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李昌厚

(中國科學院上海生物工程研究中心 上海 200233)

　　由于具有高速度、高分離效果、高靈敏度等優點，近年來，HPLC的應用發展非常神速。目前，幾乎所有需要分離的大分子有機物分析工作，它都可以發揮優勢。可以預言，HPLC儀器的應用，將在“農、輕、重、海、陸、空，吃、穿、用”等各個領域、各行各業無所不在、無所不有。

　　但是，如何用好HPLC是一個非常關鍵的問題。基于作者的長期實踐，以下從儀器學理論、分析誤差理論、分析化學等多個角度來全面討論。

　　1、泵、柱、檢測器三者的關系的認識和目前使用者普遍存在的問題

　　目前很多研發、使用HPLC的科技工作者，沒有搞清楚或沒有完全搞清楚HPLC中的泵、柱、檢測器三者的關系。國內外很多生產廠商只是生產泵、檢測器，色譜柱子都是外購件。我們說HPLC是一個系統，是指泵、柱、檢測器三者組成的一個完整的系統。如果只生產泵、檢測器，就不能說是生產完整的HPLC儀器，只是生產了HPLC的兩種部件，再買一根色譜柱組裝成一臺儀器后出售。所以，這樣生產的HPLC系統，到了用戶那里，總是不好用或者不大好用。而廣大使用者，由于沒有將HPLC的泵、柱、檢測器三者互相影響的關系搞清楚，所以不能將HPLC用到最佳水平(得到誤差最小的最佳分析檢測數據)。以本人長期的研發和使用HPLC的實踐經驗，認為研發、使用HPLC時，以下問題特別值得注重：

　　正確認識、處理HPLC的泵、柱、檢測器三者的關系：

　　(1) HPLC是一個系統，必須將泵、柱、檢測器三者(三個部件)結合起來才能叫HPLC。三者都合格，聯機后的整機系統才有可能合格，但不能肯定系統就會合格。只有泵、柱、檢測器三者質量都合格，并且聯機后檢測結果也合格，才能說明這臺HPLC是合格的。

　　(2) 三個部件都重要，不能偏重哪一方面。三者誰是核心?誰最重要?目前，光譜、色譜工作者對此看法都各不相同、各有表述，我們不必去追究這些。作者認為應該說三者是一個整體，缺一不可，都很重要。

　　(3)本人長期使用過HPLC，也研發過HPLC儀器，實踐使本人深深認識到：必須將三個部件聯接起來檢驗測試，并能達到質量指標要求，才能說這臺HPLC達到了質量要求。否則，只能說是部件合格，而整機系統不一 定能合格。為什么? 因為：

　　①泵會因為柱子問題產生壓力不穩、流量不穩定，會影響HPLC系統的質量;

　　②柱對泵影響很大：柱堵塞、柱沾污、柱接頭漏液等，都會影響泵的壓力波動、使流速不穩定，會影響系統不穩，使RSD變壞、峰拖尾、靈敏度降低;

　　③柱對檢測器影響很大：柱效降低(柱塔板數降低)、柱堵塞、柱的新舊程度、接頭、管道漏液等，都會影響檢測器的檢測限、分辨率、噪聲、和靈敏度。

　　請注意：色譜柱是易損件，用戶會經常在色譜柱長時間使用后換新柱，此時HPLC系統的泵和檢測器基本進入“電子元件失效理論”的盆底，比較穩定了。所以，不會因為換新柱而產生儀器不能使用的問題。特別應該指出的是：用戶換新柱后，一般不檢測系統的綜合指標。如果檢測指標，可能就不能達到原出廠指標(因為泵和檢測器經過較長期使用后，質量會有所下降，舊泵、新柱、舊檢測器三者不能達到最佳配備)，但是不會影響使用。

　　用戶換新柱不會影響使用的問題，可以從計量認證標準規范(JJG)得到佐證。JJG檢驗的儀器，很多是在用儀器，它明確規定被檢儀器的指標可以比新出廠的儀器指標低，甚至有些指標因為達不到要求而免檢。但我們的制造企業，在儀器出廠前，必須檢測系統的指標，只有系統指標達到設計要求時，才算合格，才能出廠。至于用戶換新檢測器、換新泵、同樣都是允許的。

　　2、使用者應該對色譜柱及柱外的有關問題引起高度重視

　　1)色譜峰拖尾：與柱、流動相的流速、試樣等有關，發現拖尾一定要從這些方面查找原因;

　　2)如何延長色譜柱壽命：保養很重要，長期不用時用甲醇浸泡著，嚴格控制洗柱時間或洗柱溶劑體積，一般經常使用的柱，下班時應該用甲醇(或水：甲醇為20：80)洗 45分鐘或20倍床體積;

