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质谱入门

SPE入门指南(固相萃取)

SPE——通过固相萃取进行样品富集和纯化

常规反相色谱柱安装及使用维护指南

制备型SFC初学者指南

制备型SFC应用纪要列表

以下是可从沃特世网站获取的制备型SFC应用纪要和海报列表及相应的链接。

  • 利用SFE和SFC提取和分离五味子提取物中的天然产物(720005448ZH)
  • 使用制备型SFC分离市售杀菌剂制剂中的痕量杂质用于结构解析(720005347ZH)
  • 采用ACQUITY UPC2分离甲霜灵对映体,并应用Investigator SFC系统进行小规模纯化(720005312ZH)
  • 利用超高效合相色谱(UPC2)和制备型超临界流体色谱(Prep SFC)提高安卓奎诺尔的纯化效率(720004798ZH)
  • 利用ACQUITY UPC2和Prep 80q SFC系统演示手性分离的放大和纯化(720005475ZH)
  • 使用SFC/ELSD分析和纯化葫芦巴种子提取物中的非对映体类固醇皂苷(720004208EN)
  • 采用SFC快速纯化短半衰期计算机断层扫描(PET)试剂(720004207EN)
  • 使用ACQUITY UPC2系统分离环金属铱(III)配合物异构体(720004503ZH)
  • 通过SFE-SFC工作流程纯化香草豆中的香草醛(720005457ZH)
  • 采用超临界流体技术对当归根进行提取、纯化和分析(海报
  • 采用SFE-SFC工作流程分离天然产物中的风味物质(海报
  • 如需相关应用纪要和参考文献的更多信息,请访问www.waters.com ,在搜索框中输入蓝色的参考文献编号进行搜索。

结语

纯化或杂质去除对于各个工业市场的众多实验室应用工作流程而言都是非常重要的环节。色谱纯化法是获取纯样品十分常用且十分有效的手段之一。为了实现生产效率尽可能增大,人们不断改进制备型色谱技术,旨在提高纯化速度和简化操作。以超临界CO2作为流动相主要组分的制备型超临界流体色谱(Prep SFC)就是这样一项技术。近年来,为精简纯化工作流程而设计的先进仪器和色谱柱填料不断涌现。

与液相分离技术相比,Prep SFC不仅拥有众多优势,而且是制备型RPLC的正交解决方案。SFC运用正相色谱原理且选择性与之相当,但更易于使用。不同于传统色谱,SFC的有机溶剂用量大幅减少,原因是流动相中的非极性(“弱”)组分(例如正己烷和庚烷)被CO2所替代。其尤为显著大的优势就是能够节省溶剂和提高生产效率,这都得益于以超临界CO2为基础的流动相。

SFC通过调控超临界流体流动相的密度和组成来分离化合物。流动相的高扩散性极大提高了分离效率,而低粘度使得该方法可采用更高的流速,从而在缩短运行时间的同时提高分离度。此外,SFC可兼容多种固定相和有机溶剂,为色谱工作者带来尽可能宽的选择性范围,覆盖所有现有分离技术的选择性。

本初学者指南介绍了Prep SFC技术,旨在加深用户对该技术的理解,具体内容包括仪器注意事项、应用范围、方法开发以及整体纯化流程。介绍这些原理的目的是协助用户在自已的应用和工作流程中更熟练地运用SFC技术。

附录A:CO2来源

CO2易于从其它工业工艺中回收,因此价格相对低廉,这也意味着它对环境CO2水平的影响是中性影响。不过,CO2的来源及其在应用于任何SFx流程(或具体而言,Prep SFC)之前的处理方式对于该技术是否能成功应用非常重要。这实际上涉及两个要素,一是CO2纯度,二是CO2的输送状态。

CO2纯度

可用的CO2分为多个级别:工业级(低级)、饮料级(中级)和医药级(高级)。品质较好的医药级CO2价格较高。特定CO2来源中所含杂质的数量根据行业不同而异,因此,供应商应选择十分洁净的CO2来源用于产品生产,这一点非常重要。如今非常常用的CO2来源是乙醇生产中的发酵工序。这是十分洁净的CO2来源之一,但其含水量较高,而且可能含有氨等杂质。对SFC用户来说,与供货商密切合作,确保CO2纯度满足应用需求至关重要。

液态CO2输送

在SFC中,CO2通常以液态形式被输入泵中,因为泵送液态CO2比泵送气体更加高效。小型SFC系统使用带内插管的杜瓦罐在高压(>55 bar)条件下将液态CO2从杜瓦罐底部抽出,该装置适用于大部分分析型至半制备型SFC系统。采用大型Prep SFC仪器或多台装置的实验室则使用某种批量输送系统。上述系统的CO2气体由杜瓦瓶或外部储气罐等低压供气装置提供,然后CO2被加压至所需高压,以便高效泵送。许多SFC系统的前端还配备有冷却装置,其作用是进一步增大CO2密度,确保CO2以液态状态输送至泵中。

