《超臨界流體色譜》課件

超臨界流體色譜超臨界流體色譜是一種現(xiàn)代分離技術(shù)，它利用超臨界流體作為流動(dòng)相，分離和分析復(fù)雜混合物。課程簡介課程目標(biāo)了解超臨界流體色譜的基本原理掌握超臨界流體色譜儀的操作方法能夠應(yīng)用超臨界流體色譜技術(shù)進(jìn)行實(shí)際樣品分析課程內(nèi)容超臨界流體色譜的基本原理超臨界流體色譜儀的組成超臨界流體色譜技術(shù)的操作步驟超臨界流體色譜技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域什么是超臨界流體?水的相變水在常壓下，隨著溫度升高，會(huì)依次經(jīng)歷固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)三種狀態(tài)。然而，在高壓環(huán)境下，水可以呈現(xiàn)出第四種狀態(tài)：超臨界狀態(tài)。超臨界狀態(tài)當(dāng)溫度和壓力都超過水的臨界點(diǎn)(374°C,22.1MPa)時(shí)，水便進(jìn)入超臨界狀態(tài)，此時(shí)水的密度接近液體，而擴(kuò)散系數(shù)則接近氣體。獨(dú)特的性質(zhì)超臨界流體同時(shí)具有液體和氣體的性質(zhì)，使其能夠溶解各種物質(zhì)，并具有良好的傳熱和傳質(zhì)特性。超臨界流體的性質(zhì)密度超臨界流體的密度介于液體和氣體之間，它可以有效地溶解樣品中的組分。擴(kuò)散系數(shù)超臨界流體的擴(kuò)散系數(shù)比液體高，這有利于樣品在色譜柱中的分離效率。粘度超臨界流體的粘度比液體低，可以降低流動(dòng)相的阻力，提高分析速度。溶解度超臨界流體的溶解度可以通過調(diào)節(jié)壓力和溫度進(jìn)行控制，適合分離不同極性物質(zhì)。超臨界流體的應(yīng)用領(lǐng)域食品加工超臨界流體萃取可用于提取咖啡豆中的咖啡因或從茶葉中提取茶多酚，保持風(fēng)味和香味。制藥工業(yè)超臨界流體色譜可用于分離和純化藥物中間體，提高藥物的純度和活性。材料科學(xué)超臨界流體可以用于合成納米材料，例如納米顆粒和納米纖維。環(huán)境監(jiān)測(cè)超臨界流體可用于分析土壤和水中的污染物，例如多環(huán)芳烴和農(nóng)藥殘留。超臨界流體色譜技術(shù)簡介原理概述超臨界流體色譜(SFC)是一種分離技術(shù)，利用超臨界流體作為流動(dòng)相，將樣品分離。優(yōu)勢(shì)SFC結(jié)合了氣相色譜(GC)和液相色譜(LC)的優(yōu)點(diǎn)，具有高效、快速、高靈敏度等特點(diǎn)。應(yīng)用領(lǐng)域SFC在食品、醫(yī)藥、環(huán)境、材料等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，用于分析各種化合物，例如農(nóng)藥殘留、藥物成分、環(huán)境污染物等。超臨界流體色譜系統(tǒng)組成高壓泵提供高壓，將流動(dòng)相泵入系統(tǒng)。需要高壓才能維持超臨界流體的狀態(tài)。恒溫器控制色譜柱和流動(dòng)相的溫度。溫度影響超臨界流體性質(zhì)，進(jìn)而影響分離效果。進(jìn)樣器將樣品引入色譜系統(tǒng)。進(jìn)樣方法要保證樣品快速、準(zhǔn)確地進(jìn)入系統(tǒng)。檢測(cè)器檢測(cè)從色譜柱流出的組分。檢測(cè)器類型要根據(jù)樣品性質(zhì)選擇。色譜柱和流動(dòng)相色譜柱色譜柱是超臨界流體色譜的關(guān)鍵部件，通常由不銹鋼或鈦制成。色譜柱填充有固定相，用于分離不同組分的樣品。流動(dòng)相流動(dòng)相是超臨界流體，通常是二氧化碳，但也可以使用其他溶劑。流動(dòng)相的性質(zhì)，例如密度和極性，會(huì)影響分離過程。系統(tǒng)壓力和溫度的控制超臨界流體色譜系統(tǒng)中的壓力和溫度是影響分離效果的關(guān)鍵因素。壓力控制主要通過高壓泵實(shí)現(xiàn)，溫度控制則通過柱溫箱和加熱器實(shí)現(xiàn)。