HPLC的流速通常是1.0ml/min，你知道原因吗？

经常做HPLC的朋友一定都知道，流动相的流速都在0.8-1.2ml/min之间，那我们在优化方法时能不能调整流速呢？答案是不能的。今天我们就从原理上分析一下流速与色谱柱柱效的关系。

在1956年，荷兰学者范第姆特吸收塔板理论中的一些概念，建立了色谱过程的动力学理论，即速率理论。该公式表述如下：

H=A+B/u+Cu

式中A、B、C为常数：A项称为涡流扩散项，B/u项称为分子扩散项，Cu项称为传质项；u为流体线速率，即一定时间里流体在色谱柱中的流动距离，单位为cm/s。由式中关系可见，当u一定时，只有当A、B、C较小时，H才能有较小值，才能获得较高的柱效能；反之，色谱峰扩张，柱效能较低，所以A、B、C为影响峰扩张的三项因素。

涡流扩散项A：

在填充色谱柱中，流体碰到填充物颗粒时，不断改变方向，使试样组分在流体中形成紊乱的类似涡流的流动。从而导致同一组分分子所通行路途的长短不同，因此它们在柱中停留的时间也不相同，它们是分别在一个时间间隔内到达柱尾，故因扩散而引起色谱峰的扩张。

A=2λd_p 

式中，λ为填充不规则因子，d_p为颗粒的平均直径。由上式可见，A与流体性质、线速度和组分无关。装柱时应尽量填充均匀，并且使用适当大小的的粒度和颗粒均匀的载体，这是提高柱效能的有效途径。

分子扩散项B/u：

由于组分在色谱柱中的分布存在浓度梯度，浓的部分有向两侧较稀的区域扩散的倾向，因此运动着的分子形成纵向扩散。分子扩散项与流体的线速（u）呈反比，流体流速越小，组分在流体中停留时间越长，分子扩散越严重。

B=2γD_g 

式中γ称为弯曲因子，是因柱内填充物而引起的气体扩散路径弯曲的因数，Dg为组分在流体中的扩散系数。Dg与流体相对分子质量的平方根呈反比，对于选定的流体，则相对分子质量较大的组分会有较小的分子扩散。Dg随柱温的升高而加大，随柱压的增大而减小。弯曲因子是与填充物有关的因素，在填充柱内，由于填充物的阻碍，不能自由扩散，使扩散路径弯曲，扩散程度降低，故γ<1。可见，在色谱操作时，应选用相对分子质量大的流体、较高的流体流速、较低的柱温，这样才能减小B/u的值，提高柱效率。

传质阻抗项Cu：

在柱中，试样被流体带入色谱柱后，组分在固液两相中分配而达平衡，由于流体流动，破坏了平衡，当纯净流体或含有组分的流体（浓度低于平均浓度）来到后，则固定液中组分的部分分子又回到固液界面，并逸出而被流体带走，这种溶解、扩散、平衡及转移的过程称为传质过程。传质阻力项（Cu）中的C为传质阻力系数，该系数实际上为固相传质阻力系数（Cg）和液相传质阻力系数（CL）之和，即C=C_g+C_L。

理论很枯燥，是吧？下面我们来讲具体的应用。

在速率理论的基础上，对于不同粒径的色谱柱，我们以理论塔板高度H为纵坐标，以流体线速度u为横坐标做图，就得到下面这张经典的H-u图。

1/H代表色谱柱的柱效，表征了色谱柱的分离能力。从图中可以看到，不同粒径的色谱柱具有不同的最佳理论塔板高度，该色谱柱在该理论塔板高度处具有最佳柱效，对应的流速即为最佳流速。可以看到，对于粒径在4.5μm、5μm的色谱柱来说，其最佳流速在0.8-1.2ml/min之间，对于常见的1.7μm、2.1μm的柱子来说，其最佳的流速在0.2-0.5ml/min之间。

我们做HPLC时，选择的柱子是5μm，最佳流速是1.0ml/min。那么我们能不能选择2.1μm的柱子呢？该柱子也有最佳流速呀！在实际工作中，我们很少看到选择粒径2.1μm的柱子来做HPLC的，你知道为什么么？欢迎留言告诉我。