Sắc Ký Lỏng Siêu Tới Hạn (SFC) - TID INTERNATIONAL

SẮC KÝ LỎNG SIÊU TỚI HẠN SFC

SFC là gì?

Vì sắc ký lỏng siêu tới hạn (SFC) là một kỹ thuật tách, sử dụng thiết bị đo gần giống với thiết bị được sử dụng trong sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC). Các hỗn hợp phức tạp có thể được tách ra và có thể xác định số lượng, và đôi khi danh tính của các thành phần riêng lẻ trong hỗn hợp. Dung dịch của mẫu được bơm vào dòng chảy hơi áp suất cao quét mẫu vào một ống hoặc cột chứa đầy các hạt mịn. Các thành phần riêng lẻ trong mẫu tương tác khác nhau với bề mặt của các hạt, và được phân tách theo thời gian và không gian khi chúng đi qua cột. Các thành phần xuất hiện từ cột tại các thời điểm khác nhau, như các đỉnh Gaussian hoặc giả Gaussian, và đi qua một bộ dò phát hiện.

Sự khác biệt đáng kể nhất so với HPLC là sự thay thế phần lớn pha động lỏng bằng khí nén dày đặc, hầu như luôn luôn là carbon dioxide (CO2). Ở áp suất cao như lớn hơn 80 bar, CO2 đóng vai trò là dung môi. Vì là khí nén nên cần có bộ điều chỉnh áp suất ngược trên đầu ra của hệ thống để đảm bảo pha động vẫn là một pha đậm đặc duy nhất trong suốt quá trình của máy sắc ký. Điều này, trở lại vấn đề, đòi hỏi một số đầu dò, chẳng hạn như đầu dò tia cực tím (UV), phải hoạt động ở áp suất cao. CO2 là một dung môi không phân cực cao, tương tự như một hydrocacbon nhưng trong một dòng dung môi khác. Do đó, đối với các chất tan phân cực hơn, một chất điều chỉnh hữu cơ, đôi khi được gọi là đồng dung môi (cosolvent) và thường là rượu, được thêm vào pha động. Rửa giải theo độ dốc từ nồng độ chất điều chỉnh thấp đến cao là như kiểu làm việc tiêu chuẩn. Các đỉnh rửa giải từ phân cực thấp hơn đến cao hơn.

Đối với nhiều chất tan phân cực cao, tương tác với pha tĩnh quá mạnh và các chất tan thường không rửa giải được hoặc rửa giải với hình dạng pic kém. Vấn đề này thường có thể được giải quyết bằng cách bao gồm một chất phụ gia phân cực cao trong pha động như axit hoặc bazơ mạnh được hòa tan trong chất điều chỉnh.

SFC thường là một kỹ thuật pha thường vì thành phần được lập trình từ phân cực thấp đến cao. Tuy nhiên, SFC có những lợi thế đáng kể so với HPLC pha thường. Hiệu chuẩn cực kỳ nhanh chóng, khả năng tái tạo là tuyệt vời và thậm chí có thể tiêm các mẫu dựa trên nước.

Đối với các chất tan phân cực, các pha tĩnh phân cực được sử dụng. Các pha phân cực cổ điển bao gồm silica trần, xyano, diol và amino. Trong vài năm gần đây, một số pha tĩnh mới đã được phát triển đặc biệt cho SFC. Các pha này bao gồm một số ethylpyridin và một số pha độc quyền. Đối với các chất tan có độ phân cực thấp, các cột pha đảo ngược như C18, C8, C4 và metyl đôi khi được sử dụng

Trong vài năm qua, việc sử dụng các hạt nhỏ 2 μm đã trở nên khá phổ biến. Tuy nhiên, việc sử dụng SFC chiếm ưu thế trong vài thập kỷ qua là trong các phân cách bất đối xứng. Các cột tương tự được sử dụng trong HPLC cũng được sử dụng trong SFC. Mặc dù các cột chiral cũ hiệu quả nhất đã được phủ và không có liên kết, các pha liên kết mới hơn vẫn chưa làm thay thế các cột được phủ do tính chọn lọc cao hơn và tối ưu hóa ít phức tạp hơn.

SFC cũng hữu ích để tách các hợp chất ít phân cực hơn như nhiều sản phẩm tự nhiên, bao gồm các vitamin tan trong chất béo, carotenoid và lipid. Với những mẫu như vậy, pha tĩnh thường là C18.

Chi phí hoạt động thấp

Hầu hết CO2 được sử dụng trong sắc ký SFC là loại thực phẩm hoặc đồ uống. Vì nó được dùng cho con người nên độ tinh khiết của nó được quy định. Đồ uống có ga có mặt ở khắp mọi nơi, cơ sở hạ tầng phân phối đã có sẵn, ít nhiều trên toàn thế giới và khối lượng lớn được tiêu thụ. Do đó, CO2 không đắt. Trong các bình chứa thép áp suất cao (50 đến 70 bar) (25 kg), CO2 lỏng có thể rẻ đến 1 đô la Mỹ cho mỗi kg. Mức sử dụng điển hình trong SFC là 1 đến 3 mL / phút, có nghĩa là một bình CO2 kéo dài khoảng 200 giờ. CO2 cũng có sẵn trong bình Dewar và bình dạng bể chứa được nhiều, cả hai đều hoạt động lạnh ở –30 đến –40 ° C và 20 đến 30 bar. Bình Dewar thường chứa được khoảng 150 kg, nhưng kém tiện lợi hơn so với bình nhỏ hoặc bình số lượng lớn. CO2 trong bình Dewar thường có giá tương đương với bình thép, nhưng tồn tại lâu hơn sáu lần. Các bể chứa số lượng lớn thường chỉ được lắp đặt khi tổ chức có nhu cầu sử dụng nhiều và có cam kết sử dụng SFC trên quy mô lớn. Chi phí của CO2 từ một thùng chứa lớn có thể giảm xuống mức 0,10 đô la Mỹ mỗi lít. Điều này so sánh thuận lợi với chi phí của heptan, có thể vượt quá 70 đô la Mỹ mỗi lít khi mua trong trường hợp bốn chai 4 lít.

