*第八章

超臨界流體色譜及其它8.1.1

超臨界流體色譜的特點與原理8.1.2超臨界流體色譜儀的結(jié)構(gòu)流程8.1.3超臨界流體色譜的應用第一節(jié)

超臨界色譜SupercriticalfluidchromatographandothersSupercriticalfluidchromatograph,SFC*8.1.1

超臨界流體色譜的特點與原理1.概述

超臨界流體：在高于臨界壓力與臨界溫度時，物質(zhì)的一種狀態(tài)。性質(zhì)介于液體和氣體之間。超臨界流體色譜(SFC)，20世紀80年代快速發(fā)展，具有液相、氣相色譜不具有的優(yōu)點。（1）可處理高沸點、不揮發(fā)試樣；（2）比LC有更高的柱效和分離效率。*2.超臨界流體性質(zhì)（1）性質(zhì)介于液體和氣體之間，具有氣體的低黏度、液體的高密度，擴散系數(shù)位于兩者之間。*HPLC與SFC

的H-u關系曲線比較*2.超臨界流體性質(zhì)（2）可通過改變超臨界流體的密度（程序改變）調(diào)節(jié)組分分離（類似于氣相色譜的程序升溫，液相色譜中的梯度淋洗）。

超臨界流體的密度與壓力有關。在SFC中壓力變化對容量因子產(chǎn)生顯著影響，超流體的密度隨壓力增加而增加，密度增加提高溶劑效率，淋洗時間縮短。

CO2流動相，當壓力改變：7.0×106→9.0×106Pa，C16H34的保留時間由25min→5min。*程

序

升

壓

程序升壓對SFC分離改善的效應圖實驗條件：柱：DB-1；流動相：CO2；溫度：90oC；檢測器：FID樣品：1-膽甾辛酸酯2-膽甾辛癸酸酯3-膽甾辛月桂酸酯4-膽甾十四酸酯5-膽甾十六酸酯6-膽甾十八酸酯*3.原理

SFC的流動相：超臨界流體（CO2、N2O、NH3）。

SFC的固定相：固體吸附劑(硅膠)或鍵合到載體(或毛細管壁)上的高聚物，可使用液相色譜的柱填料。填充柱SFC和毛細管柱SFC。

分離機理：吸附與脫附。組分在兩相間的分配系數(shù)不同而被分離。通過調(diào)節(jié)流動相的壓力(調(diào)節(jié)流動相的密度)，調(diào)整組分保留值。*8.1.2

超臨界流體色譜儀的結(jié)構(gòu)與流程1.結(jié)構(gòu)流程

*2.主要部件（1）SFC的高壓泵

無脈沖的注射泵，通過電子壓力傳感器和流量檢測器，計算機控制流動相的密度和流量。

（2）SFC的色譜柱和固定相

可以采用液相色譜柱和交聯(lián)毛細管柱；

SFC的固定相：固體吸附劑（硅膠）或鍵合到載體（或毛細管壁）上的高聚物。專用的毛細管柱SFC。*主要部件（3）流動相

SFC的流動相：超臨界流體，如CO2、N2O、NH3

CO2應用最廣泛；無色、無味、無毒、易得、對各類有機物溶解性好，在紫外光區(qū)無吸收。缺點：極性太弱。加少量甲醇等改性。（4）檢測器

可采用液相色譜檢測器，也可采用氣相色譜的FID檢測器。*壓力效應：在SFC中壓力變化對容量因子產(chǎn)生顯著影響，超流體的密度隨壓力增加而增加，密度增加提高溶劑效率，淋洗時間縮短。

CO2流動相，當壓力改變：7.0×106→9.0×106Pa，C16H34的保留時間由25min→5min。

SFC柱壓降大(比毛細管色譜大30倍)，柱前端與柱尾端分配系數(shù)相差很大；超臨界流體的密度在臨界壓力處最大，超過該點，影響小，超過臨界壓力20%，柱壓降對分離的影響小。*8.1.3

超臨界流體色譜的應用1.聚苯醚低聚物的分析分析條件：色譜柱：10m×63μmi.d.

