制備色譜技術(shù)與操作及實驗經(jīng)驗
1 制備色譜到底是什么?
(1)分析色譜的目的,是分析出混合物中一個(或者幾個)純物質(zhì)的含量。制備色譜的目的,是從混合物中得到純物質(zhì)。
為了加快分離的時間與提高分離的效率,制備色譜的的進(jìn)樣品量很大,導(dǎo)致制備色譜柱子的分離負(fù)荷的相應(yīng)加大,也就必須加大色譜柱填料,增大制備色譜的直徑和長度,使用的相對多的流動相。
然而,當(dāng)色譜柱上樣品負(fù)載加大的時候,往往導(dǎo)致柱效急劇下降而得不到純的產(chǎn)品。制備色譜,要解決容量與柱子效果之間的矛盾,對重現(xiàn)性也要考慮。從經(jīng)濟(jì)上來說。制備色譜要爭取少用填料,少用溶劑,要盡可能多的得到產(chǎn)品。
(2)樣品的前處理:
制備色譜柱子由于處理的樣品多,比分析柱子更容易受污染,所以,必要的前處理就顯得非常的必要。萃取、過濾、結(jié)晶、固相萃取等簡單的分離方法,如果用得上,而且還不是很麻煩,就要盡可能多的采用以去掉雜質(zhì)。
(3)制備色譜柱的材質(zhì)及其特點(diǎn)
下面介紹一下,制備色譜柱常用的材質(zhì)及其特點(diǎn)。
各種規(guī)格的玻璃柱子在實驗室里頭很容易得到,而且價格低廉,但玻璃柱子致命的弱點(diǎn)是它能承受的壓力很小,且非常容易破碎。當(dāng)由于壓力太小而導(dǎo)致流動相流速很慢的時候,高位液面或加高壓空氣(或者氮?dú)猓┑牟捎檬且粋€簡單的解決辦法。在底下加真空,也能在一定程度上解決這個問題。
不銹鋼柱子具有良好的耐腐蝕、抗壓力性能,但其價格相對很貴。如果,只有很小的分離任務(wù)且經(jīng)費(fèi)也允許,市面上直徑為1cm的小型制備柱就是。
有機(jī)玻璃柱子也能抗壓力耐腐蝕,相對不銹鋼柱子而言,它是半透明的,可以看到液體的運(yùn)行狀態(tài),對有色的物質(zhì)其特點(diǎn)就更為突出。
(4)固定相的選擇
硅膠、鍵合固定相(如C18)、離子交換樹脂 、聚酰胺、 氧化鋁、 凝膠等都可以作為色譜柱的填料。 有不少文獻(xiàn)報道,對填料可以進(jìn)行一下處理提高了分離效果,如,對硅膠進(jìn)行的硝酸銀(或緩沖液)處理。
(5)裝柱方法的選擇:根據(jù)固定相顆粒度和柱子的尺寸,采用不同的裝柱方法,往往裝填越好分離效果越好。裝柱效果跟填料的顆粒度關(guān)系很大,顆粒度的減少會導(dǎo)致裝柱的難度。一般來說,顆粒直徑小于20-30um的固定相采用濕法裝填。所謂“敲擊-裝填”技術(shù)適用于顆粒直徑大于25um的固定相。濕法的目的是迫使相對稀松的 固定相懸漿以高速裝入色譜柱子,從而減少空隙的形成。然而,當(dāng)柱直徑大于20mm,所加壓力為30-40bar時,高壓懸漿裝填技術(shù)就變得十分復(fù)雜。為將小顆粒固定相裝入更大得制備型色譜柱,可采用柱長壓縮技術(shù)。這種方法,先將固定相懸漿(或偶爾是干填充物)裝入柱中加壓,利用物理方法將其壓緊。壓緊的方法有兩種:徑向壓縮和軸向壓縮。 濕法裝柱需要一定的設(shè)備,在柱子填完后,應(yīng)用有柱效的測量,對柱效低的柱子應(yīng)該重填。
(6)流動相的選擇
