超临界流体色谱精选文档.ppt

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1、超临界流体色谱本讲稿第一页，共二十八页以超临界流体做流动相是依靠流动相的溶剂化能力来进行分离、分析的色谱过程，是20世纪80年代发展和完善起来的一种新技术。据Chester估计，至今约有全部分离的25涉及难以对付的物质，通过超临界流体色谱能取得较为满意的结果。本讲稿第二页，共二十八页超临界流体是指既不是气体也不是液体的一些物质，它们的物理性质介于气体和液体之间。是物质在高于临界压力和临界温度时的一种状态，它具有气体和液体的某些性质，具有气体的低粘度、液体的高密度以及介于气、液之间较高的扩散系数等特征，SFC是GC和LC的补充，SFC可以解决气液色谱分析的难题，它可以分析气相色谱难汽化的不挥发性

2、样品，同时具有比高效液相色谱更高的效率，分析时间更短。本讲稿第三页，共二十八页超临界流体色谱兼有气相色谱和液相色谱的特点。它既可分析气相色谱不适应的高沸点、低挥发性样品，又比高效液相色谱有更快的分析速度和条件。本讲稿第四页，共二十八页超临界流体的特性。超临界流体的特性。对于某些纯物质来说，具有三相点和临界点，如图所示，从图中可以看出，物质在三相点，气、液、固三态处于平衡状态，当处于临界温度和临界压力以上时，则不论施加多大压力，气体也不会液化，此时即非气体，也非液体，而是以超临界流体形式存在。超超临界流界流体体本讲稿第五页，共二十八页 超临界流体对于分离具有极其有用的物理性质，这些性质恰好介于气

3、体和液体之间。表对气体、液体、和超临界流体的有关物理性质进行了比较。超临界流体的扩散系数和粘度接近于气相色谱，因此溶质的传质阻力小，可以获得快速高效分离.表 气体、液体、超临界流体物理性质的比较流动相密度（g/ml）扩散系数（cm2/s）粘度（g/cm.s）气体超临界流体液体约10-30.2-0.90.8-1.01-10-210-3-10-410-510-410-4-10-310-2本讲稿第六页，共二十八页另另一一方方面面，其其密密度度与与液液相相色色谱谱类类似似，这这样样就就便便于于在在较较低低温温度度下下分分离和分析热不稳定性、相对分子质量大的物质。离和分析热不稳定性、相对分子质量大的物质

4、。另另外外，超超临临界界流流体体的的物物理理性性质质和和化化学学性性质质，如如扩扩散散、粘粘度度和和溶溶剂剂力力等等，都都是是密密度度的的函函数数。因因此此，只只要要改改变变流流体体的的密密度度，就就可可以以改改变变流流体体的的性性质质，从从类类似似气气体体到到类类似似液液体体，无无需需通通过过气气液液平平衡衡曲曲线线。超超临临界界流流体体色色谱谱中中的的程程序序升升密密度度相相当当于于气气相相色色谱谱中中程程序序升升温温度度和和液液相相色色谱中的梯度淋洗谱中的梯度淋洗。本讲稿第七页，共二十八页 通常作为超临界流体色谱流动相的一些物质，其通常作为超临界流体色谱流动相的一些物质，其物理性质列在表

5、中物理性质列在表中.本讲稿第八页，共二十八页超临界流体色谱仪的结构与流程SFC结构流程结构流程 本讲稿第九页，共二十八页 （l）具具有有一一根根恒恒温温的的色色谱谱柱柱。这这点点类类似似气气相相色色谱谱中中的的色色谱谱柱柱，目目的的是是为为了了提提供供对对流流动动相相的的精精确确温度控制。温度控制。（2）带带有有一一个个限限流流器器（或称反压装置）。（或称反压装置）。目目的的用用以以对对柱柱维维持持一一个个合合适的压力，并且通适的压力，并且通 过过它它使使流流体体转转换换为为气气体体后后，进入检测器进行进入检测器进行 测测量量。实实际际上上，可可把把限限流流器看作柱末端延伸器看作柱末端延伸 部

