使用安捷倫 Poroshell 12 管柱獲得最佳效能 使用串聯管柱技術, 便能在 分鐘內, 得到 個理論板數 應用註解 食品 環境 化學 藥品 作者 Angelika Gratzfeld-Hüsgen Edgar Naegele Agilent Technologies Waldbronn, Germany 摘要 採用表面多孔性顆粒技術充填的管柱, 為 2 µm 以下顆粒充填管柱的替代選擇 這些管柱搭配使用安捷倫 129 無限系列 (Infinity) LC 系統, 便能產生高效率的分離效果 安捷倫 Poroshell 12 管柱提供 : 低背壓 高效率 相同的管柱容量 緒論 由小於 2 µm 粒子充填的管柱, 效率相當可觀, 因而在最近引起各界注意 在高於 van Deemter 方程式計算的流速下, 仍能使用這種管柱 相較於以最佳流速使用的效率, 在這種較高流速下的使用效率, 減損程度非常小, 但分離時間與循環時間卻得以縮短, 更快獲得結果 只是此類管柱的缺點在於背壓明顯較高, 畢竟其充填粒子較小 許多情況下,LC 儀必須能承受 >4 bar 的背壓, 尤其使用 2 µm 以下顆粒充填的長管柱更應注意背壓過高 表面多孔性粒子技術, 能大幅減低背壓, 成為極高分離率分析的替代方案 1 此類管柱的效率, 僅微微低於 2 µm 以下顆粒充填的管柱, 加上背壓較低, 可串聯管柱, 大幅增加了理論板數
應用手冊 顯示, 串聯 3 個長型安捷倫 Poroshell 12 管柱, 可將效率提升得極高 應用手冊 也顯示, 背壓可保持低於 4 bar, 除非使用特殊的 LC 儀器, 否則一般 LC 系統皆可以達到要求 如此一來, 便能採用較高的流速, 以節省分析和平衡的時間 最後則比較 2.7 µm 表面多孔性顆粒充填的管柱, 與 2 µm 以下粒子充填的管柱 實驗實驗 加上多孔性外殼, 對於質量傳遞的阻力也較小, 升高流速也不會減損效率 1,2 設定系統以下實驗評估安捷倫 Poroshell 12 管柱的效能 所有管柱的內徑均為 4.6 mm, 長度為 mm 評估以 1. ml/ 分的流速沖提時, 單一管柱的理論板數 評估以 1. ml/ 分的流速沖提時, 串聯 3 個管柱的理論板數 以等位沖提及梯度沖提精確測量滯留時間 比較以表面多孔性顆粒充填的管柱, 與 2 µm 以下顆粒充填的管柱管柱效率 ( 理論板數 ) 一般以等位沖提方式測量 使用下列方程式, 計算對稱波峰的理論板數 (N): N =.4 (RT/W) 2 其中 RT 為滯留時間,W 為半波峰寬 實驗中使用安捷倫 129 無限系列 評估以更高的流速沖提時, 串聯 3 個管 (Infinity) LC 系統, 其內建一個二元幫浦 柱的理論板數 一部自動注射器 一個恆溫管柱室, 及一 部光二極體陣列偵測器偵測器, 其中偵測 器配有 mm 光徑液槽 使用 4.6 mm mm 1.8 µm 的安捷倫 ZORBAX 快速分離 HT 管柱, 及 4.6 mm mm 2.7 µm 的 Poroshell 12 管柱, 兩種管柱均能承受最多 6 bar 3 2 2 k Acetophenone 3472.46 Benzene 33998.78 Toluene 34978 1..883 1.67 1.8 的壓力 1.287 使用 ChemStation B.4.2 版軟體 結果及討論表面多孔性顆粒充填管柱潛在的優勢 表面多孔性粒子充填管柱技術, 採用以多孔性外殼包覆實心核的顆粒 這類粒子內為 1.7 µm 的實心核, 外層包覆. µm 的多孔性矽膠外層, 整個粒徑的大小約為 2.7 µm, 可減少 4-% 的背壓, 效率則為 2 µm 以下全多孔性顆粒的 8 9% 表面多孔性顆粒的粒子大小分佈範圍, 較全多孔性粒子窄, 因此管柱充填得較均質, 減少了管柱內的擴散現象 此外, 粒徑小.2..7 1 1.2 1. 1.7 2 2.2 管柱 : 安捷倫 Poroshell 12 SB-C18 管柱, mm 4.6 mm 2.7 µm Thiourea Acetophenone Benzene Toluene 移動相 : 水 :ACN = 3:7 流速 : 1. ml/ 分鐘 管柱溫度 : C 偵測器 : 光二極體陣列偵測器 (DAD) 24 nm/ nm, 參考標準 (Ref) 36/ nm, 2 Hz, 標準液槽 圖 1 層析圖, 評估 mm 4.6 mm 安捷倫 Poroshell 12 管柱的理論板數 (N) 2
