[新技术]新近常用色谱和光谱分析方法和技术

（一）原理：

胶囊溶液是一种微型非均相体系(Microheterogenous system)。在胶囊色谱中，分离组分在固定相与水之间、胶囊与水相之间以及固定相与胶囊之间存在着分配平衡。组分的洗脱得为取决于三相之间分配系数的综合作用；同时定量地指出分离组分的容量因子k'的倒数值与胶囊浓度成正比，一般增加胶囊浓度即可获得较佳的分离效果。

（二）方法特点：

与传统液相色谱的最大区别在于胶囊色谱流动相是由胶囊及其周围溶剂介质组成的一种微型的非均相体系，而常规流动相是一种均相体系。特点：

1、高度的选择性：因分离组分与胶囊之间存在着静电、疏水以及空间效应的综合作用，只要通过流动相中胶囊浓度的改变，就可使分离选择性获得改善和提高。此外，通过适当固定相以及表面活性剂的选择也可提高分离选择性。

2、便于梯度洗脱：由于表面活性剂的浓度高于CMC后再增大浓度时，溶液中仅胶囊的浓度发生改变，而表面活性剂单体分子的浓度不变，不影响流动相与固定相的平衡过程，因而比传统的梯度洗脱技术大大缩短了分析时间，并减少了流动相的消耗，适用于常规。

3、提高检测灵敏度：胶囊流动相可增加某些化合物的荧光强度，从而提高检测灵敏度。还可稳定某些化合物在室温条件下发生的液体磷光。

4、因分离组分不易分出，故缺点是柱效低且不适于制备分离。

（三）常用表面活性剂：常用的阳离子表面活性剂主要有：溴化或氯化十六烷基三甲铵(Cetyl trimethyl ammonium bromide or chloride,CTMAD或CTMAC)；阴离子表面活性剂有十二烷基硫酸钠(SDS)；非离子表面活性剂有Brij-35即(聚氧乙烯)35-十二烷基醚。

二、手性分离色谱(Chiral Separation Chromatography,CSC)

是采用色谱技术(TLC、GC和HPLC)分离测定光学异构体药物的有效方法。由于许多药物的对映体(Enantiomer)之间在药理、毒理乃至临床性质方面存在着较大差异，有必要对某些手性药物进行对映体的纯度检查。

（一）原理和方法：

对映体化合物之间除了对偏振光的偏转方向恰好相反外，其理化性质是完全相同的，因而难以分离。传统方法（分步结晶法、酶消化法等）有很大局限性，特别是难以进行微量分离和测定。60年代前后，TLC、GC法逐渐用于对映体化合物的拆分。但这两种方法只能拆分不多的化合物，且需要较复杂的样品处理步骤，制备分离也难以进行。80年代初HPLC法迅速成为药物对映体分离和测定最为广泛应用的方法。

HPLC用于手性分离概括起来可分为两大途径：

间接(CDR)和直接(CMPA、CSP)方法。

间接方法主要基于外消旋体混合物经柱前衍生化形成一对非对映异构体(Diastereoisomers)。此法又称为非对映体拆分法或柱前手性衍生化法。由于d-型和l-型对映体的物理性质完全相同，只能在手性固定相上才能获得拆分；如果利用对映体分子中的反应基团与某一光学纯试剂反应形成了非对映光学异构体混合物，其物理性质就有较大的差异，因而可在普通固定相（非手性固定相）上实现分离。本法需高光学纯度的手性衍生化试剂(Chiral Derivatization Reagent,CDR)，衍生化反应往往比较繁琐费时；各对映体衍生化反应的速率有时也不相同。由于可采用价格便宜、柱效较高的非手性柱和通过适当的衍生化反应可提高检测的灵敏度，以及衍生化过程中可伴随样品的纯化等优点，柱前手性衍生化的方法仍然是当前手性药物拆分、尤其是生物样品中药物对映体分离和测定的常用方法。

