色谱分析法第十章 超临界流体色谱法

,*,色谱分析法,单击此处编辑母版文本样,退出,页,出版社 社文分社,1,第十章,超临界流体色谱法,2,10.1超临界流体色谱法概述,10.1.1超临界流体色谱的定义,使用超过临界温度和临界压力的流体称超临界流体，Supercritical Fluid作流动相进行组分别离的色谱法称为超临界流体色谱法Supercritical Fluid Chromatography。超临界流体就是物质气体或液体处于临界温度和临界压力以上，既不是液体也不是通常的气体，而是单一相态的流体。,10.1.2超临界流体色谱SFC的特点,SFC的流动相是超临界流体，具有与液体相近的密度，因此它有强溶解性能，适于别离分析难挥发和热稳定性差的物质。,超临界流体的粘度近于气体，比液体低得多约低两个数量级，柱过程阻力小，可采用细长色谱柱以增加柱效。,超临界流体的扩散系数在气体和液体之间，具有较快的传质速,3,度，使分析速度加快低于GC，峰形变窄，增加检测灵敏度。,通过变更流动相压力等参数可改变超临界流体的密度，即可改变它的溶解能力、粘度和扩散系数，因此可以程度不同地改善色谱别离效能。在SFC系统中，设定变更流动相压力程序是SFC别离分析工作特点之一。,可作流动相的超临界流体的物质较多，易得，廉价，优于HPLC流动相的选择。,SFC系统中既可使用GC的检测器也可以使用HPLC的检测器。,10.1.3超临界流体色谱法的开展,10.1.4SFC系统流程图,SFC系统流程图见图10.1，流动相有两种情况输送：1常压时为气体的流动相，可将高压气瓶中流动相减压至所需压力或用泵增加压力输送到色谱柱；2在室温常压下时为液体的流动相，采用无脉动注射泵来输送。,4,图10.1 超临界流体色谱流程图,10.2超临界流体色谱操作条件及其影响因素,根据不同样品的要求，可选择适宜的物质作SFC的流动相。例如，分析碳水化合物和核甙时选用NH3作流动相为好；分析嘌呤时选用CO2比用NH3好，但常采用的是CO2和正戊烷作流动相，操作起来更加方便。表10.1列出了一些化合物的临界物理性质。,5,10.2.2固定相,10.2.3柱压力,图10.2 恒温改变柱压力时正构烷烃的别离,6,图10.3 SFC法程序升压别离聚苯乙烯M=2 100,图10.4 裂解石脑油族别离SFC图,7,10.2.4柱温,图10.5 柱压不变或流动相密度不变时log K,和柱温的关系,10.2.5流动相线速度和填料粒度,色谱法中流动相的线速度和流动相的黏度成反比，最正确线速uopt值GC为最大，SFC为次之，HPLC为最小。,8,图10.6 CO2 流动相线速和HETP的关系,10.3超临界流体色谱法根底,10.3.1SFC的Van Deemter方程,通过研究发现，描述超临界流体流速对柱效影响的Van Deemter方程和Golay方程依然可以成立，但填充柱的柱压降增大，以流体密度决定其溶解能力的柱效损失较为严重。,9,10.3.2CSFC常用的公式、定义及Golay方程,1)选择性指标,2)别离度Rs与K，n的关系,3)相对变数,4)Golay方程,10.3.3SFC法色谱保存值规律的根本方程,超临界流体色谱SFC是一种新的色谱方法和技术。它的保存值与柱温、流动相密度间存在着统计热力学的规律性。戴朝政、李浩春、卢佩章等采用统计热力学方法推导出了一根本关系式。,1)需要答复的几个理论性问题,2)根本方程式的简化,3)SFC保存值公式的验证,10,10.4二氧化碳超临界流体色谱法,二氧化碳常作为SFC的流动相，这是由于CO2流体对大分子有机化合物和天然有机化合物具有良好的溶解能力，它的临界温度31.3 和临界压力7.3 MPa都较低，无毒性，不破坏和污染样品及色谱柱，来源广泛、易得，价格廉价。因此，CO2超临界流体色谱在国内外文献中比较多见。