章其他分離分析方法PPT課件

1、 超臨界流體色譜(Supercritical Fluid Chromatography;SFC)是以超臨界流體（Supercritical Fluid，SFS)為流動(dòng)相的色譜技術(shù)。 在三相點(diǎn)下，氣、固、液處在平衡狀態(tài)，存在一個(gè)臨界溫度Tc和臨界壓力Pc。在高于Tc時(shí)，無論施加多大壓力，物質(zhì)也不會(huì)液化，即 Pc、Tc以上或臨界點(diǎn)以上條件下，物質(zhì)不會(huì)成為液體或氣體，物質(zhì)聚集狀態(tài)為介于氣體和液體之間的流體，這種流體稱為超臨界流體。第1頁/共21頁 從熱力學(xué)上看，超臨界流體的密度是氣體的1001000倍，和液體相近，具有和液體相似的溶解能力及與溶質(zhì)的作用力。而從動(dòng)力學(xué)上看，SFS的粘度比液體低，可以使

2、用比液相色譜更大的線速度;擴(kuò)散系數(shù)是液體的10-100倍，傳質(zhì)速率高，因而可以獲得比HPLC有更高的柱效和更快的分析速度。 從理論上講，SFC可分析不適用于GC高沸點(diǎn)、低揮發(fā)性樣品和HPLC中缺少檢測功能團(tuán)的樣品，約占色譜分離中25%的化合物。但1990s年代后期，SFC發(fā)展趨向低落。 超臨界流體自身物理性質(zhì)帶來SFC方法局限性，這是人們在SFC發(fā)展初期認(rèn)識(shí)不足的。SFs兼具液體的溶劑化能力和氣體的低粘度、高擴(kuò)散系數(shù)很難在同一條件下實(shí)現(xiàn)。第2頁/共21頁1.流動(dòng)相儲(chǔ)罐;2.調(diào)節(jié)閥;3.干燥凈化器;4.截流閥;5.高壓泵;6.泵頭冷卻裝置;7.熱交換柱;8.進(jìn)樣閥;9.分流器;10.色譜柱;11

3、.限流器;12.檢測器(FID)。第3頁/共21頁 SFC可使用HPLC和GC中各種固定相。填充柱微粒填料主要是硅膠化學(xué)鍵合固定相，用填充柱分析極性樣品時(shí)，大多需在流動(dòng)相中添加極性改性劑。開管柱固定相主要是聚甲基硅氧烷苯基甲基聚硅氧烷、交聯(lián)聚乙二醇等。在手性分離中使用較多的是環(huán)糊精類固定相。第4頁/共21頁 SFC與GC分離操作條件不同，其操作壓力較高，一般為70450 x105Pa； 和HPLC也不一樣，其色譜柱工作溫度較高，從常溫到2500C。 流動(dòng)相的壓力和密度在每一溫度下以同樣方式影響保留值，甚至在類似GC區(qū)也一樣，增加壓力，k值降低。 而在較低溫度下與HPLC的保留行為相似，k值隨壓

4、力增加而降低。第5頁/共21頁 基于超臨界流體密度、擴(kuò)散系數(shù)、粘度等物理性質(zhì)介于氣體和液體之間，可以預(yù)計(jì)，在最小板高色譜條件下，分析速度和柱效SFC亦介于GC與HPLC之間。 根據(jù)速率理論方程，柱內(nèi)徑dC的毛細(xì)管柱最佳流速uopt及保留時(shí)間與柱效比(tR/N)的極限值分別為: SFC與GC比較，由于超臨界流體擴(kuò)散系數(shù)比氣體低，粘度比氣體高，較低線速下SFC色譜峰較窄，柱效優(yōu)于GC; 超臨界流體密度比氣體高，參與分離，以提高分離選擇性;SFS溶劑化能力比氣體強(qiáng)，能在比GC較低溫度下分離高分子化合物、天然產(chǎn)物和熱不穩(wěn)定化合物。CMoptdDCBu2 . 4202)()1 (241)(kfkPPDd

