第十三章 高效液相色譜法

1第十三章高效液相色譜法◆學(xué)習(xí)目的⊙◆知識要求⊙◆能力要求⊙2◆學(xué)習(xí)目的通過學(xué)習(xí)高效液相色譜法的特點(diǎn)、類型、速率理論、分離條件和高效液相色譜儀的主要部件及工作流程，加深對高效液相色譜法的分離原理、條件的理解，熟悉主要類型特別是化學(xué)鍵合相色譜法的特點(diǎn)和應(yīng)用，能利用高效液相色譜儀對待測組分進(jìn)行分離與分析。為學(xué)習(xí)藥物分析、天然藥物化學(xué)等專業(yè)課程奠定基礎(chǔ)。3◆知識要求1.熟悉高效液相色譜法的主要類型，化學(xué)鍵合相色譜法及其流動相、固定相的選擇；高效液相色譜法速率理論的特點(diǎn)及分離條件的選擇，高效液相色譜儀的主要部件，定性與定量分析方法。2.了解高效液相色譜法與經(jīng)典液相色譜法、氣相色譜法的區(qū)別，其他類型高效液相色譜法在分析中的應(yīng)用。4◆能力要求掌握高效液相色譜儀的基本結(jié)構(gòu)及儀器的基本操作方法，學(xué)會使用高效液相色譜儀對藥物進(jìn)行分離與分析的操作技術(shù)。5第一節(jié)概述

第一節(jié)概述

高效液相色譜法（HPLC）的特點(diǎn)：高壓-壓力可達(dá)15～30Mpa。高速-流速為0.1～10.0ml/min。高效-可達(dá)每米5000塔板以上。在一根柱中同時分離成份可達(dá)100種。高靈敏度-紫外檢測器靈敏度可達(dá)0.01ng。同時消耗樣品少，具有分離、分析雙重作用。6第一節(jié)概述一、經(jīng)典液相色譜法與搞笑相色譜法性能比較

高效液相色譜法經(jīng)典液相色譜法柱長：10～25cm10～200cm口徑：2～10mm10～50mm粒度：5～50um（2500～300目）75～600um（200～30目）柱壓力：2～20MPa0.001～0.1MPa柱效：2×103～5×104/m2～50/m進(jìn)樣量：10-6～10-2g1～10g分析時間：3分鐘～1小時1～20小時7第一節(jié)概述二、與氣相色譜法比較氣相色譜法具有選擇性高、分離效率高、靈敏度高，分析速度快的特點(diǎn)，僅適于分析蒸氣壓低、沸點(diǎn)低的樣品，而不適用于分析高沸點(diǎn)有機(jī)物、高分子和熱穩(wěn)定性差的化合物以及生物活性物質(zhì)，因而使其應(yīng)用受到限制。在全部有機(jī)化合物中僅有20%的樣品適用于氣相色譜分析,高效液相色譜法可對80%的有機(jī)化合物進(jìn)行分離和分析。8課堂活動您能比較HPLC與GC和LC的主要區(qū)別嗎？第一節(jié)概述9點(diǎn)滴積累高效液相色譜法（HPLC）需用高壓輸送流動相，流動相為體。高效液相色譜法（HPLC）具有高壓、高速、高效和高靈敏度特點(diǎn)。

第一節(jié)概述10第二節(jié)高效液相色譜法的主要類型及原理

第二節(jié)高效液相色譜法的主要類型及原理

一、類型 化學(xué)鍵合相色譜法（主要）離子抑制色譜法離子對色譜法離子色譜法親合色譜法11第二節(jié)高效液相色譜法的主要類型及原理二、化學(xué)鍵合相色譜法以化學(xué)鍵合相為固定相的色譜法，簡稱鍵合相色譜法(bondedphasechromatography；BPC)?；瘜W(xué)鍵合相：采用化學(xué)反應(yīng)的方法將官能團(tuán)鍵合在載體表面所形成的固定相。

