第八章 高效液相色谱法

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流动相为液体,固定相为固体吸附剂 1、分离机制:组分在固体吸附剂上的吸附与解吸,利用溶质 分子占据固定相表面吸附活性中心能力的差异
Vs t R t 0 (1 K ) Vm Vs k K Vm
分离前提:K不等或k不等
2、固定相(粒径:<10μm) 1)硅胶 A、表孔硅胶(薄壳硅胶)30~70μm B、全多孔硅胶 无定形 YWG 5~6μm 球形 YQG 3~4μm C、堆积硅珠 YQG 3~4μm 原理:吸附 特点:峰易拖尾 适用:分离溶于有机溶剂的极性至弱极性的分子型化合 物,包括某些几何异构体。 2)高分子多孔小球:YSG 原理:吸附+分配,兼小孔凝胶作用 特点:柱选择性好,峰形好,柱效低 适用:分离弱极性化合物
8— 4


各类高效液相色谱法及其固定相、流动相
按固定相的聚集状态: LSC、 LLC
按分离原理: 吸附色谱法、分配色谱法 离子交换色谱法、空间排阻色谱法 其他色谱类型:亲和色谱法、手性色谱法 胶束色谱法、电色谱法


常见色谱类型: 一、化学键合相色谱 二、液固吸附色谱法 三、液液分配色谱法
一、液固吸附色谱法(LSC)
ODS:十八烷基键合相,十八烷基氯硅烷与硅胶表面的硅醇基反应键合而成
1)分离机制: 双重分离机制:分配 + 吸附(以LLC为基础) (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;
2)特点: A、不易流失 B、热稳定性好 C、化学性能好 D、载样量大 E、适于梯度洗脱
2、反相键合相色谱 1)分离机制:疏溶剂理论 2)固定相:极性小的烷基键合相 C2、C8柱,C18柱(ODS柱:HPLC约80%)C30柱、苯基柱 键合相的键合基团的碳链长度增长后极性减小 3)流动相:极性大的甲醇-水或乙腈-水 流动相极性 > 固定相极性 底剂(水)+ 有机调节剂(极性调节剂) 例:水 + 甲醇、乙腈、THF等 4)流动相极性与k的关系: 流动相极性↑,洗脱能力↓,k↑,组分tR↑ 5)出柱顺序: 极性大的组分先出柱 极性小的组分后出柱 6)适用:非极性~中等极性组分
3、流动相: 基本要求: 1)与色谱柱不发生不可逆的化学变化; 2)溶解被分离的样品; 3)与所用检测器匹配 基本原则: 极性大的试样用极性较强的流动相; 极性小的试样用低级性的流动相 要精细的调节流动相的极性,可用混合溶剂法; 如果样品中组分的极性相差太大,可用梯度洗脱。
4、影响k的因素:与固定相性质和流动相性质有关 溶质分子极性↑,洗脱能力↓,k↑,tR↑ 溶剂系统极性↑,洗脱能力↑,k↓, tR↓ 注:调节溶剂极性,可以控制组分的保留时间 5、出柱顺序:弱极性组分先出柱,强极性组分后出柱 6、硅胶含水量较小,吸附色谱,硅胶极性较大 硅胶吸水量↑,LSC→LLC 硅胶含水量>17%,分配色谱,硅胶失活→载体,吸附 的水→固定液
GC
分析对象
HPLC
热稳定性好、沸点较低、分 能溶于流动相的样品,不受样品挥发性和 子质量小的样品,占有机物 热稳定性的限制,占有机物的80% 的20% (1)气体(H2、He、N2); ( 2 )组分与流动相无亲合作 用力,只与固定相作用,通 过改变固定相提高分离选择 性; ( 3 )流动相种类少,可选择 范围小 加温操作 柱温 H=A+B/u+Cu(填充) H= B/u+Cu(空心毛细管) (1)液体; ( 2 )流动相与组分间有亲合作用力,可 选用不同性质的溶剂作为流动相,提高分 离效率; (3)流动相种类多,选择范围广 流动相极性和pH值的选择也对分离起到重 要作用 室温;高压 流动相 H=A+Cu=A+Cmu+Csmu
5、数据记录与处理系统(工作站):将色谱系统的检测信 号转变为下一步使用的永久性的记录装置。
检测器性能比较
性能
类型 梯度洗脱
紫外可见
选择型 可以
荧光
选择型 可以
示差折光
通用型 不可以
蒸发光散射
通用型 可以
最小检出量
对流速敏感度 对温度敏感度
0.1-1ng
不敏感 不敏感
10-3-10-2ng 102-103ng
二、液液分配色谱法(LLC) 固定相与流动相均为液体
1)作为固定相的液相与流动相不互溶; 2)固定液对被分离组分是很好的溶剂。
1、分离机制:利用组分在两相间有不同的分配系数——分配定律 2、固定相:载体+固定液(物理或机械涂渍法) 缺点:系统内部压力大,易流失,不实用 3、分类 1)正相色谱:固定液极性 > 流动相极性(NLLC) 极性小的组分先出柱,极性大的组分后出柱 适于分离极性组分 2)反相色谱:固定液极性 < 流动相极性(RLLC) 极性大的组分先出柱,极性小的组分后出柱 适于分离弱极性、中等极性组分
n理 (

