超临界流体色谱

超临界流体色谱(supercritical fluid chromatography；SFC)以超临界流体做流动相是依靠流动相的溶剂化能力来进行分离、分析的色谱过程，是20世纪80年代发展和完善起来的一种新技术。

　　一、超临界流体 　　 超临界流体是物质在高于临界压力和临界温度时的一种状态，它具有气体和液体的某些性质，具有气体的低粘度、液体的高密度以及介于气、液之间较高的扩散系数等特征。 所谓超临界流体，是指既不是气体也不是液体的一些物质，它们的物理性质介于气体和液体之间。

在温度高于某一数值时，任何大的压力均不能使该纯物质由气相转化为液相，此时的温度即被称之为临界温度Tc；而在临界温度下，气体能被液化的最低压力称为临界压力Pc。在临界点附近，会出现流体的密度、粘度、溶解度、热容量、介电常数等所有流体的物性发生急剧变化的现象。当物质所处的温度高于临界温度，压力大于临界压力时，该物质处于超临界状态。温度及压力均处于临界点以上的液体叫超临界流体(Supercritical fluid，SF)。

　　超临界流体的特性 超临界流体是介于气体和液体之间的一种非气态，又非液态的物质。这种物态只能存在于温度和压力都超过其临界点的情况下。超临界流体的性质，如密度、粘度和扩散度等等，都处于气体和液体之间。兼有气体液体的双重性质因此有以下特点：

　1.超临界流体的密度与液体相近，大致是气体的100-1000 倍，因此超临界流体的分子间作用力比气体强，它与溶质分子的作用力也很强，与液体一样，很容易溶解其他物质。 　 2.超临界流体由于液体与气体分界消失，它的流体性质兼具液体性质与气体性质，超临界流体的扩散性能和粘度接近于气体，扩散系数介于气体和液体之间，为液体的10-100倍。具有气体易于扩散和运动的特性，因此溶质的传质阻力较小，能更迅速地达到分配平衡，获得更快速、高效的分离。　

4.在临界点附近，压力和温度的微小变化，都可以引起流体密度很大的变化，从而使溶解度发生较大的改变。比较容易控制。 　3.二种以上的超临界流体均可以混溶，形成单一相的混合物。 　 4.在临界点附近，压力和温度的微小变化，都可以引起流体密度很大的变化，从而使溶解度发生较大的改变。比较容易控制。 超临界流体的扩散系数、粘度等都是密度的函数。通过改变液体的密度，就可以改变流体的性质，达到控制流体性能的目的。 　　

二、 超临界流体色谱仪　　 图2 超临界流体色谱仪示意图

（1）具有一根恒温的色谱柱.这点类似气相色谱中的色谱柱,目的是为了提供对流动相的精确温度控制。 　　 可以看出很多部分类似于高效液相色谱仪,但有差别: 　（1）具有一根恒温的色谱柱.这点类似气相色谱中的色谱柱,目的是为了提供对流动相的精确温度控制。 （2）带有一个限流器（节流器）或称反压装置。目的用以对柱维持一个合适的压力,并且通过它使流体转换为气体后,进入检测器进行测量。实际上,可把限流器看作柱末端延伸部分。

固定相 用于SFC中的色谱柱可以是填充柱也可以是毛细管柱,毛细管超临界流体色谱(CSFC)由于具有特别高的分离效率,倍受人们的青睐。

　　　流动相 　　 在SFC中,最广泛使用的流动相要算是CO2流体,它无色,无味,无毒,易获取并且价廉,对各类有机分子都是一种极好的溶剂。它在紫外区是透明的;临界温度31.26℃,临界压力72.9atm;在色谱分离中,CO2流体允许对温度,压力有宽的选择范围。有时可在流体中引入1%～10%甲醇,以改进分离的选择因子α值。除CO2流体外,可作流动相的还有乙烷、戊烷、氨、氧化亚氮、二氯二氟甲烷、二乙基醚和四氢呋喃等。　

　　 压缩二氧化碳是主要流动相，相比液相色谱的液体流动相和气相色谱的载气有很多突出的优势。一方面，和气相色谱（GC）相比，二氧化碳是一种可以在较低温度进行分离的流动相，而气相色谱不适用于加热难挥发、热不稳定的化合物。另一方面，UPLC技术出现后，虽然大大提高了多种化合物的分离度和分析速度，但是由于液体溶剂的粘度高，造成的系统反压高，因此限制了其更多的应用。因此和液相色谱（LC）相比，二氧化碳单独使用或与其它助溶剂混合使用，流动相具有较低的粘度，能够获得较高的扩散率，并有利于传质。　

