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大家做液相的時(shí)候，不知道是不是有人和我一樣在想一個(gè)問題：為啥色譜柱的內(nèi)徑都是一些很零碎的數(shù)字，比如：4.6mm；2.1mm，從來沒有見到過5mm，10mm這種看上去讓人賞心悅目的整數(shù)...
那么，是不是設(shè)計(jì)色譜柱的人腦子進(jìn)了水，非要挑些奇怪的數(shù)字來消遣大家...看樣子，明顯不是，大家會發(fā)現(xiàn)，市面上大部分的色譜柱都是這些奇怪的內(nèi)徑規(guī)格，反而是那些帶著整數(shù)值內(nèi)徑的色譜柱好像看上去和大家格格不入成為了異類...
到底是為什么？這一定是有什么原因的...那么原因是什么呢？
▉ 范德米特曲線
在液相色譜的基礎(chǔ)理論中，我們總會聽到一個(gè)如雷貫耳的名字，他叫范德米特，為了簡便，我們稱呼他叫做老范，他曾經(jīng)在紙上畫了一個(gè)對鉤，用來解釋色譜柱的柱效和流速的關(guān)系，后來，這個(gè)對鉤出名了，被叫做“范德米特曲線”，成為了液相色譜分離當(dāng)中最經(jīng)典的理論之一。
上圖是不同粒徑的范德米特曲線，不過這里我們以5um填料色譜柱繪制的范德米特曲線為例，為啥要選5um填料?主要是因?yàn)檫@個(gè)規(guī)格的填料從上世紀(jì)80年代產(chǎn)生，90年代興盛到現(xiàn)在仍舊老當(dāng)益壯經(jīng)久不衰，堪稱經(jīng)典，另外，5um填料的范德米特曲線是個(gè)非常周正的對鉤。
那么我們來解釋一下這個(gè)經(jīng)典的對鉤吧，它被畫在一個(gè)坐標(biāo)軸里，橫坐標(biāo)表示譜帶移動的線速度，縱坐標(biāo)表示理論塔板高度。納尼?線速度，理論塔板高度，這都是嘛(四聲)?
▉ 流速和柱效
這兩個(gè)詞確實(shí)生僻。所以，我們可以把它們近似地理解為：流速和柱效，對于給定的一根色譜柱(長度，填料粒徑固定)越大的流速能產(chǎn)生越高的分析速度，越小的板高能產(chǎn)生越大的柱效;所以，在老范的對鉤當(dāng)中，橫坐標(biāo)數(shù)值越大，分析速度越快;縱坐標(biāo)數(shù)值越小，柱子的分離效果越好。
知道了這些，我們就大概能理解老范畫的這個(gè)對鉤代表的意思了：對應(yīng)一根固定的色譜柱：柱效隨著流速提升而升高，到達(dá)一個(gè)最大值以后，又開始隨流速增大而降低，這個(gè)讓色譜柱達(dá)到最大柱效的流速值，被叫做最佳流速，在最佳流速附近保證實(shí)際柱效與最佳柱效差異很小的一個(gè)區(qū)域內(nèi)的流速，被叫做最佳流速范圍。所以老范的對鉤的深層意義就是：誰在最佳流速使用色譜柱，我就給誰畫個(gè)大對鉤。
▉ 內(nèi)徑
扯到這兒，一直在說老范和流速的事兒，還沒和內(nèi)徑扯上一點(diǎn)關(guān)系，接下來，我們就要給老范和流速牽線搭橋了，這個(gè)牽線搭橋的人就叫內(nèi)徑：
在老范的大對鉤中，橫坐標(biāo)叫做線速度，我們近似的把它認(rèn)為是流速，其實(shí)，在“近似”的過程中，我們省略了內(nèi)徑這個(gè)因素，或者說是色譜柱粗細(xì)的影響，
線速度指的是色譜峰譜帶移動的速度，通常用cm/min作為單位
而流速指的是色譜儀輸液的體積流速，通常用mL/min作為單位
