色谱分析 超临界流体色谱法

超临界流体色谱法SupercricalFluidChromatography SFC 超临界流体的定义 纯净物质根据温度和压力的不同 呈现出液体 气体 固体等状态变化 如果提高温度和压力 来观察状态的变化发现 如果达到特定的温度 压力 会出现液体与气体界面消失的现象 该点被称为临界点 在临界点附近 会出现流体的密度 粘度 溶解度 热容量 介电常数等所有流体的物性发生急剧变化的现象 当物质所处的温度高于临界温度 压力大于临界压力时 该物质处于超临界状态 温度及压力均处于临界点以上的液体叫超临界流体 supercriticalfluid 简称SCF 例如 当水的温度和压强升高到临界点 t 374 3 p 22 05MPa 以上时 就处于一种既不同于气态 也不同于液态和固态的新的流体态 超临界态 该状态的水即称之为超临界水 超临界流体色谱法 超临界流体色谱 supercricalfluidchromatography SFC 是以超临界流体作为流动相的色谱方法 是20世纪80年代以来发展迅速的一个色谱分支 所谓超临界流体 是指在高于临界压力和临界温度时的一种物质状态 它既不是气体 也不是液体 但它兼有气体的低粘度 液体的高密度以及介于气 液之间较高的扩散系数等特性 从理论上说SFC既可以分析GC法难以处理的高沸点 不挥发性样品 又有比HPLC法更高的柱效和更短的分离时间 且可使用二者常用的检测器 也可与MS FT IR光谱仪等在线联接 因而可以方便地进行定性 定量分析 在中药药物分析领域已有愈来愈多的应用 一 超临界流体色谱的特点与原理principleandcharacterofsupercriticalfluidchromatography 1 超临界流体的特性 对于某些纯物质来说 具有三相点和临界点 如图所示 从图中可以看出 物质在三相点 气 液 固三态处于平衡状态 当处于临界温度和临界压力以上时 则不论施加多大压力 气体也不会液化 此时即非气体 也非液体 而是以超临界流体形式存在 超临界流体对于分离具有极其有用的物理性质 这些性质恰好介于气体和液体之间 下表对气体 液体 和超临界流体的有关物理性质进行了比较 表气体 液体 超临界流体物理性质的比较 2 原理 SFC的流动相 超临界流体 CO2 N2O NH3SFC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 压力效应 SFC的柱压降大 比毛细管色谱大30倍 对分离有影响 柱前端与柱尾端分配系数相差很大 产生压力效应 超临界流体的密度受压力的影响在临界压力处最大 超过该点 影响小 超过临界压力20 柱压降对分离的影响小 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 密度的增加 能提高溶剂效率 淋洗时间缩短 CO2流动相 当压力改变 7 0 9 0 106Pa 则 C16H34的保留时间25min 5min 程序升压 HPLC与SFC比较 与GC法和HPLC法比较 因超临界流体的粘度接近于气相色谱的流动相 对溶质的传质阻力小 可以使用更高的流速洗脱 因此SFC的分离速度快于HPLC而与GC相当 超临界流体的扩散率介于GC和LC之间 因而峰展宽小于在气体中 SFC中的流动相不是惰性的传输介质 这不同于GC而与LC一样 溶质与流动相间有相互作用 利用此点可调控选择因子 在一定压力下 超临界流体溶解的分子的分压比在气体中高几个数量级 这就可以实现对大分子 热不稳定性化合物 高聚物等的有效分离 二 超临界流体色谱仪的结构与流程instrumentstructureandthegeneralprocessofSFC 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 色谱柱 填充柱填充柱与HPLC柱相似 基于分配平衡实现分离 柱长可达25cm 分离柱内径0 5 4 6mm 使用粒径为3 10 m的填料填充 如硅胶 NH2 CN及C18 C8等化学键合相均可用于SFC 其中以极性填料的分离效果更好 SFC在手性化合物的分离上效果优于HPLC 在实际操作中 往往会因压力变化而产生较大的柱压降 使柱入 出口处的保留时间有很大差异 所以一般采用高于超临界压力20 左右的压力以减小影响 在填料的选择上也要注意与所分析的样品相适应 如分析极性或碱性化合物时 填料覆盖度小 会产生不对称峰 若使用 封端 填料则会得到改善 填充柱在重现性 载样量等方面要优于毛细管柱 操作简便 也有用微填充柱的 将3 10 m的填料填充到内径几个毫米或更小的毛细管柱中 毛细管柱较长用的填充毛细管柱内径 0 5mm 柱长为10 30m 开管毛细管柱主要是内径为50 100 m化学交连的各种硅氧烷柱或其它类型的交连柱 SFC色谱柱必须借助柱箱以实现精确的温度控制 范围可以从室温至450 C 同时配低温控制系统 可在 50 以下工作 主要部件 3 流动相SFC的流动相 超临界流体 CO2 N2O NH3CO2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 使用气相色谱检测器 以FID为多用 应用时可将色谱柱的流出物分流 部分流出物通过限流器变为气态进入检测器 若用FID检测时 流动相中不能加入改进剂 否则改进剂本身将给出信号干扰测定 FID对小分子量化合物可得到很好的结果 对分子量大的化合物常得不到单峰 而是一簇峰 如把检测器加热可使分子量大于2000的化合物获得满意的分离 在SFC中也可以使用氮磷检测器 NPD 火焰光度检测器 FPD 等 使用液相色谱检测器 在进入检测器之前应将超临界状态转为液态 可增加检测的灵敏度 使谱带变窄 而且可以在室温下操作 UVD是用改性剂流动相的填充柱SFC的最常用的检测方法 要求检测器必须耐高压 如使用毛细管柱 UVD的流通池可由一段熔融石英毛细管构成 内容积在200nl左右 这样不会影响柱效 荧光检测器 FD 也可以如此应用 对于填充柱 蒸发光散射检测器也是一种常用的通用检测器 三 超临界流体色谱的流动相和改性剂 一 流动相SFC的流动相为超临界流体 超临界流体的主要特点是在不同压力下对各种样品有不同的溶解能力 其溶解度随超临界流体密度的增加而增加 当两组分的溶解度常数越接近时 其互溶性就越好 有人研究认为 几种常用的超临界流体的溶解能力在相同的压力条件下顺序是乙烷 二氧化碳 氧化亚氮 三氟甲烷 在相同条件下其分离能力是 二氧化碳 氧化亚氮 三氟甲烷 乙烷 对于SFC流动相的选择应综合考虑 除溶解性能外 还要与检测器相适应 CO2是最常用的流动相 其临界温度低 压力适中 容易操作 相对便宜 无毒无嗅 安全性好 且在190nm以上无紫外吸收 二 改性剂在SFC中 弱极性或非极性超临界流体流动相如CO2 对于一些极性化合物的溶解能力较差 为了加强其对极性溶质的溶解和洗脱能力 常常向其中加入一定比例的极性溶剂称为改性剂 加入的量一般为1 5 以甲醇最常用 其次是其他脂肪醇 表中列出了部分适于二氧化碳的改性剂及应用特性 表常用CO2改性剂 在分离酸性或碱性化合物时 也可以向CO2流动相中加入酸或碱 使其峰形变锐 1 聚苯醚低聚物的分析色谱柱 10m 63 mi 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 四 应用与示例超临界流体色谱法已被广泛应用于天然物 药物 表面活性剂 高聚物 农药 炸药 火箭推进剂等物质的分离与分析