电雾式检测在液相色谱及相关分离中的应用

本书分三部分全面总结了电雾式检测（CAD）的基本原理、分析及应用。其中，第1部分介绍电雾式检测相关的基础知识，包括基本原理、文献综述汇总分析和应用分析等；第2部分介绍该检测技术对特定物质的分析应用，包括脂类分析、无机和有机离子分析、糖类分析、聚合物和表面活性剂分析以及传统草药分析检测；第3部分介绍CAD技术的工业分析应用，包括药物分析、油田化学品分析等。

保罗·加马什（Paul H. Gamache） 是赛默飞世尔科技的研发总监。他在分析仪器行业有三十多年的经验。他的主要专业领域是基于液相色谱法的仪器和技术的开发。他发表了50多篇文章和书籍章节，包括一本描述商业CAD技术的出版物。2005年，他是美国国立卫生研究院（NIH）代谢组学路线图研究基金的共同获奖者。

本书讲述了CAD检测器的基本原理、在液相分离及相关分离过程中的实际用途以及在一系列工业环境中的应用，包括制药、石油化工、生物技术等等。提供及时、专业的电雾式检测的理论、实验技术和终端用户应用。涵盖来自不同应用领域的专家的贡献，他们探索了CAD相对于传统HPLC技术的优势及其局限性。从气溶胶技术和分离科学的权威机构获得对CAD的新理论和实践的理解。具有许多真实世界的例子，有助于将CAD的基本属性和一般操作变量与其在各种条件下的性能联系起来。
电雾式检测在液相色谱用及相关分离中的应用对于在学术研究中使用色谱技术的科学家和在工业环境中使用色谱技术的科学家来说是一个宝贵的资源，包括生物制药、生物技术、生物燃料、化学、环境、食品和饮料行业，等等。

