Обращенно-фазовая жидкостная хроматография ( RP-LC ) — это режим жидкостной хроматографии , в котором неполярная неподвижная фаза и полярные подвижные фазы используются для разделения органических соединений. [1] [2] [3] Подавляющее большинство разделений и анализов с использованием высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) в последние годы проводится с использованием обращенно-фазового режима. В обращенно-фазовом режиме компоненты образца удерживаются в системе тем дольше, чем более они гидрофобны . [4]
Факторы, влияющие на удерживание и разделение растворенных веществ в обращенно-фазовой хроматографической системе, следующие:
а) Химическая природа неподвижной фазы , то есть лиганды, связанные на ее поверхности, а также плотность их связей, а именно степень их покрытия.
б) Состав подвижной фазы . Тип основных растворителей, смеси которых влияют на полярность подвижной фазы, отсюда и название модификатор для растворителя, добавляемого для влияния на полярность подвижной фазы.
C. Добавки, такие как буферы, влияют на pH подвижной фазы , которая, в свою очередь, влияет на состояние ионизации растворенных веществ и их полярность.
Для удержания органических компонентов в смесях неподвижные фазы, упакованные в колонки, состоят из гидрофобных субстратов, связанных с поверхностью пористых частиц силикагеля в различных геометриях (сферических, нерегулярных), с различными диаметрами (менее 2, 3, 5, 7, 10 мкм), с различными диаметрами пор (60, 100, 150, 300, A). Поверхность частиц покрыта химически связанными углеводородами , такими как C3, C4, C8, C18 и другими. Чем дольше углеводород связан с неподвижной фазой, тем дольше будут удерживаться компоненты образца. Некоторые неподвижные фазы также изготавливаются из гидрофобных полимерных частиц или гибридизированных частиц кремниевых-органических групп для метода, в котором используются подвижные фазы при экстремальных значениях pH. Большинство современных методов разделения биомедицинских материалов используют колонки C-18, иногда называемые по торговым наименованиям, таким как ODS (октадецилсилан) или RP-18.
Подвижные фазы представляют собой смеси воды и полярных органических растворителей, подавляющее большинство которых — метанол и ацетонитрил . Эти смеси обычно содержат различные добавки, такие как буферы ( ацетат , фосфат , цитрат ), поверхностно-активные вещества (алкиламины или алкилсульфонаты ) и специальные добавки ( ЭДТА ). Целью использования добавок того или иного вида является повышение эффективности, селективности и контроль удерживания растворенного вещества.
История и эволюция обращенно-фазовых неподвижных фаз подробно описаны в статье Мейджорса, Долана, Карра и Снайдера. [6]
В 1970-х годах большинство жидкостных хроматографических циклов выполнялось с использованием твердых частиц в качестве неподвижных фаз, изготовленных из немодифицированного силикагеля или оксида алюминия . Этот тип техники теперь называется нормально-фазовой хроматографией . Поскольку неподвижная фаза в этой технике гидрофильна , а подвижная фаза неполярна (состоит из органических растворителей, таких как гексан и гептан), биомолекулы с гидрофильными свойствами в образце прочно адсорбируются на неподвижной фазе. Более того, они не растворялись легко в растворителях подвижной фазы. В то же время гидрофобные молекулы испытывают меньшее сродство к полярной неподвижной фазе и рано элюируют через нее с недостаточным удерживанием. Это было причиной того, что в 1970-х годах частицы на основе силикагеля обрабатывались углеводородами, иммобилизованными или связанными на их поверхности, а подвижные фазы были переведены на водные и полярные по своей природе, чтобы вместить биомедицинские вещества.
