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那么奇葩?為什么色譜柱的內(nèi)徑都不是整數(shù)?

點(diǎn)擊次數(shù):2282 更新時(shí)間:2018-02-24

許多色譜柱的內(nèi)徑是2.1mm、4.6mm等,卻不是2mm、5mm這樣的整數(shù)?大家學(xué)習(xí)色譜的時(shí)候,不知道是不是想過(guò)這樣一個(gè)問(wèn)題:為啥色譜柱的內(nèi)徑通常都是一些很零碎的數(shù)字呢?

 

思路提示:流速1mL/min對(duì)應(yīng)的是4.6mm內(nèi)徑色譜柱的*流速,而1.18mL/min對(duì)應(yīng)的是5mm內(nèi)徑色譜柱的*流速(都是說(shuō)5um填料的色譜柱)。

 

大家猜到原因了吧!對(duì),就是范德米特大對(duì)勾,詳細(xì)分析如下:

 

一、范德米特大對(duì)勾

 

 

這個(gè)是基于5um填料色譜柱繪制的范德米特曲線,為啥要選5um填料?主要是因?yàn)檫@個(gè)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(gè)周正的對(duì)鉤...


那么我們來(lái)解釋一下這個(gè)經(jīng)典的對(duì)鉤吧,它被畫(huà)在一個(gè)坐標(biāo)軸里,橫坐標(biāo)表示譜帶移動(dòng)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?能吃不?


這兩個(gè)詞確實(shí)生僻...所以,我們得把他們近似的翻譯成接地氣的詞匯,那么他們可以近似的理解為:流速和柱效,對(duì)于給定的一根色譜柱(長(zhǎng)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(duì)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(huà)的這個(gè)對(duì)鉤代表的意思了:對(duì)應(yīng)一根固定的色譜柱:柱效隨著流速提升而升高,到達(dá)一個(gè)zui大值以后,又開(kāi)始隨流速增大而降低,這個(gè)讓色譜柱達(dá)到zui大柱效的流速值,被叫做*流速,在*流速附近保證實(shí)際柱效與*柱效差異很小的一個(gè)區(qū)域內(nèi)的流速,被叫做*流速范圍。所以老范的對(duì)鉤的深層意義就是:誰(shuí)在*流速使用色譜柱,我就給誰(shuí)畫(huà)個(gè)大對(duì)鉤。

 

二、大對(duì)勾和流速的關(guān)系

扯到這兒,一直在說(shuō)老范和流速的事兒,還沒(méi)和內(nèi)徑扯上一點(diǎn)關(guān)系,接下來(lái),我們就要給老范和流速牽線搭橋了,這個(gè)牽線搭橋的人就叫內(nèi)徑。


在老范的大對(duì)鉤中,橫坐標(biāo)叫做線速度,我們近似的把它認(rèn)為是流速,其實(shí),在“近似”的過(guò)程中,我們省略了內(nèi)徑這個(gè)因素,或者說(shuō)是色譜柱粗細(xì)的影響。


線速度指的是色譜峰譜帶移動(dòng)的速度,通常用cm/min作為單位;而流速指的是色譜儀泵輸液的體積流速,通常用mL/min作為單位。


舉上一個(gè)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(kāi)到相同的速度,燒的油就多,所以,粗的色譜柱需要大的體積流速才能產(chǎn)生與細(xì)色譜柱相同的線速度/分析速度。

 

三、色譜柱內(nèi)徑哪樣好?

返回頭看老范給畫(huà)的大對(duì)鉤,找個(gè)尺子一比,發(fā)現(xiàn)對(duì)于5um填料的色譜柱,*流速對(duì)應(yīng)的是大概6cm/min這一點(diǎn),不過(guò),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(shuō)過(guò),體積流速和色譜柱內(nèi)徑是有關(guān)的,那么問(wèn)題來(lái)了:色譜柱內(nèi)徑哪樣好?


