基本介紹
- 中文名：脂水分配係數
- 外文名：lipid-water partition coefficient
- 意義：脂水分配係數越大，越易溶於脂
- 表示：溶質在油水兩相中的濃度比
- 定義：logPo/w=log Co/Cw
- 套用：藥物的吸收
脂水分配係數的定義及意義,脂水分配係數測定的一般方法,直接測定方法,反相高效液相色譜法,反相薄層色譜,逆流色譜,毛細管電動色譜法,
脂水分配係數的定義及意義
向兩種互不相溶的平衡溶液體系中加入溶質，所添加的溶質會在兩相中進行分配，直至達到分配平衡，此時單一形態的溶質在兩相（油相和水相）中的濃度比，被稱為脂水分配係數。19世紀末期，化合物在兩相溶液體系中的分配研究得到了越來越多的關注。通常，脂水分配係數特別是溶質在正辛醇-水體系中的分配係數被廣泛用來進行疏水性的衡量。脂水分配係數（logPo/w）被定義為：
logPo/w=logCo/Cw
其中Co表示溶質在油相的平衡濃度，Cw表示溶質在水相的平衡濃度。logPo/w數值的大小表示溶質疏水性的大小，logPo/w越大，疏水性越強，反之則親水性越強。
化合物的疏水性在生命科學和環境方面有著廣泛的意義。藥物的疏水性是藥物透過由脂質雙分子層構成的生物膜的主要驅動力，是藥物-受體結合的作用力之一。藥物進入人體，要達到目標結合部位，必須要經過吸收、分配、代謝、排泄等藥代動力學過程才能發揮藥效，這些過程的發生都與藥物的疏水性，即logPo/w，具有緊密的關係。
一般，藥物要通過由脂質雙分子層構成的生物膜進入細胞內，都需要具有一定的疏水性。只有具有適宜logPo/w的藥物才能在體內順利達到目標結合部位，進而發揮藥效。藥物的生物分配作用、與蛋白的結合作用、新陳代謝作用也會由於疏水性的不同而不同。通常認為，疏水性較強的藥物更容易被代謝，具有較高的清除率，與蛋白具有較高的結合作用。此外，非特異性毒性被認為與化合物在細胞膜內的富集有關，也就是說也與化合物疏水性有關。生物利用率和生物富集研究試圖研究通過水的吸附作用以及被污染魚類和動物吸收，環境相關化合物在食物鏈中積累程度，研究表明這都與化合物的疏水性具有一定相關性。化合物在土壤、沉積物與水中的分配對環境評價、危險廢品處理的管理和農業中農藥的正確使用具有重要意義。
通常，logPo/w特別是正辛醇-水分配係數被廣泛用來衡量疏水性。logPo/w是化合物最常見的物理化學性質之一，常常用來進行定量結構-活性關係（QSARs）研究。研究中一般採用logPo/w作為有機化合物疏水性的溶質描述符，QSARs廣泛的用在各種生物性質、藥物性質和環境性質的預測。總之，對化合物logPo/w的研究具有廣泛的意義。
脂水分配係數測定的一般方法
直接測定方法
測定化合物logPo/w的傳統方法是搖瓶法，具體操作如下：首先使兩液相互相飽和；然後加入適量的溶質於試管，在分別加入1mL預先飽和了的兩相溶液到試管中；封住試管口，晃動試管幾個小時使分配達平衡，待分配平衡後進行離心分離；然後通過一系列的技術分別測定兩相中的樣品濃度。以光譜法為例，在合適的波長下測定水相、油相和空白溶液的吸收值，然後計算logPo/w。這個方法中要獲得較高的準確性和精密度，就必須要求在溶質量很低的情況下進行試驗。當化合物的0.1<P<10時，可以用搖瓶法來測定其在兩液相體系中的分配係數。
雖然此法是測定logPo/w的經典方法，但是也存在很多不足，比如操作繁瑣費時、需要大量純化合物。從實際操作角度考慮，下列問題也是必須要考慮的：①化合物分配平衡後的正辛醇相和水相必須要完全分離，因為一相中殘留的另一相可能仍含有樣品；②兩相溶液必須要預先飽和；③平衡狀態下，當被測物質在水相的濃度很低時，也就是說被測物質具有很高的logPo/w，即使是水相中含有很少量的正丁醇也會引起較大的誤差。雖然搖瓶的過程中可以阻止或者排除乳液的形成，但有研究表明，乳液的形成會在很大程度上影響logPo/w的測定。④很多親脂性的化合物可能吸附在容器的表面，要得到準確的測定結果，必須要減小吸附。這些問題都大大限制了搖瓶法的使用。
在搖瓶法的基礎上，Brooke等人進行了進一步的改進，建立了攪拌法（Stir-flask Method）。首先把水相裝在一個具有磁力攪拌功能的容器內；當水相達到特定溫度時，為了儘可能的避免乳液的形成，將含有被測樣品的正辛醇相小心的倒入水相的表面。這種方法中不需要晃動容器，而是更長時間的攪拌整個體系（至少36小時）使達到分配平衡。最後分別分析兩相中含有的樣品。採用攪拌法測定的實驗結果表明：此法具有很好的重現性，與採用其他儀器的測定一致。這種方法避免因為乳化作用一相對另一相的污染。但是溶質在玻璃器壁上的吸附問題和對較高或者較低logPo/w值的測定問題任然存在。
