009季福建0色谱概论.ppt
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1、药物色谱分析概论闻 俊药物分析学教研室,上海市国和路325号药学大楼804室Tel:021-81871263Email:,每时每刻的挑战:混合物的分离分析,3,mixture,PurposeAnalysisPreparationMathematically:chemometricsPhysically:extraction,chromatography,fractionation,Chemically:tandem MS,4,色谱与中药研究,中药现代化中药质量控制中药指纹图谱中药材化学成分提取分离中药材资源及品质鉴定研究中成药及中药材有效成份的定量分析药效、药代动力学、代谢组学,5,课程概况,
2、理论课:36学时,6,提取蒸馏离心过滤,常用的分离方式,色谱Chromatography,7,Why it is called chromatography?Tsweet(Russian botanist)-1906 First coined the term chromatography which means color mapping from his separation of plant pigments on calcium carbonate columns.,Mikhail Semenovich Tsvet 1872-1919,8,流动相(石油醚),固定相(碳酸钙),固定相颗粒
3、,流动相Mobile phase,混合物组分,Stationary phase,11,定义:色谱法是一种物理和物理化学的分离分析方法,其原理是利用不同物质在流动相与固定相两相中的吸附、分配等差异而导致分离。,特点:能解决一般分离方法所不易解决的物理常数相近、化学性质类似的同系物、异构体、复杂多组分混合物的分离分析问题。具高灵敏度、高选择性、高效能、快速、应用范围广等特点,12,色谱法概论,百年历史回顾基本内容发展趋势,13,1906年,Tsweet 发现色谱分离现象。色谱分离方法虽然早被发现,但令人遗憾的是这种高效分离方法被遗忘达二十几年之久,不为人们所重视。主要原因是Tsweet的论文以俄文
4、发表在本国期刊上。,百年历史,1931年,当德国人库恩(Kuhn)、法国人莱德列尔(Lederer)等公布了他们分离类胡萝卜素的两种同分异构体文章,被遗忘了25年的色谱法,才出现复兴。,14,1941年,Martin和Synge,分配色谱法 发明了利用物质在两种不相混溶的溶剂中因分配系数的不同而达到分离的“分配色谱法”。1952年获Nobel奖。在研究羊毛中的氨基酸成分,把一种液体涂渍在某种细粉(称为载体)上,然后再装在玻璃管内,这样液体就固定住了,随后让第二种不相混溶的液体流过。他们以硅胶为载体,把水涂渍其上,以氯仿为流动相,结果获得了巨大的成功。,百年历史,15,1944年,Consden
5、、Gordon与Martin 发明了以纸代替吸附剂的“纸色谱法”。1938年,薄层色谱法首次用作酊剂中成分的分离。1956年,Stahl系统研究了硅胶的规格、性能及薄层厚度对薄层色谱的影响。1959年,Perflodin,空间排阻色谱法 分离生物大分子。,百年历史,16,1952年,James和Martin,气相色谱法以气体为流动相,固定液的“气-液色谱法”,百年历史,1954年,各种检测器的出现:TCD,FID,ECD,1957年,Golay,开口毛细管柱,1952年,Martin和Synge,塔板理论 1956年,Van Deemter,速率理论,1959年,Martin等人,裂解气相色谱
6、法PGC,60年代,GC-MS商品化仪器的出现,17,1965-1968年,高效液相色谱法 条件:(1)高压泵的出现(2)高效微粒填充剂(3)柱分离与光学检测器 Giddings和Snyder,提出液相色谱速率方程,百年历史,18,百年历史,1981年,Jorgenson和Lukacs,毛细管电泳法使用了内径75m,100cm长的毛细管,1984年,Terabe,胶束电动色谱法在CE电解质溶液中加入表面活性剂,1983和1987年,Hjerten,毛细管凝胶电泳法和毛细管等电聚焦电泳,1989年,出现商品化仪器,19,色谱法的主要应用,药学研究:药物质量控制、手性药物分离、化学单体制备食品检测
