高效液相色谱基础知识总结

1、高效液相色谱基础知识总结一、简介 色谱学是现代分离分析的一个重要领域，也是一门新兴学科，在化学、生物学等领域发挥着越来越重要的地位。近几十年来，色谱学各分支，如气相色谱、液相色谱、薄层色谱等研究方法都得到了深入的研究，20世纪50年代创立了气相色谱法，它的出现把色谱法从分离技术提高到分离与“在线”分析的新水平，为色谱法成为现代分离-分析方法奠定了基础，1957年诞生了毛细管色谱法。20世纪60年代推出了色谱-质谱联用技术 （LC-MS），有效的弥补了色谱法定性分析特征性差的弱点，成为最重要的分离分析方法之一， LC-MS在选择性、灵敏度、分子量测定和提供结构信息方面具有明显的优势，能够同时获得

2、可靠的定性定量结果，因而被广泛应用于药物的质量控制（杂质、副产物、降解产物等的鉴定和测定）、药物在生物体内的吸收、分布和代谢研究（包括代谢物的结构确定及定量）和临床医学研究（如蛋白异常的研究）。 LC-MS已成为新药研究必不可少的手段。20世纪70年代，高效液相色谱法崛起克服了 气相色谱法不能直接用于分析难挥发、热不稳定及高分子化合物等的弱点，大大扩大了色谱法的应用范围，把色谱法推进到一个新水平。 高效液相色谱（high performance liquid chromatography, HPLC）是一种高效、快速的分离分析技术，具有灵敏度高、选择性好的特点。HPLC具有的同时分离和分析的功

3、能对于体内药物分析和体内内源性物质的分析及成分复杂的中药分析尤其重要。 HPLC的分离功能还广泛用于药物的纯化和制备，如用制备色谱分离 天然药物的有效成分，或制备手性药物的单一对应体。由于使用各种高灵敏度的检测器，如荧光、电化学和化学发光检测器，再结合许多衍生化技术及样品富集技术，HPLC对许多药物的最低检测限都达到了pg级或更低水平，非常适合于一些微量成分甚至痕量成分的分析。 由于色谱条件的可控制性及进样技术和在线样品处理技术的发展，HPLC分析的精密度完全能够满足医药分析实验室的要求。 HPLC一般在数分钟至数十分钟内即可完成一个样品分析，而且往往能够实现多组分的同时测 定，这一快速分析的

4、特点使HPLC广泛应用于药物合成的各部反应的监控和临床治疗药物的监测。HPLC的柱切换技术是通过程序控制的切换阀改变流动相的流向和（或）流动相系统的技术。这一技术在医药分析中的应用越来越多，尤其在药物分析中的应用最为广泛。利用柱切换技术可以实现样品的在线净化与富集、在线衍生化、在多个色谱柱上进行分离。在复杂样品的分析方面有着巨大的潜力。 目前，高效液相色谱已成为化学、生化、医学、工、 业、农业、环保、商检和法检等学科领域中重要的分离分析技术，是分析化学家和生物化学家手中用以解决他们面临的各种实际分析和分离课题必不可少的工具之一。 液相色谱根据固定相性质可分为离子交换色谱、吸附色谱、键合相色谱和

5、大小排阻色谱。 离子交换色谱法是流动相中的被分离离子，与作为固定相的离子交换剂上的平衡离子进行可逆交换时，它们对交换剂的基体离子亲和力的不同而达到分离的。 组分离子对交换剂基体离子亲和力越大，保留时间就越长。 吸附色谱法是当组分分子流经固定相（吸附剂，如硅胶或氧化铝）时，不同组分分子、流动相分子就要对吸附剂表面的活性中心展开竞争。这种竞争能力的大小，决定了保留值大小，即被活性中心吸附得越牢的分子，保留值越大。 键合相色谱法是将类似于气相色谱中的固定液的液体，通过化学反应键合到硅胶表面，从而形成固定相。 采用化学键合固定相的色谱法称为键合相色谱。若采用极性键合相、非极性流动相，则称为正相色谱；采

