液相色谱分析概论.ppt

液相色谱分析 主讲:文娜新疆分析测试中心,讲 课 提 纲,一、色谱法基础二、液相色谱仪组成及工作原理三、液相色谱固定相和流动相四、液相色谱仪定性、定量方法五、液相色谱操作条件的选择,第一章 色谱基础,本章内容：液相色谱发展史液相色谱的基本概念影响峰形扩展的因素,固定相CaCO3颗粒流动相石油醚,第一节 色谱的发展史一、起源,二、色谱的发展：,3040年代发展了柱分配色谱、纸色谱50年代发展了气相色谱、薄层色谱60年代发展了高效液相色谱法,高效液相色谱法（HPLC)是在气相色谱和经典色谱的基础上发展起来的，是一种以液体做流动相的新色谱技术。从分析原理上讲，现代液相色谱和经典液相色谱没有本质的区别。不同点仅仅是现代液相色谱比经典液相色谱有较高的效率 和实现了自动化 操作。经典的液相色谱法，流动相在常压下输送，所用的固定相柱效低，分析周期长。而现代液相色谱法引用了气相色谱的理论，流动相改为高压输送（最高输送压力可达4.9107Pa）;色谱柱是以特殊的方法用小粒径的填料填充而成，从而使柱效大大高于经典液相色谱（每米塔板数可达几万或几十万）；同时柱后连有高灵敏度的检测器，可对流出物进行连续检测。因此，高效液相色谱具有分析速度快、分离效能高、自动化等特点。所以人们称它为高压、高速、高效或现代液相色谱法。,三、液相色谱分离原理及分类 和气相色谱一样，液相色谱分离系统也由两相固定相和流动相组成。液相色谱的固定相可以是吸附剂、化学键合固定相（或在惰性载体表面涂上一层液膜）、离子交换树脂或多孔性凝胶；流动相是各种溶剂。被分离混合物由流动相液体推动进入色谱柱。根据各组分在固定相及流动相中的吸附能力、分配系数、离子交换作用或分子尺寸大小的差异进行分离。色谱分离的实质是样品分子（以下称溶质）与溶剂（即流动相或洗脱液）以及固定相分子间的作用，作用力的大小，决定色谱过程的保留行为。,按分离机制分：,正相分配色谱反相分配色谱,按分离过程物理化学原理分类的各种液相色谱法的比较,液相色谱与气相色谱的比较,液相色谱所用基本概念：保留值、塔板数、塔板高度、分离度、选择性等与气相色谱一致。液相色谱所用基本理论：塔板理论与速率方程也与气相色谱基本一致。但由于在液相色谱中以液体代替气相色谱中的气体作为流动相，而液体和气体的性质不相同；此外，液相色谱所用的仪器设备和操作条件也与气相色谱不同，所以，液相色谱与气相色谱有一定差别，主要有以下几方面：,四、高效液相色谱法的特点,分离效能高 柱效可达21035104块/m理论塔板数，远远高于气相色谱填充柱103块/m理论塔板数的柱效选择性高 可分析不同类型的有机化合物及其同分异构体，还可分析在性质上极为相识的旋光异构体检测灵明度高 紫外检测器最小检出量可达10-9g;荧光检测器最小检出量可达10-12g。分析速度快 相对经典液相色谱，分析时间大大缩短。,第二节 色谱基本理论,定性参数定量参数柱效参数分离参数,一、色谱参数,续前,（一）色谱流出曲线和色谱峰1色谱流出曲线是由检测器输出的电信号强度对时间作图所绘制的曲线，又称为色谱图。2基线是在操作条件下，没有组分流出时的流出曲线。,一、色谱流出曲线和有关概念,二、定性参数,（一）保留值1保留时间(retention time；tR)是从进样到某组分在柱后出现浓度极大时的时间间隔，即从进样开始到某个组分的色谱峰顶点的时间间隔。2死时间(dead time；t0)是分配系数为零的组分，即不被固定相吸附或溶解的组分的保留时间。,3调整保留时间(adjusted retention time；),4保留体积(retention volume；VR)是从进样开始到某个组分在柱后出现浓度极大时，所需通过色谱柱的流动相体积。