dvc高效液相色谱法的分析原理、应用及发展趋势.doc
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1、高效液相色谱法的分析原理、应用及发展趋势摘要 详细介绍了高效液相色谱法的特点、类型以及分析原理,列举了其在环境分析、食品分析、药品分析中的应用,介绍了近几年高效液相色谱法的发展趋势。关键词:高效液相色谱法 原理 应用 发展趋势高效液相色谱法(High Performance Liquid Chromatography HPLC)是色谱法的一个重要分支,以液体为流动相,采用高压输液系统,将具有不同极性的单一溶剂或不同比例的混合溶剂、缓冲液等流动相泵入装有固定相的色谱柱,在柱内各成分被分离后,进入检测器进行检测,从而实现对试样的分析。这种方法使以往的柱色谱达到了高速化,分离性能高,应用性广,较其他
2、一些色谱法具有很多优越性1。1 高效液相相色谱法的特点2高效液相色谱法比起经典液相色谱法的最大优点在于高速、高效、高灵敏度、高自动化。与经典液相色谱法比较如下表:表1-1:高效液相色谱法与经典液相色谱法比较项目高效液相色谱法高效液相色谱法柱长/cm102510200柱内径/mm2101050固定相粒径/m55075600理论塔板数(柱效)21035104250柱压降/MPa5150.0010.3进样量/g10-610-20.110分析时间/h0.051.0120气相色谱法分析对象只限于分析气体和沸点较低的化合物,它们仅占有机物总数的20。对于占有机物总数近80的那些高沸点、热稳定性差、摩尔质量
3、大的物质,目前主要采用高效液相色谱法进行分离和分析。他们之间的区别如下表:表1-2:高效液相色谱法与气相色谱法比较项目高效液相色谱法气相色谱法进样方式样品制成溶液样品需气化或裂解流动相溶液惰性气体分离原理吸附、分配、筛析、亲和等吸附和分配检测器UVD、PDAD、RID等TCD、FID、ECD等应用范围低、中、高沸点有机化合物离子型无机化合物低沸点有机化合物热不稳定化合物永久性气体生物活性分子总之,高效液相色谱法是吸取了气相色谱与经典液相色谱优点,并用现代化手段加以改进,因此得到迅猛的发展。目前高效液相色谱法已被广泛应用于分析对生物学和医药上有重大意义的大分子物质,例如蛋白质、核酸、氨基酸、多糖
4、类、植物色素、高聚物、染料及药物等物质的分离和分析。2 高效液相相色谱法的主要类型及其分离原理2.1 液-液分配色谱法及化学键合相色谱3在液-液色谱中,流动相和固定相都是液体,它能适用于各种样品类型的分离和分析,无论是极性的和非极性的,水溶性和油溶性的,离子型的和非离子型的化合物。其分离原理与液液萃取基本相同,都是根据物质在两种互不相溶的液体中溶解度的不同,具有不同的分配系数。所不同的是液液色谱的分配是在柱中进行的,使这种分配平衡可反复多次进行,造成各组分的差速迁移,提高了分离效率,从而能分离各种复杂组分。当达到平衡时,物质的分配服从下式: 式中,K是分配系数,cs和cm分别是溶质在固定相和流
5、动相中的浓度,Vm和Vs分别是流动相和固定相的体积。2.2 液-固吸附色谱法4液-固吸附色谱是以固体吸附剂作为固定相,吸附剂通常是些多孔的固体颗粒物质,在它们的表面存在吸附中心。液固色谱实质是根据物质在固定相上的吸附作用不同来进行分离的。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:式中Xm和Xa分别表示在流动相中的溶质分子和被吸附的溶质分子,Sa代表被吸附在吸附剂表面上的溶剂分子,Sm表示在流动相中的溶剂分子,n是被吸附
6、的溶剂分子数。溶质分子X被吸附,将取代固定相表面上的溶剂分子,当达到平衡时,可用下式表示:式中,K为吸附平衡常数,亦分配系数。上式表明,溶剂分子吸附性强,则被吸附的溶质分子将相应的减少。显然,分配系数大的组分,吸附剂对它的吸附力强,保留值越大。2.3 离子对色谱法4 离子对色谱法是分离分析强极性有机酸和有机碱的极好方法,它是离子对萃取技术与色谱法相结合的产物。离子对色谱法是将一种(或数种)与溶质离子电荷相反的离子(称对离子或反离子)加到流动相或固定相中,使其与溶质离子结合形成离子对,从而控制溶质离子保留行为的一种色谱法。关于离子对色谱机理,至今仍不十分明确,已提出三种机理:离子对形成机理;离子
