工业药剂学概述课件

工业药剂学概述

一、概述药剂学是关于研究药物制剂、剂型的科学，包括：基本理论（缓控释、透皮理论等）生产技术（处方设计、制备工艺等）质量控制（“制备”与“检测”的关系）合理使用（剂型和制剂的选择等）因此，药剂学知识贯穿整个药品研发、生产、销售、监控、使用等领域→药学的主干课程药剂学的发展一、按历史发展分析：1.古代药剂学（天然药物的原始使用）2.近代药剂学（中药、西药的普通制剂）3.现代药剂学

“三小”（剂量、毒、副作用）“三效”（速效、高效、长效）“三定”（定量、定时、定位）二、按药物制剂和剂型发展分类：第一阶段：普通（片剂、胶囊剂、注射剂等）第二阶段：长效→缓释（骨架、包衣、滞留等）第三阶段：控释（TTS、渗透泵、脉冲、自调）第四阶段：靶向（TDS→组织、细胞、分子）DDS（drugdeliverysystem）：prolonged、delay、modify→sustained→controlled→targetingdeliverysystem（TDS）治疗的TTS（transdermaltherapeuticalsystem）→TDDS药剂学是药学中发展速度最快的学科之一：

新制剂和剂型（快速、缓控释、靶向等）

新技术和工艺（包合、固体分散、纳米等）

新机械和辅料（高效、流化制粒、新材料等）

中药、生物技术药物等因此，随着药剂学的发展和进步，科学研究进一步深化和专门化，分支学科的形成和发展已成为必然。药剂学分支学科主要分支学科有：物理药剂学→用物理化学研究药剂学有关技术的边缘学科工业药剂学→药剂学核心（其它学科作为基础支持）生物药剂学→研究体内药物转运机制和过程药物动力学→用数学方法研究药物体内过程与药效间关系临床药剂学→以患者为对象研究安全、有效、合理用药药用高分子材料学、制剂（机械）工程学等工业药剂学

IndustrialPharmaceutics基本含义：研究药物制剂和剂型生产的基本理论、工艺技术、生产设备、质量控制和管理的一门综合性科学主要特点：吸收融合了材料、机械和电子等科学、粉体和化学等工程学的理论和实践（成果），改善和提高普通制剂的质量，实现新制剂和新剂型的工业化生产主要内容：继承药剂学基本内容，加强制剂加工技术（单元操作）及设备等内容二、DrugDeliverySystem药物传递系统是现代科学技术进步的结晶，无论口服缓控释给药系统、经皮给药系统和靶向给药系统等都具有丰富的科学内涵和技术基础。近二十多年间这些系统在理论研究、剂型设计及制备方法等多方面都得到迅速发展，品种不断增加，在临床治疗中正在发挥重要作用。DDS并不能取代“普通”制剂的作用（特别是速释制剂：分散片、口溶片、滴丸及微滴丸等），必须同时重视两者的发展和提高。（一）快速释药系统

rapiddeliverysystem快速释药系统系指采用现代药剂学制备技术，使药物从固体制剂中快速释放的一类新制剂，主要用于胃肠道和口腔等黏膜给药该系统特别适合于：突发性疾病、特殊环境（如战争、沙漠等）服药、特殊人群（如儿童等）以及需快速起效的药物等特点：起效快、生物利用度高、处方及工艺简单发展特征释放技术：速崩→速溶→快速吸收等给药途径：胃肠道→口腔等黏膜药物剂型：片剂→其他剂型（粉雾剂、滴丸）等☆典型制剂：口服分散片（适合于大剂量、难溶性药物，特别是儿童服用）口腔速崩片（适合于小剂量药物等，1min内崩解、无沙砾感）口腔速溶片（适合于小剂量、溶解性药物等）（二）缓控释系统

sustained-releaseandcontrolled-releasesystems该系统发展速度最快，技术较成熟，已具备一定的工业化生产基础。控制释药速度（水凝胶骨架制剂，水不溶性膜控包衣制剂，渗透泵制剂等）→控制释药部位（胃内滞留型制剂、肠包衣型结肠给药系统）→控制释药时间（脉冲给药系统），一般采用口服或口腔给药。注射型正在兴起（在体凝胶、毫微球体系等）特点：服用方便，降低峰谷比，毒副作用小

发展特点

a.某些抗生素（头孢氨苄、庆大霉素、罗红霉素等→临床使用有异议）；b.t1/2>20h的药物（非洛地平、卡马西平、地高辛等→临床实用性）；c.肝首过作用较大的药物（心得安、地尔硫卓、维拉帕米等→剂量问题）；d.复方缓释、控释制剂（伪麻+西替利嗪、非洛地平+美托洛尔等）e.从12小时/次→24小时/次发展（硝苯地平、尼莫地平、地尔硫卓等）（三）经皮给药系统

transdermaldrugdeliverysystems，TTS发展较缓慢，研究多、产品少，药用高分子材料（如控释粘胶、微孔膜等）缺乏。近代药剂学研究表明：该系统主要属皮肤控释型制剂，其控释作用主要由促渗剂决定。主要为膜控释技术和粘胶骨架控释技术特点：给药间隔长（1~7天/次），血浓平稳，可随时中断给药。发展特点a.寻找安全有效、无刺激性和过敏性的促渗剂（挥发油，氨基酸衍生物、表面活性剂，Azone和DMSO衍生物等）b.其它导入技术的发展（离子、电致孔、超声波及激光导入技术等，但存在问题）c.大分子药物TTS研究开发（脂质体、微乳等）d.中药提取物（巴布剂、硬膏剂、糊剂等）e.粘贴及控释材料的研究（压敏胶、复合膜等）（四）靶向给药系统（TDS）

targetingdrugdeliverysystem

新型药物制剂研究开发热点，发展较快，特别在脂质体、微乳、微球、毫微粒和毫微囊等制剂方面。主要集中在抗癌药物方面。可分为被动和主动靶向。一级靶向（器官及组织靶向）二级靶向（细胞靶向）三级靶向（分子型靶向）特点：提高疗效，降低毒副作用和药物剂量。发展特点a.脂质体（抗体和糖配基修饰，长循环、纳米隐形、pH敏感、热敏感脂质体等）b.微乳和微粒（表面修饰疏水性—→亲水性，如吐温80修饰—→脑靶向）c.毫微粒和毫微囊d.新载体的研究（纳米机器人，现有全胃肠道检查用，胶囊中加入微型摄象装置）总之，药物传递系统由于类型不同，对其要求亦有差异，有关药品质量控制重点亦不同，但对药剂学来讲，其关键仍在处方设计及制备工艺的优化方面

