高效液相色谱法中文

高效液相色谱法中文第十八章高效液相色谱法（highperformanceliquidchromatography;HPLC）18.1

概论一、定义以液体为流动相的色谱法称之为液相色谱法第2页,共77页，2024年2月25日，星期天

采用普通规格的固定相及流动相，常压输送的液相色谱法为经典液相色谱法。以经典液相色谱法为基础，引入了气相色谱的理论与实验方法，流动相改为高压输送，采用高效固定相及在线检测手段，发展而成的分离分析方法叫高效液相色谱法。该法具有分离效能高，分析速度快及仪器化等特点，因此称之为高效液相色谱法。第3页,共77页，2024年2月25日，星期天HPLC①能制成溶液的样品②80％的有机化合物③分子量大的高分子化合物及离子型都能测定二、高效液相色谱法与气相色谱法应用范围对比GC①能汽化的样品②20％的有机化合物③挥发性差和热不稳定的样品不能测第4页,共77页，2024年2月25日，星期天三、高效液相色谱法与经典液相色谱法区别第5页,共77页，2024年2月25日，星期天一、HPLC的主要类型18.2高效液相色谱法的主要类型与原理第6页,共77页，2024年2月25日，星期天

以化学键合相为固定相的色谱法称之为化学键合相色谱法，简称键合相色谱法。（bondedphasechromatography，BPC）

二、化学键合相色谱法第7页,共77页，2024年2月25日，星期天

根据化学键合相与流动相极性的相对强弱，键合相色谱法可分为正相(normalphase;NP)和反相(reversedphase;RP)键合相色谱法。第8页,共77页，2024年2月25日，星期天（一）正相键合相色谱法

固定相的极性大于流动相的极性。

固定相－氨丙基、氰丙基

流动相－以正己烷为底剂，加入极性调节剂。第9页,共77页，2024年2月25日，星期天

氰基键合相：

其分离选择性与硅胶相似，但极性小于硅胶，所以，流动相和其他色谱条件都相同的条件下，同一组分的保留时间将小于硅胶。许多用硅胶柱分离的课题，可用氰基键合相柱完成。

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氨基键合相:与硅胶的性质有较大差异，前者为碱性，后者为酸性。在做正相洗脱时，表现出不同的选择性。氨基键合相色谱柱是分析糖类最主要的色谱柱，也称为碳水化合物柱。

第11页,共77页，2024年2月25日，星期天1.分离机制主要是范德华作用力，诱导作用力或氢键作用力。例如：用氨基键合相分离极性化合物（如糖类）时，主要根据被分离组分分子与键合相的氢键作用力的强弱差别而分离的。第12页,共77页，2024年2月25日，星期天2.流动相的极性与保留因子的关系极性强的组分的保留因子k大，后洗脱出柱。流动相的极性增强，洗脱能力增加，使组分k减小，tR

减小；反之，k增大，tR增大。第13页,共77页，2024年2月25日，星期天

固定相——十八烷基硅烷（C18）、辛烷基（C8）等化学键合相，有时也用弱极性或中等极性的键合相为固定相。流动相——以水作为基础溶剂再加入一定量与水混溶的极性调整剂，常用甲醇－水、乙腈－水等。（一）反相键合相色谱法固定相的极性比流动相的极性弱。第14页,共77页，2024年2月25日，星期天2.流动相的极性与保留因子的关系极性强的组分的保留因子k小，先洗脱出柱。流动相的极性增强，洗脱能力减弱，使组分k增大，tR

增大；反之，k减小，tR减小。第15页,共77页，2024年2月25日，星期天（三）离子对色谱法（pairedionchromatography,PIC或ionpairchromatography,IPC）正相离子对色谱法和反相离子对色谱法第16页,共77页，2024年2月25日，星期天反相离子对色谱法(RP-ionpairchromatography)

