主题:【极限体验&原创大赛参赛作品】一种未知小分子抗生素HPLC分析方法的建立(实验进度更新100109)

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nritw
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声明:我是新手,错误和疏漏之处请各位多多指教!因为要同时进行多项实验,以及受条件限制,更新的可能较慢,敬请见谅!由于不知道怎么上传图片,很多图片还得等学会了再传。因为涉及到保密,本贴会省略一些不必要的细节。感谢月旭工程师的宝贵建议和耐心指导!
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导读:
因为第一次发帖没经验,没有及时占用楼层,导致很多内容在后面,看起来不是很连续,幸亏版主使用“乾坤大挪移”征用了沙发了板凳,这里表示感谢!将来的补充多数会更新到前三层,如果未及时更新,请关注后面的帖子
本帖包括九部分内容:
一.背景
二.样品介绍
三.用到的色谱柱和色谱仪
四.曾经的思路(即作为一个新手的“蒙”)
五.咨询月旭工程师后的思路
六.同样流动相,两个色谱柱的比较
七.确定色谱柱,进行流动相的优化
八.峰纯度的检验(目前大概进行3/5,续文目前在50楼,写完会挪前面来)
九.找到的有用的参考文献(目前在15楼)

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一.背景
    我的研究课题是从发酵液中提取一种小分子抗生素,并得到其纯品。在这个过程中,想用高效液相色谱帮助指导分离,最终开发出用于测定发酵液效价的方法。要达到这个目的,首先要找到一种合适的分析方法,可以将目标组分与其它杂质分开,并优化到合适的保留时间和良好的峰型。这其中有一个很大的困难:没有目标组分的纯品,不了解其结构。在这种情况下,如何选着色谱柱?如何配比流动相?这一切都是摆在我这个新手面前的挑战。希望此贴能给像我一样刚开始接触HPLC的战友一些经验。
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二.样品介绍
    我的目标成分(发酵液中的活性成分)是一种小分子抗生素,到目前为止对它有以下了解:
      1.这是一种小分子物质
      2.这种物质极性很强,不溶于绝大多数有机溶剂
      3.这种物质在酸性条件下带正电荷,可能呈碱性
   
    在进行高效液相分析之前,发酵液已经经过了预处理,并用大孔树脂、离子交换树脂等在生物显影的指导下进行了初步的分离纯化(事实上到这可能很多朋友都看出来了,这种物质在发酵液里,说明它溶于水的。可以用离子交换,就是能电离,那么一定极性不低。如果是行家,可能就不会像我傻乎乎的还用C18+甲醇水摸半个月条件了^-^ )。用于上样的样品组成应该不是特别复杂,推测只有一个活性成分,另外活性成分和杂质应该极性都较强。
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三.用到的色谱柱和色谱仪
    1.某品牌C18柱,5μm,4.6×200mm
    2.极限C18-AQ,5μm,4.6×250mm(Ultimate柱试用体验
    Agilent 1100 series,在线脱气机,手动进样器 VWD检测器
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四.曾经的思路
    我主修的专业和仪器分析相去甚远,也没有接触过HPLC,这次要完成这个任务,起初还是很盲目的。我们实验室有安捷伦1100高效液相色谱仪,配备手动进样器和VWD检测器。第一天站到这台机器面前,简直不知道从哪下手,哪个部分是干什么的也不清楚。于是就找到了当地的安捷伦销售(很幸运这销售是我校友),去图书馆借书,查资料,打安捷伦客服电话这个客服真管用,态度好,讲解细,建议大家多打,请学校老师帮忙,总算是初步上手了。学会使用色谱仪后,就遇到了第一个问题,选择合适的色谱柱。
    如何针对我这个样品选色谱柱呢?说实话,当初看到品牌众多,编号各异的色谱柱时都蒙了,让我自己选是不可能了,于是找到了老师和卖色谱柱的工程师。打听了一大圈之后最终得到的建议是用一根C18柱(现在看这可能也是在蒙,是一种通用的做法,因为大部分的分析都是在C18上完成的,于是就买了某品牌C18色谱柱一根,装到色谱仪上,满心欢喜之时,遇到了第二个问题,选择流动相。
    说来惭愧,开始连流动相的概念和有机溶剂(比如乙腈)的概念都分不清。也是到处打听,最后买了乙腈和甲醇,选择了最常用的流动相:有机溶剂-水体系。
    这些都有了之后,便开始了尝试。如果要用一个词来总结这些尝试,那就是:失败。有强吸收的地方大多在死体积里。最后甚至用了纯水作为流动相(洗脱能力最弱),依然不能得到很好的效果,愁啊。
下图是用纯水做流动相得到的色谱图

