許多化學(xué)反應(yīng)是在電極表面進(jìn)行的，了解這些反應(yīng)過程，研究反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)問題是化學(xué)家們長期研究的題目。吸附物質(zhì)將于表面形成吸附層，吸附層的原子分子結(jié)構(gòu)，分子間相互作用是研究表面化學(xué)反應(yīng)的前提與基礎(chǔ)。在超高真空環(huán)境下，科學(xué)家們使用蒸發(fā)或升華的方法將氣態(tài)分子或原子吸附在基底（一般為金屬或半導(dǎo)體）上，再研究其結(jié)構(gòu)。

在溶液中，原子分子將自動(dòng)吸附于電極表面。在電位的控制下，吸附層的結(jié)構(gòu)將有不同的變化。此種變化本身與反應(yīng)的熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)過程有關(guān)，由此可以研究不同種類物質(zhì)的相互作用及反應(yīng)。電化學(xué)掃描隧道顯微鏡 在這一領(lǐng)域的研究中已有很好的成果。例如：硫酸是重要的化工原料，硫酸在活性金屬表面（如銠、鉑等）上的吸附一直是表面化學(xué)和催化化學(xué)中的研究熱點(diǎn)。盡管有關(guān)硫酸吸附的研究報(bào)告已有很多，但是其在電極表面的吸附是否有序，結(jié)構(gòu)如何，表面催化變化過程，硫酸根離子與溶液中水分子的相互作用，水分子在硫酸的吸附結(jié)構(gòu)形成中的作用等，長期沒有明確結(jié)論。

利用電化學(xué)掃描隧道顯微鏡，我們?cè)谌芤褐性谎芯苛诉@一體系的吸附及結(jié)構(gòu)變化過程。研究發(fā)現(xiàn)，硫酸根離子在Rh(111)以及Pt(111)等表面與水分子共同吸附，水分子與硫酸根離子通過氫鍵結(jié)合形成有序結(jié)構(gòu)。

基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們提出了硫酸根離子與水分子菜吸附的理論并給出了模型。

利用電位控制表面吸附分子是電化學(xué)掃描隧道顯微鏡 在化學(xué)研究中的又一成功應(yīng)用范例。利用此技術(shù)，可以控制表面吸附分子在材料表面的結(jié)構(gòu)及位向等。例如控制分子與基底平行的取向變?yōu)榕c基體垂直的取向。這種取向變化完全可逆，且只受電位影響，其行為類似于原子分子開關(guān)。這一研究為原子分子器件的發(fā)展提供了新的途徑。

光電反應(yīng)是涉及到生物、化學(xué)、環(huán)境、電子等眾多學(xué)科的一類常見的重要化學(xué)反應(yīng)，利用電化學(xué)掃描隧道顯微鏡 可以跟蹤監(jiān)視光電化學(xué)反應(yīng)過程，研究反應(yīng)物分解與轉(zhuǎn)化的微觀機(jī)制，如分子吸附層結(jié)構(gòu)，分子間的相互作用，分子分解，以及生成物的結(jié)構(gòu)等?，F(xiàn)已受到眾多領(lǐng)域?qū)W者的重視。

總之，用掃描隧道顯微鏡 技術(shù)研究表面化學(xué)反應(yīng)已獲得了許多成功，并展現(xiàn)了極具魅力的廣闊前景。在未來的研究中，肯定會(huì)有更多的實(shí)驗(yàn)結(jié)果問世。

ACE HILIC法開發(fā)平臺(tái)和工作實(shí)例

圖17顯示了HILIC方法開發(fā)的流程圖。
一般方法是：收集分析物相關(guān)的信息（如果已知的話），針對(duì)三個(gè)ACE HILIC相（用三款不同的ACE HILIC色譜柱在不同的pH洗脫液條件下）執(zhí)行梯度或等度HILIC篩選實(shí)驗(yàn)（取決于樣本分析物的親水性范圍），然后再優(yōu)化色譜法以達(dá)到可接受的HILIC法。
表1中列出了ACE HILIC篩選條件。