,2半峰宽(peak width at half height；W1/2)是峰高一半处的峰宽。W1/2=2.355 3峰宽(peak width；W)是通过色谱峰两侧拐点作切线在基线上所截得的距离。W=4 或 W=1.699W1/2,四、分离参数,若R=1，两峰基本分开。若R=1.5，两峰完全分开(基线分离)。,2.基本分离方程式,（1）柱色谱,a项取决于柱效，n，a项b、c项相关在GC中：b项主要受色谱柱性质影响 c项主要受柱温影响在HPLC中：b项主要取决于流动相的种类 c项主要取决于流动相的配比,3容量因子(capacity factor；k)组分在固定相和流动相中的量(m)之比。,（一）影响板高因素的讨论,1涡流扩散(eddy diffusion)也称为多径扩散。A=2dp-填充不规则因子 dp-填料(固定相)颗粒的平均直径,二、液相色谱法速率理论,（一）Giddings液相色谱速率方程式Giddings与Snyder等人提出的液相色谱速率方程式：H=He+Hd+Hm+Hsm+Hs或：H=A+B/u+Cmu+Csmu+Csu,讨论：,1.流动相流速与板高的关系 H=A+Cu uH2.涡流扩散项 A=2dp采用小粒度、球形固定相。常用310m的填料。匀浆法装柱。,3.传质阻抗系数,在液相中，采用化学键合相，“固定液”只是在载体表面的一层单分子层，因此，在液相中的传质阻抗可以忽略。则：H=A+Cmu+Csmu,4.传质阻抗对板高的影响,Cm及Csm都与固定相的粒径平方dp2成正比，与扩散系数Dm成方比。因此，采用小粒度固定相及低粘度流动相。高柱温可以增大Dm，但是，有机溶剂为流动相时，容易产生气泡，因此，一般采用室温。,（二）柱外效应,色谱峰展宽的总方差，等于柱内、柱外及其他独立因素的方差和：,2.柱外峰展宽（柱外效应，外）,一、影响分离的因素（factors influenced separation）,1.影响分离的因素与提高柱效的途径 在高效液相色谱中,液体的扩散系数仅为气体的万分之一，则速率方程中的分子扩散项B/U较小，可以忽略不计，即：H=A+Cu 故液相色谱H-u曲线与气相色谱的形状不同，如图所示。,2.流速,流速大于0.5 cm/s时,Hu曲线是一段斜率不大的直线。降低流速，柱效提高不是很大。但在实际操作中，流量仍是一个调整分离度和出峰时间的重要可选择参数。,3.固定相及分离柱 气相色谱中的固定液原则上都可以用于液相色谱，其选用原则与气相色谱一样。但在高效液相色谱中，分离柱的制备是一项技术要求非常高的工作，一般很少自行制备。,第二章 HPLC仪器的简介及工作原理,本章内容：往复式活塞泵的结构及工作原理手动精样器（六通阀）结构及工作原理常见检测器检测的原理,第一节 高效液相色谱仪,高效液相色谱仪由 高压输液系统、进样系统、分离系统、检测系统、记录系统 等五大部分组成（见图）。分析前，选择适当的色谱柱和流动相，开泵，冲洗柱子，待柱子达到平衡而且基线平直后，用微量注射器把样品注入进样口，流动相把试样带入色谱柱进行分离，分离后的组分依次流入检测器的流通池，最后和洗脱液一起排入流出物收集器。当有样品组分流过流通池时，检测器把组分浓度转变成电信号，经过放大，用记录器记录下来就得到色谱图。色谱图是定性、定量和评价柱效高低的依据。,HPLC结构:输液系统;进样系统;分离系统;检测系统;梯度洗脱装置;数据处理系统,第二节 系统介绍,一、高压输液系统 高压输液系统由 溶剂贮存器、高压泵、梯度洗脱装置和压力表 等组成。1.溶剂贮存器 溶剂贮存器一般由玻璃、不锈钢或氟塑料制成，容量为1到2 L，用来贮存足够数量、符合要求的流动相。注意：密闭、经0.45m滤膜过滤！2.