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1、第17章 高效液相色谱17.1 概述17.2 HPLC仪器包括： 高压输液装置; 进样系统; 分离系统; 检测系统;辅助系统17.3 流动相和固定相简介17.4 高效液相色谱方法各论分配色谱、吸附色谱、离子交换色谱、尺寸排阻色谱和亲和色谱17.1 概述高效液相色谱(HPLC)是以溶剂液体为流动相的色谱方法。按照固定相不同可分为：液液分配色谱；吸附色谱(液固色谱)；离子交换色谱；尺寸排阻色谱(凝胶渗透色谱)。此外，还有亲和色谱、平板色谱(薄层色谱)等。早期液相色谱，包括Tswett的工作，都是在直径15cm, 长50500cm的玻璃柱中进行的。为保证有一定的柱流速，填充的固定相颗粒直径多在150
2、200m范围内。即使这样，流速仍然很低(7时，该检测器不够灵敏。其它检测器还包括：MS、IR、Evaporative light scattering detector(光散射)、极谱等。17.3 HPLC流动相和固定相简介一、流动相与GC流动相不同，HPLC流动相为溶剂，它既有运载作用，又和固定相一样，参予对组分的竞争，因此溶剂的选择对分离十分重要。理想的溶剂应有下列特性：1）对待测物具一定极性和选择性；2）使用UV检测器时，溶剂截止波长要小于测量波长(为什么？) ；使用折光率检测器，溶剂的折光率要与待测物的折光率有较大差别；3）高纯度。否则基线不稳或产生杂峰，同时可使截止波长增加；4）化学
3、稳定性好；5）适宜的粘度。粘度过高，柱压增加；过低，易产生气泡。二、固定相载体由于各种HPLC分离方法的流动相均为液体，因此，HPLC通常是按照固定相载体或固定液的不同来分类的。1. 按承受压力分刚性固体：SiO2为基质，耐压为7.01081.0109 Pa。可制成直径、形状和孔隙深度不同的颗粒；主要用于吸附、分配和键合色谱；硬 胶：以聚合物为基质(常用苯乙烯与二乙烯苯交联而成)，耐压上限为3.5 108 Pa, 主要用于离子交换和尺寸排阻色谱。2. 按孔隙深度分表面多孔型：以实心玻璃珠为基体，在基体表面覆盖一层多孔活性材料(如硅胶、 氧化铝、离子交换剂、分子筛、聚酰胺等)。表面多孔型固定相的
4、颗粒大(易装柱)、多孔层厚度小且孔浅(渗透性好，出峰快)；但交换容量小。适于常规分离分析。全多孔型：全部由硅胶或氧化铝微粒聚集而成，因颗粒极细，因而孔径小、传质快、 柱效高。特别适于复杂混合物的分离。3. 按分离原理分：分配色谱、吸附色谱、离子交换色谱、尺寸排阻色谱和亲和色谱等17.4 高效液相色谱方法各论按分离原理可将HPLC分为分配色谱、吸附色谱、离子交换色谱、尺寸排阻色谱和亲和色谱等。现在作分别介绍。一、分配色谱 1. 原理：根据各待测物在互不相溶的两溶液中的溶解度不同，因而具有不同的分配系数。在色谱柱中，随着流动相的移动，这种分配平衡需进行多次，造成各待测物的迁移速率不同，从而实现分离
5、的过程。 2. 流动相:1. HPLC分析中，为防止固定相的流失，流动相与固定液应尽量不互溶，或者说二者的极性相差越大越好。因此，根据流动相与固定相极性的差别程度，可将液液色谱分为正相分配色谱（流动相极性小于固定相极性，极性小的先流出，适于极性组分分离）和反相分配色谱（流动相极性大于固定相极性，极性大的先流出，适于非极性组分分离）。2. 固定相原则上，用于GC的固定相也可用于HPLC作固定相。但HPLC固定液易流失，因此常用的只有几种，按极性由高到低为：,-氧二丙腈(ODPN)、聚乙二醇(PEM)、三甲撑二醇(TMG)、十八烷(C18)、角鲨烷(SQ)。根据涂渍方法的不同，可将固定相分为机械涂
