武汉大学分析化学课件_第20章_高效液相色谱法.ppt

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1、第20章 高效液相色谱法 (High Performance Liquid Chromatography，HPLC),20.1.1 高效液相色谱法的产生和发展,高压、高速的现代高效液相色谱仪于1967年面世，导致高效液相色谱法(high-performance liquid chromatography，HPLC)的产生。,薄壳型填料，柱效仅每米10003000塔板数,510m球型和无定型微粒硅胶，每米56万理论塔板数,键合相色谱、离子色谱、疏水色谱、亲和色谱、手性色谱、脂质体色谱、生物膜色谱、整体柱色谱、微径柱和毛细管柱色谱及液相色谱-质谱联用等,20.1.1 高效液相色谱法的产生和发展,高

2、压、高速的现代高效液相色谱仪于1967年面世，导致高效液相色谱法(high-performance liquid chromatography，HPLC)的产生。,薄壳型填料，柱效仅每米10003000塔板数,510m球型和无定型微粒硅胶，每米56万理论塔板数,高度均匀甚至单分散13m硅胶基质球形填料，达1530万理论塔板/m。,新型分离模式和方法不断增加,20.1.1 高效液相色谱法的产生和发展,高压、高速的现代高效液相色谱仪于1967年面世，导致高效液相色谱法(high-performance liquid chromatography，HPLC)的产生。,薄壳型填料，柱效仅每米10003

3、000塔板数,510m球型和无定型微粒硅胶，每米56万理论塔板数,高度均匀甚至单分散13m硅胶基质球形填料，达1530万理论塔板/m。,新型分离模式和方法不断增加,基本特点 1. 高效、高速、高灵敏度 2. 填料粒径和流动相性质影响色谱柱效 3局限性 操作条件 1. 流动相对分离选择性的影响 2. 柱外效应 3. 操作压力 适用范围广,20.1.2.高效液相色谱法的特点及与其他色谱法比较,1. 吸附色谱(adsorption Chromatography) 2. 分配色谱(partition Chromatography) 3. 离子交换色谱(ion-Exchange Chromatograp

4、hy) 4. 体积排阻色谱(size Exclusion Chromatography) 需要指出的是每种色谱方法通常存在一种起支配作用的主要保留机理，但可能还存在次要的其他机理。,20.1.3.高效液相色谱法分类和正反相色谱体系,根据固定相和液体流动相相对极性的差别，有正相色谱和反相色谱两种色谱体系或方法。 反相色谱和正相色谱主要区别是流动相和固定相的相对极性，最初形成于液液分配色谱，现已广泛应用于其他各种色谱方法。,上述每种色谱类型均可进一步分为多个不同色谱方法。这些方法可用于分析分离，也可用于制备分离，各色谱方法在相关领域应用互相补充。,20.1.3.高效液相色谱法分类和正反相色谱体系,

5、现代高效液相色谱使用310m柱填料，为达到适用的流动相流速，高压泵需提供几十MPa或数百大气压力的柱前压。因而HPLC仪器比其他类型的色谱仪要复杂和昂贵。,20.2. 高效液相色谱仪,1,2,3,-流动相溶剂储器；4,5,6,-过滤器；7溶剂比例调节阀和混合室；8输液泵；9脉动阻尼器；10放空阀；11过滤器；12反压控制器；13进样阀；14色谱柱；15检测器。,20.2. 高效液相色谱仪,现代高效液相色谱仪配备一或多个流动相储液器，一般为玻璃瓶，亦可为耐腐蚀的不锈钢、氟塑料或聚醚醚酮(PEEK)特种塑料制成的容器。每个储瓶容积5002000mL。储液瓶位置要高于泵体，以保持一定的输液静压差，在

6、泵启动时易于让残留在溶剂和泵体中微量气体通过放空阀排出。 储器常装有脱除溶剂中溶解的氧、氮等气体装置，这些溶解气可能形成气泡引起谱带展宽，并干扰检测器正常工作。溶剂脱气主要有两种方法，其一是搅拌下真空或超声波脱气；另一种是通入氦或氮等惰性气体带出溶解在溶剂中空气。储液器的溶剂导管入口处装有过滤器，以进一步除去溶剂中灰尘或微粒残渣，防止损坏泵、进样阀或堵塞色谱柱。,20.2.1.流动相贮器和溶剂处理系统,通用HPLC仪输液泵系统的基本要求是：提供(50-500)105Pa的柱前液压；输出无脉动恒定的液流；流速范围0.1-10mL/min；流速控制精度0.5%或更好；系统组件耐腐蚀(密封性良好的不

