分析化学-高效液相色谱法

第二十章高效液相色谱法(HPLC)经典液相色谱法为基础，引入气相色谱法的理论和实验技术，高压输送流动相，高效固定相及高灵敏度检测器，现代液相色谱分析方法。高效液相色谱法与经典液相色谱法经典液相柱色谱装置高效液相色谱仪经典液相色谱HPLC固定相粒径流动相驱动方式流动相流速150-200μm重力或低压泵很慢3-10μm高压泵快(1-10mL/min)例：分离20种氨基酸柱长：170cm柱径：0.9cmF：30mL/ht分离:20h经典柱色谱HPLCt分离：1h与经典液相色谱法相比颗粒极细（一般为10m以下）、规则均匀的固定相，(键合相)传质阻抗小，柱效高，分离效率高；高压输液泵输送流动相，流速快，分析速度快；高灵敏度检测器，灵敏度大大提高。紫外检测器最小检测限可达109g，而荧光检测器最小检测限可达1012g。与气相色谱法相比不受试样的挥发性和热稳定性的限制，应用范围广；可选用各种溶剂作为流动相，对分离的选择性有很大作用，选择性高；一般在室温条件下进行分离，不需要高柱温。第一节高效液相色谱法的主要类型和原理一、主要类型四类基本类型色谱法分配色谱法（partitionchromatography）吸附色谱法（adsorptionchromatography）离子交换色谱法（IEC）空间排阻色谱法（SEC）其他色谱类型亲合色谱法（affinitychromatography；AC）手性色谱法（chiralchromatography；CC）胶束色谱法（micellarchromatography；MC）电色谱法（electrochromatography；EC）二、化学键合相色谱法以化学键合相为固定相的色谱法，简称键合相色谱法(bondedphasechromatography；BPC)化学键合相：采用化学反应的方法将官能团键合在载体表面所形成的固定相优点：固定相的均一性和稳定性好，在使用过程中不易流失，使用周期长；柱效高；重现性好；能使用的流动相和键合相的种类多，分离的选择性高正相（normalphase，NP）和反相（reversedphase，RP）键合相色谱法：根据化学键合相与流动相极性的相对强弱（一）正相键合相色谱法固定相：极性键合相如氰基（－CN）、氨基（－NH2）或二羟基键合硅胶。（经典：水饱和的硅胶）流动相：非极性或弱极性溶剂加极性调整剂如烷烃加醇类。（与水不混溶的溶剂）适用范围：溶于有机溶剂的极性至中等极性的分子型化合物如一些在硅胶柱上分离的物质分离机制？分配：把有机键合层作为一个液膜看待，溶质在两相的溶解吸附：溶质与键合极性基团间的诱导、氢键和定向作用分离选择性：极性强的组分k大，后洗脱出柱。流动相的极性增强，洗脱能力增加，使组分k减小，tR减小。（二）反相键合相色谱法固定相：非极性键合相如十八烷基硅烷（C18，ODS）、辛烷基（C8）键合硅胶流动相：水为基础溶剂，加入一定量与水混溶的极性调整剂常用甲醇－水、乙腈－水等适用范围：最广非极性至中等极性的组分，（还有有机酸、碱及盐等）保留机制疏溶剂（solvophobictheory）溶质的保留主要是溶质分子与极性溶剂分子间的排斥力，促使溶质分子与键合相的烃基发生疏水缔合。不是溶质分子与键合相间的色散力。保留行为的主要影响因素1、溶质的分子结构（极性）极性越弱，疏水性越强，k越大，tR也越大。同系物碳数越多，极性越弱，k越大；引入极性取代基，降低疏水性，k值变小。2、固定相键合烷基的疏水性随碳链的延长而增加，溶质的k也增大。硅胶表面键合烷基的浓度越大，则溶质的k越大。3、流动相极性越强，洗脱能力越弱，使溶质的k越大溶剂种类：水为弱溶剂，醇为强溶剂溶剂比例：水的比例增加，使k增大中性盐的加入：使中性溶质的k增大pH：影响弱酸、弱减的离解流动相的pH降低，弱酸k增大，tR增大；弱碱k变小。