液相色譜的時(shí)間最佳化
抖化學(xué) / 2022-09-22
液相色譜的時(shí)間最佳化方程( 1-27 )略去了一個(gè)與分析者有關(guān)的重要參數(shù):實(shí)現(xiàn)分離所需的時(shí)間。
已知高的k'值將延長(zhǎng)分離時(shí)間，并可能使檢測(cè)發(fā)生困難。前已指出，t,m=L/u; L=NH;及tR=tm(1+k')。綜合這些方程可得
NH(1+k')
tR=----------------
U
或
UtR
N=--------------
H(1+k')
將此值代入方程( 1-27 )，并重排以求得分析時(shí)間(最后一個(gè)峰流出) tR的表達(dá)式
a (1+k')³ H
tR=16R²（------）²?---------- ?-------
a-1 k'² U
即分析時(shí)間tR是所要求的分辨率和以選擇性、容量、柱效率以及流動(dòng)相速度表示的柱操作條件的函數(shù)。
這一方程式預(yù)示，當(dāng)其它一切變數(shù)保持恒定時(shí)，分辨率加倍則分析時(shí)間需增至四倍，即柱長(zhǎng)增至四倍。此外，方程表明流動(dòng)相速度增大一倍，分析時(shí)間應(yīng)減為半(這不是嚴(yán)格正確的;因?yàn)镠將增大)。同樣，塔板高度減小一倍將具有同等的影響。a尤其重要;它從1.05增大到1.10,分析時(shí)間減少約四倍。
關(guān)于k’，已知大的k’值導(dǎo)致長(zhǎng)的分析時(shí)間。因此，如果假設(shè)變化k’而不影響別的參數(shù)，方程( 1-29 )對(duì)k’進(jìn)行微分應(yīng)得到最小tR的K'值。這樣就得到
k'³-3k'-2
dt/dk'==C(-----------------)
k'³
式中C包括全部其它變數(shù)，當(dāng)
k'3-3k'-2
----------------=0
k'3
時(shí)，也即當(dāng)k'=2,或tR=3tm時(shí) (據(jù)方程1-13)，dt/dk'=0。
tR/C對(duì)k'作圖示于圖1-6;可看到當(dāng)k'在1和5之間變化，同時(shí)假若k'不影響其它變數(shù)時(shí)，分析時(shí)間的增加是很小的。還有，單位時(shí)間的最大分辨率將在k'=2處。
方程(1-29)還指出，在給定的分析中，Rs與(H/U)½成比例，即由于H隨U變化(上文已提到)，所以H和U必須-起考慮。
k'的改性.梯度洗脫
如前所述，當(dāng)值很大時(shí)，對(duì)分析時(shí)間有不良影響;如果一個(gè)混合物的各組分呈現(xiàn)寬闊而稀釋的流出峰，將引起檢測(cè)的困難。等強(qiáng)度展開(kāi)(流動(dòng)相組成不變)的問(wèn)題之一-是多 組分混合物的色譜圖上(圖1-7a )各組分之間顯示不均勻的分離度。即在色譜圖的前段出現(xiàn)一系列密集的峰，分辨不好;在中部，分離得好，在后部，分離好，但為寬的彌散峰，再繼續(xù)進(jìn)行下去將難以檢測(cè)。Snyderins 稱這種現(xiàn)象為“ 洗脫色譜的普遍問(wèn)題”;這一行為對(duì)各種色譜形式都是共同的，它是由混合物中不同組分k'值的巨大差別所引起。前部的組分說(shuō)明了低k'值的特征，中間部分是在最適的范圍，k'≈2~5, 而后部的k'> 5。
這一問(wèn)題的簡(jiǎn)單解決辦法是，在分離過(guò)程中改變譜帶的遷移速率。有時(shí)這被稱之謂“k'”’的程序控制”，可有許多方法達(dá)到這一目標(biāo):溫度程序;流量程序;聯(lián)用柱(可為相同類型或不同類型);分階洗脫;梯度洗脫。所有這些技術(shù)在液相色譜中都有其地位，至于選擇何種技術(shù)，取決于幾個(gè)因素:分離的難度;進(jìn)行分離的頻繁程度;是否易于回復(fù)到初始條件。