（五）质量控制的作用及意义

药品不同于一般的商品（仅分为合格和不合格品，无等外品）；是用于防病、治病、诊断疾病、改善体质、增强抵抗力的物质；药品质量的优劣直接影响着人们的身体健康和生命安全；为确保人们用药的安全、有效，必须对药品质量进行全面控制。提高企业声誉，提高我国医药品质量，提高人民健康生活水平，发展经济具有较大的意义。药品的全面质量管理包括：研究→生产→供应→使用→检验（多单位、部门）GLP→GMP→GSP→GCP→AGC（分析质量控制）我们将着重注意：研究及生产中如何控制药品质量（六）稳定性与质量控制药品稳定性主要包括：1.物理（破乳、颗粒结块、析晶、胶体老化、崩介及溶出速度改变等）；2.化学（含量或效价下降、产生色泽、聚合沉淀等）；3.微生物学（长霉、发酵等）稳定性三方面。一般药品必须具备：安全、有效、稳定（药物制剂三要素）安全是前提（FDA首先要求提供安全性材料），稳定是基础（影响疗效和毒副作用）。稳定性研究：贯穿药物原料的合成、产品更新、新产品开发、制剂设计及制剂生产等过程中的重要内容（新药申报中必不可少）。药品不稳定：不仅造成企业经济上的巨大损失，而且难以保证药品在临床使用中是有效性和安全性，对企业及社会造成不良影响。三、处方设计、制备工艺

对药品质量及稳定性的影响1.处方组分的影响

原料来源、批号、晶型（有效、无效）、水分等；辅料来源、批号、水分、杂质等。2.工艺流程、生产条件及操作人员的影响

科学性、合理性、稳定性、可控性、规范性遵循的总体原则a.采用高质量产品，严格按产品要求保存（如冷藏、避光、干燥环境等）b.每批原辅料都需进行质量检查（不同时间进货，即使是同一厂家同一批号亦需重新检查；长时间放置后亦需重新检查，特别是含水量可能影响投料量）c.选择不影响药物含量及有关物质测定的辅料（吐温类在UV区有干扰吸收，SLS在HPLC图谱上可能存在杂质吸收峰，而影响测定）d.原—辅料、辅料—辅料之间的相互作用（物理吸附、化学结合或降介、生物吸收等；药物与赋形剂按1：5配料试验，药物与润滑剂按20：1配料试验；常规采用差示热分析法：DTA或差示扫描量热法：DSC）（一）骨架型和包衣型DDS骨架型DDS:由于药物高度分散在骨架材料中，可能存在缓慢的物理化学变化（特别是固体分散体在一定时间后极易产生晶型的转化或结晶的成长，导致溶出度或释放度下降）包衣型DDS:不稳定性主要是由于包衣膜在环境（如湿度、光线）作用下产生的物理化学变化（如EC在光照及有氧条件下，易降介；某些增塑剂在高温下可能缓慢挥发或重新分布）骨架型和包衣型DDS的主要问题骨架型DDS在释药稳定性方面较包衣型DDS稳定、可靠，易实现工业化生产。1.包衣型DDS存在“突释”的风险；由于目前我国包衣设备在工程化参数方面缺乏有效的控制手段（如微丸包衣的粘连，包衣增重的测定等），经常出现批间差异；但可调性较好。2.骨架型则应注意骨架材料的混合均匀性及颗粒或粉末的流动性（装量差异易造成压力差异而影响释药性），可调性较差。（二）微粉化技术

对难溶性药物而言，药物在胃肠道中的吸收受其溶解速度影响，增加药物的比表面积，有利于提高药物在胃肠道中的溶出速度，有利于提高药物的生物利用度）：极大地降低药物粒子达到微米级（<10um）水平（表面自由能↑、溶解速度↑、吸收和AUC↑）。粉碎方法：水飞法、球磨机、胶体磨、微晶结晶法→气流粉碎机（流能磨：效率高，粒度分布较均匀，有冷却效应，可无菌操作等）微粉化可能存在的问题1.粒子分布不均匀（*混合粉碎等）；2.表面电荷→难分散（*加润滑剂等）；3.晶型的转化（*气流粉碎、低温粉碎等）；4.易吸附、飞扬；5.堆密度下降、流动性和可压性较差等小试→大生产过程中应注意的事项：1.均匀性：小试好，大生产可能出现较大的粒子差异（除流能磨外）→造成质量不稳定；2.混合性：小试易进行，大生产中应进行充分的过筛混匀过程；3.飞扬性：大生产易控制4.吸附性：在连续生产过程中较少考虑5.颗粒硬度和流动性存在差异：手工与机械；筛网等6.机械差异：单冲和旋转型；流化和锅包衣等7.大生产得率较高（三）CD及衍生物包合技术主体分子（CD）包裹客体分子（药物）：无机物、水溶性和大剂量药物不宜。又称分子胶囊：适合难溶性、小剂量、易挥发药物（提高水溶性、稳定性和AUC，降低挥发性，液体药剂固体化）制备方法：碾磨法、溶剂法（pH调节等）、饱和溶液法（加热→冷却）、喷雾干燥等包合技术可能存在的问题1.包裹率：CD中药量/药物投料总量×100%2.泄漏性（如湿法制粒过程中，药物在溶剂中的溶解、析出等）3.表面吸附（喷雾干燥等）4.溶解度改变（亲脂药物降低，亲水药物增加）小试→大生产过程中

