詳細介紹制備型液相色譜的工作流程

制備型液相色譜（PLC）的工作流程圍繞 “高效分離、精準收集、高回收率” 核心目標設計，需經歷 “樣品預處理→系統準備→樣品進樣→色譜分離→餾分收集→后處理→系統清洗與維護”7 個關鍵環節。每個環節的操作細節直接決定最終產品的純度、回收率及制備效率，實驗室級與工業級 PLC 流程原理一致，但在設備規模、自動化程度上存在差異，以下結合共性邏輯與關鍵細節展開詳細拆解。

一、環節 1：樣品預處理 —— 為高效分離奠定基礎

樣品預處理是 PLC 流程的 “前置關鍵步驟”，核心目標是去除干擾雜質、調節樣品狀態，避免污染色譜柱、降低分離效率或影響目標物純度。若預處理不充分，后續分離可能出現峰形異常、柱壓升高、目標物純度不達標等問題。

1.1 核心預處理操作（按流程順序）

1.1.1 樣品溶解與溶劑匹配

①　目的：將固體樣品（如藥物中間體、天然產物提取物）或半固體樣品（如油脂、膏狀物）溶解，確保樣品與流動相兼容，避免進樣后因溶劑極性差異導致峰形拖尾或溶質析出。

②　關鍵操作要點：

溶劑選擇原則：優先使用 “初始流動相”（如反相 PLC 初始流動相為 “水 - 乙腈 = 90:10”，則用該比例溶劑溶解樣品）；若初始流動相溶解度不足，可選擇 “極性更弱的溶劑”（如反相中用純水平衡，樣品可用 50% 乙腈水溶液溶解，避免溶劑強度過高導致溶質提前洗脫）。

溶解度驗證：通過超聲（20-30 分鐘）或溫和攪拌輔助溶解，溶解后需目視確認無沉淀、無懸浮顆粒（若有不溶物，需后續過濾或離心去除）。

熱敏性樣品特殊處理：如蛋白質、多肽等熱敏性樣品，溶解時需控制溫度（通常 < 30℃），避免加熱導致變性。

1.1.2 過濾 / 離心除雜

①　目的：去除樣品中的懸浮顆粒、不溶性雜質（如植物提取物中的纖維素、生物樣品中的細胞碎片），避免堵塞色譜柱篩板（導致柱壓驟升、固定相床層紊亂）或污染固定相。

②　關鍵操作要點：

濾膜選擇：根據固定相粒徑和溶劑類型選擇濾膜 —— 制備柱固定相粒徑為 5-20 μm 時，需用0.22 μm 或 0.45 μm濾膜；有機相樣品（如正相 PLC）用尼龍膜或 PTFE 膜，水相樣品用混合纖維素酯膜（避免水系濾膜在有機相中溶解）。

操作方式：

實驗室級：用注射器手動過濾（單次處理 1-50 mL 樣品），過濾前需用樣品溶劑潤洗濾膜（避免濾膜吸附目標物）；

工業級：采用在線過濾系統（與自動進樣器聯動），濾膜可定期更換，處理量可達數升 / 小時。

離心輔助：若樣品含大量不溶物（如發酵液），需先高速離心（8000-12000 rpm，10-20 分鐘），取上清液后再過濾，減少濾膜堵塞頻率。

1.1.3 濃度調節與負載量匹配

①　目的：根據色譜柱 “最大負載量” 調整樣品濃度，避免 “柱過載”（進樣量過高導致峰形展寬、拖尾，甚至與雜質峰重疊）或 “欠載”（進樣量過低導致制備效率低，溶劑浪費）。

②　關鍵操作要點：

負載量計算方法：通過 “線性放大法” 從分析型 HPLC 條件推導 ——

制備柱最大進樣量 = 分析柱最佳進樣量 × (制備柱內徑 / 分析柱內徑)2

（示例：分析柱內徑 4.6 mm，最佳進樣量 10 μg；制備柱內徑 20 mm，最大進樣量≈10 μg × (20/4.6)2≈186 μg）。

濃度調節：若樣品濃度過高，用初始流動相稀釋至 “進樣體積 × 濃度≈最大負載量的 70%-80%”（留有余量，確保分離度）；若濃度過低，通過旋轉蒸發濃縮（非熱敏性樣品）或凍干濃縮（熱敏性樣品）。

