通過超高效液相色譜（ACQUITY UPLC ）提高色譜分離能力并減少溶劑用量

在當(dāng)今的經(jīng)濟形勢下，需要以較少的資源實現(xiàn)更多成果，而“快速”是分析化學(xué)領(lǐng)域內(nèi)經(jīng)常聽到的一個主題。液相色譜法已成為藥物分析、環(huán)境監(jiān)測、食品檢驗和水質(zhì)監(jiān)測等領(lǐng)域內(nèi)眾多定量及定性分析的主要工具。通過 ACQUITY UPLC ® 系統(tǒng)取得的生產(chǎn)能力、選擇性及特異性除了比傳統(tǒng)的 HPLC 消耗更少的溶劑外，還可以改善色譜分析結(jié)果，使實驗工作更加高效。

分析型 HPLC 經(jīng)常采用 4.6 毫米 x 150 毫米 或 250 毫米 的色譜柱，填充物質(zhì)的粒度為 3.0~5.0 微米，工作流速為 1.0~1.4 毫升 / 分鐘。這樣，每個樣品的 HPLC 分析時間便是 15~60 分鐘。典型的批量需要 10~20 小時完成，分析結(jié)果在第二天之前無法用于批簽發(fā)、下一個臨床劑量、工廠的清潔等方面的決策。流速為 1.4 毫升 / 分鐘時，這些 HPLC 系統(tǒng)每 20 小時日消耗約 1.5 升 溶劑，其中通常包括 50% 的有機溶劑。這些溶劑必須外購并棄置，這一切都會增加總體分析的成本。在平均 250 日的工作年中，最多會增加近 200 升 的有機溶劑；購買每升乙腈的約需 100 美元，相當(dāng)于 20,000 美元的可消耗成本。鑒于近期乙腈成本的增加以及全球某些地區(qū)的缺貨現(xiàn)狀，非常需要更加高效地利用該有毒溶劑。圖 1 所示為 HPLC 在制藥工業(yè)的一個應(yīng)用實例 – 奎硫平雜質(zhì)分析的代表性樣品圖譜；從圖中可見，梯度分析時間為 51 分鐘，色譜柱重新平衡需要 16 分鐘。

亞 2 微米多孔柱顆粒的出現(xiàn)以及設(shè)計用于利用這些顆粒的優(yōu)勢的儀器均提高了色譜分析的能力。亞 2 微米顆粒色譜效能的增加可顯著減少分析時間。因為色譜柱的色譜分辨能力與色譜柱長度成正比而與色譜柱粒徑成反比，亞 2 微米材料效能的增加，可減少色譜柱長度而達到相同的效能�？梢酝ㄟ^比較 l/dp 比（色譜柱長 / 粒度）來評價；對于一個粒度為 5.0 微米的 150 毫米 長的色譜柱，其 l/dp 比為 150/5 ，比值為 30 。由一個 5.0 微米粒子移動至一個 1.7 微米的色譜粒子時，可以取色譜柱長度為 50 毫米 而不會改變試驗的分辨率。由于色譜柱長度隨試驗的三個因素之一而減小，時間也應(yīng)該隨三個因素之一而減少，從而提高流量。減小粒度時，最佳流動相線性速度與粒度成反比增加。因此，由一個 5.0 微米粒子移動至一個 1.7 微米的色譜粒子時，流動相速度增加 3 倍；與色譜柱長度減少 3 倍相結(jié)合，最多可減少 9 倍的分析時間。

圖 1 硅硫平的反相 HPLC 分離

圖 2 地達諾新及其雜質(zhì)的 HPLC 與 UPLC 分離（標(biāo)為 A-F ）。 2A . 5.0 微米粒度的 HPLC 分離。 2B. 1.7 微米粒度的 UPLC 分離。

實際上，科學(xué)家們在使用 UPLC ® 時都會因為增加了分離度和較高的色譜波峰間隔而折衷選擇流量，因此方法的穩(wěn)健性更強。由亞 2 微米顆粒物質(zhì)獲得的色譜效能增加與 UPLC 要求的較短的色譜柱長度相結(jié)合，會產(chǎn)生較尖銳、同時更加集中的波峰，從而簡化了試驗過程，例如在生物分析法中。質(zhì)譜學(xué)會已經(jīng)利用增加的靈敏度和更短的分析時間來提高 UV 和 LC/MS 試驗的靈敏度。

