CN106053668B - 两维分析同时进行的停流型二维液相色谱及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种两维分析同时进行的停流型二维液相色谱及其应用，本发明的色谱系统采用多通阀封闭第一维色谱柱两端的方式实现停流，大大改善了压力保持效果，压力波动干扰更小，再采用另一根与该第一维色谱柱压降相等的色谱柱作为压力平衡柱，使得第一维色谱柱停流后第一维输液泵仍可不断流，从而可接入第一维检测器对第一维色谱柱流出组分进行检测。此外，第二维液相色谱进样前，采用柱后分流器对其进行分流处理，从而解决了上样量过大的问题。

Description

两维分析同时进行的停流型二维液相色谱及其应用

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，特别涉及一种两维分析同时进行的停流型二维液相色谱及其应用。

背景技术

二维液相色谱作为一种新兴的色谱分离技术，分离效率远高于传统一维液相色谱，因而在复杂组分的分离和分析中具有极高的应用前景。然而，由于商用二维液相色谱价格昂贵，色谱工作模式固定，仪器适用性不强，极大地限制了其发展。此外，由于二维液相色谱是以一维液相色谱为基础发展而来的，因此二维液相色谱中第一维和第二维液相色谱的结构大致相同，不同的主要是两维之间的连接部分，该部分被称为二维液相色谱的核心。

多通阀作为一种常用的切换阀，常被用作进样阀和柱切换阀。多通阀主要由圆形密封垫(转子)和固定底座(定子)组成，转子表面有内凹的导流槽，用于连通槽两端定子上的接口，而固定于定子表面的接口主要用于连接色谱管路。当多通阀发生转动时，导流槽随转子的转动而转动，从而使得定子表面各接口的连通情况发生改变。由于多通阀接口较多、死体积小、自定义程度强，因而被广泛应用于各类二维液相色谱。

二维液相色谱在运行过程中，主要通过中间连接部分将第一维液相色谱的流出组分转移至第二维液相色谱进行二次分离和分析。转移方式根据其连续性主要分为停流型和连续型，由于连续型具有更快的分离速度，便于实施，而停流型因为存在压力脉冲大、转移体积大和第一维分离流出组分转移过程不透明等问题，因此连续型二维液相色谱受到国内外各大仪器厂商和科研机构所亲睐，针对该型液相色谱的研究也相对较多，目前国内外仪器厂商以及现有专利所采用的二维液相色谱均为连续型二维液相色谱。而停流型二维液相色谱由于上述问题的困扰，其发展严重受阻。

尽管连续型二维液相色谱的分析速度较快，操作更为简便，且分析效率普遍较高，但其对设备硬件等要求极高，售价极其昂贵，且由于采用连续转移样品组分的方式，其第二维液相色谱的分离和分析过程受第一维液相色谱的制约，因而必须在极短的时间内将第一维液相色谱的流出组分进行完全分离，这不仅导致了第二维液相色谱分析过程中的高压或高流速，还导致该型液相色谱须在第二维液相色谱中使用超高压液相色谱或快速液相色谱以满足快速分离的需求。为此，该型二维液相色谱的第二维液相色谱不能使用常规HPLC柱作为色谱柱，且日常使用维护的成本也较高。

停流型二维液相色谱作为一种与上述连续型二维液相色谱互补的一种二维液相色谱系统，在运行过程中，其第一维液相色谱的流出组分并非连续性转移，因而其第二维液相色谱的分离与分析可完全不受第一维液相色谱的影响，因此，该型液相色谱的两维液相色谱对硬件设备要求极低，甚至使用科研机构任意现有两台液相色谱经过升级即可组成一台停流型二维液相色谱。此外，该二维液相色谱系统可兼容使用现有任意常规HPLC柱对复杂组分进行二维分析，整机购买和维护成本均较低。然而，由于该系统运行时存在停流过程，导致第一维液相色谱压力脉冲和两维之间的转移体积较大，且一维流出组分由于流速中断而无法检测等问题，该系统的发展严重受阻，几乎处于停滞状态。

发明内容

为了克服现有的停流型液相色谱存在的压力脉冲大、一维流出组分不可视和转移体积过大的问题，本发明的首要目的在于提供一种两维分析同时进行的停流型二维液相色谱，该色谱系统采用多通阀封闭第一维色谱柱两端的方式实现停流，大大改善了压力保持效果，压力波动干扰更小，再采用另一根与该第一维色谱柱压降相等的色谱柱作为压力平衡柱，使得第一维色谱柱停流后第一维输液泵仍可不断流，从而可接入第一维检测器对第一维色谱柱流出组分进行检测。此外，第二维液相色谱进样前，采用柱后分流器对其进行分流处理，从而解决了上样量过大的问题。

