第十三章 高效液相色谱法
第一节 概述
高效液相色谱法,以气相色谱为基础,在经典液相
色谱实验和技术基础上建立的一种液相色谱法
一, HPLC与经典 LC区别
二, HPLC与 GC差别
三, 高效液相色谱仪流程图
四, 特点
一,HPLC与经典 LC区别
? 主要区别:固定相差别, 输液设备和检测手段
1,经典 LC:仅做为一种分离手段
柱内径 1~3cm,固定相粒径 >100μm 且不均匀
常压输送流动相
柱效低 ( H↑,n↓)
分析周期长
无法在线检测
2,HPLC:分离和分析
柱内径 2~6mm,固定相粒径 <10μm( 球形, 匀浆装柱 )
高压输送流动相
柱效高 ( H↓,n↑)
分析时间大大缩短
可以在线检测
二,HPLC与 GC差别
? 相同:兼具分离和分析功能, 均可以在线检测
? 主要差别:分析对象的差别和流动相的差别
1,分析对象
GC:能气化, 热稳定性好, 且沸点较低的样品,
高沸点, 挥发性差, 热稳定性差, 离子型及
高聚物的样品不可检测
占有机物的 20%
HPLC:溶解后能制成溶液的样品,
不受样品挥发性和热稳定性的限制
分子量大, 难气化, 热稳定性差及高分子
和离子型样品均可检测
用途广泛, 占有机物的 80%
续前
2,流动相差别
? GC:流动相为惰性气体
? 组分与流动相无亲合作用力, 只与固定相作用
? HPLC:流动相为液体
? 流动相与组分间有亲合作用力, 为提高柱的选择性,
改善分离度增加了因素, 对分离起很大作用
? 流动相种类较多, 选择余地广
? 流动相极性和 pH值的选择也对分离起到重要作用
选用不同比例的两种或两种以上液体作为流动相
可以增大分离选择性
3,操作条件差别
GC:加温操作
HPLC:室温;高压 ( 液体粘度大, 峰展宽小 )
三、高效液相色谱仪流程图
1,贮液罐 ( 滤棒, 可滤去颗粒状物质 )
2,高压泵 ( 输液泵 )
3,进样装置
4,色谱柱 —— 分离
5,检测器 —— 分析
6,废液出口或组分收集器
7,记录装置
续前
四, HPLC的特点和应用
“三高,, 一快,, 一广,
高柱效 ——n=104片 /米, 柱效高 ( 远高于一般 LC)
高灵敏度
高选择性
分析速度快
应用范围广泛 ( 可分析 80%有机化合物 )
第二节 基本理论和条件选择
热力学理论:塔板理论 ——平衡理论 基础
动力学理论:速率理论 ——Vander方程
一、塔板理论
二、速率理论
三,HPLC法中分离条件的选择
一、塔板理论
理理 nLH /? 22
21
2 )(16)(54.5)(
W
t
W
ttn RRR ???
?理
effeff nLH /? 2
21
'
2
'
)(54.5)(16 W tWtn RRe f f ??
0
'
t
tk R?? 2)
1( k
knn
e ff ??? 理
二、速率理论(与 GC对比)
(填充柱),uCuBAHGC ???? /
(毛细管柱)或 uCuBH ??? /
dpA ?? ?2 dpA ?? ?
gm DDB ???? ?? 22 gR DBtB ??,
M
TDTD
gg ?? 或?
llgsm CCCCCC ?????
l
l D
dfC 2?
?
TD
L ?
1.
续前
2)涡流扩散项及其影响 next
uCAHH P L C ???:
mDB ?? ?2?
?
TD
m ?
相忽略大低,流动相柱温 BT ??? ?
???????
??
RtnHu
uHscmu
,但柱效,
时,/1
m i n/1 mlu ?? 选择兼顾柱效和分析时间,
2.
? 讨论:
1)流动相流速对 HPLC板高的影响(与 GC对比) next
dpA ?? ?2 dpA ?? ?
????????? 柱效,,nHAdp?
图示
back
续前
3)传质阻抗项及其影响
)(忽略固定相传质阻抗 smmssmm CCCCCC ?????
忽略固定相传质阻抗
态流动相的传质阻抗注:只考虑流动相和静
uCuCAHH P L C smm ??????,
m
smm D
dpCC 2??
mD
dpC 2?
?
TD
m ?
???????? 柱效,nHCdp
???????? 柱效,nHD m?
