合相層析初學者指南
簡介
合相層析的發展沿革
1.1 合相層析(CC)是一種分離技術，其使用100 ─ 400倍大氣壓力下的壓縮CO2作為層析分離移動相中的主要溶劑。CO2通常與液相共溶劑（如甲醇、乙醇、異丙醇、乙腈）混合，用於調節移動相性質；類似於將這些共溶劑與水混合，用於調節逆相液相層析(RPLC)的移動相性質。熟悉現代超臨界流體層析(SFC)的人，馬上就能看出CC與SFC非常相似。實際上，CC就是現代SFC的新名稱。要瞭解這句話是什麼意思，需要先回顧SFC的發展沿革，請參閱接下來的幾個段落。
SFC最早是一種在超臨界條件下使用溶劑以延伸氣相層析(GC)功能的層析技術。有些化合物只能在高溫下洗脫，但在這樣的高溫下又會發生熱裂解作用，為了克服分析這類化合物所遇到的問題，Klesper和同儕科學家們在GC分析中運用更高的壓力來補償對高溫的需求。他們透過改變壓力和/或溫度來達到超臨界條件是著眼於：(a) 高壓氣體的溶劑化力；以及 (b) 避免移動相因發生氣-液相分離而不再以單一溶劑形式流動。後來他們發現，改變溶劑密度就能調節溶劑強度，這是在超臨界條件下進行分析的主要優勢。流體在超臨界條件下能達到相當高的壓縮率，因此，即使壓力變化相當微小，也會大幅改變溶劑密度，進而改變分析物滯留性。實際上，可以透過改變操作壓力來調節溶劑密度，以此建立溶劑梯度，不需混入有機共溶劑也能建立梯度。這讓只用單一無毒溶劑的分離模式成為可能，引發了分析科學家們的極大關注，並掀起一陣熱潮。
不過，這陣熱潮很快就消退了，因為科學家們慢慢明白，調節密度這項技術儘管有用，但不能充分修改溶劑極性，因此能夠分離的化合物有限，適用範圍比不上逆相液相層析(RPLC)這類功能強大的層析技術。事實上，發展為SFC的理想溶劑的CO2，即便經過大幅的密度調節，也仍然是一種非極性溶劑。因此，在分離大多數強極性分析物時，必須添加極性共溶劑，例如甲醇。這一發現改變了SFC的發展。雖然有許多重要的應用仍然只採用密度調節方式，但SFC實驗人員開始像在RPLC中一樣，進一步嘗試混合液體有機共溶劑和添加劑，以利分離更廣泛的分析物。
CO2能與強極性溶劑（如甲醇、乙醇、乙腈）完全混溶，因此通常會採用修飾劑成分相當高（如60%）的溶劑梯度。這些做法再次引發了有關移動相超臨界性的疑問。在SFC常用的溫度和壓力下，修飾劑濃度較高的移動相在多數方法時間內並非處於超臨界狀態。更重要的是，這類偏離超臨界狀態的情形對層析分離不會造成任何影響。那麼，這項技術既然並不需要靠溶劑來達到超臨界條件，為何仍稱為超臨界流體層析呢？曾經有人建議過為現代SFC另取名稱，例如次/超臨界流體層析、簡易流體層析、二氧化碳輔助分離技術，或者直接以縮寫SFC命名，但這些名稱均無法表現出這項技術目前在分析實驗室中的廣闊應用範圍。
除了名稱令人不解之外，SFC還面臨了嚴重的技術困境，因而無法成為重要的分析儀器。由於傳統儀器無法可靠且反覆地處理CO2之類的可壓縮溶劑，表現不若現代的HPLC或UPLC儀器，因此方法的穩固性和再現性不佳。
Waters Corporation於2012年推出極致效能合相層析(UPC2)系統（見圖1），同時解決儀器問題和名稱方面的兩難之處後，情況就不一樣了。儀器穩固性明顯提升（第3章會深入討論這個部分），加上新名稱與舊技術完全區分開來，SFC終於成為分析研究的一個重要選擇。
圖1.ACQUITY UPC2系統。
合相層析中的「合相」是何含義？
合相層析中的「合相」一詞取自Giddings的觀察結果，他認為這項技術能夠將現階段的GC和液相層析(LC)這兩項層析技術合併在同一個系統中。Giddings形容SFC是一項能銜接LC和GC的技術，並且能夠將移動相延伸運用於超臨界的範圍以外。現在合相層析通常與有機共溶劑合併運用於超臨界和次臨界領域，突破了SFC只能使用CO2時所能達到的密度調節極限。SPC不只可用於銜接GC和LC之間的落差，其潛力無窮，大幅超越人們一開始的想像。
