多维液相柱色谱
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摘 要 多维液相柱色谱分离分析复杂样品越来越受到重视 。本文介绍了国内外多维液相柱色谱的近 期发展 ,详细讨论了二维液相色谱的实现 ,其中包括固定相 、流动相的选择 ,温度变量的作用以及两维间切换 的实现 ,并对多维液相柱色谱的应用进行了总结 。
关键词 多维液相色谱 柱色谱 应用 中图分类号 : O65717 文献标识码 : A 文章编号 : 10052281X(2007) 1121813207
第 11 期
丛景香等 多维液相柱色谱
·1815 ·
也被用来进行多维分离 。Venkatramani 等[48] 在二维 液相色谱中也使用了具有混合模式的固定相 , 即 Primesep2B 和 Primesep2100 ,因为它们在一定条件下 对于不同的分析物具有独特的选择性 ,因而在分辨 共同洗脱组分时具有很大的潜力 。 212 流动相选择
多维色谱中多维气相色谱 (multidimensional gas chromatography , MDGC) 和 多 维 液 相 色 谱 ( multidi2 mensional liquid chromatography ,MDLC) 较为常见 。由 于多维气相色谱易于实现 ,已发展得比较成熟 ,并有 大量相关的文献报道[1 —4] , 商品化仪器也有出售 。 而多维液相色谱 ,特别是多维液相柱色谱 ,相对发展 较慢 ,许多相关的理论及实践应用在取得一定成果
二维液相色谱的分离主要是基于选择不同机制 的分离模式 ,几种常用的液相色谱模式有 :体积排阻 色谱 ( SEC) 、反相 ( RP) 色谱 、亲合色谱 (AC) 、正相 (NP) 色谱 、手性 (chiral) 色谱 、离子交换色谱 ( IEC) 、 疏水作用色谱 ( HIC) 等 。其中 IEC 常用强阴离子交 换色谱 (SAC) 和强阳离子交换色谱 ( SEC) 。将上述 不同分离机制的色谱模式进行组合即可得到不同的 二维 体 系 , 如 体 积 排 阻 色 谱Π反 相 色 谱 ( SEC × RP) [28 ,29] 、离子交换色谱Π反相色谱 ( IEC ×RP) [23 ,30] 、 疏水作用色谱Π反相色谱 ( HIC ×RP) [31] 、亲合色谱Π 反相色谱 (AC ×RP) [32] 、正相色谱Π反相色谱 (NP × RP) [33 ,34] 、反相色谱Π手性色谱 ( RP ×Chiral ) [35] 。近 来研究也有使用同种分离模式的二维体系 ,如手性 色谱Π手性色谱 (chiral ×chiral) [36] 、反向色谱Π反向色 谱 (RP ×RP) [7] 和分子排阻色谱Π分子排阻色谱 ( SEC ×SEC) [37 ,38] ,分离同样具有一定的正交性 。
在某种程度上 ,分离的选择性可通过改变溶剂 , pH 值得以改变 。Guiochon 研究组[49] 对多维液相色 谱中黏性指迹 (viscous fingering) 引起流动不稳现象 进行了研究 。在多维色谱系统中 ,从一维到二维转 移的溶剂体积以两倍或更多倍的放大 ,超出进样体 积 ,即可产生 viscous fingering。它是一种流动不稳现 象 ,导致在两种不同黏性流体界面的扰动 ,从而对色 谱的分离结果产生影响 。在多维的色谱分离体系 , 降低这种流体的干扰 ,优化分离效果 ,正确选择流动 相是很重要的 。
的同时 ,仍有待提高 。近年来 ,国外色谱工作者从不 同方面对多维液相柱色谱进行了研究[5 —9] ; 国内因 起步较晚 ,对多维液相柱色谱的研究较少 ,只有少量 的应用研究[10 —14] 及一些相关的综述文章[15 —20] 。多 维液相色谱目前主要是二维技术 ,本文区别于上述 文章 ,从不同的方面介绍了近年来国内外多维液相 柱色谱的最新研究进展 ,侧重介绍二维液相色谱的 实现 ,其中包括固定相 、流动相的选择 、温度变量的 作用以及两维间切换的实现 ,并对多维液相柱色谱 的应用进行了概括 。
分离柱固定相的选择对于成功的分离是十分重 要的 。Jandera 等[41] 在研究中发现 Phenomenex Aqua C18 柱 , Waters XTerra RP C18 柱和常规 Phenomenex Luna C18 柱 差 别 很 小 。 然 而 , Phenomenex Synergipolar2RP 柱和 Luna C18 柱保留过程却有显著 不同 。Luna C18 柱和 Phenomenex Luna Cyano 柱在分 离多羧基酸和多酚化合物[42] 时差异最显著 。键合 在硅胶上的 PEG 固定相与 C18 键合硅胶在选择性 上也有显著的差别[43] ,因此可用同种分离模式 ( RP ×RP) 实现二维分离 。
© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
·1814 ·
化 学 进 展
第 19 卷
应用于使用平面介质的薄层色谱和电泳分离[21] 。 由于 HPLC 技术在本质上不同于平面色谱 ,不能用 简单的旋转方法在色谱柱中对样品进行分离 ,因此 对二维液相柱色谱分离可用切换的方法 。
Key words multidimensional liquid chromatography ; column chromatography ; application
