如何让液相或液质方法拥有良好的重现性

学术   2024-12-14 21:40   湖南  
点击“蓝字”关注我们吧
前言

重现性是色谱最重要的性质之一。要获得良好的重现性首先要有高质量的色谱柱和耐用的 HPLC 方法。

样品制备


样品制备是 HPLC 分析的一项重要内容,目的是提供适合注入色谱柱的有代表性的、可重现的、均匀溶液。样品制备需使样品溶液达到以下要求:


(a) 无干扰,

(b) 不损坏色谱柱,

(c) 与 HPLC 分离和检测方法相匹配。还可以对分析物进一步浓缩和/或衍生,以提高检测灵敏度或改善分离。


样品制备是从样品采集开始,直至进样到 HPLC 柱中,包括样品采集、运输、保存、前处理、实验室取样和后续的称量/稀释,以上构成了样品制备的重要部分。这些步骤对 HPLC 分析方法的准确度、精密度和便利性有着关键性的影响。


样品过滤

为什么要进行样品过滤?因为样品越洁净性能就越好。过滤样品可防止毛细管、筛板和柱入口堵塞。如果在前面的样品制备中格外小心,就会使仪器磨损更少。在分析之前谨慎操作将减少停机维修时间,并降低污染的风险。

  1. 样品过滤可以延长柱寿命。较小色谱柱的筛板更容易堵塞,因为随着色谱柱填料粒径的降低,筛板尺寸也相应减小。5 μm 或 3.5 μm 色谱柱用的是 2 μm 筛板,2-3 μm 色谱柱用 0.5 μm 筛板,而 1.8 μm 柱则用 0.3-0.5 μm 筛板。填料粒径越小,样品过滤就变得越重要。


  2. 过滤流动相将减少仪器部件的磨损,如单向阀、活塞密封垫以及自动进样器的柱塞杆和针头。同时也有助于避免毛细管管路的堵塞。


  3. 样品过滤有助于降低对检测器的污染。例如,在质谱检测器中,蒸干溶剂后,非挥发物和颗粒将沉积下来。



固相萃取

固相萃取与其它样品制备技术相比,提供了最高的分析物选择性和样品净化程度。其最简单的形式是SPE,SPE 采用一支一次性塑料小柱或柱芯,通常是装填了具有某种分离功能吸附剂的医用注射器。吸附剂通常采用反相填料,比如,C18-硅胶,与相关 HPLC 固定相具有极为相近的化学性质。虽然硅胶基键合吸附剂最为常用,但由于聚合物填料具有许多优势,近年来也非常受欢迎。与硅胶基质 SPE 填料相比,聚合物填料的优点包括,具有更高的表面积(因为具有更高容量)、亲水性-疏水性的化学平衡(更好的吸湿性,在活化步骤后可以使其完全干燥,而不会影响回收率和重现性)、不存在硅醇基(使强碱性化合物发生不可逆吸附的可能性较小)、pH 范围宽(进行调节时更为灵活)等。


SPE 有各种选择性和形式,为分析化学家分离分析物或目标化合物提供了“工具箱”式的方法。SPE 的工作流程很简单,只有 4 个步骤:预活化、上样、冲洗和洗脱。用最少的方法开发过程和时间即可获得耐用的方法。


SPE 也适用于高通量的使用环境。可提供易于自动化的形式,如 96 孔板及功能化的吸头,提供了高速、灵活、可重现的结果。

在样品制备中使用 SPE 有以下 5 个主要目的:

  • 去除基质干扰和“色谱柱危险物”

  • 浓缩或痕量分析物的富集

  • 除盐

  • 溶剂更换(或溶剂切换)

  • 原位衍生


液-液萃取 (LLE)

液-液萃取 (LLE) 通过样品在两种互不相溶液体或相中的分配,将分析物与干扰物分离。LLE 中的一种通常为水相,第二种为有机相。亲水性强的化合物溶于极性水相,而疏水性强的化合物则主要溶于有机相中。有机相提取的分析物很容易地通过蒸发溶剂回收,而水相中提取的分析物通常直接进样到反相色谱柱中。下面讨论的是分析物浓缩到有机相的情况,但如果分析物被提取到水相,也可以采用类似的方法。

