液相色谱基础知识与应用课件

HPLC的基础知识及应用的基础知识及应用2007年年10月月26日日工业催化与反应器设计实验室内部学术交流活动工业催化与反应器设计实验室内部学术交流活动Contents液相色谱法发展史与分类液相色谱法发展史与分类1色谱方法基本原理色谱方法基本原理2345样品分析方法的建立样品分析方法的建立液相色谱的维护及注意事项液相色谱的维护及注意事项软件的简单介绍及示范软件的简单介绍及示范1 液相色谱发展历史与分类液相色谱发展历史与分类1.1 1.1 色谱的起源色谱的起源(1903)(1903)ChromatographyChromatography色谱色谱色谱色谱M.S.TswettvIUPAC definition of chromatography(1993):vChromatography is a physical method of separation in which the components to be separated are distributed between two phases,one of which is stationary while the other moves in a definite direction.v固定相（stationary phase）：在色谱分离中固定不动、对样品产生保留的一相。v流动相（mobile phase）：带动样品向前移动的另一相。v色谱法：是一种物理化学分离方法，它利用不同组分与两相（固定相和流动相）之间的作用力（分配、吸附、离子交换等）的差别，样品在两相中做相对移动时，各组分在两相间进行多次平衡，使不同物质达到相互分离。1.2 色谱的定义色谱的定义1.3 色谱的发展历程色谱的发展历程1.4 色谱中的分离过程色谱中的分离过程定性定性定量定量串联应用串联应用样品纯化样品纯化成分分析成分分析分离分离色谱中的分离过程色谱中的分离过程咖啡流动相流动相流动相流动相固定相固定相固定相固定相利用混合物中各组份在不同的两相中溶解、分利用混合物中各组份在不同的两相中溶解、分配、吸附等化学作用性能的差异配、吸附等化学作用性能的差异,当两相作相对当两相作相对运动时运动时,使各组分在两相中反复多次受到上述各使各组分在两相中反复多次受到上述各作用力而达到相互分离作用力而达到相互分离1.5 色谱的分类色谱的分类v按流动相的物态分按流动相的物态分:v 气相色谱气相色谱(Gas Chromatography,GC)：v 用气体作为流动相用气体作为流动相(又叫载气又叫载气)v 液相色谱液相色谱(Liquid Chromatography,LC)：v 用液体作为流动相用液体作为流动相(又叫洗脱剂又叫洗脱剂)v按固定相的形态分按固定相的形态分:v 平面色谱平面色谱v 纸色谱纸色谱v 薄层色谱薄层色谱v 柱色谱柱色谱v 按流动相和固定相的相对极性按流动相和固定相的相对极性v正相色谱正相色谱(Normal Phase Chromatography)v 固定相的极性大于流动相固定相的极性大于流动相v反相色谱反相色谱(Reversed Phase Chromatography)v 固定相的极性小于流动相固定相的极性小于流动相HPLC 与与 GC 的应用差异的应用差异HPLC 与与 GC 的应用差异的应用差异挥发挥发非挥发非挥发疏水性疏水性亲水性亲水性糖环氧化合物多氯联苯脂肪酸甲酯芳香酯C2/C5 碳氢化合物碳氢化合物无机离子氨基酸糖类衍生物香精油聚合物单体甘油三酸酯磷脂亚硝胺有机磷杀虫剂酒精多环芳烃芳族胺脂溶性维生素抗体天然食用色素类黄酮抗生素腈类抗氧化剂乙二醇脂肪酸磺胺类挥发性羧酸醛酮类甘草膦合成食用色素苯酚黄曲霉毒素酶糖醇2.