第2部:HPLC用色谱柱的分离原理

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第2部:HPLC用色谱柱的分离原理

2023-04-23 13:29| 来源: 网络整理| 查看: 265

目录 6.色谱柱的分离原理 7.HPLC的分离 8.根据填料的种类分类 8-1.硅胶基质 8-2.聚合物基质 8-3.其他填料 9.根据分离模式分类 6. 色谱柱的分离原理

HPLC是通过色谱柱进行样品分离的。HPLC用色谱柱中充满了填料,这种填料一般被称为凝胶。凝胶是由直径为3~15 μm(μm=1/1000 mm)的非常微小的颗粒组成的。凝胶有各种不同的结构,由于样品中的各成分在色谱柱中的停留时间、和各种凝胶的相互作用不同,通过这种差异,就能进行样品中各成分的分离。

分离条件的变化,在液体色谱方面是指流动相的组成和pH值的变化以及色谱柱温度的改变。像这样,通过改变分离条件使不能够分离的成分得到分离,使原先能分离的成分无法分离,是液相色谱分析过程中的难点,也是能显示分析者技术的地方。 HPLC用色谱柱,填料的基材有很多种类,即使相同的基材上面也连接了各种各样的化学修饰(指连接在基材上的官能团,关于这方面内容会在11节详细说明),就形成了很多不同的色谱柱。Shodex的色谱柱有800多个种类。反过来说,在800多种色谱柱中,选择最合适的色谱柱是非常重要的。

7. HPLC的分离

HPLC色谱柱中被分离的样品成分通过检测器,由记录器得出的理想谱图应该是像(图-5)的a)所显示的这种左右对称的图形(也称为峰)。如果测定上有问题,就会形成左右不对称,类似于b这样前沿平缓,后沿陡峭的前延峰和类似于c这样前沿陡峭,后沿平缓的拖尾峰。另外,所形成的峰越窄越好。分离效果好就会形成像(图-6)的a这样峰宽较窄的峰,分离效果不好就会形成b那样峰宽较宽的峰。理论塔板数也是判断色谱柱性能的一个参数。理论塔板数越大色谱柱性能越好。然而,理论塔板数和色谱柱的长度有关,色谱柱的长度变成2倍,或者使用2个色谱柱,那么理论塔板数就会变为原先的2倍。在比较Shodex和其他公司色谱柱的时候,必须确认色谱柱的长度是否一致。另外,Shodex目录上表示的理论塔板数是以「个」为单位测量的,根据制造商的不同,也有以「m」为单位测试的情况,必须特别注意。虽然色谱柱的内径发生变化,对色谱柱的理论塔板数也有少许影响。但和长度造成的影响比起来,这种影响非常微小。另外,即使是同一个色谱柱,如果测试样品时的装置和测定方法不同也会使理论塔板数发生变化,这点也需要特别注意。

然后,分析一下样品中有2个成分时的分离情况。像(图-7)a表示的那样得到两个峰的情况说明样品被完全分离;像b、c那样2个峰某些部分重叠在一起,则说明分离效果不佳。理论塔板数高的色谱柱因为峰宽很窄,2个峰重合的可能性比理论塔板数低的色谱柱少很多。

(a)正常峰 (b)前沿峰 (c)拖尾峰 图-5 (a)理论塔板数高 (b)理论塔板数低 图-6 (a)分离好 (b)分离较差 (c)分离差 图-7

通过改变流动相和分离条件,也有可能避免峰重合,但是比起改变测定条件这种方法,色谱柱的选择更加重要。

虽然只是测定样品中有哪些成分的实验(称为定性试验),b、c这样的谱图也能达到要求,但是如果要分析样品中各成分的含量(称为定量试验),得不到a这样的分离结果就无法正确测定成分的含量。

8. 根据填料的种类分类 8-1. 硅胶基质

硅胶是使用非常广泛的一种基本填料。其化学式是SiO2。举身边的例子来说,硅胶经常被作为点心包装内的干燥剂使用。然而,作为干燥剂使用的是直径在1 mm以上的大规格颗粒,作为填料使用的是直径在1 μm~数十 μm范围内的非常微小的颗粒。硅胶有不规则型(被称为破碎状凝胶)和球型(被称为球状凝胶)2种规格。以前,有破碎状凝胶是普通产品,球状凝胶是高级产品的概念,但是如今,硅胶大多指的都是球状凝胶。硅胶的表面都开有小孔,因为和不开孔的凝胶比起来,开孔可以增加表面积。这种孔的孔径非常小,单位是Å(1米的百亿分之一),开了孔的硅胶也被称为多孔性硅胶。

硅胶柱的性能指标有以下几个参数可供参考。

(1)形状:球状和破碎状。现在大多都采用球状的凝胶。 (2)粒度:随着不断地开发微小凝胶颗粒,现在主流产品的粒度在5 μm左右。甚至已经开发出更小的2~3 μm粒度的产品。粒度变小能缩小色谱柱的尺寸,减少测定所需时间。 (3)细孔径:指的是微粒表面小孔的孔径。这不能笼统的说是孔径大好还是孔径小好,必须根据样品中各成分的大小来选择合适的孔径。 (4)比表面积:指的是单位面积下凝胶的表面积。粒度小的凝胶,比表面积大;相同粒度的凝胶,孔开的越多的比表面积越大。其他指标相同的情况下,比表面积大的凝胶比较理想。极端硅胶,1克的比表面积有一个棒球场那么大。 8-2. 聚合物基质

HPLC发展初期,色谱柱指的就是硅胶色谱柱,最近聚合物(高分子)凝胶填充的聚合物基质色谱柱越来越被广泛使用。常用的聚合物基质有聚乙烯和聚丙烯等,Shodex的HPLC用聚合物基质凝胶有以下几种。

(1)聚苯乙烯(准确的说是苯乙烯和二乙烯基苯的共同体) (2)聚甲基丙烯酸脂 (3)聚羟基甲基丙烯酸脂 (4)聚乙烯醇

聚合物基质凝胶和硅胶一样,使用了多孔性的凝胶。

8-3. 其他填料

除了硅胶和聚合物凝胶,天然的纤维素、琼脂糖、糊精、壳聚糖、羟磷灰石,氧化锆等也能作为填料,但是使用的情况非常少。所以考虑填料种类的时候,一般只考虑硅胶和聚合物凝胶2种类型。

9. 根据分离模式分类

HPLC有多种分离模式。Shodex有800多种色谱柱配合所有的分离模式。

(1)反相模式 (2)正相模式 (3)HILIC模式 (4)离子交换模式 (5)配位体交换模式 (6)离子排阻模式 (7)GPC模式 (8)GFC模式 (9)复合模式 (10)亲和模式 (11)手性模式

各种分离模式所对应的色谱柱将在第三部分予以说明。

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