第3章高效液相色谱.ppt

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1、High Performance Liquid Chromatography,HPLC第第3 3章章高效液相色谱法高效液相色谱法高效液相色谱与其他仪器相比特点：高效液相色谱与其他仪器相比特点：（1）高压）高压（2）高速）高速（3）高效）高效（4）高灵敏度）高灵敏度3-1 高效液相色谱法概述高效液相色谱法概述高效液相色谱法概述高效液相色谱法概述经典的液相色谱法与现代液相色谱法的比较经典的液相色谱法与现代液相色谱法的比较 1.1.流动相的输送形式不同。流动相的输送形式不同。2.2.分析周期不同。分析周期不同。3.3.柱效不同。柱效不同。液相色谱与气相色谱的比较液相色谱与气相色谱的比较相同点：相同点

2、：液相色谱所用基本概念：保留值、塔板数、液相色谱所用基本概念：保留值、塔板数、塔板高度、分离度、选择性等与气相色谱一致。液塔板高度、分离度、选择性等与气相色谱一致。液相色谱所用基本理论：塔板理论与速率方程也与气相色谱所用基本理论：塔板理论与速率方程也与气相色谱基本一致。相色谱基本一致。根据保留值定性、根据峰高或峰面积定量。根据保留值定性、根据峰高或峰面积定量。不同点：不同点：（1 1）应用范围不同）应用范围不同 气相色谱仅能分析在操作温度气相色谱仅能分析在操作温度下能气化而不下能气化而不分解的物质分解的物质。对高沸点化合物、非挥发性物质、对高沸点化合物、非挥发性物质、热不稳定化合物、离子型化合

3、物及高聚物的分离、热不稳定化合物、离子型化合物及高聚物的分离、分析较为困难分析较为困难。液相色谱则不受样品挥发度和热稳定性的限液相色谱则不受样品挥发度和热稳定性的限制，它非常适合分子量较大、难气化、不易挥发制，它非常适合分子量较大、难气化、不易挥发或对热敏感的物质、离子型化合物及高聚物的分或对热敏感的物质、离子型化合物及高聚物的分离分析。离分析。（2 2）液相色谱能完成难度较高的分离工作）液相色谱能完成难度较高的分离工作 气相色谱的流动相载气是色谱惰性的，不参与气相色谱的流动相载气是色谱惰性的，不参与分配平衡过程。分配平衡过程。液相色谱中流动相液体也与固定相争夺样品分液相色谱中流动相液体也与固

4、定相争夺样品分子，为提高选择性增加了一个因素。子，为提高选择性增加了一个因素。液相色谱固定相类型多，作为分析时选择余地液相色谱固定相类型多，作为分析时选择余地大；大；液相色谱通常在室温下操作，较低的温度，一液相色谱通常在室温下操作，较低的温度，一般有利于色谱分离条件的选择。般有利于色谱分离条件的选择。（3 3）液相色谱中制备样品简单，回收样品也比较容）液相色谱中制备样品简单，回收样品也比较容易，而且回收是定量的，适合于大量制备易，而且回收是定量的，适合于大量制备。但液。但液相色谱尚缺乏通用的检测器，仪器比较复杂，价相色谱尚缺乏通用的检测器，仪器比较复杂，价格昂贵。在实际应用中，这两种色谱技术是

5、互相格昂贵。在实际应用中，这两种色谱技术是互相补充的。补充的。3-2 影响液相色谱柱的因素影响液相色谱柱的因素 1.涡流扩散项涡流扩散项He He=2dpdp:固定相平均颗粒直径，固定相平均颗粒直径，为固定相的填为固定相的填充不均匀因子。充不均匀因子。使用细小的颗粒，填充均匀，可减小涡使用细小的颗粒，填充均匀，可减小涡流扩散项。流扩散项。2.纵向扩散项纵向扩散项Hd Hd=CdDm/u分子在液体中的扩散系数比在气体中小分子在液体中的扩散系数比在气体中小45个数量级，对色谱峰扩散的影响可忽略。个数量级，对色谱峰扩散的影响可忽略。3.传质阻力项传质阻力项 固定相传质阻力项和流动相传质阻力项固定相传

