CN105974026A - 可全过程超低压分流的停流型二维液相色谱及其用途 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可全过程超低压分流的停流型二维液相色谱及其用途，该停流型二维液相色谱包括第一维分离部分、停流切换装置和第二维分离检测部分；所述的停流切换装置由一个多通阀和一个分流装置组成。本发明的停流型二维液相色谱利用分流装置和多通阀组成停流切换装置，可以使得分流装置免于在系统运行过程中承受来自第一维液相色谱的较高压力，从而可以提高分流装置的分流精度和适用类型，尤其是该系统可以使用不耐压型的柱后分流器，可以大大提高第一维色谱柱后分流的可调节性，从而可以降低相同时间段内第二维液相色谱的采样量，初步解决了两维液相色谱之间的兼容性问题。

Description

可全过程超低压分流的停流型二维液相色谱及其用途

技术领域

本发明属于仪器分析领域，具体涉及一种停流型二维液相色谱，特别涉及一种可全过程超低压分流的停流型二维液相色谱及其用途。

背景技术

二维液相色谱作为一种新型液相色谱分离技术，其色谱分辨率远远高于一维液相色谱，因而在复杂物质的分离分析领域具有广阔的应用和发展前景。

二维液相色谱主要通过一个切换装置来连接两维液相色谱，以实现第一维液相色谱流出组分的切割和转移，因而切换装置被视为二维液相色谱的关键和技术核心。

多通阀作为一种切换阀，具有接口多、死体积小、导流槽多且通用型强、驱动方式多样等优点，因而常被用作二维液相色谱切换装置的重要部件。然而由于多通阀的种类繁多且功能多样，因而切换装置中多通阀和色谱流路的设计极其重要。

多通阀主要由圆形密封垫(转子)和固定底座(定子)组成，转子上刻有一定数量的导流槽，用于连通导流槽两端的接口，而各个接口则固定于定子上面，用于连接色谱管路，转子上没有槽的两端接口完全隔离，互不相通。当多通阀发生转动时，转子带动导流槽一起转动，从而改变了各个接口之间的连通关系，改变了流动相的流向。

目前国内外研究学者以及国内外色谱厂商的研究和产品开发主要集中在连续环切换型二维液相色谱，该型色谱在工作过程中，主要通过一个多通阀的切换作用，将第一维液相色谱的流出组分连续按照一定的时间间隔全部或部分地转入第二维液相色谱系统。转移过程中，第一维液相色谱不存在停流状态。这种二维液相色谱常使用两台超高压液相系统组成或仅第二维液相色谱使用超高压液相，因而其色谱分辨率较高，分析速度较快，且分析过程中不存在压力脉冲，操作也较方便，因而商业化难度较小，备受国内外厂商追捧。

然而上述的液相色谱由于超高压液相的使用，整机成本极高，售价昂贵。此外，该型液相色谱由于采用连续环切换的方法，使得第二维液相色谱针对每一段一维液相流出组分的洗脱必须在阀切换的时间间隔内完成(常为30s)，因而第二维液相色谱的分析速度必须很快，这显著降低了第二维液相色谱的分辨率，同时也将导致第二维色谱柱的负载较大，造成其使用寿命缩短。此外，高流速的洗脱对色谱系统其他组件(如流通池，色谱泵密封圈等)的损坏也较显著，因而该系统的运行维护成本极高。

凝胶色谱柱作为一种利用分子筛效应对样品进行分离分析的常用色谱柱，在多肽、多糖等分子量的测定及成分分离方面有着广泛的应用。然而，该类型色谱柱由于填料不耐压，因而必须运行于较低流速及较低压力(通常要求小于1000psi)的条件下，而上述二维液相色谱系统由于分析时间的限制，第二维液相色谱在分析过程中压力极高且流速极快，因而目前现有二维液相色谱无法使用凝胶色谱柱作为第二维液相色谱柱。目前，购置一台商业化二维液相色谱不仅价格极其昂贵，同时对于已经配备有液相色谱的用户来说亦造成了极大的资源浪费。

停流型二维液相色谱作为二维液相色谱的另一种模式，由于停流瞬间压力变化较大，继而造成检测信号不稳定、峰形骤变、分流难度大以及色谱柱和泵易损坏等多种问题，严重制约了该型色谱系统的发展，使其较少受到国内外学者的关注，其应用研究和发展也因此极其缓慢。

然而停流型液相色谱具有与连续型液相色谱截然不同的运行模式，其第二维液相色谱分析的时间完全不受第一维液相色谱的制约，因而其色谱分辨率极高，且色谱系统硬件要求极低，甚至于可用两台现有低压液相色谱进行组装，此外该色谱系统色谱柱的兼容性很强，几乎可以兼容目前市场现售任意色谱柱。因此，针对停流型二维液相色谱的研究和开发具有极高的应用价值，未来其在复杂成分的分离分析方面具有广阔的前景。

