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液相色譜法開(kāi)始階段是用大直徑的玻璃管柱在室溫和常壓下用液位差輸送流動(dòng)相,稱為經(jīng)典液相色譜法,此方法柱效低、時(shí)間長(zhǎng)(常有幾個(gè)小時(shí))。
高效液相色譜法(High performance Liquid Chromatography,HPLC)是在經(jīng)典液相色譜法的基礎(chǔ)上,于60年代后期引入了氣相色譜理論而迅速發(fā)展起來(lái)的。
它與經(jīng)典液相色譜法的區(qū)別是填料顆粒小而均勻,小顆粒具有高柱效,但會(huì)引起高阻力,需用高壓輸送流動(dòng)相,故又稱高壓液相色譜法(High Pressure Liquid Chromatography,HPLC);又因分析速度快而稱為高速液相色譜法(High Speed Liquid Chromatography,HSLP);也稱現(xiàn)代液相色譜。
Analytical Scientist曾評(píng)出HPLC歷史上十大創(chuàng)新技術(shù),分別是:
1. 第一臺(tái)商用HPLC系統(tǒng)LCS-1000,1967年由PickerNuclear推出。
2. 6通進(jìn)樣閥,1968年由Valco推出。它取消了隔墊進(jìn)樣器和停流技術(shù),采用高壓進(jìn)樣,改善了保留時(shí)間、重現(xiàn)性、自動(dòng)化和定量性能。
3. 模塊化組件,1968年由LDC/MiltonRoy推出。獨(dú)立的254紫外檢測(cè)器、LDC RI檢測(cè)器和Milton Roy微型泵等組件迅速應(yīng)用于模塊化色譜儀。第一批儀器是集成的,所有內(nèi)部部件都在一個(gè)盒子里。模塊化市場(chǎng)的興起使研究人員能夠獲得最佳組件(例如:泵、進(jìn)樣器、柱架/柱溫箱、檢測(cè)器)。LDC是第一家提供價(jià)格合理且功能強(qiáng)大模塊的組件公司。
4(1). Autolab System IV計(jì)算積分器,1969年由Autolab推出。第一臺(tái)色譜自動(dòng)積分器用內(nèi)置的機(jī)械集成取代了切割稱重、求積儀和記錄儀。該數(shù)據(jù)系統(tǒng)首次用于GC,并適用于LC。功能包括切線峰檢測(cè)、基線校正和峰面積歸一化,并允許使用響應(yīng)因子和內(nèi)標(biāo)。Autolab于1969年被SpectraPhysics收購(gòu)。
4(2). M-6000液相泵,1972年由Waters推出(與積分器排名并列)。第一臺(tái)專為HPLC設(shè)計(jì)的泵,主要特點(diǎn):雙往復(fù)式,不需要脈沖阻尼器,耐壓6000 psi,和一個(gè)低容量室。
5. 708AL型自動(dòng)進(jìn)樣器,1974年由Micromeritics推出。第一臺(tái)高效液相色譜自動(dòng)進(jìn)樣器,提高了樣品通量和定量能力。后來(lái)的產(chǎn)品在該單元上進(jìn)行了改進(jìn)。
6. 惠普1084型集成型HPLC,1976年由惠普公司推出。具有自動(dòng)進(jìn)樣、流量控制、紫外檢測(cè)器控制、記錄和報(bào)告功能;是全球第一臺(tái)帶有數(shù)字處理器控制的液相色譜儀,帶有內(nèi)置鍵盤(pán)和按鈕控制。多年來(lái),它成為質(zhì)量和性能的黃金標(biāo)準(zhǔn)。
7. 8450型二極管陣列檢測(cè)器(DAD),1977年由惠普公司推出。色譜過(guò)程中進(jìn)行動(dòng)態(tài)紫外-可見(jiàn)光譜分析時(shí),DAD具有優(yōu)異的信噪比性能;與停流光譜掃描相比,生產(chǎn)率提高。其他公司很快也推出了自己的DAD檢測(cè)器。
