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高效液相色谱流动相的注意事项

2021.10.22

一、普通C8及C18反相色谱柱

当色谱柱使用较长时间之后,就可能发生柱压升高、分离度不好、柱效降低、峰形不好等情况,这时就需要根据故障原因对色谱柱进行清堵与再生,以延长色谱柱的使用寿命。具体原因及处理方法如下:

1)筛板堵塞与柱头塌陷

主要现象有柱压严重升高或不稳定、色谱峰拖尾、色谱峰变宽、色谱峰分叉、秃峰等,需要进行清堵与弹性复原处理。(此方法适合于任何类型有相同故障的色谱柱的处理,不同的是溶剂要与相应类型色谱柱匹配。)主要处理方法如下:

①一般情况下,将色谱柱反接,不接检测器,用纯水或水-有机相(多用甲醇、乙腈)(95:5)以0.6ml/min流速冲洗约4h→再正向连接,接或不接检测器,用纯水或水-有机相(多用甲醇、乙腈)(95:5)以0.6ml/min流速冲洗约1h→再提高流速至1.0ml/min冲洗1h,观察柱压变化。若不凑效,则拧开柱头螺母(色谱柱进口),小心取下筛板,用5%左右的硝酸溶液超声处理20min左右,再用纯水超声20min左右。用小勺清理掉柱进口污染的部分填料,再将用乙醇调和后的相应的硅胶装入柱入口(也可用已经报废的同类柱中的填料替代),用平面不锈钢小铲压紧填平至略高出柱管口,但量不宜太多,否则,压得太紧柱压会升高,然后装上清洗过的筛板,注意筛板安装方向必需与原装相同,最后紧固。

②冲洗与饱和:清堵紧固后,先反向连接色谱柱,不接检测器,用纯水或水-有机相(多用甲醇、乙腈)(95:5)以0.3ml/min流速冲洗约4h→再换成甲醇以0.5ml/min流速冲洗约2h→再正向连接色谱柱,接或不接检测器,用纯水或水-有机相(多用甲醇、乙腈)(95:5)以0.3ml/min流速冲洗约2h→再换成甲醇以0.5ml/min流速冲洗约1h→然后用甲醇或乙腈以1ml/min流速冲洗约1h以上,再根据测试用流动相比例调整水-甲醇(或乙腈)比例,以1ml/min流速冲洗约1h,最后用测试用流动相平衡2h,进样测试即可。

③特别说明:如不是特殊情况,按其他办法可行,则最好不要反冲色谱柱和拆卸筛板。

2)柱效降低

主要特征性现象有柱压基本正常,但出现拖尾峰、秃峰、分叉峰、前延峰、峰变宽、基线漂移、理论板数降低、分离度降低等。需要进行再生处理,具体方法如下:

①一般情况下,顺接色谱柱,按如下溶剂顺序及条件冲洗95%水-5%甲醇(或乙腈)(1.0ml/min,1h以上)→100%甲醇(1.0ml/min,1h以上)→100%乙晴(1.0ml/min,1h以上)→75%乙晴-25%异丙醇(0.5ml/min,10倍柱体积以上)→100%异丙醇(0.5ml/min,10倍柱体积以上)→100%二氯甲烷(0.5ml/min,10倍柱体积以上)→100%正己烷(0.5ml/min,10倍柱体积以上,根据实际情况可忽略)→100%异丙醇(0.5ml/min,20倍柱体积以上)→95%水-5%甲醇(或乙腈)(0.5ml/min,30min;再升至1.0ml/min,10倍柱体积以上)→检测用流动相平衡2h或至基线平稳,进样测试。在冲洗过程中,随时关注柱压变化,确保不超过4000psi;若超出,可通过降低流速,升高柱温来调整,具体操作可咨询具备相关专业知识背景和实践经验的人士。

②若上述方法效果不理想,可按如上溶剂顺序和条件,先反接色谱柱冲洗→再顺接色谱柱,用100%乙腈以1ml/min流速冲洗约2h→再用与流动相同比例的水-有机相以1ml/min流速冲洗约30min→最后用流动相平衡2h或至基线平稳,进样测试即可。

③特别说明:再生过程必须随时关注柱压变化,柱压过高易导致硅胶变形与开裂及键合相极性端连接顺序紊乱,同时要保证再生时间足够。

3)再生

当分析复杂样品时间过长,尤其是中药分析,若出现柱压正常而色谱峰形变差,分离度降低时可尝试如下方法再生:先用5%甲醇(或乙腈)-95%水,将色谱柱反向连接,以1ml/min冲洗60分钟以上→再用四氢呋喃(或丙酮)以0.5ml/min冲洗60分钟以上(去除脂类)→再用65%甲醇(或乙腈)-35%水,以流速1ml/min冲洗60分钟→然后用纯甲醇或乙腈冲洗30分钟→接着用与流动相同比例的水-有机相以1ml/min流速冲洗约30min→最后用流动相平衡2h,进样测试即可。

