5超临界流体色谱法

超临界流体：在高于临界压力与临界温度时，物质的一种状态。

性质介于液体和气体之间。

超临界流体即不是气体，也不是液体，而且一种介于二者之间的一种对分离很有利的流体。

图：纯物质的相图幻灯片66.1 超临界流体色谱法概述超临界流体（Supercritical fluid, SF）：性质介于液体和气体之间§气体的低粘度，传质阻力小，可以快速高效的分离；§液体的高密度，适于低温下分离热不稳定、分子量大的物质SFC的扩散系数、粘度和溶解力都是密度的函数，可通过改变SFC的密度调节组分分离。

超临界流体的密度和压力有关。

幻灯片76.1 超临界流体色谱法概述超临界流体色谱（s u p e r c r i t i c a l f l u i d c h r o m a t o g r a p h y）：以超临界流体做流动相依靠流动相的溶剂化能力来进行分离、分析的色谱过程。

1869年，Andrews首先发现临界现象以来，各种研究工作陆续展开：1958年，James Lovelock首次提出设想。

1962年，Klesper第一篇关于用超临界流体二氯二氟甲烷和二氯二氟甲烷作的流动相，分离镍卟啉异构体。

1966年，正戊烷为流动相，分析多环芳烃、染料和环氧树脂。

1968年，Gidding等以CO2和氨为流动相，分析核苷、糖、氨基酸、甾醇、类固醇、类胡萝卜素等。

1981年，Novotay &Lee利用了毛细管柱超临界流体色谱才完善技术。

幻灯片86.2 超临界流体色谱的分类超临界流体色谱分类根据所用色谱柱不同填充柱超临界流体色谱packed column supercritical fluid chromatography, pcSFC毛细管超临界流体色谱capillary supercritical fluid chromatography根据色谱过程的用途分析型SFC制备型SFC(超临界二氧化碳作为流动相)幻灯片96.3 超临界流体色谱法的特点超临界流体（Supercritical fluid, SF）传质阻力小，可得到快速高效的分离；在较低温度下，可分析热不稳定性和分子量大的物质，同时还能增加柱子的选择性；流体的密度可改变流体的性质。

幻灯片106.3 超临界流体色谱法的特点●流动相具有与液体相近的密度，因此它有强溶解性，对分离具有选择性。

●流动相的黏度近于气体，可减少柱的过程阻力，适合采用细长色谱柱，提高柱效。

或使用更高的流速，提高分析速度。

●溶质在流动相的扩散系数介于气体和液体之间，具有较快的传质速率，使分析速度快于液相色谱，峰形变窄，灵敏度提高。

●改变流动相压力参数即可改变超临界流体的性质，改善色谱分离。

（程序升压法）●流动相便宜、绿色、易除去，可用于制备。

●SFC既可用GC中的检测器，又可用HPLC检测器。

●适合于分离分析难挥发和热稳定性差的物质。

幻灯片116.3 超临界流体色谱法的特点SFC与GC、LC的比较SFC GC LC流动相选择性流动相和固定相的函数固定相的函数流动相的函数总柱效最高，毛细管SFC为106最低其次分析时间分析时间短分析时间较长分析时间短工作温度室温至200℃精确的高温室温检测器可接各种类型只接FID, ECD,FPD,TID,PID,TCD等不能用FID，不能直接接入MS特点：1）与GC比，溶解度增大，分离难挥发样品效果好。

2）与HPLC相比，扩散系数大，分离度增加。

3）黏度低于液体，柱压降低，每米理论板数提高。

4）密度：溶解度、扩散系数和黏度都是密度的函数，可改变密度来实现，如程序升压等。

幻灯片126.4 超临界流体色谱基本概念SFC的一些基本tR，k，α，N和R等参数同普通的LC和GC。

相对变数 (reduced variable)指某一参数与其临界变数之比值，也叫折合变数、归一变数或简化变数，主要有相对压力(Pr)、相对体积(Vr)、相对温度(Tr)和相对密度(ρr)，Pc、Vc、Tc、ρc分别为临界压力、临界体积、临界温度和临界密度超临界流体的溶剂力超临界流体的溶剂力目前还没有一个严格定义，但可给出一个合理的分度表，Gidding认为，溶剂力主要由“状态效应”（如密度、分子间距离等）和“化学效应”（极性、酸碱性、氢键亲和力等）组成，可以用Hildbrand溶度参数（δ）表示：a为分子间引力；V为摩尔体积。

