液相色譜柱的五大填裝方法
1.高壓勻漿法裝填
2.濕法裝填
3.干法裝填
4.等密度法裝填
5.高粘度法裝填
目前大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室是購(gòu)買(mǎi)商品預(yù)填裝柱來(lái)滿足分離、分析之需。液相色譜柱、特別是高效液相色譜柱的填裝，需要有較高的技巧和熟練的技能。因此，有人甚至將“裝柱”看作是“藝術(shù)加技術(shù)”。
但是只要掌握了一些基本的規(guī)律和方法，任何實(shí)驗(yàn)室都可以填裝出具有較高柱性能的色譜柱。
在有關(guān)色譜基本理論的討論中可以得知，發(fā)生在色譜柱中總的譜帶展寬效應(yīng)與流動(dòng)相的線速度、粒徑以及溶質(zhì)在流動(dòng)相中的擴(kuò)散系數(shù)、溶質(zhì)在固定相中的擴(kuò)散系數(shù)等密切相關(guān)。對(duì)于給定粒徑的填料來(lái)說(shuō)，能否填充成均勻而緊密的柱床，是得到高性能柱子的關(guān)鍵，而采用粒徑細(xì)且分布均勻的優(yōu)質(zhì)填料，則是得到高性能柱子的最基本保證。
高壓勻漿法裝填
將填料懸浮在適宜的勻漿液中制成勻漿，在其尚未沉降之前，很快以高壓泵將其以很高 的流速壓進(jìn)柱中，便可制備出填充均勻的柱子。這是常見(jiàn)的分析和制備色譜柱的裝填方法。
高壓勻漿法的設(shè)備，如圖所示。
裝柱機(jī)的核心是氣動(dòng)放大泵，通常多設(shè)計(jì)放大率為100，即低、高壓柱塞直徑比為10:1，面積比為100:1的氣動(dòng)放大系統(tǒng)。若低壓端輸入1MPa壓強(qiáng)的壓縮空氣（通?？捎脡嚎s空氣鋼瓶供給），則相同的壓力會(huì)傳遞至高壓端柱塞上，而高壓柱塞面積僅為低壓端的1/100，因而其輸出壓強(qiáng)亦提高至100MPa。由于氣動(dòng)放大泵很容易獲得高壓、高流速的輸液，故很適于柱子的填充之需。
在裝柱之前，先確定所用的柱型，以確定選用多大的勻漿罐體積。例如，常用的“標(biāo)準(zhǔn)”HPLC柱為φ4.6mm×250mm，其內(nèi)腔體積約為4.2mL，約需3.5g填料。一般情況下，為保證填充的成功，需適當(dāng)過(guò)量15%-20%為宜。如使用4g填料充填它，選擇固 – 液比約為1:10，則勻漿罐體積以4mL為宜。若罐過(guò)大，則可在勻漿罐內(nèi)裝入一個(gè)以惰性材料（如聚四氟乙烯或不銹鋼）制的襯套將其調(diào)整至所需體積。
將選用的柱子仔細(xì)以乙醇或丙酮清洗干凈，并以干凈的熱風(fēng)吹干。如柱管內(nèi)壁污染較重，也可以用表面活性劑及去離子水依次清洗，并以長(zhǎng)竹簽或塑料棒扎上棉紗或紗布往復(fù)抽擦，以除去污垢。但應(yīng)注意不要傷及內(nèi)壁表面的光潔度，尤其不能造成軸向的劃痕。將清潔的柱管的一端裝配上帶濾板的柱頭，另一端則連接至勻漿罐上。
配制勾漿液是高壓勻漿法的重要一環(huán)，不同的填料應(yīng)采用不同的勻漿液。不同的文獻(xiàn)和實(shí)驗(yàn)室所報(bào)道的勾漿液的種類(lèi)和比例有所不同。例如，填充硅膠正相柱，可以使用1:1 的氯仿/甲醇；對(duì)于C18反相填料，可以使用適宜比例的正己烷4氯仿混合溶劑。若有四溴乙烷等高密度溶劑，也可以以2:1的高密度溶劑與40%的二氧六環(huán)和40%的四氯化碳配成勻漿液。一些實(shí)驗(yàn)室中，常以%*! 的四氯化碳1 二氧六環(huán)配成勻漿液，也可以填充出性能很好的柱子。稱取所需重量的填料，將其置小燒杯中，按其重量的10 倍量（一般也可以按體積計(jì)，即10mL的勻漿液中加入1g 重的填料）加入勻漿液。搖動(dòng)或攪拌均勻后，將其移至超聲波浴中，以中強(qiáng)的超聲波令填料粒子均勻而穩(wěn)定地懸浮起來(lái)。最后，再以強(qiáng)超聲短時(shí)間強(qiáng)化一下。超聲處理的時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，一般應(yīng)不超過(guò)2-3min，過(guò)長(zhǎng)則可能造成顆粒的破碎。