6、用非极性键合相、极性流动相，则称为反相色谱。这种分离的保留值大小，主要决定于组分分子与键合固定液分子间作用力的大小。 大小排阻色谱法的固定相是一类孔径大小有一定范围的多孔材料。被分离的分子大小不同，它们扩散渗入多孔材料的容易程度不同。小分子最易扩散进入细孔中，保留时间最长；大分子完全排斥在孔外，随流动 相很快流出，保留时间最短。 在以上四种分离方式中，反相键合相色谱应用最广，因为它采用醇水或腈水体系作流动相。纯水易得廉价，它的紫外吸收极小。在纯水中添加各种物质可改变流动相选择性。使用最广的反相键合相是十八烷基键合相，即让十八烷基（C18H37）键合到硅胶表面。这种键合相又称ODS （Octad

7、ecylsilyl）键合相，如国外的partisil5-ODS、Zorbax-ODS、Shim-pack CLC-ODS，国产的YWG-C18等。 二、基本概念和术语一、色谱图和峰参数 1、色谱图(chromatogram)-样品流经色谱柱和检测器，所得到的信号-时间曲线，又称色谱流出曲线(elution profile)。 2、基线(base line)-经流动相冲洗，柱与流动相达到平衡后，检测器测出一段时间的流出曲线。一般应平行于时间轴。基线反映仪器及操作条件的恒定程度，主要由流动相中的杂质等因素决定。 3、噪音(noise)-基线信号的波动。通常因电源接触不良或瞬时过载、检测器不稳定、流

8、动相含有气泡或色谱柱被污染所致。 4、漂移(drift)-基线随时间的缓缓变化。主要由于操作条件如电压、温度、流动相及流量的不稳定所引起，柱内的污染物或固定相不断被洗脱下来也会产生漂移。 5、色谱峰(peak)-组分流经检测器时响应的连续信号产生的曲线上的突起部分。正常色谱峰近似于对称形 正态分布曲线（高斯Gauss曲线）。不对称色谱峰有两种：前延峰(leading peak)和拖尾峰(tailing peak)。前者少见。 6、拖尾因子(tailing factor，T)，用以衡量色谱峰的对称性。也称为对称因子(symmetry factor)或不对称因子(asymmetry factor)

9、。中国药典规定T应为。T为前延峰，T为拖尾峰。 7、峰底 -基线上峰的起点至终点的距离。 8、峰高(peak height，h)-峰的最高点至峰底的距离。 9、峰宽（peak width，W)-峰两侧拐点处所作两条切线与基线的两个交点间的距离。W4 10、半峰宽（peak width at half-height，Wh/2)-峰高一半处的峰宽。Wh/2 11、标准偏差（standard deviation，)-正态分布曲线x1时（拐点）的峰宽之半。正常峰的拐点在峰高的倍处。标准偏差的大小说明组分在流出色谱柱 过程中的分散程度。小，分散程度小、极点浓度高、峰形瘦、柱效高；反之，大，峰形胖、柱效低

10、。 12、峰面积(peak area，A)-峰与峰底所包围的面积。二、定性参数（保留值）1、死时间(dead time，t0)-不保留组分的保留时间。即流动相（溶剂）通过色谱柱的时间。在反相HPLC中可用苯磺酸钠来测定死时间。2、死体积(dead volume，V0)-由进样器进样口到检测器流动池未被固定相所占据的空间。它包括4部分：进样器至色谱柱管路体积、柱内固定相颗粒间隙（被流动相占据，Vm）、柱出口管路体积、检测器流动池体积。其中只有Vm参与色谱平衡过程，其它3部分只起峰扩展作 用。为防止峰扩展，这3部分体积应尽量减小。V0Ft0（F为流速） 3、保留时间(retention time，