幻灯片136.4 超临界流体色谱法速率理论Golay速率理论Dm为溶质在流动相中的扩散系数，cm2/s；Ds为溶质在流动相中的扩散系数，cm2/s；r为柱内径；df为固定相的液膜厚度，cm；μ为流动相的线速度，cm/s; k为容量因子。

Dm、Ds、k确定后，H-μ曲线就成为双曲线，Golay方程简化为：式中，B/μ为纵向扩展对塔板高度的贡献；Cmμ为流动相传质对塔板高度的贡献；Csμ为固定相传质对踏板高度的贡献幻灯片146.4 超临界流体色谱法速率理论影响板高的因素：流动相线速μ柱径固定相液膜厚度流动相密度幻灯片156.4 超临界流体色谱法速率理论影响板高的因素：流动相线速μ、柱径、固定相液膜厚度和流动相密度。

流动相线速度对塔板高度的影响幻灯片166.4 超临界流体色谱法速率理论影响板高的因素：流动相线速μ、柱径、固定相液膜厚度和流动相密度。

最佳线速度反比于柱径，塔板高度则与柱径成正比，降低柱径将导致塔板高度降低，有利于提高柱效。

另一方面，柱径还影响压差，在毛细管SFC的实践中，限制使用长柱子的因素之一是通过柱子的压力差。

不同柱径上的H-μ曲线幻灯片176.4 超临界流体色谱法速率理论影响板高的因素：流动相线速μ、柱径、固定相液膜厚度和流动相密度。

固定相液膜厚度对塔板高度的影响如所示，对不同k值（k=1-5）组分，液膜厚度在0.25-1.0 μm范围变化，对H的影响很小，甚至可用更厚的液膜，这取决于所能允许的分离度的损失，最佳流速随液膜厚度的增加而降低，且曲线更加陡峭。

幻灯片186.4 超临界流体色谱法速率理论影响板高的因素：流动相线速μ、柱径、固定相液膜厚度流动相密度。

幻灯片196.5 超临界流体色谱法的操作条件SFC 色谱柱：填充柱dp：3-10 μm，Lcol：25 cm，内径：几mm交联毛细管柱df：0.05-1 μm，Lcol:10-20cm,内径：0.05-1 μmSFC 固定相：固体吸附剂（硅胶）；键合到毛细管壁的高聚物填充柱SFC和毛细管柱SFC稳定性热稳定好化学稳定性选择性高色谱柱毛细管色谱柱填充柱聚二甲基硅氧烷苯甲基聚硅氧烷二苯甲基聚硅氧烷正辛基含乙烯基的聚硅氧烷正壬基聚硅氧烷硅胶烷基键合硅胶幻灯片20Ibuprofen, 布洛芬固定相对分离的影响流动相：CO2+MeOH + 10 mM NH4OAc幻灯片21幻灯片226.5 超临界流体色谱法的操作条件临界常数越低越好；对样品有合适的溶解度；化学惰性，不与样品等作用；能与检测器匹配，还需安全不易爆炸；价格便宜，方便易得等。

流动相：压缩状态下的流体，有较多的气体或液相可供选择二氧化碳临界温度和临界压力均较低无色、无味、无毒、便宜易得化学惰性、热稳定性好对各类有机物溶解性好在紫外光区无吸收并能用于大多数的检测器，但样品中含有氨或者氨基时能发生反应而不能使用缺点：它的极性太弱，对一些极性化合物溶解能力差，加少量乙醇等改性。