5、NtiMCR第6頁/共21頁 SFC可彌補(bǔ)GC和HPLC在分析性能上的某些不足，分離效能和分析速度介于兩種色譜方法之間。幾種色譜技術(shù)可分離樣品的相對分子質(zhì)量范圍 乙二醇齊聚的SFC分離色譜圖 第7頁/共21頁 超臨界流體萃取(supercritical fluid extraction;SFE)是用超臨界流體為萃取溶劑的萃取分離、富集技術(shù)。其出現(xiàn)和發(fā)展均早于SFC。超臨界流體萃取的特點(diǎn) 基于SFS獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，SFE具有傳統(tǒng)液-液萃取不可比擬的優(yōu)點(diǎn)： 1. 萃取速度快 2. 容易控制溶劑強(qiáng)度并調(diào)節(jié)選擇性 3. 后處理簡單 4. 操作自動(dòng)化 5. 安全性好第8頁/共21頁1.SFS儲(chǔ)瓶;2

6、，4.高壓開關(guān)閥;3.高壓注射泵;5.萃取池;6.溫度控制器;7.限流器;8.收集器。萃取操作主要有兩種: 1. 靜態(tài)萃取2. 動(dòng)態(tài)萃取第9頁/共21頁影響SFS萃取效率的因素主要是: 1. 超臨界流體選擇2. 萃取條件選擇3. 樣品量及流體流速4. 萃取物收集第10頁/共21頁 SFE的應(yīng)用可分為兩方面，一是作為分析化學(xué)樣品處理技術(shù)，特別是各種分離分析方法的樣品前處理，即分離測定組分的前分離富集。SFE的另一個(gè)應(yīng)用是制備分離，包括工業(yè)規(guī)模分離，即分離工程的組成部分。1. SFE與各種色譜和儀器方法聯(lián)用 2. 樣品處理 3. 工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用 第11頁/共21頁基本裝置和特點(diǎn) 固相微萃取(Sol

7、id Phase Micro-Extraction，SPME)是在固相萃取(Solid Phase Extraction，SPE)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。 SPME具有無需溶劑、萃取快速、樣品消耗量小、分析重現(xiàn)性好、操作簡便、可進(jìn)行現(xiàn)場分析并易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作等特點(diǎn)。它將樣品的富集和基底去除相結(jié)合，集取樣、萃取、富集、進(jìn)樣于一體，導(dǎo)致分析速度和靈敏度提高，因此在短短的十幾年間，SPME很快實(shí)現(xiàn)與GC、HPLC、SFC、CE等分離分析技術(shù)的聯(lián)用，在萃取涂層研制、應(yīng)用模式及基礎(chǔ)理論研究方面均得到很大的發(fā)展。第12頁/共21頁 SPME技術(shù)的原理是基于分析物在固相涂層和樣品中的分配平衡，因此分析物的萃取量

8、隨著萃取時(shí)間的延長而不斷增加直到達(dá)到萃取平衡，一般在230min內(nèi)可達(dá)到平衡。在萃取平衡時(shí)，吸附在固相涂層的樣品量為: 當(dāng)Vs非常大時(shí)，即VsKVf，分析物在固相涂層的吸附量可簡化為: 由于慢傳質(zhì)過程，在一定時(shí)間內(nèi)，平衡未完全實(shí)現(xiàn)，固相涂層吸附分析物的物質(zhì)的量為:0CVKVVKVnfssf0CVKnf0212121)222exp(1CVKVVKVtVVKmVVmVmmKVmmAnsfsffsfssf第13頁/共21頁 萃取頭是SPME裝置的核心。按萃取頭結(jié)構(gòu)有兩種基本類型： 1. 纖維 2. 毛細(xì)管(In-tube SPME) 無論是纖維或是萃取毛細(xì)管，其涂層材料根據(jù)它們的不同性質(zhì)大致可分為非

9、極性、中等極性和較強(qiáng)極性等三類。 目前應(yīng)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。 溶膠-凝膠技術(shù)是當(dāng)今 SPME萃取頭涂層的主要制備技術(shù)，得到的萃取涂層熱和化學(xué)穩(wěn)定性高，耐溶劑，且成本低。 SPME固相層以非鍵合、鍵合、部分交聯(lián)或高度交聯(lián)的形式涂敷在石英纖維或毛細(xì)管上。第14頁/共21頁 SPME作為樣品采集、處理技術(shù)，主要用作各種分析方法進(jìn)樣手段，并與其聯(lián)用，根據(jù)最終的分析結(jié)果判斷SPME的優(yōu)劣。SPME和分析儀器聯(lián)用可分為離線模式和在線模式兩種。 離線操作分析物吸著(吸收)和解吸分別在樣品進(jìn)樣口兩處、分兩