本发明的另一目的在于提供上述停流型二维液相色谱的应用。

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，包括第一维输液部分、分离切换装置、第一维检测器和第二维分离检测部分；

所述第一维输液部分由第一维液相色谱泵和进样装置组成；

所述分离切换装置由两个多通阀、两根色谱柱和两个分流器组成，其中，与第一维输液部分连接的多通阀是停流切换阀，与第二维分离检测部分连接的多通阀是进样切换阀，用于第一维液相色谱分离的为第一维液相色谱柱，用于平衡第一维液相色谱压力的为压力平衡柱，用于第一维色谱柱样品流出组分分流的分流器称为样品分流器，用于压力平衡柱流出流动相分流的分流器称为变速分流器；

所述第二维分离检测部分由第二维液相色谱泵、第二维色谱柱和检测器组成；

采样状态时，停流切换阀和进样切换阀的单数号位与双数号位通过导流槽依次两两相通；所述第一维输液部分的输出端与停流切换阀的1号位连接，第一维液相色谱柱的两端与停流切换阀的2号位和3号位连接，样品分流器的输入端与停流切换阀的4号位连接，停流切换阀的5号位使用堵头封闭，变速分流器的输入端与6号位连接，压力平衡柱与其7号位和8号位连接，其余号位依次两两相连；

样品分流器的输出端分别与进样切换阀的1号位和10号位相连，定量环的两端分别与进样切换阀的2号位和5号位相连，第二维输液泵的输出端与其3号位相连，第二维色谱柱的输入端与其4号位相连，第一维检测器的输入端与其9号位相连，变速分流器的一个输出端与其8号位相连，变速分流器的另一个输出端直接通向废液收集器，进样切换阀的7号位和6号位均通向废液收集器，其余号位依次两两相连；

此时，第一维输液部分的流出组分依次流经停流多通阀的1号位、2号位、第一维液相色谱柱、停流多通阀的3号位和4号位，经样品分流器分流后分别流入进样切换阀的10号位和1号位，其中一个流路经过9号位直接流向第一维检测器，另一个流路则进一步经过进样切换阀的2号位流经定量环，再经过5号位和6号位流向废液收集器；此时第二维输液泵的输出流动相直接经过进样切换阀的3号位和4号位流向第二维液相色谱柱，而压力平衡柱与变速分流器所在流路此时无流动相通过；

当采样状态结束时，同时转动停流切换阀和进样切换阀，第二维液相色谱立即进入检测状态；此时，停流切换阀和进样切换阀的双数号位与单数号位通过导流槽依次两两相通，第一维液相色谱柱的两端与停流切换阀的2号位和3号位彼此连通，因而其两端被封闭，故可立即保持住色谱柱的压力，从而可避免停流瞬间压力的突变；而第一维液相输液部分的输出流动相此时依次流经停流切换阀1号位和8号位之后的所有号位(含1号位和8号位)，再进入压力平衡柱，再经过停流切换阀的7号位和6号位流入变速分流器；变速分流器的输出端此时通过进样切换阀的8号位和9号位进入第一维检测器，从而可以持续保持第一维检测器的稳定状态；

而样品分流器的两个输出端此时通过1号位和10号位之后的所有号位(含10号位和1号位)连通实现封闭，其输入端则通过停流切换阀5号位的堵头实现封闭，因此样品分流器此时处于全封闭状态；第二维输液泵的输出流动相此时依次通过进样切换阀的3号位和2位流经定量环，将样品组分经5号位和4号位泵入第二维液相色谱柱中进行洗脱和检测；待第二维分析检测结束后，则转动两个多通阀，系统重新进入采样状态，依此循环直至目标样品组分全部分析结束；

所述两个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，其号位命名和排序可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；