毛細管柱；固定相：鍵合二甲基聚硅氧烷；流動相：CO2；柱溫：120

C；程序升壓。*2.低聚乙烯的SFC分析*3.甘油三酸酯的分析四種組分僅雙鍵數(shù)目和位置不同，難分離。分析條件：色譜柱：DB-225SFC毛細管柱；流動相：CO2

。

從15MPa程序升壓到27MPa，2.5h完全分離。*內(nèi)容選擇結(jié)束8.1超臨界流體色譜

8.2激光色譜

8.3

場流分離*第八章

超臨界流體色譜及其它8.2.1

激光色譜的基本原理8.2.2激光色譜的特點8.2.3激光色譜的應用前景與發(fā)展第二節(jié)

激光色譜SupercriticalfluidchromatographandothersLaserchromatograph*概述

激光色譜（opticalchromatography）是板今太郎于1995年首次提出的利用激光作為推動力的一類新型的色譜分離技術。分析化學領域的又一個前沿課題。為人們提供了一個用于研究微米區(qū)域內(nèi)（甚至更小）粒子的物理、化學及生物特性的全新方法。對化學、分子生物學和生物醫(yī)學工程等領域產(chǎn)生影響。*8.2.1

激光色譜的基本原理1.光捕集

OpticalTrapTechnique；Ashkin

1970年

通過光學系統(tǒng)將一束特定波長的激光聚焦于溶液中，由于溶液中粒子的折光指數(shù)大于溶劑的折光指數(shù)，所以粒子在激光的輻射壓力作用下被聚焦，相當于粒子被捕集一樣(在物理上將這種現(xiàn)象稱為激光致冷)。為光色譜的誕生奠定了基礎將待分離組分（或粒子）按幾何尺寸的大小分離的技術。*2.激光分離原理

粒子受流動相的推動力f推和激光束的輻射壓力f輻共同作用。粒子受輻射壓力的作用聚焦在激光束的中心線上。

f輻>f推時，粒子運動方向發(fā)生反轉(zhuǎn)并獲得一定的加速度，并受流動相的阻力而逐漸減速，當f輻=f推時，離子在該處停留。大粒子受到的輻射壓力大，離激光光源位置遠，從而實現(xiàn)分離。

*8.2.2

激光色譜的特點1．進樣簡單2．優(yōu)化分離條件容易

改變激光束的聚焦條件可以控制粒子的分離效果。光色譜可以控制測定時間。3．不需要用標準物質(zhì)對照定性

知道分析物粒子的尺寸大小和折光指數(shù)，就可以通過計算來確定粒子的位置而定性。4．可以隨時檢測

檢測效率100%。

*5．可同時實現(xiàn)分離和富集

改變激光器的輸出功率就可以將粒子按幾何尺寸大小收集。6．可以更有效地分離單個“粒子”或“大分子”

如生物細胞和生物大分子。7．只要中斷激光束就可以恢復樣品的初始濃度8．可以進行“原位”反應或性質(zhì)研究

粒子位置確定，并可根據(jù)需要確定停留時間，可方便地對離子進行化學反應或其他研究。9．色譜柱的尺寸可以減小至微米級

為微米區(qū)域內(nèi)的化學或分子生物研究提供了場所。

*8.2.3

激光色譜的應用前景與發(fā)展對聚合物微球、生物細胞、生物大分子(如蛋白質(zhì)、肽、DNA、RNA的細粒體)進行分離研究。從理論上講，可以檢測到一個蛋白質(zhì)分子，這是其他分析方法所不具備的突出特點。發(fā)展方向：1．完善光色譜理論：分離數(shù)學模型，影響分離因素。2．研制高靈敏度的檢測器：提高檢測技術。3．研制性能優(yōu)良、自動化程度高的光色譜儀器。4．進行深入的應用研究：生物大分子的微區(qū)研究。揭示生物大分子的反應機理等。

*內(nèi)容選擇結(jié)束8.1超臨界流體色譜8.2激光色譜

8.3

場流分離*第八章

超臨界流體色譜及其它8.3.1

場流分離的基本原理8.3.2

場流分離儀器8.3.3沉降場流分離8.3.4熱場流分離8.3.5流體場流分離第三節(jié)

場流分離SupercriticalfluidchromatographandothersFieldflowfractionation；FFF*

8.3.1

場流分離的基本原理

1.