舉上一個(gè)生活化的例子，就是汽車，線速度可以理解為汽車行駛的速度；流速可以理解為汽車燒油的速度，而不同內(nèi)徑的色譜柱，可以理解為不同大小的汽車，越粗的色譜柱代表著越大的汽車，要開到相同的速度，燒的油就多，所以，更粗的色譜柱需要更大的體積流速才能產(chǎn)生與細(xì)色譜柱相同的線速度/分析速度。
返回頭看老范給畫的大對鉤，找個(gè)尺子一比，發(fā)現(xiàn)對于5um填料的色譜柱，最佳流速對應(yīng)的是大概6cm/min這一點(diǎn)，不過，這是線速度，我們用的色譜儀都是需要設(shè)定體積流速的，剛才我們說過，體積流速和色譜柱內(nèi)徑是有關(guān)的，那么問題來了：色譜柱內(nèi)徑哪樣好？
在這個(gè)問題上，設(shè)計(jì)色譜柱的人沒有隨便設(shè)計(jì)個(gè)1，2，5，10mm這種自己看了爽大家又喜聞樂見的內(nèi)徑數(shù)字，在這個(gè)問題上，他們秉承了“業(yè)界良心”：
大家想想看，自己在色譜儀上輸入流速的時(shí)候，是輸入1mL/min的感覺爽還是輸入1.18mL/min的感覺爽？我相信，只要不是自虐傾向太強(qiáng)的同學(xué)，一定都會覺得是1mL/min更爽些...1mL/min對應(yīng)的是4.6mm內(nèi)徑色譜柱的最佳流速，而1.18mL/min對應(yīng)的是5mm內(nèi)徑色譜柱的最佳流速（都是說5um填料的色譜柱）
現(xiàn)在大家明白為啥我說色譜柱的設(shè)計(jì)者有“業(yè)界良心”了吧，為了讓大家在使用的時(shí)候爽，他們寧可讓自己在做柱子的時(shí)候“不爽”，這是怎樣的國際主義精神啊
后來呢，隨著儀器的進(jìn)步，儀器能控制的流速精度越來越高，所以，出于對流動相節(jié)省和質(zhì)譜兼容性等等的需求，也開始出現(xiàn)了內(nèi)徑更小的色譜柱，在這些柱子的設(shè)計(jì)上，仍舊秉承了一貫的業(yè)界良心，盡可能讓大家在儀器控制的時(shí)候輸入一些更“整”的數(shù)字，所以色譜柱的內(nèi)徑仍舊是不太規(guī)整的，3.0mm對應(yīng)0.4mL/min，2.1mm對應(yīng)0.2mL/min，1.0mm對應(yīng)0.05mL/min(這個(gè)貌似兩邊都挺整，簡直是強(qiáng)迫癥患者的福音啊～不過，其實(shí)這個(gè)規(guī)格的色譜柱遠(yuǎn)沒有其他規(guī)格的填料種類全...)
▉ UPLC
后來，UHPLC出現(xiàn)了，老范的對鉤明顯走形了……
圖片
我們能看到，UHPLC對應(yīng)的最佳流速已經(jīng)明顯和5um的HPLC填料不同了，按照剛才的業(yè)界良心理論，UHPLC色譜柱的內(nèi)徑也應(yīng)該應(yīng)對變化以繼續(xù)讓大家爽，可但是，我們看到的UHPLC色譜柱的內(nèi)徑規(guī)格還是那老三樣：4.6，3.0和2.1。
難道是世風(fēng)日下，業(yè)界良心一去不返了?
別慌，回過頭再用尺子比比老范的發(fā)福版對鉤，我們會看到，對于UHPLC的最佳流速，大概是在12cm/min這個(gè)地方，而且，由于UHPLC最佳流速范圍的擴(kuò)展，經(jīng)典HPLC的最佳流速數(shù)值仍然在最佳流速范圍內(nèi)，所以，即使我們不改變內(nèi)徑和流速，UHPLC的柱效也是很好的，如果要追求最佳流速，只要把原來的流速都乘以2就差不多了，1變成2，應(yīng)該也不會造成什么不爽...
