Waters色谱讲座-液相色谱柱基础知识.pdf

Waters中国有限公司培训中心中国有限公司培训中心液相色谱教程液相色谱教程(四四)液相色谱柱基础知识液相色谱柱基础知识Waters中国有限公司培训中心中国有限公司培训中心液相色谱柱基础知识(1)液相色谱柱基础知识(1)色谱柱及其填料色谱柱及其填料2004 Waters Corporation高效液相色谱柱简介高效液相色谱柱简介?色谱柱是一根填满填料的管子色谱柱是一根填满填料的管子?柱管的材料(塑料,玻璃,不锈钢柱管的材料(塑料,玻璃,不锈钢)和尺寸(内径,长短)不尽相同)和尺寸(内径,长短)不尽相同?管内的填料更是种类繁多,主要分为两大类管内的填料更是种类繁多,主要分为两大类硅胶基质硅胶基质聚合物基质聚合物基质?色谱柱的性能主要取决于填料的性质和填充技术色谱柱的性能主要取决于填料的性质和填充技术2004 Waters Corporation硅胶的结构硅胶的结构硅硅氧氧氢氢?无定形的多孔基质 硅原子与氧原子彼此结合形成无定形的多孔基质 硅原子与氧原子彼此结合形成“硅氧键硅氧键”=(Si O Si)2004 Waters Corporation液相色谱填料的合成(1)液相色谱填料的合成(1)Tetraethoxysilane(TEOS)Polyethoxysilane(PEOS)?传统硅胶颗粒基质传统硅胶颗粒基质?合成步骤：合成步骤：1.合成硅胶基质1.合成硅胶基质2.键合配体(键合相)2.键合配体(键合相)3.端基封口3.端基封口2004 Waters Corporation未键合的硅胶颗粒:孔表面未键合的硅胶颗粒:孔表面注意:表面硅醇基和微孔注意:表面硅醇基和微孔2004 Waters Corporation液相色谱填料的合成（2）液相色谱填料的合成（2）键合相(配体)：C18键合相(配体)：C18残留硅羟基残留硅羟基端基封口基团硅胶基质端基封口基团硅胶基质?合成步骤：合成步骤：1.合成硅胶基质1.合成硅胶基质2.键合配体(键合相)3.端基封口2.键合配体(键合相)3.端基封口2004 Waters Corporation不同硅胶的制作过程不同硅胶的制作过程?硅酸钠沉淀：硅酸钠沉淀：(无定形颗粒无定形颗粒)-Bondapak硅酸钠聚合成硅酸硅酸钠聚合成硅酸(硅胶硅胶)，之后研磨成小颗粒，之后研磨成小颗粒?“SolGel”1过程过程:(球形颗粒球形颗粒)-Nova-Pak胶态硅球被熔融入色谱颗粒中胶态硅球被熔融入色谱颗粒中?“SilGel”1过程过程:(球形颗粒球形颗粒)-Symmetry纯硅烷聚合形成色谱颗粒纯硅烷聚合形成色谱颗粒2004 Waters Corporation硅胶颗粒技术的沿革硅胶颗粒技术的沿革?六十年代 薄膜无孔填料六十年代 薄膜无孔填料(表面积很低表面积很低 10,000125-200(12.5-20 nm)3,000 10,00060-130(6-13 nm)3,000推荐使用的填料孔径被测物分子量推荐使用的填料孔径被测物分子量(MW)?孔占据大于孔占据大于99%的填料表面的填料表面Si-OH=硅羟基（硅羟基（Silanol）注意：孔径是分布值注意：孔径是分布值2004 Waters Corporation硅胶的孔结构硅胶的孔结构SiCH3H3CCH3OSiCCCCCCCCCCCCCCCCCCH3CCH3O25“立体位阻”?C18 键合并端基封口后键合并端基封口后还能看见什么？还能看见什么？硅羟基硅羟基!即使进行高密度键合，硅胶表面仍将残留约即使进行高密度键合，硅胶表面仍将残留约50%硅羟基硅羟基(SiOH)!封口基团封口基团2004 Waters Corporation对色谱柱填料的了解(六)对色谱柱填料的了解(六)?硅胶的活性硅胶的活性主要影响碱性化合物的保留行为：主要影响碱性化合物的保留行为：k生产硅胶时处理温度不同，硅胶活性也不同生产硅胶时处理温度不同，硅胶活性也不同是选择性差异的主要来源是选择性差异的主要来源?