应注意的事项1.制备工艺：小试可采用碾磨法，大生产采用溶剂法和饱和溶液法；2.包裹率：连续>间断式生产（母液的利用）；3.结晶或沉淀时应注意药物的吸附；4.工艺参数差异：搅拌速度和时间等（四）固体分散技术药物高度分散在载体中，药物分散形式：1.分子（固体溶液）；2.无定型（共沉淀物）；3.微晶（低共融物）随着载体量的增加微晶→无定型→固体溶液）特点：提高难溶性药物的溶解度、溶出速度和AUC；控制药物释放速度制备方法：溶剂法、熔融法、溶剂—熔融法、喷雾干燥、喷雾凝结（PEG）等固体分散技术应注意的事项1.可能存在问题：形成类型、稳定性及溶剂残留等2.小试→大生产过程中：*载体类型选择及用量：PVP、PEG、EC等混合物；*制备工艺的选择：根据载体及药物性质；*加热温度及时间：大生产不同于小试，应有一定的保温时间；*干燥方法：真空>减压>常压，吸附后制粒干燥较佳；*老化：晶型的转化、结晶的长大→溶出度或释放度、AUC改变；*制粒时粘合剂溶剂的再溶解→析晶（大生产的制备时间一般>小试）（五）制备工艺对药品质量

及稳定性的影响湿法制粒压片工艺（溶剂、温度、多晶型、粒子硬度等），该工艺的大生产与小试工艺参数可能存在较大的差异（粘合剂加入量、干燥温度和时间、药物表面迁移等）1.投料量的提高（混合、包衣效率等）2.机械类型（一般、高速压片等）3.制备工艺（如：包衣设备、温度、喷雾量、喷雾速度、投料量等）一般而言，连续式大生产的质量稳定性较小试好，但片剂的崩介度或溶出度（释放度）可能会降低，含量均匀性可能出现问题

药物+辅料

↓↓粉碎（粒度、分布、比重、表面性质、电荷等）

混合（过筛）：容器形状、混合方式、混合时间（吸湿、风化、液体、低共熔、电荷）

↓↓加粘合剂（水或醇性）：小试量>大生产(75%);

软材（搅拌）：大生产较小试搅拌时间长，粘性大（注意控制时间及速度）

↓↓过筛（挤压式，金属及尼龙筛材料：目数相同但孔径不同，金属离子的影响等）

湿制粒（大生产粒度较硬，细粉较多）

↓↓箱式、流化沸腾式（效率高、受热时间短）、微波（受热均匀、低温、灭菌）

干燥（温度、时间）

↓↓过筛（比制粒大一级，降低细粉量，保证颗粒的流动性和可压性）

整粒（孔径的选择、挤压力大小）

↓↓加润滑剂、崩介剂（粒子大小应注意，关系到其作用）

压片（单冲与旋转式机械：压力、加压时间不同）片剂大生产中常出现的问题：*设备（类型不同；同一类型不同机组；小试与大生产等）*操作条件（参数的波动及改变：如为了提高生产效率，加大喷雾速度和喷雾量，提高干燥温度等）*加大投料量（容器干燥空间的改变，效率下降，溶剂残留增加等）*新工艺（微波干燥灭菌、流化床干燥、制粒、包衣等）大生产中常出现的问题：*可溶性成分的表面迁移（箱式>流化、微波）—→含量不均匀（颗粒内、颗粒间）*温度不均匀（下部>上部，含水量及颗粒硬度不同等）*可溶性成分的结晶（晶型转化、结晶的成长等）药物、辅料预处理（无菌、热原、色泽、含量和含水量测定；容器和溶剂处理等）

↓↓加溶剂、助溶或增溶剂（符合注射级要求、毒性、最低用量等）

溶解（搅拌）：容器、管道材质；溶解方式、时间、温度；原辅料加入顺序等）

↓↓加活性炭：脱色、除热原、助滤、吸附；用量和保温时间

过滤（三级）：滤器类型、材质、吸附性；过滤方式和速度；黏度和温度；回滤等）

↓↓中间体测定、空气净化（但孔径不同，金属离子的影响等）

灌封（拉封）：容器质量和洁净度；剂量、火焰调节；联动性和成品率等）

↓↓热压、微波、旋转式（效率高、时间短、防分层、破裂等）

灭菌（温度、时间、放置位置、数量、安全性等）

↓↓检漏、清洗（趁热或减压色水喷淋；玻璃膨胀问题，防止漏检）

灯检（设备、照度等，澄明度：微粒、色泽、外观等）

↓↓印字、包装（符合药包材要求，批号，说明书，得率等）

成品抽检（无菌、热原、pH等质检项目；特殊毒性和降压物质等）注射剂大生产中常出现的问题：*设备（材质、类型不同；管道流程的合理性；小试与大生产不同等）*操作条件（参数的波动及改变，如：升温、冷却速度和时间，搅拌速度和效率，提高干燥温度等）*环境条件（层流台→洁净室，大生产＞小试等）*得率问题（预试＜小试；正常生产≥小试）*成品质量（无菌、热原、微粒等项目大生产较好；pH等波动较大；一般情况大生产＞小试）*漏检问题（应尽量避免）*批间、批内差异（原辅料和容器来源、批号；工艺参数波动等）四、建立有效的质量控制标准

