这部分内容为长期实践积累,重点关注色谱柱使用中经常遇到的问题,并针对这些问题进行适当处理,以延长柱寿命。这些解决办法也不能保证百分之百有效,但一般情况下,可以尝试,往往能得到意外的惊喜。现根据常用液相色谱柱的常见问题分类别详述如下:
(一)普通C8色谱柱及C18反相色谱柱
当色谱柱使用较长时间之后,就可能发生柱压升高、分离度不好、柱效降低、峰形不好等情况,这时就需要根据故障原因对色谱柱进行清堵与再生,以延长色谱柱的使用寿命。具体原因及处理方法如下:
(1)筛板堵塞与柱头塌陷
主要现象有柱压严重升高或不稳定、色谱峰拖尾、色谱峰变宽、色谱峰分叉、秃峰等,需要进行清堵与弹性复原处理。(此方法适合于任何类型有相同故障的色谱柱的处理,不同的是溶剂要与相应类型色谱柱匹配。)主要处理方法如下:
①一般情况下,将色谱柱反接,不接检测器,用纯水或水-有机相(多用甲醇、乙腈)(95:5)以0.6ml/min流速冲洗约4h→再正向连接,接或不接检测器,用纯水或水-有机相(多用甲醇、乙腈)(95:5)以0.6ml/min流速冲洗约1h→再提高流速至1.0ml/min冲洗1h,观察柱压变化。若不凑效,则拧开柱头螺母(色谱柱进口),小心取下筛板,用5%左右的硝酸溶液超声处理20min左右,再用纯水超声20min左右。用小勺清理掉柱进口污染的部分填料,再将用乙醇调和后的相应的硅胶装入柱入口(也可用已经报废的同类柱中的填料替代),用平面不锈钢小铲压紧填平至略高出柱管口,但量不宜太多,否则,压得太紧柱压会升高,然后装上清洗过的筛板,注意筛板安装方向必需与原装相同,后紧固。
②冲洗与饱和:清堵紧固后,先反向连接色谱柱,不接检测器,用纯水或水-有机相(多用甲醇、乙腈)(95:5)以0.3ml/min流速冲洗约4h→再换成甲醇以0.5ml/min流速冲洗约2h→再正向连接色谱柱,接或不接检测器,用纯水或水-有机相(多用甲醇、乙腈)(95:5)以0.3ml/min流速冲洗约2h→再换成甲醇以0.5ml/min流速冲洗约1h→然后用甲醇或乙腈以1ml/min流速冲洗约1h以上,再根据测试用流动相比例调整水-甲醇(或乙腈)比例,以1ml/min流速冲洗约1h,后用测试用流动相平衡2h,进样测试即可。
③特别说明:如不是特殊情况,按其他办法可行,则好不要反冲色谱柱和拆卸筛板。
(2)柱效降低
主要特征性现象有柱压基本正常,但出现拖尾峰、秃峰、分叉峰、前延峰、峰变宽、基线漂移、理论板数降低、分离度降低等。需要进行再生处理,具体方法如下:
①一般情况下,顺接色谱柱,按如下溶剂顺序及条件冲洗:95%水-5%甲醇(或乙腈)(1.0ml/min,1h以上)→100%甲醇(1.0ml/min,1h以上)→100%乙晴(1.0ml/min,1h以上)→75%乙晴-25%异丙醇(0.5ml/min,10倍柱体积以上)→100%异丙醇(0.5ml/min,10倍柱体积以上)→100%二氯甲烷(0.5ml/min,10倍柱体积以上)→100%正己烷(0.5ml/min,10倍柱体积以上,根据实际情况可忽略)→异丙醇(0.5ml/min,20倍柱体积以上)→95%水-5%甲醇(或乙腈)(0.5ml/min,30min;再升至1.0ml/min,10倍柱体积以上)→检测用流动相平衡2h或至基线平稳,进样测试。在冲洗过程中,随时关注柱压变化,确保不过4000psi;若出,可通过降低流速,升高柱温来调整,具体操作可咨询成都摩尔科学仪器有限公司
