色譜實(shí)用操作條件及顆粒大小和柱長度的選擇
抖化學(xué) / 2022-10-02
實(shí)踐的色譜工作者要求能夠在適當(dāng)時(shí)間內(nèi)和合理的柱壓降下分析混合物。顯然，要包含所有可能性的tR和⊿p的范圍是很大的，因此人們必須選擇某些代表性的有用數(shù)值。在討論實(shí)用操作條件時(shí)，必須決定所要的塔板效率和保留程度?，F(xiàn)在我們選定分離參數(shù)為
K'=4
N-5000
以及典型的溶質(zhì)洗脫液的特性為
η=10﹣²克/厘米·秒(泊)(水)
Dm=10﹣5厘米/秒(小溶質(zhì)在水中)
假設(shè)(h,v)曲線對(duì)于所有的dp值是相同的，如實(shí)驗(yàn)所表明，在以多孔顆粒良好充填的柱中情況大致如此。對(duì)此,合理的方程是
2
h=------+v0.33+4×10-²v
v
最后，取ψ=10³.
現(xiàn)在對(duì)不同的⊿p和各種顆粒大小求tR值和合理的柱長。這樣就能確定實(shí)用的最佳條件。但無法直接進(jìn)行計(jì)算，因?yàn)橐?/span>方程(2-12)就需要知道h的操作值。
這可按下法求出。以Nhd,代人流動(dòng)方程( 2-8 )的L以得出:
φηNhdPu φηNDm
⊿p=---------------------=-------------------(hv)
d²p d²p
因此
⊿d²p
hv=----------------
φηNDm
于是，從選定的操作條件中首先計(jì)算是hv而不是h。通常，多種液體的ηDm≈10~7達(dá)因，這樣以φ=1000得到hv=10³﹢¹(⊿d²p/N )。用大氣壓表示⊿p和微米表示dp,就給出
⊿p dp
hv=100(-------------)²(----------)/N
大氣壓 微米
表2-2顯示，當(dāng)要求N=5000時(shí)，對(duì)于各種柱壓和dp的hv的值。
標(biāo)準(zhǔn)(h,v)曲線給出
hv=2+v¹.³³+4×10﹣²v²
各種4p和dp的hv值
( N=5000;ηDm=10﹣7達(dá)因a;φ=10³ )
可對(duì)表2-2中給出的每個(gè)hv值解出V;然后可確定h。與表2-2中hv值相對(duì)應(yīng)的h和D的成對(duì)值列于表2-3。
然后，從方程( 2-13 )和L=Nhdp計(jì)算分析時(shí)間和柱長度。結(jié)果列于表2-4。
表2-4說明對(duì)柱設(shè)計(jì)的一些有意義的特點(diǎn):(1)用任何dp時(shí)，壓力越大(每行自上而下)，分析時(shí)間越短，所需柱長越長。增加⊿p所贏得的分析時(shí)間對(duì)較小顆粒最為顯著，而對(duì)最大的顆粒則所縮短的時(shí)間相當(dāng)小:用20和50微米顆粒時(shí)，壓力加大十倍而速度增加不到一倍。這是因?yàn)閷?duì)于較小的顆粒，工作條件是在(h,v )曲線上較低v值區(qū)城內(nèi)(表2-3)，此處h受v的影響最小。(2)如果4p保持恒定(左右橫列)，較小顆粒給出較短分析時(shí)間，直到一定限度。這是因?yàn)橛幂^小顆粒時(shí)，工作條件是在較低的v值，因而也在較低的h值。( 3 )然而，如果顆粒很小，在有限的壓力降時(shí)(例如2微米顆粒用3兆牛頓/米²，20大氣壓)不可能得到所需的塔板數(shù)，即使在較高壓力，當(dāng)dp小F定數(shù)值時(shí)，分析時(shí)間也很少改善。這是因?yàn)橛煤苄〉念w粒時(shí)，人們不得不在低于h最小的v值條件下工作。事實(shí)上，標(biāo)準(zhǔn)(h,v)曲線的最小h約為2.2出現(xiàn)于v≈3處;在此點(diǎn)hv約為7。如果由方程(2-43)計(jì)算的hv比7小，則在板高曲線最小點(diǎn)左側(cè)的上升部分的條件下操作，因而就喪失了效能。如果計(jì)算的hv值小于2，則用dp和⊿p就不可能進(jìn)行分析。最佳條件是在hv為5~20的范圍，此時(shí)h和t都較低。
