合相色譜的發展歷程

合相色譜(CC)是一種分離技術，其使用100至400倍大氣壓下的壓縮CO2作為色譜流動相中的主要溶劑。CO2通常與液體助溶劑(如甲醇、乙醇、異丙醇、乙腈)混合，用以調節流動相性質；類似于將這些助溶劑與水混合來調節反相液相色譜(RPLC)的流動相性質。熟悉現代超臨界流體色譜(SFC)的讀者應該會立刻發現，CC與SFC非常相似。實際上，CC就是現代SFC的新名稱。為了闡述這句話的含義，接下來我們將回顧SFC的發展歷程。

使用超臨界狀態溶劑的SFC是為了擴展液相色譜(GC)分析能力而開發的一項色譜技術。某些化合物只能在高溫下洗脫，但在這樣的溫度下又會發生熱分解，為了解決分析此類化合物的難題，Klesper與合作科學家1在GC分析中采用更高的壓力來補償分析對高溫的要求。他們選擇通過改變壓力/溫度(或這兩者)創造超臨界條件，目的在于：(a)提高高壓氣體的溶解能力；(b)避免流動相發生氣-液相分離而導致無法以單一溶劑的形式流動。后來他們發現，通過改變溶劑密度可以調節溶劑強度，這也是在超臨界條件下執行分析的主要優勢。由于流體在超臨界條件下高度可壓縮，所以即使非常微小的壓力變化也會極大地改變溶劑密度，進而改變分析物保留性能。事實上，分析人員可以通過改變操作壓力來調節溶劑密度，從而建立溶劑梯度，而不再需要通過混合有機助溶劑來建立梯度。這使得應用單一無毒溶劑的分離模式成為可能，引發了分析科學家們的極大關注，讓大家為之振奮。

圖1：ACQUITY UPC2系統

然而，這種激動之情稍縱即逝，因為人們逐漸認識到，盡管調節溶劑密度的確是一項很有用的技術，但它并不能充分改變溶劑極性，因此可分離的化合物種類有限，應用范圍遠不及諸如反相液相色譜(RPLC)等其它功能強大的色譜技術。事實上，即使經過大幅的密度調整，SFC的理想溶劑CO2仍然是一種非極性溶劑。因此，在分離大多數極性分析物時，必須加入極性助溶劑(例如甲醇)。這一發現改變了SFC的發展歷程。盡管許多重要的應用仍然僅依賴于密度調節，但SFC分析人員已經開始像RPLC分析一樣，更多地通過混合液體有機助溶劑和添加劑來分離更多種類的分析物。

CO2可與強極性溶劑(例如甲醇、乙醇、乙腈)完全混溶，因此在分析中常常采用改性劑組成比例極高(例如60%)的溶劑梯度。這種做法再次引發了有關流動相超臨界性的問題。在SFC常用的溫度和壓力條件下，改性劑濃度較高的流動相在大多數方法時間內并非處于超臨界狀態。更重要的是，這種偏離超臨界狀態的情況對于色譜沒有任何影響。既然這項技術并不依賴于溶劑達到超臨界狀態，為什么還是要將它稱為“超臨界流體色譜”？有關如何為現代SFC重新命名，人們給出了許多建議，例如將其稱為亞/超臨界流體色譜、簡單流體色譜、基于二氧化碳的分離技術或者直接命名為首字母縮略詞SFC，但這些名稱都不能很好地概括該技術如今在分析實驗室中的廣闊應用范圍。

除了身份混淆的問題之外，嚴峻的技術難題也阻礙了SFC成為重要分析儀器的發展之路。由于傳統儀器在處理諸如CO2的可壓縮溶劑時可靠性和重復性欠佳，因此(至少在現代HPLC或UPLC儀器的同等水平上)方法穩定性和重現性較差。

2012年，沃特世公司推出超高效合相色譜(UPC2，見圖1)，不僅解決了儀器問題，命名困境也迎刃而解，自此一切都發生了改變。得益于顯著提升的儀器穩定性(詳見第3章)以及完全不同于舊技術的全新名稱，SFC終于成為了分析研究的一項重要技術選擇。

合相色譜中的“合相”是什么意思？

合相色譜中的“合相”一詞源自Giddings的意見，即該技術將現有色譜技術(GC和液相色譜(LC))融合在了一套系統中。Giddings將SFC描述為連接LC與GC的橋梁，它跨越超臨界狀態的界限，擴展了流動相的應用范圍。現在合相色譜通常與有機助溶劑配合使用，流動相狀態覆蓋超臨界和亞臨界區域，突破了過去僅使用CO2的SFC只能進行有限密度調節的缺陷。SFF不僅填補了GC與LC之間的空白，它的潛力也遠高于最初的預期。