CN106841404A - 一种高温全二维液相色谱装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温全二维液相色谱装置及其使用方法，包括两套高压二元液相色谱泵、两支色谱柱、一个柱温箱、一个切换阀、一个制冷模块和一个检测器。通过第一维采用纯水为流动相，以程序升温进行洗脱，将第一维的洗脱液经切换阀和定量管收集并连续导入到第二维中分析，实现高温全二维液相色谱的高效分离。本发明由于第一维为纯水洗脱，相对于第二维反相液相色谱为弱溶剂，避免了二维RPxRP液相色谱系统中溶剂不匹配问题。同时具有在线操作快速和连续操作的优点；第一维使用纯水为流动相，符合绿色化学的要求。

Description

一种高温全二维液相色谱装置及其使用方法

技术领域

本发明属于色谱仪技术领域，具体涉及一种高温全二维液相色谱装置。

背景技术

对于复杂组分的分析,仅使用一种色谱模式往往不能提供足够的分辨率和系统峰容量,难以实现复杂样品(如中药提取物、蛋白质组学样品和环境污染物等)的完全分离，对样品的定性和定量分成造成了极大的障碍，往往需要离线进行二次分离才能获得较纯的样品。未实现完全分离的样品，与后续质谱联用也存在样品离子化效率低，加合物复杂的问题。因此，追求高效分离手段是分析科学的重要发展方向之一。根据正交分离的机理，二维液相色谱的灵活性在于能够便捷地实现不同模式之间的偶联。一维分离中反相(RP)、离子交换(IEX，包括阳离子交换和阴离子交换)、体积排阻(SEC)和正相色谱法(NP)等各种机理均可以用于构建二维液相色谱系统，提高分离的选择性和峰容量。因为与ESI-MS的兼容性较好，RP一般用作第二维。以IEXxRP联用较为成熟，因为第一维的流动相为水，不对第二维反相的分离产生影响，可以实现两种分离机理的偶合，因而获得了蛋白质组学的青睐。但是，IEX柱效较低，因此IEXxRP二维系统的总体峰容量不高，而RPxRP具有非常高的峰容量，但两维的流动相不匹配问题，使得该体系的进一步使用受到极大限制。流动相不匹配，即第一维的洗脱液经过样品管收集并转移到第二维色谱柱之后，由于分离机理相同，第一维的洗脱液对第二维的分离产生不良影响。这种影响存在于NPxRP，RPxRP，以及HILICxRP等系统中，导致了这些系统的难以获得实质性的应用。

因此，有必要解决二维RPxRP液相中流动相不匹配的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种高温全二维液相色谱装置及其使用方法，解决两维溶剂不匹配问题。

本发明提供一种高温全二维液相色谱装置，第一高压二元液相色谱泵、第二高压二元液相色谱泵、第一色谱柱、第二色谱柱、柱温箱、切换阀和检测器，所述切换阀具有第一阀位、第二阀位、第三阀位、第四阀位、第五阀位、第六阀位、第七阀位和第八阀位，所述第一高压二元液相色谱泵连接第一色谱柱的输入端，所述第一色谱柱设置于所述柱温箱内，所述第一色谱柱的输出端连接第一阀位，样品管A的输入端连接第二阀位，样品管A的输出端连接所述第三阀位，所述第四阀位连接废液瓶，样品管B的输入端连接所述第七阀位，所述第八阀位连接所述第二高压二元液相色谱泵，样品管B的输出端连接所述第五阀位，所述第六阀位连接所述第二色谱柱的输入端，所述第二色谱柱的输出端连接所述检测器。

进一步的技术方案，所述高温全二维液相色谱装置还包括制冷模块，所述制冷模块设置于所述第一色谱柱与第一阀位之间的管路上。

进一步的技术方案，所述高温全二维液相色谱装置还包括预热模块，所述预热模块设置于所述第一高压二元液相色谱泵和第一色谱柱之间的管路上。

进一步的技术方案，所述第一色谱柱为耐高温的氧化钛、氧化锆、石墨化碳或聚合物色谱柱中的任意一种，所述第二色谱柱为硅胶基质的C18色谱柱。

进一步的技术方案，所述切换阀为两个六通阀连接或八通阀、或十通阀。

进一步的技术方案，所述切换阀还具有第九阀位和第十阀位，所述第一阀位、第二阀位、第九阀位、第四阀位、第七阀位、第八阀位、第三阀位、第十阀位、第六阀位和第五阀位按顺时针方向排列。

