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逆流色谱的原理和发展

更新时间:2022-09-16      点击次数:1540

 逆流色谱的原理和发展

  逆流色谱的原理和发展

  原文:F.Edward Chou

  The Principles and Development of Countercurrent Chromatography

  逆流色谱的原理和发展

  任何熟悉液液萃取(使用分液漏斗)和色谱(例如HPLC)技术的人都很容易理解逆流色谱液液萃取的原理(countercurrent chromatography(CCC))。

  液液萃取为化学家们分离大量的化学物质提供了一个简单的方法,而且使用的溶剂最少。把样品溶在两相溶剂系统中,振摇使两相充分混合,静置后,两相重新分层。这些步骤是分离样品组分的关键。

  这种经典的液液萃取在色谱工作者看来,最大的缺点是它在分离过程中只有一个理论塔板数。(事实上,这种情况下没什么理论可言。这一个分离塔板数是源自于工业上的分馏。

  因此,化学工作者要么设计一合适的单步分离方法去适应自己的需要,要么就用多次液液萃取去提高分离度。

  通常使用前者,因为后者太麻烦了。(尽管多次液液萃取经常用到,但溶剂系统在不同的提取中通常要改变,以便提高效率。)

  改善分液漏斗的尝试

  为了改善分液漏斗,以经过许多的尝试。克雷格逆流分布仪是其中一个最引人注意的突破。

  这套精妙的仪器,把一系列的分液漏斗有效的排成链,重复的进行系列的步骤:

  振摇(混合)、静置、分离,在重头开始,这样就提高了塔板数。假如有足够的塔板数,那这套仪器可以达到色谱级的分离。

  液滴逆流色谱(DCCC)

  在发展过程中又开发出了液滴逆流色谱(Droplet CounterCurrent Chromatograph)。这个仪器把一系列垂直的管子用毛细管连接起来。液体固定相留有直管中,把流动相慢慢的泵进去,(如果流动相比较重就从上方泵进去;反之,则从下方)。象所有的色谱那样,组分比较容易溶于流动相中的就移动的快;而比较容易溶于固定相中就滞后了。于是就分离开来了。很显然,每一个直管只有最小可能的理论塔板数。所以,要有显著的效能就要用大量这样的直管。其分离步骤如下:把样品液滴与流动相混合,通过不移动的固定相,期间没有发生振摇。液滴的大小与其他溶剂系统的参数限制了溶质在两质中的分配。静置最终在直管末端形成,在这儿,流过固定相的流动相在通过毛细管进入下一根直管前先聚集起来。如果流速过高就会干扰静置并破坏了分离。通过毛细管,流动相从一个直管流入下一个直管,达到分离的目的。DCCC最大的弱点是可允许的流速太低,因此分离时间长,两相混合差,相对来说,造成效率就低了。

  离心液滴逆流色谱(centrifugal DCCC,centrifugal planetary chromatograph,CPC)

  比 DCCC进步的地方就是使用离心加快重力分离。离心液滴逆流色谱更通用的叫法是离心行星色谱,使用很小的直管和毛细管(用多性塑料制成多层的)。一套实用的仪器包含数以千计的直管,可以获得几百个理论塔板数的效能。CPC的缺点和DCCC相似,只是用离心代替了地球重力分离。另外,CPC还多了个缺点,就是它在流动相的进口和出口必须使用旋转流体密封件;而这些密封件性能不好,价格又高,容易损耗,并且限制了泵液的压力,进而限制了流速和离心速度。

  高速逆流色谱(High-Speed Countercurrent Chromatography,HSCCC)

  现代的CCC源于Dr.Yoichiro Itod(国家健康研究中心)的研究:行星离心分离机,及其能支持的许多可能的柱几何学。这些巧妙的仪器运用了鲜为人知的离心分离机定子与转子非旋转连接的方法。(这超出了当前的讨论范围,涉及到如何达到这一目的的方法,任何一本讨论CCC的书对此都有详细的阐述)。功能上,高速逆流色谱有能自转和公转的螺旋盘绕的惰性管(既进行绕自轴旋转的行星式旋转,又同时进行绕公轴旋转。)组成。自轴和公轴(像行星自轴和恒星的公轴)必须同步,这里的讨论只集中于不同HSCCC的共同的地方。这两种旋转造成螺旋盘绕管中作令人昏乱的运动的液体产生混合区和静置分层区。这就为色谱形成造就了非常好的分离环境。

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