锆基质高效液相色谱柱用于杂环胺的分析
摘要：非处方药和处方药中杂环胺的分析一直以来都是高效液相色谱分析的难题，这是因为很多降解产物都具有相似的化学性质。为了克服硅胶柱分析此类化合物的一些缺点，本文作者对锆基质色谱柱进行了研究。结果表明，在经过多次进样分析后，锆基质色谱柱仍能保持稳定；与硅胶柱相比，锆基质色谱柱能耐更高的温度和更苛刻的pH 条件。
The Use of Zirconium-Based HPLC Columns
for Heterocyclic Amines Analysis
James Murphy and Ganesh Deshpande
Abstract: The analysis of heterocyclic amines in over-the-counter and prescription products presents unique problems for HPLC analysis because many of the degradant products present have similar chemical characteristics. To overcome some of the disadvantages of using silica-based columns for this analysis, the authors of this paper investigated the use of zirconia-based columns. Zirconia-based columns provide stability over many injections and can be subjected to higher operating temperatures and pHs than can silicacolumns.
当前，非处方药（OTC）和处方药中杂环胺的分析给高效液相色谱分析提出了难题。这是因为大多数以不同剂量存在的降解产物都具有相似的化学性质，从而很难将它们分开。当前分离此类化合物的方法虽然能够达到令人较为满意的效果，但是由于苛刻的色谱条件远远超过了硅胶柱的承受极限，因而色谱柱的使用寿命大大缩短。另外一个缺点是每次进样都要运行30min。
为了提高分辨率，缩短分离时间，本文对锆基质色谱柱进行了研究。结果发现， ZirChromTM 柱（ZirChrom，Anoka，MN）与当前大多数高效液相色谱分析所采用的传统的以硅胶为基础的色谱柱的化学性质是完全不同的。
将锆基质色谱柱应用于杂环胺的分析是由于与硅胶色谱柱相比，它主要具有下列优点： 锆基质色谱柱的填料是由氧化锆（ZrO2）组成的( 见图1) 。这种填料的内在化学性质确保了色谱柱在多次进样后仍能保持稳定，并且能在很宽的温度和pH 值（1~14）条件下使用。其另一个优点是操作温度的灵活性。制造商声称，该色谱柱能在高达200 ℃下操作，而这远远超过了我们用于此类分析的要求。这种锆基质色谱柱最后一个主要优点是，在很宽的p H 范围内该色谱柱仍然具有很长的使用寿命。这些优点主要取决于锆的化学稳定性和热稳定性。
本文研究的重心是OTC 消费品中存在的杂质和降解物。杂环胺杂质和降解物是很难分离的。当前的方法虽然能够提供必要的分辨率，但却损失了柱寿命，增加了运行时间。
1 目的、方法和结果
本文的目的包括以下几方面：(1) 概括锆基质高效液相色谱柱的化学特征、应用以及发展；(2) 阐述锆基质色谱柱在杂环胺相关产物/ 杂质分析中的应用。
作者采用配有紫外检测器的A lliance 高效液相色谱系统（Waters Corp., Milford, MA）。除了采用磷酸调节的pH 值不同外，用于锆基质色谱柱和硅胶基质柱两种方法的流动相是相同的。柱温设定在25~40℃。
获得的结果如下：(1) 锆基质色谱柱可以用于杂环胺降解产物的分析；(2) 运行时间明显减少（见图2）；(3) 柱寿命显著提高。
2 实验部分
分析杂环胺混合物的难点在于其化学性质的相似性，这使得采用硅胶色谱柱分离时，它们的洗脱时间非常接近，因而很难将具有顺反构型的杂环胺降解物分开。
目前采用的方法通常需要30min 才能将顺反异构体分开（见图3）。然而采用锆基质色谱柱，可以节省大量的时间和人力。这是因为该方法具有更高的样品通量。而且由于所需的流动相减少、柱寿命增加， 必将有利于环境/ 溶剂处理。使用的流动相除了pH 值有微小改变外，其他条件和现用方法的条件基本相同。
通过采用一系列具有不同pH 值的流动相，我们对样品进行了分离。结果发现有的流动相体系非常适合分离，有的毫无用处。最适合分离的流动相pH 值为5.6。在此条件下，我们考察了温度的影响。令人惊奇的是，在第一个实验温度（25℃）下，我们就获得了很好的分辨率，而且分离时间很短。以5℃为间隔增加柱温，我们考察了温度对样品分离的影响。结果表明，样品在25 ℃至40℃之间，很难被分开的顺反构型化合物均具有很好的分辨率。
锆基质PBD 色谱柱的色谱参数如表1 所示。与此相应的现有方法的色谱参数如表2 所示。
3 结论
采用锆基质色谱柱的分析方法在操作温度和流动相pH 范围方面的灵活性有所改善，分离时间也大大缩短，从而可以显著节约费用，加快分析进度。此外，色谱柱的寿命也大大提高。一根ZirChrom 柱在不同的pH 条件下进样2000 次以上，柱性能仍保持不变；还可以在较宽的温度和pH 范围内运行，大大简化了色谱分离条件的优化。同时，在比硅胶柱更宽的条件范围内，我们更容易找到合适的条件，有利于帮助我们建立更可靠的分析方法。
色谱结果显示，采用锆基质色谱柱建立的色谱方法与当前采用的方法较相近，但前者的柱寿命和可靠性更高。由于锆基质色谱柱的表面化学性质更加稳定，因此，该柱的重现性更好。另一个优点是由于锆基质色谱柱能够在较宽的p H 和柱温范围运行，分析方法的建立变得更加容易。柱表面化学性质的稳定性也确保了柱间重现性，这使得不同色谱柱间的方法移植变得更容易。而采用其他类型的色谱柱，柱间存在的差异会使得方法移植更加复杂，从而造成分离结果发生意想不到的变化。
采用锆基质色谱柱可以将分离时间从30min 缩短至6 min，缩短了80%，从而减少了流动相的用量和有害废液的产生。缩短分离时间还可以提高样品分析通量。柱表面稳定的化学性质使得锆基质色谱柱与硅胶柱相比具有更长的使用寿命。
因此，锆基质色谱柱更适合于分析杂环胺类化合物。它可以在不改变流动相组成的情况下缩短分离时间。
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