氣相色譜和液相色譜微型化中的關(guān)鍵問題

　　在色譜儀器微型化過程中,尺寸的縮小不僅要考慮材料的性質(zhì)和制造上的可能,還要從原理上考慮尺寸縮小后所帶來的一系列問題。這些問題包括：

　?。?）分離系統(tǒng)中被分配的分子個(gè)數(shù)是否大于106,因?yàn)橹挥写笥?06才能得到符合統(tǒng)計(jì)結(jié)果的數(shù)據(jù);

　　（2）因分離通道尺寸縮小,自然提高了單位柱長(zhǎng)的效率,但是總長(zhǎng)度的減少可能使總分離效能遠(yuǎn)低于常規(guī)儀器;

　?。?）對(duì)于質(zhì)量敏感型檢測(cè)器,經(jīng)過分離柱后單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)檢測(cè)器的分子個(gè)數(shù)是否滿足檢測(cè)原理所要求的最小數(shù)目;

　?。?）對(duì)于濃度型檢測(cè)器,到達(dá)檢測(cè)池的分子數(shù)目是否能滿足符合統(tǒng)計(jì)規(guī)律的分子數(shù)目;

　?。?）檢測(cè)微區(qū)內(nèi)的外加能量密度是否超過被檢測(cè)分子所能承受的極限;

　?。?）微量流動(dòng)相的輸送與控制;

　?。?）因材料尺寸的縮小,表面層氧化或腐蝕對(duì)器件功能的影響。最后,色譜儀器微型化所帶來的好處不僅僅是單位長(zhǎng)度分離效率的提高,而是總分離能力的保持甚至提高;不僅僅是分離系統(tǒng)或某個(gè)部件的微型化,而是整體的微型化;不僅僅是質(zhì)量靈敏度的提高,而是濃度靈敏度的保持或提高;不僅僅是能量和物質(zhì)的低消耗,而是使用的方便和友好;不僅僅是整體尺寸的縮小,更重要的是整機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性的提高!

　　下面分別討論上述7個(gè)問題。

　?。?）色譜分離的基本原理是有符合統(tǒng)計(jì)規(guī)律數(shù)目的分子群經(jīng)過不斷的兩相分配和分子碰撞,利用其分配系數(shù)的差異來達(dá)到分離的目的。這是一個(gè)宏觀參數(shù)。當(dāng)分子數(shù)目低于這個(gè)數(shù)目時(shí),就會(huì)偏離統(tǒng)計(jì)規(guī)律而出現(xiàn)所謂的漲落現(xiàn)象。分子數(shù)目越少,漲落現(xiàn)象越嚴(yán)重。當(dāng)分子數(shù)目低于103個(gè)時(shí),已沒有準(zhǔn)確的色譜保留規(guī)律,因此也就失去了宏觀意義下的分離規(guī)律。一般地,保證符合統(tǒng)計(jì)規(guī)律的分子數(shù)目是106個(gè)。

　　例如內(nèi)徑30μm的填充毛細(xì)管液相色譜（μ2HPLC）柱或毛細(xì)管電泳柱,若分別保持10萬/m和40萬/m的分離柱效,直接進(jìn)樣時(shí)不過載的進(jìn)樣量分別為40pL（1pL=10-12L）和115pL,分子總數(shù)分別是112×1012～112×1014和415×1010～415×1012。樣品中含量低至1～0.01μL/L（對(duì)μ2HPLC）或低至20～0.2μL/L（對(duì)CE）的組分就不能滿足106個(gè)分子的數(shù)目要求,分離過程中就會(huì)出現(xiàn)上述問題。所以,上述分離系統(tǒng)對(duì)濃度高于這個(gè)指標(biāo)的樣品分離時(shí)可以有重復(fù)的保留時(shí)間。如果考慮檢測(cè)方面的限制[參見下述的（3）和（4）>,痕量分析中用粗內(nèi)徑的填充色譜柱總是優(yōu)于微型色譜柱。

　　為了能進(jìn)行痕量分析,微型分離分析系統(tǒng)往往采用樣品預(yù)濃縮技術(shù)以補(bǔ)償濃度靈敏度的不足。但為此而發(fā)展的技術(shù)也同樣適用于常規(guī)分離分析系統(tǒng),同樣可以提高常規(guī)儀器的靈敏度,除非樣品量受到嚴(yán)格限制。

　?。?）45年前的色譜柱理論已經(jīng)指出,毛細(xì)管開口柱的內(nèi)徑越小,或填充柱的填料粒度越小,色譜柱的分離效率就越高。毛細(xì)管電泳亦然,只是理論上有些不同,如有散熱問題和塞子流型的特點(diǎn)。微型化中普遍采用的細(xì)內(nèi)徑分離柱并不是微型儀器的專利,所能達(dá)到的高柱效也不是最近才認(rèn)識(shí)到的。如果在現(xiàn)有常規(guī)儀器中使用這種等效內(nèi)徑的色譜柱,再適當(dāng)改進(jìn)進(jìn)樣技術(shù)和檢測(cè)器,就會(huì)有與微型色譜或芯片電泳同樣的單位柱長(zhǎng)的柱效,同時(shí)還可以有極高的總分離效能,因?yàn)槌Ｒ?guī)儀器中分離柱的長(zhǎng)度很少受限,而高的分離效能才是真正有意義的。所以,微型色譜和芯片毛細(xì)管電泳用短分離柱而有快速分離的特點(diǎn),并不是它真正的優(yōu)點(diǎn),因?yàn)橛猛瑯映叽绲姆蛛x柱可以分別在常規(guī)色譜和毛細(xì)管電泳上實(shí)現(xiàn)同樣的效果。