將準(zhǔn)備好的勾漿液立即倒入勻漿罐中，裝滿后，將勻漿罐蓋好、旋緊，再以針筒抽取一定量的勻漿液，從蓋子上的連接孔中插入勻漿罐內(nèi)部并加注勻漿液至從連接孔中溢出為止。這一操作的目的是排除勻漿罐中的空氣泡，空氣泡的存在會(huì)妨礙向系統(tǒng)中迅速地施加壓力。抽出注射針并將罐與氣動(dòng)放大泵的出液管路相連。確認(rèn)連接正確且牢固后，即可開(kāi)啟放大泵的截門(mén)，令貯存于氣動(dòng)放大泵內(nèi)的頂替液（正相時(shí)可以使用氯仿，反相時(shí)可使用甲醇）高速壓入罐內(nèi)。
以常見(jiàn)的5μm多孔硅膠填料為例，填裝壓力為50MPa左右（細(xì)孔硅膠可至70MPa）。這里使用的是瞬間升壓的方式，也有文獻(xiàn)報(bào)道使用程序加壓。加壓時(shí)，勻漿液中的填料滯留于柱尾的濾板上而勻漿液則被排除于柱外。開(kāi)始時(shí)，排出的勻漿液因含部分氣體，釋壓后會(huì)逸出而使液體渾濁。待全部勻漿液被排出后，因頂替液黏度較少而流速亦稍加大，且排出液有明顯的外觀上的變化。
此時(shí)，可以稍稍降低填充壓力，例如，降至約35MPa，并維持30-40min，然后，在約30min, 內(nèi)逐步將壓力降至常壓。降至常壓后，宜靜置一段時(shí)間，例如30min,，以讓柱床內(nèi)的壓力平衡。否則，過(guò)早拆卸下已填充的柱子時(shí)，會(huì)因柱子內(nèi)部的殘余壓力而將柱頭上的填料擠出往外。拆下已填裝好的柱子并裝配上帶有篩板（濾網(wǎng)）的柱頭（注意：一定要將沾在柱頭錐套上的填料除凈，否則會(huì)影響到柱子的密封性），做好標(biāo)記，即已完成柱子的填裝。
在上述填裝程序中應(yīng)該注意的問(wèn)題是：
?、俑邏翰僮鞯陌踩珕?wèn)題。常發(fā)生的問(wèn)題是柱子與勻漿罐連接不牢，造成加壓時(shí)柱頭被高壓沖下或柱子從勻漿罐上滑脫。此時(shí)，輕則填裝失敗，材料損失，重則造成人身傷害事故，一定要加以防范。除每次填裝前均須仔細(xì)確認(rèn)是否連接正確且牢靠外，最好還可加上由法蘭盤(pán)和長(zhǎng)螺桿組成的預(yù)防脫落裝置，以防萬(wàn)一。
?、谕ǔ?，先填裝的柱床較后填裝的柱床緊密。因此，當(dāng)使用時(shí)宜以相反的方向?yàn)橐?，即讓近勻漿罐一端作為使用時(shí)流動(dòng)相的出口，而填裝時(shí)的出口端則作為流動(dòng)相的入口。③新柱子使用前應(yīng)以甲醇沖洗20-30min, 后，再改用流動(dòng)相平衡。④新柱子宜選適宜的標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行評(píng)價(jià)并記錄，以備存查和比較。
實(shí)驗(yàn)和理論研究均指出，以上述下流式勻漿法難以填裝成長(zhǎng)柱子，其原因是，隨著已填充柱床的增高，對(duì)流體的阻力亦逐漸增加，使在一定壓力下通過(guò)柱床的流速降低，亦即柱床的增長(zhǎng)速度變慢，在這一過(guò)程中，填料顆粒的沉降亦在進(jìn)行，導(dǎo)致所填充柱床的緊密性和均勻性降低。為保證達(dá)到一定柱效，一次填充的單柱長(zhǎng)度不宜過(guò)大。有文獻(xiàn)指出，使用6mm內(nèi)徑的柱子，5μm粒徑填料，適宜的單柱柱長(zhǎng)為10-15cm。但是近年來(lái)，φ4.6×250mm的預(yù)裝柱已被認(rèn)為是標(biāo)準(zhǔn)柱型，在這樣的柱子上，多能獲得≥80000片/m理論塔板的柱效。
為制取更長(zhǎng)的柱子，可以使用上行法（圖12-2-10）。曾有報(bào)道，使用3μm 填料，以上行法可以制備長(zhǎng)達(dá)1m 的柱子，且其柱效與短柱子相類(lèi)似。上行法中使用的勻漿液濃度比下行法要小一些，速度也慢一些，因此所填充的柱床相對(duì)較均勻。近年來(lái)，由于微柱色譜和毛細(xì)管電色譜的發(fā)展，需要填微色譜柱乃至毛細(xì)管色譜柱，而上行法則可以用作為微柱的填充方法之一。
