3.9: Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie (HPLC)

(1) macht der mobilen Phase

1. Bereiten Sie die mobile Phase von ca. 1,5 L Trinkwasser DI 400 mL Acetonitril hinzufügen.
2. 2,4 mL Eisessig sorgfältig diese Projektmappe hinzufügen.
3. Verdünnen Sie die Lösung für ein Gesamtvolumen von 2,0 L in einem volumetrischen Kolben mit gereinigtem DI Wasser. Die resultierende Lösung sollte einen pH-Wert zwischen 2,8 bis 3.2 aufweisen.
4. Stellen Sie den pH-Wert auf 4.2 durch Zugabe von 40 % Natronlauge tropfenweise mit dem Einsatz von einem kalibrierten digital pH-Meter. Fügen Sie sehr langsam, sobald der pH-Wert 4.0 erreicht. Dies dauert rund 50 Tropfen zu erreichen.
5. Filtern Sie die mobile Phase durch ein 0,47-µm-Nylon 66-Membranfilter unter Vakuum um die Lösung zu entgasen und Feststoffe zu entfernen, die die chromatographische Säule stecken könnte. Es ist wichtig zu entgasen die mobile Phase zu vermeiden, dass eine Blase, die entweder eine Lücke in der stationären Phase am Einlass der Spalte verursachen oder Arbeit ihren Weg in der Detektorzelle verursacht Instabilität mit der UV-Absorption.

2. erstellen die Komponentenlösungen

Die drei Komponenten, die getroffen werden müssen sind Koffein (0,8 mg/mL), Kalium-Benzoat (1,4 mg/mL) und Aspartam (L-Aspartyl-L-Phenylalanin Methylester) (6,0 mg/mL). Diese Konzentrationen verdünnt einmal in der gleichen Weise setzen die Standards auf den Ebenen in den Soda-Proben gefunden.

1. Eine volumetrische 500-mL-Flasche 0,40 g Koffein hinzufügen, dann auf die 500-mL-Markierung mit VE-Wasser zu verdünnen.
2. Eine volumetrische 500-mL-Flasche 0,70 g Natriumbenzoat hinzufügen, dann auf die 500-mL-Markierung mit VE-Wasser zu verdünnen.
3. Eine volumetrische 100 mL-Flasche 0,60 g von Aspartam hinzufügen, dann auf den 100-mL-Markierung mit VE-Wasser zu verdünnen. Legen Sie diese Lösung in einem Kühlschrank, Zersetzung während der Lagerung zu vermeiden.

3. machen die 7 Standard-Lösungen

Alle drei Komponenten haben unterschiedliche Verteilung Koeffizienten, die beeinflusst, wie jeder mit den beiden Phasen interagiert. Je größer der Verteilung Koeffizient, desto mehr Zeit verbringt die Komponente in der stationären Phase, was zu längerer Verweildauer in den Detektor erreichen Zeiten.

1. Nach der Tabelle in Tabelle 1, pipettieren die korrekte Menge der einzelnen Komponenten in eine volumetrische 50-mL-Flasche.
2. Verdünnen Sie die Stammlösungen, die 50-mL-Markierung auf die volumetrische Fläschchen mit mobilen Phase.
3. Gießen Sie jede standard-Lösung in beschrifteten kleinen Fläschchen in einem Probenrack.
4. Die Regale von Proben im Kühlschrank, zusammen mit den restlichen Lösungen in die volumetrische 50-mL-Fläschchen aufbewahren.

