第四章高效液相色谱课件.ppt
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1、第第4 4章章 高效液相色谱法高效液相色谱法 (High Performance Liquid Chromatography,HPLC)高压、高速的现代高效液相色谱仪于高压、高速的现代高效液相色谱仪于19671967年面世,年面世,导致高效液相色谱法导致高效液相色谱法(high-performance liquid(high-performance liquid chromatographychromatography,HPLC)HPLC)的产生。的产生。薄壳型填料,柱效薄壳型填料,柱效仅每米仅每米10003000塔板数塔板数510m球型和无定球型和无定型微粒硅胶,每米型微粒硅胶,每米56万理
2、论塔板数万理论塔板数 键合相色谱、离子色谱、疏水色谱、亲和色谱、手性色键合相色谱、离子色谱、疏水色谱、亲和色谱、手性色谱、脂质体色谱、生物膜色谱、整体柱色谱、微径柱和谱、脂质体色谱、生物膜色谱、整体柱色谱、微径柱和毛细管柱色谱及液相色谱毛细管柱色谱及液相色谱-质谱联用等质谱联用等 http:/ 高效液相色谱法的特点高效液相色谱法的特点基本特点基本特点 1.高效、高速、高灵敏度 2.填料粒径和流动相性质影响色谱柱效 3局限性 操作条件操作条件 1.流动相对分离选择性的影响 2.柱外效应 3.操作压力 适用范围广适用范围广2023/2/172023/2/17第二节、影响色谱峰扩展及色谱分离的因素第
3、二节、影响色谱峰扩展及色谱分离的因素 一、液相色谱速率理论一、液相色谱速率理论一、液相色谱速率理论一、液相色谱速率理论影响色谱峰扩展因素影响色谱峰扩展因素影响色谱峰扩展因素影响色谱峰扩展因素 提高柱效的途径,也就是如何提高液相色提高柱效的途径,也就是如何提高液相色谱的分离效率:谱的分离效率:减减 小填料粒度;提高柱内填料装填的均小填料粒度;提高柱内填料装填的均匀性来以加快传质速率。匀性来以加快传质速率。对于液相色谱而言,除了上述的影响因素,还有柱外展宽的影响,所谓柱外展宽是指色谱柱外各种因素引起的峰扩展。1.吸附色谱(adsorption Chromatography)2.分配色谱(parti
4、tion Chromatography)3.离子对色谱法(ion pair Chromatography)4.离子交换色谱(ion-Exchange Chromatography)5.离子色谱法(ion Chromatography)6.空间排阻色谱(size Exclusion Chromatography)需要指出的是每种色谱方法通常存在一种起支配作用的主要保留机理,但可能还存在次要的其他机理。第三节、高效液相色谱法的主要分离类型及其分离原第三节、高效液相色谱法的主要分离类型及其分离原理理1、吸附色谱、吸附色谱(adsorption chromatography)原原理理:基于被测组分在固
5、定相表面具有吸附作用,且各组分的吸附能力不同,使组分在固定相中产生保留和实现分离。固固定定相相:固定相通常是活性硅胶、氧化铝、活性炭、聚乙烯、聚酰胺等固体吸附剂,所以吸附色谱也称液固吸附色谱。活性硅胶最常用。流动相:流动相:弱极性有机溶剂或非极性溶剂与极性溶剂的混合物,如正构烷烃(己烷、戊烷、庚烷等)、二氯甲烷/甲醇、乙酸乙酯/乙腈等。应用:应用:吸附色谱用于结构异构体分离和族分离仍是最有效的方法,如农药异构体分离、石油中烷、烯、芳烃的分离。缺点是容易产生不对称峰和拖尾现象。研究最多、应用最广泛的高效液相色谱类型。研究最多、应用最广泛的高效液相色谱类型。可分为液可分为液-液色谱和化学键合相色谱
6、。前者是早液色谱和化学键合相色谱。前者是早期主要分配色谱类型,以物理吸附涂渍固定液在多期主要分配色谱类型,以物理吸附涂渍固定液在多孔载体表面上为固定相;后者以键合相为固定相,孔载体表面上为固定相;后者以键合相为固定相,即化学键合固定相至载体或基质表面。即化学键合固定相至载体或基质表面。化学键合相色谱巳成为占绝对优势的分配色谱化学键合相色谱巳成为占绝对优势的分配色谱类型。类型。2、分配色谱、分配色谱原理:原理:主要基于样品分子在流动相和固定相间的溶解度不同(分配作用)而实现分离的液相色谱分离模式。液-液分配色谱固定相的液体往往容易溶解到流动相中去,所以重现性很差,不大为人们所采用。后来发展起来的
