大家做液相的時候,不知道是不是有人和我一樣在想一個問題:為啥色譜柱的內(nèi)徑都是一些很零碎的數(shù)字,比如:4.6mm;2.1mm,從來沒有見到過5mm,10mm這種看上去讓人賞心悅目的整數(shù)...
那么,是不是設(shè)計色譜柱的人腦子進了水,非要挑些奇怪的數(shù)字來消遣大家...看樣子,明顯不是,大家會發(fā)現(xiàn),市面上大部分的色譜柱都是這些奇怪的內(nèi)徑規(guī)格,反而是那些帶著整數(shù)值內(nèi)徑的色譜柱好像看上去和大家格格不入成為了異類...
到底是為什么?這一定是有什么原因的...那么原因是什么呢?
▉ 范德米特曲線
在液相色譜的基礎(chǔ)理論中,我們總會聽到一個如雷貫耳的名字,他叫范德米特,為了簡便,我們稱呼他叫做老范,他曾經(jīng)在紙上畫了一個對鉤,用來解釋色譜柱的柱效和流速的關(guān)系,后來,這個對鉤出名了,被叫做“范德米特曲線”,成為了液相色譜分離當(dāng)中最經(jīng)典的理論之一。
上圖是不同粒徑的范德米特曲線,不過這里我們以5um填料色譜柱繪制的范德米特曲線為例,為啥要選5um填料?主要是因為這個規(guī)格的填料從上世紀(jì)80年代產(chǎn)生,90年代興盛到現(xiàn)在仍舊老當(dāng)益壯經(jīng)久不衰,堪稱經(jīng)典,另外,5um填料的范德米特曲線是個非常周正的對鉤。
那么我們來解釋一下這個經(jīng)典的對鉤吧,它被畫在一個坐標(biāo)軸里,橫坐標(biāo)表示譜帶移動的線速度,縱坐標(biāo)表示理論塔板高度。納尼?線速度,理論塔板高度,這都是嘛(四聲)?
▉ 流速和柱效
這兩個詞確實生僻。所以,我們可以把它們近似地理解為:流速和柱效,對于給定的一根色譜柱(長度,填料粒徑固定)越大的流速能產(chǎn)生越高的分析速度,越小的板高能產(chǎn)生越大的柱效;所以,在老范的對鉤當(dāng)中,橫坐標(biāo)數(shù)值越大,分析速度越快;縱坐標(biāo)數(shù)值越小,柱子的分離效果越好。
知道了這些,我們就大概能理解老范畫的這個對鉤代表的意思了:對應(yīng)一根固定的色譜柱:柱效隨著流速提升而升高,到達一個最大值以后,又開始隨流速增大而降低,這個讓色譜柱達到最大柱效的流速值,被叫做最佳流速,在最佳流速附近保證實際柱效與最佳柱效差異很小的一個區(qū)域內(nèi)的流速,被叫做最佳流速范圍。所以老范的對鉤的深層意義就是:誰在最佳流速使用色譜柱,我就給誰畫個大對鉤。
▉ 內(nèi)徑
扯到這兒,一直在說老范和流速的事兒,還沒和內(nèi)徑扯上一點關(guān)系,接下來,我們就要給老范和流速牽線搭橋了,這個牽線搭橋的人就叫內(nèi)徑:
在老范的大對鉤中,橫坐標(biāo)叫做線速度,我們近似的把它認為是流速,其實,在“近似”的過程中,我們省略了內(nèi)徑這個因素,或者說是色譜柱粗細的影響,
線速度指的是色譜峰譜帶移動的速度,通常用cm/min作為單位
而流速指的是色譜儀輸液的體積流速,通常用mL/min作為單位
舉上一個生活化的例子,就是汽車,線速度可以理解為汽車行駛的速度;流速可以理解為汽車燒油的速度,而不同內(nèi)徑的色譜柱,可以理解為不同大小的汽車,越粗的色譜柱代表著越大的汽車,要開到相同的速度,燒的油就多,所以,更粗的色譜柱需要更大的體積流速才能產(chǎn)生與細色譜柱相同的線速度/分析速度。
返回頭看老范給畫的大對鉤,找個尺子一比,發(fā)現(xiàn)對于5um填料的色譜柱,最佳流速對應(yīng)的是大概6cm/min這一點,不過,這是線速度,我們用的色譜儀都是需要設(shè)定體積流速的,剛才我們說過,體積流速和色譜柱內(nèi)徑是有關(guān)的,那么問題來了:色譜柱內(nèi)徑哪樣好?
