快速了解 HPLC 高效能液相層析法原理與應用

序言：HPLC的多元應用

高效能液相層析法 (High Performance Liquid Chromatography, HPLC) 是化學分析領域中一項極重要的層析分離技術。憑藉其優異的靈敏度與分析多樣性，HPLC 已被廣泛應用於藥物分析、食品科學、環境監測和生命科學等眾多領域且是不可或缺的重要工具。

基礎運作原理

HPLC是一種用於分離、鑑別和定量混合(複雜)物質中各成分的分析技術。分析過程中，待測物樣品 (溶解於移動相) 被高壓幫浦推送通過層析管柱(固定相)。當樣品通過層析管柱時，樣本中的各種成分 (分析物) 會與固定相發生不同程度的相互作用，從而實現分離。簡而言之，某些分析物與固定相的相互作用強烈，因此會在管柱中滯留更長時間；反之，相互作用較弱的分析物則會更快通過。完成分離後，樣品流經一個或多個偵測器，這些檢測器設計用於依據不同的物理或化學特性 (如對紫外光、可見光、螢光的吸光能力、折射率、電導度或分子質量等) 對分析物進行濃度定量和定性鑑別分析。

層析管柱和其影響因素

層析管柱係 HPLC 技術之核心，其決定層析分離能力、解析度和準確性。層析管柱主要由柱體和填充材組成。填充材通常是矽膠或其他高度多孔隙的材料，而柱體通常由不銹鋼或其他化學性質穩定的材料製成。管柱的選擇受多個因素影響，包括填充材類型、顆粒大小、管柱長度和管柱內徑、所需樣品進樣量及使用條件(如移動相pH、溫度等)。此外，層析管柱為 HPLC 中的消耗品故使用耐用性亦是對使用者於成本考量上的一大要素。

移動相特性與選擇

移動相是HPLC技術中另一關鍵要素，它是用於在分析過程中運輸樣品中分析物的溶液或液體。移動相的選擇對於分離和分析的效果至關重要，因此需要仔細考慮不同類型的移動相以滿足特定的分析需求。移動相可以是單一溶劑，也可以是混合溶劑。常見的單一溶劑包括去離子水、乙腈和甲醇等；混合溶劑是指由兩種或多種溶劑混合而成的溶劑。混合溶劑可以根據分析要求進行調整，以獲得最佳的分離效果。移動相的性質對分離過程具有重要影響。移動相可以分為極性和非極性兩大類。極性移動相通常用於分析極性化合物，而非極性移動相適用於非極性化合物。此外，緩衝溶液可以用於調整溶液的 pH 值，以優化分離。

偵測器的影響與選擇

偵測器於HPLC技術中扮演關鍵角色，負責對經層析分離後之分析物進行濃度定量和定性鑑別分析。偵測器的選擇影響分析結果的準確性、靈敏度和應用範圍。HPLC 可搭配使用的偵測器種類繁多，常見如紫外-可見光吸收檢測器 (UV-Vis detector)、螢光檢測器 (Fluorescence detector)、折射率偵測器 (Refractive Index Detector)、質譜儀 (Mass spectrometry)等，各種偵測器具有特定的應用領域和靈敏度。因此，選擇上應以待測物之性質、樣品複雜性與濃度範圍、經濟效益和實用性進行考量。

適用的樣本類型

HPLC可用於多種不同類型的樣本的分析，包括液體、固體、複雜生物樣本等。然而，對於固體和複雜樣本，樣品需要經過預處理步驟，如過濾、萃取、稀釋等處理流程，以轉化為適合 HPLC 分析的液體樣本。這些處理步驟有助於去除不需要的成分或可能干擾分析物的雜質、濃縮目標分析物，或改變樣本的物理或化學狀態，以確保成功分析。

液相層析的近年發展

近年來，層析技術於管柱內的填充顆粒取得極大的技術進展，從傳統 HPLC 所使用的 3-5 µm 顆粒內徑大幅下降至 <2 µm 顆粒內徑，顆粒內徑縮小能帶來更緻密與均勻的顆粒填充等優點，不僅能提升分離效能與解析度，更能於更短的層析時間便完成分析；但相對較小的顆粒內徑也帶來系統整體背壓過高的問題，為了克服這一問題，HPLC 系統也隨著進化至將耐壓上限提升至 15,000 psi，稱之為超高效能液相層析 (Ultra High Performance Liquid Chromatography, UHPLC)，此技術因能縮短分析時間故已是許多領域受重視之層析分離工具。此外，多維度HPLC及HPLC與質譜偵測技術的結合應用逐漸變得流行，這些技術允許在單個分析中獲得更多的資訊。同時，自動化的樣品處理和數據處理技術不斷進步，大大提高了分析的吞吐量和效率。HPLC 已是一項成熟的分析技術，其應用性廣泛使其成為各個領域內不可或缺的一項定性與定量工具。

總結：HPLC的多面優勢

高效能液相層析法 (HPLC) 是一種多元且可靠的層析分離技術，其優勢包含高靈敏度、廣泛的應用範圍、高通量和效率、及可與眾多偵測技術相容的結合能力。近來 UHPLC 的發展，更進一步提升了 HPLC 的分離性能，並為更多的分析應用提供了可能性。HPLC 在科學研究、醫療、食品安全、環境保護等各個領域中發揮著至關重要的作用，其靈活性和可定制性也使它在未來將繼續保持核心地位，並不斷迎接新的技術創新和應用擴展。