实用高效液相色谱法的建立-破解版

液相色谱方法开发（实例讲解）2010©未经许可，不得复制。转载请注明出处。如有问题请联系：[e-mail]1色谱分离与在线检测技术已经成为当今分析化学的一门重要学科，而因其衍生出的相关产品也日益丰富。对色谱工作者来说，在面对具体方法开发中如何获得适当的分离度则成为关注的焦点。本文仅从网络上的资源收集简要介绍反相液相色谱法的建立思路。一一一一、、、、基本术语基本术语基本术语基本术语读者可跳过本部分内容，直接阅读实例讲解部分在评价色谱分离的品质时，通常用以下相关术语来反映色谱特征（如图1.）：图1.典型色谱图1.保留因子保留因子保留因子保留因子(k)：00tttkR−=(1)用于反映化合物的色谱保留性质，跟化合物性质有密切关系。如图1，设tR1=3.65min,t0=1.20min,则峰1的保留因子为：(3.65-1.20)/1.20=2.042.拖尾因子拖尾因子拖尾因子拖尾因子(Tf)液相色谱方法开发（实例讲解）2010©未经许可，不得复制。转载请注明出处。如有问题请联系：[e-mail]2abaf=(2)图2.典型拖尾峰在理想情况下，色谱峰为高斯型对称峰，其拖尾因子为1.0，但在实际情况中，由于化合物的二次保留等其他因素，色谱峰大多会呈现一定程度的拖尾。如图2中，该色谱峰的拖尾因子可计算得：{(41.5-37.0)+(37.0-35.0)}/{2*(37.0-35.0)}=1.63.3.理论塔板数理论塔板数理论塔板数理论塔板数（N）液相色谱方法开发（实例讲解）2010©未经许可，不得复制。转载请注明出处。如有问题请联系：[e-mail]3图3.峰高与峰宽的关系2)^(16WtNR=(3)或2)^(54.55.0WtNR=(4)注意：在上式中W为图3中的Wb，为基线峰宽(4σ)，W0.5为峰高一半处的峰宽Wh(2.335σ),并非峰宽的一半(2σ)。设图1中峰1的基线峰宽为0.25min,则塔板数为：16*(3.65/0.25)^2=34104.分离因子分离因子分离因子分离因子(α)010212ttttkkRR−−==α(5)又称两个色谱峰的相对保留值。只有当α1时，两个色谱峰才有分离的可能性。设在图1中峰2的保留时间为6.50min,则分离因子为:(6.50-1.20)/(3.65-1.20)=2.16液相色谱方法开发（实例讲解）2010©未经许可，不得复制。转载请注明出处。如有问题请联系：[e-mail]45.分离度分离度分离度分离度(Rs)12122WWttRRRs+−=(6)分离度用于评价色谱分离的品质，通常当Rs1.5时，则认为两峰达到基线分离（完全分离）。设在图1中峰2的基线峰宽为0.45min，则峰1与2的分离度为：2*(6.50-3.65)/(0.25+0.45)=8.1上式为分离度的定义公式，用于精确计算两个色谱峰的分离度，而由此可推出如下为色谱工作者的经验公式：1*)1(*4/+−≈kkNRsα(7)该式为经验公式，其目的在于描述分离度与理论塔板数、分离因子和保留值三者之间的关系，多用于指导色谱分离方法的建立，而不用于具体计算。二二二二、、、、分析方法的建立分析方法的建立分析方法的建立分析方法的建立（（（（实例讲解实例讲解实例讲解实例讲解））））简要介绍了色谱的基本术语，下面用实例来介绍分析方法的建立过程。1.1.1.1.准备工作准备工作准备工作准备工作在进行方法开发的时候，应记住良好的方法要具有以下三个要素：
能提供适当的分离度（通常要求Rs1.5）
方法运行时间要适中，以利于日常分析
