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跟月旭科技走进“色谱”心脏,探究色谱发展壁垒
点击次数:122 发布时间:2019-08-19 打印本页面 返回

色谱是一种分离分析手段,分离是核心,因此担负着分离工作的色谱柱是色谱系统的心脏。目前市场上色谱柱种类和规格繁多,在制药、食品、环保、石化、农林、医疗卫生等领域有应用广泛,相关从业人数不断增长。

 

此次,我们一起来探讨一下月旭色谱柱技术的特点及目前色谱柱技术总体发展中存在的壁垒。

 

No.1 核壳结构色谱填料+体积排阻色谱填料

 

作为中国知名的色谱柱品牌,月旭科技自2005年从事色谱相关业务至今已走过了14个年头。期间,月旭科技在色谱领域始终坚持自主研发和自主品牌,先后推出了包括Ultimate®、Xtimate®、Welchrom®、Topsil®和Boltimate®等多个品牌的色谱柱及色谱填料产品,并为客户提供色谱分离分析技术、产品和整体解决方案。由于坚持创新,月旭科技在色谱填料的研发和色谱分离分析方法开发方面已经达到国内外领xian水平。据介绍,目前月旭团队开发的色谱填料超过百余种,在医药、食品和环境检测方面的应用超过5000个。其中有19款月旭色谱柱被列入美国USP-PQRI数据库,2015版中国药典中,有多个药品品种指定使用月旭色谱柱产品。依托技术优势,2018年月旭色谱柱年销量取得了超过4万根的好成绩。以下是两种月旭自主研发的国内外领xian的色谱填料,一种是核壳结构色谱填料,另一种则是体积排阻色谱填料。

 

核壳结构色谱填料

 

该类填料最初是由著名色谱科学家 Jack Kirkland 在2006年研制成功的一种新型色谱填料。它是将多孔硅壳熔融到实心的硅核表面而制备的。这些多孔的“光环”状颗粒具有极窄的粒径分布和扩散路径,可以同时减小轴向和纵向扩散,允许使用更短的色谱柱和较高的流速以达到快速、高分辨率分离。

 

月旭科技研发的Boltimate®核壳色谱柱中硅胶颗粒粒径是2。7μm,它是由1。7μm直径的实心核与0。5μm厚的多孔层所构成的。这种核壳型的硅胶颗粒提供了较短的传质路径,减少了轴向扩散,而实心核硅胶提供坚固的支撑结构,可以承受高压,具有与1。8 μm 填料相似的分离效率,且柱反压只有sub-2μm色谱柱的50%和明显的抗污染性能。由于实心核的存在,以及薄的多孔层,使得样品分子的扩散距离减小,即可以使用更高的流动相流速,极大的提高了分析速度。目前月旭已经有Boltimate® C18、Boltimate® LP -C18、Boltimate® EXT C18、Boltimate® Phenyl-Hexyl、Boltimate® EXT PFP等多款该系列色谱柱。国外也有一些色谱柱厂家成功研发了该类型产品,例如AMT公司的HALO色谱柱、Sigma-Aldrich公司的Ascentis Express 核壳柱等。

 

 

核壳色谱柱填料结构

 

体积排阻色谱填料

 

体积排阻色谱(Size exclusion chromatography,SEC)是一种完全按照溶质分子在流动相溶剂中的分子尺寸大小分离的色谱法,是非常重要的分离分析生物大分子如蛋白质、多肽、生物酶的工具。其分离原理如下:该类填料具有一定孔径分布,当具有不同尺寸的目标物分子进入体积排阻色谱柱时,分子量很大的分子无法进入填料内部孔中,因此zui先被洗脱下来;分子量相对较小的分子能够进入一部分填料内部孔中,因此随后被洗脱下来;分子量很小的分子则能够进入到填料的所有内部微孔中,因而其洗脱体积接近色谱柱的柱体积;根据洗脱体积的不同,可实现各组分之间的有效分离。体积排阻色谱填料通常是具有适合一定孔径的球形硅胶基质填料,由于它具有良好的机械强度及具有极高的分离纯化效率,在生物大分子的分离分析领域广泛使用。

 

月旭研发的Xtimate® SEC填料是在超高纯全多孔硅胶表面包覆一层具有良好稳定性的亲水性聚合物的体积排阻色谱填料,该填料的作用基团为二醇基。这种填料表面因受二醇基官能团保护而不与蛋白质相互作用。使得蛋白、生物酶、多肽等样品的非特异性吸附极小,因而广泛应用于生物大分子的分离。目前月旭已有120A、200A、 300A、500A、700A、1000A和2000A等几种孔径尺寸规格的SEC色谱柱产品。国内外也有一些色谱柱厂家成功研发了该类型产品,例如TOSOH公司的TSK gel SW-型色谱填料、安捷伦公司的ZORBAX GF色谱填料等。

