高效液相色谱
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什么是HPLC(高效液相色谱)?简史和一些定义液相色谱(LC)是俄国植物学家Mikhail S. Tswett在20世纪初定义的概念。
他当时专注于使用填充有颗粒的柱子分离用溶剂从植物中提取的化合物[叶色素],这是液相色谱史上的先驱性研究。
Tswett用颗粒填充开放式玻璃柱。
他发现粉状白垩[碳酸钙]和氧化铝这两种特殊材料对分离有用。
他将样品[均质化植物叶子的溶剂提取物]倒入柱中,使样品通过颗粒床。
然后使纯溶剂通过。
当样品在重力作用下穿过柱子时,可以观察到样品分成了不同颜色的谱带,这是因为某些组分的移动速度快于其他组分。
他将这些不同颜色的分离谱带与样品中最初包含的不同化合物联系起来。
根据各种化合物对颗粒的化学吸引力强度不同,对这些化合物进行了分析分离。
对颗粒有更强吸引的化合物移动速度减慢,而对溶剂有更强吸引的其他化合物移动速度较快。
该过程可以描述如下:样品中包含的化合物在称为流动相的移动溶剂与称为固定相的颗粒之间以不同的方式分布或分配。
这导致各种化合物以不同的速度移动,从而引起化合物的分离。
Tswett创造了色谱(chromatography)[来自希腊词chroma(意思是颜色)和graph(意思是书写)的组合,即“彩色的书写”)]一词来描述其色彩斑斓的实验。
[有趣的是,俄语名字Tswett的意思是颜色。
]目前,各种形式的液相色谱已成为分析化学领域的一种强大工具。
液相色谱(LC)技术液相色谱可使用平面技术[技术1和2]或柱技术[技术3]来实施。
柱液相色谱的功能更为强大,并且具有更高的样品容量。
在所有情况下,样品都必须先溶解在液体中,然后输送到色谱装置之上或色谱装置内部。
技术1.将样品以点状形式上样到固定在玻璃板表面上的色谱颗粒[固定相]薄层上,然后使液流流过该薄层。
板的底部边缘置于溶剂中。
当溶剂[流动相]扩散至干燥颗粒层并沿玻璃板向上移动时,通过毛细管作用产生液流。
这种技术被称为薄层色谱或TLC。
高效液相色谱高效液相色谱,又称高压液相色谱(HPLC,High Performance Liquid Chromatography),是一种重要的色谱技术,广泛应用于药物分析、食品安全检测、环境监测等领域。
相较于传统液相色谱,高效液相色谱具有分离效果好、分析速度快、灵敏度高等优势,因此成为现代分析实验的核心技术之一。
高效液相色谱的原理基于物质在不同相互作用力下的差异,通过样品在固定相上的分配行为,实现对不同成分的分离和分析。
其核心部分是色谱柱,包括固定相、流动相和样品分子。
其中,固定相是一种特定的固体或液体材料,具有一定的孔隙结构和表面特性,用于捕获和分离样品成分。
流动相则由溶剂组成,可以通过与固定相的相互作用调节分离效果。
而样品分子则根据其在固定相上的亲疏性,相继被吸附、扩散和解吸,最终实现分离。
高效液相色谱的分离过程包括样品进样、柱温控制、流速调节等步骤,每个步骤都需要严格控制,以保证分离效果和结果准确性。
在样品进样之前,通常需要采用样品前处理方法,如固相萃取、溶剂萃取等,以去除杂质和提高分析物的浓度。
然后,样品通过进样器进入色谱柱,通过控制流速和柱温,使样品成分在固定相上发生分配行为,从而实现分离。
最后,通过采集柱洗脱出来的物质,并通过检测器检测其浓度变化,得到分析结果。
高效液相色谱的关键是选择适当的固定相和流动相。
不同的样品性质和分析要求需要选择不同的固定相。
常见的固定相包括疏水相、离子交换相、亲水相等。
此外,流动相的选择也非常重要,常见的流动相溶剂有水、有机溶剂(如甲醇、乙腈)等。
