UPLC(超高效液相色譜)技術
點擊: 次 時間:2017-03-20 10:39
在1996年，Waters公司推出AllianceHPLC時的主要目標是提高液相色譜的“精度”。當時多數公司都認為HPLC技術已經發展到極致了、而同時用戶對性能沒有更高的需求，因此HPLC的目標應該是降低成本、走向更低的價格以獲得更廣泛的應用。針對這樣的觀念，Waters公司提出：HPLC的技術沒有到達極限，用戶對HPLC有更高的要求，HPLC精度的提高對更好、更可靠的結果有極大的益處，對法規的遵從也是一個極大的促進。
站在當今世界科技前沿的液相色譜用戶現在又有了新的需求。首先是改進生產力的需求，因為大量的樣品需要在很短的時間內完成，例如代謝組學分析;其次是在生化樣品及天然產物樣品的分析中，樣品的復雜性對分離能力提出了更高的要求;第三是在與MS及MS/MS等檢測技術聯用時，對連接的質量提出了更高的要求。簡而言之，我們需要“更快地得到更好的結果”。
今天我們發現，隨著科學技術的進步，對液相色譜技術的要求也不斷提高，單從技術角度的改進已經不行。這就需要同時從科學與技術的角度出發，或者說從理論高度對液相色譜重新認識。因此UPLC(超高效液相色譜)概念的提出也就十分自然。簡而言
之，UPLC是用HPLC的極限作為自己的起點。
理論基礎
早在1956年，J.JvanDeemter就發表了他著名的理論：vanDeemter曲線及其方程式。最早這個理論是用在氣相色譜上的，但是后來出現的液相色譜上也能應用這個理論。Waters公司引入UPLC的概念就是由研究這個著名的方程式開始。
首先顆粒度越小柱效越高;其次每個顆粒度尺寸有自己的最佳柱效的流速;最后，更小的顆粒度使最高柱效點向更高流速(線速度)方向移動，而且有更寬的線速度范圍。所以降低顆粒度不但提高柱效，同時也提高速度。使用更高的流速會受到色譜柱填料耐壓及儀器耐壓的限制。反之，如果不用到最佳流速，小顆粒度填料的高柱效就無法體現。另外，更高的柱效需要更小的系統體積(死體積)、更快的檢測速度等一系列條件的支持，否則小顆粒度填料的高柱效同樣無法充分體現。
因此，要真正創建一個全新的分離科學領域-UPLC，必須解決以下問題：
大幅提高色譜柱的性能;第一要解決小顆粒填料的耐壓問題，第二要解決小顆粒填料的裝填問題，包括顆粒度的分布以及色譜柱的結構。
高壓溶劑輸送單元(超過15000psi)。
完善的系統整體性設計，降低整個系統的體積，特別是死體積。并解決超高壓下的耐壓及滲漏問題。
快速自動進樣器，降低進樣的交叉污染。
高速檢測器;優化流動池以解決高速檢測及擴散問題。
系統控制及數據管理，解決高速數據的采集、儀器的控制問題。
新型色譜填料及裝填技術
UPLC分離只有在新型的、耐壓而且顆粒度分布范圍很窄的1.7祄顆粒填料合成出來之后才有可能。色譜柱技術應該涵蓋幾個方面的內容：首先是填料的合成，以得到高質量的填料顆粒，包括耐高壓、耐酸堿等等。其次是顆粒的篩選，選出顆粒度分布盡可能窄的填料。最后是裝填技術，以保證即堵住顆粒不使其外流，又不至于引起反壓的大幅升高。
Waters公司利用1999年發明的雜化顆粒技術(HybridParticleTechnology-HPT)，合成了第二代有機硅填料。它使用雙(三乙氧基硅)乙烷在硅膠中形成橋式乙基基團(圖2)。這樣合成出來的填料在其內部有了更多的“交聯”結構，其機械強度有了極為顯著的提高，耐壓超過了20000psi。使用這項技術，Waters公司合成了低于2祄顆粒度的填料——1.7祄顆粒度的“ACQUITYUPLCTM”填料。為了得到更好的耐壓能力及傳質作用，還優化了該填料的孔體積及孔徑。
傳統色譜柱填料的裝填技術受兩個方面的影響，導致現有小顆粒填料色譜柱的性能及質量均不能令人滿意。首先是其顆粒度分布一般較寬，例如，5祄顆粒度填料中會有大量的4祄以下及6祄以上的顆粒，因此，通常使用2祄篩板在色譜柱的出口攔截填料，阻止其外漏。其次，如果使用低于2祄的篩板，篩板的反壓升高很快，甚至超過了填料所產生的反壓。因此，目前大多數3.5祄、2.5祄或更低顆粒度的填料還是使用2祄的篩板，只是在柱頭裝填一小段5祄的填料。因此現有小顆粒度填料的色譜柱與理論或理想狀態相距甚遠。