乍一看图可能还是可以的,但比较分析之后发现我的目标组分应该是那个2.4分钟左右出峰的。对于一根200mm的柱子来说,这段可能处于死体积的边缘,干扰很多,对以后的定性定量都不利。所以彻底放弃了这种最常规简单的有机溶剂水体系,开始寻求别的办法。
另外想说说很多讲HPLC的书里带的方法开发流程图。因为我刚开始学习HPLC,见到书上的这个流程图时如获至宝,但是仔细一看却心灰意冷。对于一种未知物质,很难用这个图来开发。首先一个分子量大小就得我猜半天,然后是极性还是酸碱,都很难判断。更何况让一个没有经验的人看,这图本身就很难理解。所以我觉得对于新手,又是未知物质,还是先咨询下有经验的人,然后踏踏实实的慢慢开发,在这个过程中就会增长自己对HPLC的理解,找到合适的方法。(再想想如果是已知物质,那可能都有现成的方法,多查查文献就好了)。总之个人觉得那个图可能对于有经验的人更有意义。

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五.咨询月旭工程师后的思路
    某日在仪器信息网上闲逛,看到了月旭的这个试用活动,于是填写了申请表,想碰碰运气。结果下午就接到了月旭工程师的电话。在了解了我的样品情况和已经做过的试验之后,月旭工程师给出了这样的建议:1,用不同pH的磷酸盐缓冲液作为流动相;2,不同pH的磷酸盐缓冲液中应用离子对试剂(辛烷磺酸钠);3,换色谱柱,使用月旭公司的AQ柱。整个过程中,月旭工程师的专业知识和良好的态度给我留下深刻印象。第二天,我收到了月旭公司从上海寄过来的色谱柱(真快!),定了药品,准备新的尝试。
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六.同样流动相,两个色谱柱的比较
    所有的药品都到齐了之后,配好流动相,我首先在相同流动相的前提下,对两个色谱柱的分离效果进行了比较。结果表明,月旭AQ柱无论在峰型和保留时间上都远好于另一只色谱柱(这里我们认为色谱图中最显著且主要的峰是我要的有效成分,为什么?以为我做了不同分离程度的样品,结果不变的都是这个峰,嘿嘿)。当然,这并不是在比较两个品牌的好坏,因为一个是普通C18,一个是C18 AQ。但是这个比较证明了AQ柱更适合分析我的样品,也就是说AQ柱更适合强极性的样品。
    下图是某品牌C18柱色谱图

    接下来是Ultimate C18-AQ

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七.确定色谱柱,进行流动相的优化
从上面两柱比较的图可以看到,Ultimate C18-AQ表现良好,特别是在离子对试剂纯在的条件下,分得更开且峰型更好。但是有一个缺点:保留时间太长。所以就要加一些有机溶剂进去,增加洗脱能力,减少保留时间。在月旭工程师的帮助下我选择了乙腈。在上述离子对流动相里添加了10%的乙腈后,保留时间显著缩短,且峰型依然很好。这样最终确定了用于分离的的流动相组成。
下图是加入了乙腈,最终确定的流动相跑出的色谱图

这里有一些小细节。上图中的2,3事实上是同样的流动相(开始我是这么认为的),2是事先把乙腈按比例加到水相里,然后调好pH。3是先调好pH,然后用四元泵将乙腈和水相混合。可以看出3是有明显拖尾的,后来我测了pH才发现3的pH升高了许多。也就是说如果流动相里要加入有机溶剂,特别是在对pH要求较高的时候,不能用四元泵将二者混合,而要事先混合,调好pH,脱气,用泵的一个通道进去。
还有图中的1,这是将2中的pH降低了0.3后得到的色谱图。由图可以看出,。在使用离子对的时候,pH的变化会显得非常敏感。。在这里我将pH优化到2.2,峰的对称性几乎等于1.


