Prominence_UFLC技术及应用.pdf
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1、11Prominence UFLC技术及应用岛津国际贸易(上海)有限公司岛津国际贸易(上海)有限公司2什么是UFLC?UFLC(Ultra Fast Liquid Chromatography)在提高分离效率的前提下缩短分析时间?在实现高分离度前提下实现快速分析?维持基本性能的前提下实现快速分析?低成本实现快速分析3UFLC特点分析时间的快速化?单次分析的时间?分析周期(包括进样及其清洗)?装置准备所需时间(自动启动、清洗、分析状态判断)?适用于整体色谱柱的快速化4UFLC特点装置的整体性能?重现性?分离度?交叉污染?灵敏度,噪音,信噪比?梯度准确性?系统的扩展性?分析方法通用性?维护频率及费
2、用5为什么要使用UFLC?为了缩短分析时间为了提高分析方法开发的效率为了提高LC-MS分析的效率为了降低分析成本(节省溶剂等)6UFLC的理论基础H:理论塔板高度dp:填料粒径:线速度A dp:涡流扩散B/:分子扩散C H:理论塔板高度dp:填料粒径:线速度A dp:涡流扩散B/:分子扩散C dpdp2 :传质阻力(A、B、C为常数)2 :传质阻力(A、B、C为常数)理论塔板高度(H)线速度(理论塔板高度(H)线速度()H=H=AdpAdp+B/B/+CdpCdp2 2合计的曲线合计的曲线Van Deemter公式:27UFLC的理论基础(2)涡流扩散涡流扩散在填料颗粒间的空隙,流动相的流动不
3、均匀,因此,产生紊流。在填料颗粒间的空隙,流动相的流动不均匀,因此,产生紊流。分子扩散分子扩散沿着流动相的流向,分析样品扩散。沿着流动相的流向,分析样品扩散。传质阻力传质阻力分析样品在流动相与固定相之间传递时产生延迟。分析样品在流动相与固定相之间传递时产生延迟。个样品的距离变大。个样品的距离变大。8为减小理论塔板高度?(涡流扩散)H=H=AdpAdp+B/B/+CdpCdp2 2Adp:减小粒径。Adp:减小粒径。理论塔板高度(H)线速度(理论塔板高度(H)线速度()涡流扩散变小涡流扩散变小9为减小理论塔板高度?(分子扩散)H=H=AdpAdp+B/B/+CdpCdp2 2B/:加大线速度。B
4、/:加大线速度。理论塔板高度(H)线速度(理论塔板高度(H)线速度()线速度慢时,纵向扩散变大线速度快时,纵向扩散变小线速度慢时,纵向扩散变大线速度快时,纵向扩散变小10为减小理论塔板高度?(传质阻力)H=H=AdpAdp+B/B/+CdpCdp2 2CdpCdp2 2:减小粒径。减小线速度。:减小粒径。减小线速度。粒径的贡献大粒径的贡献大理论塔板高度(H)线速度(理论塔板高度(H)线速度()11UFLC的实现方法)填料的细微化理论塔板数与粒径成反比,可缩短色谱柱长度即使在高流量区域,色谱柱效率(分离)的降低也小)高温化即使在高流量区域,色谱柱效率(分离)的降低也小)填料的细微化理论塔板数与粒
5、径成反比,可缩短色谱柱长度即使在高流量区域,色谱柱效率(分离)的降低也小)高温化即使在高流量区域,色谱柱效率(分离)的降低也小但是,通用性、操作性等基本要求很重要但是,通用性、操作性等基本要求很重要但是但是12实现快速分离的途径)填料的细微化313填料细微化的结果高柱效&高柱压快速,高分离,通用性?结果结果14填料粒径与理论塔板高度的关系 色谱柱填料的粒径越小,1)理论塔板高度可降低(峰变得尖锐)2)在高线速度区域,柱效的降低得以缓和线速度理论塔板高度曲线线速度理论塔板高度曲线分析条件流动相:水/乙腈(30/70,v/v)温度:40 检测:245nm样品:烷基苯酮分析条件流动相:水/乙腈(30
6、/70,v/v)温度:40 检测:245nm样品:烷基苯酮0246810121416182005101520253035404550Interstitial Linear Velocity(cm/min)HETP5 um3 um2.2 um1.8 um0246810121416182005101520253035404550Interstitial Linear Velocity(cm/min)HETP5 um3 um2.2 um1.8 um150510152025303540450123456Particle Size(um)Column Pressure(MPa)0510152025303
7、540450123456Particle Size(um)Column Pressure(MPa)填料粒径和压力的关系色谱柱填料的粒径变小使得柱压显著增大(柱压与粒径的二次方成反比,与流动相流量成正比)使用长色谱柱提高分离能力较困难有时不能在最佳线速度下使用色谱柱的柱压与粒径的关系(在最佳流量下,N12,000时)色谱柱的柱压与粒径的关系(在最佳流量下,N12,000时)分析条件流动相:水/乙腈(3/7,v/v)温度:40 分析条件流动相:水/乙腈(3/7,v/v)温度:40 16粒径的选择为将分析时间缩短5倍以上的条件最佳流动相流量是常规色谱柱(粒径5m)的2倍以上最小理论塔板高度是常规色谱
8、柱(粒径5m)的1/2以下必须使用填料粒径2.5m以下的色谱柱为使用现有HPLC系统的条件理论塔板数与常规色谱柱(5m,4.6150 mm)同等或以上在大部分的分析条件下,柱压在30 MPa以下必须使用填料粒径2.0m以上的色谱柱考虑快速化、效率化和通用性兼备,岛津将2.2m填料色谱柱Shim-pack XR-ODSShim-pack XR-ODS产品化于是于是172.2m填料的特点()粒径的最佳化综合判断:性能、柱压、耐用性选定2.2m*岛津2.2m填料的优点便于使用的高性能色谱柱1)与小于2m填料匹敌的分离性能2)通过使用均一填料抑制柱压1.8m填料柱压的1/2以下Chromatograp