除了和分析色譜同樣的考慮外,在選用流動相時,要考慮色譜分離后面加有旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)等二次分離操作。一般來說,不宜采用高毒性溶劑,對多元溶劑要盡可能的少用。
如果產(chǎn)品中含有大量溶劑,溶劑的純度也要考慮在其中。
(7)加樣的方法
可以采用以下方法之一進(jìn)樣。-用注射器進(jìn)樣-用旋轉(zhuǎn)閥進(jìn)樣-通過六通閥進(jìn)樣-通過主泵進(jìn)樣-通過輔泵進(jìn)樣-固體上樣
(8) 泵的選用
生產(chǎn)制備色譜泵的廠商很多。根據(jù)有無脈沖、能承受的zui大壓力、控制的精度、售后服務(wù)等來選擇泵。
(9)檢測器的選用
一般的分析池的zui大允許流速僅為5 mL/min 或者10mL/min。而專門的制備池的zui大允許流速可為150mL/min。有時,采用旁路分離管,將少量流體導(dǎo)入分析池進(jìn)行檢測,是一個不錯的辦法,但其濃度的誤差會相對較大。
(10)組分保留時間的估計
用分析柱子在同等色譜條件下(同樣的固定相和流動相)測定保留時間后,按照單一組分的線流速(不是體積流速)一定,通過計算可以知道組分的大致保留時間區(qū)域。
分析譜圖的峰形狀,對確定保留時間也有很大的參考價值。
(11)產(chǎn)品的收集
手工餾分收集費(fèi)時費(fèi)力,自動餾分收集器有很大的方便。許多實驗室和工廠都采用了餾分收集器。
(12)超載、邊緣切割、中心切割、放大技術(shù)與非線性效用
在制備色譜中,因為沒有必要達(dá)到分析色譜那樣的分離度,可以在一定范圍內(nèi)大大加大進(jìn)樣的濃度和體積。在做分離的時候,也有一些分析色譜的時候,不能用到的技巧。因為篇幅關(guān)系,不在這里敘述。
(13)柱轉(zhuǎn)換技術(shù)
通過接頭或者閥門,實現(xiàn)柱子的簡單延長,或者比較方便地實現(xiàn)對其中一個(或幾個)組分的精制。
(14)比較新的制備色譜技術(shù)
模擬移動床可以連續(xù)進(jìn)樣,并可以利用邊緣切割效用,而且采用了柱切換技術(shù),能更好的利用溶劑和填料,已經(jīng)應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)。其理論和技術(shù)也日益完善。
迎頭色譜、超臨界流體色譜、逆流色譜環(huán)形色譜、氣相制備色譜等在科研和工業(yè)生產(chǎn)中也得到了應(yīng)用。
實驗經(jīng)驗:
1 問: 我想購買waters600用于分析和制備,對于其配備有什么好的建議。
答:可以配一個PDA,另外加一個示差折光410,另外買幾根制備柱就可以了。waters600的流速zui大為20mL/min,一般可以配20mm ID的制備柱,一次分離10-100mg的樣品,如果樣品量更大,可以通過配件擴(kuò)展到45mL/min,使用30mm ID的制備柱。另外為了保證餾分收集的準(zhǔn)確性,配上Fraction II 餾分收集器。
如果樣品數(shù)量很大,可以配2767 sample manager和ZQ MS, 同時做自動進(jìn)樣并通過MS或U號自動收集餾分。這樣可以過夜自動運(yùn)行。zui大通量每天可以處理100-200個樣品。
2 問: 如何用制備色譜柱制備低含量的雜質(zhì)?