8. 傳送帶式LC-MS接口,1976年由FinniganMAT推出。Finnigan MAT(被賽默飛收購(gòu))的McFadden、Schwartz和Bradford研制了傳送帶式接口(moving-belt interface);盡管有一些缺點(diǎn),但傳送帶接口是真正的色譜接口,是市場(chǎng)上第一個(gè)成功的LC-MS接口,是許多方法中最好的,直到電噴霧(ESI)出現(xiàn)。
9. 帶電氣溶膠探測(cè)器(CAD),2005年由ESABioscience推出。CAD有時(shí)被稱為“窮人的質(zhì)譜儀”,是一種通用檢測(cè)器。它的靈敏度比RI檢測(cè)器(也是一種通用探測(cè)器)高得多,至今仍在廣泛使用。
10. Acquity UPLC,2004年由Waters推出。為了引入亞2微米顆粒,需要新的高壓儀器。Waters Acquity UPLC系統(tǒng)是第一個(gè)設(shè)計(jì)用于滿足壓力輸出為12,000 psi的新型小顆粒色譜柱需求的系統(tǒng)。除此之外,Acquity還具有更低的額外柱效應(yīng)和其它改進(jìn)。
雖未上榜十大創(chuàng)新技術(shù),但以下研發(fā)具有里程碑意義,分別是:
1967年,Waters推出ALC-100。
1969年,杜邦推出820型集成系統(tǒng)。
1973年,Waters專為HPLC研制推出U6K進(jìn)樣器,旁通的Loop防止柱沖擊,耐壓6000psi,可變進(jìn)樣體積。
1976年,Rheodyne 推出7125閥,進(jìn)樣針可注射到閥中心,該技術(shù)后非常流行,并OEM給許多儀器公司。
1972年,Cecil儀器公司推出CE212,第一款獨(dú)立的可變波長(zhǎng)檢測(cè)器,帶停流掃描。
1970年,瓦里安推出4100/4200注射泵,采用新的輸液泵原理,是第一個(gè)用于高壓操作和無(wú)脈沖流動(dòng)的注射泵,此后成功用于8500型HPLC。等度泵(4100型)的流速穩(wěn)定,而梯度泵(4200型)的溶劑體積可壓縮性,影響了流量和溶劑組成的重現(xiàn)性。
1976年,Altex推出110泵,是首款價(jià)格合理的獨(dú)立往復(fù)泵,通過(guò)可變活塞速度優(yōu)化占空比,降低流量脈動(dòng)。110泵提供了更流暢的液流、改善的基線和定量性能,并為未來(lái)的泵開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。
1974年,惠普推出HP 3380A數(shù)字積分器,是微處理器控制的積分器,帶有圖表記錄器和字母數(shù)字打印機(jī)繪圖儀,一張紙上給出所有計(jì)算數(shù)據(jù)。
1979年,Nelson Analytical推出用于液相色譜儀的PC軟件。將PC用作峰值積分、定量和儀器控制的驅(qū)動(dòng)程序,并OEM給許多制造商。在Nelson SW之后,幾乎所有儀器都使用PC來(lái)控制硬件和處理數(shù)據(jù);獨(dú)立計(jì)算集成商迅速死亡(該公司于1989年被PerkinElmer收購(gòu))。
1977年,瓦里安推出LC 5000液相色譜儀。LC 5000采用一種全新的集成系統(tǒng)方法。該泵設(shè)計(jì)用于在一個(gè)泵頭中低壓混合三種溶劑,系統(tǒng)有自己的CRT顯示器和鍵盤(pán),可以并排安裝檢測(cè)器,除數(shù)據(jù)系統(tǒng)(外部)外,LC的各個(gè)方面都由微處理器處理。LC 5000為后來(lái)大多數(shù)液相色譜儀提供了遵循的平臺(tái)。
1975年,戴安Dionex推出Model 10離子色譜儀。Durruminstruments從陶氏化學(xué)獲得了專利,并成立了一個(gè)單獨(dú)的部門(mén)(Dionex)開(kāi)發(fā)一種產(chǎn)品,通過(guò)使用抑制柱的電導(dǎo)檢測(cè)來(lái)分離離子化合物,以去除流動(dòng)相中的鹽并降低背景電導(dǎo)率。Dionex成為了這項(xiàng)技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者,至今仍保持第一(后被賽默飛收購(gòu))。