12第二節(jié)高效液相色譜法的主要類型及原理鍵合相色譜法的優(yōu)點(diǎn)：固定相的均一性和穩(wěn)定性好，使用過程中不易流失，使用周期長；柱效高；重現(xiàn)性好；能使用的流動相和鍵合相的種類多，分離的選擇性高。根據(jù)化學(xué)鍵合相與流動相極性的相對強(qiáng)弱分類：分為正相（normalphase，NP）和反相（reversedphase，RP）鍵合相色譜法。

13第二節(jié)高效液相色譜法的主要類型及原理（一）正相鍵合相色譜法（固定相極性大于流動相極性）固定相：極性鍵合相如氰基（－CN）、氨基（－NH2）或二羥基鍵合硅膠。流動相：非極性或弱極性溶劑加極性調(diào)節(jié)劑如烷烴加醇類（正己烷-甲醇）。適用范圍：溶于有機(jī)溶劑的極性至中等極性的分子型化合物。14第二節(jié)高效液相色譜法的主要類型及原理分離機(jī)制：分配：把有機(jī)鍵合層看作一層液膜，溶質(zhì)在兩相間溶解。極性強(qiáng)的組分k大，保留時間（tR）長,后洗脫出柱。15第二節(jié)高效液相色譜法的主要類型及原理（二）反相鍵合相色譜法（固定相極性小于流動相極性）固定相：非極性鍵合相如十八烷基硅烷（C18，ODS）、辛烷基（C8）鍵合硅膠。流動相：水為基礎(chǔ)溶劑，加入一定量與水混溶的極性調(diào)節(jié)劑，常用甲醇-水、乙腈-水等。應(yīng)用范圍：較廣泛，適用于非極性至中等極性的組分分離。16第二節(jié)高效液相色譜法的主要類型及原理分離機(jī)制－保留行為主要是利用非極性溶質(zhì)分子或溶質(zhì)分子中非極性基團(tuán)與極性溶劑接觸時產(chǎn)生排斥力，而從溶劑中被“擠出”，即產(chǎn)生疏溶劑作用，促使溶質(zhì)分子與鍵合相表面的非極性的烷基發(fā)生疏水締合，而使溶質(zhì)分子保留在固定相中。17第二節(jié)高效液相色譜法的主要類型及原理保留行為的主要影響因素溶質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)（極性）

極性越弱，疏水性越強(qiáng)，k越大，tR也越大；反之亦然。

固定相鍵合烷基的疏水性隨碳鏈的延長而增加，溶質(zhì)的k也增大。硅膠表面鍵合烷基的濃度越大，則溶質(zhì)的k越大。18第二節(jié)高效液相色譜法的主要類型及原理流動相極性越強(qiáng)，洗脫能力越弱，使溶質(zhì)的k越大溶劑種類：水（洗脫能力弱）為弱溶劑，醇（洗脫能力強(qiáng)）為強(qiáng)溶劑溶劑比例：水的比例增加，使k增大

19課堂活動欲測定的試樣為弱極性分子型有機(jī)化合物，您將采用哪種色譜方法，如何選擇固定相與流動相？第二節(jié)高效液相色譜法的主要類型及原理20第二節(jié)高效液相色譜法的主要類型及原理三、其他高效液相色譜法（一）離子抑制色譜法

（ionsuppressionchromatography；ISC）通過調(diào)節(jié)流動相的pH，抑制組分的解離，增加組分在固定相中的溶解度，改善峰形，以達(dá)到分離有機(jī)弱酸、弱堿的目的，

適用于3≤pKa≤7的弱酸、7≤pKb≤8的弱堿。21第二節(jié)高效液相色譜法的主要類型及原理（二）離子對色譜法

（ionpairchromatography；IPC）把離子對試劑加入到含水流動相中，組分離子在流動相中與離子對試劑的反離子（counterion）生成中性離子對，增加溶質(zhì)與非極性固定相的作用，使k增加，改善分離效果。該方法適用于分離可離子化或離子型的化合物，如生物堿類、兒茶酚氨類、有機(jī)酸類、維生素類、抗生素類藥物等。22第二節(jié)高效液相色譜法的主要類型及原理--------------離子對模型以通式表示為：23第二節(jié)高效液相色譜法的主要類型及原理分析酸類或帶負(fù)電荷的物質(zhì)，一般用季銨鹽；如四丁基銨磷酸鹽；