7、锈钢或氟塑料)。高压泵产生的液体高压没有爆炸危险，因为液体的压缩性极小。最重要的是系统密封性能好。 目前常使用的有三种类型的输液泵，即往复柱塞泵、气动放大泵、螺旋注射泵，它们各有优、缺点。 1.往复柱塞泵,20.2.2.高压泵系统,1.电机，2.往复凸轮，3.密封柱塞，4.吸排液单向阀，5.溶剂入口，6.脉动阻尼器,7.接色谱柱。,2. 其他类型泵 气动放大泵又称为恒压泵，其工作原理与水压机相似，以低压气体作用在大面积气缸活塞上，压力传递到小面积液缸活塞，利用压力放大获得高压。 螺旋注射泵又称为排代泵，其结构类似于医用注射器，由一个大体积液体室和柱塞组成，步进电机通过螺旋杆传动机构推动柱塞输出

8、高压液体。 3.流速控制和程序系统 比例调节阀和混合器；脉动阻尼器；放空阀；过滤器；反压控制传感器等。,20.2.2.高压泵系统,高效液相色谱柱比气相色谱柱短得多（约530cm），所以柱外展宽（又称柱外效应）较突出。柱外展宽是指色谱柱外的因素所引起的峰展宽，主要包括进样系统、连接管道及检测器中存在死体积。柱外展宽可分柱前和柱后展宽。进样系统是引起往前展宽的主要因素，因此高效液相色谱法中对进样技术要求较严。,进样阀,20.2.3.进样系统,动 画,色谱柱是液相色谱的心脏部件，它包括柱管与固定相两部分。柱管材料有玻璃、不锈钢、铝、铜及内衬光滑的聚合材料的其他金属。玻璃管耐压有限，故金属管用得较多。

9、一般色谱柱长530cm，内径为45mm，凝胶色谱柱内径312mm，制备往内径较大，可达25mm 以上。一般在分离前备有一个前置柱，前置柱内填充物和分离柱完全一样，这样可使淋洗溶剂由于经过前置柱为其中的固定相饱和，使它在流过分离柱时不再洗脱其中固定相，保证分离技的性能不受影响。,20.2.4.高效液相色谱柱,1.色谱柱类型,按内径大小可大致分为常规分析柱、制备或半制备柱、小内径或微径柱、毛细管柱四种类型。,20.2.4.高效液相色谱柱,2.保护柱,一般在分析柱前装上较短的保护柱，不仅可除去溶剂中的颗粒杂质和污染物，而且可除去样品中含有与固定相不可逆结合的组分，以保护较昂贵的分析柱，延长使用寿命。

10、,3.柱恒温器,对色谱柱严格控制温度可获得重现性更高保留值和更好分离色谱图。,4. 柱填充技术,根据填料粒径大小采用干法或湿法装柱。粒径大于20m，采用类似气相色谱的干法装柱，实际上这种方法己很少使用。 目前大多数采用10m以下填料，以称为等密度匀浆湿法装柱。,20.2.4.高效液相色谱柱,注:1.高压泵，2.压力表，3.排空气阀，4.匀浆罐，5.色谱柱，6.加压介质瓶，7.废液杯。,在液相色谱中，有两种基本类型的检测器。一类是溶质性检测器，它仅对被分离组分的物理或化学特性有响应，属于这类检测器的有紫外、荧光、电化学检测器等。另一类是总体检测器，它对试样和洗脱液总的物理或化学性质有响应，属于这

