逆流色譜的原理和發(fā)展

　　逆流色譜的原理和發(fā)展

　　原文：F.Edward Chou

　　The Principles and Development of Countercurrent Chromatography

　　逆流色譜的原理和發(fā)展

　　任何熟悉液液萃取(使用分液漏斗)和色譜(例如HPLC)技術(shù)的人都很容易理解逆流色譜液液萃取的原理(countercurrent chromatography(CCC))。

　　液液萃取為化學(xué)家們分離大量的化學(xué)物質(zhì)提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的方法，而且使用的溶劑最少。把樣品溶在兩相溶劑系統(tǒng)中，振搖使兩相充分混合，靜置后，兩相重新分層。這些步驟是分離樣品組分的關(guān)鍵。

　　這種經(jīng)典的液液萃取在色譜工作者看來(lái)，最大的缺點(diǎn)是它在分離過(guò)程中只有一個(gè)理論塔板數(shù)。(事實(shí)上，這種情況下沒(méi)什么理論可言。這一個(gè)分離塔板數(shù)是源自于工業(yè)上的分餾。

　　因此，化學(xué)工作者要么設(shè)計(jì)一合適的單步分離方法去適應(yīng)自己的需要，要么就用多次液液萃取去提高分離度。

　　通常使用前者，因?yàn)楹笳咛闊┝恕?盡管多次液液萃取經(jīng)常用到，但溶劑系統(tǒng)在不同的提取中通常要改變，以便提高效率。)

　　改善分液漏斗的嘗試

　　為了改善分液漏斗，以經(jīng)過(guò)許多的嘗試。克雷格逆流分布儀是其中一個(gè)最引人注意的突破。

　　這套精妙的儀器，把一系列的分液漏斗有效的排成鏈，重復(fù)的進(jìn)行系列的步驟：

　　振搖(混合)、靜置、分離，在重頭開(kāi)始，這樣就提高了塔板數(shù)。假如有足夠的塔板數(shù)，那這套儀器可以達(dá)到色譜級(jí)的分離。

　　液滴逆流色譜(DCCC)

　　在發(fā)展過(guò)程中又開(kāi)發(fā)出了液滴逆流色譜(Droplet CounterCurrent Chromatograph)。這個(gè)儀器把一系列垂直的管子用毛細(xì)管連接起來(lái)。液體固定相留有直管中，把流動(dòng)相慢慢的泵進(jìn)去，(如果流動(dòng)相比較重就從上方泵進(jìn)去;反之，則從下方)。象所有的色譜那樣，組分比較容易溶于流動(dòng)相中的就移動(dòng)的快;而比較容易溶于固定相中就滯后了。于是就分離開(kāi)來(lái)了。很顯然，每一個(gè)直管只有最小可能的理論塔板數(shù)。所以，要有顯著的效能就要用大量這樣的直管。其分離步驟如下：把樣品液滴與流動(dòng)相混合，通過(guò)不移動(dòng)的固定相，期間沒(méi)有發(fā)生振搖。液滴的大小與其他溶劑系統(tǒng)的參數(shù)限制了溶質(zhì)在兩質(zhì)中的分配。靜置最終在直管末端形成，在這兒，流過(guò)固定相的流動(dòng)相在通過(guò)毛細(xì)管進(jìn)入下一根直管前先聚集起來(lái)。如果流速過(guò)高就會(huì)干擾靜置并破壞了分離。通過(guò)毛細(xì)管，流動(dòng)相從一個(gè)直管流入下一個(gè)直管，達(dá)到分離的目的。DCCC最大的弱點(diǎn)是可允許的流速太低，因此分離時(shí)間長(zhǎng)，兩相混合差，相對(duì)來(lái)說(shuō)，造成效率就低了。

　　離心液滴逆流色譜(centrifugal DCCC，centrifugal planetary chromatograph,CPC)

　　比 DCCC進(jìn)步的地方就是使用離心加快重力分離。離心液滴逆流色譜更通用的叫法是離心行星色譜，使用很小的直管和毛細(xì)管(用多性塑料制成多層的)。一套實(shí)用的儀器包含數(shù)以千計(jì)的直管，可以獲得幾百個(gè)理論塔板數(shù)的效能。CPC的缺點(diǎn)和DCCC相似，只是用離心代替了地球重力分離。另外，CPC還多了個(gè)缺點(diǎn)，就是它在流動(dòng)相的進(jìn)口和出口必須使用旋轉(zhuǎn)流體密封件;而這些密封件性能不好，價(jià)格又高，容易損耗，并且限制了泵液的壓力，進(jìn)而限制了流速和離心速度。

　　高速逆流色譜(High-Speed Countercurrent Chromatography,HSCCC)

　　現(xiàn)代的CCC源于Dr.Yoichiro Itod(國(guó)家健康研究中心)的研究：行星離心分離機(jī)，及其能支持的許多可能的柱幾何學(xué)。這些巧妙的儀器運(yùn)用了鮮為人知的離心分離機(jī)定子與轉(zhuǎn)子非旋轉(zhuǎn)連接的方法。(這超出了當(dāng)前的討論范圍，涉及到如何達(dá)到這一目的的方法，任何一本討論CCC的書(shū)對(duì)此都有詳細(xì)的闡述)。功能上，高速逆流色譜有能自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的螺旋盤(pán)繞的惰性管(既進(jìn)行繞自軸旋轉(zhuǎn)的行星式旋轉(zhuǎn)，又同時(shí)進(jìn)行繞公軸旋轉(zhuǎn)。)組成。自軸和公軸(像行星自軸和恒星的公軸)必須同步，這里的討論只集中于不同HSCCC的共同的地方。這兩種旋轉(zhuǎn)造成螺旋盤(pán)繞管中作令人昏亂的運(yùn)動(dòng)的液體產(chǎn)生混合區(qū)和靜置分層區(qū)。這就為色譜形成造就了非常好的分離環(huán)境。