液相色谱梯度洗脱中的谱带压缩效应

　　色谱, 2021, 39(1): 10-14

　　DOI: 10.3724/SP.J.1123.2020.07042

　　微型述评

　　液相色谱梯度洗脱中的谱带压缩效应

　　郝卫强*, 刘丽娟, 沈巧银

郝卫强

《色谱》青年编委

　　个人简介

　　博士,研究员,1976年出生。

　　1994年就读于中国药科大学药物分析专业,获学士和硕士学位。2001年就读于中国科学院大连化学物理研究所分析化学专业,获博士学位。2005年进入复旦大学化学系博士后流动工作站。出站后先后在南京大学常州高新技术研究院以及常州工程职业技术研究院工作。

　　长期从事液相色谱的基础与应用研究。近年来对梯度液相色谱的分离机理展开了研究,推导得到该模式下不同色谱模型的解析解。在此基础上探讨了梯度洗脱的分离特点,并运用计算机辅助的方法对实践中梯度分析条件进行了优化。

　　主持和参与国家、省、市项目十余项,发表论文40余篇,获中国发明ZL授权4件、软件著作权5件。荣获复旦大学优秀博士后、江苏省优秀科技工作者、常州市十佳科技工作者、常州市科教城首届青年蓓蕾奖等荣誉。入选江苏省第四期、第五期“333工程”培养对象第三层次。

　　等度洗脱和梯度洗脱是液相色谱的两种基本操作模式。在等度洗脱中,实验参数如流动相组成(即强洗脱溶剂在流动相中的体积分数,φ)等为一常数。在梯度洗脱中,φ则会随时间(t)的改变而发生变化。与等度洗脱相比,梯度洗脱有助于缩短分析时间,减少色谱峰的宽度,在实践中有着广泛应用。然而溶质的保留因子(k)以及传质系数,如溶质沿色谱柱轴向的扩散系数(D)以及在固定相和流动相之间的吸附动力学系数(kf)等,也会随着φ的改变而发生变化。在色谱理论中,色谱过程所涉及的对流、扩散、吸附等可通过由偏微分方程组构成的色谱模型进行描述。物理参数k、D、kf等往往出现在偏微分方程的系数之中。对于等度洗脱,这些参数为常数,因此等度洗脱所对应的色谱模型为常系数偏微分方程组。然而对于梯度洗脱,k、D、kf则会随着φ的改变而发生变化,因此其所对应的色谱模型为变系数偏微分方程组,这就增加了数学分析的难度。

　　“谱带压缩效应”是梯度洗脱的重要特征。在梯度洗脱中,沿着流速方向,谱带后沿所处的流动相洗脱强度将高于前沿。因此,位于谱带后沿的溶质的迁移速率快于前沿,进而导致谱带压缩。在色谱中,溶质的迁移速率等于u/(1+k),其中u为流动相的线性流速。因此,谱带压缩的程度与k在谱带区间的分布相关。对于等度洗脱,k为常数,因此谱带压缩效应在等度洗脱中并不存在。经典的范德姆特(van Deemter)理论塔板高度方程基于等度洗脱推导得到,因此并未包含谱带压缩效应的影响。但是对于梯度洗脱,由范氏方程所描述的因扩散或吸附等造成的谱带展宽现象(即理论塔板高度H>0)依然存在。在梯度洗脱中谱带压缩和谱带展宽现象同时并存,这也增加了分离机理研究的难度。Gritti和Guiochon指出,目前对于谱带压缩效应的研究尚未引起足够的重视。