一种宽口径填充毛细管柱

摘要

一种宽口径填充毛细管柱,其特征在于:柱尾端设计成圆锥形结构,锥形尾端的圆台面与轴向垂直,同时满足D/d=1.5～25,L/D=3～50,其中D为毛细管内径,d为毛细管尾端出口内径,L为锥形尾端的长度。本发明在宽流速范围内具有较高的柱效,并且色谱峰的对称性接近理想值。

说明书

本发明涉及液相色谱技术，特别提供了一种台锥形柱尾的填充毛细管液相色谱柱。

填充毛细管液相色谱(μ-HPLC)由于具有消耗低，污染小，易于与其它检测方法在线联用，柱惰性好而适于生物样品的分析等优点，在研究及应用领域具有广阔的前景。μ-HPLC柱流量小(如0.25mm内径柱的流量在0.5μL/min～1.5μL/min)，绝大多数商品化的液相色谱泵不能提供稳定的低流量，限制了μ-HPLC的发展；柱容量小使得现有的检测池难以与之适配，所以填充毛细管液相色谱采用柱上检测，这种检测方式的光程短，灵敏度会受到限制。文献报道当柱径大于2mm([1].Guan Y，Zhou L，Shang Z.J. High Resolut.Chromatogr.1992，15：434-436[2].Vissers JPC，de ru Amoudlt，Urseur M，Cheuret J-P.J.Chromatogr.A 1996，746：1-7)或小于0.32mm([3].Verzele M，DewaeleC.J..Chromatogr.1987，391：111-118[4].MajorsR E.LC-GC. 1987，5，292-298)时柱效可达到或接近理论值，但是这一柱径范围内的填充柱已经不再具有毛细管柱的各种优点。而当柱径范围在0.5mm和1mm之间时，其柱流量在5μL/min～50μL/min，多数商品泵不加改装便可提供稳定的流量；与0.25mm柱相比其柱容量提高一个数量级以上，较粗的柱管也易于与现有的1μL检测池适配；并且可容忍较大的柱外效应。这一柱径范围内的色谱柱仍然具有填充毛细管柱的各种优点，但柱径范围在0.5mm和2mm之间的柱效([5].Scott RP W，Kucera P. J.Chromatogr.1976，125：251[6].ScottRPW，KuceraP.J.Chromatogr1979，169：51)一直难以提高。原因是这种规格的色谱柱既不能象常规液相色谱柱那样可以采取点进样以避免管壁效应，也无法象内径≤0.32mm柱那样柱塞状进样，且样品在柱内从中心区到管壁区的物质交换不易达到快速平衡。但是这个规格的微柱是最有实用价值的。提高色谱柱的柱效是色谱工作者多年来的研究重点之一。

本发明的目的在于提供一种宽口径填充毛细管柱，其在宽流速范围内具有较高的柱效，并且色谱峰的对称性接近理想值。

本发明提供了一种宽口径填充毛细管柱，其特征在于：柱尾端设计成圆锥形结构，锥形尾端的圆台面与轴向垂直，同时满足D/d＝1.5～25，L/D＝3～50，其中D为毛细管内径，d为毛细管尾端出口内径，L为锥形尾端的长度。

本发明适用于内径D在0.32～2mm之间的毛细管，特别是内径D在0.5～1mm之间的毛细管。

本发明采用与现有设计完全不同的思路，将柱尾端设计成圆锥体结构，并使担体填入其中，形成一小段锥形柱，或称梯度柱径色谱柱。多孔过滤片放在锥体的最细端用以支撑担体床。锥体最细端的直径与引出管内径相同或相近。

本发明发展了锥形柱尾用于宽口径柱的制备，与常规柱尾连接方式(黏结式)的比较结果表明：前者柱效比后者高出30％-50％，van Deemter曲线高流速部分的流速-柱效关系明显改善。色谱峰的不对称因子接近1，呈理想形状。且K′值越小，峰对称性越好，从而证明流动相在柱内流型的显著改善。采用有色染料谱带对比观察了流型变化，发现谱带的抛物线状流型在锥形柱尾处得到改善，使抛物线的曲率变小，并且减缓连接处的流型变化和减小死体积，使色谱峰对称，柱效得到提高。