直接方法主要采用手性流动相添加剂(Chiral Mobile Phase Additives,CMPA)法和手性固定相(CSP)法。CMPA法又可称为手性流动相(CMP)拆分法或手性洗脱法。它不必事先将样品制备成衍生物，而只须将手性剂加入流动相中。手性添加剂与样品所形成的各种手性络合物虽然不及CDR法所形成的衍生物那样牢固，但它所依据的手性识别作用和络合物的非对映异构体性质却基本相同。常用的CMPA有：环糊精(Cyclodextrins)类（主要是α-、β-和γ-环糊精及其衍生物）；手性离子对配合剂(Chiral Ion Pair Complex,CIPC)，如（+）-10-樟脑磺酸、奎宁和奎尼丁等；以及配位体交换型手性流动相添加剂(Chiral Ligand-exchange Complexes,CLEC)，其中手性配位体多为光活性氨基酸或其衍生物，再与二价金属离子形成螯合的配位化合物，以适当的浓度分布于流动相中，遇有药物消旋体时即可形成相应的非对映体配位化合物对，然后在正相柱或反相柱上完成拆分。近年来CSP法发展迅猛，应用日益广泛。它是不经转变成非对映体而直接拆分的方法，优点是：适用于不含活泼反应基团的化合物；除非必须衍生化，否则无需高光学纯度试剂；样品处理步骤简单。但迄今为止，CSP柱商品已有40多种，价格大多昂贵，尚未有一种具有类似ODS柱的普遍适用性。根据分子结构选择合适的CSP柱是非常重要的。常用的CSP有：手性电荷迁移配位体固定相，如 Pirkle型HPLC-CSP；蛋白亲和配体固定相，如 Enantiopac(LKB)；内部配位化合固定相，如环糊精(Cydobond)和纤维素酯(Chiracel)等；以及配基交换固定相，如L-脯氨酸-Cu2+共价键合于聚苯乙烯等基质上。

CSP拆分对映体的理论概念：

在HPLC的CSP柱上拆分对映体是利用药物对映体和特制的、在硅胶上键合的对映体固定相（CSP）之间所形成的非对映体复合物。由于非对映体复合物稳定性差异，可使两个对映体的保留时间不一致，与CSP形成稳定性较差的非对映体的药物对映体可先洗脱，因之实现了拆分。CSP设计是基于Dalgliesh在1952年提出的“三点手性识别模式”(Three-point chiral recognition model)，认为要实现手性识别，在手性化合物分子与CSP之间至少同时要有三个相互作用部位，其中之一必受空间影响，或是相互吸引或是相互排斥。生成的非对映体的相对强度，决定了两个对映体的分离度和洗脱次序。

（二）三类手性分离方法的比较：

CDR法的优点是应用条件相对简易，只需采用普通HPLC的固定相和流动相即可而且通过衍生化有利于增加检测（紫外或荧光）灵敏度；缺点是样品中相关化合物须预先分离、衍生化手性试剂的光学纯度的高要求以及异体对的衍生化反应速率不一。

CMPA法的优点是不必作柱前手性衍生化；对固定相也无特殊要求；样品的非对映异构化络合具有可逆性而且利于制备。主要缺点是可拆分的化合物范围有限；某些添加剂不够稳定而且往往会干扰检测。

CSP法的优点较多，能广泛适用于各类化合物，适于常规及生物样品的分析测定，制备分离方便，定量分析的可靠性较高，采用此法研究考察的化合物已达数千种之多。缺点是样品有时也须作柱前衍生（但不一定是手性衍生化试剂），对样品结构有一定限制，其适用性尚不及普通HPLC固定相（包括正相和反相）那样广泛。

三、离子色谱(Ion Chromatography,IC)

是由经典的离子交换色谱发展开创而成的新的液相色谱分析技术，具有快速、灵敏、选择性好、且可同时测定多组分的优点；还能测定无机的或亲水性的有机阴离子。IC已广泛用于其他多个领域，但在医药研究中的应用尚处起始阶段。它不仅可用于药品的常规质量同时分析，也可有效地用于生产过程的质量控制和体内药物分析，具有美好的应用前景。

类型特点与原理：

阳离子交换柱用于分离样品阳离子；阴离子交换柱用作分离样品阴离子。洗脱液为含有阳离子和阴离子的一种稀溶液，经泵输送入色谱柱后，其阳离子或阴离子最终将色谱柱中所有可交换的离子置换出来，同时由检测器转换为恒定的信号——基线。然后，进样少量样品，样品离子即被树脂柱所接受，并与等同数量的洗脱液离子交换。如果样品中所有离子的浓度大于洗脱液的离子浓度，那么在柱顶端的总离子浓度就将增加，这就产生了一个脉动，当它沿着柱移动并通过电导检测器时即得到一个正峰；反之，则获得负峰。进样后，洗脱液离子继续不断地经泵输入色谱柱，对树脂的可交换部位与样品离子进行竞争，并且使样品离子沿着柱子移动。由于样品离子对交换树脂有不同的亲和能力，因而不同的样品离子沿柱以不同的速度移动，最后完成了分离。