由于萃取这种平衡过程分离效果较为有限,相当多的分析物仍可能留在两相中。化学平衡包括 pH、离子对、络合等变化,这些都可以用来提高分析物的回收率和/或去除干扰物。

LLE 有机相的选择应满足如下条件:

  • 在水中的溶解度低(<10%)。

  • 具有挥发性,萃取后易于去除并浓缩。

  • 与分析所用的 HPLC 检测技术兼容(避免使用具有强 UV 吸收的溶剂)。

  • 极性和氢键性质能够提高分析物在有机相中的回收率。

  • 高纯度,最大限度地减少样品污染。


使用两种不同相存在的主要问题就是可能发生乳化现象。两种互不相溶的相没有回到各自的液体层内,而是在彼此间以悬浊状态存在。可以使用固相支持的液液萃取或称为 SLE,避免乳化的发生。


液膜萃取 (SLE)

SLE 取代了传统的用分液漏斗进行的液液萃取,将一种液相固定在惰性介质表面,并装填进聚丙烯试管,然后让另一种不相溶的液体以类似于色谱的方式流经固定相表面的液体。最常用的惰性材料为具有高表面积和液体吸附容量的高纯度硅藻土。这一过程称为固相支撑的液液萃取,或支持液膜萃取 (SLE),是传统液液萃取的另一种常用形式。在实际工作中,水相,可以是稀释的血浆、尿液,甚至牛奶,被覆盖在硅藻土上,通常用几分钟时间让其充分扩散。水相样品在硅藻土的亲水表面扩散,形成非常薄的一层膜。然后,将不相溶的有机溶剂加入柱管,与水相层接触,并在高比表面积填料上完全分散。这样分析物就可以在两相之间迅速完成萃取过程。通过重力作用或稍加真空可使溶剂流过填料。

SLE 所用的柱管类似于 SPE 小柱,柱管体积范围可以在 0.3 到 300 mL 之间。某些 SLE 柱管含预先注入的缓冲液,可分别用于提取酸性和碱性物质。例如,在低 pH 下,酸以非离子形式存在,可以被水相提取出来。在高 pH下,胺以中性形式存在,从而被提取到有机相中。可以向水相样品中加入盐,通过“盐析”作用提高特定分析物的提取效率。SLE 柱管还可以用于去除有机样品中的少量水。

常规液液萃取中不能剧烈振摇,否则可能发生乳化。填充试管是一次性的,使用后无需清洗玻璃器皿。96板中每个孔中装填几百毫克填料,可以实现整个过程的自动化。96 孔板适合提取 150 到 200 μL 水相样品,使您的常规 LLE 实验微型化了


使用高纯度级别溶剂的重要性


一般来讲,HPLC 应用中只应使用色谱级及以上级别的溶剂。过滤所有缓冲液。最好使用 0.22 μm 滤膜,特别是对于 UHPLC 应用,标准 HPLC 应用可使用 0.45 μm 滤膜。色谱级及以上的有机溶剂一般不需要过滤,如果过滤使用的滤膜和玻璃容器不是色谱级的,过滤反而可能带来污染物。


记住,要适当冲洗色谱柱。一天分析结束时,将缓冲液从系统中冲洗出去,使其处于水/有机流动相环境。使用与样品溶剂相溶的流动相(参见本指南封底的参考流程)。如果流动相 A 只用水或最多 5% 乙醇,将其留在系统中较长一段时间后,将会长菌。


这将带来压力问题,并很难去除,因此,一定要确保每天或至少每两天新配缓冲液。


使用高纯度级别溶剂的重要性


由于高效柱中填料粒径太小,色谱柱两端需要用更小的筛板阻挡它们。同时筛板也能起到阻止颗粒物进入系统的作用,避免引起压力升高。所以,对于更高压力的 UHPLC 应用而言,防止污染物进入系统变得更为重要。


在 UHPLC 应用中只使用认证的色谱/质谱级溶剂。一定要检查溶剂供应商是否提供以下证书:


  • 低溶剂和金属杂质,以减少对痕量或未知样品的干扰

  • 痕量金属指标极低 – 不超过 5 ppb

  • 正离子模式和负离子模式性能指标

  • LC-MS 测试和其它 QC 测试(QC 测试项目越多,溶剂越好!