是把离子对试剂加入到含水流动相中，被分析的组分离子在流动相中与离子对试剂的反离子（或称对离子，counterion）生成不荷电的中性离子对，从而增加溶质与非极性固定相的作用，使分配系数增加，改善分离效果。用于分离可离子化或离子型的化合物。第17页,共77页，2024年2月25日，星期天1.分离机制以RPIC分离碱类物质为例，用离子对模式说明分离机制。

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RPIC的出柱顺序与RHPLC一致。

RPIC是在药物分析中应用很广，如生物碱、有机酸、磺胺类药物，某些抗生素和维生素等。第19页,共77页，2024年2月25日，星期天（四）离子抑制色谱法（ionsuppressionchromatography,ISC）在反相色谱法中，通过调节流动相的pH值，抑制样品组分的解离，增加它在固定相中的溶解度，以达到分离有机弱酸、弱碱的目的，这种技术称为离子抑制色谱法。第20页,共77页，2024年2月25日，星期天1.适用范围

3.0≤pKa≤7.0的弱酸

7.0≤pKa≤8.0的弱碱2.影响保留因子的因素除与反相色谱法有相同的影响因素外，主要还受流动相的pH值的影响。第21页,共77页，2024年2月25日，星期天

对于弱酸，当流动相的pH＜pKa时，组分以分子形式为主，k值增大，tR增大；

pH＞pKa，组分以离子形式为主，k值变小，tR减小

对于弱碱，情况相反第22页,共77页，2024年2月25日，星期天一、化学键合相色谱法的固定相

按照所键合基团的极性可将其分为非极性﹑弱极性和极性三类。

（一）键合相的种类

18.2HPLC的固定相流动相及其选择第23页,共77页，2024年2月25日，星期天1．非极性键合相如十八烷基（C18）﹑辛烷基（C8）﹑甲基（C1）与苯基等。十八烷基硅烷(octadecylsilane，ODS或C18)键合相是最常用的非极性键合相。它是由十八烷基硅烷试剂与硅胶表面的硅醇基经多步反应生成的键合相。非极性键合相通常用于反相色谱。第24页,共77页，2024年2月25日，星期天

非极性键和相的烷基链长对溶质的保留、选择性和载样量都有影响。长链烷基可使溶质的k增大，分离选择性改善，使载样量增加，长链烷基键合相的稳定性好。短链非极性键和相的分离速度较快，对于极性化合物可得到对称性较好的色谱峰。第25页,共77页，2024年2月25日，星期天

2．弱极性键合固定相

常见的有醚基和二羟基键合相。这种键合相可作为正相或反相色谱的固定相，视流动相的极性而定。这类固定相应用较少。第26页,共77页，2024年2月25日，星期天

3．极性键合相常用氨基﹑氰基键合相，是分别将氨丙硅烷基（≡Si(CH2)3NH2）及氰乙硅烷基(≡Si(CH2)2CN)键合在硅胶上制成。它们一般都用作正相色谱的固定相，但有时也用于反相色谱。第27页,共77页，2024年2月25日，星期天二、化学键合相色谱法的流动相HPLC对流动相的基本要求：①化学稳定性好，不与固定相发生化学反应。②对试样有适宜的溶解度。要求使k在1~10范围内，最好在2~5的范围内。③必须与检测器相适应。例如用紫外检测器时，只能选用截止波长小于检测波长的溶剂。④纯度要高，黏度要小。低黏度流动相如甲醇﹑乙睛等可以降低柱压，提高柱效。第28页,共77页，2024年2月25日，星期天

截止波长:用1cm光径的吸收池装溶剂，用空气为参比，改变照射波长，当吸光度A＝1

时，此时的波长称为该溶剂的截止波长。如：水190nm，甲醇205nm，乙腈190nm第29页,共77页，2024年2月25日，星期天(二)流动相对分离的影响n由固定相及色谱柱填充质量决定，α主要受溶剂种类的影响，k受溶剂配比的影响。第30页,共77页，2024年2月25日，星期天