所述停流切换阀的接口为偶数个，且接口数最少须为8个，超过8以后的号位均使用色谱管线依次两两相连；

所述进样切换阀的接口为偶数个，且接口数最少须为10个，超过10以后的号位均使用色谱管线依次两两相连；

所述多通阀均为二位多通阀，即可正反切换一次卡位；

所述第一维色谱柱、第二维色谱柱均可为常规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；

所述压力平衡柱可以是与第一维液相色谱柱在该分离条件下压降相同的任意色谱柱，且对其柱效无任何要求；

所述样品分流器和变速分流器均为可任意调节分流比的柱后分流器；

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；

所述的第一维和第二维检测器可以是现有液相色谱适用的任意检测器，如紫外检测器、示差检测器、18角度静态激光散射仪。

所述变速分流器和第一维检测器在不需要检测第一维流出组分时，可选择不接入；

所述停流型二维液相色谱可在第二维分离检测部分完全关闭的条件下，一直保持在采样状态下，直接进行单维液相的分离检测。

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通过多通阀的相邻接口互相连通实现第一维液相色谱柱两端接口的封闭，可在停流瞬间立即保持住第一维液相色谱柱两端的压力，从而避免了停流瞬间压力变化大对第一维液相色谱柱分离效果的不良影响。此外，通过这种方式实现第一维液相色谱柱的封闭，可以实现色谱柱两端最短色谱管路的压力保持，从而最大程度降低了因单向阀、色谱管路以及众多色谱管路接口所导致系统密闭性差造成的压力泄露，极大程度地改善了压力保持效果，且无需对色谱泵的流速进行瞬间变化，也避免流速聚变对第一维色谱柱分离效果造成的不良影响。

2、本发明的停流型二维液相色谱通过使用压力平衡柱保持第一维液相色谱泵的输出压力，避免了切换瞬间的压力变化，与此同时，通过该色谱柱保持第一维液相色谱泵的不断流，再经过变速分流器将第一维检测器的输入流动相流速调节至与样品分流器输出样品组分输入第一维检测器的流速一致，从而可以保持第一维检测器的持续稳定状态，实现了停流型二维液相色谱中第一维流出组分的检测，对于提高停流型二维液相色谱系统分析的准确性和重复性有着重要意义。

3、本发明的停流型二维液相色谱具有较强的仪器兼容性，在无需检测第一维流出组分时，可直接不连接变速分流器和第一维检测器而进行停流型二维液相色谱的样品分析，从而降低仪器成本。

4、本发明的停流型二维液相色谱无需进行任何仪器拆装和接口转换，直接将第二维液相分离检测部分完全关闭，并使系统一直处在采样状态下，即可利用该色谱系统实现样品的单维液相色谱分析，极其便捷地实现了一维液相色谱系统与二维液相色谱系统之间的切换。

5、本发明的停流型二维液相色谱的样品分流器为柱后分流，且其处在停流操作位置点之后，因而不需要承担停流过程中来自第一维色谱柱的压力，从而极大程度地提高了分流的准确性，且提高了不耐压分流器在该色谱系统的适用性。

6、本发明的停流型二维液相色谱不要求进行第一维检测时，两个多通阀可不同时转动，运行过程中，可在第二维液相色谱进入检测状态一定时间后预先将进样切换阀切换回采样状态时的位置，然后转动停流切换阀进行采样，待采样完成后，则立即进入第一维色谱柱的停流状态，待第二维色谱分析检测完成后，再转动进样切换阀使其进入下一个组分的第二维分析检测。以这种方式进行操作时，可提高分离效率，减少分析时长，且通过将两个多通阀的非同时切换，可以降低同时切换两个多通阀时实际情况下无法绝对同时造成的微小误差。

7、本发明的停流型二维液相色谱的两维液相色谱柱均可使用任意常规HPLC色谱柱，且第二维液相色谱的分离和分析完全不受第一维液相色谱的限制，因而可利用常规HPLC柱实现更高的分离效率。

8、本发明的停流型二维液相色谱的检测器可为任意现有类型的液相色谱检测器，因而检测适用性广，通用性强。

附图说明

图1是实施例1的二维液相色谱处于采样状态时的连接示意图；

图2是实施例1的二维液相色谱处于检测状态时的连接示意图；

图3是实施例2的二维液相色谱处于采样状态时的连接示意图；

图4是实施例2的二维液相色谱处于检测状态时的连接示意图；

其中，a-色谱泵；b-进样装置；c-停流切换阀；d-第一维液相色谱柱；e-压力平衡柱；f-样品分流器；g-进样切换阀；h-定量环；i-色谱泵；j-第二维液相色谱柱；k-第二维检测器；l-第一维检测器；m-变速分流器。

图5是实施例2的样品单维色谱图。

图6是实施例2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，包括第一维输液部分、分离切换装置、第一维检测器l和第二维分离检测部分；