4. überprüfen die Grundeinstellungen der HPLC-Anlage

1. Bestätigen Sie, dass die Abwasserlinie in einem Abfallbehälter und ist nicht wieder in der mobilen Phase recycling.
2. Stellen Sie sicher, dass die Durchflussmenge der mobilen Phase auf 0,5 mL/min eingestellt ist. Dies ist hoch genug, um ermöglichen allen Gipfeln eluieren innerhalb von 5 min und langsam genug, um schöne Auflösung zu ermöglichen.
3. Stellen Sie sicher, dass die minimalen und maximalen Druck und die Durchflussmenge auf die korrekten Werte auf der Vorderseite der Lösungsmittel Delivery Systems (die Pumpe) festgelegt sind.
   1. Minimale Druckeinstellung: 250 Psi (Dies ist die Pumpe abgeschaltet, wenn ein Leck auftritt).
   2. Maximale Druckeinstellung: 4.000 Psi (Dies ist zum Schutz der Pumpe vor dem brechen, wenn ein Clog bildet).
4. Drücken Sie "Null" auf den Detektor Frontplatte um die Leerzeichen gesetzt (die leere ist die reine mobile Phase).
5. Spülen einer 100 µL Spritze mit entionisiertem Wasser, dann mit mehreren Bänden eines Arbeitsstandards werden analysiert, und füllen die Spritze mit der Lösung. Beginnen Sie mit 3 Einkomponenten-Proben, wodurch für die Ermittlung der Höhepunkt jeder Komponente von Interesse.

5. manuell Einspritzen der Probe und Datenerhebung

1. Injizieren Sie mit dem Injektor Griff in Ladeposition langsam 100 µL der Lösung durch das Septum Port.
2. Überprüfen Sie, ob Datenbeschaffungsprogramm ist für die Datensammlung für 300 s, die genügend für alle 3 Gipfel Zeit, durch den Detektor eluieren.
3. Wenn Sie bereit zum Starten der Testversion, drehen Sie den Injektor Griff in die Spritzen-Position (die Probe in der mobilen Phase injiziert) und klicken Sie auf "Test starten" auf dem Computer Datenbeschaffungsprogramm sofort. Erscheinen Sie für Standards 1-3, nur einer der drei sequenziellen Gipfel auf dem Bildschirm während des Laufs (Abbildung 1).
4. Einmal 300 s vergangen, die Datenerhebung sendet eine Aufforderung zum Speichern der Datei. Sichern Sie die Daten unter einem passenden Dateinamen (z. B.STD #1).
5. Beachten Sie die Zeit in Sekunden für die Peak von jeder Studie, die bei der Ermittlung dieser Komponente verwendet wird.
6. Ziehen Sie die Spritze aus dem Septum, und wiederholen Sie den Vorgang für jede der verbleibenden Arbeitsstandards, mit der gleichen Zeit pro Chromatogramm wie aus dem ersten Lauf ermittelt.

Abbildung 1: Das Chromatogramm der 3 Komponenten. Von links nach rechts sind sie Koffein, Aspartam und Natriumbenzoat.

(6) die Proben der Diät Limonaden

Diet Coke, Diet Pepsi und Coke Zero sind die "unbekannten". Sie haben in offenen Behältern über Nacht get rid of die Kohlensäure ausgelassen worden wie Luftblasen nicht gut für die HPLC-Anlage sind. Dies beseitigt ausreichend keine Gase in den Proben.

1. Ziehen Sie etwa 2 mL die Diätsoda in einer Kunststoffspritze.
2. Legen Sie die Filterspitze auf die Spritze über Luer-Lok durch Drehen an Ort.
3. Drücken Sie die Flüssigkeit in der Spritze durch den Filter und in ein kleines Glas-Fläschchen. Dies beseitigt unerwünschte Partikel, die potenziell die Trennsäule verstopfen könnten.
4. Jede Probe mit einer gleichen Menge von VE-Wasser zu verdünnen, so sind sie bei 50 % Reinheit.
5. Injizieren Sie 100 µL der Probe in die Probenschleife, und laufen Sie Studien mit den gleichen Parametern wie die Standards.