进一步的技术方案，所述切换阀具有第一圆周和第二圆周，所述第一圆周和第二圆周的圆心相同，所述第一圆周的直径大于所述第二圆周的直径，所述第三阀位、第四阀位、第五阀位和第六阀位在第一圆周上按顺时针方向排列，所述第二阀位、第八阀位、第七阀位和第一阀位在所述第二圆周上按顺时针方向排列。

本发明还提供一种高温全二维液相色谱装置的使用方法，包括：

步骤一：第一高压二元液相色谱泵输送纯水至第一色谱柱，对第一色谱柱上的样品进行洗脱，柱温箱控制第一色谱柱温度，即温度从20-40℃开始，以1-10℃/min的升温的速率，逐渐升高色谱柱温度至150-200℃，高温洗脱第一色谱柱上的样品；第一色谱柱上洗脱下来的馏分到达第一阀位，经第二阀位到达样品管A，馏分被收集到样品管A中，多余的馏分或洗脱液到第三阀位，再到第四阀位，最后到达废液瓶；与此同时，第二维的洗脱液从第二高压二元液相色谱泵到达第八阀位，再到第七阀位，将样品管B中收集的馏分冲洗出来，到第五阀位，再到第六阀位，再到第二色谱柱，馏分经过第二色谱柱的分离，最后到达检测器；

步骤二：经过1min后，切换阀切换位置，从第一色谱柱洗脱下来的馏分到达第一阀位，经第五阀位到达样品管B，馏分被收集到样品管B中，多余的馏分或洗脱液到第七阀位，再到第四阀位，最后到达废液瓶；与此同时，第二维的洗脱液从第二高压二元液相色谱泵到达第八阀位，再到第三阀位，将样品管A中收集的馏分冲洗出来，再到第二阀位，再到第六阀位，再到第二色谱柱，馏分经过第二色谱柱的分离，最后到达检测器；

步骤三：以1min为间隔，交替运行步骤一和步骤二，实现连续全二维分析。

进一步的技术方案，步骤一中：第一色谱柱上洗脱下来的馏分到达第一阀位，经第二阀位到达样品管A，馏分被收集到样品管A中，多余的馏分或洗脱液到第三阀位后再到第十阀位、再到第九阀位，再到第四阀位，最后到达废液瓶；步骤二中：第二维的洗脱液从第二高压二元液相色谱泵到达第八阀位，再到第三阀位，将样品管A中收集的馏分冲洗出来，再到第二阀位，再到第九阀位、再到第十阀位、再到第六阀位，再到第二色谱柱，馏分经过第二色谱柱的分离，最后到达检测器。

