在高效液相分析檢測樣品的過程中,色譜柱會受到來自于樣品及色譜系統的污染,從而導致色譜柱耐用性差、壽命縮短。
來自于色譜系統的污染主要指,HPLC儀器系統中部件磨損而產生的固體顆粒,以及流動相系統過濾不完全殘留的固體顆粒。來自于樣品的污染主要指,未完全溶解的樣品或者已完全溶解的樣品進入色譜系統中,由于樣品溶劑和流動相溶劑對樣品溶解存在的溶解度差異,導致沉淀析出污染系統。特別是對于中藥、天然產物、合成中間體及生物藥品的檢測,因基質的復雜性,色譜柱受污染的情況會更加嚴重。污染會導致色譜系統壓力升高、色譜柱塌陷、填料變色等,從而帶來檢測成本高,測試結果不準確等各種影響。
來自于色譜系統的污染主要指,HPLC儀器系統中部件磨損而產生的固體顆粒,以及流動相系統過濾不完全殘留的固體顆粒。來自于樣品的污染主要指,未完全溶解的樣品或者已完全溶解的樣品進入色譜系統中,由于樣品溶劑和流動相溶劑對樣品溶解存在的溶解度差異,導致沉淀析出污染系統。特別是對于中藥、天然產物、合成中間體及生物藥品的檢測,因基質的復雜性,色譜柱受污染的情況會更加嚴重。污染會導致色譜系統壓力升高、色譜柱塌陷、填料變色等,從而帶來檢測成本高,測試結果不準確等各種影響。
圖:系統壓力升高或樣品基質復雜導致分析柱污染
保護柱是液相色譜分析中重要的色譜耗材,使用保護柱可大大降低分析柱受污染的程度,延長分析柱使用壽命。
保護柱位于進樣器與分析柱之間, 作用主要兩方面:
1. 截留不溶性顆粒 2. 吸附樣品基質中的雜質
以下幾種情況建議使用保護柱:
1. 中藥、天然產物及合成中間體等基質較復雜的樣品分析——因溶解性差異導致樣品析出而污染分析柱的情況比較嚴重,梯度洗脫時影響更大。
2. 生物樣品分析——因樣品的不可逆吸附導致的污染,保護柱可先于分析柱承受這種污染,從而延長分析柱壽命。
保護柱很重要,但選擇合適的保護柱更重要,選擇或使用不當也可能帶來截然相反的效果。
保護柱分類及選擇:
從材質上分:不銹鋼材質和PEEK(聚醚醚酮)材質
PEEK 材質優缺點——樣品對金屬離子比較敏感時,選擇PEEK材質比較合適,比如某些蛋白分析會用到PEEK材質的分析柱,主要就是考慮到這方面的因素;
不銹鋼材質優缺點——大部分小分子化合物的分析,選擇不銹鋼材質保護柱居多,特別是當流動相體系使用到四氫呋喃(THF)或DMSO等一些溶解性較強的溶劑時,必須選擇不銹鋼材質,甚至對于HPLC系統的管路也需要替換成不銹鋼材質,因THF對于PEEK管路有相當強的腐蝕作用。
從結構上分:卡套式(柱芯+柱套)和直接填裝短柱
直接填裝短柱優缺點——這種結構的保護柱實質就是短的色譜柱,一般填裝的填料跟分析柱填料完全一樣。生物樣品分析中,用這種類型保護柱居多,除可過濾一些不溶顆粒外,還可除去一些在分析柱上易吸附的雜質。缺點是,一次性使用,污染嚴重時,只能報廢。
卡套式保護柱優缺點——卡套式保護柱的柱套可反復使用,柱芯污染后可替換,廠家會提供配套的保護柱芯,但購買時需要注意,柱芯中有與分析柱匹配的填料,需要確認柱芯中的填料類型再購買。同時,柱芯和柱套需是來源于同一廠家的同一規格,否則,會存在匹配上的差異,導致峰型異常或者漏液。
從連接方式上分:獨立式和直連式
獨立式保護柱優缺點——保護柱和分析柱之間用一段管路連接,不用擔心與分析柱在連接上的匹配問題。但使用管路連接時,連接不當容易產生死體積。
直連式保護柱優缺點——保護柱接口帶螺紋,可直接與分析柱連接,死體積小,UPLC分析時建議選擇直連式保護柱;缺點:購買時需保證接口與分析柱匹配。
保護柱選擇考慮以下幾方面因素:
1. 除非特殊情況,一般選擇填料基質與分析柱基質完全相同的保護柱。
2. 選擇保護柱尺寸可按柱體積計算,保護柱體積按分析柱體積的5%~10%即可;如4.6*250mm的分析柱體積約為4mL,保護柱體積可選擇在0.2~0.4mL之間為宜。同時,保護柱內徑應與分析柱內徑相同或相當。
保護柱使用注意事項:
1. 獨立式保護柱與分析柱連接時,連接管路盡可能短,且接口切面平滑,盡量減少死體積以降低柱外展寬效應。
2. 卡套式保護柱一般未標注液流方向,使用時最好自行標注,并按照標注方向來使用,以免正反向使用后,截留的雜質污染分析柱。
3. 直接填裝的短柱型保護柱,出現柱壓升高或峰型變差時,可不接分析柱進行反向清洗,清洗溶劑可參考分析柱清洗溶劑。
4. 卡套式保護柱,柱芯替換時,注意柱芯與柱套是否存在方向上的匹配,同時不易旋擰過緊,以防滑絲。
5. 保護柱或柱芯一般不建議超聲清洗,因可能對填料表面修飾有影響。
6. 如同一保護柱配不同的分析柱使用,每次使用前,保護柱需先清洗并用流動相平衡保護柱一段時間后,再接分析柱使用。
保護柱與柱前過濾器的區別和使用:
使用保護柱的目的在于延長分析柱的使用壽命,當分析柱造價昂貴時,保護柱的價值尤其能體現,某些情況下,當使用的分析柱本身價格便宜,保護柱并非必選,推薦使用柱前過濾器更合適。
柱前過濾器與保護柱兩者外形相似,差異主要在于:保護柱內芯裝有填料,而柱前過濾器內芯是可更換的濾片(一般為帶孔的不銹鋼燒結板)
因此,從結構可以推測使用上的差異:
柱前過濾器——通用性強,任何分析柱前都可使用,因其濾芯只起到過濾和截留雜質的作用,濾片污染后可超聲清洗,反復使用。
保護柱——柱中填料除了起截留雜質的作用外,也可除去樣品中易吸附的雜質,這一點對生物樣品分析尤其重要。