配置PDA或DAD检测器液相色谱峰纯度检测及其应用(一)

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概述

PDA或者DAD检测器作为液相色谱的一种通用型检测器，能够在全波长下同时采集并记录存储数据。经数据处理系统对数据进行处理的时候，可对不同波长下的色谱图分别处理，并分别保存相应通道的积分结果。

在方法开发的过程中，我们可以利用PDA或DAD同时监视多个波长下的色谱图的特点，运用方法开发策略，使得我们关注的目标峰在任意波长下，均不被其他的相关杂质所干扰；而且在开发的过程中，我们也可以直接提取样品的光谱图，然后根据样品的光谱图的特点，以及方法的目的，选择相应的波长作为检测波长。

此外，PDA或DAD检测器的全波长同时采集数据的特点，也赋予了其光谱比对的功能。不同的化合物具有不同的紫外吸收光谱形状以及不同的吸光特性，因此，二极管阵列检测器可以通过比对色谱峰的整个峰宽范围内的每一时刻记录的吸收光谱形状以及吸光特性，从而实现对色谱峰纯度的检测，如下图1所示。

Fig.1 Spectrum comparison between different time point

在上图1中，我们明显地可以看出，16.500 min到17.200 min内的各时间点的吸收光谱形状以及吸光特点存在较大差异，说明该时间段内的流出物不是单一的，也即意味着色谱图上的该色谱峰不纯，有其他的杂质共洗脱。

PDA或DAD配合数据处理系统，给出的色谱峰的纯度结果，理论上讲，只是参考值。如对于对映异构体来说，同一对对映异构体之间互为手性杂质，但他们却具有完全一致的光谱形状以及吸光特点，而且在非手性分离条件下，出峰的位置完全一致，此时检测器的色谱峰纯度检测功能不能够检测到该手性杂质。甚至在手性环境下，对映异构体之间已经实现了部分分离的时候，理论上讲，色谱峰纯度检测功能依然无法将其分别判定为杂质。

再如，分离度完全为0的两个色谱峰进行色谱峰纯度检测的时候，由于两个色谱峰完全重叠，任意一个时刻的光谱图均是两个洗脱组分的吸收光谱图叠加之后的结果，在这种情况下，色谱峰纯度检测功能也无法判断出该色谱峰是不纯的。

因此，在多数情况下，色谱峰纯度检测功能，可以用来辅助我们进行分析方法的开发，避免色谱峰共洗脱的情况的发生，但也不可完全迷信与色谱峰纯度检测功能。

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色谱峰纯度检测基础

数据处理系统实现色谱峰纯度的检测，除了拥有PDA或DAD检测并记录下来的数据之外，还需要对记录下的数据实现有序排列。在PDA或DAD的数据记录中，采集到的数据以矩阵的方式进行排列，如下图2所示。

Fig.2 Data rank pattern acquired by PDA or DAD detector

在上述排列模式中，每一行均表示每一时刻点流出物的全光谱，每一列均为在一个特定的检测波长下的色谱图，也就意味着这种矩阵式的记录模式，实际上记录的数据是三维模式的，其形象如下图3所示。

Fig.3 Data showed by 3D pattern

采集到的数据使用这种排列模式，为提取某一波长下的色谱图以及某一时刻下的光谱图提供了很大的方便，同时也是通过光谱图对比实现色谱峰纯度检测的基础。

PDA或DAD检测器所检测到的信号由两部分组成，其一是仪器检测到的背景噪音，包括检测器的噪音以及流动相的噪音；其二是流出组分的响应信号，如下图4所示。

Fig.4 The composition of a spectrum at a time point

其中仪器本身的检测噪音，主要与PDA或DAD检测器的硬件以及软件设置有关，如带宽、狭缝宽度、时间常数、采样频率等；流动相的噪音主要包括流动相本身的背景紫外吸收以及流动相组成或者添加剂的梯度变化等。流出组分的紫外信号主要与其自身的化学组成有关，但也不排除会受流动相的不同的影响，如极性化合物在不同pH的流动相中的存在状态的不同，可能会导致光谱的吸光特点发生偏移，偏移的程度以及大小与化合物的种类有关，如下图5所示。