概述

場流分離（FFF）是一種混合物的流動分離技術，但不是嚴格意義上的色譜分離。通過在外部施加力場的作用下，利用溶質(zhì)在流經(jīng)一個空的柱槽時根據(jù)溶質(zhì)在物理性質(zhì)方面的差異如質(zhì)量、體積、擴散系數(shù)、電荷等，使溶質(zhì)分布在流動相中的不同區(qū)域?qū)崿F(xiàn)分離的技術。所施加的力場可以是電場、磁場、熱梯度、重力場等各種形式，外力場的作用力方向與流動方向垂直。*2.基本原理*停留時間與弛豫過程

當試樣進入柱槽時，載液將被中斷一段時間，稱為停留時間，以使溶質(zhì)有足夠時間在分離場和擴散力的作用下在柱槽的富集板附近形成平衡層，這一過程被稱作弛豫過程。

在弛豫過程，溶質(zhì)在橫向分離場產(chǎn)生的驅(qū)動力F作用下向液槽聚集壁移動，移動速率u可用下式表示：

f為摩擦系數(shù)；R為摩爾氣體常數(shù)；T為溫度；D為擴散系數(shù)。

*

當組分在壁上的聚集與擴散平衡后，形成平行于槽壁的、分離的、窄的顆粒層，每一層具有指數(shù)濃度分布，越靠近槽壁濃度越高，濃度分布層厚度（l）分布可表示為：

層厚度l與槽厚度w的比為：

為了使λ盡可能小，施加的力場必須盡可能大。*3.FFF中的保留比定義為保留比定義為：

Vr-液槽的空體積，V0-被分離組分的保留體積，t0為不保留溶質(zhì)的出峰時間，tr為保留時間。

理論保留值可由下式計算：

對充分保留的組分（λ<0.1）,上式可簡化為極限形式：

受擴散控制的FFF過程的保留時間計算通式為：

*4.場流分離類型

依據(jù)樣品的分子量或粒子直徑范圍不同分為正常型和位阻型兩類：

（1）正常型

直徑小于1

m的溶質(zhì)或粒子的分離是按正常型分離的。正常型分離的洗脫順序與凝膠色譜相反，小分子先于大分子被洗脫。（２）位阻型

直徑為1～100

m的粒子的分離行為不同于小粒子。直徑大的粒子處于平均流速較快的區(qū)域故有較快的移動速度，先于小粒子流出，與正常型正好相反，而與凝膠色譜相同。*8.3.2

場流分離儀器

外力場類型：熱FFF；沉降FFF。儀器的基本組件：FFF通道、場發(fā)生器和場梯度控制器、流體泵、檢測器和記錄儀。FFF通道：塑料或金屬片上形成的帶狀通道，一般厚度為0.05～0.5mm，長100cm，寬2～3cm。通道的設計應允許場力線通過，因而不同體系需要采用不同材質(zhì)的通道。*8.3.3

沉降場流分離

約1μm或更大的且有足夠密度的顆?？捎贸两礔FF分離技術，即在重力場的作用下獲得分離。

載液的密度顯著地影響到組分的保留，故對于精密的工作應準確地知道載液的密度，通過加入密度調(diào)節(jié)劑來調(diào)整載液密度，使各組分的保留值差增加。*應用

可用來篩分各種分散性乳液樣品和表征聚甲基丙烯酸甲酯聚合樣品，也可用于幾種病毒的相對分子質(zhì)量測定，聚合的血清白蛋白微球和幾種油水乳濁液的分級。分子太小而不被沉降時，則無法使用沉降FFF