其他分离分析方法.ppt

《其他分离分析方法.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《其他分离分析方法.ppt（21页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、第22章 其他分离分析方法 22.1.概论 随分离分析技术发展，众多适用于混合物试样预分 离或样品预处理、分离分析、制备分离的其他与色谱相 关分离分析技术相继出现，如超临界流体色谱和萃取、 逆流色谱、场流分离、多维色谱、膜色谱、固相萃取、 固相微萃取等。 分析试样预处理是仪器分析的首要步骤，约占分析 工作量的70%。这是试样初步分离、净化、痕量成分富 集技术，是样品分离分析的重要组成部分。 22.2.超临界流体色谱 22.2.1. 超临界流体和超临界流体色谱 超临界流体色谱(Supercritical Fluid Chromatography;SFC)是 以超临界流体（Supercritica

2、l Fluid，SFS)为流动相的色谱技术 。 在三相点下，气、固、液处在平衡状态，存在一个临界温 度Tc和临界压力Pc。在高于Tc时，无论施加多大压力，物质也 不会液化，即 Pc、Tc以上或临界点以上条件下，物质不会成为 液体或气体，物质聚集状态为介于气体和液体之间的流体，这 种流体称为超临界流体。 22.2.1. 超临界流体和超临界流体色谱 从热力学上看，超临界流体的密度是气体的1001000倍， 和液体相近，具有和液体相似的溶解能力及与溶质的作用力。 而从动力学上看，SFS的粘度比液体低，可以使用比液相色谱 更大的线速度;扩散系数是液体的10-100倍，传质速率高，因而 可以获得比HPL

3、C有更高的柱效和更快的分析速度。 从理论上讲，SFC可分析不适用于GC高沸点、低挥发性样 品和HPLC中缺少检测功能团的样品，约占色谱分离中25%的 化合物。但1990s年代后期，SFC发展趋向低落。 超临界流体自身物理性质带来SFC方法局限性，这是人们 在SFC发展初期认识不足的。SFs兼具液体的溶剂化能力和气体 的低粘度、高扩散系数很难在同一条件下实现。 22.2.2.超临界流体色谱仪 1.流动相储罐;2.调节阀;3.干燥净化器;4.截流阀;5.高压泵;6.泵头冷 却装置;7.热交换柱;8.进样阀;9.分流器;10.色谱柱;11.限流器;12.检 测器(FID)。 22.2.3.流动相和固

4、定相 SFC可使用HPLC和GC中各种固定相。填充柱微粒填料主 要是硅胶化学键合固定相，用填充柱分析极性样品时，大多需 在流动相中添加极性改性剂。开管柱固定相主要是聚甲基硅氧 烷苯基甲基聚硅氧烷、交联聚乙二醇等。在手性分离中使用较 多的是环糊精类固定相。 22.2.4. 超临界流体色谱分离操作条件 SFC与GC分离操作条件不同 ，其操作压力较高，一般为 70450x105Pa； 和HPLC也不一样，其色谱 柱工作温度较高，从常温到 2500C。 流动相的压力和密度在每一 温度下以同样方式影响保留值， 甚至在类似GC区也一样，增加 压力，k值降低。 而在较低温度下与HPLC的 保留行为相似，k值

5、随压力增加 而降低。 22.2.5. SFC与气相和高效液相色谱的比较 基于超临界流体密度、扩散系数、粘度等物理性质介于气 体和液体之间，可以预计，在最小板高色谱条件下，分析速度 和柱效SFC亦介于GC与HPLC之间。 根据速率理论方程，柱内径dC的毛细管柱最佳流速uopt及 保留时间与柱效比(tR/N)的极限值分别为: SFC与GC比较，由于超临界流体扩散系数比气体低，粘度 比气体高，较低线速下SFC色谱峰较窄，柱效优于GC; 超临界 流体密度比气体高，参与分离，以提高分离选择性;SFS溶剂化 能力比气体强，能在比GC较低温度下分离高分子化合物、天 然产物和热不稳定化合物。 22.2.6.

