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手性分析分離原理，探索當下前沿科學(xué)的奧秘

欄目：行業(yè)資訊 發(fā)布時間：2025-04-07
手性，它是普遍存在于大自然的一個性質(zhì)，像我們的左右手一樣，不能通過簡單的平移或者旋轉(zhuǎn)使兩者重合在一起，它們只是鏡像對稱重合，這種性質(zhì)就叫手性。
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手性分析分離基本原理



手性，它是普遍存在于大自然的一個性質(zhì)，像我們的左右手一樣，不能通過簡單的平移或者旋轉(zhuǎn)使兩者重合在一起，它們只是鏡像對稱重合，這種性質(zhì)就叫手性。手性原子是指，它的各個化學(xué)鍵都連接了不同的原子或官能團，如C原子的四個鍵都連接了不同的官能團，而擁有一個或一個以上手性原子的化合物屬于手性化合物。



常規(guī)分析與手性分析區(qū)別

對于非手性化合物，我們可以用常規(guī)方法進行分析，原理是相似相溶；對于手性化合物，我們就會用到手性的相關(guān)方法分析，用到的原理是三點相互作用。

02
手性分離基本原理——三點相互作用



  • 立體空間結(jié)構(gòu)上，色譜柱與對映體最少必須具備三個相互作用點。

  • 如下圖，色譜柱含有 a、c、d 三個作用點，能與樣品相應(yīng)的三個點 A、C、D 作用；雖然樣品中兩對對映體都有三個點能與色譜柱作用，但其中一個對映體可形成比另一個對映體更強的第三點作用。




三點相互作用力包含

氫鍵：

  • 主要類型有N-H及O-H，如酮、酯、羧酸、酰胺。

π-π：

  • π 酸與π 堿 間形成酸堿之間 π-π 堆積的作用力，從而構(gòu)成異構(gòu)體分離的差異。

偶極-偶極：

  • 一個極性分子帶有部分正電荷的一端與另一極性分子帶有部分負電荷的一端間的吸引作用。

疏水作用力：

  • 苯環(huán)的疏水作用以及其他兩個配基的弱氫鍵作用。

包含作用：

  • 手性固定相的空間結(jié)構(gòu)可形成選擇性腔體，被分離的化合物可被包含于腔體內(nèi)，形成包絡(luò)復(fù)合物，從而增強固定相和化合物之間的作用力。

