1 制备色谱到底是什么?
(1)分析色谱的目的,是分析出混合物中一个(或者几个)纯物质的含量。制备色谱的目的,是从混合物中得到纯物质。
为了加快分离的时间与提高分离的效率,制备色谱的的进样品量很大,导致制备色谱柱子的分离负荷的相应加大,也就必须加大色谱柱填料,增大制备色谱的直径和长度,使用的相对多的流动相。
然而,当色谱柱上样品负载加大的时候,往往导致柱效急剧下降而得不到纯的产品。制备色谱,要解决容量与柱子效果之间的矛盾,对重现性也要考虑。从经济上来说。制备色谱要争取少用填料,少用溶剂,要尽可能多的得到产品。
(2)样品的前处理:
制备色谱柱子由于处理的样品多,比分析柱子更容易受污染,所以,必要的前处理就显得非常的必要。萃取、过滤、结晶、固相萃取等简单的分离方法,如果用得上,而且还不是很麻烦,就要尽可能多的采用以去掉杂质。
(3)制备色谱柱的材质及其特点
下面介绍一下,制备色谱柱常用的材质及其特点。
各种规格的玻璃柱子在实验室里头很容易得到,而且价格低廉,但玻璃柱子致命的弱点是它能承受的压力很小,且非常容易破碎。当由于压力太小而导致流动相流速很慢的时候,高位液面或加高压空气(或者氮气)的采用是一个简单的解决办法。在底下加真空,也能在一定程度上解决这个问题。
不锈钢柱子具有良好的耐腐蚀、抗压力性能,但其价格相对很贵。如果,只有很小的分离任务且经费也允许,市面上直径为1cm的小型制备柱就是首选。
有机玻璃柱子也能抗压力耐腐蚀,相对不锈钢柱子而言,它是半透明的,可以看到液体的运行状态,对有色的物质其特点就更为突出。
(4)固定相的选择
硅胶、键合固定相(如C18)、离子交换树脂 、聚酰胺、 氧化铝、 凝胶等都可以作为色谱柱的填料。 有不少文献报道,对填料可以进行一下处理提高了分离效果,如,对硅胶进行的硝酸银(或缓冲液)处理。
(5)装柱方法的选择:根据固定相颗粒度和柱子的尺寸,采用不同的装柱方法,往往装填越好分离效果越好。装柱效果跟填料的颗粒度关系很大,颗粒度的减少会导致装柱的难度。一般来说,颗粒直径小于20-30um的固定相采用湿法装填。所谓“敲击-装填”技术适用于颗粒直径大于25um的固定相。湿法的目的是迫使相对稀松的 固定相悬浆以高速装入色谱柱子,从而减少空隙的形成。然而,当柱直径大于20mm,所加压力为30-40bar时,高压悬浆装填技术就变得十分复杂。为将小颗粒固定相装入更大得制备型色谱柱,可采用柱长压缩技术。这种方法,先将固定相悬浆(或偶尔是干填充物)装入柱中加压,利用物理方法将其压紧。压紧的方法有两种:径向压缩和轴向压缩。 湿法装柱需要一定的设备,在柱子填完后,应用有柱效的测量,对柱效低的柱子应该重填。
(6)流动相的选择
除了和分析色谱同样的考虑外,在选用流动相时,要考虑色谱分离后面加有旋转蒸发等二次分离操作。一般来说,不宜采用高毒性溶剂,对多元溶剂要尽可能的少用。
如果产品中含有大量溶剂,溶剂的纯度也要考虑在其中。
(7)加样的方法
可以采用以下方法之一进样。-用注射器进样-用旋转阀进样-通过六通阀进样-通过主泵进样-通过辅泵进样-固体上样
(8) 泵的选用
生产制备色谱泵的厂商很多。根据有无脉冲、能承受的最大压力、控制的精度、售后服务等来选择泵。
(9)检测器的选用
一般的分析池的最大允许流速仅为5 mL/min 或者10mL/min。而专门的制备池的最大允许流速可为150mL/min。有时,采用旁路分离管,将少量流体导入分析池进行检测,是一个不错的办法,但其浓度的误差会相对较大。
(10)组分保留时间的估计
用分析柱子在同等色谱条件下(同样的固定相和流动相)测定保留时间后,按照单一组分的线流速(不是体积流速)一定,通过计算可以知道组分的大致保留时间区域。
分析谱图的峰形状,对确定保留时间也有很大的参考价值。
(11)产品的收集
手工馏分收集费时费力,自动馏分收集器有很大的方便。许多实验室和工厂都采用了馏分收集器。
(12)超载、边缘切割、中心切割、放大技术与非线性效用
