色谱 ›› 2026, Vol. 44 ›› Issue (11): 1265-1283.DOI: 10.3724/SP.J.1123.2026.01036
收稿日期:2026-02-03
出版日期:2026-11-08
发布日期:2026-11-03
通讯作者:
* E-mail:mingxu@njnu.edu.cn(徐铭).E-mail:guzhiyuan@njnu.edu.cn(古志远).
基金资助:
ZHANG Xuhan, XU Ming*(
), GU Zhiyuan*(
)
Received:2026-02-03
Online:2026-11-08
Published:2026-11-03
Supported by:摘要:
二甲苯异构体及乙基苯由于分子组成相同、理化性质高度相似,其高效分离与痕量杂质检测长期以来是色谱分离领域的经典难题。金属有机骨架材料(MOFs)凭借高度有序且可精确调控的孔道结构、丰富可设计的孔内化学环境以及多样化的主客体相互作用机制,为解决C8芳香族异构体分离提供了新的材料体系与解决方案。MOFs的孔径尺寸、形状各向异性及孔壁官能团可在分子尺度上进行精准调控等优点,使其在分子筛分效应、π-π相互作用、范德华力及扩散动力学调控等方面展现出独特优势。本文系统综述了MOFs作为气相色谱固定相在C8芳香族异构体分离中的研究进展。首先,总结了C8芳香族异构体分离的基本理论基础,重点阐述了分子筛分、孔内相互作用及扩散动力学等机制在分离过程中的作用。鉴于MOF分离过程通常涉及多种机制的协同作用,本文重点选取并讨论了各类分离机理下具有代表性的典型研究案例。随后,从不同金属节点构筑的代表性MOF材料出发,系统分析了各种MOF色谱柱的分离结果。在此基础上,进一步综述了色谱柱内壁表面修饰方法及MOF色谱柱的构筑策略,讨论其对固定相分离效果的影响。最后,总结了近年来MOF固定相分离C8芳香族异构体的应用和发展趋势,并对其未来发展方向进行了展望。本文旨在为高性能MOF固定相的理性设计及其在复杂芳烃体系分离中的实际应用提供参考与启示。
中图分类号:
张旭涵, 徐铭, 古志远. 基于金属有机骨架固定相的C8芳香族异构体气相色谱分离研究进展[J]. 色谱, 2026, 44(11): 1265-1283.
ZHANG Xuhan, XU Ming, GU Zhiyuan. Recent advances in gas chromatographic separation of C8 aromatic isomers using metal-organic framework stationary phases[J]. Chinese Journal of Chromatography, 2026, 44(11): 1265-1283.
图2 (a)分子筛分效应示意图和(b)孔内相互作用示意图;(c)使用MOF-801作为色谱固定相分离3种二甲苯异构体示意图[22];(d)mX在铝基金属有机骨架中的吸附能[25]
Fig. 2 Schematic images of (a) molecular sieving and (b) interactions within the pores; (c) separation of three xylene isomers using MOF-801 as the chromatographic stationary phase[22]; (d) adsorption energy (ΔE) of mX in Al-MOFs[25]
| Xylene isomer | Kinetic diameter/nm | Boiling point/℃ |
|---|---|---|
| p-Xylene | 0.58 | 138.4 |
| m-Xylene | 0.68 | 139.2 |
| o-Xylene | 0.68 | 144.4 |
| Ethylbenzene | 0.58 | 136.2 |
表1 4种C8芳香族异构体的动力学直径及沸点
Table 1 Kinetic diameters and boiling points of the four C8 aromatic isomers
| Xylene isomer | Kinetic diameter/nm | Boiling point/℃ |
|---|---|---|
| p-Xylene | 0.58 | 138.4 |
| m-Xylene | 0.68 | 139.2 |
| o-Xylene | 0.68 | 144.4 |
| Ethylbenzene | 0.58 | 136.2 |
图4 (a)UiO-67-3D与UiO-67-2D的结构对比图和(b)分析物在UiO-67-3D与UiO-67-2D中的传质速率示意图[28]
Fig. 4 (a) Comparison diagram of the structures of UiO-67-3D and UiO-67-2D and (b) diagrams of mass transfer rates of analytes in UiO-67-3D and UiO-67-2D[28]
图6 (a)UiO-66结构示意图和(b)通过极性醇类客体分子调控二维Zr-BTB纳米片堆叠方式的示意图[49];(c)UiO-66、(d)PCN-608-OMe、PCN-608-OEt及PCN-608-OPr系列和(e)二维Zr-BTB纳米色谱柱的气相色谱图[42,44,49]
Fig. 6 (a) Schematic illustration of UiO-66 and (b) schematic diagram of modulating the stacking modes of 2D Zr-BTB nanosheets through polar alcohol guest molecules[49]; separation chromatograms of C8 aromatic isomers with (c) UiO-66,(d) PCN-608-OMe,PCN-608-OEt,PCN-608-OPr and (e) 2D Zr-BTB[42,44,49]
图7 (a)MIL-125中八面体笼(1.2 nm)与四面体笼(0.6 nm)的结构示意图;(b)MIL-125与MIL-125-NH2涂覆的毛细管柱的分离度对比图;(c)MIL-125与MIL-125-NH2涂覆的毛细管柱的C8芳香族异构体分离图;(d)不同固定相对pX/mX、pX/oX的分离度对比图[26]
Fig. 7 (a) Representation of octahedral cage (1.2 nm) and tetrahedral cage (0.6 nm) in MIL-125; (b) comparison diagram of separation resolution for capillary columns coated with MIL-125 and MIL-125-NH2; (c) separation chromatograms of C8 aromatic isomers on MIL-125 and MIL-125-NH2 coated columns; (d) comparison of separation resolution of pX/mX and pX/oX on different stationary phases[26]