11、类检测器的有示差折光，电导检测器等。现将常用的检测器介绍如下:,20.2.5.液相色谱检测器,l. 光吸收检测器：紫外吸收检测器，光二极管阵列检测器，红外吸收检测器 2. 荧光检测器 3. 示差折光率检测器 4. 蒸发光散射检测器 5. 电化学检测器,20.2.5.液相色谱检测器,1. 紫外吸收(UV) 检测器 应用最广，对大部分有机化合物有响应。 特点：灵敏度高；线形范围高；流通池可做的很小（1mm 10mm ，容积 8L）；对流动相的流速和温度变化不敏感；波长可选，易于操作；可用于梯度洗脱。,20.2.5.1.光吸收检测器,2.紫外光电二极管阵列检测器,紫外检测器的重要进展； 光电二极管阵

12、列检测器：1024个二极管阵列，各检测特定波长，计算机快速处理，三维立体谱图，如图所示。,20.2.5.1.光吸收检测器,20.2.5.1.光吸收检测器,2.紫外光电二极管阵列检测器,20.2.5.1.光吸收检测器,2.紫外光电二极管阵列检测器,紫外普通检测器和光电二极管阵列检测器的比较,普通检测器,光电二极管阵列检测器,3. 红外吸收检测器 与一般光吸收检测器光路设计相似，其吸收池窗口采用氯化钠、氟化钙等红外透明材料，透过吸收池的红外光一般以热电敏感元件接收。这种检测器可提供分子结构信息，但由于大多数液相色谱流动相溶剂都有红外吸收及窗口材料限制，其应用有限。,20.2.5.1.光吸收检测器,

13、高灵敏度、高选择性 对多环芳烃，维生素B、黄曲霉素、卟啉类化合物、农药、药物、氨基酸、甾类化合物等有响应.,20.2.5.2. 荧光检测器(Fluorescence Detector，FD),除紫外检测器之外应用最多的检测器； 可连续检测参比池和样品池中流动相之间的折光指数差值。差值与浓度呈正比；,通用型检测器（每种物质具有不同的折光指数）； 灵敏度低、对温度敏感、不能用于梯度洗脱； 偏转式、反射式和干涉型三种；,20.2.5.3. 示差折光检测器（Differential Refrative Index Detector, RI）,示差折光检测器光路,20.2.5.3. 示差折光检测器（Di

14、fferential Refrative Index Detector, RI）,20.2.5.4. 蒸发光散射检测器(Evaporation Light Scattering Detector, ELSD),1.色谱柱出口; 2.液压释放口; 3.氮气入口; 4.雾化器; 5.加热漂移管; 6.样品液滴; 7.激光光源; 8.排气口; 9.光电检测器; 10.放大器; 11.连接记录系统。 A.色谱柱洗出液雾化区；B.溶剂蒸发区;C.样品粒子光散射。,20.2.5.5. 电化学检测器,基于电化学原理和物质的电化学性质进行检测，主要有安培、极谱及电导等几种类型，适用于测定具有电化学氧化还原性质

15、及电导的化合物，如含硝基、氨基等有机化合物及无机阴、阳离子等。,1.氟塑料池体,2.工作电极,3.氟塑料或聚酯垫片,4.接参比电极，至废液，5.接色谱柱。,20.3.1. 高效液相色谱固定相 高效液相色谱固定相以承受高压能力来分类，可分为刚性固体和硬胶两大类。刚性固体以二氧化硅为基质，可承受7.O1081.O109Pa的高压，可制成直径、形状、孔隙度不同的颗粒。如果在二氧化硅表面键合各种官能团，就是键合固定相，可扩大应用范围，它是目前最广泛使用的一种固定相。硬胶主要用于离子交换和尺寸排阻色谱中，它由聚苯乙烯与二乙烯苯基交联而成。可承受压力上限为3.5108Pa。固定相按孔隙深度分类，可分为表面

16、多孔型和全多孔型固定相两类。,20.3.高效液相色谱固定相和流动相,由于高效液相色谱中流动相是液体，它对组分有亲和力，并参与固定相对组分的竞争。因此，正确选择流动相直接影响组分的分离度。对流动相溶剂的要求是： 1.化学惰性，不与固定相和被分离组分发生化学反应，保证柱的稳定性和分离的重现性。 2.适用的物理性质，包括沸点较低，以便于分离组分和溶剂回收;低粘度，利于提高传质速率和分离速度、降低柱前压;弱或无紫外吸收等，以降低UV检测器本低响应，提高检测灵敏度;对样品具有适当溶解能力等。 3.溶剂清洗和更换方便，毒性小、纯度高、价廉等，便于操作和安全。,20.3.2. 液相色谱流动相,1.溶剂强度参