建立合理的溶出度测定条件1.测定方法：专属性、灵敏度、准确性及有效性（与有关物质的分离度）等2.溶出介质：水相（或模拟人体胃肠道）；表面活性剂溶液（SLS<1%）；含有机溶剂（异丙醇、甘油、乙醇、丙二醇等，应慎用）3.漏槽条件：大于3倍量药物溶出量（防止因溶解度问题造成的溶出速度下降，导致药物体内外不相关）4.测定条件：转速（50~100rpm）；温度（杯内温度）；气泡；标准片的校正；环境）建立合理的有关物质测定方法有关物质：合成中间体和降解产物有效测定方法：HPLC、GC>TLC（与有效物的分离度、方法学）剧烈条件下降解：高温、强酸、强碱（必须达到降解，且有效分离、测定）该项目是我国目前较薄弱的环节，问题较多，要求逐渐提高（如多晶型、异构和溶剂化问题等）五、体内外相关性的研究1.动物试验（特别是DDS无同类对照制剂时，作为筛选基本处方，但并不一定反映人体情况）2.单剂量和多剂量试验（DDS应做多剂量试验，评价制剂的波动性，生物等效性评价包括：Tmax、Cmax、AUC）3.人体数据（吸收分数与体外释药分数之间的线性关系，评价体外溶出度或释放度方法的可行性及可靠性）六、稳定性的研究1.稳定性影响因素试验（1）去包装，一批样品，0、（5）、10天取样；（2）湿度控制（密闭容器内）：饱和氯化钠溶液（75%）；饱和硝酸钾溶液（92.5%）；饱和亚硝酸钠（60%）；饱和醋酸钾溶液（20%）（3）高温（60℃,注意重量变化，含量若下降5%，则需在40℃条件下同法试验）；高湿（25℃、75%和90%RH，考察制剂的吸湿性）；强光（4500±500Lx，条件应不受外界影响，注意外观色泽变化）2.稳定性加速试验（包括有效期的预测）（1）拟上市包装，三批样品，0、1、2、3（临床）、4、5、6（生产）个月取样（2）试验条件：一般40±2℃、75±5%RH；若6个月内样品不符合标准，则采用30±2℃、60±5%RH，试验6个月；热敏药物（4~8℃保存）在25±2℃、60±5%RH，试验6个月（3）恒温加速试验（仅考察处方的可行性，对新药的有效期仅供参考）中应注意的事项：(a)固体制剂不适合（不均匀性、多样性等）；(b)催化反应、光解等游离基反应不适合；(c)活化能过大、过小亦不合适；(d)温度应在四个水平以上，每个温度应有四个取样点；(e)实验温度条件下，降解类型应不变等Arrhenius指数定律是定量基础

3.长期试验及留样观察试验（1）拟上市包装，三批样品，0、3、6（临床）、9、12（生产）、18、24、36个月取样（2）试验条件：一般在25±2℃、60±5%RH（不得使用模糊概念，如室温等）；热敏药物在6±2℃应特别注意：稳定性试验测定项目的正确选择（按照最新规定）需注意事项：(a)基本处方确定后应迅速做预试验；(b)高温和高湿不影响时，应放样重复试验确认；(c)为加速试验和长期试验准备（争取时间）；(d)质量标准应与临床和生产用一致（防止前功尽弃）；(e)水分对试验结果的影响（含水量控制）；(f)试验条件的严格控制和一致性；(g)取样的均匀性和代表性；(h)测定数据的准确性（留取部分试验样品，以防重复试验）七、新产品研发及应注意的问题新产品含义：新制剂为绝大部分，如：片剂（分散片、缓控释片）、注射剂（溶液型、微粒缓控释、靶向型等）新剂型为极少数，如：外用→透皮、气雾剂→喷雾剂→粉末吸入剂（粉雾剂）等仿制品种含义：现有上市品种（包括进口制剂，但应在国产品临床观察期外）注射剂不需临床试验；其他剂型与新药开发相近；缓控释制剂需动物缓控释验证，且需生物利用度或临床试验。（一）新制剂研发概况新原料药为龙头→普通制剂（口服、注射、外用）现有口服药物→缓控释、透皮、黏膜现有注射药物→水针、输液、粉针三者间的改变→靶向中药现代化（含量和纯度提高；微粉化口服制剂；缓控释制剂；注射剂和靶向制剂等）生物技术药物（注射剂→粉针；鼻腔、口腔、眼部给药）复方制剂（普通→缓控释）（二）研发中应注意的问题☆关于处方设计、工艺流程1.科学性（新技术应用、技术改造、流程设计等）2.合理性（辅料配比、规格、来源等）3.实用性（工艺参数、控制范围、机械条件等）4.重现性（3批以上、交叉重现、中试放大等）5.可控性（注意事项、解决方案、技术关键等）如：固、液料加入顺序；粉料的避免和利用；微粒与热原问题等等☆关于原始记录1.原始性（如：粘合剂和润湿剂用量，休止角，冰点下降，外观，卫生学检查，溶出度或释放度数据，干燥或冻干条件、时间，活性炭用量及处理时间等）2.合理和合法性（批号与实验时间，时间次序，药分和药剂的合理衔接，制剂数量和实验内容用量等）3.真实性（如：粘合剂和润湿剂的配制，混合时间、次数，筛网材质、目数，滤器材质、预处理方法，配置容器材质、处理方法，等）4.详细性（如：原辅料的外观、粒径、质量，注射用水或溶剂的质量，活性炭质量、批号、来源等）49第一节概述出物进行连续检测。因此，高效液相色谱具有分析速度快、分离效能高、自动化等特点。所以人们称它为高压、高速、高效或现代液相色谱法。二、液相色谱分离原理及分类和气相色谱一样，液相色谱分离系统也由两相——固定相和流动相组成。液相色谱的固定相可以是吸附剂、化学键合固定相（或在惰性载体表面涂上一层液膜）、离子交换树脂或多孔性凝胶；流动相是各种溶剂。被分离混合物由流动相液体推动进入色谱柱。根据各组分在固定相及流动相中的吸附能力、分配系数、离子交换作用或分子尺寸大小的差异进行分离。色谱分离的实质是样品分子（以下称溶质）与溶50第一节概述剂（即流动相或洗脱液）以及固定相分子间的作用，作用力的大小，决定色谱过程的保留行为。根据分离机制不同，液相色谱可分为：液固吸附色谱、液液分配色谱、化合键合色谱、离子交换色谱以及分子排阻色谱等类型。三、液相色谱与气相色谱的比较液相色谱所用基本概念：保留值、塔板数、塔板高度、分离度、选择性等与气相色谱一致。液相色谱所用基本理论：塔板理论与速率方程也与气相色谱基本一致。但由于在液相色谱中以液体代替气相色谱中的气体作为流动相，而液体和51第一节概述气体的性质不相同；此外，液相色谱所用的仪器设备和操作条件也与气相色谱不同，所以，液相色谱与气相色谱有一定差别，主要有以下几方面：（1）应用范围不同气相色谱仅能分析在操作温度下能气化而不分解的物质。对高沸点化合物、非挥发性物质、热不稳定化合物、离子型化合物及高聚物的分离、分析较为困难。致使其应用受到一定程度的限制，据统计只有大约20%的有机物能用气相色谱分析；而液相色谱则不受样品挥发度和热稳定性的限制，它非常适合分子量较大、难气化、不易挥发或对热敏感的物质、离子型化合物及高聚物的分离分析，大约占有机物52第一节概述

