色谱柱保养心得

2016-11-29 15:42 来源: 蒲公英|作者:华阳
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  今天有人问我,《色谱柱使用记录》表里样品进样针数后面为什么还有个累计进样针数?

  套用哲学观点,任何物质都是有寿命的,大到宇宙,小到原子,但是不同的物质寿命是不一样的。

  每一根色谱柱都有一个大致的进样针数寿命,理论上可以有一个规定,达到进样多少针,就强制报废。不过好像并没有这样的规定,那么也可以作为一个参考,当色谱柱的柱性能参数(就是常说的理论塔板数、分离度、拖尾因子等等)不达标时,参照进样针数判断是柱子寿命到了,属于不可逆因素,只能换柱子。还是其它原因,如流动相配制错误,或者流动相变质了,也可能稀释液强度太大,也可能是方法就是错的,也可能是样品本身问题。

  不过色谱柱的累积性损坏自然不是一朝一夕的事,柱性能是缓慢下降的,但是没有一个特定的标准,要看具体的分析方法,而且跟柱型号也有关系。常规的分析方法下C18柱寿命是很长的,因为C18柱是目前技术最先进,质量最可靠,使用最广泛的色谱柱,在常规分析方法下,基本上不会损坏。但是如果流动相比较特殊,如高盐、高pH>8、低pH<1、高柱温、高比例水相、高比例有机相等等,色谱柱的损坏就会相应地加剧。

  这些可以算作是化学损伤,如果是操作不当,例如,流动相和样品溶液没有过滤,或者撞击色谱柱等,也会造成物理损伤,也会严重影响色谱柱寿命,甚至是“一招毙命”。

  前面提到了柱型号,不同型号的色谱柱寿命当然也不一样,跟前面说到的C18类似的,CN柱、苯基柱等键合硅胶柱都具有较长的使用寿命。不过所有基于硅胶基质的色谱柱都有一个天生的弱点,就是硅胶是能被水溶解的,虽然溶解度很小,但是长年累月使用,尤其在反相色谱系统中,累加了高盐、高pH、高柱温、高比例水相等方法参数后,硅胶的流失尤为明显。我做过一个项目,流动相含盐,柱温高达50度,基本上一根色谱柱半年就报废了。不过,是有一种方法可以解决这个问题的,就是在色谱柱前加一个柱芯与色谱柱类型相同的预柱,也叫保护柱,当流动相里溶解预柱里的硅胶饱和以后,就不再侵蚀色谱柱的硅胶,从而大大延长色谱柱寿命。不过不到万不得已还是不要使用特别苛刻的流动相,要知道预柱的柱芯也是很贵的,那就是一根较短的色谱柱啊,就算保住了色谱柱,经常换柱芯也是吃不消的。

  但是有一些类型的色谱柱,天生就是短命鬼,例如NH2柱,有时候好不容易平衡好系统,进个几十针样就OVER了,像是一次性的。就像焰火,它华丽的现身,转瞬就湮灭了。这些就留待色谱柱专家们去开发更加稳定可靠的新填料了。

  还有一类柱子,就是手性分离柱,这在医药行业是很大的一个应用。通常手性色谱柱是正相柱,这就要求我们在使用手性柱之前要先把系统置换干净,再接上柱子用流动相冲洗平衡进样。通常是甲醇、异丙醇、正已烷+异丙醇、流动相这样的顺序,如果忘记这个过程,会造成很大的麻烦。而且有一些手性柱是涂敷柱,例如淀粉、纤维素等大分子涂敷柱非常怕水,如果系统中原来的反相流动相没有置换干净,就会对色谱柱造成不可逆损伤,甚至报废。近年来,科学家也开发出了键合的手性柱,相比较要稳定的多,甚至也可以应用反相色谱系统。

  使用后对色谱柱的冲洗保存也比较重要,使用了缓冲系统的尤其要注意。这里推荐一个反相色谱系统的通用冲洗流程:将所有通道置换成含有较低有机相比例的水相中,比如10-30%乙腈或甲醇,然后冲洗1个小时,然后再梯度增加有机相比例,各冲洗一定时间,最终保留在高有机相比例的冲洗液里。低有机相比例的冲洗液是为了尽可能地冲洗缓冲盐。通常低压梯度洗脱的液相色谱仪采用的是四元泵,就是单泵四通道,比例阀混合。这种混合方式有个弊端,就是混合效果差,因为各通道不同比例是通过开关各通道阀的时间来控制的。打比方乙腈:缓冲盐=50:50,如果流速是1.0mL/min,并不是说乙腈和缓冲盐以各0.5mL/min的流速来混合;而是流速一直是1.0mL/min,但是在往复泵一个来回的时间内,两个通道分别打开一半的时间,也就是说系统管道里是一段乙腈、一段缓冲盐。这样就会造成盐的析出。所以,往往是两通道混合,就算没有用缓冲盐,还是建议先按比例混合好了,然后走单通道,否则的话一样会造成盐析出,或者基线波动。走梯度洗脱的话,往往会把有机相通道(B)中加入一定比例的水,或者把水相通道(A)配成梯度洗脱的初始比例,把有机相通道(B)配成梯度洗脱最终的比例。

