逆流色譜的原理和發展

　　逆流色譜的原理和發展

　　原文：F.Edward Chou

　　The Principles and Development of Countercurrent Chromatography

　　逆流色譜的原理和發展

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

　　液液萃取為化學家們分離大量的化學物質提供了一個簡單的方法，而且使用的溶劑最少。把樣品溶在兩相溶劑系統中，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鍵。

　　這種經典的液液萃取在色譜工作者看來，最大的缺點是它在分離過程中只有一個理論塔板數。(事實上，這種情況下沒什么理論可言。這一個分離塔板數是源自于工業上的分餾。

　　因此，化學工作者要么設計一合適的單步分離方法去適應自己的需要，要么就用多次液液萃取去提高分離度。

　　通常使用前者，因為后者太麻煩了。(盡管多次液液萃取經常用到，但溶劑系統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，以經過許多的嘗試。克雷格逆流分布儀是其中一個最引人注意的突破。

　　這套精妙的儀器，把一系列的分液漏斗有效的排成鏈，重復的進行系列的步驟：

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

　　液滴逆流色譜(DCCC)

　　在發展過程中又開發出了液滴逆流色譜(Droplet CounterCurrent Chromatograph)。這個儀器把一系列垂直的管子用毛細管連接起來。液體固定相留有直管中，把流動相慢慢的泵進去，(如果流動相比較重就從上方泵進去;反之，則從下方)。象所有的色譜那樣，組分比較容易溶于流動相中的就移動的快;而比較容易溶于固定相中就滯后了。于是就分離開來了。很顯然，每一個直管只有最小可能的理論塔板數。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：把樣品液滴與流動相混合，通過不移動的固定相，期間沒有發生振搖。液滴的大小與其他溶劑系統的參數限制了溶質在兩質中的分配。靜置最終在直管末端形成，在這兒，流過固定相的流動相在通過毛細管進入下一根直管前先聚集起來。如果流速過高就會干擾靜置并破壞了分離。通過毛細管，流動相從一個直管流入下一個直管，達到分離的目的。DCCC最大的弱點是可允許的流速太低，因此分離時間長，兩相混合差，相對來說，造成效率就低了。

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

　　比 DCCC進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管(用多性塑料制成多層的)。一套實用的儀器包含數以千計的直管，可以獲得幾百個理論塔板數的效能。CPC的缺點和DCCC相似，只是用離心代替了地球重力分離。另外，CPC還多了個缺點，就是它在流動相的進口和出口必須使用旋轉流體密封件;而這些密封件性能不好，價格又高，容易損耗，并且限制了泵液的壓力，進而限制了流速和離心速度。

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

　　現代的CCC源于Dr.Yoichiro Itod(國家健康研究中心)的研究：行星離心分離機，及其能支持的許多可能的柱幾何學。這些巧妙的儀器運用了鮮為人知的離心分離機定子與轉子非旋轉連接的方法。(這超出了當前的討論范圍，涉及到如何達到這一目的的方法，任何一本討論CCC的書對此都有詳細的闡述)。功能上，高速逆流色譜有能自轉和公轉的螺旋盤繞的惰性管(既進行繞自軸旋轉的行星式旋轉，又同時進行繞公軸旋轉。)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。這兩種旋轉造成螺旋盤繞管中作令人昏亂的運動的液體產生混合區和靜置分層區。這就為色譜形成造就了非常好的分離環境。