高压输液泵 高压输液泵是高效液相色谱仪中关键部件之一，其功能是 将溶剂贮存器中的流动相以高压形式连续不断地送入液路系统，使样品在色谱柱中完成分离过程。由于液相色谱仪所用色谱柱径较细，所填固定相粒度很小，因此，对流动相的阻力较大，为了使流动相能较快地流过色谱柱，就需要高压泵注入流动相。,第二节 系统介绍,对泵的要求：输出压力高、流量范围大、流量恒定、无脉动，流量精度和重复性为0.5%左右。此外，还应耐腐蚀，密封性好。高压输液泵，按其性质可分为恒压泵和恒流泵两大类。恒流泵是能给出恒定流量的泵，其流量与流动相粘度和柱渗透无关。恒压泵是保持输出压力恒定，而流量随外界阻力变化而变化，如果系统阻力不发生变化，恒压泵就能提供恒定的流量。,泵图,第二节 系统介绍,3.梯度洗脱装置 梯度洗脱就是在分离过程中使两种或两种以上不同极性的溶剂按一定程序连续改变它们之间的比例，从而使流动相的强度、极性、pH值或离子强度相应地变化，达到提高分离效果，缩短分析时间的目的。梯度洗脱装置分为两类：一类是外梯度装置（又称低压梯度），流动相在常温常压下混合，用高压泵压至柱系统，仅需一台泵即可。另一类是内梯度装置（又称高压梯度），将两种溶剂分别用泵增压后，按电器部件设置的程序，注入梯度,第二节 系统介绍,混合室混合，再输至柱系统。梯度洗脱的实质是通过不断地变化流动相的强度，来调整混合样品中各组分的k值，使所有谱带都以最佳平均k值通过色谱柱。它在液相色谱中所起的作用相当于气相色谱中的程序升温，所不同的是，在梯度洗脱中溶质k值的变化是通过溶质的极性、pH值和离子强度来实现的，而不是借改变温度（温度程序）来达到。二、进样系统 进样系统包括进样口、注射器和进样阀等，它的作用是把分析试样有效地送入色谱柱上进行分离。,进样系统,采用六通阀进样,使用手动进样器是要注意以下事项：进样针：应选用液相专用的平头针。进样量：要么小于定量环体积的一半，要么满刻度进样（需要推进35倍定量环体积的样品）进样动作：在Load状态下动作要平缓，以防样品冲出。进样后先切换到Inject状态再拔针，以防倒吸或产生气泡。,清洗进样口：在Inject状态清洗进样口。废液口：废液管的出口应于进样口水平，以防样品倒流泄露或产生虹吸。自动进样器：是由计算机自动控制定量阀，按预先编制的操作程序工作。取样、进样、复位、样品管路清洗和样品盘的转动，全按程序自动进行。,第二节 系统介绍,三、分离系统 分离系统包括色谱柱、恒温器和连接管等部件。色谱柱一般用内部抛光的不锈钢制成。其内径为2 6mm，柱长为10 50cm，柱形多为直形，内部充满微粒固定相。,分离部分,柱温一般为室温或接近室温。在以下几种情况需要精确控制柱温：在一些法定标准分析方法中，要求保留时间具有再现性。必须通过改变柱温来提高分离效率。对高分子化合物或粘度大的样品，分析时柱温必须高于室温。,四、检测器,检测器是液相色谱仪的关键部件之一。对检测器的要求是：灵敏度高；重复性好；线性范围宽；死体积小；对温度和流量的变化不敏感等。,第二节 系统介绍,在液相色谱中，有两种类型的检测器：一类是溶质性检测器，它仅对被分离组分的物理或物理化学特性有响应。属于此类检测器的有紫外吸收检测器（UVD）、荧光检测器（FLD）、电化学检测器（ECD）等。灵明度高，适用于痕量分析和梯度洗脱。另一类是总体检测器，它对试样和洗脱液总的物理和化学性质响应。属于此类检测器有示差折光检测器（RID）、电导检测器（CD）等。灵明度低，不适用于痕量分析和梯度洗脱。,检测系统,紫外检测器:(常用)根据朗伯比尔定律，样品浓度越大，产生的信号越大.灵敏度高，线性范围广，对温度和流速不敏感，适于梯度洗脱。