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高效液相色譜法（HPLC）具有高壓、高效、高速、高靈敏度、高選擇性等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、環(huán)保、石化、食品、化工等行業(yè)，是現(xiàn)在分離分析的重要方法，本文著重介紹HPLC的工作原理、基本組成及高效液相色譜名詞術(shù)語(yǔ)，使新學(xué)者快速了解高效液相色譜知識(shí)，在日常操作中理論與實(shí)踐結(jié)合，確保HPLC的高效運(yùn)行、快速分析。
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HPLC工作原理
100多年前俄國(guó)植物學(xué)家Tswett(茨維特) 他將植物色素的石油醚提取液倒入裝有碳酸鈣的直立玻璃管，再加入石油醚使其自由流下,結(jié)果色素中各組份互相分離形成各種不同顏色的譜帶，Tswett用希臘語(yǔ)chroma(色)和graphos(譜)描述他的實(shí)驗(yàn)方法，即現(xiàn)在的Chromatography(色譜法)。
Tswett(茨維特)色譜實(shí)驗(yàn)
色譜法是通過(guò)是利用混合物中各組份在不同的兩相中溶解、分配、吸附等化學(xué)作用性能的差異，當(dāng)兩相作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，使各組分在兩相中反復(fù)多次受到上述各作用力而達(dá)到相互分離，色譜法的本質(zhì)是分離分析方法。
色譜分離原理
兩相中的一相是固定的，叫作固定相(Stationary Phase)，一相是流動(dòng)的，叫作流動(dòng)相(Mobile Phase)，又叫洗脫劑。用液體作為流動(dòng)相的，即為液相色譜(Liquid Chromatography, LC)。
HPLC為High Performance Liquid Chromatography的縮寫(xiě)（High高、Performance性能、Liquid液體的、Performance 色譜），是一種區(qū)別于經(jīng)典液相色譜，基于儀器方法的高效能分離手段，具有高壓、高效、高速、高靈敏度、高選擇性等特點(diǎn)。
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HPLC分類
按固定相和流動(dòng)相的相對(duì)極性分為正相色譜(NormalPhaseChromatography)和反相色譜(Reversed Phase Chromatography)。
正相色譜：固定相的極性大于流動(dòng)相。
反相色譜：固定相的極性小于流動(dòng)相。
有機(jī)化合物極性是指分子間作用力(靜電引力、偶極力、色散力、氫鍵力)綜合表現(xiàn)的一種表述。
正相色譜法與反相色譜法比較表
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正相色譜法
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反相色譜法
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固定相極性
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高～中
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中～低
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流動(dòng)相極性
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低～中
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中～高
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組分洗脫次序
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極性小先洗出
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極性大先洗出
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從上表可看出，當(dāng)極性為中等時(shí)正相色譜法與反相色譜法沒(méi)有明顯的界線（如氨基鍵合固定相）。
