一、色谱柱的管理
制定色谱柱管理的标准操作规程并严格执行。每一根新购进的色谱柱必须造册登记,内容包括:生产公司、品名、型号、规格、购进时间、启用时间、单价、柱内保护溶液等。色谱柱分类存放,硅胶柱、化学键合硅胶柱、氰基或氨基柱、离子交换树脂柱、凝胶柱各用一个色谱柱盒,盒上贴上标签,注明类别。随柱说明书装入密实袋附在登记本上。每启用一根色谱柱,在色谱柱上贴上标签,注明启用日期。每根柱子每两个月保养一次,特别是对于一些使用频率少的柱子,因为放置时间长,容易干柱,每一次做好保养记录。对于确已失效的柱子,做好停用记录,不能随意丢弃,专门存放,如果现用的柱子的填料需要填补,可以用存放的柱子的填料。在从事生产的单位的质检部门,对于使用时间较长柱效降低的柱子,可把它用于检测产品的中间体。
二、液相色谱柱的使用
色谱柱在使用前,可以进行柱的性能测试,并将结果保存起来,作为今后评价柱性能变化的参考。在做柱性能测试时要按照色谱柱出厂报告中的条件进行(出厂测试所使用的条件是较佳条件),只有这样,测得的结果才有可比性。但要注意:柱性能可能由于所使用的样品、流动相、柱温等条件的差异而有所不同。
1.样品前处理
a、可以使用流动相溶解样品。
b、使用预处理柱除去样品中的强极性或与柱填料产生不可逆吸附的杂质。
c、使用 0.45µm 的过滤膜过滤除去微粒杂质。
2.流动相的配置
液相色谱是样品组分在柱填料与流动相之间质量交换而达到分离的目的,因此要求流动相具备以下的特点:
a、流动相对样品具有一定的溶解能力,保证样品组分不会沉淀在柱中(或长时间保留在柱中)。
b、流动相与样品不产生化学反应
c、流动相的黏度要尽量小,以便得到好的分离效果;降低柱压降,延长泵的使用寿命(可运用提高温度的方法降低流动相的黏度)。
d、流动相的物化性质要与使用的检测器相适应。如使用UV检测器,可以使用对紫外吸收较低的溶剂配制。
e、流动相沸点不要太低,否则容易产生气泡,导致实验无法进行。
f、在流动相配制好后,一定要进行脱气。除去溶解在流动相中的微量气体既有利于检测,还可以防止流动相中的微量氧与样品发生作用。
3、流动相流速的选择
因柱效是柱中流动相线性流速的函数,使用不同的流速可得到不同的柱效。对于一根特定的色谱柱,要追求较佳柱效,可以使用较佳流速。对内径为4.6mm的色谱柱,流速一般选择 1ml/min,对于内径为 4.0mm 柱,流速 0.8ml/min 为佳。
当选用较佳流速时,分析时间可能延长。可采用改变流动相的洗涤强度的方法以缩短分析时间(如使用反相柱时,可适当增加甲醇或乙腈的含量)。
注意:
a.流动相要求使用 0.45 µm 滤膜过滤,除去微粒杂质。
b.使用 HPLC 级溶剂配制流动相,使用合适的流动相可延长色谱柱的使用寿命,提高柱性能。
4.流动相平衡:
a、在进行样品检测前,至少使用 20 倍柱体积流动相使色谱柱充分平衡。流动相一定要使用色谱级别的溶剂。如使用水相的缓冲液应当天配制以保持新鲜避免细菌产生。
b、流动相使用前需用微孔滤膜过滤,消除流动相中颗粒对色谱系统和色谱柱的损坏。缓冲液与其他流动相混合后应重新过滤避免溶解度变化造成产生新的沉淀。不应使用纯水作为流动相冲洗 C18 色谱柱,以免柱性能损坏(添加 5%的有机溶剂冲洗色谱柱,同时可以达到对缓冲盐清洗的作用。还可以使色谱柱更容易平衡)。
c、流动相需脱气后使用,可避免因气泡导致的泵和检测器的工作不正常。如果测试时使用的流动相与色谱柱保存使用的流动相有较大区别,应该使用过度分布的形式进行平衡。避免由于流动相的突然变化造成柱压增加过大或流动相缓冲盐结晶造成对色谱柱和仪器系统的损坏。正相色谱柱比反相色谱柱需要更长的平衡时间。