　　3)必須注意對“柱外效應”的控制。所謂“柱外效應”,就是指HPLC系統中，除柱系統外，管路、連接件、進樣器和流動池的死體積等引起的色譜峰增寬效應。

　　4) 進樣：自動進樣時，應該經常檢測自動進樣器，對儀器進樣器要求穩定可靠;手動進樣時，應該特別注意取樣時的細節，進樣時的手感(輕、重、緩、急)等。

　　3、HPLC的使用者應該特別注重對色譜柱質量的判斷

　　1)色譜柱的柱效：塔板數高者好，特別要注意影響柱效的因素，塔板數降到一定程度該柱就報廢了。

　　2)重復性：一根柱子反復使用時，最好RSD能夠保持小于0.1%。

　　3)耐用性(壽命)：因為柱效很容易降低，所以需要重視對柱的保護。

　　4)色譜柱使用后一定要進行清洗，以免造成腐蝕、阻塞、降低塔板數。一般應該用20倍床體積沖洗，隔幾天再用的HPLC，最好用20%甲醇：80%水沖洗30分鐘左右后，再用純甲醇沖洗20分鐘 后保存。

　　4、HPLC的使用者應該特別重視流動相問題

　　1)PH值特別重要：一般C18柱PH小于3時，容易損壞色譜柱，但是抗酸性的柱可以使用小的PH值。

　　2) 注意選擇試劑的截止波長：如乙腈截止波長215nm、丙酮截止波長330nm、正丁烷210nm等等(具體情況請讀者參閱本文的參考文獻)。

　　3)流速：流速要適當，否則影響峰形、浪費溶劑，一般常規分析工作大多選擇1ml/min。

　　5、使用者應該注重溶劑前處理

　　最好使用HPLC級的優質溶劑，使用前必須過濾和脫氣。注意以下幾點：

　　1)過濾目的：

　　溶劑進泵前和樣品注射前應該過濾除去溶劑中的微小顆粒、微生物，保證泵和色譜柱不會堵塞或損壞，保證分析數據可靠。

　　2)對過濾器的要求和最佳孔徑選擇方法：

　　對過濾器總的要求：速度快、溶出度小、死體積小、精確的孔徑、體積適當、化學兼容性好等。

　　最佳孔徑選擇方法：如果色譜柱填料直徑小于3µm或除菌過濾，一般選擇0.2µm孔徑;如果色譜柱填料直徑大于5µm，則選0.45µm;如果是預過濾或過濾難過濾的樣品，一般選1µm孔徑。特別是對使用無機鹽配制的緩沖液，更要注意選擇合適的過濾器!否則，不可能得到可靠的分析測試數據!

　　3)脫氣：

　　主要目的是：除去流動相中溶解或因混合而產生的氣泡。液相色譜流動相脫氣使用較多的是離線超聲波振蕩脫氣、在線惰性氣體鼓泡吹掃脫氣和在線真空脫氣。流動相的氣泡進入液相泵會引起壓力的上下波動，危害很大，必須除之，可以打開排空閥，大流速沖洗。

　　6、使用者應該注重緩沖液問題

　　1) 緩沖液使用前必須過濾。

　　2) 溶劑、樣品易受到細菌和霉菌的影響，要注意清潔。

　　3)一般不能直接用有機溶劑做清洗沖洗。

　　4)梯度洗脫時，選低吸收值的緩沖液 ：

　　例如：梯度洗脫時，緩沖液與有機相應預混，以防止析鹽。在保證峰不拖尾的情況下，盡可能選用低濃度的緩沖鹽，防止析鹽; 緩沖鹽濃度，一般用20～30mM基本上就可以了，如果流動相中有機相含量高的話，流動相中的鹽類緩沖液濃度就不能過高，鹽的濃度起碼要保證在流動相條件下不會析出。離子對緩沖液濃度要高一點，一般50～100mM。

　　7、研發者、使用者還特別需要重視12個常見的技術問題。

　　這12個問題是作者的經驗總結，是用好HPLC的科技工作者必須重視的問題。(請讀者參考《李昌厚，高效液相色譜儀器及其應用，北京：科學出版社，2014》一書)。

　　8、使用者必須重視進樣器的清洗問題

　　進樣器或進樣針請注意三點：

　　A、對進樣器要求：自動進樣和取樣速度快、有些儀器進樣時間僅17秒。

　　B、進樣室要求可控:一般用帕爾帖冷卻，溫控范圍4℃～100℃。

　　C、特別要應注意進樣殘留量的清洗(主要是清洗針)：

　　洗針后，進樣殘留物由前面的0.07% 降到0.05%，結果非常好。

　　9、使用者應該重視HPLC的線性動態范圍(Linear Dynanic Range-LDR)及其測試方法

　　1)線性動態范圍的定義

　　HPLC檢測器的線性動態范圍定義如下圖所示：

　　國際上科技工作者對HPLC的線性動態范圍的定義是：最大線性區(保證1%相對誤差的線性區域)的吸光度值A_max，除以最小線性區(保證1%相對誤差的線性區域)的吸光度值Amin。即LDR=A_max/A_min;或最大線性區的濃度C_max除以最小線性區的濃度C_min，即LDR=C_max/C_min。

　　2)HPLC的線性動態范圍的重要性(對分析測試誤差的影響)

