那么奇葩？為什么色譜柱的內徑都不是整數？

點擊次數：2903 更新時間：2018-02-24

許多色譜柱的內徑是2.1mm、4.6mm等，卻不是2mm、5mm這樣的整數？大家學習色譜的時候，不知道是不是想過這樣一個問題：為啥色譜柱的內徑通常都是一些很零碎的數字呢？

思路提示：流速1mL/min對應的是4.6mm內徑色譜柱的*流速，而1.18mL/min對應的是5mm內徑色譜柱的*流速(都是說5um填料的色譜柱)。

大家猜到原因了吧！對，就是范德米特大對勾，詳細分析如下：

一、范德米特大對勾

這個是基于5um填料色譜柱繪制的范德米特曲線，為啥要選5um填料?主要是因為這個規格的填料從上世紀80年代產生，90年代興盛到現在仍舊老當益壯經久不衰，堪稱經典，另外，5um填料的范德米特曲線是個周正的對鉤...

那么我們來解釋一下這個經典的對鉤吧，它被畫在一個坐標軸里，橫坐標表示譜帶移動的線速度，縱坐標表示理論塔板高度。納尼?線速度，理論塔板高度，這都是嘛?能吃不?

這兩個詞確實生僻...所以，我們得把他們近似的翻譯成接地氣的詞匯，那么他們可以近似的理解為：流速和柱效，對于給定的一根色譜柱(長度，填料粒徑固定)越大的流速能產生越高的分析速度，越小的板高能產生越大的柱效;所以，在老范的對鉤當中，橫坐標數值越大，分析速度越快;縱坐標數值越小，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對鉤代表的意思了：對應一根固定的色譜柱：柱效隨著流速提升而升高，到達一個zui大值以后，又開始隨流速增大而降低，這個讓色譜柱達到zui大柱效的流速值，被叫做*流速，在*流速附近保證實際柱效與*柱效差異很小的一個區域內的流速，被叫做*流速范圍。所以老范的對鉤的深層意義就是：誰在*流速使用色譜柱，我就給誰畫個大對鉤。

二、大對勾和流速的關系

扯到這兒，一直在說老范和流速的事兒，還沒和內徑扯上一點關系，接下來，我們就要給老范和流速牽線搭橋了，這個牽線搭橋的人就叫內徑。

在老范的大對鉤中，橫坐標叫做線速度，我們近似的把它認為是流速，其實，在“近似”的過程中，我們省略了內徑這個因素，或者說是色譜柱粗細的影響。

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泵輸液的體積流速，通常用mL/min作為單位。

舉上一個生活化的例子，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，粗的色譜柱需要大的體積流速才能產生與細色譜柱相同的線速度/分析速度。

三、色譜柱內徑哪樣好?

返回頭看老范給畫的大對鉤，找個尺子一比，發現對于5um填料的色譜柱，*流速對應的是大概6cm/min這一點，不過，這是線速度，我們用的色譜儀都是需要設定體積流速的，剛才我們說過，體積流速和色譜柱內徑是有關的，那么問題來了：色譜柱內徑哪樣好?

在這個問題上，設計色譜柱的人沒有隨便設計個1，2，5，10mm這種自己看了爽大家又喜聞樂見的內徑數字，在這個問題上，他們秉承了“業界良心”：
大家想想看，自己在色譜儀上輸入流速的時候，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的同學，一定都會覺得是1mL/min爽些...1mL/min對應的是4.6mm內徑色譜柱的*流速，而1.18mL/min對應的是5mm內徑色譜柱的*流速(都是說5um填料的色譜柱)。

現在大家明白為啥我說色譜柱的設計者有“業界良心”了吧，為了讓大家在使用的時候爽，他們寧可讓自己在做柱子的時候“不爽”，這是怎樣的主義精神啊～

后來呢，隨著儀器的進步，儀器能控制的流速精度越來越高，所以，出于對流動相節省和質譜兼容性等等的需求，也開始出現了內徑小的色譜柱，在這些柱子的設計上，仍舊秉承了一貫的業界良心，盡可能讓大家在儀器控制的時候輸入一些“整”的數字，所以色譜柱的內徑仍舊是不太規整的，3.0mm對應0.4mL/min，2.1mm對應0.2mL/min，1.0mm對應0.05mL/min(這個貌似兩邊都挺整，簡直是強迫癥患者的福音啊～不過，其實這個規格的色譜柱遠沒有其他規格的填料種類全...)

四、UHPLC與走形的老范大對鉤

后來，UHPLC出現了，老范的對鉤明顯走形了。

我們能看到，UHPLC對應的*流速已經明顯和5um的HPLC填料不同了，按照剛才的業界良心理論，UHPLC色譜柱的內徑也應該應對變化以繼續讓大家爽，但可是，可但是，我們看到的UHPLC色譜柱的內徑規格還是那老三樣：4.6，3.0和2.1

難道是世風日下，業界良心一去不返了?

看官別慌，回過頭再用尺子比比老范的發福版對鉤，我們會看到，對于UHPLC的*流速，大概是在12cm/min這個地方，而且，由于UHPLC*流速范圍的擴展，經典HPLC的*流速數值仍然在*流速范圍內，所以，即使我們不改變內徑和流速，UHPLC的柱效也是很好的，如果要追求*流速，只要把原來的流速都乘以2就差不多了，1變成2，應該也不會造成什么不爽...

五、色譜柱的內徑規格為啥那么多?

我們已經了解了造成色譜柱內徑數字奇葩的原因，接下來還得說說為什么“奇葩”的出現還是一個系列的：色譜柱的內徑規格為什么那么多?

剛才我們稍稍提過一下，小內徑色譜柱的出現是出于溶劑節省和質譜兼容性的原因，那么大家會問，既然小內徑色譜柱有這些好處，為啥還沒有取代大內徑的色譜柱?下面我來大概解釋一下吧：

1. 大內徑色譜柱可以承載大的上樣量，利用這個特性，我們可以進行色譜制備純化，用很大內徑的色譜柱，一次進樣就可以純化很多樣品，還是用汽車做個例子，大公交比小面包可以裝多的人。

2. 大內徑的色譜柱有好的抗“溶劑效應”能力，通常即使溶劑兼容性不是那么好的情況下，大內徑色譜柱容易得到好的峰型。

3. 大內徑色譜柱對儀器的系統擴散耐受能力較強，由于使用較高流速分析，大內徑色譜柱由于儀器死體積造成的柱效損失會小，而小內徑色譜柱對死體積格外敏感，這也是是為什么現在的窄徑柱(內徑小于等于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，高流速下容易獲得好的混合度，這主要是由于儀器的硬件性能限制導致的。

所以呢，色譜柱內徑大小的選擇和使用，*是要根據自己實際需要來選擇的，在某方面表現好，必然會有某方面的犧牲，尺有所短寸有所長，根據自己的儀器方法和實際需要選擇合適內徑的色譜柱才是正道。

zui后，至于UHPLC為什么會導致老范的對鉤變型，這是個挺復雜的問題，光靠老范畫的對鉤已經無法解釋了，還得把他編的公式也拿出來，這個，作為后話。