HPLC基礎知識（三）

3．柱外效應

速率理論研究的是柱內峰展寬因素，實際在柱外還存在引起峰展寬的因素，即柱外效應（色譜峰在柱外死空間里的擴展效應）。色譜峰展寬的總方差等于各方差之和，即：

    σ2＝σ2柱內＋σ2柱外＋σ2其它

柱外效應主要由低劣的進樣技術、從進樣點到檢測池之間除柱子本身以外的所有死體積所引起。為了減少柱外效應，首先應盡可能減少柱外死體積，如使用“零死體積接頭”連接各部件，管道對接宜呈流線形，檢測器的內腔體積應盡可能小。研究表明柱外死體積之和應＜VR/。其次，希望將樣品直接進在柱頭的中心部位，但是由于進樣閥與柱間有接頭，柱外效應總是存在的。此外，要求進樣體積≤VR/2。

柱外效應的直觀標志是容量因子k小的組分（如k＜2）峰形拖尾和峰寬增加得更為明顯；k大的組分影響不顯著。由于HPLC的特殊條件，當柱子本身效率越高（N越大），柱尺寸越小時，柱外效應越顯得突出。而在經典LC中則影響相對較小。

III．HPLC系統

HPLC系統一般由輸液泵、進樣器、色譜柱、檢測器、數據記錄及處理裝置等組成。其中輸液泵、色譜柱、檢測器是關鍵部件。有的儀器還有梯度洗脫裝置、在線脫氣機、自動進樣器、預柱或保護柱、柱溫控制器等，現代HPLC儀還有微機控制系統，進行自動化儀器控制和數據處理。制備型HPLC儀還備有自動餾分收集裝置。

最早的液相色譜儀由粗糙的高壓泵、低效的柱、固定波長的檢測器、繪圖儀，繪出的峰是通過手工測量計算峰面積。后來的高壓泵精度很高并可編程進行梯度洗脫，柱填料從單一品種發展至幾百種類型，檢測器從單波長至可變波長檢測器、可得三維色譜圖的二極管陣列檢測器、可確證物質結構的質譜檢測器。數據處理不再用繪圖儀，逐漸取而代之的是最簡單的積分儀、計算機、工作站及網絡處理系統。

目前常見的HPLC儀生產廠家國外有Waters公司、Agilent公司（原HP公司）、島津公司等，國內有大連依利特公司、上海分析儀器廠、北京分析儀器廠等。

一、輸液泵

1．泵的構造和性能

輸液泵是HPLC系統中最重要的部件之一。泵的性能好壞直接影響到整個系統的質量和分析結果的可靠性。輸液泵應具備如下性能：①流量穩定，其RSD應＜0.5%，這對定性定量的準確性至關重要；②流量范圍寬，分析型應在0.1~10ml/min范圍內連續可調，制備型應能達到100 ml/min；③輸出壓力高，一般應能達到150~300 kg/cm2；④液缸容積小；⑤密封性能好，耐腐蝕。

泵的種類很多，按輸液性質可分為恒壓泵和恒流泵。恒流泵按結構又可分為螺旋注射泵、柱塞往復泵和隔膜往復泵。恒壓泵受柱阻影響，流量不穩定；螺旋泵缸體太大，這兩種泵已被淘汰。目前應用最多的是柱塞往復泵。

柱塞往復泵的液缸容積小，可至0.1ml，因此易于清洗和更換流動相，特別適合于再循環和梯度洗脫；改變電機轉速能方便地調節流量，流量不受柱阻影響；泵壓可達400kg/cm2。其主要缺點是輸出的脈沖性較大，現多采用雙泵系統來克服。雙泵按連接方式可分為并聯式和串聯式，一般說來并聯泵的流量重現性較好（RSD為0.1%左右，串聯泵為0.2~0.3%），但出故障的機會較多（因多一單向閥），價格也較貴。

各品牌輸液泵的基本參數：

            項目      Waters 515型      HP 1100型      LC-10ATvp型      Elite P200

            II型      檢定要求

            流速范圍      0.001~10      0.001~10      0.001~9.999      0.01~4.99    
            
            調節精度      0.001      0.001      0.001      0.01 

   
            流量精密度      RSD 0.1%      0.15%（<0.3%）      0.3%      0.5%      1.5%

            流量準確度                  ±2.0%      ±5.0%      ±2.0%

            最高壓力      4000 Psi      40 MPa      39.2 MPa      40.0 MPa

            密封圈壽命                
            流動相的脈沖 

                           
2．泵的使用和維護注意事項

為了延長泵的使用壽命和維持其輸液的穩定性，必須按照下列注意事項進行操作：

①防止任何固體微粒進入泵體，因為塵埃或其它任何雜質微粒都會磨損柱塞、密封環、缸體和單向閥，因此應預先除去流動相中的任何固體微粒。流動相最好在玻璃容器內蒸餾，而常用的方法是濾過，可采用Millipore濾膜（0.2&micro;m或0.45&micro;m）等濾器。泵的入口都應連接砂濾棒（或片）。輸液泵的濾器應經常清洗或更換。

②流動相不應含有任何腐蝕性物質，含有緩沖液的流動相不應保留在泵內，尤其是在停泵過夜或更長時間的情況下。如果將含緩沖液的流動相留在泵內，由于蒸發或泄漏，甚至只是由于溶液的靜置，就可能析出鹽的微細晶體，這些晶體將和上述固體微粒一樣損壞密封環和柱塞等。因此，必須泵入純水將泵充分清洗后，再換成適合于色譜柱保存和有利于泵維護的溶劑（對于反相鍵合硅膠固定相，可以是甲醇或甲醇－水）。

③泵工作時要留心防止溶劑瓶內的流動相被用完，否則空泵運轉也會磨損柱塞、缸體或密封環，最終產生漏液。

3．柱的填充和性能評價

色譜柱的性能除了與固定相性能有關外，還與填充技術有關。在正常條件下，填料粒度＞20&micro;m時，干法填充制備柱較為合適；顆粒＜20&micro;m時，濕法填充較為理想。填充方法一般有4種：①高壓勻漿法，多用于分析柱和小規模制備柱的填充；②徑向加壓法，WatersZL；③軸向加壓法，主要用于裝填大直徑柱；④干法。柱填充的技術性很強，大多數實驗室使用已填充好的商品柱。

必須指出，高效液相色譜柱的獲得，裝填技術是重要環節，但根本問題還在于填料本身性能的優劣，以及配套的色譜儀系統的的結構是否合理。

無論是自己裝填的還是購買的色譜柱，使用前都要對其性能進行考察，使用期間或放置一段時間后也要重新檢查。柱性能指標包括在一定實驗條件下（樣品、流動相、流速、溫度）下的柱壓、理論塔板高度和塔板數、對稱因子、容量因子和選擇性因子的重復性，或分離度。一般說來容量因子和選擇性因子的重復性在±5%或±10%以內。進行柱效比較時，還要注意柱外效應是否有變化。

一份合格的色譜柱評價報告應給出柱的基本參數，如柱長、內徑、填料的種類、粒度、色譜柱的柱效、不對稱度和柱壓降等。