1987年,Vestec公司推出熱噴霧LC-MS接口。EI型碎裂有時(shí)被認(rèn)為是質(zhì)子化或去質(zhì)子化分子的顯著碎裂。在有限的LC條件范圍內(nèi),非揮發(fā)性分析物的靈敏度較低。直到20世紀(jì)90年代,熱噴霧成為主要的LC/MS接口,主要是由于其觀察到EI型碎裂。
1989年,SCIEX推出電噴霧(離子噴霧)LC-MS接口。耶魯大學(xué)的JohnFenn開(kāi)發(fā)了電噴霧(ESI)源,可產(chǎn)生完整、高分子量、多重質(zhì)子化或去質(zhì)子化的離子,他因此獲得2002年Nobel化學(xué)獎(jiǎng),其獲獎(jiǎng)演講題為《當(dāng)大象飛翔》。Fenn觀察到ESI靈敏度與分析物濃度有關(guān),毛細(xì)管柱的洗脫峰明顯比大口徑柱的洗脫峰更尖銳,從而在較低的進(jìn)樣量下大大提高了靈敏度?,F(xiàn)在,ESI是標(biāo)準(zhǔn)LC-MS接口。Henion等人開(kāi)發(fā)了離子噴霧接口,使用霧化氮?dú)廨o助電噴霧操作;SCIEX使用了Henion專利,是第一個(gè)銷售該產(chǎn)品的公司。
展望未來(lái)50年,專家預(yù)測(cè),在未來(lái)HPLC領(lǐng)域發(fā)展的幾大趨勢(shì):
? 小型化
短期內(nèi)希望出現(xiàn)小型化、易于更換的單片或立柱完全集成到手持式或口袋大小的電池供電LC系統(tǒng)中,無(wú)需端部接頭(fitting),不增加死體積。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,將出現(xiàn)小型化的個(gè)人分離系統(tǒng),集成組件和靈敏、選擇性的通用檢測(cè),能夠?qū)崟r(shí)分析個(gè)人的健康狀況。LC與腕表配置的離子遷移譜儀耦合,腕表周長(zhǎng)提供漂移管的尺寸。應(yīng)用包括:健康檢查或銷售網(wǎng)點(diǎn)的新鮮度指標(biāo)和鑒別。
? 智能化
智能、自動(dòng)化儀器,只需一個(gè)按鈕就可執(zhí)行分析;非專業(yè)用戶無(wú)需更換色譜柱、開(kāi)發(fā)方法或進(jìn)行定量分析。就像自動(dòng)駕駛汽車一樣,將人工智能結(jié)合于液相色譜中。
? 專用化
集成樣品制備的專用分析儀,樣品可以放置在卡片或手指上,插入儀器,在不到1分鐘內(nèi)完成完整的分析(例如藥物篩選)。此外,廉價(jià)的連續(xù)/定期監(jiān)測(cè)LC設(shè)備,能夠在故障發(fā)生之前預(yù)測(cè)故障。
? 多維液相
希望短期內(nèi)出現(xiàn)實(shí)用的多維液相色譜系統(tǒng),解決目前的定量問(wèn)題。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,智能、自動(dòng)儀器不需要非熟練用戶更換色譜柱、開(kāi)發(fā)方法或進(jìn)行定量分析。
高效液相色譜法的應(yīng)用范圍十分廣泛,對(duì)樣品的適用性廣,不受分析對(duì)象揮發(fā)性和熱穩(wěn)定性的限制,幾乎所有的化合物包括高沸點(diǎn)、極性、離子型化合物和大分子物質(zhì)均可用高效液相色譜法分析測(cè)定,因而彌補(bǔ)了氣相色譜法的不足。在目前已知的有機(jī)化合物中,可用氣相色譜分析的約占20% ,而80% 則需用高效液相色譜來(lái)分析。
HPLC因其具有分離效能高、分析速度快、檢測(cè)靈敏度好、能分析和分離高沸點(diǎn)且不能氣化的熱不穩(wěn)定生理活性物質(zhì)的特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于生物化學(xué)、藥物及臨床分析,世界各國(guó)己將該法收載于藥典。