超臨界流體色譜

1、超臨界流體色譜第1頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三以超臨界流體做流動(dòng)相是依靠流動(dòng)相的溶劑化能力來進(jìn)行分離、分析的色譜過程，是20世紀(jì)80年代發(fā)展和完善起來的一種新技術(shù)。 據(jù)Chester估計(jì)，至今約有全部分離的25涉及難以對(duì)付的物質(zhì)，通過超臨界流體色譜能取得較為滿意的結(jié)果。第2頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三超臨界流體是指既不是氣體也不是液體的一些物質(zhì)，它們的物理性質(zhì)介于氣體和液體之間。是物質(zhì)在高于臨界壓力和臨界溫度時(shí)的一種狀態(tài)，它具有氣體和液體的某些性質(zhì)，具有氣體的低粘度、液體的高密度以及介于氣、液之間較高的擴(kuò)散系數(shù)等特征，SFC是GC和LC的

2、補(bǔ)充， SFC可以解決氣液色譜分析的難題，它可以分析氣相色譜難汽化的不揮發(fā)性樣品，同時(shí)具有比高效液相色譜更高的效率，分析時(shí)間更短。第3頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三超臨界流體色譜兼有氣相色譜和液相色譜的特點(diǎn)。它既可分析氣相色譜不適應(yīng)的高沸點(diǎn)、低揮發(fā)性樣品，又比高效液相色譜有更快的分析速度和條件。第4頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三超臨界流體的特性。對(duì)于某些純物質(zhì)來說，具有三相點(diǎn)和臨界點(diǎn)，如圖所示，從圖中可以看出，物質(zhì)在三相點(diǎn)，氣、液、固三態(tài)處于平衡狀態(tài)，當(dāng)處于臨界溫度和臨界壓力以上時(shí)，則不論施加多大壓力，氣體也不會(huì)液化，此時(shí)即非氣體，也非液體，

3、而是以超臨界流體形式存在。超臨界流體第5頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三 超臨界流體對(duì)于分離具有極其有用的物理性質(zhì)，這些性質(zhì)恰好介于氣體和液體之間。表對(duì)氣體、液體、和超臨界流體的有關(guān)物理性質(zhì)進(jìn)行了比較。超臨界流體的擴(kuò)散系數(shù)和粘度接近于氣相色譜，因此溶質(zhì)的傳質(zhì)阻力小，可以獲得快速高效分離 .表 氣體、液體、超臨界流體物理性質(zhì)的比較流動(dòng)相密度（g/ml）擴(kuò)散系數(shù)（cm2/s）粘度（g/cm.s）氣體超臨界流體液體約10-30.2-0.90.8-1.01-10-210-3-10-410-510-410-4-10-310-2第6頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，

4、星期三另一方面，其密度與液相色譜類似，這樣就便于在較低溫度下分離和分析熱不穩(wěn)定性、相對(duì)分子質(zhì)量大的物質(zhì)。另外，超臨界流體的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，如擴(kuò)散、粘度和溶劑力等，都是密度的函數(shù)。因此，只要改變流體的密度，就可以改變流體的性質(zhì)，從類似氣體到類似液體，無需通過氣液平衡曲線。超臨界流體色譜中的程序升密度相當(dāng)于氣相色譜中程序升溫度和液相色譜中的梯度淋洗。 第7頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三 通常作為超臨界流體色譜流動(dòng)相的一些物質(zhì)，其物理性質(zhì)列在表中. 第8頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三超臨界流體色譜儀的結(jié)構(gòu)與流程SFC結(jié)構(gòu)流程 第9頁，共28頁，

5、2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三 （l）具有一根恒溫的色譜柱。這點(diǎn)類似氣相色譜中的色譜柱，目的是為了提供對(duì)流動(dòng)相的精確溫度控制。 （2）帶有一個(gè)限流器（或稱反壓裝置）。 目的用以對(duì)柱維持一個(gè)合適的壓力，并且通 過它使流體轉(zhuǎn)換為氣體后，進(jìn)入檢測器進(jìn)行 測量。實(shí)際上，可把限流器看作柱末端延伸 部分第10頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三原理 SFC的流動(dòng)相：超臨界流體；CO2、N2O、NH3 SFC的固定相：固體吸附劑（硅膠）或鍵合到載體（或毛細(xì)管壁）上的高聚物；可使用液相色譜的柱填料。填充柱SFC和毛細(xì)管柱SFC； 分離機(jī)理：吸附與脫附。組分在兩相間的分配系數(shù)不同