在這個問題上,設(shè)計色譜柱的人沒有隨便設(shè)計個1,2,5,10mm這種自己看了爽大家又喜聞樂見的內(nèi)徑數(shù)字,在這個問題上,他們秉承了“業(yè)界良心”:
大家想想看,自己在色譜儀上輸入流速的時候,是輸入1mL/min的感覺爽還是輸入1.18mL/min的感覺爽?我相信,只要不是自虐傾向太強的同學(xué),一定都會覺得是1mL/min更爽些...1mL/min對應(yīng)的是4.6mm內(nèi)徑色譜柱的最佳流速,而1.18mL/min對應(yīng)的是5mm內(nèi)徑色譜柱的最佳流速(都是說5um填料的色譜柱)
現(xiàn)在大家明白為啥我說色譜柱的設(shè)計者有“業(yè)界良心”了吧,為了讓大家在使用的時候爽,他們寧可讓自己在做柱子的時候“不爽”,這是怎樣的國際主義精神啊
后來呢,隨著儀器的進步,儀器能控制的流速精度越來越高,所以,出于對流動相節(jié)省和質(zhì)譜兼容性等等的需求,也開始出現(xiàn)了內(nèi)徑更小的色譜柱,在這些柱子的設(shè)計上,仍舊秉承了一貫的業(yè)界良心,盡可能讓大家在儀器控制的時候輸入一些更“整”的數(shù)字,所以色譜柱的內(nèi)徑仍舊是不太規(guī)整的,3.0mm對應(yīng)0.4mL/min,2.1mm對應(yīng)0.2mL/min,1.0mm對應(yīng)0.05mL/min(這個貌似兩邊都挺整,簡直是強迫癥患者的福音啊~不過,其實這個規(guī)格的色譜柱遠沒有其他規(guī)格的填料種類全...)
▉ UPLC
后來,UHPLC出現(xiàn)了,老范的對鉤明顯走形了……
圖片
我們能看到,UHPLC對應(yīng)的最佳流速已經(jīng)明顯和5um的HPLC填料不同了,按照剛才的業(yè)界良心理論,UHPLC色譜柱的內(nèi)徑也應(yīng)該應(yīng)對變化以繼續(xù)讓大家爽,可但是,我們看到的UHPLC色譜柱的內(nèi)徑規(guī)格還是那老三樣:4.6,3.0和2.1。
難道是世風(fēng)日下,業(yè)界良心一去不返了?
別慌,回過頭再用尺子比比老范的發(fā)福版對鉤,我們會看到,對于UHPLC的最佳流速,大概是在12cm/min這個地方,而且,由于UHPLC最佳流速范圍的擴展,經(jīng)典HPLC的最佳流速數(shù)值仍然在最佳流速范圍內(nèi),所以,即使我們不改變內(nèi)徑和流速,UHPLC的柱效也是很好的,如果要追求最佳流速,只要把原來的流速都乘以2就差不多了,1變成2,應(yīng)該也不會造成什么不爽...
▉ 大內(nèi)徑色譜柱優(yōu)勢
我們已經(jīng)了解了造成色譜柱內(nèi)徑數(shù)字不是整數(shù)的原因,剛才我們稍稍提過一下,小內(nèi)徑色譜柱的出現(xiàn)是出于溶劑節(jié)省和質(zhì)譜兼容性的原因,那么大家會問,既然小內(nèi)徑色譜柱有這些好處,為啥還沒有取代大內(nèi)徑的色譜柱?下面來大概解釋一下吧:
1:大內(nèi)徑色譜柱可以承載更大的上樣量,利用這個特性,我們可以進行色譜制備純化,用很大內(nèi)徑的色譜柱,一次進樣就可以純化很多樣品,還是用汽車做個例子,大公交比小面包可以裝更多的人。
2:大內(nèi)徑的色譜柱有更好的抗“溶劑效應(yīng)”能力,通常即使溶劑兼容性不是那么好的情況下,大內(nèi)徑色譜柱更容易得到更好的峰型。
3:大內(nèi)徑色譜柱對儀器的系統(tǒng)擴散耐受能力較強,由于使用較高流速分析,大內(nèi)徑色譜柱由于儀器死體積造成的柱效損失會更小,而小內(nèi)徑色譜柱對死體積格外敏感,這也是是為什么現(xiàn)在的窄徑柱(內(nèi)徑小于等于2.1mm)都推薦使用在高性能的UHPLC儀器上的原因。
4:大內(nèi)徑色譜柱對儀器的延遲體積影響也相對不太敏感,主要也是由于使用高流速,可以盡量抵消延遲體積帶來的影響。
5:對于某些型號的儀器以及某些特殊的方法,高流速下容易獲得更好的混合精準(zhǔn)度,這主要是由于儀器的硬件性能限制導(dǎo)致的。
所以呢,色譜柱內(nèi)徑大小的選擇和使用,完全是要根據(jù)自己實際需要來選擇的,在某方面表現(xiàn)好,必然會有某方面的犧牲,尺有所短寸有所長,根據(jù)自己的儀器方法和實際需要選擇合適內(nèi)徑的色譜柱才是正道。
文章來源:網(wǎng)絡(luò)
那么,是不是設(shè)計色譜柱的人腦子進了水,非要挑些奇怪的數(shù)字來消遣大家...看樣子,明顯不是,大家會發(fā)現(xiàn),市面上大部分的色譜柱都是這些奇怪的內(nèi)徑規(guī)格,反而是那些帶著整數(shù)值內(nèi)徑的色譜柱好像看上去和大家格格不入成為了異類...