分析堿類或帶正電荷的物質(zhì)，一般用烷基磺酸鹽或硫酸鹽。

適用范圍和離子對試劑的選擇24（三）離子色譜法（ionchromatography，IC）離子交換色譜法對許多正、負(fù)離子可實現(xiàn)分離。但由于一些常見的無機(jī)離子在可見或近紫外區(qū)沒有吸收，因此難用紫外-可見檢測器進(jìn)行檢測。1975年Small提出了將離子交換與電導(dǎo)檢測器相結(jié)合分析各種離子的方法并稱為離子色譜法。適用于分離陰、陽離子，以及氨基酸、糖類、DNA和DNA水解物等。

第二節(jié)高效液相色譜法的主要類型及原理25（四）親和色譜法（affinitychromatography，AC）親和色譜法是將具有生物活性的配位基鍵合到載體或基質(zhì)表面形成固定相，利用蛋白質(zhì)和生物大分子與固定相表面上配位基的專屬性親和力進(jìn)行分離的色譜方法。是生物大分子分離和分析的重要方法。第二節(jié)高效液相色譜法的主要類型及原理26課堂活動請您總結(jié)正相與反相鍵合相色譜法的不同點(diǎn)。

第二節(jié)高效液相色譜法的主要類型及原理27點(diǎn)滴積累高效液相色譜法（HPLC）分為液固吸附色譜法、液液分配色譜法（正相與反相）、離子交換色譜法、離子對色譜法及分子排阻色譜法等?；瘜W(xué)鍵合相色譜法是將固定液的官能團(tuán)通過化學(xué)反應(yīng)鍵合到載體表面而制得的化學(xué)鍵合相（固定相）的色譜法。鍵合相色譜法分為正相（固定相極性比流動相極性強(qiáng)）和反相(固定相極性比流動相極性弱)鍵合相色譜法。第二節(jié)高效液相色譜法的主要類型及原理28第三節(jié)高效液相色譜法的固定相和流動相及選擇一、固定相HPLC的固定相多采用化學(xué)鍵合相。鍵合相的特點(diǎn)：使用過程中不流失；化學(xué)穩(wěn)定性好；適用梯度洗脫；載樣量大。第三節(jié)高效液相色譜法的固定相和流動相及選擇29第三節(jié)高效液相色譜法的固定相和流動相及選擇（一）非極性鍵合相非極性烴基，如C18﹑C8等鍵合在硅膠表面；用于反相色譜；長鏈烷基可使溶質(zhì)的k增大，載樣量提高，穩(wěn)定性更好。30第三節(jié)高效液相色譜法的固定相和流動相及選擇鍵合反應(yīng)硅氧烷（Si－O－Si－C）型：氯硅烷與硅膠進(jìn)行硅烷化反應(yīng)

31第三節(jié)高效液相色譜法的固定相和流動相及其選擇（二）中等極性鍵合相醚基鍵合相用于反相或正相色譜（三）極性鍵合相常用氨基（－NH2）﹑氰基（－CN）鍵合相一般用于正相色譜32第三節(jié)高效液相色譜法的固定相和流動相及其選擇不與固定相發(fā)生反應(yīng)。對試樣有適宜的溶解度，要求k在1～10范圍內(nèi)。與檢測器相匹配，例如用紫外檢測器時，不能選用對紫外光有吸收的溶劑。純度高，黏度小。常使用低黏度的甲醇、乙腈，可以降低柱壓，提高柱效。二、化學(xué)鍵合相的流動相對流動相的要求：33第三節(jié)高效液相色譜法的固定相和流動相及其選擇

流動相對分離的影響：溶劑的配比影響流動相的洗脫能力，改變保留時間；溶劑種類影響流動相的選擇性，改變分離效果。正相色譜法：溶劑的極性越強(qiáng)，洗脫能力越強(qiáng)。反相色譜法：溶劑的極性強(qiáng)，洗脫能力弱。

