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液相色谱柱
概述

    高效液相色谱柱的系统由储液器、泵、进样器、色谱柱、检测器、记录仪等几部分组成。储液器中的流动相被高压泵打入系统,样品溶液经进样器进入流动相,被流动相载入色谱柱(固定相) 内, 由于样品溶液中的各组分在两相中具有不同的分配系数, 在两相中作相对运动时, 经过反复多次的吸附- 解吸的分配过程, 各组分在移动速度上产生较大的差别, 被分离成单个组分依次从柱内流出, 通过检测器时, 样品浓度被转换成电信号传送到记录仪,数据以图谱形式打印出来。

结构

    结构:
    1、空柱由柱接头、柱管及滤片组装而成。
    柱接头采用低死体积结构,柱接头是两端螺纹组件,一端是为7/16英寸内螺纹,另一端是3/16英寸的内螺纹(国内外已规范化)。7/16英寸内螺纹与1/4英寸柱管(Φ6.35mm)连接,中间放置压环用于密封。3/16英寸的内螺纹与1/16英寸(Φ1.57mm)的连接管连接,中间也放置压环用于柱接头的密封。为了尽量减少柱外死体积,在安装色谱柱时,用Φ1.57mm连接管通过空心螺钉压环后要尽量插到底,然后再拧紧空心螺钉。压环被空心螺钉挤压变形后紧箍在连接管上(连接管通过压环后露出的管长度应严格控制在2.5mm长或其他固定尺寸)。
    在两端柱接头内,柱管两端各放置一片不锈钢滤片(或滤网),用于封堵柱填料不被流动相冲出柱外而流失。空柱各组件均为316L不锈钢材质,能耐受一般的溶剂作用。但由于含氯化物的溶剂对其有一定的腐蚀性,故使用时要注意,柱及连接管内不能长时间存留此类溶剂,以避免腐蚀。
    2、柱填料:
    液相色谱柱的分离作用是在填料与流动相之间进行的,柱子的分类是依据填料类型而定。
    正相柱:多以硅胶为柱填料。根据外型可分为无定型和球型两种,其颗粒直径在3—10μm的范围内。另一类正相填料是硅胶表面键合—CN,-NH2等官能团即所谓的键合相硅胶。
    反相柱:主要是以硅胶为基质,在其表面键合十八烷基官能团(ODS)的非极性填料。也有无定型和球型之分。
    常用的其他的反相填料还有键合C8、C4、C2、苯基等,其颗粒粒径在3—10μm之间。

分类

    与所有其他色谱方法一样,色谱柱是进行液相色谱分离的核心部位。发生在色谱柱中的分离过程,均受热力学因素和动力学因素的控制。为得到满意的分离,首先必须考虑固定相的性质及其与溶质相互作用的强弱,这主要体现在色谱柱填料的设计、合成及选择上。为使分离的谱带展宽尽可能地小,就需要对柱子进行优化设计并将填料填充成性能优良的柱子。
    高效液相色谱柱可以按其分离模式,也可以按其分离的规模来进行分类。此外,随着色谱技术的发展,不断有新的柱型出现,例如,最近几年出现的整体(monolith)柱就是一个很好的例子。这种柱子不是以微粒型填料填装的,而是在柱子中通过可控制的聚合反应或其他相分离过程直接形成连续、整体型柱床。此外在柱外制备连续柱床后整块装入柱中的方法也应属于此类柱子。
    若按色谱分离模式来分,大致可分为正相、反相、离子交换、疏水作用、体积排除、亲和以及手性等类型。下表给出了这种分类的诸模式及其所依据的分类原理和适用范围。   