的70~80%。

（2）液相色谱能完成难度较高的分离工作因为：①气相色谱的流动相载气是色谱惰性的，不参与分配平衡过程，与样品分子无亲和作用，样品分子只与固定相相互作用。而在液相色谱中流动相液体也与固定相争夺样品分子，为提高选择性增加了一个因素。也可选用不同比例的两种或两种以上的液体作流动相，增大分离的选择性。②液相色谱固定相类型多，如离子交换色谱和排阻色谱。53第一节概述等，作为分析时选择余地大；而气相色谱并不可能的。③液相色谱通常在室温下操作，较低的温度，一般有利于色谱分离条件的选择。（3）由于液体的扩散性比气体的小105倍，因此，溶质在液相中的传质速率慢，柱外效应就显得特别重要；而在气相色谱中，柱外区域扩张可以忽略不计。（4）液相色谱中制备样品简单，回收样品也比较容易，而且回收是定量的，适合于大量制备。但液相色谱尚缺乏通用的检测器，仪器比较复杂，价格昂贵。在实际应用中，这两种色谱技术是互相补充的。54第一节概述综上所述，高效液相色谱法具有高柱效、高选择性、分析速度快、灵敏度高、重复性好、应用范围广等优点。该法已成为现代分析技术的重要手段之一，目前在化学、化工、医药、生化、环保、农业等科学领域获得广泛的应用。55第二节高效液相色谱仪高效液相色谱仪由高压输液系统、进样系统、分离系统、检测系统、记录系统等五大部分组成（图14-2）。分析前，选择适当的色谱柱和流动相，开泵，冲洗柱子，待柱子达到平衡而且基线平直后，用微量注射器把样品注入进样口，流动相把试样带入色谱柱进行分离，分离后的组分依次流入检测器的流通池，最后和洗脱液一起排入流出物收集器。当有样品组分流过流通池时，检测器把组分浓度转变成电信号，经过放大，用记录器记录下来就得到色谱图。色谱图是定性、定量和评价柱效高低的依据。一、高压输液系统56第二节高效液相色谱仪

高压输液系统由溶剂贮存器、高压泵、梯度洗脱装置和压力表等组成。1.溶剂贮存器溶剂贮存器一般由玻璃、不锈钢或氟塑料制成，容量为1到2L，用来贮存足够数量、符合要求的流动相。2.高压输液泵高压输液泵是高效液相色谱仪中关键部件之一，其功能是将溶剂贮存器中的流动相以高压形式连续不断地送入液路系统，使样品在色谱柱中完成分离过程。由于液相色谱仪所用色谱柱径较细，所填固定相粒度很小，因此，对流动相的阻力较大，为了使流动相能较快地流过57第二节高效液相色谱仪色谱柱，就需要高压泵注入流动相。对泵的要求：输出压力高、流量范围大、流量恒定、无脉动，流量精度和重复性为0.5%左右。此外，还应耐腐蚀，密封性好。高压输液泵，按其性质可分为恒压泵和恒流泵两大类。恒流泵是能给出恒定流量的泵，其流量与流动相粘度和柱渗透无关。恒压泵是保持输出压力恒定，而流量随外界阻力变化而变化，如果系统阻力不发生变化，恒压泵就能提供恒定的流量。58第二节高效液相色谱仪3.梯度洗脱装置

梯度洗脱就是在分离过程中使两种或两种以上不同极性的溶剂按一定程序连续改变它们之间的比例，从而使流动相的强度、极性、pH值或离子强度相应地变化，达到提高分离效果，缩短分析时间的目的。梯度洗脱装置分为两类：一类是外梯度装置（又称低压梯度），流动相在常温常压下混合，用高压泵压至柱系统，仅需一台泵即可。另一类是内梯度装置（又称高压梯度），将两种溶剂分别用泵增压后，按电器部件设置的程序，注入梯度混合室混59第二节高效液相色谱仪合，再输至柱系统。

梯度洗脱的实质是通过不断地变化流动相的强度，来调整混合样品中各组分的k值，使所有谱带都以最佳平均k值通过色谱柱。它在液相色谱中所起的作用相当于气相色谱中的程序升温，所不同的是，在梯度洗脱中溶质k值的变化是通过溶质的极性、pH值和离子强度来实现的，而不是借改变温度（温度程序）来达到。二、进样系统进样系统包括进样口、注射器和进样阀等，它的作用是把分析试样有效地送入色谱柱上进行分离。60第二节高效液相色谱仪三、分离系统分离系统包括色谱柱、恒温器和连接管等部件。色谱柱一般用内部抛光的不锈钢制成。其内径为2~6mm，柱长为10~50cm，柱形多为直形，内部充满微粒固定相。柱温一般为室温或接近室温。四、检测器检测器是液相色谱仪的关键部件之一。对检测器的要求是：灵敏度高，重复性好、线性范围宽、死体积小以及对温度和流量的变化不敏感等。在液相色谱中，有两种类型的检测器，一类是溶质性检61第二节高效液相色谱仪测器，它仅对被分离组分的物理或物理化学特性有响应。属于此类检测器的有紫外、荧光、电化学检测器等；另一类是总体检测器，它对试样和洗脱液总的物理和化学性质响应。属于此类检测器有示差折光检测器等。62第三节高效液相色谱的固定相