壓力和溫度的精細(xì)控制能夠有效地提高分離效率，并影響分析物質(zhì)的保留時(shí)間和峰形。100-500bar壓力通常在100-500bar范圍內(nèi)控制，影響超臨界流體的密度和溶解能力，進(jìn)而影響分離效果。35-100℃溫度一般控制在35-100℃范圍內(nèi)，溫度影響超臨界流體的粘度和擴(kuò)散系數(shù)，進(jìn)而影響分離速度和峰形。0.1-1.0mL/min流量控制流動(dòng)相的流速，影響樣品在色譜柱中的移動(dòng)速度，進(jìn)而影響分離效果。超臨界流體色譜的理論分離機(jī)理1溶解度差異不同物質(zhì)在超臨界流體中的溶解度不同2分配系數(shù)物質(zhì)在流動(dòng)相和固定相之間的分配系數(shù)差異3擴(kuò)散速率物質(zhì)在流動(dòng)相和固定相中的擴(kuò)散速率差異超臨界流體色譜的分離過程基于三種主要原理:溶解度差異、分配系數(shù)和擴(kuò)散速率差異。超臨界流體具有可調(diào)的溶解能力,不同的物質(zhì)在超臨界流體中溶解度不同,導(dǎo)致它們?cè)谏V柱中遷移速度不同。超臨界流體色譜中的樣品注入1進(jìn)樣方式超臨界流體色譜常用的進(jìn)樣方式包括直接進(jìn)樣、閥進(jìn)樣和自動(dòng)進(jìn)樣器進(jìn)樣。2進(jìn)樣體積進(jìn)樣體積通常為微升級(jí)別，取決于色譜柱的尺寸和流動(dòng)相的流速。3樣品溶解樣品需要溶解在合適的溶劑中，以確保樣品能被完全注入并分離。超臨界流體色譜中的檢測(cè)器1火焰離子化檢測(cè)器(FID)廣泛應(yīng)用于有機(jī)化合物的檢測(cè)，靈敏度高，對(duì)大多數(shù)有機(jī)物都有響應(yīng)，但對(duì)無機(jī)物無響應(yīng)。2電子捕獲檢測(cè)器(ECD)對(duì)含鹵素、磷、硫等電負(fù)性基團(tuán)的化合物有很高的靈敏度，常用于農(nóng)藥殘留分析。3質(zhì)譜檢測(cè)器(MS)提供分子量和碎片信息，可用于化合物鑒定和結(jié)構(gòu)分析，可以與超臨界流體色譜聯(lián)用。4紫外可見光檢測(cè)器(UV)對(duì)具有紫外可見光吸收的物質(zhì)有響應(yīng)，靈敏度高，但選擇性較差。超臨界流體色譜的優(yōu)勢(shì)靈敏度高超臨界流體色譜能夠有效分離和檢測(cè)多種物質(zhì)，具有很高的靈敏度。分離效果好超臨界流體色譜可以提供高分辨率的分離，能夠有效分離極性、非極性和熱不穩(wěn)定性化合物。操作簡便超臨界流體色譜儀器操作簡單易行，能夠進(jìn)行快速分析，提高工作效率。環(huán)境友好超臨界流體色譜使用超臨界流體作為流動(dòng)相，是一種環(huán)保的技術(shù)，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。超臨界流體色譜的局限性溫度和壓力超臨界流體色譜需要嚴(yán)格控制溫度和壓力，這對(duì)儀器的要求較高。溶解度超臨界流體的溶解度有限，可能不適合所有樣品。壓力高壓操作可能存在安全風(fēng)險(xiǎn)。成本超臨界流體色譜儀器和操作成本較高。超臨界流體色譜的發(fā)展歷程120世紀(jì)70年代超臨界流體色譜(SFC)技術(shù)誕生220世紀(jì)80年代SFC技術(shù)開始應(yīng)用于食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域320世紀(jì)90年代SFC技術(shù)得到廣泛應(yīng)用和推廣421世紀(jì)SFC技術(shù)不斷發(fā)展和完善超臨界流體色譜(SFC)技術(shù)從20世紀(jì)70年代誕生至今，經(jīng)歷了快速的發(fā)展。早期SFC技術(shù)主要應(yīng)用于食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域，并在20世紀(jì)90年代得到廣泛應(yīng)用和推廣。