离子抑制色谱法（ionsuppressionchromatography；ISC）用少量弱酸、弱碱或缓冲溶液，调节流动相的pH，抑制有机弱酸、弱碱的离解，增加疏水缔合作用，使k变大。适用于3≤pKa≤7的弱酸、7≤pKa≤8的弱碱反相键合相色谱法把离子对试剂加入到含水流动相中，组分离子在流动相中与离子对试剂的反离子（counterion）生成中性离子对，增加溶质与非极性固定相的作用，使k增加，改善分离效果。（三）反相离子对色谱法离子对模型33++()+3s3(+固定相+()+B)+B+H+BHRSONaRSO+Na+BHRSORSO)BH离子对mB+ABAmA(smBAmmmsmsBAA][A][B]AB[]B[]A[BEK流动相通式影响容量因子的因素离子对试剂的种类和浓度：碳链长度增加，溶质的k增大；在一定范围内试剂的浓度升高，溶质的k增大流动相的pH：有利于组分和离子对试剂离子化时（离子对的形成），组分的k值最大固定相、流动相性质（同一般RP-HPLC）。适用范围和离子对试剂的选择适用范围：有机酸、碱、盐，离子型和非离子型化合物的混合物。分析酸类或带负电荷物质：用季铵盐，如四丁基铵磷酸盐（TBA）和溴化十六烷基三甲基铵（CTAB）等。分析碱类或带正电荷的物质：用烷基磺酸盐或硫酸盐，如正戊烷基磺酸钠（PICB5）、正己烷基磺酸钠（PICB6）。第二节高效液相色谱法的固定相和流动相及其选择固定相应符合下列要求：颗粒细且均匀；传质快；机械强度高，能耐高压；化学稳定性好，不与流动相发生化学反应。一、化学键合相色谱法的固定相（一）键合相的种类非极性键合相：非极性烃基，如C18﹑C8﹑C1与苯基等键合在硅胶表面；用于反相色谱；长链烷基可使溶质的k增大，选择性改善，载样量提高，稳定性更好。键合相的种类弱极性键合相：醚基和二羟基等键合相用于反相或正相色谱极性键合相：常用氨基﹑氰基键合相（氰乙硅烷基≡Si(CH2)2CN)键合硅胶一般用于正相色谱特殊用途的键合相（二）键合相的性质和特点键合反应硅氧烷（Si－O－Si－C）型：氯硅烷与硅胶进行硅烷化反应22SiOHClCH+SiSiSiClH18OR118HC3737RRR1如：YWG－C18H37，无定形硅胶YWG上键合了十八硅烷基；SpherisorbODS，球形硅胶Spherisorb上键合了ODS。键合相的性质和特点键合相的性质含碳量：含碳的百分数覆盖度：已反应的硅醇基数目占硅胶表面硅醇基总数的比例封尾（end-capping）：在键合反应后，用三甲基氯硅烷等进行钝化处理，减少残余硅醇基。键合相的特点使用过程中不流失；化学稳定性好；适于梯度洗脱；载样量大注意：流动相的pH一般应在3-8，否则会引起硅胶溶解；(也有适用宽pH范围的键合相)。固定相硅胶－强极性氧化铝－弱极性活性炭－非极性分子筛－强极性高分子多孔微球(GDX)固体吸附剂硅胶表面结构硅胶表面结构经热处理发生的变化二、化学键合相色谱法的流动相对流动相的要求：与固定相不发生化学反应。对试样有适宜的溶解度。使k在1~10范围内，与检测器相适应。例如用紫外检测器时，选用截止波长小于检测波长的溶剂。纯度高，粘度小。低粘度流动相如甲醇﹑乙腈等可以降低柱压，提高柱效。（一）流动相对分离的影响n由色谱柱（固定相）性能决定，α主要受溶剂种类的影响，k受溶剂配比的影响。2211-4nkkααR（二）流动相的强度和选择性溶剂的极性（强度）正相色谱：溶剂极性越强，洗脱能力越强反相色谱：极性弱的溶剂洗脱能力强溶剂的选择性不同种类的溶剂，分子间的作用力不同，故选择性不同混合溶剂（二元或多元流动相）三、分离条件的选择1、色谱柱柱效的基本关系式222/1'16'54.5WtWtnrreffeffeffnLH2、分离度14)()(22112effrrnWWttR3、速率方程CuuBAHMDB20uB在大多数情况下，溶质在液相流动相中的扩散系数，约为气相中扩散系数的万分之一CuAH流动相流速对板高的影响1)小颗粒填料，填充均匀；2)选择较低的流动相流速；3)选择粘度小的溶剂作流动相，改善传质。