按分離過(guò)程的機(jī)理分為吸附色譜、分配色譜、離子交換色譜和體積排除色譜。
吸附色譜(Absorption Chromatography)：根據(jù)樣品組分對(duì)活性固定相表面吸附親和力的不同實(shí)現(xiàn)分離。
分配色譜(Partition Chromatography)：分離基于樣品組分在固定相和流動(dòng)相中的溶解度(分配系數(shù))不同。
離子交換色譜(Ion Exchange Chromatography)：根據(jù)樣品組份離子交換親和力的差異分離,簡(jiǎn)稱離子色譜(IC)。
體積排除色譜(Size Exclusion Chromatography)：分為GPC和GFC。
GPC(Gel Permeation Chromatography凝膠滲透色譜又稱尺寸排阻色譜)：固定相是疏水性凝膠,流動(dòng)相是水或緩沖溶液-有機(jī)溶劑。
GFC(Gel Filtration Chromatography凝膠過(guò)濾色譜又稱水系凝膠色譜)：固定相是親水性凝膠,流動(dòng)相是水或緩沖溶液。
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HPLC組成
HPLC由溶劑輸送系統(tǒng)（脫氣機(jī)、高壓泵等）、進(jìn)樣系統(tǒng)（定量泵、六通閥、定量環(huán)、進(jìn)樣針等）、分離系統(tǒng)（色譜柱等）、檢測(cè)系統(tǒng)（檢測(cè)器等）、記錄及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
高壓輸液泵：將流動(dòng)相在高壓下連續(xù)不斷地送入液路系統(tǒng)，具有有足夠的壓力，輸出流量恒定、可調(diào)，輸出壓力平穩(wěn)，泵室體積小，泵體抗腐蝕、耐酸等特點(diǎn)。
壓力平穩(wěn)、流速恒定是HPLC系統(tǒng)穩(wěn)定、重現(xiàn)性良好的前提條件，多數(shù)的HPLC故障、色譜數(shù)據(jù)異常均會(huì)表現(xiàn)出壓力異常，如偏高、偏低、波動(dòng)大等，在日常使用中需要特別關(guān)注壓力變化。
在線脫氣機(jī)：四元低壓系統(tǒng)屬于泵前混合，由于在常壓下混合，極易產(chǎn)生氣泡，必須配有在線脫氣機(jī)，并要求流動(dòng)相使用前進(jìn)行脫氣，流動(dòng)相脫氣得目的如下：
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使色譜泵輸液均勻準(zhǔn)確，減小脈動(dòng)。
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提高保留時(shí)間和色譜峰面積的重現(xiàn)性。
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防止氣泡引起尖峰。
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使基線穩(wěn)定，提高信噪比。
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降低溶劑的紫外吸收本底。
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減少死體積。
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防止填料氧化。
進(jìn)樣系統(tǒng)：分為手動(dòng)進(jìn)樣系統(tǒng)和自動(dòng)進(jìn)樣系統(tǒng)， 主要由定量環(huán)、六通閥、進(jìn)樣針等部件組成。手動(dòng)進(jìn)樣系統(tǒng)的定量環(huán)用于準(zhǔn)確定量，分為5μl、10μl、20μl等，需要根據(jù)不同進(jìn)樣量選擇合適的定量環(huán)；自動(dòng)進(jìn)樣系統(tǒng)儀器自帶定量環(huán)多為100μl，如進(jìn)樣量大于定量環(huán)體積需咨詢相應(yīng)儀器工程師更換定量環(huán)及計(jì)量泵等，六通閥是最理想的進(jìn)樣部件，由圓形密封墊（轉(zhuǎn)子）和固定底座（定子）組成，通過(guò)閥切換保證恒定的流速，下圖為六通閥不同狀態(tài)流路示意圖。
分析液相多數(shù)配自動(dòng)進(jìn)樣系統(tǒng)，自動(dòng)進(jìn)樣系統(tǒng)具有進(jìn)樣精度高、重現(xiàn)性好、可用于大量樣品分析等特點(diǎn)。
