Applications of ordered porous materials in chromatography separation and analysis

doi:10.3724/SP.J.1123.2024.05032

Abstract

Abstract:

Chromatography， a highly efficient and selective separation technology， is broadly applicable and exhibits a range of developmental prospects. The stationary phase of a chromatography column is the most important component of chromatography； hence， the development of advanced stationary-phase materials that exhibit highly resolved separation performance is a continuing research hotspot in this field. In this regard， ordered porous materials （OPMs） are advantageous owing to their precisely controllable pore sizes， morphologies， and regularly arranged pore structures， which are capable of accurately sieving molecules of different sizes and shapes， and reducing disordered molecular diffusion in the flow path. Such materials overcome the limitation of separation accuracy of traditional chromatographic materials， and effectively solve the problems faced by scientific research and industry in the purification of raw materials and products. Over the past few decades， a variety of new OPMs have been developed and used as stationary-phase matrices in chromatography columns. These materials have efficiently and rapidly separated homologues， isomers， isotopes， and other substances with similar properties， and have delivered excellent chromatographic separation and analysis results. In this review， we first discuss the influence of ordered porous structures on column efficiency and resolution during chromatographic separation from a theoretical perspective， which provides a basis for the use of OPMs as stationary phases in chromatography. This review then summarizes research progress on several different OPM types for use in chromatographic separation and analysis applications， including metal organic frameworks （MOFs）， covalent organic frameworks （COFs）， porous organic cages （POCs）， mesoporous silica materials， block copolymer （BCP） assemblies， and high internal-phase emulsion polymers （PolyHIPEs）. The review concludes by discussing current challenges faced by chromatographic OPMs as well as directions for future development.

Key words: ordered porous materials （OPMs）, chromatography separation and analysis, framework materials, self-assembly, polymer, review

CLC Number:

O658

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Figures/Tables 2

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Materials	Pore type	Pore size distribution	Chemical compositions	Target molecules	Refs.
MOFs	micropore and mesopore	narrow	HIAM-410	hexane isomers	［14］
			HIAM-203	xylene isomers	［15］
			Zr-abtc， Al-bttotb， Co-fa	naphtha	［33］
			Mn（ina）₂	Xe/Kr	［39］
			Zn-ADC， Zn-BDC， Zn-NDC	PEG	［40，42］
			UiO-66/NH-methacrylate	proteins	［41］
COFs	micropore and mesopore	narrow	SP-CA-COF-IM， SP-CA-COF-AM	CO₂	［50］
			pyrdine@COF-1	H₂/D₂	［51］
			NKCOF-36， NKCOF-37	C₃H₄/C₃H₆	［52］
			TAPB-BTCA COF	alkylbenzenes， chlorobenzenes， phenols， parabens， vanillin， phenolic compounds， non-steroidal anti-inflammatory drugs	［53］
			DA-TD COF	terbutaline enantiomer	［54］
			GSH-MCD COF	chiral aromatic alcohols， aromatic acids， amides， amino acids， organic acids	［56］
			lysozyme⊂COF-1	biomolecules	［57］
POCs	micropore and mesopore	narrow	CPOC-301	C₂H₄/C₂H₆	［64］
			CC3 POC	H₂/D₂	［65］
			POC-1	racemic alcohols， diols， halohydrocarbons， epoxides， esters， lactones， ketones， ethers， organic acids	［66］
MPSMs	mesopore	broader	silica	amino acids	［79］
MPSMs	mesopore	broader	silica	proteins	［80］
BCP assemblies	mesopore and macropore	broader	Pluronic F127， Poly（GMA-co-EDMA）	polycyclic aromatic hydrocarbons， basic aromatic amines	［94］
BCP assemblies	mesopore and macropore	broader	Pluronic F127， ADG	glycoprotein	［96］
PolyHIPEs	macropore	broader	Poly（IDA-co-DVB）	alkylbenzenes	［109］
			Poly（Sty-co-DVB）	alkylbenzenes	［111］
			Poly（Sty-co-DVB）	proteins	［112］

Materials	Pore type	Pore size distribution	Chemical compositions	Target molecules	Refs.
MOFs	micropore and mesopore	narrow	HIAM-410	hexane isomers	［14］
			HIAM-203	xylene isomers	［15］
			Zr-abtc， Al-bttotb， Co-fa	naphtha	［33］
			Mn（ina）₂	Xe/Kr	［39］
			Zn-ADC， Zn-BDC， Zn-NDC	PEG	［40，42］
			UiO-66/NH-methacrylate	proteins	［41］
COFs	micropore and mesopore	narrow	SP-CA-COF-IM， SP-CA-COF-AM	CO₂	［50］
			pyrdine@COF-1	H₂/D₂	［51］
			NKCOF-36， NKCOF-37	C₃H₄/C₃H₆	［52］
			TAPB-BTCA COF	alkylbenzenes， chlorobenzenes， phenols， parabens， vanillin， phenolic compounds， non-steroidal anti-inflammatory drugs	［53］
			DA-TD COF	terbutaline enantiomer	［54］
			GSH-MCD COF	chiral aromatic alcohols， aromatic acids， amides， amino acids， organic acids	［56］
			lysozyme⊂COF-1	biomolecules	［57］
POCs	micropore and mesopore	narrow	CPOC-301	C₂H₄/C₂H₆	［64］
			CC3 POC	H₂/D₂	［65］
			POC-1	racemic alcohols， diols， halohydrocarbons， epoxides， esters， lactones， ketones， ethers， organic acids	［66］
MPSMs	mesopore	broader	silica	amino acids	［79］
MPSMs	mesopore	broader	silica	proteins	［80］
BCP assemblies	mesopore and macropore	broader	Pluronic F127， Poly（GMA-co-EDMA）	polycyclic aromatic hydrocarbons， basic aromatic amines	［94］
BCP assemblies	mesopore and macropore	broader	Pluronic F127， ADG	glycoprotein	［96］
PolyHIPEs	macropore	broader	Poly（IDA-co-DVB）	alkylbenzenes	［109］
			Poly（Sty-co-DVB）	alkylbenzenes	［111］
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