7、交换机理;离子相互作用机理。现以离子对形成机理说明之。假如有一离子对色谱体系,固定相为非极性键合相,流动相为水溶液,并在其中加入一种电荷与组分离子A-相反的离子B+,B+离子由于静电引力与带负电的人组分离子生成离子对化合物A-B+。离子对生成反应式 KAB是其平衡常数,克表示为:根据定义,溶质的分配系数根据上两式,有式中为相比率。容量因子k随KAB和B+水相的增大而增大。离子对色谱法操作简便,只要改变流动相的pH值、平衡离子的浓度和种类,就可在较大范围内改变分离的选择性,能较好解决难分离混合物的分离问题。此法发展迅速,应用较广泛.2.4 离子色谱法4离子色谱法是由离子交换色谱法派生出来的一种分
8、离方法,离子交换色谱法在无机离子的分析和应用受到限制,离子色谱法可同时测定多种无机和有机离子。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,随流动相进入抑制柱,在抑制柱中发生两个重要反应:由以上反应可见: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
9、碱,由于OH-离子的淌度为Cl-离子的2.6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。2.5 离子交换色谱法4离子交换色谱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。其原理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
10、可逆交换,其交换反应通式如下:阳离子交换 阴离子交换达到平衡后,以浓度表示平衡常数Kx为:分配系数Dx为:2.6 空间排阻色谱法5 空间排阻色谱以凝胶为固定相,溶质按分子大小分离。小分子可以扩散到凝胶空隙,由其中通过,出峰最慢;中等分子只能通过部分凝胶空隙,中速通过;而大分子被排斥在外,出峰最快;溶剂分子小,故在最后出峰,全部在死体积前出峰;可对相对分子质量在100-105范围内的化合物按质量分离。其分离原理如下图:图2-1:排阻色谱法分离示意图图中,下部分为相对分子质量分布较窄的聚合物标准试样的洗脱曲线,上部分表示洗脱体积和聚合物相对分子质量之间的关系(即校正曲线)。由图可见,凝胶有一个排斥
11、极限(A点),凡是比A点对应的相对分子质量大的分子,均被排斥在所有的胶空之外,因而在保留体积Vo时一起被洗脱,将以一个单一的谱峰1出现,显然,Vo是柱中凝胶填料颗粒之间的体积。另一方面,凝胶还有一个全渗透极限(B点),凡是比B点对应的相对分子质量小的分子都可完全凝胶空中。在保留体积Vm时一起被洗脱,将以一个单一的谱峰4出现,相对分子质量介于上述两个极限之间的化合物,将按相对分子质量降低的次序被洗脱。当混合物的分子大小不同而又在此分级范围内时,它们就可得到分离。2.7 亲和色谱5亲和色谱是利用生物大分子和固定相表面存在某种特异性亲和力,进行选择性分离的一种方法。它通常是在载体(无机或有机填料)表
12、面先键合一种具有一般反应性能的所谓间隔臂(如环氧、联氨等);随后,再连接上配基(酶、抗原或激素等)。这种固载化的配基将只能和具有亲和力特性吸附的生物大分子相互作用而被保留,没有这种作用的分子不被保留。下图为亲和色谱法示意图。图2-2:亲和色谱法示意图 将上述高效液相相色谱法的不同类型于下表进行比较,可以看出因为各类型方法的分离机制不同可用于分离不同种类的混合物6。表2-1:不同类型分离方法比较吸附色谱分配色谱离子色谱排阻色谱亲和色谱固定相全多孔固体吸附剂固定液载带在固相基体上高效微粒离子交换剂具有不同孔径的多孔性凝胶多种不同性能的配位体键联在固相基体上流动相不同极性有机溶剂不同极性有机溶剂和水