在制备色谱中,因为没有必要达到分析色谱那样的分离度,可以在一定范围内大大加大进样的浓度和体积。在做分离的时候,也有一些分析色谱的时候,不能用到的技巧。因为篇幅关系,不在这里叙述。
(13)柱转换技术
通过接头或者阀门,实现柱子的简单延长,或者比较方便地实现对其中一个(或几个)组分的精制。
(14)比较新的制备色谱技术
模拟移动床可以连续进样,并可以利用边缘切割效用,而且采用了柱切换技术,能更好的利用溶剂和填料,已经应用于工业化生产。其理论和技术也日益完善。
迎头色谱、超临界流体色谱、逆流色谱环形色谱、气相制备色谱等在科研和工业生产中也得到了应用。
实验经验:
1 问: 我想购买waters600用于分析和制备,对于其配备有什么好的建议。
答:可以配一个PDA,另外加一个示差折光410,另外买几根制备柱就可以了。waters600的流速最大为20mL/min,一般可以配20mm ID的制备柱,一次分离10-100mg的样品,如果样品量更大,可以通过配件扩展到45mL/min,使用30mm ID的制备柱。另外为了保证馏分收集的准确性,最好配上Fraction II 馏分收集器。
如果样品数量很大,可以配2767 sample manager和ZQ MS, 同时做自动进样并通过MS或UV信号自动收集馏分。这样可以过夜自动运行。最大通量每天可以处理100-200个样品。
2 问: 如何用制备色谱柱制备低含量的杂质?
制备色谱柱为Zorbax SB-C18 9.4*250mm及gilson馏分收集器,色谱仪为Agilent 1100或LC-6A。想用其制备面积归一化法含量为0.05%左右的杂质,初步提纯后用高分辨的LC-MS进行定性分析。如何设定色谱条件,如流量,进样量,样品的浓度,切割点的设置,是否要浓缩,要求将95%以上的主峰切除。(主峰后有二个杂质靠得很近。)
答:制备用的流动相最好等级高一点,否则流动相中的杂质会影响LC-MS分析;使用馏分收集器时,延迟体积一定要计算精确,检测器的响应时间设到最小,否则都会影响收集的纯度和回收率。制备柱的流速一般与直径的平方成正比,如果4.6mm分析柱流速为1mL/min,9.4mm制备柱用1*(9.4/4.6)2, 大约为4ml/min。进样量设到几个mg应该基本没有过载。进样样品浓度越高越好。假如进样10mg,理论计算0.05%的杂质大约只有5ug,显然浓度太低,最好是多做几次,合并馏分然后浓缩后做LC-MS分析。
3 问: 我想用hplc分离一个简单的多肽,我应该选用什么样的流动相,还有他的梯度,还有选用什么样的柱子
答: RP-HPLC,C18柱可以制备很少量的肽。如果用RP-HPLC,首先应该用同类型的分析柱子分析一下多肽含多少杂质,设置缓缓的梯度的分离样品,在根据分析柱子跑出的峰形,逐渐放大纯化的方法。
4 问:TFA在缓冲液中是不是只起到调节pH的作用呢?TFA的浓度越高基线的漂移越厉害,那是不是说它的浓度在缓冲液pH允许的情况下越低越好呢?
答:(1)TFA起到类似离子对的作用,一般浓度在0.05-0.1%,过高的浓度,会使溶液偏酸,长时间使用可能影响柱子寿命。
(2)同时TFA可以抑制硅胶表面硅醇基,改善碱性化合物的峰型。有时0.1%TFA分离不好的话。可以考虑加大浓度到0.2%。但要注意用完后及时冲洗色谱柱。
(3)走梯度时,因为走成基线漂移,但对制备的影响不大。
5 问:样品如果溶解度太低如何上制备HPLC?
答(1) 了解一下样品的性质,根据其酸碱性,极性等性质,通过调节溶剂的pH值等, 以达到较好的溶解度
(2)样品可能某种晶型难溶,这样可以加入其他溶剂(如丙酮等)以助溶。
(3)不是一定要用流动相来溶解样品,对溶解度差的样品,可以选择甲醇,THF或DMSO等溶解样品。特别是DMSO,对一般的化合物溶解度都很好。并且在反相柱上不保留,不会造成干扰。而且DMSO的洗脱能力很弱,一般不会影响峰型。
(4) 可以固体上样。
6 问:多肽的分离制备, 如何上量?如何增大分离度?
