色谱柱能否分离样品中的分析物？

利用ACE键合相的固定相选择

分离度方程式可以确定影响分离度的参数：柱效（N）、容量因子（k）和选择性（α）。

在过去几年里，柱效和使用超GX色谱柱（被称为“UHPLC”色谱柱）作为实现分离目标的手段已得到了极大的重视。

UHPLC已通过更快速的分离和更快速的方法开发提高实验室生产力来证明了其价值。

然而，选择性往往被忽视，且其重要性也被强调柱效所掩盖。这是令人遗憾的。

在影响分离度的三个参数中，选择性是Z为重要的。

（参见图1）通过利用柱效和选择性，通常可以实现更好和更快的分离。

图 1：N、α和k对分离度（Rs）的影响

提高N，α或k可以提高分离度（Rs）。

然而，从这些图中可以看出，随着N或k值的提高，对分离度的改善效果也逐渐降低。

另一方面，提高选择性（α）则没有这个问题，因此其成为开发分离方法时的Z佳优化变量。

在反相色谱中，固定相与分析物之间存在多种相互作用的机制，这可以用来实现分离。

这些相互作用机制包括：疏水性结合、π-π、氢键、偶极-偶极和形状选择性。

不同类型的键合相将提供其中一种或多种相互作用机制。表1列出了ACE键合相和每种可能的主要相互作用机制，这取决于分析物和流动相条件。

表1: 比较不同键合相的分离机制/相互作用                                                                                    

利用键合相的选择性实现更好的分离。
图2表明了两种ACE键合相即C18-AR与苯基之间的选择性差异。
尽管两种键合相提供了强π-π和偶极-偶极相互作用的可能性，但是在其它可能的相互作用机制（特别是疏水性结合）的强度方面，它们存在显著差异。

C18-AR可能具有其它不同的分离机制，可以为复杂的混合物带来更好的分离效果。对于其他混合物，可能不是这种情况，这是ACE键合相的优势。

当开发分离方法时，ACE键合相可以提供各种可供选择的重要保留机制。

非常强大且独特的C18-AR和C18-PFP相只有在ACE和ACE Excel色谱柱中可以获得。
通过利用柱效和选择性，可以实现更好的分离。

图 2：C18-AR与苯基相之间选择性差异的比较

色谱柱尺寸： 50 x 2.1 mm, 3 μm
流动相：

A= 20mM KH2PO4,pH 2.7（溶于水中）；
B= 20mM KH2PO4,pH 2.7（溶于甲醇/水中：65:35, v/v）
流速： 0.6 mL/min
温度： 60 ℃
检测： UV 214 nm
梯度： 5分钟内从3至B，并持续1分钟。

样品：
1. 甲硝唑
2. 3-羟基苯甲酸
3. 苯酚
4. 苯甲醇
5. 咖啡茵
6. 水杨酸
7. 喹喔啉
8. 苯甲酸
9. 奎宁
10. 非那西丁
11. 1,4-二硝基苯
12. 1,3,5-三硝基苯
13. 呋塞米
14. 1,3,5 -三甲氧基苯
15. 吡罗昔康
16. 卡维地洛
17. 苯甲酸乙酯
18. 去甲替林