?????
?????
,柱阻,
,但易产生气泡
?m
m
DT
CDT
图示
三,HPLC法中分离条件的选择
1,固定相与装柱方法的选择:
选粒径小的、分布均匀的球形固定相( dp≤10μm)
首选化学键合相,匀浆法装柱
2,流动相及其流速的选择:
选粘度小、低流速的流动相 ——甲醇,1ml/min
3,柱温的选择:
选室温 250C左右
第三节 各类高效液相色谱法
一、液固吸附色谱法( LSC)
二, 液液分配色谱法 ( LLC)
三, 化学键合相色谱法 ( BPC)
一、液固吸附色谱法( LSC)
流动相为液体,固定相为固体吸附剂
1.分离机制:利用溶质分子占据固定相表面吸附活性
中心能力的差异
? 分离前提,K不等或 k不等
)1(0
m
R V
SKtt ???
mV
SKk ??
续前
2.固定相:与 LC比,固定相粒径不同( <10μm)
( 2) 高分子多孔小球,YSG
原理:吸附 +分配
蒹小孔凝胶作用
特点:柱选择性好, 峰形好, 柱效低
适用:分离弱极性化合物
( 1)硅胶 表孔硅胶(薄壳硅胶)
全多孔硅胶 无定形 YWG 5~6μm 5× 104
球形 YQG 3~4μm 8× 108
堆积硅珠 YQG 3~4 μm 8× 108 理想
原理:吸附
特点:峰易拖尾
适用:分离极性化合物
续前
3,流动相:底剂 ( 烷烃 ) + 有机极性调节剂
? 例,正己烷或庚烷 + 氯仿 - - -
4,影响 k的因素:与 固定相性质和流动相性质有关
溶质分子极性 ↑,洗脱能力 ↓,k↑,tR↑
溶剂系统极性 ↑,洗脱能力 ↑,k↓,tR↓
? 注:调节溶剂极性, 可以控制组分的保留时间
5,出柱顺序:强极性组分后出柱, 弱极性组分先出柱
6,硅胶吸水量 ↑,LSC→LLC
? 硅胶含水量较小 吸附色谱 硅胶极性较大
? 硅胶含水量 >17% 分配色谱 硅胶失活 → 载体
吸附的水 → 固定液
二、液液分配色谱法( LLC)
1,分离机制:利用组分在两相中溶解度的差异
2,固定相:载体 +固定液 ( 物理或机械涂渍法 )
? 缺点:系统内部压力大, 易流失, 不实用
固定液 ——极性 → NLLC
固定液 ——非极性 → RLLC
3,正相色谱 ——固定液极性 > 流动相极性 ( NLLC)
? 极性小的组分先出柱, 极性大的组分后出柱
? 适于分离极性组分
反相色谱 ——固定液极性 < 流动相极性 ( RLLC)
? 极性大的组分先出柱, 极性小的组分后出柱
? 适于分离非极性组分
三、化学键合相色谱法( BPC)
(一)化学键合相
( 二 ) 反相键合相色谱
( 三 ) 正相键合相色谱
( 四 ) 离子对色谱和离子抑制色谱
(一)化学键合相
利用化学反应将固定液的官能团键合在载体表面
1,分离机制:分配 + 吸附 ( 以 LLC为基础 )
2,特点:
1) 不易流失
2) 热稳定性好
3) 化学性能好
4) 载样量大
5) 适于梯度洗脱
(二)反相键合相色谱
1,分离机制:疏溶剂理论
正相 ——流动相与溶质排斥力强, 作用时间 ↑
k↑,组分 tR↑
反相 ——流动相与溶质排斥力弱, 作用时间 ↓,
k↓,组分 tR↓
2,固定相:极性小的烷基键合相
C8柱, C18柱 ( ODS柱 ——HPLC约 80%问题 )
3,流动相:极性大的甲醇 -水或乙腈 -水
流动相极性 > 固定相极性
底剂 + 有机调节剂 ( 极性调节剂 )
? 例:水 + 甲醇, 乙腈, THF
续前
4,流动相极性与 k的关系:
流动相极性 ↑,洗脱能力 ↓,k↑,组分 tR↑
5,出柱顺序:极性大的组分先出柱
极性小的组分后出柱
6,适用:非极性 ~中等极性组分 ( HPLC80%问题 )
(三)正相键合相色谱