17、数0 定义为溶剂分子在单位吸附剂表面积上的吸附自由能，表征溶剂分子对吸附剂的亲和力大小。 2.溶解度参数 它是溶剂与溶质分子间各种作用力的总和，包括色散力、偶极作用力、接受质子能力、给于质子能力等。 3.极性参数P 表示每种溶剂与乙醇、二氧六环和硝基甲烷三种极性物质相互作用力的度量，类似于气相色谱固定液的Rohrschneider常数，反映溶剂接受质子、给出质子和偶极相互作用能力及选择性差异，亦作为表征溶剂洗脱强度的指标。,20.3.2. 液相色谱流动相,20.3.2. 液相色谱流动相,20.3.2. 液相色谱流动相,优化保留值k和分离选择性的重要方法是改变流动相溶剂类型和组成。 溶剂组成优化

18、用差试法比较麻烦、费时，成功率不一定很高。采用溶剂组成与溶剂强度参数关系的估算,可减少优化实验操作。二元混合溶剂极性参数P与其体积组成呈线性关系，可按算数平均值求出。例如溶剂A和B混合物的极性参数PAB可按下式求出: 对极性吸附和正相色谱: 对于反相色谱:,20.4.吸附色谱(Adsorption Chromatography),20.4.1.液固吸附色谱固定相,吸附色谱所用固定相多是一些吸附活性强弱不等的吸附剂，如硅胶、氧化铝、聚酸胶等。由于硅胶的优点较多，如线性容量较高，机械性能好，不溶胀，与大多数试样不发生化学反应等，因此，以硅胶用得最多。 在高效液相色谱法中，表面多孔型和全多孔型都可作

19、吸附色谱中的固定相，它们具有填料均匀、粒度小。孔穴浅的优点，能极大地提高柱效。但表面多孔型由于试样容量较小，目前最广泛使用的还是全多孔型微粒填料。,20.4.吸附色谱(Adsorption Chromatography),20.4.1.液固吸附色谱固定相,吸附色谱所用固定相多是一些吸附活性强弱不等的吸附剂，如硅胶、氧化铝、聚酸胶等。由于硅胶的优点较多，如线性容量较高，机械性能好，不溶胀，与大多数试样不发生化学反应等，因此，以硅胶用得最多。 在高效液相色谱法中，表面多孔型和全多孔型都可作吸附色谱中的固定相，它们具有填料均匀、粒度小。孔穴浅的优点，能极大地提高柱效。但表面多孔型由于试样容量较小，目

20、前最广泛使用的还是全多孔型微粒填料。,当流动相通过固定相（吸附剂）时，吸附剂表面的活性中心就要吸附流动相分子。同时，当试样分子（X）被流动相带入柱内，只要它们在固定相有一定程度的保留就要取代数目相当的已被吸附的流动相溶剂分用）于是，在固定相表面发生竞争吸附:,20.4.2吸附色谱分离机理,液固色谱一般较少考虑吸附剂类型。 常采用薄层色谱技术进行初步探索。 吸附剂含水量是控制吸附剂活性，影响溶质保留的重要因素。,20.4.3.分离条件优化和应用,研究最多、应用最广泛的高效液相色谱类型。 可分为液-液色谱和化学键合相色谱。前者是早期主要分配色谱类型，以物理吸附涂渍固定液在多孔载体表面上为固定相；后

21、者以键合相为固定相，即化学键合固定相至载体或基质表面。 化学键合相色谱巳成为占绝对优势的分配色谱类型。,20.5.分配色谱(Partition Chromatography),液液色谱固定相是将极性或非极性固定液涂渍在全多孔或薄壳型硅胶等载体表面形成的液膜。要求载体表面惰性，比表面积约50250m2/g，比表面积不宜太高，以降低残余吸附效应。 固定液涂渍在载体上有两种方法：一种是静态法，以固定液溶液浸渍载体，然后用缓慢地蒸发除去溶剂；另一种是在位动态涂渍法，将载体填充在色谱柱中，然在将一定固定液浓度的流动相连续流经色谱柱，至固定液在载体和流动相中达到分布平衡，形成稳定色谱体系。,20.5.1.

