由一个激光光源和一个光电倍增管构成。在散射室中,光被散射的程度取决于散射室中溶质颗粒的大小和数量。粒子的数量取决于流动相的性质及喷雾气体和流动相的流速。当流动相和喷雾气体的流速恒定时,散射光的强度仅取决于溶质的浓度。此检测器可用于梯度洗脱,且响应值仅与光束中溶质颗粒的大小和数量有关,而与溶质的化学组成无关。
图15.19 蒸发光散射检测器示意图
蒸发光散射检测器与RID和UVD相比,它消除了溶剂的干扰和因温度变化引起的基线漂移,即使用梯度洗脱也不会产生基线漂移。它还具有喷雾器、漂移管易于清洗、死体积小、灵敏度高、喷雾气体消耗少等优点。此种检测器在今后将会逐渐获得广泛应用。
15.2.6馏分收集器
如果所进行的色谱分离不是为了纯粹的色谱分析,而是为了做其他波谱鉴定,或获取少量试验样品的小型制备,馏分收集是必要的。用小试管收集,手工操作只适合于少数几个馏分,手续麻烦,易出差错。馏分收集器比较理想,因为便于用微处理机控制,按预先规定好的程序,或按时间,或按色谱峰的起落信号逐一收集和重复多次收集。
15.2.7色谱数据处理装置
现代高效液相色谱仪多用微处理机控制,这通常是一台专用的计算机,其功能有二,一是作为数据处理机,例如输入定量校正因子,按预先选定的定量方法
(归一化、内标法和外标法等),将面积积分数换算成实际的成分分析结果,或者给出某些色谱参数;二是作为控制机,控制整个仪器的运转,例如按预先编好的程序控制冲洗剂的选择、梯度淋洗、流速、柱温、检测波长、进样和数据处理。所有指令和数据通过键盘输入,结果在阴极射线管或绘图打印机上显示出来。更新一代的色谱仪,应当具有某些人工智能的特点,即能根据已有的规律自动选择操作条件,根据规律和已知的数据、信息,进行判断,给出定性定量结果。
15.3 高效液相色谱的固定相和流动相
15.3.1固定相
高效液相色谱采用小颗粒、高效能的固定相,从而克服了经典液相色谱中传质慢、柱效低的缺点。目前,高效液相色谱采用的固定相可分为以下几类。
15.3.1.1按化学组成分类
微粒硅胶(无机材料)、高分子微球(有机材料)和微粒多孔碳(有机/无机材料)是几种主要的类型。3~10μm微粒硅胶和以此为基质的各种化学键合固定相是目前高效液相色谱填料中占统治地位的化学类型。这是由于硅胶具有良好的机械强度,容易控制的孔结构和表面积,较好的化学稳定性和表面化学反应专一等优点。硅胶基质固定相的一个主要缺点是只能在pH=2~7.5范围的流动相条件下使用。碱度过大,特别是当有季铵离子存在下,硅胶易于破碎溶解。酸度过大,连结有机基团的化学键容易断裂。
高分子微球是另一类重要的液相色谱填料,大部分的基体化学组成是苯乙烯和二乙烯基苯的共聚物(PS-DVB),也有聚乙烯醚,聚酯类型的。高分子填料的主要优点是能耐较宽的pH范围例如pH=1~14,化学惰性好。一般说来柱效率比硅胶基质的低得多,往往还需要升温操作,不同溶剂收缩率不同,主要用于离子交换色谱,凝胶渗透色谱等。
微粒多孔碳填料是由聚四氟乙烯还原或石墨化碳黑制成的,优点在于完全非极性的均匀表面,是一种天然的“反相”填料,可以在pH>8.5的条件下使用。其缺点是机械强度较差,对强保留溶质柱效较低,有待进一步改进。其他一些填料,例如氧化铝,耐高pH条件的能力比一般硅胶好,但硅烷化后不稳定;硅藻土、磷酸锆键合相等也有少量使用。
15.3.1.2按结构和形状分类
可分为薄壳型和多孔微粒型两种。薄壳型填料是20世纪60年代中期出现的一种填料,40μm左右的玻璃球表向上覆盖一层1~2μm厚的硅胶层,形成许多向外开放的孔隙。这样孔浅了,传质就快了,柱效得以提高(和经典液相色谱相比)。但柱负荷太小,所以很快就被5~10μm全孔硅胶所代替。现在只用于预净化或预浓缩柱上,或作某些简单的混合物分离。另外,还有在玻璃球表面涂聚酰胺和离子交换膜的。
多孔微粒型如全孔微粒硅胶孔径一般为6~10nm,比表面积为300~500m2·g-1。就形状来说,有球形的,也有非球形的。一般认为球形硅胶有较大的渗透性,柱压降小。此外,球形规整,相对地讲不易破碎,这些对于制备键合相都是十分有利的。
15.3.2流动相
在液相色谱中,流动相又称为洗脱剂。它有两个作用,一是携带样品前进,二是给样品提供一个分配相,进而调节选择性,以达到混合物的满意分离。流动相对样品的分离有巨大的影响。在高效液相色谱中流动相通常是一些有机溶剂,水溶液和缓冲溶液等。
15.3.2.1流动相溶剂的选择