柱类型分离原理适用对象
反相依据因溶质疏水性的不同而产生的溶质在流动相与固定相之间分配系数的差异而分离大多数有机化合物;生物大、小分子,如多肽、蛋白质、核酸、糖缀合物。样品一般应溶于水相体系中
正相依据溶质极性的不同而产生的在吸附剂上吸附性强弱的差异而分离中、弱至非极性化合物。样品一般应溶于有机溶剂中
离子交换依据溶质所带电荷的不同及溶质与离子交换剂库仑作用力的差异而分离离子型化合物或可解离化合物;样品一般应溶于不同pH值及离子强度的水溶液中
体积排除依据分子尺寸及形状的不同所引起的溶质在多孔填料体系中滞留时间的差异而分离可溶于有机溶剂或可溶于水溶液中的任何非交联型化合物
疏水作用依据溶质的弱疏水性及疏水性对盐浓度的依赖性而使溶质得以分离具弱疏水性且其流水性随盐浓度而改变的水溶性生物大分子
亲和依据溶质与填料上的配基之间的弱相互作用力即非成键作用力所导致的分子识别现象而分离多肽、蛋白质、核酸、糖缀合物等生物分子及可与生物分子产生亲和相互作用的小分子
手性手性化合物与配基间的手性识别手性拆分

    当然上表中所列举的各种色谱模式,还可以再细分为不同的类别。如反相色谱柱有不同的反相配基(C18、C8、C4、C1以及苯基等)的差异;正相又可细分为硅胶柱及各种键合正相柱;离子交换柱有强阴、强阳、弱阴、弱阳之分;体积排除色谱柱中,用于有机相的称为凝胶渗透色谱柱,而用于水相体系的称为凝胶过滤色谱柱,总称为体积排除,又称为尺寸排阻或凝胶色谱柱;疏水作用色谱柱虽然种类不多,但也有不同配基之分,如丁基、苯基和聚乙二醇基等;亲和色谱柱也是一大类,可依据配基的类别或亲和作用专一性的程度而进一步细分。由于制药工业的需求日增,手性柱近年有了很大的发展,其配基种类也急剧增加。总之,色谱柱的种类也正不断扩大,以适应于日益开拓的应用领域。
    按照分离的规模及柱子的几何参数,高效液相色谱柱可以分为制备柱、分析柱和微型柱三种类型(见下表)。    

类别柱径(mm)备注
制备柱>10生产型制备柱直径可达几十厘米
半制备柱5~10 
分析柱2~5典型柱为Φ4.6或Φ4mm
微型柱细径柱0.8~2.0一般柱管可为金属亦可为塑料制,如PEEK制
毛细管柱0.05~0.5毛细管柱可为填充柱亦可为开管柱
纳米柱<0.1填充柱或开管柱

    用于制备分离的高效制备柱,一般最小直径为10mm,已能用于毫克级的制备,工业级制备所需的柱子,内径一般在20mm 以上,长度一般为几百毫米,也有可达"( 甚至更长的柱子,以用于制备克级至千克级高纯度的产品。毫无疑问,目前应用最广的,还是分析型柱子。直径为4.6或4.0mm的标准柱子占据了市场的最大的份额。这种“标准柱”的柱长多为250mm。此外,在一些对柱效要求并不苛刻的情况下,150mm 长的柱子也逐渐为使用者所接受。近年来,随着细粒径填料,如3μm硅胶基质填料的发展,预填装3μm填料的短柱子也很流行,其长度一般为150mm以下,如150、100、50甚至30mm。近年来,为适应于微量和痕量分离、分析之需,微型柱发展很快。微型柱也还可以再细分为细径柱、毛细管柱和纳米柱等。在微型柱中,当属用于LC-MS联用上的细孔柱和用于毛细管电色谱(CEC:capillary eletrochromatgraphy)的毛细管柱最为重要。对于前者,并没有太特殊的要求,但因系用于多肽及蛋白等生物分子分离,故在填料及柱子的设计中应尽量避免非特异性吸附;而对后者而言,应注意减小死体积和柱外体积。包括制备方法在内,毛细管柱的设计和制造仍在继续发展之中。

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