可分为:固定波长、可变波长和二极管阵列检测三种类型,可变波长检测器示意图,光电二极管阵列吸光度检测器,是同时可以得到吸光度、波长、时间这样三维情报的检测器,示差折光检测器,它是通过连续监测参比池和测量池中溶液的折射率之差来测定试样浓度的检测器。洗脱液组成的变化会使折射率变化很大，因此，这种检测器也不适用于梯度洗脱。,荧光检测器,利用某些溶质在受紫外光激发后，能发射可见光（荧光）的性质来进行检测的无荧光物质，可使其与荧光试剂反应，制成可发生荧光的衍生物再进行测定,d.荧光检测器（fluorescence detector）,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。,第三章 固定相结构,本章内容：固定相载体结构正相色谱固定相键合相色谱固定相,第三章 高效液相色谱的固定相 和流动相,一、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7.01081.0109Pa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，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，可分为表面多孔型和全多孔型固定相两类。,第三章 高效液相色谱的固定相 和流动相,1.表面多孔型固定相 它的基体是实心玻璃球，在玻璃球外面覆盖一层多孔活性材料，如硅胶、氧化硅、离子交换剂、分子筛、聚酰胺等。这类固定相的多孔层厚度小、孔浅，相对死体积小，出峰迅速、柱效亦高；颗粒较大，渗透性好，装柱容易，梯度淋洗时能迅速达到平衡，较适合做常规分析。由于多孔层厚度薄，最大允许量受到限制。,2.全多孔型固定相 由直径为10nm的硅胶微粒凝聚而成。这类固定相由于颗粒很细（510m），孔仍然较浅，传质速率快，易实现高效、高速。特别适合复杂混合物分离及痕量分析。,第三章 高效液相色谱的固定相 和流动相,在正相键合相色谱法中使用的是极性键合固定相。它是将全多孔微粒硅胶载体，经酸化处理制成表面含有大量硅羟基的载体后，再与含有胺基（NH2)、腈基（-CN）、醚基（O）的硅烷化试剂反应，生成表面具有胺基、腈基、醚基的极性固定相。,第三章 高效液相色谱的固定相 和流动相,在反相键合相色谱法中使用的是非极性键合固定相。它是将全多孔微粒硅胶载体，经酸化处理制成表面含有大量硅羟基的载体后，再与含有烷基链（C4、C8、C18）或苯基的硅烷化试剂反应，生成表面具有烷基或苯基的非极性固定相。,二、液相色谱的流动相（mobile phases of LC）,1.流动相特性（1）液相色谱的流动相又称为：淋洗液，洗脱剂。流动相组成改变，极性改变，可显著改变组分分离状况；（2）亲水性固定液常采用疏水性流动相，即流动相的极性小于固定相的极性，称为正相液液色谱法，极性柱也称正相柱。,二、液相色谱的流动相（mobile phases of LC）,（3）若流动相的极性大于固定液的极性，则称为反相液液色谱，非极性柱也称为反相柱。组分在两种类型分离柱上的出峰顺序相反。,2.流动相类别,按流动相组成分：单组分和多组分；按极性分：极性、弱极性、非极性；按使用方式分：固定组成淋洗和梯度淋洗。常用溶剂：己烷、四氯化碳、甲苯、乙酸乙酯、乙醇、乙 腈、水。采用二元或多元组合溶剂作为流动相可以灵活调节流动相的极性或增加选择性，以改进分离或调整出峰时间。,3.流动相选择,在选择溶剂时，溶剂的极性是选择的重要依据。采用正相液-液分配分离时：首先选择中等极性溶剂，若组分的保留时间太短，降低溶剂极性，反之增加。也可在低极性溶剂中，逐渐增加其中的极性溶剂，使保留时间缩短。常用溶剂的极性顺序：水(最大)甲酰胺 乙腈 甲醇 乙醇 丙醇 丙酮 二氧六环 四氢呋喃 甲乙酮 正丁醇 乙酸乙酯 乙醚 异丙醚 二氯甲烷氯仿溴乙烷苯四氯化碳二硫化碳环己烷己烷煤油(最小),4.