制備色譜柱為Zorbax SB-C18 9.4*250mm及gilson餾分收集器,色譜儀為Agilent 1100或LC-6A。想用其制備面積歸一化法含量為0.05%左右的雜質(zhì),初步提純后用高分辨的LC-MS進(jìn)行定性分析。如何設(shè)定色譜條件,如流量,進(jìn)樣量,樣品的濃度,切割點(diǎn)的設(shè)置,是否要濃縮,要求將95%以上的主峰切除。(主峰后有二個雜質(zhì)靠得很近。)
答:制備用的流動相等級高一點(diǎn),否則流動相中的雜質(zhì)會影響LC-MS分析;使用餾分收集器時,延遲體積一定要計算,檢測器的響應(yīng)時間設(shè)到zui小,否則都會影響收集的純度和回收率。制備柱的流速一般與直徑的平方成正比,如果4.6mm分析柱流速為1mL/min,9.4mm制備柱用1*(9.4/4.6)2, 大約為4ml/min。進(jìn)樣量設(shè)到幾個mg應(yīng)該基本沒有過載。進(jìn)樣樣品濃度越高越好。假如進(jìn)樣10mg,理論計算0.05%的雜質(zhì)大約只有5ug,顯然濃度太低,是多做幾次,合并餾分然后濃縮后做LC-MS分析。
3 問: 我想用hplc分離一個簡單的多肽,我應(yīng)該選用什么樣的流動相,還有他的梯度,還有選用什么樣的柱子
答: RP-HPLC,C18柱可以制備很少量的肽。如果用RP-HPLC,首先應(yīng)該用同類型的分析柱子分析一下多肽含多少雜質(zhì),設(shè)置緩緩的梯度的分離樣品,在根據(jù)分析柱子跑出的峰形,逐漸放大純化的方法。
4 問:TFA在緩沖液中是不是只起到調(diào)節(jié)pH的作用呢?TFA的濃度越高基線的漂移越厲害,那是不是說它的濃度在緩沖液pH允許的情況下越低越好呢?
答:(1)TFA起到類似離子對的作用,一般濃度在0.05-0.1%,過高的濃度,會使溶液偏酸,長時間使用可能影響柱子壽命。
(2)同時TFA可以抑制硅膠表面硅醇基,改善堿性化合物的峰型。有時0.1%TFA分離不好的話??梢钥紤]加大濃度到0.2%。但要注意用完后及時沖洗色譜柱。
(3)走梯度時,因為走成基線漂移,但對制備的影響不大。
5 問:樣品如果溶解度太低如何上制備HPLC?
答(1) 了解一下樣品的性質(zhì),根據(jù)其酸堿性,極性等性質(zhì),通過調(diào)節(jié)溶劑的pH值等, 以達(dá)到較好的溶解度
(2)樣品可能某種晶型難溶,這樣可以加入其他溶劑(如丙酮等)以助溶。
(3)不是一定要用流動相來溶解樣品,對溶解度差的樣品,可以選擇甲醇,THF或DMSO等溶解樣品。特別是DMSO,對一般的化合物溶解度都很好。并且在反相柱上不保留,不會造成干擾。而且DMSO的洗脫能力很弱,一般不會影響峰型。
(4) 可以固體上樣。
6 問:多肽的分離制備, 如何上量?如何增大分離度?
答:反相HPLC應(yīng)當(dāng)是很好的分離小肽方法,用CH3CN或CH3OH:H2O(95:5)做流動相,看保留如何,若無保留,建議改用其他色譜方法進(jìn)行分離。
關(guān)于多肽的分離,首先要知道它的分子量大小,然后選擇不同類型的填料,如孔徑的大小。我們先在分析柱(4.6MM內(nèi)徑)上做一下實驗,找到zui大的分離度,這一過程的難度是zui大的,要不斷地改變流動相和固定相,然后再線性或非線性放大到制備,放大的倍數(shù)按分析柱的實驗結(jié)果。分離后可以通過冷凍干燥得到固體。
還可以考慮離子交換來分l離
7問: 做柱層析時(國產(chǎn)大孔吸附樹脂),怎么才能把洗脫液中的樹脂殘留物處理干凈?
答:大孔吸附樹脂在上使用前,一般需要進(jìn)行處理,方法包括用色譜純的甲醇或乙睛洗到?jīng)]有吸收;或樹脂用乙醇浸泡2天,丙酮浸泡2天,然后用常規(guī)的酸,堿洗。再用丙酮回流二小時就可以用了。
8 問:由分析型液相轉(zhuǎn)為制備型液相,其色譜系統(tǒng)需作多大調(diào)整?是否可以按照柱體積折算只改變流速?其上樣量多大為宜?
答:(1)泵要換,流量要加大,壓力可不變或減少;流通池要換體積更大的。
(2)整個系統(tǒng)的管路要更換更粗的,否則壓力太大,而且特別容易發(fā)生堵塞。對流通池后的管路,增加反壓調(diào)節(jié)器,否則管路太短的話,反壓小會導(dǎo)致流通池氣泡,管路長的話會導(dǎo)致峰展寬。
(3)檢測器的響應(yīng)時間和峰寬要設(shè)置合適,否則會導(dǎo)致收集時延遲體積的計算不準(zhǔn)
(4)上樣量主要根據(jù)柱子的大小、樣品的濃度、制備是否根據(jù)分析條件放大(例如制備柱是否還用分析用填料);一般上樣量與柱子直徑的平方以及長度成正比。
9 問:流動相中含有鹽時,收集液該如何除鹽?選用揮發(fā)性酸,堿或鹽(如醋酸銨)是否會在揮干溶劑或凍干過程中直接除去?