进一步的技术方案，步骤二中：第七阀位与第五阀位的位置调换，第二阀位与第三阀位的位置调换。

本发明的优点是：本发明开发了一种具有实用和环保性的高温全二维液相色谱装置。其具体优点如下：

1、本发明的第一维引入程序升温洗脱，而流动相保持等度洗脱，不会对第二维液相流动相造成影响；

2、通过柱温的改变，可以直接调整二维液相色谱分离的正交性。随着柱温的升高，流动相粘度降低，溶质在两相间的迁移速度加快，可以极大地提高分析速度；

3、本发明在线操作，具有快速和连续操作的优点；

4、第一维水相随温度升高极性降低，因此可以使用低比例有机相，符合绿色化学的要求。

附图说明

图1为本发明所述的一种高温全二维液相色谱装置的切换阀为十通阀时，在位置一时的连接图；

图2为本发明所述的一种高温全二维液相色谱装置的切换阀为十通阀时，在位置二时的连接图；

图3为本发明所述的一种高温全二维液相色谱装置的切换阀为八通阀时，在位置一时的连接图；

图4为本发明所述的一种高温全二维液相色谱装置的切换阀为八通阀时，在位置二时的连接图；

图5为本发明所述的一种高温全二维液相色谱装置的实施例1中分离肝素寡糖的效果图。

其中：0为第二阀位、1为第一阀位、2为第五阀位、3为第六阀位、4为第十阀位、5为第三阀位、6为第八阀位、7为第七阀位、8为第四阀位、9为第九阀位、11为第一高压二元液相色谱泵、12为第二高压二元液相色谱泵、13为第一色谱柱、14为第二色谱柱、15为柱温箱、16为切换阀、17为检测器、18为废液瓶、19为样品管A、20为样品管B、21为制冷模块、22为预热模块。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。但是本发明不限于所列出的实施例，还应包括在本发明所要求的权利范围内其他任何公知的改变。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

本发明提供一种高温全二维液相色谱装置，包括两套高效液相色谱系统通过切换阀16连接，其中第一色谱柱13放置于能够程序升温的柱温箱15内，在第一色谱柱13前具有预热模块22，在第一色谱柱13后具有制冷模块21。切换阀16上分别连接两个样品管，样品管A19、样品管B20，同时进行收集或进样操作。通过第一维采用纯水为流动相，以程序升温进行洗脱，将第一维的洗脱液经切换阀16和定量管收集并连续导入到第二维中分析，实现高温全二维液相色谱的高效分离。其第一维为耐高温的氧化钛、氧化锆、石墨化碳和聚合物色谱柱，其第二维为硅胶基质的C18色谱柱。

上述结构的操作原理为通过第一维采用纯水为流动相，以程序升温进行洗脱，将第一维的洗脱液经切换阀16和定量管收集并连续导入到第二维中分析，实现高温全二维液相色谱的高效分离。

高温全二维液相色谱具体其运行方式为：切换阀16位置一时，第一高压二元液相色谱泵11输送纯水至第一色谱柱13，对第一色谱柱13上的样品进行洗脱，柱温箱15控制第一色谱柱13温度，经过程序升温进行洗脱，即温度从起始温度开始，以一定的升温的速率，逐渐升高色谱柱温度至最终温度，高温洗脱第一色谱柱13上的样品；第一色谱柱13上洗脱下来的馏分到达第一阀位1，经第二阀位0到达样品管A19，馏分被收集到样品管A19中，多余的馏分或洗脱液到第三阀位5，再到第四阀位8，最后到达废液瓶18；与此同时，第二维的洗脱液从第二高压二元液相色谱泵12到达第八阀位6，再到第七阀位7，将样品管B20中收集的馏分冲洗出来，到第五阀位2，再到第六阀位3，再到第二色谱柱14，馏分经过第二色谱柱14的分离，最后到达检测器17。经过1min后，切换阀16切换到位置二，此时，从第一色谱柱13洗脱下来的馏分到达第一阀位1，经第五阀位2到达样品管B20，馏分被收集到样品管B20中，多余的馏分或洗脱液到第七阀位7，再到第四阀位8，最后到达废液瓶18；与此同时，第二维的洗脱液从第二高压二元液相色谱泵12到达第八阀位6，再到第三阀位5，将样品管A19中收集的馏分冲洗出来，到第二阀位0，再到第六阀位3，再到第二色谱柱14，馏分经过第二色谱柱14的分离，最后到达检测器17。经过1min后，切换阀16切换到位置一，样品管A19起收集作用，而样品管B20位于进样状态；间隔1min后，切换阀16切换到位置二，样品管B20起收集作用，而样品管A19位于进样状态。以1min为间隔，如此交替运行，实现了连续全二维分析。

总之，切换16在位置一时，馏分从第一色谱柱13到达第一阀位1，再到第二阀位0，再到第三阀位5，再到第四阀位8，最后到达废液瓶18；洗脱液从第二高压二元液相色谱泵12到达第八阀位6，再到第七阀位7，再到第五阀位2，再到第六阀位3，再到第二色谱柱14，最后到达检测器。

切换阀16位置二时，馏分从第一色谱柱13到达第一阀位1，再到第五阀位2，再到第七阀位7，再到第四阀位8，最后到达废液瓶18；洗脱液从第二高压二元液相色谱泵12到达第八阀位6，再到第三阀位5，再到第二阀位2，再到第六阀位3，再到第二色谱柱14，最后到达检测器17。

