峰拖尾(Peak tailing)是液相色谱分析中的最常见问题之一。峰拖尾可以引起分离度降低,灵敏度减弱,精密度和定量变差。引起拖尾的因素有很多,大致可以从以下几个方面考虑。

一、 被分析物与色谱柱间次级相互作用

一般在方法开发阶段遇到这种情况。以反相色谱为例,良好的色谱分离,样品分子仅以单一的作用被保留,即疏水相互作用。但是硅胶基质填料的色谱柱,某些化合物还能与硅醇基相互作用,就是次级相互作用。这种相互作用一般是发生在带正电荷的碱性化合物与带负电荷的色谱柱表面硅羟基之间的离子交换。当流动相的 pH 值大于 4.5-5.0 时, 色谱柱表面的硅羟基会带负电荷,因此解决这类峰拖尾的最有效方式是降低硅羟基或化合物的活性和离子化。

1、分析碱性化合物可以在流动相中添加三乙胺(TEA)作为减尾剂,TEA 与碱性化合物竞争结合硅羟基,用于消除分析物与残留硅羟基间的相互作用(如图 1),对比添加 TEA 后的峰形,可以看到拖尾明显改善。


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图 1

提高流动相 pH 值,在高 pH 条件下,未带电的碱性化合物将不与硅羟基相互作用可以获得出色的峰形。图2显示了高 pH 下ZORBAX Extend-C18 可增加碱性化合物的保留及改善碱性成分峰形。碱性化合物一般调至高于 pKa 以上 2 个 pH。在高 pH 条件下,色谱柱将由于硅胶的溶解而失效。安捷伦 ZORBAX Extend-C18 和 Poroshell HPH 独特的设计可用于高 pH 值,最高可用于 pH 值为 11.5 的条件下。


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图 2

色谱柱: ZORBAX Extend-C18, 4.6 x 150 mm, 5 mm
流动相: 30% 缓冲液: 70% MeOH pH 7缓冲液 20mM Na2HPO4 ,pH 11缓冲液 20 mM TEA
流速: 1.0 mL/min; 温度: RT; 检测器: UV 254 nm

2、酸性化合物拖尾则需要降低流动相的 pH 值,尽量使酸质子化,可以通过向流动相中加入竞争的有机酸, 如图 3,我们已经使用 0.1% 三氟乙酸 (TFA) 得到了比较好的结果,并且这种添加剂具有比较低的紫外截止波长。


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图 3

3、提高流动相中缓冲盐的浓度,抑制离子作用

4、在流动相中添加离子对试剂

反相流动相中一般加入 0.003-0.1mol/L 的离子对试剂,改善峰型和增加化合物保留。

5、选择高纯羟基化硅胶色谱柱和封端柱

安捷伦 ZORBAX 及 Poroshell 120 柱使用的低酸性超纯 (99.995%) 硅胶,硅胶中的痕量金属更低,可以减少或消除这些硅醇基的相互作用(如图 4)。双重封端技术的色谱柱,因此它可以通过覆盖色谱柱表面上尽可能多的残留硅羟基以消除可能的硅羟基副作用,从而减少峰拖尾。


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图 4
流动相:5% 丙醇的庚烷溶液 流速 2.0ml/min

二、干扰共流出峰

新方法开发的过程中,基质复杂的样品分析,有时候并不是真正的拖尾,而是由于两个组分未分开所致,也叫假拖尾。通常表现出标准品的峰正常,被测样品的峰变宽或拖尾。用二极管阵列检测器查看光谱图也能辨别峰纯度。解决办法是调节流动相组成以改善选择性或选择新的固定相,改善样品净化。图 5是用反相 C18 柱分析马萘雌酮、马烯雌酮和雌酮的同系物,通过调整流动相组成改善分离效果。


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图 5

(a)甲醇-水(35:65);(b)甲醇-水(20:80);(c)甲醇:0.001mol/L 磷酸二氢钾(50:50)


三、色谱柱污染

如方法已经建立,在开始时没问题,在使用一段时间后出现这个问题,可能是由于污染引起的。这时需要对色谱柱加强冲洗,即使用比方法流动相更强的溶剂冲洗色谱柱。

四、保护柱失效

如果样品基质比较脏,使用一段时间之后,发现的峰型变差等问题,很有可能是保护柱失效造成的。一般粗略判断标准,塔板数、压力或分离度的改变超过 10%,就需要更换保护柱了。保护柱是消耗品,建议直接更换,不需要再生。