在這個(gè)問(wèn)題上,設(shè)計(jì)色譜柱的人沒(méi)有隨便設(shè)計(jì)個(gè)1,2,5,10mm這種自己看了爽大家又喜聞樂(lè)見(jiàn)的內(nèi)徑數(shù)字,在這個(gè)問(wèn)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(shí)候,是輸入1mL/min的感覺(jué)爽還是輸入1.18mL/min的感覺(jué)爽?我相信,只要不是自虐傾向太強(qiáng)的同學(xué),一定都會(huì)覺(jué)得是1mL/min爽些...1mL/min對(duì)應(yīng)的是4.6mm內(nèi)徑色譜柱的*流速,而1.18mL/min對(duì)應(yīng)的是5mm內(nèi)徑色譜柱的*流速(都是說(shuō)5um填料的色譜柱)。


現(xiàn)在大家明白為啥我說(shuō)色譜柱的設(shè)計(jì)者有“業(yè)界良心”了吧,為了讓大家在使用的時(shí)候爽,他們寧可讓自己在做柱子的時(shí)候“不爽”,這是怎樣的主義精神啊~


后來(lái)呢,隨著儀器的進(jìn)步,儀器能控制的流速精度越來(lái)越高,所以,出于對(duì)流動(dòng)相節(jié)省和質(zhì)譜兼容性等等的需求,也開(kāi)始出現(xiàn)了內(nèi)徑小的色譜柱,在這些柱子的設(shè)計(jì)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(shí)候輸入一些“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(duì)應(yīng)0.4mL/min,2.1mm對(duì)應(yīng)0.2mL/min,1.0mm對(duì)應(yīng)0.05mL/min(這個(gè)貌似兩邊都挺整,簡(jiǎn)直是強(qiáng)迫癥患者的福音啊~不過(guò),其實(shí)這個(gè)規(guī)格的色譜柱遠(yuǎn)沒(méi)有其他規(guī)格的填料種類全...)

 

四、UHPLC與走形的老范大對(duì)鉤

后來(lái),UHPLC出現(xiàn)了,老范的對(duì)鉤明顯走形了。

 

 

我們能看到,UHPLC對(duì)應(yīng)的*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(duì)變化以繼續(xù)讓大家爽,但可是,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?


看官別慌,回過(guò)頭再用尺子比比老范的發(fā)福版對(duì)鉤,我們會(huì)看到,對(duì)于UHPLC的*流速,大概是在12cm/min這個(gè)地方,而且,由于UHPLC*流速范圍的擴(kuò)展,經(jīng)典HPLC的*流速數(shù)值仍然在*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*流速,只要把原來(lái)的流速都乘以2就差不多了,1變成2,應(yīng)該也不會(huì)造成什么不爽...

 

五、色譜柱的內(nèi)徑規(guī)格為啥那么多?

我們已經(jīng)了解了造成色譜柱內(nèi)徑數(shù)字奇葩的原因,接下來(lái)還得說(shuō)說(shuō)為什么“奇葩”的出現(xiàn)還是一個(gè)系列的:色譜柱的內(nèi)徑規(guī)格為什么那么多?


剛才我們稍稍提過(guò)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(huì)問(wèn),既然小內(nèi)徑色譜柱有這些好處,為啥還沒(méi)有取代大內(nèi)徑的色譜柱?下面我來(lái)大概解釋一下吧:


1. 大內(nèi)徑色譜柱可以承載大的上樣量,利用這個(gè)特性,我們可以進(jìn)行色譜制備純化,用很大內(nèi)徑的色譜柱,一次進(jìn)樣就可以純化很多樣品,還是用汽車做個(gè)例子,大公交比小面包可以裝多的人。


2. 大內(nèi)徑的色譜柱有好的抗“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)徑色譜柱容易得到好的峰型。


3. 大內(nèi)徑色譜柱對(duì)儀器的系統(tǒng)擴(kuò)散耐受能力較強(qiáng),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(huì)小,而小內(nèi)徑色譜柱對(duì)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(duì)儀器的延遲體積影響也相對(duì)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(lái)的影響。


5. 對(duì)于某些型號(hào)的儀器以及某些特殊的方法,高流速下容易獲得好的混合度,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,*是要根據(jù)自己實(shí)際需要來(lái)選擇的,在某方面表現(xiàn)好,必然會(huì)有某方面的犧牲,尺有所短寸有所長(zhǎng),根據(jù)自己的儀器方法和實(shí)際需要選擇合適內(nèi)徑的色譜柱才是正道。


zui后,至于UHPLC為什么會(huì)導(dǎo)致老范的對(duì)鉤變型,這是個(gè)挺復(fù)雜的問(wèn)題,光靠老范畫(huà)的對(duì)鉤已經(jīng)無(wú)法解釋了,還得把他編的公式也拿出來(lái),這個(gè),作為后話。