如何選擇液相色譜柱

由于篇幅的原因色譜柱相關能查閱到的基礎理論本文就不予介紹，本文闡述的內容主要是本人在分析實際工作中選擇液相色譜柱的心得體會，個人之見，難免偏頗，如有不足，敬請指正。

一、色譜柱參數及其意義

選擇色譜柱時應考慮不同色譜柱參數的影響，以下內容對色譜柱的參數進行分析。

1、色譜柱尺寸

較長的色譜柱組分保留較強，運行時間較長，柱效更高，分離度效果更好。在實際工作中應綜合衡量運行時間和柱效，選擇長度適宜的色譜柱。例如含量測定、溶出檢測對于分離的要求較低，可選用較短的色譜柱，減少運行時間；有關物質一般選擇較長的色譜柱，提高分離效果。

內徑小的色譜柱靈敏度較高，峰型更窄，但是載樣量較小。如果載樣量滿足要求，需要更高更尖銳的峰提高靈敏度，可以選擇更小內徑。但是如果進樣量超過了柱載樣量，色譜峰將極大變寬。所以應在靈敏度和載樣量之間綜合衡量。

粒徑小的色譜柱分離度較好，色譜柱壓力更大。如果5μm粒徑的色譜柱分離度稍有不足，則同型號3μm色譜柱的分離度一般會提供令人滿意的選擇性。

如果選擇較小尺寸的色譜柱，應衡量柱外死體積對柱效的影響，柱外死體積包括連接管線、進樣體積、色譜柱接頭與色譜柱連接處的空隙等。所以一般超高效液相使用的色譜柱不適用于常規液相儀。小規格色譜柱最好使用同一品牌的儀器，減少連接處空隙引入的死體積。題外話：島津、安捷倫、waters之間儀器管線接頭和色譜柱不匹配，儀器和色譜柱品牌不一致必然引入較大連接空隙，應注意這方面的影響。

2、其他參數

高比表面積具有較強的保留能力、柱容量和分離度，低比表面積能更快達到平衡狀態，這點在梯度淋洗中很有意義。

大孔徑的填料可以延長大分子在填料中的滯留時間，達到充分分離，改善峰型。大分子樣品一般應選擇較大孔徑色譜柱，如蛋白質、多肽類。

單齒鍵合色譜柱平衡更快；雙齒鍵合穩定性較好，柱容量較大。

碳栽量大保留較強，分離效果較好。反之保留較弱，分離效果較差。

封尾（也稱封端）柱能減輕堿性組分（陽離子）與硅膠表面殘留硅氧負離子作用而引起的色譜峰拖尾現象；對于極性樣品經封尾處理與未經封尾處理的色譜柱選擇性也不同。一般堿性化合物應選擇封尾處理的色譜柱。

二、常見固定相解析

1、直鏈烷烴（C18、C8、C6、C4、C3……）

非極性和極性較弱的化合物常選擇該類固定相色譜柱。一般來說，鏈長越長，柱容量更大，保留時間更長，分離效果更好，柱穩定性更好。因此C18是最常用的一種反相色譜柱，但是某些組分如大分子樣品因其保留太強，使用C18難以洗脫，會用到更短鏈固定相色譜柱（如C4等）。在開發方法的時候如果使用C18柱，最難洗脫的組分在流動性允許的有機相最高比例下保留仍然太強導致運行時間際過長，就可以考慮使用C8柱。

該類固定相的保留機制是“相似相溶”的液液分配色譜，固定相為小極性碳鏈，組分中依極性大小的不同而保留不同，極性越小保留越強。組分在該類色譜柱中的保留可根據極性的相對大小判斷不同組分的洗脫順序。例如苯與苯酚，苯酚因為多了一個羥基，極性變大，在C18柱中更快洗脫下來。

該類柱在方法開發上有一個最大的優點是保留情況可以預測，比如一般減少有機相比例會增加保留，分離度增加等等。

2、苯基 

保留機制同直鏈烷烴，它對于含苯環結構的化合物有良好的分辨能力，尤其是苯環上的細微差別，如結構式中有無鹵素、官能團在苯環所處位置不同等。

3、氰基

CN(氰基)填料由于其具有中等極性的氰基鍵合固定相，其既可用于正相色譜，又可用于反相色譜。其在用于正相色譜時，可使用如正己烷的低極性流動相，在用于反相色譜時，可使用甲醇或水的強極性流動相。