分离切换装置由停流切换阀c(五槽二位电动十通阀)、进样切换阀g(六槽二位电动十二通阀)、两个柱后分流器(分别为变速分流器m和样品分流器f)组成。

当处于采样状态时(如图1)，停流切换阀c和进样切换阀g的单数号位与双数号位通过导流槽依次两两相通，第一维液相色谱泵a将流动相泵至进样器b，将样品与流动相一起经过停流切换阀c的1号位和2号位泵至第一维液相色谱柱d，其流出组分再经过停留切换阀c的3号位和4位进入样品分流器f，样品分流器f的两个输出端，一个流路经过进样切换阀g的1号位和2号位流入定量环h，再经过5号位和6号位通向废液收集器，另一个流路经过进样切换阀g的10号位和9号位流入第一维检测器l进行检测。此时，第二维液相色谱泵i将流动相直接经进样切换阀g的3号位和4号位泵至第二维液相色谱柱j，再经过检测器k，对系统进行洗脱与平衡。压力平衡柱e、变速分流器m此时处于停流状态。

待采样状态结束后，同时转动两个多通阀，第二维液相色谱立即进入检测状态(如图2)。此时，停流切换阀c和进样切换阀g的双数号位与单数号位通过导流槽依次两两相通，第一维色谱柱d两端由于此时停流切换阀c的2号位和3号位彼此连通，因而其两端被封闭，故可立即保持住该色谱柱的压力。第一维输液部分的输出流动相经过停流切换阀c的1号位、10号位、9号位和8号位流入压力平衡柱e，流出流动相经过停流切换阀的7号位和6号位进入变速分流器m，再经过8号位和9号位流入第一维检测器l，从而维持检测器的稳定。

此时样品分流器f的输入端与停流切换阀c的5号位和6号位相连，而6号位封闭，所以其输入端封闭，而其两个输出端也通过进样切换阀g的10号位、11号位、12号位和1号位的相互连通而实现封闭。

第二维液相色谱泵i此时将流动相经过进样切换阀g的3号位和2号位泵至定量环h，再经过进样切换阀g的5号位和4号位将样品组分泵至第二维色谱柱j和检测器k进行洗脱与检测。待第二维分析检测结束后，则重新转动两个多通阀，系统重新进入采样状态，依此循环直至目标样品组分全部分析结束。

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，其分离切换装置中，停流切换阀c为四槽二位电动八通阀，进样切换阀g为五槽二位电动十通阀，变速分流器m和一维检测器l被去除(图中虚线部分)，此外，第二液相色谱泵i采样单泵。除此之外，其构造和工作原理与实施例1一致。

为进一步证明本发明的创新性，本发明实施例采用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：大豆肽

第一维输液部分包括：中低压输液泵a(AKTA Explorer10(P900))和自动进样器b(Waters 2707)，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，每次采样时间长度为0.5min。

分离切换部分包括：停流切换阀c(Valco EUDB-C8W)，第一维C18色谱柱d和压力平衡柱e(均为Waters Xselect CSH130，4.5×250mm，5μm)，样品分流器f(分流比:1:1，北京迪科马科技有限公司)，进样切换阀g(Valco EUDB-C10W)，定量环h(200uL美国waters公司)。使用第一维色谱柱在第一维流动相条件下采用220nm对大豆肽分离情况进行检测，结果如图5。

第二维分离检测部分包括：中压输液泵i(Waters 600)、第二维凝胶色谱柱j(Thermo Biobasic SEC 60)、第二维紫外检测器k(Waters 2487)。使用色谱工作站为Empower 2.0和Astra 6.1。流动相由乙腈(20％)、水(80)和三氟乙酸(0.04％)组成，采用等度洗脱，流速1.8mL/min，检测波长：220nm，运行时间间隔10min。二维色谱运行时，选择第一维色谱分离洗脱组分第9.0-11.0min作为二维分析目标，二维分析结果如图6。

由图5和6可知，图5中C18柱在单维色谱条件下可对大豆肽中的肽组分进行较好地一次分离，然而，结合图6可知，经过C18柱分离得到峰组分在凝胶柱中可进一步分离得到更多的峰，这说明经过C18柱分离得到的单峰组分不纯，实际为多种峰共洗脱所导致的结果。

本实施例中，采用不耐压的凝胶柱作为第二维液相色谱柱对C18柱流出组分进行二次分离，得到了良好的分离效果，这不仅充分说明了凝胶柱可作为第二维液相色谱柱广泛用于复杂成分分离和分子量的测定，还说明了本发明所述停流型二维液相色谱系统对常规HPLC柱极强的兼容性。在停留阀切换过程中，压力变化小于40PSI，充分说明了本发明中所用停流方式的先进性和创新性。

