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無(wú)論選擇哪種色譜方法，無(wú)論是 FLASH，制備 HPLC 還是制備 SFC，目的都是實(shí)現(xiàn)高分辨率的高效分離。有許多因素需要考慮，比如從色譜柱的選擇到樣品的性質(zhì)，所用的固定相和流動(dòng)相以及流速。在過(guò)去，由于試驗(yàn)和錯(cuò)誤才促進(jìn)了更有效技術(shù)的發(fā)展。然而，一位物理學(xué)家和工程師想要一個(gè)確定的解決方案來(lái)確保高效率和分辨率。這位物理學(xué)家就是 Jan Josef van Deemter，他考慮了分離的物理、動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)性質(zhì)，并建立了一個(gè)方程來(lái)預(yù)測(cè)最佳分離條件。在這里，我想闡明他的工作，并將他的方程式應(yīng)用于各種方法，通過(guò)他的方法，你也可以?xún)?yōu)化你的色譜，就像學(xué)習(xí)拼音一樣簡(jiǎn)單！

Deemter 方程是一個(gè)雙曲函數(shù)，通過(guò)它可以嘗試優(yōu)化每個(gè)過(guò)程。今天，我想深入探討這個(gè)方程，并解釋它與 HPLC 和 SFC 等不同方法的關(guān)系。

為了高效說(shuō)明，Deemter 方程將分離柱每單位長(zhǎng)度的方差與線(xiàn)性流動(dòng)相速度聯(lián)系起來(lái)。該方程分析了溶質(zhì)在流動(dòng)相中的擴(kuò)散系數(shù)、流動(dòng)相與固定相之間的傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)以及固定相的厚度。

雖然這個(gè)方程看起來(lái)很復(fù)雜，但每個(gè)變量本身都是相對(duì)簡(jiǎn)單的，一旦數(shù)據(jù)被繪制在曲線(xiàn)上（Deemter 曲線(xiàn)），就可以很容易地讀取數(shù)據(jù)并知道最佳分離條件。接下來(lái)我們來(lái)分析：

為了理解等式的第一部分（HETP），我們需要了解什么是柱色譜中的理論塔板（TP）。色譜過(guò)程的效率和分辨率與理論極板的平方根成正比。也就是說(shuō)，塔板數(shù)變成四倍，分辨率就會(huì)變成兩倍。因此，理論塔板表示每個(gè)吸收-解吸步驟所需的距離；那么H是代表什么呢？塔板數(shù)（N）除以柱長(zhǎng)（L）取決于板高（H）。

N = L / H

以樓梯為例，如果你必須爬到 20 英尺的高度，并且只有 2 級(jí)樓梯，那么每級(jí)樓梯必須有 10 英尺高。一個(gè)較小的板高度意味著在柱中有大量的板（樓梯）和更高的效率。由公式可知，柱長(zhǎng)直接影響塔板數(shù)。因此，可以通過(guò)選擇較長(zhǎng)的柱子來(lái)實(shí)現(xiàn)更高的效率。所以，HETP 看的是高度等效性，也就是塔板的厚度。

許多因素影響著理論塔板數(shù)，比如：

效率和分辨率與理論塔板數(shù)的平方根成正比。也就是說(shuō)，塔板數(shù)變成四倍，分辨率就會(huì)變成兩倍。

方程的下一個(gè)參數(shù)是 u，它是流動(dòng)相的線(xiàn)速度，也就是流速。這是流動(dòng)相(液體、氣體、超臨界流體)通過(guò)色譜柱的速度，單位為厘米/分鐘(cm/min)或毫米/秒(mm/s)。最佳線(xiàn)速度保證了最高的分辨率。緩慢的流速會(huì)導(dǎo)致重疊的峰，而太快的速度會(huì)導(dǎo)致峰洗脫過(guò)快，并降低分辨率。

最佳流速確保最高分辨率。流速緩慢會(huì)導(dǎo)致峰重疊，而太快的流速會(huì)導(dǎo)致峰洗脫過(guò)快，并降低分辨率。

最后，van Deemter 系數(shù) A、B 和 C 與色譜中導(dǎo)致能帶展寬的因素有關(guān)。理想的色譜圖具有清晰的峰，清楚地表明樣品中存在的特定化合物及其各自的濃度。寬峰是低分辨率和低效分離的標(biāo)志。

