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液固吸附色谱

发布时间:2015-08-11 00:00 作者:中国标准物质网 阅读量:1063

液固吸附色谱或液固色谱是Tswett发明色谱法时首先采用的色谱方法,现已成为一种重要的液相色谱类型。

一 液固吸附色谱固定相

液固色谱固定相包括极性和非极性两类多孔微粒固体吸附剂,前者应用最广泛的是多孔微粒硅胶(mSiO2·nH2O),此外还有氧化铝、氧化锆、氧化钛、氧化镁、复合氧化物及分子筛等;后者有活性炭或石墨化炭黑、高交联度苯乙烯一二乙烯苯聚合物多孔微球等。固定相的色谱性能取决于材料物理、化学结构,特别是表面结构。

硅胶是当今获得最高柱效也是应用最多的液固色谱固定相,呈球形或无定形微粒,其粒径3-10μm,表面积为200^-500m2/g,平均孔径5一30nm,孔容>0.7m3/g,具有一定机械强度和化学稳定性,一般可以耐受酸性介质的侵蚀,但不耐碱,适用流动相pHl-8。硅胶固定相化学结构,表面硅羟基以不同形式存在,其中邻位硅羟基可以通过氢键缔合或吸附水,当真空加热至150-200℃时物理吸附水可被除去。硅胶表面的硅羟基使其呈弱酸性,所以对碱性化合物比中性、酸性有更强保留,且易形成色谱峰拖尾。

氧化铝通常呈平行板孔结构,色谱柱效较低,在经典柱色谱和薄层色谱中应用较多,在HPLC中应用很少。与硅胶不同,碱性化合物在氧化铝上吸附较弱,色谱峰对称,而酸性化合物强烈保留,甚至不可逆吸附;稠环芳烃在氧化铝上有强保留和分离选择性,因此氧化铝较适用于碱性化合物和稠环芳烃分离。

近十多年来氧化错及其复合氧化物引起色谱工作者关注,其主要原因是它的机械强度、化学稳定性高和多种色谱性能,可适用pH范围宽至1-14。ZrO2表面存在Bronsted酸性、Bronsted碱性和Lewis酸性中心,随流动相pH不同,可呈阴离子、阳离子或配体交换功能,已作为离子交换材料在核工业中应用,作为液固吸附色谱固定相适用分离碱性化合物,具有高分离选择性和洗出对称性色谱峰。

二 吸附色谱分离机理

液固色谱体系中,流动相(m)在固体吸附剂表面(s)形成饱和单分子层吸附,当溶质随流动相进入色谱柱,溶质分子(X)与流动相分子(M)间在吸附剂表面吸附点上发生竞争吸附作用,这种作用亦存在不同溶质分子间,以及同一溶质分子中不同官能团之间。当溶质分子在吸附剂表面被吸附时,必然置换已被吸附在吸附剂表面的流动相分子,这种竞争吸附、解吸可用下式表示:

            吸附

Xm+nMs↔Xs+nMm

            解吸

式中Xm,Xs分别代表在流动相中和吸附剂表面被吸附的溶质分子,Mm,Ms代表流动中和吸附剂上吸附的流动相分子,n表示被溶质分子取代的流动相溶剂分子数,欲吸附溶质X,就需解吸足够量的溶剂分子。在一定浓度范围内,溶质分子的吸附一解吸过程是热力学平衡过程。X的吸附力愈强,平衡向右移动,保留值k愈大。溶质吸附力强弱决定于吸附剂物理化学和表面性质、溶质分子结构及流动相的性质。

在吸附剂和流动相组成一定的色谱体系中,溶质分子结构,特别是所含官能团的极性和数目,决定其吸附力和保留值k。含碳数相同的不同类型烃的保留值顺序一般为:全氟烃<饱和烃<烯烃<芳烃。多环芳烃保留值随芳环增加而上升。结构为RX(R是有机基团,X是官能团)分子中官能团X决定保留值顺序一般为:烷基<卤代烃(F<Cl<Br<I)<醚<硝基<腈基<酯≈醛≈酮<醇≈胺<酚<砜<亚砜<酰胺<梭羧<磺酸。溶质分子结构空间效应和官能团之间相互作用会影响保留值大小,被吸附分子能与吸附剂表面平行排列,能提高吸附强度,因而与官能团相邻有庞大体积取代基,会降低保留值;顺式异构体比反式异构体有更高保留值;由于分子内氢键,邻硝基苯酚保留值比对硝基苯酚小得多。

三 分离条件优化和应用

液固色谱一般较少考虑吸附剂类型。硅胶是一种良好的通用吸附剂,具有商品化水平高的优势,适用于大多数试样分离。改变溶剂组成无法满足分离选择性要求时,才选用其他吸附剂,如多环芳烃采用氧化铝;碱性化合物采用氧化锆等。

液固色谱中,若使用硅胶等极性固定相,流动相应采用正己烷等非极性溶剂为主,加入适量卤代烃、醇等弱或极性溶剂为改性剂来调节流动相洗脱强度。若使用有机高聚物微球等非极性固定相,应采用水、醇、乙腈等极性溶剂为流动相。

硅胶色谱可按式(20-4)计算流动相溶剂组成。例如,已优化流动相三氯甲烷/正己烷(B/A)体积分数,其25%三氯甲烷可获得合适k值,欲保持溶剂强度不变,为提高分离选择性而改用乙醚/正己烷(C/A)为流动相。这里P’B=4.1(三氯甲烷),P’C=2.8(乙醚),则φc=0.25(4.1/2.8)=37%(体积分数)。25%的氯仿/正己烷混合溶剂与37%乙醚/正己烷两者溶剂强度相同,但对不同溶质的分离选择性各异。

液固色谱溶剂组成优化的实际操作中,常采用薄层色谱技术进行初步探索,这是一个简便、快速的优化途径。

吸附剂含水量是控制吸附剂活性,影响溶质保留的重要因素、在硅胶或流动相中加入一定量的水,利用物理吸附水可降低吸附剂活性,这样可抑制色谱峰拖尾,提高柱效。但流动相中水的饱和度应小于25%,若含水量太高,大量水吸附在硅胶上会使液固色谱转变成液液色谱过程,影响分离效果。

吸附色谱适用于相对分子质量小于5000,溶于非极性溶剂,而较难溶于水溶性溶剂的非极性化合物。然而,吸附色谱和分配色谱适用领域有部分交叠,且互相补充。液固吸附色谱能按官能团分离不同类型化合物,对化合物类型、异构体,包括顺反异构体具有高分离选择性,而对同系物分离选择性很低,这是由于烷基链对吸附能影响很小。

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