发明内容

为了突破现有连续环切换型二维液相色谱必须使用超高压液相系统的限制，以及为了解决现有停流型二维液相色谱停流瞬间压力变化较大的缺陷，本发明的首要目的在于提供一种可全过程超低压分流的停流型二维液相色谱，该色谱中的分流装置与多通阀嵌接，不连接在第一、第二维分离系统中，成功解决了停流切换瞬间的压力突变问题，且成功实现了分流装置的低压甚至无压分流采样和停流，从而大大提高了停流型二维液相色谱的检测和分离效率。

本发明的另一目的在于提供上述可全过程超低压分流的停流型二维液相色谱的用途。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种停流型二维液相色谱，包括第一维分离部分、停流切换装置和第二维分离检测部分；

所述的停流切换装置由一个多通阀和一个分流装置组成；

当处于采样状态时，多通阀的1和2、3和4、5和6、7和8号位分别通过导流槽连通，第一维分离部分的组分流出口与多通阀的1号位相连接，分流装置的入口端与多通阀的2号位相连，分流装置的两个出口一个连接废液管，另一个出口连接多通阀的3号位；定量环的两端分别连接多通阀的4号位和7号位；第二维分离部分中色谱泵的输液出口与多通阀的5号位连接，而第二维色谱柱的输入端口与多通阀的6号位相连接；多通阀的8号位连接废液管；余下的接口用堵头封闭；此时，第一维分离部分的流出组分通过多通阀依次流经分流装置和定量环，最后流向废液管；

当采样结束后，设置第一维液相色谱泵的流速为0，同时转动多通阀，此时，多通阀的2和3、4和5、6和7、8和9号位通过导流槽相通，与1号位相邻的末端号位(接口)使用堵头封闭，因而第一维液相色谱系统的出口被封闭，从而使其压力得以保持，而分流装置由于不在此封闭流路系统内，因而无需承受第一维液相色谱系统中所保持的压力；分流装置与2号位和3号位形成封闭流路；同时第二维液相色谱的流动相通过多通阀的5号位依次流经4号位、定量环、7号位、6号位和第二维色谱柱，最后进入检测器进行检测；待第二维分析完成后，则重新进入第一维采样状态，依此循环至样品分析结束。

定量环用于缓存一定量的第一维液相流出组分。

所述多通阀的号位仅为表明系统连接关系而使用，其具体使用号位可与厂商供货原号位不同，其号位命名和排序为从多通阀的任意接口开始按照逆时针或顺时针从1开始排序命名。

所述多通阀的接口为偶数个，且接口数最少须为10个，即至少为10通阀，可以是12通阀、14通阀等等；

所述多通阀的导流槽数量为多通阀接口数的1/2或比接口数的1/2少一个，若导流槽数量比多通阀接口数量的1/2少一个，则缺少导流槽的位置两端接口中必须有一个号位序号为末端号位。

所述的多通阀为二位多通阀，即可正反切换一次卡位。

所述的多通阀是手动的或电动的；

所述第一维分离部分包括液相色谱泵、进样装置和第一维色谱柱；

所述第二维分离检测部分包括液相色谱泵、第二维色谱柱和第二维检测器；

所述的色谱泵可以是多泵或单泵，可以是高压、中压或低压液相泵中的任意一种；

所述的进样装置可以是手动的或电动的；

所述第一维色谱柱、第二维色谱柱可为常规HPLC色谱柱；所述第二维色谱柱要与液相分离条件匹配，若第二维液相色谱泵为高压泵，且运行于高压条件下，则第二维液相色谱柱为高压液相色谱柱；

所述的分流装置优选三通管或分流器，特别优选可任意调节分流比的柱后分流器；

所述的第二维检测器可以是压力敏感型检测器如示差检测器、蒸发光检测器、18角度激光散射仪等，也可是非压力敏感型检测器，如紫外检测器等。

本发明的停流型二维液相色谱可用于特征性组分和有毒有害物质的检测，包括食品领域的检测等等。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、本发明的停流型二维液相色谱利用分流装置和多通阀组成停流切换装置，可以使得分流装置免于在系统运行过程中承受来自第一维液相色谱的较高压力，从而可以提高分流装置的分流精度和适用类型，尤其是该系统可以使用不耐压型的柱后分流器，可以大大提高第一维色谱柱后分流的可调节性，从而可以降低相同时间段内第二维液相色谱的采样量，初步解决了两维液相色谱之间的兼容性问题。