(7) Berechnungen

1. Berechnen Sie von den Konzentrationen der Komponentenlösungen die Konzentration aller Komponenten in den Standards, basierend auf die Verdünnungen, die für die 7 Proben vorgenommen wurden.
2. Bestimmen Sie Peakflächen auf die Chromatogramme für jeden Standard und der unbekannten Proben durch die dreieckigen Methode, die Höhe Spitzenzeiten die Breite auf ½ Höhe (Abbildung 2 entspricht). Treten Sie nach der Festlegung, welchen Gipfel entspricht jede Komponente basiert auf den Zeitaufwand für die einzelnen Komponenten zu ihren jeweiligen Höhepunkt zeigen diese Peakflächen in einem Tabellenkalkulationsprogramm auf dem Computer.
3. Kalibrierkurven von Peak vs. Konzentration (mg/L) in den Normen für alle drei Komponenten zu erstellen.
4. Bestimmen der kleinsten Quadrate für jede Kalibrierungskurve passen.
5. Berechnen Sie die Konzentration der einzelnen Komponenten in der Diät-Limonaden aus der Peakflächen der HPLC-Studien für die Beispiele gezeigt. Denken Sie daran, dass die Diät-Cola, um den Faktor 2 vor dem Einspritzen in das HPLC-System verdünnt wurde.
6. Berechnen Sie die Menge in mg/L, der einzelnen Komponenten in der Diät-Limonaden.
7. Basierend auf den Ergebnissen, berechnen Sie die Milligramm der einzelnen Komponenten in der 12-Unze-Dose Soda gefunden. 12 Unzen = 354,9 mL zu übernehmen.

Abbildung 2. Ein einfaches Beispiel für einer Kurve Peakhöhe und Breite, die multipliziert werden sollen (Peakhöhe x Breite in ½ Höhe).

Die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) ist eine äußerst vielseitige Technik, bei der Komponenten eines Flüssigkeitsgemisches auf der Grundlage ihrer unterschiedlichen Wechselwirkungen mit einer stationären Phase getrennt werden.

Die HPLC ist eine Adaption der Säulenchromatographie. Bei der Säulenchromatographie ist eine Säule mit mikroskaligen Kügelchen gefüllt, die als stationäre Phase bezeichnet werden. Die Kügelchen der stationären Phase sind mit chemischen Gruppen funktionalisiert, die eine Wechselwirkung zwischen der Kugel und den Bestandteilen eines Gemisches induzieren, die sich in der flüssigen oder mobilen Phase befinden. Wenn das Gemisch durch die Säule fließt, interagieren die Komponenten unterschiedlich mit der stationären Phase.

In der HPLC wird die Säulenchromatographie mit einer höheren Flussrate und damit einem höheren Druck durchgeführt als die klassische Säulenchromatographie. Dies ermöglicht die Verwendung kleinerer stationärer Phasenkügelchen mit einem größeren Verhältnis von Oberfläche zu Volumen, was die Wechselwirkung zwischen der stationären Phase und den Komponenten in der mobilen Phase stark erhöht.

In diesem Video werden die Grundlagen der Funktionsweise der HPLC vorgestellt, indem die Trennung der Komponenten verschiedener Diät-Limonaden demonstriert wird.

Es gibt zwei Arten von HPLC, die im Labor verwendet werden: analytische und präparative. Bei der analytischen HPLC wird das Gerät verwendet, um Komponenten eines kleinen Volumens zu identifizieren, und die analysierte Probe wird dann als Abfall verworfen. Bei der präparativen HPLC wird das Instrument verwendet, um ein Gemisch zu reinigen, und eine gewünschte Menge jeder Komponente wird in Fraktionen gesammelt.

Die HPLC-Instrumentierung besteht aus einer Reihe einfacher Komponenten. Zunächst wird die mobile Phase, die in Lösungsmittelbehältern gehalten wird, von einer oder mehreren Pumpen mit konstanter Durchflussrate durch das System gepumpt. Die Probe wird durch den Probeninjektor in den mobilen Phasenstrom injiziert. Die Probe, verdünnt durch die mobile Phase, wird dann in die HPLC-Säule gegeben, wo die Bestandteile der Probe getrennt werden. Anschließend werden die Bestandteile vom Detektor analysiert und entweder in Fraktionen für die spätere Verwendung gespeichert oder in eine Abfallflasche überführt.