色谱方法基本原理色谱方法基本原理v色谱的主要理论v热力学理论v以相的平衡观点研究色谱过程 v塔板理论为代表(Martin&Synge)v动力学理论v以动力学观点研究各种动力学因素对色谱峰的影响 vVan Deemter 方程为代表MartinSynge 分离的原理分离的原理v样品组分在固定相和流动相之间的分配 v流动相带动样品经过色谱柱 v不同组分与固定相之间相互作用v 的强度不同 v不同组分在固定相上移动速度不同，v 形成分离v分配系数 KDvXm Xs KD1=Xs/XmvYm Ys KD2=Ys/Ymv 流动相固定相 样品组分的分离样品组分的分离v 进样、分配、移动、流出、分离KD2 KD1，所以 Y 先流出來 分配系数分配系数Kv分配系数与组分、流动相和固定相的热力学性质有关，也与温度、压力有关。v在条件（流动相、固定相、温度和压力等）一定，样品浓度很低时（Cs、Cm很小）时，K只取决于组分的性质，而与浓度无关。这只是理想状态下的色谱条件，在这种条件下，得到的色谱峰为正常峰；在许多情况下，随着浓度的增大，K减小，这时色谱峰为拖尾峰；而有时随着溶质浓度增大，K也增大，这时色谱峰为前延峰。因此，只有尽可能减少进样量，使组分在柱内浓度降低，K恒定时，才能获得正常峰。v在同一色谱条件下，样品中K值大的组分在固定相中滞留时间长，后流出色谱柱；K值小的组分则滞留时间短，先流出色谱柱。混合物中各组分的分配系数相差越大，越容易分离，因此混合物中各组分的分配系数不同是色谱分离的前提。v在HPLC中，固定相确定后，K主要受流动相的性质影响。实践中主要靠调整流动相的组成配比及pH值，以获得组分间的分配系数差异及适宜的保留时间，达到分离的目的。样品组分分离情况vA.样品与色谱柱固定相无任何作用 v三种样品在 t0 时间流出，v 无保留v无保留时间vB.样品组分保留时间一致v与色谱柱作用力相同 vC.样品组分保留时间不一致 v样品各组分与色谱柱作用力不同 vD.实际分离状况v高斯分布曲线 色谱出峰形状色谱出峰形状v实际出峰形状为高斯分布曲线 (Gaussian curve)v样品的扩散效应无扩散 样品扩散 分离度分离度 分离度（分离度（Resolution)两个相邻峰的分离程度。两个相邻峰的分离程度。以两个组份保留值之差以两个组份保留值之差与其平均半峰宽值的比与其平均半峰宽值的比来表示：来表示：R=?时两峰认为已分开时两峰认为已分开?不同分离度不同分离度 Rv相邻两吸收峰分离度vR=1.0,98%,v 基线分离vR=1.5,99.7%vR=1.5 時，完全分离（中国药典规定）v两色谱峰被视为v 分开 分离度分离度R 的数学表达的数学表达v分离度R的基本公式vk:容量因子(capacity factor)反映吸收峰的保留特性v:选择因子(selectivity factor)反映相邻两色谱峰的分离程度 v 色谱过程热力学因素vN:理论塔板数，反映色谱柱的分离效率 (column efficiency)色谱过程动力学因素有关R=1/4Nxxk1+k-1柱效柱效选择因子选择因子容量因子容量因子 容量因子容量因子 k测量溶质在固定相和流动相中分布的摩尔数（量）之比 与温度有关(GC)与流动相溶剂种类及组成有关 (LC)Injectiont0tRtRvk 决定样品能进入色谱柱固定相的量 vk太小，在固定相上保留太短，很快流出，难以确定保留时间 vk太大，在固定相上保留太强，洗脱时间太长，v理想的 k为 15 分离效果与分离效果与 k 值的最优化值的最优化v k值的优化v改变溶剂成分、梯度条件 (洗脱强度)选择因子选择因子 v色谱柱分开两组份的能力 v 1 时两组分分离v表示两组分在两相间的平衡分配热力学性质的差异，即分子间相互作用力的差异。