C18-AR相的疏水性更大，这可以为色谱峰对（13,14）和（15,17）提供更多的保留值和更佳的选择性。还要注意C18-AR与苯基相的洗脱顺序有很多变化。

图3给出了键合相选择能力的另一实例。

一个分离是用C18键合相的UHPLC色谱柱完成，另一个分离是用C18-PFP键合相的UHPLC色谱柱完成。

C18-PFP键合相提供的额外分离机制，使得总体分离效果更佳出色。

图 3：ACE Excel可以获得zhuo越的分离度和峰形：药物及其相关物质的UHPLC结果

条件
色谱柱尺寸：50 x 2.1mm
流动相：

A = 5mM甲酸（溶于水中）
B = 5mM甲酸（溶于甲醇中）
梯度：5分钟内从3至B
流速：0.6 mL/min
温度：40 ℃
检测：UV 254 nm

样品
1. 对乙酰氨基酚
2. 氢氯噻嗪
3. 甲基苯基亚砜
4. 甲基苯砜

在C18 UHPLC色谱柱和C18-PFP色谱柱上同样快速地产生色谱图。

然而，C18-PFP色谱柱可以为色谱峰对（13,14）和（15,17）提供更佳的选择性，因此能够提供优越的总体分离性能。

ACE和ACE Excel硅胶基质固定相几乎消除了硅醇基对色谱分离的不利影响，并且在为碱性化合物提供zhuo越峰形方面赢得了口碑。

峰拖尾可以降低分离度，降低灵敏度，甚至干扰准确度和精密度（图4）。

峰拖尾有许多潜在的原因，但分离碱性物质时的主要原因是硅胶固定相载体颗粒表面上的酸性硅醇基与分析物上的氨基之间的相互作用（图5）。

图 4：峰拖尾对分离度和灵敏度的影响

随着峰拖尾（Tf，拖尾因子）从1.0增加到2.0，分离度（Rs）从1.5下降到0.87。

由于峰宽增加以及峰面积保持不变，灵敏度（峰高）也随着峰拖尾的增加而下降。

ACE色谱柱采用具有极低硅醇活性的超惰性硅胶制成。

这种超纯硅胶采用ZL技术进行有效键合和彻底封尾。

导致这种硅胶基质的固定相几乎消除了硅醇基对色谱分离的不利影响。

ACE色谱柱的超惰性特性使其成为分离极性碱性化合物的理想选择。

当分离复杂碱性化合物时,与其他现代碱性去活色谱柱相比，ACE色谱柱总是能给出明显更好的峰形和柱效（图6）。

图 5：峰拖尾相互作用

硅胶固定相载体表面上的酸性硅醇基可形成与碱性化合物相互作用的离子交换位点。

这种离子交换的相互作用通常可以导致峰保留（二次保留），并当采用反相HPLC分离胺类化合物时引起峰拖尾。

一种几乎消除了硅醇基对色谱分离不利影响的硅胶基质固定相

图 6：峰拖尾比较

条件
色谱柱尺寸：50 x 2.1 mm
流动相：40％甲醇，60％水
流速：0.2 mL/min
温度：22ºC
样品：吡啶

报告了碱性化合物（吡啶）在各种常见C18色谱柱上的塔板数。

在10％峰高下测量塔板数，以使峰拖尾纳入在测量中。

ACE C18-PFP由于其超惰性性质而达到了Z高塔板数。

HILIC分离机制

HILIC是一种复杂的分离技术，通过多种相互作用模式来实现保留。

这些相互作用的权重（中哪种是主要作用）是基于固定相、流动相和分析物的理化特性。

为了得到可靠和稳健的HILIC方法，了解潜在的不同相互作用（了解可能存在的不同相互作用）是很有帮助的。

这样可以为待进行的方法开发合理选择色谱柱和条件。（这样可以为方法开发的色谱柱和条件做出合理的选择）
HILIC中的流动相通常包含大量的乙腈（>70%）以及至少3%的水。