▉ 大內(nèi)徑色譜柱優(yōu)勢
我們已經(jīng)了解了造成色譜柱內(nèi)徑數(shù)字不是整數(shù)的原因，剛才我們稍稍提過一下，小內(nèi)徑色譜柱的出現(xiàn)是出于溶劑節(jié)省和質(zhì)譜兼容性的原因，那么大家會問，既然小內(nèi)徑色譜柱有這些好處，為啥還沒有取代大內(nèi)徑的色譜柱?下面來大概解釋一下吧：
1：大內(nèi)徑色譜柱可以承載更大的上樣量，利用這個(gè)特性，我們可以進(jìn)行色譜制備純化，用很大內(nèi)徑的色譜柱，一次進(jìn)樣就可以純化很多樣品，還是用汽車做個(gè)例子，大公交比小面包可以裝更多的人。
2：大內(nèi)徑的色譜柱有更好的抗“溶劑效應(yīng)”能力，通常即使溶劑兼容性不是那么好的情況下，大內(nèi)徑色譜柱更容易得到更好的峰型。
3：大內(nèi)徑色譜柱對儀器的系統(tǒng)擴(kuò)散耐受能力較強(qiáng)，由于使用較高流速分析，大內(nèi)徑色譜柱由于儀器死體積造成的柱效損失會更小，而小內(nèi)徑色譜柱對死體積格外敏感，這也是是為什么現(xiàn)在的窄徑柱（內(nèi)徑小于等于2.1mm）都推薦使用在高性能的UHPLC儀器上的原因。
4：大內(nèi)徑色譜柱對儀器的延遲體積影響也相對不太敏感，主要也是由于使用高流速，可以盡量抵消延遲體積帶來的影響。
5：對于某些型號的儀器以及某些特殊的方法，高流速下容易獲得更好的混合精準(zhǔn)度，這主要是由于儀器的硬件性能限制導(dǎo)致的。
所以呢，色譜柱內(nèi)徑大小的選擇和使用，完全是要根據(jù)自己實(shí)際需要來選擇的，在某方面表現(xiàn)好，必然會有某方面的犧牲，尺有所短寸有所長，根據(jù)自己的儀器方法和實(shí)際需要選擇合適內(nèi)徑的色譜柱才是正道。
文章來源：網(wǎng)絡(luò)
那么，是不是設(shè)計(jì)色譜柱的人腦子進(jìn)了水，非要挑些奇怪的數(shù)字來消遣大家...看樣子，明顯不是，大家會發(fā)現(xiàn)，市面上大部分的色譜柱都是這些奇怪的內(nèi)徑規(guī)格，反而是那些帶著整數(shù)值內(nèi)徑的色譜柱好像看上去和大家格格不入成為了異類...
到底是為什么？這一定是有什么原因的...那么原因是什么呢？
▉ 范德米特曲線
在液相色譜的基礎(chǔ)理論中，我們總會聽到一個(gè)如雷貫耳的名字，他叫范德米特，為了簡便，我們稱呼他叫做老范，他曾經(jīng)在紙上畫了一個(gè)對鉤，用來解釋色譜柱的柱效和流速的關(guān)系，后來，這個(gè)對鉤出名了，被叫做“范德米特曲線”，成為了液相色譜分離當(dāng)中最經(jīng)典的理論之一。
上圖是不同粒徑的范德米特曲線，不過這里我們以5um填料色譜柱繪制的范德米特曲線為例，為啥要選5um填料?主要是因?yàn)檫@個(gè)規(guī)格的填料從上世紀(jì)80年代產(chǎn)生，90年代興盛到現(xiàn)在仍舊老當(dāng)益壯經(jīng)久不衰，堪稱經(jīng)典，另外，5um填料的范德米特曲線是個(gè)非常周正的對鉤。
那么我們來解釋一下這個(gè)經(jīng)典的對鉤吧，它被畫在一個(gè)坐標(biāo)軸里，橫坐標(biāo)表示譜帶移動的線速度，縱坐標(biāo)表示理論塔板高度。納尼?線速度，理論塔板高度，這都是嘛(四聲)?