Die HPLC-Säule ist die Schlüsselkomponente des Systems. Es besteht aus einem Metall- oder Kunststoffzylinder, der mit mikroskaligen Kügelchen stationärer Phase oder Chromatographieharz gefüllt ist. Das Probengemisch fließt mit einer konstanten Durchflussrate durch das gepackte Partikelbett, und jede Komponente interagiert mit der stationären Phase, während sie vorbeifließt.

Die Verbindungen interagieren anders mit der stationären Phase und wandern daher mit einer unterschiedlichen Geschwindigkeit über die Länge der Säule zum Detektor. Die Zeit, die eine Komponente benötigt, um die Spalte zu verlassen oder zu eluieren, wird als Beibehaltungszeit bezeichnet. Das Ergebnis ist ein Diagramm der Retentionszeit im Vergleich zur Intensität oder ein Chromatogramm. Die Aufbewahrungszeit wird verwendet, um die Komponente zu identifizieren. Die Peakgröße, insbesondere die Fläche unter dem Peak, wird verwendet, um die Menge der Verbindung in der Ausgangslösung zu quantifizieren.

Die Wahl der stationären Phase hängt von den Eigenschaften der Komponenten in der Probenmischung ab. Die am häufigsten verwendete stationäre Phase sind Siliziumdioxidkügelchen, da es sich um ein inertes unpolares Material handelt, das mikroskalige Kügelchen bildet und eine ausreichende Packungsdichte erreicht. Die gebräuchlichste Art der HPLC ist die Umkehrphasenchromatographie, bei der eine hydrophobe stationäre Phase verwendet wird, in der Regel Siliziumdioxidkügelchen mit C18-Ketten, die an die Oberfläche der Kügelchen gebunden sind. Die Komponenten werden in der Reihenfolge abnehmender Polarität eluiert.

Die mobile Phase, die in der Umkehrphasenchromatographie verwendet wird, ist typischerweise ein Gemisch aus Wasser und einem organischen Lösungsmittel, wie z. B. Acetonitril. Je nach Probe kann die mobile Phase ein konstantes Verhältnis von Wasser und organischem Lösungsmittel aufweisen, was als isokratischer Modus bezeichnet wird. Dies kann jedoch bei hohem Wassergehalt zu breiten Peaks oder bei hohem Biogehalt zu überlappenden Peaks führen.

Das Verhältnis der beweglichen Phase kann während der Trennung auch linear oder schrittweise verändert werden, um einen mobilen Phasengradienten zu erzeugen. Eine Gradientenelution kann eine Peakverbreiterung der weniger polaren Komponenten verhindern, wodurch die Trennung verbessert und die Elutionszeit verkürzt wird.

Nachdem nun die Grundlagen der HPLC skizziert wurden, wird die HPLC-Technik im Labor demonstriert. In diesem Experiment wird die HPLC verwendet, um drei gängige Bestandteile von Diät-Limonade zu trennen und zu quantifizieren.

Um die mobile Phase vorzubereiten, fügen Sie zunächst 400 ml Acetonitril zu 1,5 l gereinigtem deionisiertem Wasser hinzu. Geben Sie dann vorsichtig 2,4 ml Eisessig hinzu. Verdünnen Sie die Lösung auf ein Gesamtvolumen von 2 l. Die resultierende Lösung sollte einen pH-Wert zwischen 2,8 und 3,2 haben.

Stellen Sie den pH-Wert auf 4,2 ein, indem Sie der Rührlösung mit einem kalibrierten pH-Messgerät 40 % NaOH tropfenweise hinzufügen.