t0tR1tR2Injection选择因子 的影响因素v影响 的因素 v改变流动相成分，包括改变 pH 值v改变柱温(在 LC 不明显)v改变固定相成分v使用特殊化学效应理论板数理论板数 Nv塔板理论v热力学平衡理论v色谱柱效的量化v从分馏法技术衍生而来v分离法依组分挥发性不同而分馏v色谱法依组分分配系数不同而分离v分配系数 K=Cs/Cmv理论板数 N、塔板高度 Hv柱效随 N增大和 H减小而增加v分配色谱流程模型N=L/Hv理论塔板数N v与半峰宽W1/2和保留时间的关系如下v在相同保留时间色谱峰越尖锐，则色谱柱效越高 分离效能的最优化分离效能的最优化增加容量增加容量增加选择因子增加选择因子增加柱效增加柱效增加 k 值可增加分离度但会增加分析时间改变流动相、固定相成分改变流动相、固定相成分 增加增加 值可增加分离度值可增加分离度但不能因此影响但不能因此影响 k 值值液相色谱仪设备概述液相色谱仪设备概述 液相色谱仪器组成液相色谱仪器组成溶剂传输系统（泵系统）进样系统 检测器工作站组分收集（选项）液相色谱仪器结构组成示意图液相色谱仪器结构组成示意图 流动相储液瓶流动相储液瓶单元或多元泵单元或多元泵梯度混合器梯度混合器预柱预柱手动手动-进样器进样器自动自动-进样器进样器保护柱保护柱色谱柱色谱柱柱后反应器柱后反应器柱温箱柱温箱检测器检测器馏分收集器馏分收集器积分仪积分仪工作站工作站计算机计算机接口接口温度控制单元温度控制单元样品制备单元样品制备单元3.样品分析方法开发 样品预处理样品预处理样品预处理的目的是为了纯化样品。完成纯化的方法有:稀释-用一种互溶的且比流动相弱的溶剂或流动相本身稀释样品过滤-有不同孔径的过滤材料.提示:有的化合物可能吸附在过滤器上，从而影响定量.离心-可除去样品中的颗粒物质.萃取-液液萃取，固相萃取挥发-采用惰性气体通过样品鼓泡或抽真空除去溶剂样品准备样品准备优化概览优化概览优化应当是系统进行的，也就是说每个参数应当逐步变化.!每次运行只改变一个参数!目标是在最短的分析时间内获得最好的分离结果.优化溶剂强度优化溶剂强度 流速流速 温度温度 柱长柱长 固定相固定相*优化优化流动相的选择流动相的选择流动相的选择原则是：流动相的选择原则是：样品易溶，且溶解度尽可能大。样品易溶，且溶解度尽可能大。化学性质稳定，不损坏柱子。化学性质稳定，不损坏柱子。不妨碍检测器检测，紫外波长处无吸收。不妨碍检测器检测，紫外波长处无吸收。粘度低，流动性好。粘度低，流动性好。易于从其中回收样品。易于从其中回收样品。无毒或低毒，易于操作。无毒或低毒，易于操作。易于制成高纯度，即色谱纯。易于制成高纯度，即色谱纯。废液易处理，不污染环境。废液易处理，不污染环境。反相色谱最常用的流动相及其冲洗强度如下：反相色谱最常用的流动相及其冲洗强度如下：H2O甲醇乙腈乙醇丙醇异丙醇四氢呋喃甲醇乙腈乙醇丙醇异丙醇四氢呋喃正相色谱常用的流动相及其冲洗强度的顺序是：正相色谱常用的流动相及其冲洗强度的顺序是：正己烷乙醚乙酸乙酯异丙醇正己烷乙醚乙酸乙酯异丙醇系统方法开发系统方法开发1)选择初始色谱柱选择初始色谱柱(直径直径,长度长度,填料粒度填料粒度）-4.6 x 250 mm,5 m1使用适当的孔径使用适当的孔径1初始运行采用与流动相组成条件一致的初始运行采用与流动相组成条件一致的pH1)优化优化 k*(保留保留)1梯度范围梯度范围,时间时间,斜率斜率1流动相流动相-很小变化很小变化1)优化回收率优化回收率1样品的溶解性样品的溶解性1温度的作用温度的作用1键合相的作用键合相的作用1有机改性剂有机改性剂1)优化优化*(选择性选择性)1温度温度1键合相键合相1pH(最后的手段最后的手段)1)优化优化 N(色谱柱条件色谱柱条件)1流速流速1长度长度1填料粒度填料粒度分离度与分离度与 k,N,和和 的关系的关系初始初始改变改变k提高提高N提高提高 梯度范围梯度范围,斜率斜率流速流速,填料粒度填料粒度,柱长柱长温度、流动相、温度、流动相、pH 优化优化 色谱的定性分析色谱的定性分析v色谱定性分析色谱定性分析:v 用保留值定性和色谱联用技术（如用保留值定性和色谱联用技术（如LC-MS、LC-FTIR)定性定性v利用保留值定性利用保留值定性v基本依据：两个相同的物质在相同的色谱条件下应该有相同的保留基本依据：两个相同的物质在相同的色谱条件下应该有相同的保留v 值。