高效逆流色谱HPCCC有哪些基本概念
高速逆流色谱技术
l 高速逆流色谱是液相色谱的一种新技术，无需载体，从几种色谱原理方法可以清晰说明。
大约50年前，根据对两种液体进行分配的理念，产生了两种相似的方法：逆流分配技术和液-液色谱分配技术，即：逆流色谱和液相色谱。
30年前，日本Sanki Engineering Ltd.利用前一种技术开发出了高性能的逆流色谱仪（HPCPC），它结合了液相色谱中的快速、高效和先进技术。
HPCPC尤其在利用色谱技术进行半制备和全制备的应用中倍受瞩目，它和采用色谱柱技术的液相色谱在四个方面具有显著优势：● 无样品损失：因为流动相和固定相都是液体，样品可以全部回收。
● 大容量和高的分离能力：流动相和固定相的体积比明显很高，从而无需更大的理论塔板数，就可以获得更大的容量和更高的分离能力。
● 十分灵活的两相系统：（两种、三种、四种溶剂混合）为了获得一种纯的化合物，实验中需要比较灵活的更改流动相，HPCPC可以很方便地调整两相的极性。
● 溶剂消耗少：相对于色谱柱制备系统，对于同样的制备量，HPCPC的溶剂消耗量只有十分之一，使用逆流色谱在实验室完成分离后，可以直接放大到生产规模。
● 固定相价格低：另一个显著优点是逆流色谱的固定相是溶剂，相比色谱柱中的填充材料价格低很多；而且固定相可以很容易再生，一些添加的物质如手性选择剂或复杂的配位体可以无损失地回收，国际上出版的论文可以提供十分有用的信息和应用参考。
新型的高速逆流色谱仪HPCPC广泛地应用于化学领域的纯化，如抗生素、缩氨酸、丹宁酸、皂角苷、油脂、药品等，将来的发展可以预见更大规模和产量的HPCPC设备出现，在化学领域将更加广泛地应用，如手性药物分离等。
与传统制备液相的优势● 逆流色谱仪HPCPC十分快速由于固定相溶剂通过离心力保留在分配通道中，可以不用顾及分离精度的高低要求而让流动相的流速保持很高。
● 明显优于传统制备液相由于逆流色谱仪HPCPC不需要固定相，不会出现对十分昂贵的样品产生不可逆转的保留，而在传统色谱柱的液相色谱中，经常出现的变性和分解现象在逆流色谱不会产生，同时保留了原来的生物活性。
逆流色谱
逆流色谱基础
• 逆流色谱仪器体系
1) 重力作用 2) 流体静力学平衡体系 (HSES) 特征：a) 由一系列腔体或小室组成 b) 一个旋转轴，离心力恒定 3) 流体动力学平衡体系 (HDSE) 特征：a) 缠绕的聚四氟乙烯管 b) 两个旋转轴，离心力可变
逆流色谱基础
• 逆流色谱的基本色谱理论
CCC是一种特殊的液相色谱技术，利用特殊的 色谱柱实现液态固定相的有效保留。作为一种 色谱技术，遵循基本的色谱塔板数理论和经典 的色谱公式。
甲醇，正丙醇 ，异丙醇 甲酸，乙酸
高速逆流色谱
• 洗脱方式 1) 等度洗脱 2) 梯度洗脱
a) 三元溶剂体系 b) 多元溶剂体系
3) 双向洗脱
高速逆流色谱
• 检测 1) 紫外-可见光检测器 2) 蒸发光散射检测器 3) 傅里叶红外光谱检测器 4) 薄层色谱检测器 5) 质谱检测器
高速逆流色谱
• 优点
高速逆流色谱
• 简介
高速逆流色谱(high-speed countercurrent chromatography, HSCCC)是20世纪80年代，由Ito教授研究和发展起来的一 种现代色谱分离制备技术，HSCCC建立在一种特殊的流体 动力学平衡基础上，利用螺旋管的高速行星式运动产生的 不对称离心力场，实现两相溶剂体系的充分保留和有效混 合及分配，从而实现物质在两相溶剂中的高效分离。
1) 两相的界面张力 2) 比重差 3) 输液管的口径 4) 分离管的材料
液滴逆流层析
• 装置：三部分组成 1) 输液部分：微型泵、贮液槽、进样器 2) 分离管部分 3) 样品收集部分：检测器、自动收集仪 • 应用实例 柴胡皂苷a, d (C-16羟基端基异构体) 人参皂苷的分离 • 与逆流分配比较：优点
高速逆流色谱高速逆流色谱高速逆流色谱高速逆流色谱
高速逆流色谱High Speed Countercurrent Chromatography（HSCCC）逆流色谱是利用溶质在两种互不相溶的溶剂中的分配系数不同，应用色谱层析的方法，将不同溶质分离。
逆流色谱的发展从逆流分配、液滴逆流色谱直至现在的高速逆流色谱，经历了近60年的历程，技术和设备均已日益成熟，现越来越多地应用于中药及天然药物的研究开发。
高速逆流色谱特点：! 无不可逆吸附# 液—液层析系统，无样品与固定相之间的不可逆吸附! 高回收率# 流动相和固定相均为液体，样品可全部回收! 操作简便# 固定相为液体，体系更换、平衡方便、快捷。
高速逆流色谱原理：高速逆流色谱是利用螺旋柱在行星运动时产生的离心力，使互不相溶的两相不断混合，同时保留其中的一相（固定相），利用恒流泵连续输入另一相（流动相），随流动相进入螺旋柱的溶质在两相之间反复分配，按分配系数的次序，被依次洗脱。
在流动相中分配比例大的先被洗脱，反之，在固定相中分配比例大的后被洗脱。
图1是螺旋柱中互不相溶的两相溶剂在行星运动时的流体动力学运动及分配示意图。
上图，在达到稳定的流体动力学平衡态后，柱中呈现两个截然不同的区域：在靠近离心轴心大约有四分之一的区域（混合区）呈现两相的激烈混合。
其余区域（静置区）两溶剂相分成两层：较重的溶剂相在外部，而较轻的溶剂相在内部，两相形成一个线状分界面。
下图，I到IV的展开柱，分别与上图中I到IV位置相对应，每一混合区以跟柱旋转速度相同的速度向柱头端移动（与海面波的运动相似）。
