色譜柱

色譜柱

工業填充柱
色譜柱由柱管、壓帽、卡套(密封環)、篩闆(濾片)、接頭、螺絲等組成。柱管多用不鏽鋼制成,壓力不高于70kg/cm2時,也可采用厚壁玻璃或石英管,管内壁要求有很高的光潔度。為提高柱效,減小管壁效應,不鏽鋼柱内壁多經過抛光。也有人在不鏽鋼柱内壁塗敷氟塑料以提高内壁的光潔度,其效果與抛光相同。還有使用熔融矽或玻璃襯裡的,用于細管柱。色譜柱兩端的柱接頭内裝有篩闆,是燒結不鏽鋼或钛合金,孔徑0.2~20μm(5~10&μm),取決于填料粒度,目的是防止填料漏出。[1]整體柱的優點包括:可以原位制備,省去制備填料和裝柱,也可以同法制成聚合物顆粒後再裝柱;聚合物易于制備,柱子的長度和直徑在一定程度上不受限制;聚合反應混合物中的單體可以靈活選擇以得到适合的基質和性質;易于在柱衍生化,以得到具有合适性質的色譜柱;通過控制聚合反應的條件可以優化孔的性狀。
    中文名:色譜柱 外文名:chromatographic column 用途: 包括:柱管、壓帽、卡套(密封環) 原料:金屬或玻璃

注意事項

色譜柱的正确使用和維護十分重要,稍有不慎就會降低柱效、縮短使用壽命甚至損壞。在色譜操作過程中,需要注意下列問題,以維護色譜柱。

①避免壓力和溫度的急劇變化及任何機械震動。溫度的突然變化或者使色譜柱從高處掉下都會影響柱内的填充狀況;柱壓的突然升高或降低也會沖動柱内填料,因此在調節流速時應該緩慢進行,在閥進樣時閥的轉動不能過緩(如前所述)。

②應逐漸改變溶劑的組成,特别是反相色譜中,不應直接從有機溶劑改變為全部是水,反之亦然。

③一般說來色譜柱不能反沖,隻有生産者指明該柱可以反沖時,才可以反沖除去留在柱頭的雜質。否則反沖會迅速降低柱效。

④選擇使用适宜的流動相(尤其是pH),以避免固定相被破壞。有時可以在進樣器前面連接一預柱,分析柱是鍵合矽膠時,預柱為矽膠,可使流動相在進入分析柱之前預先被矽膠“飽和”,避免分析柱中的矽膠基質被溶解。

⑤避免将基質複雜的樣品尤其是生物樣品直接注入柱内,需要對樣品進行預處理或者在進樣器和色譜柱之間連接一保護柱。保護柱一般是填有相似固定相的短柱。保護柱可以而且應該經常更換。

⑥經常用強溶劑沖洗色譜柱,清除保留在柱内的雜質。在進行清洗時,對流路系統中流動相的置換應以相混溶的溶劑逐漸過渡,每種流動相的體積應是柱體積的20倍左右,即常規分析需要50~75ml。

下面列舉一些色譜柱的清洗溶劑及順序,作為參考:矽膠柱以正已烷(或庚烷)、二氯甲烷和甲醇依次沖洗,然後再以相反順序依次沖洗,所有溶劑都必須嚴格脫水。甲醇能洗去殘留的強極性雜質,已烷使矽膠表面重新活化。反相柱以水、甲醇、乙腈、一氯甲烷(或氯仿)依次沖洗,再以相反順序依次沖洗。如果下一步分析用的流動相不含緩沖液,那麼可以省略最後用水沖洗這一步。一氯甲烷能洗去殘留的非極性雜質,在甲醇(乙腈)沖洗時重複注射100~200µl四氫呋喃數次有助于除去強疏水性雜質。四氫呋喃與乙腈或甲醇的混合溶液能除去類脂。有時也注射二甲亞砜數次。此外,用乙腈、丙酮和三氟醋酸(0.1%)梯度洗脫能除去蛋白質污染。