但是，相反的结论却不成立，即在相同的色谱条件值。但是，相反的结论却不成立，即在相同的色谱条件v 下，具有相同保留值的两个物质不一定是同一个物质下，具有相同保留值的两个物质不一定是同一个物质v利用已知物直接对照进行定性分析利用已知物直接对照进行定性分析v用绝对保留值定性一般要求用自动进样用绝对保留值定性一般要求用自动进样v用相对保留值定性用相对保留值定性v用已知物增加峰高法定性用已知物增加峰高法定性v利用文献值对照进行定性分析采用保留指数利用文献值对照进行定性分析采用保留指数(I)v检测器信号响应与时间的关系检测器信号响应与时间的关系v测量每个峰的保留时间测量每个峰的保留时间tR1t0tR2timesignal 色谱的定量分析色谱的定量分析l检测器信号响应与时间的关系检测器信号响应与时间的关系l测量每个峰的峰面积测量每个峰的峰面积v定量分析的基本公式：v Mi i组分的量；Aii组分的峰面积；fi i组分的校正因子，与检测器的行为和被测组份的行为有关。v 定量分析的依据是被测组分的量与响应信号成正比，但相同含量的物质由于物理、化学性质的差别，即使在同一检测器上产生的信号也不同，直接用响应信号定量，必然导致较大误差。故引入校正因子。v校正因子是定量计算公式中的比例常数，其物理意义是单位面积所代表的被测组分的量。v v1.面积百分法(Area Percent)v2.外标法(External Standard)v3.内标法(Internal Standard)v4.归一化法(Normalized Percent)色谱定量分析方法的种类色谱定量分析方法的种类 面积百分法面积百分法 最简单的计算方法样品中的所有成分对检测器的响应值相同样品中的所有成分必须完全分离表示样品中单一组份相对于其他组份的含量 面积%=(AI/A)*100 AI=单一色谱峰的面积 A=全部色谱峰的面积之和不要求进样量准确不适用于选择性检测器归一化法归一化法(Normalized%)v将样品中所有组份的含量之和定为100%。计算其中某一组份百分含量的定量方法：v其中：xi试样中组份I的百分含量v fi组份I的校正因子v Ai组份I的峰面积或峰高 归一化法示例归一化法示例 化合物 峰面积校正因子 峰面积校正因子 百分比含量C8 2001.2 240240/1708=14.1%C12 2301.6 368368/1708=21.5%C16 2001.8 360360/1708=21.1%C18 3001.8 540540/1708=31.6%C20 1002.0 200 200/1708=11.7%1030 1708 100%优点：方法简便，进样量与载气流速的影响不大缺点：样品中所有组份必须都能出峰，并且必须知道各自组份的校正因子（校正因子需要由已知的标准品来求得）。归一化法主要用于气相色谱的定量测定。且一般只适用于通用型检测器。直接峰面积归一化无校正因子法直接峰面积归一化无校正因子法%(NOCalibration)当样品中各组份的校正因子近似相等，如同系物或同分异构体，可直接用峰面积归一化进行定量。即简化为下式：示例：给出了采用校正因子和不用校正因子进行归一化法的定量结果组份乙苯对二甲苯间二甲苯邻二甲苯峰面积（Ai）校正因子（fi）f*Ai1200.97116751.00751400.961341050.98103校正因子归一化法定量结果直接峰面积归一化定量结果27.027.217.517.131.331.824.123.9多点校正的定量分析多点校正的定量分析 单点校准单点校准峰面积峰面积进样量进样量峰面积峰面积进样量进样量响应值响应值=样品量样品量unn=峰面积峰面积响应值响应值峰面积峰面积进样量进样量多点校准多点校准外标法（外标法（External Standard)又称校正曲线法又称校正曲线法v在相同分析条件下，比较标准物质与样品的色谱峰面积在相同分析条件下，比较标准物质与样品的色谱峰面积或峰高或峰高v1.