仪器分析 课件 第08章 超临界色谱及色谱新方法

*第八章

超临界流体色谱及其它8.1.1

超临界流体色谱的特点与原理8.1.2超临界流体色谱仪的结构流程8.1.3超临界流体色谱的应用第一节

超临界色谱SupercriticalfluidchromatographandothersSupercriticalfluidchromatograph,SFC*8.1.1

超临界流体色谱的特点与原理1.概述

超临界流体：在高于临界压力与临界温度时，物质的一种状态。性质介于液体和气体之间。超临界流体色谱(SFC)，20世纪80年代快速发展，具有液相、气相色谱不具有的优点。（1）可处理高沸点、不挥发试样；（2）比LC有更高的柱效和分离效率。*2.超临界流体性质（1）性质介于液体和气体之间，具有气体的低黏度、液体的高密度，扩散系数位于两者之间。*HPLC与SFC

的H-u关系曲线比较*2.超临界流体性质（2）可通过改变超临界流体的密度（程序改变）调节组分分离（类似于气相色谱的程序升温，液相色谱中的梯度淋洗）。

超临界流体的密度与压力有关。在SFC中压力变化对容量因子产生显著影响，超流体的密度随压力增加而增加，密度增加提高溶剂效率，淋洗时间缩短。

CO2流动相，当压力改变：7.0×106→9.0×106Pa，C16H34的保留时间由25min→5min。*程

序

升

压

程序升压对SFC分离改善的效应图实验条件：柱：DB-1；流动相：CO2；温度：90ºC；检测器：FID样品：1-胆甾辛酸酯2-胆甾辛癸酸酯3-胆甾辛月桂酸酯4-胆甾十四酸酯5-胆甾十六酸酯6-胆甾十八酸酯*3.原理

SFC的流动相：超临界流体（CO2、N2O、NH3）。

SFC的固定相：固体吸附剂(硅胶)或键合到载体(或毛细管壁)上的高聚物，可使用液相色谱的柱填料。填充柱SFC和毛细管柱SFC。

分离机理：吸附与脱附。组分在两相间的分配系数不同而被分离。通过调节流动相的压力(调节流动相的密度)，调整组分保留值。*8.1.2

超临界流体色谱仪的结构与流程1.结构流程

*2.主要部件（1）SFC的高压泵

无脉冲的注射泵，通过电子压力传感器和流量检测器，计算机控制流动相的密度和流量。

（2）SFC的色谱柱和固定相

可以采用液相色谱柱和交联毛细管柱；

SFC的固定相：固体吸附剂（硅胶）或键合到载体（或毛细管壁）上的高聚物。专用的毛细管柱SFC。*主要部件（3）流动相

SFC的流动相：超临界流体，如CO2、N2O、NH3

CO2应用最广泛；无色、无味、无毒、易得、对各类有机物溶解性好，在紫外光区无吸收。缺点：极性太弱。加少量甲醇等改性。（4）检测器

可采用液相色谱检测器，也可采用气相色谱的FID检测器。*压力效应：在SFC中压力变化对容量因子产生显著影响，超流体的密度随压力增加而增加，密度增加提高溶剂效率，淋洗时间缩短。

CO2流动相，当压力改变：7.0×106→9.0×106Pa，C16H34的保留时间由25min→5min。

SFC柱压降大(比毛细管色谱大30倍)，柱前端与柱尾端分配系数相差很大；超临界流体的密度在临界压力处最大，超过该点，影响小，超过临界压力20%，柱压降对分离的影响小。*8.1.3

超临界流体色谱的应用1.聚苯醚低聚物的分析分析条件：色谱柱：10m×63μmi.d.

毛细管柱；固定相：键合二甲基聚硅氧烷；流动相：CO2；柱温：120

C；程序升压。*2.低聚乙烯的SFC分析*3.甘油三酸酯的分析四种组分仅双键数目和位置不同，难分离。分析条件：色谱柱：DB-225SFC毛细管柱；流动相：CO2

。

从15MPa程序升压到27MPa，2.5h完全分离。*内容选择结束8.1超临界流体色谱

8.2激光色谱

8.3

场流分离*第八章

超临界流体色谱及其它8.2.1

激光色谱的基本原理8.2.2激光色谱的特点8.2.3激光色谱的应用前景与发展第二节

激光色谱SupercriticalfluidchromatographandothersLaserchromatograph*概述

激光色谱（opticalchromatography）是板今太郎于1995年首次提出的利用激光作为推动力的一类新型的色谱分离技术。分析化学领域的又一个前沿课题。为人们提供了一个用于研究微米区域内（甚至更小）粒子的物理、化学及生物特性的全新方法。对化学、分子生物学和生物医学工程等领域产生影响。*8.2.1

激光色谱的基本原理1.光捕集

OpticalTrapTechnique；Ashkin

1970年

通过光学系统将一束特定波长的激光聚焦于溶液中，由于溶液中粒子的折光指数大于溶剂的折光指数，所以粒子在激光的辐射压力作用下被聚焦，相当于粒子被捕集一样(在物理上将这种现象称为激光致冷)。为光色谱的诞生奠定了基础将待分离组分（或粒子）按几何尺寸的大小分离的技术。*2.激光分离原理