濕法裝填
對(duì)于高效柱、特別是現(xiàn)在流行的以3-10μm細(xì)柱徑填料填裝的高效分析柱，則必須使用濕法，即勻漿法裝柱。因?yàn)?，隨著粒徑的縮小，因靜電作用和表面能的加大，粒子間傾向于聚集和“粘結(jié)”，若以干法填裝，它們會(huì)粘附在連接管及柱壁上，也會(huì)因強(qiáng)烈的靜電作用彼此排斥，因而難以填裝出均勻而緊密的柱床。這樣，必須改以濕法裝填，即將填料懸浮于適宜的液體中消除上述不良作用。但是，在固 – 液系統(tǒng)中仍然存在因重力而引起的沉降現(xiàn)象。
粒子沉降的速度V為
式中，g為重力加速度（cm/s2 ），d為粒子直徑（cm），ρ為粒子密度（g/cm3），ρo為液體密度（g/cm3），η為液體的黏度（mPa·s）。從上述公式可知，粒子在液體中的沉降速度，與粒徑直徑的平方以及液 – 固密度之差成正比，而與液體黏度成反比。據(jù)此，濕法填裝可以依阻止沉降的思路分成三種：一條思路是設(shè)法尋找與硅膠密度相近的溶液，以使（ρ-ρ0）減小而降低沉降速度。第二種方法是增加液體的黏度以阻止粒子的下沉。第三種方法是綜合利用前兩種方法，盡力減小沉降并盡快地在發(fā)生較顯著的沉降之前完成裝柱操作。
干法裝填
對(duì)于粒徑較大的填料（多用于制備色譜），如粒徑≥20μm的填料，可以用干法裝填，其基本方法與填裝氣相色譜柱類(lèi)似。但需注意的一點(diǎn)是，在干法填裝制備液相色譜柱時(shí)，不要過(guò)分劇烈地振動(dòng)和敲打。振動(dòng)和敲打會(huì)使填料因自身粒徑的不均勻性而產(chǎn)生柱子整體上的不均一性，即較大的填料粒子靠近柱壁，而較細(xì)粒徑者則傾向集中于柱中心。這種柱內(nèi)顆粒分布的不均勻性，會(huì)導(dǎo)致柱效的降低。比較好的方法是采用小量多次的方法向柱內(nèi)加入填料，例如每次加入相當(dāng)于3-5mm柱床的填料，裝一點(diǎn)即在實(shí)驗(yàn)臺(tái)或桌面上垂直地輕輕磕幾十下，續(xù)加一些填料后，重復(fù)上述操作，直至填裝完成。
等密度法裝填
在HPLC發(fā)展的早期，常采用“等密度法”來(lái)填裝高效柱。多孔硅膠的骨架密度較高。例如，LiChrospher 100的表觀密度約為2.3g/cm3，LiChrospher 500 為2.46g/cm3，LiChrospher 1000 為2.49g/cm3。不同牌號(hào)的硅膠因制法不同（例如，含有超細(xì)孔和封閉孔者表觀密度?。┒胁町?，但多在2.2g/cm3以上。因此，需以高密度溶劑配制密度與硅膠骨架密度相近的混合液。常使用的高密度溶劑為碘代和溴代烷類(lèi)（表12-2-3），再與適當(dāng)比例的其他溶劑相配，配制出具有密度適宜的液體，使填料能呈“失重”狀態(tài)懸浮于勻漿液中，以從容地用高壓泵將其壓入空色譜柱中，制出填裝均勻的高效色譜柱。
在配制上述等密度懸浮液時(shí)，除密度外，還要考慮填料的表面狀況與化學(xué)性質(zhì)。如填裝反相柱，應(yīng)選用極性較弱的溶劑，而填充正相柱，如以硅膠為填料時(shí)，則應(yīng)選擇極性較強(qiáng)的溶劑，以防止顆粒板結(jié)并保證有良好的潤(rùn)濕性，以使填料顆粒均勻地分散在勻漿液中。但是，碘代或溴代烷價(jià)格昂貴且多數(shù)有較大的毒性，因此，這種方法目前已經(jīng)很少使用。不過(guò)，當(dāng)填料粒徑較大，且又難以干法填裝時(shí)，等密度法將能發(fā)揮出特殊的作用。
表12-2-3 常用于濕法填充的溶劑
高粘度法裝填
高粘度法，即使用黏度較高的勻漿液體系以阻止顆粒的沉降。可以采用乙二醇、聚乙二醇、甘油以及石蠟油等高黏度液體調(diào)配勻漿液。但是，高黏度導(dǎo)致流體阻力加大，必將延長(zhǎng)裝柱時(shí)間且需使用更高的裝柱壓力，在實(shí)用上很不方便。因此，高黏度法已很少被采用。
發(fā)布于: 2023-05-29