高效液相色譜儀

1、高高 效效 液液 相相 色色 譜譜2010/8/21一、高效液相色譜儀Agilent 1100Waters 2487借助氣相色譜的理論演變二、高效液相色譜法的特點經(jīng)典的柱色譜高效液相色譜的模塊20世紀(jì)70年代后發(fā)展迅速，它在技術(shù)上采用高壓泵，高效固定相和高靈敏度的檢測器，實現(xiàn)了分析速度快，分離效率高和操作自動化。 特點：高壓、高效、高速特點：高壓、高效、高速分離對象分離對象：適用高沸點、熱不穩(wěn)定有機及生化試：適用高沸點、熱不穩(wěn)定有機及生化試樣分離分析樣分離分析 （與（與GCGC區(qū)分）區(qū)分）三、流程及主要部件流程 2. 主要部件 (1)高壓輸液泵高壓輸液泵單元泵單元泵雙雙 元元 泵泵 高壓泵作用

2、：輸送流動相。 也即是貯液瓶中的有機溶劑或緩沖溶液靠高壓泵高壓泵送入色譜柱。由于色譜柱的阻力很大，高壓泵高壓泵必須克服阻力以恒定流速輸送流動相，這是保證色譜儀精確度的前提。 常用的壓力范圍：150350105 Pa歐美等國家習(xí)慣使用psi作單位 PSI英文全稱為Pounds per square inch。 定義為英鎊/平方英寸， 它們之間的換算關(guān)系為： 1bar14.5psi =105Pa ， 145psi = 1Mpa 1psi = 6.895kPa=0.06895bar 高壓泵高壓泵應(yīng)具有以下性能 流量穩(wěn)定，精度在1%左右 輸出壓力高，通常2030MPa，最高50 MPa 流量范圍寬，一

3、般在0.0110mL/min范圍內(nèi) 能抗溶劑腐蝕 壓力波動小、更換溶劑方便、容易清洗、具梯度洗脫 操作方便、容易維修 根據(jù)泵的操作原理不同，分為恒壓泵和恒流泵 氣動放大泵（恒壓泵） 往復(fù)泵（恒流泵）是目前液相色譜使用最普遍的一種 高 壓泵。其中又分單頭往復(fù)泵和雙頭往復(fù)泵。 往復(fù)泵的優(yōu)點是泵頭內(nèi)腔體積小，容易洗凈，故更換 溶劑十分方便，尤其適合做色譜條件試驗時使用。 氣動放大泵氣動放大泵往復(fù)柱塞泵往復(fù)柱塞泵(2) 進(jìn)樣裝置進(jìn)樣裝置 手動進(jìn)樣閥通常使用耐高壓的六通閥 (美國Rheodyne 公司專利技術(shù))， 其結(jié)構(gòu)如圖所示： 進(jìn)樣裝置進(jìn)樣裝置 （正面）（正面） 進(jìn)樣裝置進(jìn)樣裝置 （背面）（背面）圖

4、中a為進(jìn)樣閥處于“裝樣load”位置的情況，此時流動相直接進(jìn)入色譜柱，樣品注入口與樣品環(huán)連接，用微量進(jìn)樣針將一定體積的樣品溶液從樣品注入口注入，裝于樣品管內(nèi)。當(dāng)將扳手扳至“進(jìn)樣inject”位時，進(jìn)樣閥的流路發(fā)生了改變，流動相通過樣品管，將注入的樣品帶入色譜柱進(jìn)行分析。六通進(jìn)樣閥具有使用方便，進(jìn)樣量準(zhǔn)確等優(yōu)點。 樣品環(huán)樣品環(huán)( (Loop) ) 規(guī)格：有10L、20L、50L等不同容積， 可以根據(jù)需要選配。 作用：用來貯液，也用來測量樣品溶液的體積。 將樣品環(huán)裝滿后進(jìn)樣，進(jìn)樣量即為樣品環(huán)的容積，此種進(jìn)樣方式稱為“滿環(huán)進(jìn)樣”或“定量環(huán)進(jìn)樣”。 用定量環(huán)進(jìn)樣精密度好，在使用外標(biāo)法時，應(yīng)使用此種操作