陽離子交換柱可用稀酸緩沖液沖洗,陰離子交換柱可用稀堿緩沖液沖洗,除去交換性能強的鹽,然後用水、甲醇、二氯甲烷(除去吸附在固定相表面的有機物)、甲醇、水依次沖洗。

⑦保存色譜柱時應将柱内充滿乙腈或甲醇,柱接頭要擰緊,防止溶劑揮發幹燥。絕對禁止将緩沖溶液留在柱内靜置過夜或更長時間。

⑧色譜柱使用過程中,如果壓力升高,一種可能是燒結濾片被堵塞,這時應更換濾片或将其取出進行清洗;另一種可能是大分子進入柱内,使柱頭被污染;如果柱效降低或色譜峰變形,則可能柱頭出現塌陷,死體積增大。

在後兩種情況發生時,小心擰開柱接頭,用潔淨小鋼将柱頭填料取出1~2mm高度(注意把被污染填料取淨)再把柱内填料整平。然後用适當溶劑濕潤的固定相(與柱内相同)填滿色譜柱,壓平,再擰緊柱接頭。這樣處理後柱效能得到改善,但是很難恢複到新柱的水平。

柱子失效通常是柱端部分,在分析柱前裝一根與分析柱相同固定相的短柱(5~30mm),可以起到保護、延長柱壽命的作用。采用保護柱會損失一定的柱效,這是值得的。

通常色譜柱壽命在正确使用時可達2年以上。以矽膠為基質的填料,隻能在pH2~9範圍内使用。柱子使用一段時間後,可能有一些吸附作用強的物質保留于柱頂,特别是一些有色物質更易看清被吸着在柱頂的填料上。新的色譜柱在使用一段時間後柱頂填料可能塌陷,使柱效下降,這時也可補加填料使柱效恢複。

每次工作完後,最好用洗脫能力強的洗脫液沖洗,例如ODS柱宜用甲醇沖洗至基線平衡。當采用鹽緩沖溶液作流動相時,使用完後應用無鹽流動相沖洗。含鹵族元素(氟、氯、溴)的化合物可能會腐蝕不鏽鋼管道,不宜長期與之接觸。裝在HPLC儀上柱子如不經常使用,應每隔4~5天開機沖洗15分鐘。

構造

色譜柱由柱管、壓帽、卡套(密封環)、篩闆(濾片)、接頭、螺絲等組成。柱管多用不鏽鋼制成,壓力不高于70 kg/cm2 時,也可采用厚壁玻璃或石英管,管内壁要求有很高的光潔度。為提高柱效,減小管壁效應,不鏽鋼柱内壁多經過抛光。也有人在不鏽鋼柱内壁塗敷氟塑料以提高内壁的光潔度,其效果與抛光相同。

還有使用熔融矽或玻璃襯裡的,用于細管柱。色譜柱兩端的柱接頭内裝有篩闆,是燒結不鏽鋼或钛合金,孔徑0.2~20µm(5~10µm),取決于填料粒度,目的是防止填料漏出。

色譜柱按用途可分為分析型和制備型兩類,尺寸規格也不同:①常規分析柱(常量柱),内徑2~5mm(常用4.6mm,國内有4mm和5mm),柱長10~30cm;②窄徑柱(narrowbore,又稱細管徑柱、半微柱semi-microcolumn),内徑1~2mm,柱長10~20cm;③毛細管柱(又稱微柱microcolumn),内徑0.2~0.5mm;④半制備柱,内徑>5mm;⑤實驗室制備柱,内徑20~40mm,柱長10~30cm;⑥生産制備柱内徑可達幾十厘米。柱内徑一般是根據柱長、填料粒徑和折合流速來确定,目的是為了避免管壁效應。

填料

常見的分配柱填料:碳十八柱(ODS/C18)、碳八柱(MOS/C8)、碳六柱(Hexyl/C6)、碳四柱(Butyl/C4)、碳一柱(Methyl/C1)、陰離子交換柱(SAX)、陽離子交換柱(SCX)、苯基柱(Phenyl)、氨基柱(Amino/NH2)、氰基柱(Cyano/CN/Nitrile)

常見的吸附柱填料:矽膠柱

發展方向

因強調分析速度而發展出短柱,柱長3~10cm,填料粒徑2~3µm。為提高分析靈敏度,與質譜(MS)聯接,而發展出窄徑柱、毛細管柱和内徑小于0.2mm的微徑柱(microbore)。