6、而被分離； 通過調(diào)節(jié)流動(dòng)相的壓力（調(diào)節(jié)流動(dòng)相的密度），調(diào)整組分保留值；第11頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三壓力效應(yīng) 在SCF中，壓力的變化對(duì)容量因子k產(chǎn)生顯著影 響，由于以超流體作為流動(dòng)相，它的密度 隨壓力增加而增加，而密度的增加引起流動(dòng)相溶劑效率的提高，同時(shí)可縮短淋 洗時(shí)間。 例如，采用CO2流體作流動(dòng)相，當(dāng)壓力由 7.O106Pa增加到90106Pa時(shí)，對(duì)于十六碳烷烴的淋洗時(shí)間可由25min縮短到5min。在SFC中，通過程序升壓實(shí)現(xiàn)了流體的程序升密，達(dá)到改善分離的目的。第12頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三壓力效應(yīng)： SFC的柱壓降大（比

7、毛細(xì)管色譜大30倍），對(duì)分離有影響（柱前端與柱尾端分配系數(shù)相差很大，產(chǎn)生壓力效應(yīng)）； 超臨界流體的密度受壓力在臨界壓力處最大，超過該點(diǎn)，影響小，超過臨界壓力20%，柱壓降對(duì)分離的影響?。?壓力效應(yīng)：在SFC中，壓力變化對(duì)容量因子產(chǎn)生顯著影響，超流體的密度隨壓力增加而增加，密度增加提高溶劑效率，淋洗時(shí)間縮短。 CO2流動(dòng)相，當(dāng)壓力改變：7.09.0106 Pa，則： C16H34的保留時(shí)間 25min 5min。第13頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三程序升壓第14頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三主要部件（1）SFC的高壓泵 無脈沖的注射泵；通過電子

8、壓力傳感器和流量檢測器，計(jì)算機(jī)控制流動(dòng)相的密度和流量； （2）SFC的色譜柱和固定相 可以采用液相色譜柱和交聯(lián)毛細(xì)管柱； SFC的固定相：固體吸附劑（硅膠）或鍵合到載體（或 毛細(xì)管壁）上的高聚物；專用的毛細(xì)管柱SFC；第15頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三色譜柱填充柱 填充柱與HPLC柱相似，基于分配平衡實(shí)現(xiàn)分離，柱長可達(dá)25cm，分離柱內(nèi)徑0.5-4.6mm。使用粒徑為3-10m的填料填充。如硅膠、-NH2、-CN及C18、C8等化學(xué)鍵合相均可用于SFC。其中以極性填料的分離效果更好。SFC在手性化合物的分離上效果優(yōu)于HPLC。 在實(shí)際操作中，往往會(huì)因壓力變化而產(chǎn)生較

9、大的柱壓降，使柱入、出口處的保留時(shí)間有很大差異，所以一般采用高于超臨界壓力20%左右的壓力以減小影響。在填料的選擇上也要注意與所分析的樣品相適應(yīng)，如分析極性或堿性化合物時(shí)，填料覆蓋度小，會(huì)產(chǎn)生不對(duì)稱峰。若使用“封端”填料則會(huì)得到改善。第16頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三填充柱在重現(xiàn)性、載樣量等方面要優(yōu)于毛細(xì)管柱，操作簡便，也有用微填充柱的，將3-10m的填料填充到內(nèi)徑幾個(gè)毫米或更小的毛細(xì)管柱中。毛細(xì)管柱 較長用的填充毛細(xì)管柱內(nèi)徑0.5mm，柱長為10-30mm；開管毛細(xì)管柱主要是內(nèi)徑為50-100m化學(xué)交連的各種硅氧烷柱或其它類型的交連柱。 SFC色譜柱必須借助柱箱以