5、方式。 自動進(jìn)樣器 色譜柱是高效液相色譜的心臟，在HPLC的使用中，保持色譜柱的柱效，延長柱子的使用壽命非常重要。 （3） 色譜柱色譜柱色譜柱流速方向色譜柱的參數(shù)色譜柱（色譜柱（Column） 結(jié)構(gòu)：柱管多用不銹鋼制成，色譜柱兩端的柱接頭內(nèi)裝有 篩板，目的是防止填料漏出。 填料：多以硅膠為基質(zhì)，適用PH 28 粒度多為0.220 m(以510m居多) 。 發(fā)展趨勢是減小填料粒度和柱徑以提高柱效。發(fā)展趨勢是減小填料粒度和柱徑以提高柱效。 規(guī)格：常規(guī)分析柱(常量柱) 內(nèi)徑25mm(常用4.6mm， 3.9mm)，柱長1030cm (15cm，25cm居多） 制備柱 （21.2mm、30mm、50m

6、m） 半制備柱（5mm，7.8mm、9.8mm、10mm） C18柱（C8柱）S iS iOOOS iOOOS iOOOS iOOOS iOOOS iOOOS iOOOS iOOOS iOOOS iOOOS iOOOS iC H2H3CC H3H2CC H2H2CC H2H2CC H2H3CS iC H2H3CC H3H2CC H2H2CC H2H2CC H2H3CC H2H3CC H3H2CC H2H2CC H2H2CC H2H3CS iC H2H3CC H3H2CC H2H2CC H2H2CC H2H3CS iOOOS iC H3H3CC H3S iC H3H3CC H3HHHHHHH主要

7、是由于修飾到硅膠上的硅烷化試劑不同。C8是修飾的帶8個碳原子的硅烷，C18是修飾的帶18個碳原子的硅烷。C18較C8極性小，C18更適合分析中等到小極性的化合物，C8更適合中等偏大極性 化合物。 C18柱（C8柱）性能影響因素物理性質(zhì)物理性質(zhì)硅膠純度硅膠純度色譜柱尺寸色譜柱尺寸顆粒形狀顆粒形狀粒徑粒徑表面積表面積孔徑孔徑鍵合類型鍵合類型碳覆蓋率碳覆蓋率封端封端 化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)正相柱正相柱：固定相通常為硅膠以及其他具有極性官能團，如胺基(NH2)和 氰基(CN)的鍵合相填料。由于硅膠表面的硅羥基(SiOH)或其他極性基 團極性較強，因此，分離的次序是依據(jù)樣品中各組分的極性大小，即 極性較弱的組

8、份最先被沖洗出色譜柱；正相色譜使用的流動相極性相 對比固定相低，如正已烷、氯仿 、二氯甲烷等。反相柱反相柱：固定相通常是以硅膠為基質(zhì)，表面鍵合有極性相對較弱官能團的 鍵合相。反向色譜所使用的流動相極性較強，通常為水、緩沖液與甲 醇，乙腈等的混合物。樣品流出色譜柱的順序是極性較強的組分最先被 沖洗出，而極性弱的組分會在色譜柱上有更強的保留。常用的反向填 料有:C18(ODS)、C8(MOS)、C4(Butyl)、C6H5(Phenyl)等。 正相柱和反相柱 預(yù)柱和保護柱從泵來的流動相預(yù)柱進(jìn)樣口保護柱分析柱檢測器預(yù)柱是針對流動相來保護色譜柱保護柱是針對樣品來保護色譜柱precolumn預(yù)柱預(yù)柱，g

