液相色谱分离理论3大要素

王中泰

液相色谱分离理论3大要素

本文通过解读分离度Rs与塔板数N，保留因子K，选择性α之间的关系，为广大读者在方法分离过程中采取的改进策略提供理论依据，便于后期方法优化的开展。

色谱理论中，分离度Rs公式有多种表达形式，然而笔者认为，包含塔板数N，保留因子K，选择性α的表达式最具实践指导意义。

图1分离度Rs表达公式

如图1所示，此公式清晰体现了分离度Rs与塔板数N，保留因子K及选择性α之间的数学关系。如何利用此公式指导具体的方开发，达到理想的分离效果呢？笔者对此进行简单解读。

塔板数N的应用

图2：分离度Rs与塔板数N之间的关系

分离度Rs与塔板数N之间的关系如图2所示。由图可知，分离度Rs与塔板数N在一定区域内近似接近线性关系，随着塔板数N的增加，分离度Rs会一直增加。正是源于此关系，所以寻找高效的色谱柱成为广大色谱工作者改善分离的常用手段。如何挑选高效的色谱柱，我们首先要了解如何估算色谱柱的柱效。

色谱柱柱效估算公式如下所示：N≈500L/dpL—色谱柱长度（mm），dp—颗粒直径(um)
由上述公式可知，柱效N与柱长L成正比，与粒径dp成反比。因此，只要我们在原来色谱柱基础上增加柱长、减小粒径或者同时采取这两方面的措施，均能做到增加柱效。至于增加的比例，则由上述公式可计算。另外，上述公式简化为L/dp后则可用于以比较两根色谱柱是否等效。例如两款色谱柱，分别为4.6*150mm,3um和4.6*250mm,5um，由公式L/dp可推知，两者L/dp=50，因此两款色谱柱可视为等效。目前市面上除了常规全多孔外颗粒色谱柱外，核壳颗粒色谱柱也越来越受到重视，其中一方面就是其出色的柱效。与传统全多孔颗粒色谱柱比较，其柱效往往提高20%以上。

根据图1分所揭示的数学关系，我们可利用此公式预判改变柱效N后获得的分离度Rs。例如，某物质在4.6*250mm,5um的色谱柱上的分离度为1.0，尝试更换为同款4.6*250mm,3um的色谱柱。由公式推算可知，更换后其达到的分离度约为1.3。因此，利用此公式通过对分离度的预判，可避免不必要的试验。

保留因子K的应用

图3分离度Rs与保留因子K之间的关系

分离度Rs与保留因子K之间的关系如图3所示。在讨论分离度Rs与保留因子K之间的关系前，笔者先介绍一下保留因子K的计算公式，如下所示：
K=（tR-t0）/ t0,t0—死时间，tR—溶质保留时间

由图3可知，当保留因子K≤5时，通过改变K值，分离度都能得到极大的改善。当保留因子K≥10，通过改变K值，分离度得到的改善却极小。因此，方法开发过程中，如果色谱峰的保留因子K≤5，此时通过改变K值便能有效的改善分离。如果色谱峰的保留因子K≥10，此时通过改变保留因子K将会收效甚微。因此当保留因子K≥10时，改变其他参数将会更加有效。

如图4案例所示，当K=10时，二者的分离度为2.07；当K=20时，二者的分离度仅为2.16。虽然二者分离度略有增加，但此时付出的代价却是检测时间的加倍。因此，当K≥10时，利用K值改善分离度并不是一种明智的举措。

图4分离案例：K=10（上图）与K=20（下图）分离图谱

选择性α的应用