CN柱的疏水性在反相色譜固定相中相對較低，并且由于具有π-電子作用腈基，其與ODS相比顯示出不同的選擇性。CN柱適用于在ODS上保留時間太長的組分的分離，以及在ODS上優化色譜非常困難的場合。CN柱也可用于在ODS上保留太小的強極性化合物的檢測。如果組分間極性相差太大，CN柱或許可以提供一個令人滿意的結果。如本人曾經在一個項目的溶出方法學研究中發現，藥典方法規定的C18柱在多次分析溶出樣品后主峰變形，經過調查確認是膠囊殼中強保留組分無法洗脫引起，于是選擇CN柱，連續分析數千樣品，柱效依然良好。

CN柱的保留隨著有機相比例變化的趨勢不像直鏈烷烴柱那么明顯，有些情況下有機相變化百分之幾十，保留時間也未發生明顯變化，這點需要注意。

4、氨基

氨基柱是由極性基團氨丙硅烷基鍵合在硅膠上形成的極性鍵合相色譜柱。一般可正相使用，也可反相使用。一般用于糖類、碳水化合物的分析。

目前氨基柱的分離原理主流說法是氫鍵作用力及范德華力，由此可以看出氨基柱一般不用于易解離化合物的分析。原因有二：一是氨基柱非常不穩定，易解離化合物一般都需要使用緩沖鹽，加速了氨基柱固定相的破壞；二是氨基柱對于易解離化合物的保留機制非常復雜，除了上述的氫鍵和范德華力外，還有離子交換色譜的機制，如堿性化合物與氨基固定相相互離子間排斥、酸性化合物與氨基相互吸引等，使得色譜行為更加難以預測。目前氨基柱最常用于糖類的分析，流動性使用水-有機相系統。

該類色譜柱的最大缺點就是穩定性差，柱的使用壽命非常短。

5、HILIC（親水作用色譜）

本柱為兩性離子的固定相共價結合于多孔硅膠上，適用于反相色譜中保留較弱或者根本不保留的強離子化樣品檢測，解決了正相色譜用于該領域樣品難以溶解性的問題。這是比較新的一類色譜柱，目前相應的研究內容較少。

HILIC柱的分離機制非常復雜，主要包括以下幾個方面：液液分配、離子交換、偶極-偶極間作用、氫鍵等，很多實驗表明HILIC的保留機制是上述多種機制的共同作用。

典型的HILIC流動相一般為水或緩沖液中含40%-97%乙腈，一般不應使用純乙腈。組分的保留時間一般隨著有機相比例的增加而增加，隨著水的比例增加而減少。所以梯度設置和反相色譜正好相反，是一個有機相比例逐漸減少的過程。

樣品不得使用純水溶解，最好水的比例與流動相初始比例一致，原理與反相色譜常見的“溶劑效應”一樣。

6、離子交換柱

分為陰離子交換柱和陽離子交換柱，主要用于強離子組分的檢測，如金屬離子、酸根等的檢測。最常見用于離子色譜儀，如組分有紫外響應，也可以用于一般液相儀中。其原理及應用已有較多的研究內容，本文就不做詳細介紹。

7、其他

上述6類色譜柱已經包含了絕大部分的實驗室常見色譜柱，其他如手性柱或特殊填料色譜柱由于性質差異較大或應用較少，篇幅有限本文就不做詳細介紹了。

三、色譜柱相關的一些其他內容

1、色譜柱流向

一般來說，應安裝色譜柱上規定的箭頭方向設置流動相的方向。如色譜柱壓力明顯增高，可將色譜柱斷開檢測器調頭反沖，如此操作之后色譜柱最好反向使用。避免頻繁更換色譜柱中流動相的流向，因為色譜柱的鍵合相是有排列方向的，頻繁更換色譜柱中流動相的流向會破壞這種排列，降低色譜柱性能。

2、pH值穩定性

上文中提過鍵合相碳鏈越長越穩定，其意義是越長的碳鏈在低pH值下不易水解，由此可以得出結論是經過短鏈封尾處理的色譜柱應避免在低pH值（＜2)條件下使用。在高pH值下，由于硅膠上帶有硅氧負離子，硅膠將會溶解，由此可以得出封尾處理后的色譜柱在高pH值下穩定性較好的結論。在方法開發及樣品檢測中可以根據上述結論選擇色譜柱，提高色譜柱壽命。

四、后述

之前在拙著《液相方法開發指南-反相色譜》一文中挖了一個關于色譜柱的坑，估計會有讀者心中不滿，看完本文親應該能發現并非有意這么做，實在是內容太多，一篇文章包含不了那么多的內容。當然還是要向各位致歉。