随着对分析分离天然产物样品 、环境样品 、药物 及代谢产物等复杂样品要求的提高 ,传统的高效液 相色 谱 柱 在 一 次 运 行 中 , 常 常 受 峰 容 量 ( peak capacity) 和分辨率的限制 ,不能满足分析和分离的 需要 。在人们开始探寻新的分析分离方法时 ,多维 色谱 (multidimensional chromatography ,MDC) 技术因其 在峰容量方面提供了更广阔的空间而得到了迅速的 发展 。
第 19 卷 第 11 期 2007 年 11 月
化 学 进 展
PROGRESS IN CHEMISTRY
Vol . 19 No. 11 Nov. , 2007
百度文库
多维液相柱色谱
丛景香1 ,2 林炳昌1 ,2 3
(1. 大连理工大学化工学院 大连 116024 ; 2. 辽宁科技大学分离技术中心 鞍山 114044)
设计一个二维分离体系的关键是相体系的选 择[5] ,由于它影响二维分离体系的正交性 ,因而影响 控制峰数目的峰容量 。Freeman[39] 指出当二维完全 正交时 ,二维体系的峰容量等于各个维峰容量的乘 积 ,此时体系具有最大的峰容量 。但实际上 ,完全正 交的二维分离体系是很难得到的 。Gilar 等[40] 详细 讨论了二维液相色谱的分离正交性 ,通过选择不同 色谱模式的固定相和流动相组合 ,以两个维中标准 化的保留时间分别为横纵坐标作图 ,根据坐标点的 分散情况来选择适合特定分离问题的组合模式及 参数 。 211 固定相选择
二维液相色谱大多使用两支或多支色谱柱 ,在 第一维柱进行初始分离并把这个柱洗脱物间接或直 接进入到一个或多个[22 ,23] 第二维柱中 ,即用离线或 在线的方法实现 。离线方法十分简单 ,通过收集 、浓 缩第一维馏分 ,继而再进入到第二维来进行分离 。 但它有耗时 、难于自动化 、可能污染样品以及引入外 来杂质 ,而且分析重现性差等缺点 。在线方法是通 过切换直接连接一维和二维柱 。Huber 等[24] 首次报 道了 使 用 在 线 二 维 液 相 色 谱 体 系 。典 型 的 在 线 MDLC 是通过高压切换阀连接两个柱 ,常用样品环 或捕集柱贮存一定量的一维洗脱物 ,直接进入第二 维柱中分离 。由于这些系统操作更加复杂且需要专 门的接口 ,实现起来比较困难 。但它重现性好 ,易于 自动化 ,仍然是值得推荐的方法 。二维液相色谱中 典型的切换方法是中心切割 ( heart2cutting) 方法[25] , 它只将需要测定的组分切到下一维 ,而并未对整个 样品进行完全的二维分离 。后来发展的全二维液相 色谱 (comprehensive two dimensional LC) 将样品中的 所有组分进入到第二维中进行分析 ,能够得到样品 的全信息 。Erni 和 Frei[26] 首先使用了凝胶渗透色谱 和反相色谱的全二维液相色谱系统对植物萃取物进 行了分离 ,接下来 Bushey 和 Jorgenson[27] 用全二维离 子交换和体积排阻液相色谱对蛋白质进行了研究 。
新型的通道限制性填料 (restricted access media , RAM) [46 ,47] 具有离子交换 、反相等不同的作用机制 ,
© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
Multidimensional Liquid Column Chromatography
Cong Jingxiang1 ,2 Lin Bingchang1 ,2 3 (1. School of Chemical Engineering , Dalian University of Technology , Dalian 116024 , China ; 2. Center of Separation Technology , University of Science and Technology Liaoning , Anshan 114044 , China)
Abstract The analysis and separation of complex samples by multidimensional liquid column chromatography are paid much attention. In this paper , the recent progress of multidimensional liquid column chromatography is reviewed. The construction of two dimensional liquid chromatography is discussed in detail , including the selections of stationary phases, mobile phases , the function of temperature variable and the switching between the two dimensions. The applications of multidimensional liquid column chromatography are summarized.