▉ 流速和柱效
這兩個(gè)詞確實(shí)生僻。所以，我們可以把它們近似地理解為：流速和柱效，對于給定的一根色譜柱(長度，填料粒徑固定)越大的流速能產(chǎn)生越高的分析速度，越小的板高能產(chǎn)生越大的柱效;所以，在老范的對鉤當(dāng)中，橫坐標(biāo)數(shù)值越大，分析速度越快;縱坐標(biāo)數(shù)值越小，柱子的分離效果越好。
知道了這些，我們就大概能理解老范畫的這個(gè)對鉤代表的意思了：對應(yīng)一根固定的色譜柱：柱效隨著流速提升而升高，到達(dá)一個(gè)最大值以后，又開始隨流速增大而降低，這個(gè)讓色譜柱達(dá)到最大柱效的流速值，被叫做最佳流速，在最佳流速附近保證實(shí)際柱效與最佳柱效差異很小的一個(gè)區(qū)域內(nèi)的流速，被叫做最佳流速范圍。所以老范的對鉤的深層意義就是：誰在最佳流速使用色譜柱，我就給誰畫個(gè)大對鉤。
▉ 內(nèi)徑
扯到這兒，一直在說老范和流速的事兒，還沒和內(nèi)徑扯上一點(diǎn)關(guān)系，接下來，我們就要給老范和流速牽線搭橋了，這個(gè)牽線搭橋的人就叫內(nèi)徑：
在老范的大對鉤中，橫坐標(biāo)叫做線速度，我們近似的把它認(rèn)為是流速，其實(shí)，在“近似”的過程中，我們省略了內(nèi)徑這個(gè)因素，或者說是色譜柱粗細(xì)的影響，
線速度指的是色譜峰譜帶移動的速度，通常用cm/min作為單位
而流速指的是色譜儀輸液的體積流速，通常用mL/min作為單位
舉上一個(gè)生活化的例子，就是汽車，線速度可以理解為汽車行駛的速度；流速可以理解為汽車燒油的速度，而不同內(nèi)徑的色譜柱，可以理解為不同大小的汽車，越粗的色譜柱代表著越大的汽車，要開到相同的速度，燒的油就多，所以，更粗的色譜柱需要更大的體積流速才能產(chǎn)生與細(xì)色譜柱相同的線速度/分析速度。
返回頭看老范給畫的大對鉤，找個(gè)尺子一比，發(fā)現(xiàn)對于5um填料的色譜柱，最佳流速對應(yīng)的是大概6cm/min這一點(diǎn)，不過，這是線速度，我們用的色譜儀都是需要設(shè)定體積流速的，剛才我們說過，體積流速和色譜柱內(nèi)徑是有關(guān)的，那么問題來了：色譜柱內(nèi)徑哪樣好？
在這個(gè)問題上，設(shè)計(jì)色譜柱的人沒有隨便設(shè)計(jì)個(gè)1，2，5，10mm這種自己看了爽大家又喜聞樂見的內(nèi)徑數(shù)字，在這個(gè)問題上，他們秉承了“業(yè)界良心”：
大家想想看，自己在色譜儀上輸入流速的時(shí)候，是輸入1mL/min的感覺爽還是輸入1.18mL/min的感覺爽？我相信，只要不是自虐傾向太強(qiáng)的同學(xué)，一定都會覺得是1mL/min更爽些...1mL/min對應(yīng)的是4.6mm內(nèi)徑色譜柱的最佳流速，而1.18mL/min對應(yīng)的是5mm內(nèi)徑色譜柱的最佳流速（都是說5um填料的色譜柱）
現(xiàn)在大家明白為啥我說色譜柱的設(shè)計(jì)者有“業(yè)界良心”了吧，為了讓大家在使用的時(shí)候爽，他們寧可讓自己在做柱子的時(shí)候“不爽”，這是怎樣的國際主義精神啊
后來呢，隨著儀器的進(jìn)步，儀器能控制的流速精度越來越高，所以，出于對流動相節(jié)省和質(zhì)譜兼容性等等的需求，也開始出現(xiàn)了內(nèi)徑更小的色譜柱，在這些柱子的設(shè)計(jì)上，仍舊秉承了一貫的業(yè)界良心，盡可能讓大家在儀器控制的時(shí)候輸入一些更“整”的數(shù)字，所以色譜柱的內(nèi)徑仍舊是不太規(guī)整的，3.0mm對應(yīng)0.4mL/min，2.1mm對應(yīng)0.2mL/min，1.0mm對應(yīng)0.05mL/min(這個(gè)貌似兩邊都挺整，簡直是強(qiáng)迫癥患者的福音啊～不過，其實(shí)這個(gè)規(guī)格的色譜柱遠(yuǎn)沒有其他規(guī)格的填料種類全...)