答:一般可以采用離子吸附的辦法去掉(可以參考離子吸附有關(guān)技術(shù))。但也是稍微麻煩的事情,,不加加酸堿鹽,如果要加的話,要加揮發(fā)性的或者對產(chǎn)品或者檢測沒有干擾的。
可用G25脫鹽,它是安馬西亞出的一種葡聚糖凝膠。交聯(lián)度大孔徑小,對小分子的無機(jī)鹽保留較大,而對分子量較大的有機(jī)物沒有保留從而可以將鹽份脫除。另外采用揮發(fā)性的酸,堿時,一般會在干燥過程中直接除去,但如果樣品也有酸堿性,可能會與這些揮發(fā)性酸堿形成一定比例的鹽。
10 問:制備型柱子柱壓上升 柱效下降 怎么辦?
答:對高價值的制備柱來講,延長柱子壽命是很重要的。一般要注意保護(hù)柱子,一般來說,制備柱子一般需要保護(hù)柱配套。
下面是可能堵塞柱子的原因
(1) 如果您所分離的樣品中雜質(zhì)較多而您在上樣前沒有經(jīng)過過濾(0.45微米),一些顆粒性雜質(zhì)會積聚在柱頭造成柱壓升高,
(2) 也有可能是因為您所使用的流動向中含有緩沖鹽的原因,結(jié)晶或發(fā)生化學(xué)變化而堵塞??梢园阎記_一沖。
(3) 流動相是否符合液相色譜的要求?是否過濾處理?
柱子再生處理辦法如下:
(1)依次用水,甲醇,四氫呋喃,氯仿,甲醇來沖洗柱子,每種溶劑5-10個柱體積。
(2)如果效果不明顯,將柱子按以上順序反沖,一般將大大降低柱子效果,不到不要沒有辦法才采用。
(3)如果效果還是不好,就需要打開色譜柱,超聲波清洗篩片(這樣也會使柱子效果下降)。必要時挖掉色譜柱內(nèi)受污染部位,填入新的填料,還可用3個月。(填的時候小心,別重新污染柱子)
11 問:制備柱柱跑干了影響柱效嗎?
答:如果時間不長的話,可以用流動相多沖幾個小時.柱效不一定變化很大.如果時間太久,柱效一定變低. 具體造成影響有多大,要靠柱效測定來確定,而不是干柱時間的長短。如果跑干了,對于PUMP的影響可能還大些,所以先把管路中的空氣抽走再說。
一般說來,制備柱子跑干,屬于操作失當(dāng)。柱子閑置不用時,沖入甲醇或其他有機(jī)溶劑,一定要把兩頭堵住密封,這樣保留的時間會較長。
12 問:分析HPLC如何放大到制備型HPLC
答:在分析液相中色譜柱的典型進(jìn)樣量是微克級,甚至更低。樣品量和固定相之比有的甚至小于1:10000。進(jìn)樣體積一般來說都大大小于色譜柱體積(小于1:100)。 在這種條件下,會達(dá)到很好的分離效果,峰形尖銳并且很對稱。
分析系統(tǒng)線形放大到制備型HPLC意味著使用直徑更大的制備柱、更高的流速和根據(jù)色譜柱的長度增加進(jìn)樣量并保持樣品濃度不變。峰形仍會保持尖銳而對稱。這種方法需要大型的色譜柱和大量的溶劑來分離較少的樣品,但這種方法從經(jīng)濟(jì)上一般不合適。
在制備液相中,zui大的區(qū)別就是超量進(jìn)樣。制備的分離峰形一般不可能仍會保持尖銳而對稱,分析和制備是不同的概念。制備的首要概念是在達(dá)到純化的基礎(chǔ)上,降低成本,加快時間(提率)。一般說來,純化的成本要高于生產(chǎn)粗產(chǎn)品的成本,所以,可以加大上樣量,甚至過載,出現(xiàn)平頭峰,而收集只集中在峰的一小部分,以來保證純度,主要為了節(jié)省流動相和提高設(shè)備利用率。
13 問:制備純化蛋白、多肽,耗用流動相驚人,請問這些用過的流動相(乙腈,甲醇)可以重蒸使用嗎?
