高速逆流層析(HSCCC)

高速逆流層析設計原理如圖 2-11(A)所示，中心軸呈水平方向，

螺管支持物與一行星齒輪 (planetary gear)相連與中心軸上的太陽齒 輪(sun gear)互相咬合，其運動模式為螺管支持物不僅繞著中心軸旋 轉，同時自身也以相同的角速度往相同方向旋轉。螺管支持物的同步 行星運動可防止流體導管因為旋轉產生的扭轉，如圖2-11(B)。

(2) 影響相分佈的因素

除了螺管在不同轉速下會影響兩不互溶溶劑的相分佈，此外，螺

管半徑 (r) 與公轉半徑 (R) 的比值 β 值 ( β= r/R )³⁸，也是影響的因 素。首先將較輕的一相 (靜相) 填滿管柱，令管柱旋轉，接著打入較 重的一相 (動相)，待兩相達動力學平衡後，由頻閃觀測儀可看到管 柱內的相分佈情形，如圖2-12。

在 A 位置因靠近離心力中心區域，離心力較小，阿基米得扭力 帶動兩相使得動靜相劇烈混合，為混合區 (mixing zone) ;而在 B 位置 管柱外側因離心力較大，可蓋過阿基米得扭力使得動靜相分成一明顯 界面，較輕的一相在內，較重者在外為澄清區 (settling zone)。隨著 管柱公轉，在 b、c、d 位置皆有與 a 相同的情形，表示兩相在任何位 置都可不斷進行混合與澄清。

(3) 溶劑系統的選擇³⁹

大部分溶劑系統含水，配合其他有機溶劑，相互飽和而為不互溶 的兩相，分別為動相與靜相。其成分組合視其分離條件而決定。對於 溶 劑 的 選 擇 ， 可 分 為 三 大 類 ： 疏 水 性 (lipophilic) 、 中 間 性 (intermediate)、和親水性(hydrophilic)。當使用疏水性溶劑系統時，

如正己烷/水，通常是較輕相分佈在頭端，較重相在尾端。反之，若 為親水性溶劑系統，如 2-丁醇/水，其分佈正好相反。若溶劑系統性 質在上述兩者之間，則由旋轉螺管之β值決定，β值大者，分配情形 與疏水性系統相同；β值小者，則與親水性系統相同。在高速逆流層 析中，溶劑系統的選擇有幾點必須注意：(1) 樣品在溶劑系統中有充 分的溶解度 (2) 樣品不會被分解和失去活性 (3) 適當的分配係數 (4) 良好的靜相滯留量。

(4) 影響靜相滯留量的因素

在高速逆流層析中，液體靜相在管柱中滯留的多寡影響了分離的 效果。在較高的靜相滯留量下可提高分離的解析度以及對樣品的承載 量。影響靜相滯留量及分離的因素可分為下列幾點³⁹

(a) 溶劑系統 : 在選擇溶劑系統時必須考慮溶劑極性、對溶質的選擇 性以及溶質在不同溶劑中的溶解度。一般而言，分析物在兩相間最佳 化的分配係數K 需落在 0.2 ~ 5 之間，才可達到較佳的分離效果。但 在二元溶劑系統中，要落在此範圍並不容易，因此，常藉由加入第三 種甚至第四種可溶於兩者溶劑以調和原先溶劑在極性或是界面張力 的差異。之後，再依分離需要決定動靜相。

(b) 轉速 : 在較大的轉速下，可提供較高的靜相滯留量，解析度也較 佳。

(c) 動相流速 : 較慢的動相流速，會有較佳的靜相滯留量，提高解析 度，但分離時間會變長。

(d) 流析模式：當 K 值比較大時，其樣品較容易滯留在上層相，因此 如果選用上層相來當動相，可以使樣品快速被帶出，減少層析時間；

當K 值較小時，就選用下層相來當動相。若選擇重相當動相較適合 head-to-tail 的流析模式，可提高靜相滯留量。

表2- 1 界面活性劑親水端基團

界面活性劑 親水基

陰離子型界面活性劑 (Anionic surfactant)

脂肪酸鹽 ─COONa 脂肪酸鹽 ─COONa 磺酸鹽 ─SO₃Na

磷脂鹽 ─OPO₃Na

陽離子型界面活性劑 (Cationic surfactant)

N⁺ R1 R2

R3

R4 Cl

兩性界面活性劑 (Amphoteric surfactant)

R3N⁺─CH2COO

-非離子型界面活性劑 (Nonionic surfactant)

CH₂-O-CH₂-O-CH₂-OH

表2- 2 (A) 親水、疏水基團的 HLB 參數

(B)、不同 HLB 值之界面活性劑應用範圍 .

( A )

種類 原子團 HLB 參數

─SO₄Na 38.7

─COOK 21.1

─COONa 19.1

─SO3Na 11.0

第四級胺 9.4

Ester (free) 2.0

─COOH 2.1

─OH (free) 1.9

─O─ 1.3 親水基

─OH (sorbitan ring) 0.5

─CH─ 0.475

─CH₂─ 0.475

─CH3 0.475

=CH─ 0.475 疏水基

─CF2 0.870

( B )

HLB range Applications

1~7 W/O 乳化劑

7~15 潤濕劑 (wetting agent) 8~18

O/W 乳化劑 13~15 洗滌劑 (Detergent) 15~18 加溶劑 (Solubilizer)

圖2- 1、界面活性劑分子

圖2- 2、微胞結構

( a )球形結構 ( b )雙層結構 ( c )柱狀結構 ( d )層狀結構

親水基 親油基

圖2- 3、界面活性劑濃度和溶液的物理性質

( a )微胞 ( b )反微胞

圖2- 4、微胞與反微胞環境示意圖

(a) 微胞：界面活性劑親水端向外 (oil in water) (b) 反微胞：界面活性劑疏水端向外 (water in oil)

Water oil

oil oil

oil H₂O oil

H₂O

H2O

H₂O

2O

OH

O C₁₇H₃₃OCO

CHCH₂OCOC₁₇H₃₃ C₁₇H₃₃OCOH₂C

圖2- 5、界面活性劑 Span 85 結構圖

圖2- 6、液相-液相層析方法 (A) 傳統步驟式液相萃取。

(B) 逆流萃取 (CCE)，兩相都是動相，分別往反方向移動。

(C) 液相-液相層析 (LLC)，靜相是以固體支持物滯留在管柱中。

(D) 逆流層析 (CCC)，靜相滯留不需固體支持物 (Support-free)，

而是以重力場、離心力場將靜相滯留在管柱中。

Un U4 U3 U2 U1 U0

L1 L2 L3

A

B

D C

………

樣品注入 固體支持物 液相

(A) (B)

圖2- 7、流體靜力平衡 (HSES)示意圖 (A) 靜相為下層相，動相為上層相 (B) 靜相為上層相，動相為下層相

(A)

(B)

圖2- 8 (A)、抽取河水的螺旋裝置示意圖 (B)、螺旋管柱裝置模型

圖2- 9、螺旋管柱中的輕重兩相移動情形

圖2- 10、反扭轉機構轉動系統 Bring Container to

Central Axis

Bring Container to Central Axis

行星軸同步

圖2- 11、高速逆流層析的旋轉機構

(A) 螺管支持物不僅以角速度 ω 繞著中心軸旋轉，同時也以相同的角 速度往相同方向旋轉

(B) 螺管支持物的同步行星運動可防止外接流體導入管與導出管發 生扭轉現象

圖2- 12、Ⅳ型同步行星式逆流層析的混合在管柱內的分佈情形

A B