分離系統(tǒng)：包括色譜注、柱溫箱，連接管線等部件。
色譜柱一般用內(nèi)部拋光的不銹鋼制成。其內(nèi)徑為2～6mm，柱長(zhǎng)為10～50cm，柱形多為直形，內(nèi)部充滿3～10 μm高效微粒固定相，根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)需求需要選擇不同填料、不同規(guī)格的色譜柱。
柱溫箱：保證分離系統(tǒng)的溫度恒定，降低溫度波動(dòng)對(duì)色譜基線、保留時(shí)間及色譜分離的影響，包括普通柱溫箱及帶有冷卻功能的柱溫箱，普通柱溫箱可以根據(jù)方法需求設(shè)定高于室溫的溫度（一般應(yīng)高于室溫5℃以上），降低柱壓或是改善色譜分離，帶有冷卻功能的柱溫箱可以升高柱溫外,還可以設(shè)定低于室溫的溫度，預(yù)防穩(wěn)定性差樣品的降解，各品牌柱溫箱的控溫范圍略有差別，需要通過(guò)相應(yīng)產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)或咨詢客服了解。
需要特別注意的是有些品牌的柱溫箱是沒(méi)有配置預(yù)加熱模塊的，對(duì)于溫度敏感的樣品需要在柱前連接一段管線，對(duì)流動(dòng)相進(jìn)行預(yù)加熱，管線長(zhǎng)度及內(nèi)徑需適當(dāng)，盡量降低死體積。
檢測(cè)器：包括紫外可見(jiàn)吸收檢測(cè)器(UVD)、熒光檢測(cè)器(FD)、蒸發(fā)光檢測(cè)器（ELSD）、示差折光檢測(cè)器(RID)、電化學(xué)檢測(cè)器(ED)、化學(xué)發(fā)光檢測(cè)器(CD)、質(zhì)譜檢測(cè)器（MS）等類型，其技術(shù)要求為靈敏度高、噪音低、線形范圍寬、響應(yīng)快。
紫外可見(jiàn)吸收檢測(cè)器(UVD)：波長(zhǎng)范圍190～800mm，190～400mm為紫外區(qū)域，氘燈，400～800mm為可見(jiàn)光區(qū)域，鎢燈。其特點(diǎn)為靈敏度高，最小檢測(cè)濃度10-9g/ml，線性范圍寬，對(duì)溫度和流速不敏感，可進(jìn)行梯度洗脫，應(yīng)用范圍廣。適用于帶有共軛基團(tuán)的化合物，為最常用的檢測(cè)器。
熒光檢測(cè)器(FD)：氘燈作激發(fā)光源，波長(zhǎng)范圍250～600nm。其特點(diǎn)為靈敏度更高，檢測(cè)限10-12～10-13g/ml（靈敏度比UV檢測(cè)器高2～3個(gè)數(shù)量級(jí)），選擇性好，對(duì)溫度和流速不敏感，可進(jìn)行梯度洗脫，所需試樣量少，適于痕量分析，應(yīng)用于組分吸收一定波長(zhǎng)紫外光后發(fā)射熒光的物質(zhì)，且熒光強(qiáng)度與濃度成正比。
蒸發(fā)光檢測(cè)器（ELSD）：是一種通用型的檢測(cè)器，可檢測(cè)揮發(fā)性低于流動(dòng)相的任何樣品，而不需要樣品含有發(fā)色基團(tuán)。蒸發(fā)光散射檢測(cè)器靈敏度比示差折光檢測(cè)器高，對(duì)溫度變化不敏感，基線穩(wěn)定，適合與梯度洗脫液相色譜聯(lián)用。被廣泛應(yīng)用于碳水化合物、類脂、脂肪酸和氨基酸、藥物以及聚合物等的檢測(cè)。其主要缺點(diǎn)為響應(yīng)值與濃度不呈線性，需取響應(yīng)值的對(duì)數(shù)與濃度計(jì)算線性。
示差折光檢測(cè)器(RID)：是一種連續(xù)檢測(cè)樣品流路與參比流路間液體折光指數(shù)差值的通用型檢測(cè)器，其優(yōu)點(diǎn)為對(duì)糖類檢測(cè)靈敏度較高，其檢測(cè)限可達(dá)10-8g/ml；穩(wěn)定性好，操作方便，缺點(diǎn)該檢測(cè)器對(duì)多數(shù)物質(zhì)的靈敏度低（約10-5g/ml）,通常不用于痕量分析；受環(huán)境溫度、流動(dòng)相組成等波動(dòng)的影響較大，不適合梯度洗脫。
質(zhì)譜檢測(cè)器（MS）:將樣品中的分析物電離，不同質(zhì)量離子在電場(chǎng)或磁場(chǎng)中，將按其質(zhì)量和所帶的電荷比（質(zhì)荷比，m/z）進(jìn)行的分離和排序，根據(jù)質(zhì)荷比的大小和相對(duì)強(qiáng)度形成規(guī)則的質(zhì)譜，從而對(duì)物質(zhì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)鑒別和定量分析。質(zhì)譜分析具有靈敏度高，樣品用量少，分析速度快，分離和鑒定同時(shí)進(jìn)行等優(yōu)點(diǎn)，但流動(dòng)相中不能含有無(wú)機(jī)鹽。
