有序介孔二氧化硅微球色谱柱的窄孔效应对结构异构体分离性能的增强机制研究

针对结构异构体色谱分离难题，青岛农业大学团队创新制备了具有3.5 nm规则介孔的SiO2@SiO2核壳固定相（SOPS C18），通过对比10.1 nm孔径材料发现窄孔道能显著提升线性异构体选择性，为高分辨率色谱柱设计提供了新思路。

　　

在化工、制药和环境分析领域，结构异构体如邻/间/对二甲苯的分离一直是色谱分析的痛点。这些分子量相同、结构相似的化合物，传统色谱柱往往难以区分。虽然金属有机框架（MOFs）和共价有机框架（COFs）因其规整微孔结构展现出优异分离性能，但硅胶固定相作为色谱分析的主力军，此前尚未实现兼具规则结构和窄孔径（<5 nm）的特性设计。

青岛农业大学化学与药学院的研究团队在《Analytica Chimica Acta》发表研究，创新性地开发了表面有序多孔硅胶（SOPS）核壳材料。他们采用非多孔硅胶微球（1.7 μm）为内核，通过原位生长技术构建100 nm厚、具有径向有序孔道的壳层，成功制备出孔径仅3.5 nm的SiO₂@SiO₂固定相。为探究窄孔效应，同步制备了10.1 nm孔径对照材料，两者均进行C18修饰形成SOPS C18色谱柱。

关键技术包括：1）CTAB模板法调控介孔尺寸；2）SEM/TEM表征核壳结构；3）氮吸附测定孔径分布；4）多组异构体（线性度/平面性差异）色谱评估。研究发现3.5 nm孔径柱对非直线型分子产生显著空间位阻，使"细长型"分子能更深穿透孔道，其线性异构体分离因子比10.1 nm柱提高1.3-2.8倍。

【Characterization】电镜显示材料具有典型核壳结构，孔径分布测试证实3.5 nm和10.1 nm两组材料孔道高度均一，BET比表面积分别为182 m²/g和298 m²/g。

【Separation performance】在分离萘/联苯/菲衍生物时，3.5 nm柱对邻/对位异构体展现出独特选择性。例如对联苯二甲酸二甲酯异构体的分离度达1.92，是常规C18柱的3倍。

【Shape selectivity】通过分子动力学模拟发现，窄孔道产生的"分子筛"效应能区分0.2 ?级别的分子尺寸差异，这种空间限制效应与MOFs的分离机制类似但更易规模化制备。

该研究首次证实硅胶固定相中3.5 nm规则介孔可模拟MOFs的分子识别功能，突破了传统硅胶色谱柱7-10 nm孔径的技术局限。所开发的SOPS材料兼具化学稳定性与高分辨率特性，为工业级异构体分离提供了新方案。这项工作同时揭示了孔径尺寸与形状选择性的定量关系，为"孔道工程"指导色谱材料设计提供了理论依据。