第二十二章 高效液相色谱分析法 第一节 高效液相色谱的特点与仪器 一、高效液相色谱仪 HPLC 二、高效液相色谱法的特点

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1 第二十二章 高效液相色谱分析法 第一节 高效液相色谱的特点与仪器 一、高效液相色谱仪 HPLC 二、高效液相色谱法的特点
feature of HPLC 三、流程及主要部件 general process and main assembly of HPLC high performance liquid chromatograph 第一节 高效液相色谱的特点与仪器 feature and instrument of HPLC

2 一、液相色谱仪器 high performance liquid chromatograph

3 液相色谱仪（2）

4 液相色谱仪（3）

5 液相色谱仪（4）

6 二、高效液相色谱法的特点 feature of HPLC
特点：高压、高效、高速、高沸点、热不稳定有机及生化试样的高效分离分析方法。

7 三、流程及主要部件 process and main assembly of HPLC
1、流 程

8 2、主 要 部 件 (1) 高压输液泵 主要部件之一，压力：30MPa以上。
应具有压力平稳、脉冲小、 流量稳定可调、耐腐蚀等特性

9 (2)梯度淋洗装置 高压(外)梯度: 利用两台高压输液 泵，将两种不同极性的溶剂按一定的比例送入梯度混合室，混合后进入色谱柱。
低压(内)梯度: 一台高压泵, 通过比例调节阀,将两种或多种不同极性的溶剂按一定的比例抽入高压泵中混合。

10 (3) 进样装置 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， 其结构如图所示：

11 (4) 高效分离柱 柱体为直型不锈钢管，内径1～6mm，柱长5～40 cm。发展趋势是减小填料粒度和柱径以提高柱效。

12 (5) 液相色谱检测器 a. 紫外检测器 应用最广，对大部分有机化合物有响应。 特 点： 灵敏度高； 线形范围高；
特 点： 灵敏度高； 线形范围高； 流通池可做的很小(1mm×10mm ，容积 8μL)； 对流动相的流速和温度变化不敏感； 波长可选，易于操作；可用于梯度洗脱。

13 b. 光电二极管阵列检测器 紫外检测器的重要进展；
光电二极管阵列检测器：1024个二极管阵列，各检测特定波长，计算机快速处理，三维立体谱图，如图所示。

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15 光电二极管阵列检测器

16 c. 示差折光检测器 (differential refractive index detector)
可连续检测参比池和样品池中流动相之间的折光指数差值。差值与浓度呈正比； 通用型检测器(每种物质具有不同的折光指数)； 灵敏度低、对温度敏感、不能用于梯度洗脱 偏转式、反射式和干涉型三种；

17 d. 荧光检测器 （fluorescence detector）
高灵敏度、高选择性； 对多环芳烃，维生素B、黄曲霉素、卟啉类化合物、农药、药物、氨基酸、甾类化合物等有响应；

18 第二十二章 高效液相色谱分析法 第二节 高效液相色谱法的基本理论 high performance liquid chromatograph
fundamental of chromatograph theory

19 热力学理论： 塔板理论——平衡理论 基 础 动力学理论： 速率理论——Van Deemter方程

20 一、速率理论(与GC对比)

21 在高效液相色谱中, 液体的扩散系数仅为气体的十万分之一，则速率方程中的分子扩散项B/u较小，可以忽略不计：
液相色谱H-u曲线与气相色谱的形状如图所示。

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23 二、影响分离的因素 1、流 速 流速大于0.5 cm/s时, H～u曲线是一段斜率不大的直线。降低流速，柱效提高不是很大。但在实际操作中，流量 仍是一个调整分离度和出峰时间的重要可选择参数。

24 2、涡流扩散项及其影响 降低固定相粒度粒径小的、分布均匀的球形固定相可提高柱效。 3、传质阻力项及其影响

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26 改变淋洗液组成、极性是改善分离的最直接的因素。

27 第二十二章 高效液相色谱 分析法 第三节 主要分离类型 一、液-固吸附色谱 二、液-液分配色谱 三、离子交换色谱 四、离子色谱
liquid-solid adsorption chromatograph 二、液-液分配色谱 liquid- liquid partition chromatograph 三、离子交换色谱 ion-exchange chromatograph 四、离子色谱 ion chromatograph 五、离子对色谱 ion-pair chromatograph 六、排阻色谱 size- exclusion chromatograph 七、亲和色谱(AC) Affinity chromatograph high performance liquid chromatograph 第三节 主要分离类型

