HPLC色谱分离柱主要技术指标及有关问题的探讨

2023-03-25

色谱分离柱是高效液相色谱(HPLC)分离过程中的核心,必须引起HPLC色谱工作者的高度重视。目前国内外已经有不少厂商正在专门研发、生产各种不同类型的HPLC色谱柱。有些HPLC仪器的生产厂商,也在研发、生产HPLC色谱柱,与自己生产的高压恒流泵、检测器组成HPLC系统销售。

  由于HPLC具有高速度、高分离效率、高灵敏度等优点,所以其仪器和应用发展很快[1]、[2]。HPLC是一个包括高压泵、色谱柱、检测器的完整系统[1],对HPLC分离柱(包括填料)的研发、制造和使用,都有很高的要求、很大的难度。本文根据仪器学理论、分析检测实践的要求,和作者长期研发HPLC仪器、使用HPLC仪器和色谱柱的经验和教训,重点讨论HPLC分离柱及其有关问题,供有关科技工作者参考。

  2、色谱柱的主要技术指标

  2.1 几何尺寸:

  HPLC色谱分离柱的核心是填料和几何尺寸,它们都直接影响柱效;例如柱的几何尺寸,直接影响柱效。对使用者来说几何尺寸也非常重要。它包括:柱长、柱子内径、填料颗粒大小(直径)、柱填充密度和均匀性等等。几何尺寸种类繁多,数值各异,因篇幅所限,此不赘述。

  2.2 主要性能指标[3]:

  2.2.1 理论塔板数(柱效)

  理论塔板数(柱效)是衡量色谱柱分离效率高低的指标,使用者希望HPLC的色谱柱分离效率高者好,所以,理论塔板数高者为好。

  2.2.2 分离度

  分离度是HPLC色谱柱一个非常重要的技术指标。也是一个容易被生产者、研发者、使用者忽视的指标。分离度通常被定义为:相邻组分色谱峰保留值(时间)之差△t与色谱峰平均峰底(w1+w2)/2之比。常用R表示。

  分离度的图解如下所述:图中tR1、tR2为保留时间;w1、w1为峰底宽。

  分离度R等于1时,两个色谱峰得到基本分离;R等于1.5时,两峰得到完全(基线)分离。在定量分析中,要对色谱峰进行积分时,zui少要达到R为1,如果达到R>1.5,就可以保证积分中基本没有误差。

  2.2.3 分离度的数学表达方程式[3]

  分离度方程式描述了分离度与选择因子、柱效和容量因子之间的关系;它是评价一张色谱图以及如何解决、开发和优化分离方法的依据。所以,分离度是一个非常重要的性能技术指标。

  2.2.4 速率理论[3]

  1956年,Van Deemter提出,样品峰在色谱柱内的展宽原因如如下所述:

  式中:

  A 项 涡流扩散/粒子间通道. 取决于颗粒大小;

  B 项 分子的轴向扩散. 反比于流速;

  C 项 传质阻力. 正比于流速和颗粒度的平方。

  3、HPLC色谱柱的市场分布及核壳柱的问世

  3.1 HPLC液相色谱柱的市场分布情况[3]

  由图可知,HPLC色谱柱在制药、学术、生物等领域使用zui广泛。

  3.2 几款值得大家重视的、具有代表性的色谱柱

  有关HPLC色谱分离柱的发展非常快,开展HPLC色谱分离柱研发的单位也很多,本文只是简单介绍我国的几种具有领先水平的色谱柱,供大家参考。因篇幅所限,本文不能一一列举,希望大家谅解。

  1)苏州纳微公司的UniSilTM5-120 C18,4.6 × 250mm柱

  由于纳微科技色谱填料具有完美的球形和高度的粒径均一性,所以,具有装柱容易、反压低、柱效高、柱床稳定、分辨率高、流速均匀、柱通透性好等优点。下图说明纳微UniSilTM 5-120 C18色谱柱的分离效果好。

  色谱条件:色谱柱: UniSilTM5-120 C18,4.6 × 250mm;流动相: 乙腈 /水=60/40;流速: 1.0 ml/min;柱温: 30℃;检测波长: UV@254nm。样品: 1. 尿嘧啶 2. 吡啶 3. 苯酚 4. 苯甲酸甲酯 5. N,N-二甲基苯胺 6. 甲苯 7. 乙基苯 8. p-二甲苯

  2)月旭科技的Boltimate®核壳色谱柱

  它的硅胶颗粒粒径是2.7μm,它是由1.7μm直径的实心核与0.5μm厚的多孔层所构成的。这种核壳型的硅胶颗粒提供了较短的传质路径,减少了轴向扩散,而实心核硅胶提供坚固的支撑结构,可以承受高压,具有与1.8 μm 填料相似的分离效率,且柱反压只有sub-2μm色谱柱的50%和明显的抗污染性能。由于实心核的存在,以及薄的多孔层,使得样品分子的扩散距离减小,即可以使用更高的流动相流速,极大的提高了分析速度。目前月旭已经有Boltimate®C18、Boltimate®LP -C18、Boltimate®EXT C18、Boltimate® Phenyl-Hexyl、Boltimate®EXT PFP等多款核壳型色谱柱。在色素、氨基酸的分析检测中使用效果很好:

色素的分离 (色谱柱:Boltimate®C18,2.7μm,4.6×50mm)

18种氨基酸的测定(色谱柱:Boltimate®C18,2.7μm,4.6×100mm)


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