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qingqingcao老师讲HPLC(之四)，你的液相色谱柱好吗？

qingqingcao

2013/07/29
药物分析

私聊

液相色谱（LC）

摘要：本节内容主要讲高效液相色谱色谱柱性能的判断，主要针对C18柱。讲授两个公式：有效塔板数，拖尾因子（tailing factor）。并且用例题解释有效塔板数，拖尾因子公式含义和微观角度看色谱柱是否好。

关键词：色谱柱性能，有效塔板数，拖尾因子

前言

色谱柱是高效液相色谱的核心部件。它主要起到了分离作用。色谱柱同样也是一个消耗品，在流动相冲刷的过程和样品在分析的过程，填料损失和污染使得色谱柱的性能慢慢下降。所以，对于高效液相色谱尤其是常用的C18柱，需要在一定时间内对其性能做一个评估，同样，新的色谱柱也要对色谱柱做一个有效的体检。这个体检就是评估色谱柱的性能。

在讲评估色谱柱性能之前，青青草老师讲一段自己的经历。曾经在07年我在一家仪器公司从事装色谱柱工作，是商品柱哦。主要是3微米，5微米，10微米C18分析柱子，其中前两个颗粒大小的色谱柱是分析型色谱柱。反相色谱柱最一般的规格型号是 4.6mm内径，150mm，250mm长度，颗粒度一般有3微米，5微米，其中5微米比较多。当然还有其他规格长度的色谱柱，这里就不再展开讲述了。色谱柱主要是两端封有筛板柱头，中间的空心不锈钢管子中装有填料。这些填料主要作用就是吸附样品，同样，在流动相推动下，混合样品中各物质由于结构性质不同，从而使得他们被吸附脱附的能力不同，被分离。

高效液相色谱柱，尤其是C18的反相色谱柱是通过高压匀浆的方法装填的。通过匀浆液使得色谱填料均匀悬浮在匀浆管中，匀浆管下面装有一根空的色谱管，这根色谱管底部用柱头和筛板固定，通过泵的瞬间高压，流动相将色谱填料填压入色谱管，稳定片刻后，另一头装上筛板和柱头，即可。由于装填色谱柱受到很多的因素影响，所以，不是每一根色谱柱都是能够装填好的，所以，新的色谱柱要通过测试其性能，其性能符合要求，才能够销售。而我们客户呢，对于购置的新色谱柱，首先需要测试其性能，包括有效塔板数，拖尾因子。这个是最重要的指标。如果这些指标符合要求，那么这根色谱柱是OK的。大家知道，有些小公司没有HPLC，他们销售的色谱柱有可能是不好的，所以，对新色谱柱建立性能档案是很有必要。如果不合格的新色谱柱，立即向供应商调换，才能够保证你的权益。

那么如何测试色谱柱性能呢。这里qingqingcao老师给出两个基本的公式。有效塔板数，拖尾因子。

1.有效板数塔

在我们学习色谱理论时候，我们讲过理论塔板数，有效塔板数。这里我不再讲述公式如何来的。我们这里打个比方，现在我手头有两个同样长度，同样内径，同样填料,填料的颗粒度相同的C18色谱柱,一根装的紧，一根装的松，那么大家认为你会选哪根？答案是必然的，当然首选紧的那根。原因是装的紧的那根色谱柱，单位体积内填料多，填料多那么分离效果就好，而松的那根，单位体积填料少，那么分离效果就显得差。那么如何判断相同规格型号长度的色谱柱填料填的多寡，那么就需要用到有效塔板数了。也就是说，通过相同条件下测试同一物质，有效塔板数多的那根色谱性能高，填料填的多，反之就是不好的那根。

我们首先给出公式：

其中，to是死时间，也就是物质不被保留，在色谱系统中走过的时间。一般可以认为进样冲击是死时间。或者剪一根和色谱柱相同长度的空管，装在色谱柱位置，以纯水为流动相，相同流速，进甲醇，以254nm为检测波长，出来峰的那个时间一般认为是死时间。这个方法确实比较粗糙，但是管用。

我们看下公式，相同浓度同一物质，相同色谱条件下，如果半峰宽一致的情况下，某物质被保留的时间越长，则有效塔板数越多。试想，色谱柱越长，填料相同内径相同，装填效果相同的条件下，长的色谱柱必定性能好。

