第十章高效液相色谱分析.

用的液相色谱检测器。图示： 光源1射出光线由 透镜2聚焦,透过遮 光板4的狭缝,经反
射镜5反射后,由透
镜6汇聚两次,穿过
工作池7和参比池8
偏转式差示折光检测器光路图
被平面反射镜9反射出来，成像于棱镜11的棱口
上，光束均匀分为两束，到达对称的光电管12上。 如果工作池和参比池皆通过纯流动相，光 束无偏转，左右两个光电管的信号相等；
载液中
载液中
阴离子交换：
- X - (Cl R4 N —树脂) ( X R N — 树脂 ) + Cl 4
载液中
载液中
离子交换色谱法主要用来分离离子或可离 解的化合物，20世纪60年代前后，已成功分离 了氨基酸、核酸、蛋白质等，在生物化学领域 得到了广泛的应用。
4.空间排阻色谱法
效以理论塔板数计大约7000~10000。其发展趋势
是减小填料粒度和柱径以提高柱效。
5.检测器 常用的检测器： (1)紫外光度检测器(UV)： 它的作用原理是基于被分析试样对特定波长 紫外光的选择性吸收。池内样品浓度与吸收的 光强度服从比耳定律。P.304. 最小检测量为10-9g∙mL-1，对流量和温度的波 动不敏感，可用于梯度洗脱。
紫外检测器的缺点：不适用于紫外光完全不吸
收的试样，溶剂的选用也受到一定的限制。
光电二极管阵列(photo-diode array detector)检测器是紫外检测器的重要进展。 1024个二极管阵列，各检测特定波长，通过计 算机快速处理，形成三维立体谱图，如图所示。
(2)差示折光检测器：
该检测器是继UV检测器之后，第二种广泛使
液-液分配色谱主要有两种类型：
• 正相液-液分配色谱
用于分离极性较强的水溶性样品，非极性或弱
极性的物质不易被保留，出峰较早。
• 反相液-液分配色谱 用于分离水溶性较差的样品，出峰次序与正相 的相反，极性组分先被洗脱。 特点：色谱柱制备的重现性较好；缺点： 分离 过程中由于流动相通过色谱柱时的机械冲击， 固定液会不断流失而导致柱的保留行为变化。
正相色谱中，底剂采用低极性溶剂如正己
烷、苯、氯仿等；而洗脱剂则根据试样的性质
选取极性较强的针对性溶剂如醚、酯、酮、醇
和酸等。
反相色谱中，底剂一般采用水，洗脱剂常 采用有机溶剂如甲醇、乙腈、四氢呋喃等。 而离子交换色谱法主要在含水介质中进行 ，组分的保留值可通过调节流动相中的离子强 度和pH来控制。
Hm
2 Cm d p
Dm
u
式中Cm是常数(与k有关)，Dm 为组
分分子在流动相中的扩散系数。
H sm
2 Csm d p
Dm
u 式中Csm为一常数；
综上所述，由柱内色谱峰扩展所引起的塔板高度 的变化可归纳为：
将上式简化：
H= A + B/u + Cu
可见，减小填料的孔径和粒度，采用低粘度
及低流速流动相，适当提高温度等方法都可提高
3.离子交换色谱法
(ion-exchange chromatography) 该方法是基于离子交换树脂上可电离的离
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
子与流动相中携带相同电荷的组分离子进行可
逆交换，依据这些离子对交换剂的不同亲和力
而进行分离。
凡是在溶剂中能电离的物质通常都可用离子交 换色谱法进行分析。
阳离子交换：
M ( Na O3 S —树脂) ( M O S — 树脂 ) + Na 3
根据速率理论，HPLC中影响柱效的因素如下： 1. 涡流扩散项He
He=2dp
其含义与气相色谱法相同。
2.纵向扩散项 Hd
Cd Dm Hd u
式中Cd为常数，Dm为分子在流动
相中的扩散系数。
由于分子在液体中的扩散系数比在气体中小4~5 个数量级，当流动相的线速度＞0.5cm∙s-1，该项 对H的影响可忽略不计。而GC中该项的影响则很 大。 3.传质阻力项 与GC类似， HPLC也可分为固定相传质阻力 项和流动相传质阻力项。
第十章
高效液相色谱分析
§10-1高效液相色谱法的特点
高效液相色谱法(High Performance Liquid
Chromatography，HPLC)是二十世纪70年代迅速
发展起来的一项新颖快速的分离分析技术。