修正的速率方程：提高柱效途径流动相(洗脱剂)越大，表明流动相溶剂分子对吸附剂的亲和能力越强，则越易从吸附剂上将被吸附的溶质洗脱下来。。溶剂分子在单位吸附剂表面上的吸附自由能。溶剂强度参数硅胶固定相分离苯，甲苯，乙苯，丙苯，丁苯流动相：干燥正庚烷1份水饱和的正庚烷2份干燥正庚烷水饱和的正庚烷改变流动相的组成可改变分离的选择性4应用具有不同官能团的化合物具有相同官能团，但数量不同的化合物异构体例：几种取代位置不同的硝基苯胺的分离。在硅胶吸附剂上的滞留顺序：邻位间位对位邻硝基苯胺间硝基苯胺对硝基苯胺适合分离的物质一、液固吸附色谱Liquid-SolidChromatographymadadmnMXnMX以样品中各组分在固定相上的吸附作用不同来进行分离“相似相溶”原理异构体的分离二、液液分配色谱Liquid-LiquidChromatographyaqorgiiKiStationaryphaseMobilephase固定液易流失化学键合固定相三、分配色谱法分离原理msccKK不仅与固定相的种类有关，也与流动相的种类有关固定相极性流动相极性正相分配色谱组分极性越大，保留时间越长反相分配色谱固定相极性流动相极性组分极性越小，保留时间越长四、离子交换色谱法阳离子交换树脂阳离子交换阴离子交换++RSO3-H+H+RSO3-M+M+RNR3+Cl-+X-RNR3++X-Cl-1分离原理2固定相阳离子：－SO3H(强)－CO2H(弱)阴离子：－N+R3(强)－NH2(弱)基质合成树脂纤维素硅胶离子交换剂3流动相水相缓冲液+有机改性剂调节选择性的主要参数盐种类及浓度pH值各种阴离子的在阴离子交换剂上的滞留次序：FOHCOOCHHCOOClSCNBrCrONOIOCSO324324224柠檬酸离子用柠檬酸离子洗脱比用氟离子洗脱快4应用离子及可离解的化合物如氨基酸、核酸、蛋白质等四化学键合相色谱采用化学键合相的液相色谱固定相非常稳定，在使用中不易流失。由于可将各种极性的官能团键合到载体表面，因此它适用于种类繁多样品的分离。特点1.键合固定相制备ODS(C18)键合相硅胶十八烷基氯硅烷非极性硅烷化反应使用pH范围：2-8键合固定相类型疏水基团烷烃（C8和C18）、苯基等极性基团丙氨基氰乙基醚和醇等离子交换基团胺基、季铵盐磺酸、羧酸2.键合相色谱法分类反相键合相色谱:常用固定相：C18分离对象非极性中等极性化合物常用流动相甲醇-水乙睛-水反相键合相色谱疏溶剂分离机制固定相极性流动相极性正相键合相色谱固定相极性流动相极性离子性键合相色谱将各种离子交换基团化学键合到硅胶基质表面上，就形成了离子性键合相色谱的固定相。其分离原理与离子交换色谱类同。例：甲苯和苯酚的分离。流动相：甲醇-水出峰顺序：苯酚，甲苯出峰顺序：甲苯，苯酚十八烷基键合相二醇基键合相保留时间：例：以ODS键合色谱柱、甲醇-水为流动相分离以下两种苯甲酸，试判断出峰次序。COOHOHOHCOOHOHOHHO没食子酸3,4-二羟基苯甲酸固定相:非极性;流动相:极性组分极性:3,4-二羟基苯甲酸没食子酸五尺寸排阻(凝胶)色谱法排阻色谱分离示意图相对分子质量差别大于10％的化合物才可以分离1分离原理2固定相是一种经过交联而具有立体网状结构的多聚体，其中含有大量液体（一般是水），柔软而富于弹性。凝胶3流动相不采用改变流动相组成的方法控制分离度分离方法的选择第三节高效液相色谱仪高压泵流动相溶剂废液色谱柱进样口检测器一高压输液系统1高压泵要求输出压力高平稳、脉冲小流量稳定可调耐腐蚀2梯度洗脱装置低压梯度高