在螺旋柱中任何一部分，两相溶剂都在反复进行混合和静置的分配过程，这一过程频率极高，当柱以800rpm旋转时，频率超过13次/秒，流动相则不断地穿过固定相。
所以高速逆流色谱在一个较宽的流动相流速范围内，仍有相当高的分配效率。
图1 螺旋柱中两溶剂相流体动力学运动及分配高速逆流色谱应用：1. 旋转速度在逆流色谱中，留在柱中固定相的量是影响溶质峰分离度的一个重要因素，一般说来，高保留量会大大改进峰分离度。
高速逆流色谱操作步骤
高速逆流色谱操作步骤高速逆流色谱（High-Performance Counter-Current Chromatography，HPCCC）是一种液-液色谱技术，通过在两种不同的不溶溶剂相之间的弯曲螺旋柱中建立逆流运动，实现分离和纯化化合物。
以下是一般的高速逆流色谱的操作步骤：1.系统准备：•确保逆流色谱系统（HPCCC系统）处于良好状态，所有连接都紧固，管路无泄漏。
•根据实验需要选择合适的溶剂相，并准备好两相的溶液。
2.填充柱体：•将两相的溶液分别注入到弯曲螺旋柱的两个相对侧。
柱内建立液-液平衡。
3.样品加载：•在逆流色谱系统中加入待分离的混合物样品。
4.逆流运行：•开始逆流运行，通过外部离心力或其他手段，让两相的流动方向相反。
这样，溶液就会在弯曲螺旋柱中形成逆流。
5.分离：•样品成分在两相中根据其在两相之间的分配系数进行分离。
相对溶剂流动的方向，样品在柱内依次进入高和低浓度的相中，实现分离。
6.收集分离产物：•根据需要，通过调整逆流色谱系统的操作参数，收集某个时间点或某个分离峰的产物。
7.监测：•监测分离过程，可以使用检测器如紫外可见光谱仪（UV-Vis）等进行在线监测。
8.系统维护：•在实验过程中，注意监测溶剂消耗情况，必要时进行补充。
对于柱体的维护和清洗也需要定期进行，以保证仪器的正常运行。
需要注意，高速逆流色谱是一种相对复杂的色谱技术，具体的操作步骤可能会因为使用的设备和实验条件而有所不同。
在进行高速逆流色谱实验时，建议参考具体的仪器操作手册和相关文献，确保按照正确的步骤进行操作。
高速逆流色谱技术在药物研究开发中的应用
高速逆流色谱技术在药物研究开发中的应用*□曹学丽** (北京工商大学化学与环境工程学院/北京市植物资源研究开发重点实验室 北京 100037) 收稿日期:2006210210 修回日期:2006211230* 北京市教育委员会科技发展教育计划项目(K M200410011001);天然药物活性成分分离纯化技术研究,负责人:曹学丽;北京市自然科学基金项目(2042006)高速逆流色谱螺线形圆盘柱分离系统的研究,负责人:曹学丽。
** 联系人:曹学丽,博士,教授,主要从事天然植物和药物活性成分的逆流色谱分离纯化技术研究。
Tel:010*********,E 2mail:Caoxl@th .btbu .edu .cn 。
摘 要:对高速逆流色谱(HSCCC )技术。
在天然药用植物活性成分分离及标准品制备、中药指纹图谱分析、天然新药的研发和活性部位筛选等方面中的应用及其在生物药物以及药物工业化领域的应用发展趋势进行了综述。
关键词:高速逆流色谱 药物研究开发 活性成分分离 高速逆流色谱(H igh -Speed Countercurrent Chr o 2mat ography,HSCCC )是一种连续高效的液2液分配色谱分离技术。
该技术由于不需要固体支撑体,物质的分离依据其在两相中分配系数的不同而实现,因而避免了因不可逆吸附引起的样品损失、失活、变性等,特别适合于天然生物活性成分的分离。
而且由于被分离物质与液态固定相之间能够充分接触,使得样品的制备量大大提高,是一种理想的制备分离手段,目前已广泛应用于生物医药、天然产物、食品和化妆品等领域,尤其是在我国生物医药以及中药现代化等领域的应用愈来愈广。
HSCCC 在过去的20～30年中发展十分迅速,产生了一系列新型的分离技术,积累了大量的科研成果。
自1995年以来,国外已有5本英文专著出版[1-5],我国目前也已出版两本中文专著[6,7]。
本文将重点就近年来HSCCC 在药物研究开发中的应用进行讨论和综述。
逆流色谱技术
逆流色谱起源于最简单的液液分配装置－实验室里常用 的分液漏斗。二十世纪30年代初，Jantzen对工业上的 混合分离单元首先使用了逆流分配术语，并发展了实 验室规模的逆流分配装置。1941年，Martin和Synge设 计了一种级联型萃取装置，他们使用多孔固态载体支 撑一种液体，而让另一种不互溶的液体通过载体，从 而产生了分配色谱。逆流分配法的创始人Craig发明了 非连续式的逆流分配（countercurrent distribution,CCD）装置，并设计了几种CCD仪器用于 多种类型物质的分离，这一设计很快被接受，用于天 然产物、多肽和其它生物大分子。此法设备复杂，溶 剂消耗大、易乳化，分离操作时间长。此后出现的几 种液液分配分离装置和仪器都没有根本上的突破，因 此均未得到推广用于。
螺旋管行星式离心色谱 螺旋形逆流色谱仪 液滴逆流色谱仪 旋转和回旋腔室逆流色谱 流通型行星式逆流色谱仪 连续洗脱型逆流色谱仪 倾斜角转子逆流色谱仪 慢旋转螺旋管制备型逆流色谱仪 水平流通式逆流色谱仪 非同步逆流色谱仪 高速逆流色谱仪 离心液滴逆流色谱仪 双向逆流色谱仪 多螺旋管逆流色谱仪
逆流色谱原理