到底是為什么?這一定是有什么原因的...那么原因是什么呢?
▉ 范德米特曲線
在液相色譜的基礎(chǔ)理論中,我們總會聽到一個如雷貫耳的名字,他叫范德米特,為了簡便,我們稱呼他叫做老范,他曾經(jīng)在紙上畫了一個對鉤,用來解釋色譜柱的柱效和流速的關(guān)系,后來,這個對鉤出名了,被叫做“范德米特曲線”,成為了液相色譜分離當(dāng)中最經(jīng)典的理論之一。
上圖是不同粒徑的范德米特曲線,不過這里我們以5um填料色譜柱繪制的范德米特曲線為例,為啥要選5um填料?主要是因為這個規(guī)格的填料從上世紀(jì)80年代產(chǎn)生,90年代興盛到現(xiàn)在仍舊老當(dāng)益壯經(jīng)久不衰,堪稱經(jīng)典,另外,5um填料的范德米特曲線是個非常周正的對鉤。
那么我們來解釋一下這個經(jīng)典的對鉤吧,它被畫在一個坐標(biāo)軸里,橫坐標(biāo)表示譜帶移動的線速度,縱坐標(biāo)表示理論塔板高度。納尼?線速度,理論塔板高度,這都是嘛(四聲)?
▉ 流速和柱效
這兩個詞確實生僻。所以,我們可以把它們近似地理解為:流速和柱效,對于給定的一根色譜柱(長度,填料粒徑固定)越大的流速能產(chǎn)生越高的分析速度,越小的板高能產(chǎn)生越大的柱效;所以,在老范的對鉤當(dāng)中,橫坐標(biāo)數(shù)值越大,分析速度越快;縱坐標(biāo)數(shù)值越小,柱子的分離效果越好。
知道了這些,我們就大概能理解老范畫的這個對鉤代表的意思了:對應(yīng)一根固定的色譜柱:柱效隨著流速提升而升高,到達一個最大值以后,又開始隨流速增大而降低,這個讓色譜柱達到最大柱效的流速值,被叫做最佳流速,在最佳流速附近保證實際柱效與最佳柱效差異很小的一個區(qū)域內(nèi)的流速,被叫做最佳流速范圍。所以老范的對鉤的深層意義就是:誰在最佳流速使用色譜柱,我就給誰畫個大對鉤。
▉ 內(nèi)徑
扯到這兒,一直在說老范和流速的事兒,還沒和內(nèi)徑扯上一點關(guān)系,接下來,我們就要給老范和流速牽線搭橋了,這個牽線搭橋的人就叫內(nèi)徑:
在老范的大對鉤中,橫坐標(biāo)叫做線速度,我們近似的把它認為是流速,其實,在“近似”的過程中,我們省略了內(nèi)徑這個因素,或者說是色譜柱粗細的影響,
線速度指的是色譜峰譜帶移動的速度,通常用cm/min作為單位
而流速指的是色譜儀輸液的體積流速,通常用mL/min作為單位
舉上一個生活化的例子,就是汽車,線速度可以理解為汽車行駛的速度;流速可以理解為汽車燒油的速度,而不同內(nèi)徑的色譜柱,可以理解為不同大小的汽車,越粗的色譜柱代表著越大的汽車,要開到相同的速度,燒的油就多,所以,更粗的色譜柱需要更大的體積流速才能產(chǎn)生與細色譜柱相同的線速度/分析速度。
返回頭看老范給畫的大對鉤,找個尺子一比,發(fā)現(xiàn)對于5um填料的色譜柱,最佳流速對應(yīng)的是大概6cm/min這一點,不過,這是線速度,我們用的色譜儀都是需要設(shè)定體積流速的,剛才我們說過,體積流速和色譜柱內(nèi)徑是有關(guān)的,那么問題來了:色譜柱內(nèi)徑哪樣好?