5.色谱柱的使用
(1)柱子在装卸、更换时,动作要轻,接头拧紧要适度。必须防止较强的机械振动,以免柱床产生空隙。
(2)如果仪器用来做常规分析,样品种类有限,但分析次数多,则不妨为每一类常规分析配置一根专用柱,这样有助于延长柱子的寿命。
(3)避免压力和温度的急剧变化及任何机械震动。温度的突然变化或者使色谱柱从高处掉下都会影响柱内的填充状况;柱压的突然升高或降低也会冲动柱内填料,因此在调节流速时应该缓慢进行,在阀进样时阀的转动不能过缓。
(4)应逐渐改变溶剂的组成,特别是反相色谱中,不应直接从有机溶剂改变为全部是水,反之亦然。大多数反相色谱柱的 pH 稳定范围是 2-7.5,尽量不超过该色谱柱的 pH 范围
(5)如使用柱温控制装置时,应注意在通人流动相后才能升温。
(6)一般说来色谱柱不能反冲,只有生产者指明该柱可以反冲时,才可以反冲除去留在柱头的杂质。否则反冲会迅速降低柱效。
(7)选择使用适宜的流动相,以避免固定相被破坏。有时可以在进样器前面连接一个预柱,分析柱是键合硅胶时,预柱为硅胶,可使流动相在进入分析柱之前预先被硅胶“饱和”,避免分析柱中的硅胶基质被溶解。
(8)避免将基质复杂的样品尤其是生物样品直接注人柱内,需要对样品进行预处理或者在进样器和色谱柱之间连接一个保护柱。保护柱一般是填有相似固定相的短柱。保护柱可以而且应该经常更换。
(9)经常用强溶剂冲洗色谱柱,清除保留在柱内的杂质。在进行清洗时,对流路系统中流动相的置换应以相混溶的溶剂逐渐过渡,每种流动相的体积应是柱体积的 20 倍左右,即常规分析需要 50-75mL。
(10)保存色谱柱时应将柱内充满乙腈或甲醇,柱接头要拧紧,防止溶剂挥发干燥。绝对禁止将缓冲溶液留在柱内静置过夜或更长时间。
(11)色谱柱使用过程中,如果压力升高,一种可能是烧结滤片被堵塞,这时应更换滤片或将其取出进行清洗;另一种可能是大分子进人柱内,使柱头被污染;如果柱效降低或色谱峰变形,则可能柱头出现塌陷,死体积增大。
(12)在完成分离分析工作之后,不应立即停机,需及时对色谱分析系统进行冲洗,一般 0.5h 以上,以除去色谱柱内的杂质。
(13)如果使用的流动相中含有缓冲盐,应注意用纯水"过渡"即每天分析开始前必须先用纯水冲洗 30 分钟以上再用缓冲盐流动相平衡;分析结束后必须先用纯水冲洗 30 分钟以上除去缓冲盐之后再用甲醇冲洗 30 分钟保护柱子。
三、色谱柱的保养和再生清洗
色谱柱使用一段时间后,常遇到柱子被污染,柱效会有一定程度的下降,采用适当的方法对色谱柱进行保护,可以延长色谱柱的使用寿命。
保护柱(预柱)的使用:对于较昂贵的色谱柱,可以在柱前加一保护柱,防止样品中杂质污染分析柱,对于制备柱,因其进样量大,使用保护柱尤为重要。
再生处理包括正反两种顺序:
硅胶柱(未键合):正己烷←→二氯甲烷←→异丙醇
硅胶基质非极性键合相(C18, C8, C4, C2, C1, PHENYL, CN, NH2):95%水/ 5%乙腈(甲醇)←→乙腈(甲醇)←→ THF;(含蛋白污染物)B 从 10%到 90%的梯度,A=0.1%TFA水溶液,B=0.1%TFA 乙腈溶液
硅胶基质极性键合相(CN,NH2,DIOL 等):氯仿←→异丙醇←→二氯甲烷←→庚烷
离子交换树脂柱(SCX/SAX 等):一般采用高浓度(1-2molL)的 NaCl 溶液
油脂等物质可用低浓度碱溶液(如 0.1molL 的 NaOH 溶液)冲洗
酸性有机物用低 pH 缓冲液冲洗
碱性有机物用高 pH 缓冲液冲洗,再用蒸馏水←→甲醇←→二氯甲烷冲洗。
凝胶色谱柱(GPC/GFC 等):通常用稀的氢氧化钠或非离子型去垢剂冲洗
疏水蛋白可用 24%或 30%乙腈冲洗过夜除去