9、hic conditions;mobile phase:water/acetonitrile(3/7,v/v),temperature:40 C,detection:absorbance at 245 nm.Peaks:1:苯乙酮2:苯丙酮3:苯丁酮4:苯戊酮5:苯己酮6:苯庚酮7:苯辛酮0.000.250.500.751.001.251.501.752.002.252.50min050100150200250mAU1234567Shim-pack XR-ODS (3 mm i.d.75 mm,2.2 m)Flow rate:1.2 mL/minN for Peak 7(k=9.0):14,2
10、000.02.55.07.510.012.5min01020304050mAU1234567Shim-pack VP-ODS (4.6 mm i.d.150 mm,4.6 m)Flow rate:1.0 mL/minN for Peak 7(k=8.4):148000.000.250.500.751.001.251.501.752.002.252.50min050100150200250mAU1234567Shim-pack XR-ODS (3 mm i.d.75 mm,2.2 m)Flow rate:1.2 mL/minN for Peak 7(k=9.0):14,2000.02.55.07
11、.510.012.5min01020304050mAU1234567Shim-pack VP-ODS (4.6 mm i.d.150 mm,4.6 m)Flow rate:1.0 mL/minN for Peak 7(k=8.4):148005.0182.2m填料的特点(2)粒径的最佳化:小于2m不适于同时实现快速化与高分离*岛津2.2m填料的优点与1.8m填料相比,以较短的分析时间得到相同的分离度1)采用长色谱柱,确保高理论塔板数2)提高流动相线速度,实现快速化Chromatographic conditions;mobile phase:100 mmol/L(potassium)phosp
12、hate /acetonitrile(upper:77/23,lower:84/16,v/v),temperature:50 C,detection:absorbance at 350 nm.Peaks;1:D-苯丙氨酸 衍生物2:L-苯丙氨酸 衍生物0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.5min051015mAU0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.5min0102030mAUShim-pack XR-ODS (2.0 mm i.d.100 mm,2.2 m)Flow rate:0.5 mL/minPressure:23 MPaN for Peak 1
13、 and Peak 2(Rs=1.45):11,500,9600Column C (2.1 mm i.d.50 mm,1.8 m)Flow rate:0.6 mL/minPressure:27 MPaN for Peak 1&Peak 2(Rs=1.44):8,200,6.70012120.00.51.01.52.02.53.03.54.04.5min051015mAU0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.5min0102030mAUShim-pack XR-ODS (2.0 mm i.d.100 mm,2.2 m)Flow rate:0.5 mL/minPressure:
14、23 MPaN for Peak 1 and Peak 2(Rs=1.45):11,500,9600Column C (2.1 mm i.d.50 mm,1.8 m)Flow rate:0.6 mL/minPressure:27 MPaN for Peak 1&Peak 2(Rs=1.44):8,200,6.7001212419024681012141611.522.533.544.555.5Particle Size(um)Retention Time(min)Rs=2 unreachable zone024681012141611.522.533.544.555.5Particle Siz
15、e(um)Retention Time(min)Rs=2 unreachable zone填料细微化的要点 考虑快速分离和高分离性能的平衡,在填料微细化时很重要有时色谱柱的理论塔板数低则得不到必要的分离度(Rs)。由于理论塔板数高,容易获得分离度,但因为色谱柱长而花费时间由于理论塔板数高,容易获得分离度,但因为色谱柱长而花费时间由于理论塔板数低,为得到分离度必须加长保留时间由于理论塔板数低,为得到分离度必须加长保留时间保留时间和粒径的关系(最佳流量下,压力为30MPa时得到保留时间和粒径的关系(最佳流量下,压力为30MPa时得到R Rs s=2所需时间)=2所需时间)20填料细微化的要点设定通
16、用可使用的压力(a)的限制,则粒径2.2m程度的填料在不降低分离性能的状态下最可能实现快速分析。如果提高压力限制会怎样呢?1.7 1.8 m的填料,在理论上可实现快速分离,但是必须使用高压专用系统。因为是超细微粒子,所以压力损失变大,消耗零部件的寿命变短。色谱柱内发生因压力损失而生成的热量,此热量造成扩散,不能得到期望的分离性能,阻碍快速化。21实现快速分离的途径2)高温化22为什么高温LC引人注目?通过提高温度,提高物质的相间移动速度。即使是相同的粒径也可实现更高的理论塔板数即使高线速度也可保持低理论塔板高度通过提高温度,降低了流动相的粘性,可抑制高流量下的柱压上升。可直接使用现有HPLC系
17、统。23色谱柱温度变化带来的H-曲线的变化456789101105101520253035404550Interstitial Linear Velocity(cm/min)HETP406080456789101105101520253035404550Interstitial Linear Velocity(cm/min)HETP406080Chromatographic conditions;column:Shim-pack XR-ODS(2.2m),mobile phase:water/acetonitrile(3/7,v/v),detection:absorbance at 245 n