方法应具有稳定性，可以在不同实验室之间移植在进行方法开发之前，应该对所分析样品和仪器设备进行信息剖析：样品的来源（单一化合物，生物样品，提取物等）及是否前处理；样品的溶解度；所分析化合物的结构（是否有官能团，发色基团等）及酸碱性；化合物的分子量（常规小分子，M1000；生物大分子及聚合物，1000M10,000）；仪器配置（柱类型，监测器类型，可否梯度洗脱）；方法要求（定性，定量，制备，指纹图谱）2.2.2.2.建立步骤建立步骤建立步骤建立步骤在了解了上述信息后，即可进行方法开发了：本例是对含有5个苯取代化合物的样品进行分离。通过对样品的结构解析，得到如下信息：5个化合物为中性分子，分子量都低于200，在甲醇等有机溶剂中溶解，不溶于水。含有苯环，在254nm处有明显的紫外吸收。在了解以上信息后，并综合文献，选择了Eclipse(Agilent)C18色谱柱,规格4.6×150mm,填料粒径5μm。液相色谱仪为Agilent1200型，配置Chemstation工作站，VWD检测器，液相色谱方法开发（实例讲解）2010©未经许可，不得复制。转载请注明出处。如有问题请联系：[e-mail]5四元低压梯度泵，柱温箱和自动进样器。流动相选用乙腈-水系统。样品直接用甲醇稀释定容。通常在方法开发之前建议先运行一个全范围的线性梯度洗脱（如0-100%乙腈），它会给后续是否采用等度洗脱还是梯度洗脱提供非常重要的信息。在本例中，首先运行一个梯度持续时间25min，乙腈浓度范围为5-100%，流速为1.0ml/min，检测波长为254nm，柱温为30oC。色谱图如下：图4.初始梯度运行结果在上述的条件下，所有色谱峰的平均保留因子(k’___)约在4~5之间。在对上述图谱解析时，会运用到Snyder-Dolan提出的“1/41/41/41/4规则规则规则规则”：当所有色谱峰的保留范围小于小于小于小于全梯度时间范围的1/4（即25%）时，则建议采用等度洗脱，若大于大于大于大于1/4时，则建议采用梯度洗脱。在图4中，第一个化合物峰1的保留时间为17.046min,最末一个化合物峰5的保留时间为19.008min,整个梯度时间为25min，计算可得：ΔtR/tG(19.008-17.046)/25=0.080.25,则可以运用等度洗脱进行分离。再仔细分析图谱，发现整个保留范围约在乙腈的高浓度范围内(约70%~75%),但实际上由于系统的梯度滞后及柱死体积的因素，实际浓度约在60%~65%之间，为使保留因子在1~20范围内，先选择60%乙腈进行等度洗脱，其他条件不变。色谱图如图5所示：液相色谱方法开发（实例讲解）2010©未经许可，不得复制。转载请注明出处。如有问题请联系：[e-mail]6图5.60%乙腈在60%乙腈洗脱条件下，所有峰的保留值范围在2.43~3.86之间，符合保留因子在1~20的条件，但峰1与2完全重叠，4与5也未完全分离。分离结果不理想，分离条件需要优化。在前面公式(7)中，提到分离度与柱效（塔板数），选择性（分离因子）和保留值有重要关系，其中柱效跟柱子本身有关，选择性与保留值则与溶剂强度，种类和柱类型有关，但通常在方法开发过程中，不建议频繁更换色谱柱，而是选定一根色谱柱后，依次通过改变溶剂强度，溶剂类型，柱温和流速来获得适当的分离度。按照溶剂强度改变10%，则保留值改变2~3倍的规则（简称3倍原则，当然这只是一个粗略的经验值，不完全符合所有情况，但在方法开发中能起到不小的作用），接下来运行了50%和40%的乙腈浓度分离条件，色谱图如图6和7所示：液相色谱方法开发（实例讲解）2010©未经许可，不得复制。转载请注明出处。如有问题请联系：[e-mail]7图6.50%乙腈在50%乙腈条件下，所有峰的保留值则变化为4.82~8.15，仍满足1k20的要求（但与三倍原则稍有出入，变化倍数位1.98~3.35），同时可观察到峰1与2基本达到基线分离，但4与5则重叠更加严重，仍无法满足分离要求。图7.40%乙腈在40%乙腈的条件下，所有峰的保留值变化为10.18~19.04，满足1k20的要求，同时也大致符合三倍原则（实际变化倍数为2.11~2.33），同时可发现峰1与2的间距更大，但4与5则完全重合，仍无法满足分离要求。