，实现前所未有的分析速度。表面多孔（核壳）技术将更成熟，并扩展到更宽泛的分离模式和更大规模的应用。整体柱在微流控芯片和毛细管色谱中的潜力将进一步释放。智能与功能化：响应型填料（响应pH、温度、光、电场等）将能实现分离过程的动态调控和目标的智能释放。仿生填料（模仿酶、受体等生物识别元件）和分子印迹填料将提供更高的特异性。多功能集成填料（如同时具有分离、富集和检测功能的材料）可能催生新的分析范式。专属化：针对特定挑战性分离任务（如生物相似药的表征、细胞外...

石墨化碳填料（如Hypercarb）由无孔的石墨化碳颗粒构成，其表面是高度有序的石墨烯平面。这种结构赋予了它完全不同于硅胶或聚合物填料的分离机理和选择性。石墨化碳的表面是均匀的非极性平面，但其分离机制并非简单的反相疏水作用。它涉及多种相互作用：1）疏水作用；2）平面与平面间的π-π相互作用，对芳香族和平面分子有强保留；3）电子供体-受体相互作用；4）对于极性分子，还能通过诱导偶极产生强吸附。这使得它能保留在C18柱上无保留的强极性小分子（如多元醇、糖类、氨基酸），实现独特的分离。石墨化碳填料具有较好的化学稳定性，耐受从pH0-14的所有流动相，且耐受高达200℃的高温。这使得它可用于分离条件非...

核壳型填料（又称表面多孔填料或熔核填料）是近年来高效液相色谱领域的重大创新。其结构特点是在实心、非多孔的惰性（通常为1.0-1.7μm的硅胶或有机聚合物）表面，包裹一层均匀、薄层的多孔外壳（厚度通常为0.2-0.5μm）。这一设计理念由Kirkland在20世纪90年代提出，经过不断优化，已成为实现超高效分离的主流技术之一。核壳填料的重要优势源于其独特的传质动力学。由于多孔层极薄，样品分子在固定相内的扩散路径缩短，传质阻力明显降低。根据vanDeemter方程，这直接减小了C项（传质阻力项）的贡献，使得线速度提高，柱效在较宽的流速范围内保持高位。因此，核壳填料柱既可以在常规HPLC设备上实现接...

脂质组学旨在系统分析生物样本中的所有脂质分子，其种类可达数万种，化学性质多样（极性、电荷、双键数等）。没有一种单一的色谱填料能满足所有需求，因此需要根据脂质类别进行选择。反相色谱是脂质组学的支柱，特别是C18柱。它根据脂质分子中脂肪酸链的长度和不饱和度（即总体疏水性）进行分离。通常，采用梯度从高水相到高有机相（甲醇/乙腈/异丙醇与水的混合液，常添加甲酸铵或乙酸铵作为添加剂）。这种模式能很好地分离大多数甘油磷脂、鞘脂、甘油酯等。对于非常疏水的脂质（如胆固醇酯、甘油三酯），可能需要更强的溶剂（如二氯甲烷）或使用C30长链填料以获得更好的形状选择性。亲水作用色谱（HILIC）则根据脂质极性头基的差异...

正确的清洗、再生和储存是延长色谱柱寿命、保持性能稳定的重要环节。清洗的目的是去除强保留在填料上的样品组分和污染物。再生则是为了恢复因污染或相变化而下降的柱效和选择性。储存则是为了在长期不用时保护填料。清洗方案取决于填料类型和污染物性质。对于反相柱，典型的清洗程序是：先用高比例水相冲洗（去除盐和极性杂质），然后使用一系列梯度递增的有机溶剂（如异丙醇、四氢呋喃、二氯甲烷）冲洗，以去除强疏水性污染物，再过渡到储存溶剂。对于离子交换柱，可能需要高浓度盐溶液（如1-2MNaCl）冲洗，随后用水平衡。硅胶柱和氨基柱对水敏感，清洗后需迅速过渡到无水有机溶剂。再生有时涉及更激烈的处理。对于严重污染的柱子，可能...

色谱填料技术将持续沿着高效、快速、智能、专属和绿色的方向发展。高效与快速：亚2μm填料、亚微米填料甚至纳米颗粒的应用将进一步深化，与超高压系统结合，实现前所未有的分析速度。表面多孔（核壳）技术将更成熟，并扩展到更宽泛的分离模式和更大规模的应用。整体柱在微流控芯片和毛细管色谱中的潜力将进一步释放。智能与功能化：响应型填料（响应pH、温度、光、电场等）将能实现分离过程的动态调控和目标的智能释放。仿生填料（模仿酶、受体等生物识别元件）和分子印迹填料将提供更高的特异性。多功能集成填料（如同时具有分离、富集和检测功能的材料）可能催生新的分析范式。专属化：针对特定挑战性分离任务（如生物相似药的表征、细胞外...