克服強(qiáng)樣品溶劑效應(yīng),實(shí)現(xiàn)液相色譜可持續(xù)性穩(wěn)定分析
近日,陶氏化學(xué)與安捷倫基于 1290 UHPLC 系統(tǒng)合作開(kāi)發(fā)了一種溶于二氯甲烷(DCM)中且濃度低至 ppb 級(jí)別的雙酚 A 及其二縮水甘油醚衍生物混合物檢測(cè)方法,該套設(shè)備采用了具有 feed 進(jìn)樣模式的 hybrid multisampler,在該進(jìn)樣模式下,樣品以一定的進(jìn)樣速度注入流動(dòng)相中,因此暫時(shí)稀釋樣品,克服了溶劑效應(yīng),同時(shí)進(jìn)樣量可高達(dá) 45 μL,這種新的進(jìn)樣方法顯著提高了目標(biāo)物質(zhì)的檢測(cè)限(>20×)。
消費(fèi)后再生材料(PCR)在消費(fèi)品中的使用正在增長(zhǎng),而 PCR 必須滿足金屬和有機(jī)成分的法規(guī)要求,或通過(guò)與應(yīng)用相關(guān)的產(chǎn)品安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。有機(jī)成分通常包括專門添加的提高產(chǎn)品性能的物質(zhì)(如抗氧化劑)和非添加的物質(zhì)(NIAS),其中非添加物質(zhì)(NIAS)包括了不同來(lái)源的幾類有機(jī)物質(zhì),如污染物和降解物,可能對(duì)人體有害。
針對(duì)高分子量、非揮發(fā)性或者熱不穩(wěn)定的 NIAS,通常使用強(qiáng)溶劑(如二氯甲烷(DCM))提取樹(shù)脂,然后使用反相液相色譜(RPLC)分析。強(qiáng)有機(jī)溶劑在提取塑料材料中 NIAS 時(shí)最具效力,但它們通常對(duì) RPLC 的應(yīng)用具有挑戰(zhàn)性。因?yàn)?NIAS 的組成可能會(huì)因塑料類型和 PCR 的來(lái)源而有很大差異,為了在 PCR 非靶向分析中涵蓋極性、疏水性和官能團(tuán)方面的廣泛有機(jī)分子,通常采用 C8 或 C18 作為固定相,流動(dòng)相會(huì)從高比例水起始,到高比例有機(jī)改性劑(如乙腈或甲醇)結(jié)束來(lái)實(shí)現(xiàn)梯度洗脫,而當(dāng)樣品的溶劑(如二氯甲烷)洗脫強(qiáng)度遠(yuǎn)大于初始流動(dòng)相組成的溶劑洗脫強(qiáng)度時(shí),會(huì)對(duì)峰寬和峰形產(chǎn)生不利影響,尤其是對(duì)于早洗脫峰而言。
本文選擇 DCM 制備的濃度為 10 ppm 的雙酚 A(BPA)和 6 種雙酚 A 二縮水甘油醚(BADGE)衍生物的混合物作為樣品,首先采用經(jīng)典流通式進(jìn)樣模式,發(fā)現(xiàn)不同進(jìn)樣量和梯度洗脫中等度保持的流動(dòng)相初始比例差異會(huì)帶來(lái)明顯的色譜圖結(jié)果差異,見(jiàn)圖 1。
圖 1.(A)使用 FT 進(jìn)樣時(shí),進(jìn)樣體積為 2 μL 至 10 μL 時(shí)的色譜圖比較。將等度保持設(shè)置為 10% B(深藍(lán)色)或 20% B(淺藍(lán)色)3 min,然后開(kāi)始梯度,在 276 nm 處記錄 UV 吸收。(B)放大 3 倍的色譜圖,顯示峰 3 和 4 的分辨率。
實(shí)驗(yàn)表明,經(jīng)典的流通式進(jìn)樣模式下,只有進(jìn)樣量為 2 μL 時(shí),才能獲得合適的峰形和分離度,結(jié)合使用高靈敏度 DAD 也不能獲得足夠的檢測(cè)限。而在 5 μL 和 10 μL 進(jìn)樣體積下,乙腈濃度從 10% 增加到 20%,各峰形及分離度均不佳,這主要是因?yàn)榉治鑫锶芙庠?DCM 中,進(jìn)樣體積增加,導(dǎo)致分析物在柱頭上的捕獲更不充分,可見(jiàn)進(jìn)樣體積對(duì)分析物聚焦有很大影響。
針對(duì)這類樣品,傳統(tǒng)解決溶劑效應(yīng)的方式有:
1、使用較弱的混溶溶劑稀釋樣品溶液;
2、降低進(jìn)樣體積;
3、三明治進(jìn)樣或 co-injection 技術(shù)。