溶剂使用提示:


  • 对于高压操作,不锈钢溶剂过滤头比玻璃头更好,因为它们更为耐用。

  • 使用缓冲液将提高堵塞的风险,如果需要使用缓冲液,应用玻璃过滤头,将细菌生长的可能降至最低。

  • 一定要小心混合改性剂,使用常用浓度。

  • 使用窄径柱时,每次分析所需的溶剂量较少。一定要经常更换缓冲液,尽可能保持溶剂新鲜。

  • 把未用的溶剂放入冰箱,并每天更换。


在线过滤器与保护柱


在线过滤器,在自动进样器和色谱柱之间安装在线过滤器。可以捕集颗粒物,防止其流入柱头,阻塞筛板。如果您使用的是 3.5 μm 柱,应配置 2 μm 筛板。1.8 μm 柱使用 0.5 μm 筛板。



保护柱,脏样品多次进样到不带保护柱的分析柱上时,会缩短分析柱的寿命。根据进样次数和样品类型,色谱工作者可选择经济的保护柱。


保护柱避免了由颗粒物和强吸附物质造成的损坏。为保持对样品杂质有足够的容量,应选择内径与色谱柱内径相似的保护柱。理想情况下,保护柱的填料应与分析柱相同,从而使分析柱的色谱性能不发生改变。保护柱参与分离,因此在方法开发时就应在线安装保护柱。


判断何时更换保护柱可能比较困难,最好根据经验。如果说作为粗略判断标准的话,那么塔板数、压力或分离度的改变超过 10%,就需要更换保护柱了。您需要根据应用类型对更换保护柱的频率做出判断。尽早更换保护柱总比晚更换好。


色谱柱保护和保存


最大限度地延长柱寿命

现代色谱柱都很耐用,采用的设计在常用色谱条件下都可长期使用。在其性能指标范围内操作可最大限度地延长柱寿命。在确定最终方法时一定要再查验一下这些性能指标。

  • 使用保护柱和/或 0.5 μm 在线过滤器

  • 经常用强溶剂冲洗色谱柱。使用 100% B 溶剂,如果怀疑压力升高,使用更强溶剂。

  • 对“脏”样品进行预处理,最大限度减少强保留组分和颗粒。使用固相萃取、液-液萃取、用 0.45 μm 滤膜(UHPLC 用 0.22μm 滤膜)过滤样品,或高速离心。

  • 按照色谱柱生产商的温度上限指标进行操作。许多新方法都要求较高温度,某些色谱柱可以承受高温,理想情况下,应在温度上限指标之下操作色谱柱。

  • 在压力上限之下使用色谱柱。选择使压力低于压力上限的流速,最好低 10%。

  • 按标注方向操作色谱柱,查阅色谱柱说明书或咨询厂商,以确定色谱柱是否可以反冲。如果您有问题,一定要询问厂商。

  • 使用 pH 2-7 的流动相,可最大限度地延长柱寿命。如果您需要在超过此 pH 范围的条件下工作

  • 使用新鲜溶剂,以防止细菌生长。为防止细菌生长,可配制流动相贮备液,并将其保存在冰箱中,需要时每天使用。用叠氮钠也可以防止细菌生长,但其具有致癌性,须小心使用。

  • 贮存色谱柱时,应先冲出盐和缓冲液。柱内只保留纯乙腈,或纯水与乙腈 50/50 混合溶剂。这样可以防止缓冲盐在柱内沉淀。乙腈是色谱柱保存的良好溶剂,因为水和醇类流动相可能提高固定相水解速率。

  • 使用高温时一定要逐渐升高柱温,而且仅在用流动相洗脱时进行。分析完成后,让流动相继续洗脱,直到回到室温。

  • 色谱柱接入仪器时,两端接头不要拧得过紧。使用短柄扳手,以防两端接头过紧。由于色谱柱的柱端螺母为 3/8 英寸,应使用 3/8 英寸短扳手将色谱柱接入仪器,不要将柱端接头拧得过紧。


保存注意事项

为防止金属腐蚀,应避免将色谱柱长期保存在含卤素溶剂中(如,丁酰氯、二氯甲烷等)。如果使用了含缓冲液的流动相,应使用 20 到 30 倍柱体积的乙腈和水冲洗色谱柱,然后用同样体积的纯有机溶剂冲洗。缓冲液残留在色谱柱内,将促使细菌生长,使色谱柱或筛板堵塞,或导致鬼峰的出现。可以用大多数其他溶剂保存未键合的硅胶柱。但不能保存在容易发生降解的溶剂中,如,THF、TEA 或 TFA。