②若上述方法效果不理想,可按如上溶剂顺序和条件,先反接色谱柱冲洗→再顺接色谱柱,用乙腈以1ml/min流速冲洗约2h→再用与流动相同比例的水-有机相以1ml/min流速冲洗约30min→后用流动相平衡2h或至基线平稳,进样测试即可。
③特别说明:再生过程必须随时关注柱压变化,柱压过高易导致硅胶变形与开裂及键合相极性端连接顺序紊乱,同时要保证再生时间足够。
(3)当分析复杂样品时间过长,尤其是中药分析,若出现柱压正常而色谱峰形变差,分离度降低时可尝试如下方法再生:先用5%甲醇(或乙腈)-95%水,将色谱柱反向连接,以1ml/min冲洗60分钟以上→再用四氢呋喃(或丙酮)以0.5ml/min冲洗60分钟以上(去除脂类)→再用65%甲醇(或乙腈)-35%水,以流速1ml/min冲洗60分钟→然后用纯甲醇或乙腈冲洗30分钟→接着用与流动相同比例的水-有机相以1ml/min流速冲洗约30min→后用流动相平衡2h,进样测试即可。
(4)特别提醒:再生时好选择不具备在线脱气的独立泵送系统色谱仪器进行,以防正相溶剂损坏脱气机密封膜或分子筛及比例阀等仪器精密部件。
(二)正相色谱柱
1 氨基柱(色谱柱:正相色谱柱HP-Amino)
①在正相条件下使用时,故障率较低。但要注意不可进样含有醛基、羰基的化合物,不可用于还原糖的分析;流动相要脱气,并不得含有羰基化合物和过氧化物(质量较差的乙醚、四氢呋喃等溶剂中含有少量)。任何时候更换流动相时都要确保新流动相与柱子原保存液可互溶,若不互溶,必需用异丙醇过渡。
当使用氨基柱进行酸性物质分析时,酸性物质溶液有质子存在,会使略带负电荷的氨基官能团质子化,导致使用一段时间后被测成分保留性质有所改变或柱效下降。
这时,建议按如下方法处理:首先用异丙醇,以0.5ml/min流速,冲洗约50倍柱体积→然后用甲醇,以0.5ml/min流速,冲洗约50倍柱体积→再用异丙醇,以0.5ml/min流速,冲洗约10倍柱体积过渡,回到平常使用的正相流动相平衡2h,进样检测即可。
若上述方法不凑效,可尝试按以下程序冲洗与再生:首先用含0.5%~1.0%NH3的50%乙腈-50%水溶液,以1.0ml/min流速冲洗该柱约5~10倍柱体积→然后用不含NH3的50%乙腈-50%水溶液,以1.0ml/min流速冲洗该柱约5~10倍柱体积以洗去多余NH3→再用添加少许NH3(如0.1%)的酸性分析物的流动相平衡2h左右,进样检测即可。
②在反相条件下使用时,-NH2键会水解,尤其是在该柱子pH范围以外,在极端酸性和碱性条件下柱效会下降很快,所以故障率较高。
若出现柱压增高柱效降低等情况,建议采用如下方法处理:若流动相含有缓冲盐,先以流动相比例的水-有机溶剂,以检测分析时同流速冲洗约30倍柱体积→再用纯甲醇,以1.0ml/min流速冲洗约50倍柱体积→然后用异丙醇,以0.5ml/min流速冲洗约10倍柱体积过渡→再用二氯甲烷以0.6ml/min流速冲洗色谱柱约10倍柱体积→再用异丙醇以0.5ml/min流速冲洗约10倍柱体积过渡回到甲醇条件下,以1.0ml/min流速冲洗约10倍柱体积,密封保存或用流动相平衡2h左右(若流动相含有缓冲盐,需先用与流动相同比例的水-有机相以1.0ml/min流速冲洗约30min),进样检测即可。