6、分部分本讲稿第十页，共二十八页原理 SFC的流动相的流动相：超临界流体；CO2、N2O、NH3 SFCSFC的固定相的固定相：固体吸附剂（硅胶）或键合到载体（或毛细管壁）上的高聚物；可使用液相色谱的柱填料。填充柱SFC和毛细管柱SFC；分离机理：分离机理：吸附与脱附。组分在两相间的分配系数不同而被分离；通过调节流动相的压力（调节流动相的密度），调整组分保留值；本讲稿第十一页，共二十八页压力效应 在在在在SCFSCF中，压力的变化对容量因子中，压力的变化对容量因子中，压力的变化对容量因子中，压力的变化对容量因子k k产生显著影产生显著影产生显著影产生显著影 响，响，响，响，由于以超流体作为流动相

7、，它的密度由于以超流体作为流动相，它的密度由于以超流体作为流动相，它的密度由于以超流体作为流动相，它的密度 随压力增加而增随压力增加而增随压力增加而增随压力增加而增加，而密度的增加引起流动相溶剂效率的提高，同时可加，而密度的增加引起流动相溶剂效率的提高，同时可加，而密度的增加引起流动相溶剂效率的提高，同时可加，而密度的增加引起流动相溶剂效率的提高，同时可缩短淋缩短淋缩短淋缩短淋 洗时间。洗时间。洗时间。洗时间。例如，采用例如，采用例如，采用例如，采用CO2CO2流体作流动相，当压力由流体作流动相，当压力由流体作流动相，当压力由流体作流动相，当压力由 7.O106Pa7.O106Pa增加到增加到

8、增加到增加到9 90106Pa0106Pa时，对于十六碳烷烃的淋洗时，对于十六碳烷烃的淋洗时，对于十六碳烷烃的淋洗时，对于十六碳烷烃的淋洗时间可由时间可由时间可由时间可由25min25min缩短到缩短到缩短到缩短到5min5min。在。在。在。在SFCSFC中，通过程序升压实现中，通过程序升压实现中，通过程序升压实现中，通过程序升压实现了流体的程序升密，达到改善分离的目的。了流体的程序升密，达到改善分离的目的。了流体的程序升密，达到改善分离的目的。了流体的程序升密，达到改善分离的目的。本讲稿第十二页，共二十八页压力效应：SFC的柱压降大（比毛细管色谱大30倍），对分离有影响（柱前端与柱尾端分配

9、系数相差很大，产生压力效应）；超临界流体的密度受压力在临界压力处最大，超过该点，影响小，超过临界压力20%，柱压降对分离的影响小；压力效应：在SFC中，压力变化对容量因子产生显著影响，超流体的密度随压力增加而增加，密度增加提高溶剂效率，淋洗时间缩短。CO2流动相，当压力改变：7.09.0106 Pa，则：C16H34的保留时间 25min 5min。本讲稿第十三页，共二十八页程序升压本讲稿第十四页，共二十八页主要部件（1 1）SFCSFC的高压泵的高压泵 无脉冲的注射泵；通过电子压力传感器和流量检测器，计算机控制流动相的密度和流量；（2 2）SFCSFC的色谱柱和固定相的色谱柱和固定相 可以采

10、用液相色谱柱和交联毛细管柱；SFC的固定相：固体吸附剂（硅胶）或键合到载体（或 毛细管壁）上的高聚物；专用的毛细管柱SFC；本讲稿第十五页，共二十八页色谱柱色谱柱v填充柱 填充柱与HPLC柱相似，基于分配平衡实现分离，柱长可达25cm，分离柱内径0.5-4.6mm。使用粒径为3-10m的填料填充。如硅胶、-NH2、-CN及C18、C8等化学键合相均可用于SFC。其中以极性填料的分离效果更好。SFC在手性化合物的分离上效果优于HPLC。在实际操作中，往往会因压力变化而产生较大的柱压降，使柱入、出口处的保留时间有很大差异，所以一般采用高于超临界压力20%左右的压力以减小影响。在填料的选择上也要注意