选择流动相时应注意的几个问题 由于高效液相色谱中流动相是液体，它对组分有亲合力，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）溶剂对于待测样品，必须具有合适的极性和良好的选择性。（2）溶剂与检测器匹配。对于紫外吸收检测器，应注意选用检测器波长比溶剂的紫外截止波长 要长。所谓溶剂的紫外截止波长指当小于,截止波长的辐射通过溶剂时，溶剂对此辐射产生强烈吸收，此时溶剂被看作是光学不透明的，它严重干扰组分的吸收测量。对于折光率检测器，要求选择与组分折光率有较大差别的溶剂作流动相，以达到最高灵敏度。,（3）高纯度 由于高效液相色谱灵敏度高，对流动相溶剂的纯度也要求高。防止微量杂质长期累积损坏色谱柱和使检测器噪声增加。不纯的溶剂会引起基线不稳。,第三章 高效液相色谱的固定相 和流动相,（4）化学稳定性好（5）低粘度（粘度适中）若使用高粘度溶剂，势必增高压力，不利于分离。常用的低粘度溶剂有丙酮、甲醇和乙腈等；但粘度过低的溶剂也不宜采用，例如戊烷和乙醚等，它们容易在色谱柱或检测器内形成气泡，影响分离。,第四章 液相色谱仪定性、定量方法,色谱法分离好,定性难色谱分析分三个阶段仪器调试 操作条件选择定性定量-保留值定性-峰高,峰面积定量,4.1 定性 保留值定性（1）利用已知标样对照定性优点：简单 缺点：要有纯样，适用于已知物，操作条件要稳定,2、利用紫外或荧光光谱定性 停泵做全波长光谱扫描3、收集柱后留出组分，再用其他化学或物理方法定性如：红外光谱、质谱、核磁共振等,4.2定量分析1.外标法(标准曲线法)用待测组分的纯样制标准曲线优点：快速简单,只要待测组分出峰且完全分离即可缺点：绝对法,进样量,操作条件要不变,2.内标法(外加标准法)不能全出峰或只需测某几个组分时采用方法:准确称取样品,加入一定量内标物,根据重量及峰面积求出某组分的含量Ws 内标物重量 As 内标物峰面积 Ai 被测物峰面积 fs 内标物重量校正因子 fi 被测物重量校正因子 W 样品重 一般选内标物为基准，fs=1,步骤:a.选内标物 b.测fw(i/s)(fi)c.称未知样W.内标物Ws,测Ai,As内标法的关键是选择合适的内标物，它必须符合下列条件：(1)是样品中原来不存在的纯物质，性质与被测物相近，能完全溶解于样品并且不与样品发生化学反应。（2）内标物的峰应尽量靠近被测组分的峰，或位于几个被测物之峰的中间并与这些色谱峰完全分离。（3）内标物的质量应与被测物质的质量接近，能保持色谱峰大小差不多。,3.加入已知物增加峰高法 在样品中加入某待测组分的纯样未标准，由比较加入该组分前后信号的变化计算被测组分的含量。,第五章 建立高效液相色谱分析方法的一般步骤,通常在确定被分析的样品以后，要建立一种高效液相色谱分析方法必须解决以下问题：根据被分析样品的特性选择适用于样品分析的一种高效液相色谱分析方法。选择一根适用的色谱柱，确定柱的规格（柱内径及柱长）和选用固定相（粒径及孔径）。选择适当的或优化的分离操作条件，确定流动相的组成、流速及洗脱方式。由获得的色谱图进行定性分析和定量分析。,分离类型选择 choice of separation types,谢 谢！,二、LC在环保方面的应用,1、农药残留量分析：含氯农药、有机磷农药、除虫菊2、致癌物质：霉素、亚硝胺(香烟中的亚硝胺)、苯并芘3、水质分析,三、LC在生化方面的应用,1、蛋白质分析2、肽类的分析3、核酸4、氨基酸,四、LC在药物方面的应用,1、药品的预处理：片剂，油膏，水剂等2、体液：血、尿、脊椎液、唾液等3、抗菌素：青霉素、甾族(激素),