9、uard column保護柱保護柱 安裝位置不同：安裝位置不同：預(yù)柱是泵后進(jìn)樣口前，途經(jīng)流動相；保護柱是進(jìn)樣口后分析柱前，途經(jīng)樣品和流動相。作用不同作用不同：預(yù)柱則只能起到過濾顆粒物作用，防止顆粒物堵塞色譜柱篩板引起柱壓升高。保護柱除了可以過濾顆粒物外，因為帶1厘米長的填料，強保留物質(zhì)就先留在保護柱的柱芯填料里面，這樣可以避免色譜柱被強保留物質(zhì)污染。 (4) 液相色譜檢測器液相色譜檢測器 分類 按檢測原理： 光學(xué)檢測器（如紫外、熒光、示差折光、蒸發(fā)光散射） 熱學(xué)檢測器(如吸附熱） 電化學(xué)學(xué)檢測器（如庫倫、安培） 電學(xué)檢測器（電導(dǎo)、介電常數(shù)） 按測量性質(zhì)： 通用型檢測器（如示差折光、蒸發(fā)光散射檢

10、測器） 專屬型檢測器（如紫外、熒光檢測器） 按檢測方式： 濃度型檢測器 質(zhì)量型檢測器著重介紹四種檢測器：紫外檢測器（光電二極管陣列檢測器）、示差折光檢測器、熒光檢測器、蒸發(fā)光散射檢測器工作原理工作原理：基于朗伯-比爾定律。 即用特定波長的紫外光照射樣品池，通過檢測透光率的變化來測定樣品濃度的檢測器。 它具有波長固定，波長可變和光電二極管陣列三種類型。 紫外檢測器紫外檢測器(UVD)： 應(yīng)用最廣泛的選擇性檢測器。 雙波長紫外檢測器雙波長紫外檢測器 2487 特點特點：選擇性檢測器， 靈敏度較高（10-9g）， 噪音低。 線性范圍寬， 對流速和溫度波動不靈敏， 適用于梯度洗脫。光電二極管檢測器（光

11、電二極管檢測器（PDA） 缺點缺點：只能檢測有紫外吸收的物質(zhì)。 而且對流動相也有一定的限制， 即流動相的截止波長應(yīng)小于檢測波長。溶 劑UV截止波長（nm）乙 腈190水190環(huán) 己 烷195己 烷200甲 醇210乙 醇210乙 醚220二氯甲烷220氯 仿240四氯化碳265四氫呋喃280（220）甲 苯285在使用紫外檢測器時，檢測波長與所用溶劑的截止波長接近（或低于截止波長）時，容易產(chǎn)生噪音干擾，從而影響檢測結(jié)果。所以在使用紫外檢測器時，檢測波長應(yīng)至少比所用溶劑的截止波長大20nm以上。 截止波長原理原理：監(jiān)測參比池和測量池中溶液的折射率之差來 測量試樣濃度的檢測器。特點特點：通用性檢測

12、器； 對溫度變化比較敏感，要保持在0.001 （需配柱溫箱使用） ； 靈敏度低(10-6g)； 不能用于梯度洗脫。b. 示差折光示差折光檢測器 (RID) 原理原理: 利用某些溶質(zhì)在紫外光激發(fā)后能發(fā)射可見光(熒光) 的性質(zhì)進(jìn)行檢測。許多藥物和生命活性物質(zhì)(多環(huán)芳烴，維生素B、黃曲霉素、卟啉類化合物、農(nóng)藥、藥物、氨基酸、甾類化合物等)具有天然熒光，能直接檢測。c. 熒光檢測器熒光檢測器 (FLD) 特點特點: 選擇性檢測器， 靈敏度比紫外檢測器高2-3個數(shù)量級， 可達(dá)到 10-12g； 選擇性好，對流量和溫度敏感性低。 缺點缺點：只適合于能產(chǎn)生熒光的物質(zhì)的檢測。 通過通過熒光衍生化熒光衍生化可以

13、使本來沒有熒光的化合物轉(zhuǎn)變可以使本來沒有熒光的化合物轉(zhuǎn)變成熒光衍生物，從而擴大了熒光檢測器的應(yīng)用范圍。成熒光衍生物，從而擴大了熒光檢測器的應(yīng)用范圍。工作原理工作原理: :通過檢測光散射程度而測定溶質(zhì)濃度的檢測器。色譜柱后流出物在通向檢測器途中，被高速載氣(氮氣)噴成霧狀液滴，再進(jìn)入蒸發(fā)漂移管中，流動相不斷蒸發(fā)，含溶質(zhì)的霧狀液滴形成不揮發(fā)的微小顆粒，被載氣載帶通過檢測器。在檢測器中，光被散射的程度取決于溶質(zhì)顆粒的大小與數(shù)量。d. 蒸發(fā)光散射檢測器蒸發(fā)光散射檢測器 (evaporative light-scatting detector, ELSD) 適用范圍適用范圍：適用檢測揮發(fā)性低于流動相的組