高效液相色谱在经典的“液相色谱”基础 上，引入了气相色谱法的理论，技术上采用了 高压泵、高效固定相和高灵敏度检测器，实现 了分析速度快，分离效能高和操作自动化。
到排阻，就直接通过柱子首先在色谱图
上出现；另外一些小分子可以进入胶孔
并渗透到颗粒中，这些组分在柱上的保
留值最大，在色谱图上最后出现。
排阻色谱法中，载液
分子通常都很小，它们一
般最后被洗脱(tM最大)，
结果是：整个试样都在tM (死时间)以前洗脱。 由于排阻色谱法的 分离机理与其他色谱法 不同，具有几个突出的 特点：
排阻色谱所用的溶剂必须与凝胶本身非常 相近，以润湿凝胶并防止吸附作用。对分离大分 子化合物，易采用粘度小的溶剂作流动相如四氢 呋喃、甲苯等。对分离生物物质，主要采用水、 缓冲盐溶液等。 §3-7 HPLC分离类型的选择
应用HPLC对试样进行分离、分析方法的选择， 应考虑几种因素，包括：试样性质(分子量、结 构、极性、溶解度等)、HPLC分离方法类型的特 点及应用范围等。
常用溶剂的极性顺序排列如下：
水(极性最大)、甲酰胺、乙腈、甲醇、乙醇、丙
酮、四氢呋喃、正丁醇、醋酸乙酯、乙醚、异丙
醚、氯仿、苯、甲苯、四氯化碳、二硫化碳、环 己烷、煤油(极性最小)。 溶剂还可采用二元或多元组合。根据分别所起 的作用，采用的溶剂可分成底剂及洗脱剂两种。 底剂决定基本的色谱分离情况；洗脱剂则起 调节试样组分的滞留并对某几个组分具有选择性 的分离作用。
如果分子量较低，挥发性较高且热稳定的
试样，适用于GC法进行测定。HPLC法适用于相
对分子质量为200到2000的试样测定，大于2000
的宜用空间排阻色谱。
另外，了解试样在多种溶剂中的溶解情况，
有利于分离类型的选择。 如溶解于水的试样可采用液液色谱法；溶解 于酸或碱性水溶液的，则表示试样为离子型化 合物，可采用离子交换色谱法、离子对色谱法 等。
根据分离机制的不同，HPLC可分为下述几种主
要类型：
液-液色谱法、液-固色谱法、离子交换色谱法、
离子对色谱法、离子色谱法和空间排阻色谱法
等。 1.液-液分配色谱法 (L-L partition chromatograph) 流动相和固定相都是液体，其分离原理为试 样组分在固定相和流动相之间的相对溶解度存 在差异。当浓度分配达到平衡时，应服从于下 Cs VM 式： K k k CM Vs
为此将各种有机基团通过化学反应键合上担体 表面，代替机械涂渍的液体固定相，如此可克 服该方法的缺点。 2.液-固色谱法(L-S adsorption chromatograph) 流动相为液体，固定相为吸附剂。根据物质
对
组分分子吸附作用的不同来进行分离。 该方法适用于分离脂溶性试样，对具有不同官能 团的化合物和异构体有较高的选择性。缺点：由 于非线性等温吸附常引起峰的拖尾现象。
(steric exclusion chromatograph)
空间排阻色谱法以凝胶(gel)为固定相。分 离机理与其它色谱法完全不同。 该方法分离的机理类似分子筛的作用，但孔 径比分子筛要大，为数纳米到数百纳米。溶质在 两相间的分离不是由于相互作用力的不同，而是 按分子大小进行分离。
试样中的大分子不能进入胶孔而受
(1)试样峰全部在溶剂的保留时间前出峰，它们
在柱内的停留时间短，故柱内产生的峰扩展
比其他方法小得多。
(2)固定相和流动相的选择简便。 (3)适用于分离相对分子质量差别在10%以上的
分子。
§3-6 HPLC的流动相
GC中可供选择的载气只有三四种，它们的
性质差异不大。要提高柱的选择性，主要是改
变固定相的性质。
对非水溶性试样(很多有机物属此类)，若溶 于烃类，可选用液固吸附色谱；若溶于二氯甲烷 或氯仿，可选用液液正相色谱；若溶于甲醇的， 可用液液反相色谱。 而异构体的分离，则采用吸附色谱；空间排 阻色谱可适用于水或非水溶液，且分子大小要有 差别的试样。 下表为液相色谱法分离类型选择参考表：P.299
该方法的几个突出特点： (1)高压：
液相色谱以液体作为流动相(称为载液)，液
体流经色谱柱受到的阻力较大，为使载液迅
速通过色谱柱，必须对载液施加高压。一般
可达到150~300kg/cm2。
