柱內徑對主要考慮的五個(gè)參數都有影響。它們是柱效、保留、壓力、載氣流速和容量。
柱效(N/m) 與柱內徑成反比。表4 列出的柱效說(shuō)明,較小內徑的色譜柱具有更高的理論塔板數。分
離度是理論塔板數平方根的函數。所以,理論上講,柱效加倍只能提高分離度1.41 倍(2 的平方
根),但實(shí)際上接近1.2-1.3 倍。在需要得到窄峰和高柱效時(shí),應該使用較小內徑的色譜柱。圖7 顯
示兩支不同內徑的色譜柱在分離度上的不同。
在恒溫條件下,溶質(zhì)的保留與柱內徑成反比。在程序升溫條件下,溶質(zhì)的保留是恒溫條件下的1/3-
1/2。很少根據保留值來(lái)選擇柱內徑。圖7 顯示兩支不同內徑的色譜柱在保留上的不同。
柱頭壓接近于柱半徑的負二次方函數。比如,0.25 mm 內徑的色譜柱與同樣長(cháng)度(載氣和溫度也相
同)的0.32 mm 內徑的色譜柱相比,需要約1.7 倍的柱頭壓。色譜柱柱頭壓隨著(zhù)柱內徑的變化而急
劇增大或減小。由于更小內徑的色譜柱需要的壓力較高,因此直徑0.18 mm 或更大的色譜柱內徑
可用于標準氣相色譜柱分析。內徑較大的色譜柱,特別是長(cháng)度較短者(如,15 m x 0.32 mm 內徑)
,不適合用于GC/MS 系統。色譜柱出口處的真空大大降低了所需要的柱頭壓力,但是要保持或控
制低柱頭壓力卻較為困難。
柱效與直徑
色譜柱內 直徑(mm) | 理論值 塔板數/米 |
0.10 | 12500 |
0.18 | 6600 |
0.20 | 5940 |
0.25 | 4750 |
0.32 | 3710 |
0.45 | 2640 |
0.53 | 2240 |
溶質(zhì)的zui大柱效(k=5 時(shí))
恒壓條件下,載氣流速隨著(zhù)柱內徑的增加而加快。對于需要高流速的應用或硬件,一般要使用內徑
較大的色譜柱。為了正常運行,頂空進(jìn)樣系統和吹掃-捕集系統需要更高的載氣流速。這些系統采
用0.45 或0.53 mm 內徑的色譜柱,就可以采用較高的流速。若在此類(lèi)系統中使用小內徑色譜柱,
就必須特別考慮幾個(gè)問(wèn)題。包括使用低溫接口或柱溫箱,或者通過(guò)分流進(jìn)樣器進(jìn)行連接。如果采用
這些技術(shù)通常會(huì )增加分析的復雜性和/或成本,或者造成樣品損失。對于需要低載氣流速的應用或
硬件,通常要使用內徑較小的色譜柱。GC/MS 是典型的需要低載氣流速的系統,因此,要使用
0.25 mm 或更小內徑的色譜柱。
色譜柱容量隨著(zhù)柱內徑的增大而增加。實(shí)際柱容量還取決于固定相、溶質(zhì)和液膜厚度。下表 列出了
各種內徑色譜柱的典型柱容量范圍。
色譜柱容量(ng)
膜厚(um) | 色譜柱內徑(mm) | |||
0.18-0.20 | 0.25 | 0.32 | 0.53 | |
0.1 | 20-35 | 25-50 | 35-75 | 50-100 |
0.25 | 35-75 | 50-100 | 75-125 | 100-250 |
0.50 | 75-150 | 100-200 | 125-250 | 250-500 |
1.0 | 150-250 | 200-300 | 250-500 | 500-1000 |
3.0 | --- | 400-600 | 500-800 | 1000-2000 |
5.0 | --- | 1000-1500 | 1200-2000 | 2000-3000 |
色譜柱直徑選擇概述
1. 當需要較高柱效時(shí),使用0.15、0.18 或0.25 mm 內徑的色譜柱。0.15 和0.18 mm 內徑的色譜
柱十分適用于泵容量低的GC/MS 系統。內徑較小的色譜柱具有的柱容量zui小,并需要zui高的
柱頭壓。
2. 當需要較高的樣品容量時(shí),使用0.32 mm 內徑的色譜柱。與0.25 mm 內徑的色譜柱相比,它
們對于不分流進(jìn)樣或大體積(>2 μL) 進(jìn)樣時(shí)早流出的溶質(zhì)有更佳的分離度。
3. 只有在儀器配備大口徑直接進(jìn)樣器并需要較高的柱效時(shí),才使用0.45 mm 內徑的色譜柱。特
別適用于高載氣流速的情況,比如吹掃-捕集、頂空進(jìn)樣器和閥進(jìn)樣的應用。
4. 只有配備大口徑直接進(jìn)樣器時(shí),才使用0.53 mm 內徑的色譜柱。特別適用于高載氣流速的條
件,比如吹掃-捕集和頂空進(jìn)樣器。0.53 mm 內徑色譜柱在恒定的膜厚情況下具有zui高的樣品
容量。