气相分析的多还是液相(色谱柱构造、分离机制及使用规则 EWG1990仪器学习网)

2018-11-22 作者：EWG1990仪器学习网

色谱是一种分离分析手段，分离是核心，因此担负分离作用的色谱柱是色谱系统的心脏。对色谱柱的要求是柱效高、选择性好，分析速度快等。市售的用于HPLC的各种微粒填料好多孔硅胶以及以硅胶为基质的键合相、氧化铝、有机聚合物微球(包括离子交换树脂)、多孔碳等，其粒度一般为 3，5，7，10UM等，柱效理论值可达5～16万/米。对于一般的分析只需5000塔板数的柱效;对于同系物分析，只要500即可;对于较难的分离物质对则可采用高达2万的柱子，因此一般10～30CM左右的柱长就能满足复杂混合物分析的需要。

柱效受柱内外因素影响，为使色谱柱达到最佳效率，除柱外死体积要小外，不要有合理的柱结构(尽可能减少填充床以外的死体积)及装填技术。即使最好的装填技术，在柱中心部位和沿管壁部位的填充情况总是不一样的，靠近管壁的部位比较疏松，易产生沟流，流速较快，影响冲洗剂的流形，使谱带加宽，这就*壁效应。这种管壁区大约是从管壁向内算起30倍料径的厚度。在一般的液相色谱系统中，柱外效应对柱效的影响远远大于管壁效应。

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一、色谱柱

1.柱的构造

色谱柱由柱管、压帽、卡套(密封环)、筛板(滤片)、接头、螺丝等组成。柱管多用不锈钢制成，压力不高于70KG/CM2 时，也可采用厚壁玻璃或石英管，管内壁要求有很高的光洁度。为提高柱效，减小管壁效京，不锈钢柱内壁多经过抛光。也有人在不锈钢柱内壁涂敷氟塑料以提高内壁的光洁度，其效果与抛光相同还有使用熔融硅或玻璃衬里的，用于细管柱。色谱柱两端的柱接头内装有筛板，是烧结不锈钢或钛合金，孔径 0.2-20um(5-10 um)，取决于填料粒度，目的是防止填料漏出。

色谱柱按用途分为分析型和制备型两类，尺寸规格也不同：

①常规分析柱（常量柱），内径2-5mm（常量4.6mm，国内又4mm和5mm），柱长10～30CM

②窄径柱（NARROWBORE，又称细管径柱、半微柱SEMI-MICROCOLUMN），内径1～2MM，柱长10～20CM

③ 毛细管柱（又称微柱MICROCOLUMN），内径0.2～0.5MM

④半制备柱，内径>5MM

⑤实验室制备柱，内径20～40MM，柱长 10～30CM

⑥生产制备柱内径可达几十厘米。柱内径一般是根据柱长、填料粒径和折合流速来确定，目的是为了避免管壁效应。

2.柱的发展方向

因强调分析速度而发展出短柱，柱长3～10CM，填料粒径2～3UM。为提高分析灵敏度，与质谱（MS）联接，而发展出窄径柱、毛细管柱和内径小于0.2MM的微径柱（MICROBORE）。细管径柱的优点是：

①节省流动相

②灵敏度增加

③样品量少

④能使用长柱达到高分离度

⑤容易控制柱温

⑥易于实现LC-MS联用

但由于柱体积越来越小，柱外效应的影响就更加显著，需要更小池体积的检测器（甚至采用柱上检测），更小死体积的柱接头和连接部件。配套使用的设备应具备如下性能：输液泵能精密输出1～100UL/MIHN的低流量，进样阀能准确、重复地进样微小体积的样品。且因上样量小，要求高灵敏度检测器，电化学检测帮质谱仪在这方面具有突出优点。

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3.柱的填充和性能评价

色谱柱的性能除了与固定相性能有关外，还与填充技术有关。在正常条件下，填料粒度>20um 时，干法填充制备柱较为合适；颗粒<20um时，湿法填充较为理想。填充方法一般有四种：

①高压匀浆法，多有用于分析柱和小规模制备柱的填充

②径向加压法，Waters 专利

③轴向加压法，主要用于装填大直径柱

④干法。柱填充的技术性强，大多数实验室使用己填充好的商品柱。

必须指出，高效液相色谱柱的获得，装填技术是重要环节，但根本问题还在于填料本身性能的优劣，以及配套的色谱仪系统的结构是否合理。.