粒子受流动相的推动力f推和激光束的辐射压力f辐共同作用。粒子受辐射压力的作用聚焦在激光束的中心线上。

f辐>f推时，粒子运动方向发生反转并获得一定的加速度，并受流动相的阻力而逐渐减速，当f辐=f推时，离子在该处停留。大粒子受到的辐射压力大，离激光光源位置远，从而实现分离。

*8.2.2

激光色谱的特点1．进样简单2．优化分离条件容易

改变激光束的聚焦条件可以控制粒子的分离效果。光色谱可以控制测定时间。3．不需要用标准物质对照定性

知道分析物粒子的尺寸大小和折光指数，就可以通过计算来确定粒子的位置而定性。4．可以随时检测

检测效率100%。

*5．可同时实现分离和富集

改变激光器的输出功率就可以将粒子按几何尺寸大小收集。6．可以更有效地分离单个“粒子”或“大分子”

如生物细胞和生物大分子。7．只要中断激光束就可以恢复样品的初始浓度8．可以进行“原位”反应或性质研究

粒子位置确定，并可根据需要确定停留时间，可方便地对离子进行化学反应或其他研究。9．色谱柱的尺寸可以减小至微米级

为微米区域内的化学或分子生物研究提供了场所。

*8.2.3

激光色谱的应用前景与发展对聚合物微球、生物细胞、生物大分子(如蛋白质、肽、DNA、RNA的细粒体)进行分离研究。从理论上讲，可以检测到一个蛋白质分子，这是其他分析方法所不具备的突出特点。发展方向：1．完善光色谱理论：分离数学模型，影响分离因素。2．研制高灵敏度的检测器：提高检测技术。3．研制性能优良、自动化程度高的光色谱仪器。4．进行深入的应用研究：生物大分子的微区研究。揭示生物大分子的反应机理等。

*内容选择结束8.1超临界流体色谱8.2激光色谱

8.3

场流分离*第八章

超临界流体色谱及其它8.3.1

场流分离的基本原理8.3.2

场流分离仪器8.3.3沉降场流分离8.3.4热场流分离8.3.5流体场流分离第三节

场流分离SupercriticalfluidchromatographandothersFieldflowfractionation；FFF*

8.3.1

场流分离的基本原理

1.

概述

场流分离（FFF）是一种混合物的流动分离技术，但不是严格意义上的色谱分离。通过在外部施加力场的作用下，利用溶质在流经一个空的柱槽时根据溶质在物理性质方面的差异如质量、体积、扩散系数、电荷等，使溶质分布在流动相中的不同区域实现分离的技术。所施加的力场可以是电场、磁场、热梯度、重力场等各种形式，外力场的作用力方向与流动方向垂直。*2.基本原理*停留时间与弛豫过程

当试样进入柱槽时，载液将被中断一段时间，称为停留时间，以使溶质有足够时间在分离场和扩散力的作用下在柱槽的富集板附近形成平衡层，这一过程被称作弛豫过程。

在弛豫过程，溶质在横向分离场产生的驱动力F作用下向液槽聚集壁移动，移动速率u可用下式表示：

f为摩擦系数；R为摩尔气体常数；T为温度；D为扩散系数。

*

当组分在壁上的聚集与扩散平衡后，形成平行于槽壁的、分离的、窄的颗粒层，每一层具有指数浓度分布，越靠近槽壁浓度越高，浓度分布层厚度（l）分布可表示为：

层厚度l与槽厚度w的比为：

为了使λ尽可能小，施加的力场必须尽可能大。*3.FFF中的保留比定义为保留比定义为：

Vr-液槽的空体积，V0-被分离组分的保留体积，t0为不保留溶质的出峰时间，tr为保留时间。

理论保留值可由下式计算：

对充分保留的组分（λ<0.1）,上式可简化为极限形式：

受扩散控制的FFF过程的保留时间计算通式为：

*4.场流分离类型

依据样品的分子量或粒子直径范围不同分为正常型和位阻型两类：

（1）正常型

直径小于1

m的溶质或粒子的分离是按正常型分离的。正常型分离的洗脱顺序与凝胶色谱相反，小分子先于大分子被洗脱。（２）位阻型

直径为1～100

m的粒子的分离行为不同于小粒子。直径大的粒子处于平均流速较快的区域故有较快的移动速度，先于小粒子流出，与正常型正好相反，而与凝胶色谱相同。*8.3.2

场流分离仪器

外力场类型：热FFF；沉降FFF。仪器的基本组件：FFF通道、场发生器和场梯度控制器、流体泵、检测器和记录仪。FFF通道：塑料或金属片上形成的带状通道，一般厚度为0.05～0.5mm，长100cm，宽2～3cm。通道的设计应允许场力线通过，因而不同体系需要采用不同材质的通道。*8.3.3

沉降场流分离

约1μm或更大的且有足够密度的颗粒可用沉降FFF分离技术，即在重力场的作用下获得分离。

载液的密度显著地影响到组分的保留，故对于精密的工作应准确地知道载液的密度，通过加入密度调节剂来调整载液密度，使各组分的保留值差增加。*应用

可用来筛分各种分散性乳液样品和表征聚甲基丙烯酸甲酯聚合样品，也可用于几种病毒的相对分子质量测定，聚合的血清白蛋白微球和几种油水乳浊液的分级。分子太小而不被沉降时，则无法使用沉降FFF