7、键合固定相以化学键合的方法将功能分子结合到惰性载体上,固定相就不会溶解到流动相中去了。键合固定相非非极极性性键键合合固固定定相相:键合在载体表面的功能分子是烷基、苯 基 等 非 极 性 有 机 分 子。如 最 常 用 的 ODS(Octa Decyltrichloro Silane)柱或C18柱就是最典型的代表,其极性很小。极极性性键键合合固固定定相相:键合在载体表面的功能分子是具有二醇基、醚基、氰基、氨基等极性基团的有机分子。正相正相HPLC(normal phase HPLC):):是由极性固定相和非极性(或弱极性)流动相所组成的HPLC体系。其代表性的固定相是改性硅胶、氰基柱等,代表性的
8、流动相是正己烷。吸附色谱也属正相HPLC。反相反相HPLC(reversed phase HPLC):):由非极性固定相和极性流动相所组成的液相色谱体系,与正相HPLC体系正好相反。其代表性的固定相是十八烷基键合硅胶(ODS柱),代表性的流动相是甲醇和乙腈。是当今液相色谱的最主要分离模式。ODS(Octa Decyltrichloro Silane)3.离子对色谱离子对色谱(Ion Pair Chromatography)在色谱体系中引入一种与样品溶质离子电荷相反的离子对试剂,通常称为对离子或反离子(counterion),它与溶质离子形成离子对,从而改变溶质在两相中的分配,使离子性溶质的保留
9、行为和分离选择性发生显著变化。常用的离子对试剂有提供阴离子的C4-C8烷基磺酸盐、烷基硫酸盐、羧酸盐、萘磺酸盐、高氯酸盐等;提供阳离子的季铵盐和烃基胺,如四丁基铵盐、十六烷基三甲基铵盐、三乙胺等。将离子对试剂涂渍在液液色谱的硅胶载体上或溶于流动相中,可构成液液离子对分配色谱,主要用于强极性的有机酸、主要用于强极性的有机酸、有机碱的分离分析。有机碱的分离分析。在反相色谱中,离子对试剂加入缓冲液和甲醇、乙腈等极性有机溶剂的流动相构成反相离子对色谱。4、离子交换色谱、离子交换色谱(ion exchange chromatography,IEC)原理:原理:用离子交换树脂为固定相,电解质溶液为流动相。
10、以阴离子交换树脂(R-OH)作固定相,分离阴离子(如Br-)为例。当待测阴离子Br-随流动相(NaOH)进入色谱柱时,发生如下交换反应(洗脱反应为交换反应的,的逆过程):IEC使用表面有离子交换基团的离子交换剂作为固定相。带负电荷的交换基团(如磺酸基和羧酸基)可以用于阳离子的分离,带正电荷的交换基团(如季胺盐)可以用于阴离子的分离。不同离子与交换基的作用力大小不同,在树脂中的保留时间长短不同,从而被相互分离。此法是利用此法是利用离子交换原理和液相色离子交换原理和液相色谱技术的结合来测定溶液中阳离子和谱技术的结合来测定溶液中阳离子和阴离子的一种分离分析方法阴离子的一种分离分析方法。凡在溶。凡在溶
11、液中能够电离的物质,通常都可用离液中能够电离的物质,通常都可用离子交换色谱法进行分离。它不仅适用子交换色谱法进行分离。它不仅适用无机离子混合物的分离,亦可用于有无机离子混合物的分离,亦可用于有机物的分离,例如氨基酸、核酸、蛋机物的分离,例如氨基酸、核酸、蛋白质等生物大分子。因此,应用范围白质等生物大分子。因此,应用范围较广。较广。离子色谱法是由离子交换色谱法派生出来的一种分离方法。离子交换色谱法在无机离子的分析和应用受到限制。例如,对于那些不能采用紫外检测器的被测离子,如采用电导检测器,由于被测离子的电导信号被强电解质流动相的高背景电导信号掩没而无法检测。为了解决这一问题,1975年Small
12、等人提出一种能同时测定多种无机和有机离子的新技术。他们在离子交换分离柱后加一根抑制柱,抑制柱中装填与分离柱电荷相反的离子交换树脂。通过分离柱后的样品再经过抑制柱,使具有高背景电导的流动相转变成低背景电导的流动相,从而用电导检测器可直接检测各种离子的含量。这种色谱技术称为离子色谱。若样品为阳离子,用无机酸作流动相,抑制柱为高容量的强碱性阴离子交换剂。当试样经阳离子交换剂的分离往后,随流动相进入抑制柱,在抑制柱中发生两个重要反应:5.离子色谱离子色谱(Ion Chromatography,IC)由反应可见:经抑制柱后,一方面将大量酸转变为电导很小的水,消除了流动相本底电导的影响。同时,又将样品阳离
13、子M+转变成相应的碱,由于OH-离子的淌度为Cl-离子的26倍,提高了所测阳离子电导的检测灵敏度。对于阴离子样品也有相似的作用机理。在分离柱后加一个抑制柱的离子色谱亦称为抑制型离子色谱或称双柱离子色谱。由于抑制柱要定期再生,而且谱带在通过抑制柱后会加宽,降低了分离度。后来,Frits等人提出采用抑制柱的离子色谱体系,而采用了电导率极低的溶液,例如110-4510-4moldm-3苯甲酸盐或邻苯二甲酸盐的稀溶液作流动相,称为非抑制型离子色谱或单柱离子色谱。2023/2/172023/2/17离子色谱具有以下优点:离子色谱具有以下优点:离子色谱具有以下优点:离子色谱具有以下优点:(1)分析速度快