答:反相HPLC应当是很好的分离小肽方法,用CH3CN或CH3OH:H2O(95:5)做流动相,看保留如何,若无保留,建议改用其他色谱方法进行分离。
关于多肽的分离,首先要知道它的分子量大小,然后选择不同类型的填料,如孔径的大小。我们先在分析柱(4.6MM内径)上做一下实验,找到最大的分离度,这一过程的难度是最大的,要不断地改变流动相和固定相,然后再线性或非线性放大到制备,放大的倍数按分析柱的实验结果。分离后可以通过冷冻干燥得到固体。
还可以考虑离子交换来分l离
7问: 做柱层析时(国产大孔吸附树脂),怎么才能把洗脱液中的树脂残留物处理干净?
答:大孔吸附树脂在上使用前,一般需要进行处理,方法包括用色谱纯的甲醇或乙睛洗到没有吸收;或树脂用乙醇浸泡2天,丙酮浸泡2天,然后用常规的酸,碱洗。再用丙酮回流二小时就可以用了。
8 问:由分析型液相转为制备型液相,其色谱系统需作多大调整?是否可以按照柱体积折算只改变流速?其上样量多大为宜?
答:(1)泵要换,流量要加大,压力可不变或减少;流通池要换体积更大的。
(2)整个系统的管路要更换更粗的,否则压力太大,而且特别容易发生堵塞。对流通池后的管路,最好增加反压调节器,否则管路太短的话,反压小会导致流通池气泡,管路长的话会导致峰展宽。
(3)检测器的响应时间和峰宽要设置合适,否则会导致收集时延迟体积的计算不准
(4)上样量主要根据柱子的大小、样品的浓度、制备是否根据分析条件放大(例如制备柱是否还用分析用填料);一般上样量与柱子直径的平方以及长度成正比。
9 问:流动相中含有盐时,收集液该如何除盐?选用挥发性酸,碱或盐(如醋酸铵)是否会在挥干溶剂或冻干过程中直接除去?
答:一般可以采用离子吸附的办法去掉(可以参考离子吸附有关技术)。但也是稍微麻烦的事情,最好,不加加酸碱盐,如果要加的话最好,要加挥发性的或者对产品或者检测没有干扰的。
可用G25脱盐,它是安马西亚出的一种葡聚糖凝胶。交联度大孔径小,对小分子的无机盐保留较大,而对分子量较大的有机物没有保留从而可以将盐份脱除。另外采用挥发性的酸,碱时,一般会在干燥过程中直接除去,但如果样品也有酸碱性,可能会与这些挥发性酸碱形成一定比例的盐。
10 问:制备型柱子柱压上升 柱效下降 怎么办?
答:对高价值的制备柱来讲,延长柱子寿命是很重要的。一般要注意保护柱子,一般来说,制备柱子一般需要保护柱配套。
下面是可能堵塞柱子的原因
(1) 如果您所分离的样品中杂质较多而您在上样前没有经过过滤(0.45微米),一些颗粒性杂质会积聚在柱头造成柱压升高,
(2) 也有可能是因为您所使用的流动向中含有缓冲盐的原因,结晶或发生化学变化而堵塞。可以把柱子冲一冲。
(3) 流动相是否符合液相色谱的要求?是否过滤处理?
柱子再生处理办法如下:
(1)依次用水,甲醇,四氢呋喃,氯仿,甲醇来冲洗柱子,每种溶剂5-10个柱体积。
(2)如果效果不明显,将柱子按以上顺序反冲,一般将大大降低柱子效果,不到不要没有办法才采用。
(3)如果效果还是不好,就需要打开色谱柱,超声波清洗筛片(这样也会使柱子效果下降)。必要时挖掉色谱柱内受污染部位,填入新的填料,还可用3个月。(填的时候小心,别重新污染柱子)
11 问:制备柱柱跑干了影响柱效吗?