10、步進(jìn)行。 SPME的吸附或萃取操作模式主要是兩種:浸取法和頂空法。 提高萃取效率的基本方法是對影響萃取效率基本操作條件進(jìn)行優(yōu)化，如萃取時(shí)間，樣品攪拌速度，萃取溫度，無機(jī)鹽濃度，樣品基底pH值等。 除了萃取的條件外，解吸操作對于最終分析結(jié)果的影響視后續(xù)儀器或方法進(jìn)樣條件而異。第15頁/共21頁 1. SPME-GC：最早發(fā)展、較為完善、廣泛應(yīng)用的技術(shù)。SPME裝置可在GC儀進(jìn)樣口直接進(jìn)樣。 2. SPME-HPLC：SPME-HPLC聯(lián)用需要一個(gè)接口，接口裝置多種式樣，均基于對六通閥的改造而成。 3. SPME-CE或CEC：SPME- CE在線聯(lián)用是將150220m的較大內(nèi)徑熱縮Teflon毛

11、細(xì)管與CE分離毛細(xì)管連接，涂層纖維完成樣品萃取后，插入該大口徑毛細(xì)管中，施加電壓，被萃取分析物經(jīng)緩沖溶液解吸，進(jìn)行電泳分離。 4. 其他聯(lián)用技術(shù) 1.SPME推拉桿，2.SPME針管,3.密 封 壓 縮 墊 片 ， 4 . 解 吸 池 ，5.SPME頭，6.六通閥,7.接注射器，8.廢液排出,9.HPLC流動(dòng)相儲(chǔ)瓶，10.HPLC色譜柱，11.HPLC檢測器。第16頁/共21頁 這是一種無固相載體的液液分配色譜，分離柱為空心螺旋型或串連的直型聚四氟乙烯或玻璃管，互不相溶的兩溶劑中的一相在重力或離心力作用下保留在柱內(nèi)作為固定相，另一相在泵驅(qū)動(dòng)下作為流動(dòng)相攜帶樣品從柱內(nèi)流過，利用流體力學(xué)平衡體系兩

12、相連續(xù)、高效混合，樣品中各組分基于在兩相中分配系數(shù)差異實(shí)現(xiàn)分離。 各種不同類型CCC色譜儀最大區(qū)別是色譜柱和作用力場，高效逆流色譜儀設(shè)計(jì)則同時(shí)利用重力和離心力場實(shí)現(xiàn)分離。基于分離原理，溶劑系統(tǒng)成為決定CCC分離選擇性的首要因素。 逆流色譜具有如下一些特點(diǎn): 1. 無固相載體。2. 適用范圍廣。3. 適用分離樣品容量范圍寬。4. 可與質(zhì)譜、紅外光譜等結(jié)構(gòu)分析儀器聯(lián)用，實(shí)現(xiàn)定性、定量分析。5. 儀器柱結(jié)構(gòu)系統(tǒng)較為復(fù)雜，操作技術(shù)較繁復(fù)，自動(dòng)化水平不及HPLC等方法，是一個(gè)正在發(fā)展、有待進(jìn)一步完善的分離技術(shù)。第17頁/共21頁 亦稱為場流分級(jí)，它是利用載液流經(jīng)空的柱槽時(shí)各流層具有非均勻流速，使溶質(zhì)在外加物理力場作用下，基于各溶質(zhì)質(zhì)量、體積、擴(kuò)散系數(shù)、電荷等物理性質(zhì)差異實(shí)現(xiàn)分離的方法。 場流分離儀由載液儲(chǔ)瓶、輸液泵、進(jìn)樣閥、柱槽、檢測器、控制和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。 場流分離柱槽是分離技術(shù)核心，通常柱槽是在兩塊平行板之間放置薄的塑料或金屬片組成一個(gè)兩頭呈三角形的矩形帶狀管道。 場流分離的主要特點(diǎn)是: 1. FFF主要用于大分子分離測定。2. 可采用的載流溶劑和外加力場眾多，適用樣品范圍廣。3. 具有較高分辨率和選擇性，操作條件易于控制、調(diào)節(jié)和優(yōu)化。4. 有比較嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚摶A(chǔ)。第18頁/共21頁 多維色譜是將同種色譜不同選擇性分離柱或不同