為了實現(xiàn)這些亞 2 微米顆粒的色譜效能，必須仔細控制柱前和柱后的譜帶增寬，這對于恒溶劑模式（ isocratic mode ）下的運行尤為重要。 ACQUITY 超效能 LC ® 系統(tǒng)專門設(shè)計用于開發(fā)可由亞 2 微米顆粒 LC 獲得的色譜效能，柱前容量約為 80 微升，且色散性極低。沒有這種嚴格的控制，波峰形狀就會受到破壞，從而導(dǎo)致較寬的拖尾峰。

與 UPLC 系統(tǒng)相比，后者進樣相同的次數(shù)會消耗 71 升 流動相。當(dāng)流動相為 50% 左右的乙腈時，在整個分析過程中就可以節(jié)省 174 升 乙腈，成本按 100 美元 / 升計算， 每年節(jié)約財務(wù)支出 17,000 美元 。

圖 3. 奎硫平及其雜技的 UPLC 逆相分離。 3A . 2.1 毫米 色譜柱 I.D. 3B. 1.0 毫米 色譜柱 I.D.

ACQUITY UPLC 系統(tǒng)的獨特設(shè)計最大限度地減小了系統(tǒng)的延遲體積和系統(tǒng)的分散度，支持使用填充有亞 2 微米物質(zhì)的 1.0 毫米色譜柱 。圖 3B 中所示的數(shù)據(jù)表明在 ACQUITY UPLC BEH C 18 1.0 毫米 x 100 毫米， 1.7 微米色譜柱上進行的相同的奎硫平雜質(zhì)分析。樣品是在相同的梯度條件下洗提的，其流速大小為 0.181 毫升 / 分鐘；這表示溶劑用量比 2.1 毫米 HPLC 分離法減少 77% 。因此，若每年同樣要進行 4477 次進樣， 1.0 毫米分離只會消耗 16.30 升 溶劑，因此僅消耗 8.15 升 乙腈，溶劑用量 減少 97% 。與 HPLC 分析法相比， 1.0 毫米 UPLC 分析只需 800 美元購買乙腈的成本，相當(dāng)于進行相同次數(shù)的分析 比 HPLC 法節(jié)省 20,000 美元 。圖 4 所示的數(shù)據(jù)說明與輔助顯像法（ aid visualization ）相比 UPLC 在 1.0 毫米和 2.1 毫米規(guī)模下溶劑和成本的節(jié)省情況。通過該數(shù)據(jù)得知， UPLC 不僅更加高產(chǎn)，而且更加經(jīng)濟，因為該方法每年可以少消耗數(shù)百升溶劑。

結(jié)論

可商購的亞 2 微米顆粒 LC 色譜柱的出現(xiàn)及可利用這些色譜柱的色譜潛力的儀器使色譜工作人員和 LC/MS 科學(xué)工作者能夠提高其分析工作的靈敏度、質(zhì)量和速度。 ACQUITY UPLC 系統(tǒng)的獨特設(shè)計使科學(xué)工作者能夠以一種比以往更高效的方式取得這些成果。系統(tǒng)不僅更加高效，還比 HPLC 或“快速 LC ”（采用 4.6 毫米 色譜柱，流速更高）或單片固相顯著減少溶液用量。本白皮書所示的實例說明，通過遷移至 2.1 毫米 規(guī)模的 UPLC 法，可節(jié)省溶劑 82% ；通過遷移至 1.0 毫米 規(guī)模的 UPLC 法，可 節(jié)省溶劑 97% ，累計每年可節(jié)省數(shù)萬美元。

這樣的成本節(jié)約具有重要的商業(yè)意義，使用更少的溶劑和產(chǎn)生更少的廢物有益于環(huán)境保護。

分析時間

流動相

乙腈

成本

節(jié)約額

溶劑用量與 HPLC 和 UPLC 成本對比

圖 4. UPLC 在 1.0 毫米 和 2.1 毫米 色譜柱下相對 HPLC 的溶劑和成本節(jié)約情況。