11、tR)-从进样开始到某个组分在柱后出现浓度极大值的时间。4、保留体积(retention volume，VR)-从进样开始到某组分在柱后出现浓度极大值时流出溶剂的体积。又称洗脱体积。VRFtR5、调整保留时间(adjusted retention time，tR)-扣除死时间后的保留时间。也称折合保留时间(reduced retention time)。在实验条件（温度、固定相等）一定时，tR只决定于组分的性质，因此，tR（或tR）可用于定性。tRtRt0 6、调整保留体积(adjusted retention volume，VR)-扣除死体积后的保留体积。 三、柱效参数 1、理论塔板数(th

12、eoretical plate number，N)-用于定量表示色谱柱的分离效率（简称柱效）。N取决于固定相的种类、性质（粒度、粒径分布等）、填充状况、柱长、流动相的种类和流速及测定柱效所用物质的性质。 在一张多组分色谱图上，如果各组分含量相当，则后洗脱的峰比前面的峰要逐渐加宽，峰高则逐渐降低。1.1 用半峰宽计算理论塔数比用峰宽计算更为方便和常用，因为半峰宽更易准确测定，尤其是对稍有拖尾的峰。1.2 N与柱长成正比，柱越长，N越大。用N表示柱效时应注明柱长，如果未注明，则表示柱长为1米时的理论塔板数。（一般HPLC柱的N在1000以上。）1.3 若用调整保留时间(tR)计算理论塔板数，所得值

13、称为有效理论塔板数(N有效或Neff)。 2、理论塔板高度(theoretical plate height，H)-每单位柱长的方差。实际应用时往往用柱长L和理论塔板数计算。四 相平衡参数 1、分配系数(distribution coefficient，K)-在一定温度下，化合物在两相间达到分配平衡时，在固定相（Cs）与流动相（Cm）中的浓度之比。K=Cs/Cm 分配系数与组分、流动相和固定相的热力学性质有关，也与温度、压力有关。在不同的色谱分离机制中， K有不同的概念：吸附色谱法为吸附系数，离子交换色谱法为选择性系数(或称交换系数)，凝胶色谱法为渗透参数。但一般情况可用分配系数来表示。 在同

14、一色谱条件下，样品中K值大的组分在固定相中滞留时间长，后流出色谱柱；K值小的组分则滞留时间短，先流出色谱柱。混合物中各组分的分配系数相差越大，越容易分离，因此混合物中各组分的分配系数不同是色谱分离的前提。 在HPLC中，固定相确定后，K主要受流动相的性质影响。实践中主要靠调整流动相的组成配比及pH值，以获得组分间的分配系数差异及适宜的保留时间，达到分离的目的。2、容量因子(capacity factor，k)-化合物在两相间达到分配平衡时，在固定相与流动相中的量之比。因此容量因子也称质量分配系数。 容量因子的物理意义：表示一个组分在固定相中停留的时间（tR）是不保留组分保留时间（t0)的几倍。

15、 k0时，化合物全部存在于流动相中，在固定相中不保留，tR0；k越大，说明固定相对此组分的容量越大，出柱慢，保留时间越长 3、选择性因子(selectivity factor，)-相邻两组分的分配系数或容量因子之比。又称为相对保留时间。 要使两组分得到分离，必须使1。与化合物在固定相和流动相中的分配性质、柱温有关，与柱尺寸、流速、填充情况无关。从本质上来说，的大小表示两组分在两相间的平衡分配热力学性质的差异，即分子间相互作用力的差异。五、分离参数 分离度(resolution，R)-相邻两峰的保留时间之差与平均峰宽的比值。也叫分辨率，表示相邻两峰的分离程度。 当W1W2时，R0；当R1时，称为

