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我们的征途是星辰大海---液相色谱柱柱效测试

戎马一生为家国

2017/12/11

液相色谱（LC）

最近因为测试新柱的柱效引发了柱效测试的思考，与售后工程师进行了相应的交流，结合一些资料和自己的感悟写下此篇文章，希望能给大家在实际工作提供一些有益的东西。
1941年，马丁与詹姆斯提出了塔板理论。
1950年，诺贝尔化学奖颁发给他们两位以表彰他们在气液分离过程理论方面的突出贡献。当然，我们现在也知道塔板理论也是适用于液液分离机理阐述的。
自从有了塔板理论，以理论塔板数为代表的色谱柱柱效评估就引起了人们的关注。我们知道在色谱柱柱长一定的情况下，色谱柱的理论塔板数与理论塔板高度成反比。组分在一个塔板高度内完成一个分配平衡过程（或者吸附平衡），这种平衡是动态的，但是不断的平衡过程导致组分之间差异得到体现，最终引起了不同性质组分之间的分离。
必须指出的是，虽然组分间存在差异，但是差异需要多次的平衡才能最终达到我们想要的分离效果，平衡的次数的多少就由理论塔板数来体现。
1956年，荷兰人范得梅特对塔板理论做出了修正，提出了速率理论。速率理论的公式如下：

其中，A项为涡流扩散项，B项为纵向分子扩散项，C项为传质阻力项。它们每一项都会对色谱柱的理论塔板高度，乃至进一步对色谱柱的理论塔板数产生影响。在这里，我们重点关注一下A项，即涡流扩散项，也可以表述为多路径效应。A项的产生源于填充色谱柱内的填料粒径大小及其分布所引起相同组分不同分子在色谱柱内产生了不同的分离路径导致的平衡延缓。A项的存在是导致填充柱与毛细管柱柱效差别的主要原因之一。对于填充柱来说，如何改善A项呢？粒径越小，分布越均匀的色谱柱，其A项的值也越小。在其它条件相同的前提下，对应的色谱柱理论塔板高度越低，理论塔板数越高。所以我们可以看到的是，这些年随着工艺水平的提升，色谱柱的粒径已经能够做到越来越小，粒径普遍在2μm以下的超高效液相色谱UPLC（Ultra Performance Liquid Chromatography）已经越来越多的取代了粒径普遍在5μm左右的高效液相色谱HPLC（High Performance Liquid Chromatography）系统进入各类大型的制药食品类企业及它们的上游包装厂家或者第三方检测实验室中。
我们必须意识到的是，随着色谱柱填料的粒径越来越小，在更短的色谱柱上就可以达到以前较长的色谱柱才能达到的色谱柱柱效，但是伴随而生是柱外效应的影响变得愈发重要。各类管路接头、色谱柱阀切换部件、扩充定量环等等的使用虽然方便了实验的运行，使得液相操作人员的操作更加简单，但是一定程度上影响到我们测试的色谱柱柱效。
色谱柱厂家测试色谱柱柱效往往在十分理想的情况下，各种柱外可能的展宽因素都降到了最低，而对于一个特定的检测室特定的液相仪器而言，是无法达到此种理想情况，因此即使是新柱，可能首次测试的色谱柱柱效也较出厂报告的中色谱柱柱效报告相差较大。以W家2.5μm粒径的实心核颗粒柱为例，利用二氢苊丙酮溶液进行色谱柱柱效测试，即使完全按照色谱柱出厂测试条件进行柱效测试，一般能有出厂报告柱效的70%就是比较好的情况了，而我们实验室的Arc仪器上面实测新柱只有出厂报告的55%。这一方面是由于我们的仪器上加装了许多的部件，色谱柱阀、扩充定量环以及因此增加的接口，这些是否都有意无意的增加了柱外展宽可能的诱因，导致实测的色谱柱柱效偏低；另一方面，实验室的除色谱柱外仪器的当时状态是否也有一些诱导实测柱效较低的因素存在呢，这都是我们可以深刻考虑的。
当然，最终要说的是，即使我们的实测柱效较出厂报告相差较多，如果可以分离我们想要分离的组分，并且对称性优良，仍旧不失为一个好的色谱柱。我们需要记录第一次测试的柱效报告上面的参数，这里面包含理论塔板数、保留时间、拖尾因子等，然后留待以后出现分离问题时利用相同浓度的色谱柱测试标准液进行柱效测试并与首次测试的值相对比。
一切都是为了实验，从实验出发，回到实验中去。
作者写本文是为了更好的理解色谱柱的柱效以及更好的指导工作，写作过程受认知的限制可能存在一些纰漏或者错误，望大家能够批评指正。

分
该帖子已被版主-夏天的雪加10积分，加2经验;加分理由:原创奖励

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我曾经是神龙

第1楼2017/12/12

在W家眼里，只有他家的机器是uplc(柱外体积<12ul),其他家的是uhplc(柱外体积12～30ul)，所以要想测他家uplc柱子的柱效，一定要用他家的机器。核壳的柱子对柱外体积要求也很高，uplc测出的柱效应该会更高些。楼主文章不错

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zengzhengce163

第2楼2017/12/12

收藏了

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戎马一生为家国

第3楼2017/12/12

应助达人

对，必须用跟色谱柱相匹配的系统在尽量降低死体积的情况下测试才能测得较高的色谱柱柱效呢
我曾经是神龙(v3190595) 发表:在W家眼里，只有他家的机器是uplc(柱外体积<12ul),其他家的是uhplc(柱外体积12～30ul)，所以要想测他家uplc柱子的柱效，一定要用他家的机器。核壳的柱子对柱外体积要求也很高，uplc测出的柱效应该会更高些。楼主文章不错

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夏天的雪

第4楼2017/12/12

应助达人

要想得到报告上的数值也不是一件容易的事，但是反过来，这样的柱效出厂报告，还有多大的参考价值

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戎马一生为家国

第5楼2017/12/12

应助达人

嘿嘿，没办法哟～这也算是一种营销手段吧，至少指标不能输
夏天的雪(bingwang228) 发表:要想得到报告上的数值也不是一件容易的事，但是反过来，这样的柱效出厂报告，还有多大的参考价值

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戎马一生为家国

第6楼2017/12/12

应助达人

这件事也提醒我们，不能完全相信厂家的出厂检测报告，有时候对我们实际工作意义不大~我们需要保留色谱柱第一次实测的数据就行了
夏天的雪(bingwang228) 发表:要想得到报告上的数值也不是一件容易的事，但是反过来，这样的柱效出厂报告，还有多大的参考价值

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夏天的雪

第7楼2017/12/14

应助达人

是的，所以买回来的柱子还是要针对自己的实验进行试用，不一样的项目，不同的仪器，做出来的效果不一定相同
戎马一生为家国(v3332275) 发表:嘿嘿，没办法哟～这也算是一种营销手段吧，至少指标不能输

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夏天的雪

第8楼2017/12/14

应助达人

自己实验室的第一次测定数据很有意义，可以作为柱效判断的依据
戎马一生为家国(v3332275) 发表: 这件事也提醒我们，不能完全相信厂家的出厂检测报告，有时候对我们实际工作意义不大~我们需要保留色谱柱第一次实测的数据就行了

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戎马一生为家国

第9楼2017/12/14

应助达人

对的，新柱必须用标准溶液测试相应的色谱柱柱效，这个对以后的工作有指导意义
夏天的雪(bingwang228) 发表: 自己实验室的第一次测定数据很有意义，可以作为柱效判断的依据

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