同样，色谱样品条件相同的情况下，半峰宽越窄，色谱柱越好。也就是说，填料装的越紧越好。

其中tm-t0 是调整保留时间。W1/2h是半峰宽。

对于C18柱测试有效塔板数，我们规定使用5mg/ml萘，作为测试品，以甲醇：纯水=70：30（v/v），检测波长为254nm，流速1.0ml/min。有了这些条件，我们再测试下死时间（上述空管+甲醇测死时间），我们就可以计算有效塔板数了。

对于W1/2h如何测试，一般的色谱工作站都会给出每个色谱峰的半峰宽，我们找抄即可。

这里给出一个例题,测试色谱柱的有效塔板数（N eff）

用测试萘的色谱条件测试色谱柱的有效塔板数，有四根色谱柱，

我们可以看到，同样长度的色谱柱，颗粒度越小，其有效塔板数越多。这个如何理解呢？颗粒度越小，那么填料在单位体积内的数量越多，保留效率越高，所以，保留时间比颗粒度小的同样规格的色谱柱要长，这也说明，如果长度，填料内径相同的条件下，其分离效果越高。

相同填料粒径和内径的色谱柱，如果长度越长，填料一般来说越多，保留时间长证明了其保留能力强，这样体现在色谱柱有效塔板数比相同规格的略短的色谱柱多。

有时候，我们可以看到，使用相同的色谱柱，在用了一段时间后，相同浓度的相同条件下，色谱峰变宽，微观角度来解释，就是色谱柱填料流失。使得色谱柱中填料数目减少，使得色谱柱颗粒间间隙宽。物质在色谱柱里走的路径多了，所以色谱柱展宽。这样子就证明色谱柱性能下降。如果色谱柱性能降到不能有效分离物质，那么这根色谱柱寿终正寝了。

对于C18柱，一般是用甲苯，联苯，萘等物质配成混合物，以5mg/ml萘计算有效塔板数。色谱柱一般需要3个月或半年测定一次有效塔板数。现在色谱工作站有计算有效塔板数的功能，一般我们只要填入t0死时间，就可以计算色谱柱的有效塔板数了。在15年前或者更在，色谱工作者们是通过三角尺和色谱图量的方法计算有效塔板数的。当时确实条件艰苦，但是这样操作，能够实时看到色谱柱使用过程中“牺牲”自我的一个历程。

2. 拖尾因子（tailing factor）

对于拖尾因子，根据中国药典，拖尾因子是指：

从图中，我们可以看到，W0.05h指5%峰高处的峰宽，以峰顶点做垂线到5%峰宽，分为两份，其中前一份为d1，假如前半峰d1=后半峰，则拖尾因子为1.00.也就是前后半峰5%处宽度相等，说明峰对称。如果前半峰d1小于后半峰，则Tailing factor 大于1，则峰后拖尾，反之是前拖。

如果排除溶剂因素和物质吸附或键合相尾部效应等因素，单纯从色谱柱填充效果来看，如果色谱柱前面填的紧密，后面填的疏松，即便有效塔板数合格，那么峰显示处后拖尾；如果色谱柱前面填得疏松，后面紧密，则峰显示前拖。所以，中国药典要求色谱柱拖尾因子要在【0.95，1.05】之间。

有许多朋友会讲，还有对称因子。因为在我国一般用拖尾因子即可，对称因子及10%峰高处峰宽比较对称性，只是不同国家定义不同要求不同而已，具体可以参考一些书籍，这里不展开叙述了。在色谱工作站，也有拖尾因子计算，我们选择5%处峰高处计算即可。

对于色谱柱需要给它做一个有效的体检卡，一般在体检卡上检测有效塔板数和拖尾因子即可，相关的方法，即上述叙述。

对于C18色谱柱清洗，一般的步骤是：洗去缓冲盐用不含盐的流动相冲洗，把缓冲盐洗涤干净，一般是20倍柱体积，也就是0.8-1.0ml/min洗涤各1.5-2小时，然后用乙腈或甲醇洗涤，20倍柱体积，也就是0.8-1.0ml/min洗涤2小时。两端用螺母封柱。一般我比较喜欢用乙腈保存。虽然乙腈毒性是大，但是，乙腈粘度小。

如果色谱柱真的不能用，我们还可以卸下柱前端的柱头，把筛板用异丙醇超声波超洗，挖去前段被污染的色谱填料，补上新的色谱填料，这样，色谱柱暂时还可以用一段时间。

今天我们讲述了色谱柱性能判断，讲了两个指标——有效塔板数，拖尾因子。通过两个指标判断色谱柱是否好有着比较重要的作用。

分
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