HPLC实验步骤和方法开发.ppt

液相色谱的应用以及方法开发 提纲 一 HPLC的广泛应用二 方法开发过程一 选择HPLC检测器二 分配色谱及选择流动相三 方法开发的具体步骤四 梯度洗脱方法 一 HPLC的广泛应用 据2004年统计 世界上化合物总数多达4700多万种在全部有机化合物中仅有20 左右的样品适用于GC分析而HPLC可对80 左右的有机化合物进行分离和分析 HPLC的广泛应用 HPLC特别适用于高沸点 大分子 强极性和热稳定性差的化合物以及生物活性物质的分离和分析并且可以做制备在医药 食品 农业 生命科学 化工 环保等领域都有着广泛的应用潜力 HPLC的应用领域 在食品研究中的分析应用食品中的天然成分碳水化合物类脂化合物 甘油三酸酯 胆固醇脂肪酸和有机酸蛋白 肽 氨基酸食品添加剂酸味剂 甜味剂 香精 乳化剂抗氧化剂 防腐剂颜料和染料 色素 维生素污染物霉菌 黄曲霉毒素 农药残留和兽药残留多环芳烃 PAHS 和亚硝酸 HPLC的应用领域 在医药研究中分析应用药物分析有USP BP CP等标准常用药物研究中的应用 解热镇痛药 镇静药 安定药 心血管药 磺胺类消炎药等 甾体药物研究中的应用 肾上腺皮质激素 雄性激素 雌性激素和孕激素等 抗菌素类药物研究中的应用 青霉素 头孢菌素 庆大毒素 四环素 氯霉素 诺氟沙星等 中草药研究中的应用 生物碱 甙类 皂甙 强心甙 黄酮甙等 萜类手性药物研究中的应用 光学异构体的拆分 如解毒剂D 青霉胺毒性小 L 异构体毒性很强 医疗药物的检测 新药研究 药物代谢 药代动力学研究 在兽药研究中分析应用 HPLC的应用领域 在生物化学和生物工程中的应用氨基酸 多肽合成和蛋白质的分析研究核碱 核苷 核苷酸和核酸的分析研究生物胺的分析研究 儿茶酚胺类 在精细化工分析中的应用醇 醛和酮 醚的分离分析酸和酯的分离分析表面活性剂的分析聚合物的分析研究药物 农药 染料 炸药等工业产品 HPLC的应用领域 化妆品行业要控制和分析 防腐剂 防晒剂 性激素以及维生素等 在公安 刑警破案工作需要投毒药物 毒品分析等在环境污染分析中的应用废气 废水 废渣中多环芳烃 多氯联苯 农药残留 酚类和胺类的检测 在无机离子分析中应用饮用水 酸雨 土壤中阴离子和阳离子分析 二 方法开发的过程 Adaptedfrom Snyder L R Kirkland J J Glajch J L PracticalHPLCMethodDevelopment2ndEd Wiley Interscience NewYork 1997 p 2 第一步干什么 想办法得到各种信息向同行了解是否做过此类样品 或有否类似样品的分析方法查文献和方法 如CA AA AOAC EPA 仪器制造商的文献 如Dionex Waters对色谱柱有足够的了解掌握分离机理 自己开发方法充分了解您自己的样品 分析时要了解哪方面的情况 灵敏度的要求有多高 样品的本底是否很复杂 有多少组份要分析 对分析的精确度 准确度等有多高要求 是否因是日常检验 而要求方法容易使用 分离 制备 时要了解哪方面的情况 要分离 即制备 的样品量有多大 要分离的组份在样品中的含量很高 还是微量 是否需要保持生物活性 对分离产物纯度的要求有多高 纯度或活性的鉴定如何完成 使用文献方法注意点 色谱柱填料的种类 品牌是否相同 注意文献方法的流动相是否损害色谱柱 如色谱填料品牌不同 需要调整流动相注意色谱柱的规格 内径 柱长需要调整流速 进样量注意梯度条件了解系统的滞后体积 梯度 一 选择HPLC检测器 对样品有响应并有一个输出信号应该提供在检测器响应值与样品浓度之间的线性关系 并且所设计的校正技术应该促进这种关系但是 由于受HPLC系统其他部件的影响会产生响应与浓度之间关系的与线性偏离现象并不是所有的检测器是线性的受HPLC系统其他部件的影响 