第一個(gè) Deemter 系數(shù)(A)被稱(chēng)為渦流擴(kuò)散，也被稱(chēng)為多徑擴(kuò)散。渦流擴(kuò)散與分子在填充柱中穿行時(shí)路徑長(zhǎng)度的變化有關(guān)。在理想情況下，每個(gè)分子都沿著相同的路徑運(yùn)動(dòng)；然而，固定相創(chuàng)造了一個(gè)分子可以走的迷宮。這導(dǎo)致不同的分子在不同的時(shí)間到達(dá)色譜柱的末端，使分析物從色譜柱洗脫的峰變寬，降低了分辨率。通過(guò)使用較小的顆粒作為流動(dòng)相，減少了分子可以采取的路徑范圍，從而最小化了渦流擴(kuò)散的影響。

理想的色譜圖具有清晰的峰，清楚地表明樣品中存在的特定化合物及其各自的濃度。寬峰是低分辨率和低效分離的標(biāo)志。

縱向擴(kuò)散（B）是指分子從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域擴(kuò)散的趨勢(shì)。理解這一點(diǎn)是至關(guān)重要的，因?yàn)樗矔?huì)影響帶加寬，特別是在低速度下，流動(dòng)性流速更慢的時(shí)候。

最后一個(gè)系數(shù)是傳質(zhì)（C），它與溶質(zhì)在流動(dòng)相和固定相之間達(dá)到平衡所需的時(shí)間有關(guān)。注入色譜柱的樣品需要有限的時(shí)間才能在相之間劃分并達(dá)到平衡。如果流動(dòng)相移動(dòng)得太快，一些分子可能在被有效分離之前被掃過(guò)，導(dǎo)致能帶變寬。因此，B對(duì)能帶展寬的影響在較低的速度下更為普遍，而C的影響在較高的速度下更顯著。

為了優(yōu)化色譜分離，必須通過(guò)找到適當(dāng)?shù)乃俣龋╱）來(lái)最小化HETP（H），該速度（u）在給定系統(tǒng)的特定值A(chǔ)，B和C的情況下最小化H值，從而獲得最佳速度。

盡管每個(gè)因素本身都相對(duì)簡(jiǎn)單，但仍有幾個(gè)可能引起混淆的因素需要考慮。對(duì)我們來(lái)說(shuō)幸運(yùn)的是，Van Deemter方程被用來(lái)繪制一條曲線(xiàn)，提供了函數(shù)圖形。線(xiàn)速度（u）繪制在x軸上，高度（H）繪制在y軸上。所得的曲線(xiàn)通常呈u形，曲線(xiàn)上的zui低點(diǎn)代表最佳速度，這將提供zui有效的分離和最高的分辨率。

提供zui低 HETP 的流量具有最高的效率。太慢或太快都會(huì)導(dǎo)致效率降低。曲線(xiàn)的形狀取決于系統(tǒng)的性質(zhì)，例如特定的流動(dòng)相和固定相以及分析物的性質(zhì)。對(duì)于固定相，顆粒大小有相當(dāng)大的影響，因?yàn)檩^小的顆粒將導(dǎo)致更高的分辨率；然而，最佳速度所需的壓力以顆粒直徑平方的反比增加。因此，在保持柱長(zhǎng)不變的情況下，切換到兩倍的小顆粒意味著所需的壓力變成了四倍。

超臨界二氧化碳具有低粘度和高擴(kuò)散系數(shù)，使分析具有比 HPLC 或 FLASH 色譜更高的線(xiàn)速度。

色譜法通常涉及柱長(zhǎng)、粒度、流速、運(yùn)行時(shí)間和壓力之間的權(quán)衡。當(dāng)涉及到流動(dòng)相時(shí)，一些權(quán)衡可以減輕，因?yàn)樘囟ǖ姆椒梢栽跓o(wú)缺陷的情況下增加流量。超臨界流體色譜（SFC）使用具有低粘度和高擴(kuò)散系數(shù)的超臨界二氧化碳，使分析具有比 HPLC 或 FLASH 色譜更高的線(xiàn)速度。超臨界流體還能更有效地穿透填料孔隙，即使在線(xiàn)速度較高的情況下，也能降低傳質(zhì)擴(kuò)散值，從而縮短運(yùn)行時(shí)間而不會(huì)損失分辨率。

我們所選擇的方法可以顯著影響色譜分離的速度和分辨率。我希望這篇關(guān)于影響分離效率的因素的解釋對(duì)你有所幫助，并且使你能夠加快工作流程并提高方法的精度。