色谱法原理6.ppt

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1、10.4 10.4 色谱新技术色谱新技术1 1 毛细管色谱法毛细管色谱法2 2 超临界流体色谱法超临界流体色谱法2023/4/4一、毛细管色谱的特点一、毛细管色谱的特点一、毛细管色谱的特点一、毛细管色谱的特点 Features of capillary chromatographFeatures of capillary chromatography y二、基础理论二、基础理论二、基础理论二、基础理论 B Basic theoryasic theory三三三三、结构结构结构结构 和流程和流程和流程和流程 Structure and processStructure and process四、四

2、、四、四、分流比调节分流比调节分流比调节分流比调节 Adjustment of Adjustment of rate rate partition radiopartition radio五、应用五、应用五、应用五、应用 ApplicationApplicationCapillary chromatography10.4.1 10.4.1 毛细管色谱法毛细管色谱法2023/4/4一、毛细管色谱的特点一、毛细管色谱的特点feature of capillary chromatography 1.1.提高色谱分离能力的途径提高色谱分离能力的途径 (1)塔塔板板理理论论：增增加加柱柱长长，减减小小柱

3、柱径径，即即增增加加柱柱子子塔塔板数；板数；(2)速速率率理理论论：减减小小组组分分在在柱柱中中的的涡涡流流扩扩散散和和传传质质阻阻力，可降低塔板高度。力，可降低塔板高度。2023/4/42.2.毛细管色谱柱的结构特点毛细管色谱柱的结构特点（1 1）不装填料阻力小，长度可达百米的毛细管柱，不装填料阻力小，长度可达百米的毛细管柱，不装填料阻力小，长度可达百米的毛细管柱，不装填料阻力小，长度可达百米的毛细管柱，管径管径管径管径0.20.2mmmm。（2 2）气流单途径通过柱子，消除了组分在柱中的涡）气流单途径通过柱子，消除了组分在柱中的涡）气流单途径通过柱子，消除了组分在柱中的涡）气流单途径通过柱

4、子，消除了组分在柱中的涡流扩散。流扩散。流扩散。流扩散。（3 3）固定液直接涂在管壁上，总柱内壁面积较大）固定液直接涂在管壁上，总柱内壁面积较大）固定液直接涂在管壁上，总柱内壁面积较大）固定液直接涂在管壁上，总柱内壁面积较大,涂涂涂涂层很薄，则气相和液相传质阻力大大降低。层很薄，则气相和液相传质阻力大大降低。层很薄，则气相和液相传质阻力大大降低。层很薄，则气相和液相传质阻力大大降低。（4 4）毛细管色谱柱柱效高达每米）毛细管色谱柱柱效高达每米）毛细管色谱柱柱效高达每米）毛细管色谱柱柱效高达每米3000300040004000块理论块理论块理论块理论塔板，一支长度塔板，一支长度塔板，一支长度塔板

5、，一支长度100100米的毛细管柱，总的理论塔板数米的毛细管柱，总的理论塔板数米的毛细管柱，总的理论塔板数米的毛细管柱，总的理论塔板数可达可达可达可达10104 410106 6。2023/4/43.3.毛细管色谱具有以下优点毛细管色谱具有以下优点（1）分离效率高：比填充柱高）分离效率高：比填充柱高10100倍；倍；（2）分析速度快：用毛细管色谱分析比用填充）分析速度快：用毛细管色谱分析比用填充柱色谱速度柱色谱速度（3）色谱峰窄、峰形对称。较多采用程序升温）色谱峰窄、峰形对称。较多采用程序升温方式；方式；（4）灵敏度高，一般采用氢焰检测器。）灵敏度高，一般采用氢焰检测器。（5）涡流扩散为零。）

6、涡流扩散为零。2023/4/44.4.毛细管色谱的制备方法毛细管色谱的制备方法毛细管柱按其制备方法可分为以下几种：毛细管柱按其制备方法可分为以下几种：涂壁开管柱涂壁开管柱（wall coated opentubular，WCOT）：）：将固定液直接涂敷在管内壁上。柱制作相对简单，但柱制备的重现性差、寿命短。多孔层开管柱多孔层开管柱（porous layer open tubular，PLOT）：）：在管壁上涂敷一层多孔性吸附剂固体微粒。构成毛细管气固色谱。载体涂渍开管柱载体涂渍开管柱（support coated open tubular，SCOT）：）：将非常细的担体微粒粘接在管壁上，再涂固

