用于多模式液相色谱的金属有机骨架固定相

《Journal of Chromatography A》：Metal-Organic Framework Stationary Phases for Multi-Mode Liquid Chromatography

　　

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  基于 MOF 的多模式固定相通过 MOF 功能化和复合杂化，整合了多种识别位点，包括疏水性、亲水性、静电、π-π、氢键、配位和手性位点。
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  合成策略分为纯 MOF 型、涂覆型、嵌入型和键合型，其中键合型提供了稳健的界面锚定作用。
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  总结了 RPLC/HILIC、RPLC/HILIC/IEC 以及手性多模式系统的分离机制和应用，并提出了未来研究方向。

引言

液相色谱（LC）因其高分离效率、优异灵敏度和广泛的适用性，在环境监测 [1,2]、生物分析 [3,4] 和食品安全 [5,6] 领域是一项重要的分离技术 [7,8]。LC 的分离选择性从根本上取决于分析物与固定相和流动相之间的相互作用。基于主导的分离作用，LC 分离主要分为不同模式，包括反相液相色谱（RPLC）、亲水作用液相色谱（HILIC）、离子交换色谱（IEC）和正相液相色谱（NPLC）。例如，RPLC 主要依赖于疏水相互作用，这通常有效地用于分离相对非极性的化合物 [9]。尽管单模式色谱对目标分析物非常有效，但当复杂样品中含有极性、电荷状态或分子结构存在显著差异的化合物时，其适用性可能受到限制 [10]。此类分析可能需要多次进样、柱切换或广泛的流动相优化，从而增加分析时间、溶剂消耗和操作复杂性 [[11], [12], [13]]。多模式液相色谱在单一固定相中整合了多种保留机制，为解决这些挑战提供了一种有吸引力的方法。通过调整流动相组成，可以在同一固定相中激活不同的保留机制，使色谱柱能够在不更换固定相的情况下以不同的色谱模式运行。这种灵活性使得能够分离具有不同物理化学性质的分析物，同时减少了对柱切换和广泛方法优化的需求 [[14], [15], [16], [17], [18], [19]]。然而，用于多模式 LC 的传统混合模式固定相通常是通过在聚合物或硅胶载体上固定官能团构建的。官能团的种类有限限制了可以引入的相互作用类型，而每种相互作用的强度难以精细调节。

金属有机框架（MOFs）是一类由金属节点和有机配体构建的新兴多孔材料 [20,21]。由于其高度可调节的结构和巨大的比表面积，它们已被广泛应用于分离科学 [22,23]、传感 [24,25]、催化 [26,27] 及相关领域 [[28], [29], [30]]。MOFs 中的无机金属节点和有机配体均能提供多种相互作用位点，包括疏水性、亲水性、极性，甚至是手性功能，这使得 MOFs 成为构建混合模式固定相的有前途的候选材料 [[31], [32], [33], [34], [35]]。金属中心的改变提供了一种方便的手段来调节活性配位位点的类型和密度，从而调节静电相互作用以及亲水和疏水性质 [36,37]。通过配体工程，可以将官能团引入有机配体，以精细调节 MOFs 孔内的极性、表面润湿性和手性识别。除了固有的结构工程外，MOFs 还可以与功能性材料如共价有机框架（COFs）、聚合物、离子液体、水凝胶网络、层状双氢氧化物（LDHs）和基于碳的纳米材料集成，以进一步扩展相互作用机制的多样性并提高分离性能。这些独特特性使得 MOFs 成为构建具有更多样相互作用类型和更大模式特定保留及选择性控制能力的混合模式固定相的多功能平台，从而实现卓越的多模式液相色谱分离。

近年来，基于 MOF 的多模式液相色谱固定相取得了显著进展。本综述系统总结了构建基于 MOF 的多模式固定相的主要策略。随后，根据三种代表性的混合模式系统讨论了这些固定相的分离机制和色谱性能：RPLC/HILIC 双模式、RPLC/HILIC/IEC 多模式以及手性/NPLC/RPLC/HILIC/IEC 多模式分离（表 1）。特别关注了 MOF 结构工程和与功能性材料的杂化如何调节涉及色谱保留的亲水、疏水、静电、离子交换、π-π、氢键、配位和手性相互作用（图 1）。最后，强调了当前面临的挑战，并提出了未来展望，为高性能基于 MOF 的多模式液相色谱固定相的合理设计和实际应用提供指导。

章节片段

基于 MOF 的多模式固定相的合成

基于 MOF 的多模式固定相可分为四种类型：纯 MOF 型、涂覆型、嵌入型和键合型。纯 MOF 型代表了最直接的固定相类型，其中 MOF 晶体直接用作固定相颗粒，无需额外的固定步骤。例如，Tasaki-Handa 等人通过水热法合成了 MIL-100(Fe)，使用 FeSO₄·7H₂O 和 1,3,5-苯三甲酸（H₃BTC）作为亲水性金属前驱体和疏水性

多模式分离机制和应用

MOFs 多样的金属节点和有机配体为色谱分离提供了可调节的化学环境，能够实现多种相互作用，包括疏水相互作用、氢键、静电相互作用、π-π 相互作用和尺寸选择性限域。这些相互作用可以通过固有的结构工程（如金属调节、配体工程和缺陷工程）进行定制，或者通过 MOFs 与功能性材料集成进一步丰富

总结与展望

本综述系统调查了液相色谱中基于 MOF 的多模式固定相的最新进展，特别强调其合成方法和多模式分离机制。讨论了构建这些固定相的四种主要方法，包括纯 MOF 型、涂覆型、嵌入型和键合型策略。在分离模式方面，根据相互作用机制的整合，分为三类：RPLC/HILIC

利益冲突

作者声明无竞争性经济利益。

CRediT 作者贡献声明

Xing-Feng Hu：撰写 – 原稿，调查。Jian-Ping Zhu：撰写 – 原稿，调查。Xiao-Wen Zhang：调查。Ye-Qin Zhou：调查。Wen-Qi Tang：撰写 – 审阅与编辑。Zhi-Yuan Gu：撰写 – 审阅与编辑。

竞争利益声明

作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。

致谢

本工作得到国家自然科学基金（22604113,22674099, 22374077, 和 22474059）、江苏省科技重大专项（BG2025045）、江苏合成生物学基础研究平台（BK20233003）、南京鼓楼医院、南京师范大学生命与健康研究院基金（GLJK2026006）以及江苏省高校优势学科建设工程资助。

Xing-Feng Hu|Jian-Ping Zhu|Xiao-Wen Zhang|Ye-Qin Zhou|Wen-Qi Tang|Zhi-Yuan Gu