检测器的表现可能与其最佳水平有较大的差距 用于HPLC的检测器 没有任何一种单独的检测器可以适应所有的液相色谱分离 HPLC检测器可以分为 溶质性质检测器 选择型 对溶质的物理或化学性质响应 一般不反应流动相的变化 选择型 整体性质检测器 通用型 不管是否有溶质 对流动相任何物理性质的变化作出响应 通用型 理想的HPLC检测器 高灵敏度 可忽略的基线噪音宽的线性范围独立于流动相及操作参数的响应对压力 温度及流速等变化不敏感长时间操作的稳定性低死体积非破坏性选择性 灵敏度 信噪比 灵敏度是信号与噪音的比值 即峰高与基线噪音的比值 S N 检测限 LOD S N 3定量限 LOQ S N 10好的信噪比有利于 更好的色谱峰确认更好的定量更好地完成色谱峰纯度 均一性 6 1 N S 选择液相色谱的检测器 要考虑的因素 你要分离的化合物 样品的化学特性化学结构 分子量及紫外光谱等等流动相的影响 溶剂 缓冲盐改性剂等 梯度还是等度灵敏度需求是否有双检测的需求 选择液相色谱的检测器 通用检测器RIELSDMS灵敏度ugngpg线性范围104否103流速敏感是否是温度敏感是否否破坏性否是是 选择性检测器ABSFLECCondMS灵敏度ngpgfgpgpg线性范围105103106105103流速敏感否否是是是温度敏感否否是是是破坏性否否是否是 吸光度 UV Vis 检测原理 原理 基于被分析组分对特定波长紫外光的选择性吸收定量基础 比耳定律 A KCL优点 1 对温度和流速不敏感2 可用于梯度洗脱3 灵敏度较高 ng级检测缺点 选择性检测器 仅适用于测定有紫外吸收的物质 吸光度 UV Vis 检测的应用 大多数有机化合物有一定程度的吸光度 可以测定大多数的化合物 是目前实验室中使用最多的检测器 多数公司售出的检测器中75 以上是吸光度检测器 其中50 以上是紫外 可见检测器 25 是PDA 背景吸收的影响 背景吸收降低了线性范围多数流动相有紫外吸收 光电二极管矩阵 PhotoDiodeArray PhotoDiodeArray简称 PDA或DAD 光电二极管矩阵检测器 PDA 的特点和用途 一种三维水平的吸光度检测器 采集三维谱图兼顾紫外检测器及可见分光光度计的信息在收集色谱图的同时 得到光谱图提供许多有用的功能 色谱峰的纯度鉴定 色谱峰的确认 可以发现单波长检测时未测到的峰 任意波长的色谱再处理 光谱信息 光谱库的建立检索和拟合 荧光 Fluorescence 检测原理 原理 发荧光的化合物吸收光 UV或VIS 使其分子达到激发态 当其返回到基态时发射光的现象即荧光优点 荧光检测器灵敏度高 pg级检测缺点 不是所有化合物都有荧光 必要时需要衍生 荧光检测器原理 荧光检测器的应用 环境中的污染物多环芳烃 PAH 多酚 氨基甲酸酯等食品 饮料食品中的毒素 例如 黄曲霉毒素染料维生素及衍生氨基酸生物技术及制药 氨基甲酸酯类杀虫剂 黄曲霉毒素 多环芳烃 PAH 维生素 示差折光 RefractiveIndex 检测 示差折光检测器 RI 是第一个商品化的液相色谱检测器 上世纪六十年代末 七十年代初 通常被认为是一种通用检测器检测溶液中所有被溶解的溶质 非特异性任何光学介质的折光率都被定义为光在该介质中与真空中的速度之比值 示差折光 RI 检测的原理 原理 连续测定流通池中溶液折射率来测定试样各组分浓度 优点 通用型检测器缺点 1 对温度变化敏感2 不能用于梯度检测3 灵敏度低 ug级检测 返回 示差检测器的应用 示差折光检测器是通用型检测器 如果选择合适的溶剂 几乎所有的物质都可以检测特别适用于检测没有紫外吸收的化合物 例如糖类 醇类 酯类以及脂肪酸等高分子化合物GPC GFC分析以及复杂样品纯化 蒸发光散射 ELSD 原理 