日本学者Ito等首先在日本，随后在美国的国家 医学科学研究院发现了一种有趣的现象：不互 溶的两相溶剂在绕成螺旋形的小口径管子里能 在重力场的作用下实现物质在两相溶剂间的连 续分配。而当螺旋管柱在一离心力场内转动时， 随着转速的增加，两相溶剂的混合程度，分配 效率，管柱的利用率及物质在固定相的保留值 也随之增加。如果把待分离样品从管子的入口 引入，连续分配传递过程就会在管柱里进行， 从而实现连续的液一液分配分离，并由此设计 制造了多种逆流色谱仪。
物体在旋转螺旋管里的运动状态示意图
1．首端；2．玻璃珠；3．铅粒； 4．气泡；5尾端．
《逆流色谱技术》课件
广泛应用
在中药、生物医药、食品添加剂 等领域，逆流色谱技术被广泛应 用于天然产物的分离和纯化。
在药物分离中的应用
药物分离
逆流色谱技术在药物分离中具有重要作用，能 够分离和纯化药物中的有效成分。
药物质量控制
该技术可用于药物质量控制，确保药物的有效 性和安全性。
药物研发
逆流色谱技术还可用于药物研发，帮助研究人员发现新的药物候选物。
逆流色谱技术的应用范围
01
逆流色谱技术在生物医药领域应用广泛，可用于分离纯化蛋白 质、酶、核酸等生物大分子。
02
此外，逆流色谱技术在天然产物提取、食品分析、环境监测等
领域也有广泛应用。
由于逆流色谱技术具有分离效率高、样品回收率高、操作简便
03
等优点，因此在科研和工业生产中得到了广泛应用。
02
逆流色谱技术的分类
原理
基于溶质在固定相和流动相之间的水动力学 作用进行分离。
优点
分离效果好，可实现连续分离。
应用
适用于分离和纯化大分子化合物，如DNA、 RNA和蛋白质等。
缺点
操作条件较为严格，有时需要大量有机溶剂 。
03
逆流色谱技术的实验设备
分离柱
分离柱是逆流色谱技术中的核心部件，其作用是提供固定相和流动相的相 对运动，从而实现混合物的分离。
素。
03
泵的性能参数如流量、压力等对分离效果有很大影响，需 要精确控制。
检测器
检测器的作用是检测和记录 分离过程中各组分的浓度变
化。
常用的检测器有紫外可见光 检测器、荧光检测器、电导 检测器等。选择合适的检测 器需要考虑被分离物质的性
质和检测灵敏度。
检测器的性能参数如检测限 、线性范围等对分离效果有 很大影响，需要合理选择和 使用。
高速逆流色谱技术 综述
高速逆流色谱技术1.概述高速逆流色谱（high-speed counter current chromatography，简称 HSCCC），是20世纪70年代由美国国立卫生院（National Institute of Health，简称NIH）Ito博士首创，并且在最近10年之内发展迅速，是一种可在短时间内实现高效分离和制备的新型液-液分配色谱技术，这项技术可以达到几千个理论塔板数的。
它具有操作简单易行、应用范围很广、无需固体载体、产品纯度高、适用于制备型分离等特点。
自1982年第一台仪器问世，就开始了HSCCC的现代化进程。
HSCCC用于天然药物化学成分的分离始于1985年，到1989年达到一个高潮。
自2000年9月起国际逆流研究领域每隔2年举行一次世界逆流色谱学术会议。
近几年, 人们对健康的认识越来越深刻, 更多的人追求天然绿色的健康理念, 故HSCCC 作为一种对提取物污染小的制备技术, 它的应用越来越受到了人们的关注。
鉴于HSCCC的显著特点, 此项技术已被应用于生化、生物工程、医药、天然产物化学、有机合成、环境分析、食品、地质、材料等领域。
目前,HSCCC已从制备型发展到了分析型, 甚至是微量分析型, 应用范围也十分广泛[ 2]。
高速逆流色谱技术在我国的应用较早, 技术水平在国际领域也处于领先地位。
目前, 我国是世界上为数不多的高速逆流色谱仪生产国之一。
我国的深圳同田生化技术有限公司是全球第一家多分离柱高速逆流色谱仪专业生产企业。
公司拥有自主知识产权的高速逆流色谱专利技术, 现已研制并生产出TBE 系列分析型, 半制备型TBE 300，300A, 制备型TBE1000高速逆流色谱仪设备。
2.基本原理高速逆流色谱技术(HSCCC)是一种不用任何同态载体的液-液色谱技术，其分离原理是进行分离纯化时，首先选择预先平衡好的两相溶剂中的一相为固定相, 并将其充满螺旋管柱, 然后使螺旋管柱在一定的转速下高速旋转, 同时以一定的流速将流动相泵入柱内。
高速逆流色谱仪介绍
e™ 分析型高速逆流色谱仪
•
利用专利的平衡和减震技术设计的分析型高速逆流色谱仪，高速旋转时保持最佳平衡， 机械性能稳定，噪音低；
• •
分析型分离柱，单柱体积 30ml，分离快速，用于实验室快速分析和分离实验条件摸索； 分离转速 1,500-1,800rpm,与实验室半制备型 OptiChrome 相当，可实现分离条件的直 接放大；
江阴逆流科技有限公司
HSCCC-高速逆流色谱 OptiChrome™ 制备型高速逆流色谱仪
•
利用专利的平衡稳定技术设计的高速逆流色谱仪， 高速旋转时保持最佳平衡， 机械性能 稳定，噪音低；
• •
二/三柱制备型，OptiChrome 型单柱体积 100~340ml，柱体积 300~1000ml， 优化的仪器参数实现分离转速每分钟 1200 转， 离心重力场>100g， 以实现高固定相保留 率和高分辨率；
固定相保留低，造成固定相载 提高固定相保留率，增加 样量低，严重影响制备通量， 样品负载量 难以满足制备要求；