14、分，主要用于檢測糖類，高級脂肪酸，磷脂， 維生素，氨基酸，甘油三酯及甾體等。 特點特點：通用型檢測器，對各物質(zhì)有幾乎相同的響應(yīng)。 消除溶劑的干擾，不受溫度變化影響， 靈敏度比較低（尤其對有紫外吸收的組分） 流動相必須是揮發(fā)性的，不能含有緩沖鹽等。四、液相色譜的流動相流動相特性液相色譜的流動相又稱為：淋洗液，洗脫劑。流動相組成改變，極性改變，可顯著改變各組分分離狀況。親水性固定液常采用疏水性流動相，即流動相的極性小于固定相的極性，稱為正相液液色譜法，極性柱也稱正相柱。若流動相的極性大于固定液的極性，則稱為反相液液色譜，非極性柱也稱為反相柱。組分在兩種類型分離柱上的出峰順序相反。 2. 流動相類別

15、 按流動相組成成分按流動相組成成分：單組分和多組分； 按極性分按極性分：極性、弱極性、非極性； 按使用方式分按使用方式分：固定組成淋洗和梯度淋洗。 常用溶劑常用溶劑： 正己烷、四氫呋喃、乙酸乙酯、乙醇、 甲 醇、異丙醇、乙腈、水。 采用二元或多元組合溶劑作為流動相可以靈活調(diào)節(jié)流動相的極性或增加選擇性，以改進(jìn)分離或調(diào)整出峰時間。 在選擇溶劑時，在選擇溶劑時，溶劑的極性溶劑的極性是選擇的重要依據(jù)。是選擇的重要依據(jù)。 采用正相液-液分配分離時：首先選擇中等極性溶劑， 若組分的保留時間短，降低溶劑極性，反之增加。 也可在低極性溶劑中，逐漸增加其中的極性溶劑， 使保留時間縮短。 常用溶劑的極性順序常用溶

16、劑的極性順序： 水(最大) 甲酰胺 乙腈 甲醇 乙醇 丙醇 丙酮 二氧六環(huán) 四氫呋喃 甲乙酮 正丁醇 乙酸乙酯 乙醚 異丙醚 二氯甲烷氯仿溴乙烷苯 四氯化碳二硫化碳環(huán)己烷己烷煤油(最小)3. 流動相選擇 4. 選擇流動相時應(yīng)注意的幾個問題液相色譜是樣品組分在柱填料與流動相之間交換而達(dá)到分離的目的，因此要求流動相具備以下的特點： 流動相對樣品具有一定的溶解能力， 保證樣品組分不會沉淀在柱中 ( 或長時間保留在柱中 ) 。 流動相具有一定惰性，與樣品不產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng) ( 特殊情況除外，如配位色譜等 ) 流動相的黏度要盡量小，以便降低柱壓，延長色譜柱 使用的壽命 避免流動相與固定相發(fā)生作用而使柱效下降

17、或損壞柱子。 如使固定液溶解流失；酸性溶劑破壞氧化鋁固定相等。 流動相的物化性質(zhì)要與使用的檢測器相適應(yīng)。如使用 UV 檢測器，最好使用對紫外吸收較低的溶劑配制。 流動相沸點不要太低，否則容易產(chǎn)生氣泡，導(dǎo)致實驗無法 正常進(jìn)行。 在流動相配制好后，一定要進(jìn)行脫氣。除去溶解在流動相 中的微量氣體既有利于檢測，還可以防止流動相中的微量 氧與樣品發(fā)生作用。 盡量使用高純度試劑作流動相，防止微量雜質(zhì)長期累積損壞色譜柱和使檢測器噪聲增加。 溶劑和樣品過濾非常重要，它會對色譜柱、 儀器起到作用，消除由于污染對分析結(jié)果的影響。 對色譜柱：由于填料顆粒很細(xì)，色譜柱內(nèi)腔很小， 溶劑和樣品中的細(xì)小顆粒會使色譜柱和毛細(xì)