28 一、 液-固吸附色谱 liquid-solid adsorption chromatography
流动相：各种不同极性的一元或多元溶剂。 基本原理：利用溶质分子占据固定相表面吸附活性中心能力的差异；适用于分离相对分子质量中等的油溶性试样，对具有官能团的化合物和异构体有较高选择性； 缺点：非线形等温吸附常引起峰的拖尾；

29 二、 液-液分配色谱 liquid- liquid partition chromatography
固定相与流动相均为液体（互不相溶）； 基本原理：组分在固定相和流动相上的分配 流动相：对于亲水性固定液，采用疏水性流动相，即流动相的极性小于固定液的极性（正相 normal phase）；反之，流动相的极性大于固定液的极性（反相 reverse phase）。

30 正相的出峰顺序：极性小的组分先出柱，极性大的组分后出柱， 适于分离极性组分；反相出峰顺序：极性大的组分先出柱，极性小的组分后出柱；适于分离非极性组分。
固定相：早期涂渍固定液，固定液流失，较少采用； 化学键合固定相：（将各种不同基团通过化学反应键合到硅胶（担体）表面的游离羟基上。C-18柱（反相柱）。

31 三、 离子交换色谱 ion-exchange chromatography
固定相：阴离子或阳离子离子交换树脂； 流动相：阴离子树脂作固定相，采用酸性水溶液；阳离子树脂作固定相采用碱性水溶液 基本原理：组分在固定相上发生的反复离子交换反应；组分与离子交换剂之间亲和力的大小与离子半径、电荷、存在形式等有关。亲和力大，保留时间长； 应用：离子及可离解的化合物氨基酸、核酸等。

32 四、 离子对色谱 ion pair chromatography
原理：将一种（或多种）与溶质离子电荷相反的离子（对离子或反离子）加到流动相中使其与溶质离子结合形成疏水性离子对化合物，使其能够在两相之间进行分配； 阴离子分离：常采用烷基铵类，如氢氧化四丁基铵或氢氧化十六烷基三甲铵作为对离子；阳离子分离：常采用烷基磺酸类，如己烷磺酸钠作为对离子；反相离子对色谱：非极性的疏水固定相(C-18柱)，含有对离子Y+的甲醇-水或乙腈-水作为流动相，试样离子X-进入流动相后，生成疏水性离子对Y+ X -后；在两相间分配。

33 五、 排阻色谱色谱 size- exclusion chromatography
固定相：凝胶(具有一定大小孔隙分布) 原理：按分子大小分离。小分子可以扩散到凝胶空隙，由其中通过，出峰最慢；中等分子只能通过部分凝胶空隙，中速通过；而大分子被排斥在外，出峰最快；溶剂分子小，故在最后出峰。 可对相对分子质量在 范围内的化合物按质量分离

34 六、 亲和色谱(AC) Affinity chromatograph
原理：利用生物大分子和固定相表面存在的某种特异性亲和力，进行选择性分离。 先在载体表面键合上一种具有一般反应性能的所谓间隔臂(环氧、联胺等)，再连接上配基(酶、抗原等)，这种固载化的配基将只能和具有亲和力特性吸附的生物大分子作用而被保留。改变淋洗液后洗脱。

35 一、液相色谱固定相 stationary phase of HPLC 二、液相色谱流动相 mobile phase of HPLC
第二十二章 液相色谱分析法 一、液相色谱固定相 stationary phase of HPLC 二、液相色谱流动相 mobile phase of HPLC high performance liquid chromatograph 第四节 液相色谱的固定相与流动相 stationary phase and mobile phase of HPLC

36 一、液相色谱固定相 stationary phases of LC
1. 液-液分配及离子对分离固定相 （1）全多孔型担体 由氧化硅、氧化铝、硅藻土等制成的多孔球体；早期采用100μm的大颗粒，表面涂渍固定液，性能不佳已不多见； 现采用10μm以下的小颗粒，化学键合制备柱填料； （2）表面多孔型担体 （薄壳型微珠担体） 30～40μm的玻璃微球，表面附着一层厚度为1 ～ 2μm的多孔硅胶。 表面积小，柱容量底；

37 （3）化学键合固定相 化学键合固定相: 目前应用最广、性能最佳的固定相； a. 硅氧碳键型： ≡Si—O—C
b. 硅氧硅碳键型：≡Si—O—Si — C 稳定，耐水、耐光、耐有机溶剂，应用最广； c. 硅碳键型： ≡Si—C d. 硅氮键型： ≡Si—N