幻灯片236.5 超临界流体色谱法的操作条件改性剂二氧化碳是最常见的流动相由于它是非极性溶剂，欲增加其在SFC中极性化合物的溶解和洗脱能力，常常在二氧化碳中加入少量的极性溶剂。

甲醇异丙醇乙腈二氯甲烷四氢呋喃二氧六环二甲基酰胺丙烯碳酸盐甲酸水等。

在非极性流体中加入适量的极性流体，可以得到降低保留值，改进分离的选择性因子，达到改善分离的效果，提高柱效。

这种在流动相中加入改性剂的流动相可称为混合流动相。

除了溶质的增加溶解度以外，改性剂还可以起到如下的色谱作用：掩盖了固定相上残留的硅醇基活性基团；改善了流动相与固定相的表面张力。

幻灯片24流动相中的改性剂对分离的影响幻灯片256.5 超临界流体色谱法的操作条件色谱柱的温度第 1 项类似LC溶解作用对保留的贡献第2、3项类似GC挥发作用对保留的贡献理想的情况，lgk对1/T作图应为直线，但这种情况并不总是存在。

一些研究表明，当温度区间范围较小的时候线性关系才成立，因为小的温度范围，超临界流体的密度变化较小，溶解度变化不大。

幻灯片266.5 超临界流体色谱法的操作条件色谱的检测器a) 破坏型检测器b) 非破坏型检测器火焰基破坏型检测器FIDFPDTIDRPD等一般应保持在250-450℃通常为350-400℃光谱型非破坏型检测器UV荧光检测器温度一般为室温或柱温幻灯片276.5 超临界流体色谱法的操作条件色谱的压力和密度流动相压力和密度在每一温度以下同样方式影响保留；选择适当的密度程序可使多组分混合物得到最佳分离，提高分离速度线性压力程序；线性密度程序；非线性密度程序；同步非线性密度、温度程序幻灯片286.5 超临界流体色谱法的操作条件柱径、柱长和阻力器对填充柱来说，改变的余地较小对毛细管柱则有较大的选择性在毛细管SFC中柱径与柱效和最佳线速度成反比降低柱径柱径减低柱容量急剧下降和柱压差的大幅度增加大于50μm在毛细管SFC中柱长与总柱效和柱容量成正比增加柱长延长分析时间对于常规分析，选用3-5 m的毛细管柱；对于一般分析应用，可选用10 m的毛细管柱；对复杂的多组分分析，可选用15-20 m的毛细管柱。

阻力器或备压调节器用以保证超临界流体在整个色谱柱分离过程中和整个系统中始终保持为流体状态，而阻力器后流动相就降为大气压。

直管型、小孔型和多孔玻璃型。

幻灯片296.6 SFC仪器结构幻灯片30典型的分析及半制备型超临界流体色谱仪流程幻灯片31幻灯片326.6 SFC仪器结构SFC仪器主要包括三个组成部分输送系统，其功能为在超临界压力下输送流动相；精密的恒温箱，保证系统的恒温性；控制系统，以实现超临界压力或密度等变化及色谱柱柱温温度调节等。

幻灯片336.6 SFC仪器结构与气、液色谱的主要区别是a) 超临界流体色谱仪必须装有阻力器（或备压调节器）。

b) 色谱柱应有精密的温控系统，为流动相提供精确的控温。

c) 超临界色谱仪必须有精密的升压控制装臵。

d) 当使用极性较弱的超临界流体（如二氧化碳）作为流动相，常需加入甲醇、乙腈等有机改性剂。

e) 由于有机改姓剂的加入和流体流速对分离效果影响明显，因此要求输送系统具有较高的精密度，用以保证色谱分离的重复性。

幻灯片346.6 SFC仪器结构●流动相输送装置●室温常压为气体的流动相：可将高压钢瓶中的流动相减压至所需压力或用升压泵增压。

●室温常压为液体的流动相：采用无脉动注射泵输送。