新高效液相色谱仪HPLC的使用及发展.docx
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新高效液相色谱仪HPLC的使用及发展
《药品生产质量管理工程》
学院:
化学科学与工程学院
专业:
无机化学
姓名:
袁晓红
学号:
12014001074
高效液相色谱仪(HPLC)的验收、使用及维护
摘要:
高效液相色谱仪在许多领域应用日益广泛,又因为它主要靠进口,价格比较昂贵,所以它的使用和维护显得十分重要。
本文阐述了从购买到安装、检测高效液相色谱仪的操作步骤及高效液相色谱仪的系统组成、各部件的功能和工作原理以及在使用过程中应注意的问题,注意维护从而达到节约仪器耗材、延长仪器使用寿命的目的。
关键词:
高效液相色谱仪;验收;使用;维护
高效液相色谱仪它是在经典液相色谱的基础上,引入气相色谱的理论和技术而发展起来的。
在高效液相色谱中,流动相与组分之间有一定的亲和力,分离过程的实现是组分、流动相和固定相三者间相互作用的结果,分离不但取决于组分和固定相的性质,还与流动相的性质密切相关,一般情况下,高效液相色谱仪的分析可在室温下进行,由于采用颗粒极细的固定相,柱内压降很大,加上流动相黏度高,因此必须采用高入口压,以此来维持一定的流动相线速。
高效液相色谱仪对于挥发性低、热稳定性差、分子量大的物质特别有利,它在医药、生化等方面具有非常重要的作用。
1.高效液相色谱仪的结构和原理
高效液相色谱仪主要贮液器、脱气器、高压泵、进样器、色谱柱和检测器等组成。
高效液相色谱法是在经典色谱法的基础上,引用了气相色谱的理论。
在技术上,流动相改为高压输送:
色谱柱是以特殊的方法用小粒径的填料填充而成,从而使柱效大大高于经典液相色谱;同时连接有高灵敏度的检测器,可对流出物进行连续精确地检测。
其工作原理如下:
首先储液器中的流动相被高压泵打入系统,样品溶液经进样器进入流动相,被流动相载入色谱柱内,由于样品溶液中的各组分在流动相和固定相中具有不同的分配系数,在两相中作相对运动时,经过反复多次的吸附一解吸的分配过程,各组分在固定相中的滞留时间有长有短,从而,按先后不同顺序从固定相中流出,通过检测器时,样品浓度被转换成信号传送到记录仪,数据通过以谱图等形式记录下来。
2.高效液相色谱仪的验收
仪器验收是一项很细致的工作。
仪器验收的目的是检查外商提供的商品是否达到了它的性能指标。
一台高效液相色谱仪到货后,首先要组织一个精悍的验收小组,由液相色谱专家、应用技术人员、电气技术人员和器材部门的代表组成。
应准备专用的记录本、详细记载验收过程中的原始记录。
整过程分数量验收、外观检查和质量验收三步。
即首先俭查货物装箱单上所开列的物件与原订货合同是否相符、核对无误后对主机和各零部件进行外观检查,仪器经过长途运输和装卸、难免有叩碰、如果防震、耐压的包装完善的话、是可以完好无损地到达用户手中的。
若发现包装破损就要注意仪器有否受损,特别对那些精密光学部件和光源有否发生位移和破碎。
仪器如无缺损、外观完好、则在仔细阅读使用说明书后即可开始质量(或性能)验收的工作。
高效液相色谱仪的主要部件有高压泵、进样阀、色谱柱、检测器、记录器和梯度装置等。
先进行单机检查、然后再联机测试单机检查是指脱开其他连接部件、单独对某一组件进行检查。
然后对整个系统联机测试。
2.1高压输液泵
主要检查其压力和流量能否达到规定的指标。