22、液液分配色谱,1.键合相色谱固定相 键合固定相的性能指标有:(1).键合量:可以键合硅胶含碳量和表面覆盖率表示，其含碳范围5%40%，表面覆盖率1-4mol/m2。(2).按某指定k值溶质测定的理论塔板数。(3).色谱柱渗透性，可以柱前压度量。(4).两种不同溶质的分离选择性。(5).保留值k的重现性。(6).色谱峰的对称性。(7).稳定性:耐溶剂和pH范围。 根据色谱体系固定相和流动相相对极性，可分为反相和正相键合相色谱。,20.5.2键合相高效液相色谱,20.5.2.1.化学键合、化学吸附色谱固定相,2.化学吸附改性色谱固定相 其典型代表是新近以微粒氧化锆、氧化锆/氧化镁等为基质，通过路易

23、斯酸碱化学吸附作用，制备长链烷基膦酸(C8-C18)及含极性基团衍生物的非极性和极性色谱固定相。 它们具有耐溶剂、耐酸碱(pH1-12)、化学稳定和适用范围广的特点，其色谱性能与键合硅胶固定相基本类似，而制备简便、适用碱性化合物、蛋白质等生物样品分离，是一类极具发展潜力的新型HPLC固定相。,20.5.2.1.化学键合、化学吸附色谱固定相,反相键合相色谱的分离机理，可用所谓疏溶剂作用理论来解释。 这种理论把非极性的烷基键合相看作一层键合在硅胶表面上的十八烷基的“分子毛”，这种“分子毛”有较强的流水特性。 当用极性溶剂为流动相来分离含有极性官能团的有机化合物时，一方面，分子中的非极性部分与固定相

24、表面上的疏水烷基产生缔合作用，使它保留在固定相中；而另一方面，被分离物的极性部分受到极性流动相的作用，促使它离开固定相，并减小其保留作用。显然，两种作用力之差，决定了分子在色谱中的保留行为。,20.5.2.2.键合相色谱保留机理,20.5.2.2.键合相色谱保留机理,20.5.2.3.反相色谱分离条件优化,固定相选择 改变非极性键合相烃基链长和键合量，链长增加导致溶质保留值k升高，但长链之间k和差别较小，相同表面覆盖率C18柱保留略大于C8柱。 2. 流动相选择 改变流动相溶剂性质和组成，这是调节k和选择性最简便、有效的方法。,20.5.2.3.反相色谱分离条件优化,3.流动相pH值 流动相缓

25、冲溶液pH值对离子性溶质保留有显著影响，pH值变化可导致k值10倍左右变化，视溶质离子化基团多少而异。,4. 衍生化技术 与气相色谱类似，HPLC也采用衍生化技术，特别是反相色谱，通过样品组分柱前衍生化可达到两个目的:一是降低溶质极性，提高疏水性;二是向溶质中引进检测响应，主要是紫外吸收、荧光激发基团，以提高检测灵敏度或高选择性检测响应。溶质柱后衍生化则只有利于提高检测灵敏度。,20.5.2.4.键合相色谱应用实例,相对分子质量10000的脂溶性样品一般采用反相色谱分离。,图20-19. 邻苯二甲醛柱前衍生化氨基酸RPC分离色谱图,20.5.2.4.键合相色谱应用实例,相对分子质量10000的

26、脂溶性样品一般采用反相色谱分离。,图20-20.极性氨基柱反相条件下分离糖类化合物物,20.5.3.离子对色谱(Ion-Pair Chromatography),在色谱体系中引入一种与样品溶质离子电荷相反的离子对试剂，通常称为对离子或反离子(counterion)，它与溶质离子形成离子对，从而改变溶质在两相中的分配，使离子性溶质的保留行为和分离选择性发生显著变化。 常用的离子对试剂有提供阴离子的C4 - C8烷基磺酸盐、烷基硫酸盐、羧酸盐、萘磺酸盐、高氯酸盐等;提供阳离子的季铵盐和烃基胺，如四丁基铵盐、十六烷基三甲基铵盐、三乙胺等。 将离子对试剂涂渍在液液色谱的硅胶载体上或溶于流动相中，可构成

