李 丹，李祖琨，林 潔，康天懌，康秋梅，徐小平

（四川大學華西藥學院，四川 成都 610041）

0 引 言

擁有更高的色譜柱效率一直是人們追求和研究的熱點。以色譜理論為基礎(chǔ)，根據(jù)范式方程（H=A+B/u+Cu），研究人員已經(jīng)清楚地知道影響塔板高度或柱效率的因素包括渦流擴散（A項）、縱向擴散（B項）和傳質(zhì)過程（C項）。換言之，在傳統(tǒng)的高效色譜柱的研究中，如何降低A項中的固定相顆粒粒徑和顆粒的規(guī)整性已經(jīng)有效地應(yīng)用到了目前的色譜柱中，最為典型的包括 2004年 Waters公司推出的 UPLC（ultrahigh performance liquid chromatography）色譜柱和近年各個儀器公司相繼推出的超高壓色譜柱（HHPLC），都是通過降低顆粒粒徑（1.6～2.6μm）實現(xiàn)A項的影響降低以獲得更高的柱效率。然而由此要求色譜系統(tǒng)必須具備超高壓輸液泵才能將流動相強行通過粒徑充分降低固定相，就目前的技術(shù)而言，這一粒徑基本達到填充柱的極限，A項的進一步改善已進入瓶頸。而方程中的B項和C項涉及物質(zhì)的縱向擴散和傳質(zhì)過程以及吸附-脫附過程，其中擴散相與流速的大小相關(guān)，高流速的條件下B項的影響可明顯減少，但是會同時造成C項的傳質(zhì)效率降低形成矛盾，如何從B、C項出發(fā)提高柱效率是研究的又一途徑。根據(jù)色譜塔板理論[1-3]，中國科學院成都有機化學研究所戴朝政研究員發(fā)表的消除滯留層技術(shù)[4]一文中首次提出了在固定相球形吸附劑顆粒內(nèi)部物質(zhì)的傳輸過程和吸附劑顆粒與流動相界面上液膜的物質(zhì)傳輸過程均由于吸附劑顆粒表面存在滯流層導(dǎo)致傳質(zhì)效率低下，是影響柱效率提高的關(guān)鍵因素之一，可以采用適當?shù)耐饧与妶鱿郎魧?，使組份與固定相充分交換，從而消除C項的影響。當C項趨于0時，方程中就只存在A項和B項的影響，柱效率可得以大大提高。同時C項的消除，可使流速獲得更大的提升，降低了擴散的影響，不僅對柱效率的改善有利，而且還可以大大提高分析效率，由此，為未來研究如何提高柱效率提供了新途徑和思路。由于該理論尚處于理論階段，需要大量的實驗加以驗證，本文在消滯留技術(shù)的基礎(chǔ)上，探討了外加電壓與色譜效率的關(guān)系，在優(yōu)化后的外加電場下流速與柱效率的關(guān)系，通過滯留層的消除前后色譜柱效率的變化規(guī)律，驗證滯留層消除對柱效率的可行性，為研究提高色譜柱效率提供一定的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1 實驗部分

1.1 儀器與材料

HPLC系統(tǒng)（日本島津公司），色譜3000工作站（浙江大學）；ODS色譜柱（35mm×3.5mm×5μm；帶螺絲冒塑料柱）。綠原酸對照品（Chlorogenic acid）；甲醇（色譜級，F(xiàn)isher公司）；乙腈（色譜級，JHD公司）。

1.2 原理

色譜柱的二氧化硅（SiO2）與水溶液接觸時，硅醇基電離，SiO2表面帶負電荷，內(nèi)相反電荷離子富集于SiO2表面形成雙電層結(jié)構(gòu)[5-6]。因此，給雙電層施加橫向電場，雙電層將形成電滲流（EOF）沿SiO2表面向負極移動。靜止時，雙電層位于滯留層底部，當在色譜柱內(nèi)施加一個電場，固定相表面的液體會移動，從而導(dǎo)致?lián)w表面的滯留層隨之消失[7-10]，即是“消滯留層技術(shù)”。當滯留層消失，滯留層對塔板高度的貢獻也消失，因此Horvath-Lin方程簡化為