34第三節(jié)高效液相色譜法的固定相和流動相及其選擇例如：水的極性大于甲醇，所以在反相色譜法中，甲醇的洗脫能力比水強(qiáng)，增大甲醇的比例，流動相的洗脫能力增強(qiáng)，k與tR減小。35第三節(jié)高效液相色譜法的固定相和流動相及其選擇由于不同種類的溶劑，分子間的作用力不同，有可能使被分離的兩個組分的分配系數(shù)不等，所以應(yīng)采用選擇性具有顯著差異的溶劑配制流動相，從而獲得理想的分離。36第三節(jié)高效液相色譜法的固定相和流動相及其選擇反相鍵合相色譜法常選用甲醇、乙腈和四氫呋喃為極性調(diào)節(jié)劑，水為底劑（洗脫強(qiáng)度較弱的溶劑）。一般情況下，甲醇-水能滿足多數(shù)樣品的分離要求，黏度小且價格低，因而是反相鍵合相色譜法中最常用的流動相。37第三節(jié)高效液相色譜法的固定相和流動相及其選擇正相鍵合相色譜法常選用乙醚、氯仿和二氯甲烷為極性調(diào)節(jié)劑，正己烷為底劑。

38課堂活動

在反相色譜中，如果某組分保留時間較短，且與相鄰物質(zhì)沒能達(dá)到完全分離，您將如何處理？第三節(jié)高效液相色譜法的固定相和流動相及其選擇39點(diǎn)滴積累常用的反相固定相：C18，正相固定相：硅膠與氨基鍵合、氰基鍵合。反相鍵合相色譜法中常選用的流動相甲醇—水，正相鍵合相色譜法中常選用乙醚、三氯甲烷和二氯甲烷為極性調(diào)節(jié)劑，正己烷為溶劑。

第三節(jié)高效液相色譜法的固定相和流動相及其選擇40第四節(jié)分離條件的選擇第四節(jié)分離條件的選擇一、高效液相色譜中的速率理論GC中的速率理論方程式：HPLC中的速率理論方程式：

H=A+Cmu+Csmu

41第四節(jié)分離條件的選擇渦流擴(kuò)散項(A)

A=2λdp

減少固定相顆粒的直徑（dp）；采用球形、粒度均勻的固定相，用勻漿法裝柱，以減小填充因子λ（同GC）。42第四節(jié)分離條件的選擇縱向擴(kuò)散項(B/u)該項可忽略

B=2rDm

溶質(zhì)在流動相中的擴(kuò)散系數(shù)（Dm）很小，室溫操作，且u大于u最佳。傳質(zhì)阻力項（Cu）

固定相傳質(zhì)阻力：CS可以忽略，因df（固定液膜厚度）極小。43第四節(jié)分離條件的選擇流動相傳質(zhì)阻力：

Cm與固定相顆粒粒度（dp

）及組分分子在流動相中的擴(kuò)散系數(shù)

Dm有關(guān)。Dp越小，Cm越??；Dm越大，Cm越小。要求：dp小，Dm大。靜態(tài)流動相傳質(zhì)阻力：由部分流動相在固定相微孔內(nèi)的滯留而產(chǎn)生。靜態(tài)流動相傳質(zhì)阻抗系數(shù)Csm

Csm∝dp2，Csm∝1/Dm，Dm∝T/η

要求:固定相粒度（dp2）、流動相黏度（η）都小。44第四節(jié)分離條件的選擇HPLC中的速率理論可表示為：

H=A+Cmu+Csmu

原因：HPLC中流動相為液體，固定相為化學(xué)鍵合相。結(jié)果：HPLC的實驗條件應(yīng)該是：①小而均勻的球形化學(xué)鍵合相；②低粘度的流動相，流速不宜過快；③適當(dāng)?shù)牧魉?。分析型一般流量?ml/min左右。④柱溫適當(dāng)。

