521（我爱你），默克生命科学告诉你 C18 填料的秘密

完成一例样品分析，需要一套完整的分析方法，包括三部分：液相色谱系统、流动相和液相色谱柱。

对于不同的分离模式，液相色谱仪器平台几乎不需要做任何调整。流动相种类和比例的调整可以对分离产生一定的影响，决定分离效果的根本因素是液相色谱柱。液相色谱柱由 4 部分构成：堵头、筛板、填料和柱管，其中核心是填料，亦是技术含量较高的部分。

图 1. 液相色谱柱与填料

反相分离模式因其分辨率高、平衡速度快等优势，在所有液相分离模式中占据主要地位（约 70% 样品分析采用反相分离模式）。反相分离模式包含许多种填料，按照填料基质上键合功能基团来分，有 C30、C18、C8、苯基、二苯基、C4、C1 和氰基等。其中，C18 类型的填料应用范围广，改进型号多。关于 C18 填料的情况，简介如下：

C18 官能团，  十八烷烃硅.烷基

英文：Octadecylsilyl，简称 ODS。故 C18 柱又称 ODS 柱或 RP-18 柱。其中根据封尾情况，不同厂家有称 ODS、ODS-1、ODS-2、RP-18 和 RP-18e 等，本质都是 C18 柱，名称不同而已。

图 2. 硅胶基质 C18 填料的合成示意图
 

C18 填料按照基质种类可分为无机材料和有机材料

● 无机材料如硅胶，获取成本低，易于修饰，机械性能好，目前应用范围很广。

● 有机材料，pH 耐受范围宽，适用于极端 pH 流动相，可为碱性化合物分析提供良好峰形。

硅胶基质应用范围广，涉及方面很

根据金属杂质含量分为 A 型硅胶和 B 型硅胶

A 型硅胶出现早，金属杂质含量高，可与一些特殊结构化合物产生较强的作用力，导致峰拖尾甚至不出峰；另外，金属杂质会提高自由硅羟基活性，引起碱性化合物峰拖尾，甚至非基线分离。在 A 型硅胶基础上，不同修饰改进，出现一些专用柱，对特殊类型化合物表现出良好的分离结果。

图 3. 螯合化合物在 A 型硅胶和 B 型硅胶上保留行为的差异

B 型硅胶出现于上世纪 90 年代初期，金属杂质含量低（<10ppm），在螯合化合物和碱性化合物分析方面表现出优势。目前各大厂家推出新产品均是在 B 型硅胶基础上进行功能基团的键合。

根据物理结构可分为全多孔、表面多孔和整体硅胶

图 4. 全多孔、表面多孔和整体硅胶结构示意图

全多孔硅胶填料发展早，目前也是应用范围很广的基质。其成本低，易于修饰。早期为不定形（方形和菱形等不规则形状），如用于胰岛素分析的 LiChrosorb RP-18；后发展为球形硅胶，大部分填料基质均为此类型，如 Discovery C18，Purospher STAR RP-18e 和 Ascentis C18； 现在技术方向为单分散球形硅胶，在动力学方面表现出较大优势，如 Titan C18。

图 5. 不同硅胶结构颗粒粒径分布图

表面多孔硅胶填料雏形是薄壳粒子表面涂敷硅胶，2006 年大规模商业化，专利名称为「Fused-Core」，即熔融核颗粒。结构特点，颗粒内部是实心核，无孔；外表面是一层多孔层，流动相和分析组分在此多孔层内进行传质，在分析速度和分辨率方面表现出明显优势。
2020 版药典明确药物分析可采用表面多孔硅胶颗粒填料，可以预见其在药物分析领域应用更加广泛。

整体硅胶填料

于 2000 年商业化。其不是颗粒状填料，而是一个整体，外观如粉笔一样；局部放大，可见内部如海绵，可划分为大孔和介孔。传质速度快，反压低，适用于一些大分子分析（如蛋白、核酸和多肽等）；耐脏性好，适用于复杂基质如食品和体液等样品的分析。

按照封尾情况，大体可分为不封尾填料和封尾填料

图 6. 硅胶基质 C18 填料封尾示意图
 

不封尾 C18 填料，即裸硅胶键合十八烷基功能基团，其 pH 耐受范围通常在 2-7.5/8，选择性与同种封尾填料存在一定差异。
注: 一些厂家采用双异丙基或双异丁基十八烷基功能基团，键合后可有效保护硅胶表面自由硅羟基，拓展 pH 范围为 1-8；另外，有机-无机杂化硅胶填料，同样可以在不封尾的情况下，拓展 pH 范围为 1-12。
封尾 C18 填料，即在裸硅胶键合十八烷基功能基团后，再键合小官能团，封闭活性硅羟基。封尾可以提高 C18 填料的 pH 耐受范围，如聚合封尾，可拓展为 1.5-10.5。

图 7. 聚合封尾 C18 填料示意图

注: 采用三甲基氯硅.烷封尾的常规 C18 填料，通常不耐受高比例水相。一些厂家将三甲基硅.烷替换为极性基团（如极性氨基），可有效耐受 100% 纯水相，即可在高比例水相条件下实现极性化合物的保留和分离。

其他方面

硅胶孔径、键合类型和碳载量等因素同样会影响 C18 填料的表现性能，尤其在一些特殊分析条件和特殊样品（同分异构体）方面表现出差异。

小结

C18 填料在所有反相分离模式中应用范围很广，能够解决大部分分析问题。然而通过筛选流动相条件来实现样品基线分离，工作量非常大。改变色谱柱的种类（填料种类）是更为快捷和有效的方式。由于各种因素，不同厂家的 C18 填料虽然功能基团一致，但表现出来的性能有一定差异。如进行方法开发，可根据实验需求，筛选不同物理结构和不同厂家 C18 填料液相色谱柱。