1.1.4 復雜樣品預純化（可選，針對高干擾樣品）

①　適用場景：樣品中含大量強保留雜質（如天然產物中的色素、油脂，生物樣品中的雜蛋白），直接進樣會污染色譜柱或增加分離難度（如雜質與固定相不可逆吸附，導致柱效下降）。

②　常用預純化方法：

固相萃取（SPE）：用小規格 SPE 柱（如 C18 柱、離子交換柱）吸附目標物，先用弱洗脫溶劑去除雜質，再用強洗脫溶劑洗脫目標物，得到初步純化的樣品；

液液萃取：用與水不互溶的有機溶劑（如乙酸乙酯、正己烷）萃取目標物，去除水溶性或脂溶性雜質（如從植物水提液中用乙酸乙酯萃取黃酮類成分）；

蛋白沉淀：生物樣品（如血清、發酵液）用硫酸銨等沉淀雜蛋白，離心后取上清液，避免雜蛋白堵塞色譜柱。

二、環節 2：PLC 系統準備 —— 確保設備穩定就緒

系統準備的核心是讓泵、色譜柱、檢測器、收集器處于 “潔凈、平衡、校準” 狀態，避免因流動相污染、柱平衡不足或信號漂移影響分離效果。實驗室級與工業級系統準備流程類似，但工業級需額外關注溶劑儲存與回收模塊。

2.1 流動相配制與脫氣

①　目的：提供高純度、無氣泡的流動相，確保泵流速穩定、檢測器基線平穩，避免氣泡導致的 “鬼峰” 或柱壓波動。

②　關鍵操作要點：

流動相純度要求：

溶劑：使用 HPLC 級或制備級溶劑（如甲醇、乙腈，純度≥99.9%），水需為超純水（電阻率≥18.2 MΩ?cm），避免溶劑中的雜質影響目標峰檢測（如紫外吸收雜質導致基線漂移）；

緩沖鹽：若流動相含緩沖鹽（如磷酸二氫鉀、三乙胺），需用超純水全部溶解，并用 0.22 μm 濾膜過濾（避免鹽顆粒堵塞泵單向閥或色譜柱），pH 值需精確調節（如反相 PLC 中 pH=2-7，避免硅膠固定相溶解）。

脫氣操作：

實驗室級：超聲脫氣（20-30 分鐘，水溫 < 40℃）或在線脫氣機（插入流動相瓶，實時去除氣泡）；

工業級：真空脫氣系統（處理量可達數百升 / 小時），通過負壓去除溶解氧和氣泡，避免大規模制備中氣泡累積。

2.2 色譜柱安裝與平衡

①　目的：確保色譜柱連接正確、固定相床層穩定，且固定相與流動相達到 “分配平衡”，避免初始洗脫時峰形異常（如前沿峰、拖尾峰）。

②　關鍵操作要點：

色譜柱安裝：

方向正確：色譜柱標簽標注 “流向”（IN→OUT），需與流動相流向一致（反接會導致固定相床層松動，柱效下降）；

密封緊密：使用適配的 PEEK 接頭或不銹鋼接頭，擰緊力度適中（避免漏液或損壞柱接口），實驗室級柱壓通常 < 400 bar，工業級 < 300 bar。

柱平衡流程：

等度洗脫：用初始流動相以 “50%-80% 工作流速” 沖洗色譜柱，沖洗體積為 10-20 個柱體積（如制備柱體積 50 mL，需沖洗 500-1000 mL），直至檢測器基線平穩（UV 檢測器基線漂移 < 0.1 mAU/h）；

