欢迎登录纳谱分析
欢迎注册纳谱会员

服务与支持

服务与支持

【知识分享】柱效不够,经验来凑——色谱柱柱效的评价和提高方法

柱效

色谱柱的柱效能是评价色谱性能的一项重要指标,混合物能否在色谱柱中得到分离,除取决于选择合适的固定相外,还与色谱操作条件及色谱柱的装填状况等因素有关。在一定的色谱操作条件下,色谱柱的柱效可用理论塔板数或理论塔板高度来衡量。一般说来塔板数愈多,或塔板高度愈小,色谱柱的分离效能愈好。


如何对柱效进行评价?图片

实验仪器与试剂


仪器:高效液相色谱仪(带自动进样器,或配置微量进样器)、分析天平。


试剂:苯、萘、联苯(均为分析纯)、甲醇(色谱纯)、纯净水。


实验步骤


色谱条件:色谱柱:C18,4.6×150mm,5μm;流动相:甲醇-水(80:20,v/v);


检测波长:254nm;流速:1mL/min;柱温:30℃;进样量:10μL。


操作步骤:


分别精密配制含苯、萘、联苯浓度均为约1mg/mL的3份对照品溶液各10mL。


分别精密吸取上述对照品溶液各2mL置于10mL容量瓶中,加流动相稀释,并定容至刻度,摇匀,得到含苯、萘、联苯的混合对照品溶液。


按照上述色谱条件操作,进样,记录色谱图。


计算各色谱峰的理论塔板数及各峰间分离度。


实验数据处理


image.png


如何提高HPLC柱效图片


要提高液相色谱的效率可从以下几方面入手。以下介绍了几种国际上流行的测量和计算柱效值的方法。


1

提高液相色谱柱柱效的方法

(1)降低流动相的流速,但会使分析时间延长。

(2)增加色谱柱长度,但是分析时间会变长。

(3)减小固定相的颗粒度,但不能过分,过分后色谱柱的渗透率也会减小。

(4)选用低粘度的动相,以利于快速传质,但却不利于多组份分析。

(5)适当提高柱温,可降低动相的粘度,但柱效和分离度也随之降低。

(6)尽量减小停滞动相的体积,但却加快了动相的流速。


从以上介绍可看出,在色谱分析过程中,各种因素是互相联系和制约的。只有通过对柱效值的跟踪测算,对自己分析方法不断的研究和实践,才能找到最佳的工作条件。



2

对柱效值进行跟踪测算应注意的问题

我们也应记住柱效值并不足以预测在所有条件下的柱性能,对大多数色谱工作者来说,柱性能指的是色谱柱用于特定分离的能力,而仅仅有高柱效并不能保证这种分离能力。


不管用什么特定的测试方法,都会有几个参数影响柱效的测定。这些参数包括:洗脱液的成分和粘度及其线流速,测定塔板数所用的溶质,温度,柱长,填料装填方式,颗粒度,还有所选用的测量和计算方法。而测量和计算方法对柱效值的确定起着极大的作用。



3

几种测量和计算柱效值的方法

因为色谱峰是假定样品浓度在移动相和固定相中呈正态分布而得到的样品谱带分布,故常常把色谱峰型看作正态曲线来计算理论塔板数。因此计算柱效(以理论塔板数n为单位)的公式习惯上定义为:

image.png

公式中:

tR为色谱峰的保留时间;

σ2是以时间为单位测量色谱峰的偏差;

a是和峰高(从测峰宽的基线量起)有关的常数;

ωb是峰宽,表示由色谱峰顶点与色谱峰两侧拐点处做切线与峰底基线相交两点间的距离。



4

结论


假如一个色谱峰真是正态峰型,那么每种计算方法都会得到同样的结果。然而即使一些比较理想的仪器和倾向于得到对称峰型的溶质,由于柱内的槽或空隙,也会出现非正态峰型。所以不同的计算方法将会得到相差较大的n值。通常偏离正态模型的峰型表示为“前延”或“拖尾”。对于这些峰型,越在峰的高处测量,计算的理论塔板数值就越大(准确性越低)。在许多情况下,色谱工作者需要能反映整个峰型(包括拖尾)的柱效值,同时为了保证定量的重复性,也需要色谱峰很好的对称性。这时对色谱峰非对称性最敏感的计算方法最适合。如果目的仅仅是要监测色谱柱从第一次使用到使用寿命结束这一过程中的柱效,那么以上任何一种方法都可以,应选择最简便的方法。