7、:孔雀石绿、瘦肉精、三聚氰胺刑侦法医:中毒分析,毒品筛查,兴奋剂检测农业应用:农药残留,20,色谱法的基本内容 分类与分离机制 色谱参数 色谱理论 定性定量方法,21,按流动相/固定相分类按操作模式分类,22,按分离机制分类 吸附色谱法 分配色谱法 离子交换色谱法 分子排阻色谱法,23,溶质分子,m,a,m 流动相 a 吸附剂,吸附层,Adsorption chromatography,24,吸附色谱法,分离原理 利用被分离组分对固定相表面吸附中心吸附能力的差别而实现分离。吸附过程是试样中组分的分子(X)与流动相分子(Y)争夺吸附剂表面活性中心的过程,即为竞争吸附过程。,25,Partitio
8、n chromatography,流动相中的溶质分子,进入固定相内部的溶质分子,m,s,m 流动相 s 固定相,固定相,载体,26,分配色谱法,分离原理 利用被分离组分在固定相或流动相中的溶解度差别而实现分离。,溶质分子在固定相中溶解度越大,或在流动相中溶解度越小,则K越大。在LLC中K主要与流动相的性质(种类与极性)有关;在GLC中K与固定相极性和柱温有关。,27,+,-,resin bone,-,+,resin bone,Cation ion exchange,Anion ion exchange,MP SP,MP SP,28,离子交换色谱法,分离原理 利用被分离组分离子交换能力的差别而实
9、现分离。分为阳离子交换色谱法和阴离子交换色谱法。,29,MP SP,Size Exclusion Chromatography,30,分子排阻色谱法,分离原理根据被分离组分分子的线团尺寸进行分离。也称为空间排阻色谱法。渗透系数:Kp=Xs/Xm(0Kp1)由溶质分子的线团尺寸和凝胶孔隙的大小所决定。在一定分子线团尺寸范围内,Kp与分子量相关,即组分按分子量的大小分离。,31,按两相的相对极性分类反相色谱和正相色谱反相色谱-固定相极性流动相极性,Normal Phase ChromatographySP Polarity MP PolarityReversed Phase Chromatogra
10、phySP Polarity MP Polarity,32,色谱参数*定性参数*柱效参数*分离参数*相平衡参数,33,定性参数-保留值保留时间(tR):从进样开始到某个组分的色谱峰顶点的时间间隔。死时间:(tm或t0):在色谱过程中,不保留组分的保留时间。调整保留时间(tR):扣除死时间后的样品保留时间。tR=tR-tm保留体积(VR);死体积(Vm或V0);VR,34,Chromatographic elution curve/Chromatogram,signal,retention time;tR retention volume;VR dead time;t0(tM)dead volu
11、me;V0(VM)adjusted retention time;tR adjusted retention volume;VR relative retention;r(=)retention index;I,35,柱效参数标准差():正态分布曲线两拐点间距离的一半(相当于0.607h处峰宽的一半)峰宽(W):过色谱峰两侧拐点作切线,在基线上的截距为峰宽半峰宽(W1/2):峰高一半(0.5h)处的峰宽 W=4=1.699W1/2 W1/2=2.355理论(塔)板数(n)和板高(H),36,Chromatographic elution curve/Chromatogram,signal,re
12、tention time;tR retention volume;VR dead time;t0(tM)dead volume;V0(VM)adjusted retention time;tR adjusted retention volume;VR relative retention;r(=)retention index;I,standard deviation;peak width at half height;W1/2h peak width;W,37,分离参数-分离度(R)分离度:用以衡量相邻峰的分离情况,定量分析时,应使R1.5,38,39,相平衡参数*分配系数,K与组分、固定相
13、、流动相性质和温度有关。K大,样品移动速度慢,K小,移动快。,tR,t0,=K,Vs,Vm,k与组分、两相性质和温度有关,还与两相体积有关K或k不等,是分离的先决条件,*容量因子,41,Retention timePartition coefficientThermodynamics(phase equilibrium)Plate theory(Martin&Synge),Column efficiencyPeak widthKinetics(process kinetics)Rate theory(Van Deemter),RESOLUTION,塔板理论 速率理论,42,塔板理论,始于马丁(