用目前HPLC儀器的高壓能力，采用2微米顆粒在理論上可達(dá)到最快的分析，但柱子就將短到對(duì)于注樣和檢測技術(shù)提出極度的要求。由此得出結(jié)論，顆粒尺寸的實(shí)用限度是在5到10微米的范圍內(nèi)。這樣，柱子可以很短，比方說100~ 200毫米，并可產(chǎn)生
高的塔板效率。圖2-10說明，采用較小顆粒得到有益結(jié)果。在這實(shí)驗(yàn)系列中，壓力降固定于2.3兆牛頓/米²(330磅/英寸2 )，而要求的塔板數(shù)是4000左右。分析時(shí)間大致與顆粒大小成比例。
在各種⊿p下采用5和10微米顆粒時(shí)，行要求的塔板數(shù)對(duì)分析時(shí)間和柱長的影響示于表2-5。
對(duì)于表中方框圈內(nèi)所表示的條件，我們只是簡單地按塔板數(shù)增加的比例增大柱長度和壓力降，因此分析時(shí)間也按比例增長。
實(shí)用上，由于峰在注入口、連結(jié)部和檢測器內(nèi)的擴(kuò)展問題，人們不能用長度比100毫米低很多的柱進(jìn)行操作，所以，如果不是追求極高的性能，就可用10微米的顆粒充填100毫米的柱，并在比方說5兆牛頓/米²(50大氣壓)下操作，以便在k'=4時(shí)在2分鐘內(nèi)得到2000塔板。另一方面，如果要求高性能，則以5微米材料充填100毫米柱在壓力降20兆牛頓/米( 200大氣壓)及大約100秒的分析時(shí)間可產(chǎn)生5000塔板。
欲達(dá)到很高的塔板效率時(shí)，實(shí)際問題就出現(xiàn)了。對(duì)于任何給定的壓力，分析時(shí)間就要長得多，要得到合理的速度就需要用最細(xì)的順粒在最高壓力下操作。于是，為在20兆牛頓/米²(3000磅/英寸2)得到20,000塔板數(shù)的分析，，最好使用5微米充填材料，這將從270毫米柱中花費(fèi)大約12分鐘的時(shí)間來洗脫。如果用10微米填充物，柱就需要800毫米長，25分鐘。
當(dāng)然，所有上述數(shù)字是以水作洗脫液(η=10﹣²泊)和φ=1000計(jì)算出來的。許多洗脫劑具有低得多的粘度(例如n(已燒)=0.3×10-²泊)，如果采取優(yōu)良的淤漿充填技術(shù)，φ能降低至500。這些改進(jìn)將按比例減低對(duì)壓力的要求，或者使在同樣的壓力下得到更快的速度。
已多次談到，使用很高的壓力現(xiàn)已變得過時(shí)了，達(dá)到比方說7兆牛頓/米²(1000磅/英寸²)的設(shè)備已能滿足大多數(shù)需要。這在短期內(nèi)可能是確切的，如果人們的興趣在塔板數(shù)方面不超過如3000，并使用非粘性洗脫液。然而如上所述已很清楚，一旦采用粘度如水的洗脫液，高壓就變得必不可少，人們就會(huì)要求如10000或更多的理論塔板。因此，根據(jù)高壓設(shè)備已不再需要這樣的假定進(jìn)行工作，就是非常不明智的了。相反，要求的性能越高，就越需要更高的壓力。雖然如此，人們必須認(rèn)識(shí)，對(duì)于中等效能而
言，使用大多數(shù)有機(jī)洗脫劑，10兆牛頓/米²(100大氣壓)的能力就能滿足需要。
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