,10.4.1仪器设备及试验流程,图10.7 CO2的SFC系统组装图,11,10.4.2 CO2超临界流体色谱法有关问题讨论,1)关于相区的控制,图10.8 CO2 PrPrRr图,12,2)色谱固定相颗粒直径的影响,3)CO2的SFC流出曲线和组分色谱图,图10.9,4)Van Deemter方程图解曲线,图10.10 CO2的SFC方法的H,-,u图,图10.11萘A,B及菲C,D)的,n-T图,13,5)CO2的SFC法中柱温对柱效的影响,10.5毛细管超临界流体色谱技术,10.5.1毛细管超临界流体色谱法几个关键问题,1)固定液膜的耐洗脱性,2)CSFC仪器的特性,10.5.2 CSFC操作条件的选择,毛细管超临界流体色谱操作条件的选择尚无成熟的规律性，根据CSFC自身特点和类似于GC及LC的条件之处，吸收大量应用文章的精华和国内外从事SFC工作的诸专家著作所述，特提出CSFC系统操作条件的选择要点，具有实际应用价值，供读者在实践工作中作条件选择的根本原那么。,1)流动相及其线速度的选择,2)温度的选择,14,图10.12,图,10.13,15,图10.14 Triton X100样品的负温度,多阶程序别离图谱,16,3)压力和密度的选择,(1流动相密度与保存值的关系,(2密度的选择,图10.15n-C16在甲基硅氧烷柱,上不同温度下的log-k-图,4)固定相、液膜厚度、柱径、柱长、阻力器及检测器的选择,17,(1流动相密度与保存值的关系,非极性样品,中等极性样品,极性样品,含有空间异构体和光学异构体的样品,图10.16 二甲基聚硅氧烷同步非线性密度/温度程序别离图,18,10.5.3毛细管SFC装置简介,1CSFC装置流程,图10.17 毛细管SFC装置流程,毛细管SFC装置简介图10.17为毛细管SFC装置流程,1CO2净化及存储系统,2泵系统,3分析系统,4微机控制系统,19,10.6超临界流体色谱联用技术,SFC联用技术目前应用较成功且有商品仪器出售的主要是SFC/MS及SFC/FTIR。,10.6.1 CSFC/MS联用技术,图10.18 CSFC/HRMS 系统示意图,10.6.2 CSFC/FTIR联用技术,20,图10.19 CSFC/FTTIR联用方框图,图10.20 多环芳烃的FTIR与UV图,21,10.7超临界流体色谱的应用,由于SFC在分析测试应用中有其独特之处，能圆满解决用GC与HPLC尚不能解决的问题，因此，其应用技术的研究备受重视，开展快速。目前该技术已经应用于分析药物、食品、甾族化合物、脂肪酸及其衍生物、农药及除草剂、炸药、染料、生物样品、聚合物及其添加剂等化工产品，现分述如下。,10.7.1热不稳定性物质,分析热不稳定性物质二异氰酸盐时，在GC的高温条件下易聚合而在HPLC中那么会产生 反响，使用CSFC分析，采用60 的CO2流动相，检测器为FID，可以得到单体、二聚物、三聚物及四聚物的结果如图10.21所示。,22,图10.21 CSFC别离偶氮化合物图,23,图10.22 四氢大麻醇代谢物的CSFC分析,24,10.7.2药物,药物一般为极性组分，用GC分析时，由于其极性过强及易热分解，一般都要进行衍生化处理；用HPLC分析，又因药物样品常缺少UV及荧光所需的发色团，给检测带来困难，加之HPLC分辨率较低，结果就更不能令人满意。,10.7.3聚合物,对超出GC能分析的分子量范围内的组分，像平均分子量几千的聚乙二醇齐聚物等，由于SFC的流动相能较好地溶解它们，因此可以用SFC进行分析。实例如图10.23。,25,图10.23 CSFC 分析Triton-100,图10.24 CSFC对农药的别离,26,10.7.4甾族化合物,甾族化合物是一类含有羟基的极性异构体混合物，性质很相近，极难别离，利用CSFC，采用选择性强的固定液可直接进行分析。,10.7.5农药及除草剂,农药含有S，P等杂原子，极性较强，对温度敏感，且很多农药不含发色基团，用GC和LC很难分析，痕量分析尤其困难。采用CSFC结合选择性强的检测器像FPD、NPD、ECD等，是痕量农药及除草剂分析的理想方法。实例如图10.24。,10.7.6食品及天然产物,这类样品组成复杂，预处理繁琐费时，CSFC用于该方面已取得很好的结果。有报道CSFC在90 的CO2流动相条件下将一、二、三甘油酯完全别离，出峰22个，峰形尖而对称。,27,10.7.7化工产品,图10.26 染料混合物的CSFC谱图,图10.25 CSFC别离炭黑提出物色谱图,