Cả bình Dewar và bình rời đều cần có bơm tăng áp hoặc hệ thống phân phối khí để tăng áp suất từ ​​khoảng 20 đến trên 70 bar để bơm pittông có thể bơm được. Với các bồn chứa số lượng lớn, CO2 thường được giảm xuống nhiều vị trí trong một cơ sở. Trong SFC, hiếm khi sử dụng acetonitril độc hại, đắt tiền. Thay vào đó, một loại rượu rẻ tiền được sử dụng. Hơn nữa, hoạt động điển hình bắt đầu ở% B thấp, chẳng hạn như 5% nhưng hiếm khi vượt quá 40%. Do đó, phần lớn pha động là CO2 rẻ tiền.

Khi kết thúc quá trình sắc ký, pha động bị khử và tạo thành hai pha, một thể khí và một pha lỏng. CO2 ở dạng khí được thoát ra ngoài, trong khi chất điều chỉnh dạng lỏng được thu lại trong một cái bẫy. Vì phần lớn pha động bay hơi nên khối lượng chất thải lỏng giảm đi rất nhiều. Chất thải nào sinh ra cũng ít độc hại hơn.

Chi phí nhân công là một trong những chi phí lớn nhất khi vận hành một máy sắc ký. Vì hệ số khuếch tán cao hơn dẫn đến tốc độ dòng chảy cao hơn và thời gian chạy ngắn hơn trong SFC so với HPLC, trên cùng một cột có kích thước, một người vận hành đơn lẻ tạo ra công việc nhiều hơn gấp ba đến năm lần trong cùng một khung thời gian.

Thân thiện với môi trường

Mặc dù sử dụng CO2 làm chất lỏng chính, sắc ký lỏng siêu tới hạn SFC được coi là thân thiện với môi trường hoặc công nghiệp xanh vì CO2 được tái chế từ các ngành công nghiệp khác. Trong HPLC, pha động thường bị đốt cháy sau khi sử dụng, tạo ra CO2 mới. Độc tính có thể được giảm bớt bằng cách sử dụng nồng độ cồn nhỏ thay vì acetonitril. Kể từ khi CO2 bay hơi ở chu trình cuối của hệ thống vận hành, khối lượng chất thải lỏng độc hại cần xử lý tốn kém sẽ giảm một cách đáng kể.

SFC có thể phân tách những gì?

Theo nguyên tắc chung, bất kỳ hợp chất nào hòa tan trong metanol hoặc dung môi ít phân cực hơn đều là ứng cử viên tốt để tách bằng SFC. Ngược lại, các hợp chất yêu cầu dung dịch đệm hoàn toàn trong nước để hòa tan có lẽ là những ứng cử viên kém. Điều này không nên được hiểu là SFC không tương thích với nước trong pha động, mẫu nước hoặc nhiều mẫu sinh học. Có một đánh giá về việc sử dụng nước như một phần của pha động SFC.

Mặc dù SFC không được cho là thích hợp cho các phân tử sinh học lớn như protein, nhưng các peptit có kích thước lên đến 40’mers đã được rửa giải. Hơn nữa, các đồng phân peptit chỉ thay đổi ở vị trí của một axit amin đã được phân tách tốt trong thời gian ngắn. Đây là một lĩnh vực nghiên cứu tích cực. Nếu một peptidecan được rửa giải, nó có thể có tốc độ sắc ký được nâng cao đáng kể trong các điều kiện được sử dụng so với HPLC.

Trong thời gian đầu phát triển của SFC, hầu hết các ứng dụng liên quan đến việc tách các chất tan tương đối không phân cực, thường là các chuỗi tương đồng, chẳng hạn như dầu silicone, chất hoạt động bề mặt, sáp, chất béo và những chất tương tự có trọng lượng phân tử quá cao hoặc quá bền nhiệt đối với nhiệt độ cao sắc ký khí (GC). Hầu hết công việc này được thực hiện bằng cách sử dụng CO2 tinh khiết, lập trình áp suất và máy dò ion hóa ngọn lửa (FID). Điều này từ từ bắt đầu thay đổi vào cuối những năm 1980, đặc biệt là sau khi bản phân tách SFC chiral đầu tiên được công bố. 

SFC đã được sử dụng phần lớn trong ngành công nghiệp dược phẩm để rửa giải nhanh chóng các phân tử nhỏ giống như thuốc, dược phẩm, đặc biệt là để phân tách đồng phân bất đối xứng. Với những cải tiến gần đây về độ bền và đặc biệt là độ nhạy với tia cực tím, SFC đã bắt đầu mở rộng trở lại sang nhiều ứng dụng khác nhau. 

Các lĩnh vực ứng dụng của SFC được so sánh với các lĩnh vực ứng dụng của các dạng sắc ký lỏng khác nhau trong Hình bên dưới. Như đã trình bày, SFC với các tổ hợp pha động khác nhau bao phủ gần như cùng một không gian ứng dụng như HPLC ở các dạng khác nhau của nó. Lĩnh vực duy nhất không được bao phủ như một phần nhỏ đó là sắc ký ion.