用已知的标准品配成不同浓度的标准系列，在与被用已知的标准品配成不同浓度的标准系列，在与被测样品相同的色谱条件下，等体积准确进样，测量各种测样品相同的色谱条件下，等体积准确进样，测量各种浓度的峰高或峰面积，绘制响应信号与百分含量的关系浓度的峰高或峰面积，绘制响应信号与百分含量的关系曲线；曲线；v2.测量样品的峰面积或峰高，在校正曲线上查出其对测量样品的峰面积或峰高，在校正曲线上查出其对应的百分含量。应的百分含量。外标法定量外标法定量浓度峰面积标准1127187标准24012845标准38021437标准412027557标准514031440v样品结果直接在标准工作曲线上读出，非常简单，尤其对大量样品分样品结果直接在标准工作曲线上读出，非常简单，尤其对大量样品分析时特别适合。析时特别适合。v要求进样量、色谱分析条件严格不变；容易出现较大误差。要求进样量、色谱分析条件严格不变；容易出现较大误差。内标法内标法(Internal Standard)用DBP做内标测定Pynamin.配制标准溶液：准确称量200mgDBP和220mg90%的Pynamin配制成溶液100ml。色谱测定得到As=12000,Ai=10000,则相对校正因子为：配制样品溶液：称量210mgDBP和220mg的样品，配制成溶液100ml。色谱测定得到As=12500,Ai=9500,则样品中Pynamin的含量为：故样品中Pynamin的百分含量为：4.液相色谱仪（液相色谱仪（HPLC）的保养）的保养1、HPLC的日常操作条件：温度：的日常操作条件：温度：10-30摄氏度；摄氏度；相对湿度相对湿度 80；最好是恒温、恒湿，远离高电；最好是恒温、恒湿，远离高电干扰、高振动设备。干扰、高振动设备。2、泵的保养：、泵的保养：1）使用流动相尽量要清洁；）使用流动相尽量要清洁；2）进液处的沙芯过滤头要经常清洗；）进液处的沙芯过滤头要经常清洗；3）流动相交换时要防止沉淀；）流动相交换时要防止沉淀；4）避免泵内堵塞或有气泡。）避免泵内堵塞或有气泡。3、进样器的保养：每次分析结束后，要反复冲洗、进样器的保养：每次分析结束后，要反复冲洗进样口，防止样品的交叉污染。进样口，防止样品的交叉污染。4、柱的保养：、柱的保养：1）柱子在任何情况下不能碰撞、弯曲或强烈震动；）柱子在任何情况下不能碰撞、弯曲或强烈震动；2）当柱子和色谱仪联结时，阀门或管路一定要清洗干净；）当柱子和色谱仪联结时，阀门或管路一定要清洗干净；3）要注意流动相的纯度；）要注意流动相的纯度；4）避免使用高粘度的溶剂作为流动相；）避免使用高粘度的溶剂作为流动相；5）进样样品要提纯；）进样样品要提纯；6）严格控制进样量；）严格控制进样量；7）每天分析工作结束后，要清洗进样阀中残留的样品；）每天分析工作结束后，要清洗进样阀中残留的样品；8）每天分析测定结束后，都要用适当的溶剂来清洗柱；）每天分析测定结束后，都要用适当的溶剂来清洗柱；9）若分析柱长期不使用，应用适当有机溶剂保存并封闭。）若分析柱长期不使用，应用适当有机溶剂保存并封闭。5、检测器（、检测器（UV）的保养：）的保养：1）紫外灯的保养：在分析前、柱平衡得差不多时，打开检测器；在分析紫外灯的保养：在分析前、柱平衡得差不多时，打开检测器；在分析完成后，马上关闭检测器；完成后，马上关闭检测器；2）样品池要保养。样品池要保养。流动相的制备流动相的制备v气泡的形成气泡的形成v空气在混合溶剂中的溶解度低于纯溶剂空气在混合溶剂中的溶解度低于纯溶剂v多余的气体离开溶剂形成气泡多余的气体离开溶剂形成气泡过滤过滤将流动相种的微粒去除储液罐需加盖保护过滤头置于溶剂进口处当正相柱与反相柱互换时当正相柱与反相柱互换时,需用能跟需用能跟两种流动相互溶的溶剂冲洗两种流动相互溶的溶剂冲洗!5.示范一下软件示范一下软件C l i c k t o e d i t c o m p a n y s l o g a n .