當流動相線速度：u>>ω3（Dm/dp）時，

理論最佳線速度：

理論最低塔板高度：

可知，施加電壓，消除滯留層，能顯著提高柱效和分離速度。

1.3 方法

色譜條件如下。流動相：0.3%甲醇∶乙腈（92∶8）；檢測波長：323nm；根據(jù)在色譜柱兩端施加電壓的強度和流速變化，考察綠原酸色譜行為的變化，闡述電壓、流速與色譜行為的關(guān)系（實驗裝置見圖1）。如圖1所示，實驗裝置中在色譜柱兩端安置了變壓器，可以變換電壓，同時安置了整流器將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，使自制色譜柱處于直流電場中。實驗中，通過變壓器，改變色譜柱兩端施加電壓的強度，考察電壓對綠原酸色譜行為的影響。

圖1 消滯留層技術(shù)實驗裝置圖

2 結(jié)果與討論

2.1 不同直流電壓對色譜行為的影響

色譜條件如下。流動相：0.3%甲醇∶乙腈（92∶8）；檢測波長：323 nm；電場產(chǎn)生方式：色譜柱兩端連接電源兩極。在上述條件下，重復(fù)進樣3次，考察流速一定時，施加0～120V電壓，及0～30V電壓時，不同電場強度對供試品色譜行為的影響；也考察了當電壓不變時，一定范圍內(nèi)改變流速，對比得到不同電場強度、流速對供試品色譜行為的影響。

2.2 0～120V范圍電壓對色譜行為的影響

如表1所示，當流速（0.5 mL/min）一定時，施加0～120V范圍內(nèi)不同大小的電壓，柱效、柱效提高百分比隨施加電壓的增大而升高，當外加電壓為0～30 V時，柱效提高百分比最大，隨后隨施加電壓的增大而逐漸降低。如圖2所示，當施加電壓超過90V時，柱效大小開始低于不施加電壓時的柱效。推測由于施加適當大小電壓消除了滯留層，柱效提高，而過大的電壓產(chǎn)生的焦耳熱大，柱外效應(yīng)嚴重，反而使柱效降低，甚至低于不施加電壓時的柱效。

2.3 0～30V范圍電壓對色譜的影響

進一步在電壓0～30 V的小范圍考察電壓對色譜行為的影響，結(jié)果如表2所示。由表2可知，流速一定，施加電壓在0～30V時，柱效、柱效提高百分比逐漸提高，施加電壓在30 V時，柱效提高百分比達到最大值20.99%。推測由于施加此范圍內(nèi)大小的電壓，很好地消除色譜柱滯留層，而此電壓產(chǎn)生的焦耳熱也較小，因此，柱效總體逐漸提高。

表1 不同電壓對色譜的影響（n=3）

圖2 柱效與電壓的變化關(guān)系

2.4 流速對色譜行為的影響

變化流速，分別設(shè)定流速為 0.5，1，1.5，2mL/min，對比施加30 V電壓與不施加電壓的條件下的色譜行為。由圖3可知，柱效隨流速增大而逐漸降低，施加30V電壓比不施加電壓時的柱效有所提高，柱效提高百分比在流速為0.5mL/min時最大，其隨流速加大也逐漸降低，最后趨于穩(wěn)定。推測，流速加大而使色譜柱柱效降低，施加30V電壓消除了滯留層而使柱效有一定程度升高，因此在施加一定大小電壓的情況下，在一定范圍內(nèi)增大流速也能保持高柱效。

3 結(jié)束語

結(jié)果表明，電場的增加可有效消除固定相表面的雙電層，有利于組分在固定相中交換，減小流速對傳質(zhì)交換的影響，是進一步提高柱效率、減少分析時間的一種途徑。

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表2 小范圍大小的電場強度對色譜行為的影響（n=3）

圖3 30V電壓加載前后柱效隨流速的變化關(guān)系

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