硅胶的杂质含量硅胶的杂质含量重金属含量低，硅羟基活性小，拖尾减小重金属含量低，硅羟基活性小，拖尾减小是色谱柱质量好坏的重要标志是色谱柱质量好坏的重要标志2004 Waters Corporation对色谱柱填料的了解(七)对色谱柱填料的了解(七)?填料的填料的pH稳定性稳定性硅胶填料硅胶填料 pH：2-8聚合物填料聚合物填料 pH：2-12杂化硅胶填料杂化硅胶填料 pH：2-12?pH值小于值小于2时键合相水解时键合相水解?pH值大于值大于8时硅胶溶解时硅胶溶解1 2 3 4 5 6 7 8 9 pH硅胶的溶解曲线2004 Waters Corporation对色谱柱填料的了解(八)对色谱柱填料的了解(八)?填料的热稳定性填料的热稳定性普通硅胶填料普通硅胶填料柱温柱温:60聚合物填料聚合物填料(高温高温GPC)柱温柱温:150杂化硅胶填料杂化硅胶填料(XTerra)柱温柱温:902004 Waters Corporation色谱填料的热稳定性色谱填料的热稳定性pH温度温度2004 Waters Corporation填料基质物理性质的影响填料基质物理性质的影响?填料基质的物理性质对色谱柱的影响填料基质的物理性质对色谱柱的影响平均孔径及其分布平均孔径及其分布:影响被分析样品的分子量，大孔径的可分析高分子量样品影响被分析样品的分子量，大孔径的可分析高分子量样品平均孔体积及其分布平均孔体积及其分布:影响同孔径影响同孔径含碳量含碳量:影响化合物的保留时间，高含碳量保留时间长影响化合物的保留时间，高含碳量保留时间长填料的端基封口填料的端基封口:主要影响碱性化合物的峰形，未封口会使碱性化合物拖尾主要影响碱性化合物的峰形，未封口会使碱性化合物拖尾硅胶的活性硅胶的活性:主要影响碱性化合物的保留行为：主要影响碱性化合物的保留行为：K，高活性的，高活性的K大大硅胶的杂质含量硅胶的杂质含量:更苛刻条件下的碱性化合物峰形更苛刻条件下的碱性化合物峰形2004 Waters Corporation液相色谱柱的分类液相色谱柱的分类?从柱子类型上分：从柱子类型上分：分配/吸附，离子交换，凝胶，亲合分配/吸附，离子交换，凝胶，亲合?从柱体积及柱结构上分：从柱体积及柱结构上分：内径：内径：2.1mm以下以下(微径柱微径柱)、3.9mm 7.8mm(分析柱分析柱)、7.9mm 50mm（制备柱）（制备柱）长度：长度：5cm 60cm?从柱体材料上分从柱体材料上分不锈钢（普通不锈钢（普通/可换柱芯）可换柱芯）玻璃玻璃聚合物（径向加压）、聚合物（径向加压）、PEEK2004 Waters Corporation色谱柱的规格色谱柱的规格?内径内径检测的灵敏度检测的灵敏度样品的容量样品的容量?长度长度分离度，理论塔板数分离度，理论塔板数速度速度样品的容量样品的容量检测的灵敏度检测的灵敏度2004 Waters CorporationWaters色谱柱的内径色谱柱的内径?Waters 传统品牌的分析柱以传统品牌的分析柱以3.9mm内径为主，比一般分析柱内径为主，比一般分析柱(4.6mm)细，因此：细，因此：相对灵敏度高相对灵敏度高省溶剂，可用相对较低的流速省溶剂，可用相对较低的流速同样的流速下，柱压较高同样的流速下，柱压较高(高效柱尤为明显高效柱尤为明显)?注意在用文献方法时转换流速注意在用文献方法时转换流速,即即:降低流速降低流速,以保持线速度相同。以保持线速度相同。2004 Waters Corporation色谱柱化学及外形与性能的关系色谱柱化学及外形与性能的关系液相色谱柱液相色谱柱填 料填 料柱 管柱 管颗粒表面性质颗粒度长 度内 径材 料化学性质 k，分辨率机械因素N寿命，柱效，速度，溶剂消耗Waters 中国有限公司培训中心中国有限公司培训中心液相色谱柱基础知识(2)液相色谱柱基础知识(2)色谱柱使用与保养色谱柱使用与保养2004 Waters Corporation色谱柱的连接色谱柱的连接?