高效金属有机骨架气相色谱固定相的理性设计北大核心CSCD

金属有机骨架材料(MOFs)由金属离子或金属簇与有机配体组装而成,其中多变的金属中心和有机配体使其具有高度可调性,这为调控高效气相色谱分离性能奠定了良好的结构基础。热力学作用力是描述分析物与固定相相互作用的基本指标,保留因子、麦氏常数、焓变与熵变等热力学值可以反映热力学作用力的相对大小。在微观层面上,可以通过设计MOFs孔隙内的多元作用力以开展热力学性质的研究,如设计金属亲和性、π-π相互作用、极性、手性位点等,这些热力学作用力可为分离具有微小差异的分析物提供有利环境。在动力学方面,MOFs的孔径大小与形状、颗粒尺寸、堆积模式对分析物的动力学扩散速率有着重要的影响,从改善分析物的动力学扩散角度出发,通过选择合适的孔径尺寸与形状、降低MOFs的颗粒尺寸、调控MOFs的堆积模式等手段,均可以提高气相色谱固定相的分离性能。根据色谱动力学统一方程和范蒂姆特方程计算扩散系数、理论塔板高度等动力学值,可有效评价色谱峰峰形和色谱柱柱效。在分离过程中,分析物的热力学作用力和动力学效应是协同作用的,且缺一不可。因此,本文从热力学与动力学两个角度提出了构建高效MOFs气相色谱固定相的设计思路,希望能为相关领域的研究提供一定帮助。     

基于金属有机骨架材料固定相的气相色谱分离应用

金属有机骨架材料(MOFs)是一类由有机配体和金属离子(或金属簇)自组装形成的新型多功能材料。MOFs具有孔隙度高、比表面积大、孔径可调、化学和热稳定性高等特点,被广泛应用于吸附、分离、催化等多个领域。近年来,MOFs作为新型气相色谱固定相用于分离异构体受到了广泛关注。与传统无机多孔材料相比,MOFs在结构和功能上展现出高度的可调性,通过合理地选择配体和金属中心,可以设计合成具有不同孔道大小和孔道环境的MOFs,从而分别从热力学和动力学角度优化色谱分离效果,有效提高分离选择性。该文结合MOFs的结构,讨论了MOFs气相色谱固定相分离不同类型分析物的分离机理。分离机理主要包括MOFs孔道的分子筛效应或形状选择性,MOFs不饱和的金属位点与分析物中不同的官能团之间产生的相互作用,分析物与MOFs孔道之间产生的不同范德华力、π-π相互作用和氢键相互作用。此外,MOFs的手性分离可能主要依赖于外消旋体与手性MOFs中手性活性位点之间的相互作用。该文也对不同分析目标物进行了归类,综述了多种MOFs气相色谱固定相对烷烃、二甲苯异构体和乙基甲苯、外消旋体、含氧有机物、环境有机污染物的气相色谱分离效果。最后,该文还对MOFs在该领域的应用进行了总结与展望,旨在为MOFs气相色谱高效分离的研究提供参考。