▉ UPLC
后來，UHPLC出現(xiàn)了，老范的對鉤明顯走形了……
圖片
我們能看到，UHPLC對應(yīng)的最佳流速已經(jīng)明顯和5um的HPLC填料不同了，按照剛才的業(yè)界良心理論，UHPLC色譜柱的內(nèi)徑也應(yīng)該應(yīng)對變化以繼續(xù)讓大家爽，可但是，我們看到的UHPLC色譜柱的內(nèi)徑規(guī)格還是那老三樣：4.6，3.0和2.1。
難道是世風(fēng)日下，業(yè)界良心一去不返了?
別慌，回過頭再用尺子比比老范的發(fā)福版對鉤，我們會看到，對于UHPLC的最佳流速，大概是在12cm/min這個(gè)地方，而且，由于UHPLC最佳流速范圍的擴(kuò)展，經(jīng)典HPLC的最佳流速數(shù)值仍然在最佳流速范圍內(nèi)，所以，即使我們不改變內(nèi)徑和流速，UHPLC的柱效也是很好的，如果要追求最佳流速，只要把原來的流速都乘以2就差不多了，1變成2，應(yīng)該也不會造成什么不爽...
▉ 大內(nèi)徑色譜柱優(yōu)勢
我們已經(jīng)了解了造成色譜柱內(nèi)徑數(shù)字不是整數(shù)的原因，剛才我們稍稍提過一下，小內(nèi)徑色譜柱的出現(xiàn)是出于溶劑節(jié)省和質(zhì)譜兼容性的原因，那么大家會問，既然小內(nèi)徑色譜柱有這些好處，為啥還沒有取代大內(nèi)徑的色譜柱?下面來大概解釋一下吧：
1：大內(nèi)徑色譜柱可以承載更大的上樣量，利用這個(gè)特性，我們可以進(jìn)行色譜制備純化，用很大內(nèi)徑的色譜柱，一次進(jìn)樣就可以純化很多樣品，還是用汽車做個(gè)例子，大公交比小面包可以裝更多的人。
2：大內(nèi)徑的色譜柱有更好的抗“溶劑效應(yīng)”能力，通常即使溶劑兼容性不是那么好的情況下，大內(nèi)徑色譜柱更容易得到更好的峰型。
3：大內(nèi)徑色譜柱對儀器的系統(tǒng)擴(kuò)散耐受能力較強(qiáng)，由于使用較高流速分析，大內(nèi)徑色譜柱由于儀器死體積造成的柱效損失會更小，而小內(nèi)徑色譜柱對死體積格外敏感，這也是是為什么現(xiàn)在的窄徑柱（內(nèi)徑小于等于2.1mm）都推薦使用在高性能的UHPLC儀器上的原因。
4：大內(nèi)徑色譜柱對儀器的延遲體積影響也相對不太敏感，主要也是由于使用高流速，可以盡量抵消延遲體積帶來的影響。
5：對于某些型號的儀器以及某些特殊的方法，高流速下容易獲得更好的混合精準(zhǔn)度，這主要是由于儀器的硬件性能限制導(dǎo)致的。
所以呢，色譜柱內(nèi)徑大小的選擇和使用，完全是要根據(jù)自己實(shí)際需要來選擇的，在某方面表現(xiàn)好，必然會有某方面的犧牲，尺有所短寸有所長，根據(jù)自己的儀器方法和實(shí)際需要選擇合適內(nèi)徑的色譜柱才是正道。
文章來源：網(wǎng)絡(luò)