6、质阻力项和流动相传质阻力项 H(Csdf2/Ds+Cmdp2/Dm+Csmdp2/Dm)u 是影响柱效能的主要因素，固定相颗粒越是影响柱效能的主要因素，固定相颗粒越小，小，H越小越小提高液相色谱的分离效率，必须提高液相色谱的分离效率，必须提高柱内提高柱内填料装填的均匀性、减小粒度、使用低黏填料装填的均匀性、减小粒度、使用低黏度的流动相或适当提高柱温以降低流动相度的流动相或适当提高柱温以降低流动相黏度，黏度，从而加快传质速率，其中减小粒度从而加快传质速率，其中减小粒度是提高柱效的最有效途径是提高柱效的最有效途径 区别区别：气相色谱的曲线有一个最低点（最佳：气相色谱的曲线有一个最低点（最佳流速），

7、液相色谱中，分子扩散项影响较小，流速），液相色谱中，分子扩散项影响较小，流动相的流速于板高成直线关系，流速增大，流动相的流速于板高成直线关系，流速增大，板高增加，柱效降低，为了兼顾柱效与分析板高增加，柱效降低，为了兼顾柱效与分析速度，一般都尽可能地采用较低流速。速度，一般都尽可能地采用较低流速。3-3 高效液相色谱法的主要类型高效液相色谱法的主要类型 及其分离原理及其分离原理按分离机理不同分为：按分离机理不同分为：液液分配色谱、液固液液分配色谱、液固色谱、离子交换色谱、离子对色谱、离子色谱、离子交换色谱、离子对色谱、离子对色谱、离子色谱法和空间排阻色谱对色谱、离子色谱法和空间排阻色谱分离系统由

8、两相分离系统由两相固定相和流动相组成固定相和流动相组成 液相色谱的液相色谱的固定相固定相可以是吸附剂、化学键可以是吸附剂、化学键合固定相（或在惰性载体表面涂上一层液膜）、合固定相（或在惰性载体表面涂上一层液膜）、离子交换树脂或多孔性凝胶；离子交换树脂或多孔性凝胶；流动相流动相是各种溶是各种溶剂。剂。根据各组分在固定相及流动相中的吸附能根据各组分在固定相及流动相中的吸附能力、分配系数、离子交换作用或分子尺寸大小力、分配系数、离子交换作用或分子尺寸大小的差异进行分离。的差异进行分离。液液分配色谱法液液分配色谱法在液液色谱中，一个在液液色谱中，一个液相液相作为流动相，而作为流动相，而另一另一个液相个

9、液相则涂渍在很细惰性载体或硅胶上作为固定则涂渍在很细惰性载体或硅胶上作为固定相。流动相与固定相应互不相溶，两者之间应有相。流动相与固定相应互不相溶，两者之间应有一明显的分界面。分配系数（一明显的分界面。分配系数（K K）或分配比（）或分配比（k k）小的组分，保留值小，先流出柱。小的组分，保留值小，先流出柱。正相液液色谱法正相液液色谱法(Normal phase Chromatography)：流流动相极性小于固定相极性，又称为正相洗脱或正动相极性小于固定相极性，又称为正相洗脱或正相冲洗。相冲洗。极性小的先流出色谱柱，极性大的后流出色谱柱，极性小的先流出色谱柱，极性大的后流出色谱柱，适合于分离

10、极性化合物适合于分离极性化合物。反相液液色谱法反相液液色谱法(Reversed phase Chromatography)：流动相极性大于固定相极性，又称为反相洗脱或流动相极性大于固定相极性，又称为反相洗脱或反相冲洗。反相冲洗。极性小的后流出色谱柱，极性大的先流出色谱柱，极性小的后流出色谱柱，极性大的先流出色谱柱，适合于分离芳烃、稠环芳烃及烷烃等化合物。适合于分离芳烃、稠环芳烃及烷烃等化合物。正相色谱固定相：正相色谱固定相：硅胶、三氧化铝以及载有醇基、硅胶、三氧化铝以及载有醇基、氨基和氰基的固定相氨基和氰基的固定相。流动相选用非极性流动。流动相选用非极性流动相，如：相，如：正已烷或环已烷正已烷