和流动相一、固定相高效液相色谱固定相以承受高压能力来分类，可分为刚性固体和硬胶两大类。刚性固体以二氧化硅为基质，可承受7.0

108~1.0

109Pa的高压，可制成直径、形状、孔隙度不同的颗粒。如果在二氧化硅表面键合各种官能团，可扩大应用范围，它是目前最广泛使用的一种固定相。硬胶主要用于离子交换和尺寸排阻色谱中，它由聚苯乙烯与二乙烯苯基交联而成。可承受压力上限为3.5

108Pa。固定相按孔隙深度分类，可分为表面多孔型和全多孔型固定相63第三节高效液相色谱的固定相

和流动相两类。1.表面多孔型固定相它的基体是实心玻璃球，在玻璃球外面覆盖一层多孔活性材料，如硅胶、氧化硅、离子交换剂、分子筛、聚酰胺等。这类固定相的多孔层厚度小、孔浅，相对死体积小，出峰迅速、柱效亦高；颗粒较大，渗透性好，装柱容易，梯度淋洗时能迅速达到平衡，较适合做常规分析。由于多孔层厚度薄，最大允许量受到限制。2.全多孔型固定相由直径为10nm的硅胶微粒凝聚而成。这类固定相由于颗64第三节高效液相色谱的固定相

和流动相粒很细（5~10

m），孔仍然较浅，传质速率快，易实现高效、高速。特别适合复杂混合物分离及痕量分析。二、流动相由于高效液相色谱中流动相是液体，它对组分有亲合力，并参与固定相对组分的竞争，因此，正确选择流动相直接影响组分的分离度。对流动相溶剂的要求是：（1）溶剂对于待测样品，必须具有合适的极性和良好的选择性。（2）溶剂与检测器匹配。对于紫外吸收检测器，应注意选用检测器波长比溶剂的紫外截止波长要长。所谓溶剂65第三节高效液相色谱的固定相

和流动相的紫外截止波长指当小于截止波长的辐射通过溶剂时，溶剂对此辐射产生强烈吸收，此时溶剂被看作是光学不透明的，它严重干扰组分的吸收测量。对于折光率检测器，要求选择与组分折光率有较大差别的溶剂作流动相，以达到最高灵敏度。（3）高纯度由于高效液相色谱灵敏度高，对流动相溶剂的纯度也要求高。不纯的溶剂会引起基线不稳，或产生“伪峰”。66第三节高效液相色谱的固定相

和流动相（4）化学稳定性好（5）低粘度（粘度适中）若使用高粘度溶剂，势必增高压力，不利于分离。常用的低粘度溶剂有丙酮、甲醇和乙腈等；但粘度过低的溶剂也不宜采用，例如戊烷和乙醚等，它们容易在色谱柱或检测器内形成气泡，影响分离。67第四节液—固色谱法液固色谱的固定相是固体吸附剂。吸附剂是一些多孔的固体颗粒物质，位于其表面的原子、离子或分子的性质是多少不同于在内部的原子、离子或分子的性质的。表层的键因缺乏覆盖层结构而受到扰动。因此，表层一般处于较高的能级，存在一些分散的具有表面活性的吸附中心

。因此，液固色谱法是根据各组分在固定相上的吸附能力的差异进行分离，故也称为液固吸附色谱。吸附剂吸附试样的能力，主要取决于吸附剂的比表面积和理化性质，试样的组成和结构以及洗脱液的性质等。组分与吸附剂的性质相似时，易被吸附，呈现高的保留值；当组分分子结构与吸附剂表面活性中心的刚性几何结构相适应时，68第四节液—固色谱法易于吸附。从而使吸附色谱成为分离几何异构体的有效手段；不同的官能团具有不同的吸附能，因此，吸附色谱可按族分离化合物。吸附色谱对同系物没有选择性（即对分子量的选择性小），不能用该法分离分子量不同的化合物。一、液固色谱法固定相液固色谱法采用的固体吸附剂按其性质可分为极性和非极性两种类型。极性吸附剂包括硅胶、氧化铝、氧化镁、硅酸镁、分子筛及聚酰胺等。非极性吸附剂最常见的是活性炭。极性吸附剂可进一步分为酸性吸附剂和碱性吸附剂。酸性吸附剂包括硅胶和硅酸镁等，碱性吸附剂有氧化铝、氧化69第四节液—固色谱法镁和聚酰胺等。酸性吸附剂适于分离碱，如脂肪胺和芳香胺。碱性吸附剂则适于分离酸性溶质，如酚、羧和吡咯衍生物等。各种吸附剂中，最常用的吸附剂是硅胶，其次是氧化铝。在现代液相色谱中，硅胶不仅作为液固吸附色谱固定相，还可作为液液分配色谱的载体和键合相色谱填料的基体。三、液-固吸附色谱流动相液相色谱的流动相必须符合下列要求：（1）能溶解样品，但不能与样品发生反应。（2）与固定相不互溶，也不发生不可逆反应。（3）粘度要尽可能小，这样才能有较高的渗透性和柱效。70第四节液—固色谱法（4）应与所用检测器相匹配。例如利用紫外检测器时，溶剂要不吸收紫外光。（5）容易精制、纯化、毒性小，不易着火、价格尽量便宜等。在液-固色谱中，选择流动相的基本原则是极性大的试样用极性较强的流动相，极性小的则用低极性流动相。为了获得合适的溶剂极性，常采用两种、三种或更多种不同极性的溶剂混合起来使用，如果样品组分的分配比k值范围很广则使用梯度洗脱。71第五节液液色谱法

液液色谱又称液液分配色谱。在液液色谱中，一个液相作为流动相，而另一个液相则涂渍在很细惰性载体或硅胶上作为固定相。流动相与固定相应互不相溶，两者之间应有一明显的分界面。分配色谱过程与两种互不相溶的液体在一个分液漏斗中进行的溶剂萃取相类似。以气液分配色谱法一样，这种分配平衡的总结果导致各组分的差速迁移，从而实现分离。分配系数（K）或分配比（k）小的组分，保留值小，先流出柱。然而与气相色谱法不同的是，流动相的种类对分配系数有较大的影响。72第五节液液色谱法一、固定相液液色谱的固定相由载体和固定液组成。常用的载体有下列几类：（1）表面多孔型载体（薄壳型微珠载体），由直径为30~40

m的实心玻璃球和厚度约为1~2m的多孔性外层所组成。（2）全多孔型载体，由硅胶、硅藻土等材料制成，直径30~50m的多孔型颗粒。（3）全多孔型微粒载体，由nm级的硅胶微粒堆积而成，又称堆积硅珠。这种载体粒度为5~10m。由于颗粒小，

