武汉大学分析化学其他分离分析方法学习教案

1、会计学1武汉大学武汉大学(w hn d xu)分析化学分析化学 其他分其他分离分析方法离分析方法第一页，共21页。 从热力学上看，超临界流体的密度是气体的1001000倍，和液体相近，具有和液体相似的溶解能力及与溶质的作用力。而从动力学上看，SFS的粘度比液体低，可以使用比液相色谱更大的线速度;扩散系数是液体的10-100倍，传质速率(sl)高，因而可以获得比HPLC有更高的柱效和更快的分析速度。 从理论上讲，SFC可分析不适用于GC高沸点、低挥发性样品和HPLC中缺少检测功能团的样品，约占色谱分离中25%的化合物。但1990s年代后期，SFC发展趋向低落。 超临界流体自身物理性质带来SFC方

2、法局限性，这是人们在SFC发展初期认识不足的。SFs兼具液体的溶剂化能力(nngl)和气体的低粘度、高扩散系数很难在同一条件下实现。第2页/共21页第二页，共21页。1.流动(lidng)相储罐;2.调节阀;3.干燥净化器;4.截流阀;5.高压泵;6.泵头冷却装置;7.热交换柱;8.进样阀;9.分流器;10.色谱柱;11.限流器;12.检测器(FID)。第3页/共21页第三页，共21页。 SFC可使用HPLC和GC中各种固定相。填充柱微粒填料主要是硅胶化学键合固定相，用填充柱分析极性样品时，大多需在流动相中添加(tin ji)极性改性剂。开管柱固定相主要是聚甲基硅氧烷苯基甲基聚硅氧烷、交联聚乙

3、二醇等。在手性分离中使用较多的是环糊精类固定相。第4页/共21页第四页，共21页。 SFC与GC分离操作条件不同，其操作压力较高，一般为70450 x105Pa； 和HPLC也不一样，其色谱柱工作温度较高，从常温到2500C。 流动相的压力和密度在每一温度下以同样方式影响(yngxing)保留值，甚至在类似GC区也一样，增加压力，k值降低。 而在较低温度下与HPLC的保留行为相似，k值随压力增加而降低。第5页/共21页第五页，共21页。 基于超临界流体密度、扩散系数、粘度等物理性质介于气体和液体之间，可以预计，在最小板高色谱条件下，分析速度和柱效SFC亦介于GC与HPLC之间。 根据速率理论方

4、程(fngchng)，柱内径dC的毛细管柱最佳流速uopt及保留时间与柱效比(tR/N)的极限值分别为: SFC与GC比较，由于超临界流体扩散系数比气体低，粘度比气体高，较低线速下SFC色谱峰较窄，柱效优于GC; 超临界流体密度比气体高，参与分离，以提高分离选择性;SFS溶剂化能力比气体强，能在比GC较低温度下分离高分子化合物、天然产物和热不稳定化合物。CMoptdDCBu2 . 4202)()1 (241)(kfkPPDdNtiMCR第6页/共21页第六页，共21页。 SFC可弥补GC和HPLC在分析性能上的某些不足，分离(fnl)效能和分析速度介于两种色谱方法之间。几种色谱技术可分离(fn

5、l)样品的相对分子质量范围 乙二醇齐聚的SFC分离(fnl)色谱图 第7页/共21页第七页，共21页。 超临界流体萃取(supercritical fluid extraction;SFE)是用超临界流体为萃取溶剂的萃取分离、富集技术。其出现和发展均早于SFC。超临界流体萃取的特点 基于SFS独特的物理化学性质，SFE具有传统液-液萃取不可(bk)比拟的优点： 1. 萃取速度快 2. 容易控制溶剂强度并调节选择性 3. 后处理简单 4. 操作自动化 5. 安全性好第8页/共21页第八页，共21页。1.SFS储瓶;2，4.高压开关(kigun)阀;3.高压注射泵;5.萃取池;6.温度控制器;7.

6、限流器;8.收集器。萃取(cuq)操作主要有两种: 1. 静态萃取(cuq)2. 动态萃取(cuq)第9页/共21页第九页，共21页。影响SFS萃取效率的因素主要是: 1. 超临界流体选择2. 萃取条件选择3. 样品(yngpn)量及流体流速4. 萃取物收集第10页/共21页第十页，共21页。 SFE的应用可分为两方面，一是作为分析化学样品处理技术，特别是各种分离(fnl)分析方法的样品前处理，即分离(fnl)测定组分的前分离(fnl)富集。SFE的另一个应用是制备分离(fnl)，包括工业规模分离(fnl)，即分离(fnl)工程的组成部分。1. SFE与各种色谱和仪器方法联用 2. 样品处理

7、3. 工业生产中应用 第11页/共21页第十一页，共21页。基本装置和特点基本装置和特点 固相微萃取固相微萃取(Solid Phase Micro-Extraction，SPME)是在固相萃取是在固相萃取(Solid Phase Extraction，SPE)基础上发展起来的。基础上发展起来的。 SPME具有无需溶剂、萃取快速、样品消耗量小、分析重现性好、操作简便、可进行现场分析并易于实现自动化操作等特点。它将样品的富集和基底去除相结合，集取样、萃取、富集、进样于一体，导致分析速度和灵敏度提高，因此具有无需溶剂、萃取快速、样品消耗量小、分析重现性好、操作简便、可进行现场分析并易于实现自动化操作