原帖为LZ  nritw所发在12楼的帖子,为保持原帖的整体性,应LZ的要求zxhcnf展开乾坤大挪移,已将原帖和12楼的帖子位置对调,请大家见谅,谢谢!

samanthalas
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八.峰纯度的检验
在上面确定了很好的分离条件之后,有一个问题是必须考虑的:那个看似完美的峰是不是个纯物质形成的呢?要回答这个峰纯度问题,我查到了两种现有条件可行的做法。第一,使用DAD检测器,得到三维的光谱色谱图,利用工作站附带的检验功能检测峰纯度。第二,液质联用,检验峰纯度。对于第一种方法呢,我也没有DAD检测器,而且这种方法也不是很可靠,所以暂时没有考虑。于是决定采用可靠的LC-MS。
这里又碰到一个问题,要想上MS,就不能用离子对把流动相搞得如此复杂。想来想去,又把电话打到月旭工程师那了(真不知道是我在做实验还是月旭工程师在做实验,谁让我是新手呢,呵呵),得到了一个方法。上边比较的图中可以看到,TFA的分离效果也是可以的,如果能确定TFA中的主要峰和离子对中的主要峰是同一个,那么用TFA做液质联用就没问题了。接下来就将我们的分析型液相当半制备用,用来收集和检测,我的做法是这样的:
(1)用离子对试剂的流动相进行分离,估计好时间在管路的出口处收集目标峰

(2)将收集到的馏分用离子对试剂流动相进行检验

(3)吹干得到的馏分,溶于TFA流动相,用TFA流动相进行检测


经过了上面三步,又出现了新的问题:
1.第二张图里,主峰前面还有一些杂峰,如果从我收集的部分来讲,是不可能收集到那的。那为什么会有呢?我猜测原因可能是这样的:我收集了大约3ml馏分,然后用吹风机一顿吹,吹成了几乎干了。(为什么不吹干?因为我怕吹跑了,哈哈)后来又把它溶到0.2ml TFA流动相中,这样事实上里面成分和浓度是有变化的,所以可能产生了一些莫名其妙的峰,因为这并不是很关键,峰值也不高,也没有太在意,如果那位战友有别的见解,请指教!
2.明明是在离子对中的一个峰,到TFA里怎么就变成两个了?这个问题可是很头疼的啊,分析其原因,可能有以下两个:第一,在离子对中的单一峰是假象,事实上就不是一种物质,而是至少两种物质,只不过离子对流动相没有分开,而到TFA流动相中就分开了(在这里不得不提一个问题,就是本底,或者说背景,这也是月旭工程师提醒我的。相对TFA,离子对可以抬高本底。也就是说有些物质虽然在离子对没有峰,但它确实存在,而是被离子对的高本底盖过去了,但是到TFA时本底一降,也就表现出来了)。第二,上面说过了,从3ml的离子对流动相浓缩成0.2ml,事实上浓缩了15倍,在这个过程中辛烷磺酸钠的浓度也极大的提高了。而辛烷磺酸钠在210nm是会有一定吸收的,所以可能有一个峰就是辛烷磺酸钠。(到这了可能有网友问我,那有没有用TFA流动相跑一个离子对流动相的样品呢?答案是有。我吸取了20微升离子对流动相,然后在TFA流动相条件下跑,结果除了一开始的杂峰之外是没有别的峰的,如下图。但是这个“空白对照”可靠吗?事实上也不可靠,因为他的浓度比较低,所以我怀疑它作为对照的可靠性。)

考虑了这两个问题之后呢,我又进行了一个实验。把我的样品用TFA流动相也跑一下,看看是几个峰。(到这不知道是不是有人有点对我的样品糊涂了啊,呵呵。我做以上所有的实验都是用的同样样品,假定他是A,然后把A用离子对流动相分离,收集了目标馏分,然后浓缩,再溶于TFA流动相,现在称它为称为a。所以到现在有两个样品两种流动相)就是A用TFA流动相跑,这个在上面有图的。好了,下面让我们看看这张激动人心的图吧(下图所有样都是TFA流动相)。

