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溶劑效應(yīng)——如何消除色譜峰這個隱形“殺手”?附破案妙招

欄目:行業(yè)資訊 發(fā)布時間:2023-07-06
峰型問題是液相色譜分析中最常遇見的問題之一,造成峰型異常的原因非常多,今天我們一起來探討一下因稀釋劑與流動相的強(qiáng)度差異所造成的峰型異常的典型“殺手”,也就是我們常說的“溶劑效應(yīng)”。

峰型問題是液相色譜分析中最常遇見的問題之一,造成峰型異常的原因非常多,今天我們一起來探討一下因稀釋劑與流動相的強(qiáng)度差異所造成的峰型異常的典型“殺手”,也就是我們常說的“溶劑效應(yīng)”。

什么是溶劑效應(yīng)?

溶劑效應(yīng)指稀釋劑溶劑強(qiáng)度大于流動相時造成色譜峰變形的現(xiàn)象。如用THF溶解樣品,注入流動相為乙腈-水(18:82)的反相系統(tǒng)中,可能會造成峰分叉或拖尾的結(jié)果,還會導(dǎo)致保留時間漂移。

表現(xiàn)為液相色譜上較早洗脫的峰前沿或分叉(也有可能表現(xiàn)為肩峰),較晚洗脫的峰則較為正常。也可能全部峰均出現(xiàn)分叉的情況,視溶劑強(qiáng)度而定。

在分析某手性樣品時因溶劑效應(yīng)產(chǎn)生的兩個分叉峰

溶劑效應(yīng)產(chǎn)生的過程

第一階段:樣品剛被注入系統(tǒng),進(jìn)入色譜柱后,流動相氛圍中的目標(biāo)物以正常速度被洗脫。因強(qiáng)溶劑洗脫,移動速度快,樣品在空間上開始慢慢分裂。

第二階段:在一定時間內(nèi),溶劑氛圍中的目標(biāo)物移動始終快一些,前后兩部分距離擴(kuò)大。但移動快的目標(biāo)物所處氛圍逐漸被流動相稀釋(注:因?yàn)槿軇┖土鲃酉嗑槐A?,其移動速度會逐漸降至正常流速。直到前面目標(biāo)物的氛圍完全被流動相替代,前后兩部分的距離穩(wěn)定下來。因而,樣品溶劑與流動相洗脫強(qiáng)度差距越大,兩部分目標(biāo)物最終的距離拉的越大。



第三階段:所有目標(biāo)物在色譜柱中正常移動,但分裂已不可逆轉(zhuǎn)。


經(jīng)過檢測器,同一目標(biāo)物給出了兩個色譜峰。其中進(jìn)柱前即擴(kuò)散進(jìn)入流動相的那部分目標(biāo)物組成了后面的色譜峰,它的保留時間與目標(biāo)物的真實(shí)保留時間基本吻合。

簡單概括,強(qiáng)洗脫溶劑不均衡地參與了目標(biāo)物的洗脫,使色譜峰保留時間整體提前,而樣品在柱前的不充分?jǐn)U散導(dǎo)致了峰形扭曲。這種影響輕則導(dǎo)致峰展寬,嚴(yán)重時甚至導(dǎo)致峰裂分,給定性定量帶來災(zāi)難。

產(chǎn)生溶劑效應(yīng)的原因
溶劑強(qiáng)度

反相色譜系統(tǒng)中溶劑強(qiáng)度的順序?yàn)椋?/span>

水(最弱)<甲醇<乙腈<乙醇<四氫呋喃<丙醇<二氯甲烷(最強(qiáng))

正相色譜系統(tǒng)溶劑強(qiáng)度順序?yàn)椋?/span>

正己烷(最弱)<醇/正己烷混合<乙醇<四氫呋喃

溶解樣品的溶劑強(qiáng)度大于該樣品出峰時流動相強(qiáng)度,樣品溶劑可以看成流動相的一部分,一部分樣品溶解于溶劑中會被迅速洗脫出色譜柱,而一部分樣品溶解于流動相,被流動相洗脫出,這樣會造成色譜峰的展寬或者分叉。

進(jìn)樣體積

當(dāng)進(jìn)樣體積較小時,擴(kuò)散至流動相中的溶質(zhì)占大多數(shù),且擴(kuò)散在很短時間內(nèi)完成,因此峰形與用流動相直接溶解樣品無大差異。隨著進(jìn)樣的體積增大,留在溶劑本身里的溶質(zhì)的量逐漸增大,當(dāng)進(jìn)樣體積增大到一定數(shù)量,留在溶劑里的溶質(zhì)的量變得不可忽略,在色譜圖上就表現(xiàn)為色譜峰的分叉、拖尾等。

