制备色谱纯化中流速该如何设定_

在制备纯化工艺中，想要准确、合理的确定流动相的流速范围，需要结合一定的理论基础和实际的纯化经验。为了使很多新接触制备纯化的用户能够更快、更好的对流速设定，三泰科技的Flash产品都向客户提供最佳的流速范围，尤其是SepaBean®machine快速液相制备色谱系统可智能推荐的流速参数，更快更便捷的处理常规的样品分离。但是对于非常规、比较难分离的样品就必须根据分离情况进行适当的流速调整才能成功达到分离要求。今天我们就从原理和纯化经验上探讨如何找到最合适的流速，更好的分离那些让人头痛的样品。

一、流速的分类

色谱中的流速通常有两种表述方式，一种是体积流速，即单位时间内流过某截面的流体的体积，单位mL/min，实际的分离过程中多用此来表示流体的速度；另一种就是线流速，即流体中任一质点在单位时间内沿管路方向所通过的距离，单位cm/min，该表示方式多用于理论分析。通常，在分离纯化过程中应采用最佳流速以期得到最好的分离效果。最佳线流速从根本上是由填料粒径和形状所决定，而最佳体积流速可由最佳线流速与柱子内径的截面积相乘而得到。二者之间可通过色谱柱的内径互相换算。

二、Van Deemter速率理论方程

在液相色谱的基础理论中，我们总会听到一个如雷贯耳的名字：Van Deemter，他曾经在纸上画了一个对钩，用来解释色谱柱的柱效和流速的关系（图1），后来，这个对钩出名了，被叫做“Van Deemter曲线”，成为了液相色谱分离当中最经典的理论之一。

图1：Van Deemter曲线

Van Deemter方程简式：H＝A＋＋Cu

H：理论塔板高度，H =L/N，N为理论塔板数（代表柱效）

A：涡流扩散项，B：纵向扩散系数，C：传质阻力系数，u：线速度

由上图可知，在某一处流动相的最佳流速（u）会带来最低的理论塔板高度（H

min

），此时主要是涡流扩散项和较小的传质阻力项对塔板高度有影响。由下图2可以看出，此项与填料的粒径有关，与流速无关。

图2：涡流扩散项为主影响因素时线速度与理论塔板高度的关系图

当流速小于u时，纵向分子扩散对塔板高度起主要作用，涡流扩散项对塔板高度起次要作用。具体表现为（图3），流体的线速度越大，理论塔板高度越低，即柱效越高。

图3：纵向分子扩散为主影响因素时线速度与理论塔板高度的关系图

当流速大于u时，传质阻力项对塔板高度起主要作用，涡流扩散项对塔板起次要作用。此时，随线速度增大，理论塔板高度也增大，柱效亦缓慢降低。而且相同的线速度，填料粒径越小，理论塔板高度也越小，表现为柱效更好（图4）。

图4：传质阻力项为主影响因素时线速度与理论塔板高度的关系图

据上可知，在其他条件不变时，理论塔板高度会随着流体线速度的增加，先剧烈下降到最小值后缓慢升高，柱效也会相应的先急速升高，然后随流速的继续增加而缓慢降低，这种特点为制备液相的快速分离奠定了基础。

通常我们所认为的理论最佳流速，是指能使色谱柱发挥出最高柱效的流速，主要取决于柱子的内径以及所用填料的参数。经典的分析柱的填料粒径为5um左右，由Van Deemter理论方程可计算出此时的最佳线速度，再考虑到经典分析柱的内径为4.6mm，则可以计算得出最佳体积流速为1ml/min。因此，对于5um粒径的填料、4.6mm内径的色谱柱用于分析或纯化小试的起始流速都设定为1ml/min。

三、制备放大的最佳流速设定

在快速制备分离的方法开发中，尤其是反相制备，往往需要借鉴高效液相色谱的方法。但是从高效液相的分析方法放大到制备液相的分离方法，许多参数都要做必要的修改。从分析到制备流速的放大，为了保证色谱峰的分离度基本维持不变，线流速往往是不变的，而体积流速一般遵循如下公式：

×r

其中，F为体积流速，r

为制备柱内径，r

为分析柱内径。

在其他条件不变时，分析柱与制备柱最大的差异就是色谱柱的内径不同，一般来说分析柱内径为2~5mm，而制备柱的内径一般都大于10mm，此时两者流速的比值约为色谱柱内径平方的比值，若分析柱内径为5mm时的最佳流速为1mL/min，那么内径为10mm制备柱相应的最佳流速应为4mL/min。

实际的制备分离中需要综合考虑各种因素，有时为了成功进行分离必须牺牲最佳柱效，因此很难达到理论上的最佳流速。大致分两种情况，当分离效果不好时，我们要降低流速，低流速会由于纵向扩散效应而降低柱效进而使峰型变差，但样品分离效果相对较好；当分离效果很好时，通常会加大进样量，而且会相应地增加流速，以加快出峰时间，提升分离效率，但过快地流速会产生较强的涡流扩散效应而让柱效降低。此外，制备色谱的填料颗粒一般较大，会导致装柱的效果差，而传质阻力会相应地大很多。受到这些因素的影响，实际上能达到的放大流速仅为理论值的40%~50%。

三泰科技（常州）有限公司成立于2004年，是一家致力于开发和应用分离纯化技术的高科技企业。本公司着力打造的SepaBean® machine快速液相制备色谱系统能满足各类产品的制备纯化需求，已广泛应用于各种研究领域。

表1：高容量球形硅胶（粒径25um，孔径50Å，比表面积700m

/g）