若上述方法不凑效,可尝试如下程序冲洗与再生:95%水-5%乙腈,以1.0ml/min流速冲洗约10倍柱体积→THF(四氢呋喃),以0.6ml/min流速冲洗约10倍柱体积→95%乙腈-5%水以1.0ml/min流速冲洗约10倍柱体积→保持95%乙腈-5%水,以低流速0.2-0.5mL/min冲洗过夜→流动相平衡2h(若流动相含有缓冲盐,需先用与流动相同比例的水-有机相以1.0ml/min流速冲洗约30min),进样检测即可。
2 氰基色谱柱(HP-Cyano正相色谱柱)
①在正相条件下使用时,故障率较低,操作和维护与氨基柱基本完全相同。但当柱子使用一定时间后,若出现柱效下降,柱子老化,可通过冲洗再生来恢复其柱性能。
具体方法如下:
用氯仿以0.5ml/min流速冲洗约10倍柱体积→再用异丙醇以0.5ml/min流速冲洗约10倍柱体积→然后用二氯甲烷以0.5ml/min流速冲洗约10倍柱体积→再用流动相(pH1.5-7.0为佳)平衡1h,待基线平稳,进样检测即可。
②在反相条件下使用时,-CN键会水解,尤其是在pH1.5-7.0范围以外,在极端酸性和碱性条件下柱效会下降很快,所以故障率较高。如果在这个条件下使用,一定要注意及时清洗。若出现柱效下降,柱子老化,可通过冲洗再生来恢复其柱性能。
具体方法如下:若流动相含有缓冲盐,先以流动相比例的水-有机溶剂,以检测时同流速冲洗约30倍柱体积→再用95%水-5%乙腈以1.0ml/min流速冲洗约10倍柱体积→再用THF(四氢呋喃)以0.6ml/min流速冲洗约10倍柱体积→再用95%乙腈-5%水以1.0ml/min流速冲洗约10倍柱体积→再用流动相平衡2h(若流动相含有缓冲盐,需先用与流动相同比例的水-有机相以1.0ml/min流速冲洗约30min),进样检测即可。
若上述方法不凑效,可尝试如下程序冲洗与再生:用95%水-5%乙腈以1.0ml/min流速冲洗约10倍柱体积→再用THF(四氢呋喃)以0.5ml/min流速冲洗约10倍柱体积→再用95%乙腈-5%水以1.0ml/min流速冲洗约10倍柱体积→保持95%乙腈-5%水继续冲洗,以低流速0.2~0.5mL/min冲洗过夜→流动相平衡2h(若流动相含有缓冲盐,需先用与流动相同比例的水-有机相以1.0ml/min流速冲洗约30min),进样检测即可。
(三)阴/阳离子交换柱(:HP-SCA强阳,HP-SAX强阴)
1 阳离子交换柱常见故障与处理
离子交换柱属于较脆弱的色谱柱,阳离子交换柱在使用过程中,往往会由于不规范操作而导致一系列故障。常见故障如下:
①柱压升高伴随柱效降低:主要是由于系统管路或柱保存过程中柱内或长菌、样品溶液中的颗粒物积聚在烧结物或者柱床上等所致。
②色谱峰额外地展宽:主要是由于管路太长、非新鲜配制的流动相中含有不正确的阴离子、流动相pH与离子强度不正确、用流动相平衡时间不够等所致。
③柱压正常伴随柱效降低:主要是由于样品中有脂肪,油脂,脂质等有机物致使固定相的表面被覆盖、从样品中带来的不确切的有机物或未正确制备洗脱液、在洗脱液制备完成以后带入洗脱液中的非特定有机物。
针对上述情况,在使用离子交换柱过程中需特别注意即可避免。若已经产生故障,可根据实际情况处理,尝试按如下方法再生:v首先反接色谱柱→用1mol/L的硝酸铵溶液,以0.4ml/min的流速洗脱30ml~60ml→再用甲醇-水(40:60),以0.4ml/min的流速洗脱30ml~60ml→然后用异丙醇,以0.4ml/min的流速洗脱30ml→再用去离子水,以0.4ml/min的流速洗脱30ml→然后用检测用洗脱液,以0.4ml/min的流速洗脱30ml→后将柱子接回正常方向,用检测用洗脱液平衡至基线平稳,进样检测即可。