4)特别提醒

再生时最好选择不具备在线脱气的独立泵送系统色谱仪器进行,以防正相溶剂损坏脱气机密封膜或分子筛及比例阀等仪器精密部件。

二、正相色谱柱

1)氨基柱

①在正相条件下使用时,故障率较低。但要注意不可进样含有醛基、羰基的化合物,不可用于还原糖的分析;流动相要彻底脱气,并不得含有羰基化合物和过氧化物(质量较差的乙醚、四氢呋喃等溶剂中含有少量)。任何时候更换流动相时都要确保新流动相与柱子原保存液可互溶,若不互溶,必需用异丙醇过渡。

当使用氨基柱进行酸性物质分析时,酸性物质溶液有质子存在,会使略带负电荷的氨基官能团质子化,导致使用一段时间后被测成分保留性质有所改变或柱效下降。

这时,建议按如下方法处理:首先用异丙醇,以0.5ml/min流速,冲洗约50倍柱体积→然后用甲醇,以0.5ml/min流速,冲洗约50倍柱体积→再用异丙醇,以0.5ml/min流速,冲洗约10倍柱体积过渡,回到平常使用的正相流动相平衡2h,进样检测即可。

若上述方法不凑效,可尝试按以下程序冲洗与再生:首先用含0.5%~1.0%NH3的50%乙腈-50%水溶液,以11.0ml/min流速冲洗该柱约5~10倍柱体积→然后用不含NH3的50%乙腈-50%水溶液,以1.0ml/min流速冲洗该柱约5~10倍柱体积以洗去多余NH3→再用添加少许NH3(如0.1%)的酸性分析物的流动相平衡2h左右,进样检测即可。

②在反相条件下使用时,-NH2键会水解,尤其是在该柱子pH范围以外,在极端酸性和碱性条件下柱效会下降很快,所以故障率较高。

若出现柱压增高柱效降低等情况,建议采用如下方法处理:若流动相含有缓冲盐,先以流动相比例的水-有机溶剂,以检测分析时同流速冲洗约30倍柱体积→再用纯甲醇,以1.0ml/min流速冲洗约50倍柱体积→然后用异丙醇,以0.5ml/min流速冲洗约10倍柱体积过渡→再用二氯甲烷以0.6ml/min流速冲洗色谱柱约10倍柱体积→再用异丙醇以0.5ml/min流速冲洗约10倍柱体积过渡回到甲醇条件下,以1.0ml/min速冲洗约10倍柱体积,密封保存或用流动相平衡2h左右(若流动相含有缓冲盐,需先用与流动相同比例的水-有机相以1.0ml/min流速冲洗约30min),进样检测即可。

若上述方法不凑效,可尝试如下程序冲洗与再生:95%水-5%乙腈,以1.0ml/min流速冲洗约10倍柱体积→THF四氢呋喃),以0.6ml/min流速冲洗约10倍柱体积→95%乙腈-5%水以1.0ml/min流速冲洗约10倍柱体积→保持95%乙腈-5%水,以低流速0.2-0.5ml/min冲洗过夜→流动相平衡2h(若流动相含有缓冲盐,需先用与流动相同比例的水-有机相以1.0ml/min流速冲洗约30min),进样检测即可。

2)氰基柱

①在正相条件下使用时,故障率较低,操作和维护与氨基柱基本完全相同。但当柱子使用一定时间后,若出现柱效下降,柱子老化,可通过冲洗再生来恢复其柱性能。

具体方法如下:

用氯仿以0.5ml/min流速冲洗约10倍柱体积→再用异丙醇以0.5ml/min流速冲洗约10倍柱体积→然后用二氯甲烷以0.5ml/min流速冲洗约10倍柱体积→再用流动相(pH1.5-7.0为佳)平衡1h,待基线平稳,进样检测即可。

②在反相条件下使用时,-CN键会水解,尤其是在pH1.5-7.0范围以外,在极端酸性和碱性条件下柱效会下降很快,所以故障率较高。如果在这个条件下使用,一定要注意及时清洗。若出现柱效下降,柱子老化,可通过冲洗再生来恢复其柱性能。

具体方法如下:若流动相含有缓冲盐,先以流动相比例的水-有机溶剂,以检测时同流速冲洗约30倍柱体积→再用95%水-5%乙腈以1.0ml/min流速冲洗约10倍柱体积→再用THF(四氢呋喃)以0.6ml/min流速冲洗约10倍柱体积→再用95%乙腈-5%水以1.0ml/min流速冲洗约10倍柱体积→再用流动相平衡2h(若流动相含有缓冲盐,需先用与流动相同比例的水-有机相以1.0ml/min流速冲洗约30min),进样检测即可。

若上述方法不凑效,可尝试如下程序冲洗与再生:用95%水-5%乙腈以1.0ml/min流速冲洗约10倍柱体积→再用THF(四氢呋喃)以0.5ml/min流速冲洗约10倍柱体积→再用95%乙腈-5%水以1.0ml/min流速冲洗约10倍柱体积→保持95%乙腈-5%水继续冲洗,以低流速0.2~0.5ml/min冲洗过夜→流动相平衡2h(若流动相含有缓冲盐,需先用与流动相同比例的水-有机相以1.0ml/min流速冲洗约30min),进样检测即可。 