为了便于理解上述使用方法，其使用方法主要由以下两种，分为下述两个实施例来描述。

实施例1

请参阅图1和图2，图1为本发明所述的一种高温全二维液相色谱装置的切换阀为十通阀时，在位置一时的连接图；图2为本发明所述的一种高温全二维液相色谱装置的切换阀为十通阀时，在位置二时的连接图。

本实施例的准备阶段：

如图1所示，切换阀16位置一时，高温全二维液相色谱具体其运行方式为：第一高压二元液相色谱泵11输送纯水至第一色谱柱13，对第一色谱柱13上的样品进行洗脱，柱温箱15控制第一色谱柱13温度，经过程序升温进行洗脱，即温度从25℃开始，以2℃/min的升温的速率，30min内逐渐升高色谱柱温度至85℃，接着以4℃/min的升温的速率，27min内逐渐升高第一色谱柱13温度至193℃，高温洗脱第一色谱柱上的样品；第一色谱柱13上洗脱下来的馏分到达第一阀位1，经第二阀位0到达样品管A19，馏分被收集到样品管A19中，多余的馏分或洗脱液到第三阀位5，再到第十阀位4，再到第九阀位9，再到第四阀位8，最后到达废液瓶18；与此同时，第二维的洗脱液从第二高压二元液相色谱泵12到达第八阀位6，再到第七阀位7，将样品管B20中收集的馏分冲洗出来，到第五阀位2，再到第六阀位3，再到第二色谱柱2，馏分经过第二色谱柱2的分离，最后到达检测器17。经过1min后，如图2所示，切换阀16切换到位置二，此时，从第一色谱柱13洗脱下来的馏分到达第一阀位1，经第五阀位2到达样品管B20，馏分被收集到样品管B20中，多余的馏分或洗脱液到第七阀位7，再到第四阀位8，最后到达废液瓶18；与此同时，第二维的洗脱液从第二高压二元液相色谱泵12到达第八阀位6，再到第三阀位5，将样品管A19中收集的馏分冲洗出来，到达第二阀位0，再到第九阀位9，再到第十阀位4，再到第六阀位3，再到第二色谱柱14，馏分经过第二色谱柱14的分离，最后到达检测器17。经过1min后，切换阀16切换到位置一，样品管A19起收集作用，而样品管B20位于进样状态；间隔1min后，切换阀16切换到位置二，样品管B20起收集作用，而样品管A19位于进样状态。以1min为间隔，如此交替运行，实现了连续全二维分析。

第一维：石墨化碳反相色谱柱。

流动相：纯水；流量：0.2mL/min，等度运行。程序升温为：0—30min(25-85℃)；30-57min(85-193℃)

第二维：C18(Phenomenex Kinetex C18，2.6μm,4.6x50mm)

流动相A：0.1％TFA水溶液；流动相B：甲醇；流量:2mL/min；梯度为：0-15-45-50-51-60s(5％-30％-90％-90％-5％-5％B)

样品：秦皮提取物；浓度：5mg/mL进样量:5μL

本实施例的试验阶段：

系统按图1连接后，两维同时开始运行。第二维每1min一个分析周期，及切换阀16每1min切换一次，将定量环上捕集到的组分进样到第二维色谱柱14进行分析。在本实施例中，第一维使用纯水为流动相，程序升温法进行洗脱。

上述实施例结果，请参阅图5，图5为本发明所述的一种高温全二维液相色谱装置的实施例1中分离肝素寡糖的效果图。如图5所示，与一维分离相比，高温二维液相色谱系统获得了更大的峰容量和更多的待鉴定组份。由于组份纯度更高，使得后续质谱或光谱检测更准确和灵敏。

实施例2

请参阅图3和图4，图3为本发明所述的一种高温全二维液相色谱装置的切换阀为八通阀时，在位置一时的连接图；图4为本发明所述的一种高温全二维液相色谱装置的切换阀为八通阀时，在位置二时的连接图。