16、4分离，两峰基本分离；R时，称为6分离。称为完全分离。 中国药典规定R应大于。 提高分离度有三种途径：增加塔板数。方法之一是增加柱长，但这样会延长保留时间、增加柱压。更好的方法是降低塔板高度，提高柱效。增加选择性。当1时，R0，无论柱效有多高，组分也不可能分离。一般可以采取以下措施来改变选择性：a. 改变流动相的组成及pH值；b. 改变柱温；c. 改变固定相。改变容量因子。这常常是提高分离度的最容易方法，可以通过调节流动相的组成来实现。 三、基本分析方法 高效液相色谱法在医药领域中的应用非常广泛，它能用于化学合成药物的含量测定和杂质限量分析，用于中草药和中成药的定性鉴别和有效成分或指标成分的测

17、定，也用于制剂分析，还用于药物代谢和动力学研究。此外，HPLC还广泛用于天然药物有效成份的分离制备和纯化。这些方法主要分为：定性分析、定量分析、杂质分析。对于任何方法都必须进行验证和评价。 一 HPLC分析方法的参数及验证 1.专一性 专一性（specificity）又称为特效性，是指在可能存在诸多干扰组分时方法明确确定被分析组分的能力，分析含有和不含有干扰组分的样品，比较分析结果，其差异即是方法偏差（bias）。如果结果没有差异，则说明方法具有专一性。 HPLC方法的专一性可以通过检查色谱峰纯度来验证。采用多波长紫外检测器时，同时在两个波 长下检测色谱峰，如果测得该峰在两波长之处的吸收之 比

18、值恒定不变，则该峰为纯组分色谱峰。 2.准确度 分析方法的准确度（accuracy）表示测得值与真值或认可的参考值之间的一致程度。此外，真实性（trueness）表示一组测量值的平均值与真实值间的差异，偏差（bias）表示多组测量值的平均值与真实值间的差异,偏差是由系统误差引起的。通常用回收率实验来验证准确度。方法回收率实验应包括整个实验过程，实际上是以相同的方法配置分析对照品系列和测试样 品，以对照品结果绘制标准（工作）曲线，在以此曲线确定样品的浓度。再在已知浓度的样品中加入一定量的 对照品，检测其含量。测得值与已知值之差除以加入值 再乘以%即为回收率。回收率一般在1005%。 3.精密度

19、分析方法的精密度（precision）表示在规定条件下对同一均匀样品多次测得的一组测得值之间的一致程度。精密度的表示方法有标准偏差、方差，更多的是相对标准 偏差（RSD）。 精密度可分为重复性（repeatability）、中间精密度(intermediate precision)和再现性（reproducibility），后两者统称为再现性。重复性表示在相同条件下，短时间间隔内的一致程度，如日内精密度（intra-day precision）和批内精密度(intra-assay 或intra-run precision)；中间精密度表示同一实验室内不同日期（intra-day）、不同实验批（

20、intra-assay）、不同分析者、不同仪器间的一致程度。再现性是不同实验室间的 一致程度。 在HPLC分析中，如果只用对照品（或样品）溶液重复进样测定精密度，这只表示色谱系统的精密度。而方法的精密度的验证应该对均一的真实（QC）样品进行包括样品处理在内的全过程操作,用接近最低、中间和最高浓度的三个样品浓度进行随机分析。日间精密度还应该连续测定8天，每个样品每天至少测定2次。 4.检测限和定量限 在样品中能检测出的被测组分的最低浓度（量）称为检测限（limit of detection,LOD），对其测定的准确度和精密度没有确定的要求。 能以适当准确度和精密度定量测定的样品中组分的最低浓度（量）称为定量限（limit of quantitation,LOQ）。这对低含量的组分的测定如杂质含量的定量测定和体内代谢物的测定十分重要。在定量分析中，定量限比检测限更重要。 二、定性分析方法 定性分析及鉴别试验可以分为色谱鉴别法和非色谱鉴别法，后者又可分为化学鉴别法和光谱鉴别法。 1.色谱鉴别法 色谱鉴别法是利用色谱定性参数保留时间（或保留体积）对组分进行定性分析，其原理是同一物质在相同色谱条件下保留时间相同。此法只适用于已知范围的未知物，如合成药物的前体或药物的可能代谢产物等。 常常采用已知物对照法，即往样品中加入某一纯