毛细管电色谱（CEC）结合了高效液相色谱的选择性和毛细管电泳的高柱效，其驱动力是电渗流（EOF）。CEC柱主要分为填充柱、整体柱和开管柱。其中，开管柱（OT柱）是在毛细管内壁涂覆或键合一层固定相薄膜，结构简单、无塞子、柱压低，但相比容量较低。开管柱的“填料”即其固定相涂层。制备方法包括：物理涂覆（将固定相溶解后充入毛细管，再挥发溶剂，但稳定性差）、化学键合（通过硅烷化反应将官能团键合到蚀刻活化的毛细管内壁）、溶胶-凝胶法（形成化学键合的无机-有机杂化涂层）、以及聚合物涂覆或原位聚合形成整体式涂层。为了提高开管柱的相比和负载量，研究人员开发了多种多孔涂层技术。例如，在管内壁生长纳米多孔硅胶层或聚...

亲和色谱利用生物分子间特异性的、可逆的相互作用进行分离，具有极高的选择性和富集能力。常见的亲和填料是固定化金属离子亲和色谱（IMAC）填料，通过螯合配体（如亚氨基二乙酸、次氨基三乙酸）结合过渡金属离子（Ni²⁺、Cu²⁺、Co²⁺、Zn²⁺），后者与组氨酸标签蛋白的咪唑基团配位，用于重组蛋白的纯化。优点是通用性强，但可能存在金属离子泄漏和非特异性吸附。免疫亲和填料将抗体（或抗原）共价固定到基质上，利用抗原-抗体反应捕获目标物，选择性极高，可用于痕量生物标志物富集。但抗体成本高、稳定性有限，且洗脱条件可能较剧烈。生物素-亲和素/链霉亲和素系统则利用自然界的非共价相互作用之一（Kd≈10^-1...

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...

整体柱（又称连续床层柱）是一种具有贯通孔结构（通过孔）和微孔/中孔网络的三维连续整体，而非由离散颗粒填充而成。这种独特的结构使其传质主要靠对流而非扩散，因此vanDeemter方程中的C项（传质阻力项）极小，即使在较高流速下也能保持高柱效，且柱压远低于颗粒填充柱。根据基质材料，整体柱主要分为有机聚合物整体柱、硅胶整体柱和有机-硅胶杂化整体柱。有机聚合物整体柱通常由甲基丙烯酸酯类或苯乙烯类单体通过原位热引发或光引发聚合而成，制备简便，pH耐受范围宽（1-12），但溶胀性可能是个问题。硅胶整体柱通过溶胶-凝胶法制备，具有优异的机械强度和耐溶剂性，但制备过程复杂，pH耐受性较弱（2-8）。杂化整体柱...

超临界流体色谱（SFC）以超临界二氧化碳（scCO2）为主要流动相，具有粘度低、扩散系数高、环境友好等优点，在手性分离、天然产物分析、脂质组学等领域应用宽泛。SFC对填料的要求与HPLC有相似之处，也有其特殊性。由于scCO2非极性较强，SFC主要工作在正相模式下，因此填料以极性固定相为主。硅胶是常用的基质，其上的键合相包括：二醇基、氰基、氨基、吡啶基等极性基团，以及用于手性分离的多种多糖衍生物（如纤维素三苯甲酸酯、淀粉三苯基氨基甲酸酯）涂覆相。与HPLC相比，SFC中涂覆相的稳定性更好，因为scCO2对聚合物涂层的溶胀和剥离作用较弱。SFC填料需要良好的机械强度以承受可能的高压（虽然SFC压...

色谱填料作为色谱分离系统的重要材料，其功能远不止是简单的“过滤介质”。本质上，色谱填料提供了样品中各组分进行差速迁移的物理化学界面。当流动相携带样品通过由填料颗粒堆积而成的柱床时，由于不同组分在固定相（填料表面）和流动相之间的分配系数存在差异，导致它们在柱中的滞留时间不同，从而实现分离。这一过程涉及多种分子间作用力，包括范德华力、氢键、静电作用、疏水作用、π-π相互作用以及空间位阻效应等。现代色谱填料的科学设计，正是通过精确调控这些相互作用的强度与选择性，来应对从无机离子到生物大分子的各类分离挑战。填料的性能不仅决定了分离的分辨率和效率，还直接影响分析方法的灵敏度、速度和重现性，是色谱技术从经...

绿色化学理念推动着色谱技术向更环保、更可持续的方向发展，填料是其中的重要环节。可持续性体现在填料的整个生命周期：原料获取、生产制造、使用过程和处置。在原料和生产方面，趋势是减少有害溶剂的使用、降低能耗、并采用可再生或生物基原料。例如，开发基于纤维素、壳聚糖、木质素等天然聚合物的色谱填料；或者使用水相合成路线替代有机溶剂路线制备硅胶微球。一些研究致力于简化合成步骤，或开发可回收再生的填料。在使用阶段，填料的高效性本身就是绿色的体现：高柱效和选择性意味着更短的运行时间、更少的溶剂消耗和更小的废液量。能耐受纯水或高水比例流动相的填料，可以减少有机溶剂（如乙腈、甲醇）的使用。高温水相色谱使用纯水作为流...

亲和色谱利用生物分子间特异性的、可逆的相互作用进行分离，具有极高的选择性和富集能力。常见的亲和填料是固定化金属离子亲和色谱（IMAC）填料，通过螯合配体（如亚氨基二乙酸、次氨基三乙酸）结合过渡金属离子（Ni²⁺、Cu²⁺、Co²⁺、Zn²⁺），后者与组氨酸标签蛋白的咪唑基团配位，用于重组蛋白的纯化。优点是通用性强，但可能存在金属离子泄漏和非特异性吸附。免疫亲和填料将抗体（或抗原）共价固定到基质上，利用抗原-抗体反应捕获目标物，选择性极高，可用于痕量生物标志物富集。但抗体成本高、稳定性有限，且洗脱条件可能较剧烈。生物素-亲和素/链霉亲和素系统则利用自然界的非共价相互作用之一（Kd≈10^-1...

生命科学研究，特别是蛋白质组学、代谢组学、脂质组学等组学领域，对色谱填料提出了极高、有时是非常特殊的要求。蛋白质组学中，用于肽段分离的反相柱（通常是C18）需要极高的柱效和重现性，以实现复杂酶解产物中成千上万肽段的高分辨率分离，这对液相色谱-质谱联用的深度覆盖至关重要。用于磷酸化肽段、糖肽富集的亲和填料（如TiO2、IMAC、凝集素）则需要高选择性、高结合容量和低非特异性吸附。用于完整蛋白质分析的反相柱（常用C4或C8）和离子交换柱则要求有大孔径和生物相容性表面。代谢组学和脂质组学分析小分子代谢物和脂质，其化学多样性极大。反相C18柱是主流，但对于强极性的初级代谢物，HILIC柱不可或缺。针对...