2、本发明的停流型二维液相色谱在停流过程中，通过巧妙设计流路在多通阀内的流动，利用相邻接口的堵头使得第一维液相色谱在停流状态时整个流路呈现封闭状态，从而可以在停流瞬间保持住第一维色谱系统的压力，解决了停流瞬间压力突变的问题。

3、本发明的停流型二维液相色谱避免了第一维液相色谱直接将组分泵入至第二维色谱柱的采样方式，且两维之间不存在直接相互交叉连接，从而第一维液相色谱的运行状态不会对第二维液相色谱的压力产生任何影响，提高了第二维液相色谱分离分析的准确性和仪器兼容性，使其可兼容任何现有液相检测器，如示差折光器、18角度静态激光散射仪，蒸发光检测器、紫外检测器等。

4、本发明的二维液相色谱系统中第一维的采样和停流与第二维液相色谱的采样和检测均使用一个多通阀同时控制，减少了中间控制环节，从而提高了可操作性，同时降低了操作误差。

5、本发明的停流型二维液相色谱其第二维液相色谱的分离和分析可完全不受第一维液相色谱分析时间的限制，可采用梯度或等度分析方式对第一维目标组分进行分离和分析，因而色谱分辨率较高。

6、本发明的停流型二维液相色谱对色谱硬件设备要求较低，甚至于可以使用两台低压液相色谱系统进行组装，但是色谱柱需与相应色谱泵进行匹配，超高压液相色谱泵在高压模式下只能使用高压液相色谱柱。基于本色谱系统极低的硬件要求，可根据本专利对实验室现有色谱设备进行改装升级以满足科研过程中复杂成分分离分析的需要，从而可迅速推动二维液相色谱及复杂成分分析的发展。

7、本发明的停流型二维液相色谱中第二维液相色谱可在低压低温低流速下运行，不受第一维液相色谱影响，因而可使用不耐高压、不耐高温和不耐高流速的凝胶色谱柱对复杂化合物进行分离或进行分子量的测定。

附图说明

图1是实施例1处于采样状态时二维液相色谱的连接示意图；

图2是实施例1处于检测状态时二维液相色谱的连接示意图；

图3是实施例2处于采样状态时二维液相色谱的连接示意图；

图4是实施例2处于检测状态时二维液相色谱的连接示意图；

其中，a-色谱泵；b-进样装置；c-第一维色谱柱；d-多通阀；e-分流装置；f-定量环；g-色谱泵；h-第二维色谱柱；i-第二维检测器。

图5是实施例1的样品第一维色谱图。

图6是实施例1的样品二维色谱图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

一种停流型二维液相色谱，如图1-2所示，包括第一维分离部分、停流切换装置和第二维分离检测部分；

所述停流切换装置由一个五槽二位十通阀d和一个柱后分流器e组成。

当处于采样状态时(图1)，第一维液相色谱泵a将流动相泵至自动进样器b，将样品泵入色谱柱c中，其流出组分进入十通阀d的1号位，再经过2号位流入分流器e，分流后其中一个流路流向废液桶，另一个流路经过十通阀d的3号位，再进过4号位流入定量环f，再依次经过7和8号位流向废液桶。此时，第二维液相色谱泵g的输出流动相流经十通阀的5和6号位直接流经色谱柱h和检测器i，再进入废液桶。

当采样结束时，设置第一维液相色谱泵a的流速为0，同时转动十通阀e，进入检测状态(图2)；此时，第一维液相色谱的流路经过1号位到达10号位，由于10号位被堵头封闭，从而第一维液相色谱的流路实现封闭，可保持住其压力。同时，第二维液相色谱泵g的输出流动相经过5号位和4号位流经定量环f，将定量环f中的样品组分经过7号位和6号位冲入色谱柱h，再经过检测器i进行洗脱和检测。待第二维分析完成后，则重新进入第一维采样状态，依此循环至样品分析结束；

采用C18柱作为第一维液相色谱柱，而采用不能作为传统二维色谱系统第二维液相色谱柱的凝胶色谱柱作为本系统的第二维液相色谱柱，并使得第二维液相色谱凝胶柱运行于低压低流速的常规操作条件下。

样品：酵母抽提物；

第一维分离部分包括：中低压输液泵a(AKTA Explorer10(P900))，自动进样器b(Waters 2707)、第一维C18色谱柱c(Waters Xselect CSH130，4.5×250mm，5μm)、Waters三通d。流动相由乙腈(12％)、水(88％)和三氟乙酸(0.08％)组成，采用等度洗脱，采样状态流速0.3mL/min，停流状态流速为0，每次采样时间长度为0.5min。不接第二维液相色谱，直接在第一维色谱柱后端接入紫外检测器(检测波长220nm)单维连续运行样品时结果如图5。