11、或环已烷正相色谱依据溶剂极性差别达到分离目的。正相色谱依据溶剂极性差别达到分离目的。反相色谱固定相：反相色谱固定相：非极性载体非极性载体。固定相以硅胶为。固定相以硅胶为基质，将不同疏水基团通过化学键合到硅胶表基质，将不同疏水基团通过化学键合到硅胶表面的游离羟基上（如键合面的游离羟基上（如键合C18烷基的非极性固烷基的非极性固定相，为定相，为C18柱）柱）大多数有机化合物都存在疏水基团，因此，反相大多数有机化合物都存在疏水基团，因此，反相色谱较为普遍。色谱较为普遍。在液液色谱中，除一般要求外，还要求流在液液色谱中，除一般要求外，还要求流动相对固定相的溶解度尽可能小，动相对固定相的溶解度尽可能小，

12、因此固定因此固定液和流动相的性质往往处于两个极端液和流动相的性质往往处于两个极端，例如例如当选择固定液是极性物质时，所选用的流动当选择固定液是极性物质时，所选用的流动相相通常是极性很小的溶剂或非极性溶剂。通常是极性很小的溶剂或非极性溶剂。液液固吸附色谱法固吸附色谱法 液固色谱法是根据各组分在固定液固色谱法是根据各组分在固定相上的吸附能力的差异进行分离。相上的吸附能力的差异进行分离。吸附剂是一些多孔的固体颗粒物质，吸吸附剂是一些多孔的固体颗粒物质，吸附试样的能力，主要取决于吸附剂的比表面附试样的能力，主要取决于吸附剂的比表面积和理化性质，试样的组成和结构以及洗脱积和理化性质，试样的组成和结构以及

13、洗脱液的性质等。液的性质等。一、液固色谱法固定相一、液固色谱法固定相 酸性吸附剂：硅胶、硅酸镁酸性吸附剂：硅胶、硅酸镁 碱性吸附剂：氧化铝碱性吸附剂：氧化铝 氧化镁氧化镁 流动相流动相：液体：液体固定相固定相：吸附剂（主要是多孔物质，如：吸附剂（主要是多孔物质，如硅胶、氧化铝、硅藻土等）硅胶、氧化铝、硅藻土等）适合分离中等相对分子质量（适合分离中等相对分子质量（200M2000），能溶于非极性或中等极性溶剂），能溶于非极性或中等极性溶剂的脂溶性样品的分离。凡能在薄层上成的脂溶性样品的分离。凡能在薄层上成功分离的化合物，也可用液固色谱分离。功分离的化合物，也可用液固色谱分离。固体吸附剂按其固体吸

14、附剂按其性质性质可分为可分为极性和非极性极性和非极性两种两种极性吸附剂包括极性吸附剂包括硅胶、氧化铝、氧化镁、硅胶、氧化铝、氧化镁、硅酸镁、分子筛及聚酰胺硅酸镁、分子筛及聚酰胺等。等。非极性吸附剂最常见的是非极性吸附剂最常见的是活性炭活性炭。各种吸附剂中，各种吸附剂中，最常用的吸附剂是硅胶，其次最常用的吸附剂是硅胶，其次是氧化铝是氧化铝液固色谱法流动相必须符合下列要求：液固色谱法流动相必须符合下列要求：（1 1）能溶解样品，但不能与样品发生反应。）能溶解样品，但不能与样品发生反应。（2 2）与固定相不互溶，也不发生不可逆反应。）与固定相不互溶，也不发生不可逆反应。（3 3）粘度要尽可能小，这样

15、才能有较高的渗透性）粘度要尽可能小，这样才能有较高的渗透性和柱效。和柱效。（4 4）应与所用检测器相匹配。例如利用紫外检测）应与所用检测器相匹配。例如利用紫外检测器时，溶剂要不吸收紫外光。器时，溶剂要不吸收紫外光。（5 5）容易精制、纯化、毒性小，不易着火、价格）容易精制、纯化、毒性小，不易着火、价格尽量便宜等。尽量便宜等。在液在液-固色谱中，选择流动相的固色谱中，选择流动相的基本原则是基本原则是 极性大极性大的试样用极性较强的流动相，极性小的则用低极性的试样用极性较强的流动相，极性小的则用低极性流动相流动相。(1)(1)分离机理分离机理试样中的离子与离子交换树脂上的离子发生反应：试样中的离子