分 离 条 件 摸 索 溶剂体系繁多，分离模式灵活， 提供快速的条件摸索手段 繁复耗时 而在半制备实验条件摸索耗时 和工艺放大途径；构建逆 间耗试剂耗样品，效率非常低； 流色谱分离纯化数据库
HSCCC-高速逆流色谱 RCF 为离心重力场（相对离心力）, R 为公转半径，即分离柱的自转轴与公转主轴之间 的距离（mm 为单位） ，为公转角速度（rpm，转/分钟） 。
高速逆流色谱系统构成 下图为常见的高速逆流色谱分离系统构成示意图：
中低压 恒流泵
高速逆流 色谱仪
紫外 检测器
色谱 工作站
溶剂
• •
制备样品量达克级；单位柱体积洗脱时间 30min，分离速度快，制备效率高； 与 FastChrome™ 分析型 HSCCC 具有线性放大关系，在分析型仪器上摸索的分离体系和 分离条件能够直接放大；
高速逆流色谱法的概况及应用
高速逆流色谱法的概况及应用高速逆流色谱( High-Speed Countercurrent Chromatography，HSCCC) 是Yoichiro Ito 博士于二十世纪八十年代首先研发、应用并发展起来的一种新型液-液分配色谱技术；HSCCC运用同步多层螺旋管进行行星式离心运动，使得在互不相溶的两相溶剂系统中可以实现样品在短时间内的高效分离，从而制备样品[1,2]。
高速逆流色谱技术不需要固体支撑物，主要根据样品在两相中所具有的不同分配系数进而对样品进行分离，相对于其他色谱技术如高效液相色谱、柱色谱等来说，具有高回收率、无吸附损耗、无峰拖尾等优点。
1、HSCCC法概况1.1 HSCCC法的基本原理HSCCC属于液 -液分配色谱，所以其基本分离原理与其他同类色谱技术相同，即利用物质在两相间分配系数的差别进行分配。
而 HSCCC将两溶剂的分配体系置于高速旋转的螺旋管内 ,建立起一种单向性流体动力平衡体系。
螺旋管的运动形式，是在自身自转的基础上，同时绕一公转轴旋转，成行星运动[3]。
这样 ,加在分配体系上的离心力场不断发生变化，使两相溶剂充分的混合和分配，从而达到洗脱分离目的。
HSCCC技术已经广泛应用于天然产物的分离。
1.2 溶剂系统的选择利用 HSCCC分离物质的关键是溶剂系统的选择。
经查阅多篇文献，总结要点如下。
对用于 HSCCC分离的溶剂体系，应该满足这几方面的要求：1)不造成样品的分解与变性；2)足够高的样品溶解度；3)样品在系统中有合适的分配系数值；4)固定相能实现足够高的保留[4]。
而对于溶剂体系选择的原则，Ito博士本人总结的几个要点是这样描的：1)待分析组分应易溶于溶剂系统 ,并不与之发生反应；2)溶剂体系的各组分应分成体积比例适合的两相，以免浪费溶剂；3)组分在溶剂系统中的分配系数 K应为适当的定值 (0.5≤K≤1)；4)固定相的保留值要满足一定要求 (保留值越大峰形越好 )。
高速逆流色谱
2 溶剂体系选择的步骤
预测要分离物质的极性，粗选一个溶剂体系； （1）预测要分离物质的极性，粗选一个溶剂体系； 取少量样品于上下相各 毫升的溶剂体系中 的溶剂体系中， （2）取少量样品于上下相各2毫升的溶剂体系中，用 TLC进行检验，可加入甲醇 乙醇、醋酸乙酯等来调节 甲醇、 TLC进行检验，可加入甲醇、乙醇、醋酸乙酯等来调节 进行检验 溶剂体系的极性，直到样品在上下相中的分配比K为 溶剂体系的极性，直到样品在上下相中的分配比K 0.5~2为止； 为止； 为止 HPLC测定 测定K （3）用HPLC测定K值； 分析型HSCCC进行预分离，再用制备型高速逆 HSCCC进行预分离 （4）用分析型HSCCC进行预分离，再用制备型高速逆 流色谱进行分离。 流色谱进行分离。 进行分离
中等极性溶剂体系
强极性溶剂体系
两相由正己烷和水组成 可用甲醇 乙醇、 组成， 甲醇、 两相由正己烷和水组成，可用甲醇、乙醇、醋酸 等来调节溶剂系统的极性。 乙酯等来调节溶剂系统的极性 乙酯等来调节溶剂系统的极性。 典型的溶剂体系有 典型的溶剂体系有： 正己烷-醋酸乙酯-乙醇正己烷-醋酸乙酯-乙醇-水 正己烷-醋酸乙酯-甲醇正己烷-醋酸乙酯-甲醇-水
强极性溶剂体系的两相基本物质是正丁醇和水， 强极性溶剂体系的两相基本物质是正丁醇和水，可以 两相基本物质是正丁醇和水 加入甲醇、乙醇、醋酸乙酯等溶剂来调节溶剂系统的 加入甲醇、乙醇、醋酸乙酯等溶剂来调节溶剂系统的 甲醇 极性，也可以在氯仿水体系中调节pH值来增大极性, 极性，也可以在氯仿水体系中调节pH值来增大极性,或 pH 适量的酸和碱. 在异丁基甲醚水体系中加入适量的酸和碱 在异丁基甲醚水体系中加入适量的酸和碱.适合于极性 很强的生物碱类化合物的分离。 很强的生物碱类化合物的分离。 典型的溶剂体系: 典型的溶剂体系: 氯仿-甲醇氯仿-甲醇-HCl 异丁基甲醚有机相加三乙胺，水相加盐酸） 异丁基甲醚-水（有机相加三乙胺，水相加盐酸）
高速逆流色谱
溶剂体系的选择
基本原则: • 1. 不能影响样品（分解, 变性） • 2. 对样品溶解度好 • 3. 两相稳定可迅速分相（小于30秒） • 4. 固定相有较好保留（大于50%） • 5. 尽量用挥发性溶剂有利于样品回收
• 6. 样品在两相中分配系数合适（ 0.5~2 ）
溶剂条件的筛选方法
溶剂体系可分为三大类：
高速逆流色谱技术及应用
杨晶 授课老师：刘俊达
内容提纲
• 逆流色谱发展史 • 高速逆流色谱简介 • 高速逆流色谱的应用 • 总结与展望
逆流色谱的发展史
