色谱柱规范化管理和保养的经验
高效液相色谱法是20世纪70年代急剧发展起来的一项高效、快速的分离、分析技术。液相色谱法是指流动相为液相的色谱技术,在经典的液相色谱法基础上,引入气相色谱法理论,在技术上采用高压泵、高效固定相和高灵敏度检测器,实现了分析速度快、分析效率高和操作自动化,它具有高压、高速、高效、高灵敏度等特点。它是用高压输液泵将具有不同极性的单一溶剂或不同比例的混合溶剂,缓冲液等流动相泵入装有固定相的色谱柱,经进样阀注入供试品,由流动相带入柱内,在柱内各成分被分离后依次进入检测器,色谱信号由记录仪、积分仪或色谱工作站记录。
高效色谱柱是高效液相色谱的心脏,在高效液相色谱仪的使用中,保持色谱柱的柱效、容量和渗透特性,延长柱子的使用寿命非常重要。色谱柱使用时间后就会出现柱压升高、柱效降低、峰形畸变和分离度降低、保留时间改变等变化,如不采取措施,将会缩短色谱柱的使用寿命,影响工作效率,并造成一定的经济损失。因此,有必要加强和规范色谱柱的管理,从而延长
色谱柱的使用寿命。本文从影响色谱柱使用寿命的几个因素出发,从管理的角度,探讨色谱柱的维护与保养。
1 色谱柱的类型
常用的色谱柱填充剂有硅胶和化学键合硅胶、离子交换树脂、凝胶或玻璃微球等填充剂。在化学键合硅胶中以十六烷基硅烷键合硅胶常用,辛基硅烷键合硅胶次之,氰基或氨基键合硅胶也有使用。近年来,由于蛋白质等生物大分子物质分离提纯技术的飞速发展,离子交换色谱柱、凝胶色谱柱的应用也越来越广。
2 影响色谱柱使用寿命的因素
2.1 流动相
在以水溶液为流动相时,水溶液中的微生物例如细菌容易生长,当用水溶液或有机酸缓冲液保护柱子时,一些霉菌可能在色谱柱中滋生,堵塞固定相颗粒间的空隙。由于湿法填充技术的问世,目前普遍使用的色谱柱填料直径一般都小于10um,流动相中的颗粒杂质很容易先沉积在柱头然后慢慢堵塞柱子。流动相的pH值对色谱柱也有影响,特别是对化学键合硅胶填料,水溶液的pH最适范围在2~7.5之间,当pH>8时,硅胶会释出生成絮状物堵塞柱子,且难以复原,柱效很快降低,甚至完全失效。当在缓冲液中加入有机溶剂例如甲醇或乙腈时,盐类的溶解度下降,会析出盐沉淀,堵塞柱子。同时流动相中的有机溶剂和盐会腐蚀色谱柱头的筛板,产生柱头凹陷。流动相的极性对柱子也有一定影响,对于硅胶柱,甲醇、水、冰乙酸等极性较大物质会破坏填料,反之,对于化学键合硅胶,极性小的物质如正丁醇、二氯甲烷等也起同样的作用。碱性溶液会破坏阳离子交换树脂色谱柱,而酸性溶液容易损坏阴离子交换树脂柱。
2.2 样品和固定相
如果有少量或微量的样品不能够溶解在流动相中,在通过固定相会堵塞柱子。样品中的颗粒杂质也会堵塞柱子。样品组分例如糖、蛋白质等通过柱子时会产生不可逆吸附,这样固定相的活性点被覆盖。样品组分还会与固定相产生反应,尤其是对于氨基柱的影响较为严重,因为氨基易与酐、酮形成希夫(Schiff)缩合而减少活性点,使保留时间缩短。色谱柱键合相基团脱落、固定相分解和活性基团变性以及会影响柱效和保留时间的显著改变。大多数键合相都是通过硅氧硅键(Si-O-Si)连接在硅基质上,形成带有有机基团的固定相Si-O-Si-R(R为CnH2n+1),硅氧硅键可能在水溶液中水解而断裂,使键合基团脱落。
3 高效液相色谱柱的管理
3.1 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。
3.2 色谱柱的保养
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。
样品和流动相的处理:溶解的样品进样前用滤膜过滤,以除去不溶物。如果必要,需进行样品的预处理。流动相中如有不纯物质将影响柱效,所以溶剂尽量使用色谱级别的,至少是分析纯级别,流动相使用前用微孔薄膜过滤。在流动相的输液管前安装过滤器。过滤器定期用甲醇超声清洗,如果效果不好,可用10%的稀硝酸浸泡清洗。对于堵塞严重的过滤器,可在火焰上灼烧后再清洗。
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。
常规处理:硅胶、氧化铝、极性键合相色谱柱每一次用完后用低流速长时间的二氯甲烷或正己烷等溶剂冲洗;键合相硅胶色谱柱、离子交换色谱柱和凝胶色谱柱先用蒸馏水冲洗,再用甲醇冲洗,然后用甲醇与蒸馏水以一定比例混合的溶液冲洗后过夜。
