高效制备色谱
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一般的分析型高效液相色谱仪可以换上内经在 10mm的半制备柱完成一定的制备任务。
11.9 高效制备色谱
（High Performance Preparative Chromatography）
任何一种分离方式均可用于制备目的， 色谱和电泳也不例外（注意实际效果！）。 本章仅介绍常用的液相色谱方法。
制备色谱是指采用色谱技术制备纯物质，即分离、 收集一种或多种色谱纯物质。而利用高效液相色谱分 离足够量的混合物，并把分离所得的各组分逐个收集 起来，得到高纯度的样品，称为高效液相制备色谱。
采用制备色谱得到的纯物质的主要杂质可能是流动 相中的不溶物，如填料离解物。
11.9.4 制备色谱仪
l 输液能力达100mL/min，压力在200kg/cm2 左右 l 进样器0.5~5mL l 检测器：“缩小光程和采用分流”，如 0.2~0.5cm的UV池或RI测定 l 馏分收集器：定时收集或定体积收集 l 再循环阀和溶剂再生装置
大进样、低检测 样、高灵敏检测（高
（高通量）
重现性）
液相色谱制备纯物质的目的：结构鉴定，生物和毒 理试验，以及某些珍贵或难分离单组分物质的生产。
11.9.1 制备色谱分离的一般考虑
任何制备分离的色谱模型都和分析分离的模型
相类似。在制备色谱中，容量因子取决于样品量。
如果柱子在超载的状态下工作，增加柱长比降低
果要提高选择性和改变极性，用二氯甲
加压
烷比较合适。
1）样品前处理
粗制品预先用抽提、蒸馏或重结晶等方法净化。合 成产物一般用快速柱色谱粗分离。必要时，在制备 色谱前加一保护柱，避免杂质损坏制备柱。
2）纯组分的回收
收集后的样品组分的有机溶剂一般用旋转蒸发方式 除去；水分则采用冷冻干燥除去；流动相中的有机 溶剂常用闪蒸方式回收。
积小，但样品浓度超过吸附等温线的线性范围，出现的
峰型不对称，峰前沿陡峭而后部拖尾；体积超载是指
进样体积比较大，样品浓度恒定，应限制在吸附等温线 的线性范围内，洗脱的峰型高、对称或是个大平顶。
制备条件的选择，包括上柱量、容量因子、选 择性以及柱效。Knox和Pyper研究指出，分离纯化
的基本参数是得到最大的选择性和高浓度的制备物质。 在高浓度下，无论是溶质超载还是体积超载都保证了制 备产量的提高。但体积超载要比溶质超载得到的产量低。 高浓度的质量超载，在分离过程中避免了大体积引起的 峰的扩张，在制备色谱中具有更大的优点。
塔板高 度，mm
1E-5
1E-4
1E-3 1E-2
样品量
图 样品量对塔板高度和容量因子的影响
容量 因子
表11.9.2 制备色谱和分析色谱的比较
制备色谱
分析色谱
分离目的 单位时间内获得符 获得混合物中各组分 合纯度的物质量 的信息（定性定量）
色谱模型 非线性色谱
线性色谱
仪器设备 制备柱、高流量、 高压稳流、高精度进
另一种类型的制备柱是径向压缩柱：
内管采样塑料管，可自己装填规胶等填
料。使用时，在管壁四周加压，大大减
少了填料颗粒之间，以及填充床管与管
壁之间空体积，从而提高了柱效。
1）流动相
对于非极性或中极性的有机合成产物，
常用硅胶柱分离。流动相应首先用己烷
和特丁基甲醚，后者作为极性改性剂调
节溶剂极性，且不会生成过氧化物。如
t R tp t 0[1 G(1
bC ot P )2 ] Gt 0
可见，许多流行于分析型液相色谱的概念或参数在制备 色谱中不太适用。使用这些结论容易被引入歧途。如：分 离度、柱效柱和峰型的对称性在讨论制备色谱最佳化时往 往很少考虑。
制备色谱的三种运行模式
多组分
主成分
微量组分
超载有溶质超载和体积超载两种。溶质超载是指柱体
制备柱上柱量 分析柱上柱量 ( dP )2 LP
dA
LA
制备柱流量 分析柱流量 (dP )2 dA
l 大颗粒（~50μm）大直径 柱，在超载状态下完成相对 大量的制备
11.9.2 制备色谱模型
在制备色谱中，为提高分离量，制备色谱一般是 在非线性范围内运行。非线性色谱是制备色谱的理 论基础，非线性色谱方程可以用一个浓度波的运动 方程表示。制备色谱的溶质的保留时间：