水性组分使得极性固定相周围存在亲水环境，并且形成吸附水层以便分析物分散（分配）。

主要的HILIC保留机制包括：
分析物分散（分配）到吸附水层，各种极性相互作用和静电（即离子交换式）相互作用（参见图3）。

如果将极性分析物通入（极性分析物进入）HILIC环境中，则可使用这些保留机制中的任意一种（则物质的保留可能是任何一种机制作用，也可能是所有机制同时作用）。

图3
潜在HILIC保留机制图示

极性分析物通常包含能够与其它极性基团相互作用的各种基团，如：固定相上的基团。极性相互作用包括氢键和偶极-偶极与其它基团的相互作用。带

电分析物也可以进行静电或离子交换式相互作用，其中分析物可以被固定相吸引或排斥。

例如，一个带负电的或酸性的分析物会被带负电的（即酸性的）固定相排斥。

但是，带正电的或碱性的分析物可被带负电的（酸性的）固定相保留，反之亦然。

ACE HILIC色谱柱固定相：

过去，许多HILIC固定相都采用非键合硅胶。

这些酸性相提供了必要的相（固定相必要的）极性，以在（使其能）HILIC模式中与高有机物含量洗脱剂很好地相互作用。

非键合硅胶相很有（好）用，所以仍在广泛使用。

Z近，在市场上已经可以买到专门用于HILIC环境的各种键合相（固定相）。

这些新的极性键合相根据相（固定相的）特性可分为很多种，包括酸性的、碱性的、中性的和新型的化学相。

ACE HILIC组合目前包括酸性的、中性的和碱性的固定相。

这些相已被证实可相互提供不同的选择性。
这些（三款）ACE相（固定相）彼此提供了替代选择性，可参见图4.九种组分混合物中的中性和带电分析物，在相同条件下，对三种不同的ACE HILIC相（在三款不同固定相的ACE HILIC色谱柱上）显现出不同的保留和洗脱顺序。

这清楚地表明：HILIC模式下各ACE HILIC固定相之间存在选择性差异，使得这三种色谱柱成为HILIC方法开发的理想选择。

图4
ACE HILIC固定相范围内洗脱顺序的对比
色谱柱：150 x 4.6 mm, 5 μm
流动相：10 mM甲酸铵，pH4.7（溶于MeCN/H2O中）（90:10 v/v）
流速：1.5 mL/min
温度：25 °C
检测：UV, 254 nm
样品：
1) 对氨基苯甲酸
2) 4-羟基苯甲酸
3) 烟酰胺
4) 醋丁洛尔
5) 腺嘌呤
6) 扁桃酸
7) 酪胺
8) 阿替洛尔
9) 2’-脱氧鸟苷

ACE HILIC-A相

ACE HILIC-A相能形成负电荷，并显示出高（强）阳离子交换能力。

带电的碱基（碱性物质）对ACE HILIC-A相进行（产生）静电吸引，而带电的酸性物质则被排斥。
ACE HILIC-A相的带电程度取决于流动相的pH值。

ACE HILIC范围的推荐pH限值为pH2.0到pH7.0。

通过增大pH值，固定相上的负电荷将变得更明显，从而保留更多的阳离子分析物。

ACE HILIC-N相

中性ACE HILIC-N相对阴阳离子都显示出较低的离子交换能力。

ACE HILIC-N相的保留机制包括极性相互作用、吸附和一定程度的分散（分配能力）。

ACE HILIC-B相

ACE HILIC-B相具有合理的阴离子交换能力，从而可保留酸性分析物，同时碱性分析物将被排斥。

与ACE HILIC-A相似，pH值可影响固定相的电荷，因此可减弱或增强该相的正特性（该相的正电荷特性）。

具有独特选择性的C18 键合相：
1.有保证的可重现性
2.的键合相稳定性
3.疏水和五氟苯基“混合模式”的相互作用

改善色谱分离度
色谱分离的目标是在Z短的时间内获得目标组分的足够分离度（Rs）。

1.5的分离度可以实现基线分离，然而对于可以在实验室之间易于转换的耐用、可重法而言，理想的分离度是1.8-2.0。
分离度方程告诉我们什么变量可以影响分离度：

增加分离度Rs可以通过增加N、α或k来实现。

然而，如图1所示，可以看出，增加N或k以改善Rs的回报率快速下降。

例如，Rs仅随着N平方根的增加而增加。

可以通过增加柱长或降低柱填充材料的粒径或两者的某种组合来增加N。

无论哪种方式，系统背压随着N的增加而增加，因此通过增加N实现令人满意的分离，其“成本”可能是极高的压力。
同样，增加保留值（k值）将会增加Rs，但回报率也快速下降。