細管徑柱的優點是:

①節省流動相;

②靈敏度增加;

③樣品量少;

④能使用長柱達到高分離度;

⑤容易控制柱溫;

⑥易于實現LC-MS聯用。

但由于柱體積越來越小,柱外效應的影響就更加顯着,需要更小池體積的檢測器(甚至采用柱上檢測),更小死體積的柱接頭和連接部件。配套使用的設備應具備如下性能:輸液泵能精密輸出1~100µl/min的低流量,進樣閥能準确、重複地進樣微小體積的樣品。且因上樣量小,要求高靈敏度的檢測器,電化學檢測器和質譜儀在這方面具有突出優點。

新進展

一、石墨化碳填料

矽膠的化學穩定性較差,僅能在pH=2~8的環境下工作。但是,在很多場合下,需要使用極端的pH條件。為此,人們曾大力發展高分子微球、氧化鋁、氧化锆等化學穩定性更好的基質材料。但是,很難有一種材料能全面地滿足液相色譜基質的要求。

例如,高分子微球在有機溶劑中會發生一些溶脹,因此難以應用于以含有機溶劑的流動相進行梯度淋洗的場合;氧化鋁和氧化锆與矽膠相比,雖然化學穩定性較好,但其表面修飾與鍵合比較困難。因此,化學穩定性好的碳材料便很自然地被考慮作為色譜填料的基質。

碳材料有極好的化學穩定性,可耐受寬達pH=1~14的環境;耐高溫,石墨化碳可耐3000℃以上的高溫而不受破壞;經适當加工的碳材料可具有很好的機械強度,具有優良的導電性、導熱性及電磁屏蔽特性。更為難能可貴的是,多孔性碳材料以其結構的特點而具有很好的吸附性及選擇性。正是碳材料的這些特性,使人們期待它在色譜領域中能有特殊的用途。

二、貫流色譜填料

貫流色譜是20世紀80年代末至90年代初發展起來的一種色譜分離新方法。在這種填料上,既有通常的微孔或大孔,例如50~150nm的微孔,又有貫穿整個顆粒的,孔徑約600~800nm超大孔存在。這種貫穿的大孔,可以允許流動相直接進入填料顆粒的内部并貫穿而過。

這樣,就相當于極大地降低了填料顆粒的直徑,即以貫穿孔将填料分割成了很多更細小的顆粒,在這種小顆粒上的微孔已經短到不對傳質過程構成明顯的阻力。因此,在這種貫流色譜填料上,傳質阻力已經非常小。同時,貫穿孔内流動相的線速度正比于柱子中流動相的速度,即傳質過程已由擴散傳質變為對流傳質。

這就意味着,在一定範圍内,及時提高流動相速度,也不會降低柱子的分離效率。由于填料上同時還存在有通常的多孔結構,其比表面積并未随貫穿孔的出現而大幅度降低。

因此,在這種填料上的樣品負載量也不随流速的增加而減少。再者,填料上600~800nm的貫穿孔,極大地增加了柱子的通透性,使得這種柱子即使工作于很高的流速下,其操作壓力也不需要很高。所以,這種貫流色譜柱可以同時具有高流速、高效率、高樣品負載量和低操作壓力的特點。

三、整體柱

整體柱又稱整體固定相、棒柱、連續床等,是在柱管内原位聚合或固定化了的連續整體多孔結構,可根據需要對整體材料的表面作相應的衍生化,是一種新型的用于分離分析或作為反應器的多孔介質。

通過控制聚合條件來得到具有理想孔徑分布的整體柱。整體柱中的空間由聚合物顆粒中的孔和顆粒間的縫隙組成,分離在樣品流經孔結構時發生。可以減少路徑的差異和縱向擴展。

整體柱的優點包括:可以原位制備,省去制備填料和裝柱,也可以同法制成聚合物顆粒後再裝柱;聚合物易于制備,柱子的長度和直徑在一定程度上不受限制;聚合反應混合物中的單體可以靈活選擇以得到适合的基質和性質;易于在柱衍生化,以得到具有合适性質的色譜柱;通過控制聚合反應的條件可以優化孔的性狀。

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