三明治進(jìn)樣或 co-injection 技術(shù),是在吸樣之前抽取一段水填充 Loop,使樣品通過(guò)低洗脫溶劑聚焦在柱頭上或是使用進(jìn)樣程序?qū)悠放c初始流動(dòng)相混合,從而降低樣品溶劑的整體強(qiáng)度。顯然,這兩個(gè)想法可以結(jié)合起來(lái),并且可以調(diào)整其中吸入的液體的組成以獲得最佳結(jié)果。遺憾的是,樣品定量環(huán)中需有額外的溶劑填充,而這些進(jìn)樣技術(shù)的最大進(jìn)樣體積有限。以上這些方法即使讓峰形有所改善,也都會(huì)導(dǎo)致方法檢測(cè)限受到影響。當(dāng)然除了以上方法外,若有更合適的溶劑可選,可蒸發(fā)強(qiáng)溶劑并用新的溶劑重新溶解分析物,但其過(guò)程可能很費(fèi)力并且可能造成分析物損失。也有文獻(xiàn)中表示可采用在線固相萃取方式,trap 柱捕獲分析物,隨后在分析色譜柱上進(jìn)行分離,但是這需要更復(fù)雜的儀器硬件和至少兩根填料色譜柱,方法優(yōu)化復(fù)雜,還需考查回收率等。
安捷倫 G7167C hybrid multisampler 除了經(jīng)典流通式進(jìn)樣模式(FT)外,還具有全新的 feed 進(jìn)樣模式(FI)。feed 進(jìn)樣模式可以減少樣品溶劑對(duì)分析物的洗脫,因?yàn)樗沟脴悠啡軇┡c洗脫液在柱前混合,這種短暫的稀釋與初始條件下分析物被色譜柱充分捕獲相結(jié)合,允許我們使用非常強(qiáng)的樣品溶劑,且不會(huì)產(chǎn)生額外的峰展寬或畸變。兩種注射方法的原理如圖 2 所示,在流通式進(jìn)樣時(shí),通過(guò)切換自動(dòng)進(jìn)樣器的進(jìn)樣閥,存儲(chǔ)在自動(dòng)進(jìn)樣器樣品定量環(huán)中的樣品將會(huì)成為流路的一部分,以“液塞”的形式被流動(dòng)相帶入色譜柱。采取 feed 進(jìn)樣模式,樣品會(huì)以一定速率(feed 速度)不斷被打入系統(tǒng),在 feed 進(jìn)樣期間,液相輸液泵流量會(huì)因有來(lái)自于進(jìn)樣器的流量而減少,從而可以保持總流速不變。
圖 2. 樣品注入原理。(A) 流通式進(jìn)樣 FT;(B) Feed 進(jìn)樣 FI;流動(dòng)相(橙色)的流向?yàn)閺淖笸?,樣品(藍(lán)色)
FEED 進(jìn)樣速度的優(yōu)化
該實(shí)驗(yàn)中,作者對(duì)比了進(jìn)樣器不同設(shè)置下進(jìn)樣 10 μL 樣品所得的色譜圖。在圖 1 中,20% 高乙腈濃度與 FT 注射相結(jié)合時(shí)會(huì)導(dǎo)致所有峰的干擾,但從圖 3 中看到,當(dāng)采用 feed 進(jìn)樣模式,使用 1% feed 速度時(shí),峰 2-7 峰形及分離度顯著改善。同時(shí),從圖 3A 可以看出 feed 進(jìn)樣模式下 feed 速度的設(shè)置很關(guān)鍵,會(huì)直接影響色譜分離效果,對(duì)比 10% 乙腈的等度保持分離的色譜圖可以看出,進(jìn)料速度為 10% 的 feed 進(jìn)樣與 FT 進(jìn)樣相比顯然沒(méi)有優(yōu)勢(shì)。但是隨著 feed 速度從 10% 逐漸調(diào)整到 0.5% 時(shí),化合物 2 的峰寬降低至 0.113 分鐘,同時(shí),峰對(duì)(峰 3 和 4)和三重峰(峰 5-7)的分辨率顯著提高,如圖 3B 所示。進(jìn)料速度從 1% 降低到 0.5% 僅顯示出輕微的改善,同時(shí)注射持續(xù)時(shí)間加倍。因此,當(dāng)進(jìn)料速度為 1% 且在 10% 乙腈下保持等度時(shí),可獲得最佳結(jié)果。
圖 3.(A)不同進(jìn)樣模式對(duì)分離性能的影響。在 10 μL 進(jìn)樣體積下,比較 FT 進(jìn)樣與 0.5-10% feed 速度下 FI 所得色譜圖。10 % B(暗跡線)或 20 % B(亮跡線)的等度保持設(shè)置為 3 min,在 276 nm 處記錄 UV 吸收。(B)放大 3 倍的色譜圖,顯示峰 3 和 4 的分辨率。
等度保留時(shí)間的優(yōu)化