各种锥箍和管路接头长度示意图:各种锥箍和管路接头长度示意图:2004 Waters Corporation色谱柱的连接色谱柱的连接?Stop_depth长度不合适造成柱前死体积长度不合适造成柱前死体积柱外扩散柱外扩散,造成色谱峰展宽造成色谱峰展宽正常正常死体积死体积峰扩散峰扩散2004 Waters Corporation色谱柱的连接色谱柱的连接?锥箍锥度不合适造成渗漏锥箍锥度不合适造成渗漏2004 Waters CorporationWaters色谱柱的连接色谱柱的连接?Waters除除Spherisorb以外的各种品牌的色谱柱用的是以外的各种品牌的色谱柱用的是“Waters”标准，其标准，其stop-depth的长度为的长度为0.130英吋英吋?Spherisorb品牌的色谱柱及品牌的色谱柱及Phase Separations公司的其它品牌色谱柱用的是公司的其它品牌色谱柱用的是“Parker-style”标，其标，其stop-depth为为0.090英吋英吋?连接连接Waters 色谱柱最好使用整体式色谱柱最好使用整体式PEEK工程塑料接头工程塑料接头,(P/N PSL613315),耐压耐压 5000Psi;亦可适用于不同厂家的色谱柱与亦可适用于不同厂家的色谱柱与Waters仪器的连接仪器的连接2004 Waters Corporation测柱效-良好的色谱实验习惯测柱效-良好的色谱实验习惯?拿到一根新色谱柱时，先测柱效拿到一根新色谱柱时，先测柱效?保留在新色谱柱上测得的色谱图，并记录色谱测试条件保留在新色谱柱上测得的色谱图，并记录色谱测试条件?定期检测柱效定期检测柱效?定期检测仪器的谱带展宽定期检测仪器的谱带展宽2004 Waters Corporation测柱效的方法测柱效的方法?色谱柱种类繁多色谱柱种类繁多,性能各异性能各异,测定方法亦各不相同测定方法亦各不相同?Waters的色谱柱均附有的色谱柱均附有Use and Care说明书说明书,可按说明书所述方法测定可按说明书所述方法测定?以下是以下是Waters反相反相C18柱的测定方法柱的测定方法:流动相流动相:乙腈乙腈/水水=60:40;流速流速:1ml/min样品样品:50mg Acenaphthene(二氢苊二氢苊)溶于溶于100ml乙腈乙腈,加加入入600l丙酮丙酮进样量进样量13l检测波长检测波长:254nm2004 Waters Corporation计算色谱柱的柱效计算色谱柱的柱效 N?理论塔板数计算公式：理论塔板数计算公式：W方法Wtan16切线法Wh5.54半峰高W393W4164W525521=WVN2004 Waters Corporation用用“切线切线”法计算柱效法计算柱效18.70RV=plates 8742 20.8018.7016 4N=InjectInject16.63RV=plates 9569 4N=268.063.1616不好的色谱柱的柱效反而比好色谱柱的要高，因为其拖尾部分测不出来不好的色谱柱的柱效反而比好色谱柱的要高，因为其拖尾部分测不出来0.80W=0.68W=好柱好柱坏柱坏柱2004 Waters Corporation用用“55”法计算柱效法计算柱效7018.=RVplates 8240 1.0318.7025N25=1.03W=height4.4%height4.4%plates 3334 N5=2441631625.6316.=RV1.44W=InjectInject好柱好柱坏柱坏柱2004 Waters Corporation测量色谱系统的谱带展宽测量色谱系统的谱带展宽?卸下色谱柱，用卸下色谱柱，用UNION(两通两通)代替之代替之?按测柱效方法，以按测柱效方法，以1/10的样品浓度进样，大约的样品浓度进样，大约25微升微升?