附录B:CO2回收

Prep SFC的优势之一是减压膨胀后对大部分化合物都不再具有溶解能力。正因如此,在大多数情况下,馏分收集完成后排出的CO2纯度极高。这些CO2可回收再利用,该过程称为CO2回收。与CO2大批量输送系统类似,CO2循环器先收集系统排出的低压CO2,将其冷却并重新加压后送回泵送系统。该过程可减少Prep SFC(和SFE)应用所需的CO2量及其成本。

但需要注意的是,如果操作不当,CO2回收会导致化合物或样品残留进入泵送系统。因此,应谨遵所有操作说明和“最佳使用”建议。例如,很多情况下产生残留的原因都是与循环器相连的系统减压过快,没有采取控制措缓慢降低背压。此外,充分控制收集系统压力也很重要,因为这能确保CO2在被回收之前与所有溶剂彻底分离。

附录C:适当通风和实验室监控

由于Prep SFC(以及所有SFx)设备都使用高压CO2作为主要溶剂,进行适当通风和空气监控极为重要。所有像CO2这样的可膨胀高压流体都存在两个基本安全隐患。出现泄漏或其它密封问题时,CO2会发生膨胀,与此同时将空间内的空气(氧气)“赶走”,造成窒息危险。通常只有在大量CO2剧烈释放时才会出现该问题。此外,在某些情况下,溶解在CO2中的溶剂或化学物质会形成气溶胶,从而增大相关人员与这些化学物质接触的风险。现代SFC系统在设计时已经考虑了降低上述风险的问题;但实验室通风仍须确保足够的空气交换,以防止上述情况发生。

与任何其它实验室应用一样,操作SFC时应小心谨慎并遵守所有与仪器安全操作相关的规程。对于SFC,这通常包括在松开任何接头之前先缓慢降低系统压力,以及确保流路开启以及管道规格适宜,以适配所需流速等等。最后,包括收集瓶、进样器、爆破片和废液管在内的所有系统出口都必须正确地接入通风橱或连通至工作空间/建筑外部的负压通风管线。许多用户都将上述系统放置在步入式通风橱内,以防止人员接触到化学物质或实验室空间内CO2水平升高。

为保证安全,建议执行空气质量监测。部分仪器内置CO2监测器,可在CO2达到特定浓度时发出警报并停用泵,但并非所有设备都如此。因此,上述仪器的所有工作空间内都应设置CO2监测器。此外,还应监测空气质量,测定空气中是否存在大量使用的助溶剂(例如甲醇)以及氧气浓度。如前所述,CO2膨胀后会取代房间中的空气,在无任何明显征兆的情况下导致人员窒息,因此监测氧气浓度也是非常重要的安全措施。

术语

Joule-Thomson冷却效应 – 真实气体或液体通过阀或开口膨胀后温度降低的现象。
Van Deemter曲线 – 塔板高度与流动相平均线流速的关系图。
背压 – 色谱柱之后的背压调节器处的压力,亦即由用户设置用于控制系统压力的压力值。
背压调节器(BPR) – SFC中的仪器模块,用于将系统背压控制在用户设定值。
补偿溶剂 – SFC系统中用于在CO2蒸发后辅助收集的溶剂。
超临界流体 – 流体压力和温度超过临界值之后的产物,此时气-液相界面消失。
纯度 – 馏分纯净程度,基于分析级分析确定。

等度方法 – 流动相组成在分离过程中保持恒定的色谱分析方法。
对映体 – 仅拥有一个手性中心且光学取向不同的异构体。
多步纯化 – 采用选择性不同的多种方法进行纯化,例如将两种技术联用(例如LC和SFC),或者采用不同的色谱柱(例如非手性柱和手性柱)。
发色团 – 可吸收特定频率的光的分子基团。
反相液相色谱(RPLC) – 一种广泛应用的分离技术,采用极性流动相和非极性固定相进行分离。

放大 – 将分析级方法转换为制备级方法的过程。
非对映体 – 两个手性中心的光学取向不同的异构体。
非极性 – 用于描述化合物或溶剂的极性较低,或者疏水且LogP值高。
分离度 – 两色谱峰的宽度与其之间的距离之比。
分流比 – 制备级流量中被分流器引入检测器的部分所占的比例。
分流器 – 用于将制备级流量中的一小部分送入检测器的设备,配合补偿溶剂或调节溶剂来增强信号。