例如,指标规定该高压泵可达最高压力500公斤/厘米2“则在泵出口处接一堵头,观察泵压是否可达500公斤/厘米2“,系统的所有接头处有否渗漏象,泵密封垫圈是否可靠地工作。
目前.高压泵的流量范围一般为0.05-9.9毫升/分,须检查流量精密度和重复性。
流量精密度是指在设定流量条件下与实测流量是否相符,方法是用精密量筒和停表测定单位时间的流量,一般,在最低或最高流量条件下客易偏离原设定流量。
所谓重复性是指在不同情况下(如空载和不同柱压降)流量的变动。
这里要注意的是大多数泵的压力、流量指标分两档,即流量5毫升/分以下最高压力为500公斤/厘米2,0.05一9.9毫升/分的最高压力为250公斤/厘米2,不能要求在高流量条件下达到最高压力。
2.2检测器
2.22紫外吸收检测器
包括单波长和可变波长两类。
需要检查以下几项,
①噪音和漂移
将灵敏度放在最高档程,分别在静态和动态条件下(即没有或有流动相通过检测池)测定基线的噪音和漂移(图1),并同指标比较。
②稳定性
检测器连续工作12小时或24小时,观察基线噪音和漂移的情况。
③灵敏度自检(以LDC公司1203单波长紫外检测器为例)
将档程(RANGE)放在0.512位置,选择开并(ZERO/CHECK),放在CH-ECK,记录器应偏转满标的50%。
换句话说,从电气线路给出0.268土0.01AU的偏转值,看记录器指示是否相应偏转满标的50%。
④动态线性范围
随着样品量的改变,检测器有一个线性响应的范围(图2)有的是3个数量级,有的是4个数量级。
⑤波长精度测定
各种可变波长检测器有不同的检查方法。
例如日立200-10型分光检测器利用氖灯在656.1nm光谱线检测。
从658nm开始慢慢向短长扫描,记录仪应在656.1土0.4nm范围获得最大读数,如能重复几次即可视为达到了指标要求。
2.23杀差折光检测器
有两种。
一种是反射式示差折光检测器(例如LDC公司生产的),有两个棱镜(折光指数为1.31-1.45和1.40-1.55),根据所用溶剂和被测样品的折光指数的范围来选择。
使用前先要调整跟踪(Track),否则基线无法归零,并有显著的漂移和噪音。
跟踪调整方法可参阅说明书。
①基线噪音和漂移
示差折光检测器易受温度的影响,漂移可能会较大,可按指标要求检查。
②跨导(Span)调整
用来准确刻度示差折光单位(RIU),以便在记录仪上可直接读出RIU。
方法如下:
溶解13.33克干燥过的蔗糖于10毫升蒸馏水中。
再取出5毫升稀释至1升。
该溶液应为10-4IRU。
将该溶液注入样品池。
测量档程放在16×位置。
记录仪应偏移至满标的62.5%,如不够或超过均可调SPan电位器至该偏转位置。
另一种是偏转型示差折光检测器,范围较宽,可测折光指数1-1.75,例如日本昭和电工生产的ShodexRI,SE-51,其跨导调整稍有不同,方法如下,溶解220毫克蔗糖于10毫升脱气蒸馏水中,该溶液的折光指数同蒸馏水折光指数之差应为32×10-5RIU,将该溶液注入样品池,参比池保持蒸馏水,测量挡程放在32×位置,记录笔应偏移满标的100%,如不够,可调机,体内的SPan电位器。
动态线性范围和最小检测量并无固定指标可视需要测定。
2.24荧光检测器
目前多数是光栅自动扫描荧光检测器,其激发波长和发射波长范围为220-780nm,
①检查光栅准确度
如果氨灯作光源,样品池盛满馏水,激发波长(ExcitatonWavlength)放在O位置,发射波长(EmissionWavelength)在467nm慢慢来回转动发射波长度盘,并注意指示表的读数在最大的位置,此时发射波长应在467土5nm为合适。