27、液液离子对分配色谱，由于固定相的流失，这类离子对色谱应用不多。 在反相色谱中，离子对试剂加入缓冲液和甲醇、乙腈等极性有机溶剂的流动相构成反相离子对色谱。,20.5.3.离子对色谱(Ion-Pair Chromatography),保留机理：,反相离子对色谱分离水溶性维生素,手性高效液相色谱可分为手性固定相(chiral stationary phase，CSP)/非手性流动相和非手性固定相/含手性选择剂流动相，即手性流动相两种色谱技术。具实用价值手性流动相添加剂品种较少，这里主要介绍前者。 采用手性固定相CSP的高效液相色谱体系的流动相与一般分配色谱相似，根据CSP与流动相相对极性不同可构成正

28、相或反相色谱，其中采用极性水溶性流动相的反相手性色谱应用较多。,20.5.4.手性色谱(Chiral chromatohgaphy),1. 给体-受体手性固定相 这是Pirkle研究组最先开发的一类CSP,由含末端羧基或异氰酸酯芳香烃手性配体与氨基键合硅胶缩合，分别形成具手性取代芳香酰胺或脲型结构CSP，亦称为Pirkle手性固定相。,20.5.4.手性色谱(Chiral chromatohgaphy),2.多糖类手性固定相 主要是纤维素及其衍生物CSP，以引进芳环的取代苯甲酸酯衍生化纤维素居多，如纤维素三(3,5-二甲苯基氨基甲酸酯)，纤维素三(4-甲基苯甲酸酯)，纤维素三乙酸酯等。 3.环

29、糊精手性键合固定相 亦称为空穴型固定相。环糊精简称CD，具手性空穴结构，CD-CSP可实施正相和反相两种色谱体系。,20.5.4.手性色谱(Chiral chromatohgaphy),4.蛋白质手性固定相 一般通过含氨基、二醇基等键合硅胶中间体将蛋白质键合至硅胶上。这类CSP只能用于反相色谱体系。,以生物活性配体(如酶、抗体、激素等)通过间隔臂键合到多孔微粒固体基质为固定相，不同pH值的缓冲溶液为流动相，依据生物分子(氨基酸、肽、蛋白质、核酸等)与固定相配体间的特异、可逆的相互亲和作用力差异，即形成可离解的配位复合物，亦称为锁-键结构复合物或络合物(lock-and-key structur

30、al complex)，实现生物活性分子分离和纯化。 固定相由基质、间隔臂、和配体三部分组成。 1. 基质材料有天然和合成聚合物等有机基质。 2. 间隔臂通常为不同链长的双功能基化合物。 3. 固定相配体主要是:(1).染料;(2).具包结络合作用的大环化合物;(3).生物特效配体;(4). 与生物活性分子发生作用的药物，,20.5.5.亲和色谱(Affinity Chromatography),20.5.5.亲和色谱(Affinity Chromatography),此法是利用离子交换原理和液相色谱技术的结合来测定溶液中阳离子和阴离子的一种分离分析方法。凡在溶液中能够电离的物质，通常都可用离

31、子交换色谱法进行分离。它不仅适用无机离子混合物的分离，亦可用于有机物的分离，例如氨基酸、核酸、蛋白质等生物大分子。因此，应用范围较广。,20.6.离子交换色谱,离子交换色谱法是利用不同待测离子对固定相亲和力的差别来实现分离的。其固定相采用离子交换树脂，树脂上分布有固定的带电荷基团和可游离的平衡离子。当待分析物质电离后产生的离子可与树脂上可游离的平衡离子进行可逆交换，其交换反应通式如下： 阳离子交换：,阴离子交换：,20.6.1.离子交换平衡,达平衡时，以浓度表示的平衡常数（离子交换反应的选择系数）：,这里，XRs 、YRs和Xm、Ym分别代表X、Y在固定相上和流动相中浓度。色谱过程分布平衡常数