对于已使用一段时间后柱效下降的色谱柱可按以下方法进行再生。再生处理包括活化(右→左)和净化(左→右)两种。硅胶、氧化铝、极性键合相色谱柱按下列顺序冲洗:三甲基戊烷或己烷←→三氯乙烷←→乙酸乙脂←→丙酮←→乙醇←→水。键合相硅胶柱:蒸馏水←→甲醇(冲洗过程中可加入少量二甲基甲酰胺)。离子交换树脂柱:高浓度的NaCl溶液(1-2molL的NaCl溶液)可使大部分树脂再生,油脂等少数与树脂紧密结合的物质可用低浓度碱溶液(如0.1molL的NaOH溶液)冲洗,酸性有机物吸附在固定相的用低pH缓冲液冲洗,碱性有机物用高pH缓冲液冲洗,然后再用蒸馏水←→甲醇←→二氯甲烷←→甲醇←→蒸馏水冲洗。凝胶色谱柱:由于凝胶色谱柱是根据被分离物质的分子量大小而分离物质,通常用稀的氢氧化钠或非离子型去垢剂(0.2%-1%NP-40或Lubrol)冲洗可除去大部分的结合物质,如果一些污染物仍然不能清除时,用24%或30%乙腈冲洗过夜可除去疏水蛋白,用30%-50%乙酸可除去亲水蛋白,用蛋白水解酶处理可分解凝胶中剩余的痕量胃蛋白酶,然后再用蒸馏水←→甲醇←→蒸馏水冲洗。
已污染的色谱柱的处理:因保留强的物质污染,流动相或样品中不溶物沉积于柱头,可用下列方法洗涤:去除脂类可用四氢呋喃、乙腈或甲醇洗涤;去除蛋白质可用乙腈、丙醇和1%三氯乙酸进行梯度洗脱;一些高疏水性化合物可用乙腈或甲醇洗脱,同时反复注入100-200ml的四氢呋喃。
柱头处理:对于柱头堵塞污染严重的情况而且用溶剂冲洗无效的色谱柱,只有打开柱子去除柱顶的填料重装:先拆下不锈钢烧结过滤器,检查柱床,常见凹陷或受污染的带色填料,剔去不规则床层和带色填料,使柱床显白色并完全水平,再用甲醇作糊状填料匀浆液,将糊状填料匀浆液滴在柱上靠重力从匀浆液中排出甲醇液,重复直到填料水平。
柱子的贮存:首先柱子必须清洗干净后才能贮存,柱子不能贮存在水或水性溶剂中,否则会引起微生物的滋生。极性色谱柱可用适当溶剂如二氯甲烷冲洗;键合相色谱柱用甲醇冲洗;阴离子交换色谱柱用0.002%洗必泰(双氯苯双胍己烷)的缓冲液冲洗,阳离子交换色谱柱用0.005%硫柳汞缓冲液冲洗;凝胶色谱柱用。
【导读】凝胶过滤色谱柱用于体积排阻层析 体积排阻，也叫凝胶过滤,根据物质尺寸大小的不同分离。如果分子的尺寸大于树脂的最大孔径，这种分子就不能进入树脂颗粒内部，它所经过的有效体积最小，最先从洗脱液中流出。
凝胶过滤色谱柱用于体积排阻层析
体积排阻，也叫凝胶过滤,根据物质尺寸大小的不同分离。如果分子的尺寸大于树脂的最大孔径，这种分子就不能进入树脂颗粒内部，它所经过的有效体积最小，最先从洗脱液中流出。而小分子能够进入树脂的孔道中，经过的有效体积比较大，从洗脱液中流出较晚，分子量越小，流出越晚。
体积排阻层析可以用于纯化的第一步，按分子量大小将产品粗分；也可以用作纯化的中间步骤来改换缓冲液或脱盐，或用于纯化的最后一步来去除杂质，精制产品。
体积排阻层析树脂有预先设定的排阻极限，排阻极限由树脂本身的最大孔径和孔径分布范围决定。MKF有机凝胶型大孔填料规格有：7-10μm超细颗粒，具有很高的分辨率；20μm，40μm中等颗粒，用于制备型的纯化步骤；60-80μm较粗颗粒，用于经济型制备的纯化步骤；100-150μm粗颗粒，用于产物的大规模捕获。
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1．防止缓冲溶液和水溶液流动相产生微生物，做到流动相用多少配多少，或在水流动相中加200ppm的叠氮钠以抑制细菌成长（一定当心其毒性和潜在的爆炸性）；或在流动相中加20%的有机改性剂，也可抑制微生物生长，有机改性剂还有助于流动相脱气。
2．尽可能将色谱柱贮存于100%有机溶剂（乙晴可以）中，避免在缓冲溶液中保存。
3．使用缓冲溶液后的色谱柱，应用15～20倍柱体积的不含缓冲剂的同种水—有机溶剂流动相冲洗色谱柱，后换成100%有机溶剂储存。
4．避免用纯净水冲洗键合致密的C18柱。
5．将色谱柱的两端用堵头拧好，以免柱床填料干裂。
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