7、定液。柱效较WCOT柱高。化学键合或交联柱化学键合或交联柱：将固定液通过化学反应键合在管壁上或交联在一起。使柱效和柱寿命进一步提高。2023/4/4二、毛细管柱基本理论二、毛细管柱基本理论 1、在毛细管中，Cg+CL小于填充柱中C值，因此，曲线斜率小于填充柱，因此，可以尽量使用高线速。2、r n，r容量小3、dfktR速率方程速率方程速率方程速率方程2023/4/4三、三、结构流程结构流程 structure and process具有分流和尾吹装置具有分流和尾吹装置2023/4/4毛细管毛细管毛细管液相色谱仪毛细管液相色谱仪2023/4/4四、四、分流比调节分流比调节 adjustment

8、of rate partition radio 毛细管柱内径很细，因而带来毛细管柱内径很细，因而带来三个问题三个问题：（1）允许通过的载气流量很小。）允许通过的载气流量很小。（2）柱容量很小，允许的进样量小。需采用分流技术，）柱容量很小，允许的进样量小。需采用分流技术，（3）分流后，柱后流出的试样组分量少、流速慢。解决方）分流后，柱后流出的试样组分量少、流速慢。解决方法：灵敏度高的氢焰检测器，采用尾吹技术。法：灵敏度高的氢焰检测器，采用尾吹技术。分流比：放空的试样量分流比：放空的试样量与进入毛细管柱的试样与进入毛细管柱的试样量之比。一般在量之比。一般在50：1到到500：1之间调节。之间调节。

9、2023/4/4五、应用2023/4/42023/4/410.410.4.2.2 超临界流体色谱法超临界流体色谱法 超临界流体色谱法（Supercritical Fluid Chromatography,SFC）是以超临界流体作为流动相的一种色谱方法。所谓超临界流体，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。超临界流体色谱技术是2O世纪80年代发展起来的一种崭新的色谱技术。由于它具有气相和液相所没有的优点，并能分离和分析气相和液相色谱不能解决的一些对象，应用广泛，发展十分迅速。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

10、为满意的结果。2023/4/4一超临界流体的特性一超临界流体的特性 (1)(1)物质的临界点物质的临界点 我们知道，某些纯物质具有三相点和临界点。纯我们知道，某些纯物质具有三相点和临界点。纯我们知道，某些纯物质具有三相点和临界点。纯我们知道，某些纯物质具有三相点和临界点。纯物质的相图见图物质的相图见图物质的相图见图物质的相图见图20-20-s1s1由三相图看出：物质在三相点由三相图看出：物质在三相点由三相图看出：物质在三相点由三相图看出：物质在三相点下，气、液、固三态处于平衡状态。而在物质的超临下，气、液、固三态处于平衡状态。而在物质的超临下，气、液、固三态处于平衡状态。而在物质的超临下，气、

11、液、固三态处于平衡状态。而在物质的超临界温度下，其气相和液相具有相同的密度。当处于临界温度下，其气相和液相具有相同的密度。当处于临界温度下，其气相和液相具有相同的密度。当处于临界温度下，其气相和液相具有相同的密度。当处于临界温度以上，则不管施加多大压力，气体也不会液化。界温度以上，则不管施加多大压力，气体也不会液化。界温度以上，则不管施加多大压力，气体也不会液化。界温度以上，则不管施加多大压力，气体也不会液化。在临界温度和临界压力以上，物质是以超临界流体状在临界温度和临界压力以上，物质是以超临界流体状在临界温度和临界压力以上，物质是以超临界流体状在临界温度和临界压力以上，物质是以超临界流体状态