進(jìn)入21世紀(jì)，SFC技術(shù)不斷發(fā)展和完善，并逐漸應(yīng)用于更多領(lǐng)域，例如環(huán)境監(jiān)測(cè)、石油化工等。未來，SFC技術(shù)將會(huì)更加成熟，并應(yīng)用于更多更復(fù)雜的分析領(lǐng)域。液相色譜與超臨界流體色譜的比較流動(dòng)相液相色譜使用液體作為流動(dòng)相，而超臨界流體色譜使用超臨界流體作為流動(dòng)相。分離機(jī)理液相色譜主要依靠溶質(zhì)在固定相和流動(dòng)相之間的分配平衡來實(shí)現(xiàn)分離，而超臨界流體色譜則主要依靠溶質(zhì)在固定相和超臨界流體之間的分配平衡來實(shí)現(xiàn)分離。應(yīng)用范圍液相色譜適用于分離各種極性和非極性化合物，而超臨界流體色譜主要適用于分離熱不穩(wěn)定、易揮發(fā)、非極性化合物。優(yōu)勢(shì)超臨界流體色譜具有分離效率高、速度快、溶劑消耗少、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。氣相色譜與超臨界流體色譜的比較11.分離機(jī)理氣相色譜基于樣品組分在氣相和固定相之間的分配系數(shù)差異，超臨界流體色譜則基于樣品組分在超臨界流體和固定相之間的分配系數(shù)差異。22.適用范圍氣相色譜主要適用于揮發(fā)性物質(zhì)，超臨界流體色譜則適用于熱不穩(wěn)定性物質(zhì)。33.靈敏度超臨界流體色譜的靈敏度通常高于氣相色譜。44.應(yīng)用領(lǐng)域超臨界流體色譜在食品、醫(yī)藥、環(huán)境、石油等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，氣相色譜則在化工、環(huán)境、食品等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。應(yīng)用實(shí)例:食品中農(nóng)藥殘留檢測(cè)超臨界流體色譜技術(shù)在食品安全領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，例如檢測(cè)食品中農(nóng)藥殘留。超臨界流體色譜能夠有效分離和檢測(cè)多種農(nóng)藥，包括有機(jī)磷、有機(jī)氯和擬除蟲菊酯類農(nóng)藥。該技術(shù)具有靈敏度高、選擇性好、分析速度快等優(yōu)點(diǎn)，可用于食品安全快速檢測(cè)，保障食品安全。應(yīng)用實(shí)例:中藥中活性成分分析超臨界流體色譜可以有效分離和分析中藥中的活性成分，例如多酚類、生物堿、黃酮類和萜類化合物。這項(xiàng)技術(shù)可用于鑒定中藥的化學(xué)成分，評(píng)估其藥理活性，并優(yōu)化中藥制劑的提取和分離工藝。應(yīng)用實(shí)例:石油中重金屬分析超臨界流體色譜(SFC)技術(shù)可有效分析石油樣品中的重金屬。該技術(shù)在環(huán)境分析領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，可用于檢測(cè)和量化石油中的重金屬含量，如鉛、鎘、汞等。這些重金屬對(duì)環(huán)境和人類健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅，因此對(duì)石油中重金屬的精確分析至關(guān)重要。SFC技術(shù)的應(yīng)用可有效提高石油中重金屬分析的效率和精度，為石油安全生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。應(yīng)用實(shí)例:多環(huán)芳烴分析多環(huán)芳烴（PAHs）是環(huán)境中常見的污染物，對(duì)人體健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。超臨界流體色譜技術(shù)能夠有效分離和分析復(fù)雜基質(zhì)中的PAHs。超臨界流體色譜技術(shù)具有分離效率高、靈敏度高、操作簡便等優(yōu)點(diǎn)，在PAHs分析方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于土壤、水體、空氣等環(huán)境樣品中PAHs的分析檢測(cè)。