第22章其他分離析方法

1、22.1.概論概論 隨分離分析技術(shù)發(fā)展，眾多適用于混合物試樣預(yù)分離或樣品預(yù)處理、分離分析、制備分離的其他與色譜相關(guān)分離分析技術(shù)相繼出現(xiàn)，如超臨界流體色譜和萃取、逆流色譜、場流分離、多維色譜、膜色譜、固相萃取、固相微萃取等。 分析試樣預(yù)處理是儀器分析的首要步驟，約占分析工作量的70%。這是試樣初步分離、凈化、痕量成分富集技術(shù)，是樣品分離分析的重要組成部分。22.2.1. 超臨界流體和超臨界流體色譜超臨界流體和超臨界流體色譜 超臨界流體色譜(supercritical fluid chromatography;sfc)是以超臨界流體（supercritical fluid，sfs)為流動相的色譜技

2、術(shù)。 在三相點下，氣、固、液處在平衡狀態(tài)，存在一個臨界溫度tc和臨界壓力pc。在高于tc時，無論施加多大壓力，物質(zhì)也不會液化，即 pc、tc以上或臨界點以上條件下，物質(zhì)不會成為液體或氣體，物質(zhì)聚集狀態(tài)為介于氣體和液體之間的流體，這種流體稱為超臨界流體。 從熱力學(xué)上看，超臨界流體的密度是氣體的1001000倍，和液體相近，具有和液體相似的溶解能力及與溶質(zhì)的作用力。而從動力學(xué)上看，sfs的粘度比液體低，可以使用比液相色譜更大的線速度;擴散系數(shù)是液體的10-100倍，傳質(zhì)速率高，因而可以獲得比hplc有更高的柱效和更快的分析速度。 從理論上講，sfc可分析不適用于gc高沸點、低揮發(fā)性樣品和hplc中

3、缺少檢測功能團的樣品，約占色譜分離中25%的化合物。但1990s年代后期，sfc發(fā)展趨向低落。 超臨界流體自身物理性質(zhì)帶來sfc方法局限性，這是人們在sfc發(fā)展初期認識不足的。sfs兼具液體的溶劑化能力和氣體的低粘度、高擴散系數(shù)很難在同一條件下實現(xiàn)。1.流動相儲罐;2.調(diào)節(jié)閥;3.干燥凈化器;4.截流閥;5.高壓泵;6.泵頭冷卻裝置;7.熱交換柱;8.進樣閥;9.分流器;10.色譜柱;11.限流器;12.檢測器(fid)。 sfc可使用hplc和gc中各種固定相。填充柱微粒填料主要是硅膠化學(xué)鍵合固定相，用填充柱分析極性樣品時，大多需在流動相中添加極性改性劑。開管柱固定相主要是聚甲基硅氧烷苯基甲

4、基聚硅氧烷、交聯(lián)聚乙二醇等。在手性分離中使用較多的是環(huán)糊精類固定相。 sfc與gc分離操作條件不同，其操作壓力較高，一般為70450 x105pa； 和hplc也不一樣，其色譜柱工作溫度較高，從常溫到2500c。 流動相的壓力和密度在每一溫度下以同樣方式影響保留值，甚至在類似gc區(qū)也一樣，增加壓力，k值降低。 而在較低溫度下與hplc的保留行為相似，k值隨壓力增加而降低。 基于超臨界流體密度、擴散系數(shù)、粘度等物理性質(zhì)介于氣體和液體之間，可以預(yù)計，在最小板高色譜條件下，分析速度和柱效sfc亦介于gc與hplc之間。 根據(jù)速率理論方程，柱內(nèi)徑dc的毛細管柱最佳流速uopt及保留時間與柱效比(tr/

5、n)的極限值分別為: sfc與gc比較，由于超臨界流體擴散系數(shù)比氣體低，粘度比氣體高，較低線速下sfc色譜峰較窄，柱效優(yōu)于gc; 超臨界流體密度比氣體高，參與分離，以提高分離選擇性;sfs溶劑化能力比氣體強，能在比gc較低溫度下分離高分子化合物、天然產(chǎn)物和熱不穩(wěn)定化合物。cmoptddcbu2 . 4202)()1 (241)(kfkppddntimcr sfc可彌補gc和hplc在分析性能上的某些不足，分離效能和分析速度介于兩種色譜方法之間。幾種色譜技術(shù)可分離樣品的相對分子質(zhì)量范圍 乙二醇齊聚的sfc分離色譜圖 超臨界流體萃取(supercritical fluid extraction;s

