图 1-11 SFC/MS联用流程图
SFC/MS联用技术分别有超临界流体色谱与四级杆质谱联用和超临界色谱与高分辨质谱联用。目前SFC/MS采用的电离方式主要有ESI、APCI和CI等。SFC/MS联用的研究和应用日渐增加,为发展高速、高分辨率、高灵敏度的分析方法提供了有效的途径。
2. SFC/FTIR联用技术
近年来,GC/FTIR发展迅速,已成为分析挥发性混合物的有力工具,并能提供有价值的结构信息。然而,GC/FTIR不能分析难挥发、易热解的高分子化合物。LC/FTIR采用“溶剂消除”和扩散反射技术,虽然能分析难挥发,易热解的物质,但分析速度慢,而且LC用的流动相,大部分在中等红外区具有强的吸收,因而限制了它的应用。SFC/FTIR联用是最近发展起来的先进联用技术。由于SFC具有快速、高效和强溶解能力的优点,而且它所用的大多数流动相在中等红外区具有最少的吸收,这些固有的特性导致了SFC/FTIR的迅速发展。
SFC/FTIR联用流程可简单地用方框图 1-12表示。联用流程与一般超临界流体色谱流程相似,FTIR红外光馄谱仪作为检测器通过接口装置与SFC联接。当采用溶剂消除接口时,FTIR接在阻力器之后;如采用高压红外流通池接口,则置于阻力器之前。流量限制器之前的体系都在超临界态操作。
SFC/FTIR中采用溶剂消除接口,接口装置为一条沉积有薄层KC1粉末的自动旋转带,置于距SFC阻力器1mm的地方。样品组分在色谱柱中实现分离后,随流动相通过流量限制器喷射在旋转带上,被分析组分则沉积在KC1粉末上,溶剂则挥发至大气中。与此同时,红外光束聚焦在带上,便可测定被分析组分的红外吸收光谱,根据吸收光谱,可重新构成色谱图。
采用溶剂消除接口,可在常压下进行检测,而且检测灵敏度高,但接口在结构上较复杂;所用流动相必须是易挥发的,极性物质及高沸点物质不适于用作流动相;作为流动相物质
必须具有高的纯度,否则其中兴所", 的杂质可能随样品组分沉积在KC1粉末上而影响检测结果。
采用高压流通池接口,可在临俪超界态直接进行检测,设备紧凑简单,但流通他必须有耐压能力。流通池本体可用不锈钢制成,它的两旁开有能透过红外光的窗口,窗口材料必须具有足够的强度并在中等红外区有透明性。红外光束照射在窗口上(垂直于流动方向),则可刹测量流通池中样品组分的吸收光谱。高压流通池接口对流动相要求符合下列条件:(1)在中等红外区的吸收为最少;(2)对被分析组分具有强的溶解能力;(3)对溶质有高的扩散系数,以提供高的柱效;(4)具有高的选择性,选择性应随压力而变化。符合上述条件的流动相物质有丙烷、二氯二氟甲烷和二氧化碳等。
图 1-12 SFC/FTIR联用流程图
SFC是分析热不稳定、高分子量样品的分离技术,而IR光谱则可提供物质的结构数据,故SFC/FTIR联用将是强有力的近代分析手段之一,当前SFC/FTIR联用的关键,是采用能提高检测领命都的接口。已经报道的接口有两类。第一类为色谱流出物通过高压流动池,测量在流动相存在下的分离组分的透射光谱。这种接口的缺点是受流动相吸收光谱的干扰较大。第二类是在测量红外光谱前消除流动相的干扰。
3. SFC/NMR联用技术
在SFC中由于常用二氧化碳作为流动相,其分子中无质子,这大大方便了溶质NMR谱图的测定,也促进了SFC/NMR联用技术及应用的发展,通过SFC/NMR联用可以一次性完成从样品的分离纯化到峰的检测、结构测定和定量分析,并提供混合物的组成和结构信息,从而提高了研究效率和灵活性。
由微机控制整个实验过程的SFC/NMR联用装置框图如图 1-13所示。SFC装置与一般SFC装置相似,在常规检测器与NMR探头通过两个阀门连接在一起。在NMR探头后面连接有一个反压调节器,其作用是对压力和流速进行独立调节,以保证NMR探头中的流体维持在超临界状态。
图 1-13 SFC/NMR联用装置示意图及其NMR探头
NMR探头是联用装置中最关键的部分。Dorn等人在液相检测探头的基础上设计了一个适用于超临界工作条件的NMR探头,如图 1-13放大部分所示。探头内部的玻璃管是一个外径为5mm,内径为3mm,体积为120 μL的蓝宝石管。一个氢-氘双调谐线圈直接嵌在蓝宝石流动腔壁上,并将其置于常规探头玻璃器皿的中央。在探头中还插有一个热电偶,用于实时测量温度。
为了研究SFC-NMR联用装置的性能,Albert等测定了1H NMR 探头在13C卫星峰高度时的1H 线宽。在超临界态下,所获得的1H 谱线的线宽与HPLC-NMR 联用装置在液态下所得的结果无明显差异。在匀场较好的情况下,谱线的线宽主要由自旋-自旋弛豫时间T2决定。Albert等发现即使在超临界条件下,谱线线宽也基本不变,这意味着质子的T2值无明显变化。然而与T2不同,在超临界条件下作为流动相的二氧化碳随着压力的增大,粘度降低,自旋-晶格弛豫时间T1明显增大。采用反转恢复法脉冲序列测量邻苯二甲酸正丁基苯酯1H谱的T1表明:在超临界条件下的T1值是同一温度下液态T1值的2-3倍。为此,当信噪比较低需多次累加时,应适当延长脉冲重复时间,或设定较小的脉冲翻转角,以提高单位时间内的信噪比。
