通過確保Restek(瑞斯泰康)色譜柱的速率和分辨率的優化,來選擇一款合適的色譜柱可以改善實驗室的工作效率。雖然可供選擇的數量是非常多的,但考慮到分辨率方程的變量因素,即分離因子,保留(容量)因子和柱效,可以將這些選擇簡單化。分離因子確定合適的固定相。一旦固定相確定了,就可在保留因子和柱效的基礎上選擇物理尺寸(內徑,薄膜厚度,長度)。了解了分離因子,保留因子和柱效是如何影響分離的,就可以使分析人員做出更有效更明智的選擇,針對特定的分離快速的選擇色譜柱。
一、分離因子(α)
選擇合適的固定相是優化您的GC分離的第一步。這是你做出的重要的決定,因為分離因子對分辨率的影響大,而分離因子由固定相的極性和選擇性決定。
固定相極性是由固定相官能團的類型和數量決定的。選擇色譜柱時必須要全面考慮固定相和目標化合物的極性,如果固定相和分析物的極性相似,那么就會產生比較強的吸引力和保留,而較強的保留會提高分辨率。固定相極性對色譜柱的選擇性和分離因子有非常重要的影響,因此在選擇色譜柱時固定相極性是一個需要考慮的重要指標。
固定相的選擇性是由IUPAC定義的,即其他物質對給定物質測定的干擾范圍。選擇性與固定相的組成,以及如何通過分子間作用力(例如氫鍵鍵合,色散力,取向力和擇形性)與目標化合物起作用這兩者直接相關。當固定相中的甲基團被不同功能團取代,諸如苯基或氰丙基側鏈,化合物與這些功能基團(如芳香族化合物或極性化合物)結合會增大其溶解度,增強其相互作用和保留的時間,因此能提高其分辨率和選擇性。
在另一個固定相與分析物相互作用影響的例子中,由于與固定相中氟側鏈基團有相互作用,Rtx®-200固定相對諸如鹵素,氮或羰基這樣含有孤對電子的化合物有很好的選擇性。選擇性可以近似使用現有應用程序或保留指數(表I),使用這些有用的工具來比較固定相和決定是適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選擇性。
對于特定分析物,固定相的極性和選擇性能同時影響色譜柱的裝樣能力;在固定相中分析物溶解度越大,該分析物的裝樣能力越強。例如,非極性固定相對非極性化合物(如戊烷)的裝樣能力就強于極性化合物(如乙醇)。
極性,選擇性和樣品裝樣能力之間的關系可以用一個例子來說明。苯和正丁醇由于有幾乎相同的沸點,因此考慮用Rtx®-20色譜柱(二苯基二甲基聚硅氧烷固定相)進行分析。由于苯分子在結構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,當它在色譜柱中被洗脫時與固定相的相互作用會更強一些,因此保留的時間也會更長一些。由于正丁醇不易溶于固定相中,它與固定相的相互作用比較弱,保留的時間也比較短。因此,這兩種化合物在Rtx®-20柱的洗脫順序為正丁醇先被洗脫出來,其次是苯。此外,由于苯易溶于二苯基相,因此這種色譜柱對苯具有更多的容量,這使得苯比正丁醇更能獲得較好的對稱色譜峰。極性強的色譜柱例如聚乙二醇(PEG)色譜柱, 將會使得正丁醇的保留時間和峰形優于苯。
在選擇色譜柱時,它們對分離因子,極性和選擇性的影響是首要的考慮因素。但是,溫度范圍也必須考慮。在一般情況下,高極性固定相具有較低的高工作溫度,因此選擇色柱適當的高工作溫度,與選擇被分析的不同類型化合物的極性和選擇性一樣至關重要。
二、保留因子(k)
色譜柱的保留因子(k)是指分析物在固定相中停留的時間相對于其在載氣中停留的時間。它主要受色譜柱的內徑(ID),相位膜的厚度和溫度的影響。保留因子有時也被稱為容量因子,它不應該與樣品載樣量混淆。作為一般規則,膜越厚內徑越小,更多的分析物將被保留。需注意的是溫度升高K值降低;因此,在較高的溫度下分析物在載氣中的停留時間更長,因此保留相對較少。