) 2 5.54(
neff
' ' t t ( ) 2 16( R ) 2 5.54( R ) 2 W W1 2
tR '
H eff L / neff
neff/n理 = (tR’/tR)2 = {tR’/[tM(1+k)]}2 = [k/(1+k)]2
neff k 2 n理 ( ) 1 k
2)涡流扩散项(多径扩散项):A
产生原因:载气携样品进柱,遇到来自固定相颗粒的阻力 → 路径不同→涡流扩散
涡流扩散系数 A 2 dp
— 填充不规则因子
dp — 填充颗粒直径
讨论:
,dp A H n 柱效
,dp A H ,n 柱效
经典LC 用途 柱内径 固定相粒径 柱效 流动相的输送 分离混合物 1~15 cm 不均匀,>100μm 低(H↑,n↓) 1~6 mm 球形,均匀,<10μm 高(H↓,n↑) HPLC 分离、分析混合物
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常压(重力或毛细作用) 高压(高压泵)
分析周期
能否在线检测




二、HPLC与GC的异同
相同点:兼具分离和分析功能,均可以在线检测 主要差别:分析对象、流动相以及操作条件
3)荧光检测器(FD):只能分析自身或是衍生化后能够产生荧光的物 质,灵敏度高(专属) 原理:利用某组分在溶液中受光激发后,能发射荧光的性质来进行检测。 优点:灵敏度高;选择性好 缺点:只适合具有荧光性的物质
4、检测器:将流出色谱柱的洗脱液中组分的量或浓度定量 转化为电信号
4)示差折光检测器(RID):利用折光率的差别,灵敏度低,温度要 求严格(通用) 原理:利用纯流动相和含有待测组分流动相之间折射率的差别进行检测 的。 优点:灵敏度适宜;通用型检测器 缺点:对温度变化敏感;不能用于梯度洗脱法中 5)电化学检测器(ECD) 6)化学发光检测器 7)MS、FTIR、NMR等
dp 2 C Dm
Dm
T