應(yīng)用實(shí)例：環(huán)境樣品中污染物分析超臨界流體色譜技術(shù)可有效分析環(huán)境樣品中的各種污染物，包括有機(jī)污染物、重金屬和持久性有機(jī)污染物。例如，在水體、土壤和大氣中，超臨界流體色譜能夠檢測(cè)和定量分析農(nóng)藥殘留、多環(huán)芳烴、二惡英等有害物質(zhì)。超臨界流體色譜的未來發(fā)展趨勢(shì)儀器自動(dòng)化自動(dòng)化程度將進(jìn)一步提高，以簡化操作流程，提高分析效率。多維分離將超臨界流體色譜與其他分離技術(shù)相結(jié)合，以提高復(fù)雜樣品的分析能力。新型檢測(cè)器開發(fā)更靈敏、更特異的檢測(cè)器，以滿足不同樣品的分析需求。儀器設(shè)備的發(fā)展方向高精度超臨界流體色譜儀提高靈敏度和分辨率，降低檢測(cè)限，更精準(zhǔn)分析復(fù)雜樣品。自動(dòng)化超臨界流體色譜系統(tǒng)提高效率，減少人為誤差，更方便操作，提升數(shù)據(jù)可靠性。便攜式超臨界流體色譜儀更適合現(xiàn)場(chǎng)分析，方便移動(dòng)使用，便于實(shí)地監(jiān)測(cè)。新型色譜柱和流動(dòng)相的開發(fā)色譜柱的開發(fā)新型色譜柱的開發(fā)旨在提高分離效率、改善峰形、提高靈敏度、增強(qiáng)耐用性等方面。新型色譜柱包括新型填料、新型柱管材料、新型柱結(jié)構(gòu)等方面的創(chuàng)新。流動(dòng)相的開發(fā)新型流動(dòng)相的開發(fā)主要集中在提高溶解能力、改善分離選擇性、降低成本、提高安全性和環(huán)保性等方面。新型流動(dòng)相包括新型溶劑、新型添加劑、新型混合流動(dòng)相等方面的研究。新型檢測(cè)器的應(yīng)用質(zhì)譜檢測(cè)器高靈敏度和高選擇性，適用于復(fù)雜樣品分析。熒光檢測(cè)器對(duì)具有熒光特性的物質(zhì)具有高靈敏度，可用于定量分析。二極管陣列檢測(cè)器可獲取樣品在不同波長下的吸收光譜信息，有利于物質(zhì)的結(jié)構(gòu)鑒定。紅外檢測(cè)器可獲得樣品分子振動(dòng)光譜信息，用于結(jié)構(gòu)分析和定性鑒定。超臨界流體色譜在新興領(lǐng)域的應(yīng)用醫(yī)藥領(lǐng)域用于藥物開發(fā)和生產(chǎn)，如藥物分離、純化和制劑開發(fā)。超臨界流體色譜技術(shù)可用于分離和純化各種藥物，包括抗生素、抗癌藥物和天然產(chǎn)物。生物技術(shù)領(lǐng)域可用于蛋白質(zhì)、核酸和其他生物大分子的分離和分析。超臨界流體色譜技術(shù)已被用于分析生物樣品，例如血液、尿液和組織。食品安全領(lǐng)域用于食品中農(nóng)藥殘留、獸藥殘留和食品添加劑的檢測(cè)。超臨界流體色譜技術(shù)可以提供高靈敏度和高選擇性的分析結(jié)果。環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域用于環(huán)境樣品中污染物的分析，例如土壤、水和空氣中的有機(jī)污染物。超臨界流體色譜技術(shù)可用于分析各種環(huán)境污染物，包括多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯和重金屬。綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法優(yōu)化超臨界流體色譜實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)需要綜合考慮樣品性質(zhì)、色譜柱選擇、流動(dòng)相組成、溫度和壓力等因素。優(yōu)化方法包括：改變實(shí)驗(yàn)參數(shù)、使用新型色譜柱和流動(dòng)相、選擇合適的檢測(cè)器、開發(fā)新的數(shù)據(jù)處理方法。1實(shí)驗(yàn)參數(shù)溫度、壓力、流量2色譜柱固定相類型、粒