選擇色譜柱內徑時需要考慮不同的進樣方式,使用的檢測器類型和樣品的濃度(amount on-column)。進樣技術是非常重要的,因為色譜柱內徑的選擇是要根據進樣的方式,即:分流進樣,不分流進樣,直接進樣,冷柱頭進樣,或是其他樣品轉移方法來決定的。例如,0.53mm內徑的色譜柱是冷柱頭進樣的理想色譜柱,因為其注射器的針頭(26gauge)需要匹配較大的色譜柱內徑。除了色譜柱內徑外,檢測器和其流量要求也必須加以考慮。例如,一些MS檢測器只有在色譜柱的流速達到1.5ml/min時才能使用;因此,內徑0.53mm的色
譜柱只能應用于需要高流速的色譜中,不適用于MS。表II顯示了不同內徑色譜柱的特征。
表II: 不同內徑色譜柱的特征
膜厚度對每個樣品成分的保留和洗脫溫度有直接的影響。特別是揮發性化合物應該在薄膜厚度較厚的色譜柱上進行分析,這樣可以增加化合物在固定相上的保留時間從而改善其分離度。高分子量的化合物適合在薄膜厚度較薄的色譜柱上分析,能減少化合物在色譜柱中的停留時間,并在高洗脫溫度下降低固定相的流失。膜厚度同樣也能影響注射到色譜柱中未超載的物質總量。高濃度樣品使用厚膜色譜柱分析。
膜的厚度也直接影響到相比(β),當更換不同內徑的色譜柱時必須考慮其相比。當內徑增加,膜的厚度(df)也必須增加,以確保相應的分辨率和保留。表III為普通色譜柱內徑的β值,不同內徑色譜柱β值相似分離度相似。
表III: 普通色譜柱尺寸的相比(β)值。
三、柱效
柱效(N)是指柱長被理論塔板高度(HETP)等分。有效的理論塔板數受固定相涂布在柱壁上的程度影響,并通過色譜峰的洗脫出柱的寬窄來評價。高柱效(N)使峰之間的分辨率變好。內徑同樣也能影響柱效,一個簡單的經驗法則是色譜柱內徑越小其柱效越好。
毛細管柱的長度種類很多,主要的為10,15,30,60和105米。長柱子能提供較好的分辨能力,但也需要花費更多的分析時間和成本。當柱長增加一倍時,分析時間也會增加一倍。但是,柱子增加一倍其分辨率也只能提高40%左右,這是因為在分辨率方程中柱長是位于平方根函數下的。在選擇柱長時,必須對增加柱長所提高的分辨率與多花費的成本和分析時間這兩者做一個權衡。
結論
對分辨率方程的基本了解能使分析者在選擇色譜柱時做出更明智的選擇。固定相的選擇主要側重于其分離因子,要選擇與分析物結構相似的固定相,同時也可以參考保留指數或是現有的應用程序來選擇固定相。 保留因子和柱效同時也影響著峰的分離,在選擇色譜柱的內徑,液膜厚度和長度時也應該考慮這兩個因素。在對這些因素有了更好的了解后,分析者可以簡化色譜柱選擇過程,優化分離,提高實驗室的工作效率。
Restek氣相色譜柱簡介
專用色譜柱:血液中酒精專用柱、石化分析專用柱、環境監測專用柱、食品監測專用柱、農藥檢測專用柱、GC*GC專用色譜柱、二噁英和呋喃專用色譜柱、PCB同系物專用色譜柱、揮發物色譜柱、多環芳烴專用色譜柱、模擬蒸餾專用色譜柱、溴阻燃劑專用色譜柱、去活專用色譜柱、酸性物質專用色譜柱、堿性物質專用色譜柱、
Rxi系列色譜柱: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、
通用色譜柱: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
金屬MXT毛細管柱: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系列色譜柱、填充柱、微填充柱等
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