2 二维液相柱色谱的实现
二维液相柱色谱的实现主要通过改变一定条件 下特定样品的选择性和两维间的切换来实现 。而选 择性的改变则主要通过选择不同的固定相和流动相 或其他的分离参数实现 ,如温度 、pH 值等 。在切换 过程中还要考虑两维中流动相是否互溶 ,缓冲盐能 否析出 ,第一维流动相与第二维固定相是否兼容等 因素的影响 。
以氧化硅 、二氧化锆 、氧化钛和氧化铝无机基质 和以聚乙烯2二乙烯基苯 、丙烯酸酯 、甲基丙烯酸酯 等有机基质的固定相填料在制备合成方面的迅速发 展 , 给 多 维 液 相 色 谱 奠 定 了 更 广 泛 的 基 础。 Buchmeiser 等[44] 综述了上述类型固定相的最新进 展 ,并对整体分离介质的制备及相关应用做了报道 。 1989 年 ,Hjertén 等[45] 首先报道了整体填料 。相对于 填充柱 ,整体柱具有渗透性强 ,柱压降低可在高流速 下使用 ,柱子平衡速度极快 ,柱效高等特点 ,使快速 分离分析和制备成为可能 。特别适用于全多维液相 色谱的第二维分析分离中 。
1 二维液相柱色谱的发展
二维液相柱色谱主要是利用两种不同分离机制 的色谱模式 ,或是使用相同模式具有一定正交性的 不同色谱柱进行样品的分离 。早期的二维技术主要
收稿 : 2006 年 12 月 , 收修改稿 : 2007 年 3 月 3 通讯联系人 e2mail :bingchanglin @yahoo. com
关键词 多维液相色谱 柱色谱 应用 中图分类号 : O65717 文献标识码 : A 文章编号 : 10052281X(2007) 1121813207
第 11 期
丛景香等 多维液相柱色谱
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也被用来进行多维分离 。Venkatramani 等[48] 在二维 液相色谱中也使用了具有混合模式的固定相 , 即 Primesep2B 和 Primesep2100 ,因为它们在一定条件下 对于不同的分析物具有独特的选择性 ,因而在分辨 共同洗脱组分时具有很大的潜力 。 212 流动相选择
多维色谱中多维气相色谱 (multidimensional gas chromatography , MDGC) 和 多 维 液 相 色 谱 ( multidi2 mensional liquid chromatography ,MDLC) 较为常见 。由 于多维气相色谱易于实现 ,已发展得比较成熟 ,并有 大量相关的文献报道[1 —4] , 商品化仪器也有出售 。 而多维液相色谱 ,特别是多维液相柱色谱 ,相对发展 较慢 ,许多相关的理论及实践应用在取得一定成果
二维液相色谱的分离主要是基于选择不同机制 的分离模式 ,几种常用的液相色谱模式有 :体积排阻 色谱 ( SEC) 、反相 ( RP) 色谱 、亲合色谱 (AC) 、正相 (NP) 色谱 、手性 (chiral) 色谱 、离子交换色谱 ( IEC) 、 疏水作用色谱 ( HIC) 等 。其中 IEC 常用强阴离子交 换色谱 (SAC) 和强阳离子交换色谱 ( SEC) 。将上述 不同分离机制的色谱模式进行组合即可得到不同的 二维 体 系 , 如 体 积 排 阻 色 谱Π反 相 色 谱 ( SEC × RP) [28 ,29] 、离子交换色谱Π反相色谱 ( IEC ×RP) [23 ,30] 、 疏水作用色谱Π反相色谱 ( HIC ×RP) [31] 、亲合色谱Π 反相色谱 (AC ×RP) [32] 、正相色谱Π反相色谱 (NP × RP) [33 ,34] 、反相色谱Π手性色谱 ( RP ×Chiral ) [35] 。近 来研究也有使用同种分离模式的二维体系 ,如手性 色谱Π手性色谱 (chiral ×chiral) [36] 、反向色谱Π反向色 谱 (RP ×RP) [7] 和分子排阻色谱Π分子排阻色谱 ( SEC ×SEC) [37 ,38] ,分离同样具有一定的正交性 。
在某种程度上 ,分离的选择性可通过改变溶剂 , pH 值得以改变 。Guiochon 研究组[49] 对多维液相色 谱中黏性指迹 (viscous fingering) 引起流动不稳现象 进行了研究 。在多维色谱系统中 ,从一维到二维转 移的溶剂体积以两倍或更多倍的放大 ,超出进样体 积 ,即可产生 viscous fingering。它是一种流动不稳现 象 ,导致在两种不同黏性流体界面的扰动 ,从而对色 谱的分离结果产生影响 。在多维的色谱分离体系 , 降低这种流体的干扰 ,优化分离效果 ,正确选择流动 相是很重要的 。