网友支招


  • 一般柱效不好,先排除其他问题,都没有问题的话就是柱子不行了。


  • 如果柱子比较老,可以反过来小流速冲洗一下,我做过效果很好!(仅适用旧柱子啊,有点风险)。


  • 把柱头变色的填料挖掉,用同类新的填料填充好,效果很好。


  • 正向冲洗色谱柱、反向冲洗色谱柱、超声清洗色谱柱筛板、如果是柱内死体积增加则需更换新柱。


  • 色谱柱是消耗品,理论来说,柱效很低的色谱柱是没得救的,但是有一招,也就是当你发现色谱柱没得救的时候可以用一下,就是反冲色谱柱,但是你要注意的是,流速不要设置太大,这样的话还能再坚持一会。如果这样也没用的话,你就重新买吧。


  • 如果柱子真的很老旧了,就反相冲洗试试,可能还能用一段时间,但不会太久。在然后就只能换填料了,或换新的柱子。


  • 我们前段时间也是柱效不好,其他都比较正常。后来把柱子重新活化了一下,柱效由原来的两千升到四千多了。不过维持了一个月又不行了。


总结

提高液相色谱柱柱效,请记住一个口诀:

第一柱子温度能调高,第二可选柱子粒径小。

第三柱外体积小更妙,第四使用超纯的硅胶。

第五氘灯要选能量高,第六采用中空透光灯。

第七改变有机相比率,第八流动相pH可鼓捣。

第九可把键合相选挑,第十改变有机添加剂。

十一改变流动相配比,十二缩短检测响应时间。


如何提高气相色谱柱柱效?图片


在实际工作中,我们通过对载气流速、进样技术、气化室温度、色谱柱、柱温、检测器温度这六个方面的选择,有效地提高了柱效率,使分析出的色谱峰峰形正常,无峰形扩张、拖尾、峰漏检等不良现象出现,分离度高,从而提高了分析结果的准确性。所谓柱效就是在较短的时间内,用较短的柱子达到满意的分析结果。为了提高色谱柱的柱效率,减少色谱峰扩张、拖尾及峰漏检等现象,在实际工作中,我们主要从以下几方面入手,对柱操作条件的选择进行了探讨。


1

载气流速的选择


气相色谱最常用的载气是:氢气、氮气、氩气、氦气。由速率理论可知,载气流速慢有利于传质,有利于组分的分离,但分析时间会加长;如果载气流速快有利于加快分析速度,减少了扩散,但分离度降低。有时为了缩短分析时间,加大流量,但此时分离效果并不好。可见载气流速的快慢都会降低柱效。


从图1可以看出,各种载气在不同载气线速度下的效率最高(最低高度相当于理论塔板(HETP,H))。线速度是色谱柱内径和流速的函数。

image.png

图1:在一定范围的载气线性速度下,各种GC载气实现的板高


我们之所以特别提到这一点,是因为有一些非常普遍的问题与无法通过仪器设置达到最佳效率有关。以下几点尤其值得注意:

 

需要检查所用色谱柱的线速度和所需的载气流速,以确保该组合产生最佳效率和最低的板高度(如图1中的蓝色区域所示)。氢气显示出约50 cm/sec的最佳线速度,氦气显示出30 cm/sec的最佳线速度,氮气显示出15cm/sec的最佳线速度。载气的线速度将通过数据采集系统或仪器前面板显示。

确保色谱柱尺寸在采集方法中设置正确(包括通过调整色谱柱长度进行的任何调整)。如果色谱柱尺寸不正确,则载气通过色谱柱的线速度将不正确,分离效率将受到影响。

当然,如果将不正确的色谱柱尺寸或载气设置到仪器中,我们可能会看到除了色谱效率降低之外,保留时间也会改变,这些变化将是一个很好的诊断线索。


2

样品引入条件


影响分离效率的因素很多,都与将样品引入GC系统的方式直接相关。进样口衬管的清洁度和失活是主要考虑因素,在分流进样中,衬管中的任何活性部位的破坏可能会影响分析物向GC色谱柱顶部的转移,这在处理极性分析物时尤为明显。如果衬管清洁度不高或未显示出来,则衬管清洁度通常与峰拖尾有关仅出现轻微的活动迹象(失活涂层消失),然后可能会导致峰的总体变宽。确保衬管清洁,并在必要时定期更换衬管。


进样手法

双手拿注射器。用一只手(通常是左手)扶针插入垫片,注射大体积样品(即气体样品)或柱前压力极高时,要防止从气相色谱仪注样器来的压力把注射器活塞弹出(即用右手的大拇指按压住活塞顶部)。让针尖穿过垫片尽可能深的进入进样口,压下注射器活塞停留1秒钟,然后尽可能快而稳地抽出针尖(抽出的同时继续压住注射器活塞)。


进样时间

进样时间长短对柱效率影响很大。若进样时间过长,使色谱区域加宽而降低柱效率。因此,对于冲洗法色谱而言,进样时间越短越好,一般必须小于1秒钟。


要点总结

维持足够长的不分流时间,以将所有分析物转移至色谱柱,但也应足够短,以免溶剂从进样口缓慢流失,从而导致色谱柱破坏,柱箱的初始温度应至少比样品溶剂的沸点低10 ℃,固定相的极性应与样品溶剂的极性相匹配,反之,则应在进样口和分析柱之间留出至少1 m长的未涂层保留间隙。如果不满足,上述条件将导致分析物峰形展宽,这主要是由于分析物谱带从入口缓慢进入GC色谱柱时缺乏聚焦,因此效率会降低。