图8 (a)Al-TCPB和(b)Al-TCPB-Me2的结构示意图;(c)二甲苯异构体气相色谱分离图和(d)含异构体杂质的对二甲苯气相色谱分离图[24]
Fig. 8 Schematic illustration of isostructural (a) Al-TCPB and (b) Al-TCPB-Me2; (c) GC separation chromatograms of xylene isomers; (d) gas chromatograms of pX with isomer impurities[24]
图9 (a)Cu2TBAPy的合成示意图;(b)Cu2TBAPy色谱柱与商用HP-5MS色谱柱的C8芳香族异构体气相色谱分离图;(c)Cu2TBAPy的 AB 型堆叠组装;(d)常温条件下存放21个月和31个月的15 m Cu2TBAPy色谱柱对C8芳香族异构体的色谱分离图[19]
Fig. 9 (a) Synthesis of Cu2TBAPy nanosheets; (b) gas chromatograms of C8 aromatic isomers separated by Cu2TBAPy and commercial HP-5MS columns; (c) the AB stacking of Cu2TBAPy nanosheets; (d) chromatographic separation of C8 aromatic isomers on the 15 m Cu2TBAPy column with storage for 21 months and 31 months under ambient humidity and temperature[19]
图10 (a)MOF-5的结构示意图和(b)MOF-5色谱柱对C8芳香族异构体的气相色谱分离图[55];(c)MCF-50结构示意图和(d)MCF-50色谱柱对二甲苯异构体的气相色谱分离图[46]
Fig. 10 (a) Schematic illustration of MOF-5 and (b) GC separation chromatograms of C8 aromatic isomers on the MOF-5 column[55]; (c) schematic illustration of MCF-50 and (d) GC separation chromatogram of xylene isomers on the MCF-50 column[46]
图11 (a)MIL-142的结构示意图和(b)超八面体沿不同方向的结构示意图;(c)MIL-142-BTB-BDC、(d)MIL-142-TATB-BDC和(e)MIL-142-BTB-BDC-NH2色谱柱对二甲苯异构体的气相色谱分离图[45]
Fig. 11 (a) Schematic illustration of MIL-142 and (b) the structure of super-octahedra in MIL-142 along different directions; GC separation chromatograms of xylene isomers on the (c) MIL-142-BTB-BDC,(d) MIL-142-TATB-BDC and (e) MIL-142-BTB-BDC-NH2 columns[45]
| Material | Rs (mX/oX) | Rs (mX/pX) | Rs (oX/pX) | Ref. |
|---|---|---|---|---|
| PCN-608-N | 1.16 | 0 | 1.16 | [ |
| NU-1000-N | 0.34 | 0.44 | 1.05 | [ |
| Cu2TBAPy | 5.18 | 18.2 | 8.44 | [ |
| MIL-125-NH2 | 1.44 | 13.10 | 9.85 | [ |
| MIL-142-BTB-BDC | 3.03 | 2.78 | 5.75 | [ |
| MIL-160 | 4.55 | 16.28 | 19.00 | [ |
| CAU-10-H | 0.87 | 12.26 | 10.55 | [ |
| NU-901 | 1.07 | 1.15 | 1.08 | [ |
| MCF-50 | 1.9 | 1.65 | 3.25 | [ |
| MOSS | 1.12 | 1.06 | 1.06 | [ |
| Zr-BTB | / | 3.27 | 1.67 | [ |
| Al-TCPB-Me2 | 7.4 | 24.9 | 31.1 | [ |
| Al-L-OMe | 7.35 | 6.38 | 13.74 | [ |
| CTMOF-2 | / | 1.29 | 5.96 | [ |
| HP-5MS | / | 0.15 | 4.84 | [ |
| VF-WAXMS | / | 0.47 | 1.3 | [ |
表2 二甲苯异构体在不同色谱固定相中的分离度
Table 2 Separation resolutions of xylene isomers on different chromatographic stationary phases
| Material | Rs (mX/oX) | Rs (mX/pX) | Rs (oX/pX) | Ref. |
|---|---|---|---|---|
| PCN-608-N | 1.16 | 0 | 1.16 | [ |
| NU-1000-N | 0.34 | 0.44 | 1.05 | [ |
| Cu2TBAPy | 5.18 | 18.2 | 8.44 | [ |
| MIL-125-NH2 | 1.44 | 13.10 | 9.85 | [ |
| MIL-142-BTB-BDC | 3.03 | 2.78 | 5.75 | [ |
| MIL-160 | 4.55 | 16.28 | 19.00 | [ |
| CAU-10-H | 0.87 | 12.26 | 10.55 | [ |
| NU-901 | 1.07 | 1.15 | 1.08 | [ |
| MCF-50 | 1.9 | 1.65 | 3.25 | [ |
| MOSS | 1.12 | 1.06 | 1.06 | [ |
| Zr-BTB | / | 3.27 | 1.67 | [ |
| Al-TCPB-Me2 | 7.4 | 24.9 | 31.1 | [ |
| Al-L-OMe | 7.35 | 6.38 | 13.74 | [ |
| CTMOF-2 | / | 1.29 | 5.96 | [ |
| HP-5MS | / | 0.15 | 4.84 | [ |
| VF-WAXMS | / | 0.47 | 1.3 | [ |
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