逆流分配色谱 Counter-current Distribution 上世纪 四十年代 Lyman C. Craig 发明了第一台设备 (不算分液漏斗!) 进行逆流分配实 验; 他称其为 Counter-current Distribution (CCD)。下面是一台由 Hecker (Tuebingen, Germany) 试制的由手动操作的CCD。
高速逆流色谱 High Speed CCC (HSCCC)
由Yoichiro Ito博士 (NIH, Bethesda, 20世纪60年代逆流色谱的基本模 型创始人)于1982年首先研发出行星式离心逆流色谱仪。 ●“增加的引力” – 混和程度提高 – 形成流体动力学平衡体系(变化 力场) ● 理论塔板数高 (up to 70,000 per hour) ● 无死体积，低压力，固定相保留率更高。
• ①③组分，由于在轻相中的分配系数过大不易被流动相洗脱下来 • ②④组分，根据在重相的分配系数大小按顺序洗脱出来分离区 •
………………――――轻相 • oooooooooooo――――重相 • ①②③④——样品（4组分）
HSCCC的工作流程简易图
高效逆流色谱仪HPCCCC常见问题解答
高效逆流色谱仪HPCCC常见问题解答1.什么情况下需要使用高效逆流色谱H PCCC?HPCCC是一种独特的技术，可以在低压状况下实现高质量的色谱纯化分离，并且进样量大，溶剂使用量低。
在化学纯化技术方面存在着许多挑战；但是HPCCC特别适用于下列情况：z样品的溶解度不好，使用现有的其它纯化技术无法满足要求时z从未经加工的原料样品中直接提取目标组份时z产品开发过程中，涉及到多个制备级别时使用HPCCC的主要优势:z无样品损失——因为两相（流动相和固定相）都是液体，样品可以全部回收z高通量技术——液/液分配体系除了有助于增加样品的溶解度，还能加大样品负载量，实现高通量的效果z消耗溶剂少——处理相同数量的未加工原料样品，这种技术消耗溶剂量仅为（其它技术的）10%z工艺放大十分容易-——由于柱子填料容易再生，在任何条件和所有级别设备的操作中，分离条件非常容易复制。
2.高效逆流色谱HPCCC是如何发展起来的？HPCCC是从液—液萃取技术发展而来的。
通常在一个分液漏斗中，使样品溶解在两相溶剂体系中，激烈振荡，静置待两相发生分离。
由于组分在两相溶剂中的溶解度不同，目标组分就会在两相中进行分配。
待分配平衡后，从分液漏斗中移走重相，然后混合另一新的更轻相或者加入一些更重相到分液漏斗里，重复萃取过程。
目标组分将再次被分配，如此反复多次，被分离样品的纯度就会越来越高。
上述方式尽管有效，但很明显既费时又费力，因此需要对分液漏斗进行改进。
Craig发明了非连续逆流分溶装置（Craig Counter-Current Distribution Apparatus），该装置由一系列分液漏斗连接而成，两相不混溶液体在分液漏斗间有序地重复混合、倾析，最终使溶质以逆流分配的方式分离在不同的漏斗中（Droplet Counter-CurrentChromatography，DCCC），该装置由一系列通过毛细管连接的垂直管组成。
这种设计能够让其中一相，固定相(SP)保留在管中，另一相流动相 (MP)从管中流出，如果流动相相对密度大就从设备顶端泵入。
高效逆流色谱的名词解释
高效逆流色谱的名词解释高效逆流色谱（High Performance Counter Current Chromatography，简称HPCCC）是一种分离和纯化混合物的技术方法。
它于1970年代末由法国科学家Henri G. Dorfman发明并发展起来，具有无需固定相填充柱的特点，因此在制备高纯度化合物方面具有很高的潜力和广泛的应用领域。
1. HPCCC的原理和基本构成高效逆流色谱的原理基于两相体系的分配，其中一相为流动相（移动相），一相为静止相（固定相）。
两相通过高速旋转的离心机进行混合，形成强大的离心力场，利用相分离的差异实现目标化合物的分离。
HPCCC主要由四个基本部分组成：离心机、离心柱、采样及注入系统、压力调节系统。
离心机通过提供较高的离心力来驱动两相体系的分离。
离心柱则是装在离心机升降头上的，起到手性质流动相与静止相离开的工具，有助于加快分离过程。
采样及注入系统用于样品的注入和定期采集，用于收集到的定量样品进一步分析和鉴定。
而压力调节系统通过调整分散液和定量液之间的平衡来控制相体系的流动速度和相态变化，以获得最佳的分离。
2. HPCCC的应用领域HPCCC在许多领域都得到了广泛的应用。
其中之一是在天然产物提取和纯化中的应用。
传统的分离和纯化方法如柱层析对于复杂的混合物往往效率低下，而HPCCC能够高效地分离目标化合物，因而被广泛应用于植物提取物、生物活性成分和天然产物的纯化及预制。
此外，HPCCC还可以应用于色谱标准品的制备、药物代谢产物的提取和纯化、环境监测中的毒素分离与检测、蛋白质、多肽和核酸纯化等方面。
这些领域中，HPCCC不仅能够高效地分离目标化合物，还可以保留化合物的生物活性和结构完整性。
3. HPCCC的优势和局限性相对于传统的柱层析技术，HPCCC具有几个明显的优势。
首先，HPCCC无需固定相填充柱，因此可以避免填充柱所带来的峰形变化、压力限制和浸渍效应。
其次，HPCCC可以实现离子、极性和非极性化合物的高效分离。
逆流色谱技术
消除了由于样品在固相载体上的不可逆吸附和降解造成的损失， 在实验中只要调整好分离条件，一般都有离效果的因素