用氮气把流动相吹成细雾状流动相的液滴通过一个预加热的腔体后被蒸发掉蒸发的溶剂被从检测器中除去溶质的挥发性小于流动相 因此产生颗粒束与光束相交被颗粒散射的光由光电倍增管 PMT 收集PMT的输出与溶质的存在量呈比例关系 ELSD 优点及应用领域 通用型 比流动相挥发性小的物质都能被检测可以作梯度实验 检测下限可到纳克级水平对环境条件不敏感 可以使用有强紫外吸收的溶剂作流动相应用领域 碳水化合物油脂及脂肪酸未衍生的氨基酸制药行业表面活性剂天然产物 ELSD 缺点 不能使用不挥发性的流动相 例如 磷酸盐 要求使用雾化气源 典型的是氮气或空气 不同的色谱条件下雾化及除溶剂的参数需要重新优化破坏性技术蒸发出的溶剂要引到户外或通风橱里对挥发性化合物的检测不理想一般得到的是非线性校正曲线某些化合物的检测灵敏度不如其他检测器 二 色谱基本分类 色谱基本分类 按溶质 样品 在两相分离过程的物理化学性质可以分为 1 分配色谱 分配系数 2 亲和色谱 亲和力3 吸附色谱 吸附力4 离子交换色谱 离子交换能力5 凝胶色谱 体积排阻色谱 分子大小引起的体积排阻 分配色谱 分配色谱分为 正相色谱 固定相 填料 为极性 流动相为非极性反相色谱 固定相 填料 为非极性 流动相为极性 用得最多 约占60 70 相对应的色谱柱 反相柱 烷基硅烷键合硅胶填料 如C18 ODS C8 C4 C3 苯基等正相柱 典型的为硅胶柱 其它官能团为 CN氰基 NH2氨基等 分配色谱的分离机理 分配色谱概述 反相色谱的主要类型 基于分子的极性分离洗脱次序 一般为反相 即极性高的先被洗脱 流动相极性 流动相洗脱强度 反相色谱最常用的流动相及其洗脱强度 水 甲醇 乙腈 乙醇 丙醇 异丙醇 四氢呋喃最常用的流动相组成 甲醇 水 乙腈 水 正相色谱最常用的流动相及其洗脱强度 正己烷 乙醚 乙酸乙酯 异丙醇 应用添加剂 成为离子对 离子抑制方法 流动相的选择原则 样品易溶 且溶解度尽可能大化学性质稳定 不损坏柱子不妨碍检测器检测 所选波长处无吸收 黏度低 流动性好 无毒或低毒 易于操作易于从其中回收样品易于制成高纯度 即色谱纯废液易处理 不污染环境 三 方法开发的具体步骤 先用一根短的色谱柱用相对较高的流速使用尽可能纯度高的标准品先用高强度的洗脱液调节k 值改变保留值调节a值改变选择性通过改变流动相的pH值 使样品成中性加入 对离子 使样品呈中性调节柱长度改变柱效及分离速度 反相色谱的方法开发 开发过程实例色谱条件 色谱柱 C18 4 6mm 15mm流动相 乙腈 水 乙腈从100 逐渐降低 或走梯度 举例中用不同的溶剂强度 60 40 50 50 40 60 由强渐弱流速 1ml min样品 对羟基苯甲酸甲酯 MethylParaben 对羟基苯甲酸丙酯 PropylParaben 对羟基苯甲酸丁酯 ButylParaben 1 改变容量因子K 谱图 2 调节 值改变选择性 同样强度的不同溶剂 改变了流动相 值改变色谱柱 离子型化合物的色谱分离 离子型化合物的分离方式多数化合物是离子型的 使用离子交换柱 离子交换法主要用于 强 阴 阳离子使用反相柱离子抑制色谱法 通过改变流动相的pH值 使样品成中性离子对色谱法 加入 对离子 使样品呈中性 3 离子抑制色谱 离子型化合物在反相色谱柱上不保留改变流动相的pH值 抑制样品离子的电离使样品成中性适用于弱酸性化合物的分离加入TFA 磷酸盐等降低流动相的pH值 使样品降低离子化使用硅胶基质C18填料使用条件应在填料基质的范围内硅胶柱的pH在2 8 较保险值3 7 内 离子抑制色谱实例 而在乙腈 水并且pH 7时 多数组份保留时间很短 无法完全分离 离子抑制色谱的使用范围 下列情况下不能使用离子抑制方法 如果 一些酸在pH低于2时还保持离子化一些碱在pH高于7时还保持离子化可以有以下的选择离子交换色谱使用聚合物或其他耐碱性流动相的反相柱 