本发明的实施例充分说明了本发明所述停流型二维液相色谱的创新性及其在复杂成分分离分析的广阔应用前景。

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 (8)

1.一种停流型二维液相色谱，包括第一维输液部分、分离切换装置、第一维检测器和第二维分离检测部分；其特征在于：

所述分离切换装置由两个多通阀、两根色谱柱和两个分流器组成，其中，与第一维输液部分连接的多通阀是停流切换阀，与第二维分离检测部分连接的多通阀是进样切换阀，用于第一维液相色谱分离的为第一维液相色谱柱，用于平衡第一维液相色谱压力的为压力平衡柱，用于第一维色谱柱样品流出组分分流的分流器称为样品分流器，用于压力平衡柱流出流动相分流的分流器称为变速分流器；

采样状态时，所述第一维输液部分的输出端与停流切换阀的1号位连接，第一维液相色谱柱的两端与停流切换阀的2号位和3号位连接，样品分流器的输入端与停流切换阀的4号位连接，停流切换阀的5号位使用堵头封闭，变速分流器的输入端与6号位连接，压力平衡柱与其7号位和8号位连接，其余号位依次两两相连；

样品分流器的输出端分别与进样切换阀的1号位和10号位相连，定量环的两端分别与进样切换阀的2号位和5号位相连，第二维输液泵的输出端与其3号位相连，第二维色谱柱的输入端与其4号位相连，第一维检测器的输入端与其9号位相连，变速分流器的一个输出端与其8号位相连，变速分流器的另一个输出端直接通向废液收集器，进样切换阀的7号位和6号位均通向废液收集器，其余号位依次两两相连；

此时，第一维输液部分的流出组分依次流经停流多通阀的1号位、2号位、第一维液相色谱柱、停流多通阀的3号位和4号位，经样品分流器分流后分别流入进样切换阀的10号位和1号位，其中一个流路经过9号位直接流向第一维检测器，另一个流路则进一步经过进样切换阀的2号位流经定量环，再经过5号位和6号位流向废液收集器；此时第二维分离检测部分的输出流动相直接经过进样切换阀的3号位和4号位流向第二维液相色谱柱，而压力平衡柱与变速分流器所在流路此时无流动相通过；

当采样状态结束时，同时转动停流切换阀和进样切换阀，第二维液相色谱立即进入检测状态；此时，第一维液相色谱柱的两端与停流切换阀的2号位和3号位彼此连通，因而其两端被封闭，故可立即保持住色谱柱的压力，从而可避免停流瞬间压力的突变；而第一维液相输液部分的输出流动相此时依次流经停流切换阀1号位和8号位之后的所有号位，含1号位和8号位，再进入压力平衡柱，再经过停流切换阀的7号位和6号位流入变速分流器；变速分流器的输出端此时通过进样切换阀的8号位和9号位进入第一维检测器，从而可以持续保持第一维检测器的稳定状态；

而样品分流器的两个输出端此时通过1号位和10号位之后的所有号位，含10号位和1号位，连通实现封闭，其输入端则通过停流切换阀5号位的堵头实现封闭，因此样品分流器此时处于全封闭状态；第二维分离检测部分的输出流动相此时依次通过进样切换阀的3号位和2位流经定量环，将样品组分经5号位和4号位泵入第二维液相色谱柱中进行洗脱和检测；待第二维分析检测结束后，则转动两个多通阀，系统重新进入采样状态，依此循环直至目标样品组分全部分析结束；

所述的第一维输液部分由第一维液相色谱泵和进样装置组成；

所述的第二维分离检测部分由第二维液相色谱泵、第二维色谱柱和第二维检测器组成。

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：所述停流切换阀的接口为偶数个，且接口数最少须为8个。

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：所述进样切换阀的接口为偶数个，且接口数最少须为10个。

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：所述的第一维色谱柱、第二维色谱柱和压力平衡柱均为常规任意HPLC色谱柱。

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：所述的样品分流器和变速分流器为可任意调节分流比的柱后分流器。

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：所述的色谱泵是多泵或单泵，是高压、中压或低压液相泵中的任意一种。

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：所述的第一维和第二维检测器是紫外检测器、示差检测器或18角度静态激光散射仪。

8.权利要求1-7任一项所述的停流型二维液相色谱在有毒有害物质检测中的应用。