12、存在。态存在。态存在。态存在。即在超临界状态下，随温度、压力的升降，即在超临界状态下，随温度、压力的升降，即在超临界状态下，随温度、压力的升降，即在超临界状态下，随温度、压力的升降，流体的密度会变化。此时的物质既不是气体也不是液流体的密度会变化。此时的物质既不是气体也不是液流体的密度会变化。此时的物质既不是气体也不是液流体的密度会变化。此时的物质既不是气体也不是液体，却始终保持为流体。临界温度通常高于物质的沸体，却始终保持为流体。临界温度通常高于物质的沸体，却始终保持为流体。临界温度通常高于物质的沸体，却始终保持为流体。临界温度通常高于物质的沸点和三相点。点和三相点。点和三相点。点和三相点。2

13、023/4/4 2023/4/4（2 2）超临界流体的特性超临界流体的特性 超超超超临临临临界界界界流流流流体体体体具具具具有有有有对对对对于于于于分分分分离离离离极极极极其其其其有有有有利利利利的的的的物物物物理理理理性性性性质质质质。它它它它们们们们的的的的这这这这些些些些性性性性质质质质恰恰恰恰好好好好介介介介于于于于气气气气体体体体和和和和液液液液体体体体之之之之间间间间。超超超超临临临临界界界界流流流流体体体体的的的的扩扩扩扩散散散散系系系系数数数数和和和和粘粘粘粘度度度度接接接接近近近近于于于于气气气气相相相相色色色色谱谱谱谱，因因因因此此此此溶溶溶溶质质质质的的的的传传传传质质质

14、质阻阻阻阻力力力力小小小小，可可可可以以以以获获获获得得得得快快快快速速速速高高高高效效效效分分分分离离离离。另另另另一一一一方方方方面面面面，其其其其密密密密度度度度与与与与液液液液相相相相色色色色谱谱谱谱类类类类似似似似，这这这这样样样样就就就就便便便便于于于于在在在在较较较较低低低低温温温温度度度度下下下下分分分分离离离离和和和和分分分分析析析析热热热热不不不不稳稳稳稳定定定定性性性性、相相相相对对对对分分分分子子子子质质质质量量量量大大大大的的的的物物物物质质质质。另另另另外外外外，超超超超临临临临界界界界流流流流体体体体的的的的物物物物理理理理性性性性质质质质和和和和化化化化学学学学

15、性性性性质质质质，如如如如扩扩扩扩散散散散、粘粘粘粘度度度度和和和和溶溶溶溶剂剂剂剂力力力力等等等等，都都都都是是是是密密密密度度度度的的的的函函函函数数数数。因因因因此此此此，只只只只要要要要改改改改变变变变流流流流体体体体的的的的密密密密度度度度，就就就就可可可可以以以以改改改改变变变变流流流流体体体体的的的的性性性性质质质质，从从从从类类类类似似似似气气气气体体体体到到到到类类类类似似似似液液液液体体体体，无无无无需需需需通通通通过过过过气气气气液液液液平平平平衡衡衡衡曲曲曲曲线线线线。超超超超临临临临界界界界流流流流体体体体色色色色谱谱谱谱中中中中的的的的程程程程序序序序升升升升密密密

16、密度度度度相相相相当当当当于于于于气气气气相相相相色色色色谱谱谱谱中中中中程程程程序序序序升升升升温温温温度度度度和和和和液液液液相相相相色色色色谱谱谱谱中中中中的的的的梯梯梯梯度淋洗。度淋洗。度淋洗。度淋洗。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，其物理性质列在表物理性质列在表物理性质列在表物理性质列在表20-120-120-120-1中中中中 2023/4/42023/4/4二二超临界流体色谱仪 19851985年年出出现现第第一一台台商商品品型型的的超超临临界界流

17、流体体色色谱谱仪。图仪。图20-20-s6s6表示了超临界流体色谱仪的一般流程。表示了超临界流体色谱仪的一般流程。图中很多部分类似于高效液相色谱仪，但有两点图中很多部分类似于高效液相色谱仪，但有两点重要差别：重要差别：（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温度控制。度控制。（2）带带有有一一个个限限流流器器（或或称称反反压压装装置置）。目目的的用用以以对对柱柱维维持持一一个个合合适适的的压压力力，并并且且通通过过它它使使流流体体转转换换为为气气体体后后，进进入入检检测测器器