dp C H ,n 柱效
Dm H ,n 柱效
T Dm C ,但易产生气泡 T Dm , ,柱阻
3、HPLC降低板高、提高柱效的方法 1)采用小粒度、颗粒均匀的球形固定相,首选化学 键合相; 2)用低黏度的溶剂作流动相; 3)流动相采用低流速(1mL/min); 4)适当提高柱温,25—30º C。
1)储液瓶 惰性材料制成,坚固,易清洗,有足够的容积,滤棒/膜过滤器, 可滤去颗粒状物质 2)脱气装置: 氦气脱气,超声脱气, 真空脱气,在线脱气(膜过滤器)。 3)高压输液泵 • 主要部件之一,压力:150~350MPa • 为了获得高柱效而使用粒度很小的固定相(<10um),液体的流动相高 速通过时,将产生很高的压力,因此高压、高速是高效液相色谱的特 点之一。 • 应具有压力平稳、脉冲小、流量稳定可调,耐腐蚀等特点
流动相
操作条件 柱效主要 改善途径 速率理论 表达式
三、HPLC的特点和应用 三高、一快、一广 高柱效:n = 104 /米,分离柱效高 高灵敏度(检测器灵敏度高) 高选择性 分析速度快 应用范围广泛(可分析80%有机化合物) 能与HPLC联用的波谱仪:NMR、MS、FTIR 流动相选择范围宽
色谱柱可以反复使用
第八章 高效液相色谱法
High Performance Liquid Chromatography
8—1 8—2 8—3 8—4 8—5 8—6 8—7 概述 HPLC色谱仪 HPLC基本理论 各类HPLC及其固定相、流动相 HPLC分析条件的选择 定性与定量分析 液相色谱—质谱联用技术
8— 1
7—2 高效液相色谱仪 一、HPLC流程图 1、输液系统 1 )流动相储器(滤棒, 可滤去颗粒状物质) 2)脱气装置 3)高压泵(输液泵) 4)梯度洗脱装置 2、进样装置 3、色谱分离系统 4、检测系统 5、数据处理与记录系统
二、各部分作用 1 、输液系统:将流动相过滤、脱气并将样品和流动相输送 到色谱柱
三、化学键合相色谱法(BPC)
1、化学键合相 2、反相键合相色谱 3、正相键合相色谱 4、离子对色谱和离子抑制色谱
1、化学键合相:目前应用最广、性能最佳的固定相; 利用化学反应将固定液的官能团键合在载体表面 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
影响因素: dp:降低dp,采用小粒度固定相,常用3-5m。 :降低,球形、粒度均匀的固定相。 使用小而均匀的填充颗粒能改善柱效
3)传质阻抗项
C Cm Csm Cs Cm Csm
注:只考虑流动相和静态流动相的传质阻抗 忽略固定相传质阻抗
HPLC:H A Cm u Csm u
保护柱、色谱柱、恒温装置、连接阀 常用:直径4~6mm,柱长10~30cm 柱效评价:色谱系统适应性试验: R , n , T (拖尾因子) 柱再生:维护、保养、柱子的冲洗 发展趋势:减小填料粒度和柱径以提高柱效
4、检测器:将流出色谱柱的洗脱液中组分的量或浓度定量转 化为电信号
各种检测器: 1)紫外检测器(UVD):适于具有紫外吸收的物质(常用、专属) 原理:基于待测组分对特定波长的紫外光有选择性的吸收,被测物浓度与 吸光度的关系服从比尔定律。 优点:灵敏度高、噪声低、线性范围宽、对温度及流动相流速变化不敏感 缺点:不适用于无紫外吸收的物质;流动相的截止波长应小于检测波长 常用仪器:可变波长型检测器(VWD)、二极管阵列检测器(PDAD) 2)蒸发光散射检测器(ELSD):适用于挥发性低于流动相的组分,特 别适用于无紫外吸收的样品。(通用)
二、速率理论
B 2 Dm
Dm
T

柱温T 低,流动相 大 B相忽略
HPLC:H A C u
1)流动相流速对HPLC板高的影响(与GC对比)
u 1mL / min 时,H u u H ,n 柱效 ,但t R
兼顾柱效和分析时间,选择u 1ml / min
4)梯度洗脱装置
洗脱方式——等度和梯度两种
洗脱装置——低压梯度和高压梯度装置 低压梯度 高压梯度
高压泵 混合阀 高压泵 混合阀 高压泵
梯度洗脱剂
一台高压泵,常压下通过比例调节阀,将各种不同极性的溶剂按一 定的比例混合后,再被抽入高压泵中增压送入色谱柱
利用两台高压输液泵,程序控制每台泵的输出流量,在泵后的高压 状态下混合,混合后进入色谱柱
不敏感 不敏感 不敏感 敏感
0.1-10ng
不敏感 不敏感
8—3 HPLC基本理论
热力学理论:塔板理论——平衡理论
动力学理论:速率理论——Van deemter方程 一、塔板理论
二、速率理论
一、塔板理论
n理 L H理
tR
或 H 理 L / n理
tR 2 t ) 16( R ) 2 W1 2 W
概述
高效液相色谱法:以气相色谱为基础,在经典液相色谱
实验和技术基础上,以高压泵输送流动相,采用高效固 定相以及高灵敏度检测器发展而成一种液相色谱法。
一、HPLC与经典LC区别 二、HPLC与GC差别
三、特点
一、HPLC与经典LC的异同
相同点:流动相都是液体,分析对象相同
区别:固定相差别,输液设备和检测手段
二、各部分作用 2、进样系统:将试样引入色谱柱 1)隔膜进样(高分子有机硅胶垫→进样室) GC系统压力较小,可以 HPLC系统压力太大,必须停泵进样(早期) 2)阀进样:不必停泵,六通阀 现在:六通进样阀、自动进样装置
流路中为高压力工作状态, 通常使用耐高压的六通阀进 样装置,其结构如图所示:
3、色谱分离系统:分离混合成分
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