2023-05-23
大家剛開始接觸液相的時(shí)候,不知道有沒有人和我一樣在想一個(gè)問題:為啥色譜柱的內(nèi)徑都是一些很零碎的數(shù)字,比如:4.6mm、2.1mm,從來沒有見到過5mm、10mm這種看上去讓人賞心悅目的整數(shù)。
大家會(huì)發(fā)現(xiàn),市面上大部分的色譜柱都是這些奇怪的內(nèi)徑規(guī)格,那...到底是為什么呢?
在學(xué)習(xí)液相色譜的基礎(chǔ)理論時(shí),我們總會(huì)聽到一個(gè)如雷貫耳的名字,叫做“范第姆特曲線”,這個(gè)曲線成為了液相色譜分離當(dāng)中最經(jīng)典的理論之一。
下圖中的范第姆特公式:
第一項(xiàng)為:渦流擴(kuò)散項(xiàng),
第二項(xiàng)為:分子擴(kuò)散項(xiàng),
第三項(xiàng)為:傳質(zhì)阻力項(xiàng)。
上圖為線速度與柱效的范第姆特關(guān)系圖
圖中的橫坐標(biāo)表示線速度,
縱坐標(biāo)表示理論塔板高度。
柱效隨著流速提升而升高,到達(dá)一個(gè)最大值以后,又開始隨流速增大而降低,這個(gè)讓色譜柱達(dá)到最大柱效的流速值,被叫做最佳流速。在最佳流速附近保證實(shí)際柱效與最佳柱效差異很小的一個(gè)區(qū)域內(nèi)的流速,被叫做最佳流速范圍。
線速度指的是色譜峰譜帶移動(dòng)的速度,通常用cm/min作為單位;而流速指的是色譜儀輸液的體積流速,通常用mL/min作為單位。
線速度和流速換算關(guān)系為體積流量=(線性速度/60)×(π×d2/4),其中d為色譜柱的內(nèi)徑(cm)。對(duì)于粒徑5μm的色譜柱,最佳線速度為1mm/s(6cm/min),相當(dāng)于4.6mm內(nèi)徑色譜柱的柱流速為1mL/min。這就是通常4.6mm內(nèi)徑柱的推薦最佳流速為1mL/min的原因。3.0mm對(duì)應(yīng)0.4mL/min,2.1mm對(duì)應(yīng)0.2mL/min,1.0mm對(duì)應(yīng)0.05mL/min。為了使用液相時(shí)輸入流速為整數(shù)的便利,所以目前市場上色譜柱的內(nèi)徑均不是整數(shù)。
從范第姆特公式中可以知道色譜填充材料的顆粒直徑越小,柱效越高(板高越?。恳环N顆粒對(duì)應(yīng)一個(gè)最佳線速,在此線速下獲得最高的柱效。
從上圖中我們可以看出顆粒直徑低于2μm以下,最佳柱效下所允許的最佳限速范圍得到很大的擴(kuò)展。這意味著使用更快的流速而不會(huì)損失柱效。當(dāng)使用1.7μm粒徑的色譜柱(UPLC柱)時(shí),使用的柱長可以比常規(guī)的HPLC柱縮短至三分之一,還能達(dá)到相同的柱效。與HPLC相比,在相同的柱效和分離度下,可以縮短分離時(shí)間;與HPLC具有相同的分離時(shí)間時(shí),柱效和分離度大大提高。