18、进进行行测测量量。实实际际上上，可可把限流器看作柱末端延伸部分。把限流器看作柱末端延伸部分。2023/4/41.Berger p7500超临界流体色谱仪2023/4/42.流程图流程图2023/4/43压力效应压力效应 在在SCF中，压力的变化对容量因子中，压力的变化对容量因子k产生显产生显著影响，由于以超流体作为流动相，它的密度随著影响，由于以超流体作为流动相，它的密度随压力增加而增加，而密度的增加引起流动相溶剂压力增加而增加，而密度的增加引起流动相溶剂效率的提高，同时可缩短淋效率的提高，同时可缩短淋 洗时间。例如，采洗时间。例如，采用用CO2流体作流动相，当压力由流体作流动相，当压力由7.

19、O106Pa增加增加到到90106Pa时，对于十六碳烷烃的淋洗时间可时，对于十六碳烷烃的淋洗时间可由由25min缩短到缩短到5min。在在SFC中，通过中，通过程序升压程序升压实现了流体的程序升密，达到改善分离的目的。实现了流体的程序升密，达到改善分离的目的。2023/4/4程程序序升升压压与与等等压压谱谱图图比比较较2023/4/44.固定相和流动相固定相和流动相 用用于于SFC中中的的色色谱谱柱柱可可以以是是填填充充柱柱也也可可以以是是毛毛细细管管柱柱，目目前前，毛毛细细管管超超临临界界流流体体色色谱谱（CSFC）由于具有特别高的分离效率，倍受人们的青睐。由于具有特别高的分离效率，倍受人们

20、的青睐。在在SFC中中，最最广广泛泛使使用用的的流流动动相相要要算算是是CO2流流体体，它它无无色色、无无味味、无无毒毒、易易获获取取并并且且价价廉廉，对对各各类类有有机机分分子子都都是是一一种种极极好好的的溶溶剂剂。它它在在紫紫外外区区是是透透明明的的；临临界界温温度度31，临临界界压压力力7.29106Pa；在在色色谱谱分分离离中中，CO2流流体体允允许许对对温温度度、压压力力有有宽宽的的选选择择范范围围。有有时时可可在在流流体体中中引引入入1%10%甲甲醇醇，以以改改进进分分离离的的选选择择因因子子值值。除除CO2流流体体外外，可可作作流流动动相相的的还还有有乙乙烷烷、戊戊烷烷、氨氨、氧

21、氧化化亚亚氮氮、二二氯氯二二氟氟甲甲烷、二乙基醚和四氢呋喃等。烷、二乙基醚和四氢呋喃等。2023/4/45.检测器检测器 在在高高效效液液相相色色谱谱仪仪中中经经常常采采用用的的检检测测器器，如如紫紫外外、荧荧光光、火火焰焰光光度度等等都都能能在在SFC仪仪中中很很好好应应用用。但但SFC比比起起HPLC还还具具有有一一个个主主要要优优点点是是可可采采用用GC中中火火焰焰离离子子化化检检测测器器（FID）。我我们们知知道道，FID对对一一般般有有机机物物分分析析具具有有较较高高的的灵灵敏敏度度，这也就提高了这也就提高了SFC对有机物测定的灵敏对有机物测定的灵敏.2023/4/4三超临界流体色谱

22、法与其他色谱法比较三超临界流体色谱法与其他色谱法比较 （l l l l）与与与与高高高高效效效效液液液液相相相相色色色色谱谱谱谱法法法法比比比比较较较较 实实实实验验验验证证证证明明明明SFCSFCSFCSFC法法法法的的的的柱柱柱柱效效效效一一一一般般般般比比比比HPLCHPLCHPLCHPLC法法法法要要要要高高高高：当当当当平平平平均均均均线线线线速速速速度度度度为为为为0.60.60.60.6cmcmcmcm S S S S-1-1-1-1时时时时，SFCSFCSFCSFC法法法法的的的的柱柱柱柱效效效效可可可可为为为为HPLCHPLCHPLCHPLC法法法法的的的的3 3 3 3倍倍

