一般地说,根据样品的性质决定采用何种液相色谱方法,然后再选择不同类型的柱。即不同类型的柱则代表了不同的色谱方法。
不同种类色谱柱的差异在于柱结构、柱填料和柱尺寸的不同。
色谱柱有不同的尺寸(长度和内径),分制备型、常规分析型和微型。不同类型柱的硬件也不同,(包括接头、柱管等方面),还有径向加压柱和夹套加热柱等。
不同液相色谱法的尺寸根据需要可以选取,普通分析3~30cm长,内径4~8mm。常用20cm长、4.6mm内径的柱。制备型柱内径一般为8mm、25cm长。微型柱内径l~3mm,长10~20cm。不同的填料分析的效果可能不同,这是因为生产过程不同所致。同一厂商生产的同种填料因批号不同也会有差异,这种差异可能从基质就开始(表面积、杂质、特殊处理),还有键合的化学物质(一氯或三氯硅烷反应剂),不同厂家生产的填料还会因专利技术(预处理、键合过程、填装技术)等不同而呈现较大差异。由于种种差异、仅能假设同一批号的柱有基本相同的性质。
多数柱填料基质采用多孔硅胶微粒,通常有球形和无定形两种,具有不同的粒度、孔径和表面积。多孔聚合物微粒也适用于反相色谱。聚合物柱的流动相范围广,流动相pH值可在1至13之间。而硅胶基质pH仅能在2.5和7之间。显然,聚合物柱要好一些,但目前仍是以硅胶基质的柱为主。原则上,聚合物柱可以克服硅胶基质柱的某些不足,但需要大量的实验来证实,要进一步考查聚合物基质填料的全面优越性。
在实际工作中,选择性能良好的色谱柱可得到好的结果,首先要注意柱径、长度、填料种类和填料粒度。
评价色谱柱的好坏不仅只是N数,还应考虑组分在柱上的保留、键合相表面的物性、柱压降以及峰不对称因子As等。每一根新色谱柱都应标出详细参数,主要内容包括公司名称、柱名称(商标)、柱填料、尺寸。附一张标准参考色谱图,并标出色谱条件、样品名称、流动相组成、流速、柱温、进样体积、检测器、峰的保留时间及峰名称等。评价一根色谱柱的主要指标是:①塔板数N值;②峰不对称因子As;③柱压降;④键合相浓度。
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当色谱柱使用一段时间以后,柱内由于各种原因,滞留了一些高沸点组分或氧化物等,除柱效有所下降外,还可能出现基线波动或“鬼峰”。为了去除污染物,使柱效和基线恢复到原来的状态,称为色谱柱的再生。色谱柱的再生和柱老化有一定区别和不同,它是柱在使用一段时间柱性能下降,经处理后尽量恢复到原来性能的过程。 A、色谱柱在以下几种情况必须再生处理 a.使一段时间,柱效明显下降; b.柱被污染,特别是在程序升温时,基线漂移和噪声超过容忍程度或出现“鬼峰”; c.柱头塌陷,柱床短路或断位(在玻璃柱中容易发现),而出现尖峰或双重峰; d.峰形展宽,保留时间明显变化; e.待分离组分和固定相表面非特异性相互作用,引起保留时间较短的峰拖尾或出现双峰; B、毛细管柱再生的几种方法 a.用载气将色谱柱污染物冲洗出来; b.将柱头截去100mm 或更长一些; c.若使用交联的色谱柱,可在仪器上反复注射溶剂进行冲洗。常用的溶剂依次为丙酮、甲苯、乙醇、氯仿和二氯甲烷,每次可进样5~10μL; d.交联柱在仪器上冲洗无效时,可把柱拆下来用二氯甲烷或氯仿冲洗,溶剂用量视柱的污染程度而定,一般20mL 左右。 C、色谱柱再生前应注意的问题 当分析出现问题时,不能只考虑是柱问题,而马上进行再生。除上述情况外,还应考虑样品处理、进样技术、操作有无失误、数据处理参数有无改变等可能带来的问题。 a.衬管、预柱和检测器被污染也会引起基线不稳定、出现“鬼峰”或裂解峰; b.新的注射垫也会引起基线漂移和出现“鬼峰”; c.衬管密封欠佳、柱安装死体积或检测器固有特性也会引起较早出现峰的拖尾; d.分析系统发生变化(如漏气严重)也可能使保留时间突变; e.峰变宽,除柱效下降外也可能由柱外效应引起; f.进样量太大也会引起峰变宽、拖尾或保留时间变短; g.色谱柱长时间样品过载,保留时间也会变小等。 D、色谱柱再生时应注意的几个问题 1.如前所述和色谱柱老化一样,不是温度越高越好,时间越长越好;建议不要使用长时间烘烤的方法,来处理受到污染的色谱柱,因为烘烤时,温度会把污染的残留物变成不能溶解的物质,再用溶剂清洗也无济于事; 2.仪器在高灵敏度操作时,如:量程在1×10-11A/mV以下,痕量分析程序升温过程中,温度升到大于180℃后,基线明显漂移是不可避免的; 3.