合理选择固定相和流动相能提高分离效果,提高检测灵敏度。
高效液相色谱有多种检测器可供选择,常用的有紫外-可见光谱检测器(UV-Vis)、荧光检测器、质谱检测器等。
通过检测器的信号,可以得到样品的浓度信息,从而进行定量分析。
高效液相色谱在药物分析中的应用广泛。
例如,针对不同药物的检测需求,可以选择不同的色谱柱和流动相,在合适的检测器下进行分析。
高效液相色谱高效液相色谱仪高效液相色谱法(High Performance Liquid Chromatography \ HPLC)又称“高压液相色谱”、“高速液相色谱”、“高分离度液相色谱”、“近代柱色谱”等。
高效液相色谱是色谱法的一个重要分支,以液体为流动相,采用高压输液系统,将具有不同极性的单一溶剂或不同比例的混合溶剂、缓冲液等流动相泵入装有固定相的色谱柱,在柱内各成分被分离后,进入检测器进行检测,从而实现对试样的分析。
该方法已成为化学、医学、工业、农学、商检和法检等学科领域中重要的分离分析技术。
目录化学信息基本信息性状描述物理说明药理作用危险说明历史特点主要类型结构组成综述高压输液泵色谱柱进样器检测器馏分收集器数据获取和处理系统分离原理液—固色谱法离子交换色谱法离子对色谱法离子色谱法空间排阻色谱法流程使用方法综述色谱柱的理论板数分离度拖尾因子测定方法综述面积归一化法主成分自身对照法内标法外标法设备选型综述相对分子质量溶解度化学结构仪器设备综述高压泵梯度洗提进样装置色谱柱检测器应用实例化学信息基本信息性状描述物理说明药理作用危险说明历史特点主要类型结构组成综述高压输液泵色谱柱进样器检测器馏分收集器数据获取和处理系统分离原理液—固色谱法离子交换色谱法离子对色谱法离子色谱法空间排阻色谱法流程使用方法综述色谱柱的理论板数分离度拖尾因子测定方法综述面积归一化法主成分自身对照法内标法外标法设备选型综述相对分子质量溶解度化学结构仪器设备综述高压泵梯度洗提进样装置色谱柱检测器应用实例展开化学信息基本信息中文名称:葛根素(HPLC),98%中文别名:葛根黄酮,8-beta-D-葡萄吡喃糖-4',7-二羟基异黄酮英文名称:Puerarin英文别名:8-(β-D-Glucopyranosyl-7-hydroxy-3-(4-hydroxyphenyl)-4H-1-benzopyran-4-one 纯度:98%CAS号:3681-99-0分子式:C21H20O9分子量:416.38HPLC[1]性状描述高含量为白色针状结晶粉末,属于黄酮类。
物理说明熔点187-189°C药理作用具有提高免疫,增强心肌收缩力,保护心肌细胞,降低血压,抗血小板聚集等作用。
危险说明危险品标志:F,C危险类别码:11-34安全说明:22-24/25-45-36/37/39-26-16历史1906年俄国植物化学家茨维特(Tswett)首次提出“色谱法”(Chromotography)和“实验室最常用的P230高效液相色谱仪色谱图”(Chromatogram)的概念。
他在论文中写到:“(原文)一植物色素的石油醚溶液从一根主要装有碳酸钙吸附剂的玻璃管上端加入,沿管滤下,后用纯石油醚淋洗,结果按照不同色素的吸附顺序在管内观察到它们相应的色带,就象光谱一样,称之为色谱图。
”1930年以后,相继出现了纸色谱、离子交换色谱和薄层色谱等液相色谱技术。
1952年,英国学者Martin和Synge 基于他们在分配色谱方面的研究工作,提出了关于气-液分配色谱的比较完整的理论和方法,把色谱技术向前推进了一大步,这是气相色谱在此后的十多年间发展十分迅速的原因。