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HPLC名詞術(shù)語(yǔ)
色譜圖(Chromatogram): 色譜柱流出物通過(guò)檢測(cè)器時(shí)所產(chǎn)生的響應(yīng)信號(hào)對(duì)時(shí)間的曲線圖,其縱坐標(biāo)為信號(hào)強(qiáng)度,橫坐標(biāo)為時(shí)間。
色譜峰(Peak):色譜柱流出組分通過(guò)檢測(cè)器時(shí)產(chǎn)生的響應(yīng)信號(hào)。
峰底(Peak Base):峰的起點(diǎn)與終點(diǎn)之間連接的直線。
峰高(Peak Height):峰最大值到峰底的距離。
峰面積(Peak Area):峰與峰底之間的面積,又稱響應(yīng)值。
基線(Baseline):在正常操作條件下,僅由流動(dòng)相所產(chǎn)生的響應(yīng)信號(hào)。
基線飄移(Baseline Drift):基線隨時(shí)間定向的緩慢變化。
基線噪聲(N)N)(Baseline Noise):由各種因素所引起的基線波動(dòng)。
譜帶擴(kuò)展(Band Broadening):由于縱向擴(kuò)散,傳質(zhì)阻力等因素的影響，使組分在色譜柱內(nèi)移動(dòng)過(guò)程中譜帶寬度增加的現(xiàn)象。
保留時(shí)間(tR)(Retention time):組分從進(jìn)樣到出現(xiàn)峰最大值所需的時(shí)間。
死時(shí)間(t0)(Dead time):不被固定相滯留的組分,從進(jìn)樣到出現(xiàn)峰最大值所需的時(shí)間。
保留體積(VR)(Retention volume):組分從進(jìn)樣到出現(xiàn)峰最大值所需的流動(dòng)相體積。
死體積(V0)(Dead volume):不被固定相滯留的組分,從進(jìn)樣到出現(xiàn)峰最大值所需的流動(dòng)相體積。
等度：在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中溶劑組成保持不變，如(60:40 甲醇/水)。
梯度：在運(yùn)行過(guò)程中溶劑組成變化，漸變或臺(tái)階式變化，如100%的 H20/ 0%的MeOH到0%的H2O/100%的MeOH。
分離度：用于評(píng)價(jià)待測(cè)物質(zhì)與被分離物質(zhì)之間的分離程度，是衡量色譜系統(tǒng)分離效能的關(guān)鍵指標(biāo)。除另有規(guī)定外，待測(cè)物質(zhì)色譜峰與相鄰色譜峰之間的分離度應(yīng)大1.5 ,分離度的計(jì)算實(shí)例如下圖：
理論塔板數(shù)(N):分離效率的量度，用于評(píng)價(jià)色譜柱的分離效能。
拖尾因子：用于評(píng)價(jià)色譜峰的對(duì)稱性。
重復(fù)性：用于評(píng)價(jià)色譜系統(tǒng)連續(xù)進(jìn)樣時(shí)響應(yīng)值的重復(fù)性能。采用外標(biāo)法時(shí)，通常取各品種項(xiàng)下的對(duì)照品溶液，連續(xù)進(jìn)樣5次，除另有規(guī)定外，其峰面積測(cè)量值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差應(yīng)不大于2.0%；采用內(nèi)標(biāo)法時(shí)，通常配制相當(dāng)于80%、100和 120%的對(duì)照品溶液，加人規(guī)定量的內(nèi)標(biāo)溶液，配成3種不同濃度的溶液，分別至少進(jìn)樣2次，計(jì)算平均校正因子，其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差應(yīng)不大于2.0%。
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HPLC日常操作注意事項(xiàng)
選擇流動(dòng)相時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題：
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盡量使用高純度試劑作流動(dòng)相，防止微量雜質(zhì)長(zhǎng)期累積損壞色譜柱和使檢測(cè)器噪聲增加。