答:如果时间不长的话,可以用流动相多冲几个小时.柱效不一定变化很大.如果时间太久,柱效一定变低. 具体造成影响有多大,要靠柱效测定来确定,而不是干柱时间的长短。如果跑干了,对于PUMP的影响可能还大些,所以最好先把管路中的空气抽走再说。
一般说来,制备柱子跑干,属于操作失当。柱子闲置不用时,最好冲入甲醇或其他有机溶剂,一定要把两头堵住密封,这样保留的时间会较长。
12 问:分析HPLC如何放大到制备型HPLC
答:在分析液相中色谱柱的典型进样量是微克级,甚至更低。样品量和固定相之比有的甚至小于1:10000。进样体积一般来说都大大小于色谱柱体积(小于1:100)。 在这种条件下,会达到很好的分离效果,峰形尖锐并且很对称。
分析系统线形放大到制备型HPLC意味着使用直径更大的制备柱、更高的流速和根据色谱柱的长度增加进样量并保持样品浓度不变。峰形仍会保持尖锐而对称。这种方法需要大型的色谱柱和大量的溶剂来分离较少的样品,但这种方法从经济上一般不合适。
在制备液相中,最大的区别就是超量进样。制备的分离峰形一般不可能仍会保持尖锐而对称,分析和制备是不同的概念。制备的首要概念是在达到纯化的基础上,降低成本,加快时间(提高效率)。一般说来,纯化的成本要高于生产粗产品的成本,所以,可以加大上样量,甚至过载,出现平头峰,而收集只集中在峰的一小部分,以来保证纯度,主要为了节省流动相和提高设备利用率。
13 问:制备纯化蛋白、多肽,耗用流动相惊人,请问这些用过的流动相(乙腈,甲醇)可以重蒸使用吗?
答:流动相用一般减压方法重蒸后,往往会形成有机溶剂和水会共沸,另外,由于减压蒸馏属于单次平衡,往往得不到100%纯度的溶剂,这会使溶剂的配置有一定困难,从而使色谱的重现性和分离度会发生一定的变化。如果要求不是很高的话,一般可以分析重蒸后馏分中的各组分含量,计算后再使用。
要通过重蒸得到纯物质是极其困难的,必须采用精馏塔多级蒸发,单就设备投资和能耗来讲,实验室规模或生产规模的废液回收处理已经是得不偿失。其实,我们没有必要得到纯的物质。
14 问:反相色谱分离纯化后,怎样除去流动相产品中的TFA和乙腈或其他杂质?
答: TFA是反相色谱分离中常用的添加剂。可以用冻干的办法去除,国外许多文献是这样报道的。还可以试试离子交换、凝胶层析、甚至透析和超滤,其中,离子交换层析效果比较好,还可以起到浓缩样品的作用。
首先,冻干的办法应该可以几乎彻底地除去TFA和乙腈,药物实验前最好先检测一下冻干品中的残留量,只要不超过允许范围,这种办法是最最简单、有效的。
其次,如果你的药物的分装量不大的话(<100ug),建议你用离子交换层析,最好装一个小一点儿的柱子,让含盐洗脱峰的蛋白浓度达10mg/ml以上,稀释后完全符合试验要求。如果用分子筛,考虑稀释,最好也先过一个离子交换。此外可以试试疏水层析。如果产品是碱的话,可能会形成TFA盐,这样通过上述方法就无法除去。一般可以用碱水洗,然后将产品萃取出来。或者在里面加入一定量的盐酸,再干燥后形成盐酸盐。
15 问:同一种填料的分析柱、制备柱按线形放大公式套,分离度会不会变化?
答:一般会有一定的变化,原因有以下几点
(1) 制备柱的装填是否均匀,如不均匀则可能产生涡流扩散使各个组分的经过通道的直径不同、阻力不一样,停留时间不同,色谱峰可能变宽。
(2) 如果样品在流动相中溶解度小,在制备色谱上会有不同的峰展宽。
(3)如果样品在分析柱上有展宽或拖尾的现象,放大到制备柱上后峰的展宽和拖尾经常会非常严重,导致分离失败。
16 问:制备色谱柱如何测柱效?
答:可以选择几种物质,苯,甲苯,萘、蒽等的衍生物上柱,流动相一般用65-80%的甲醇/水,测定后根据保留时间计算塔板数。由于制备色谱的管路死体积一般比较大,很难得到和供应商相同的柱效。建议在制备柱开始使用时在自己的色谱上测一下柱效,然后定期检测柱效进行以进行比较。
17 问:反相色谱分离后,如何快速从流动相中得到产品?
答:可以考虑先在低温下,减压旋蒸除去其中的有机溶剂,然后用萃取的方法(如***、氯仿萃取等)把产品萃取出来,然后再低温再旋蒸,这样,就可以不将温度升得很高而得到产品。
如果要直接蒸掉流动相,水泵的真空度要注意(要检查气密性),否则蒸水会很慢。一般比较好的泵在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,这样容易暴沸导致样品损失。另为,温度太高可能引起物质变性。