关于填料形状和比表面积

填料形状

现有的色谱填料有两种颗粒外形：不定形和球形。

不定形

不定形颗粒可以通过大的颗粒研磨而成。最初的高效液相色谱填料是用这种技术来制成的。许多标准的分析方法使用这些填料。例如美国药典中50%的方法规定使用μBondapak(TM) C18填料。不定形颗粒的粒度可以制造得比球形颗粒更大，但通常不能得到小于直径5微米的不定形颗粒。少数的比表面积（specific surface area）甚至大于一些球形颗粒。总的来看，不定形颗粒比球形的更难填装。用不定颗粒填装的柱子，其柱床（packed bed）的稳定性比用相同粒度的球形填料填装的更差。然而，更大的填料粒度和比表面积，加上较低的价格，使得不定形颗粒在应用到大规模制备上具有比球形颗粒更大的吸引力。

球形

现在能得到的应用于分析的填料大多数是球形的。它们比不定形的更易填装。能让高柱效、好的柱稳定性以及低反压得到重现。球形填料粒度有3微米到20微米的。流行的分析柱用的填料多数粒度为5微米，但3微米粒度的短柱的使用在不断增加。这是因为，3微米粒度填料的制备技术在这几年进步了。今天，3微米粒度的短柱已经可以获得与5微米柱子相同的使用寿命和柱效，并且有分析时间较短的好处。

几种填料的颗粒形状

填料           形状                 填料           形状

Bodapak       不定形               Resolve         球形

μBondapak    不定形           Waters Spherisorb   球形

Delta-Pak     球形                 Symmetry        球形

Nava-Pak      球形

应用于分析，为了重现性和高稳定性，球形填料是最好的选择。应用于制备，为了更大的粒度同时又降低成本，不定形填料更好。

比较
                   不定形             球形

稳定性               +                +++

粒度分布            +++               ++

分析                 +                +++

制备                +++                +

+++好   ++一般    +差

比表面积

测量与报告

色谱填料的比表面积可以通过氮吸附或汞侵入法测量。不同的测量方法得到的结果有微小的差异。生产商通常报告的是理论值。比表面的单位是平方米/克。

表面积与孔径

填料的比表面积决定于形成填料骨架的结构元素的大小，而这个大小又与填料的孔径紧密相关。因此，在填料的比表面积及其孔径之间有个基本的关系，尤其是比孔体积恒定的时候。填料孔径小，则比表面积大；填料孔径大，比表面积就小。例如，比孔体积约为1ml/g，孔径为10nm，比表面积为300m(2)/g；如果相同的比孔体积，孔径为30nm，比表面积则为100m(2)/g。可以使用下面的经验公式计算三者的关系：
                    SV
           SA≈3×------
                    PD
SA是比表面积，SV是比孔体积，PD为孔直径。

比表面积与保留时间

比表面积常常被用来作为填料保留性能和载样量的量度。然而，应该指出那样会导致错误的结论，因为两者是与表面积比柱床体积（packed bed）成正比，而不是与填料质量成正比。表面积比柱床体积又被称为相比率（phase ratio,β），决定于填料的密度。而填料密度又与比孔体积有函数关系。对于正相的硅胶颗粒填充的柱床，相比率用下面的公式来估算：
                       SA
           β=0.6×---------
                    SV+0.45
比例因子0.6是根据填料仅占柱容积的60%这个事实得来的，而0.45是1g的填料中硅胶骨架（基质）占的体积比例

计算填料的保留性能和载样量的一个方便简单的方法是计算比表面积与比孔体积的比率，这个比率称为填料相比率（particle phase ratio），这样，保留性能和载样量就只决定于填料的孔径了。通常，孔径小的填料比孔径大的填料载样量大，如果样品分子小得足以渗入小孔中。相同的关系在键合相中也成立。您应该主要依据孔直径和您分析的样品分子的大小来选择填料。

译自Waters Chromatography Columns and Supplies Catalog 1999-2000