  这里有两点需要说明,第一,一般认为,色谱系统包括色谱柱的冲洗甚至保存,都可以使用流动相,只是不加缓冲盐、酸碱等。例如上面提到的乙腈:缓冲盐=50:50,做完样品以后,就可以用50%乙腈/水来冲洗保存。有一些品牌色谱柱,例如资生堂,建议如果不是含盐或者强酸强碱,一般不建议冲洗。不过这只适合短期保存,也就是没隔多久又要再次使用。长期不用的色谱系统包括色谱柱还是应该冲洗后保存在高比例低极性溶剂体系中。一般建议正相系统保存在正已烷:异丙醇=90:10,反相系统保存在乙腈:水=90:10或者100%乙腈中。第二,随着快速分离色谱柱的发展,很多的低粒径色谱柱得到应用,而且往往柱温也较高,通常达到50度或以上,这种色谱系统通常柱压也较高,贸然用高比例水相冲洗可能会导致系统超压。可以先用流动相冲洗,或者断开色谱柱,用高比例水相冲洗系统,再接上柱子逐步提高有机相比例冲洗,也可以先调低流速冲洗。而且,最好待冲洗快要结束时再降低柱温。

  下面说说气相色谱柱,现如今填充柱几乎退出了历史,人们说起气相色谱柱自然就是石英毛细管柱。

  相比较液相色谱柱,感觉气相柱要简单的多,而且,往往气相柱各型号之间的专属也不那么强,往往一个样品用多种色谱柱分析,通过调整温度程序,也可以得到相类似的分析结果。结合到本文标题,气相色谱柱的进样针数同样也仅供参考,不能作为色谱柱寿命的唯一参数,影响气相色谱柱的寿命的因素基本为高温、高温时间、样品中的高沸物(包括一些在不适合的方法中,样品的分解或聚合物)、载气纯度等。

  常规的气相色谱柱通常是石英管表面涂敷的液体填料,所以一般情况下,气相色谱的分离其实是气化后的样品在液体填料里的溶解再挥发的性质不同来实现的。那么既然填料是液体,自然就会挥发了,气相色谱柱的寿命最大的影响因素就在这里。气相色谱柱都会有一个极限温度,一般使用温度会在这个极限温度下的20度左右。通常气相分析方法是程序升温的,高温的温度和保留时间决定了每一次进样对色谱柱的影响。不过不同类型的色谱柱因为其填料的性质不同,其极限温度也不同,自然最高使用温度就不同。反过来说,在相同使用温度下,其寿命也不相同。

  不管什么分析方法都要尽可能的真实反应样品里的溶剂及所有物质的含量, 气相色谱分析样品的首要条件是,样品要能被气化,就是进样口温度及程序终温要大于样品的沸点(这也不是绝对的),当样品中有高沸点的物质,甚至是无机盐、机械杂质,不能被气化留在了衬管里,甚至留在了色谱柱中,就会对色谱柱有损伤。这种情况最好是要处理一下样品,萃取、蒸馏、过滤都是常用的方法。如果实在无法避免,就要经常更换隔垫、衬管玻璃毛等,过一定时间还要把色谱柱前段割一段下来,通常是1米左右。除了这些,还应注意对样品性质的了解,如果样品的热稳定性差,进样分析过程中发生了分解或者聚合,产生高沸物就会对色谱柱产生很大影响,如果这些物质不能被溶剂冲洗的话,这种损伤就是不可逆的,而且分析结果也不准确。这种情况下就要适当的降低温度,直到不发生这种反应。或者换其它的分析方法。

  通常我们使用的 载气是高纯氮气,原因就两个字——便宜!但是,排除经济因素,这并不是一个最佳的选择。因为氮气的生产就是液态空气蒸发来的,但是因为氮气和氧气性质接近,一般很难杜绝高纯氮气里含有少量的氧气。氧气在高温柱对整个气相色谱系统包括色谱柱都会产生不良影响。所以一般仪器厂家还是建议使用高纯氦,尤其在进行计量、验证等高标准分析时,不过一瓶高纯氦可以换5瓶高纯氮,一般用户还是选择使用高纯氮气。其实从仪器性能来讲,也可以使用高纯氢气作为载气,低含氧量、低背景、低廉的价格都是不错的选择,当然一般考虑到氢气的泄漏以及储运的风险,往往被用户所排除。不过,带TCD检测器的气相色谱往往还是使用高纯氢气作为载气。

  说了这么多,最后感性的总结一下。真正做仪器分析人,都能发现不同品牌的仪器,甚至每一台仪器的不同,只有你真正热爱仪器分析,把每一台仪器当成好朋友、情人、爱人、孩子,了解他们的脾气、习性,用一颗真诚的心去对待他们,才能真正做到随心所欲,人机合一。