三、阴/阳离子交换柱

1)阳离子交换柱常见故障与处理

离子交换柱属于较脆弱的色谱柱,阳离子交换柱在使用过程中,往往会由于不规范操作而导致一系列故障。常见故障如下:

①柱压升高伴随柱效降低:主要是由于系统管路或柱保存过程中柱内或长菌、样品溶液中的颗粒物积聚在烧结物或者柱床上等所致。

②色谱峰额外地展宽:主要是由于管路太长、非新鲜配制的流动相中含有不正确的阴离子、流动相pH与离子强度不正确、用流动相平衡时间不够等所致。

③柱压正常伴随柱效降低:主要是由于样品中有脂肪,油脂,脂质等有机物致使固定相的表面被覆盖、从样品中带来的不确切的有机物或未正确制备洗脱液、在洗脱液制备完成以后带入洗脱液中的非特定有机物(eg.运输时从大气中带来)。

针对上述情况,在使用离子交换柱过程中需特别注意即可避免。若已经产生故障,可根据实际情况处理,尝试按如下方法再生:v首先反接色谱柱→用1mol/L的硝酸铵溶液,以0.4ml/min的流速洗脱30ml~60ml→再用甲醇-水(40:60),以0.4ml/min的流速洗脱30ml~60ml→然后用异丙醇,以0.4ml/min的流速洗脱30ml→再用去离子水,以0.4ml/min的流速洗脱30ml→然后用检测用洗脱液,以0.4ml/min的流速洗脱30ml→最后将柱子接回正常方向,用检测用洗脱液平衡至基线平稳,进样检测即可。

2)阴离子交换柱常见故障与处理

同阳离子交换柱。不同的是,阴离子交换柱在不正确的较低pH条件下会导致系统峰(溶剂峰+硫酸盐峰)逐渐前移和峰向(正与负)针针变化。处理:正确配制新鲜的pH在3.8-4.3之间的洗脱液。若出现与阳离子交换柱相同的常见故障,处理方法同阳离子交换柱。

3)测试

部分离子交换柱要求不同,可采用0.05mol/L的硫酸溶液(阳离子交换柱)或0.05mol/L的氨水溶液(阴离子交换柱),反向连接色谱柱,以0.3ml/min流速过夜冲洗→换成去离子水,以0.5ml/min流速,冲洗约12h→再正向连接色谱柱,用流动相平衡至基线稳定(若流动相中含有缓冲盐,需先用超纯水以0.5ml/min流速冲洗约10倍柱体积,再进行平衡),进样测试即可。 

四、手性柱

手性色谱柱在使用过程中往往会由于操作不当而导致一系列问题,现以AGP柱为例加以说明和规范。

1)常见故障原因及处理办法

①手性异构体无法完全分离:多为色谱条件不妥,需要重新考察色谱条件。

②峰形变差,诸如拖尾、分叉、前延:多为色谱柱污染、柱床硅胶溶解与柱头塌陷(往往是由于流动相pH超过8.0或流速及柱温选择不当导致)、柱床干涸等,需要清洗筛板、更换柱头硅胶,具体方法参考C18柱。

③柱压升高到100bar以上:多为色谱柱污染、柱头塌陷等,需要清洗筛板、更换柱头硅胶,具体方法参考C18柱。

2)再生补救措施

手性柱若用时过久,在保证色谱条件正确与操作得当的情况下,若出现上述故障,可尝试按如下程序再生:

清洗筛板、更换柱头硅胶→反接色谱柱,用纯水以0.2ml/min流速冲洗约4h→用25%异丙醇溶液以0.2ml/min流速冲洗过夜→再顺接色谱柱,用纯水以0.2ml/min流速冲洗约6h→再用25%异丙醇溶液以0.2ml/min流速冲洗约1h→然后用纯水以0.5ml/min流速冲洗约2h→再用流动相平衡约2h(若流动相中含有缓冲盐,需先用水-有机相,按流动相同比例同流速冲洗约30min),进样检测即可。[备注:手性柱价格昂贵,而再生结果多具有较大不确定性,要么成功要么报废,因此,请谨慎进行手性柱的再生!

3)备注

部分品牌手性柱(eg.YMCCHIRAL VEN手性柱)用纯乙腈保存,通常在反相条件下使用。当出现柱压增高、分离度降低与峰形变差时,需要进行必要的处理。)若为柱头污染,清洗程序如下:反接色谱柱,不接检测器,用流动相冲洗约20倍柱体积→用纯水冲洗约20倍柱体积→正接色谱柱,接或不接检测器,用纯水冲洗约20倍柱体积→接检测器,用流动相平衡至基线平稳,进样测试;若不能解决问题,则需要拆卸筛板清洁(程序同反相柱),必要时更换筛板。

五、亲水性色谱柱

一般同正相色谱柱,可参考氨基柱与氰基柱的处理方法;亦可根据色谱柱的可能污染情况,合理选择溶剂冲洗与再生。 

六、氨基酸分析柱

一般同C18柱,可参考C18柱的处方法;亦可根据色谱柱的可能污染情况,合理选择溶剂冲洗与再生。


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