18、m.40 C60 C80 C24温度变化带来的压力变化降低1/3降低1/3011223344505101520253035404550Interstitial Linear Velocity(cm/min)Pressure(MPa/cm)40 deg.C60 deg.C80 deg.C011223344505101520253035404550Interstitial Linear Velocity(cm/min)Pressure(MPa/cm)40 deg.C60 deg.C80 deg.CChromatographic conditions;column:Shim-pack XR-ODS(
19、2.2m),mobile phase:water/acetonitrile(3/7,v/v),detection:absorbance at 245 nm.40 C60 C80 C525温度与快速分析Chromatographic conditions;mobile phase:water/acetonitrile(3/7,v/v),detection:absorbance at 245 nm.Peaks:1:苯乙酮2:苯丙酮3:苯丁酮4:苯戊酮5:苯己酮6:苯庚酮7:苯辛酮45670.000.250.500.751.001.25min-300-250-200-150-100-50050100
20、150mAU0.000.250.500.751.001.25min-150-100-50050100150200250300350mAU0.000.250.500.751.001.25min050100150200250300350400450500mAU123Shim-pack XR-ODS (3.0 mm i.d.50 mm,2.2 m)Flow rate:1.5 mL/minTemperature:80 C (Pressure:11.8 MPa)N for Peak 7:9,886Temperature:60 C (Pressure:14.0 MPa)N for Peak 7:9,426
21、Temperature:40 C (Pressure:17.4 MPa)N for Peak 7:9,15445670.000.250.500.751.001.25min-300-250-200-150-100-50050100150mAU0.000.250.500.751.001.25min-150-100-50050100150200250300350mAU0.000.250.500.751.001.25min050100150200250300350400450500mAU123Shim-pack XR-ODS (3.0 mm i.d.50 mm,2.2 m)Flow rate:1.5
22、mL/minTemperature:80 C (Pressure:11.8 MPa)N for Peak 7:9,886Temperature:60 C (Pressure:14.0 MPa)N for Peak 7:9,426Temperature:40 C (Pressure:17.4 MPa)N for Peak 7:9,154随着色谱柱温度的升高,柱效增高1)理论塔板数的增加2)柱压的降低26温度对化合物的影响Chromatographic conditions;mobile phase:acetonitrile,detection:absorbance at 285 nm.Peaks
23、;1:生育酚(Vitamin E)2:生育酚醋酸盐 ODS色谱柱时,即使在高温下,化合物也意外地稳定在分离过程中,较少发生饱和化、重排反应、水分解但是,但是,色谱柱耐久性降低、受到流动相条件制约也是事实色谱柱耐久性降低、受到流动相条件制约也是事实0.01.02.03.04.05.0min0255075100125150175200225250275300325350mAU0.01.02.03.04.05.0min-100-75-50-250255075100125150175200225mAU12Shim-pack XR-ODS (3.0 mm Shim-pack XR-ODS (3.0 mm
24、 i i.d d.100 mm,2.2.100 mm,2.2 m mm)m)Flow rate:1.0 mL/minTemperature:80 CNfor Peak 7:1.19Nfor Peak 7:1.1612Temperature:40 CNfor Peak 7:1.12Nfor Peak 7:1.150.01.02.03.04.05.0min0255075100125150175200225250275300325350mAU0.01.02.03.04.05.0min-100-75-50-250255075100125150175200225mAU12Shim-pack XR-ODS
25、 (3.0 mm Shim-pack XR-ODS (3.0 mm i i.d d.100 mm,2.2.100 mm,2.2 m mm)m)Flow rate:1.0 mL/minTemperature:80 CAsfor Peak 1:1.19Asfor Peak 2:1.1612Temperature:40 CAsfor Peak 1:1.12Asfor Peak 2:1.1527Prominence UFLC系统岛津的超快速LC分析系统28Prominence概要柱温箱柱温箱 CTO-20A/C 对应CMD 可实现阀内置 最多可容纳12块MPT 可实现冷却 自动切换样品架快速自动进样器
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