Die mobile Phase wird durch einen 0,47-μm-Membranfilter unter Vakuum gefiltert, um die Lösung zu entgasen und Feststoffe zu entfernen, die die Säule verstopfen könnten. Es ist wichtig, die Lösung zu entgasen, da Blasen Hohlräume in der stationären Phase verursachen oder sich ihren Weg zur Detektorzelle bahnen und zu Instabilität bei Messungen führen können.

Bereiten Sie Dreikomponentenlösungen aus Koffein, Benzoat und Aspartam vor, die drei typische Bestandteile von Diät-Limonaden sind. Diese Komponentenlösungen werden dann verwendet, um die Standardlösungen vorzubereiten, die zur Bestimmung der Unbekannten verwendet werden. Bereiten Sie 500 ml der Koffein- und Benzoatlösung vor.

Bereiten Sie 100 ml der Aspartam-Komponentenlösung vor. Bewahren Sie die Lösung bei Nichtgebrauch im Kühlschrank auf, um eine Zersetzung zu vermeiden.

Bereiten Sie als Nächstes 7 Standardlösungen mit jeweils unterschiedlichen Konzentrationen von Koffein, Benzoat und Aspartam vor. Die richtige Menge jeder Komponente wird in einen Messkolben pipettiert und mit der mobilen Phase auf die 50-ml-Markierung verdünnt.

Die ersten 3 Lösungen enthalten jeweils eine Komponente, um die Identifizierung von Peaks zu ermöglichen. Die anderen 4 Lösungen enthalten einen Konzentrationsbereich aller 3 Komponenten, um die Peakhöhe mit der Konzentration zu korrelieren.

Gießen Sie jede Standardlösung in ein beschriftetes Fläschchen in einem Probenrack. Lagern Sie das Probengestell mit den Proben und den restlichen Lösungen im Kühlschrank.

Richten Sie zunächst die mobile Phase und die Abfallbehälter ein. Stellen Sie sicher, dass die Abfallleitungen in einen Abfallbehälter eingespeist werden und nicht in die mobile Phase zurückgeführt werden. Stellen Sie sicher, dass die mobile Phasenleitung des Einlasses in den mobilen Phasenbehälter eingespeist wird.

Stellen Sie sicher, dass die Flussrate der mobilen Phase auf 0,5 mL/min eingestellt ist. Diese Flussrate ermöglicht es, dass alle Komponenten innerhalb von 5 Minuten eluieren, ist aber langsam genug, um die Auflösung einzelner Peaks zu gewährleisten.

Überprüfen Sie als Nächstes den minimalen und maximalen Druck auf das Lösungsmittelzufuhrsystem. Diese Einstellungen schalten die Pumpe im Falle eines Lecks bzw. einer Verstopfung ab.

Drücken Sie "Null" auf der Vorderseite des Melders, um den Rohling zu setzen. Spülen Sie einen 100-? L Spritze mit entionisiertem Wasser, dann mit mehreren Volumina von 1 der 7 Arbeitsnormen. Füllen Sie dann die Spritze mit dieser Lösung. Beginnen Sie mit den 3 Einzelkomponentenproben, um den Peak jeder Komponente zu identifizieren.

Injizieren Sie anschließend die Lösung manuell, indem Sie den Injektorgriff in die Lastposition bringen. Injizieren Sie langsam die 100 ? L der Lösung durch den Septumanschluss.

Stellen Sie sicher, dass das Datenerfassungsprogramm so eingestellt ist, dass es Daten für 300 s sammelt, was genügend Zeit für alle 3 Peaks lässt, um durch den Detektor zu eluieren. Wenn Sie bereit sind, den Versuch zu beginnen, drehen Sie den Injektorgriff in die Injektionsposition, um die Probe in die mobile Phase zu injizieren. Klicken Sie sofort auf "Testversion starten" im Datenerfassungsprogramm. Wenn der Scan abgeschlossen ist, wiederholen Sie den Vorgang für jede der 7 Standardlösungen. Für jeden der ersten 3 Standards erscheint nur einer der 3 Peaks. Notieren Sie sich die Position des Peaks, der zur Identifizierung der Komponente verwendet wird.