本实施例的准备阶段：

第一维：ZirChrom氧化锆反相色谱柱。流动相：纯水；流量：0.1mL/min，等度运行。程序升温为：0—103min(25-180℃)；103-120min(180℃)

第二维：C18(Waters Acquity UPLC peptide BEH C18,300A,1.7μm,4.6x50mm)

流动相A：0.2％戊胺和0.15％六氟异丙醇水溶液；流量:0.4mL/min；梯度为：0-32-47-50-51-60s(5％-12％-95％-95％-5％-5％B)

样品：肝素寡糖浓度：5mg/mL进样量:5μL

本实施例的试验阶段：

系统按图3连接后，两维同时开始运行。如图3所示，切换阀16位置一时其运行方式为：第一高压二元液相色谱泵11输送纯水至第一色谱柱13，对第一色谱柱13上的样品进行洗脱，柱温箱15控制色谱柱温度，经过程序升温进行洗脱，即温度从25℃开始，以5℃/min的速率，逐渐升高色谱柱温度至180℃，高温洗脱第一色谱柱13上的样品；第一色谱柱13上洗脱下来的馏分到达第一阀位1，经第二阀位0到达样品管A19，馏分被收集到样品管A19中，多余的馏分或洗脱液到第三阀位5，再到第四阀位8，最后到达废液瓶18；与此同时，第二维的洗脱液从第二高压二元液相色谱泵12到达第八阀位6，再到第七阀位7，将样品管B20中收集的馏分冲洗出来，到第五阀位2，再到第六阀位3，再到第二色谱柱14，馏分经过第二色谱柱14的分离，最后到达检测器17。经过1min后，如图4所示，切换阀16切换到位置二，此时，从第一色谱柱13洗脱下来的馏分到达第一阀位1，经第七阀位7到达样品管B20，馏分被收集到样品管B20中，多余的馏分或洗脱液到第五阀位2，再到第四阀位8，最后到达废液瓶18；与此同时，第二维的洗脱液从第二高压二元液相色谱泵12到达第八阀位6，再到第二阀位0，将样品管A19中收集的馏分冲洗出来，到第三阀位5，再到第六阀位3，再到第二色谱柱14，馏分经过第二色谱柱14的分离，最后到达检测器17。经过1min后，切换阀16切换到位置一，样品管A19起收集作用，而样品管B20位于进样状态；间隔1min后，切换阀16切换到位置二，样品管B20起收集作用，而样品管A19位于进样状态。以1min为间隔，如此交替运行，实现了连续全二维分析。

在本实施例中，第一维使用纯水为流动相，通过程序升温进行洗脱。

两个六通阀的连接模式与操作方法与上述实施例1和2相似，所以在此不再赘述。

在液相色谱分离参数中，色谱柱柱温对分离选择性的影响可能有很大差别。随着柱温的升高，流动相粘度降低，溶质在两相间的迁移速度加快，可以极大地提高分析速度。以程序升温运行的高温液相色谱，使用亚临界水为流动相，以耐高温的液相色谱柱为固定相，可以实现样品的有效分离。其流动相为纯水，对第二维反相分离而言是弱溶剂，所以不会对第二维的分离产生不良影响。本发明开发了一种具有实用和环保性的高温全二维液相色谱装置实现了RPxRP的高效分离。并且，第一维采用纯水为流动相，减少了有机溶剂的使用和消耗，实现了绿色化学。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种高温全二维液相色谱装置，其特征在于，包括：第一高压二元液相色谱泵、第二高压二元液相色谱泵、第一色谱柱、第二色谱柱、柱温箱、切换阀和检测器，所述切换阀具有第一阀位、第二阀位、第三阀位、第四阀位、第五阀位、第六阀位、第七阀位和第八阀位，所述第一高压二元液相色谱泵连接第一色谱柱的输入端，所述第一色谱柱设置于所述柱温箱内，所述第一色谱柱的输出端连接第一阀位，样品管A的输入端连接第二阀位，样品管A的输出端连接所述第三阀位，所述第四阀位连接废液瓶，样品管B的输入端连接所述第七阀位，所述第八阀位连接所述第二高压二元液相色谱泵，样品管B的输出端连接所述第五阀位，所述第六阀位连接所述第二色谱柱的输入端，所述第二色谱柱的输出端连接所述检测器。

