如何優(yōu)化理論塔板數(shù)N

上一期跟大家分享了有關(guān)理論塔板數(shù)的定義和影響理論塔板數(shù)的因素，今天小編和大家繼續(xù)分享，如何來優(yōu)化理論塔板數(shù)。

先回顧下和理論塔板數(shù)相關(guān)的范德姆特方程：

H表示理論塔板高度，v表示流動(dòng)相的流速，A表示渦流擴(kuò)散項(xiàng)，B/v表示縱向擴(kuò)散項(xiàng)，C*v表示傳質(zhì)阻力項(xiàng)。

而N=（1/H）L，L是色譜柱的柱長。

N值的增加會引起分離度的提高，通常也意味著分離時(shí)間更長。相反，N值減小可以讓實(shí)驗(yàn)時(shí)間縮短—— 在優(yōu)化選擇性之后，當(dāng)分離度Rs>2時(shí)，有益于實(shí)驗(yàn)本身。

如果其他因素相同，N就應(yīng)該和柱長成正比，通常來說當(dāng)填充顆粒的粒徑減小或流動(dòng)相流速減小N值都會增加。當(dāng)k值變化時(shí)，實(shí)驗(yàn)時(shí)間和t₀成正比，而t₀與L/v成正比。因此，實(shí)驗(yàn)時(shí)間會隨著柱長的增加而同比增加，或者隨流動(dòng)相流速的減小而同比增加。同樣地，壓力P會隨著柱長或者流速的增加，或者填充顆粒粒徑的減小而增加。

所以，當(dāng)改變色譜柱條件來改善分離效果時(shí)，我們需要平衡好實(shí)驗(yàn)時(shí)間、分離度和系統(tǒng)的壓力。

還有就是，如果改變色譜柱條件是為了提高分離度或者加快實(shí)驗(yàn)速度，建議不要改變鍵合相，這是為了避免柱子選擇性出現(xiàn)變化。

● 超高壓；

● 更高的溫度；

● 特殊設(shè)計(jì)的填充顆粒。

UHPLC可用于獲得更好的分離度或者縮短實(shí)驗(yàn)操作時(shí)間。需要注意的是，當(dāng)柱壓超過34MPa的時(shí)候，某些之前認(rèn)為的關(guān)系開始明顯不再成立。流動(dòng)相的黏度隨著柱壓的增加而增大，因此壓力再也無法隨著流速的增加而同比增加。k值和α值也取決于系統(tǒng)壓力，因此就和柱子的條件相關(guān)；這種情況在系統(tǒng)壓力比較低時(shí)就不明顯。

zui后需要注意的是，當(dāng)液體流經(jīng)一根填充的柱子時(shí)會產(chǎn)生熱量，這個(gè)熱量和貫穿整個(gè)柱子的壓力成正比。柱子里發(fā)生溫度改變可能會對峰形和理論塔板數(shù)產(chǎn)生負(fù)面的影響，以及進(jìn)一步改變k值和α值。

溫度越高，N值也會相應(yīng)增加。升高溫度的同時(shí)會導(dǎo)致流動(dòng)相黏度降低和溶質(zhì)分子的擴(kuò)散系數(shù)D_m增加。提高溫度，在理論上可以用來縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間而同時(shí)保持N值不變，或者增加N值而保持實(shí)驗(yàn)時(shí)間不變。高溫操作的優(yōu)勢也會被一些相應(yīng)的劣勢所抵消。所以溫度，通常是Nzui大值和αzui大值間的妥協(xié)。

除了通常使用的全多孔顆粒之外，還有其它類型的柱子：薄殼型（pellicular）或者核殼型（表面多孔）顆粒填充的柱子和整體柱。關(guān)于這些柱子，我們在其它推文中也有介紹。

薄殼型和核殼型顆粒對于大分子的分離具有特別優(yōu)勢，對范德姆特方程方程中，傳質(zhì)阻力項(xiàng)Cv的貢獻(xiàn)減少了。薄殼型的色譜柱是以一層薄的多孔填料涂覆在實(shí)心的硅膠柱上構(gòu)成的，因此很容易發(fā)生超載，這使得它的使用局限在一些很小的樣品上（也就是進(jìn)樣量必須要很小）。

核殼型柱子的多孔填料層比薄殼型柱子的厚，這使得它們能夠承載幾乎和全多孔柱一樣多的樣品量。在其它實(shí)驗(yàn)條件都相同的情況下，整體柱比顆粒柱更加具有滲透性，這就允許應(yīng)用更高的流速，并且也能實(shí)現(xiàn)快速分離。