在pH高于7时用离子抑制法使用 离子对色谱法 4 离子对色谱法 在反相色谱流动相内加入 离子对 试剂与样品中可电离的组份形成 对离子 在反相色谱柱上分离离子型化合物离子对试剂的类型季铵盐 叔胺盐 正离子 适用于弱酸烷基磺酸盐 高氯酸盐 负离子 适用于弱碱烷基长度不同 形成对离子的能力不同 离子对色谱机理 离子对色谱的应用 抗组胺及减充血剂药物的分析 离子对色谱分析水溶性维生素 用离子对 还是用离子抑制方法 方法开发的其他因素 流速对柱效的影响不同内径的色谱柱有自己的最佳流速样品的进样量 浓度 对柱效的影响样品的进样体积对柱效的影响溶剂粘度对柱效的影响以上因素均影响分离度 色谱方法转换 如果没有与文献或要求相近的色谱柱转换进样量转换流速 四 液相色谱方法开发 梯度洗脱方法 在这一部分您将学习 关于梯度洗脱过程及其优点 如何优化梯度分离 有关梯度分离的一些实用考虑 液相色谱泵 稳定平滑并且重现性好的流速可靠且充分的溶剂混合准确及重现的自动溶剂混合准确及重现的梯度形成有效的流速范围制备色谱或微柱 窄柱色谱要考虑滞后体积梯度分析更为关注目的 在任何情况下保持最高精度 梯度的洗脱方式 高压梯度及低压梯度 梯度滞后 系统体积的影响 注意 滞后体积包括进样器 阻尼器 混合器及其管路 梯度滞后大小的影响 滞后体积太大会引起梯度变化的延迟例如 滞后体积为2 0ml 流速1 0ml min实际梯度会比设置值晚2分钟响应 没有问题对微柱色谱影响更大 同上例但流速0 1ml min实际梯度会比设置值晚20分钟响应 不能接受滞后体积的不同会使方法转换麻烦滞后体积比文献大或小都会使方法不能重现滞后体积的变化会导致梯度重现性不好普通分析型液相色谱的滞后体积为1 4ml 戴安的4元泵 700 l 高压泵 400 l 滞后体积变化的影响 设计不好的HPLC系统 滞后体积随反压变化滞后体积随反压变化的后果 梯度的准确性不好 造成 方法的适应性不好用静态梯度混合器 固定滞后体积可明显改善梯度特性 色谱柱反压变化对梯度实验的影响 P680ALPGwithoutpulsedamperBack pressure 60bar 85barand105barVariation 1 PumpwithpulsedamperBack pressure 60bar 85barand105barVariation 2 Acclaim120 C18 5 m 4 6x100mm 0 5mL min 25 C 5 Linjectionvolume UVdetectionat256nm Eluent A Waterand B Acetonitril Gradient 30 bto100 Bin10min Methyl Ethyl Propyl andButylparabene 10mg Leach 梯度洗脱的特点 优点缩短分析时间增加分离能力检测灵敏度提高缺点仪器设备要求高不适合某些检测方式 RI 柱需再生平衡定量分析的重复性较低 一般流出问题 早流出峰的分离度差 迟流出峰的峰宽增加而峰高降低 由于k 范围宽 所以分析时间长 强保留组分造成柱污染 等梯度洗脱 在洗脱样品的整个过程中 流动相的组成保持不变 AnalyticalEducationCenter H5929A11 09 梯度洗脱 一个解决方案 梯度洗脱 在分离过程中改变流动相组成 梯度运行中发生了什么 梯度方法开发 优化溶剂梯度 您必须确定 有机溶剂初始组成梯度时间梯度陡度梯度形状 流速柱长柱重新平衡时间 选择梯度陡度 陡 平缓 梯度形状 B time 线性 步进 凹形 凸形 AnalyticalEducationCenter 线性梯度 对下列每种情况 您认为使用哪种梯度曲线能改善分离 线性梯度 线性梯度 选凹形梯度曲线 用步进梯度或流速梯度 选