6、渍型和化学键合型，后者应用更为广泛。 1）机械涂渍固定相：将固定液通过机械混合的方法涂渍到表面多孔型(0.5-1.5%涂布量)或全多孔型载体(5-10%涂布量)上形成的液液色谱固定相。该种固定相最大的不足是固定液易流失、分离稳定性及重现性差，不适合梯度淋洗。为减少固定液的流失，通常在柱前加一根很短的前置柱，该柱涂有与分析柱相同但有更高含量的固定液，使流动相进入分析柱之前，预先被固定液饱和。2）化学键合固定相化学键合固定相是通过化学反应将有机分子键合在载体表面所形成的柱填充剂，具有稳定、流失小、适于梯度淋洗等特点。这种固定相分离机理既不是简单的吸附，也不是单一的液液分配，而是二者兼而有之。化学键
7、合的表面覆盖度决定哪种机理起主要作用。对多数键合相来说，以分配机理为主。通常，化学键合相的载体主要是硅胶（表面有硅醇基）：Si-O-R：对热不稳定、遇水、乙醇等强极性会水解，使酯链断裂，因此只适于以不含水或醇的流动相。Si-R(或Si-N)：不水解，热稳定性比硅酸脂好。但所用的格氏反应不方便。使 用水溶液作流动相时，其pH应在4-8之间。Si-O-Si-R：不水解，热稳定性好，在pH2-8范围内对水稳定。3. 正相和反相键合色谱法正相键合色谱中，随流动相极性增加，组分分配比k增加。在HPLC分析中，有时要在流动相中加入适量的盐(碳酸铵、四烷基铵盐)或酸，为 什么？答：都是为了防止峰形拖尾。加入
8、盐类是为了减少待测物与键合相表面的残留 硅醇基作用；加入酸是抑制酸类待测物的离解，使其以游离酸在柱内分离。何为正相色谱，何为反相色谱？正相色谱低极性流动相反相色谱高极性流动相中等极性流动相中等极性流动相时间时间时间时间待测物极性：ABC正、反相色谱中极性和保留时间的关系时间，min固定相：C1固定相：C8固定相：C18硅胶-烷基键合相中烷基链长对反相色谱分离的影响1-尿嘧啶；2-苯酚；3-乙酰苯；4-硝基苯；5-苯甲酸甲酯；6-甲苯可见：反相键合色谱中，键合相碳链越长，分离效果越好。二、离子交换色谱此法是利用离子交换原理和液相色谱技术相结合，测定各类阴、阳离子的分离分析方法。它既适于无机离子，
9、也适于有机物分离，如蛋白质、氨基酸、核酸等。 1. 原理：利用不同待测离子对固定相的亲和能力（或离子交换能力）的差别来实现分离的。待测离子与离子交换树脂固定相上带电荷基团或游离的离子发生可逆交换反应：对阳离子，滞留顺序为： Fe3+, Ba2+, Pb2+, Sr2+, Ca2+, Ni2+, Cd2+, Cu2+, Co2+, Zn2+, Mg2+, UO22+, Tl+, Ag+, Cs+, Rb+, K+, NH4+, Na+, H+, Li+ 对阴离子，滞留顺序为：柠檬酸根, SO42-, C2O4, I-, HSO4-, NO3-, CrO42-, Br-, SCN-, Cl-, H
10、COO-, CH3COO-, OH-, F- 思考：待测阳离子电荷越小、其水合离子的半径越大，则越先出峰？对吗？2. 固定相按离子交换剂类型分四种：按固定相制作方法可分为：多孔型离子交换树脂(包括微孔型和大孔型)；表面多孔型(包括薄膜型）离子交换树脂；离子交换键合型。1）多孔型：聚苯乙烯+二乙烯苯交联，分微孔型和大孔型。交换基团多交换容量大，稳定。但易溶胀，传质慢、柱效低、分析速度慢。 2）表面多孔型： 薄膜型=惰性核+树脂薄层(1-2m) 多孔型=惰性核+硅胶微球+树脂薄层。 克服了多孔型离子交换树脂的不足，但交换容量低，柱子易超负荷。 3）离子交换键合相：利用化学反应将离子交换基团键合到惰
11、性载体表面。载体可以是薄壳玻珠，也可以是多孔硅胶微粒。使用后者为载体，可得到性能稳定、耐压、高柱效的柱子。微孔型 大孔型微孔微孔薄膜型 表面多孔型离子交换层惰性核惰性核离子交换剂硅胶层涂覆3. 流动相离子交换色谱流动相为盐类缓冲溶液(有一定pH和离子强度) ，通过改变pH、缓冲剂类型、离子强度、加入有机试剂和配位剂等条件来控制分配比k，改变交换剂的选择性，进而影响样品待测物的分离。 pH值：影响酸或碱的离解平衡，控制组分离子形式所占的分数。当组分以分子形式存在时，则不被保留；离子分数越高，保留值越大。常用的有柠檬酸盐、磷酸盐、甲酸盐、乙酸盐和氨水等。 离子强度I：对保留值的影响比pH更大。组分
