科研讲究“四子登科”，过柱子、推式子、烧炉子和养耗子。今天就来说说过柱子是个啥？
混乱摆放的东西，总想分门别类把他们摆整齐；花坛里的鲜花，总是按照颜色分开摆放；就如同不同身份的人，在岗位上必要各就各位一样。这不仅是为了让强迫症患者感到痛快，更是人类对于分门别类的执着。这种执着早已融化在了血液里，大概心智开化之初，人类就开始琢磨分离了。于是，就有了盘古开辟天地地于混沌，上帝分割光暗于虚空。然而，自然界的一切似乎都没法满足人类的一厢情愿。小到霾灰落烬，大到名山大川，似乎都一致秉承了“来者不拒”的风范，吸纳世间万物，不择细流而成其深。所谓“天地不仁，以万物为刍狗”，在人类眼中天壤地别之差，于天地看来皆为一类。
在这种纠结之中，人类开始了自己动手丰衣足食的“逆天”之路。于是，在生产生活的实践中，人们借助双眼按照颜色分类；利用筛网等按照尺寸分离；利用静置沉淀等手段按照质量分离等。这些朴素的分离手段帮助人们“去伪存真”抑或“去粗取精”。然而，在更小的尺度上，这些粗略的方法自然难以奏效。但对于人类而言，当然对“越分越细”这一点的追求是根本把持不住的。这样，便搞出了今日遍地开花的分离技术。
上过高中的朋友，大概对叶绿素分离实验都有印象。这便是现代分离技术的祖师爷——色谱法。该方法已有百年历史，在石油化工、生命科学、材料科学和环境科学中地位举足轻重。经过长时间发展，已经针对分离的目标物质，出现了多种改进技术。但万变不离其宗，色谱法离不开两相。按两相的状态，可以分为气固色谱法、气液色谱法、液固色谱法、液液色谱法。
利用凝胶色谱柱分离不同电学性质的碳纳米管
这里主要介绍液相色谱法，这两相分别扮演了“固定相”和“流动相”的角色，流动相带着要分离的混合物流穿固定相，在此过程中，固定相对其中不同成分进行不同程度的“阻拦”，这不仅是对流动相的雁过拔毛，有时甚至会让某些成分在固定相里乐不思蜀而忘记赶路。大家进柱子之前都是同呼吸共患难的兄弟，出了柱子才发现有些成分其实只是表面兄弟。液相色谱技术，本质上就是花式拦截表面兄弟，并不断拉其他兄弟下水的技术。为此，人们可谓无所不用其极，先后开发了正相色谱、反相色谱、亲水作用色谱、疏水作用色谱、离子交换色谱、尺寸排阻色谱、亲和力色谱等等。
反相、正相色谱利用了化合键，是将不同有机官能团键合到固定相上，再根据键合后的固定相与流动相中不同成分的亲疏水作用进行分离。离子交换色谱通过流动相与固定相中离子之间争夺固定相中的离子交换中心，实现两相中离子的重新分配，被分离的物质在固定相中滞留的时间与其离子交换作用的强弱密切相关。尺寸排阻色谱，顾名思义，是按照不同成分尺寸大小进行分离的方法，尺寸大的分子不能进入固定相微粒的微孔中，在微粒之间穿过，因而比小分子更快通过固定相。亲和色谱则是利用了不同化合物之间的特异性识别完成分离，例如抗原和抗体、RNA和互补的DNA等。利用目标物质对应的化合物（配基）修饰固定相，实现对其选择。
对于固定相，当然就是从头到尾都不动的那部分了，没错，就是分离叶绿素时的那张滤纸……当然，你也不可能找到比这更简单的固定相了。固定相的神奇魅力往往正是分离的关键。液相色谱法的固定相通常是微米量级的小颗粒，作为填料灌注在色谱柱中，它们经过压实后，可以允许流动相中的流体从颗粒间或颗粒中穿流而过，毫不夸张地说，色谱柱就是色谱法的“心脏”。
碳微球结构的扫描电镜图
氧化铪整体柱的扫描电镜图
20世纪早期的固定相通常为100微米以上的无定型硅胶颗粒，其颗粒大小不均，给传质带来了麻烦。从60年代开始，薄壳形填料被发明，其结构更加复杂，通常为直径30-40微米的玻璃珠表面覆盖一层极薄的硅胶微粒。该填料孔径均一，溶质扩散快，但对于样品的负载率低。其在70年代后被全多孔球形硅胶固定相所取代。进入90年代和21世纪，微粒已经不限于硅胶，各种成分合成的微球颗粒被逐步引入固定相中；另一方面，粒径小于2微米的多孔连续整体材料成为新秀，其最大优势在于满足超快分离的要求，依主要成分可分为有机整体柱、硅胶整体柱、杂化整体柱等。实际上，在今天，球形固定相和整体固定相各有千秋，它们的应用已经涵盖了环境、生化科学的几乎所有相关领域。
至于流动相，其实你想分离啥，啥就是流动相，可能特点就是会流动吧，这个真没什么可介绍的……
从最初的默默无闻，到今天成为分析化学的一个重要分支。色谱技术帮助人类实现了分子量级的分离，使得特定成分富集再富集的过程，无形中暗合了所谓“人之道，损不足而奉有余”的进程。但抛开老子对此番进程的态度不谈，分离技术却无时无刻不在造福普罗大众，从蛋白质到DNA，从聚合物到纳米新材料，液相色谱以其高分辨率和广泛的普适性在生物制药、环境监测、有机合成和食品安全等领域扮演了不可替代的作用。最后，想必你也看出来了，这就是传说中的“过柱子”。
参考资料：
[1]卢佩章，戴朝政，张祥民，色谱基础理论，北京：科学出版社，1998.
[2]欧俊杰，邹汉法，液相色谱分离材料——制备与应用，北京：化学工业出版社，2016.
[3]D. C. Hoth, J. G. Rivera, L. A. Colon, Metal oxide monolithi columns[J]. J. Chromatogr. A. 1079, 392-396(2005).
[4]J. Wei, Z. Shi, F. Chen, Y. Feng, Q. Guo Synthesis of penetrable macroporous silica spheres for high-performance liquid chromatography. J. Chromatogr. A. 1216, 7388-7393(2009).
[5]T. Tanaka, H. Jin, Y. Miyata, H. Kataura, High-yield separation of metallic and semiconducting single-wall carbon nanotubes by agarose gel electrophoresis. Appl. Phys. Express 1, 114001(2008).
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