1958年,基于Moore和Stein的工作,离子交换色谱的仪器化导致了氨基酸分析仪的出现,这是近代液相色谱的一个重要尝试,但分离效率尚不理想。
1960年中后期,气相色谱理论和实践的发展,以及机械、光学、电子等技术上的进步,液相色谱又开始活跃。
到60年代末期把高压泵和化学键合固定相用于液相色谱就出现了HPLC。
1970年中期以后,微处理机技术用于液相色谱,进一步提高了仪器的自动化水平和分1990年以后,生物工程和生命科学在国际和国内的迅速发展,为高效液相色谱技术提出了更多、更新的分离、纯化、制备的课题,如人类基因组计划,蛋白质组学有HPLC作预分离等。
特点高效液相色谱法有“三高一广一快”的特点:高效液相色谱HPLC流程示意①高压:流动相为液体,流经色谱柱时,受到的阻力较大,为了能迅速通过色谱柱,必须对载液加高压。
②高效:分离效能高。
可选择固定相和流动相以达到最佳分离效果,比工业精馏塔和气相色谱的分离效能高出许多倍。
③高灵敏度:紫外检测器可达0.01ng,进样量在uL数量级。
④应用范围广:百分之七十以上的有机化合物可用高效液相色谱分析,特别是高沸点、大分子、强极性、热稳定性差化合物的分离分析,显示出优势。
⑤分析速度快、载液流速快:较经典液体色谱法速度快得多,通常分析一个样品在15~30分钟,有些样品甚至在5分钟内即可完成,一般小于1小时。
此外高效液相色谱还有色谱柱可反复使用、样品不被破坏、易回收等优点,但也有缺点,与气相色谱相比各有所长,相互补充。
高效液相色谱的缺点是有“柱外效应”。
在从进样到检测器之间,除了柱子以外的任何死空间(进样器、柱接头、连接管和检测池等)中,如果流动相的流型有变化,被分离物质的任何扩散和滞留都会显著地导致色谱峰的加宽,柱效率降低。
高效液相色谱检测器的灵敏度不及气相色谱。
主要类型1.吸附色谱(Adsorption Chromatography)2.分配色谱(Partition Chromatography)3.离子色谱(Ion Chromatography)4.体积排阻色谱(Size Exclusion Chromatography)5.亲和色谱(Affinity Chromatography)结构组成综述高效液相色谱仪可分为“高压输液泵”、“色谱柱”、“进样器”、“检测器”、“馏分收集器”以及“数据获取与处理系统”等部分。
高压输液泵功能驱动流动相和样品通过色谱分离柱和检测系统;性能要求流量稳定(±1),耐高压(30~60Mpa),耐各种流动相:例如:有机溶剂、水和缓冲液;种类往复泵和隔膜泵。
色谱柱分离样品中的各个物质;尺寸10~30cm长,2~5mm内径的内壁抛光的不锈钢管柱;填料粒度5 ~10μm ,高效微粒固定相;进样器功能将待分析样品引入色谱系统;种类①注射器,10Mpa以下,1~10μm微量注射器进样②停流进样③阀进样,常用、较理想、体积可变,可固定④自动进样器,有利于重复操作,实现自动化检测器功能将被分析组在柱流出液中浓度的变化转化为光学或电学信号;分类①示差折光化学检测器②紫外吸收检测器③紫外一可同分光光度检测器④二极管阵列紫外检测器⑤荧光检测器⑥电化学检测器馏分收集器功能如果所进行的色谱分离不是为了纯粹的色谱分析,而是为了做其它波谱鉴定,或获取少量试验样品的小型制备,馏分收集是必要的;方法①手工,少数几个馏分,手续麻烦,易出差错。
②馏分收集器收集,比较理想,微机控制操作准确。
数据获取和处理系统功能把检测器检测到的信号显示出来。
分离原理液—液分配色谱法(Liquid-liquid Partition Chromatography)及化学键合相色谱(Chemically Bonded Phase Chromatography)流动相和固定相都是液体。