电雾式检测器（CAD）广泛应用于液相分离已有大约12年的时间。对CAD较为确切的描述是，它是一种用于定量分析的通用检测技术。除了动态范围广、易操作、重现性好和灵敏度高等特性外，通常选择此类技术的原因还包括其检测范围广泛，且灵敏度（即信号/数量）不受分析物种类影响。自推出以来，CAD的应用已有250多篇同行评审文章报道，涵盖多个应用领域。这些描述以及Stan Kaufman博士、Roy Dixon博士和其他人的开创性工作使人们对CAD的理论和实践有了更多的理解。CAD技术的能力也随着相关分离技术的发展而不断发展。在许多方面，CAD仍然是一项新技术，对其基本性能特征尚未完全了解。因此，本书的主要目的是进一步阐明CAD理论，客观地描述其优点和局限性，并为其实际应用提供详细的建议。
这是第一本专门讨论CAD主题的书，旨在成为各学科分析化学家的主要参考资源。本书是与在分离科学、检测和气溶胶测量的研究和/或应用方面具有专业知识的多位科学家合作编写的。CAD可与多种配置的系列分离技术联用，性能受多种变量影响。CAD的实际价值还取决于其预期用途和可用于给定应用的替代工具。因此，本书主要讨论CAD的基本特性和操作变量与其在各种条件下的性能的关系，并就使用CAD解决特定的分析问题提供专家见解和不同观点。
本书分为三个主要部分，每个部分有几个章节。每章由不同的作者编写，并以摘要开头，以提供本章信息的快速阅览。
第1部分包括理论描述（第1章）、当前文献综述（第2章）、实际应用（第3章）以及综合多组分分析背景下的通用检测概述（第4章）。第1章为CAD理论提供了重要的新见解，利用气溶胶尺寸分布测量来开发描述其响应的详细半经验模型。该章主要关注新型CAD仪器设计，其演变将在第2章中进一步描述。第3章是对第1章的补充，提供了详细的使用建议，其中包括从旧型号仪器到新型号仪器的方法转移。本章还介绍了配置多检测器系统的基本要求，这些系统通常用于扩展从每个样品获得的定量和定性信息。第4章进一步阐明了通用检测器在多检测器配置中的作用以及分离科学的新趋势。这包括讨论毛细管和超高压液相色谱、超临界和亚临界液相色谱，以及用多维分离以解决更复杂的分析并尽量减少实验室测试的环境影响。其中的多项技术在本书的后面部分得到了进一步的例证。
第2部分每章侧重于特定的分析物类别：脂类（第5章），离子（第6章），糖类化合物（第7章），聚合物和表面活性剂（第8章）以及草药中多种假定的生物活性组分（第9章）。对于各类分析物，针对不同基体、不同应用领域（例如，生物科学、化学、食品和饮料、天然产物和制药）样品的分离与定量的理论和实验方法进行综述。举例说明CAD与其他技术相比的优势和局限性。总之，这些章节描述了CAD与许多不同的分离技术的联用，包括第4章中讨论的技术以及正相液相色谱（NPLC）、尺寸排阻色谱（SEC）、亲水相互作用色谱（HILIC）和混合模式技术，例如，将离子交换与反相或HILIC保留机制相结合。
第3部分介绍了使用CAD来解决特定的分析问题。由于CAD广泛应用于制药和生物制药行业，因此本节概述了其在药物开发各个阶段的使用，以及在监管环境中对方法开发、验证和转移的信息指导（第10章）。接下来，举例说明用于分析抗惊厥药托吡酯（第11章）、氨基糖苷类抗生素（第12章）和季铵盐肌肉松弛剂（第13章）的药物方法开发和验证。这些应用在分离和检测方面都面临着重大挑战，这些介绍为受监管环境中日常使用CAD提供了宝贵的见解。最后两章讨论了制药行业之外引人关注的应用领域。第14章介绍了油田化学品应用中阻垢聚合物的分析，包括使用CAD对凝胶渗透色谱（GPC）方法进行全面验证，用于油田盐水样品中残留水平的常规分析。最后，第15章描述了表征工业合成聚合物的各种方法，从较小的低聚物到更大和更复杂的制剂。除SEC外，本章还包括对临界条件下液相色谱（LCCC）和梯度聚合物洗脱色谱（GPEC）分析复杂聚合物成分的讨论。包括举例说明如何通过CAD与辅助设备联用，解决表征原材料、中间体和最终产品的难题。第14章、第15章以及第8章为对主要用作药用赋形剂和试剂的聚合物和表面活性剂的分析，特别推荐给有兴趣在聚合物分析中使用CAD的读者。
在本书撰写过程中，CAD和相关分离技术都取得了重大进展。除了第2部分和第3部分中的章节外，建议读者同时参考第1～3章以获取相关主题的最新信息。第2章为全面的文献综述，其中包括CAD应用的最新示例，而第1章和第3章描述了具体的技术进步及其对实际使用的影响。我们衷心希望本书能为液相分离领域的所有工作者提供宝贵的资料，并有助于推动通用检测各个方面的进一步研究。

第1部分 电雾式检测基础知识
第1章 电雾式检测基本原理 002
1.1 摘要 002
1.2 发展史和技术简介 003
1.3 电雾式检测流程 007
1.3.1 雾化 007
1.3.2 气溶胶调节 010
1.3.3 蒸发 012
1.3.4 气溶胶荷电 020
1.3.5 气溶胶荷电小结 023
1.3.6 CAD流程小结 024
1.4 CAD响应模型 025
1.4.1 初级液滴尺寸分布 026
1.4.2 撞击器 026
1.4.3 干燥及残留颗粒的形成 027
1.4.4 残留颗粒荷电 027
1.4.5 离子去除 028
1.4.6 信号电流 030
1.4.7 来自洗脱峰的信号：峰形 031
1.4.8 峰面积与进样质量 032
1.4.9 小结 032
1.5 性能特点 033
1.5.1 响应曲线：形状和动态范围 033
1.5.2 峰形 040
1.5.3 质量对浓度的敏感性 040
1.5.4 灵敏度限度 043
1.5.5 响应一致性 044
1.5.6 CAD与MS气态离子的形成 047
参考文献 050