73第五节液液色谱法所以柱效高，是目前使用最广泛的一种载体。由于液相色谱中，流动相参与选择作用，流动相极性的微小变化，都会使组分的保留值出现较大的差异。因此，液相色谱中，只需几种不同极性的固定液即可。如，—氧二丙腈（ODPN），聚乙二醇（PEG），十八烷（ODS）和角鲨烷固定液等。二、流动相在液液色谱中，除一般要求外，还要求流动相对固定相的溶解度尽可能小，因此固定液和流动相的性质往往处于两个极端，例如当选择固定液是极性物质时，所选用的流动相74第五节液液色谱法通常是极性很小的溶剂或非极性溶剂。以极性物质作为固定相，非极性溶剂作流动相的液液色谱，称为正相分配色谱，适合于分离极性化合物；反之，如选用非极性物质为固定相，而极性溶剂为流动相的液液色谱称为反相分配色谱，这种色谱方法适合于分离芳烃、稠环芳烃及烷烃等化合物。75第六节化学键合相色谱将固定液机械地涂渍在担体上组成固定相。尽管选用与固定液不互溶的溶剂作流动相，但在色谱过程中固定液仍会有微量溶解。以及流动相经过色谱柱的机械冲击，固定相会不断流失，即使将流动相预先用固定相液体饱和或在色谱柱前加一个前置柱，使流动相先通过前置柱，再进入色谱柱，但仍难以完全避免固定液的流失。70年代初发展了一种新型的固定相—化学键合固定相。这种固定相是通过化学反应把各种不同的有机基团键合到硅胶（载体）表面的游离羟基上，代替机械涂渍的液体固定相。这不仅避免了液体固定相流失的困扰，还大大改善了固定相的功能，提高了分离的选择性，化学键合色谱适用于分离几76第六节化合键合色谱法乎所有类型的化合物。

根据键合相与流动相之间相对极性的强弱，可将键合相色谱分为极性键合相色谱和非极性键合相色谱。在极性键合相色谱中，由于流动相的极性比固定相极性要小，所以极性键合相色谱属于正相色谱。弱极性键合相既可作为正相色谱，也可作为反相色谱。但通常所说的反相色谱系指非极性键合色谱。反相色谱在现代液相色谱中应用最为广泛。一、化学键合固定相法化学键合固定相一般都采用硅胶（薄壳型或全多孔微粒型）为基体。在键合反应之前，要对硅胶进行酸洗、中和、77第六节化合键合色谱法干燥活化等处理，然后再使硅胶表面上的硅羟基与各种有机物或有机硅化合物起反应，制备化学键合固定相。键合相可分为四种键型：（1）硅酸酯型（=Si-O-C=）键合相将醇与硅胶表面的羟基进行酯化反应，在硅胶表面形成（=Si-O-C=）键合相。反应生成单分子层键合相。一般用极性小的溶剂洗脱，分离极性化合物。（2）硅氮型（=Si-N=）键合相如果用SOCl2将硅胶表面的羟基先转化成卤素（氯化），再与各种有机胺反应，可以得到各种不同极性基因的键合相。78第六节化合键合色谱法可用非极性或强极性的溶剂作为流动相。（3）硅碳型（=Si-C=）键合相将硅胶表面氯化后，使Si-Cl键转化为Si-C键。在这类固定相中，有机基团直接键合在硅胶表面上。（4）硅氧烷型（=Si-O-Si-C=）键合相

将硅胶与有机氯硅烷或烷氧基硅烷反应制备。这类键合相具有相当的耐热性和化学稳定性，是目前应用最为广泛的键合相。79第六节化合键合色谱法二、反相键合相色谱法

在反相色谱中，一般采用非极性键合固定相，如硅胶-C18H37（简称ODS或C18）硅胶-苯基等，用强极性的溶剂为流动相，如甲醇/水，乙腈/水，水和无机盐的缓冲液等。目前，对于反相色谱的保留机制还没有一致的看法，大致有两种观点：一种认为属于分配色谱，另一种认为属于吸附色谱。分配色谱的作用机制是假设混合溶剂（水+有机溶剂）中极性弱的有机溶剂吸附于非极性烷基配合基表面，组分分子在流动相中与被非极性烷基配合基所吸附的液相中进行分80第六节化合键合色谱法配。吸附色谱的作用机制是把非极性的烷基键合相，看作是在硅胶表面上覆盖了一层键合的十八烷基的“分子毛”，这种“分子毛”有强的疏水特性。当用水与有机溶剂所组成的极性溶剂为流动相来分离有机化合物时，一方面，非极性组分分子或组分分子的非极性部分，由于疏溶剂的作用，将会从水中被“挤”出来，与固定相上的疏水烷基之间产生缔合作用。另一方面，被分离物的极性部分受到极性流动相的作用，使它离开固定相，减少保留值，此即解缔过程。显然，这两种作用力之差，决定了分子在色谱中的保留行为。一般地，固定相的烷基配合基或分离分子中非极性部分81第六节化合键合色谱法的表面积越大，或者流动相表面张力及介电常数越大，则缔合作用越强，分配比也越大，保留值越大。在反相键合相色谱中，极性大的组分先流出，极性小的组分后流出。三、正相键合色谱法