1. 固定相的保留值
在逆流色谱中，留在管中固定相的量是影响溶质峰分离度的 一个重要因素，高保留量将会大大改进峰分离度。（仪器 因素和溶剂系统因素）
二、两相溶剂的选择
经典溶剂系统有正己烷-甲醇-水、正己 烷-乙酸乙酯-甲醇-水、氯仿-甲醇-水和 正丁醇-甲醇-水等
二、两相溶剂的选择
乙酸乙酯:水（1：1）
大部分目标化合物集中在上相
乙酸乙酯:乙醇:水
化合物的分配比得到了改善，但 是化合物的分离时间又过长
正己烷:乙酸乙酯:乙醇:水(5:5:5:5) 正己烷:乙酸乙酯:乙醇:水(5:3:5:7) 正己烷:乙酸乙酯:乙醇:水(5:3:6:6)
日本学者Ito等首先在日本，随后在美国的国家 医学科学研究院发现了一种有趣的现象：不互 溶的两相溶剂在绕成螺旋形的小口径管子里能 在重力场的作用下实现物质在两相溶剂间的连 续分配。而当螺旋管柱在一离心力场内转动时， 随着转速的增加，两相溶剂的混合程度，分配 效率，管柱的利用率及物质在固定相的保留值 也随之增加。如果把待分离样品从管子的入口 引入，连续分配传递过程就会在管柱里进行， 从而实现连续的液一液分配分离，并由此设计 制造了多种逆流色谱仪。
液滴逆流色谱仪
DCCC仪器的工作原理示意 a. 上行方式；b. 下行方式 1．储液器；2泵；3．样品室；4分离管柱；5．收集器
离心式DCCC的工作原理示意图
旋转腔室逆流色谱仪示意图
回旋腔室逆流色谱示意图
－
环绕螺旋管离心分离仪
同步螺旋管行星式逆流色谱
高速逆流色谱
高速逆流色谱(HSCCC)是一种液 -液色谱分离技术，它的固定相 和流动相都是液体，没有不可 逆吸附，具有样品无损失、无 污染、高效、快速和大制备量 分离等优点。由于HSCCC与传统 的分离纯化方法相比具有明显 的优点，因此己被广泛应用于 中药成分分离、保健食品、天 然产物化学、有机合成、环境 分析等领域。
逆流色谱原理简介
逆流色谱原理简介任何熟悉液液萃取（使用分液漏斗）和色谱（例如HPLC）技术的人都很容易理解逆流色谱液液萃取的原理(countercurrentchromatography(CCC))。
液液萃取为化学家们分离大量的化学物质提供了一个简单的方法，而且使用的溶剂最少。
把样品溶在两相溶剂系统中，振摇使两相充分混合，静置后，两相重新分层。
这些步骤是分离样品组分的关键。
这种经典的液液萃取在色谱工作者看来，最大的缺点是它在分离过程中只有一个理论塔板数。
（事实上，这种情况下没什么理论可言。
这一个分离塔板数是源自于工业上的分馏。
因此，化学工作者要么设计一合适的单步分离方法去适应自己的需要，要么就用多次液液萃取去提高分离度。
通常使用前者，因为后者太麻烦了。
（尽管多次液液萃取经常用到，但溶剂系统在不同的提取中通常要改变，以便提高效率。
）为了改善分液漏斗，以经过许多的尝试。
克雷格逆流分布仪是其中一个最引人注意的突破。
这套精妙的仪器，把一系列的分液漏斗有效的排成链，重复的进行系列的步骤：振摇（混合）、静置、分离，再重头开始，这样就提高了塔板数。
假如有足够的塔板数，那这套仪器可以达到色谱级的分离。
液滴逆流色谱（DCCC）在发展过程中又开发出了液滴逆流色谱（DropletCounterCurrentChromatograph）。
这个仪器把一系列垂直的管子用毛细管连接起来。
液体固定相留有直管中，把流动相慢慢的泵进去，（如果流动相比较重就从上方泵进去；反之，则从下方）。
象所有的色谱那样，组分比较容易溶于流动相中的就移动的快；而比较容易溶于固定相中就滞后了。
于是就分离开来了。
很显然，每一个直管只有最小可能的理论塔板数。
所以，要有显著的效能就要用大量这样的直管。
其分离步骤如下：把样品液滴与流动相混合，通过不移动的固定相，期间没有发生振摇。
液滴的大小与其他溶剂系统的参数限制了溶质在两质中的分配。
静置最终在直管末端形成，在这儿，流过固定相的流动相在通过毛细管进入下一根直管前先聚集起来。
高速逆流色谱法分解
1.
2.
3.
减少了溶质分子与固体支撑体之间各种复杂的相互作 用； 不仅可以获得高纯度的分离组分； 同时具有较高的回收率和重现性。
逆流色谱的发展
20世纪50年代，逆流分溶法（CCD）被广泛用于天然产 物的分离。有设备庞大复杂、溶剂消耗大、分离时间太长 等缺陷。
20世纪70年代，液滴逆流色谱（DCCC）利用重力场将 固定相保留在管形柱中，使流动相以液滴形式通过固定相。 缺陷是分离时间长，溶剂体系有限。 改进后的离心分配色谱和螺旋管式逆流色谱，利用离心力 场来实现固定相的保留，缩短了分离时间。
庚烷-甲醇-水体系：庚烷（固定相）水相（流动相） 乙酸乙酯-正丁醇-水体系：水（固定相）乙酸乙酯（流动相） 用于糖苷混合物的分离 糖苷溶解度：正丁醇 > 水 > 乙酸乙酯
（2）多元溶剂体系：情况复杂
正庚（己）烷-乙酸乙酯-甲醇-水体系 上相：正庚（己）烷-乙酸乙酯有机相 下相：水-甲醇 甲醇变化 上相溶解在水相中
参数
固定相
HSCCC
液体
HPLC
固体
机理
溶质与固定相作用 上样量 分离效率
液-液分配（简单）
分配、吸附、离子交换、 体积排阻等（复杂）
与液体固定相的整个体 在固定相与固体支撑体 积相接触 的界面相互作用 高 低 中等 高
操作
费用 危险性
容易
便宜 高速运转产生机械故障
复杂
昂贵 安全
HSCCC与HPLC是互补的分离技术
2、柱系统的准备
1. 2.