16、与离子交换树脂上的离子发生反应：阳离子交换：阳离子交换：树脂树脂SOSO3 3-H H+M+M+=树脂树脂SOSO3-3-M M+H+H+阴离子交换：阴离子交换：树脂树脂NRNR4 4ClCl-+X+X-=树脂树脂NRNR4 4X X-+ClCl -不不同同的的离离子子与与树树脂脂离离子子的的交交换换能能力力（亲亲和和能能力力）不不同同，亲和力越大，离子越难洗脱，从而得以分离。亲和力越大，离子越难洗脱，从而得以分离。离子交换色谱法离子交换色谱法（ion exchangechromatogrephy,IEC）离子交换色谱法离子交换色谱法（ion exchangechromatogrephy,IE

17、C）固定相：带有离子交换功能的基团，是在交联固定相：带有离子交换功能的基团，是在交联的高分子骨架上结合可解离的无机基团。的高分子骨架上结合可解离的无机基团。离子交换剂的本体结构不发生明显变化，而是离子交换剂的本体结构不发生明显变化，而是其上带有的离子与外界同电性的离子发生等量其上带有的离子与外界同电性的离子发生等量离子交换。离子交换。由薄壳型或全多孔球型微粒硅胶表面键合上各由薄壳型或全多孔球型微粒硅胶表面键合上各种离子交换基团制成，如在树脂上键合种离子交换基团制成，如在树脂上键合SO3H基团（树脂基团（树脂SO3H），可交换基团），可交换基团H不同样品离子对离子交换树脂所带电荷的结合不同样品离

18、子对离子交换树脂所带电荷的结合力不同，使洗脱剂可以借助逐渐升高离子浓度力不同，使洗脱剂可以借助逐渐升高离子浓度（即离子梯度）的方式，使结合力弱的离子先（即离子梯度）的方式，使结合力弱的离子先流出，结合力强的后洗脱。流出，结合力强的后洗脱。离子交换色谱法离子交换色谱法（ion exchangechromatogrephy,IEC）SO3H+M+SO3M+H+离子对色谱离子对色谱（ion pair chromatography）离子对色谱离子对色谱：将一种（或多种）与溶质：将一种（或多种）与溶质分子电荷相反的离子（对离子或反离子）分子电荷相反的离子（对离子或反离子）加到流动相或固定相中，使其与溶质

19、离加到流动相或固定相中，使其与溶质离子结合形成离子对化合物，从而控制溶子结合形成离子对化合物，从而控制溶质离子的保留行为。质离子的保留行为。分为正相离子对色谱、反相离子对色谱分为正相离子对色谱、反相离子对色谱固定相、流动相和离子对试剂固定相：固定相：多为多为C18,C8反相键合相反相键合相流动相：流动相：以水为主的缓冲液，或水以水为主的缓冲液，或水-甲醇、甲醇、水水-乙腈等混合溶剂乙腈等混合溶剂离子对试剂离子对试剂：四丁基铵正离子、十六烷基：四丁基铵正离子、十六烷基三甲基铵正离子，三甲基铵正离子，ClO4-，十二烷基磺酸根，十二烷基磺酸根等等应应 用用有机酸、有机碱特别是强酸有机酸、有机碱特别

20、是强酸强碱的分析，如羧酸、磺酸、强碱的分析，如羧酸、磺酸、胺类、酚类、药物、染料等胺类、酚类、药物、染料等空间排阻色谱法空间排阻色谱法（size exclusion chromatography,SEC）空间排阻色谱法是一种按溶质分子在流空间排阻色谱法是一种按溶质分子在流动相溶液中的体积大小分离的色谱法，动相溶液中的体积大小分离的色谱法，以凝胶为固定相，其分离机理与其他色以凝胶为固定相，其分离机理与其他色谱完全不同。谱完全不同。适合于分离分子质量大（适合于分离分子质量大（M2000）的）的化合物，只能分离相对分子质量差别在化合物，只能分离相对分子质量差别在10%以上的分子，不能分离大小相似，以