6、fe)是用超臨界流體為萃取溶劑的萃取分離、富集技術(shù)。其出現(xiàn)和發(fā)展均早于sfc。22.3.1. 超臨界流體萃取的特點超臨界流體萃取的特點 基于sfs獨特的物理化學(xué)性質(zhì)，sfe具有傳統(tǒng)液-液萃取不可比擬的優(yōu)點： 1. 萃取速度快 2. 容易控制溶劑強度并調(diào)節(jié)選擇性 3. 后處理簡單 4. 操作自動化 5. 安全性好1.sfs儲瓶;2，4.高壓開關(guān)閥;3.高壓注射泵;5.萃取池;6.溫度控制器;7.限流器;8.收集器。萃取操作主要有兩種: 1. 靜態(tài)萃取2. 動態(tài)萃取影響sfs萃取效率的因素主要是: 1. 超臨界流體選擇2. 萃取條件選擇3. 樣品量及流體流速4. 萃取物收集 sfe的應(yīng)用可分為兩方

7、面，一是作為分析化學(xué)樣品處理技術(shù)，特別是各種分離分析方法的樣品前處理，即分離測定組分的前分離富集。sfe的另一個應(yīng)用是制備分離，包括工業(yè)規(guī)模分離，即分離工程的組成部分。1. sfe與各種色譜和儀器方法聯(lián)用 2. 樣品處理 3. 工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用 22.4.1.基本裝置和特點基本裝置和特點 固相微萃取(solid phase micro-extraction，spme)是在固相萃取(solid phase extraction，spe)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。 spme具有無需溶劑、萃取快速、樣品消耗量小、分析重現(xiàn)性好、操作簡便、可進行現(xiàn)場分析并易于實現(xiàn)自動化操作等特點。它將樣品的富集和基底去除相結(jié)合，

8、集取樣、萃取、富集、進樣于一體，導(dǎo)致分析速度和靈敏度提高，因此在短短的十幾年間，spme很快實現(xiàn)與gc、hplc、sfc、ce等分離分析技術(shù)的聯(lián)用，在萃取涂層研制、應(yīng)用模式及基礎(chǔ)理論研究方面均得到很大的發(fā)展。 spme技術(shù)的原理是基于分析物在固相涂層和樣品中的分配平衡，因此分析物的萃取量隨著萃取時間的延長而不斷增加直到達到萃取平衡，一般在230min內(nèi)可達到平衡。在萃取平衡時，吸附在固相涂層的樣品量為: 當(dāng)vs非常大時，即vskvf，分析物在固相涂層的吸附量可簡化為: 由于慢傳質(zhì)過程，在一定時間內(nèi)，平衡未完全實現(xiàn)，固相涂層吸附分析物的物質(zhì)的量為:0cvkvvkvnfssf0cvknf02121

9、21)222exp(1cvkvvkvtvvkmvvmvmmkvmmansfsffsfssf 萃取頭是spme裝置的核心。按萃取頭結(jié)構(gòu)有兩種基本類型： 1. 纖維 2. 毛細管(in-tube spme) 無論是纖維或是萃取毛細管，其涂層材料根據(jù)它們的不同性質(zhì)大致可分為非極性、中等極性和較強極性等三類。 目前應(yīng)用最多的材料有聚二甲基硅氧烷(pdms)、聚丙烯酸酯(pa)、聚苯基甲基硅氧烷、聚乙二醇(cw)、聚（苯乙烯/二乙烯基苯）等。 溶膠-凝膠技術(shù)是當(dāng)今 spme萃取頭涂層的主要制備技術(shù)，得到的萃取涂層熱和化學(xué)穩(wěn)定性高，耐溶劑，且成本低。 spme固相層以非鍵合、鍵合、部分交聯(lián)或高度交聯(lián)的形式