如上所述,F(xiàn)I 應(yīng)與足夠的捕獲條件相結(jié)合。需要考慮的另一點(diǎn)是梯度開(kāi)始之前的等度保持持續(xù)時(shí)間。持續(xù)時(shí)間取決于進(jìn)樣量、recondition 溶劑量和 feed 速度,而 feed 速度又取決于 HPLC 泵的流速。為了減少等度保持持續(xù)時(shí)間并進(jìn)而縮短分析持續(xù)時(shí)間,最好選擇最高的進(jìn)料速度,同時(shí)保持所需的分離性能。當(dāng)液相泵的流速為 1.5 mL/min,20 μL 進(jìn)樣量下,進(jìn)料速度為 1% 時(shí),進(jìn)樣時(shí)間為 1.3 分鐘。但對(duì)比圖 4 中 2-4 min 的等度保持時(shí)間下的色譜圖,發(fā)現(xiàn)等度保留 2 min 時(shí)保留時(shí)間最短的化合物(峰 1)的峰不僅顯著變寬,而且相對(duì)于調(diào)整的時(shí)間軸提前 0.64 分鐘洗脫。為了揭示這種行為的原因,運(yùn)行了 DCM 溶劑空白(圖 4B 中的淺色軌跡),發(fā)現(xiàn) 2 min 等度保持時(shí)間下,DCM 與峰 1 共洗脫,很明顯,DCM 也保留在色譜柱上,因?yàn)槠浞宓那把仉S著等度保持時(shí)間的增加而延遲,因此等度保持時(shí)間要足夠長(zhǎng),只有這樣才能將 DCM 與目標(biāo)分析物分離。等度保持時(shí)間延長(zhǎng),梯度變化引起的基線下降與 DCM 峰前沿越來(lái)越近,這也很好說(shuō)明了這一點(diǎn)。
圖 4. (A) 不同等度保持時(shí)間(圖中所示)對(duì) 1% 進(jìn)料速度(Vinj = 20 μL)FI 分離性能的影響。此外,還顯示了 5 μL FT 進(jìn)樣的 4 倍信號(hào)放大圖。每個(gè)樣品溶液色譜圖(深色)都疊加了 DCM-空白(淺色)。在 276 nm 處記錄 UV 吸收。(B) 227 nm 的波長(zhǎng)下,并且未應(yīng)用時(shí)間軸調(diào)整或放大,其他條件與 (A) 相同。
提高進(jìn)樣量
當(dāng)進(jìn)樣速度為 1% 時(shí),自動(dòng)進(jìn)樣器的進(jìn)樣體積最大為 45 μL,無(wú)需手動(dòng)調(diào)節(jié) recondition 溶劑體積。圖 5 比較了 feed 進(jìn)樣(45 μL)和 FT 進(jìn)樣(5 μL)下的色譜圖,對(duì)于關(guān)鍵峰對(duì)(峰 3 和 4)的分辨率,F(xiàn)I 顯示為 1.48,而 5 μL FT 注射產(chǎn)生的分辨率僅為 1.18。而將 feed 進(jìn)樣(45 μL)與 FT(2 μL)進(jìn)樣色譜圖進(jìn)行比較,在幾乎相同的分辨率下,F(xiàn)I 的注射量提高了 22.5 倍,也就是靈敏度可以提高 20 倍以上,這是一個(gè)實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)。在該優(yōu)化條件下,根據(jù) 10 ppm 樣品溶液峰高響應(yīng)及噪聲來(lái)粗略地估算檢測(cè)限,檢測(cè)限(LOD)范圍在 1-10 ppb 之間。
圖 5. 1% feed 速度下 FI 最大進(jìn)樣量(Vinj = 45 μL)和 FT 進(jìn)樣(Vinj = 5 μL)的色譜圖的比較。10% 乙腈等度保持 2 min,在 276 nm 處記錄 UV 吸收。
在本研究中,作者通過(guò) RPLC 和 UV 檢測(cè)實(shí)現(xiàn)了 DCM 中雙酚 A(BPA)和雙酚 A 二縮水甘油醚(BADGE)衍生物的大體積進(jìn)樣和分離。最初,經(jīng)典流通式進(jìn)樣模式下,只有注射量為 2 μL 時(shí)才有可能獲得合適的峰形和分辨率,而通過(guò) hybrid multisampler 中新的 FI 的進(jìn)樣模式,既克服了強(qiáng)溶劑效應(yīng),還可繼續(xù)增大進(jìn)樣量,從而極大提升了方法靈敏度。總體而言,F(xiàn)I 在受“強(qiáng)溶劑效應(yīng)”影響的各種應(yīng)用中具有很高的痕量分析潛力。
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