分析化学-高效液相色谱

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3-1 概 述
HPLC是60年代在GC和经典液相色谱基础上发展起来 的。
GC柱效高,且能分离、定量,但有些热稳定性差,不 易挥发的组分不能用GC直接分析,人们想到模仿GC,用细 颗粒固定相,薄壳固定液,以增加柱效。
模仿LC用液体作流动相,在室温下进行,但阻力太大, 液体流动相难以通过,所以又想到加高压泵,加快流动相流 速,这样即增加了柱效,又加快了分析速度,也拓宽了应用 范围,把柱子、高压泵、检测器配成仪器,就形成高效液相 色谱仪。
高压梯度洗脱(高压混合,高压进柱,2个泵。)
贮液槽1
贮液槽2
贮液槽1
贮液槽2
梯度洗脱装置 程序控制
高压泵1 高压泵2
混合室
高压泵
梯度洗脱装置
进柱
进柱
低压梯度洗脱
高压梯度洗脱
不易改变流动向配比,自动化程度低 随时改变流动向配比,自动化程度高
二.进样系统 注射进样:装置简单、死体积小。但进样量小且重现性差。 六通阀进样:目前最常用,由于进样量可由样品管控制, 因此进样准确,重复性好,如图。
1. 影响分离的因素与提高柱效的途径
• 在高效液相色谱中, 液体的扩散系数仅为气体的万分之一 ,则速率方程中的分子扩散项B/U较小,可以忽略不计,即:
H=A+Cu 故液相色谱H-u曲线与气相色谱的形状不同,如图所示。
• 液体的黏度比气体大一百倍,密度为气体的一千倍,故 降低传质阻力是提高柱效主要途径。 • 由速率方程,降低固定相粒度可提高柱效。
1. 液-液分配及离子对分离固定相
(1)全多孔型担体 由氧化硅、氧化铝、硅藻土等制成的多孔球体;早期采
用100μm的大颗粒,表面涂渍固定液,性能不佳已不多见; 现采用10μm以下的小颗粒,化学键合制备柱填料;
(2)表面多孔型担体 (薄壳型微珠担体) 30~40 μ m的玻璃微球,
表面附着一层厚度为1 ~ 2μm的多孔硅胶。
二、高效液相色谱法的特点
feature of HPLC
特点:高压、高效、高速、高灵敏度 高沸点、热不稳定有机及生化试样的高效分离分析方法。
3-2 影响分离的因素
factors influenced separation
分配系数 K=组分在固定相中的浓度 /组分 在流动相中的浓度
=CS / CM
分配系数的差异是所有色谱分离的实 质性原因
GC与 HPLC选择: 小分子——热稳定性好——GC 大分子——热稳定性差——HPLC
GC优点:
tR 短 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 廉价 灵敏度高
一. HPLC法的分类
吸附色谱 l —s 离子交换色谱法
尺寸排阻色谱法 l — l 正向色谱
反向色谱 二. HPLC法的特点: 1. 高效分离 n =105 /米 2. 高速 使用高压泵,出峰时间几分钟到几十分钟 3. 高灵敏度 检测下限:10-9~10-13g(最小检测量) 4. 自动化程度高(仪器分析、电脑控制、色谱工作站) 5. 应用范围广 可测有机物75%~80%
气相色谱中的固定液原则上都可以用于液相色谱,其 选用原则与气相色谱一样。但在高效液相色谱中,分离柱 的制备是一项技术要求非常高的工作,一般很少自行制备。
高效液相色谱仪
由五大部分组成:高压输液系统
进样系统
分离系统
检侧系统
记录及数据处理系统
分析流程:
流动相贮液槽
压力表
流动相1 流动相2
馏分收集器
高压泵
原理
三、离子交换色谱
ion-exchange chromatograph
四、离子色谱
ion chromatograph
五、离子对色谱
ion-pair chromatograph
六、排阻色谱
basic principle and
size- exclusion chromatograph
七、亲和色谱(AC)
六、 排阻色谱
size- exclusion chromatography
固定相:凝胶(具有一定大小孔隙分布);
原理:按分子大小分离。 小分子可以扩散到凝胶空隙, 由其中通过,出峰最慢;中等 分子只能通过部分凝胶空隙, 中速通过;而大分子被排斥在 外,出峰最快;溶剂分子小, 故在最后出峰。