Использование гидрофобной неподвижной фазы и полярных подвижных фаз по сути является обратным процессом нормально-фазовой хроматографии, поскольку полярность подвижной и неподвижной фаз инвертирована – отсюда и термин обращенно-фазовая хроматография. [7] [8] В результате гидрофобные молекулы в полярной подвижной фазе имеют тенденцию адсорбироваться на гидрофобной неподвижной фазе, а гидрофильные молекулы в образце проходят через колонку и элюируются первыми. [7] [9] Гидрофобные молекулы можно элюировать из колонки, уменьшая полярность подвижной фазы с помощью органического (неполярного) растворителя, что снижает гидрофобные взаимодействия. Чем более гидрофобна молекула, тем сильнее она будет связываться с неподвижной фазой и тем выше концентрация органического растворителя, которая потребуется для элюирования молекулы.
Многие математические параметры теории хроматографии и экспериментальные соображения, используемые в других хроматографических методах, применимы и к RP-LC (например, фактор селективности, хроматографическое разрешение, количество тарелок и т. д.). Его можно использовать для разделения самых разных молекул. Обычно его используют для разделения белков [10], поскольку органические растворители, используемые в нормально-фазовой хроматографии, могут денатурировать многие белки.
Сегодня RP-LC является часто используемым аналитическим методом. Существует огромное разнообразие стационарных фаз, доступных для использования в RP-LC, что обеспечивает большую гибкость в разработке методов разделения. [11] [12]
Частицы силикагеля обычно используются в качестве неподвижной фазы в высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) по нескольким причинам, [13] [14], включая:
Фармакопея США ( USP) классифицировала колонки для ВЭЖХ по типам L#. [20] Наиболее популярной колонкой в этой классификации является октадецилуглеродная цепь (C18)-связанный силикагель (классификация USP L1). [21] За ним следуют C8-связанный силикагель (L7), чистый силикагель (L3), цианосвязанный силикагель (CN) (L10) и фенилсвязанный силикагель (L11). Обратите внимание, что C18, C8 и фенил являются специализированными обращенно-фазовыми неподвижными фазами, в то время как колонки CN могут использоваться в обращенно-фазовом режиме в зависимости от аналита и условий подвижной фазы. Не все колонки C18 обладают идентичными свойствами удерживания. Поверхностная функционализация силикагеля может быть выполнена в мономерной или полимерной реакции с различными короткоцепочечными органосиланами, используемыми на втором этапе для покрытия оставшихся силанольных групп ( энд-кеппинг ). Хотя общий механизм удерживания остается тем же, тонкие различия в химии поверхности различных неподвижных фаз приведут к изменениям в селективности.
Современные колонки имеют различную полярность в зависимости от лиганда, связанного с неподвижной фазой. PFP — пентафторфенил. CN — циано. NH2 — амино. ODS — октадецил или C18. ODCN — смешанная колонка, состоящая из C18 и нитрила. [22]
Недавние разработки в области хроматографических носителей и приборов для жидкостной хроматографии (ЖХ) способствуют быстрому и высокоэффективному разделению с использованием различных геометрий неподвижных фаз. [23] Были предложены различные аналитические стратегии, такие как использование монолитных носителей на основе кремния, повышенные температуры подвижной фазы и колонки, заполненные поверхностно-пористыми частицами размером менее 3 мкм (сплавленное или твердое ядро) [24] или полностью пористыми частицами размером менее 2 мкм для использования в системах ЖХ сверхвысокого давления (УВЭЖХ). [25]
Подробная статья о современных тенденциях и передовых методах выбора подвижной фазы в обращенно-фазовой хроматографии была опубликована Бойесом и Донгом. [26] Подвижная фаза в обращенно-фазовой хроматографии состоит из смесей воды или водных буферов, к которым добавляются органические растворители для селективного элюирования аналитов из обращенно-фазовой колонки. [7] [27] Добавляемые органические растворители должны смешиваться с водой, и два наиболее распространенных органических растворителя — ацетонитрил и метанол . Также могут использоваться другие растворители, такие как этанол или 2-пропанол ( изопропиловый спирт ) и тетрагидрофуран (ТГФ). Органический растворитель также называется модификатором, поскольку он добавляется к водному раствору в подвижной фазе для изменения полярности подвижной фазы. Вода является наиболее полярным растворителем в обращенно-фазовой подвижной фазе; поэтому снижение полярности подвижной фазы путем добавления модификаторов повышает ее элюирующую силу. Два наиболее широко используемых органических модификатора — ацетонитрил и метанол, хотя ацетонитрил является более популярным выбором. Изопропанол (2-пропанол) также может быть использован из-за его сильных элюирующих свойств, но его использование ограничено его высокой вязкостью, что приводит к более высокому противодавлению. И ацетонитрил, и метанол менее вязкие, чем изопропанол, хотя смесь 50:50 процентов метанола:воды также очень вязкая и вызывает высокое противодавление.