用用5 sigma方法测方法测4.4%峰高处的峰宽：峰高处的峰宽：W?仪器参数仪器参数流速流速1.0 ml/min检测器时间常数小于检测器时间常数小于0.2?谱带展宽（谱带展宽（ml）=1000W（min）2004 Waters Corporation色谱柱的正确使用及操作色谱柱的正确使用及操作?流动相的转换流动相的转换特别是特别是GPC柱柱?流速流速(压力压力)的变化幅度的变化幅度?温度的变化幅度温度的变化幅度?专用色谱柱样品及溶剂的要求专用色谱柱样品及溶剂的要求记住拿到一根从未用过的色谱柱时 一定要先看其使用说明！记住拿到一根从未用过的色谱柱时 一定要先看其使用说明！2004 Waters Corporation正确使用色谱柱(一)正确使用色谱柱(一)?样品方面样品方面除去微粒及杂质除去微粒及杂质了解样品在流动相中的溶解度了解样品在流动相中的溶解度?如溶样品的溶剂不是流动相，一定要用流动相试溶解度，防止其在流动相中析出如溶样品的溶剂不是流动相，一定要用流动相试溶解度，防止其在流动相中析出了解样品与色谱柱的基质/填料是否有相互作用了解样品与色谱柱的基质/填料是否有相互作用2004 Waters Corporation正确使用色谱柱（二）正确使用色谱柱（二）?流动相方面流动相方面除去微粒除去微粒纯度的要求纯度的要求?超纯水，梯度实验时水中有机杂质含量要低超纯水，梯度实验时水中有机杂质含量要低?缓冲液的pH值，在填料的允许范围内缓冲液的pH值，在填料的允许范围内?缓冲液（盐）的浓度缓冲液（盐）的浓度?有机溶剂：色谱纯,杂质含量尽量低,并与填料相匹配有机溶剂：色谱纯,杂质含量尽量低,并与填料相匹配流动相对样品的溶解度流动相对样品的溶解度?有机溶剂或水的比例有机溶剂或水的比例2004 Waters Corporation色谱柱的在线保护装置色谱柱的在线保护装置?给色谱柱提供物理的保护给色谱柱提供物理的保护除去样品及流动相中的颗粒除去样品及流动相中的颗粒?给色谱柱提供化学的保护给色谱柱提供化学的保护防止分析柱被化学污染防止分析柱被化学污染?装置装置在线过滤器在线过滤器Sentry Guard 保护柱保护柱2004 Waters Corporation在线过滤器在线过滤器?In-Line Filter，部件号，部件号 WAT084560防止颗粒在色谱柱头累积防止颗粒在色谱柱头累积优点：基本不影响柱效优点：基本不影响柱效在需要高柱效的分析时常用在需要高柱效的分析时常用(如：氨基酸分析如：氨基酸分析)?可更换的消耗品可更换的消耗品更换滤芯，部件号更换滤芯，部件号 WAT088084(1/pkg)更换滤芯，部件号更换滤芯，部件号 WAT005139(5/pkg)2004 Waters Corporation保护柱保护柱?可避免化学污染可避免化学污染多数保护柱影响到整个色谱柱的柱效，特别是在用微柱时多数保护柱影响到整个色谱柱的柱效，特别是在用微柱时?选保护柱的原则选保护柱的原则与所用色谱柱品牌、内径一致与所用色谱柱品牌、内径一致?Sentry Guard保护柱保护柱通用保护柱卡套部件号通用保护柱卡套部件号:?WAT046910(适用于适用于3.0,3.9,4.620mm保护柱保护柱)?186000262 (适用于适用于2.120mm保护柱保护柱)?WAT097958(适用于适用于2.110mm保护柱保护柱)2004 Waters Corporation色谱柱的清洗色谱柱的清洗?对所做的样品要有充分的了解对所做的样品要有充分的了解用对该样品洗脱能力最强的流动相清洗用对该样品洗脱能力最强的流动相清洗?硅胶柱的一般方法硅胶柱的一般方法先用甲醇洗去极性杂质先用甲醇洗去极性杂质用干燥的二氯甲烷、正庚烷用干燥的二氯甲烷、正庚烷100200ml依次活化依次活化?