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收藏 | 分析實(shí)驗(yàn)中常見(jiàn)溶劑效應(yīng)的原理及其解決方法

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2024-02-28
核心提示:概述在紫外-可見(jiàn)分光光度法、高效液相色譜法與氣相色譜法三個(gè)領(lǐng)域中均有“溶劑效應(yīng)”這一術(shù)語(yǔ),分別具有不同的意義,由于篇幅有限
概述
在紫外-可見(jiàn)分光光度法、高效液相色譜法與氣相色譜法三個(gè)領(lǐng)域中均有“溶劑效應(yīng)”這一術(shù)語(yǔ),分別具有不同的意義,由于篇幅有限,本文僅討論高效液相色譜法最常用的反相色譜中的溶劑效應(yīng),其他如正相色譜、離子色譜、親水作用色譜等可參考本文的分析方法與相關(guān)原理。
什么是溶劑效應(yīng)
目前較為公認(rèn)的對(duì)于溶劑效應(yīng)的理解為稀釋劑溶劑強(qiáng)度大于流動(dòng)相時(shí)造成色譜峰變形的現(xiàn)象。如用純乙腈溶解樣品,注入流動(dòng)相為乙腈-水(18:82)的反相系統(tǒng)中,會(huì)造成峰分叉或拖尾的結(jié)果。但是這種概念不能解釋實(shí)踐中其他由稀釋劑導(dǎo)致的色譜行為異常現(xiàn)象,如溶出曲線研究中pH6.8溶出介質(zhì)的溶出樣品主峰峰型異常、或加入SDS助溶后峰分叉等情況,這些情況中稀釋劑的溶劑強(qiáng)度并不一定大于流動(dòng)相,但是卻發(fā)生了色譜行為異常的現(xiàn)象。

鑒于許多由稀釋劑導(dǎo)致的色譜行為異常現(xiàn)象不能用目前的溶劑效應(yīng)進(jìn)行解釋,筆者認(rèn)為有必要將溶劑效應(yīng)的概念進(jìn)行重新闡述:溶劑效應(yīng),是指由于供試品中特定組分在稀釋劑與流動(dòng)相中所處狀態(tài)的差異對(duì)色譜行為的不利影響。如果這種不利影響較為嚴(yán)重,則可能造成明顯的色譜行為異常,如峰分叉、拖尾等。
常見(jiàn)溶劑效應(yīng)的表征
溶劑效應(yīng)是一種對(duì)色譜行為的不利影響,影響程度不同,色譜行為的表征也各有不同;較輕的影響可能沒(méi)有明顯的色譜行為的異常如無(wú)法觀察到的峰輕度展寬等,次一級(jí)的可能表現(xiàn)為峰明顯展寬、低柱效,較為嚴(yán)重表現(xiàn)有特定組分峰保留時(shí)間不穩(wěn)定、峰型異常、響應(yīng)值不穩(wěn)定等。

峰型異常是最直觀也是最常見(jiàn)的溶劑效應(yīng)的表現(xiàn)形式,如峰分叉、拖尾、前沿等。保留時(shí)間不穩(wěn)定與響應(yīng)值不穩(wěn)定也是較為常見(jiàn)的表現(xiàn)形式,可能也會(huì)伴隨峰型異常的情況;較為難以覺(jué)察到的溶劑效應(yīng)是峰型正常只是響應(yīng)值波動(dòng)較大的情況,易誤判為儀器故障等系統(tǒng)適用性方面的原因,如方法開(kāi)發(fā)期間發(fā)現(xiàn)峰對(duì)稱、但柱效較低且連續(xù)進(jìn)樣RSD較大,建議評(píng)估溶劑效應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)。

溶劑效應(yīng)具有一定的規(guī)律,如保留時(shí)間小的組分峰較易發(fā)生,多組分色譜圖中出峰較晚的組分峰型較好、減少進(jìn)樣量一般可減輕等,在實(shí)踐中可根據(jù)該規(guī)律對(duì)色譜行為異常是否為溶劑效應(yīng)進(jìn)行初步的判斷。
原理及解決方法

如上文所述,溶劑效應(yīng)為特定組分在稀釋劑與流動(dòng)相中所處狀態(tài)的差異對(duì)色譜行為的不利影響,差異主要包括洗脫能力、電離狀態(tài)、離子締合、互變平衡等。

(1)洗脫能力

這是目前一般意義上的理解,即上文提到的“純乙腈溶解樣品,注入流動(dòng)相為乙腈-水(18:82)的反相系統(tǒng)中,會(huì)造成峰分叉或拖尾的結(jié)果”。如果稀釋劑的洗脫能力大于流動(dòng)相,則可能導(dǎo)致溶劑效應(yīng)。

解決方法為調(diào)整稀釋劑或流動(dòng)相,使二者的洗脫能力接近或稀釋劑的洗脫能力低于流動(dòng)相。一般情況下,為避免洗脫能力導(dǎo)致的溶劑效應(yīng),反相色譜中較為穩(wěn)妥的做法是稀釋劑中有機(jī)相比例低于流動(dòng)相或相當(dāng),必要時(shí)可略高于流動(dòng)相,但應(yīng)當(dāng)評(píng)估其溶劑效應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn),如根據(jù)上文提到的規(guī)律進(jìn)行判斷等。

(2)化合物的電離狀態(tài)

藥物活性成分很多都可以離子化,如苯磺酸氨氯地平、青霉素鉀等,這類(lèi)化合物絕大多數(shù)不是強(qiáng)電解質(zhì),只能部分電離;即電離平衡中一部分是離子狀態(tài)另一部分是分子狀態(tài),兩種狀態(tài)在固定相與流動(dòng)相的分配是不一樣的。在反相系統(tǒng)中,分子狀態(tài)與固定相結(jié)合更為緊密,保留更強(qiáng);離子狀態(tài)則更傾向于流動(dòng)相,保留較弱。