CO2较许多其他的液体容易达到超临界状态。以水为例，它的临界点是347°C 和218 bar，而CO2 达到超临界状态是31 　　 CO2较许多其他的液体容易达到超临界状态。以水为例，它的临界点是347°C 和218 bar，而CO2 达到超临界状态是31.26°C 和73.8 bar。CO2无毒、不易燃、廉价容易获得且不污染环境，是一种真正的绿色溶剂，使用CO2代替了购买和处理昂贵的有毒、挥发性的有机溶剂。CO2同时也是一种化学纯度高、稳定且非极性的溶剂，适用于分离很多以前用正相色谱来分离的异构体、手性化合物等。CO2还兼容于大多数的LC检测器，具有溶剂载量少、分离度高、峰形窄、分离速度快等特点，因此也可以作为MS的完美接口，兼容于所有的API（大气压离子化）技术（如ESI电喷雾、APCI大气压力化学电离源、APPI大气压光电电离源），样品进质谱前只需将CO2溶剂气化即可。

　　检测器 在高效液相色谱仪中经常采用的检测器,如紫外、荧光、火焰光度等都能在SFC仪中很好应用。但SFC比起HPLC还具有一个主要优点是可采用GC中火焰离子化检测器(FID)。我们知道,FID对一般有机物分析具有较高的灵敏度,这也就提高了SFC对有机物测定的灵敏。　　　　

三、 超临界流体色谱法与其他色谱法比较 SFC因其超临界流体自身的一些特性，使得SFC的某些应用方法具有超过液相（LC）、气相（GC）两者的有点，有其独到之处，但它并不能取代这两类色谱，而是它们的有力补充。

1. 与 GC 相比较 （1）超临界流体的密度与液体相似，因此具有强的溶解能力，适于分离难挥发和热稳定性差的物质，这是气相色谱所不及的。可分析非挥发性的高分子、生物大分子等样品。 （2）超临界流体色谱可在比气相色谱操作温度低的条件下进行分离，低温分离可减少固定相和溶质的保留时间。所以其选择性比气相色谱高很多。

（3）低温分离可减少固定相和溶质的热分解及药物的消旋化。可用于分析不便用 GC 分析的极性和吸附性强、热稳定性差和难挥发性的药物。 （4）超临界流体色谱选择性较强，SFC可选用压力程序、温度程序，并可选用不同的流动相或者改性剂，因此操作条件的选择范围较GC更广。

2. 与 HPLC 相比较 （1）超临界流体的粘度接近气体，传质阻力较小，可采用细长色谱柱以增加柱效。 （2）超临界流体的扩散系数在液体和气体之间，具有较快的传质速度, 可获得尖锐的色谱峰。 （3）与高效液相色谱法相比，在相同的保留时间内，SFC 的分离度更大、理论塔板数更高；在相同的分离度下，SFC 的分离时间更短。而且还降低有机溶剂的消耗量。　　　　　　　　

　（4）超临界流体色谱的最大优点就是相对于 HPLC 而言，分析时间短、柱平衡快、流动相体系简单。 （5）SFC的检测器应用广。SFC可连结各种类型的GC、LC检测器，如氢离子火焰（FID）、氮磷检测器（NPD）、质谱（MS）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）以及紫外（UV）、荧光（FLD）等检测器。 　　　总之。SFC可以解决气液色谱分析的难题，它可以分析气相色谱难汽化不挥发性样品，同时具有比高效液相色谱更高的效率，分析时间更短。SFC是GC和LC的补充。　　　

比如对于：天然产物、传统药物、药品、食品添加剂或污染物、杀虫剂、表面活性剂、聚合添加剂、脂质或生物燃料等， 都能呈现很高的分离性能和峰形。 　 Waters公司将SCF和超高效液相色谱的亚2微米颗粒色谱柱结合推出新概念"超高效合相色谱仪"，能够更加精确地改变流动相的强度、系统压力和温度，从而调整出系统的分离度和选择性，对分离、检测和定量结构类似物、异构体、对映体和非对映异构体混合物时，能够更好地控制分析物的保留（而这些化合物以任何其他方法分离通常都是困难的）。 　　　 比如对于：天然产物、传统药物、药品、食品添加剂或污染物、杀虫剂、表面活性剂、聚合添加剂、脂质或生物燃料等， 都能呈现很高的分离性能和峰形。

　 比如，为组学（omics）研究者带来强大的剖析能力。各种组学都希望“看”得更全面，“看到的物质范围越广、含量越低，你可能对这个事物的了解越透彻”。但是现在，化合物涉及的范围太广了，不可能一次看到所有的全谱，一定有很多的盲点，或者需要多次重复的技术、改变分析方法的多次进样。对于组学研究来说，就能把复杂化合物的分析常规化。能看到以前看不到的那些物质。

　 还特别适用于分析手性化合物。对于中药/天然产物分离分析、杀虫剂、油脂类、保健品/添加剂、环境污染物、法医、药物研发、香精香料、石油化工等分析来说，手性化合物的分离分析都是必须的，利用在超临界状态，化合物的性质会发生很大的变化，同其处于气态或者液态是不一样的。这种差别造成手性化合物与固定相之间作用的区别，从而获得手性化合物的分离。