因为不同种类的溶剂，分子间的作用力不同，有可能使被分离的两个组分的分配系数不等，即α≠1。改变流动相中各种溶剂的配比，能改变其洗脱能力，组分的k也改变。在正相色谱法中，增加流动相中强溶剂的比例，其洗脱能力增强，使k变小。第31页,共77页，2024年2月25日，星期天

流动相的极性可用Snyder提出的溶剂极性参数P′来表示。

Snyder选择了三种参考物质，乙醇（质子给予体），二氧六环（质子受体）和硝基甲烷（强偶极体）用来检验溶剂的质子接受能力（Xe），给予质子能力（Xd）和偶极作用力（Xn）。（三）溶剂的强度和选择性1．溶剂的极性和强度

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Snyder提出的溶剂极性参数是根据罗胥那德（Rohrschneider）的溶解度数据推导出来的，将罗氏提供的极性分配系数()以对数的形式表示。纯溶剂的极性参数(P')定义为：

P'值越大，则溶剂的极性越大，在正相色谱中的洗脱能力越强。第33页,共77页，2024年2月25日，星期天表20-1

常用溶剂的极性参数P'和选择性参数溶剂P'XeXdXn溶剂P'XeXdXn正戊烷0.0———乙醇4.30.520.190.29正己烷0.1———醋酸乙酯4.40.340.230.43苯2.70.230.320.45丙酮5.10.350.230.42乙醚2.80.530.130.34甲醇5.10.480.220.31二氯甲烷3.10.290.180.53乙腈5.80.310.270.42正丙醇4.00.530.210.26醋酸6.00.390.310.30四氢呋喃4.00.380.200.42水10.20.370.370.25氯仿4.10.250.410.33第34页,共77页，2024年2月25日，星期天反相键合相色谱法的溶剂强度常用

S表示常用溶剂的S值列于表20-2

在正、反相色谱法中，溶剂的洗脱能力大体相反。例如，在正相洗脱时，水的洗脱能力最强（P'最大，为10.2），而在反相洗脱时，水的洗脱能力最弱（S最小，为0）。第35页,共77页，2024年2月25日，星期天

表20-2反相色谱常用溶剂的强度因子（S）水甲醇乙腈丙酮二噁烷乙醇异丙醇四氢呋喃03.03.23.43.53.64.24.5第36页,共77页，2024年2月25日，星期天2．混合溶剂的强度

用于正相键合相色谱法的多元混合溶剂的强度，用极性参数来表示，其值为各组成溶剂极性参数的加权和：——纯溶剂i的极性参数

i——该溶剂在混合溶剂中的体积分数。

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反相色谱法的混合溶剂的强度因子用类似方法计算：第38页,共77页，2024年2月25日，星期天三、分离条件的选择(一)高效液相色谱法中的速率理论

1．涡流扩散

A=2λdp

为了降低涡流扩散的影响，HPLC中一般使用3~10μm的小颗粒固定相，目前有2μm以下的固定相。为了填充均匀，减小填充不规则因子，常采用球形固定相，而且要求粒度均匀（RSD＜5%）。此外，HPLC色谱柱以匀浆高压填充。第39页,共77页，2024年2月25日，星期天

2．纵向扩散

Dm

与流动相的黏度（η）成反比，与温度成正比。在HPLC中，流动相是液体，其黏度比气体黏度大得多（约102倍），而且常在室温下进行操作，因此组分在流动相中的扩散系数Dm比气相色谱的要小得多（为10

5倍左右）。而且HPLC的流速一般都在最佳流速以上，这时纵向扩散项很小，可以忽略。第40页,共77页，2024年2月25日，星期天

第41页,共77页，2024年2月25日，星期天（1）固定相传质阻抗通常采用化学键合相，它的“固定液”是键合在载体表面固定液官能团的单分子层，所以，固定液的传质阻抗可以忽略，于是