答:流動相用一般減壓方法重蒸后,往往會形成有機(jī)溶劑和水會共沸,另外,由于減壓蒸餾屬于單次平衡,往往得不到100%純度的溶劑,這會使溶劑的配置有一定困難,從而使色譜的重現(xiàn)性和分離度會發(fā)生一定的變化。如果要求不是很高的話,一般可以分析重蒸后餾分中的各組分含量,計算后再使用。
要通過重蒸得到純物質(zhì)是極其困難的,必須采用精餾塔多級蒸發(fā),單就設(shè)備投資和能耗來講,實驗室規(guī)?;蛏a(chǎn)規(guī)模的廢液回收處理已經(jīng)是得不償失。其實,我們沒有必要得到純的物質(zhì)。
14 問:反相色譜分離純化后,怎樣除去流動相產(chǎn)品中的TFA和乙腈或其他雜質(zhì)?
答: TFA是反相色譜分離中常用的添加劑。可以用凍干的辦法去除,國外許多文獻(xiàn)是這樣報道的。還可以試試離子交換、凝膠層析、甚至透析和超濾,其中,離子交換層析效果比較好,還可以起到濃縮樣品的作用。
首先,凍干的辦法應(yīng)該可以幾乎*地除去TFA和乙腈,藥物實驗前先檢測一下凍干品中的殘留量,只要不超過允許范圍,這種辦法是zuizui簡單、有效的。
其次,如果你的藥物的分裝量不大的話(<100ug),建議你用離子交換層析,裝一個小一點(diǎn)兒的柱子,讓含鹽洗脫峰的蛋白濃度達(dá)10mg/ml以上,稀釋后*符合試驗要求。如果用分子篩,考慮稀釋,也先過一個離子交換。此外可以試試疏水層析。如果產(chǎn)品是堿的話,可能會形成TFA鹽,這樣通過上述方法就無法除去。一般可以用堿水洗,然后將產(chǎn)品萃取出來?;蛘咴诶锩婕尤胍欢康柠}酸,再干燥后形成鹽酸鹽。
15 問:同一種填料的分析柱、制備柱按線形放大公式套,分離度會不會變化?
答:一般會有一定的變化,原因有以下幾點(diǎn)
(1) 制備柱的裝填是否均勻,如不均勻則可能產(chǎn)生渦流擴(kuò)散使各個組分的經(jīng)過通道的直徑不同、阻力不一樣,停留時間不同,色譜峰可能變寬。
(2) 如果樣品在流動相中溶解度小,在制備色譜上會有不同的峰展寬。
(3)如果樣品在分析柱上有展寬或拖尾的現(xiàn)象,放大到制備柱上后峰的展寬和拖尾經(jīng)常會非常嚴(yán)重,導(dǎo)致分離失敗。
16 問:制備色譜柱如何測柱效?
答:可以選擇幾種物質(zhì),苯,甲苯,萘、蒽等的衍生物上柱,流動相一般用65-80%的甲醇/水,測定后根據(jù)保留時間計算塔板數(shù)。由于制備色譜的管路死體積一般比較大,很難得到和供應(yīng)商相同的柱效。建議在制備柱開始使用時在自己的色譜上測一下柱效,然后定期檢測柱效進(jìn)行以進(jìn)行比較。
17 問:反相色譜分離后,如何快速從流動相中得到產(chǎn)品?
答:可以考慮先在低溫下,減壓旋蒸除去其中的有機(jī)溶劑,然后用萃取的方法(如乙醚、氯仿萃取等)把產(chǎn)品萃取出來,然后再低溫再旋蒸,這樣,就可以不將溫度升得很高而得到產(chǎn)品。
如果要直接蒸掉流動相,水泵的真空度要注意(要檢查氣密性),否則蒸水會很慢。一般比較好的泵在60-70度即可蒸掉水,如果泵的真空度不好,可能需要80-90度才行,這樣容易暴沸導(dǎo)致樣品損失。另為,溫度太高可能引起物質(zhì)變性。