10、實(shí)現(xiàn)精確的溫度控制，范圍可以從室溫至450C，同時(shí)配低溫控制系統(tǒng)，可在-50以下工作。第17頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三主要部件（3）流動(dòng)相 SFC的流動(dòng)相：超臨界流體；CO2、N2O、NH3 CO2應(yīng)用最廣泛；無色、無味、無毒、易得、對(duì)各類有機(jī)物溶解性好，在紫外光區(qū)無吸收；缺點(diǎn)：極性太弱；加少量甲醇等改性；（4）檢測器 可采用液相色譜檢測器，也可采用氣相色譜的FID檢測. 器 第18頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三使用氣相色譜檢測器，以FID為多用，應(yīng)用時(shí)可將色譜柱的流出物分流，部分流出物通過限流器變?yōu)闅鈶B(tài)進(jìn)入檢測器，若用FID檢測時(shí)，流動(dòng)

11、相中不能加入改進(jìn)劑，否則改進(jìn)劑本身將給出信號(hào)干擾測定，F(xiàn)ID對(duì)小分子量化合物可得到很好的結(jié)果，對(duì)分子量大的化合物常得不到單峰，而是一簇峰。如把檢測器加熱可使分子量大于2000的化合物獲得滿意的分離。在SFC中也可以使用氮磷檢測器（NPD）、火焰光度檢測器（FPD）等。第19頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三使用液相色譜檢測器。在進(jìn)入檢測器之前應(yīng)將超臨界狀態(tài)轉(zhuǎn)為液態(tài)，可增加檢測的靈敏度，使譜帶變窄，而且可以在室溫下操作，UVD是用改性劑流動(dòng)相的填充柱SFC的最常用的檢測方法。要求檢測器必須耐高壓。如使用毛細(xì)管柱，UVD的流通池可由一段熔融石英毛細(xì)管構(gòu)成，內(nèi)容積在200nl左

12、右，這樣不會(huì)影響柱效；熒光檢測器（FD）也可以如此應(yīng)用。對(duì)于填充柱，蒸發(fā)光散射檢測器也是一種常用的通用檢測器。第20頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三（1）與高效液相色譜法比較 實(shí)驗(yàn)證明SFC法的柱效一般比HPLC法要高：當(dāng)平均線速度為0.6cmS-1時(shí)，SFC法的柱效可為HPLC法的3倍左右，在最小板高下載氣線速度是4倍左右；因此SFC法的分離時(shí)間也比HPLC法短。這是由于流體的低粘度使其流動(dòng)速度比HPLC法快，有利于縮短分離時(shí)間。第21頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三（2）與氣相色譜法比較 出于流體的擴(kuò)散系數(shù)與粘度介于氣體和液體之間，因此SFC

13、的譜帶展寬比GC要??；另外，SFC中流動(dòng)相的作用類似LC中流動(dòng)相，流體作流動(dòng)相不僅載帶溶質(zhì)移動(dòng)，而且與溶質(zhì)會(huì)產(chǎn)生相互作用力，參與選擇競爭。還有，如果我們把溶質(zhì)分子溶解在超臨界流體看作類似于揮發(fā)，這樣，大分子物質(zhì)的分壓很大，因此可應(yīng)用比GC低得多的溫度，實(shí)現(xiàn)對(duì)大分子物質(zhì)、熱不穩(wěn)定性化合物、高聚物等的有效分離。第22頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三（3）應(yīng)用范圍的比較 SFC比起GC法測定相對(duì)分子質(zhì)量的范圍要大出好幾個(gè)數(shù)量級(jí)，基本與LC法相當(dāng)。當(dāng)然，尺寸排阻色譜法（SEC）所測分子質(zhì)量范圍是所有色譜法中最大的。第23頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三第24頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三超臨界流體色譜法被廣泛應(yīng)用于天然物、藥物、表面活性劑、高聚物、多聚物、農(nóng)藥、炸藥和火箭推進(jìn)劑等物質(zhì)的分離和分析。第25頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三聚苯醚低聚物的分析色譜柱：10m 63m i.d. 毛細(xì)管柱，固定相：鍵合