38 化学键合固定相的特点 （1）传质快，表面无深凹陷，比一般液体固定相传质快； （2）寿命长，化学键合，无固定液流失，耐流动相冲击；耐水、耐光、耐有机溶剂，稳定； （4）选择性好，可键合不同官能团，提高选择性； （5）有利于梯度洗脱；

39 2.液-固吸附分离固定相 种类：硅胶、氧化铝、分子筛、聚酰胺等； 结构类型：全多孔型和薄壳型； 粒度：5～10 μm；

40 3.离子交换色谱分离固定相 结构类别： （1）薄壳型离子交换树脂 薄壳玻璃珠为担体，表面涂约1%的离子交换树脂； （2）离子交换键合固定相
薄壳键合型；微粒硅胶键合型（键合离子交换基团） 树脂类别： （1） 阳离子交换树脂（强酸性、弱酸性） （2） 阴离子交换树脂（强碱性、弱碱性）

41 4. 空间排阻分离固定相 （1）软质凝胶 葡聚糖凝胶、琼脂凝胶等。多孔网状结构； 水为流动相。适用于常压排阻分离。 （2）半硬质凝胶
苯乙烯-二乙烯基苯交联共聚物，有机凝胶； 非极性有机溶剂为流动相，不能用丙酮、乙醇等极性溶剂 （3）硬质凝胶 多孔硅胶、多孔玻珠等； 化学稳定性、热稳定性好、机械强度大，流动相性质影响小，可在较高流速下使用。 可控孔径玻璃微球，具有恒定孔径和窄粒度分布。

42 二、液相色谱的流动相 mobile phases of LC
1. 流动相特性 (1)液相色谱的流动相又称为：淋洗液，洗脱剂。流动相组成改变，极性改变，可显著改变组分分离状况； (2)亲水性固定液常采用疏水性流动相，即流动相的极性小于固定相的极性，称为正相液液色谱法，极性柱也称正相柱。 (3)若流动相的极性大于固定液的极性，则称为反相液液色谱，非极性柱也称为反相柱。组分在两种类型分离柱上的出峰顺序相反。

43 2. 流动相类别 按流动相组成分：单组分和多组分； 按极性分：极性、弱极性、非极性； 按使用方式分：固定组成淋洗和梯度淋洗。
常用溶剂： 己烷、四氯化碳、甲苯、乙酸乙酯、乙醇、乙腈、水。 采用二元或多元组合溶剂作为流动相可以灵活调节流动相的极性或增加选择性，以改进分离或调整出峰时间。

44 3. 流动相选择 在选择溶剂时，溶剂的极性是选择的重要依据。 采用正相液-液分配分离时：首先选择中等极性溶剂，若组分的保留时间太短，降低溶剂极性，反之增加。 也可在低极性溶剂中，逐渐增加其中的极性溶剂，使保留时间缩短。

45 常用溶剂的极性顺序： 水(最大) > 甲酰胺> 乙腈> 甲醇> 乙醇> 丙醇> 丙酮> 二氧六环> 四氢呋喃> 甲乙酮> 正丁醇> 乙酸乙酯> 乙醚> 异丙醚> 二氯甲烷>氯仿>溴乙烷>苯>四氯化碳>二硫化碳>环己烷>己烷>煤油(最小)

46 4. 选择流动相时应注意的几个问题 （1）尽量使用高纯度试剂作流动相，防止微量杂质长期累积损坏色谱柱和使检测器噪声增加。
（2）避免流动相与固定相发生作用而使柱效下降或损坏柱子。如使固定液溶解流失；酸性溶剂破坏氧化铝固定相等。 （3）试样在流动相中应有适宜的溶解度，防止产生沉淀并在柱中沉积。 （4）流动相同时还应满足检测器的要求。当使用紫外检测器时，流动相不应有紫外吸收。

47 三、分离类型选择 choice of separation types

48 四、 HPLC的应用 application of HPLC
1. 环境中有机氯农药残留量分析 固定相：薄壳型硅胶(37 ～50m) 流动相：正己烷 流 速：1.5 mL/min 色谱柱：50cm2.5mm(内径) 检测器：差示折光检测器 可对水果、蔬菜中的农药残留量进行分析。

49 2. 稠环芳烃的分析 稠环芳烃多为致癌物质。 固定相：十八烷基硅烷化键合相 流动相：20%甲醇-水 ～100%甲醇
线性梯度淋洗，2%/min 流 速：1mL/min 柱 温：50 ºC 柱 压：70 104 Pa 检测器：紫外检测器