溶劑與流動相的兼容性


有時,當(dāng)我們使用流動相或流動相中的有機(jī)相無法直接溶解樣品,這時很多小伙伴會選擇使用氯仿、甲苯等能溶的溶劑,甚至DMSO這樣的“萬能溶劑”來溶解樣品。這樣進(jìn)樣的結(jié)果是溶劑與流動相不兼容,溶質(zhì)難以在流動相中擴(kuò)散。

又如,在做參比制劑的溶出曲線中,溶媒中經(jīng)常加入表面活性劑。而帶有表面活性劑的溶劑進(jìn)樣后,由于溶質(zhì)在含有表面活性劑的溶劑中的分配系數(shù)與在流動相中的分配系數(shù)存在較大差異,就會導(dǎo)致峰形的問題,甚至保留時間的漂移。

電離狀態(tài)

電離狀態(tài)的差異主要由溶劑和流動相各自的pH差異引起。我們都知道,在反相體系中,目標(biāo)化合物的存在狀態(tài)不同,保留行為會有明顯的差異,而存在狀態(tài)就取決于目標(biāo)化合物在不同pH體系內(nèi)的電離狀態(tài)。若樣品在溶劑和流動相中電離狀態(tài)差異較大,樣品溶液在接觸流動相的過程中,來不及緩沖至流動相中的電離狀態(tài),這個時間如果較長,就容易表現(xiàn)為保留時間發(fā)生錯位或峰形變形,如下圖的案例。

流動相為pH 3.0緩沖鹽。綠色譜圖為對照品,另外三個譜圖樣品的溶劑從下至上分別為0.1%磷酸、純化水、pH 3.0流動相

柱前管路

柱前管路內(nèi)徑越大、管路越長,越利于目標(biāo)物向流動相擴(kuò)散,而且使用更粗的管路比更長的管路有效(注:假設(shè)死體積相同)。雖然粗的管路加劇了等度條件下的柱外展寬,對柱效有危害,然而相較于峰分叉的危害而言,前者尚能接受。

這就是為什么有時候會發(fā)現(xiàn),HPLC的液相(管路死體積大)比UPLC的液相(管路死體積?。┥V峰型好。

溶劑效應(yīng)有什么危害

1.導(dǎo)致柱效下降,影響分離。

2.影響峰形,甚至影響定量、定性結(jié)果。比如,在LCMS中,掃描前體離子時,遇到這種情況,甚至不知道哪個峰才是目標(biāo)物。

3.當(dāng)標(biāo)樣和樣品的溶劑不一致時,保留時間不吻合,同樣影響定性。如酒類成分分析,標(biāo)樣溶于純水,樣品是過濾的酒,后者的溶劑就是乙醇水,它的保留時間必定早于純水溶解的標(biāo)樣;再比如水中污染物分析,目標(biāo)物溶于有機(jī)相得到標(biāo)樣,而樣品是過濾后的天然水;

4.強(qiáng)洗脫的溶劑在基質(zhì)中提取出的雜質(zhì)遇流動相會析出,堵塞針座、柱前管路或色譜柱。

怎樣消除溶劑效應(yīng)?
溶劑強(qiáng)度問題

調(diào)整稀釋劑或流動相,使二者洗脫能力接近,或稀釋劑洗脫能力稍低于流動相。

一般情況下,為避免溶劑強(qiáng)度差異導(dǎo)致的溶劑效應(yīng),反相色譜中較為穩(wěn)妥的做法是稀釋劑中有機(jī)相比例和流動相相當(dāng),必要時可略高于流動相,但應(yīng)當(dāng)據(jù)其評估其溶劑效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)。

如下圖,我們在分析手性化合物時發(fā)現(xiàn)所有主峰均出現(xiàn)肩峰(或分叉峰),這種情況很容易考慮沒拆開。但所有主峰都分叉的現(xiàn)象在手性化合物分析中是非常罕見的,考慮溶劑效應(yīng)后,用流動相溶解樣品后,肩峰消失。

進(jìn)樣體積問題

為保證峰形,進(jìn)樣體積一般控制在5-20μL,盡量不超過25μL。

如不能減少至合適的進(jìn)樣體積,應(yīng)盡量選擇與流動相比例相同或接近的溶劑。

溶劑與流動相的兼容性問題

使溶劑與流動相有較好兼容,目前辦法有兩個:

a. 若流動相或流動相中的有機(jī)相無法直接溶解樣品,則用可以溶解樣品的溶劑溶解成高濃度儲備液,然后用流動相稀釋至所需濃度。

b. 在流動相中加入同樣的助溶劑或表面活性劑,或提高有機(jī)相的比例。

電離狀態(tài)問題

電離狀態(tài)的差異許多情況下會表現(xiàn)為保留時間的漂移或不穩(wěn)定??梢酝ㄟ^將樣品溶液的pH調(diào)節(jié)至與流動相一致,或增大流動相的緩沖能力來改善。

柱前管路問題

若采用梯度洗脫,在不影響分離度的情況下,可以改用較粗內(nèi)徑的柱前管路。但此法不適用于等度洗脫,會降低柱效。 


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