13、不同pH值的缓冲溶液有机溶剂或一定pH值的缓冲溶液不同pH值的缓冲溶液,可加入改性剂分离原理吸附与解吸溶解与挥发可逆性的离子交换多孔凝胶的渗透或过滤具有锁匙结构络合物的可逆性离解3 分离类型选择依据73.1 根据相对分子质量选择 相对分子质量十分低的样品,其挥发性好,适用于气相色谱。标准液相色谱类型(液一固、液一液、及离子交换色谱)最适合的相对分子质量范围是20O2000。对于相对分子质量大于2000的样品,则用尺寸排阻法为最佳。 3.2 根据溶解度选择弄清样品在水、异辛烷、苯、四氯化碳、异丙醇中的溶解度是很有用的。如果样品可溶于水井属于能离解物质,以采用离子交换色谱为佳;如样品可溶于烃类(如
14、苯或异辛烷),则可采用液一固吸附色谱;如样品溶解于四氯化碳,则多采用常规的分配和吸附色谱分离;如样品既溶于水又溶于异丙醇时,常用水和异丙醇的混合液作液一液分配色谱的流动相,以憎水性化合物作固定相。3.3 根据分子结构选择用红外光谱法,可预先简单地判断样品中存在什么官能团。然后,确定采用什么方法合适。例如,酸、碱化合物用离子交换色谱;脂肪族或芳香族用液一液分配色谱、液一固吸附色谱;异构体用液一固吸附色谱;同系物不同官能团及强氢键的用液一液分配色谱。4 高效液相色谱法的应用4.1 高效液相色谱法在环境分析中的应用由于化学工业的发展和天然化合物的开发,使得环境污染越来越严重。据报道,被确认为环境污染
15、物的已超过350 种,人们能在水中、空气中、污泥里、鱼、禽体内发现这些污染物。通过食物链,它们将进一步污染肉类、蛋类、粮食、蔬菜等。环境污染的检测早已成为分析化学中重要的研究课题之一。H P L C 已在环境监测中得到广泛应用,特别适用于分子量大、挥发性低、热稳定性差的有机污染物的分离和分析。如多环芳烃、酚类、多环联苯、邻苯二甲酸酯类、联苯胺类、阴离子表面活性剂、有机农药、除草剂等,其中多数属于美国环保局(EPA)清洁水法案中颁布的114项优先有机污染物范围8。肖尚有等利用原柱富集-高效液相色谱法测定了水体中痕量邻苯二甲酸二甲酯的含量,使用Spherisorb C18色谱柱(250 mm 4.
16、 6 mm i. d. , 5m,大连依利特分析仪器有限公司);洗脱流动相为V (甲醇)V (水) =6040混合液;流速为 0. 6 mL /min;柱温为室温;检测波长为240 nm。RSD为2. 66%,精密度为2. 90%9。丁宗庆等利用凝固-漂浮分散液液微萃取-高效液相色谱法测定水样中氯酚的含量,色谱条件为:Tc-C18色谱柱( 150 mm 4.6mm,5 m,Agilent 公司);流动相为V( 甲醇)V( 水) = 70 30;流速为1. 0 mL/min;检测波长为245 nm;柱温为30 ,进样体积为20 L。取得了较高的灵敏度、精密度和准确度10。陈素清等利用流动注射在线
17、预富集-高效液相色谱法测定水中的4-壬基酚和双酚A含量,采用Eclip se XDB2C18色谱柱;流动相为V (甲醇) V (水) = 93 7 ;混合液为流动相;流速为1. 0 mL /min,紫外检测波长为227 nm;保留时间定性,外标法定量。重复测量11次的相对标准偏差为2. 3%和1. 5%11。梁丽丽等利用高效液相色谱法检测水体中微囊藻毒素的含量,色谱条件:InerteilODS23色谱柱(416 mm 250 mm, 5m);柱温25 ;流动相:V (0. 1% TFA) V (甲醇) =4258;流速:1 mL /min;进样量:20L;检测波长为239 nm。操作简便、灵敏
18、度高、检测速度快12。徐丽等利用高效液相色谱法分离检测亚氯酸盐与硫氧化合物混合物,采用Phenomenex Gemini C18分析柱(250 mm 4. 6 mm,5 m),乙腈-水(含四丙基氢氧化铵(TPAOH)离子对试剂)作为流动相,利用紫外检测器在230 nm 处对各物质进行分离检测。当流动相组成为:乙腈-7. 0 mmol /LTPAOH 水溶液(1585,V/V,pH 5 9),流速为1. 0 mL/min 时,各物质在15 min 内都可以得到完全分离。用此方法对亚氯酸盐-硫代硫酸盐反应过程中各物质进行跟踪检测,并进行动力学分析,在亚氯酸盐过量的准一级条件下,测得pH 9. 0
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