21、上的分子，不能分离大小相似，相对分子质量接近的分子。相对分子质量接近的分子。分离原理示意图分离原理示意图3-4 液相色谱固定相液相色谱固定相1.液相色谱固定相液相色谱固定相 固定相又称为柱填料，采用固定相又称为柱填料，采用310m 的微粒的微粒固定相。固定相。分类分类：按化学组成：按化学组成微粒硅胶、高分子微球、微粒多孔碳微粒硅胶、高分子微球、微粒多孔碳 310m 的微粒硅胶是主要的填料，机械的微粒硅胶是主要的填料，机械强度好，容易控制的孔结构和表面积，较强度好，容易控制的孔结构和表面积，较好的化学稳定性和化学反应专一性。好的化学稳定性和化学反应专一性。化学键合相化学键合相 固定相是固定相是通

22、过化学反应把各种不同的有机基通过化学反应把各种不同的有机基团键合到硅胶（载体）表面的游离羟基上团键合到硅胶（载体）表面的游离羟基上，代替机械涂渍的液体固定相。代替机械涂渍的液体固定相。化学键合色谱适用于分离几乎所有类型的化化学键合色谱适用于分离几乎所有类型的化合物。合物。根据键合相与流动相之间相对极性的强弱，根据键合相与流动相之间相对极性的强弱，可将键合相色谱分为可将键合相色谱分为极性键合相色谱极性键合相色谱和和非极非极性键合相色谱性键合相色谱。化学键合相化学键合相1.1.非极性键合相：表面基团为非极性烃基，非极性键合相：表面基团为非极性烃基，如十八烷基、辛烷基等。如十八烷基、辛烷基等。C C

23、1818最常见的非极性键合相最常见的非极性键合相R=-CH3-C4Hg-C8H17 octyl-C18H37 n-octyldecyl-ODS 液相色谱流动相液相色谱流动相 既可携带样品，也进行分配既可携带样品，也进行分配 要求如下：要求如下：（1）黏度小。（）黏度小。（2）沸点低、固体残留物）沸点低、固体残留物少（少（3）与检测器相适应）与检测器相适应 （4）与色谱）与色谱系统相适应系统相适应 （5）溶剂纯度）溶剂纯度固定相和流动相的选择固定相和流动相的选择v根根据据样样品品的的极极性性，对对选选择择十十分分关关键键，一一般官能团相对极性大致顺序为：般官能团相对极性大致顺序为：C Cx xH

24、 Hy y 醚醚 酯酯 酮酮 醛醛 亚亚胺胺 氨氨 醇醇 水水 v要获得较好的分离度要获得较好的分离度，则要求仔细考察则要求仔细考察样品，流动相固定相的极性配合与平衡。样品，流动相固定相的极性配合与平衡。但有关理论并不完善，大多数还是用实但有关理论并不完善，大多数还是用实验方法获得。先选一种柱子试，反复之验方法获得。先选一种柱子试，反复之后，不行再换。后，不行再换。3-6 高效液相色谱仪高效液相色谱仪液体输送系统、进样系统、分离系统、检液体输送系统、进样系统、分离系统、检测系统测系统溶剂在放入贮液罐前必须经过溶剂在放入贮液罐前必须经过0.45m滤滤膜过滤，除去溶剂中的杂质。膜过滤，除去溶剂中的

25、杂质。流动相在使用前必须脱气处理，除去其流动相在使用前必须脱气处理，除去其中溶解的气体。中溶解的气体。常用的脱气方法常用的脱气方法：吹氦脱气法、加热回：吹氦脱气法、加热回流法、抽真空脱气法、超声脱气法流法、抽真空脱气法、超声脱气法液体输送系统液体输送系统储液瓶、高压泵、梯度洗脱装置储液瓶、高压泵、梯度洗脱装置梯度洗脱装置梯度洗脱装置通过两个输液泵流速的变化，改变流动通过两个输液泵流速的变化，改变流动相的洗脱能力，其作用与气相色谱的程序升温相的洗脱能力，其作用与气相色谱的程序升温类似。类似。CABABC溶剂溶剂A溶剂B电磁阀A电磁阀B混合室泵溶剂A溶剂B高压泵A高压泵B混合室低压溶剂梯度方框图高