32、为溶质X在固定相和流动相浓度之比，上式重排得:,20.6.1.离子交换平衡,设色谱柱内离子交换剂的质量是WS，则固定相上溶质的量(mol或g)为XRSWS;柱内流动相体积Vm,溶质量为XmVm。溶质色谱保留值k为: 对于典型的磺酸型阳离子交换树脂，一价离子的KB/A值按以下顺序： Cs+Rb+K+NH4+Na+H+Li+ 二价离子的顺序为： Ba2+Pb2+Sr2+Ca2+Cd2+Cu2+，Zn2+Mg2+ 对于季铝型强碱阴离子交换树指，各阴离子的选择性顺序为： ClO4-I-HS04-SCN-NO2-Br-CN-Cl-BrO3-OH- HCO3-H2P04-IO3-CH3COOF,20.6.

33、1.离子交换平衡,现在广泛应用的离子交换固定相主要是三种类型: 1. 苯乙烯和二乙烯苯交联聚合物离子交换树脂。 2. 表面薄壳型无机-有机复合型交换剂。 3. 硅胶化学键合离子交换剂。 离子交换色谱流动相具有其他色谱方法相同的要求，即必须溶解样品，有合适溶剂强度以获得合理的保留时间和k值，和各溶质有差异的相互作用以改进分离选择性。离子交换色谱流动相是含离子水溶液，常是缓冲剂溶液。 流动相缓冲液的类型、离子强度、pH值及添加有机溶剂类型、浓度等是实现分离条件优化的主要因素。,20.6.2.离子交换色谱固定相-离子交换剂和流动相,离子色谱法是由离子交换色谱法派生出来的一种分离方法。离子交换色谱法在

34、无机离子的分析和应用受到限制。例如，对于那些不能采用紫外检测器的被测离子，如采用电导检测器，由于被测离子的电导信号被强电解质流动相的高背景电导信号掩没而无法检测。 为了解决这一问题，1975年Small等人提出一种能同时测定多种无机和有机离子的新技术。他们在离子交换分离柱后加一根抑制柱，抑制柱中装填与分离柱电荷相反的离子交换树脂。通过分离柱后的样品再经过抑制柱，使具有高背景电导的流动相转变成低背景电导的流动相，从而用电导检测器可直接检测各种离子的含量。这种色谱技术称为离子色谱。若样品为阳离子，用无机酸作流动相，抑制柱为高容量的强碱性阴离子交换剂。当试样经阳离子交换剂的分离往后，随流动相进入抑制

35、柱，在抑制柱中发生两个重要反应：,20.6.3.离子色谱(Ion Chromatography，IC),由反应可见：经抑制柱后，一方面将大量酸转变为电导很小的水，消除了流动相本底电导的影响。同时，又将样品阳离子M+转变成相应的碱，由于OH-离子的淌度为Cl-离子的26倍，提高了所测阳离子电导的检测灵敏度。对于阴离子样品也有相似的作用机理。 在分离柱后加一个抑制柱的离子色谱亦称为抑制型离子色谱或称双柱离子色谱。由于抑制柱要定期再生，而且谱带在通过抑制柱后会加宽，降低了分离度。后来，Frits等人提出采用抑制柱的离子色谱体系，而采用了电导率极低的溶液，例如110-4510-4moldm-3苯甲酸盐

36、或邻苯二甲酸盐的稀溶液作流动相，称为非抑制型离子色谱或单柱离子色谱。,20.6.3.离子色谱(Ion Chromatography，IC),20.6.3.离子色谱(Ion Chromatography，IC),20.6.4.离子排阻色谱,离子排阻色谱(Ion-exclusion Chromatography)分离测定的是低电离度的分子而不是离子，分离在离子交换柱上实现。 理论基础是说明离子通过膜扩散的道南(Donnan)平衡，其主要论点是离子交换剂上大体积不扩散离子可排斥同电荷小离子扩散进入该相。由于阳离子和阴离子交换剂排阻离子，使快速通过色谱柱，无保留或保留值很小;而非离子性溶质被分布、保留