如需过夜保存,可将流速保持在 0.1 到 0.2 mL/min。这样还可以缩短第二天的平衡时间。如需长期保存,应使用厂商推荐的溶剂,通常是新柱装运时所用的溶剂。


疏通色谱柱

如果反压升高,您怀疑发生了色谱柱堵塞时,可以进行反冲。断开色谱柱与检测器之间的连接,将流动相从反方向泵入色谱柱(如果厂商说明这样操作没有问题的话)。


确保方法的重现


如果色谱柱的使用背景不同那么它们的保留就很可能不一样,如果在方法开发时使用的色谱柱被另一根色谱柱代替,那么将会产生不同的结果。这是由于第二根色谱柱可能没有经历过与第一根柱相似的使用背景。


在开发方法的过程中,可能存在平衡不足或不一致的情况,又没有给重复实验的其他工作人员明确的提示。每个工作人员平衡其色谱柱的时间可能不同,很可能使结果产生波动。当采用与方法开发人员相同的方式平衡色谱柱后,将得到相同的结果。


引起保留改变的其它因素包括,由于方法可能不耐用,导致色谱柱/流动相组合不好;流动相、流速以及其它仪器参数发生改变;以及色谱柱之间柱床体积略有不同等。


提高方法的耐用性

不同批次的色谱柱可能对特定化合物的分析结果产生波动。不同批次的试剂也可能存在影响色谱结果的变化。开发方法时,良好的习惯做法是对多个批次进行分析,并评估分析条件是否可以承受不同批次的微小变化。生产厂商都试图确保不同批次之间的重复性,但差异的存在不可避免。谨慎的方法开发将有助于避免将来出现的相关问题。

评估批次之间的变化时,首先要确定您已经解决了柱与柱之间的问题。然后再考核方法的耐用性。如果您分析的是可离子化的化合物,要确定您使用了缓冲液,其 pH 不能接近分析物的 pKa。另外,要检查样品和色谱柱对pH 的敏感性,以及次级相互作用。如果您已确定存在 pH 敏感性的问题,可能需要对方法进行重新评价。

批次之间保留变化小结:

  • 消除引起柱间选择性改变的全部因素

  • 重新评估方法耐用性,并修改方法

  • 测定 pH 敏感性,并再次修改方法

  • 将不同的选择性变化分类,并联系生产厂商


有关驻留体积


驻留体积与实验室之间的方法转移密切相关。如果一个实验室中使用的 HPLC 仪器与另一个实验室仪器的驻留体积不同,即使两个实验室使用相同的方法,运行结果也很有可能不完全相同。这种不匹配的原因就在于在两种(或更多)流动相混合形成梯度后,经仪器管路到达柱头的时间不同。因此,分析物进样后,将通过不同的流动相组成(时间的函数)进行分离,其保留和分离度都可能受到影响。所以,应对驻留体积较小的仪器增加体积来调整驻留体积。或者,减少驻留体积大的仪器的管线内径和长度,使其与驻留体积小的仪器相匹配。另一个“办法”是在方法中设置一段梯度延迟,对流路系统中不同的驻留时间进行补偿。但是,某些认证方法可能不允许分析中使用这种改变。


END


扫码关注

有趣的灵魂在等你


关注公众号有福利噢!!!

一:长按上方二维码识别关注

二:在公众号对话框输入“ 中国药典 ”即可领取 2020版《中国药典》1~4部。



三:在公众号对话框输入“ 色谱系列丛书 ”即可领取,相关书籍



精彩内容持续更新中…………..……

往期回顾

————


液质(LC-MS)生物分析中的在线萃取和柱切换技术

临床试验的0,Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ期究竟是研究什么?Ⅱa,Ⅱb期又是什么东东?

如何减少质谱分析中 II相代谢产物 源内裂解

样品进样过程的溶剂效应(液相与质谱)

色谱柱的基本概念           如何减少柱外死体积

液相色谱柱,质谱(LCMS)方法开发指南

今天因为你的分享,让我元气满满!          

质谱学堂
专注于质谱使用技术、生物样品分析、DMPK领域的知识内容分享
 最新文章