色谱柱的小型化

杨百翰大学化学与生物化学系教授Milton Lee博士向AZoM介绍了色谱柱的小型化，以及这种技术在分离科学中的未来发展。

您能给我们简要介绍一下色谱中柱的小型化吗?

色谱柱的小型化起源于20世纪50年代末马塞尔·戈莱关于气相色谱开管柱的理论工作。在此之前，专门使用填充各种类型颗粒的柱。即使在今天，与开管式色谱柱相比，填充色谱柱的单位长度效率仍然更高，但由于沿色谱柱长度的压降显著，它们不能在长度超过1米的情况下使用。相比之下，开管柱是“开放的”，即使它们的直径很小(即100 - 500微米)，它们的长度可以从几米到大约100米不等，否则就会出现背压问题。由于性能(即理论板)随着柱的长度而提高，开管柱已成为柱类型的选择。填充毛细管色谱柱在20世纪70年代中后期首次被报道。1979年首次报道了微型气相色谱柱;然而，技术问题和有限的性能迄今阻碍了它的广泛商业化和使用。另一方面，填料微加工液相色谱柱已经成功得多。

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列的小型化背后的主要驱动因素是什么?为什么?

主要驱动因素是(1)提高色谱柱效率和(2)更容易与质谱耦合。在气相色谱的情况下，可以使柱长，以提高效率如上所述。在液相色谱的情况下，非常小的颗粒(直径< 3微米)和高压(> 10,000 psi)可用于提高效率(小柱容易消散摩擦热)。气相色谱和液相色谱中的小柱都减少了质谱真空系统的负载。

色谱与质谱更简单耦合的发展如何改进了分离科学的研究?

这对分离科学产生了巨大的影响。质谱法是色谱法最理想的检测器。小型化色谱柱降低了真空泵的要求，提高了分离效率，可容纳非常小的样品(在生物医学应用中尤其重要)，并提高了检测限。

气相色谱技术的哪些具体突破影响了色谱柱的小型化?

最重要的突破是1979年发明的柔性熔融硅柱。在柱表面失活、固定相在毛细管壁上的固定以及提高固定相的热稳定性方面的其他进展都很重要。

液相色谱法最关键的进展是什么?

与气相色谱法相比，更广泛的改进有助于液相色谱法的成功。这些包括更小的颗粒，更均匀的颗粒，更稳定的固定相，改进的床层结构(即，沿柱径和柱长更均匀的填料)，更高的泵压(高达20,000 psi)，非常均匀(可重复)的低流速(纳升到微升每分钟)，以及改进的耦合质谱。

超临界流体色谱(SFC)的发展如何促进柱技术的改进?

超临界流体色谱法迫使更坚固的色谱柱技术的发展。具体地说，固定相在柱中固定直接改进了所有色谱技术的柱技术。柱必须在高温、高压和溶剂化流动相下保持稳定。

为什么将色谱分离通道纳入微流体平台的努力进展相对缓慢?

有许多问题导致了微芯片气相色谱的缓慢增长:(1)非圆柱形通道，(2)较短的通道，(3)柱温度控制，以及(4)芯片与注入器和检测器的耦合。在非圆柱形通道中，由于固定相在较大曲率区域的池化，很难均匀地涂覆固定相。由于分离效率与色谱柱长度有关，微芯片色谱柱(< 10米)固有的效率较低。电阻加热是微芯片气相色谱的合理选择;然而，这些方法并不容易获得，而且高温也有限。集成的注入器和检测器需要微芯片气相色谱法的成功;然而，这很难确定日期。除了一些有限的热捕获/解吸和热导率检测应用外，集成系统通常很少。

您在开发色谱柱技术方面有哪些第一手经验?

我的研究小组39年来的主要重点领域之一是毛细管分离技术的柱技术。我们从毛细管气相色谱开始，然后进入超临界流体色谱、毛细管电泳和液相色谱。我们在柱失活、固定相固定化、整体开发和合成新的固定相方面进行了研究。

来自azonetonvimeo的气相色谱趋势。

您认为色谱性能改进的未来机会在哪里?

我相信气相色谱法，就像它今天存在的那样，需要相当大的革新。空气对流烤箱是老技术，应该用某种形式的电阻加热技术取代。气相色谱法可以在不牺牲性能的情况下大大减小尺寸，也许还可以提高性能。不需要像1.7微米颗粒填充柱那样高压力的柱技术将是一个重大进步(核壳颗粒、整体固定相、柱阵柱和滑移流柱是这个方向的运动)。我还支持便携式仪器，可以带到采样地点立即进行分析(而不是将样品带到实验室)，这将导致更少的跟踪文件，更好地保存样品完整性，更好的质量结果和更及时的响应时间。

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我们的读者从哪里可以了解更多?

我2016年Pittcon演讲的摘要如下:色谱柱的小型化始于气相色谱(GC)，并在过去的半个世纪中稳步发展。主要驱动力是色谱分辨率越来越高和色谱质谱(MS)耦合更简单的前景。气相色谱的主要突破包括柔性熔融二氧化硅柱、稳健的柱失活方法、高粘度固定相、对Raleigh不稳定性的理解、快速静态涂层、自由基交联和热稳定固定相。在液相色谱(LC)中，小颗粒形态和均匀性的发展是最关键的，优化的包装方法紧随其后。超临界流体色谱(SFC)的发展提出了自己独特的要求，促进了其他色谱技术的柱技术的改进。尽管考虑不断令人兴奋，但在微流体平台中纳入色谱分离通道的努力一直相对缓慢。本报告将描述作者在过去40年里开发色谱毛细管柱技术的第一手经验，随后对未来可能提供更好的色谱性能的新兴机会进行推测。

关于李弥尔顿博士

Milton L. Lee, 1971年获得犹他大学化学学士学位，1975年获得印第安纳大学分析化学博士学位。1975年至1976年，李博士在麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)做了一年的博士后研究助理，之后接受了杨百翰大学(Brigham Young University)化学与生物化学系的教职，在那里他是H. Tracy Hall化学教授。

李博士最著名的研究是毛细管分离技术和质谱检测。他是570多篇科学出版物的作者或合著者，并就其研究的各个方面发表了500多场技术演讲。他获得了许多国家和国际奖项，包括美国化学学会色谱奖(1988年)，马丁金奖(1996年)，美国化学学会化学仪器奖(1998年)，东部分析研讨会分析化学领域杰出成就奖(2008年)，匹兹堡分析化学奖(2008年)，美国化学学会分离科学与技术奖(2012年)，以及LCGC欧洲终身成就奖(2014年)。李博士指导了70多名硕士和博士学生。

李教授也是一名企业家，他参与了将大学研究实验室的技术转移到私营部门的工作。他与人共同创立了三家分析仪器公司，其中最新的一家是Torion Technologies，该公司为急救人员销售便携式气相色谱-质谱检测系统。他是20项已发行专利的共同发明人。

关于Pittcon

Pittcon^®是匹兹堡分析化学与应用光谱学会议的注册商标，该会议是一家宾夕法尼亚州的非营利组织。由匹兹堡光谱学学会和匹兹堡分析化学家学会共同主办，匹兹堡是实验室科学的首要年度会议和博览会。

Pittcon的收益用于资助从幼儿园到成人的各级科学教育和推广。Pittcon每年捐赠超过100万美元，为各种科学推广活动提供财政和行政支持，包括科学设备补助金、研究补助金、学生奖学金和实习机会、教师和教授奖，以及公共科学中心、图书馆和博物馆的补助金。188金宝搏手机网页版

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