這些設(shè)計(jì)旨在探索廣泛的選擇性范圍，以及為達(dá)到所需分離提供一個(gè)良好的起點(diǎn)。

圖17
ACE HILIC 方法開發(fā)流程圖

表1
ACE HILIC篩選實(shí)驗(yàn)的條件

ACE HILIC色譜柱保存方法

使用之后，ACE HILIC色譜柱應(yīng)使用體積比為7:3的乙腈和水進(jìn)行沖洗，清除掉所有的緩沖鹽。

然后，使用的異丙醇、以更低的流速進(jìn)行沖洗，以便貯存。應(yīng)往回?cái)Q緊色譜柱端蓋（擰緊色譜柱端蓋），并將色譜柱放回盒內(nèi)。

每次分析運(yùn)行之后，除非第二天要使用，否則建議采用密閉法（按長期保存的方法）清洗色譜柱，然后用異丙醇沖洗。

實(shí)例1 – 咖啡茵和相關(guān)化合物

方法開發(fā)中所需的咖啡茵和四種相關(guān)化合物（可可堿、茶堿、次黃嘌呤和黃嘌呤）這些化合物都是極性的中性物質(zhì)，其中負(fù)log P值表示合理的親水性（log P為負(fù)值明確的表明其親水性），因此適用于HILIC（圖18）。

圖18
咖啡茵和相關(guān)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和log P數(shù)據(jù)

咖啡茵和相關(guān)化合物在pH為3-6的情況下不可電離，因此洗脫劑的pH幾乎不會(huì)直接影響分子。

為此，選擇pH 3.0和4.7。

固定相會(huì)受洗脫劑pH變化的影響，這可能是有利的一面。

固定相的電離變化將影響粒子周圍的水合層，這會(huì)影響分析物分散到相中（分配在固定相上）或形成氫鍵的程度。

因此，在pH3.0和pH4.7的情況下對(duì)三個(gè)固定相進(jìn)行篩選，結(jié)果如圖19中所示。
新的ACE HILIC色譜柱使用60倍柱體積相互平衡（平衡），以在粒子周圍形成水合層。表1中顯示了流動(dòng)相、梯度和溫度。
篩選結(jié)果顯示：三個(gè)固定相與兩個(gè)pH值之間觀察到一些選擇性差異（三個(gè)固定相在兩個(gè)pH值下的篩選結(jié)果可以看出彼此間具有選擇性的差異）。

基于篩選數(shù)據(jù)的Z有效分離是針對(duì)pH為3.0下的（pH為3.0下的）ACE HILIC-N相。

這些數(shù)據(jù)選擇（選定這些條件）用于進(jìn)一步優(yōu)化。

圖19
ACE HILIC色譜柱的梯度篩選

條件如表1中所述，275nm條件下的檢測除外。進(jìn)樣25mg/mL的咖啡茵混合物2μL（使用pH3.0和pH4.7的甲酸銨，以0.5%w/w的比例混合相關(guān)物質(zhì)和MeCN/H2O（90:10 v/v））
樣本：
1) 咖啡茵

2) 茶堿
3) 可可堿
4) 黃嘌呤
5) 次黃嘌呤

較早洗脫峰的保留窗口（時(shí)間段）非常窄，這表示：等度HILIC可用于分離分析物。（等度方式的HILIC可以被用于分離這些化合物）10mM甲酸銨，pH3.0（溶于MeCN/H2O中）（94:6 v/v）被選為等度條件（圖20）。

在這些條件下，峰4和5要保留得更多（好），但峰2和3仍未解析出（被分離）。
根據(jù)梯度運(yùn)行的結(jié)果，乙腈含量更高似乎不會(huì)提高峰2和3的解析度（高的乙腈含量沒有提高2與3峰的分離度），所以梯度HILIC分析得到改善（所以梯度分析是對(duì)混合物分離有更合適的，溫度將被研究），從而開發(fā)出Z終方法，如圖21所示。

圖20
ACE HILIC-N相中咖啡茵和相關(guān)化合物的等度分析

ACE HILIC-N相中咖啡茵和相關(guān)化合物的等度分析
色譜柱：ACE 5 HILIC-N，
150 x 4.6 mm
流動(dòng)相：10 mM甲酸銨，pH3.0（溶于MeCN/H2O中）（94:6 v/v）
流速：1.5 mL/min
溫度：25 °C
檢測：UV, 275 nm
進(jìn)樣：2 μL
樣本：
1) 咖啡茵