6、超临界流体色谱的应用 SFC可弥补GC和HPLC在分析性能上的某些不足，分离效 能和分析速度介于两种色谱方法之间。 几种色谱技术可分离样品的 相对分子质量范围 乙二醇齐聚的SFC分离色谱图 22.3.超临界流体萃取 超临界流体萃取(supercritical fluid extraction;SFE)是用超临 界流体为萃取溶剂的萃取分离、富集技术。其出现和发展均早 于SFC。 22.3.1. 超临界流体萃取的特点 基于SFS独特的物理化学性质，SFE具有传统液-液萃取不 可比拟的优点： 1. 萃取速度快 2. 容易控制溶剂强度并调节选择性 3. 后处理简单 4. 操作自动化 5. 安全性好 2

7、2.3.2.萃取仪器和技术 1.SFS储瓶;2，4.高压开关阀;3.高压注射泵;5.萃取池;6.温度控制 器;7.限流器;8.收集器。 萃取操作主要有两种: 1. 静态萃取 2. 动态萃取 22.3.2.萃取仪器和技术 影响SFS萃取效率的因素主要是: 1. 超临界流体选择 2. 萃取条件选择 3. 样品量及流体流速 4. 萃取物收集 22.3.3.SFE的应用 SFE的应用可分为两方面，一是作为分析化学样 品处理技术，特别是各种分离分析方法的样品前处理 ，即分离测定组分的前分离富集。SFE的另一个应用 是制备分离，包括工业规模分离，即分离工程的组成 部分。 1. SFE与各种色谱和仪器方法联

8、用 2. 样品处理 3. 工业生产中应用 22.4.固相微萃取 22.4.1.基本装置和特点 固相微萃取(Solid Phase Micro-Extraction， SPME)是在固相萃取(Solid Phase Extraction， SPE)基础上发展起来的。 SPME具有无需溶剂、萃取快速、样品消耗 量小、分析重现性好、操作简便、可进行现场 分析并易于实现自动化操作等特点。它将样品 的富集和基底去除相结合，集取样、萃取、富 集、进样于一体，导致分析速度和灵敏度提高 ，因此在短短的十几年间，SPME很快实现与 GC、HPLC、SFC、CE等分离分析技术的联用 ，在萃取涂层研制、应用模式及基

9、础理论研究 方面均得到很大的发展。 22.4.2.基本原理 SPME技术的原理是基于分析物在固相涂层和样品中的分配 平衡，因此分析物的萃取量随着萃取时间的延长而不断增加直 到达到萃取平衡，一般在230min内可达到平衡。在萃取平衡时 ，吸附在固相涂层的样品量为: 当Vs非常大时，即VsKVf，分析物在固相涂层的吸附量可 简化为: 由于慢传质过程，在一定时间内，平衡未完全实现，固相 涂层吸附分析物的物质的量为: 22.4.3.固相微萃取头和制备技术 萃取头是SPME装置的核心。按萃取头结构有两种基本类型 ： 1. 纤维 2. 毛细管(In-tube SPME) 无论是纤维或是萃取毛细管，其涂层材

10、料根据它们的不同 性质大致可分为非极性、中等极性和较强极性等三类。 目前应用最多的材料有聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚丙烯酸 酯(PA)、聚苯基甲基硅氧烷、聚乙二醇(CW)、聚（苯乙烯/二乙 烯基苯）等。 溶胶-凝胶技术是当今 SPME萃取头涂层的主要制备技术， 得到的萃取涂层热和化学稳定性高，耐溶剂，且成本低。 SPME固相层以非键合、键合、部分交联或高度交联的形式 涂敷在石英纤维或毛细管上。 22.4.4.SPME操作技术 SPME作为样品采集、处理技术，主要用作各种分析方法进 样手段，并与其联用，根据最终的分析结果判断SPME的优劣。 SPME和分析仪器联用可分为离线模式和在线模式两种。

