一、基本概念与原理

层析柱（又称色谱柱）是一种用于分离混合物中不同组分的重要实验设备，广泛应用于化学、生物、制药等领域。

核心分离原理：基于混合物中各组分在固定相和流动相之间分配系数的差异，通过 "吸附 - 解吸动态平衡" 实现分离。组分的分配系数 (K) 定义为：

K 值大的组分：更倾向于固定相，迁移慢，后洗脱

K 值小的组分：更倾向于流动相，迁移快，先洗脱

二、主要类型与特点

1. 按分离机制分类

2. 按结构与操作模式分类

常压 / 减压 / 加压层析柱：根据操作压力不同，适用不同粘度和分离需求

轴向流 / 径向流层析柱：径向流柱流速是传统轴向柱的 3-5 倍，适合大规模纯化

实验室级 (5-50mm 内径)、中试级 (100-300mm)、生产级 (500-2000mm)：适配不同生产规模

三、操作流程详解

1. 装柱：层析成功的关键第一步

湿法装柱（推荐）：

将固定相 (如硅胶) 与溶剂制成匀浆，缓慢倒入柱中

轻敲柱壁使固定相均匀沉降，避免气泡

顶部覆盖一层石英砂防止扰动

干法装柱：

直接将固定相倒入柱中，轻敲压实

使用前需用大量溶剂 "走柱" 平衡

2. 上样策略

湿法上样：

样品溶于少量溶剂 (5-10 滴)，小心加到固定相表面

待样品完全渗入后再加洗脱液

干法上样（适用于溶解度差的样品）：

样品与适量硅胶混合，蒸发溶剂至干燥

将样品硅胶均匀铺在固定相上

3. 洗脱方式

简单洗脱：始终使用同一溶剂系统

分步洗脱：逐步更换不同极性溶剂

梯度洗脱：连续增加流动相极性，最常用，适用于复杂混合物

四、应用领域

1. 生物制药：层析技术的最大应用领域

抗体纯化：Protein A 亲和层析一步纯度可达 99%，较传统方法减少 2-3 个步骤

重组蛋白生产：离子交换和凝胶过滤去除宿主细胞蛋白 (HCP)，提高纯度至 95% 以上

疫苗制备：径向流层析快速去除杂质，提高生产效率

基因治疗：纯化质粒 DNA 和病毒载体

2. 精细化工与天然产物

中药成分分离：提取和纯化有效活性成分

手性药物分离：制备单一构型的光学异构体

环境监测：检测水中微量污染物

3. 食品与化妆品

食品添加剂分析：检测防腐剂、色素等

化妆品原料纯化：确保产品安全性和功效

五、技术创新与发展趋势

1. 连续层析技术：效率革命

多柱连续层析 (MCC)：上样、洗脱、再生无缝衔接，设备利用率提升 3-5 倍

动态轴向压缩技术：提高填料利用率，降低成本

2. 新型层析介质：性能突破

混合模式层析 (MMC)：一柱多能，整合多种分离机制 (如离子交换 + 疏水)，简化纯化流程

纳米结构填料：显著提升分离精度和速度

智能响应型材料：通过 pH、温度等外部刺激调控分离过程

3. 自动化与智能化：未来方向

全自动层析系统：自动装柱、上样、洗脱、收集，减少人工误差，提高批次一致性

过程分析技术 (PAT)：实时监控层析过程，实现质量源于设计 (QbD) 理念

六、实用技巧与注意事项

1. 常见问题解决

2. 维护保养要点

定期在位清洗 (CIP)：使用适当清洗剂去除残留，延长柱寿命

正确保存：短期保存在洗脱液中，长期保存添加防腐剂 (如 20% 乙醇)

避免温度剧烈变化：防止填料结构破坏

层析柱作为现代分离科学的核心工具，其技术不断创新，应用领域持续拓展。从实验室的微量分析到工业规模的生产纯化，层析柱已成为生物制药、精细化工等领域不可或缺的关键设备。随着材料科学和自动化技术的发展，未来层析柱将朝着更高效、更智能、更绿色的方向迈进，为人类健康和产业升级提供强大支撑。