第2章 电雾式检测方法综述 055
2.1 引言 055
2.2 CAD的历史和背景 062
2.3 应用领域 066
2.3.1 糖类化合物 066
2.3.2 脂类 071
2.3.3 天然产物 071
2.3.4 化学制药和生物制药分析 081
2.3.5 其他应用 081
2.4 结论 119
参考文献 119

第3章 CAD的实际应用 136
3.1 摘要 136
3.2 引言 137
3.2.1 第一代和第二代仪器设计 138
3.2.2 液体流量范围 138
3.2.3 过量液体的清除 139
3.2.4 温度控制 139
3.2.5 气溶胶的产生和传输 140
3.3 影响CAD性能的因素 140
3.3.1 分析物特性 140
3.3.2 洗脱液特性和组成 142
3.4 系统配置 147
3.4.1 微流液相色谱 148
3.4.2 柱后加入 148
3.4.3 多检测器配置 149
3.5 方法转移 150
3.6 校准和灵敏度 152
3.6.1 幂函数 154
3.6.2 校准和灵敏度总结 155
参考文献 156

第4章 液相色谱气溶胶检测器 158
4.1 摘要 158
4.2 引言 159
4.3 通用检测方法 160
4.4 影响电雾式检测响应的因素 163
4.5 梯度补偿 168
4.6 响应模型 169
4.7 绿色化学 170
4.8 温度梯度分离 172
4.9 超临界CO2分离 173
4.10 毛细管分离 173
4.11 全组分分析和多维分离 174
4.12 结论 177
参考文献 178


第2部分 特定类别分析物的电雾式检测
第5章 Corona CAD在脂类分析中的应用 182
5.1 引言 182
5.2 脂类的色谱分离原理 185
5.2.1 反相液相色谱中的保留机理 185
5.2.2 优化选择性 189
5.2.3 关于使用pH调节剂进行选择性优化的说明 192
5.3 应用：脂类分离的策略 192
5.3.1 脂类的分离 192
5.3.2 脂类亚类的分离 197
5.3.3 分离特定类别的脂类同源物 198
5.3.4 反相色谱法中的脂类分离 202
5.3.5 反相超/亚临界流体色谱中的脂类分离 205
5.3.6 多模式色谱系统 206
5.3.7 分子种类的鉴定 207
5.4 文献综述：Corona CAD在脂类分析中的早期应用 211
5.4.1 生物科学 211
5.4.2 食品化学 212
5.4.3 药学 214
5.5 校准方法 217
5.5.1 脂类定量分析的校准方法 217
5.5.2 经典校准方法（外标法、归一化法） 218
5.5.3 无标准品校准 221
参考文献 224

第6章 无机和有机离子分析 236
6.1 引言 236
6.2 技术考虑 238
6.2.1 仪器平台 238
6.2.2 分离柱 238
6.2.3 流动相 241
6.2.4 CAD参数设置 243
6.2.5 灵敏度 243
6.2.6 校准曲线、动态范围、准确度和精密度 243
6.3 应用 245
6.3.1 药用对离子和盐类 245
6.3.2 双膦酸盐 248
6.3.3 磷酸化糖 249
6.3.4 离子液体 249
6.3.5 杀虫剂 249
6.3.6 其他应用 250
6.4 小结 250
参考文献 251

第7章 液相色谱-电雾式检测分析糖类化合物 254
7.1 摘要 254
7.2 液相色谱法分析糖类化合物 255
7.3 电雾式检测器 257
7.4 为什么选择使用LC-CAD进行糖类化合物分析？ 257
7.5 CAD在糖类化合物分析中的早期应用 258
7.6 CAD在糖类化合物分析中的其他应用 259
参考文献 263

第8章 聚合物和表面活性剂分析 266
8.1 摘要 266
8.2 引言 267
8.3 聚合物分析 267
8.4 聚乙二醇 268
8.4.1 PEG试剂 268
8.4.2 低分子量PEG 271
8.4.3 PEG修饰的分子 273
8.5 表面活性剂 274
参考文献 276

