手性拆分专题｜手性气相遇上正交试验

在食品、医药和化工行业，实验者常和手性物质碰面。手性即镜像不对称性，分子结构类似，生物活性却迥然相异，尤其对药物安全性、有效性有着决定性影响，典型案例如沙利度胺(反应停)。因此，其分离与鉴定至关重要且挑战巨大，选择合适、高效的手性拆分手段可以事半功倍。

手性液相色谱直链淀粉柱使用广泛，但有些低沸点、大极性小分子使用手性液相也很难分析，在这种情况下，手性气相色谱可以起到很好的补充作用。

手性气相色谱通常使用环糊精作为固定相，β-环糊精应用最为广泛。它是一种环状多糖，因结构带有许多羟基，而待测物疏水性往往较强，通过对环糊精表面进行适当改性、修饰可以提升疏水作用力，增强对非极性、弱极性化合物的保留。

为此，我们可以给大家提供三款极具特色的β-环糊精气相手性柱：

SH-βDEXsa是将2,3-二乙酰氧基-6-叔丁基二甲基甲硅烷基β-环糊精加入14%氰基丙基苯基/86%二甲基聚硅氧烷；

SH-βDEXse是将2,3-二-O-乙基-6-叔丁基二甲基甲硅烷基β-环糊精加入14%氰基丙基苯基/86%二甲基聚硅氧烷；

SH-βDEXsm是将2,3-二-O-甲基-6-叔丁基二甲基甲硅烷基β-环糊精加入14%氰基丙基苯基/86%二甲基聚硅氧烷。

通过环糊精与对映异构体形成瞬态非对映异构体，结合氰丙基对异构体的高选择性，利用气相柱高理论塔板数放大差异，从而实现分离。

研究人员在方法开发时往往选用液相色谱，手性气相开发经历往往较少，为此我们通过正交试验确定最优参数，实现对手性分子的精准拆分。

正交试验设计因其高效、系统的特点成为多因素优化问题的首选方案。通过有限实验组合，迅速筛选出影响显著的因子及其最优水平组合，避免了全排列组合的费时费力。在手性气相色谱中，正交试验能够系统评估出色谱柱类型、载气线速度、初始柱温和升温速率等多个因素对手性异构体分离度影响，为系统优化提供科学参考。

在一项针对3-环己烯甲酸手性拆分研究中，我们精心设计了正交试验。实验考虑了以下因素及水平设置：

色谱柱类型： SH-βDEXsa、SH-βDEXse、SH-βDEXsm（共3个水平）

载气线速度： 30、50、70 cm/sec（共3个水平）

初始柱温： 70、100、130℃（共3个水平）

升温速率： 1.0、3.0、5.0℃/min（共3个水平）

表1. 正交试验的因素和水平

通过构建正交表，我们开展了一系列实验并记录对映异构体分离度作为重要评价指标。如编号1实验使用了SH-βDEXsa色谱柱，线速度为30 cm/sec，初始柱温为70 ℃，升温速率为1.0 ℃/min，由此类推。

表2 3-环己烯甲酸对映异构体的正交试验结果

在完成所有预定正交实验后进行数据分析，通过表2极差分析结果可知，对于3-环己烯甲酸对映异构体拆分，升温速率和色谱柱类型是主要影响因素，初始柱温次之，最后是载气线速度，最优条件为D1A3C1B1，即选用手性气相柱SH-βDEXsm, 30 m × 0.25 mm × 0.25 μm，载气线速度为30 cm/sec，初始柱温为70 ℃，以1.0 ℃/min的速率升至200 ℃。在此最优条件下重新测试，3-环己烯甲酸对映异构体分离度为3.50。最优条件下色谱图如图1所示：

图 1 最优条件下的3-环己烯甲酸对映异构体

分离结果

·固定相：将2,3-二-O-乙基-6-O-叔丁基二甲基硅基β-环糊精添加到14%氰丙基苯基/86%二甲基聚硅氧烷。

·固定相：将2,3-二-O-甲基-6-O-叔丁基二甲基硅基β-环糊精添加到14%氰丙基苯基/86%二甲基聚硅氧烷。

·固定相：将2,3-二乙酰氧基-6-O-叔丁基二甲基硅基β-环糊精添加到14%氰丙基苯基/86%二甲基聚硅氧烷。