柱层析硅胶具有优良的吸附性能,对性质、结构相似乃至同分异构体都有理想的分离功能。柱层析硅胶在中药与方剂、食品工业、医药工业及石油化工等领域都有广泛的应用，尤其在中草药、化学合成药物和生物活性物质分离提纯生产过程中,是大量使用的分离载体。柱层析硅胶的优异分离功能与其特殊结构有关,其分子中具有硅氧烷的交链结构,同时在颗粒表面存在很多硅醇基。分子结构与硅醇基数量是柱层层析硅胶使用寿命及分离性能的重要影响因素[1]。
性质与作用机理
柱层析硅胶的微观结构是在制备原料硅胶的过程中形成的，在其后的加工和纯化过程中不再发生本质上的变化。
在微观上，形成层析硅胶骨架的基本粒子是硅氧四面体的三维结构，而基本粒子的表面(微孔与胶体粒子的界面)上的硅原子与羟基结合形成硅醇基结构，这种内部与表层结构的差别形成了界面硅原子受力的不均衡，即产生表面的自由力场(静电力或称范德瓦尔斯力)。在层析硅胶用于物质分离过程中，因表面自由力场的存在，使作为固定相的硅胶在与流动相之间的相对运动中，溶质分子与胶体粒子表面相互作用。由于溶质中不同成分的分子在结构、性质方面的差别，它们与硅胶基本粒子界面产生的作用力强弱也不相同。相互作用力强的物质组分与硅胶内部表面的作用力强，故保留时间较长，而作用力弱的物质组分则保留时间短，透过柱体的时间快。这种对溶质不同组分表现出的因吸附力强弱而产生不同保留时间的作用称作硅胶吸附过程中的选择性。因各种物质在通过柱层析硅胶中保留时间不同，使得被分离物质在通过柱体时保留时间短的物质组分最前先流出，保留时间长的最后流出，从而使溶质中不同组分得到分离，通过分离达到提纯目的。
另外的柱层析过程中，是以柱层析硅胶作为基质材料(载体)，对硅胶表面进行改性处理，将特异性吸附配基键合于硅胶的羟基基团上，使其具有对蛋白质、多肽、糖蛋白和核酸等生物活性物质产生专一性相互作用层析分离。在这方面的应用中，硅胶可以克服天然凝胶(加糖凝胶、琼脂糖凝胶等)机械强度差和引发目的产物污染等问题。硅胶这个方向上的应用将有更大的发展空间[2]。
应用
柱层析硅胶用于纯物质的制备分离，通常有五方面，分别是:
(1)物质结构的鉴定;
(2)生物与毒理试验;
(3)某些珍贵和难以通过其他途径获取的单组分物质的工业级生产;
(4)高纯物质制备;
(5)吸附分离高分子物质。
前两种一般是运用小规模的制备分离，分为毫克级和克级两种方式。
毫克级的制备，层析柱的内径一般为5-20mm，柱长约150-500mm，采用硅胶填料的粒度为10-30um，用于制取毫克量级的单组分纯物质。
克级制备，柱内径一般在50mm左右，柱长通常在200-700mm，层析硅胶的粒度约40-60um，柱容量200-500克，用于制取克级的纯化合物组分。
大批量使用柱层析硅胶进行制备分离的是工业级制备色谱分离技术。工业级制备用的获取大量的纯净物质，其层析柱容量大，层析柱的规格尺寸也较上述两种类型大得多。通常柱径在10-100cm，柱长约50-100cm或更长，在多数情况下采用液相闭路循环系统。例如我国首先发现(有国家知识产权的)并从黄花蒿中提取的青蒿素(artemisinin)(一种高效、速效抗疟药)现已实现了工业化生产，其层析柱设计尺寸中50cm，柱体高度h= 130cm。单柱硅胶容量40kg以上，又如从红豆杉中提取紫杉醇(一种防治癌症的特效药)的工业级制备，其对柱层析硅胶的应用量更大。据目前已经了解到的应用实例，单柱容量最高600mm，柱体最高达到2.5米，对硅胶的用量更大。目前实现大规模制备对柱层析硅胶的应用，仅在茄尼醇(Solanesol)、茶多酚类(Tea Polyphenol)、儿茶素(Catechins)、青嵩素(Artemisinine)及其衍生物(双氢青嵩素、嵩甲醚、青嵩琥酯、辅酸Q10)等领域的用量已相当可观。
柱层析硅胶的应用十分广泛，从本质上讲，近二十年来在世界范围迅速发展起来的高效液相色谱用固定相(HPLC)硅胶,包括吸附型和化学键合型都属柱层析硅胶的应用范畴，但用量最大、实用价值最高的仍是工业级制备色谱用柱层析硅胶[2]。
参考文献
[1] 马亚玲,王健,王丽环,等. 柱层层析硅胶结构及热稳定性研究[C]//2020年全国无机硅化物行业年会暨行业高质量发展研讨会论文集. 2020:195-198.
[2] 李永兆,梁秀琴. 柱层析硅胶的应用与质量控制[C]//中国无机盐工业协会2006年年会论文汇编. 2006:162-167.