梯度洗脫：先以初始流動相平衡 10 個柱體積，再運行 1-2 次 “空白梯度”（無樣品進樣），確認梯度切換時基線無劇烈波動（如無突升突降的 “梯度峰”）。

2.3 檢測器與餾分收集器校準

①　目的：確保檢測器信號準確、收集器動作與目標峰同步，避免因信號漂移導致目標峰誤判或漏收。

②　關鍵操作要點：

檢測器校準：

紫外檢測器（UV）：用標準品（如對硝基苯胺，最大吸收波長 254 nm）驗證波長準確性，并用不同濃度標準品繪制標準曲線，確保信號響應線性范圍覆蓋目標峰強度；

示差折光檢測器（RID）：嚴格控溫（±0.01℃），以流動相為空白校準基線，避免溫度波動導致信號漂移（RID 對溫度極敏感，0.1℃溫差可導致 0.5 mAU 基線變化）；

蒸發光散射檢測器（ELSD）：校準霧化氣壓力和漂移管溫度，確保目標物響應穩定（無信號波動）。

餾分收集器校準：

時間校準：設定 “時間驅動模式”（如每 1 分鐘收集 1 管），運行 10 分鐘，驗證收集時間誤差 < 1 秒；

信號校準：注入少量目標物標準品（已知保留時間），觀察收集器是否在標準品峰的 “起點 - 終點” 區間觸發收集 —— 若標準品保留時間為 15 分鐘，需確保收集器在 14.8-15.2 分鐘啟動并停止，偏差超過 0.1 分鐘需調整信號閾值（如 UV 啟動閾值從 0.3 mAU 改為 0.5 mAU）。

三、環節 3：樣品進樣 —— 精準引入樣品至色譜柱

進樣是 “將預處理后樣品送入色譜柱” 的關鍵步驟，核心要求是 **“無歧視、無損失、重復性好”**，避免樣品在進樣過程中因擴散、殘留或氣泡導致分離效果下降。

3.1 進樣方式分類（按自動化程度）

3.1.1 手動進樣（實驗室小批量制備，進樣體積 1-50 mL）

①　設備：大體積手動進樣閥（配備 1-50 mL 定量環）、玻璃注射器（體積略大于進樣體積）。

②　操作步驟：

潤洗進樣系統：用樣品溶液潤洗注射器（3 次，每次潤洗體積為注射器的 1/3）和定量環（通過進樣閥 “LOAD” 模式注入樣品，再排出，重復 2 次），避免殘留溶劑稀釋樣品；

上樣：將進樣閥切換至 “LOAD” 模式，緩慢注入樣品（速度 < 1 mL/s，避免產生氣泡），注入體積需為定量環體積的 1.5-2 倍；

進樣觸發：排盡注射器內氣泡，快速將進樣閥切換至 “INJECT” 模式，同時在色譜工作站中啟動數據采集（記錄色譜圖）；

進樣后清洗：進樣完成后，用初始流動相沖洗進樣閥（通過 “LOAD” 模式注入流動相，重復 3 次），避免樣品殘留污染下一次進樣。

3.1.2 自動進樣（實驗室大批量 / 工業級制備，進樣體積 1 mL - 數 L）

①　設備：制備級自動進樣器（兼容樣品瓶、樣品桶，支持連續進樣），工業級還配備樣品稀釋、過濾一體化模塊。

②　操作步驟：

樣品裝載：將預處理后的樣品裝入專用容器（實驗室用棕色樣品瓶避光，工業用不銹鋼樣品桶防腐蝕），放入進樣器樣品架，輸入樣品編號與體積；

參數設置：在工作站中設定進樣參數 —— 進樣體積、潤洗次數（通常 3 次）、稀釋比例（若樣品濃度過高，自動用流動相稀釋）、進樣間隔（如前一批分離結束后 5 分鐘自動進樣）；