各種方法的有效性也值得注意;如果分離困難而且只需進(jìn)行一次，則可以使用任何一種技術(shù)來(lái)達(dá)到所需的結(jié)果。溫度程序和流量程序控制并不十分有效，因?yàn)樗鼈儗?duì)k值影響很小或完全無(wú)作用，盡管如此，仍能解決許多問(wèn)題;其中流量程序雖然對(duì)k'完全無(wú)效，但因其易于恢復(fù)初始的條件而優(yōu)于溫度程序。溫度程序可能需要較長(zhǎng)的再平衡時(shí)間。
.jpg "標(biāo)準(zhǔn)樣的模式分離")
在需做例行分析，即時(shí)間因素很重要時(shí)，聯(lián)用柱技術(shù)“8特別有利。此時(shí)，將樣品置于短的前置柱，移動(dòng)快的組分被導(dǎo)人合適的(長(zhǎng)的)分析柱;移動(dòng)慢的組分經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換閥導(dǎo)入一根較短的分析柱;并先完成在這個(gè)柱中的分析。然后，閥轉(zhuǎn)向第一 根分析柱，分離移動(dòng)快的組分。這種技術(shù)的個(gè)出色例子由Snyderi
提供，示于圖1-7(C)。無(wú)可置疑，對(duì)于例行分析這是最可取的技術(shù)，因?yàn)樗嗽谔荻认疵撝谐Ｒ?jiàn)的較長(zhǎng)的再平衡時(shí)間(見(jiàn)后)，而時(shí)間是應(yīng)該用于設(shè)計(jì)好的分離條件上的。
如果樣品包含一些快速移動(dòng)的組分，隨之又有一些移動(dòng)緩慢的組分，就值得考慮分階洗脫。在這種方法中，流動(dòng)相組成經(jīng)歷急劇的變化，從而達(dá)到在合理的時(shí)間內(nèi)完成全部分寓。然而必須注意，要保證“階梯”不會(huì)帶來(lái)頂林效應(yīng)，即溶劑組成的改空引起兩個(gè)或三個(gè)組分在
型化的館劑前沿流出，在這種情況下極少或完全達(dá)不到分離。
使k'隨著時(shí)間發(fā)生漸進(jìn)變化的最有效的方式，無(wú)疑是梯度洗脫法。在此方法中，溶劑組成隨時(shí)間而改變，使“洗脫液強(qiáng)度”以線性方式或者隨著不同的曲率而整化，以產(chǎn)生所需的溶劑梯度。必須注意還不同廠商的儀器，他們聲稱可以產(chǎn)生任何形狀的梯度;實(shí)際上這是按照程序混合溶劑，但并未描述所發(fā)生的“溶劑強(qiáng)度”變化，而后者在這一技術(shù)中是重要的因素。
有許多現(xiàn)成的溶劑體系可供利用，還可以定出更多的體系。第5章講述了簡(jiǎn)單的二種或三種溶劑梯度的某些細(xì)節(jié)。R.P.W.Scott論述了(第12章)一個(gè)多溶劑梯度洗脫系列，在一個(gè)連續(xù)系列中包括了從已烷到水的整個(gè)溶劑范圍。作為-種快速的“分類”方法，來(lái)對(duì)給定的分離問(wèn)題估測(cè)大致的溶劑組成，這無(wú)疑是最好的方法。但它只限于使用移動(dòng)絲檢測(cè)器。所用的許多溶劑都有紫外吸收，因此紫外檢測(cè)器不能用于這個(gè)系列。Rabel提出了第二個(gè)溶劑系列，它不包含吸收紫外光的溶劑，可用于快速確定大致的溶劑組成，然后，可再作精細(xì)調(diào)節(jié)以得到最佳分離(見(jiàn)第12章)。
這兩種多溶劑梯度在HPLC中都有它們的地位，但是如有移動(dòng)絲檢測(cè)器可供使用時(shí)，則以Scott系列更好。使用這兩種方法，以及凡是使用梯度洗脫時(shí)，都必須使柱子恢復(fù)到初始狀態(tài)，最快大約也需要耗費(fèi)梯度法本身所需時(shí)間的一半。
k'的圖解.JPG "tR對(duì)k'的圖解")
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