下面通过实施例详述本发明。

附图1为黏结型柱尾结构示意。

附图2为锥形柱尾结构示意。

附图3为0.53mm柱管的h(折合板高)～v(折合流速)曲线；

●.黏结；    ■.尾锥形。

附图4为0.32mm柱管的h(折合板高)～v(折合流速)曲线；

●.黏结；    ■.尾锥形。

附图5硫脲和多环芳烃在黏结和尾锥形柱尾色谱柱(0.53mm)中的色谱图；a.台锥柱尾的色谱柱，b.胶接柱尾的色谱柱；

条件为：固定相为Kromasil C18(5μm)，流动相为甲醇∶水＝80∶20，流动相流速为8.5μL/mm；

样品峰：(1)苯，(2)甲苯，(3)萘，(4)联苯，(5)蒽，(6)菲。

附图6是在高流速下，硫脲和芳烃在黏结和尾锥型色谱柱中的色谱图；a.台锥柱尾的色谱柱，b.胶接柱尾的色谱柱；

条件：填料，Dromasil C18(5μm)；流动相，甲醇∶水＝80∶20；流速，36μL/min；

样品峰：(1)苯，(2)甲苯，(3)萘，(4)联苯，(5)蒽，(6)菲。

附图7图4是高流速下氯苯类样品的分析谱图；a.台锥柱尾的色谱柱，b.胶接柱尾的色谱柱；

条件：填料，Kromasil C18(5μm)；流动相，甲醇∶水＝80∶20；2min走梯度(100％甲醇)；流速，30μL/min；

样品峰：(7)氯苯，(8)邻二氯苯，(9)间二氯苯，(10)1，2，3-三氯代苯，(11)1，2，4-三氯代苯，(12)1，3，5-三氯代苯，(13)1，2，4，5-四氯代苯，(14)五氯代苯，(15)六氯代苯。

实施例1

0.53mm分析柱尺寸为：15cm×0.53mm，尾锥形柱尾满足D/d＝2.65，L/D＝22；引出管8cm×0.12mm。

0.32mm分析柱尺寸为：25cm×0.32mm，尾锥形柱尾满足D/d＝1.6，L/D＝9.4；引出管8cm×0.12mm。

分别以上述两种尺寸两种结构(黏结型，尾锥型)的毛细管柱，在固定相为Kromasil C18(5μm)；流动相为甲醇∶水＝80∶20的条件下，对样品萘检测，进行柱效评价，结果见附图3、4。

可见，采用尾锥形柱尾后，柱效与van-Deemter曲线形状均得到改善。对于黏结型柱尾的0.53mm柱由于胶团处存在孔隙和胶接处的变径较大(0.53mm→0.12mm)，样品带流经此处时的滞留引起了区带展宽，导致柱效损失而使得曲线没有最低点；而对于台锥形0.53mm柱，柱尾的直径为0.20mm，引出管直径为0.12mm，且连接处通畅无死区(见图2)，柱效损失降到最低，van-Deemter曲线形状恢复正常，折合板高h_min为2.7(v为3.5)。0.32mm柱管的变径程度小于0.53mm柱管，柱效提高程度小于后者，其折合板高h_min由2.93降至2.41(v为3.4)。

实施例2：

用实施例1中0.53mm黏结和尾锥形柱尾色谱柱对硫脲和多环芳烃分别在低流速和高流速的条件下进行分析，见图5、6。

由谱图5中a和b的峰拖尾情况可以看出，使用尾锥柱尾后，样品峰的分离度和对称性明显改善，尤其是对于保留值较小的峰(如保留时间为4-8min的峰)，这说明尾锥柱尾的确在减小死区及减缓样品谱带展宽中起到重要作用。对比图中a和b的峰5，6，可见b的峰5相对偏低，定量结果偏小，这说明柱尾处环氧胶对较大容量因子的样品有吸附作用。使用锥尾有效的避免了吸附现象。

谱图6是在高流速下，硫脲和芳烃在黏结和尾锥型色谱柱中的色谱图。由图6中a和b中峰拖尾情况可以看出，使用尾锥型柱时色谱峰的对称性明显改善。从图中a和b中的5号、6号峰的峰高和面积变化看出，黏结的柱尾连接结构对高容量因子的样品有吸附滞留，使峰面积减少。在快速分析中造成样品峰形差异的原因除了柱结构改变使样品吸附滞留现象得到改善，另一原因就是柱效的差异。用峰高1/10处的不对称性来评价峰形，结果如表1所示。表中数据证明尾锥型柱的峰形非常对称，这在液相色谱中是十分罕见的。

表1.两种柱结构对色谱峰不对称因子(b/a)的影响。

Table 4-2.Comparison of peak asyrmnetric factor(b/a)between tow types of columns.

实施例3

用实施例1中的0.53mm黏结和尾锥形柱尾色谱柱在高流速下对氯苯类样品进行了分析，见图7，图中同样显示出了两种柱型在柱效和分离性能方面的差别。