上一篇：水質測定方法—國家標準 下一篇：水質測定方法—國家標準
站在當今世界科技前沿的液相色譜用戶現在又有了新的需求。首先是改進生產力的需求，因為大量的樣品需要在很短的時間內完成，例如代謝組學分析;其次是在生化樣品及天然產物樣品的分析中，樣品的復雜性對分離能力提出了更高的要求;第三是在與MS及MS/MS等檢測技術聯用時，對連接的質量提出了更高的要求。簡而言之，我們需要“更快地得到更好的結果”。
今天我們發現，隨著科學技術的進步，對液相色譜技術的要求也不斷提高，單從技術角度的改進已經不行。這就需要同時從科學與技術的角度出發，或者說從理論高度對液相色譜重新認識。因此UPLC(超高效液相色譜)概念的提出也就十分自然。簡而言
之，UPLC是用HPLC的極限作為自己的起點。
理論基礎
早在1956年，J.JvanDeemter就發表了他著名的理論：vanDeemter曲線及其方程式。最早這個理論是用在氣相色譜上的，但是后來出現的液相色譜上也能應用這個理論。Waters公司引入UPLC的概念就是由研究這個著名的方程式開始。
首先顆粒度越小柱效越高;其次每個顆粒度尺寸有自己的最佳柱效的流速;最后，更小的顆粒度使最高柱效點向更高流速(線速度)方向移動，而且有更寬的線速度范圍。所以降低顆粒度不但提高柱效，同時也提高速度。使用更高的流速會受到色譜柱填料耐壓及儀器耐壓的限制。反之，如果不用到最佳流速，小顆粒度填料的高柱效就無法體現。另外，更高的柱效需要更小的系統體積(死體積)、更快的檢測速度等一系列條件的支持，否則小顆粒度填料的高柱效同樣無法充分體現。
因此，要真正創建一個全新的分離科學領域-UPLC，必須解決以下問題：
大幅提高色譜柱的性能;第一要解決小顆粒填料的耐壓問題，第二要解決小顆粒填料的裝填問題，包括顆粒度的分布以及色譜柱的結構。
高壓溶劑輸送單元(超過15000psi)。
完善的系統整體性設計，降低整個系統的體積，特別是死體積。并解決超高壓下的耐壓及滲漏問題。
快速自動進樣器，降低進樣的交叉污染。
高速檢測器;優化流動池以解決高速檢測及擴散問題。
系統控制及數據管理，解決高速數據的采集、儀器的控制問題。
新型色譜填料及裝填技術
UPLC分離只有在新型的、耐壓而且顆粒度分布范圍很窄的1.7祄顆粒填料合成出來之后才有可能。色譜柱技術應該涵蓋幾個方面的內容：首先是填料的合成，以得到高質量的填料顆粒，包括耐高壓、耐酸堿等等。其次是顆粒的篩選，選出顆粒度分布盡可能窄的填料。最后是裝填技術，以保證即堵住顆粒不使其外流，又不至于引起反壓的大幅升高。
Waters公司利用1999年發明的雜化顆粒技術(HybridParticleTechnology-HPT)，合成了第二代有機硅填料。它使用雙(三乙氧基硅)乙烷在硅膠中形成橋式乙基基團(圖2)。這樣合成出來的填料在其內部有了更多的“交聯”結構，其機械強度有了極為顯著的提高，耐壓超過了20000psi。使用這項技術，Waters公司合成了低于2祄顆粒度的填料——1.7祄顆粒度的“ACQUITYUPLCTM”填料。為了得到更好的耐壓能力及傳質作用，還優化了該填料的孔體積及孔徑。
傳統色譜柱填料的裝填技術受兩個方面的影響，導致現有小顆粒填料色譜柱的性能及質量均不能令人滿意。首先是其顆粒度分布一般較寬，例如，5祄顆粒度填料中會有大量的4祄以下及6祄以上的顆粒，因此，通常使用2祄篩板在色譜柱的出口攔截填料，阻止其外漏。其次，如果使用低于2祄的篩板，篩板的反壓升高很快，甚至超過了填料所產生的反壓。因此，目前大多數3.5祄、2.5祄或更低顆粒度的填料還是使用2祄的篩板，只是在柱頭裝填一小段5祄的填料。因此現有小顆粒度填料的色譜柱與理論或理想狀態相距甚遠。
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