1,分离机制:溶质分子与固定相之间定向作用力,
诱导力, 或氢键作用力
2,固定相:极性大的氰基或氨基键合相
3,流动相:极性小 ( 同 LSC)
底剂 + 有机极性调节剂
? 例:正己烷 + 氯仿 -甲醇, 氯仿 -乙醇
续前
4,流动相极性与 k的关系:
流动相极性 ↑,洗脱能力 ↑,组分 tR↓,k↓
5,出柱顺序:结构相近组分, 极性小的组分先出柱
极性大的组分后出柱
6,适用:
? 氰基键合相与硅胶的柱选择性相似 ( 极性稍小 )
分离物质也相似
? 氨基键合相与硅胶性质差别大, 碱性
分析极性大物质, 糖类等
(四)离子对色谱和离子抑制色谱
1.反相离子对色谱法
2.反相离子抑制色谱
1.反相离子对色谱法( IPC或 PIC)
反相色谱中, 在极性流动相中加入离子对试剂, 使被测组分
与其中的反离子形成中性离子对, 增加 k和 tR,以改善分离
1) 离子对试剂:烷基磺酸钠 →分析碱
四丁基季胺盐 →分析酸
2) 影响 k的因素
a,与 m的极性有关 ( 同反相色谱 )
b,与 R的链长有关,R↑长, 极性 ↓小, tR↑,k↑
3) 适用:较强的有机酸, 碱
2.反相离子抑制色谱
在反相色谱中, 通过加入缓冲溶液调节流动相 pH值, 抑制
组分解离, 增加其 k和 tR,以达到改善分离的目的
1) 离子抑制剂:弱酸, 弱碱性物质
pH一定的缓冲溶液
2) k的影响因素,与流动相极性有关, 还与 pH值有关
? 选择流动相:应同时考虑极性及 pH值
酸性物质 ——加入酸 HAc tR↑,k↑
碱性物质 ——加入碱 NH3·H 2O tR↑,k↑
? 调节 pH范围,3.0~8.0
pH>8.0 破坏键合相与载体的结合
pH<3.0 腐蚀柱子
3) 适用:极弱酸碱物质
pH=3~7弱酸; pH=7~8弱碱;两性化合物
第四节 影响分离的因素
1
,22114 kknR ????? ??
uCAH ???
流动相采用粘度小、低流速的
匀的固定相:采用粒度小、填充均n
'
'
'
'
1
2
1
2
1
2
1
2
R
R
R
R
V
V
t
t
k
k
K
K ?????
温影响小)质和固定相性质(受柱:调整流动相种类、性?
0
'
t
t
V
VK
VC
VC
W
Wk R
m
s
mm
ss
m
s ?????
小)的配比(受柱温影响较:调整流动相和固定相k
续前
2,对流动相的要求:
1) 与固定液不反应
2) 对样品有良好溶解度
k=1~10
k=2~5 最理想的
3) 与检测器匹配:
UV( 常用, 测定波长应大于溶剂的截止波长 )
荧光, 电化学
4) 使用粘度小, 纯度高的流动相 ( 甲醇, 乙腈 )
使用前过滤, 脱气
续前
3.洗脱方式
1) 等度洗脱 ( 恒组成溶剂洗脱 )
以固定配比的溶剂系统洗脱组分 ( 一个泵 )
类似 GC的等温度洗脱
2) 梯度洗脱:
在一定分析周期内不断变换流动相的种类和比例
即不断改变其极性 ( 两个泵 )
适于分析极性差别较大的复杂组分
类似 GC的程序升温 ( 沸程较长样品 )
图示
第五节 高效液相色谱仪
1,泵:
恒压泵:流量精度不稳
恒流泵:常用
2,进样装置
1) 隔膜进样 ( 高分子有机硅胶垫 →进样室 )
GC系统压力较小, 可以
HPLC系统压力太大, 必须停泵进样 ( 早期 )
2) 阀进样:不必停泵, 六通阀
续前
3,色谱柱:直径 4~6mm,柱长 10~30cm
柱效评价:色谱系统适应性试验
R,n,fs( 拖尾因子 )
柱再生:维护, 保养, 柱子的冲洗
4,检测器
1) 紫外检测器:适于吸收紫外光的物质
2) 荧光检测器:只能分析自身发光的物质
灵敏度高
3) 示差折光检测器:利用折光率的差别
灵敏度低, 温度要求严格
4) 电化学检测器
5) 化学发光