自動執行：啟動進樣程序，進樣器自動完成 “吸樣 - 排泡 - 注入 - 清洗” 全流程，無需人工干預；

異常監控：工業級系統配備壓力傳感器和液位傳感器，若檢測到進樣壓力異常（如堵塞）或樣品不足，會自動報警并暫停運行。

3.2 進樣量控制核心原則

單次進樣量≤色譜柱最大負載量（避免過載），通常取最大負載量的 70%-80%（如最大負載量 100 mg，實際進樣 70-80 mg）；

若樣品中目標物含量低（如天然產物提取物中目標物含量 < 5%），可適當提高進樣體積（但需確保總雜質負載量不超過柱容量，避免雜質污染固定相）。

四、環節 4：色譜分離 —— 目標物與雜質的核心分離過程

色譜分離是 PLC 的 “核心環節”，基于 “溶質在固定相和流動相之間的分配系數差異”，通過流動相帶動樣品流經固定相，使不同組分按保留時間差異先后洗脫，實現分離。此環節需實時監控色譜峰形與分離度，確保目標物與雜質全部分開。

4.1 洗脫方式執行（按樣品復雜度選擇）

4.1.1 等度洗脫（簡單混合物分離，如二元混合物）

①　原理：流動相組成（如乙腈 - 水 = 30:70）始終不變，適用于目標物與雜質極性差異大、保留時間差異明顯的樣品。

②　操作要點：

監控重點：觀察目標峰與相鄰雜質峰的分離度（R），需滿足 R≥1.5（全部分離），若 R<1.0，需調整流動相比例（如降低有機相比例，延長保留時間，提高分離度）；

示例：純化某藥物中間體（目標物 R=8 分鐘，雜質 R=5 分鐘），用乙腈 - 水 = 25:70 等度洗脫，分離度 R=2.0，滿足要求。

4.1.2 梯度洗脫（復雜混合物分離，如天然產物、多組分藥物）

①　原理：流動相組成隨時間線性或階梯式變化（如乙腈比例從 10% 線性提升至 90%，持續 30 分鐘），通過逐漸增強流動相洗脫能力，使強保留雜質（如極性弱的組分）快速洗脫，避免峰形展寬或分離時間過長。

②　操作要點：

梯度參數優化：

初始比例：確保弱保留組分（早流出）有足夠保留時間，避免與溶劑峰重疊（如反相 PLC 中，初始有機相比例通常 < 15%）；

梯度斜率：斜率越緩（如有機相比例每分鐘提升 1%-2%），分離度越好，但分離時間越長；斜率過快（如每分鐘提升 5%），易導致峰形重疊；

監控重點：觀察梯度切換時的基線穩定性（無突峰）和目標峰的對稱性（拖尾因子 T=0.9-1.2），若峰形拖尾，需調整流動相 pH 值。

4.2 實時監控與異常處理

①　實驗室級：操作人員需實時觀察色譜工作站譜圖，若出現以下異常，需暫停進樣并排查：

柱壓驟升：可能是濾膜堵塞或色譜柱篩板堵塞，需更換濾膜或反沖色譜柱（低流速沖洗）；

峰形異常（分裂、拖尾）：可能是樣品過載或流動相污染，需降低進樣量或更換新配制的流動相；

基線漂移嚴重：可能是流動相未脫氣或檢測器溫度波動，需重新脫氣或校準檢測器溫度。

②　工業級：系統配備自動監控模塊，若檢測到柱壓超過設定上限（如 400 bar）、目標峰純度下降（通過在線 UV 光譜對比），會自動暫停運行并發送報警信號，需技術人員排查原因。

五、環節 5：餾分收集 —— 精準捕獲目標物

餾分收集是 “從洗脫液中分離并收集目標物” 的核心步驟，直接決定目標物的回收率與純度，需根據檢測器信號精準截取目標峰，排除雜質峰（包括前雜質峰和后雜質峰）。

5.1 收集模式選擇（按樣品已知程度）

5.1.1 峰驅動收集（推薦，適用于已知保留時間的樣品）

①　原理：根據檢測器信號（如 UV 峰高、峰面積）自動判斷目標峰的 “起點、頂點、終點”，僅在目標峰流出時收集，雜質峰流出時不收集，純度更高。

②　關鍵參數設置：

啟動閾值：設定信號超過某一值時開始收集（如目標峰基線噪音為 0.1 mAU，啟動閾值設為 0.5 mAU，避免收集噪音）；

停止閾值：設定信號低于某一值時停止收集（如 0.1 mAU，確保收集完整目標峰）；

峰切割（可選）：若目標峰前有小雜質