10、涂敷在石英纖維或毛細管上。 spme作為樣品采集、處理技術(shù)，主要用作各種分析方法進樣手段，并與其聯(lián)用，根據(jù)最終的分析結(jié)果判斷spme的優(yōu)劣。spme和分析儀器聯(lián)用可分為離線模式和在線模式兩種。 離線操作分析物吸著(吸收)和解吸分別在樣品進樣口兩處、分兩步進行。 spme的吸附或萃取操作模式主要是兩種:浸取法和頂空法。 提高萃取效率的基本方法是對影響萃取效率基本操作條件進行優(yōu)化，如萃取時間，樣品攪拌速度，萃取溫度，無機鹽濃度，樣品基底ph值等。 除了萃取的條件外，解吸操作對于最終分析結(jié)果的影響視后續(xù)儀器或方法進樣條件而異。 1. spme-gc：最早發(fā)展、較為完善、廣泛應(yīng)用的技術(shù)。spme裝置可

11、在gc儀進樣口直接進樣。 2. spme-hplc：spme-hplc聯(lián)用需要一個接口，接口裝置多種式樣，均基于對六通閥的改造而成。 3. spme-ce或cec：spme- ce在線聯(lián)用是將150220m的較大內(nèi)徑熱縮teflon毛細管與ce分離毛細管連接，涂層纖維完成樣品萃取后，插入該大口徑毛細管中，施加電壓，被萃取分析物經(jīng)緩沖溶液解吸，進行電泳分離。 4. 其他聯(lián)用技術(shù) 1.spme推拉桿，2.spme針管,3.密封壓縮墊片，4.解吸池，5.spme頭，6.六通閥,7.接注射器，8.廢液排 出 , 9 . h p l c 流 動 相 儲 瓶 ，10.hplc色譜柱，11.hplc檢測器。

12、 這是一種無固相載體的液液分配色譜，分離柱為空心螺旋型或串連的直型聚四氟乙烯或玻璃管，互不相溶的兩溶劑中的一相在重力或離心力作用下保留在柱內(nèi)作為固定相，另一相在泵驅(qū)動下作為流動相攜帶樣品從柱內(nèi)流過，利用流體力學(xué)平衡體系兩相連續(xù)、高效混合，樣品中各組分基于在兩相中分配系數(shù)差異實現(xiàn)分離。 各種不同類型ccc色譜儀最大區(qū)別是色譜柱和作用力場，高效逆流色譜儀設(shè)計則同時利用重力和離心力場實現(xiàn)分離?；诜蛛x原理，溶劑系統(tǒng)成為決定ccc分離選擇性的首要因素。 逆流色譜具有如下一些特點: 1. 無固相載體。2. 適用范圍廣。3. 適用分離樣品容量范圍寬。4. 可與質(zhì)譜、紅外光譜等結(jié)構(gòu)分析儀器聯(lián)用，實現(xiàn)定性、定

13、量分析。5. 儀器柱結(jié)構(gòu)系統(tǒng)較為復(fù)雜，操作技術(shù)較繁復(fù)，自動化水平不及hplc等方法，是一個正在發(fā)展、有待進一步完善的分離技術(shù)。 亦稱為場流分級，它是利用載液流經(jīng)空的柱槽時各流層具有非均勻流速，使溶質(zhì)在外加物理力場作用下，基于各溶質(zhì)質(zhì)量、體積、擴散系數(shù)、電荷等物理性質(zhì)差異實現(xiàn)分離的方法。 場流分離儀由載液儲瓶、輸液泵、進樣閥、柱槽、檢測器、控制和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。 場流分離柱槽是分離技術(shù)核心，通常柱槽是在兩塊平行板之間放置薄的塑料或金屬片組成一個兩頭呈三角形的矩形帶狀管道。 場流分離的主要特點是: 1. fff主要用于大分子分離測定。2. 可采用的載流溶劑和外加力場眾多，適用樣品范圍廣。3. 具有較高分辨率和選擇性，操作條件易于控制、調(diào)節(jié)和優(yōu)化