(1)Q:我用的柱子是4.6mm*150mm 5um C18柱。流动相是50/50的甲醇/pH7的(磷酸)缓冲液。1.5mL/min的流速时压力是3000psi,正常吗?
A:稍微有点高,不是很严重。我估计柱子本身应该有2400psi的压力,加上连接管路200psi应该是2600psi的压力。我想,你的柱子可能稍微有点堵塞了。
(2)Q:很有可能。我也怀疑堵了,所以问你。你怎么估算2400psi是“估计”的压力?
A:我是通过Kozeny-Carman方程计算出来的。它与所有刚性填料(incompressible packings)(如硅胶填料)的液相色谱柱都吻合的很好。
Kozeny-Carman方程中压力与流速F,粘度η,柱长L,柱半径r和颗粒直径dp有关:(方程1)
压力与流速,粘度,柱长成正比,与柱半径的平方,颗粒直径的平方成反比。比例因子f取决于空间比例(颗粒间的空间)和填料密度。刚性填料装好后密度几乎不变,空间比例就是40%。这根柱子的f因子就是1000左右。
(3)Q:OK。我算算我上面柱子的压力。我知道流速,柱长,柱半径和颗粒直径。粘度是多少呢?
A:纯溶剂的粘度可以在一些手册上找到。对于非缔和溶液(non-associating solvents),可以假设它们与体积比例成线性变化,从而大概推算出来。对于水性溶液就不能这样推算。大多数有机溶剂和水的混合液有一个最大粘度。常用的混合液粘度如图1所示。(图1)
图1:不同比例的水与有机溶剂混合液的粘度。其中:MeOH=甲醇,MeCN=乙腈,EtOH=乙醇(乙醇),THF=四氢呋喃。
室温下,50/50的甲醇/水混合液的粘度是1.8cP(=0.018P)。水和低浓度缓冲液的粘度与此相差不大,所以可以用图中水/甲醇的粘度来代替。
那么压力计算如下:
最后一项10*-6是大气压转换系数。不要忘了把流速除以60,单位就是mL/s了。这样单位就一样了。把大气压转换道psi,乘以14.7。得到结果是2388psi,相当于2400psi了。
(4)Q:受益匪浅。现在让我们回到柱子。看起来好像有地方堵了,我该怎么做呢?
A:最简单的是更换入口滤片。这很有希望降低柱压。实际上你也可以把旧的滤片超声清洗。如果更换滤片不能降低柱压,就可能是填料堵了。不管是什么堵在填料里,你都可以通过几个冲洗程序来除掉它,不过工作量比较大。鉴于压力只是增加了一点点,也可以接着用直到压力到了系统的压力上限再处理。也可以试着找到压力增加的原因,尽量避免再次发生。通常在进样器和分析柱之间接个保护柱也可以解决这个问题,至少可以延缓压力的增加。
(5)Q:OK,我会更换滤片的。如果不行我想清洗柱子,应该怎么清洗呢?
A:首先要用5-10倍柱体积的水把柱子中的缓冲液置换掉,你这根柱子大概要10-20mL水。然后换到100%甲醇清洗大概15min。以上程序都可以用高流速,因为你的柱子没有完全堵塞。我会用1.5mL/min。让我们检查一下在甲醇中的压力,甲醇的粘度是0.6cP,所以1.5mL/min的甲醇压力应该是800psi左右。如果压力还是很高,用四氢呋喃(粘度0.5cP)或二氯甲烷(粘度0.4cP)冲洗,或者一起冲洗。每一种溶剂大概20mL左右,如果这个体积内不能除掉,那么这个溶剂都不太容易除掉。最后回到开始的流动相。你要确保接下来的流动相与前一中溶剂是互溶的,所以你需要从二氯甲烷到甲醇到水(或50/50甲醇/水)再到甲醇/缓冲液,然后再平衡柱子。你的试验中流动相比较简单,很快就可以达到再平衡。如果用到离子对试剂就要花费长一点时间来平衡柱子了。