全部在死体积前出峰; 可对相对分子质量在100105范围内的化合物按质量分离
main separating types Affinity chromatograph
一、 液-固吸附色谱
liquid-solid adsorption chromatography
固定相:固体吸附剂为,如硅胶、氧化铝等,较常使 用的是5~10μm的硅胶吸附剂;
流动相:各种不同极性的一元或多元溶剂。 基本原理:组分在固定相吸附剂上的吸附与解吸; 适用于分离相对分子质量中等的油溶性试样,对具有 官能团的化合物和异构体有较高选择性; 缺点:非线形等温吸附常引起峰的拖尾;
性能:①有足够的压力 ②输出流量恒定,可调 ③输出压力平稳 ④泵室体积小 ⑤泵体抗腐蚀、耐酸
马达
密封
往复式拉动
机械往复柱塞泵示意图
到色谱柱 脉动阻 尼器 球阀
溶剂
2. 梯度洗脱装置
作用:将两种或两种以上溶剂按一定程序连续改变配比, 以改变流动相极性、离子强度、 PH值、提高分离效率。
低压梯度洗脱(常压混合,高压进柱,1个泵。)
二、 液-液分配色谱
liquid- liquid partition chromatography
固定相与流动相均为液体(互不相溶); 基本原理:组分在固定相和流动相上的分配; 流动相:对于亲水性固定液,采用疏水性流动相,即流 动相的极性小于固定液的极性(正相 normal phase),反之 ,流动相的极性大于固定液的极性(反相 reverse phase)。 正相与反相的出峰顺序相反; 固定相:早期涂渍固定液,固定液流失,较少采用; 化学键合固定相:将各种不同基团通过化学反应键合到 硅胶(担体)表面的游离羟基上。C-18柱(反相柱)。
梯度洗 脱装置
进样器


微机

检测器
HPLC仪器详解
出口检查
储液瓶 分布器 过滤 2m
高压泵
脉流消除
入口检查
抽气
到检测器
分离柱
压力计
反压调节
注样阀
过滤器
一. 高压输液系统
1. 高压输液泵:恒压泵(流量随阻力变化重现性差)
恒流泵(多用):往复式 注射式
作用:将流动相在高压下连 续不断地送入液路系统。
1. 载样管
图12-5 六通阀进样示意图 a.载样(样品进入定量管) b.倒阀(样品导入色谱柱)
1.定量管 2.样品进入口 3.流动相进口 4.色谱柱
装入样品
采样环
进样
进色谱柱
泵入溶剂 出口
三.分离系统:色谱柱 不锈钢 直型 分析:内径 2~6mm 长10~30cm 制备:内径 10~25mm 长15~50cm 恒温器:电热恒温装置(室温~150℃)
恒温水浴类套(70℃以下) 作用:保证分析时温度恒定,否则对tR影响较大
四. 检测系统
1. 紫外—可见光度检测器:
①固定波长:254nm , 低压汞 灯。
②可调波长:190~800mm, UV 钨灯,氘灯。
③光电二极管矩阵检测器: 190~700nm。
接色谱柱 石英窗 光电倍增管
废液
光电二极管矩阵检测器特点: 灵敏度高、分辨率好、方便、快速、准确,可扫描得三维 流出曲线 紫外检测器的应用: 对紫外有吸收的组分,且吸光度与浓度成正比。 紫外检测器的特点:
三、 离子交换色谱
ion-exchange chromatography
固定相:阴离子离子交换树脂或阳离子离子交换树脂; 流动相:阴离子离子交换树脂作固定相,采用碱性水溶 液;阳离子离子交换树脂作固定相,采用酸性水溶液; 基本原理:组分在固定相上发生的反复离子交换反应; 组分与离子交换剂之间亲和力的大小与离子半径、电荷、存 在形式等有关。亲和力大,保留时间长; 阳离子交换:R—SO3H +M+ = R—SO3 M + H + 阴离子交换:R—NR4OH +X- = R—NR4 X + OH应用:离子及可离解的化合物,氨基酸、核酸等。
灵敏度高 最小检测浓度10-9g/ml 线性范围宽 对温度和流速不敏感,可进行梯度洗脱 应用范围广
皮质酮
可的松
氟美松
波长
快速扫描—光电二极管阵列(PDA)检测所获得的三维色谱-光谱图
2. 荧光检测器:多波长荧光检测器(滤光片) 荧光分光检测器(光栅分光)
氘灯作激发光源,波长范围250~600nm 应用:组分吸收一定波长紫外光后发射荧光的物 质,且荧光强度与浓度成正比。 特点:灵敏度更高 检测限10-12~10-13g/ml(灵敏 度比UV检测器高2~3个数量级)
