HPLC 분석에서 흔히 발생하는 문제 중 하나는 피크 모양의 변화입니다. 피크는 가우스 모양에 따라 대칭을 이루는 것이 이상적입니다 [D. R. Stoll, LC-GC N. Am. 39 (2021), pp. 353–362]. 피크의 대칭성은 그림 1에 표시된 것처럼 USP 테일링 인자(T)의 계산을 통해 정량화할 수 있습니다. 테일링 인자가 1이면 완벽한 대칭성을 나타내며, 1보다 작은 값은 프론팅, 1보다 큰 값은 테일링이라고 합니다. 많은 분석법에서는 모든 피크의 테일링 인자가 지정된 한계치보다 작아야 한다는 요구 사항을 명시하고 있습니다. 테일링 인자가 높으면 서로 가까이 용리되는 피크의 분리능을 감소시켜 피크의 적분을 더 어렵게 만들 수 있습니다. [D. R. Stoll, LC-GC N. Am. 39 (2021), pp. 353–362].
기존의 분석법을 사용하여 샘플 배치를 분석하는 경우, 일련의 주입에 따라 피크의 모양이 변화하는 경우가 있습니다. 이로 인해 테일링 인자가 요구 사항을 충족하지 못할 수 있습니다. HPLC 시스템, 이동상, 샘플, 컬럼 문제를 포함하여 이러한 문제를 유발하는 요소는 몇 가지가 존재합니다 [J. W. Dolan and L. R. Snyder, Troubleshooting LC Systems, Springer Science+Business Media, New York, 1989, pp. 385–420]. 문제 해결을 위한 좋은 출발점은 크로마토그램을 주의 깊게 분석하여 피크 모양의 변화가 모든 피크에서 나타나는지 혹은 일부 피크에서 나타나는지 관찰하는 것입니다. 후자의 경우, 피크가 변화한 분석 물질의 특성을 살펴보고 피크가 변화하지 않은 분석 물질과 그 특성이 어떻게 다른지 확인합니다. 문제가 발생한 분석 물질은 염기성 또는 산성이지만 다른 분석 물질은 그렇지 않습니까? 그렇다면, 원인은 고정상의 표면 전하 변화 또는 이동상 pH의 변화에 있을 수 있습니다. 피크의 모양 변화를 나타내는 분석 물질은 염기성이지만 다른 분석 물질은 염기성이 아닌 경우, 역상 분석법에서 이러한 문제가 발생하는 근본적인 원인 중 하나는, 고정상에서 말단 캡핑기의 손실로 인한 실라놀기 농도의 증가일 수 있습니다. 염기성 입자의 이온화된 실라놀기는 염기성 분석 물질에서 피크 테일링이 발생하는 일반적인 원인입니다 [D. V. McCalley, Chem. Comm. 59 (2023), pp. 7887–7899].
크로마토그램의 모든 피크가 유사한 피크 모양 변화를 보이는 경우, 이러한 현상이 발생하는 원인 중 하나는 컬럼과 HPLC 시스템을 연결하는 튜브의 이탈일 수 있습니다. 이는 손가락으로 조이는 PEEK 피팅(Fitting)을 사용할 때 발생할 수 있습니다. 또 다른 가능한 원인은 컬럼에 빈 공간이 있는 경우로, 이러한 빈 공간은 컬럼이 급격한 압력 변화에 노출되었을 때, 혹은 고정상 지지 입자의 가수분해를 초래하는 pH나 온도 조건에서 발생할 수 있습니다. 이는 실리카 기반 컬럼을 염기성(pH>7) 이동상, 특히 고온(> 30°C)에서 사용할 때 일반적으로 발생하는 현상입니다. [J. J. Kirkland, M. A. van Straten, H. A. Claessens, J. Chromatogr. A 691 (1995), pp. 3–19., H. A. Claessens, M. A. van Straten, J. J. Kirkland, J. Chromatogr. A 728 (1996), pp. 259–270]. 세 번째 잠재적인 원인은 HPLC 시스템이나 컬럼에 샘플 매트릭스의 성분이 축적되었기 때문일 수 있습니다. 대부분의 샘플에는 단백질, 지질, 다당류 및 계면활성제와 같이 시스템 및 컬럼 표면에 침전되거나 강하게 흡착될 수 있는 성분이 포함되어 있습니다. 이러한 성분이 시스템이나 컬럼 표면에 축적되면 흐름 분포를 방해하여 모든 피크의 피크 모양에 변화를 초래할 수 있습니다.
그림 2에 표시된 크로마토그램을 참고할 때, 초기 크로마토그램에는 1.01에서 1.09 사이의 양호한 테일링 인자를 가진 5개의 피크가 표시됩니다. 200회에 달하는 샘플 주입 후의 크로마토그램은 5개의 피크 모두에서 테일링 인자가 1.61에서 1.97 사이로 증가했음을 나타냅니다. 컬럼의 역압은 200회 주입 시 약간의 증가(3.5%)를 보였습니다.
분석 물질은 분리 조건에서 모두 중성이므로, 고정상 표면의 실라놀기 농도 변화는 테일링 피크의 원인이 될 수 없습니다. 이동상에는 물과 아세토니트릴만 포함되어 있으며 컬럼의 온도는 40°C이므로, 컬럼에 빈 공간이 발생했을 가능성은 없습니다. 컬럼에 샘플 매트릭스 성분이 축적된 것은 아닐까요? 샘플에는 단백질뿐만 아니라 지방과 당도 포함되어 있습니다. 이 예시에 사용된 컬럼에는 분리 가능한 일체형 가드 컬럼이 있었습니다. 가드 컬럼을 새것으로 교체하자, 하단의 크로마토그램에 나타낸 대로 5가지 성분 모두에 대한 테일링 인자가 1에 가까운 값으로 회복되었습니다. 이를 통해, 피크 테일링의 원인은 가드 컬럼에 샘플 매트릭스 성분이 축적되었기 때문임을 확인할 수 있습니다. 컬럼에 침전되거나 강하게 흡착될 수 있는 매트릭스 성분이 포함된 샘플을 분석 시, 가드 컬럼을 사용하면 상대적으로 저렴한 비용으로 컬럼의 수명을 늘릴 수 있습니다. 이 예시에서 볼 수 있듯이, 피크 모양 문제의 근본 원인을 파악하기 위해서도 유용한 도구라 할 수 있습니다.