14、可在数分钟内完成一个试样的分析;(2)分离能力高 在适宜的条件下,可使常见的各种阴离子混合物分离;例:使用双柱法,在十几分钟内,可使七种阴离子完全分离。(3)分离混合阴离子的最有效方法(4)仪器流路采用全塑件,玻璃柱,耐腐蚀6、空间排阻色谱、空间排阻色谱(又称凝胶色谱和分子筛色谱)以凝胶为固定相。凝胶是一种经过交联的、具有立体网状结构和不同孔径(x nmx00 nm)的多聚体的通称。如葡聚糖凝胶、琼脂糖等软质凝胶;多孔硅胶、聚苯乙烯凝胶等硬质凝胶。机理:机理:当试样进入凝胶色谱柱时,尺寸过大的分子完全不能渗透到胶孔中去而受到排阻,沿胶粒之间的间隙直接流出色谱柱,产生一个色谱峰;尺寸过小的分子可
15、完全渗透到胶孔中去,流动速度慢,最后流出色谱柱,产生一个色谱峰;中等尺寸的分子,以其大小的不同,可渗透到某些孔穴而不能进入另一些空穴,流出速度取决于分子尺寸的大小,按分子尺寸由大到小的顺序先后流出色谱柱,从而实现分离。应应用:用:适合分离分子量大的化合物(100800,000),只要相对分子量相差大于10%。2023/2/172023/2/17第四节第四节 液相色谱法固定相液相色谱法固定相一、液一、液液色谱法及离子对色谱法固定相液色谱法及离子对色谱法固定相1 1担体担体(1)(1)全多孔型担体:全多孔型担体:a.HPLCa.HPLC早期使用的担体与早期使用的担体与GCGC类似,是颗粒均匀的多孔
16、球体,类似,是颗粒均匀的多孔球体,如有氧化铝、氧化硅、硅藻土等制成的如有氧化铝、氧化硅、硅藻土等制成的 100m100m全多孔全多孔型担体。型担体。缺点:缺点:填料的不规则性和较宽的粒度范围会导致填料的不规则性和较宽的粒度范围会导致填充不易均匀,柱效低;填料孔径分布不一,并存在填充不易均匀,柱效低;填料孔径分布不一,并存在“裂裂隙隙”在填料深孔中形成滞留液体(液坑),溶质分子在深在填料深孔中形成滞留液体(液坑),溶质分子在深孔中扩散和传质慢,使色谱峰变宽,柱效下降。孔中扩散和传质慢,使色谱峰变宽,柱效下降。b.现在采用现在采用10 m全多孔全多孔 型担体,它是由型担体,它是由nm级的硅胶微级的
17、硅胶微粒堆积而成粒堆积而成为为5 m或稍大的全或稍大的全多孔小球。多孔小球。优点:优点:颗粒小而均匀,颗粒小而均匀,传质快(距离短),柱效高。传质快(距离短),柱效高。2023/2/172023/2/17担体担体担体担体(2)表层多孔型担体(薄壳型微珠担体):表层多孔型担体(薄壳型微珠担体):它是直径为它是直径为 30 40 m 的实心核的实心核(玻璃微珠玻璃微珠),表,表层上附有一层厚度约为层上附有一层厚度约为 1 2m 多孔表面多孔表面(多孔硅胶多孔硅胶)。2固定液 液液色谱流动相和固定相都是液体,因此要求两相要互不相容。在液-液色谱中常用的固定相也只有极性不同的几种,如,-氧二丙腈、聚已
18、二醇-400和角鲨烷等。优点:孔穴浅(固定相仅为表面的一薄层),传质速度快,易于填充均匀,柱效高。缺点:柱子容量低、需要配用高灵敏检测器。这种担体目前应用较为普遍。2023/2/172023/2/17液液液液液色谱法及离子对色谱法固定相液色谱法及离子对色谱法固定相液色谱法及离子对色谱法固定相液色谱法及离子对色谱法固定相3化学键合固定相:化学键合固定相:即用化学反应的方法通过化学键把有机分子结合到担即用化学反应的方法通过化学键把有机分子结合到担体表面。根据在硅胶表面体表面。根据在硅胶表面 (具有具有SiSiOHOH基团基团)的化学反的化学反应不同,键合固定相可分为:应不同,键合固定相可分为:u硅
19、氧碳键型硅氧碳键型(Si(SiO OC):C):u硅氧硅碳键型硅氧硅碳键型(Si(SiO OSiSiC):C):稳定,耐水、耐光、耐有稳定,耐水、耐光、耐有机溶剂,应用最广机溶剂,应用最广。u硅碳键型硅碳键型(Si(SiC):C):u和硅氮键型(和硅氮键型(SiSiN):N):2023/2/172023/2/17液液液液液色谱法及离子对色谱法固定相液色谱法及离子对色谱法固定相液色谱法及离子对色谱法固定相液色谱法及离子对色谱法固定相化学键合固定相具有如下一些特点:.表面没有坑,比一般液体固定相传质快得多;.无固定液流失,增加了色谱柱的稳定性和寿命;.可以键合不同官能团,能灵活地改变选择性,应用于
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