評估單一管柱的理論板數使用下列化合物評估單一管柱的理論板數 :uracil acetophenone benzene toluene 獲得的層析圖及計算而得的理論板數, 列於圖 1 在規定的層析條件下,toluene 的理論板數約為 3 個 / 管柱 評估串聯 3 個管柱的理論板數單一管柱的理論板數約為 3 個, 預計 3 個管柱串聯後的理論板數約為 個 以 9 mm.12 mm 的不鏽鋼毛細管串聯管柱, 並以不同流速測量理論板數 測得的層析圖列於圖 2 若使用 4 bar 的 LC 系統, 施予 1 ml/ 分的流速, 可測得約 8 個理論板數, 不過此 LC 系統最高可承受 12 bar 的壓力, 因此流速和效率仍能再提高 以 1. ml/ 分的流速沖提, 測得的理論板數約為 3 個, 極為接近預測值 Toluene 在流速 1.8 ml/ 分時, 測得最佳理論板數 個, 滯留時間 < 分鐘 ( 表 1) 17. 1 ml N 83 4 316 bar 1 2 3 4 6 17. 圖 2 2 張層析圖, 以不同流速評估串聯 3 個 mm 4.6 mm 安捷倫 Poroshell 12 管柱的理論板數 1. ml N 3 4 478 bar 1 2 3 4 6 17. 1.8 ml N 4 73 bar 1 2 3 4 6 Thiourea Acetophenone Benzene Toluene 管柱 : 串聯 3 個 mm 4.6 mm 2.7 µm 的安捷倫 Poroshell 12 SB-C18 管柱 移動相 : 水 :ACN = 2:8 流速 : 1 1. 1.8 ml/ 分 管柱溫度 : 6 C 偵測器 : 光二極體陣列偵測器 (DAD) 24 nm/ nm, 參考標準 (Ref) 36/ nm, 2 Hz, 標準液槽 化合物理論板數 k Acetophenone 11412.29 Benzene 9931.46 Toluene 1148.62 表 1 流速 1.8 ml/ 分的理論板數 3
若要提高 k 值, 則串聯 3 個管柱 流速為 1.2 ml/ 分 ( 圖 3) 以等位沖提的滯留時間精確度以 1. ml/ 分的流速進行等位沖提的滯留時間精確度結果顯示於圖 4, 並重疊連續沖提 6 次的結果 除了 uracil 之外, 滯留時間精確度的相對標準偏差 (RSD) 均 <.34%, 其積分面積精確度的相對標準偏差 (RSD) 均 <.66% 4 3 2 3.33 4.263.64 7.87 8.979 3 28 bar 9.897 11.831 N= 78739 k = 1.87 2 2 3 16.196 N= 76179 k = 3.3 22.769 N= 7239 k = 4.8 32.749 Thiourea + 測試9 種化合物一組, 濃度各為 ng/ul, 溶於 ACN (6/3) 1. Acetanilide,2. Acetophenone,3. Propiophenone, 4. Butyrophenone (2 ng/µl),. Benzophenone,6. Valerophenone, 7. Hexanophenone,8. Heptanophenone,9. Octanophenone 管柱 : 串聯 3 個 mm 4.6 mm 2.7 µm 的安捷倫 Poroshell 12 SB-C18 管柱 移動相 : ACN/ 水 = 6/4 管柱溫度 : 6 C 流速 : 偵測器 : 1.2 ml/ 分鐘光二極體陣列偵測器 (DAD) 24 nm/ nm,ref 36/ nm,2 Hz, 標準液槽 圖 3 串聯 3 個管柱, 在壓力 28 bar 及流速 1.2 ml/ 分下, 以較高的 k 值得到的理論板數 17. 12. n = 6 RT RSD (%) RSD (%) Uracil.33 2.947 Acetophenone.24.388 Benzene.22.3 Touene.29.64 2.6 3.88 4.3 7. 3.43 2.. 1 1. 2 2. 3 3. 4 4. Uracil Acetophenone Benzene Toluene 管柱 : 串聯 3 個 mm 4.6 mm 2.7 µm 的安捷倫 Poroshell 12 SB-C18 管柱 移動相 : 水 :ACN = 2:8 流速 : 1. ml/ 分鐘 管柱溫度 : 6 C 偵測器 : 光二極體陣列偵測器 (DAD) 24 nm/ nm, 參考標準 (Ref) 36/ nm, 2 Hz, 標準液槽 圖 4 連續等位沖提 6 次疊圖的結果, 及滯留時間與積分面積的精確數據 4