2 阴离子交换柱常见故障与处理
同阳离子交换柱。不同的是,阴离子交换柱在不正确的较低pH条件下会导致系统峰(溶剂峰+硫酸盐峰)逐渐前移和峰向(正与负)针针变化。处理:正确配制新鲜的pH在3.8-4.3之间的洗脱液。v若出现与阳离子交换柱相同的常见故障,处理方法同阳离子交换柱。v3.3.3部分离子交换柱要求不同,可采用0.05mol/L的硫酸溶液(阳离子交换柱)或0.05mol/L的氨水溶液(阴离子交换柱),反向连接色谱柱,以0.3ml/min流速过夜冲洗→换成去离子水,以0.5ml/min流速,冲洗约12h→再正向连接色谱柱,用流动相平衡至基线稳定(若流动相中含有缓冲盐,需先用纯水以0.5ml/min流速冲洗约10倍柱体积,再进行平衡),进样测试即可。
(四)手性色谱柱
手性色谱柱在使用过程中往往会由于操作不当而导致一系列问题,现以AGP柱为例加以说明和规范。
(1)常见故障原因及处理办法
①手性异构体无法完全分离:多为色谱条件不妥,需要重新考察色谱条件。
②峰形变差,诸如拖尾、分叉、前延:多为色谱柱污染、柱床硅胶溶解与柱头塌陷(往往是由于流动相pH过8.0或流速及柱温选择不当导致)、柱床干涸等,需要清洗筛板、更换柱头硅胶,具体方法参考C18柱。v③柱压升高到100bar以上:多为色谱柱污染、柱头塌陷等,需要清洗筛板、更换柱头硅胶,具体方法参考C18柱。
(2)再生补救措施
手性柱若用时过久,在保证色谱条件正确与操作得当的情况下,若出现上述故障,可尝试按如下程序再生:
清洗筛板、更换柱头硅胶→反接色谱柱,用纯水以0.2ml/min流速冲洗约4h→用25%异丙醇溶液以0.2ml/min流速冲洗过夜→再顺接色谱柱,用纯水以0.2ml/min流速冲洗约6h→再用25%异丙醇溶液以0.2ml/min流速冲洗约1h→然后用纯水以0.5ml/min流速冲洗约2h→再用流动相平衡约2h(若流动相中含有缓冲盐,需先用水-有机相,按流动相同比例同流速冲洗约30min),进样检测即可。[备注:手性柱价格昂贵,而再生结果多具有较大不确定性,要么要么报废,因此,请谨慎进行手性柱的再生!现在市面上就赛分科技研发生产由成都摩尔科学仪器有限公司提供的手性色谱柱比较好]
(3)备注
手性色谱柱(赛分手性色谱柱)(用纯乙腈保存,通常在反相条件下使用。当出现柱压增高、分离度降低与峰形变差时,需要进行必要的处理。v1)若为柱头污染,清洗程序如下:反接色谱柱,不接检测器,用流动相冲洗约20倍柱体积→用纯水冲洗约20倍柱体积→正接色谱柱,接或不接检测器,用纯水冲洗约20倍柱体积→接检测器,用流动相平衡至基线平稳,进样测试;若不能解决问题,则需要拆卸筛板清洁(程序同反相柱),必要时更换筛板。v2)若为强保留物质污染,清洗与再生参照成都摩尔科学仪器有限公司;
(五)亲水性色谱柱
一般同正相色谱柱,可参考氨基柱与氰基柱的处理方法;亦可根据色谱柱的可能污染情况,合理选择溶剂冲洗与再生。
(六)氨基酸分析柱
一般同C18柱,可参考C18柱的处方法;亦可根据色谱柱的可能污染情况,合理选择溶剂冲洗与再生。
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