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避免流動(dòng)相與固定相發(fā)生作用而使柱效下降或損壞柱子。
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試樣在流動(dòng)相中應(yīng)有適宜的溶解度，防止產(chǎn)生沉淀并在柱中沉積。
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流動(dòng)相同時(shí)還應(yīng)滿足檢測(cè)器的要求。當(dāng)使用紫外檢測(cè)器時(shí)，流動(dòng)相不應(yīng)有較強(qiáng)的紫外吸收，一般檢測(cè)波長(zhǎng)應(yīng)大于流動(dòng)相的截止波長(zhǎng)。
泵的維護(hù)保養(yǎng)：
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防止任何固體微粒進(jìn)入泵體，否則會(huì)磨損柱塞、密封環(huán)缸體和單向閥，因此應(yīng)預(yù)先對(duì)流動(dòng)相進(jìn)行過(guò)濾，可采用Millipore濾膜(0．22μm或 0．45μm )等過(guò)濾。泵的入口都應(yīng)該連接砂濾棒(或片)， 輸液泵的濾器應(yīng)經(jīng)常更換。
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流動(dòng)相不應(yīng)含有任何腐蝕性物質(zhì)， 含有緩沖液的流動(dòng)相不應(yīng)保留在泵內(nèi)， 尤其是停泵過(guò)夜或更長(zhǎng)時(shí)間。分析工作結(jié)束后必須用純水充分清洗后，再換成適合于色譜柱保存和有利于泵維護(hù)的溶劑(對(duì)于反相鍵合固定相，可以是甲醇或甲醇和水)
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泵工作時(shí)要留心防止溶劑瓶?jī)?nèi)的流動(dòng)相用完，否則空泵運(yùn)轉(zhuǎn)也會(huì)磨損柱塞、密封環(huán)或缸體，最終產(chǎn)生漏液。
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輸液泵的工作壓力不要超過(guò)規(guī)定的最高壓力，否則會(huì)使高壓密封環(huán)變形，產(chǎn)生漏液。
紫外檢測(cè)器維護(hù)保養(yǎng)：
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流通池進(jìn)入氣泡會(huì)干擾基線，并極難排出，應(yīng)使用充分脫氣的流動(dòng)相，以減少氣泡的產(chǎn)生。
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應(yīng)定期沖洗系統(tǒng)，避免流通池干涸。
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檢測(cè)器中氘燈( 光源) 隨著使用時(shí)間的增加，氘燈強(qiáng)度降低，噪音會(huì)不斷增大，故分析前柱平衡得差不多時(shí)，再打開(kāi)檢測(cè)器，分析工作結(jié)束及時(shí)關(guān)閉檢測(cè)器（頻繁開(kāi)關(guān)檢測(cè)器也會(huì)縮短檢測(cè)器壽命，一般開(kāi)啟間隔少于4小時(shí)，不建議關(guān)閉檢測(cè)器）。
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塵埃在靜電的作用下容易覆蓋在光學(xué)元件上， 使光傳播效率降低，增加了光散射， 影響分析效果， 因此檢測(cè)器周?chē)沫h(huán)境應(yīng)保持清潔。
參考文獻(xiàn)：
［1］中國(guó)藥典2015版四部通則0512高效液相色譜法
［2］趙貝貝，張艷，唐濤，等．高效液相色譜的使用與維護(hù)．實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，Jun. 2011，Vol. 14 No. 3
［3］王淑靜，畢建杰，柳洪潔，郝建民，等．高校液相色譜使用中常見(jiàn)問(wèn)題及對(duì)策．實(shí)驗(yàn)室研究與探索， 11. 2010 ，Vol. 29 No. 11