对流动相溶剂的选择应考虑分离、检测、输液系统的承受能力及色谱分离的目的等各方面因素。一般适合于做液相色谱流动相的溶剂粘度应小于2 mPa·s。粘度大了,一方面液相传质慢,柱效低;另一方面柱压降增加,流动相粘度增加一倍,柱压降也相应增加一倍,过高的柱压降给设备和操作都会带来麻烦。
一般流动相的选择要满足以下条件:
(1)与检测器相适应 紫外检测器是高效液相色谱中使用最广泛的一类检测器,因此,流动相应当在所使用波长下没有吸收或吸收很小。当用示差折光检测器时,应当选择折光指数与样品差别较大的溶剂做流动相,以提高灵敏度。 (2)与色谱系统相适应 在吸附色谱中吸附剂往往不是酸性的就是碱性的,应当注意所选流动相和固定相之间没有不可逆的化学吸附;例如在氨基键合相柱上就应避免使用含羰基(如丙酮)的流动相,否则分子间较强的作用会使固定相变质,甚至失效。仪器的输液部分大多是不锈钢材质,最好使用不含氯离子的流动相。当使用多孔镍过滤板时,应该避免使用较大酸度的流动相。
(3)溶剂的纯度 不能认为液相色谱流动相应当使用十分纯的溶剂,关键是要能够满足检测器(如紫外吸收)的要求和使用不同瓶(或批次)溶剂时能否获得重复的色谱保留值数据。事实上,溶剂中的某些杂质是不可避免的。例如几
乎所有溶剂中都含有0.005~0.200%的水(这对于吸附色谱要特别引起注意);四氢呋喃中含有少量能吸收紫外光的抗氧化剂;醚类易形成过氧化物;氯仿中含有1%左右的乙醇做稳定剂,氯代烃溶剂常含有HCl和氯化产物等等。这些问题可以采用相应的措施加以控制。使用一般溶剂做流动相时,至少应当选择分析纯试剂。此外,溶剂的毒性和可压缩性,也是在选择时考虑的因素。
15.3.2.2流动相的极性
溶质和溶剂分子之间的相互作用可以归纳为下述四个可能的机理。 (1)色散力即瞬间偶极矩导致分子间的相互作用; (2)偶极作用指永久或诱导偶极分子间的相互作用;
(3)氢键作用指质子(或氢键)接受体和质子(或氢键)给予体之间的相互作用,一般来讲这种作用是比较强的;
(4)介电作用指溶质分子与一个有较大介电常数的溶剂分子(如H2O,醇类)之间的静电作用。
这四种力使溶质和溶剂分子之间出现了共作用,共作用程度就称为溶剂的“极性”。人们常说的“极性的”溶剂容易吸引和溶解“极性的”溶质,就是说溶剂的强度直接与溶剂的极性相关。在正相分配或吸附色谱中,“溶剂强度”与溶剂的“极性”呈正比;但在反相色谱中,两者呈反比。一般各类有机化合物的极性(或在液固色谱中的溶剂强度)有如下次序:
氟代烷<烷(烯)烃<卤代烃<醚<酯<酮、醛<醇<胺<酸
15.4液-固吸附色谱法
高效液相色谱法的类型按组分在两相间分离机理的不同主要分为:液-固吸附色谱法,液-液分配色谱法,化学键合相色谱法,离子交换色谱法和凝胶色谱法等。首先介绍液-固吸附色谱法。
15.4.1 原理
液-固吸附色谱法简称液-固色谱法(liquid-solid chromatography,LSC),它是最古老,也是最基本的一种色谱法。首次是1906年俄国植物学家茨维特(M.Tswett)在他经典的实验中分离植物色素而创立,这种技术常常称为吸附色谱法,吸附剂是一种高表面积的活性固体,如硅胶、氧化铝、碳酸钙、活性炭等。尤其是硅胶应用最为广泛。在高效液相色谱中,使用特制的全多孔微粒硅胶,除可以直接用于液-固色谱的固定相外,还可以用作液-液色谱和键合相色谱的载体。
液-固色谱法对具有中等分子量的脂溶性样品(如油品、脂肪、芳烃等)可获得最佳的分离。而对强极性或离子型样品,因有时会发生不可逆吸附,常不能获得满意的分离效果。液-固色谱法对具有不同极性取代基的化合物或异构体混合物表现出较高的选择性,对同系物的分离能力较差。凡能用薄层色谱法成功分离的化合物,都可用液-固色谱法进行分离。
液-固色谱法的主要优点是柱填料价格便宜,对样品的负载量大,在pH=3~8范围内固定相的稳定性较好。这些优点使得液固色谱法至今仍是大多数制备色谱分离中优先选用的方法。
液-固色谱法是根据物质吸附作用的不同来进行分离的。其作用机制是:样品分子(X)被流动相带入柱内时,与流动相溶剂分子(R)在吸附剂表面活性中心发生竞争性吸附。其过程可表示为:
(15.7)
式中,Xm,Xs分别为流动相和吸附剂上的样品分子,Rs,Rm分别为被吸附在固定相和流动相中的溶剂分子,n为被吸附的溶剂分子数。当竞争吸附达到平衡时有:
(15.8)
式中K为吸附平衡常数。K值大的强极性组分易被吸附,保留值大,难于洗脱,K值小的弱极性组分难被吸附,保留值小,易于洗脱。
15.4.2 固定相
液-固色谱固定相可分为极性和非极性两大类。极性固定相主要为硅胶(酸性)、氧化铝、硅酸镁分子筛(碱性)等。非极性固定相为高强度多孔微粒活性