不同类型柱子,再生方法不同; 4.样品种类、组分、进样量不同或操作时间长短不同,再生方法也不同; 5.仪器本身条件如:气源种类、纯度、净化条件、进样口结构和操作检测器不同,再生柱方法也有区别; 6.高分子量组分污染色谱柱后,高温再生时间长会导致固定相的老化;使用交联或键合柱可以用溶剂漂洗再生,漂洗溶剂流动方向一定要从柱出口注入。应该注意,毛细管柱交联键合率通常不到90%,因此会漂洗掉未化学结合的液相部分,所以保留时间和分离状态会有所变化; 7.对于难挥发物,碳化物是不能通过再生除去,对于填充柱可以使用带衬管气化室进样器,对于毛细管可通过把柱入口切去30~50cm的方法除去污物段。有条件的可以使用预柱,把不挥发的有机物、无机物和颗粒材料阻留在预柱中,需要时更换预柱; 8.在某些情况下,色谱柱要在温度极限附近使用,这时基线漂移和大噪声已不可避免,柱的再生要求只能视情况而定; 9.不是所有色谱柱通过再生均能恢复原来性能。
柱箱和色谱柱是气相色谱柱系统的重要组成部分。柱温,即色谱柱温度(或柱温箱温度),是气相色谱的三个重要温度(气化室温度、柱温箱温度和检测器温度)之一,也是重要的一个温度。
(1)问题
色谱柱温度,不仅影响色谱过程的热力学因素,也影响传质过程的动力学因素。柱温变化,不仅影响柱前端压力、载气流速等,更重要的是对物质的分离、分析结果带来影响。
(2)影响
气相色谱中,柱温是影响化合物保留时间的重要因素。使用中,应注意柱温的选择,因为柱温关系到:
①色谱柱固定液的寿命。若柱温高于固定液的最高使用温度,则会造成固定液随载气流失,不但影响柱的寿命,而且固定液随载气进入检测器,将污染检测器,影响分析结果。
②分离效能和分析时间。若柱温过高了,会使各组分的分配系数K值变小,分离度减小;但柱温过低,传质速率显著降低,柱效能下降,而且会延长分析时间。
③化合物保留时间。柱温越高,出峰越快,保留时间变小。柱温变化会造成保留时间的重现性不好,从而影响样品组分的定性结果。一般柱温变化1℃,组分的保留时间变化5%;如果柱温度变化5%,则组分的保留时间变化20%[3];
④色谱峰峰形。柱温升高,正常情况下会导致半峰宽变窄,峰高变高,峰面积不变。但是组分峰高变高,以峰高进行定量时时分析结果可能产生变化;反之柱温降低,则相反。
而在色谱定性方法中,柱温变化对定性结果的影响如下:
①当采用绝对保留值定性时,其他色谱条件不变,柱温变化时,保留时间就会发生变化,这样就直接影响定性结果判断。
②当采用相对保留值α定性时,α只是柱温和固定液的函数,只与待测组分的热力学性质有关,消除了外界因素的影响,因此跟柱温变化关系不大,但是柱温变化影响判断结果。
③当采用保留指数定性时,恒温分析,保留指数与保留时间有关,而柱温影响保留时间变化;程序升温分析,除了保留时间,保留指数还与保留温度有关。因此,这种定性方法易受柱温变化影响。
④当采用纯样叠加法定性时,已知混合物中含某组分,将该组分的纯样加入,观察加入前后的响应信号变化。柱温变化,保留时间变化,但是加入前后的样品影响信号变化是一致的,因此柱温变化不影响采用这种方法定性的结果。
而在定量计算时,经常要用到校正因子,如重量校正因子,和组分的质量以及响应信号有关。柱温变化,峰高变化,峰面积不变,因此,在柱温变化不影响峰形正常的前提下,以峰高为响应信号的重量校正因子,受柱温影响,而以峰面积为响应信号的重量校正因子将不受影响。常见定量方法中,在柱温波动不影响出峰效果的前提下,对定量结果的影响如下:
①采用归一化法时,定量时需要各组分的校正因子,当以峰面积为响应信号时,定量结果不受影响,以峰高为响应信号则受影响。
②采用内标法时,需要计算定量校正因子,影响规律和①同。
③采用外标法时,即标准曲线法,当以峰面积为响应信号时,不受影响,但是当以峰高为响应信号时,影响很大。
总之,柱温变化可能会导致定性、定量分析结果的变化。
(3)解决方案
既然柱温变化对分析结果有重要影响,那么选择合适的柱温以及对柱温进行控制就很重要了。
首先,应保证柱温不高于固定液的最高使用温度(即色谱柱的最高耐受温度),避免固定液流失而影响色谱柱柱效和使用寿命;
其次,选择合适的柱温,柱温的选择应使难分离的两组分达到预期的分离效果,峰形正常而分析时间又不长为宜,一般柱温应比试样中各组分的平均沸点低20-30℃,通过试验决定;
对于沸点范围较宽的试样,应采用程序升温,按预定的加热速度随时间呈线性或非线性地增加温度。一般升温速度是呈线性的。