故障排查:色谱峰拖尾

问: 该如何消除色谱峰拖尾现象?

答: 首先需找出峰拖尾的成因。峰拖尾的原因很多,涵盖色谱柱问题、化学作用问题及仪器问题等方面。最常见的原因包括柱外谱带展宽、柱床变差,以及分析物与填料表面活性位点发生相互作用。显然,具体的解决措施需根据拖尾的实际原因确定。

问: 我认同这一点。那该如何判断峰拖尾的原因?

答: 快速排查的第一步是仔细观察色谱图。即便不了解样品详情和色谱操作条件,色谱图中也包含大量信息,可作为判断问题性质的线索。随后,你可结合其他信息,验证从色谱图分析中得出的假设。

首先需要检查的是峰高。若使用紫外检测器,且检测到的峰高达到1 AUFS(满量程吸光度单位)量级,那么大概率是色谱柱过载,峰拖尾由过载引起。这一判断的前提是,化合物的摩尔消光系数约为1000,这是业内通用的经验法则。要确认是否为质量过载,还需明确注入色谱柱的样品质量。对于孔径约100 Å的常规全多孔填料色谱柱,进样量达到约100 μg时即会因过载而出现峰形畸变。

以上均为经验法则,但可作为判断样品是否过载的合理依据。你可将进样量减少至原来的1/10进行测试,观察峰形是否有所改善。

问: 好的。但如果进样量低得多的情况下,依然出现拖尾该怎么办?

答: 这种情况下,再次观察色谱图中的峰形会有所帮助。若色谱图中有多个色谱峰,需确认峰形在整张谱图中是否基本一致,或是存在规律性的变化。如果较早洗脱的峰比晚洗脱的峰拖尾更严重,则大概率是柱外效应所致。柱外效应的影响随峰宽增加而减弱,因此对早期窄峰的畸变作用更为明显。需重点考虑两种柱外效应:

  1. 1. 柱外谱带展宽
  2. 2. 检测器时间常数

连接管路、进样器和检测器中出现的谱带展宽,会导致色谱图中早期峰出现拖尾。若将小直径色谱柱安装在未适配小体积色谱柱的仪器上,或近期重新连接过系统管路,都可能出现该问题。若是后者,需检查所用管路的规格(从进样器到检测器,应全程使用内径0.009英寸的管路),同时检查所有接头的连接是否规范。

柱外谱带展宽的一个常见原因是,不同色谱柱制造商生产的柱端接头中,密封圈尖端与管路末端的间距存在差异。对于5 μm填料的色谱柱,仅15 μL标准偏差的柱外谱带展宽,就会显著影响洗脱体积约3 mL以内的峰形。

检测器时间常数过大亦会导致同样现象,出峰早分析物的拖尾程度远大于出峰晚分析物。检测器时间常数的默认设置通常为1秒,若搭配高性能5 μm填料色谱柱,在色谱运行的前2~3分钟内,均能观察到峰形畸变;时间常数越大,峰形畸变的程度自然也越严重。

若色谱图中所有样品化合物的峰拖尾程度基本一致,则存在两种可能性:

  1. 1. 柱床已受损
  2. 2. 所有样品组分的化学性质相似,拖尾由化学作用效应导致

针对第一种情况,在标准条件下(尤其是制造商推荐的条件)进行柱效测试,即可判断色谱柱是否已变差。色谱柱受损通常是因吸附了污染物或颗粒物,此时可尝试用合适的溶剂去除污染物(例如,反相色谱柱可使用四氢呋喃);但如果柱床本身发生了位移,该色谱柱则无法修复。

若所有色谱峰对应的组分化学性质相似,那么化学作用效应就是拖尾的潜在成因;若仅部分峰拖尾而其余峰形良好,则化学作用效应极有可能是主因。

问: 这些“化学作用效应”具体指什么?请详细解释一下。

答: 化学作用效应的类型也有多种,最常见的成因是分析物与表面能量分布不均的色谱填料发生相互作用。典型例子为:强碱性化合物在部分反相填料上会出现峰拖尾,这类化合物会与填料表面的残余硅醇基及键合相发生强烈的相互作用;若填料表面的硅醇基分布不均,就会引发峰拖尾。

问: 该如何消除由化学作用效应导致的峰拖尾?

答: 首先,可选用无此类拖尾现象的色谱柱,目前一些新型反相填料专为减少碱性化合物的拖尾问题设计。其次,可通过调节流动相的pH值,或在流动相中添加有机碱(与分析物竞争填料表面的活性位点),来缓解拖尾现象。这是因为硅醇基与分析物的相互作用通常属于离子交换作用:在酸性pH条件下,带负电的硅醇基数目会减少,因此带正电分析物的拖尾现象会相应减轻。三乙胺是常用的竞争碱,但疏水性更强的有机碱通常效果更佳,例如辛胺或四丁基铵盐。

若分析物与硅醇基之间的相互作用并非离子交换,而是氢键作用,则可通过改变溶剂的氢键特性来改善峰形。例如,以甲醇作为流动相的有机改性剂,通常比乙腈能更好地改善峰形。

正相色谱中也会出现类似的拖尾现象,可采用相同的思路抑制拖尾。流动相的极性改性剂选用醇类或乙腈,峰拖尾的程度会出现明显差异。

此外,还有一些相对少见的峰拖尾成因,如样品组分吸附在色谱柱筛板或进样器部件上;或分析物在色谱过程中发生化学变化,例如降解,或其不同分子形态之间的平衡过程较为缓慢。