C=Cm+Csm3．传质阻抗

C=Cm+Csm+Cs第42页,共77页，2024年2月25日，星期天（2）流动相传质阻抗

在一个流路中处于流路中心的分子和处于流路边缘的分子与固定相的作用力不同，迁移速率不同，处于流路边缘的分子与固定相的作用力大于处于流路中心的分子，迁移速率相对慢于处于流路中心的分子，因而使峰变宽。第43页,共77页，2024年2月25日，星期天（3）静态流动相传质阻抗由于固定相是多孔性的，使部分流动相滞留在固定相微孔内部。静态流动相传质阻抗是分子进入处于固定相较深孔穴内的静止流动相中，而晚回到流动相而引起峰展宽。

于是HPLC中的VanDeemter

方程式为：

H=A+Cmu+Csmu第44页,共77页，2024年2月25日，星期天（二）键合相色谱法的分离条件1.固定相的选择（1）正相键合相色谱法一般以极性键合相为固定相如氰基、氨基键合相

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氨基键合相具有较强的氢键结合能力，对某些基团化合物如甾体，强心苷等有较好的分离能力。氨基键合相上的氨基能与糖类分子中的羟基产生选择性相互作用，所以广泛用于糖类的分析。

氰基键合相对双键异构体或含双键数不等的环状化合物的分离有较好的选择性；第46页,共77页，2024年2月25日，星期天（2）反相键合相色谱法

在反相键合相色谱、反相离子抑制色谱及反相离子对色谱中，常选用非极性键合相，非极性键合相可用于分离分子型化合物，也可用于分离离子型或可离子化的化合物。

ODS是应用最广泛的非极性固定相。对于各种类型的化合物都有很强的适应能力。短链烷基键合相能用于极性化合物的分离，苯基键合相适用于分离芳香化合物以及多羟基化合物如黄酮苷类等。第47页,共77页，2024年2月25日，星期天2.流动相的选择

(1)正相色谱法以正己烷为底剂，加入极性调节剂

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例如，正己烷与异丙醚(Ⅰ)组成的二元流动相，通过调节极性调节剂异丙醚的浓度来改变溶剂强度Pˊ，使样品组分的k值在1-10范围内。若溶剂的选择性不好，可以改用其它组别的强溶剂如氯仿（Ⅷ）或二氯甲烷（Ⅴ），与正己烷组成具有相似Pˊ值的二元流动相，若仍难以达到所需的分离选择性，还可以使用三元或四元溶剂体系。第49页,共77页，2024年2月25日，星期天（2）反相色谱法以极性最强的水为基础溶剂，加入甲醇、乙腈等极性调节剂。极性调节剂的性质以及其与水的混合比例对溶质的保留值和分离选择性有显著影响。

但乙腈的溶剂强度高且粘度小，并可满足在紫外185-205nm处检测的要求，因此，综合来看，乙腈－水系统要优于甲醇－水系统。第50页,共77页，2024年2月25日，星期天（3）反相离子抑制色谱在反相键合相色谱法中加入少量的弱酸（常用HAc）、弱碱（氨水）或缓冲盐（磷酸盐及醋酸盐），调节流动相的pH值，以抑制组分分子的自身解离，并改善峰形。在进行离子抑制色谱时，流动相的pH需在2-8之间，超出此范围可能损坏键合相。第51页,共77页，2024年2月25日，星期天

在反相离子对色谱法中，影响试样组分的保留值和分离选择性的主要因素有离子对试剂的性质和浓度、流动相的pH以及流动相中所含有机溶剂的种类和比例等。（4）反相离子对色谱法第52页,共77页，2024年2月25日，星期天

（1）离子对试剂的选择离子对试剂所带的电荷应与试样离子的电荷相反。分析酸类或带负电荷的物质时，常用季铵盐作离子对试剂；分析碱类或带正电荷的物质时，常用烷基磺酸盐（或硫酸盐）作离子对试剂。离子对试剂的浓度一般在3~10mmol/L。第53页,共77页，2024年2月25日，星期天（2）流动相pH的选择：

由于离子对的生成依赖于试样组分的解离程度，当试样组分与离子对试剂全部离子化时，最有利于离子对的形成，组分的

k值最大。因此，调节pH可在较大范围内改变弱酸或弱碱试样的保留值和分离选择性。流动相在pH2-8范围内。第54页,共77页，2024年2月25日，星期天（3）有机溶剂及其浓度的选择