11、 离线操作分析物吸着(吸收)和解吸分别在样品进样口两处、 分两步进行。 SPME的吸附或萃取操作模式主要是两种:浸取法和顶空法。 提高萃取效率的基本方法是对影响萃取效率基本操作条件 进行优化，如萃取时间，样品搅拌速度，萃取温度，无机盐浓 度，样品基底pH值等。 除了萃取的条件外，解吸操作对于最终分析结果的影响视 后续仪器或方法进样条件而异。 22.4.5.SPME联用技术 1. SPME-GC：最早发展、较为完善、广泛应用的技术。 SPME装置可在GC仪进样口直接进样。 2. SPME-HPLC：SPME-HPLC联用需要一个接口，接口装 置多种式样，均基于对六通阀的改造而成。 3. SPME

12、-CE或CEC：SPME- CE在线 联用是将150220m的较大内径热缩 Teflon毛细管与CE分离毛细管连接，涂层 纤维完成样品萃取后，插入该大口径毛细 管中，施加电压，被萃取分析物经缓冲溶 液解吸，进行电泳分离。 4. 其他联用技术 1.SPME推拉杆，2.SPME针管,3.密 封压缩垫片，4.解吸池，5.SPME 头，6.六通阀,7.接注射器，8.废液 排出,9.HPLC流动相储瓶， 10.HPLC色谱柱，11.HPLC检测器 。 22.5.逆流色谱(CCC) 这是一种无固相载体的液液分配色谱，分离柱为空心螺旋型 或串连的直型聚四氟乙烯或玻璃管，互不相溶的两溶剂中的一相 在重力或离心

13、力作用下保留在柱内作为固定相，另一相在泵驱动 下作为流动相携带样品从柱内流过，利用流体力学平衡体系两相 连续、高效混合，样品中各组分基于在两相中分配系数差异实现 分离。 各种不同类型CCC色谱仪最大区别是色谱柱和作用力场，高 效逆流色谱仪设计则同时利用重力和离心力场实现分离。基于分 离原理，溶剂系统成为决定CCC分离选择性的首要因素。 逆流色谱具有如下一些特点: 1. 无固相载体。2. 适用范围广 。3. 适用分离样品容量范围宽。4. 可与质谱、红外光谱等结构分 析仪器联用，实现定性、定量分析。5. 仪器柱结构系统较为复杂 ，操作技术较繁复，自动化水平不及HPLC等方法，是一个正在 发展、有待

14、进一步完善的分离技术。 22.6.场流分离(field-flow fractionation,FFF) 亦称为场流分级，它是利用载液流经空的柱槽时各流层具有 非均匀流速，使溶质在外加物理力场作用下，基于各溶质质量、 体积、扩散系数、电荷等物理性质差异实现分离的方法。 场流分离仪由载液储瓶、输液泵、进样阀、柱槽、检测器、 控制和数据处理系统组成。 场流分离柱槽是分离技术核心，通常柱槽是在两块平行板之 间放置薄的塑料或金属片组成一个两头呈三角形的矩形带状管道 。 场流分离的主要特点是: 1. FFF主要用于大分子分离测定。2. 可采用的载流溶剂和外加力场众多，适用样品范围广。3. 具有较 高分辨率和选择性，操作条件易于控制、调节和优化。4. 有比较 严谨的理论基础。 22.7.多维色谱 多维色谱是将同种色谱不同选择性分离柱或不同类型色谱分 离技术组合，构成联用系统。 现应用最多的是二维色谱，它是在单分离柱基础上发展起来 的，其技术关键是联结两色谱分离系统之间的接口设备和技术。 多维色谱有如下几种组合方式: 1. 同种色谱、不同选择性色谱柱串联。 2. 不同类型色谱分离串联。 二维或多维色谱最突出的特点是峰容量高，具有强分离能力 ，获取样品信息量远大于通常的一维色谱。