pH 值简介

pH 值测量水中氢离子的浓度。离子是获得或失去电子的原子或分子，因此具有负电荷或正电荷。pH 值测量这些电荷的浓度，产生 0 到 14 之间的值。例如，室温（77 华氏度）的纯水的 pH 值为 7.0，被认为是中性。pH 值低于 7 的水被定义为酸性，高于 7 的水被定义为碱性。因此，pH 值 0 代表强酸，pH 值 14 代表强的碱。

pH 值的重要性不容低估，它是由丹麦化学家 SPL Sorensen 在大约 100 年前创建的。这个简单的数学公式测量溶液中氢的能量，并以数字形式定义水的性质。如今，在世界各地的实验室中，索伦森的 pH 值被用来测量酸和碱的强弱，这是化学家和科学家使用的最重要的化合物。准确的pH 测量是几乎所有科学研究和实验的起点。

Sorensen’s系统是对数的。因此，每个低于 7 的整体 pH 值的酸性是下一个较高值的 10 倍。例如，pH 4 的酸性比 pH 5 的酸性高 10 倍，比 pH 6 的酸性高 100 倍 (10 x 10)。对于 pH 值高于 7 的情况也是如此，每个 pH 值的碱性都比下一个较低的高 10 倍整个价值。例如，pH 10 的碱性比 pH 9 的碱性高 10 倍，比 pH 8 的碱性高 100 倍 (10 x 10)。

在实践层面上，pH 值以我们可能没有意识到或经常思考的方式影响着我们的生活。从我们吃的食物到我们喝的水再到我们服用的药物，pH 测量至关重要。

农民依靠pH 测试来维持优质土壤，从而生产出丰富、最健康的农作物。pH 测试对于工业工厂产生的废水的管理和安全处置也至关重要。如果没有准确的 pH 测试，就不可能减轻酸雨等污染的影响，从而使我们的整个生态系统面临风险。

事实上，一些健康从业者甚至认为弱碱性饮食——强调新鲜水果、蔬菜、根、坚果和豆类——可以促进健康，并可能有助于预防疾病。根据这一理论，由于我们的血液呈弱碱性，正常 pH 值在 7.35 至 7.45 之间，因此我们的饮食也应呈弱碱性。

在 Micro Essential Laboratory，自 1934 年以来，我们一直处于 pH 测试技术的前沿。我们提供一系列 pH 产品，例如ph 试纸和ph 试纸，这些产品因其质量、可靠性和准确性而受到信赖。我们的产品遍布世界各地的实验室，并广泛应用于医疗保健、食品服务、教育和环境安全行业。

酸性 pH 调节剂如何影响快速色谱？

随着反相快速色谱法在反应混合物纯化中的使用增加，出现了很多问题，因为许多化学家不像正相或硅胶柱色谱法那样熟悉这项技术。化学家提出的问题之一是关于 pH 调节剂（特别是酸）的使用及其纯化。

在反相占主导地位的 HPLC 领域，通常使用酸（甲酸、乙酸等），通常浓度为 0.1%。其基本原理是，如果样品成分在溶液中可电离，则其色谱保留和峰形可能会受到影响，并且其定量也会受到挑战。

电离/可电离化合物在溶液中时在带电状态和中性状态之间保持平衡。这些分子在中性溶剂系统中进行色谱分析时，可以显示为前峰（想想滑雪坡），因为电离部分比中性状态更易溶于水，因此洗脱得更快。添加 pH 调节剂，无论是酸还是碱，都可以迫使平衡全进入中性状态或进入电离状态。当全电离时，化合物会提前洗脱；当中性时，该化合物更具疏水性，并且其在柱上的保留增强。

例如，我们来看看通过琥珀酸酐和 α-甲基苄胺的微波反应生成的合成 N-(1-苯乙基)琥珀酰亚胺的纯化，如图 1 所示。

图 1. 使用 Biotage® Initiator+ 微波反应器进行琥珀酸酐与 α-甲基苄胺的反应

当使用中性溶剂纯化时，产品前沿很差，表明它处于电离态和中性态之间的平衡，图 2。

图 2. 使用中性水和乙腈的反应混合物反相快速色谱显示前沿产物峰。

产品作为非高斯前沿峰洗脱的问题是，它是一个宽广的峰，并且收集在多个柱体积 (CV) 中。这意味着收集的产物被稀释在比典型或期望更多的溶剂中，这增加了蒸发馏分溶剂的体积和时间，并增加了较低纯度和回收率的可能性。事实上，该反应混合物中存在较早洗脱的副产物，其污染了早期产物级分。是的，这些馏分可以被丢弃，但这会降低回收的产品产量，这不一定是理想的解决方案。

通过将酸（在本例中为0.2%冰醋酸）引入到水和乙腈中，可电离的反应混合物组分质子化。质子化产物的洗脱带减少（锐化），从而增加了其浓度以及与污染副产物的分离，图 3。副产物也质子化，导致其比中性流动相更早洗脱。结果是大大改善了分离，产物以更集中的谱带洗脱，并且与副产物的分离度更高。

图 3. 使用酸化溶剂系统纯化反应混合物，使产物峰尖锐并降低干扰副产物的保留。

然而，化学家在使用 pH 值修改的流动相时需要小心，因为潜在的化合物保留随 pH 值变化而变化。在前面的例子中，电离化合物移动是有帮助的，但质子化化合物并不总是朝着有利的方向移动。当 pH 值发生变化时，洗脱的化合物可能会相互靠近甚至共洗脱。

我们可以看到这种情况发生在由靛红酸酐和 α-甲基苄胺微波反应生成的合成产物 2-氨基-N-(1-苯乙基)苯甲酰胺中，图 4。

图 4. 靛红酸酐与 α-甲基苄胺的微波反应

当使用中性水/甲醇梯度纯化时，我们可以看到一些极性副产物在产品之前洗脱，以及强烈保留的副产物在产品后面以 9.5 至 14 CV 之间的宽峰形式洗脱，图 6。

图 6. 反应混合物的 pH 中性反相快速色谱

在两种洗脱溶剂中添加 0.2% 冰醋酸后，洗脱化合物的保留率发生显着变化。副产物在中性 pH 值下以 4 CV 洗脱，在酸性条件下离子化并以 1.5 CV 洗脱。尾随的疏水性副产物也电离并移近产物，图 7。

图 7. 使用酸化水/甲醇梯度纯化反应混合物，改变了两种副产物的保留。

随着产物和尾随副产物之间分辨率的降低，该反应纯化的负载能力降低，这意味着需要更大的柱（和更多的溶剂）来充分纯化反应产物。

因此，虽然流动相 pH 值调整有助于改善纯化，但请注意，洗脱体积和选择性可能会发生变化，从而可能降低纯化效率。

用于创建此数据的设备包括：

• Biotage®引发剂+微波反应器

• Biotage® Selekt Single 快速色谱系统

• Biotage® Sphere C18 色谱柱，12 克