以梯度沖提時滯留時間與積分面積的精確度以 3% 到 9%ACN 分鐘梯度沖提, 精確度結果顯示於圖, 並重疊連續沖提 6 次的結果 除了 Thiourea 之外, 所有化合物均有極佳的滯留時間精確度 (RSD <.4%) ( 圖 ); 注入 1-µL 後, 所有化合物的積分面積, RSD 均小於.38% 16 12 8 4.917 1.27 2.416 3.312 2 4 6 8 4.2 4.82.137 6.49 n = 6 (%) (%) Thiourea.92.372 1.2.238 2.38.2 3.33.211 4.29.186.27.227 6.23.194 7.18.183 8.17.21 9.17.167 6.97 7.72 Thiourea + 測試9 種化合物一組, 濃度各為 ng/µl, 溶於水 / ACN (6/3) 1. Acetanilide,2. Acetophenone,3. Propiophenone,4. Butyrophenone (2 ng/µl),benzophenone,6. Valerophenone,7. Hexanophenone, 8. Heptanophenone,9. Octanophenone 管柱 : 安捷倫 Poroshell 12 SB-C18 管柱, mm 4.6 mm 2.7 µm 移動相 : 水加上 ACN 梯度沖提 : 流速 : 1. ml/ 分鐘 第 分鐘為 3% ACN, 第 分鐘為 9% ACN 管柱溫度 : 6 C 偵測器 : 光二極體陣列偵測器 (DAD) 24 nm/ nm,ref 4/ nm,2 Hz, 標準液槽 圖 重疊連續梯度沖提 次的結果, 及滯留時間與積分面積的精確度數據
比較以表面多孔性顆粒充填的管柱, 與 2 µm 以下顆粒充填管柱峰容量以表面多孔性顆填充管柱與 2 µm 以下顆粒填充管柱 ( 皆為內徑 mm 4.6 mm 長的管柱 ) 分析一組 種化合物的結果, 說明其差異 ( 圖 6) 安捷倫 Poroshell 12 管柱的沖提時間較短, 波峰寬度較小, 因此表面多孔性顆粒充填的管柱, 峰容量較大 安捷倫 Poroshell 12 管柱的峰容量為 133, 高於 2 µm 以下顆粒填充管柱的 1, 表示在此條件下, 安捷倫 Poroshell 12 管柱的效率, 高於 2 µm 以下顆粒填充管柱 3% 12 8 6 4 2 16 12 8 4.889 1.86 2.646 3.76 2 4 6 8.917 1.27 2.4 3.312 4.2 4.714 4.82.72.137 ZORBAX RRHT SB-C18 mm 4.6 mm 1.8 µm PW sigma =.1 = 1 = 296 bar.723 6.49 6.699 6.96 7.62 7.71 8.426 Poroshell 12 SB-C18 mm 4.6 mm 2.7 µm PW sigma = 76 = 133 + 3% = 226 bar 2 4 6 8 管柱 : 移動相 : 梯度沖提 : Thiourea + 測試9 種化合物一組, 濃度各為 ng/µl, 溶於水 /ACN (6/3) 1. Acetanilide,2. Acetophenone,3. Propiophenone, 4. Butyrophenone (2 ng/µl),benzophenone, 6. Valerophenone,7. Hexanophenone,8. Heptanophenone, 9. Octanophenone 安捷倫 ZORBAX RRHT SB-C18 管柱, mm 4.6 mm 1.8 µm; 安捷倫 Poroshell 12 SB-C18, mm 4.6 mm 2.7 µm 水加上 ACN 流速 : 1. ml/ 分鐘 第 分鐘為 3% ACN, 第 分鐘為 9% ACN 管柱溫度 : 6 C 偵測器 : 光二極體陣列偵測器 (DAD) 24 nm/ nm,ref 4/ nm,2 Hz, 標準液槽 圖 6 以表面多孔性顆粒充填管柱, 及 2 µm 以下粒子充填管柱, 分析 苯酮類 混合物的層析圖 6