Wählen Sie 3 Diät-Limonadenproben aus und lassen Sie sie über Nacht in offenen Behältern stehen, um die Kohlensäure zu entfernen.

Nach der Entgasung über Nacht ziehen Sie etwa 3 ml jeder Diätlimonade in eine Plastikspritze. Befestigen Sie dann eine Filterspitze an der Spritze und schieben Sie das Soda durch den Filter in ein Glasfläschchen, um alle festen Partikel zu entfernen.

Verdünnen Sie 2 mL jeder Probe mit 2 mL der mobilen Phase, um die Sodakonzentration um die Hälfte zu verringern.

Ziehe 100 ? L einer der Sodaproben in eine Spritze und injizieren Sie sie in die Probenschleife. Führen Sie die Testversion mit identischen Parametern wie bei den Standardlösungen durch. Wiederholen Sie den Vorgang für jede Sodaprobe.

Korrelieren Sie zunächst die Peakbereiche der Standardproben mit den bekannten Konzentrationen. Bestimmen Sie dazu die Peakbereiche auf den Chromatographen für jede Standardprobe mit der Dreiecksmethode. Berechnen Sie die Spitzenhöhe mal mit der Breite auf der Hälfte der Höhe, und verwenden Sie diesen Wert als Spitzenfläche.

Erstellen Sie unter Verwendung des Peakbereichs und der bekannten Konzentrationen eine Kalibrierkurve für jede Komponente und bestimmen Sie die Anpassung der kleinsten Quadrate für jede Kalibrierkurve.

Berechnen Sie die Konzentration jeder Komponente in den Diät-Limonaden aus den Spitzenbereichen. Denken Sie daran, dass die Limonaden vor der Injektion in die HPLC alle um den Faktor 2 verdünnt wurden. Berechnen Sie auf der Grundlage dieser Ergebnisse die mg jeder Komponente in einer 12-Unzen-Dose Limonade.

Es überrascht nicht, dass alle 3 getesteten Limonaden ungefähr die gleiche Menge des Konservierungsmittels Benzoat enthielten. Die Cola-Produkte enthielten jedoch mehr Koffein. Die berechneten Werte für alle Komponenten korrelierten gut mit den von den Herstellern angegebenen Werten.

Die HPLC ist ein äußerst vielseitiges Instrument, das in einer Vielzahl von Analysen eingesetzt wird.

HPLC wird häufig zur Aufreinigung von Peptidmolekülen eingesetzt. In diesem Beispiel wurden Transmembran-Peptidkomplexe hergestellt und dann durch oxidative Vernetzung der Proteine mit Disulfidbindungen stabilisiert.

Die Proteine wurden dann in Ameisensäure aufgelöst und mittels Umkehrphasen-HPLC gereinigt. Die Probe wurde dann mit einem linearen Gradienten aus zwei Lösungsmitteln eluiert und die Reinheit mit Massenspektrometrie bestätigt.

Die HPLC kann auch zur Identifizierung organischer Verbindungen verwendet werden, die im Labor synthetisiert wurden. Im Miller-Urey-Experiment wurde die abiotische Synthese organischer Verbindungen auf der Urerde untersucht. Urgase wie Methan und Ammoniak wurden in einen Kolben mit Wasser eingebracht, um frühe Ozeane zu simulieren. Dann wurde eine elektrische Entladung angewendet, die den Blitz auf der Urerde imitierte.

Das Wasser wurde dann mittels HPLC in Verbindung mit Massenspektrometrie analysiert und mit bekannten Aminosäurestandards verglichen. In diesem Experiment wurden 23 Aminosäuren synthetisiert und identifiziert.

Sie haben gerade die Einführung von JoVE in die HPLC gesehen. Sie sollten nun die Grundlagen zum Ausführen des Instruments und zum Analysieren der resultierenden Daten verstehen.

Danke fürs Zuschauen!