可见，制备色谱中的“制备”这一概念指获得足够量 的单一化合物，以满足研究和其它用途。制备色谱的出 现，使色谱技术与经济利益建立了联系。制备量大小和 成本高低是制备色谱的两个重要指标。
气相制备色谱主要用于石油化工产品和挥发性天然产 物的色谱纯样品制备。
源自文库
表11.9.1 仪器分析所需纯样品量
仪器
NMR FT-IR
压力、增加柱效效果好。当然，制备色谱中的分
离度比分析分离度更为重要。
R 1 ( 1) k' N
4
1 k'
当柱子在超载时，大量样品进入柱子，使得分离度、塔 板数和容量因子随超载的状况而变化。在制备色谱过程中 单位时间产量的提高可通过增加流速和增加柱子的载量来 实现。
流速，cm/sec 图 不同进样量时流速对分离度的影响
IR UV-Vis 元素分析
MS 全面鉴定一样品结构
样品量（mg）
1-10 0.1-1
1 <1 1-10 0.01-1 10-50
分离度
分析速度
分离样品量
思考：这三个指标是相互制约达的，不同分离目
的有不同要求。请具体分析：
1）分离分析
2）制备分离
评价制备色谱效率的主要指标是单位时间内分离纯 物质的量，以纯组分量和该组分保留时间之比表示， 定义为产率。另一指标是最大允许分离样品体积，它 决定于固定相的负荷和色谱柱尺寸。
制备色谱的进样体积：
Vi
V0 (1 k'i N
)
对于k’=4，流出液组分浓度
可达0.03%--0.3%，大小与α有关。
分析分离
增加分离度
增大进样量
超载条件
最大纯化产量与容量因子的关系
11.9.3 实验条件的选择
1）柱体积与填料
液-固色谱是制备色谱中常用的一种模式，而液固色谱中流动相选择很重要。流动相首先应使制备 组分有较大的溶解度，且容易从纯化后的组分中除 去。一般小颗粒（5-10μm）用于高分离度的制备， 粗颗粒（30-60μm）用于超载的高容量制备。样品 容量的大小与填料的用量有关，而与颗粒度的关系 不大。均匀的粗颗粒填料，多用于高样品量的制备。 内径0.8-1.0cm，填有10μm颗粒度的填料的半制备 柱，多用于重复分离和提纯产品的制备。
11.9 高效制备色谱
（High Performance Preparative Chromatography）
任何一种分离方式均可用于制备目的， 色谱和电泳也不例外（注意实际效果！）。 本章仅介绍常用的液相色谱方法。
制备色谱是指采用色谱技术制备纯物质，即分离、 收集一种或多种色谱纯物质。而利用高效液相色谱分 离足够量的混合物，并把分离所得的各组分逐个收集 起来，得到高纯度的样品，称为高效液相制备色谱。
采用制备色谱得到的纯物质的主要杂质可能是流动 相中的不溶物，如填料离解物。
11.9.4 制备色谱仪
l 输液能力达100mL/min，压力在200kg/cm2 左右 l 进样器0.5~5mL l 检测器：“缩小光程和采用分流”，如 0.2~0.5cm的UV池或RI测定 l 馏分收集器：定时收集或定体积收集 l 再循环阀和溶剂再生装置
大进样、低检测 样、高灵敏检测（高
（高通量）
重现性）
液相色谱制备纯物质的目的：结构鉴定，生物和毒 理试验，以及某些珍贵或难分离单组分物质的生产。
11.9.1 制备色谱分离的一般考虑
任何制备分离的色谱模型都和分析分离的模型
相类似。在制备色谱中，容量因子取决于样品量。
如果柱子在超载的状态下工作，增加柱长比降低
果要提高选择性和改变极性，用二氯甲
加压
烷比较合适。
1）样品前处理
粗制品预先用抽提、蒸馏或重结晶等方法净化。合 成产物一般用快速柱色谱粗分离。必要时，在制备 色谱前加一保护柱，避免杂质损坏制备柱。
2）纯组分的回收
收集后的样品组分的有机溶剂一般用旋转蒸发方式 除去；水分则采用冷冻干燥除去；流动相中的有机 溶剂常用闪蒸方式回收。
积小，但样品浓度超过吸附等温线的线性范围，出现的
峰型不对称，峰前沿陡峭而后部拖尾；体积超载是指
进样体积比较大，样品浓度恒定，应限制在吸附等温线 的线性范围内，洗脱的峰型高、对称或是个大平顶。