从上图可以看出,我的样品(即A)在TFA流动相中相应位置是只有一个峰的,a样品是从A样品来的,但是它在相应位置有两个峰的可能性是不大的,据此推测a样品中出现的那个峰有可能是辛烷磺酸钠。另外图中还有两个“空白对照”,虽然他们没峰,但是因为浓度远远不同,所以我觉得不太可靠。这样呢,上面第二个问题有了一个比较可能的答案了,即多出的一个峰是离子对造成的。(还有从上图看出同样样品的重复性很差,不知道为什么。咨询了工程师,说可能是因为强保留物质造成的,所以就反冲了柱子,不知道能不能解决。)
接下来希望能验证一下这个想法,还想做以下实验:
1.用TFA流动相来跑一下相应浓度的辛烷磺酸钠,来个真正的空白对照。
2.用TFA分离A,然后用离子对流动相分析收集的馏分。
各位大侠网友有什么意见建议?请大家不吝赐教!



原帖为LZ  nritw所发在13楼的帖子,为保持原帖的整体性,应LZ的要求zxhcnf展开乾坤大挪移,已将原帖和13楼的帖子位置对调,请大家见谅,谢谢!
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上面实验说明了在验证峰纯度的过程中出现的问题。对于上面的两个峰提出了假设的解释,并设计了新的实验。现在按照前面的设计,这两个实验都做完了,结果是这样的:
1.用TFA流动相来跑一下相应浓度的辛烷磺酸钠,来个真正的空白对照。
我这次把离子对流动相3ml吹成了200ul,即浓缩了15倍。经过TFA流动相检测发现,并没有峰出现。也就是说,前面推测“新出现的峰是由于收集馏分中残留的离子对造成的”是错误的,残留的离子对试剂在TFA流动相中不会出现明显的峰。这样的结果导致上面两个峰的来历变得更难解释了。下边是对比的色谱图。

2.用TFA分离A,然后用离子对流动相分析收集的馏分。
这也就是把前面的实验反过来了,因为TFA收集之后吹干不会有任何残留。结果怎么样呢?先看一个比较色谱图

从图中可以明显的看出与“离子对流动相收集,TFA流动相验证”同样的问题,本来在TFA中收集了一个峰(馏分用同样流动相做了验证,的的确确是收集到了一个峰,色谱图略),换离子对流动相就变成了两个,而即使是原来的样品(即A),在这种流动相中也不会出现两个峰。这回不可能有任何残留问题了,因为TFA是很容易挥发的。那这又是为什么呢?


为保持LZ文章的整体性,不得已征用此楼层,以下为zxhcnf的原帖内容:
能为您提供一点有益的帮助是月旭人共同的心愿,我们为此感到欣慰,谢谢!
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比较好奇:楼主的下划线是怎么弄出来的啊?
还有,您用的是安捷伦液相的什么操作系统,因为我看色谱图的界面和我们1200安捷伦的界面不一样的啊,起码1200操作软件无法做到几个谱图并排放在一起比较。
该帖子作者被版主 samanthalas2积分, 2经验,加分理由:感谢参与啊!
zxhcnf
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比较好奇:楼主的下划线是怎么弄出来的啊?
还有,您用的是安捷伦液相的什么操作系统,因为我看色谱图的界面和我们1200安捷伦的界面不一样的啊,起码1200操作软件无法做到几个谱图并排放在一起比较。


我也觉得奇怪啊,还说是新手,我看不像,早就熟透了吧
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还有,您用的是安捷伦液相的什么操作系统,因为我看色谱图的界面和我们1200安捷伦的界面不一样的啊,起码1200操作软件无法做到几个谱图并排放在一起比较。


我也觉得奇怪啊,还说是新手,我看不像,早就熟透了吧

楼主那是低调,谦虚,咱们得好好学习下。
plexu
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希望楼主把未写完的部分尽快赶在12月31日前完成,以便能参加月度奖和即将到来的季度大奖的评选。
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agilent 和 waters 的操作系统都可以实现让几张。图并排比较的。在界面上仔细找找,肯定会发现的。
实验写的也不错哦。
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dickwang2008
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很基础的一篇原创,对新手有很大的借鉴意义。
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nritw
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原文由 zxhcnf(zxhcnf) 发表:
楼主的写得非常详细,图也帖得好
经验非常有价值,特别是对初学者而言,写得太好了。
搂主所附的文章已经下载,谢谢分享!呵呵。。。

请教一下,还想加东西加不进去了,超过字数限制了,怎么把它拆分成多个楼层呢?
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