在反相离子对色谱法中，甲醇－水或乙腈－水系统是常用的流动相，流动相中所含有机溶剂的比例越高，组分的k值越小。一般来说，样品组分的疏水性及离子对试剂的疏水性越强，所需有机溶剂的比例越高。第55页,共77页，2024年2月25日，星期天(三)洗脱方法1.等度洗脱（isocraticelution）等度洗脱是在同一分析周期内流动相组成保持恒定。

适用于组分数目较少、性质差别不大的试样分离。第56页,共77页，2024年2月25日，星期天

梯度洗脱是在一个分析周期内程序控制改变流动相的组成，如溶剂的极性、离子强度和pH值等。分析组分数目多、性质相差较大的复杂试样时须采用梯度洗脱技术，使所有组分都在适宜条件下获得分离。2.梯度洗脱（gradientelution）

梯度洗脱能缩短分析时间，提高分离度，改善峰形，提高检测灵敏度；但是可能引起基线漂移和重现性降低。第57页,共77页，2024年2月25日，星期天18.3高效液相色谱仪HPLC装置输液系统分离系统检测系统数据处理系统进样系统第58页,共77页，2024年2月25日，星期天高效液相色谱仪示意图第59页,共77页，2024年2月25日，星期天一、输液系统(一)高压输液泵送液

输液泵应具备如下性能：①流量精度高且稳定，其RSD应小于0.5%，这对定性定量准确性至关重要；②流量范围宽，分析型应在0.1~10ml/min范围内连续可调，制备型应能达到100ml/min；③能在高压下连续工作；④液缸容积小；⑤密封性能好，耐腐蚀。第60页,共77页，2024年2月25日，星期天プランジャー型のポンプで送液の模式図第61页,共77页，2024年2月25日，星期天（二）梯度洗脱装置

实现梯度洗脱的装置，即高压梯度和低压梯度。高压二元梯度装置是由两台高压输液泵分别将两种溶剂送入混合室，混合后送入色谱柱，程序控制每台泵的输出量就能获得各种形式的梯度曲线。低压梯度装置是在常压下通过一比例阀先将各种溶剂按程序混合，然后再用一台高压输液泵送入色谱柱。第62页,共77页，2024年2月25日，星期天

梯度洗脱装置第63页,共77页，2024年2月25日，星期天二、分离和进样系统（一）进样器进样阀和自动进样装置两种一般高效液相色谱分析常用六通进样阀，大数量试样的常规分析往往需要自动进样装置。第64页,共77页，2024年2月25日，星期天六通阀进样装置第65页,共77页，2024年2月25日，星期天（二）色谱柱

1.色谱柱的构造按主要用途分为分析型和制备型，常规分析柱内径2~5mm，柱长10~30cm；窄径柱(narrowborecolumn)内径1~2mm，柱长10~20cm；毛细管柱内径0.2~0.5mm。实验室制备柱内径20~40mm，柱长10~30cm，生产用的制备型色谱柱内径可达几十厘米。第66页,共77页，2024年2月25日，星期天2．色谱柱的性能评价

无论自己填装的色谱柱还是购买的商品柱，使用前都要对其性能进行考察，使用期间或放置一段时间后也要重新检查。柱性能指标包括在一定实验条件（试样、流动相、流速、温度）下的柱压、塔板高度H和板数n、对称因子fs、保留因子k和分离因子α的重复性或分离度R。第67页,共77页，2024年2月25日，星期天色谱柱性能考察常用的试样和流动相介绍如下：(1)硅胶柱：苯、萘和联苯为试样；无水己烷或庚烷为流动相。(2)烃基键合相柱：尿嘧啶(k=0)、硝基苯、萘和芴为试样；甲醇－水(85:15)或乙腈－水(60:40)为流动相；或者用苯、萘和苯磺酸钠(k=0)为试