18、管容易堵塞。 對儀器：溶劑和樣品中的細(xì)小顆粒會增加進(jìn)樣閥的堵塞和磨損，同時也會增加泵頭內(nèi)的藍(lán)寶石活塞桿和活塞的磨損。5. 流動相過濾 流動相在混合前分別濾過，特別要注意分清有機相濾膜和水相濾膜。有機相濾膜一般用于過濾有機溶劑，過濾水溶液時流速低或濾不動。水相濾膜只能用于過濾水溶液，嚴(yán)禁用于有機溶劑，否則濾膜會被溶解！溶有濾膜的溶劑不得用于HPLC。 流動相脫氣的目的 使色譜泵的輸液準(zhǔn)確 輸液均勻準(zhǔn)確，并且脈動減小 保留時間及色譜峰面積的重現(xiàn)性提高 提高檢測的性能 防止氣泡引起的尖峰 基線穩(wěn)定，信噪比增加 溶劑的紫外吸收本底降低 保護色譜柱 減少死體積 防止填料的氧化6. 流動相的脫氣 常用的脫

19、氣方法 氦氣脫氣法：利用液體中氦氣的溶解度 比空氣低，連續(xù)吹氦脫氣，效果較好，但成本高。 加熱回流法：效果較好，但操作復(fù)雜，且有毒性揮發(fā)污染。 抽真空脫氣法：易抽走有機相。 超聲脫氣法：流動相放在超聲波容器中，用超聲波振蕩10-15min。 在線真空脫氣法（實時在線脫氣，效果好）五、HPLC應(yīng)用1. 分析方法如何建立？ 色譜柱和檢測器的選擇 根據(jù)被分離物質(zhì)性質(zhì)選擇；參考文獻(xiàn)類似物質(zhì) 疏水性的樣品反相鍵合色譜； 親水性的樣品正相鍵合色譜； 流動相組成,配比,流量,梯度洗脫的選擇 根據(jù)分析樣品的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)，并查閱相關(guān)文獻(xiàn)確定流動相組成。 為達(dá)到較好的分離效果，確定流動相配比。 當(dāng)樣品中溶質(zhì)組分較多

20、及不同溶質(zhì)的性質(zhì)差別較大時，考慮梯度洗脫。 當(dāng)分析弱酸，弱堿性化合物時，可通過采用緩沖溶液及加醋酸、三乙 胺等調(diào)節(jié)流動相 的pH值來改善峰型。 樣品組分保留值和容量因子的選擇分析時間最好控制在1030min容量因子控制在110；對于容量因子范圍較寬的通常使用梯度洗脫技術(shù)。相鄰組分分離度的要求： 對于難分離的樣品，要求分離度R1.0 樣品分析方法流動相的準(zhǔn)備 過濾：用孔徑為0.22m（0.45m)濾膜過濾除去固體顆粒雜質(zhì)。脫氣：超聲脫氣，吹氦脫氣，抽真空脫氣法，在線真空脫氣法樣品的準(zhǔn)備稱量，用流動相超聲溶解，過濾或高速離心2. 應(yīng)用領(lǐng)域目前，HPLC在有機化學(xué)、生化、醫(yī)學(xué)、藥物臨床、化工、食品衛(wèi)

21、生、環(huán)保監(jiān)測、商檢和法檢等方面都有廣泛的用途，而在生物和高分子試樣的分離和分析中更是有明顯優(yōu)勢。 在目前已知的有機化合物中，若事先不進(jìn)行化學(xué)改性， 只有20的化合物用氣相色譜法可以得到較好的分離， 而80的有機化合物需HPLC分析。因此，HPLC具有非 常廣闊的應(yīng)用前景。 作為人工合成藥物的精制手段，用于除去少量雜質(zhì) (手性色譜柱以及配位色譜法) 從一些復(fù)雜的混合物中排除干擾物質(zhì)，并分析其中微量成分 中草藥有效成分的制備和分析 環(huán)境監(jiān)測和污染物的分析 食品中營養(yǎng)成分和物質(zhì)的分析 手性分離技術(shù)目前已成為高效液相色譜十分重要和熱門的應(yīng)用領(lǐng)域 例1. 環(huán)境中有機氯農(nóng)藥殘留量分析 固定相：薄殼型硅膠(