37、并实现分离。,体积排阻或排除色谱(Size-Exclusion Chromatography,SEC),亦称为凝胶色谱或凝胶过滤色谱,是分析高分子化合物的色谱技术。SEC填料为微粒均匀网状多孔凝胶材料。 比填料平均孔径大的分子被排阻在孔外而无保留，被最先洗出;分子体积比孔径小的分子完全渗透进入孔穴，最后洗出; 处于这两者之间具中等大小体积分子渗透进入孔穴，由于渗透能力差异而显示保留不同，产生分子分级，这取决于分子体积，在一定程度上亦与分子形状有关。 因此，SEC分离是基于溶质分子体积差异在凝胶固定相孔穴内的排阻和渗透性大小。,20.7.体积排阻色谱,20.7.1.分离原理,K为溶质的分配系数。

38、Vg凝胶基质骨架体积， VS孔穴中溶剂体积， Vo凝胶颗粒间体积。 K值范围从完全排除的大体积分子K为0(Ve=V0)到完全渗透的小分子溶剂K为1(Ve-V0=VS)之间。,20.7.1.分离原理,SEC经常使用的固定相有两种，即粒径510m均匀网状孔穴的交联聚含物和无机材料，如多孔玻璃、硅胶基质等。 SEC可分为凝胶过滤和凝胶渗透色谱。前者使用亲水性填料和水溶性溶剂流动相，如不同pH值的各种缓冲溶液;后者采用疏水性填料和非极性有机溶剂，最常用的是四氢呋喃，其次是二甲基甲酰胺、卤代烃等流动相。SEC不采用改变流动相组成来改善分离度，溶剂选择主要考虑对样品溶解能力及与固定相、检测器的匹配。,20

39、.7.2. 体积排阻色谱柱填料和流动相,SEC方法主要应用是分离测定合成和天然高分子产物。例如从氨基酸和多肽中分离蛋白质;测定聚合物的相对分子质量和相对分子质量分布。这常是其他色谱方法不能解决的课题。,20.7.3. 体积排阻色谱应用,聚苯乙烯分子量分布SEC色谱图,微径柱(Microbore column)一般指内径12mm细内径填充柱和内径1mm的毛细管填充柱、整体柱和开管柱。优点: 1. 可采用较长色谱柱(2m)，高压泵输液1000大气压以上，获得每米数105106高理论塔板的超高柱效; 高压能获得高线速，可实现快速分离。 2. 较小柱体积，柱填料可比常规分析柱节省100600倍。较低体

40、积流速，导致低溶剂消耗，降低成本和减少环境污染。 3. 分离洗脱较小的峰体积,导致浓度敏感检测器(紫外、荧光、ESI-MS)有较高的响应，大大降低最低检出限。 4. 石英毛细管柱内壁易于化学改性，降低溶质与管壁作用，提高柱效和选择性。,20.8. 微径柱高效液相色谱,20.8. 微径柱高效液相色谱,20.8. 微径柱高效液相色谱,微径柱液相色谱具有高灵敏度、高通量分离能力，适用于多组分复杂混合物的分离分析。,碳黑萃取稠环芳烃混合物分离色谱图,20.9.制备高效液相色谱简介,制备色谱是分离、收集一种或多种色谱纯组分，供进一步使用。与分析分离的区别是色谱柱尺寸、柱容量更大。 评价制备色谱方法的主要

41、指标是: 1. 最大允许分离样品体积或量(色谱柱负荷); 2. 单位时间内分离纯物质的量,即产率; 3. 淋洗溶剂量或样品在分离中的稀释度。,20.9.制备高效液相色谱简介,影响制备色谱产率的主要因素有: 1. 产率随柱长、柱内径、柱效升高而增加，但不呈线性关系。 2. 比较获得相同产率使用粗(2540m)或细(10m)不同颗粒填料，操作条件各有优缺点。 3. 制备分离的目标组分要求有比较高的分离选择性值，可允许较大进样量。 4. 制备色谱经常在柱超负荷条件下操作，一般适当降低进样浓度，保持在线性分布范围，用增加进样体积提高进样量以提高产率。 5. 以硅胶为填料的正相色谱通常是制备分离首选方法，低沸点有机溶剂易于回收，具有成本低的优点。但对各种特殊分离，如对映体，蛋白质等需采用手性、弱疏水性填料。,