23、倍倍左左左左右右右右，在在在在最最最最小小小小板板板板高高高高下下下下载载载载气气气气线线线线速速速速度度度度是是是是4 4 4 4倍倍倍倍左左左左右右右右；因因因因此此此此SFCSFCSFCSFC法法法法的的的的分分分分离离离离时时时时间间间间也也也也比比比比HPLCHPLCHPLCHPLC法法法法短短短短。这这这这是是是是由由由由于于于于流流流流体体体体的的的的低低低低粘粘粘粘度度度度使使使使其其其其流流流流动动动动速速速速度度度度比比比比HPLCHPLCHPLCHPLC法法法法快，有利于缩短分离时间。快，有利于缩短分离时间。快，有利于缩短分离时间。快，有利于缩短分离时间。（2 2 2 2

24、）与气相色谱法比较）与气相色谱法比较）与气相色谱法比较）与气相色谱法比较 出于流体的扩散系数与出于流体的扩散系数与出于流体的扩散系数与出于流体的扩散系数与粘度介于气体和液体之间，粘度介于气体和液体之间，粘度介于气体和液体之间，粘度介于气体和液体之间，因此因此因此因此SFCSFCSFCSFC的谱带展宽比的谱带展宽比的谱带展宽比的谱带展宽比GCGCGCGC要要要要小；小；小；小；另外，另外，另外，另外，SFCSFCSFCSFC中流动相的作用类似中流动相的作用类似中流动相的作用类似中流动相的作用类似LCLCLCLC中流动相，流体中流动相，流体中流动相，流体中流动相，流体作流动相不仅载带溶质移动，而且

25、与溶质会产生相互作流动相不仅载带溶质移动，而且与溶质会产生相互作流动相不仅载带溶质移动，而且与溶质会产生相互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。作用力，参与选择竞争。作用力，参与选择竞争。作用力，参与选择竞争。还有，如果我们把溶质分子还有，如果我们把溶质分子还有，如果我们把溶质分子还有，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，大分子物溶解在超临界流体看作类似于挥发，这样，大分子物溶解在超临界流体看作类似于挥发，这样，大分子物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，因此可质的分压很大，因此可质的分压很大，因此可质的分压很大，因此

26、可应用比应用比应用比应用比GCGCGCGC低得多的温度，实现低得多的温度，实现低得多的温度，实现低得多的温度，实现对大分子物质、热不稳定性化合物、高聚物等的有效对大分子物质、热不稳定性化合物、高聚物等的有效对大分子物质、热不稳定性化合物、高聚物等的有效对大分子物质、热不稳定性化合物、高聚物等的有效分离分离分离分离。2023/4/4(3)HPLC与SFC范氏曲线比较2023/4/4 （图图20-s7描描绘绘了了SFC与与其其他他色色谱谱方方法法测测定定相相对对分分子子质质量量范范围围的的比比较较。由由图图20-s7看看出出SFC比比起起GC法法测测定定相相对对分分子子质质量量的的范范围围要要大大

27、出出好好几几个个数数量量级级，基基本本与与LC法法相相当当。当当然然，尺尺寸寸排排阻阻色色谱谱法法（SEC）所所测测分分子子质质量量范范围围是是所所有有色色谱谱法中最大的。法中最大的。超超临临界界流流体体色色谱谱法法被被广广泛泛应应用用于于天天然然物物、药药物物、表表面面活活性性剂剂、高高聚聚物物、多多聚聚物物、农农药药、炸炸药药和和火火箭箭推推进进剂剂等等物物质质的的分分离离和分析。和分析。（4）应用范围的比较）应用范围的比较 2023/4/42023/4/4四四.超临界流体色谱的应用 application of SFC1.1.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；2023/4/42.甘油三酸酯的分析 四四种种组组分分仅仅双双键键数数目和位置不同，难分离；目和位置不同，难分离；色谱柱：色谱柱：DB-225 SFCDB-225 SFC毛细管柱；毛细管柱；流动相：流动相：CO2 ；从；从15MPa15MPa程序升压到程序升压到2727MPaMPa；2.5hr2.5hr完全分离完全分离。2023/4/4