복잡한 분리에는 컬럼 충전제의 선택성이 가장 큰 영향을 미치지만 정제를 목표로 하는 분리법을 개발할 때 가장 효율적 방법은 우선 빠른 스카우팅 그래디언트로 생성되는 샘플 분리를 최적화하는 것입니다. 스카우팅 그래디언트의 목표는 컬럼에서 관심 화합물을 용리시키는 데 필요한 대략적인 용매 농도를 결정하는 것입니다. 스카우팅 그래디언트는 일반적으로 동일한 강용매 농도(2–10%)에서 시작해 25%, 75%, 50% 및 90–95%까지 선형으로 증가합니다.
실행 |
그래디언트 시작 % B |
그래디언트 끝 % B |
빠른 그래디언트 1 |
2–10% |
90-95% |
빠른 그래디언트 2 |
2–10% |
75% |
빠른 그래디언트 3 |
2–10% |
50% |
빠른 그래디언트 4 |
2–10% |
25% |
스카우팅 그래디언트가 완료되면 다음 단계로 이동하기 전에 다음과 같은 일련의 질문을 통해 결과를 검토하고 평가합니다.
스카우팅 그래디언트가 적절한 결과를 제공하지 못하는 경우, 포커싱 방법을 통해 최적화하거나, 또 다른 방법으로 pH, 용매 또는 기타 크로마토그래피 변수를 조절하여 분리를 완전히 수정할 수 있습니다.
관심 화합물에 대해 탁월한 분리능을 제공하는 스카우팅 실행은 강용매와 약용매의 조성을 조절하여 최적화할 수 있습니다. 조성은 일정하게 유지되거나(등용매) 주어진 단위 시간 또는 컬럼 부피에 따라 변할 수 있습니다(그래디언트).
등용매 분리에서는 약용매와 강용매가 단위 시간에 일정한 비율로 유지됩니다. 등용매는 분석 작업자가 오프라인으로 준비하거나 다양한 용매를 미리 결정된 일정한 속도로 비례 배분할 수 있는 HPLC 펌프를 사용하여 온라인으로 혼합할 수 있습니다. 시스템 사이에서 분석법을 이전할 때 드웰부피(dwell volume)로 인한 머무름 시간의 영향을 무시할 수 있기 때문에 이 용리 모드는 편리하고 일관되며 강력합니다.
등용매 용리는 여러 가지 단점이 있으며 일부 분리에는 적합하지 않을 수 있습니다. 초기 용리 피크의 불량한 분리, 피크 테일링으로 인한 대칭성 감소, 띠 넓어짐으로 인한 감도 감소, 강하게 머무르는 화합물의 축적으로 인한 컬럼 오염 문제를 비롯해 고유한 문제가 있습니다.
역상 또는 이온 교환의 그래디언트 분리에는 일반적으로 분석 과정에서 유기 용매를 꾸준히 증가시키기 위해 이동상을 온라인으로 혼합하는 과정이 포함합니다. 용매 강도가 낮을때 그래디언트 시작 시점에서 분석 물질은 고정상으로 분할되거나 컬럼 헤드에 남아 있습니다. 용매의 강도가 증가함에 따라 분석 물질은 이동상으로 이동하여 컬럼을 따라 이동하여 최종적으로 용리됩니다.
그래디언트 용리는 광범위한 소수성을 가진 분석 물질을 합리적인 시간 내에 분리할 수 있다는 장점을 제공합니다. 추가적인 장점으로는 피크 분리능 향상, 및 피크 높이가 높아짐에 따른 감도의 증가를 들 수 있습니다. 또한 실행이 끝나는 시점에 컬럼에서 강하게 머무르던 성분이 씻겨나갈 때 컬럼 열화가 완화됩니다.
그래디언트 용리를 사용할 때의 단점도 있습니다. 파동이 없는 일관된 온라인 그래디언트 혼합이 필요하므로 고가의 펌프 장비가 필요한 경우가 많습니다. 또한 일부 이동상을 특정 조합으로 혼합하는 경우 침전이 발생할 수 있습니다. 사후 그래디언트 재평형으로 인해 실행 시간이 길어질 수 있으며 기기마다 Dwell 시간(Vd)의 차이로 인해 적절한 보정이 없으면 분석법 이전 시 문제가 발생할 수 있습니다.
선형 그래디언트는 실행 전체에 걸쳐 강용매 조성이 지속적으로 증가하면서 진행됩니다. 이는 빠른 선별 검사 실험에서 관심 피크를 용리시키는 용매 비율을 신속하게 결정하고 실행 시간을 합리적으로 짧게 유지하여 더 짧은 시간에 용리시킴으로써 용매 비용을 줄이고자 하는 경우 종종 이용됩니다.
분할 그래디언트는 각각 다른 기울기 또는 경사를 가진 일련의 선형 그래디언트의 조합입니다. 완만한 부분은 관심 화합물이 분리되었음을 나타내는 반면 가파른 부분은 분리 후 세척과 같이 고분리능이 필요하지 않은 크로마토그램 영역을 나타냅니다.