14、Martin)和辛格(Synge)提出的塔板模型。分馏塔:在塔板上多次气液平衡,按沸点不同而分离。色谱柱:组分在两相间的多次分配平衡,按分配系数不同而分离。,43,塔板理论热力学理论,基本假设在柱内一小段高度H内,组分可以很快在两相中达到分配平衡。H称为塔板高度载气通过色谱柱不是连续前进,而是间歇式的,每次进气为一个塔板体积样品都加在0号塔板上,样品沿色谱柱方向的扩散可以忽略分配系数在各塔板上是常数,44,M0+freshS1,M0+freshU2,S0+freshM1,S0+freshM1,S1+M1,Step 2,Step 1,Step 0,Plate 0,Plate 1,Plate 2,
15、KA=4,KB=1,IspImp,KI=,45,Step 7,Step 5,Step 1,Step 3,46,Table Fraction of solute in each plate after each advance,*:p=fraction solute in SPms,q=fraction solute in MPmm,47,理论(塔)板数(n)和板高(H)的计算,H=L/n n或H,柱效,48,塔板理论解决的问题:1 流出曲线的形状2 浓度极大点的位置(tR)3 评价柱效高低,塔板理论的缺陷:由于基本假设与实际的不相符,使之不能解释板高受哪些因素影响,不能说明为什么在不同流速下,
16、可以测得不同的理论塔板数这一实验事实,49,Band Broadening,50,速率理论(Van Deemter方程),1956年,荷兰学者范第姆特(Van Deemter)提出了色谱过程动力学理论速率理论。,塔板高度,涡流扩散项,纵向扩散项,传质阻抗项,H=A+B/u+Cu,51,Band Broadening:Eddy Diffusion涡流扩散,52,Band Broadening:Longitudinal Diffusion纵向扩散,53,涡流扩散项A(多径扩散)A=2dp,纵向扩散项B/u(分子扩散)B=2Dg,载体适当细粒度、颗粒均匀,增大载气分子量或线速度,空心毛细管柱A=0,
17、packing irregular,average particle diameter,obstruction factor,diffusion coefficient of solute in the mobile phase,54,Band Broadening:Resistance to Mass Transfer传质阻抗,55,传质阻力项Cu C=Cg+Cl,df小,Dl大,C就小,56,LC中Giddings 液相色谱速率方程式H=A+B/u+(Cm+Csm+Cs)uH=A+(Cm+Csm+Cs)uH=A+(Cm+Csm)u,57,58,色谱法的定性定量分析,59,定性分析1 利用保
18、留值定性与对照品比较 tR(样)=tR(对)增加峰高相对保留值(相对保留时间),r1,2=tR1/tR2,求保留指数,与文献值对照2 两谱联用定性,GC-MS,GC-FTIR等,60,常用的定量方法,峰面积百分比法常用于有关物质的测定外标法在液相色谱中用的最多内标法准确,但是麻烦在气相色谱中用的最多,外标法定量,配制一系列已知浓度的标样,外标法定量,实际色谱图,标准曲线,内标法定量(一),配制一系列浓度的标样,其中加有内标样,内标法定量(二),标准曲线,特点:无需各组份都被检出、洗脱需要标样,需要内标样结果与进样体积无关,66,色谱法的发展,生物色谱法中药色谱指纹图谱,67,生物色谱法(Bio
19、chromatography),80年代中后期,生命科学与色谱分离技术交叉将活性生物大分子、活性细胞膜、甚至活细胞固着于色谱担体上,作为一种生物活性填料,用于液相色谱法,形成一种能够模仿药物与生物大分子、靶体或细胞相互作用的色谱系统,表征药物与生物大分子、靶体间的相互作用。中科院大连化学物理研究所 邹汉法、西安交通大学 贺浪冲、南京中医药大学国家规范化中药药理实验室,68,对于中药等成分复杂的研究对象,生物色谱法由于固定相能够特异性、选择性地与活性成分结合,可以排除大量非作用杂质成分的干扰,是研究中药等复杂对象的有效手段。,药物在生物色谱柱上的保留行为直接与其活性或与生物大分子、靶体、细胞结合
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