流體動力色譜法和障礙色譜法及其應用

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1、流體動力色譜法和障礙色譜法及其應用【摘要】介紹了流體動力色譜(HDC)和障礙色譜(SC)及其在生物、化工分離中的研究進展,著重于它們的分離原理、理論發(fā)展及二者之間的聯(lián)系與轉(zhuǎn)化,引用52篇文獻。【關鍵詞】動力學液相色譜,流體動力色譜,障礙色譜,DNA分離,評述  AbstractHydrodynamicchromatography(HDC)andslalomchromatography(SC)calledasdynamicliquidchromatography(DLC)ainlyfortherecentdevelopm

2、entofseparationprinciple,theoreticalmodel,andapplications.Fiftyticliquidchromatography,hydrodynamicchromatography,slalomchromatography,deoxyribonucleicacidseparation,revieter便提出了色譜過程的動力學理論——速率理論[3]。他將色譜過程視為一個動態(tài)的非平衡過程,研究分離過程中的動力學因素對峰展寬的影響。此后,Giddings等[4]在VanDeemt

3、er方程的基礎上,提出了LC的速率方程,即Giddings方程,他們認為溶質(zhì)在流動相和固定相轉(zhuǎn)移的過程并不是瞬間達到平衡,實際上組分傳質(zhì)速度是有限的,說明分離中總是存在著動力學的非平衡過程。液相色譜的分類是依據(jù)溶質(zhì)與固定相之間的作用特征,如電荷作用的離子交換色譜,疏水相互作用的疏水相互作用色譜和反相色譜,親合作用的親合色譜及分子大小的尺寸排阻色譜等。本文介紹的流體動力色譜(hydrodynamicchromatography,HDC)和障礙色譜(slalomchromatography,SC),其溶質(zhì)均與固定相之間的作

4、用特征無關,或關系甚小,而主要與流動相的流動特征有關,或是基于動力學因素發(fā)展起來的兩種新的色譜方法,二者通稱為動力學液相色譜法。目前,它們已經(jīng)在測定和分離聚合物、多肽、DNA和生物大分子方面廣泛應用。文獻[5]從與SEC比較的角度簡要地介紹了HDC和SC的分離原理及二者之間的不同點。本文詳細并系統(tǒng)地說明了HDC和SC的分離原理、模型、理論發(fā)展、儀器設備和最新應用,并探討了HDC與SC之間的聯(lián)系及相互轉(zhuǎn)化。2流體動力色譜(HDC)HDC是Small等20世紀70年代初就已開發(fā)出的一種可同時測定聚合物或膠體乳膠粒的直徑及其

5、分布的方法[6~8]。他們采用了無孔剛性固體顆粒填充色譜柱,待分離乳液在高壓下通過色譜柱時,由于不同大小的溶質(zhì)所受到的水動力效應的不同,其乳液在流動相中的移動速度也不同,從而實現(xiàn)了聚合物或膠體懸浮液的分離。Mori等[9]進一步發(fā)展和完善了HDC,并將其應用到某些天然高分子的分離。后來人們發(fā)現(xiàn)在一根直徑為幾百微米的毛細管中同樣也可實現(xiàn)不同粒徑混合物的分離[10]。這種采用毛細管,而不是填充柱作為分離柱的分離方法拓寬了HDC的應用范圍,這在理論研究和實際應用上都有著非常重要的意義。用內(nèi)徑小于10μm的毛細管(稱其為微毛細

6、管),其分離機理與內(nèi)徑大于10μm的毛細管略有不同,文獻[11~14]對微毛細管HDC進行了詳細的理論探討和應用研究?! ?.1HDC的原理  2.1.1HDC柱  毛細管HDC和填充柱HDC所需色譜裝置大體相同。二者的區(qū)別在于毛細管HDC采用管徑不同的毛細管作為分離色譜柱,而填充柱HDC則使用無孔剛性固體顆粒填充的色譜柱。相對于毛細管HDC,填充柱HDC的設備簡單,操作簡便,尤其是檢測手段的簡化,通常使用紫外檢測器便能滿足要求。而毛細管HDC受到進樣量和檢測濃度的限制,要求檢測器較為靈敏,通常使用高靈敏度紫外檢測器或

7、其它手段,如電位分析、激光激發(fā)熒光法及激光光散射法等[15]。  2.1.2HDC分離模型  盡管HDC包括了前述的兩種主要模式,毛細管HDC和填充柱HDC,而大部分有關HDC的理論都以前者為主[16,17],由于可將填充HDC顆粒間的間隙視為毛細管體系,故填充HDC與毛細管HDC具有相同的分離模型。HDC的分離機理為:當流動相從填料顆粒間經(jīng)過時,由于水動力效應的存在使其流型為層流拋物面型,溶質(zhì)在這種情況下的分離主要是借助于靠近填料顆粒表面的低流速區(qū)域所產(chǎn)生的排斥效應,大的溶質(zhì)分子由于受到的排斥效應大于小溶質(zhì)分子,更容

8、易遠離填料顆粒表面而進入高流速區(qū)域,這樣大分子溶質(zhì)的移動速度大于小分子溶質(zhì),從而先于小分子被洗脫出來。有多種模型描述了溶質(zhì)在HDC中的保留行為,最簡單的僅考慮了幾何學效應,而常用的模型是DiMarzio和Guttman[16,18]及Brenner和Gaydos[17]依據(jù)幾何學原理而提出的保留時間和溶質(zhì)大小的關系。如圖1所示,溶

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