45第四節(jié)分離條件的選擇課堂活動請回答速率理論方程式在HPLC中與在GC中有何異同？如何選擇HPLC的實驗條件？

46第四節(jié)分離條件的選擇二、正相鍵合相色譜法的分離條件固定相極性鍵合相如氰基、氨基鍵合相等流動相烷烴加適量極性調(diào)節(jié)劑（正己烷-甲醇）47第四節(jié)分離條件的選擇三、反相鍵合相色譜法的分離條件固定相非極性鍵合相如C18流動相以水為基礎(chǔ)溶劑，加入甲醇、乙腈等極性調(diào)節(jié)劑。48第四節(jié)分離條件的選擇點(diǎn)滴積累高效液相色譜法中影響柱效主要因素為渦流擴(kuò)散項和傳質(zhì)阻抗項。由于液體黏度比載氣大得多，而且柱溫多為室溫，其縱向擴(kuò)散項很小，可忽略不計。范氏方程簡化為H=A+CμHPLC的理論塔板高度H與流動相的流速（u）成正比，為了獲得較高的柱效，流速不宜快，一般流量為1ml/min。一般情況下，甲醇-水系統(tǒng)已能滿足多數(shù)樣品的分離要求，乙腈-水系統(tǒng)要優(yōu)于甲醇-水系統(tǒng)。

49第五節(jié)高效液相色譜儀第五節(jié)高效液相色譜儀輸液系統(tǒng)進(jìn)樣系統(tǒng)分離系統(tǒng)檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)記錄處理系統(tǒng)組成：50進(jìn)樣口檢測器色譜圖色譜柱溶劑高壓泵混合器高效固定相在線檢測高靈敏檢測器高效液相色譜儀示意圖第五節(jié)高效液相色譜儀51輸液泵應(yīng)具備的性能：流量精度高且穩(wěn)定流量范圍寬且可調(diào)能在高壓下連續(xù)工作液缸容積小密封性能好，耐腐蝕第五節(jié)高效液相色譜儀一、輸液系統(tǒng)（高壓輸液泵）52第五節(jié)高效液相色譜儀高壓輸液泵：恒流泵：在輸送流動相過程中流量恒定，常用柱塞往復(fù)泵。雙泵：為了克服流量的脈動，常用串聯(lián)式。53

柱塞往復(fù)泵結(jié)構(gòu)示意圖1.轉(zhuǎn)動凸輪2.柱塞3.密封墊4.液缸5.入口單向閥6.出口單向閥7.流動相入口8.流動相出口第五節(jié)高效液相色譜儀54泵1泵2阻尼器單向閥串聯(lián)式柱塞往復(fù)泵示意圖第五節(jié)高效液相色譜儀55等強(qiáng)度洗脫在同一分析周期內(nèi)流動相的組成保持恒定，適合于組分?jǐn)?shù)目少，性質(zhì)差別小的試樣。

梯度洗脫在一個分析周期內(nèi)，程序控制改變流動相的組成，如溶劑的極性、離子強(qiáng)度、pH值等。分析組分?jǐn)?shù)目多、性質(zhì)差別大的復(fù)雜試樣。

洗脫方式：第五節(jié)高效液相色譜儀56第五節(jié)高效液相色譜儀進(jìn)樣器進(jìn)樣閥（六通閥），常用帶有定量管的六通閥自動進(jìn)樣裝置二、進(jìn)樣系統(tǒng)57充樣位置（load)進(jìn)樣位置(inject)來自泵至色譜柱

來自泵至色譜柱廢液廢液六通閥進(jìn)樣示意圖第五節(jié)高效液相色譜儀58色譜柱（column）由柱管和固定相組成可重復(fù)使用實驗結(jié)束，要用經(jīng)過濾和脫氣的適當(dāng)溶劑沖洗色譜系統(tǒng)

三、分離系統(tǒng)第五節(jié)高效液相色譜儀59第五節(jié)高效液相色譜儀對檢測器（detector）的要求：靈敏度（sensitivity）高（檢測限低）噪音（noise）低線性范圍（linearrange）寬重復(fù)性（repeatability）好適用范圍廣（通用型、專屬型）

四、檢測系統(tǒng)60第五節(jié)高效液相色譜儀檢測原理：朗伯-比爾定律：A=ECl特點(diǎn)：紫外檢測器的靈敏度、精密度及線性范圍好，不易受溫度和流速