使用UPLC技术提高生产率

整体系统设计

通过本入门教程了解的色谱原理和色谱应用方法,可明显发现,为了使分离性能最大化,不仅仅需要考虑小的填料和较高的压力。为了实现2 μm颗粒柱的色谱效益,这些色谱柱必须在特别设计的色谱仪上使用,以耐受较小颗粒所产生的压力,同时将谱带展宽最小化。常规HPLC系统不能实现这一点。

ACQUITY UPLC系统全面考虑了色谱仪和色谱柱的所有方面,通过整体化的设计途径,提高色谱分离的性能和分析数据的质量。

图50:整体设计的UPLC技术。

现在必须清楚,UPLC分离的关键点在于将色谱仪和色谱柱的性能联合考虑,要求色谱操作人员充分认识和利用亚2 μm颗粒色谱柱的分离功能。通过色谱内[柱内]外[柱外]谱带展宽的最小化,以及在小颗粒色谱柱的最佳线速度[和压力]操作使用色谱柱[图51],来达到这一目的。

图51:要实现亚2 μm 颗粒色谱的效能,LC色谱仪具有快速、较低的谱带展宽及最佳线流速操控的能力,是相当重要的。在这个示例中,使用相同的色谱条件,在充分优化的微孔HPLC色谱仪和标准的ACQUITY UPLC色谱仪上,分析4种咖啡因代谢物。效率、分离度、峰形和峰高的改善,说明UPLC技术及其整体系统设计,具有优势。

分离能力大幅增大

为了使分离能力尽可能增大,可以使用UPLC技术,将小颗粒色谱柱、升温和升压联合起来,开发超高效率的分离技术。

图52A中,单个150mm长、1.7 μm UPLC色谱柱,在90°C,塔板数低于40000。串联再增加一色谱柱,色谱柱长300 mm,塔板数达到83000[图52B]。串联增加第三支色谱柱,ACQUITY UPLC系统压力范围完全被充分利用,这时UPLC色谱柱采用1.7 μm颗粒装填,长450 mm。如图52C所示,仅在8分钟内就获得了12100块塔板的效率。

图52:应用UPLC技术,升温使塔板数大幅增大。

按照同样的道理,梯度分离的能力也能增强。在这个示例中,两根150 mm长、1.7 μm UPLC色谱柱[总长300mm]串联连接,在代谢物的鉴定中,显著增加了获取的信息[图53]。运行1小时,峰容量超过1000。完全表征尿样品的这种能力,可用于候选药物代谢物的鉴定、毒性标记的检测和鉴定,以及治疗性药物监测中毒素的检测。这样以来,分辨能力以及质谱的质量可显著提高,这样使数据分析简化,提高检测限,并增加分析的信心。

图53:将UPLC技术与升温联合使用,尽可能增大峰容积,分析糖尿样品。

HPLC和UPLC分离的单一系统

机构面临的挑战不断增大,而ACQUITY UPLC系统满足了这一要求,使他们能更快地向市场交付产品,同时维持或提高信息质量。从2004以来,无数的机构采用UPLC技术作为日常分析平台,取代常规HPLC。

当采用一种新技术,重点考虑新技术满足现有和未来要求的能力。使用UPLC技术,您能着眼于未来,利用亚2 μm色谱柱的单一出色运行系统,实现持久并稳定性运行传统的HPLC方法。这意味着,不依赖于分离需求,而利用单一技术平台,通过简单的方法转移,很容易地提高生产率。

图54是运行ACQUITY UPLC系统的示例,将其作为标准的HPLC。这是USP检测Excedrin的方法[非处方止痛药,在常规HPLC[图54A]和ACQUITY UPLC系统上运行[图54B]。色谱方法,流动相,样品和色谱柱都是从一台色谱仪转移另一台色谱仪。对同样的分析,ACQUITY UPLC系统具有优异的系统设计、更高的效率和灵敏度,并且不改变选择强度或相对保留时间。

图54:ACQUITY UPLC 色谱仪作为标准HPLC的性能。XBridge C18 4.6 x 100 mm,5 μm 色谱柱,流速为2.0 mL/min,温度 45 °C,流动相水:甲醇:乙酸的比例为 73:23:3。检测器波长为 275 nm,5 Hz, 数字过滤器 = 0.1。

 

结论

该技术入门指南为读者提供了UPLC技术依据的基本色谱原理知识。我们期望读者现在能够懂得,在色谱分离中,通过尽可能减小色谱仪和色谱柱谱带展宽,能够显著提高分离度、灵敏度和分离速度。除了尽可能小的谱带展宽,对于小颗粒色谱柱[亚2 μm],色谱系统能够在最佳线速度[和压力]下运行。设计的ACQUITY UPLC系统,满足了分离科学家目前和将来的需求。

在该入门手册中描述了数十年前对取得的理论效率和分离度进行的预测。在2004年,随着ACQUITY UPLC系统的推出,理论首次以商业化的形式变为现实。从那以后,世界范围内的大量分离科学家,使用UPLC技术,并取得实际效益。ACQUITY UPLC系统,通过提高色谱信息的质量,减少采集信息所需时间,使机构能够更加有效的管理公司资产。从而通过克服在分析分离实验室中存在的大量挑战和瓶颈,推进了机构生产效率的提高。此外,由于有机溶剂的数量明显减少,显著的降低了消耗品的费用,更短、更稳定的分离也有利于环境保护。

有意思的是,大多数主要仪器生产商,最初不重视较高压力色谱系统[认为存在安全、稳定性、样品兼容性等相关问题],现如今已承认LC平台的必要性,并自身开发各种较高压力的系统。虽然这些系统差强人意[例如,压力限较低,谱带展宽大,检测选择有限等等],但是这符合较高色谱性能的趋势,确实表明分离科学仍在前进。

 

进一步学习的参考书目:

  1. U.D. Neue, “HPLC Columns: Theory, Technology, and Practice,” Wiley-VCH [1997]
  2. J.C. Aresenault and P.D. McDonald, “Beginners Guide to Liquid Chromatography,” Waters [2009]
  3. P.D. McDonald, “The Quest for Ultra Performance in Liquid Chromatography: Origins of UPLC Technology,” Waters [2009]
  4. M.P. Balogh, “The Mass Spectrometry Primer,” Waters [2009]

 

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