五、进样体积太大或浓度太高

当进样量超过柱子的容量,样品峰会呈现拖尾,严重会出现三角峰。由样品过载引起的峰拖尾的,解决方案就是减少进样量,如图 6。这种问题一般在使用小体积色谱柱是表现更为明显,所以色谱柱方法从常规 250mm 或 150mm 长色谱柱转化到体积较小的快速分析柱时,进样量要按照柱体积的减小的比例而减小。


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图 6

六、死体积

接头连接不正确 —— 如果色谱柱在使用过程中发现每个峰的峰形都出现问题,要考虑是否有大的死体积。先考察是否有连接问题。

管线可能太长或太短——这种情况可能导致渗漏或峰拖尾/分裂,如图 7所示。如果管线太长,密封圈位置不当,将发生渗漏。如果管线推出的距离不够,将会产生一段死空间,形成混合腔,导致柱外体积,使峰形变坏。如果您使用的是不同厂商的色谱柱,一定要确保使用正确的接头,并保证色谱柱末端接头位置正确。


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图 7

较大的柱外死体积会导致峰形扩展和峰拖尾,图8中对比了增加额外体积为 50ul 的管线,明显看到所有的峰都拖尾。建议优化系统的连接管线,更换为较短管线;如果使用的是高效柱,将内径 0.18 mm 的绿色管线换成内径 0.12 mm 的红色管线。


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图 8

七、色谱柱键合相流失或塌陷

如果流动相 pH 超标或在色谱柱 pH 耐受范围临界点附近长时间使用,是比较容易造成硅胶填料溶解塌陷。如果出现色谱柱塌陷,您会看到色谱图中的每个峰峰形都会发生变化(峰拖尾、展宽或分叉)如图 9,这类问题很难修复,短时间内可以反方向运行,建议直接更换色谱柱。日常使用的过程中注意将温度降低到 40 ℃ 以下,特别是使用高 pH 流动相时;使用高温兼容色谱柱,如立体保护的硅胶柱、混合型柱、聚合物柱、氧化锆柱等。使用特别适合在较高 pH 下操作的高覆盖率或双交联固定相(比如,ZORBAX Extend-C18),或使用聚合物、混合型或氧化锆反相柱。


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图 9

(a)正常;(b)(c)柱塌陷

八、金属络合作用

某些分析物具有易于与金属进行螯合的结构。筛板或柱壁上的金属可能与其发生相互所用,形成螯合物,表现出明显的拖尾。用磷酸冲洗有助于解决这一问题。

如何肯定峰拖尾是由于金属络合而引起的?只要辨别 N 或 O 原子上的孤对电子能否与金属螯合并形成 5 或者 6 元环。金属络合物是一个普遍被忽视的峰拖尾成因,每个 HPLC 系统中都存在金属。

图 9 中经过酸洗后,我们得到了一个较尖锐的色谱峰,化合物 2 的拖尾因子得到了改善。ZORBAX StableBond 柱可以接受 1% 的磷酸冲洗,因为该色谱柱采用了在酸性条件下稳定的设计。如果您使用的是 Eclipse-XDB、Eclipse Plus,或其它为中等 pH 范围而设计的封端柱,酸浓度应减为 0.5%。

如果流动相 pH 超标或在色谱柱 pH 耐受范围临界点附近长时间使用,是比较容易造成硅胶填料溶解塌陷。如果出现色谱柱塌陷,您会看到色谱图中的每个峰峰形都会发生变化(峰拖尾、展宽或分叉)如图 9,这类问题很难修复,短时间内可以反方向运行,建议直接更换色谱柱。日常使用的过程中注意将温度降低到 40 ℃ 以下,特别是使用高 pH 流动相时;使用高温兼容色谱柱,如立体保护的硅胶柱、混合型柱、聚合物柱、氧化锆柱等。使用特别适合在较高 pH 下操作的高覆盖率或双交联固定相(比如,ZORBAX Extend-C18),或使用聚合物、混合型或氧化锆反相柱。


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图 10

九、 色谱柱性能下降

在您使用色谱柱时,会用其分析各种目标物、使用各种流动相并分离不同的样品基质,经过长时间的使用,色谱柱会受到这些物质的影响发生一些微妙的变化,从而引起峰拖尾、分叉或保留时间的改变。在使用新色谱柱时保留其测试样品色谱图非常重要,在使用一段时间后进行比较,就能发现性能上的变化。如果分离度下降导致不能进行良好定量,这根色谱柱就应该丢弃并更换了。