亲水蛋白可用 30%-50%乙酸除去
痕量胃蛋白酶可用蛋白水解酶处理分解,再用蒸馏水←→甲醇←→蒸馏水冲洗。
建议清洗柱子的其他条件:
溶剂体积:推荐使用柱体积的 10-20 倍
流速:推荐使用常规流速的 1/5-1/2
不同流动相转换:推荐换相时浓度梯度由小到大
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贮液装置、高压输液泵、过滤器、脱气装置等
1. 贮液器:贮液器用于存放溶剂。溶剂必须很纯,贮液器材料要耐腐蚀,对溶剂呈惰性。贮液器应配有溶剂过滤器,以防止活动相中的颗粒进进泵内。溶剂过滤器一般用耐腐蚀的镍合金制成,空隙大小一般为2mm。
2. 脱气装置:脱气的目的是为了防止活动相从高压柱内流出时,开释出气泡进进检测器而使噪声剧增,甚至不能正常检测。
3. 高压输液泵 高压输液泵是高效液相色谱仪的重要部件,是驱动溶剂和样品通过色谱柱和检测系统的高压源,其性能好坏直接影响分析结果的可靠性。
对高压泵的基本要求是:
①流量稳定;②输出压力高,最高输出压力为50Mpa;③流量范围宽,可在0.01~10ml/min范围任选。④耐酸、碱、缓冲液腐蚀。⑤压力波动小。
2. 梯度洗脱装置 梯度洗脱是利用两种或两种以上的溶剂,按照一定时间程序连续或阶段地改变配比浓度,以达到改变活动相极性、离子强度或pH值,从而进步洗脱能力,改善分离的一种有效方法。当一个样品混合物的容量因子是范围很宽,用等度洗脱时间太长,且后出的峰形扁平不便检测时,用梯度洗脱可以改善峰形、并缩短分离时间。HPLC的梯度洗脱与GC的程序升温相似,可以缩短分析时间,进步分离效果。使所有的峰都处于较佳分离状态,而且峰形尖而窄。
二. 进样器
进样器一般要求密封性好,死体积小,重复性好,保证中心进样,进样时对色谱系统的压力和流量波动小,并便于实现自动化。
高压进样阀是目前广泛采用的一种方式。阀的种类很多,有六通阀、四通阀,双路阀等。以六通进样阀较为常用。
三.分离系统
色谱分离系统包括色谱柱、固定相和活动相。色谱柱是其核心部分,柱应具备耐高压、耐腐蚀、抗氧化、密封不漏液和柱内死体积小、柱效高、柱容量大、分析速度快、柱寿命长的要求。通常采用优质不锈钢管制成。
色谱柱按内径不同可分为常规柱、快速柱和微量柱三类。
常规分析柱柱长一般为10~25cm,内径4 ~ 5mm,固定相颗粒直径为 5 ~ 10 mm。为了保护分析柱不受污染,一般在分析柱前加一短柱,约数厘米长,称为保护柱。
(微量分析柱内径小于l mm,凝胶色谱往内径3~12 mm,制备往内径较大,可达25 mm以上。)
四. 检测系统
检测器的作用是将柱流出物中样品组成和含量的变化转化为可供检测的信号,常用检测器有紫外吸收、荧光、示差折光、化学发光等。
高效液相色谱仪是实验中常见的仪器之一,色谱柱的灵敏度是确保实验准确性的重要原因,那么当色谱柱的灵敏度不够时,我们该如何去解决呢?应该从以下几个方面去分析:
1、样品量不足:解决办法为增加样品量
2、样品未从柱子中流出:可根据样品的化学性质改变流动相或柱子
3、样品与检测器不匹配:根据样品化学性质调整波长或改换检测器
4、检测器衰减太多:调整衰减即可。
5、检测器时间常数太大:解决办法为降低时间参数
6、检测器池窗污染:解决办法为清洗池窗。
7、检测池中有气泡:解决办法为排气。
8、记录仪测压范围不当:调整电压范围即可。
9、流动相流量不合适:调整流速即可。
10、检测器与记录仪超出校正曲线:解决办法为检查记录仪与检测器,重作校正曲线。
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