  • 對映異構(gòu)體由于空間構(gòu)型的不同，作用力的強弱差別達到異構(gòu)體的分離。

03
樣品分離制備需考察的因素




手性色譜柱

填料類型

  • 涂覆型（Coated）

    • 原理：手性選擇劑（如纖維素衍生物）物理涂覆在硅膠載體表面。

    特點：成本較低，但耐受性差（易受強極性溶劑或極端pH破壞），適用于正相色譜（如正己烷/乙醇體系）。

    應(yīng)用：天然產(chǎn)物手性拆分（如萜類化合物）。

  • 鍵合型（Bonded）

    • 原理：手性選擇劑通過化學(xué)鍵（如硅氧烷鍵）固定于硅膠表面。

    特點：穩(wěn)定性高（耐受反相流動相、pH 2-8），壽命長，但成本較高。

    應(yīng)用：藥物對映體制備（如布洛芬、蘭索拉唑）。

其他類型

    • 多糖衍生物柱：對含有酰胺基、芳香烴取代基、羰基、硝基、磺酰 基、氰基、羥基、氨基等基團化合物，以及氨基酸 衍生物等有良好的分離效果。

    • 環(huán)糊精柱：對含苯基、萘基、氰基的 分離效果，尤其對金屬絡(luò) 中性和酸性化合物有良 好的合物、強酸性化合物 方面的手性拆分非常有特色。

    • 蛋白質(zhì)柱（BSA牛血清白蛋白）：適用水溶性化合物，氨基酸類，伯胺類。


填料孔徑（Pore Size）

孔徑圖                                                 粒徑圖

  • 小孔徑（100-300 ?）：適合小分子（分子量<2000 Da），如手性藥物中間體。

  • 大孔徑（500-1000 ?）：用于大分子（如多肽、蛋白質(zhì)）分離，需注意傳質(zhì)阻力問題。

粒徑（Particle Size）

  • 3 μm：柱效高（理論塔板數(shù)>50,000/m），但柱壓高（>200 bar），需超高效液相系統(tǒng)（UHPLC）。

  • 5 μm：常規(guī)分析首選，平衡柱效（~20,000/m）與背壓（<150 bar）。

  • 10 μm：制備色譜適用，載樣量高（>100 mg/g填料），但柱效低。


流動相設(shè)計與優(yōu)化

（1）溶劑類型

  • 正相色譜：

    • 非極性主溶劑：正己烷、正庚烷。

    極性改性劑：乙醇、異丙醇（比例<20%），用于調(diào)節(jié)洗脫能力。

    應(yīng)用：脂溶性手性化合物（如甾體類藥物）。

  • 反相色譜：

    • 主溶劑：乙腈（低粘度）、甲醇（成本低）。

    水相添加劑：三氟乙酸（TFA，0.1%）改善峰形。

    應(yīng)用：水溶性手性分子（如β-受體阻滯劑）。

（2）緩沖鹽與pH控制

  • 常用緩沖鹽：

    • 磷酸鹽緩沖液（pH 2-7）：兼容UV檢測，避免使用MS（易結(jié)晶）。

    甲酸銨/乙酸銨（pH 3-6）：LC-MS友好，揮發(fā)性好。

  • pH調(diào)節(jié)策略：

    • 酸性條件（pH 2-4）：抑制硅膠柱溶解，增強堿性化合物質(zhì)子化（減少拖尾）。

    中性條件（pH 6-7）：適用于易水解化合物（如抗生素）。

    堿性條件（pH 8-10）：需使用耐堿柱（如表面修飾硅膠）。

  • 添加劑實例：

    • 三乙胺（0.1%）：屏蔽硅羥基活性，減少堿性化合物吸附。

    β-環(huán)糊精：動態(tài)修飾流動相，增強手性選擇性。


 其它

（1）檢測器匹配性

  • UV檢測器：需目標物具有發(fā)色團（如芳香環(huán)），檢測波長通常選210-254 nm。

  • 質(zhì)譜檢測器（MS）：需使用揮發(fā)性緩沖鹽（如甲酸銨），避免離子抑制效應(yīng)。

  • 示差折光檢測器（RID）：適用于無UV吸收化合物（如糖類），但對溫度敏感。

（2）流速（Flow Rate）

  • 分析型色譜：0.8-1.5 mL/min（4.6 mm內(nèi)徑柱），兼顧分離效率與分析時間。

  • 制備型色譜：10-50 mL/min（20 mm以上內(nèi)徑柱），需優(yōu)化載樣量與分離度平衡。

（3）柱溫控制

  • 常規(guī)分析：25-40℃，高溫可降低流動相粘度（提高柱效），但可能破壞手性識別。

  • 特殊需求：

    • 低溫（4℃）：用于熱不穩(wěn)定化合物（如某些酶抑制劑）。

    高溫（60℃）：加速大分子傳質(zhì)（如多糖手性分離）。

（4）樣品溶劑選擇

      溶劑強度匹配：

    反相色譜：樣品溶劑強度≤流動相（如用初始流動相溶解），避免“溶劑效應(yīng)”導(dǎo)致峰展寬。

    正相色譜：避免使用強極性溶劑（如DMSO）進樣，優(yōu)先選擇正己烷/乙醇混合溶劑。

    體積控制：進樣體積≤柱體積的10%（如250 mm×4.6 mm柱體積≈2.5 mL，進樣≤250 μL）。