反相高效液相色譜法
自19世紀70年代以來，反相液相色譜（RP-HPLC）被廣泛的用來進行化合物或藥物logPo/w的間接測定。這種方法是基於化合物的保留性質與分配系統的相關性模型。然後，根據化合物在分離體系中的保留性質可以計算其logPo/w。
對這些化合物進行RP-HPLC的分析，根據實驗測得的k和已知的logPo/w進行線性擬合。在根據建立的線性關係，對未知化合物的疏水性進行測定。這種方法快速、簡單，能在大多數的實驗室進行，不需要知道確切的樣品濃度，可以同時進行多種化合物的logPo/w的測定，所以此法被廣泛的研究與套用。但是測定的logPo/w的準確性極大的取決於用來建立線性關係的標準化合物。
通常，RP-HPLC一般都是採用C18或者C8柱，使用甲醇-水流動相體系進行化合物logPo/w的測定，這與傳統的正辛醇-水分配體系存在一定區別，一般會存在以下幾個問題：①相對正辛醇-水分配系統，RP-HPLC系統只是部分的但是不完整的模型；②吸附劑表面會發生特定的相互作用（例如與矽醇基團發生的離子交換相互作用），這在正辛醇-水體系中是沒有的；③吸附劑的孔徑大小效應與正辛醇-水分配系統不一致；④不同批次生成的C18或者C8柱上的實驗結果重現性較差；⑤等度洗脫對模型的限制，使得能測定的logPo/w值範圍較小，對一些物質具有較長的分析時間。⑥由於RP-HPLC的柱材料的限制，使得實驗中採用的pH的範圍受到限制（pH2-7.5）。
反相薄層色譜
反相薄層色譜（RP-TLC）是一種基於被分析物在固定相和流動相間的分配作用進行分離的方法。它是一種在玻璃板或者塑膠板上塗布適宜固定相，形成具有一定厚度的均勻的薄層，並使其具有一定的活性，然後進行點樣、展開、顯色後進行定性定量分析的一種色譜技術。
在RP-TLC中，溶質的移動速率（移動的距離）與展開劑的移動速率（移動的距離）之比稱為比移值（Rf）。RP-TLC與RP-HPLC具有相似的原理，也被用來進行化合物logPo/w的測定。這種方法中，要通過純水直接獲得化合物的logPo/w是不可能的，因為分配時間極長且比移值幾乎為零。為了解決這個問題，學者們進行了大量的研究。最簡單的方法是使用儘量少的有機添加劑。更準確的做法是採用一系列含有不同量有機添加劑的展開劑，分析被分析物的保留情況，比移值與流動性中有機添加劑的濃度呈線性關係，與logPo/w呈較好的線性關係。由於此法具有較短的分析時間，需要的溶劑量也比較少，故被廣泛套用。
逆流色譜
逆流色譜（CCC）可以用來進行化合物正辛醇-水體系中logPo/w的測定。此法採用相互飽和了的兩種互不相容的溶劑，一種作固定相，一種作流動相，分配作用就在兩相間進行。CCC使用重力場或者離心力場固定液態固定相，不需要固體支撐物固定液態固定相。兩相間的物理化學相互作用就是溶質在CCC柱上的分配作用，保留方程為：
RMSV=V+DV
VR、VM、VS分別表示保留相、流動相和固定相體積。由於CCC柱內只存在液相，所以柱體積VC表示為：
CMSV=V+V
在CCC方法中，溶質的保留體積不需要任何擬合，直接與液體系統的分配比D相關。一般，如果兩液相中不存在化學反應、離子化作用和絡合作用，則D=Po/w。否則應該根據測定D，結合兩液相中發生的化學變化計算logPo/w。在此基礎上發展出來的CCC方法主要有離心分配色譜（CPC），雙模CCC和CocurrentCCC。由於CCC方法不需要固相載體，避免了吸附、樣品變性、污染等問題，克服了pH值的限制，克服了由於溶質與殘留的矽醇基的相互作用引起的峰拖尾等問題。此外，CCC還具有和RP-HPLC相似的優點，比如需要的樣品量少、不需要很純樣品。但是也正是由於缺乏固相載體的支撐作用，使得測定結果與傳統的搖瓶法的測定結果存在一定的誤差。此法能測定最高logPo/w範圍最高為4.3，且測定時間較長。
毛細管電動色譜法
毛細管電動色譜法是一種結合了毛細管電泳和色譜技術的分離分析方法。此法選擇合適的假固定相（膠束、脂質體、微乳液、囊泡等），根據被分析物的電泳差異和在假固定相中的分配差異進行分離，從而這大大的擴大了毛細管電泳的分離選擇性範圍。根據選擇的假固定相的不同，可以把毛細管電動色譜法分為膠束電動色譜法（MEKC）、脂質體電動色譜（LEKC）、微乳液電動色譜（MEEKC）、囊泡電動色譜（VEKC）。由於這些的分離原理的特殊性，EKC除了被廣泛的用來進行化合物或者藥物的分離外，也被用來進行化合物logPo/w的測定。