可能会有读者说：可以降液相色谱方法开发（实例讲解）2010©未经许可，不得复制。转载请注明出处。如有问题请联系：[e-mail]8低乙腈浓度使4与5分离，但此时降低乙腈浓度会使保留时间延长，不利于日常分离，而且随着保留时间增大，峰宽也会随之变大，仍不会获得满意的分离度。而且通过上述三个等度试验后，基本上可以确定峰4与5无法在乙腈/水体系下达到基线分离。另外，根据Snyder提出的理论：在二元流动相（如甲醇/水，乙腈/水）等度洗脱时，化合物的保留值的对数值与流动相中有机相的浓度成线性关系（仅为经验规则），用数学公式表示既如下：ϕSkkw−=lnln（8）式中k为化合物在特定条件下的保留值，kw为化合物在流动相为水的条件下的保留值（外推理论值），S为化合物分子特性常数，φ为有机相在流动相中的含量。通过上述三个试验后，可做出lnk对φ的线性曲线，如下图所示：ACN-water0.801.301.802.302.803.3035404550556065B%Lnk'12345图8.lnk-φ曲线（乙腈-水体系）由曲线上可以看出峰4与5几乎近于重合，故此可以推断峰4与5在乙腈/水系统中为难分离峰对。接下来，可以考虑用溶剂种类来改变分离效果。液相色谱方法开发（实例讲解）2010©未经许可，不得复制。转载请注明出处。如有问题请联系：[e-mail]9图9.溶剂强度换算表图10.溶剂选择三角形在反相色谱法中，常用溶剂为甲醇、乙腈和四氢呋喃，这三种溶剂基于偶极矩作用力、氢键和供（吸）电子的作用提供不同的选择性，在相同溶剂强度下，可对色谱分离起到不同的分离效果，如图9和10所示。但四氢呋喃的紫外吸收强、易形成过氧化物、平衡较慢，且不与PEEK管兼容，所以大多不轻易使用。在上述考虑下，选用甲醇作为有机相来试图改善分离效果。通过图9中，可以看出70%甲醇与60%乙腈强度相当，故选择70%甲醇进行试验，结果如图11所示：液相色谱方法开发（实例讲解）2010©未经许可，不得复制。转载请注明出处。如有问题请联系：[e-mail]10图11.70%甲醇可以发现，甲醇改变了出峰顺序，峰1比峰2后流出，峰3与4完全重叠，峰5与4达到基线分离。所有峰的保留因子位于2.49~4.36（同60%乙腈相当）。然后试想是否可以通过甲醇浓度来改变峰3与4的分离效果，接下来，又运行60%甲醇的洗脱试验，结果如图12图12.60%甲醇液相色谱方法开发（实例讲解）2010©未经许可，不得复制。转载请注明出处。如有问题请联系：[e-mail]11可以观察到在60%甲醇条件下，峰1与2重叠，峰3与4分离度有所增加。所有峰的保留值在5.24~10.16范围内（大致相当50%乙腈），且大致符合三倍原则。再根据公式（8）绘制lnk-φ线性图，如图13所示：MeOH-water0.501.001.502.002.505560657075B%Lnk'12345图13.甲醇-水体系中lnk-φ曲线从图13中可以看出峰3与4的曲线几近重合，所以在甲醇-水体系中峰3与4为难分离峰对。接下来，又试验了四氢呋喃-水的分离效果，通过查阅图9，选择45%和35%四氢呋喃进行分离，结果如图14和15液相色谱方法开发（实例讲解）2010©未经许可，不得复制。转载请注明出处。如有问题请联系：[e-mail]12图14.45%四氢呋喃图15.35%四氢呋喃在上述两次试验中，峰4与5都完全重叠，说明在四氢呋喃水体系中，峰4与5为难分离峰对。通过三种溶剂的比较，可以看出在乙腈和四氢呋喃-水溶液中，峰4与5为难分离峰对，而在甲醇-水体系中，峰3与4为难分离峰对，说明单一有机溶剂无法达到完全分离所有峰，此时则可考虑用多元有机溶剂来改善分离度，在接下来的试验中液相色谱方法开发（实例讲解）2010©未经许