反过来,发射波长放在O位置,激发波长在467nm附近慢慢来回转动,指示表在最大读数位置处,激发波长应在467士5nm。
②检查已知样品的荧光光谱
用标准样品蒽,配置0.01微/毫升的乙醇溶液,激发波长放在250nm,发射波长扫描图3。
③定量分析
配置不同浓度的硫酸奎宁0.1N硫酸溶液,在激发波长365nm和发射波长46onm条件下,作定量工作曲线(图4)检查检测器的线性响应。
还可用蒽或丹酰化氨基酸测定最小检测。
2.3进样阀
进口液相色谱仪都采用进样阀进样,其工作压力多数在150公斤/厘米2,所以,若较长时间工作在150公斤/厘米2以上极易损坏进样阀转子造成漏液。
对进样阀主要检查两项指标。
2.31定量准确性
进样阀都有固定体积的定量管(Loop)一般是10微升和20微升,可用微量注射器精确测量定量管的体积。
一次进样的绝对量是通过样品液的浓度乘上定量管体积得到的。
2.32重复性
连续几次进样,分别测得检测器的响应值(以峰高或峰面积表示),可算出均方偏差和变异系数。
2.4色谱柱
色谱柱是液相色谱仪的重要组件,在运输过程中由于振动或柱内溶剂挥发导致柱效下降、柱分离效能变差,因此,需要检查几个指标。
2.41柱效
选择一个纯净的已知样品和合适的流动相,得到样品的保留体积和半峰宽(也可取峰底宽),如每根柱子长度为25厘米,则理论塔板高度H=L/N所以H=250/7369毫米=0.034毫米
各种柱子测柱效使用的已知样品和流动相各不一样,如C18反相柱可用作萘已知样品75%甲醇﹕25%水为流动相。
2.42峰不对称性
由峰尖作垂线与底线相交,在峰高10%处截取A和B,然后计算峰对称因子B/A,一般以0.8-1.2为宜。
2.5记录仪
2.51灵敏度
有1.2.5.10.20.50.l00.500.l000毫伏各挡,分别代表满标毫伏数。
可用标准电子电位差计分别向记录仪输入上述各毫伏数,视记录笔是否满标偏移。
2.52准确度
如指标规定为满标的0.3%,则向记录仪输入某一毫伏数几次,观察满标响应值的偏差和重复性。
2.53记录纸速度
可设定某一记录纸速,如5毫米/分,在一定时间内量取走纸长度,与设定纸速比较。
还可测定不同时间内记录纸速是否均衡。
2.6梯度洗脱装置
一般,由梯度程序装置控制(图6),可作各种形式的梯度洗脱曲线。
但由于混合室以及连接管道等死体积的存在,实际的梯度曲线(即流动相组成的变化)总要比理想的滞后一段时间(图7),故应尽量减小死体积和提高溶剂混合的效率。
3.高效液相色谱仪的实验室操作流程
3.1开机步骤
(1)打开计算机后自动弹开
(2)打开色谱仪开关,进入在线工作站。
(3)预热30min即可
(4)设置泵
(5)排气泡
(6)编辑检测方法
(7)参数设定
(8)基线调节
(9)样品信息
(10)开始进样
(11)停止采样
(12)峰优化
(13)打印报告
3.2关机步骤
将手动进样器扳手扳上去,拔出进样器(自动进样器除外);停止检器和泵,退出色谱工作站;关闭液相色谱仪电源,关闭计算机。
4.高效液相色谱柱的正确使用
4.1加装保护柱
保护柱的作用是过滤掉来自流动相和样品的化学“拉圾”同时也可以有效除去流动相和样品中的不溶物。
尽管现在的色谱仪在流动相吸入口、进样阀后部以及在色谱柱的两端都装有1、2μm等不同孔径的滤器,但滤器只能除去不溶性颗粒而不能除去化学污然,因此,加装保护柱是必要的,特别是在分析中药、中成药等复杂混合物和生物样品时更是保护分析柱必不可少的措施。