體積容量比較注入濃度極高的樣品, 測試表面多孔性顆粒充填管柱的體積容量, 是否與 1.8 µm 顆粒充填管柱相同 注入 µl 的樣品, 其濃度約為 2 µg/ µl( 圖 7) 以指定條件沖提, 主波峰並無顯著差異, 但 Poroshell 12 管柱的主波峰較快沖提出來, 因此波寬較窄些 Poroshell 12 管柱的波寬一般較窄 比較訊號 - 雜訊 (S/N) 比分析藥品中的雜質, 以評估訊號 - 雜訊 (S/N) 比 雜質含量約為.2.3% 層析條件列於圖 7 2 2 3.484 ZORBAX RRHT SB-C18 mm x 4.6 mm 1.8 µm PW1/2 =.792 Poroshell 12 SB-C18 mm 4.6 mm 2.7 µm PW1/2 sigma =.668 3 3.2 3.4 3.6 3.8 4 4.2 4.4 4.6 4.8 2.982 3 3.2 3.4 3.6 3.8 4 4.2 4.4 4.6 4.8 測試 Tramadol 2,22 ml/ml, 含雜質, 管柱 : 安捷倫 Poroshell 12 SB-C18 管柱, mm 4.6 mm 2.7 µm 安捷倫 ZORBAX RRHT SB-C18 管柱, mm 4.6 mm 1.8 µm 幫浦 : 溶劑 A: 水 +.2 % TFA, 溶劑 B:ACN +.16% TFA 梯度沖提 : 分鐘內自 17% B 調高至 4% B, 第 7 分鐘停止調整, 駐留時間 3 分鐘流速 : 1. ml/ 分鐘自動注射器注入量 : µl 沖洗時間 : 秒恆溫管柱室溫度 : 3 C 光二極體陣列偵測器 (DAD):129 27/ nm,ref. 36/ nm,2 Hz, mm 光徑的標準流動液槽 4.198 圖 7 比較表面多孔性顆粒充填管柱, 與 2 µm 以下粒子充填管柱的容積, 注入量為 µl = 2 µg 7
圖 8 重疊整個層析圖 ; 紅線為 Poroshell 12 管柱的層析圖, 黑線為 2 µm 以下顆粒充填管柱的層析圖 兩種管柱的訊號 - 雜訊比 (S/N) 計算值, 一併列於表 2 雜質 1 及雜質 2 皆以 Poroshell 12 管柱及 2 µm 以下顆粒充填的管柱分析 結論 表面多孔性顆粒充填的管柱, 確實能替代 2 µm 以下粒子充填的管柱, 加上背壓低, 因此能以 1 ml/ 分的流速, 沖提 4.6 mm x mm 2.7 µm 的管柱, 而壓力卻不過超過 4 bar 的上限 此例的理論板數可達 3 個, 每公尺甚致超過 23 個板數 串聯 3 個 4.6 mm mm 的管柱後, 沖提 分鐘的理論板數可達 個, 而壓力並未超過 6 bar 的上限 安捷倫 Poroshell 12 管柱進行等位沖提及梯度沖提分析時具有極佳精確度.2.22.2.17..12.1.7 1 2 1.8.4 _.4.2..7 6 6.2 6. 6.7 2.8.4 _.4 1 2 3 4 6 1 2 3 4 6 圖 8 比較訊號 - 雜訊比 (S/N), 紅線為多孔性外層粒子充填管柱, 黑線為 1.8 µm 粒子充填管柱 有使用 TFA 調整 波峰 Poroshell 12 管柱的 1.8 µm 訊號 - 雜訊比 (S/N) 管柱的 S/N 1 14 13.6 2 12.8 12 表 2 比較表面多孔性顆粒充填管柱, 及 1.8 µm 顆粒充填 管柱的訊號 - 雜訊比 在相同的層析條件下, 安捷倫 Poroshell 12 管柱的沖提時間, 通常少於類似的 2 µm 以下顆粒結合相 沖提時間越短, 波峰寬度越小, 峰容量越大 參考資料 1. J. M. Cunliffe T. D. Maloney 替代 2 µm 以下粒子的熔融核顆粒技術, 達到高分離效率及低背壓的效果 (Fusedcore particle technology as an alternative to sub-2-µm particles to achieve high separation efficiency with low back pressure) 分離科學期刊 (J. Sep. Sci.), 3, 34-39 27 年 2. F. Griiti A. Cavazzini N. Marchetti G. Guiochon 針對鍵結 C18 鏈的全多孔與部分多孔性顆粒充填的矽膠管柱, 比較其效率 (Comparison between the efficiencies of columns packed with fully and partially porous C18-bonded silica materials) 層析法期刊 A (Journal of Chromatography A) 17, 289-33,27 年 www.agilent.com/chem/cn 安捷倫科技公司,2 年 2 年 月 1 日出版號碼 99-62CHTW