制备条件的选择，包括上柱量、容量因子、选 择性以及柱效。Knox和Pyper研究指出，分离纯化
的基本参数是得到最大的选择性和高浓度的制备物质。 在高浓度下，无论是溶质超载还是体积超载都保证了制 备产量的提高。但体积超载要比溶质超载得到的产量低。 高浓度的质量超载，在分离过程中避免了大体积引起的 峰的扩张，在制备色谱中具有更大的优点。
塔板高 度，mm
1E-5
1E-4
1E-3 1E-2
样品量
图 样品量对塔板高度和容量因子的影响
容量 因子
表11.9.2 制备色谱和分析色谱的比较
制备色谱
分析色谱
分离目的 单位时间内获得符 获得混合物中各组分 合纯度的物质量 的信息（定性定量）
色谱模型 非线性色谱
线性色谱
仪器设备 制备柱、高流量、 高压稳流、高精度进
另一种类型的制备柱是径向压缩柱：
内管采样塑料管，可自己装填规胶等填
料。使用时，在管壁四周加压，大大减
少了填料颗粒之间，以及填充床管与管
壁之间空体积，从而提高了柱效。
1）流动相
对于非极性或中极性的有机合成产物，
常用硅胶柱分离。流动相应首先用己烷
和特丁基甲醚，后者作为极性改性剂调
节溶剂极性，且不会生成过氧化物。如
t R tp t 0[1 G(1
bC ot P )2 ] Gt 0
可见，许多流行于分析型液相色谱的概念或参数在制备 色谱中不太适用。使用这些结论容易被引入歧途。如：分 离度、柱效柱和峰型的对称性在讨论制备色谱最佳化时往 往很少考虑。
制备色谱的三种运行模式
多组分
主成分
微量组分
超载有溶质超载和体积超载两种。溶质超载是指柱体
制备柱上柱量 分析柱上柱量 ( dP )2 LP
dA
LA
制备柱流量 分析柱流量 (dP )2 dA
l 大颗粒（~50μm）大直径 柱，在超载状态下完成相对 大量的制备
11.9.2 制备色谱模型
在制备色谱中，为提高分离量，制备色谱一般是 在非线性范围内运行。非线性色谱是制备色谱的理 论基础，非线性色谱方程可以用一个浓度波的运动 方程表示。制备色谱的溶质的保留时间：
可见，制备色谱中的“制备”这一概念指获得足够量 的单一化合物，以满足研究和其它用途。制备色谱的出 现，使色谱技术与经济利益建立了联系。制备量大小和 成本高低是制备色谱的两个重要指标。
气相制备色谱主要用于石油化工产品和挥发性天然产 物的色谱纯样品制备。
源自文库
表11.9.1 仪器分析所需纯样品量
仪器
NMR FT-IR
压力、增加柱效效果好。当然，制备色谱中的分
离度比分析分离度更为重要。
R 1 ( 1) k' N
4
1 k'
当柱子在超载时，大量样品进入柱子，使得分离度、塔 板数和容量因子随超载的状况而变化。在制备色谱过程中 单位时间产量的提高可通过增加流速和增加柱子的载量来 实现。
流速，cm/sec 图 不同进样量时流速对分离度的影响
IR UV-Vis 元素分析
MS 全面鉴定一样品结构
样品量（mg）
1-10 0.1-1
1 <1 1-10 0.01-1 10-50
分离度
分析速度
分离样品量
思考：这三个指标是相互制约达的，不同分离目
的有不同要求。请具体分析：
1）分离分析
2）制备分离
评价制备色谱效率的主要指标是单位时间内分离纯 物质的量，以纯组分量和该组分保留时间之比表示， 定义为产率。另一指标是最大允许分离样品体积，它 决定于固定相的负荷和色谱柱尺寸。
制备色谱的进样体积：
Vi
V0 (1 k'i N
)
对于k’=4，流出液组分浓度
可达0.03%--0.3%，大小与α有关。
分析分离
增加分离度
增大进样量
超载条件
最大纯化产量与容量因子的关系
11.9.3 实验条件的选择
1）柱体积与填料
液-固色谱是制备色谱中常用的一种模式，而液固色谱中流动相选择很重要。流动相首先应使制备 组分有较大的溶解度，且容易从纯化后的组分中除 去。一般小颗粒（5-10μm）用于高分离度的制备， 粗颗粒（30-60μm）用于超载的高容量制备。样品 容量的大小与填料的用量有关，而与颗粒度的关系 不大。均匀的粗颗粒填料，多用于高样品量的制备。 内径0.8-1.0cm，填有10μm颗粒度的填料的半制备 柱，多用于重复分离和提纯产品的制备。