的同时 ,仍有待提高 。近年来 ,国外色谱工作者从不 同方面对多维液相柱色谱进行了研究[5 —9] ; 国内因 起步较晚 ,对多维液相柱色谱的研究较少 ,只有少量 的应用研究[10 —14] 及一些相关的综述文章[15 —20] 。多 维液相色谱目前主要是二维技术 ,本文区别于上述 文章 ,从不同的方面介绍了近年来国内外多维液相 柱色谱的最新研究进展 ,侧重介绍二维液相色谱的 实现 ,其中包括固定相 、流动相的选择 、温度变量的 作用以及两维间切换的实现 ,并对多维液相柱色谱 的应用进行了概括 。
分离柱固定相的选择对于成功的分离是十分重 要的 。Jandera 等[41] 在研究中发现 Phenomenex Aqua C18 柱 , Waters XTerra RP C18 柱和常规 Phenomenex Luna C18 柱 差 别 很 小 。 然 而 , Phenomenex Synergipolar2RP 柱和 Luna C18 柱保留过程却有显著 不同 。Luna C18 柱和 Phenomenex Luna Cyano 柱在分 离多羧基酸和多酚化合物[42] 时差异最显著 。键合 在硅胶上的 PEG 固定相与 C18 键合硅胶在选择性 上也有显著的差别[43] ,因此可用同种分离模式 ( RP ×RP) 实现二维分离 。
© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
·1814 ·
化 学 进 展
第 19 卷
应用于使用平面介质的薄层色谱和电泳分离[21] 。 由于 HPLC 技术在本质上不同于平面色谱 ,不能用 简单的旋转方法在色谱柱中对样品进行分离 ,因此 对二维液相柱色谱分离可用切换的方法 。
Key words multidimensional liquid chromatography ; column chromatography ; application
随着对分析分离天然产物样品 、环境样品 、药物 及代谢产物等复杂样品要求的提高 ,传统的高效液 相色 谱 柱 在 一 次 运 行 中 , 常 常 受 峰 容 量 ( peak capacity) 和分辨率的限制 ,不能满足分析和分离的 需要 。在人们开始探寻新的分析分离方法时 ,多维 色谱 (multidimensional chromatography ,MDC) 技术因其 在峰容量方面提供了更广阔的空间而得到了迅速的 发展 。
第 19 卷 第 11 期 2007 年 11 月
化 学 进 展
PROGRESS IN CHEMISTRY
Vol . 19 No. 11 Nov. , 2007
百度文库
多维液相柱色谱
丛景香1 ,2 林炳昌1 ,2 3
(1. 大连理工大学化工学院 大连 116024 ; 2. 辽宁科技大学分离技术中心 鞍山 114044)
设计一个二维分离体系的关键是相体系的选 择[5] ,由于它影响二维分离体系的正交性 ,因而影响 控制峰数目的峰容量 。Freeman[39] 指出当二维完全 正交时 ,二维体系的峰容量等于各个维峰容量的乘 积 ,此时体系具有最大的峰容量 。但实际上 ,完全正 交的二维分离体系是很难得到的 。Gilar 等[40] 详细 讨论了二维液相色谱的分离正交性 ,通过选择不同 色谱模式的固定相和流动相组合 ,以两个维中标准 化的保留时间分别为横纵坐标作图 ,根据坐标点的 分散情况来选择适合特定分离问题的组合模式及 参数 。 211 固定相选择
二维液相色谱大多使用两支或多支色谱柱 ,在 第一维柱进行初始分离并把这个柱洗脱物间接或直 接进入到一个或多个[22 ,23] 第二维柱中 ,即用离线或 在线的方法实现 。离线方法十分简单 ,通过收集 、浓 缩第一维馏分 ,继而再进入到第二维来进行分离 。 但它有耗时 、难于自动化 、可能污染样品以及引入外 来杂质 ,而且分析重现性差等缺点 。在线方法是通 过切换直接连接一维和二维柱 。Huber 等[24] 首次报 道了 使 用 在 线 二 维 液 相 色 谱 体 系 。典 型 的 在 线 MDLC 是通过高压切换阀连接两个柱 ,常用样品环 或捕集柱贮存一定量的一维洗脱物 ,直接进入第二 维柱中分离 。由于这些系统操作更加复杂且需要专 门的接口 ,实现起来比较困难 。