在這個問題上,設(shè)計色譜柱的人沒有隨便設(shè)計個1,2,5,10mm這種自己看了爽大家又喜聞樂見的內(nèi)徑數(shù)字,在這個問題上,他們秉承了“業(yè)界良心”:
大家想想看,自己在色譜儀上輸入流速的時候,是輸入1mL/min的感覺爽還是輸入1.18mL/min的感覺爽?我相信,只要不是自虐傾向太強的同學(xué),一定都會覺得是1mL/min更爽些...1mL/min對應(yīng)的是4.6mm內(nèi)徑色譜柱的最佳流速,而1.18mL/min對應(yīng)的是5mm內(nèi)徑色譜柱的最佳流速(都是說5um填料的色譜柱)
現(xiàn)在大家明白為啥我說色譜柱的設(shè)計者有“業(yè)界良心”了吧,為了讓大家在使用的時候爽,他們寧可讓自己在做柱子的時候“不爽”,這是怎樣的國際主義精神啊
后來呢,隨著儀器的進步,儀器能控制的流速精度越來越高,所以,出于對流動相節(jié)省和質(zhì)譜兼容性等等的需求,也開始出現(xiàn)了內(nèi)徑更小的色譜柱,在這些柱子的設(shè)計上,仍舊秉承了一貫的業(yè)界良心,盡可能讓大家在儀器控制的時候輸入一些更“整”的數(shù)字,所以色譜柱的內(nèi)徑仍舊是不太規(guī)整的,3.0mm對應(yīng)0.4mL/min,2.1mm對應(yīng)0.2mL/min,1.0mm對應(yīng)0.05mL/min(這個貌似兩邊都挺整,簡直是強迫癥患者的福音啊~不過,其實這個規(guī)格的色譜柱遠沒有其他規(guī)格的填料種類全...)
▉ UPLC
后來,UHPLC出現(xiàn)了,老范的對鉤明顯走形了……
圖片
我們能看到,UHPLC對應(yīng)的最佳流速已經(jīng)明顯和5um的HPLC填料不同了,按照剛才的業(yè)界良心理論,UHPLC色譜柱的內(nèi)徑也應(yīng)該應(yīng)對變化以繼續(xù)讓大家爽,可但是,我們看到的UHPLC色譜柱的內(nèi)徑規(guī)格還是那老三樣:4.6,3.0和2.1。
難道是世風(fēng)日下,業(yè)界良心一去不返了?
別慌,回過頭再用尺子比比老范的發(fā)福版對鉤,我們會看到,對于UHPLC的最佳流速,大概是在12cm/min這個地方,而且,由于UHPLC最佳流速范圍的擴展,經(jīng)典HPLC的最佳流速數(shù)值仍然在最佳流速范圍內(nèi),所以,即使我們不改變內(nèi)徑和流速,UHPLC的柱效也是很好的,如果要追求最佳流速,只要把原來的流速都乘以2就差不多了,1變成2,應(yīng)該也不會造成什么不爽...
▉ 大內(nèi)徑色譜柱優(yōu)勢
我們已經(jīng)了解了造成色譜柱內(nèi)徑數(shù)字不是整數(shù)的原因,剛才我們稍稍提過一下,小內(nèi)徑色譜柱的出現(xiàn)是出于溶劑節(jié)省和質(zhì)譜兼容性的原因,那么大家會問,既然小內(nèi)徑色譜柱有這些好處,為啥還沒有取代大內(nèi)徑的色譜柱?下面來大概解釋一下吧:
1:大內(nèi)徑色譜柱可以承載更大的上樣量,利用這個特性,我們可以進行色譜制備純化,用很大內(nèi)徑的色譜柱,一次進樣就可以純化很多樣品,還是用汽車做個例子,大公交比小面包可以裝更多的人。
2:大內(nèi)徑的色譜柱有更好的抗“溶劑效應(yīng)”能力,通常即使溶劑兼容性不是那么好的情況下,大內(nèi)徑色譜柱更容易得到更好的峰型。
3:大內(nèi)徑色譜柱對儀器的系統(tǒng)擴散耐受能力較強,由于使用較高流速分析,大內(nèi)徑色譜柱由于儀器死體積造成的柱效損失會更小,而小內(nèi)徑色譜柱對死體積格外敏感,這也是是為什么現(xiàn)在的窄徑柱(內(nèi)徑小于等于2.1mm)都推薦使用在高性能的UHPLC儀器上的原因。
4:大內(nèi)徑色譜柱對儀器的延遲體積影響也相對不太敏感,主要也是由于使用高流速,可以盡量抵消延遲體積帶來的影響。
5:對于某些型號的儀器以及某些特殊的方法,高流速下容易獲得更好的混合精準(zhǔn)度,這主要是由于儀器的硬件性能限制導(dǎo)致的。
所以呢,色譜柱內(nèi)徑大小的選擇和使用,完全是要根據(jù)自己實際需要來選擇的,在某方面表現(xiàn)好,必然會有某方面的犧牲,尺有所短寸有所長,根據(jù)自己的儀器方法和實際需要選擇合適內(nèi)徑的色譜柱才是正道。
文章來源:網(wǎng)絡(luò)