(2)快速： 由于使用了高压，HPLC所需的时间较之经典 液相色谱短得多，如分离苯的羟基化合物七 个组分，只需1分钟；对氨基酸的分离，
所谓梯度洗提，指载液中含有两种或两种以
上不同极性的溶剂，在分离过程中按一定程序
连续改变载液中各溶剂的配比。由此通过改变
载液的极性来达到分离组分，提高分离效果。 3.进样装置
因为流路中为高压力工作状态，通常使用耐高
压的六通阀进样装置。
4.色谱柱 常用的标准柱型是内径4.6或3.9mm，长度为
15~30cm的直形不锈钢管。填料粒度5~10m，柱
如果工作池中有试样通过，由于折射率改变， 左右两个光电管接受的光能量不等，其差值正比 于试样的浓度。
造成光束偏转，从而使到达棱镜的光束偏离棱口，
每种物质都有各自不同的折射率，因此都可
用差示折光检测器进行检测，所以是一种通用型
的浓度检测器。灵敏度为10-7g∙mL-1。 缺点：对温度变化很敏感，此检测器不能 用于梯度洗提。 §3-3 HPLC的理论基础简述 高效液相色谱法的理论基础基本与气相色 谱法相同，但有其不同之处。两者的主要区别 在于流动相的不同。
柱效。
由Hdp2可知，其中减小填料粒度是提高柱
效的最有效途径；因孔穴深度也同时随之减小。 总结：HPLC速率方程式形式与GC一致，其主要 区别在于HPLC纵向扩散项(Hd )可以忽略不计， 影响柱效的主要因素是涡流扩散项He和传质阻 力项Hm、Hsm 、Hs。
§3-4 HPLC的主要类型及其分离原理
可达10-11克；所需试样为微升级。 HPLC与GC相比较的突出优点： • 用GC法分析样品须先气化，目前已知的有机
物中，能直接采用GC法进行分析的仅占20%。
而HPLC法则不受此限制，尤其适合于分析生
物、医学方面的大分子及离子型化合物。
• HPLC方法中，有两个相与样品分子相互作用 ，而GC方法中一般认为只有一个相与样品分 子相互作用。所以HPLC的选择性大大提高。
而HPLC中，当固定相选定时，流动相的种类 、配比能显著地影响分离效果。选择流动相时应 注意以下几方面因素： (1)纯度 如溶剂不纯，则长期积累杂质会导致检测器 噪声增加，同时也影响收集的馏分纯度。
(2)避免使用引起柱效损失或保留特性变化的溶
剂。
(3)对试样要有适宜的溶解度，否则在柱头易产 生沉淀。 (4)考虑到泵压，流动相的粘度小些为好。 (5)应与检测器相匹配，如紫外光检测器，就不 能使用对紫外光吸收的溶剂。
• HPLC方法中，因为在常温下进行分析，因此 固定相的选择比GC多；另一方面可提高色谱 的分离效率。 • HPLC方法中，可使用灵敏度较高的光度检测 器，而在GC方法中则无法使用。 • HPLC方法中，样品可以回收，而GC方法中样品 回收则较困难。 §10-2 HPLC色谱仪
高效液相色谱仪的结构如下：
固定相传质阻力Hs—主要发生在液液分配色谱
中，类似于气液色谱中的液相传质阻力项。
Hs
Cs d 2 f Ds
u
式中Cs 为常数(与k有关)；Ds为组
分分子在固定液内的扩散系数；
由上式可见，Hs与GC中的CL含义是一致的。 流动相传质阻力—HPLC中该项有两种形式，分为 分别用Hm和Hsm表示。
在流动的流动相中和滞留的流动相中的传质阻力，
经典液相色谱需用20小时才能分离出20种氨基
酸，而HPLC只需1小时即可完成。载液在色谱柱
内的流速可达1~10mL∙min-1。 (3)高效：
气相色谱的柱效（n值）约为2000塔板/m，而
高效液相色谱约为5000塔板/m以上；一根高效液
相色谱柱可同时分离多达100种以上的组分。
(4)高灵敏度： 由于在HPLC中使用高灵敏度的检测器，如紫 外检测器的最小检测量可达10-9g，荧光检测器
由贮液瓶、高压泵(梯度洗提装置)、进样器、 色谱柱(恒温器)、检测器和记录仪组成。
主要部件简述： 1.高压泵 其作用是输送载液(流动相)。由于色谱柱很细 (1~6mm)，填充剂粒度小(几十微米)，因此要 达到快速高效的分离效果，要求压力为150~ 200kg/cm2。 2.梯度洗提装置 又称梯度洗脱(gradient elution)和气相色谱 法中的程序升温类似，对复杂混合物的分离带 来方便。