无论是自己装填的还是买的色谱柱，使用前都应对其性能进行考察，使用期间或放置一段时间后也要生意重新检查。柱性能指标包括在一定实验条件下 （样品，流动相，流速，温度）下的柱压，理论塔板高度和塔板数,对称因子,容量因子和选择性因子和选择性因子的重复性，或分离度。一般说来容量因子和选择性因子的重复性在或以骨。进行柱效比较时，不要注意柱外效应是不有变化。

一份合格的色谱柱评价报告应给出柱的基本参数，如柱长，内径，填料的种类，粒度，色谱柱的柱效，不对称度和柱压降等。

4.柱的使用和维护注意事项

色谱柱的正确使用和维护十分重要，稍有不慎就会降低柱效，缩短使用寿命甚至损坏.在色谱操作过程中,需要注意下列问题,以维护色谱柱。

①避免压力和温度的急剧变化及任何机械震动。温度的突然变化或者使色谱柱从高处掉下都会影响柱内的填充状况；柱压突然升高或降低也会冲动柱内填料，因此在调节流速时应该缓慢进行，在阀进样时讹的转动不能过缓(如前所述)。

②应逐渐改变溶剂的组成，特别是反相色谱中，不应直接从有机溶剂改变为全部是水，反之亦然。

③一般说来色谱柱不能反冲，只有生产者指明该柱可以反冲时，才可以反冲除去柱关的杂质.否则反冲会迅速降低柱效。

④选择使用适宜的流动相(尤其是PH)，以避免固定相被破坏.有时可以在进样器前面连接一预柱，分析柱是键合硅胶，预柱为硅胶，可使流动相在进入分析柱之前预先被硅胶"饱和"，避免分析柱中的硅胶基质被溶解。

⑤避免将基质复杂的样品尤其是生物样品直接注入柱骨需要对样品进行预处理或者在进样器和色谱柱之间连接一保护柱。保护柱一般是填有固定相的短柱.保护柱可以而且应该经常更换。

⑥经常用强溶剂冲洗色谱柱，清除保留在柱内的杂质，在进行清洗时，对流路系统中流动相的置换应以相混溶的溶剂逐渐过渡，每种流动相的体积应是柱体积的20倍左右，即常规分析需要50-75ml。

和气相色谱一样，液相色谱分离系统也由两相——固定相和流动相组成。液相色谱的固定相可以是吸附剂、化学键合固定相（或在惰性载体表面涂上一层液膜）、离子交换树脂或多孔性凝胶；流动相是各种溶剂。被分离混合物由流动相液体推动进入色谱柱。根据各组分在固定相及流动相中的吸附能力、分配系数、离子交换作用或分子尺寸大小的差异进行分离。色谱分离的实质是样品分子（以下称溶质）与溶剂（即流动相或洗脱液）以及固定相分子间的作用，作用力的大小，决定色谱过程的保留行为。

二、根据分离机制不同，液相色谱可分

液固吸附色谱、液液分配色谱、化合键合色谱、离子交换色谱以及分子排阻色谱等类型。

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三、液相色谱与气相色谱的比较

液相色谱所用基本概念：保留值、塔板数、塔板高度、分离度、选择性等与气相色谱一致。液相色谱所用基本理论：塔板理论与速率方程也与气相色谱基本一致。但由于在液相色谱中以液体代替气相色谱中的气体作为流动相，而液体和气体的性质不相同；此外，液相色谱所用的仪器设备和操作条件也与气相色谱不同，所以，液相色谱与气相色谱有一定差别，主要有以下几方面：

（1）应用范围不同

气相色谱仅能分析在操作温度下能气化而不分解的物质。对高沸点化合物、非挥发性物质、热不稳定化合物、离子型化合物及高聚物的分离、分析较为困难。致使其应用受到一定程度的限制，据统计只有大约20%的有机物能用气相色谱分析；而液相色谱则不受样品挥发度和热稳定性的限制，它非常适合分子量较大、难气化、不易挥发或对热敏感的物质、离子型化合物及高聚物的分离分析，大约占有机物的70 ~ 80%。

（2）液相色谱能完成难度较高的分离工作因为：

①气相色谱的流动相载气是色谱惰性的，不参与分配平衡过程，与样品分子无亲和作用，样品分子只与固定相相互作用。而在液相色谱中流动相液体也与固定相争夺样品分子，为提高选择性增加了一个因素。也可选用不同比例的两种或两种以上的液体作流动相，增大分离的选择性。

②液相色谱固定相类型多，如离子交换色谱和排阻色谱。等，作为分析时选择余地大；而气相色谱并不可能的。

③ 液相色谱通常在室温下操作，较低的温度，一般有利于色谱分离条件的选择。

（3）由于液体的扩散性比气体的小105倍，因此，溶质在液相中的传质速率慢，柱外效应就显得特别重要；而在气相色谱中，柱外区域扩张可以忽略不计。

（4）液相色谱中制备样品简单，回收样品也比较容易，而且回收是定量的，适合于大量制备。

但液相色谱尚缺乏通用的检测器，仪器比较复杂，价格昂贵。在实际应用中，这两种色谱技术是互相补充的。综上所述，高效液相色谱法具有高柱效、高选择性、分析速度快、灵敏度高、重复性好、应用范围广等优点。该法已成为现代分析技术的重要手段之一，目前在化学、化工、医药、生化、环保、农业等科学领域获得广泛的应用。

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