色谱法
不同类型的色谱分析技术
对于分离样品而言,例如将合成混合物或生物学粗提物分离为单一组分,色谱分析技术无疑是最强大方法之一。色谱分离技术以两个相之间的物质分配为基础:有较大表面的固定相和可在固定相之间移动的流动相。
最常用的色谱分析类型是气相色谱法或液相色谱法。这两种方法的差异在于柱色谱法中流动相的物理状态不同。在气相色谱法中,以气体为流动相将样品带入固体固定相中,而液相色谱法以溶剂作为流动相。化合物与固定相之间的相互作用称为分离模式过程,这一过程受极性、分子大小或特异性结合亲和力的差异所约束。液相色谱法技术的类型取决于色谱分析方法的分离模式(表 1)。
表 1.液相色谱法类型
液相色谱法类型 | 色谱分离模式基于: |
吸附色谱法(正相和反相色谱法) | 极性 |
亲和色谱法 | 特异性结合相互作用 |
分子排阻色谱法 | 分子大小 |
离子交换色谱法 | 电荷 |
色谱纯化工作流程
吸附柱色谱法是药品、化学品、香料和其他产品典型分离和纯化工作流程的主要部分。首先,以化学方式从植物、细菌或其他生物体合成或萃取出所需物质。蒸发用于对材料进行浓缩,以简化下游处理。如果样品是不熟悉的新型材料,则需过筛以实现最佳色谱分离条件,通常采用薄层色谱法 (TLC) 或分析型高压液相色谱法 (HPLC)。一旦确定合适的条件,色谱过程将升级为制备型色谱分析。在制备型步骤中,通过快速色谱法、制备型 HPLC 或二者结合对较大量的目标化合物进行纯化。如果同时使用不同的技术,则快速色谱法用于预纯化步骤,制备型 HPLC 用于实现最终高纯度。成功分离出化合物后,通过蒸发或冻干技术执行二次浓缩步骤。此时,可以利用其他技术对化合物纯度和功能进行分析,包括熔点分析、分析型 HPLC、酶学测定或其他技术。
合成或萃取之后的完整工作流程如图 1 所示。
图 1. 一般萃取或合成工作流程中的纯化工作流程
俄罗斯-意大利籍植物学家 Mikhail Tsvet 在 100 多年前发现的吸附柱色谱法是液相色谱法的最早形式,这种色谱分析工艺最开始用于从植物中分离出颜料。从那以后,色谱分析技术快速发展,成为合成和萃取实验室使用的一种基本方法。
在吸附色谱法中,分离过程由样品组分与固定相及流动相之间的相互作用决定。具有不同化学特性(极性)的化合物对流动相和固定相表现出不同的亲和力或吸附强度。亲和力受到两种分子特征的影响:吸附和解吸附。吸附是指特定组分粘附到固定相上的能力。解吸附或溶解度是指混合物特定组分在流动相中的溶解程度。个体样品组分
在固定相中的迁移速度取决于
它们的吸附/解吸附特征,如图 2 所示。
![Chromatography_02_Figure.jpg](https://assets.buchi.com/image/upload/s--JeqV012s--/q_auto,w_1000,f_auto/v1612356152/Website/Technology/Chromatography_02_Figure.jpg)
图 2. 吸附与解吸附
快速色谱法 vs 制备型 HPLC 技术
第一篇关于使用高压的出版物发表于上世纪 70 年代末,其中所提及的方法称为快速色谱法。除此之外,人们还尝试增大分析型 HPLC 系统的尺寸,使这些系统也能用作制备型色谱分析设备(制备型 HPLC)。如今,这两种技术广泛用于不同目的:快速色谱法主要用于预纯化步骤,以适当分离度纯化较大量的样品;制备型 HPLC 的目标是在较低进样量条件下实现最高分离度(纯度)。
因此,这两种色谱分析技术的差别在于用作固定相的材料(不同粒径)、滤芯或色谱柱的尺寸(内径 (ID) 和长度)以及流动相的流速,如表 2 所示。
表 2.快速色谱法与制备型 HPLC 之间的差异
快速色谱法 | 制备型 HPLC | |
---|---|---|
粒径 | 15 – 63 µm | 5 – 15 µm |
色谱柱 ID | 12 – 115 mm | 10 – 70 mm |
流速 | 15 – 250 mL/min | 5 – 100 mL/min |
进样量 | < 300 g | < 10 g |
最大压力 | 50 bar | 300 bar |