液相色谱仪由高压液体泵分离系统、检测器及液相色谱柱(含柱温控制系统)等三部分组成。其中液相色谱柱的正确使用,是液相色谱工作的关键,也是采用液相色谱方法获得准确实验数据的必由之路。
一套无论多么完美的液相色谱仪,如果得不到优质的色谱柱支持,也只能成为一台液体输送泵而已,毫无价值可言。反之,一根无论多么好的色谱柱,如果得不到完美的液相色谱仪的控制,其作用与价值也会大打折扣。所以,液相色谱仪的性能决定了液相色谱的技术控制性能和数据采集与处理性能;液相色谱柱的性能直接关系到分离分析的准确性与适用性,必须达到很高的性能才能为科学实验提供强有力的数据支持。二者必然相互影响相互促进。
液相色谱柱的结构及主要功能:
液相色谱柱由柱管、压帽、卡套(密封环)、筛板(滤片)、接头、螺丝(封头)与柱填料等组成。
柱管:多用不锈钢制成,若果使用时柱压不高于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。用于柱填料的装填。
压帽:即色谱柱两端套合于柱管端外壁的塑性圆柱帽,中部有小孔,多为聚四氟乙烯制成,用于固定筛板。
密封环:位于接头螺旋环内壁的弹性环,多为聚四氟乙烯制成,用于色谱柱两端压帽与柱外壁的密封。
筛板:位于色谱柱两端紧贴柱管端的筛网状薄片,由烧结不锈钢或钛合金制成,孔径取决于填料粒度,一般为0.2~20&um(5~10&um)。用于防止填料从柱管内漏出。
接头:柱两端连接流动相与柱管的中空环套,由不锈钢制成。用于柱管路联通与柱端高压固定。
封头:柱两端的密封螺丝,用于保存色谱柱时封头。
柱填料:装填于柱管内的固定相担体,其直接决定了色谱柱的类型与用途,是色谱柱的核心。多为无定形或球形硅胶基质,也有环糊精、活性炭、聚苯乙烯-二乙烯基苯、聚甲基丙酸酯、氧化铝等基质。用于色谱分离。
色谱柱是运用于色谱仪系统中起着分离作用的仪器,是色谱仪分析系统的核心部件,色谱柱柱效的高低影响着检测速率的快慢以及检测结果的准确性。因此,为了提高色谱柱的柱效,保证液相色谱仪分析检测的灵敏性,了解液相色谱柱的选购技巧尤为重要。
选择液相色谱柱时需要考虑的主要因素包括:键合相、粒径、孔径、碳载量,下面来一一介绍:
1、键合相:
确定了正反相后基本就简单了,正相很简单,我们重点讨论下反相,C18主要分离非极性和弱极性物质,因为是键合硅胶,所以C18也分好几种有常规的如C18-A,耐纯水的OLAppleC18-AQ、耐酸碱的OLAppleC18-EX等,如果发现C18保留很弱,调整流动相也不行,这个时候可以考虑C8甚至C4等。
2、粒径:
色谱法追求的是高效、高分辨、高速等。目前来说亚2um填料或者2UM核壳填料是很理想的模型,基本具备“三高”特征尤其是高速,线速度不在影响分离度,不过附带的缺点就是高压,要升级相应的硬件,成本高昂,需要谨慎考虑。5um填料较为普遍,目前来说完全可以胜任各种日常检测,即使有特殊要求,3um色谱填料基本上也能全覆盖,不过该模型下线速度和分离度是成反比的。
3、孔径:
目前很多60~300A都有,甚至更高或者更低的。开孔的填料多了个类似分子筛功能,所以选择孔径一定要关注分子量,蛋白(分子量5000以上)一般都需要在160A以上,多肽(分子量上限在3000左右)在120A左右,一般快速柱孔径都很小,可以缩短样品路径。所以国际上还有无孔硅胶柱子,也很适合蛋白分离,彻底解决蛋白分子量大和太粘稠堵住孔径问题。
4、碳载量:
快速柱碳载量很低,如A家等,省时间,省溶剂,但分析部分复杂样品如中药等有点力不从心,这个时候可以考虑英国OLApple色谱柱,碳载量15~23%,碳载量数值就像河床的水草,越高代表越密集,保留样品能力越强,越有可能分离开难分离物质。
在日常分析工作中,色谱柱的正确使用和维护十分重要,色谱柱使用是否得当,直接影响色谱柱的寿命,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、柱子在装卸、更换时,动作要轻,接头拧紧要适度。必须防止较强的机械振动,以免柱床产生空隙。
2、如果仪器用来做常规分析,样品种类不多,但分析次数比较多,则不妨为每一类常规分析配置一根专用柱,这样有助于延长柱子的寿命。
3、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;柱压的突然升高或降低也会对柱内填料产生冲击力,因此在调节流速时应该缓慢进行,手动进样时,进样阀的转动不能过缓。
4、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。
5、使用柱温箱时,应注意在流动相进入色谱柱后才能开启柱温箱升温。
6、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,才可以反冲除去留在柱头的杂质。否则反冲会迅速降低柱效。
7、选择使用适宜的流动相,以避免固定相被破坏。有时可以在进样器前面连接一个预柱,分析柱是键合硅胶时,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。
8、避免将基质复杂的样品尤其是生物样品直接注人柱内,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个保护柱。保护柱一般是填有相似固定相的短柱。保护柱可以而且应该经常更换。
9、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。
10、保存色谱柱时应将柱内充满色谱级的乙腈或甲醇,柱接头要拧紧,防止溶剂挥发干燥。绝对禁止将缓冲溶液留在柱内静置一个晚上或更长时间。
11、色谱柱使用过程中,如果压力升高,一种可能是烧结滤片被堵塞,这时应更换滤片或将其取出进行清洗;另一种可能是大分子进人柱内,使柱头被污染;如果柱效降低或色谱峰变形,则可能柱头出现塌陷,死体积增大。
12、在完成分离分析工作之后,不应立即停机,需及时对色谱分析系统进行冲洗,一般30分钟以上,以除去色谱柱内的杂质。
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