SFC-NMR联用技术避免了HPLC-NMR联用技术中溶剂峰干扰问题,解决了样品在处理过程可能造成的损失、污染或分解,从而提供了一种快捷有效的分离,并能提供混合物的
组成和结构信息的分析方法。超临界流体分离与NMR 联用技术的优点不仅来自超临界流体独特的分离能力和NMR 精确的结构分析能力,而且还在于将二者有机结合的巧妙而完美的联用技术。目前其已成为分析难挥发、不耐热的大分子化合物和生物样品的有效方法,在分析复杂混合物中(如中药复方体系化学成分和结构研究)有着广阔的应用前景。 1.4.7 超临界萃取与超临界流体色谱联用技术
超临界流体萃取-超临界流体色谱法联用技术(SFE-SFC)是一种新型的二级分离分析方法,60年代以来,SFE和SFC分别得到长足的发展,但二者的联用尚不多见。由于SFE和SFC所用流动相为同一状态的流体,使得SFE-SFC联用技术成为可能。自80年代中期,该技术的研究报道日益增多,并逐渐发展成为一钟比较成熟的分析方法。SFE-SFC联用技术兼有提取、浓缩、分离和检测等功能,具有简便、快速、条件温和等特点,适用于天然产物和环境样品的分析。
现以日本分光株式会社(JASCO)生产的SUPER-200型超临界流体萃取色谱仪为例,说明SFE-SFC联用装置的组成和特点(如图 1-14所示)。该装置主要由流体输出、提取、浓缩、层析和检测等部分组成。整个系统在一定的压力和温度下工作,并由微机调控。调节六通阀,可将提取分离部分分成2个独立的工作系统, 以便对提取分离条件进行选择。使用高分辨多波长紫外检测器,可获得三维色谱图。根据色谱和光谱数据对被测成分进行定性定量分析。紫外检测器需配备高压样品池。浓缩柱固定相多用活性较低的填料,以利提取物的洗脱。分离柱一般采用化学键合固定相填充柱或化学交联毛细管柱,以防固定相被SF (超临界流体) 洗脱。为了避免柱压损失,填充柱最好采用微型柱。进行SFE-SFC联用分析时,提取管、浓缩柱和分离柱的容量应匹配。
操作过程大致如下:调节SV1、SV2和SV3,将流体输出部分、提取浓缩部分和检测收集部分接通,使层离部分处于旁路。开启PU1输出二氧化碳,调节PH和BR1,获得提取所需的SF,对样品进行提取。同时调节BR2,降低流体的压力和溶解能力,使提取物在浓缩住中析出富集。当提取完成后,调节SV1、SV2和SV3,将流体输出部分、层离部分和检测部分接通,使提取浓缩部分处于旁路。调节BR2和PH,得到层离所需的SF。首先对分离柱进行饱和处理,平衡后再调节SV2,使浓缩部分与层离部分接通,完全打开BR1,浓缩柱中提取物被依次洗脱、层离和检测。提取分离时若需改性剂,可开启PU2,将其注入二氧化碳中。
SFE-SFC联用技术集提取、浓缩、分离和检测于一体。运用该技术可省去较为繁琐的前处理,直接对样品进行分析。若以二氧化碳为流体,可获得低温、无氧的工作条件,适用于不稳定成分的分析。若使用高分辨多波长紫外检测器,可在无参照物的情况下,对成分的定性定量分析提供有用的信息。因此,SFE-SFC联用技术对于天然固体样品尤其是天然药物来说,无疑是一种理想的分析方法。
图 1-14 SFC-SFC联用装置示意图
1.4.8 制备型SFC
制备型SFC现已应用于食品、医药、生物及石油等多个领域。制备型SFC与分析型SFC的区别在于制备型SFC需要将分离的样品收集起来。因此,色谱系统增加样品收集装置,相应地增加了复杂的样品进样系统。相对于制备型HPLC而言,制备型SFC的流动相使用少,无溶剂残留,分离速率快。
1.5 超临界流体色谱的应用
超临界流体色谱正处在研究、发展阶段,超临界流体色谱的应用也处在开发、推广时期。近年来,超临界流体色谱技术的发展速度较快,发表的研究论文日渐增多,商品化仪器也增长较快。SFC以其独特的有点应用于药物分析,对映体拆分,食物和天然药物、生物分子、炸药、农药和化工产品等的分析。近来,模拟移动床式制备型SFC的出现拓宽了SFC的适用范围和生产规模。 1.5.1 在手性拆分中的应用
SFC 分离手性化合物可分为直接法和间接法两种。直接法包括使用手性固定相和手性流动相;而间接法则基于手性衍生作用,先把对映物转化为非对映物,然后用非手性固定相分目前,手性固定相直接分离法是发展最快的领域,而间接法则相对使用较少。超临界流体色谱的手性固定相是在HPLC和GC手性固定相的基础上发展起来的。目前已有大量的商品化手性固定相(CSPs)问世。通常CSPs按手性选择器的类型分为酰胺类、环糊精类多糖类及酰胺类等,除冠醚类和蛋白质类外,绝大多数CSPs都可直接用于SFC,而不需任何改进处理。分析时,温度对分离的选择性、分离度和保留时间的影响较大。一般表现为温度降低,选择性会线性增大,分离度得以提高,保留时间则稍增加;此外,流动相的组成,特别是流动相中极性添加剂的种类和用量对分离的影响也很大,在分析酸碱性的手性药物时,流动相中添加少量酸或碱对分离的选择性和保留值具有很大影响。