第二维分离检测部分包括：中压输液泵h(Waters 600)、第二维凝胶色谱柱(TOSOH TSKgel G2000SWXL)、第二维紫外检测器j(Waters 2487)。流动相为35.8g Na2HPO4·12H2O+5.04g NaH2PO4·2H2O+1mL TFA定容到1L，采用等度洗脱，流速1.0mL/min，检测器波长220nm，运行时间20min。二维色谱运行时结果见图6。

由图5和6可知，图5中C18柱在单维色谱条件下可对酵母抽提物中的肽组分进行一次分离，且分离效果较好。然而结合图6可知，本发明的停流型二维液相色谱(RPLC/SEC)能够实现在第一维色谱的分离基础上更进一步的二次分离，图5中所示虚线部分在图6中分别被切割进行更深度的分离，图5中的单峰在图6中被进一步分离成为更多的峰，这在一定程度上也说明经过一维分离得到的单峰不一定为纯品，可能是多种物质共洗脱的结果。此外，使用不能作为传统二维液相色谱第二维液相色谱柱的凝胶柱作为本发明实施例中的第二维液相色谱柱，可利用其特殊的分子筛分离原理，对一维流出组分进行下一步分离和分析，若采用18角度静态光散射仪等还可对一维流出组分进行分子量测定。本实施例充分说明了本发明所述二维液相色谱的先进性及在复杂成分分离分析的广阔应用前景。

实施例2

一种停流型二维液相色谱，如图3-4所示，与实施例1不同的是，其多通阀e是四槽二位十通阀。此外，其进样装置b采用手动进样器，第一维液相色谱泵a采用双泵。除此之外，其构造和工作原理与实施例1一致。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种停流型二维液相色谱，包括第一维分离部分、停流切换装置和第二维分离检测部分；其特征在于：

所述的停流切换装置由一个多通阀和一个分流装置组成；

当处于采样状态时，多通阀的1和2、3和4、5和6、7和8号位分别通过导流槽连通，第一维分离部分的组分流出口与多通阀的1号位相连接，分流装置的入口端与多通阀的2号位相连，分流装置的两个出口一个连接废液管，另一个出口连接多通阀的3号位；定量环的两端分别连接多通阀的4号位和7号位；第二维分离部分中色谱泵的输液出口与多通阀的5号位连接，而第二维色谱柱的输入端口与多通阀的6号位相连接；多通阀的8号位连接废液管；余下的接口用堵头封闭；此时，第一维分离部分的流出组分通过多通阀依次流经分流装置和定量环，最后流向废液管；

当采样结束后，设置第一维液相色谱泵的流速为0，同时转动多通阀，此时，多通阀的2和3、4和5、6和7、8和9号位通过导流槽相通，与1号位相邻的末端号位使用堵头封闭，因而第一维液相色谱系统的出口被封闭，从而使其压力得以保持，而分流装置由于不在此封闭流路系统内，因而无需承受第一维液相色谱系统中所保持的压力；分流装置与2号位和3号位形成封闭流路；同时第二维液相色谱的流动相通过多通阀的5号位依次流经4号位、定量环、7号位、6号位和第二维色谱柱，最后进入检测器进行检测；待第二维分析完成后，则重新进入第一维采样状态，依此循环至样品分析结束。

2.根据权利要求1所述的停流型二维液相色谱，其特征在于：所述的分流装置是三通管或分流器。

3.根据权利要求1所述的停流型二维液相色谱，其特征在于：所述的分流装置是可任意调节分流比的柱后分流器。

4.根据权利要求1所述的停流型二维液相色谱，其特征在于：所述多通阀的接口为偶数个，且接口数最少须为10个。

5.根据权利要求1所述的停流型二维液相色谱，其特征在于：所述多通阀的导流槽数量为多通阀接口数的1/2或比接口数的1/2少一个，若导流槽数量比多通阀接口数量的1/2少一个，则缺少导流槽的位置两端接口中必须有一个号位序号为末端号位。

6.根据权利要求1所述的停流型二维液相色谱，其特征在于：所述第一维分离部分包括液相色谱泵、进样装置和第一维色谱柱。

7.根据权利要求1所述的停流型二维液相色谱，其特征在于：所述第二维分离检测部分包括液相色谱泵、第二维色谱柱和第二维检测器。

8.根据权利要求6或7所述的停流型二维液相色谱，其特征在于：所述第一维色谱柱、第二维色谱柱为常规HPLC色谱柱。

9.根据权利要求7所述的停流型二维液相色谱，其特征在于：所述的第二维检测器是压力敏感型检测器或非压力敏感型检测器。

10.权利要求1-9任一项所述的停流型二维液相色谱在特征性组分和有毒有害物质检测中的应用。