3

柱安装问题

 

确保正确准备(切割和清洁)GC色谱柱并以正确的方式将其安装到GC进样口和检测器中,这一点非常重要。色谱柱切割不良会导致样品入口内部分析物的转移变慢,如果该方法未建立热聚焦或溶剂聚焦过程,则可能导致峰变宽。通常,此问题还将伴随某种程度的峰分叉或拖尾。

 

色谱柱在进样口和检测器中的正确定位也至关重要。入口色谱柱的位置将再次使分析物最佳地转移到色谱柱中,当以分流模式操作入口时尤其重要。色谱柱在检测器中的位置将决定色谱柱出口与仪器内检测区域之间未清扫体积的量。这一点特别重要,因为载气是存在分散展宽,任何空隙体积都会对系统效率产生不利影响。


4

色谱柱污染和老化

所有GC色谱柱都会污染,并且使用寿命有限。随着时间的流逝,色谱柱的入口端可能会被样品基质成分覆盖,固定相可能会被破坏,这通常会导致固定相在色谱柱下方“蠕变”,从而形成一个较厚的“气泡状”可降分离效率的固定相区域。样品遇到的色谱柱初始区域对于色谱质量至关重要,因此,我们必须确保该区域的相质量是原始的。通常,通过修整较短的色谱柱并重新安装可以解决此问题,并且可能需要一部分或更多的色谱柱修整才能恢复性能。始终修剪最少的量以恢复良好的性能,如果进行了重大修剪,请不要忘记调整仪器内的色谱柱长度,以确保保留时间重现性和正确的载气线速度。在载气供应管线中安装气阱总是一个很好的解决办法,以确保色谱柱(相)的寿命(最小的水分和氧气阱),并确保以正确的方式调节色谱柱。

 

适当的样品预处理对于色谱柱的使用寿命也很重要,在分析之前制备清洁的样品,会延长色谱柱的使用寿命,减少进样口维护操作。



5

温度的选择

 气化室温度取决于样品的化学和热稳定性、沸程范围、进样口类型等。合适的气化室温度即能保持样品瞬间完全气化,又不引起样品分解。温度过低,气化速度比较慢,使峰形不规则,出现平头峰或伸舌峰;温度过高使出峰数目变化,产生前延峰,甚至样品分解


为选择合适的气化室温度,在多次的进样中我们发现,气化室温度比柱温高50-100℃或比样品组分中最高沸点高50-70℃较为合适。温度过高过低都会影响柱效。


不当的温度程序也将造成许多不良的分离。当考虑初始柱箱温度和分批进样的保持时间时,尤其如此。如前所述,程序升温的分离确实会产生更高效的峰,尤其是对于后来的洗脱组分,但是确保初始程序条件适合被测样品和分离的要求以及分离条件至关重要。样品引入方法,不分流或不分流进样。对于分流进样,通常的规则是我们不希望过慢的“分析物”穿过色谱柱的过程太快,因为会发生过量的样品分散。理想情况下,初始温度应比色谱图中第一种组分的洗脱温度低45℃左右,这可以通过筛选实验计算得出(典型值为50 ℃至色谱柱的梯度上限,每分钟10℃)。然而,作为初始保留时间,这实际上是一个反复试验的问题,从保留1分钟开始,然后提高或降低初始保留时间,以评估对选择性,效率和分离度的影响。


6

检测器采样率


任何色谱系统中峰的正确“建模”将取决于跨峰捕获的数据点的数量。对于高效技术(例如毛细管气相色谱仪),必须特别注意检测器的采样频率,而质谱检测器尤其如此,质谱检测器的固有采样频率往往较低,尤其是在全扫描模式下。如果检测器仅捕获跨越峰的几个数据点,尤其是当峰顶点被检测器遗漏时,则它们看起来可能比其宽。请按照制造商的说明为使用中的检测器找到最佳采样频率。

 

无论如何,建议在新色谱柱保留常规方法的参考色谱图,该色谱图可用作评估柱效率随时间下降的幅度的参考。使用系统适应性测试(SST),也是明智的选择,以便在分析之前评估仪器的性能,并且柱效评估通常是SST的考察指标之一。


尽管柱效是毛细管气相色谱法成功分离的关键驱动力,但从以上讨论中可以明显看出,在解决低柱效问题时要考虑许多因素。大多数问题是由仪器设置和GC色谱柱的老化引起的,因此对方法中的设定点进行故障排除以及色谱柱与进样口维护,是进行柱效诊断研究的考虑要点。