将k增加至超过10通常是Rs与分析时间之间的不利权衡，因为只有Rs的边际收益随着保留时间的增加而实现。

该效应的图形表示参见下述图1。

图1 N、α和k对分离度(Rs)的影响
对于典型的分离，其中：N = 10,000, k = 4, α= 1.1

增加N、α或k可以提高分离度(Rs)。

然而，从这些图中可以看出，N或k的提高都会迅速降低回报率。
另一方面，提高选择性（α）则没有这个问题，因此其成为开发分离方法时的Z佳优化变量。

增加α可以增加Rs，但不同于N和k,不会受回报率下降的约束。

α的变化对压力没有影响，对分离时间的影响也是微乎其微的（参见图2）。

因此，在开发分离方法时，α是Z重要的变数。

优化α可以使您在所有目标峰之间达到满意的分离度，同时保持系统背压和分离时间在可接受范围内。

改善色谱分离度- 选择性或柱效？
选择性(α)由流动相、温度和固定相化学物质控制。大多数方法开发策略将探索所有这些色谱变量。
如果使用“标准”3μm C18相没有达到足够的分离度，推荐优化分离的色谱选择性而不是分离柱效，如下述实例所示。
通过简单地将固定相化学物质（即色谱柱）改变为具有替代色谱选择性的固定相化学物质，易于在标准HPLC系统上获得所需分离度，而无需昂贵的UHPLC仪器。

另外，也可以避免复杂的流动相组分、升高的温度和侵蚀性pH条件。

图2利用选择性实现快速、高分离度的分离

样品：1）对乙酰氨基酚2）氢氯噻嗪3）甲基苯基亚砜4）甲基苯基砜5）阿司匹林6）非那西丁7）1,3-二硝基苯
8）1,2,4-三甲氧基苯9）苯甲酸乙酯10）尼美舒利11）布洛芬12）吲哚美辛13）甲芬那酸
色谱柱尺寸：50 x 2.1 mm 流速：0.60 ml/min 温度：40°C 检测：UV, 254 nm 流动相：A = 5 mM甲酸（溶于水中）以及B = 5 mM（溶于甲醇中），梯度= 在5分钟内3- B
比较数据不代表所有应用。

在保持C18键合相的同时，将粒径从3μm减小至2μm以下，并不能显著改善分离效果，另外也会导致压力明显增加。
ACE C18-PFP色谱柱为3个关键对提供了更佳的选择性(α)，因此与2μm以下的C18色谱柱相比，其可以提供的分离效果，即使2μm以下的色谱柱可以提供更高的柱效。
与使用具有高塔板数和高压的色谱柱尝试进行峰分离所获得的结果相比，利用选择性的能力可以获得更佳的分离效果。

PFP分离机制
ACE C18-PFP相显示有多个保留机制，包括疏水性、π-π相互作用、偶极-偶极、氢键和形状选择性。

虽然下述部分提供了相对强度的近似值，但每个保留机制的优势由溶质的物理/化学性质、其结构和所采用的色谱条件决定。

π-π相互作用

PFP环在相的表面上加入了芳香特性。

然而，PFP相不同于苯基相，因为电负性氟原子会产生缺电子的苯环，使得PFP相可以作为路易斯酸而起作用。

这将与能够给出电子的分析物（即路易斯碱）相互作用。
这与苯基相相反，苯基相含有富电子芳香环（由于不存在吸电子基团），因此它们可以作为路易斯碱而起作用。

偶极-偶极和氢键

PFP环中的碳-氟键具有强极性。

因此，PFP相可以通过在分析物与电负性氟原子之间发生的偶极-偶极或氢键相互作用来额外保留分析物。

任何这样的相互作用将导致保留增加。

形状选择性

PFP具有刚性环结构，当与其它可能的保持机制相结合时，可以赋予PFP相优异的形状选择性。

ACE C18-PFP相显示有PFP相的多重保留机制，色谱科学家们可能会利用这些机制来解决在传统C18相（仅主要依赖于疏水保留机制）上难以分离（即使并非不可能）的混合物。