26、压溶剂梯度方框图n 梯度洗脱流程梯度洗脱流程进样系统六通进样阀结构示意图分离系统分离系统色谱柱色谱柱 包括包括柱管柱管与与固定相固定相两部分两部分一般色谱柱长一般色谱柱长530cm，内径为内径为45mm凝胶色谱柱内径凝胶色谱柱内径312mm微柱内径微柱内径1-2mm，长，长1-5cm制备往内径较大，可达制备往内径较大，可达25mm 以上以上检测系统检测系统通用型检测器通用型检测器：示差折光检测器、电导检：示差折光检测器、电导检测器、蒸发光散射检测器测器、蒸发光散射检测器选择性检测器选择性检测器：紫外检测器、荧光检测器：紫外检测器、荧光检测器 检测系统n紫外检测器n示差折光检测器n荧光检测器n电

27、导检测器紫外检测器紫外检测器固定波长的紫外检测器固定波长的紫外检测器可变波长的紫外检测器可变波长的紫外检测器二极管阵列检测器二极管阵列检测器 被分析试样组分对特定波长紫外光的选择被分析试样组分对特定波长紫外光的选择性吸收，符合朗伯比耳定律性吸收，符合朗伯比耳定律固定波长的紫外检测器 可变波长的紫外检测器 二极管阵列检测器二极管阵列检测器之三维图响应特性响应特性选择性检测器，如芳烃类化合物的检测选择性检测器，如芳烃类化合物的检测灵敏度高，可检测灵敏度高，可检测10-9g/mL的物质的物质线性范围宽，线性范围宽，104-105对温度及流动相的改变不敏感对温度及流动相的改变不敏感适合梯度洗提适合梯度

28、洗提HPLC常规检测器常规检测器（2）示差折光检测器）示差折光检测器结构结构 基于连续测定色谱柱流出物光折射率的变化而基于连续测定色谱柱流出物光折射率的变化而测定样品浓度。测定样品浓度。响应特性响应特性通用性检测器通用性检测器低灵敏度低灵敏度基线易受温度的影响基线易受温度的影响不适合梯度洗脱不适合梯度洗脱荧光检测器结构结构响应特性响应特性选择性检测器。如选择性检测器。如PAH，蛋白质蛋白质高灵敏度，比紫外高约高灵敏度，比紫外高约1000倍倍适合梯度洗提适合梯度洗提电导检测器电导检测器根据物质在某些介质根据物质在某些介质中电离后所产生电导中电离后所产生电导值的变化来测定电离值的变化来测定电离物质

29、含量。物质含量。响应特性响应特性选择性检测器，对离子型化合物有响应选择性检测器，对离子型化合物有响应灵敏度高灵敏度高受温度的影响受温度的影响不能梯度洗脱不能梯度洗脱蒸发光散射检测器蒸发光散射检测器一种通用型检测器一种通用型检测器试样与高流速试样与高流速N2混合，形成微小均匀雾混合，形成微小均匀雾状液滴。电信号的强弱取决于散射室中状液滴。电信号的强弱取决于散射室中溶质颗粒大小与数量。溶质颗粒大小与数量。几种检测器特性比较示差折光示差折光紫外紫外荧光荧光电导电导应用范围应用范围通用通用选择性选择性高选择高选择性性选择性选择性可否梯度淋洗可否梯度淋洗不可不可可可可可不可不可线性范围线性范围10410

30、5103104最小检测量最小检测量gngpgng对温度敏感度对温度敏感度敏感敏感低低低低敏感敏感溶剂使用情况溶剂使用情况无限制无限制受限制受限制受限制受限制受限制受限制液相制备色谱和毛细管电泳液相制备色谱和毛细管电泳液相制备色谱液相制备色谱 用于结构鉴定、生物与毒理实验用于结构鉴定、生物与毒理实验l毛细管电泳毛细管电泳 以高压电场为驱动力，以毛细管为分离以高压电场为驱动力，以毛细管为分离通道，依据样品中各组分间淌度和分配通道，依据样品中各组分间淌度和分配行为上的差异而实现分离的一类液相色行为上的差异而实现分离的一类液相色谱技术。谱技术。正离子先流出正离子先流出中性粒子中性粒子负离子负离子分配色谱分配色谱吸附色谱吸附色谱分配色谱分配色谱凝凝胶胶渗渗透色谱透色谱凝凝 胶胶 渗渗透色谱透色谱凝凝 胶胶 过过滤色谱滤色谱凝凝胶胶过过滤色谱滤色谱离子交离子交换色谱换色谱