2.根据权利要求1所述的高温全二维液相色谱装置，其特征在于，所述高温全二维液相色谱装置还包括制冷模块，所述制冷模块设置于所述第一色谱柱与第一阀位之间的管路上。

3.根据权利要求1所述的高温全二维液相色谱装置，其特征在于，所述高温全二维液相色谱装置还包括预热模块，所述预热模块设置于所述第一高压二元液相色谱泵和第一色谱柱之间的管路上。

4.根据权利要求1所述的高温全二维液相色谱装置，其特征在于，所述第一色谱柱为耐高温的氧化钛、氧化锆、石墨化碳或聚合物色谱柱中的任意一种，所述第二色谱柱为硅胶基质的C18色谱柱。

5.根据权利要求1所述的高温全二维液相色谱装置，其特征在于，所述切换阀为两个六通阀连接或一个八通阀、或一个十通阀。

6.根据权利要求1所述的高温全二维液相色谱装置，其特征在于，所述切换阀还具有第九阀位和第十阀位，所述第一阀位、第二阀位、第九阀位、第四阀位、第七阀位、第八阀位、第三阀位、第十阀位、第六阀位和第五阀位按顺时针方向排列。

7.根据权利要求1所述的高温全二维液相色谱装置，其特征在于，所述切换阀具有第一圆周和第二圆周，所述第一圆周和第二圆周的圆心相同，所述第一圆周的直径大于所述第二圆周的直径，所述第三阀位、第四阀位、第五阀位和第六阀位在第一圆周上按顺时针方向排列，所述第二阀位、第八阀位、第七阀位和第一阀位在所述第二圆周上按顺时针方向排列。

8.一种高温全二维液相色谱装置的使用方法，其特征在于，包括：

步骤一：第一高压二元液相色谱泵输送纯水至第一色谱柱，对第一色谱柱上的样品进行洗脱，柱温箱控制第一色谱柱温度，即温度从20-40℃开始，以1-10℃/min的升温速率，逐渐升高色谱柱温度至150-200℃，高温洗脱第一色谱柱上的样品；第一色谱柱上洗脱下来的馏分到达第一阀位，经第二阀位到达样品管A，馏分被收集到样品管A中，多余的馏分或洗脱液到第三阀位，再到第四阀位，最后到达废液瓶；与此同时，第二维的洗脱液从第二高压二元液相色谱泵到达第八阀位，再到第七阀位，将样品管B中收集的馏分冲洗出来，到第五阀位，再到第六阀位，再到第二色谱柱，馏分经过第二色谱柱的分离，最后到达检测器；

步骤二：经过1min后，切换阀切换位置，从第一色谱柱洗脱下来的馏分到达第一阀位，经第五阀位到达样品管B，馏分被收集到样品管B中，多余的馏分或洗脱液到第七阀位，再到第四阀位，最后到达废液瓶；与此同时，第二维的洗脱液从第二高压二元液相色谱泵到达第八阀位，再到第三阀位，将样品管A中收集的馏分冲洗出来，再到第二阀位，再到第六阀位，再到第二色谱柱，馏分经过第二色谱柱的分离，最后到达检测器；

步骤三：以1min为间隔，交替运行步骤一和步骤二，实现连续全二维分析。

9.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于，步骤一中：第一色谱柱上洗脱下来的馏分到达第一阀位，经第二阀位到达样品管A，馏分被收集到样品管A中，多余的馏分或洗脱液到第三阀位后再到第十阀位、再到第九阀位，再到第四阀位，最后到达废液瓶；步骤二中：第二维的洗脱液从第二高压二元液相色谱泵到达第八阀位，再到第三阀位，将样品管A中收集的馏分冲洗出来，再到第二阀位，再到第九阀位、再到第十阀位、再到第六阀位，再到第二色谱柱，馏分经过第二色谱柱的分离，最后到达检测器。

10.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于，步骤二中：第七阀位与第五阀位的位置调换，第二阀位与第三阀位的位置调换。