2) 茶堿
3) 可可堿
4) 黃嘌呤
5) 次黃嘌呤

溫度的降低會(huì)提高茶堿與可可堿之間的解析度（分離度），因此，Z終方法（圖21）被認(rèn)為適合其用途。

圖21
Z終開發(fā)方法：

色譜柱：ACE 5 HILIC-N，150 x 4.6 mm
流動(dòng)相：A = 10mM甲酸銨（pH3.0）溶于MeCN/H2O中（96:4 v/v）中 B = 10mM甲酸銨（pH3.0）溶于MeCN/H2O（1:1 v/v）中
梯度：0-B在15分鐘內(nèi)，B持續(xù)5分鐘，下一次進(jìn)樣維持在起始條件20分鐘
流速：1.5 mL/min
溫度：15 °C
檢測：275 nm
進(jìn)樣：2 μL

實(shí)例2 – 肌酸和肌酐

肌酸（圖22）是使用甘氨酸和精氨酸合成的氨基酸。

它在為體內(nèi)細(xì)胞提供能量方面起著重要作用（在體內(nèi)主要用于為細(xì)胞供能），并形成（生成）副產(chǎn)品肌酐。測定血液中的肌酐，確定腎功能是否正常，其中肌酐水平的增加表示腎可能不會(huì)完全過濾廢物。（升高表明腎的過濾廢物的功能有所降低）

圖22
結(jié)構(gòu)和log P肌酸和肌酐數(shù)據(jù)

圖23
使用pH為3.0、4.7和6.0的甲酸銨對(duì)ACE HILIC范圍的等度篩選對(duì)比
樣本：
1) 肌酐
2) 肌酸

在三種pH值條件下，利用等度條件對(duì)三個(gè)HILIC固定相的兩種分析物進(jìn)行篩選。

結(jié)果表明：肌酐在三個(gè)ACE HILIC相中被適當(dāng)?shù)乇Ａ簦捎谶^度保留的原因，肌酸在合理的時(shí)間內(nèi)沒有洗脫。

根據(jù)圖17中的流程圖，過度保留窗口表示梯度（寬時(shí)間段表明梯度方法）可能更適宜。

圖24
ACE HILIC-A相下的Z終方法

ACE HILIC-A在pH3.0下選擇，進(jìn)行梯度分析。

標(biāo)準(zhǔn)梯度在10分鐘內(nèi)析出兩種目標(biāo)分析物，并且解析度很高（分離度很高）（數(shù)據(jù)未顯示）。因此，這使得梯度時(shí)間進(jìn)一步減少（這種情況下可以使梯度運(yùn)行時(shí)間進(jìn)一步減少），從而縮短了整體運(yùn)行時(shí)間。

Z終方法如圖24中所示。

色譜柱：150 x 4.6 mm, 5 μm
流動(dòng)相：
A：2 mM甲酸銨（pH3.0）溶于MeCN/H2O（90:10 v/v）中
B: 2 mM甲酸銨（pH3.0）溶于MeCN/H2O（50:50 v/v）中
梯度：5-55%B，在10分鐘內(nèi)
流速：1.5 mL/min
檢測：230 nm
進(jìn)樣：5 μL
樣本：
1) 肌酐
2) 肌酸

結(jié)論

HILIC是一種用于多用途的極性分析物色譜分析法（對(duì)于極性化合物來說是一種通用的色譜分析模式）。

這種方法比較復(fù)雜，但如果遵循簡單規(guī)則，則可實(shí)現(xiàn)可再現(xiàn)的HILIC方法（HILIC方法是可以重現(xiàn)性的）。

三個(gè)ACE HILIC相（固定相）設(shè)計(jì)用于HILIC方法開發(fā)期間研究選擇性，并盡可能快地提供實(shí)現(xiàn)所需分離的選項(xiàng)。

ACE HILIC方法驗(yàn)證協(xié)議（規(guī)程）已成功用于開發(fā)一系列的HILIC方法，應(yīng)為HILIC方法開發(fā)活動(dòng)提供一種結(jié)構(gòu)化的方法。