固定相注入螺旋管柱内 重相为固定相：尾头 轻相为固定相：头尾
仪器以选定转速转动 流动相以合适流速泵入柱内 检测器基线稳定时，柱系统准备就绪 进样分析
高速逆流色谱原理及应用
高速逆流色谱High Speed Counter Current Chromatography(HSCCC)Outline1. Principle2. Properties3. Applications分配定律：Nernst, 1891 年，Ｋ＝Ｃ1／Ｃ2两组分K相差较大：较小：一次萃取可得到分离多次萃取•1941, Martin & Synge级联链型萃取，开创了分配色谱技术•1944，Craig 非连续式逆流分溶(countercurrent distribution, CCD)•1966，Ito 离心式螺旋管逆流色谱(countercurrent chromatography,CCC)•1981，Ito 高速逆流色谱High Speed Counter Current Chromatography (HSCCC)液液分配色谱的新纪元CCD法（Countercurrent distribution，反流分布法，逆流分溶法）：是一种多次连续的液-液萃取分离过程Principle 液－液分配色谱or 逆流色谱¾利用一种特殊的流体动力学现象使互不混溶的两相溶剂(固定相和流动相)在螺旋管中高效地接触、混合、分配和传递¾其中固定相以一种相对均匀的方式分布在一根聚四氟乙烯管绕成的螺旋管中¾流动相以一定的速度通过固定相，并按照被分离物质分配系数的不同依次洗脱而获得分离特殊的流体动力学？逆流色谱(CCC)的原理•流体静力平衡体系（hydrostatic equilibrium system,HSES)•流体动力平衡体系（hydrodynamic equilibrium system,HDES)HSES液滴逆流色谱(droplet CCC, DCCC)收集器进样器溶剂泵约300根管柱上行法收集器进样器溶剂泵约300根管柱下行法优点：DCCC仪器轻巧简便，能避免乳化或泡沫的产生。
高效逆流色谱HPCCC有哪些大体概念
高效逆流色谱HPCCC有哪些大体概念一、分派系数D所有样品在HPCCC里发生的分离，是由于化合物在两相溶剂体系里的溶解度不同。
用分派系数D (也称作Kd)来表述这种结果：D = CS/CMC S 代表样品化合物在固定相中的浓度，CM代表样品化合物在流动相中的浓度。
样品中一种高分派系数的化合物在固定相中的浓度要高于在流动相中的浓度，要晚一些从柱子里洗脱出来。
另一种低分派系数的化合物在流动相中的浓度要高于在固定相中的浓度，要早一些洗脱出来。
若是一种化合物在两相中的是平均分派的(D=1) ，不论哪一相溶剂被选为流动相，在流动相流出1倍柱体积的量后，这种化合物都会被洗脱出来。
二、固定项保留因子SF是固定相的体积与总柱（系统）体积的比值。
固定相保留因子Sf越大，柱子（系统）的分离能力越大，因此，分离度越好Vcolumn-VmpSF(%) = Vcolumn x 100Vmp 相当于在平衡期间洗脱出的固定相体积（咱们在后面操作HPCCC部份讨论），Vc 是的柱子体积，在下一个图中可以看到：3、洗脱出峰时间t若是您一旦知道了目标化合物的分派系数和在两相溶剂体系中的固定相保留因子，您可以通过下面的公式计算出任意目标化合物的洗脱出峰时间：VctD = Sf (D-1) + 1F这里VC 是螺旋柱（管）体积，F 是流动相MP流速，Sf 是固定相保留因子(作为一个系数) ，D 是分派系数. 无论样品负载量是多少，用这种规格的柱子，目标化合物老是在同一时间里被洗脱出峰。
因此，在分派系统肯定后，就超级容易预测洗脱出峰时间。
4、出峰顺序右图显示化合物的理论洗脱出峰顺序与分派系数D的关系若是化合物的分派系数较低(即<1)，在流动相中的浓度要高于在固定相中的浓度，则出峰速度快。
若是化合物的分派系数较高(即>1)，在固定相中的浓度要高于在流动相中的浓度，则出峰速度慢。
接下来，咱们来解释任意级别的分离纯化进程中,利用这一特性来如何准确预测洗脱出峰的时间。
HSCCC
HSCCC内部示意图
行星运动
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❖ HSCCC是一种相对较新的分离纯化技术,尽管它具 有许多与生俱来的优点,但是人们对它的认识和理 解还需要一个逐步深入的过程,因而从某种程度上 影响了它的应用
❖ HSCCC技术的广泛应用还需要有更为成熟稳定的 仪器设备条件的支撑 目前国内只有一二家专门从事逆流色谱仪器研 发和生产的机构; 国家对该项技术研发的投入和支 持也很有限,缺乏对该项技术和相关设备的系统性 的研究
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HSCCC原理
HSCCC利用了一种特殊的流体动力学(单向 流体动力学平衡)现象
1
表现为一根100 多米长的螺旋空 管，注入互不相 溶的两相溶剂中 的一相作为固定 相，然后作行星 运动
2
3
同时不断注入另 一相，由于行星 运动产生的离心 力场使得固定相 保留在螺旋管内， 流动相则不断穿 透固定相
流动相的推力——固定相推向移动相流出端
获得固定相高保留值的条件是： 以下相为移动相，由首至尾洗脱 以上相为移动相时，由尾至首洗脱
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高效逆流色谱HPCCC有哪些基本概念
1、分配系数D
所有样品在HPCCC里发生的分离，是由于化合物在两相溶剂体系里的溶解度不同。
用分配系数D (也称作Kd)来表述这种结果：
D = CS/CM
C S 代表样品化合物在固定相中的浓度，C
M
代表样品化合物在流动相中的浓度。
样品中一种
高分配系数的化合物在固定相中的浓度要高于在流动相中的浓度，要晚一些从柱子里洗脱出来。