改性剂 – 在SFC中,改性剂就是助溶剂或流动相的有机溶剂部分。
改性剂流进样 – 先进样至助溶剂(改性剂)流,然后再与CO2混合的进样方式。
固定相 – 色谱柱中的活性颗粒,用于进行色谱分离。
光电二极管阵列检测(PDA) – 一项二维UV检测技术,检测结果中一个坐标轴显示时间,另一个坐标轴显示UV谱扫描结果。
回收率 – 收集到的产物量占进样量或原料量的比例。

混合流进样 – 进样至预混流动相的进样方式。
基质 – 含有目标化合物或分离物的物质。
基质效应 - 由基质组分引起的检测干扰和色谱干扰。
极性 – 用于描述化合物或溶剂的极性较强,或者疏水且LogP值低。
检测器通道 – 检测或收集时可单独或同步监测的单通道。
聚焦梯度 – 基于探索梯度洗脱目标化合物时的流动相比例确定的平缓梯度,用于优化目标化合物的分离。

开床式收集 – 收集馏分所用的试管或收集瓶位于联通大气的开放式床架上的收集系统。
扩散系数 – 物质在有浓度差的两个不同体系间扩散的速率。
扩散性 – 在色谱分析中,扩散性是指物质通过扩散进出色谱柱固定相颗粒的能力,通过扩散系数来衡量。
临界点 – 流体转化为超临界流体的特定温度和压力限值。
流动相 – 用于从固定相(色谱柱)上洗脱化合物的一种或多种溶剂。

馏分分析 – 对收集到的馏分进行的定性和/或定量分析。
密度 – 单位体积物质的质量(g/L)。
平缓梯度 – 单位色谱柱体积内有机溶剂比例变化速率较慢的色谱分析方法。
前端压力 – SFC中色谱柱之前的压力(系统压力)。
亲水 – 可与水混溶或可溶解于水,极性。
亲脂 – 脂溶性,通常用于表示极性较低。

入口压力 – CO2进入泵之前的压力。
上样量 – 进样到色谱系统中的样品量。
生产效率 – 生成或纯化出终产物的速率。
收集时间延迟 – 色谱峰离开检测器,到达收集选择阀或电磁阀所需时间。
手性 – 拥有一个或多个手性中心的化合物即被视为具有“手性”,手性中心可产生互为“镜像”的光学异构体或对映体。
手性色谱柱 – 分离光学异构体(手性化合物)所需的专用色谱柱填料。
手性中心 – 一般指分子内连接有四个不同官能团的碳(C)原子。
疏水 – 不与水混溶或不溶解于水,非极性。
梯度方法 – 在定义的一段时间内流动相组成会发生变化的色谱分析方法。
梯度斜率 – 梯度中单位色谱柱体积内有机溶剂组成的变化速率。
提取 – 强制性分离或获取混合物(或基质)中的某种产物(提取物)。
体积流量控制装置 – 基于CO2体积流量(mL/min)控制流量的CO2泵。

添加剂 – 添加到流动相的助溶剂部分,用于改善色谱分析结果的酸、碱和其它化学试剂。
调节溶剂 – 配合分流器使用的溶剂,作用是增强MS检测器(QDa)信号。
通量 – 单位时间内的处理量和收集量。
系统压力 – 在液相色谱中一般指泵压,亦即SFC中的前端压力。
相分离 – 单一物质或物质组成分离为两个或两个以上的不同相。
压降 – 色谱柱中的压力下降,根据前端压力与背压之差计算。

延迟体积 – 色谱系统中,从梯度混合处到色谱柱柱头的体积。
载样量 – 色谱柱可加载的化合物量(质量),取决于色谱柱规格。
粘度 – 流体在外力作用下对抗流动的程度。
正交 – 用于描述相互独立或完全没有重叠,但覆盖整个功能范围的功能。
正相液相色谱(NPLC) – 指通常采用非极性流动相和极性固定相进行分离的分离技术。

质量流量控制装置 – 基于CO2质量流量(g/min)控制流量的CO2泵。
质谱检测(MS) – 一种基于质量数分离化合物的检测技术。
助溶剂 – SFC流动相的有机溶剂部分(溶剂B)。
柱体积 – 色谱柱“柱体”内部的体积,基于柱长和内径计算,并减去固定相体积的估计值。
柱外体积 – 进样器与检测器之间的系统体积(不含色谱柱);会影响峰质量。

柱温箱 – SFC系统中用于控制温度和切换色谱柱的加热装置。
柱效 – 色谱分析效率通过理论塔板数或塔板高度衡量,塔板高度越低柱效越高,并且可得到保留效果好的窄峰。

 

参考文献

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