Все три растворителя по существу прозрачны для УФ-излучения. Это важнейшее свойство для обычной обращенно-фазовой хроматографии, поскольку компоненты образца обычно обнаруживаются УФ-детекторами. Ацетонитрил более прозрачен, чем другие, в диапазоне низких длин волн УФ-излучения, поэтому он используется почти исключительно при разделении молекул со слабыми или отсутствующими хромофорами (поглощающими группами УФ-видимого диапазона), такими как пептиды. Большинство пептидов поглощают только на низких длинах волн в ультрафиолетовом спектре (обычно менее 225 нм), а ацетонитрил обеспечивает гораздо более низкое фоновое поглощение на низких длинах волн, чем другие распространенные растворители.
pH подвижной фазы может играть важную роль в удерживании аналита и может изменять селективность некоторых аналитов. [28] [29] Для образцов, содержащих растворенные вещества с ионизированными функциональными группами, такими как амины , карбоксилы , фосфаты , фосфонаты , сульфаты и сульфонаты , ионизацию этих групп можно контролировать с помощью буферов подвижной фазы. [30]
Например, карбоксильные группы в растворенных веществах становятся все более отрицательно заряженными, когда pH подвижной фазы поднимается выше их pKa, следовательно, вся молекула становится более полярной и менее удерживаемой на а-полярной неподвижной фазе. В этом случае повышение pH подвижной фазы выше 4–5 = pH (что является типичным диапазоном pKa для карбоксильных групп) увеличивает их ионизацию, следовательно, уменьшает их удерживание. И наоборот, использование подвижной фазы при pH ниже 4 [31] увеличит их удерживание, поскольку это уменьшит их степень ионизации, сделав их менее полярными.
Те же соображения применимы к веществам, содержащим основные функциональные группы, таким как амины, диапазоны pKa которых составляют около 8 и выше, удерживаются больше, поскольку pH подвижной фазы увеличивается, приближаясь к 8 и выше, поскольку они менее ионизированы, следовательно, менее полярны. Однако в случае подвижных фаз с высоким pH большинство традиционных колонок с обращенной фазой на основе силикагеля, как правило, ограничены для использования с подвижными фазами при pH 8 и выше, поэтому контроль за удерживанием аминов в этом диапазоне ограничен. [32]
Выбор типа буфера является важным фактором при разработке метода ОФ-ЖХ, поскольку он может влиять на удерживание, селективность и разрешение интересующих аналитов. [26] При выборе буфера для ОФ-ВЭЖХ необходимо учитывать ряд факторов, в том числе:
Некоторые из наиболее распространенных буферов, используемых в ОФ-ВЭЖХ, включают: [34]
Заряженные аналиты могут быть разделены на колонке с обращенной фазой с использованием ионного спаривания (также называемого ионным взаимодействием). Этот метод известен как ионно-парная хроматография с обращенной фазой. [35]
Элюирование может осуществляться изократически (состав воды и растворителя не изменяется в процессе разделения) или с использованием градиента раствора (состав воды и растворителя изменяется в процессе разделения, обычно за счет уменьшения полярности).