포커싱 그래디언트는 일반적으로 분할 그래디언트보다 더 짧고 더 과장되어 보입니다. 일반적으로 주입 직후에는 용매 강도가 매우 낮습니다. 그런 다음 관심 화합물의 용리에 필요한 용매 비율보다 2-5% 낮은 수준에서 빠르게 증가합니다(즉, 22% 용리 농도 - 2% = 20% 완만한 시작 그래디언트). 그런 다음 완만한 그래디언트는 빠른 스카우팅 그래디언트 분리에서 결정된 기울기 약 1/5에서 진행되어 최종적으로 관심 화합물의 용리 농도보다 2–5% 높은 범위에서 끝납니다(즉, 22% + 2% = 24% 완만한 정지 그래디언트). 마지막으로 용매의 비율이 빠르게 증가하여 컬럼에서 나머지 샘플 성분을 세척합니다.
다음 계산을 사용하여 샘플을 빠른 스카우팅 그래디언트로 분석한 후 관심 화합물에 대한 포커싱 그래디언트를 생성할 수 있습니다. 각 수식 뒤에는 이론적인 예가 나옵니다.
먼저, 스카우팅 그래디언트 실행에 사용된 기기에 대해 시스템 드웰부피(dwell volume)를 결정해야 합니다. 드웰부피(dwell volume) 결정에 대한 지침은 이 입문서의 “드웰부피(dwell volume) 결정” 섹션에서 찾을 수 있습니다. 또는 다음의 웹사이트에 있는 “분석-분취 그래디언트 계산기" 응용 도구에서 찾을 수도 있습니다:www.waters.com/prepcalculator
또한 스카우팅 실행에 사용된 컬럼에 대한 컬럼 부피도 결정해야 합니다. 실린더 부피 V = πr²h를 사용하고 충전제가 차지하는 부피를 보정하여 이를 계산할 수 있습니다(예: V = πr²h(66%)). “분석-분취 그래디언트 계산기” 응용 도구를 사용하여 이 계산을 수행할 수도 있습니다.
수식 1: 컬럼 부피
컬럼 부피 = π r² x 높이 x 사용 가능한 이동상의 66%/1000, mm³를 mL로 변환
예:
CV = 3.14 x (4.6mm/2)² x 50mm x 0.66/1000
CV = 548mm³ = 0.548mL
수식 2: 그래디언트 형성과 검출기 사이의 오프셋 부피
오프셋 부피 = 시스템 부피* + 컬럼 부피
*시스템 부피 또는 드웰부피(dwell volume)
예:
차오프셋 부피 = 1.04mL + 0.548mL
오프셋 부피 = 1.588mL
수식 3: 검출기까지의 시간
검출기까지의 시간 = 오프셋 부피(mL)/유량(mL/분)
예:
검출기까지의 시간 = 1.588mL/1.5mL/분
검출기까지의 시간 = 1.06분
수식 4: 용리 농도가 형성된 시간
용리 농도가 형성된 시간 = 관심 피크 머무름 시간 – 검출기까지의 시간 – 그래디언트 유지
예:
용리 농도가 형성된 시간 = 6.0분 – 1.06분 – 0.0분
용리 농도가 형성된 시간 = 4.94분
수식 5: 퍼센트 용리 농도
% 용리 농도 = 용리 농도가 형성된 시간/길이 스카우팅 그래디언트 세그먼트 x 스카우팅 변경 + 초기 스카우팅 그래디언트 %
예:
% 용리 농도 = 4.94분/6.0분 x 90% + 5%
% 용리 농도 = 79.1%
수식 6: 컬럼 부피(CV)의 수
# 컬럼 부피 = 1 컬럼 부피/mL x 유량 mL/분 x 길이 스카우팅 그레디언트 세그먼트
예:
# CV = 1 CV/0.548mL x 1.5 mL/분 x 6분
# CV = 16.4
수식 7: 스카우팅 그래디언트 기울기
스카우팅 그래디언트 기울기 = 스카우팅 그래디언트 변화 %/# 컬럼 부피
예:
스카우팅 그래디언트 기울기 = (95% – 5%)/16.4 CV
스카우팅 그래디언트 기울기 = 5.49%/CV
수식 8: 포커싱 그래디언트 기울기
포커싱 그래디언트 기울기 = 1/5 x 스카우팅 그래디언트 기울기
예:
포커싱 그래디언트 기울기 = 1/5 x 5.49%/CV
포커싱 그래디언트 기울기 = 1.1%/CV
포커싱 그래디언트 세그먼트는 예상 용리 백분율보다 5% 아래, 3-5% 위로 생성됩니다. 예를 들어 용리 백분율은 79%입니다.
수식 9: 포커싱 그래디언트 세그먼트의 시간 길이
포커싱 그래디언트 세그먼트의 시간 길이 = % 범위 x (1/스카우팅 그래디언트 기울기) x 컬럼 부피 x (1/유량)
예:
포커싱 그래디언트 세그먼트의 시간 길이 = (79%+5%) - (79%-5%) x (1/1.1%) x (0.548mL) x (1/1.5mL/분)
포커싱 그래디언트 세그먼트 시간 길이 = 3.32분
마지막 단계는 이전 수식에서 계산된 값을 사용하여 포커싱 그래디언트를 작성하는 것입니다.
시간(분) |
유량(mL/분) |
용매 |
|
%A |
%B |
||
0 |
1.5 |
95 |
5 |
7 |
1.5 |
5 |
95 |
8 |
1.5 |
5 |
95 |
9 |
1.5 |
95 |
5 |
시간(분) |
유량(mL/분) |
용매 |
|
%A |
%B |
||
0 |
1.5 |
95 |
5 |
1 |
1.5 |
26 |
74 |
4.32 |
1.5 |
16 |
84 |
6 |
1.5 |
5 |
95 |
7 |
1.5 |
95 |
5 |
스카우팅 그래디언트