22、37 50m) 流動相：正己烷 流 速：1.5 mL/min 色譜柱：50cm2.5mm(內(nèi)徑) 檢測器：差示折光檢測器 可對水果、蔬菜中的農(nóng)藥殘留量進(jìn)行分析。例2 稠環(huán)芳烴的分析固定相：十八烷基硅烷化鍵合相流動相：20%甲醇-水 100%甲醇 線性梯度淋洗，2%/min 流 速：1mL/min 柱 溫：50 C 柱 壓：7 105 Pa 檢測器：紫外檢測器稠環(huán)芳烴多為致癌物質(zhì)。六、儀器保養(yǎng)（1）手柄處于Load和Inject之間時，由于暫時堵住了流路，流路中壓力驟增，再轉(zhuǎn)到進(jìn)樣位，過高的壓力引起柱頭損壞，所以應(yīng)盡快轉(zhuǎn)動閥，不能停留在中途。（2）在HPLC系統(tǒng)中使用的注射器針頭有別于氣相色譜，

23、是平頭注射器平頭注射器。一方面，針頭外側(cè)緊貼進(jìn)樣器密封管內(nèi)側(cè)，密封性能好，不漏液，不引入空氣；另一方面，也防止了針頭刺壞密封組件及定子。1.六通閥進(jìn)樣器的保養(yǎng)（3）使用定量環(huán)的定量：六通閥進(jìn)樣器的進(jìn)樣方式有部分裝液法和完全裝液法兩種。 使用部分裝液法進(jìn)樣時，進(jìn)樣量最多為定量環(huán)體積的75%，如20L的定量環(huán)最多進(jìn)樣15L的樣品，并且要求每次進(jìn)樣體積準(zhǔn)確、相同； 使用完全裝液法進(jìn)樣時，進(jìn)樣量最少為定量環(huán)體積的3至5倍，即20L的定量環(huán)最少進(jìn)樣60至100L的樣品，這樣才能完全置換樣品定量環(huán)內(nèi)殘留的溶液，達(dá)到所要求的精密度及重現(xiàn)性。（4）進(jìn)樣樣品要求無微粒和能阻死針頭及進(jìn)樣閥的物質(zhì)，樣品溶液均要用0

24、.45 m (0.22m) 的濾膜過濾。防止微粒阻塞進(jìn)樣閥和減少對進(jìn)樣閥的磨損。 為防止緩沖鹽和其它殘留物質(zhì)留在進(jìn)樣系統(tǒng)中，每次結(jié)束后應(yīng)沖洗進(jìn)樣器，通常用不含鹽的稀釋劑、水或不含鹽的流動相沖洗，在進(jìn)樣閥的Load和Inject位置反復(fù)沖洗，再用無纖維紙擦凈注射器針頭的外側(cè)。 （1）色譜柱的平衡 反相色譜柱在經(jīng)過出廠測試后是保存在乙腈乙腈/水水中的。 一定確保所使用的流動相和乙腈/水互溶。由于色譜柱在儲存或運輸過程中可能會干掉，因此在用流動相分析樣品之前，應(yīng)使用1020倍柱倍柱體積的甲醇或乙腈平衡色譜柱體積的甲醇或乙腈平衡色譜柱；如果您所使用的流動相中含有緩沖鹽，應(yīng)注意用純水“過渡過渡”。 2. 色譜柱的維護與保養(yǎng)硅膠柱或極性色譜柱在經(jīng)過出廠測試后是保存在正庚烷正庚烷中的。如果該色譜柱需要使用含水的流動相，請在使用流動相之前用乙醇或異丙