高温液相色谱的原理及研究进展

1 引 言

    在高效液相色谱的发展过程中，利用较高的压力提供高效一直是仪器操作的主要手段。与以前的在较低的压力下工作相比，高压可以在较短的时间内得到更好的分离，而温度作为色谱分离的一项重要操作参数却一直被人们所忽视[1]。提高色谱分离温度可以提高分离效率的原理在高效液相色谱的发展初期就已经提出[2]。但是，由于升高温度带来的色谱柱稳定性差、寿命低等难题，使得对通过调解温度来优化色谱分离条件的研究一直没有取得很大进展。直到 80 年代后期，高温液相色谱（HTLC）技术才逐渐得到许多研究者的重视[3]。1988 年，Horvath[4]等通过 HPLC 分离过程中溶质输运特征的理论分析，证实升高温度是改善分离性能的有效途径。温度升高时，溶质在液相中的扩散速度大大增加，流动相本身粘度大大降低，故溶质分子的传质阻力降低，分离速度加快。近些年来，氧化锆[5]和聚合物[6]等热稳定性色谱填料的出现，进一步促进了 HTLC 的发展。Thompson[7]等讨论了分析物的热稳定问题，提出了分析物热稳定标准。本文讨论了温度对柱效、保留时间及峰形的影响，综述了 HTLC技术的应用情况。

2 高温液相色谱的主要研究成果

2.1 温度对柱效的影响

    与气相色谱仪的普及程度相比，液相色谱仪的应用远未达到与其实际潜力相称的水平。除了仪器价格，使用水平等因素外，常规液相色谱仪固有的效率较低的缺点是一个原因。常规液相色谱仪在室温附近操作，由于溶质分子在液相中的传质阻力比在气相中高得多，因而液相色谱中柱效较低，分析时间长。气相色谱中分离速度可达（500～1000）理论塔板/s；而在常规液相色谱中分离速度只有（20～40）理论塔板/s 左右。对于一个需要两万理论塔板的样品分离过程，用气相色谱方法可在（20～40）s 之内完成；用液相色谱方法则需要（10～20）min。增加流动相的速度可以提高分离速度，但同时会导致分离度损失及柱效的降低。

    在色谱过程动力学中，柱效通常由塔板数 N 表示，N 与塔板高度 H 的关系为：N=L_col/H，L_col为色谱柱长度。塔板高度 H 随流动相线速度 u 的变化由Van Deemter 塔板高度方程来描述：

    A为涡流扩散项，与柱子的填充性能有直接关系，即 A 正比于填料的粒度，与流动相的性质无关，反映了由于涡流扩散使组分浓度产生一个分布，导致谱带展宽；B 为分子的纵向扩散项系数，分子纵向扩散相是由于组分在柱内存在浓度梯度而引起的，随温度增加而增大，对 H 是正贡献；而 C 是溶质在流动相与固定相之间的传质阻力系数，随温度增加而减小，于 H 是负关系。因此，塔板高度 H 不仅与线速度 u 有关，而且与柱温也相关。当流动相的线速度较低时，分子扩散项 B/u 起主要影响作用，而当流动相的线速度较高时，传质阻力项 Cu 占支配地位[8]。随着温度升高，溶质保留减小，柱外效应使谱带变宽变得重要，尤其是在低的流动相线速度时。