在正相色谱中，一般采用极性键合固定相，硅胶表面键合的是极性的有机基团，键合相的名称由键合上去的基团而定。最常用的有氰基（-CN）、氨基（-NH2）、二醇基（DIOL）键合相。流动相一般用比键合相极性小的非极性或弱极性有机溶剂，如烃类溶剂，或其中加入一定量的极性82第六节化合键合色谱法溶剂（如氯仿、醇、乙腈等），以调节流动相的洗脱强度。通常用于分离极性化合物。一般认为正相色谱的分离机制属于分配色谱。组分的分配比K值，随其极性的增加而增大，但随流动相中极性调节剂的极性增大（或浓度增大）而降低。同时，极性键合相的极性越大，组分的保留值越大。该法主要用于分离异构体，极性不同的化合物，特别是用来分离不同类型的化合物。83第六节化合键合色谱法四、离子性键合相色谱法当以薄壳型或全多孔微粒型硅胶为基质化学各种离子交换基团如-SO3H,-CH2NH2,-COOH,-CH2N(CH3)Cl等时，形成了所谓的离子性键合色谱。其分离原理与离子交换色谱一样，只是填料是一种新型的离子交换剂而已。化学键合色谱具有下列优点：（1）适用于分离几乎所有类型的化合物。一方面通过控制化学键合反应，可以把不同的有机基团键合到硅胶表面上，从而大大提高了分离的选择性；另一方面可以84第六节化合键合色谱法通过改变流动相的组成合乎种类来有效地分离非极性、极性和离子型化合物。（2）由于键合到载体上的基团不易被剪切而流失，这不仅解决了由于固定液流失所带来的困扰，还特别适合于梯度洗脱，为复杂体系的分离创造了条件。（3）键合固定相对不太强的酸及各种极性的溶剂都有很好的化学稳定性和热稳定性。（4）固定相柱效高，使用寿命长，分析重现性好。85第七节离子交换色谱法离子交换色谱以离子交换树脂为固定相，树脂上具有固定离子基团及可交换的离子基团。当流动相带着组分电离生成的离子通过固定相时，组分离子与树脂上可交换的离子基团进行可逆交换，根据组分离子对树脂亲合力不同而得到分离。一、固定相离子交换色谱常用的固定相为离子交换树脂。目前常用的离子交换树脂分为三种形式：一是常见的纯离子交换树脂；第二种是玻璃珠等硬芯子表面涂一层树脂薄层构成的表面层离子交换树脂；第三种为大孔径网络型树脂。86第七节离子交换色谱法典型的离子交换树脂是由苯乙烯和二乙烯苯交联共聚而成。其中，二乙烯苯起到交联和加牢整个结构的作用，其含量决定了树脂交联度的大小。交联度一般控制在4~16%范围内，高度交联的树脂较硬而且脆，但选择性较好。在基体网状结构上引入各种不同酸碱基团作为可交换的离子基团。

按结合的基团不同，离子交换树脂可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。阳离子交换树脂上具有与阳离子交换的基团。阳离子交换树脂又可分为强酸性和弱酸性树脂。强酸性阳离子交换树脂所带的基团为-SO3-H+

，其中-SO3-和有机聚合物牢固结合形成固定部分，H+是可流动的能为其它阳离子所交换的离子。

87第七节离子交换色谱法阴离子交换树脂具有与样品中阴离子交换的基团。阴离子交换树脂也可分为强碱性和弱碱性树脂。二、流动相离子交换树脂的流动相最常使用水缓冲溶液，有时也使用有机溶剂如甲醇或乙醇同水缓冲溶液混合使用，以提高特殊的选择性，并改善样品的溶解度。88第八节排阻色谱法排阻色谱法也称空间排阻色谱或凝胶渗透色谱法，是一种根据试样分子的尺寸进行分离的色谱技术。排阻色谱的色谱柱的填料是凝胶，它是一种表面惰性，含有许多不同尺寸的孔穴或立体网状物质。凝胶的孔穴仅允许直径小于孔开度的组分分子进入，这些孔对于流动相分子来说是相当大的，以致流动相分子可以自由地扩散出入。对不同大小的组分分子，可分别渗入到凝胶孔内的不同深度，大个的组分分子可以渗入到凝胶的大孔内，但进不了小孔甚至于完全被排斥。小个的组分分子，大孔小孔都可以渗入，甚至进入很深，一时不易洗脱出来。因此，大的组分分子在色谱柱中停留时间较短，很快被洗脱出来，它的洗脱体积很89第八节排阻色谱法小，小的组分分子在色谱柱中停留时间较长，洗脱体积较大，直到所有孔内的最小分子到达柱出口，完成按分子大小而分离的洗脱过程。

尺寸排阻色谱被广泛应用于大分子的分级，即用来分析大分子物质相对分子质量的分布。排阻色谱的固定相一般可分为软性、半刚性和刚性凝胶三类。所谓凝胶，指含有大量液体（一般是水）的柔软而富有弹性的物质，它是一种经过交联而具有立体网状结构的多聚体。90第八节排阻色谱法（1）软性凝胶如葡聚糖凝胶、琼脂糖凝胶都具有较小的交联结构，其微孔能吸入大量的溶剂，并能溶涨到它干体的许多倍。它们适用于水溶性作流动相，一般用于小分子质量物质的分析，不适宜在高效液相色谱中。（2）半刚性凝胶如高交联度的聚苯乙烯。常以有机溶剂作流动相。（3）刚性凝胶如多孔硅胶、多孔玻璃等，它们既可用水溶性溶剂，又可用有机溶剂作流动相，可在较高压强和较高流速下操作。91第九节色谱分离方法的选择

要正确地选择色谱分离方法，首先必须尽可能多的了解样品的有关性质，其次必须熟悉各种色谱方法的主要特点及其应用范围。选择色谱分离方法的主要根据是样品的相对分子质量的大小，在水中和有机溶剂中的溶解度，极性和稳定程度以及化学结构等物理、化学性质。一、相对分子质量对于相对分子质量较低（一般在200以下），挥发性比较好，加热又不易分解的样品，可以选择气相色谱法进行分析。相对分子质量在200~2000的化合物，可用液固吸附、液-液分配和离子交换色谱法。相对分子质量高于2000，则92第九节色谱分离方法的选择可用空间排阻色谱法。二、溶解度水溶性样品最好用离子交换色谱法和液液分配色谱法；微溶于水，但在酸或碱存在下能很好电离的化合物，也