问: 色谱峰的保留时间出现波动,问题出在哪里?
答: 首先需要确定保留时间的波动规律,这能有效帮助排查潜在问题根源。
如果相邻进样间的保留时间无规则波动,应首先检查泵体和溶剂混合装置。验证泵体工作状态时,可使用量筒和秒表测定流速;验证流动相组成是否稳定,可向其中一种溶剂加入示踪剂并观察基线:若流动相组成恒定,基线保持平稳;若组成发生变化,基线会出现相应偏移。
例如采用反相色谱法结合紫外检测时,可向有机溶剂中添加0.1%丙酮,在254 nm波长下监测基线。此外,也可手动配制流动相并绕过溶剂混合装置,若此时保留时间波动消失,说明问题根源为混合装置故障。
问: 相邻进样间的保留时间基本稳定,但不同日期的保留时间存在差异,该如何解决?
答: 这种情况下,仪器本身出现故障的可能性较低,最可能的原因是流动相组成发生变化。在反相色谱中,保留因子k与流动相中有机相的体积分数呈指数关系。根据经验规律,有机相比例的配制误差若为1%,保留时间的变化幅度可达5%~15%,通常约为10%。这意味着配制溶剂时必须精准计量,最佳方式是采用重量法而非体积法配制流动相。
此外,流动相的脱气方式也可能导致保留时间波动。最佳的脱气方法是:同时使用真空和超声处理约1分钟,该方法脱气效果好,且溶剂的挥发损失最小;
另一种高效的脱气方法为——氦气鼓泡法,需注意的是,流动相与氦气完成初始平衡后,应降低氦气流速,否则氦气会携带溶剂蒸气吹扫而出,导致溶剂因挥发发生组成变化。
若样品组分呈离子型或可离子化,流动相的pH控制则至关重要:pH仅发生0.1个单位的变化,就可能导致保留时间偏移10%。因此必须精准测定pH值,并定期对pH计进行良好校准。在反相色谱中,随pH升高,酸性物质的保留时间会提前,碱性物质的保留时间会延长。
顺带一提,我的化学老师常说:“缓冲溶液之所以叫缓冲液,是因为它能稳定pH值,若无法实现这一功能,便不能称其为缓冲液。”
例如乙酸铵溶液只是单纯的乙酸铵水溶液,而乙酸缓冲液则需同时含有乙酸根离子和乙酸;当二者浓度相等时,缓冲液的pH值等于其解离常数pK,乙酸缓冲液的pK值为4.75。所有缓冲液的缓冲能力在其pK值处达到最强。
问: 我此前并未意识到,要获得可重现的实验结果,需对流动相组成进行如此严格的控制。还有哪些实验变量需要重点关注?
答: 另一个关键影响因素是温度。若所有色谱峰的保留时间均向同一方向偏移,需怀疑温度为波动诱因。根据经验规律,温度每变化1摄氏度,保留时间的变化幅度约为1%~2%。
在常规实验条件下,该变化幅度并不显著,但许多实验室会在周末关闭供暖或空调系统,这就会导致周末自动进样的分析结果,与工作日的保留时间存在差异。显然,使用色谱柱恒温箱可避免这一问题。
在反相色谱中分析离子型或可离子化样品时,缓冲液的离子强度也会对保留行为产生影响,但该影响通常极小,可忽略不计:缓冲液的摩尔浓度变化20%,保留时间的变化幅度一般低于1%。且缓冲液组分均通过称量配制,基本不会出现如此大的配制误差。
问:是否存在一些特殊情况,需要考虑更多实验参数?
答:存在。在离子色谱中,离子对试剂的浓度会影响离子型样品组分的保留行为:与离子对试剂电荷相反的分析物,保留时间会延长;与离子对试剂电荷相同的分析物,保留时间会提前;中性化合物则基本不受影响。当离子对试剂浓度较低(如低于5毫摩尔/升)时,与其发生相互作用的样品组分,其保留时间随试剂浓度呈比例变化;当试剂浓度较高(如约10毫摩尔/升)时,吸附剂表面会被试剂饱和,此时试剂浓度的变化不会导致分析物保留时间发生明显改变。这一点在方法开发过程中需重点考虑:若能使分析方法对某一变量不敏感,应尽量实现这一目标。
在正相色谱中,流动相中极性组分的浓度对保留时间影响极大,而水是其中一种不可避免的极性组分,因此流动相中水分含量的波动会导致保留时间不稳定。
解决该问题的一个实用技巧是:使用水半饱和的非极性溶剂(如正己烷、二氯甲烷)作为流动相。配制方法为:向一定体积的非极性溶剂中加入水并搅拌,使其达到水饱和状态,随后将该饱和溶剂与等体积的“干溶剂”混合。
该方法能使非极性溶剂的水分含量保持较好的重现性,同时也有助于防止保留时间漂移,相关详细原理将在后续章节中阐述。