設(shè)想一種情況,如果樣品為堿性化合物,稀釋劑為pH6.8緩沖鹽溶液(溶出曲線研究較為常見(jiàn)),流動(dòng)相為pH3.0的磷酸鹽溶液-有機(jī)相系統(tǒng),這有非常大的可能導(dǎo)致明顯峰型異常的溶劑效應(yīng)。因?yàn)闃悠吩趐H6.8緩沖鹽溶液中的電離狀態(tài)遠(yuǎn)低于pH3.0的磷酸鹽溶液,供試品溶液與流動(dòng)相混合的過(guò)程中,需要一段時(shí)間將電離狀態(tài)從稀釋劑緩沖至流動(dòng)相的狀態(tài),如因某些原因(稀釋劑是緩沖鹽、流動(dòng)相緩沖能力弱等)導(dǎo)致該時(shí)間較長(zhǎng),則待測(cè)組分峰極可能出現(xiàn)明顯的峰型異常。

這種情況出現(xiàn)的溶劑效應(yīng)解決辦法一般有四種:更換稀釋劑使稀釋劑中待測(cè)物的電離狀態(tài)與流動(dòng)相一致或接近,減少進(jìn)樣量、在流動(dòng)相中加入反離子或者增加流動(dòng)相緩沖能力。

(3)離子締合

這種情況常見(jiàn)于由于待測(cè)物溶解性差在稀釋劑中含有十二烷基硫酸鈉的試驗(yàn)中,待測(cè)組分峰可能?chē)?yán)重變形,或者保留時(shí)間波動(dòng)非常大。如果待測(cè)物為堿性化合物,則其原因?yàn)殡x子狀態(tài)的待測(cè)物的陽(yáng)離子與十二烷基硫酸根陰離子形成離子締合物,該物質(zhì)在反相色譜中保留相對(duì)于待測(cè)物極大增強(qiáng);而在流動(dòng)相中并不存在該締合物,流動(dòng)相消除該締合物的影響時(shí)間如果較長(zhǎng),則會(huì)產(chǎn)生明顯的溶劑效應(yīng)。

簡(jiǎn)單的做法是更換稀釋劑,如稀釋劑不能更換,也可改變流動(dòng)相,如在流動(dòng)相中加入待測(cè)物的反離子,也形成離子締合物,減少待測(cè)物在稀釋劑與流動(dòng)相中的差異。

(4)互變平衡

對(duì)于在溶液中存在互變結(jié)構(gòu)的待測(cè)物,例如酮式烯醇式互變,如果在稀釋劑與流動(dòng)相中互變異構(gòu)狀態(tài)差異較大,也可能導(dǎo)致明顯的溶劑效應(yīng)。

(5)總結(jié)

上述差異導(dǎo)致的溶劑效應(yīng),根本原因是待測(cè)物在固定相-稀釋劑的分配系數(shù)與固定相-流動(dòng)相分配系數(shù)的較大差異導(dǎo)致的,是固定相、稀釋劑、流動(dòng)相三方博弈的結(jié)果。因此在評(píng)估溶劑效應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)時(shí),應(yīng)當(dāng)結(jié)合三方的具體情況進(jìn)行分析,對(duì)三方互相作用的力度進(jìn)行評(píng)估。解決溶劑效應(yīng)的上文未提到的方法就是改變固定相種類(lèi),如將C18柱更換為CN柱,因?yàn)橄♂寗┡c流動(dòng)相中狀態(tài)的差異導(dǎo)致的分配系數(shù)的差異在CN柱中小于C18柱。

也就是說(shuō),消除或者減少溶劑效應(yīng)的影響可以從稀釋劑、流動(dòng)相與固定相三個(gè)方面著手,使稀釋劑與流動(dòng)相性質(zhì)接近、減少稀釋劑用量;或者使流動(dòng)相與稀釋劑性質(zhì)接近、增強(qiáng)流動(dòng)相改變待測(cè)物狀態(tài)的能力;或者更改固定相種類(lèi)減少待測(cè)組分狀態(tài)差異對(duì)色譜行為的影響等。
稀釋劑的概念衍生出的依稀額溶劑效應(yīng)的特殊情況

本文所述稀釋劑為供試品溶液中除待測(cè)物外的所有組分,不能簡(jiǎn)單理解為用來(lái)溶解供試品的溶劑。在進(jìn)行溶劑效應(yīng)的評(píng)估不能只評(píng)估待測(cè)物在溶解用溶劑中的狀態(tài)與流動(dòng)相中狀態(tài)的差異,而應(yīng)該結(jié)合溶液中其他組分進(jìn)行評(píng)估。

設(shè)想如果開(kāi)發(fā)檢測(cè)某個(gè)堿性化合物中三氟乙酸殘留的方法,很可能出現(xiàn)的情況是單獨(dú)三氟乙酸峰型正常,和堿性化合物混合后三氟乙酸峰出現(xiàn)明顯異常。結(jié)合上文離子締合的相關(guān)內(nèi)容,我們能輕易作為判斷。但如果只從溶解用溶劑來(lái)理解檢測(cè)方法中的稀釋劑,則找不到問(wèn)題發(fā)生的原因。

因此在檢測(cè)供試品中某些雜質(zhì)的含量時(shí),特別是高濃度供試品溶液,極可能供試品參與溶劑效應(yīng)的形成,原理參考上文相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分析。

有關(guān)物質(zhì)檢測(cè)過(guò)程中單獨(dú)各組分圖譜峰型正常,混合溶液中出現(xiàn)峰型異常的組分峰也可以理解為其他組分參與了溶劑效應(yīng)的形成。 
編輯:songjiajie2010

 
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