保护柱填料应与分析柱一致,粒径可较分析柱大。
保护柱属消耗品,经过一定次数的样品分析(50-100次)后,出现柱压显著升高或峰形变坏或基线漂移时,应考虑更换保护柱。
4.2过滤流动相和样品
流动相通常由水或缓冲溶液与有机溶剂混合而成,原则上,所有经过色谱柱的流动相均应过滤,但在实际操作上应视具体情况而有所区别:
当有机溶剂用色谱纯级,水用石英亚沸水或其它超纯水时,在能确保水和有机溶剂的质量且没有受到污染时,过滤并无更多实际意义。
当流动相中含有缓冲盐时,则过滤是必要的,如前所述,当缓冲溶液放置一段时间(视环境温度不同而异,夏季一般不超过48h,冬季一般不超过一周)后,在使用前还应重新过滤。
所配制的样品试液在注入流路系统前均要经0.45μm(0.22μm则更好)孔径滤膜过滤。
要注意区分水系和油系,二者不可混用,以防止滤膜溶解而造成污染。
装流动相的容器和色谱系统中的在线滤器要定期清洗和更换,以避免滤器因过载而起不到过滤作用。
4.3净化样品
当样品中含有对色谱柱有损害的化学成分,如产生永久性吸附的蛋白质、糖等有机分子和强吸附性物质,以及可能对柱填料产生破坏作用的基团离子。
在进样前应尽可能对样品进行分离提纯以除去多余杂质组分。
4.4避免过高的柱压
虽然高效液相色谱柱能耐受的压可达6000psi(磅平方英寸),但过高及过大的压力变化均会缩短色谱柱的寿命,避免的方法是
(1)柱压过高时,尽可能采用较小的流速,以不超过柱最大允许压力的一半为宜。
(2)当流速较大时,应采取流速梯度的办法使流速分步到位。
(3)使用手动进样阀时,进样阀的切换要尽可能的快。
否则超过20%的压力冲击会很快使柱报废。
当使用多柱联用时,柱切换要避免在高压下进行。
4.5注意温度和酸碱度
一般以硅胶为基质的色谱柱最高使用温度不超过60℃,以低于40℃为宜,特别是在流动相pH接近使用限度时,更应降低使用温度。
温度过高会加快键合相的水解和硅胶的溶解,从而使填料性质改变,柱床塌陷,降低柱效,改变峰形。
目前的键合硅胶色谱柱标示的pH适用范围可达2-10,但在实际使用时应避免极端的pH条件,特别是在偏碱性的条件(pH≥8)下使用[4],如必须要在极端的pH条件下使用时,可通过以下方法避免柱损害:
(1)在泵和进样阀之间加装预柱(饱和柱)来饱和流动相
(2)降低使用温度(3)检验完毕后立即用与所使用的流动相互相混溶的“温和溶剂”彻底清洗。
4.6正确及时的冲洗
开始试验前,应了解柱中当前是何种溶剂。
对于新色谱柱,如无特殊说明均为评价报告中所用流动相[4]。
柱中当前溶剂一定要与分析样品所用流动相互溶,如不能混溶,要用与二者均能相互混溶的第三种溶剂过渡。
异丙醇是唯一能与各种溶剂混溶的试剂,可作为中介流动相使用。
反相键合硅胶柱适宜的保存环境是纯甲醇,如分析用流动相为缓冲液有机溶剂,可先用较低甲醇含量(<20%)的甲醇水置换掉原来的纯甲醇,再进分析用流动相,以防止在柱内发生盐的沉淀;试验结束后,要及时用适当的溶剂冲洗系统并最终过渡到纯甲醇冲洗,对于含有缓冲盐的流动相,最好的办法是先用与分析用流动相组成完全相同但不含缓冲盐的溶液进行冲洗,再逐步过渡到纯甲醇冲洗。
多数报道冲洗液体积大约为柱容积的15-20倍,但最终要以基线是否平直、压力是否稳定决定。
有些厂家的色谱柱标明了流动相中有机相的最低使用浓度为≥5%,使用时应给予注意。