另一种低分配系数的化合物在流动相中的浓度要高于在固定相中的浓度，要早一些洗脱出来。
如果一种化合物在两相中的是平均分配的(D=1) ，不论哪一相溶剂被选为流动相，在流动相流出1倍柱体积的量后，这种化合物都会被洗脱出来。
2、固定项保留因子SF
是固定相的体积与总柱（系统）体积的比值。
固定相保留因子Sf越大，柱子（系
统）的分离能力越大，因此，分离度越好
Vcolumn
-Vmp
SF(%) = Vcolumn x 100
Vmp 相当于在平衡期间洗脱出的固定相体积（我们在后面操作HPCCC部分讨论），Vc 是的柱子体积，在下一个图中可以看到：
3、洗脱出峰时间t
如果您一旦知道了目标化合物的分配系数和在两相溶剂体系中的固定相保留因
子，您可以通过下面的公式计算出任意目标化合物的洗脱出峰时间：
Vc
tD = Sf (D-1) + 1
F
这里VC 是螺旋柱（管）体积，F 是流动相MP流速，Sf 是固定相保留因子(作为一个系数) ，D 是分配系数. 无论样品负载量是多少，用这种规格的柱子，目标化合物总是在同一时间里被洗脱出峰。
因此，在分配系统确定后，就非常容易预测洗脱出峰时间。
4、出峰顺序
右图显示化合物的理论洗脱出峰顺序与分配系数D的关系如果化合物的分配系数较低(即<1)，在流动相中的浓度要高于在固定相中的浓度，则出峰速度快。
如果化合物的分配系数较高(即>1)，在固定相中的浓度要高于在流动相中的浓度，则出峰速度慢。
接下来，我们来
解释任意级别的分离纯化过程中,利用这一特性来如何准确预测洗脱出峰的时间。
5. 分离度（分辨率）：
这种技术具有高分离性能的关键是它具有高固定
相保留因子. 这对分离纯化的性能有什么影响
呢？正如左边的谱图所示，好的固定相保留因子能
获得好的分离度。
我们可以看到固定相保留因子越
高，实现的分离度越好。
以前的高速逆流色谱仪
HSCCC固定相保留因子最多也不过70%；而现在的
高效逆流色谱仪HPCCC固定相保留因子一般都要
高于 85%。
这主要带来两个好处。
第一个好处是具有高固定相
保留因子，扩大了两相溶剂体系的范围。
这很容易
理解，从非极性两相溶剂体系到极性两相溶剂体系
固定相保留因子降低(即极性变强). 因此，在过去
由于固定相保留因子太低，不能利用这个技术解决
纯化分离遇到的问题
由于工业上在非极性范围一直采用反相高效液相色谱技术，这种技术并没有被采用。
第二个好处关系到纯化分离的通量和速度。
过去，尽管这项技术叫高速逆流色谱，但是名不符实。
因为分离纯化时间经常是以小时计算而不是分钟。
高的固定相保留因子允许在不损失分离度的状况下提高流动相流速。
右边图示例子。
现在的HPCCC，溶剂的极性范围扩大，使高通量的分离纯化能够实现。
6. 柱长的影响：
可以通过增加柱长来提高分离度，这一点与常规采用固体固定相色谱技术的不同。
因为HPCCC 是一种低压分离技术，柱长不受限制。
分离度与柱长倍数的平方根成
正比（如，柱长为2倍时，相当于提高分离度为2的平方根，即1.4)。
显然，柱长增加，分离时间也增加了，但是通量（产量）却不受影响，因为样品负载能力是柱体
积的a %（在上面的例子，样品的负载加倍，但是分离时间也是加倍，因此生产能
力保持不变）。
所以产品研发阶段，可以先在小级别的设备上检验工艺条件是否合适。
用户可以根据最重要的工艺参数（通量，产率和纯度），放大工艺条件，制作
柱子。
4.与其它色谱技术的比较，HPCCC的优势有哪些？
HPCCC具有许多超越其他类型分配色谱设备（如，HSCCC ，CPC和FCPC）的优势。
首先，固定相保留因子要好于HSCCC设备，流动相流速要
远高于其它设备，因此分离时间显著减少，通量显著增加。
操作模式更灵活
液体固定相的优势是可以采用多种不同的操作模式，这是固体固定相难以实现的。
现在介绍一下液体固定相及它的组成。
另一个区别，HPCCC技术与液固色谱技术不同，正相分离过程就是反相分离过程的逆向过程。
跑得快的化合物洗脱更靠后，跑得慢的化合物
洗脱更靠前。
这是因为每种化合物的分配系数在反相分离过程中变成了原
来的倒数。
请看右图所示[5]。
能实现高分离度分离
首先，我们先明确HPCCC实现高分离度分离的条件。
这个条件就是目标化合物的D 值要选择介于0.5 和 2.0之间。
对未知混合物，其所包含的大多数复杂化合物的平均D值也要被设定在这个范围里。
调整D值最好的方式是调整两相溶剂体系；这在后面的方法开发部分会介绍。
接下来，我们来介绍通过改变操作模式来实现这个目的。
通过在一次分离过程中从正相分离模式切换到反相分离模式，或者相反，来调整D值。
单向洗脱模式CCC
单向洗脱模式CCC是最基本的分离类型。
是一种单方向的分离模式，可以是正
相分离过程也可以是反相分离过程，这取决于选择的流动相。
在❽正相分离❾模式，溶质洗脱顺序是增加极性（正相等梯度模式）。
上相是有机相做流动相，下相是水相做固定相。
在❽反相分离❾模式，溶质洗脱顺序是降低极性（反相等梯度模式）。
下相是水相做流动相，上相是有机相做固定相。
洗脱推出模式：
洗脱推出模式的理论基础是基于化合物在从色谱柱里洗脱出来之前，就已经被完全分离
的假设。
由于我们使用的是液体固定相，所以在完整洗脱循环过程没有完成的时候，我
们可以回收已经分离开的化合物。
.
洗脱推出模式，分离开始的方式与单向洗脱模式CCC一样。
但是，当运行到一
个点时(如D=1.0)。
流动相被停止，固定相被泵送入，推出柱子里内容物。
(即，
开始是固定相的那一相溶剂被当作新的流动相引入到设备里) [6]。
这种模式的优点是：
高D值得化合物的峰宽将变窄，对于在固定相中强保留的化合物能够提高分离度。
总的运行时间将缩短，因为只需要有1倍柱体积的初始固定相（也就是新流动相）推出全部样品。
洗脱推出模式另外一个好处是，在实验结束时设备里填满了固定相，可以进行下一次进样。