Fig.5 The spectrum under different pH

如前所述，PDA或DAD检测器的数据处理系统是根据不同的化合物具有不同的紫外吸收光谱来实现色谱峰纯度的检测的，因此对于具有与待检测色谱峰相同的紫外吸收光谱的杂质，如手性对映异构体杂质等，无法实现色谱峰纯度的检测。一般地，色谱峰纯度检测还需要相关杂质色谱峰与待检测的色谱峰具有一定的分离度，如下图6的分离度示意图中分离度大于0.3以及之后的情况中，只要杂质的紫外吸收光谱与待检测组分的紫外吸收光谱之间存在差异，该杂质均会被检测到。

Fig.6 The diagram of partly separation between two peaks

而对于上图6中，分离度为0的情况，杂质色谱峰与待检测的目标色谱峰完全共洗脱，此时，无论选择哪一时刻的吸收光谱作为参比的起始光谱，均无法检测到相应的杂质，而会给出该色谱峰的纯度很好的错误结论，此时若要进一步确认其色谱峰纯度，可以使用MS检测器进一步予以确认，如下图7所示。

Fig.7 Additional identification of peak purity by MSD

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色谱峰纯度检测的实现方式

正如前面所介绍的，采集到的数据是以矩阵的方式存储的，每一行均是某一时刻的光谱图。因此可以将每一行数据的排列形式(如下图8)看作一个以坐标原点开始的多维向量(其维数与PDA或DAD的带宽以及采样频率有关)。其中向量的长度用来表达组分的浓度或者吸光度而向量的方向，则是组分吸收光谱形状的函数，在全波长下均不超载的情况下，与组分的浓度或者吸光度无关。

Fig.8 The vector expression for a spectrum at a time point

对于一个具体的3D色谱峰而言，其是由有限个时间点采集到的光谱数据组组成的，每一个光谱数据组形成一个向量，而如果其是纯的色谱峰的话，组成该色谱峰的所有的向量数据组的方向应该是一致的，而如果有其他相关杂质共洗脱发生的时候，那么数据组向量的方向就会发生偏移，与参比数据组向量之间形成一个夹角，如下图9所示。

Fig.9 Purity angle θ between main peak and an impurity

一般地，紫外吸收光谱之间的差异越大，纯度角θ也越大，反之亦然。因此通过计算纯度角θ的cosine或者sine大小，如下图10所示，来描述紫外吸收光谱之间的相似程度也就是色谱峰的纯度。

Fig.10 Expression of cosine for purity angle θ

前面也提到了，任一时刻的紫外吸收光谱图均是背景吸收与组分紫外吸收的复合的结果，因此在使用纯度角来进行色谱峰纯度检测的时候，需要扣除仪器，流动相以及添加剂对纯度角的影响，如下图11所示。

Fig.11 Expression of cosine for threshold angle θ

因此在以纯度角进行色谱峰纯度检测的时候，工作站会根据仪器基线噪音的情况，自动得出一个用于比较的纯度角作为阈值，当纯度角大于阈值纯度角的时候，表示有杂质共洗脱现象发生，小于阈值纯度角的时候，则表示该色谱峰比较纯。相应地，也可取纯度角的cosine或者sine值进行比较，如下图12所示。

Fig.12-1 Peak purity determination by empower

Fig.12-2 Peak purity determination by LCsolution

在上图12-1中，purity曲线以及threshold曲线相当于取sine值，purity曲线在threshold曲线以下代表色谱峰是纯的；而在图12-2中，则相当于是取cosine值，purity曲线处于threshold曲线以上代表色谱峰是纯的。

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结论

PDA或DAD检测器的全波长同时采集数据的特点，赋予了其通过比对色谱峰的整个峰宽范围内的每一记录时刻的光谱形状以及吸光特性，实现对色谱峰纯度的检测。在多数情况下，色谱峰纯度检测功能，可以用来辅助我们进行分析方法开发，避免色谱峰共洗脱的情况的发生，但也不可完全迷信与色谱峰纯度检测功能。

作者信息

Bruce Lee

作者微信号：Lindaring001

作者公众号：Pharma_Analytical

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