　　定量分析檢測時，如果HPLC使用在非線性動態區，肯定會因非線性而產生誤差。為了保證分析測試結果的可靠性，我們應使用在HPLC的線性動態區。因此，線性動態范圍是一切HPLC使用者必須高度重視的技術指標。

　　一般來說，使用者拿到一臺HPLC儀器后，總是希望對很稀的樣品分析時，其分析測試的結果在所要求的誤差范圍內。對很濃的樣品分析時，其分析測試的結果也在所要求的誤差范圍內。這就只有HPLC的線性動態范圍很寬的時候才能做到。有人認為，樣品太稀時，濃縮一下就好了，樣品太濃時，稀釋一下就是了。這是不了解分析工作或未親自作過分析工作的人說的話。因為，濃縮一下或稀釋一下談何容易?首先是增加工作量，稀釋或濃縮工作很麻煩;第二，稀釋或濃縮會帶來誤差。所以我們總是希望HPLC的線性動態范圍大(寬)且好。

　　HPLC的線性動態范圍，一般取決于儀器檢測器的噪聲和雜散光。國內外很多HPLC的生產廠商不給出HPLC的線性動態范圍。作者認為不給線性動態范圍是不對的，因為不給線性動態范圍，就意味著不知道這臺HPLC分析的樣品濃度的上限和下限。綜上所述，HPLC的線性動態范圍非常重要，它將限制儀器的使用范圍(即限制儀器的適用性)。很遺憾的是許多科技工作者目前還未對線性動態范圍引起重視。

　　3)線性動態范圍測試方法

　　HPLC的線性動態范圍的測試方法有多種。我國的計量檢定規程JJG705-2002規定：波長254nm時，采用“丙酮/2%異丙醇水溶液(丙酮含量為0.1%、0.2%、....1.0%)沖洗檢測池，并記下各溶液對應的穩定記錄儀讀數;由C_H/C_L算出檢測器的線性范圍(C_H濃度上限、C_L濃度下限)。”作者認為這種方法很不妥。因為濃度的下限是計算出來的，不是真正測試出來的下限。采用的計算公式為：C_L=2NCV/H×20(公式本身有錯誤);并且算出的下限值達到千萬分之三點一(即：0.000031%)。這樣的數據有什么意義?作者認為這種測試線性范圍的測試方法既不符合儀器學理論，又不與國際接軌，有關部門應該盡快更正。

　　目前，國際上對線性動態范圍的測試方法，一般是配置不同濃度的標準樣品(以數量級遞增)，直接在儀器上測試其吸光度。求出偏離比耳定律1%時的最大吸光度A_max和最小吸光度A_min。二者相除即是儀器的線性動態范圍LDR(Linine Dinamic Rangi)。即LDR=A_max/A_min。其具體操作是：HPLC儀器設置縱坐標為吸光度A，橫坐標為濃度C;檢測器的光譜帶寬為2nm;波長設置可以在紫外區(如要求很高時可設置在253.7nm)，也可在可見區(如500nm);試樣可任選，濃度從小到大，依次對所配試樣進行測試。作曲線，從曲線上找出偏離線性在1%以內的范圍。此范圍內的A_max/A_min就是線性動態范圍。

　　作者在研發HPLC的UV/FLD時，就是根據儀器學理論，從線性動態范圍的物理概念出發，自己配置蒽不同濃度的溶液，以數量級遞增，測出能保證1%相對誤差的下限點和上限點，二者相除，得出其線性動態范圍，效果非常好。

　　主要參考文獻：

　　(1)李昌厚著，高效液相色譜儀器及其應用，北京：科學出版社，2014

　　(2)李昌厚著，儀器學理論與實踐，北京：科學出版社，2008

　　作者簡介

　　李昌厚，男，中國科學院上海生物工程研究中心原儀器分析室主任、兼生命科學儀器及其應用研究室主任、教授、博士生導師、華東理工大學兼職教授，終身享受國務院政府特殊津貼。

　　主要研究方向：分析儀器及其應用研究。長期從事光譜儀器(紫外吸收光譜、原子吸收光譜、旋光光譜、分子熒光光譜、原子熒光、拉曼光譜等)、色譜儀器(液相色譜、氣相色譜等)及其應用研究，;特別對《儀器學理論》等有精深研究;以第一完成者身份，完成科研成果15項。由中科院組織專家鑒定，其中13項達到鑒定時國際上同類儀器的先進水平，2項填補國內空白;以第一完成者身份獲得國家級和省部級科技成果獎5項(含國家發明獎1項);發表論文183篇，出版專著5本;現任中國儀器儀表學會理事、《生命科學儀器》付主編;曾任中國儀器儀表學會分析儀器分會第五屆、第六屆付理事長;國家認監委計量認證/審查認可國家級常任評審員、國家科技部“十五”、“十一五”、“十二五”和“十三五”重大儀器及其應用專項的技術專家組成員或組長、上海市科學儀器專家組成員、《光學儀器》副主編、《光譜儀器與分析》副主編等十多個學術團體的領導職務和專家委員會成員等。

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