流动相与固定相之间应互不相溶(极性不同,避免固定液流失),有一个明显的分界面。
当试样进入色谱柱,溶质在两相间进行分配。
达到平衡时,服从于高效液相色谱计算公式:高效液相色谱计算公式式中,cs—溶质在固定相中浓度;cm--溶质在流动相中的浓度;Vs—固定相的体积;Vm—流动相的体积。
LLPC与GPC有相似之处,即分离的顺序取决于K,K大的组分保留值大;但也有不同之处,GPC中,流动相对K影响不大,LLPC流动相对K影响较大。
a. 正相液—液分配色谱法(Normal Phase liquid Chromatography): 流动相的极性小于固定液的极性。
b. 反相液—液分配色谱法(Reverse Phase liquid Chromatography): 流动相的极性大于固定液的极性。
c. 液—液分配色谱法的缺点:尽管流动相与固定相的极性要求完全不同,但固定液在流动相中仍有微量溶解;流动相通过色谱柱时的机械冲击力,会造成固定液流失。
上世纪70年代末发展的化学键合固定相(见后),可克服上述缺点。
现在应用很广泛(70~80%)。
液—固色谱法流动相为液体,固定相为吸附剂(如硅胶、氧化铝等)。
这是根据物质吸附作用的不同来进行分离的。
其作用机制是:当试样进入色谱柱时,溶质分子(X) 和溶剂分子(S)对吸附剂表面活性中心发生竞争吸附(未进样时,所有的吸附剂活性中心吸附的是S),可表示如下:Xm nSa ====== Xa nSm式中:Xm--流动相中的溶质分子;Sa--固定相中的溶剂分子;Xa--固定相中的溶质分子;Sm--流动相中的溶剂分子。
当吸附竞争反应达平衡时:K=[Xa][Sm]/[Xm][Sa]式中:K为吸附平衡常数。
[讨论:K越大,保留值越大。
]离子交换色谱法(Ion-exchange Chromatography)IEC是以离子交换剂作为固定相。
IEC是基于离子交换树脂上可电离的离子与流离子交换色谱柱动相中具有相同电荷的溶质离子进行可逆交换,依据这些离子以交换剂具有不同的亲和力而将它们分离。
以阴离子交换剂为例,其交换过程可表示如下:X-(溶剂中) (树脂-R4N Cl-)=== (树脂-R4N X-) Cl- (溶剂中)当交换达平衡时:KX=[-R4N X-][ Cl-]/[-R4N Cl-][ X-]分配系数为:DX=[-R4N X-]/[X-]= KX [-R4N Cl-]/[Cl-][讨论:DX与保留值的关系]凡是在溶剂中能够电离的物质通常都可以用离子交换色谱法来进行分离。
离子对色谱法(Ion Pair Chromatography)离子对色谱法是将一种( 或多种) 与溶质分子电荷相反的离子( 称为对离子或反离子) 加到流动相或固定相中,使其与溶质离子结合形成疏水型离子对化合物,从而控制溶质离子的保留行为。
其原离子色谱仪流程示意理可用下式表示:X 水相Y-水相=== X Y-有机相式中:X 水相--流动相中待分离的有机离子(也可是阳离子);Y-水相--流动相中带相反电荷的离子对(如氢氧化四丁基铵、氢氧化十六烷基三甲铵等);X Y---形成的离子对化合物。
当达平衡时:KXY = [X Y-]有机相/[ X ]水相[Y-]水相根据定义,分配系数为:DX= [X Y-]有机相/[ X ]水相= KXY [Y-]水相[讨论:DX与保留值的关系]离子对色谱法(特别是反相)发解决了以往难以分离的混合物的分离问题,诸如酸、碱和离子、非离子混合物,特别是一些生化试样如核酸、核苷、生物碱以及药物等分离。
离子色谱法(Ion Chromatography)用离子交换树脂为固定相,电解质溶液为流动相。