键合相柱(烷基)的一般方法键合相柱(烷基)的一般方法20倍柱体积的：甲醇-氯仿-甲醇-水依次冲洗20倍柱体积的：甲醇-氯仿-甲醇-水依次冲洗记住每种色谱柱可能有特定的方法 一定要先看其使用说明！记住每种色谱柱可能有特定的方法 一定要先看其使用说明！2004 Waters Corporation色谱柱的存放色谱柱的存放?存放前的处理存放前的处理除去杂质、缓冲盐除去杂质、缓冲盐?合适的存放溶剂合适的存放溶剂?避免色谱柱床的干涸避免色谱柱床的干涸?避免机械震动避免机械震动?防止细菌生长防止细菌生长?注意存放的温度注意存放的温度2004 Waters Corporation色谱柱的故障与异常色谱柱的故障与异常?柱压过高柱压过高多少才算高?多少才算高?不同色谱柱有差异不同色谱柱有差异?不同系统有差异不同系统有差异?不同溶剂有差异不同溶剂有差异?柱效低柱效低?重复性差重复性差?不出峰，回收率低不出峰，回收率低2004 Waters Corporation柱压过高柱压过高?为什么柱压会过高为什么柱压会过高微粒堵塞微粒堵塞?样品样品?流动相流动相?密封垫密封垫柱床膨胀柱床膨胀不可逆吸附不可逆吸附细菌生长细菌生长2004 Waters Corporation柱效低柱效低?为什么柱效低为什么柱效低色谱柱被污染色谱柱被污染过滤片部分堵塞过滤片部分堵塞?样品、流动相或密封垫的细小颗粒造成的堵塞样品、流动相或密封垫的细小颗粒造成的堵塞色谱柱内的死体积色谱柱内的死体积?流动相pH值及组成不合适造成固定相流失流动相pH值及组成不合适造成固定相流失?流速急剧变化造成固定相物理损坏流速急剧变化造成固定相物理损坏?机械震动造成柱床产生裂缝机械震动造成柱床产生裂缝?柱床收缩或干涸柱床收缩或干涸2004 Waters Corporation重复性差、回收率低重复性差、回收率低?实验的重复性差实验的重复性差色谱柱被污染色谱柱被污染流动相流动相pH值及组成不合适造成键合相流失值及组成不合适造成键合相流失样品溶剂不同或样品本身不稳定样品溶剂不同或样品本身不稳定?回收率低，不出峰回收率低，不出峰“不可逆不可逆”吸附吸附固定相过强或流动相过弱固定相过强或流动相过弱非特异性吸附非特异性吸附2004 Waters Corporation色谱柱以外的因素(一)色谱柱以外的因素(一)?“柱效柱效”问题，不一定是色谱柱问题！问题，不一定是色谱柱问题！系统连接问题：连接不好造成死体积系统连接问题：连接不好造成死体积进样器进样器检测器检测器管路，连接口管路，连接口保护柱保护柱在线过滤器堵塞在线过滤器堵塞流动相问题：色谱柱未平衡好流动相问题：色谱柱未平衡好进样量太大进样量太大2004 Waters Corporation色谱柱以外的因素(二)色谱柱以外的因素(二)?柱压过高，不一定是色谱柱问题！柱压过高，不一定是色谱柱问题！系统反压问题系统反压问题?阻尼器堵塞阻尼器堵塞?进样器堵塞进样器堵塞?管路或连接口堵塞管路或连接口堵塞?在线过滤器不干净在线过滤器不干净?保护柱保护柱压力传感器不准确压力传感器不准确流速是否错误?流速是否错误?2004 Waters Corporation色谱柱以外的因素(三)色谱柱以外的因素(三)?实验的重复性差实验的重复性差梯度实验时平衡时间不足梯度实验时平衡时间不足温度波动温度波动流动相组成改变流动相组成改变样品溶剂不同样品溶剂不同样品稳定性不好样品稳定性不好方法开发不好方法开发不好?缓冲液的缓冲液的pH值不合适值不合适?缓冲液的缓冲能力不足缓冲液的缓冲能力不足2004 Waters Corporation简单的判别方法简单的判别方法?高的柱反压是否伴随着高的柱反压是否伴随着保留时间变化?保留时间变化?峰形变坏?峰形变坏?分辨率变坏?分辨率变坏?测量色谱系统的谱带展宽测量色谱系统的谱带展宽典型的分析系统应远小于典型的分析系统应远小于 100 微升微升如大于此数应检查仪器系统如大于此数应检查仪器系统