但它重现性好 ,易于 自动化 ,仍然是值得推荐的方法 。二维液相色谱中 典型的切换方法是中心切割 ( heart2cutting) 方法[25] , 它只将需要测定的组分切到下一维 ,而并未对整个 样品进行完全的二维分离 。后来发展的全二维液相 色谱 (comprehensive two dimensional LC) 将样品中的 所有组分进入到第二维中进行分析 ,能够得到样品 的全信息 。Erni 和 Frei[26] 首先使用了凝胶渗透色谱 和反相色谱的全二维液相色谱系统对植物萃取物进 行了分离 ,接下来 Bushey 和 Jorgenson[27] 用全二维离 子交换和体积排阻液相色谱对蛋白质进行了研究 。
新型的通道限制性填料 (restricted access media , RAM) [46 ,47] 具有离子交换 、反相等不同的作用机制 ,
© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
Multidimensional Liquid Column Chromatography
Cong Jingxiang1 ,2 Lin Bingchang1 ,2 3 (1. School of Chemical Engineering , Dalian University of Technology , Dalian 116024 , China ; 2. Center of Separation Technology , University of Science and Technology Liaoning , Anshan 114044 , China)
Abstract The analysis and separation of complex samples by multidimensional liquid column chromatography are paid much attention. In this paper , the recent progress of multidimensional liquid column chromatography is reviewed. The construction of two dimensional liquid chromatography is discussed in detail , including the selections of stationary phases, mobile phases , the function of temperature variable and the switching between the two dimensions. The applications of multidimensional liquid column chromatography are summarized.
2 二维液相柱色谱的实现
二维液相柱色谱的实现主要通过改变一定条件 下特定样品的选择性和两维间的切换来实现 。而选 择性的改变则主要通过选择不同的固定相和流动相 或其他的分离参数实现 ,如温度 、pH 值等 。在切换 过程中还要考虑两维中流动相是否互溶 ,缓冲盐能 否析出 ,第一维流动相与第二维固定相是否兼容等 因素的影响 。
以氧化硅 、二氧化锆 、氧化钛和氧化铝无机基质 和以聚乙烯2二乙烯基苯 、丙烯酸酯 、甲基丙烯酸酯 等有机基质的固定相填料在制备合成方面的迅速发 展 , 给 多 维 液 相 色 谱 奠 定 了 更 广 泛 的 基 础。 Buchmeiser 等[44] 综述了上述类型固定相的最新进 展 ,并对整体分离介质的制备及相关应用做了报道 。 1989 年 ,Hjertén 等[45] 首先报道了整体填料 。相对于 填充柱 ,整体柱具有渗透性强 ,柱压降低可在高流速 下使用 ,柱子平衡速度极快 ,柱效高等特点 ,使快速 分离分析和制备成为可能 。特别适用于全多维液相 色谱的第二维分析分离中 。
1 二维液相柱色谱的发展
二维液相柱色谱主要是利用两种不同分离机制 的色谱模式 ,或是使用相同模式具有一定正交性的 不同色谱柱进行样品的分离 。早期的二维技术主要
收稿 : 2006 年 12 月 , 收修改稿 : 2007 年 3 月 3 通讯联系人 e2mail :bingchanglin @yahoo. com