一种溶剂,从头到尾
跑一根柱子最简单的办法,是把流动相一次性配好,定下配方,然后再也不去碰它。也许它是60%的水加40%的有机溶剂,自始至终都是这样。由于流动相的强度在整个运行过程中保持不变,我们把这叫作等度洗脱——其希腊语词根的意思是“等强度”。泵只是一分钟又一分钟地推送着同一种混合液。
等度运行只要行得通,就非常美妙:它简单、便宜、可重复,而且一份样品一跑完,柱子立刻就能再跑下一份。如果你的混合物只有寥寥几个性情温和的组分,挑一个合适的溶剂强度就大功告成。许多日常的质量控制方法正是出于这个原因,安安心心地采用等度。
为什么单一强度有时会失灵
现在想象一种更难对付的混合物:有些组分非常亲水,有些非常油腻,还有很多介于两者之间。挑一种弱的(以水为主的)流动相,亲水的那些会分得漂漂亮亮——可油腻的那些几乎会永远黏在柱子上,得花好几个小时才慢慢爬下来,如果它们最终爬得下来的话。挑一种强的(含更多有机溶剂的)流动相,油腻的那些会爽快地冲出来——可这下亲水的那些全挤在最前面一起蹦出来,糊成了一团分不开的东西。
上涨的潮水:梯度洗脱
脱身之道,是不再把强度固定住。相反,让运行从弱开始,随着时间推移慢慢把流动相变强——泵稳稳地往里掺入越来越多的有机溶剂。这种在运行过程中有计划地改变流动相强度的做法,就是梯度洗脱。在反相HPLC里,“更强”不过是指“更油腻”,也就是有机溶剂更多、水更少。
想象潮水正一点点漫上沙滩。一开始,水又浅又弱,先轻轻托起最轻的东西——那些亲水的组分,因为早期的流动相很温和,它们分得干干净净。随着潮水上涨,水变得足够强,把更重、更油腻的组分也托起来、冲走——但要到后面,等容易的那些已经安全离场之后才发生。每一个组分,都恰好在潮水涨到它那个强度的那一刻被撬松。
在色谱图上的回报十分惊人:那些原本要么挤在最前面糊成一团、要么永远消失在末端外的峰,现在都摊开成了一排整洁、间距均匀的峰。一次等度要跑好几个小时的分离,用梯度几分钟就能跑完,每个组分都获得了属于自己的干净峰和一个合理的保留时间。
潮水的代价
梯度很强大,但并非免费。等潮水完全涨满之后,你还不能马上开始下一份样品——你得先把强溶剂排出去,把柱子重新灌回到弱的起始状态。这个再平衡的步骤,会在两次运行之间耗掉时间。梯度系统还需要一台更讲究的泵,能够即时把两种溶剂混合,而且其结果在不同实验室之间要做到完全重现,也要略难一些。
两件工具,一个目标
等度与梯度并不是对手;它们是同一台仪器上的两个挡位,根据眼前的样品来选用。无论选哪一个,目的都和每一次分离一样:把一团缠在一起的混合物拆成你能命名、能测量的一个个峰。等度要求柱子用一种固定的溶剂去完成这件事;而当一种固定溶剂实在应付不了那么大的跨度时,梯度就给柱子借来一股上涨的潮水来帮忙。