12、保留值受流动相中盐类总浓度控制。增加外加阴或阳离子将增加它们对R+或R-的竞争能力，使组分保留值减小。通过加入不同种类的盐，可影响柱的选择性，因为不同物质对交换剂的亲和能力不同。有机溶剂：外加有机溶剂通常减小组分的保留值。其极性越小，保留值越小。常用的有机溶剂有甲醇、乙醇、乙腈和二氧杂环已烷等。 配离子L：当大量L、组分X随流动相进入柱后，发生配位剂交换：RM-L+X RM-X+L该法用于分离各种氨基酸或碱类。思考：离子交换色谱法中，流动相常以无机盐的缓冲液为流动相。请问缓冲液的 pH值及离子强度对分离各有何影响？三、离子色谱离子色谱(IC)是70年代发展的新方法。其分离原理与离子交换色谱原理
13、一样，只是流出的各种离子用电导检测器检测。但由于流动相都是强电解质，其电导率比 待测离子约高2个数量级，这种强背景电导会完全掩盖待测离子信号。为解决此问题，1975年Small 提出，在离子交换柱之后，再串结一根抑制柱。该柱装填与分离柱电荷完全相反的离子交换树脂。通过分离柱后的样品再经过抑制柱，使具有高背景电导的流动相转变为低背景电导的流动相，从而可用电导检测器检测各种离子的含量。例如：分析阳离子时，以无机酸为流动相，抑制柱为高容量的强碱性阴离子交换树脂，则发生下列反应： R+OH + HCl(流动相)R+Cl- + H2OR+OH + MCl(待测物) R+Cl + M+OH-可见，不仅大量
14、酸转化为低电导的水，而且待测离子转化为具有更大淌度的碱。该法的不足之处在于：抑制柱要定期再生、谱峰在经过抑制柱后会展宽，降低分离度。因此有人提出了使用电导率很低的溶液(如苯甲酸盐稀溶液)作流动相。思考：IC分离中，何为抑制柱？分析阴离子时，抑制柱中应填充何种离子交换树脂？四、离子对色谱法（IPC）离子对色谱主要用来分离强极性有机酸和有机碱。1. 原理：将与待测物离子A电荷相反的离子B（称为对离子或反离子）加入到流动相（常为有机相）中，使待测离子A与对离子B形成离子对AB，该AB离子对的性质与A离子或B离子的性质不同，即间接改变了待测离子的保留特性。例如：固定相为非极性键合相，流动相为水溶液，于
15、流动相中加入与待测离子 A-有相反电荷的离子B+：由于离子对AB具有疏水性，因而被非极性固定相提取。其它待测离子A1，A2，A3因与B离子间的成对能力不同，而形成不同疏水性的离子对，使得各待测物在柱内的保留值不同，从而达到分离的目的。思考：有一强极性有机酸混合物，若用离子对色谱法分离，请问在流动相中应加入阴离子还是阳离子来开成离子对？五、尺寸排阻色谱法尺寸排阻色谱又称凝胶(渗透)色谱，主要用于大分子的分子分离。它是基于待测物分子的尺寸和形状不同来实现分离的。 1. 分离原理：固定相为化学惰性的多孔凝胶，它类似于分子筛，但孔径更大。凝胶内有一定大小的空穴，分子体积大的待测物不能渗入孔穴中而被排阻
16、，较早地被淋洗出来，中等的部分渗透，小分子则完全渗透，最后流出色谱柱。即待测物分子按 分子大小(分子量大小)先后从柱中流出。2. 固定相3. 流动相的要求：能溶解样品且与凝胶相似(润湿凝胶)、粘度小(增加扩散速度)。 六、亲合色谱主要用于生物大分子与固定相之间的特异亲合力进行选择性分离及纯化的方法。分离原理：于载体表面先键合具有一般反应性能的环氧或联氨（称为间隔臂），然后再连接上配基，如酶、抗原或激素。当含有复杂混合试样的流动相流经这种经固定化的配基时，其中具有亲合力特性的生物大分子与配基相互作用而被保留，无此作用的 则被洗出；随后，改变流动相pH或组成，再将被保留的大分子组分以纯品的形式洗脱出来。特点：选择性过滤、纯化效果好。七、色谱分离方法的选择