 

 

月旭科技色谱柱

 

No.2 色谱技术发展迅速,填料技术仍存壁垒

 

高效液相色谱(HPLC)是一项高效、新颖、快速的分析分离技术,是广泛应用的分析手段之一。随着科技的进步,色谱得到了很大的发展,色谱技术性的研究在目前科研技术研究中一直占有重要定位,特别是一些相关检测行业,应用性研究显得十分普遍。而色谱柱填料是各种HPLC分离模式赖以建立和发展的基础,因此高性能填料成为色谱研究中最丰富、最有活力、最富于创造性的部分,且各种专用色谱填料的出现,解决了很多分析检测中的问题。不过由于色谱技术基础性、原理性的研究发现还有局限,目前仍然有很多问题解决不了的。

 

强极性物质的保留

在强极性物质保留方面,HILIC模式的提出虽然使大家看到了一线希望,不过该模式的原理研究不够透彻全面,使得在应用的过程中,理论不能很好指导实践,这就增加了方法摸索的难度。HILIC模式的优势在于多种色谱作用模式能分离开更多的物质,且与反相和正相法有更多的正交性,但由于混合模式的多样,使得次级吸附作用力的影响不能完全避免,导致强极性物质在HILIC模式下的峰形问题较大,同时色谱填料中与物质的作用位点较多,使得填料的键合均匀度等引起的重现性问题显得尤为明显。

 

其次,反相条件下使用纯水流动相也具有壁垒。现在“极性改性”技术的引进,使得非极性键合相的极性会有所增强,在极性环境(甚至是纯水环境)下都会有很好的填料活性,而不会产生相塌陷,因此一些强极性物质可以在此条件下有所保留。但是,纯水流动相对于键合相的洗脱能力不够,导致色谱柱易吸附同极性的物质而被污染,改性填料导致结果不重现,同时也易引起填料污染导致的柱压升高、峰形异常等现象而缩短色谱柱的寿命。

 

最后,其他无机键合相对于强极性物质保留的壁垒主要是基础研究少、应用范围窄、价格昂贵、色谱柱维护使用不常见且对人员操作要求高。

 

离子化物质的分析分离

在分析分离离子化物质时,也有很多的局限性。比如反相填料+离子对试剂是现在普遍采用的色谱分析方式,但该方式基线平衡时间长,使用后色谱柱冲洗时间长,填料容易受残留离子对试剂的影响而改性。如果用这样的色谱柱进行方法开发,后期新色谱柱不能重现结果的风险会大大增加,而且离子对试剂价格较贵,会增加分析成本。

 

离子交换法虽然专属性强,是做单一物质含量分离的良好选择,但对于多组分分离,单一的色谱作用模式很难满足多种性质物质的保留和分离,导致适用面较窄,而流动相通常使用高浓度的缓冲盐,在仪器系统中易析出,不利于仪器的寿命,需要加强对仪器的冲洗维护。此外,键合相的官能团通常为小基团试剂,在高水、高盐、低pH条件、高温等条件下易水解,导致色谱柱寿命普遍短于反相大基团键合的填料。而HILIC法在分析离子化物质时同样有与在强极性物质的保留方面相似的壁垒。

 

异构体的分离

分离光学异构体,特别是具有2个及2个以上的手性中心的异构体时,难度会大大增加。目前市场上这一类物质的分离主要用到各种手性键合相或者手性流动相添加剂,其中手性键合相是主流。但是键合相大都采用涂覆工艺,有严格的耐受溶剂和柱压要求,否则会加快涂覆官能团的脱落,缩短寿命。由于对手性分离不够全面,在选择固定相和流动相时,理论指导不够,更多是要依靠实践,所以增加了分析成本,降低了成功率。此外,由于手性色谱法专属性强,常规要求拆分的物质的化学纯度zui好在95%以上,这样会导致该方法在检测制剂时由于辅料等的干扰而不能对成品进行质控。

 

对于位置异构体,由于物质的极性、离子性等差异不大,目前较多的是选择卤代柱(PFP,F-C8)、高载碳量的C18(23%)柱、长碳量的反相(C22,C30)柱等利用其空间位阻效应将其分离。但是如果位置异构的基团较小,别的基团的空间位置效应较强,屏蔽了该小基团位置差异带来的空间差异,也将无法分离。此外,单双键异构对于现在的色谱技术同样有很大的挑战,目前暂时没有有效手段能将其分离。

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