通过确保Restek(瑞斯泰康)色谱柱的速率和分辨率的优化,来选择一款合适的色谱柱可以改善实验室的工作效率。虽然可供选择的数量是非常多的,但考虑到分辨率方程的变量因素,即分离因子,保留(容量)因子和柱效,可以将这些选择简单化。分离因子确定合适的固定相。一旦固定相确定了,就可在保留因子和柱效的基础上选择物理尺寸(内径,薄膜厚度,长度)。了解了分离因子,保留因子和柱效是如何影响分离的,就可以使分析人员做出更有效更明智的选择,针对特定的分离快速的选择色谱柱。
一、分离因子(α)
选择合适的固定相是优化您的GC分离的第一步。这是你做出的重要的决定,因为分离因子对分辨率的影响大,而分离因子由固定相的极性和选择性决定。
固定相极性是由固定相官能团的类型和数量决定的。选择色谱柱时必须要全面考虑固定相和目标化合物的极性,如果固定相和分析物的极性相似,那么就会产生比较强的吸引力和保留,而较强的保留会提高分辨率。固定相极性对色谱柱的选择性和分离因子有非常重要的影响,因此在选择色谱柱时固定相极性是一个需要考虑的重要指标。
固定相的选择性是由IUPAC定义的,即其他物质对给定物质测定的干扰范围。选择性与固定相的组成,以及如何通过分子间作用力(例如氢键键合,色散力,取向力和择形性)与目标化合物起作用这两者直接相关。当固定相中的甲基团被不同功能团取代,诸如苯基或氰丙基侧链,化合物与这些功能基团(如芳香族化合物或极性化合物)结合会增大其溶解度,增强其相互作用和保留的时间,因此能提高其分辨率和选择性。
在另一个固定相与分析物相互作用影响的例子中,由于与固定相中氟侧链基团有相互作用,Rtx®-200固定相对诸如卤素,氮或羰基这样含有孤对电子的化合物有很好的选择性。选择性可以近似使用现有应用程序或保留指数(表I),使用这些有用的工具来比较固定相和决定是适合特定分析的固定相。
表I: Kovat的GC固定相保留因子可以用于相似的选择性。
对于特定分析物,固定相的极性和选择性能同时影响色谱柱的装样能力;在固定相中分析物溶解度越大,该分析物的装样能力越强。例如,非极性固定相对非极性化合物(如戊烷)的装样能力就强于极性化合物(如乙醇)。
极性,选择性和样品装样能力之间的关系可以用一个例子来说明。苯和正丁醇由于有几乎相同的沸点,因此考虑用Rtx®-20色谱柱(二苯基二甲基聚硅氧烷固定相)进行分析。由于苯分子在结构上比正丁醇更近似于二苯基,基于“相似相溶”的原理,苯比正丁醇更易溶于固定相中。由于苯易溶于固定相,当它在色谱柱中被洗脱时与固定相的相互作用会更强一些,因此保留的时间也会更长一些。由于正丁醇不易溶于固定相中,它与固定相的相互作用比较弱,保留的时间也比较短。因此,这两种化合物在Rtx®-20柱的洗脱顺序为正丁醇先被洗脱出来,其次是苯。此外,由于苯易溶于二苯基相,因此这种色谱柱对苯具有更多的容量,这使得苯比正丁醇更能获得较好的对称色谱峰。极性强的色谱柱例如聚乙二醇(PEG)色谱柱, 将会使得正丁醇的保留时间和峰形优于苯。
在选择色谱柱时,它们对分离因子,极性和选择性的影响是首要的考虑因素。但是,温度范围也必须考虑。在一般情况下,高极性固定相具有较低的高工作温度,因此选择色柱适当的高工作温度,与选择被分析的不同类型化合物的极性和选择性一样至关重要。
二、保留因子(k)
色谱柱的保留因子(k)是指分析物在固定相中停留的时间相对于其在载气中停留的时间。它主要受色谱柱的内径(ID),相位膜的厚度和温度的影响。保留因子有时也被称为容量因子,它不应该与样品载样量混淆。作为一般规则,膜越厚内径越小,更多的分析物将被保留。需注意的是温度升高K值降低;因此,在较高的温度下分析物在载气中的停留时间更长,因此保留相对较少。
选择色谱柱内径时需要考虑不同的进样方式,使用的检测器类型和样品的浓度(amount on-column)。进样技术是非常重要的,因为色谱柱内径的选择是要根据进样的方式,即:分流进样,不分流进样,直接进样,冷柱头进样,或是其他样品转移方法来决定的。例如,0.53mm内径的色谱柱是冷柱头进样的理想色谱柱,因为其注射器的针头(26gauge)需要匹配较大的色谱柱内径。除了色谱柱内径外,检测器和其流量要求也必须加以考虑。例如,一些MS检测器只有在色谱柱的流速达到1.5ml/min时才能使用;因此,内径0.53mm的色