11、与所分析的样品相适应，如分析极性或碱性化合物时，填料覆盖度小，会产生不对称峰。若使用“封端”填料则会得到改善。本讲稿第十六页，共二十八页填充柱在重现性、载样量等方面要优于毛细管柱，操作简便，也有用微填充柱的，将3-10m的填料填充到内径几个毫米或更小的毛细管柱中。v毛细管柱 较长用的填充毛细管柱内径0.5mm，柱长为10-30mm；开管毛细管柱主要是内径为50-100m化学交连的各种硅氧烷柱或其它类型的交连柱。SFC色谱柱必须借助柱箱以实现精确的温度控制，范围可以从室温至450C，同时配低温控制系统，可在-50以下工作。本讲稿第十七页，共二十八页主要部件（3 3）流动相流动相 SFC的流动相：

12、超临界流体；CO2、N2O、NH3 CO2应用最广泛；无色、无味、无毒、易得、对各类有机物溶解性好，在紫外光区无吸收；缺点：极性太弱；加少量甲醇等改性；（4 4）检测器）检测器 可采用液相色谱检测器，也可采用气相色谱的FID检测.器 本讲稿第十八页，共二十八页v使用气相色谱检测器，以FID为多用，应用时可将色谱柱的流出物分流，部分流出物通过限流器变为气态进入检测器，若用FID检测时，流动相中不能加入改进剂，否则改进剂本身将给出信号干扰测定，FID对小分子量化合物可得到很好的结果，对分子量大的化合物常得不到单峰，而是一簇峰。如把检测器加热可使分子量大于2000的化合物获得满意的分离。v在SFC中

13、也可以使用氮磷检测器（NPD）、火焰光度检测器（FPD）等。本讲稿第十九页，共二十八页使用液相色谱检测器。在进入检测器之前应将超临界状态转为液态，可增加检测的灵敏度，使谱带变窄，而且可以在室温下操作，UVD是用改性剂流动相的填充柱SFC的最常用的检测方法。要求检测器必须耐高压。如使用毛细管柱，UVD的流通池可由一段熔融石英毛细管构成，内容积在200nl左右，这样不会影响柱效；荧光检测器（FD）也可以如此应用。对于填充柱，蒸发光散射检测器也是一种常用的通用检测器。本讲稿第二十页，共二十八页（1）与高效液相色谱法比较 实验证明SFC法的柱效一般比HPLC法要高：当平均线速度为0.6cmS-1时，S

14、FC法的柱效可为HPLC法的3倍左右，在最小板高下载气线速度是4倍左右；因此SFC法的分离时间也比HPLC法短。这是由于流体的低粘度使其流动速度比HPLC法快，有利于缩短分离时间。本讲稿第二十一页，共二十八页（2）与气相色谱法比较 出于流体的扩散系数与粘度介于气体和液体之间，因此SFC的谱带展宽比GC要小；另外，SFC中流动相的作用类似LC中流动相，流体作流动相不仅载带溶质移动，而且与溶质会产生相互作用力，参与选择竞争。还有，如果我们把溶质分子溶解在超临界流体看作类似于挥发，这样，大分子物质的分压很大，因此可应用比GC低得多的温度，实现对大分子物质、热不稳定性化合物、高聚物等的有效分离。本讲稿

15、第二十二页，共二十八页（3）应用范围的比较 SFC比起GC法测定相对分子质量的范围要大出好几个数量级，基本与LC法相当。当然，尺寸排阻色谱法（SEC）所测分子质量范围是所有色谱法中最大的。本讲稿第二十三页，共二十八页本讲稿第二十四页，共二十八页超临界流体色谱法被广泛应用于天然物、药物、表面活性剂、高聚物、多聚物、农药、炸药和火箭推进剂等物质的分离和分析。本讲稿第二十五页，共二十八页聚苯醚低聚物的分析聚苯醚低聚物的分析色谱柱：10m 63m i.d.毛细管柱，固定相：键合二甲基聚硅氧烷；流动相：CO2；柱温：120 C；程序升压；本讲稿第二十六页，共二十八页甘油三酸酯的分析 四种组分仅双键数目和位置不同，难分离；色谱柱：DB-225 SFC毛细管柱；流动相：CO2；从15MPa程序升压到27MPa；2.5hr完全分离。本讲稿第二十七页，共二十八页谢谢谢谢本讲稿第二十八页，共二十八页