• 液相色谱中,不可能通过 增加柱温来改善传质。恒温 • 改变淋洗液组成、极性是 改善分离的最直接的因素。
2.流速
流速大于0.5 cm/s时, H~u 曲线是一段斜率不大的直线。 降低流速,柱效提高不是很大。 但在实际操作中,流量仍是一 个调整分离度和出峰时间的重 要可选择参数。
3.固定相及分离柱
选择性好 对温度和流速不敏感,可进行梯度洗脱 所需试样量少,适于痕量分析 应用范围广 3、电化学检测器 电导、库仑、极谱、安培、电位等检测器。
一、液-固吸附色谱
liquid-solid adsorption chromatograph
二、液-液分配色谱
3-3 主要分离类型与 liquid- liquid partition chromatograph
可定量
仪器分析
HPLC与GC的比较
流动相 温度
GC g
高温
HPLC l
室温
组分
易挥发、热稳定性好
不受限制
可测有机物 20%
tR 灵敏度
1~30min 10-12~10-14g/ml
流出物 不易收集
75%~80% 1~60min 10-9~10-11g 易收集
HPLC 优点: 应用范围广,组分易回收
表面积小,柱容量底;
(3)化学键合固定相
化学键合固定相: 目前应用最广、性能最佳的固定相; a. 硅氧碳键型: ≡Si—O—C b. 硅氧硅碳键型:≡Si—O—Si — C
稳定,耐水、耐光、耐有机溶剂,应用最广; c. 硅碳键型: ≡Si—C d. 硅氮键型: ≡Si—N
化学键合固定相的特点
(1)传质快,表面无深凹陷,比一般液体固定相传质快; (2)寿命长,化学键合,无固定液流失,耐流动相冲击;
原理:将一种(或多种)与溶质离子电荷相反的离子( 对离子或反离子)加到流动相中使其与溶质离子结合形成疏 水性离子对化合物,使其能够在两相之间进行分配;
阴离子分离:常采用烷基铵类,如氢氧化四丁基铵或氢 氧化十六烷基三甲铵作为对离子;
阳离子分离:常采用烷基磺酸类,如己烷磺酸钠作为对 离子;
反相离子对色谱:非极性的疏水固定相(C-18柱),含有 对离子Y+的甲醇-水或乙腈-水作为流动相,试样离子X-进入 流动相后,生成疏水性离子对Y+ X -后;在两相间分配。
耐水、耐光、耐有机溶剂,稳定; (4)选择性好,可键合不同官能团,提高选择性; (5)有利于梯度洗脱;
存在着双重分离机制: (键合基团的覆盖率决定分离机理) 高覆盖率:分配为主; 低覆盖率:吸附为主;
七、 亲和色谱(AC)
Affinity chromatograph
原理:利用生物大分子和固定相表面存在的某种特异性 亲和力,进行选择性分离。
先在载体表面键合上一 种具有一般反应性能的所 谓间隔臂(环氧、联胺等), 再连接上配基(酶、抗原等) ,这种固载化的配基将只 能和具有亲和力特性吸附 的生物大分子作用而被保 留。改变淋洗液后洗脱。
3-4 液相色谱的固定 相与流动相
stationary phase and mobile phase of HPLC
一、液相色谱固定相
stationary phase of HPLC
二、液相色谱流动相
mobile phase of HPLC
一、液相色谱固定相
stationary phases of LC
HPLC与LC的比较
柱径 颗粒 压力
LC 1 ~ 2cm 150 ~ 200µm 常压
HPLC 2 ~ 5mm 5 ~ 10 µm
高压
tR n 用途
1 ~ 20h 2 ~ 50 初步分离
1h内 105 / 米 高效分离、高灵敏度定量
装置 非仪器化
精密仪器,自动化.智能化
HPLC 优点: 柱效高
分析时间短
四、 离子色谱
ion chromatography
离子色谱是在20世纪70年代中期发展起来的一中技术, 其与离子交换色谱的区别是其采用了特制的、具有极低交换 容量的离子交换树脂作为柱填料,并采用淋洗液抑制技术和 电导检测器,是测定混合阴离子的有效方法。
五、 离子对色谱
ion pair chromatography
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