第9章 电雾式检测在传统草药分析中的应用 278
9.1 摘要 278
9.2 引言 279
9.3 影响CAD灵敏度的因素 280
9.3.1 流动相组成 280
9.3.2 氮气纯度对CAD灵敏度的影响 281
9.3.3 流动相调节剂的影响 281
9.3.4 流速对CAD灵敏度的影响比较 281
9.4 CAD在传统草药质量分析中的应用 281
9.4.1 HPLC-CAD测定三七中皂苷的含量 282
9.4.2 LC-CAD测定人参皂苷的含量 285
9.4.3 CAD的其他应用 287
9.5 结论 288
参考文献 288


第3部分 电雾式检测的工业应用
第10章 电雾式检测在药物分析中的应用 292
10.1 摘要 292
10.2 引言 292
10.3 分析方法的开发 293
10.4 分析方法验证 295
10.5 分析方法转移 297
10.6 CAD在制剂工艺开发和离子分析中的应用 298
10.7 CAD在糖类分析中的应用 303
10.8 CAD在稳定性分析中的应用 304
10.9 结论 306
参考文献 307

第11章 HPLC在托吡酯杂质分析中的应用 310
11.1 摘要 310
11.2 引言 311
11.3 材料和方法 313
11.3.1 试剂和材料 313
11.3.2 HPLC-ELSD/CAD 313
11.3.3 TLC和HPTLC限度法测定杂质A 314
11.4 结果和讨论 314
11.4.1 方法验证：杂质分析 314
11.4.2 方法验证：含量 318
11.4.3 采用TLC和HPTLC限度测试法测定杂质A 319
11.5 结论 320
参考文献 320

第12章 CAD分析氨基糖苷类抗生素 322
12.1 引言 322
12.2 用于庆大霉素的RP-HPLC-CAD方法的开发和验证 323
12.2.1 方法开发 323
12.2.2 方法验证 329
12.2.3 讨论 334
12.3 在硫酸奈替米星中的应用策略 335
12.3.1 方法开发 335
12.3.2 方法验证 339
12.3.3 讨论 342
12.4 结论 343
参考文献 343

第13章 LC-CAD法测定药物制剂中季铵盐类肌肉松弛剂及其杂质 347
13.1 摘要 347
13.2 引言 348
13.3 实验 350
13.3.1 设备和条件 350
13.3.2 研究材料 351
13.3.3 标准溶液 352
13.4 结果与讨论 352
13.4.1 色谱条件的选择 352
13.4.2 分析物的鉴定 356
13.4.3 方法验证 358
13.4.4 药物制剂中活性物质和杂质的测定 361
13.4.5 稳定性 362
13.5 结论 363
参考文献 363

第14章 电雾式检测在油田化学聚合物阻垢剂中的应用 366
14.1 摘要 366
14.2 油田阻垢剂的背景 367
14.2.1 一般背景 367
14.2.2 挤注程序 368
14.2.3 聚合物抑制剂 370
14.3 经典分析方法 371
14.4 聚合物阻垢剂的电雾式检测 374
14.4.1 CAD的理论应用 374
14.4.2 CAD的实际应用 375
14.4.3 典型的方法验证 376
14.4.4 方法的局限性 381
14.5 结论和下一步工作 382
参考文献 382

第15章 电雾式检测在工业级聚合物表征中的应用 384
15.1 引言 384
15.2 聚合物分析的液相色谱法 385
15.3 溶剂 387
15.4 聚合物分子的定量检测 388
15.4.1 紫外检测 388
15.4.2 示差折光检测 389
15.4.3 蒸发检测 389
15.4.4 电雾式检测 389
15.4.5 摩尔质量相关的检测 390
15.4.6 质谱法 390
15.5 尺寸排阻色谱法和电雾式检测 391
15.6 聚合物梯度洗脱色谱和CAD 396
15.7 液相色谱结合UV、CAD和MS检测 399
15.7.1 DSM涂覆树脂的LC-ESI-TOF MS分析系统 400
15.8 LC-MS-CAD典型工业应用示例 401
15.8.1 原材料分析 401
15.8.2 中间体 403
15.8.3 最终产品 403
15.9 结语 405
参考文献 405