5.高效液相色谱柱的维护
5.1柱的安装与拆卸
色谱柱属易耗品,需要不断更换。
高效液相色谱柱的安装是一项经验性很强的工作,在安装之前一定要仔细清洁密封卡套和接头端面,不能残留固体颗粒。
要保证管道端面与柱头端面的良好结合,不能留有死体积。
接头等组件不要拧的过紧,适当上紧后开机试验,以恰好不泄漏为宜,防止用力过大而导致管道变形或用力不足而发性泄漏,用力过大锥形卡套已将管道挤压变形,可将管道前端连同卡套切割掉,再用金钢锉小心磨平端面,洗净锉屑和毛刺后重新连接。
目前多数在用高效液相色谱仪柱前流路系统为金属材质,柱接头采用固定板手紧固,在紧固螺母时不要一下用力过猛,防止锥形卡套卡死在阴接头内无法取出。
为避免这种现象,有些厂家(如安捷伦公司)已使用有固定接头的PEEK管代替金属管,用手动紧固代替板手紧固,但要特别注意接头尺寸(口径和接口深度)的匹配。
5.2柱污染的处理
常见的柱污染有柱头烧结滤板堵塞、柱头内填料污染和柱内有盐结晶析出。
柱污染的常见症状是柱压突然升高及出现鬼峰,简单的处理是选择能溶解污染物的流动相,将色谱柱反接后进行冲洗,冲洗时柱出口端与检测器断开以防污染检测器,冲洗液体积约为20-30倍色谱柱容积。
对于一些保留强的污染物,如脂类可用四氢呋喃、乙腈或甲醇冲洗;蛋白质类可用乙腈、丙醇和1%三氯乙酸进行梯度洗脱。
另外,有些文献提出了各种填料色谱柱的再生方法[5],可参照使用。
5.3柱塌陷的处理
色谱柱经一段时间使用后,特别是流动相压力变化过大或酸碱度不当时,会发性柱头塌陷,使峰形异常(分岔)。
其处理方法是打开柱头,拆下烧结滤器,用工具小心刮平柱床端面(可同时除去少量柱头被污染的填料),用甲醇与填料混合成均浆液,将均浆液滴在柱头上,靠重力排除甲醇液,直到柱头凹陷处平整,再小心复原柱头。
带有柱套的色谱柱柱端烧结滤器是镶嵌在柱端封口塑料塞的内侧,封口塑料塞直接挤压进柱管,在拆卸时,应从侧面用金属薄片插入缝中小心撬开,不可直接用钳子拨出,以防止塑料塞受挤压而变形。
不带柱套的色谱柱由螺母直接将分配器和烧结滤片压在柱端,在取下和装上烧结滤片时一定要沿轴向进行,轻轻放入后不可再转动,以免破坏柱床。
5.4柱的贮存与管理
色谱柱长期不用时,应进行适当的处理后保存。
首先应用适合于柱填料的溶剂充分冲洗柱子,极性填料色谱柱可用二氯甲烷冲洗;键合相填料色谱柱用甲醇冲洗;阴离子交换色谱柱用洗必泰的缓冲液冲洗;阳离子交换色谱柱用硫柳汞缓冲液冲洗;凝胶色谱柱用缓冲液中加叠氮化钠或用乙醇冲洗,然后用随柱所配的封头螺帽将柱两端密封,以防止柱内溶剂蒸发[2]。
6.对本校使用高效液相色谱仪的建议
高效液相色谱仪属于精密仪器设备,未经过严格培训的人员不要使用。
操作时一定要严格按照实验步骤和仪器设备操作规程进行。
除了正确的使用外,还应建立严格的管理制度,应给每一根新购色谱柱建立柱档案,包括生产厂家、柱编号、填料类型购进时间、启用时间、保护液名称等。
在色谱柱的使用过程中,也应记录每批样品的柱压、柱效(理论板数)、每日进样次数等,以便动态的掌握色谱柱的性能变化。
最好一根柱子只用于分析某一类结构相似的物质,如化学组成明确的样品与含有未知组分的样品分开,中药样品与西药样品分开,生物合成样品与人工合成样品分开等,这样可避免样品对色谱柱的交叉污染,延长柱使用寿命。
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