谱柱只能应用于需要高流速的色谱中,不适用于MS。表II显示了不同内径色谱柱的特征。
表II: 不同内径色谱柱的特征
膜厚度对每个样品成分的保留和洗脱温度有直接的影响。特别是挥发性化合物应该在薄膜厚度较厚的色谱柱上进行分析,这样可以增加化合物在固定相上的保留时间从而改善其分离度。高分子量的化合物适合在薄膜厚度较薄的色谱柱上分析,能减少化合物在色谱柱中的停留时间,并在高洗脱温度下降低固定相的流失。膜厚度同样也能影响注射到色谱柱中未超载的物质总量。高浓度样品使用厚膜色谱柱分析。
膜的厚度也直接影响到相比(β),当更换不同内径的色谱柱时必须考虑其相比。当内径增加,膜的厚度(df)也必须增加,以确保相应的分辨率和保留。表III为普通色谱柱内径的β值,不同内径色谱柱β值相似分离度相似。
表III: 普通色谱柱尺寸的相比(β)值。
三、柱效
柱效(N)是指柱长被理论塔板高度(HETP)等分。有效的理论塔板数受固定相涂布在柱壁上的程度影响,并通过色谱峰的洗脱出柱的宽窄来评价。高柱效(N)使峰之间的分辨率变好。内径同样也能影响柱效,一个简单的经验法则是色谱柱内径越小其柱效越好。
毛细管柱的长度种类很多,主要的为10,15,30,60和105米。长柱子能提供较好的分辨能力,但也需要花费更多的分析时间和成本。当柱长增加一倍时,分析时间也会增加一倍。但是,柱子增加一倍其分辨率也只能提高40%左右,这是因为在分辨率方程中柱长是位于平方根函数下的。在选择柱长时,必须对增加柱长所提高的分辨率与多花费的成本和分析时间这两者做一个权衡。
结论
对分辨率方程的基本了解能使分析者在选择色谱柱时做出更明智的选择。固定相的选择主要侧重于其分离因子,要选择与分析物结构相似的固定相,同时也可以参考保留指数或是现有的应用程序来选择固定相。 保留因子和柱效同时也影响着峰的分离,在选择色谱柱的内径,液膜厚度和长度时也应该考虑这两个因素。在对这些因素有了更好的了解后,分析者可以简化色谱柱选择过程,优化分离,提高实验室的工作效率。
Restek气相色谱柱简介
专用色谱柱:血液中酒精专用柱、石化分析专用柱、环境监测专用柱、食品监测专用柱、农药检测专用柱、GC*GC专用色谱柱、二噁英和呋喃专用色谱柱、PCB同系物专用色谱柱、挥发物色谱柱、多环芳烃专用色谱柱、模拟蒸馏专用色谱柱、溴阻燃剂专用色谱柱、去活专用色谱柱、酸性物质专用色谱柱、碱性物质专用色谱柱、
Rxi系列色谱柱:Rxi-1 MS、Rxi-5 MS、Rxi-5Sil MS、Rxi-XLB、Rxi-17、Rxi-35Sil MS、Rxi-PAH、Rxi-5HT、Rxi-17Sil MS、Rxi-1HT、Rxi-624Sil MS、
通用色谱柱:rtx-1、rtx-5、rtx-5MS、rtx-20、rtx-35、rtx-50、rtx-65、rtx-440、rtx-200、rtx-200MS、rtx-1301、rtx-624、rtx-17、、rtx-1701、rtx-225、rtx-2330、rtx-2560、rtx-Wax、stabilwax、stabilwax-DA、stabilwax-DB
金属MXT毛细管柱:MXT-1、MXT-5、MXT-20、MXT-35、MXT-50、MXT-65、MXT-1301、MXT-1701、MXT-200、MXT-WAX、MXT-625TG、MXT-Biodiesel TG、MXT-2887、MXT-1HT SimDist、MXT-1 SimDist、MXT-500 SimDist、MXT-502.2、MXT-624、MXT-Volatiles
PLOT系列色谱柱、填充柱、微填充柱等
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