现代离子色谱的过程有所不同，主要有以下两种：

1、抑制型离子色谱法(Suppressed IC)：由于离子交换分离的洗脱液几乎都是强电解质，其电导一般要较待测离子高二个数量级，簇会完全覆盖了待测离子的信号。为提高检测灵敏度，采用在分离柱后串联抑制柱的办法，可使洗脱液转变成低电导组分，以降低来自洗脱液的背景电导。另外可将样品离子转变成相应的酸或碱，以增加其电导。抑制装置有柱型和离子交换膜管型两种。
抑制柱内填充与分离柱填料相反电荷的离子交换树脂。当分析阴离子时，要用苯乙烯系列的强酸型（H+）树脂装柱；而分析阳离子时，则用苯乙烯系列的强碱型（OH-）树脂装柱。抑制柱须定期再生。 离子交换膜管型抑制系统可解决色谱上出现的水和碳酸离子的负峰。这是一种表面经磺化处理的聚苯乙烯多孔纤维管，管内流过流动相，管外流过再生抑制液，借助于离子交换作用来消除背景离子。
分析阴离子时，Na+穿出纤维管壁进入抑制液(H2SO4)中，与硫酸反应生成硫酸钠而被除去；同时，H+穿入管壁，与流动相的Na2CO3反应生成H2CO3。若流动相为NaOH时，则生成水。但是，CO32-和SO42-不能穿过管壁，而阳离子却可穿过。在实际应用中，环境温度超过40℃时，H2SO4有可能将管膜破坏。为此有人改用十二烷基苯磺酸(Dodecyl Benzene Sulfonic Acid,DBS)作再生抑制液来取代硫酸液。DBS则较为安全，而且这种抑制液能使HCO3-减少而使负峰变得更小，并且通常都出现于同一位置，使色谱的重现性提高，保留时间不变；但会出现F-峰的峰高变低和峰宽增加的问题。有人在膜管内装填苯乙烯和二乙烯苯的共聚物小球，因而提高了交换效率和色谱峰的锐度，这种改良后的装置称为组合型多孔纤维管抑制器，可使负峰现象大大改善，其效果最好。
对于阳离子来说，分离柱装有阳离子交换填料，抑制单元则为羟基阴离子交换剂，洗脱液中典型的是H+或苯二铵[Ph(NH3)22+]，通过抑制单元后分别转变为H2O或Ph(NH2)。抑制型离子色谱柱因价格昂贵，使用也较复杂，限制了该装置和操作的进一步发展。

2、单柱离子色谱法(Single Column IC,SCIC)：是一种不用抑制柱，直接用电导等检测器测定阴离子和阳离子的液相色谱法。特点是：采用足够低交换容量的分离柱，以及很稀浓度的洗脱液。 进行阴离子分析时，树脂的交换容量为0.005～0.10Meq/g，典型的洗脱液是1.0×10-4～4.0×10-4mol/L的苯甲酸、羟基苯甲酸或邻苯二甲酸的钠盐或钾盐，这些洗脱液都足够稀，从而使背景电导率相当低；大部分样品阴离子的当量电导比洗脱液阴离子要高，因此，样品浓度即使低至ppm级也能测得。采用羧酸页不是它的盐作为洗脱液时，对大部分离子的检测限可以扩大10倍。 进行阳离子分析时，采用低容量的阳离子交换柱，它能与电导检测器或者其它类型的检测器相连，一价阳离子的分离系数用稀硝酸溶液作为洗脱液和电导检测器，而分离二价阳离子时则用乙二胺盐溶液。二价过度金属阳离子可以用弱的络合试剂，如乙二胺酒石酸盐进行分离。在强络合离子(Fe3+和Al3+)的样品溶液中加入络合试剂（如EDTA或磺基水扬酸盐）能获得更好的先择性。由于各种碱金属离子的当量电导均比洗脱液中的H+的当量电导小，H+的极限当量电导为350mS/当量，而Li+、Na+、K+分别为39、50、74。同样，二价阳离子和过渡金属离子也较乙二胺盐阳离子的当量电导小，因此样品峰相对于洗脱液的背景电导要小而呈负峰。由于两者之间当量电导的差异是很大的，因此检测灵敏度很好，特别是用酸作为洗脱液时更是如此。