截止目前,凝胶渗透色谱填料有很多,其中商品化定型生产并被广泛使用的凝胶填料也有数十种。根据化学组成,凝胶渗透色谱填料通常可以分成三大类:第一类为具有溶胀性的交联有机高聚物之类的疏水有机凝胶,比如平时使用最多且有代表性的交联聚苯乙烯凝胶(Styragel),可用于有机溶剂;第二类是可适用于水溶剂的亲水性凝胶,如交联葡聚糖凝胶、交联聚丙烯酰胺凝胶及醋酸乙烯酯与1,4-双(乙烯氧基)丁烷的共聚醋酸乙烯凝胶等;第三类是无机凝胶,由非溶胀性的无机多孔材料所组成,最常用的有多孔硅胶和多孔玻璃。此类凝胶不会浸润溶胀或收缩,可用于各种溶剂,但很多时候这类凝胶具有吸附性,所以分离极性较大的样品时,可能会对实验结果产生重要影响。以下介绍几种常用的凝胶渗透色谱填料(载体)。
1.交联聚苯乙烯凝胶;这类凝胶透过性好,有一定的热稳定性,可在℃下使用,化学稳定性好,因此在实际应用中最广泛。一般市场上销售的成品聚苯乙烯凝胶,分粗粒度(36~76μm)和细粒度(≤10μm)两大类。细粒度的聚苯乙烯凝胶属于高效凝胶,这类凝胶的孔径分布比较宽,分子量分离范围比较大,多以湿法或等密度均浆法装柱,柱效很高,粗粒度凝胶的柱效一般在~塔板/m,而高效凝胶可达1.6×塔板/50cm。这类凝胶多用于非极性有机溶剂,不能应用于丙酮、醇类、醛、醚等极性溶剂,否则容易造成柱子损坏。实验结果表明,聚苯乙烯凝胶的颗粒度从50μm减小到10μm时,分析时间由2~3h缩短到5~20min。交联聚苯乙烯凝胶的最高使用温度为℃,柱子不能长期处于高温下,否则容易导致凝胶老化,最终导致校正曲线不断发生改变,柱效降低。目前商品化的交联聚苯乙烯凝胶有美国Bio-radBio-BeadsS-X3系列,美国WatersStyragel系列等
2.交联葡聚糖凝胶:交联葡聚糖凝胶是目前应用最多的水相有机凝胶。它是以蔗糖为培养基,采用xi菌发酵制得葡聚糖(分子量范围1×~3×),在稀盐酸中将葡聚糖再降解成平均分子量为4×~20×的葡聚糖,最后形成以环氧氯丙烷交联的凝胶。交联前,平均分子量低的葡聚糖可制成渗透极限低的凝胶填料,平均分子量高的葡聚糖可制成渗透极限高的凝胶填料。
交联葡聚糖凝胶是最早发展并使用的凝胶,适用于水、二甲基甲砜、甲酰胺、乙二醇及低级醇与水的混合物,主要应用于生物高分子如蛋白质、果胶、核酸、酶以及多糖类的分离,生物化学体系的脱盐等。该胶在水、盐水溶液、有机溶剂、碱性或弱酸性溶液中是稳定的;在强酸性溶液中糖苷键要发生水解。
羟丙基交联葡聚糖是一种两性凝胶,SephadexLH-20是SephadexG-25羟丙基化以后所得的凝胶,它虽然是两性凝胶,但在不同溶剂中的溶胀因子各不相同,不允许在柱中直接更换溶剂,床体积在2.5ml/g干胶以下的不能用于GPC分析。SephadexLH-20在有机溶剂中可有效分离较小分子量的脂溶性化合物,但使用时不允许存在氧化剂。
3.交联聚乙酸乙烯酯凝胶:
它是醋酸乙烯酯和己二酸-乙烯酯或1,4-丁二醇-二乙烯基醚共聚合的凝胶,与交联聚苯乙烯凝胶的制备方法相类似。交联聚乙酸乙烯酯凝胶在有机溶剂中会发生剧烈的溶胀,溶胀因子可以达到7,很软,不能承受压力。与此同时,高度溶胀使凝胶大孔径中的网络孔也胀开了,因此适宜分离小分子,对于分子量小于的低聚物可作出较好的分离。它能专门用于乙醇、丙酮一类极性溶剂中,柱效较高,最高使用温度为℃。
4.聚丙烯酰胺凝胶:它是由丙烯酰胺用次甲基双丙烯酰胺交联后的凝胶,这类凝胶最大的特点是孔径分布范围宽,因此分离范围大,对某些分子量高的聚合物具有较好的分离能力。聚丙烯酰胺凝胶是全合成凝胶,它的pH使用范围是2~11,适用于水溶液体系,在强酸性介质中酰胺键容易发生水解生成羧基,使凝胶具有离子交换树脂的性质。
5.多孔性硅胶:多孔硅胶具有化学惰性,热稳定性和机械强度好,使用寿命长,是另一种广泛使用的两用无机凝胶。多孔硅胶的粒度粗大,对液流阻力小,柱压低,有利于仪器的正常运转,延长仪器的使用寿命。同时多孔硅胶也可制成微米级填料,适用于制作成高效凝胶渗透色谱柱。然而多孔硅胶表面上含有微量的羟基,容易产生活性吸附点,对于极性物质的吸附作用最终将扰乱按照分子尺寸大小分离的分子筛效应。这些暴露在硅球表面的酸性硅醇基团,可以通过具有醚基官能团的有机氯硅烷反应来对担体表面进行改性。目前商品化的多孔性凝胶有Merck的Lichrospher系列等