8、等特点。它将样品的富集和基底去除相结合，集取样、萃取、富集、进样于一体，导致分析速度和灵敏度提高，因此(ync)在短短的十几年间，在短短的十几年间，SPME很快实现与很快实现与GC、HPLC、SFC、CE等分离分析技术的联用，在萃取涂层研制、应用模式及基础理论研究方面均得到很大的发展。等分离分析技术的联用，在萃取涂层研制、应用模式及基础理论研究方面均得到很大的发展。第12页/共21页第十二页，共21页。 SPME技术的原理是基于分析物在固相涂层和样品中的分配(fnpi)平衡，因此分析物的萃取量随着萃取时间的延长而不断增加直到达到萃取平衡，一般在230min内可达到平衡。在萃取平衡时，吸附在固相

9、涂层的样品量为: 当Vs非常大时，即VsKVf，分析物在固相涂层的吸附量可简化为: 由于慢传质过程，在一定时间内，平衡未完全实现，固相涂层吸附分析物的物质的量为:0CVKVVKVnfssf0CVKnf0212121)222exp(1CVKVVKVtVVKmVVmVmmKVmmAnsfsffsfssf第13页/共21页第十三页，共21页。 萃取头是SPME装置的核心。按萃取头结构有两种基本类型： 1. 纤维 2. 毛细管(In-tube SPME) 无论是纤维或是萃取毛细管，其涂层材料根据它们的不同性质大致可分为非极性、中等极性和较强极性等三类。 目前应用最多的材料有聚二甲基硅氧烷(PDMS)、

10、聚丙烯酸酯(PA)、聚苯基甲基硅氧烷、聚乙二醇(CW)、聚（苯乙烯/二乙烯基苯）等。 溶胶-凝胶技术是当今(dngjn) SPME萃取头涂层的主要制备技术，得到的萃取涂层热和化学稳定性高，耐溶剂，且成本低。 SPME固相层以非键合、键合、部分交联或高度交联的形式涂敷在石英纤维或毛细管上。第14页/共21页第十四页，共21页。 SPME作为样品采集、处理技术，主要用作各种分析方法进样手段，并与其联用，根据最终的分析结果判断SPME的优劣。SPME和分析仪器联用可分为离线模式和在线模式两种。 离线操作分析物吸着(吸收)和解吸分别在样品进样口两处、分两步进行。 SPME的吸附或萃取操作模式主要是两种

11、:浸取法和顶空法。 提高萃取效率的基本(jbn)方法是对影响萃取效率基本(jbn)操作条件进行优化，如萃取时间，样品搅拌速度，萃取温度，无机盐浓度，样品基底pH值等。 除了萃取的条件外，解吸操作对于最终分析结果的影响视后续仪器或方法进样条件而异。第15页/共21页第十五页，共21页。 1. SPME-GC：最早发展、较为完善、广泛应用的技术。SPME装置可在GC仪进样口直接进样。 2. SPME-HPLC：SPME-HPLC联用需要一个接口，接口装置多种式样，均基于(jy)对六通阀的改造而成。 3. SPME-CE或CEC：SPME- CE在线联用是将150220m的较大内径热缩Teflon毛

12、细管与CE分离毛细管连接，涂层纤维完成样品萃取后，插入该大口径毛细管中，施加电压，被萃取分析物经缓冲溶液解吸(jix)，进行电泳分离。 4. 其他联用技术 1.SPME推拉杆，2.SPME针管,3.密 封 压 缩 垫 片 ， 4 . 解 吸 池 ，5.SPME头，6.六通(li tn)阀,7.接注射器，8.废液排出,9.HPLC流动相储瓶，10.HPLC色谱柱，11.HPLC检测器。第16页/共21页第十六页，共21页。 这是一种无固相载体的液液分配色谱，分离柱为空心螺旋型或串连的直型聚四氟乙烯或玻璃管，互不相溶的两溶剂中的一相在重力或离心力作用下保留在柱内作为固定相，另一相在泵驱动下作为流动

13、相携带(xidi)样品从柱内流过，利用流体力学平衡体系两相连续、高效混合，样品中各组分基于在两相中分配系数差异实现分离。 各种不同类型CCC色谱仪最大区别是色谱柱和作用力场，高效逆流色谱仪设计则同时利用重力和离心力场实现分离。基于分离原理，溶剂系统成为决定CCC分离选择性的首要因素。 逆流色谱具有如下一些特点: 1. 无固相载体。2. 适用范围广。3. 适用分离样品容量范围宽。4. 可与质谱、红外光谱等结构分析仪器联用，实现定性、定量分析。5. 仪器柱结构系统较为复杂，操作技术较繁复，自动化水平不及HPLC等方法，是一个正在发展、有待进一步完善的分离技术。第17页/共21页第十七页，共21页。

14、 亦称为场流分级，它是利用载液流经空的柱槽时各流层具有非均匀流速(li s)，使溶质在外加物理力场作用下，基于各溶质质量、体积、扩散系数、电荷等物理性质差异实现分离的方法。 场流分离仪由载液储瓶、输液泵、进样阀、柱槽、检测器、控制和数据处理系统组成。 场流分离柱槽是分离技术核心，通常柱槽是在两块平行板之间放置薄的塑料或金属片组成一个两头呈三角形的矩形带状管道。 场流分离的主要特点是: 1. FFF主要用于大分子分离测定。2. 可采用的载流溶剂和外加力场众多，适用样品范围广。3. 具有较高分辨率和选择性，操作条件易于控制、调节和优化。4. 有比较严谨的理论基础。第18页/共21页第十八页，共21页。 多维色谱是将同种色谱不同选择性分离(fnl)柱或不同类型色谱分离(fnl)技术组合，构成联用系统。 现应用最多的是二维色谱，它是在单分离(fnl)