小中大我们先了解一下硅羟基的结构:Si-O-H,硅胶基质上硅的四面都是氧原子,在表面上连接有硅羟基的硅原子来说,其中一个键连接了一个羟基,其它三个键都与一个氧原子相连,由于氧的电负性比硅强,三个氧原子对硅原子产生了吸电子效应,因此对于硅上的羟基而言,这个硅原子对羟基是一个吸电子基团,使得硅羟基具有一定的酸性,其pKa约为4.5~4.7。根据电离规律,流动相的pH-pKa>2即pH>6.7时,99%以上的硅羟基应该是呈离子状态的,即Si-O- ,而pKa-pH>2即pH<2.5时,酸性环境抑制了硅羟基的电离,99%以上的硅羟基应该是呈分子状态的,即Si-OH,但其极性仍然存在,即Si-Oδ-Hδ+。
残余硅羟基对样品的次级保留效应是导致峰形后拖的主要原因,那我们先了解一下残余硅羟基是怎么回事。以C18的填料合成为例,C18的氯硅烷与硅胶表面的硅羟基发生反应,C18硅烷基取代硅羟基中的氢原子在硅胶的表面键合上C18长链。完全硅羟化的硅胶表面硅羟基浓度为8µmol/m2,因为C18硅烷基的体积远比一个氢原子大得多,由于空间位阻的作用,通常与C18硅烷基发生反应的仅达2~3.5µmol/m2,也就是说只有不到50%的硅羟基被反应掉,剩下的50%多的硅羟基残留在硅胶表面。由于硅羟基容易对样品分子产生次级保留效应引起拖尾,因此需要将硅羟基反应或屏蔽掉,去掉这个作用位点以消除次级保留效应,通常的办法是用小分子的硅烷跟硅羟基反应,如采用三甲基氯硅烷,使硅羟基中的氢变成了三甲基硅烷的一个惰性基团,反应掉了很多硅羟基,同时未能反应的许多硅羟基也被屏蔽掉,有效阻止了样品与硅羟基接触的机会,避免了次级保留效应的产生。但不管怎么样三甲基硅烷还是比氢原子大得多,同样由于空间位阻的作用不能将所有的残余硅羟基反应掉,既然存在就仍然有跟样品分子接触的机会,相同的样品在不同品牌的柱子上产生拖尾的严重性不同,主要的也就是接触硅羟基的机会大小的问题,从填料合成的角度而言就是键合方式是否紧密、封尾是否彻底,紧密的键合和彻底的封尾能显著减少这种机会,因而改善峰形。
流动相中加入磷酸缓冲盐,增强了流动相的离子强度,在-NH3+等极性基团和硅羟基Si-O-之间存在着许多离子的干扰,减少了样品分子与硅羟基之间相互接触的机会,有助于削弱极性基团与硅羟基之间的相互作用,改善峰形。