超临界流体色谱法

以超临界流体作为流动相的一种色谱方法

超临界流体色谱法(Supercritical Fluid Chromatography ,SFC)是以超临界流体作为流动相的一种色谱方法·所谓超临界流体，是指既不是气体也不是液体的一些物质，它们的物理性质介于气体和液体之间。

基本释义

超临界流体色谱技术是20世纪80年代发展起来的一种崭新的色谱技术.由于它具有气相和液相所没有的优点,并能分离和分析气相和液相色谱不能解决的一些对象,应用广泛,发展十分迅速.据Chester估计,至今约有全部分离的25%涉及难以对付的物质,通过超临界流体色谱能取得较为满意的结果.

方法特性

临界点

我们知道,某些纯物质具有三相点和临界点.纯物质的相图见图20-s1由三相图看出:物质在三相点下,气,液,固三态处于平衡状态.而在物质的超临界温度下,其气相和液相具有相同的密度.当处于临界温度以上,则不管施加多大压力,气体也不会液化.在临界温度和临界压力以上,物质是以超临界流体状态存在.即在超临界状态下,随温度,压力的升降,流体的密度会变化.此时的物质既不是气体也不是液体,却始终保持为流体.临界温度通常高于物质的沸点和三相点.

流体特性

超临界流体具有对于分离极其有利的物理性质.它们的这些性质恰好介于气体和液体之间.超临界流体的扩散系数和粘度接近于气相色谱,因此溶质的传质阻力小,可以获得快速高效分离.另一方面,其密度与液相色谱类似,这样就便于在较低温度下分离和分析热不稳定性,相对分子质量大的物质.另外,超临界流体的物理性质和化学性质,如扩散,粘度和溶剂力等,都是密度的函数.因此,只要改变流体的密度,就可以改变流体的性质,从类似气体到类似液体,无需通过气液平衡曲线.超临界流体色谱中的程序升密度相当于气相色谱中程序升温度和液相色谱中的梯度淋洗.

通常作为超临界流体色谱流动相的一些物质,其物理性质列在表20-1中

色谱仪

1985年出现第一台商品型的超临界流体色谱仪.图20-s6表示了超临界流体色谱仪的一般流程.

图中很多部分类似于高效液相色谱仪,但有两点重要差别:

(l)具有一根恒温的色谱柱.这点类似气相色谱中的色谱柱,目的是为了提供对流动相的精确温度控制.

(2)带有一个限流器(或称反压装置).目的用以对柱维持一个合适的压力,并且通过它使流体转换为气体后,进入检测器进行测量.实际上,可把限流器看作柱末端延伸部分.

1.Berger p7500超临界流体色谱仪

2.流程图

3.压力效应

在SCF中,压力的变化对容量因子k产生显著影响,由于以超流体作为流动相,它的密度随压力增加而增加,而密度的增加引起流动相溶剂效率的提高,同时可缩短淋洗时间.例如,采用CO2流体作流动相,当压力由7.0×106Pa增加到9.0×106Pa时,对于十六碳烷烃的淋洗时间可由25min缩短到5min.在SFC中,通过程序升压实现了流体的程序升密,达到改善分离的目的.

程序升压与等压谱图比较

4.固定相和流动相

用于SFC中的色谱柱可以是填充柱也可以是毛细管柱,毛细管超临界流体色谱(CSFC)由于具有特别高的分离效率,倍受人们的青睐.

在SFC中,最广泛使用的流动相要算是CO2流体,它无色,无味,无毒,易获取并且价廉,对各类有机分子都是一种极好的溶剂.它在紫外区是透明的;临界温度31℃,临界压力7.29×106Pa;在色谱分离中,CO2流体允许对温度,压力有宽的选择范围.有时可在流体中引入1%～10%甲醇,以改进分离的选择因子α值.除CO2流体外,可作流动相的还有乙烷,戊烷,氨,氧化亚氮,二氯二氟甲烷,二乙基醚和四氢呋喃等.

5.检测器

在高效液相色谱仪中经常采用的检测器,如紫外,荧光,火焰光度等都能在SFC仪中很好应用.但SFC比起HPLC还具有一个主要优点是可采用GC中火焰离子化检测器(FID).我们知道,FID对一般有机物分析具有较高的灵敏度,这也就提高了SFC对有机物测定的灵敏.

方法简介

与其他色谱法比较

(l)与高效液相色谱法比较实验证明SFC法的柱效一般比HPLC法要高:当平均线速度为0.6cm·S-1时,SFC法的柱效可为HPLC法的3倍左右,在最小板高下载气线速度是4倍左右;因此SFC法的分离时间也比HPLC法短.这是由于流体的低粘度使其流动速度比HPLC法快,有利于缩短分离时间.

(2)与气相色谱法比较出于流体的扩散系数与粘度介于气体和液体之间,因此SFC的谱带展宽比GC要小;另外,SFC中流动相的作用类似LC中流动相,流体作流动相不仅载带溶质移动,而且与溶质会产生相互作用力,参与选择竞争.还有,如果我们把溶质分子溶解在超临界流体看作类似于挥发,这样,大分子物质的分压很大,因此可应用比GC低得多的温度,实现对大分子物质,热不稳定性化合物,高聚物等的有效分离.

(3)HPLC与SFC

范氏曲线比较

( 图20-s7)描绘了SFC与其他色谱方法测定相对分子质量范围的比较.由图20-s7看出SFC比起GC法测定相对分子质量的范围要大出好几个数量级,基本与LC法相当.当然,尺寸排阻色谱法(SEC)所测分子质量范围是所有色谱法中最大的.

超临界流体色谱法被广泛应用于天然物,药物,表面活性剂,高聚物,多聚物,农药,炸药和火箭推进剂等物质的分离和分析.

(4)应用范围的比较

四.超临界流体色谱的应用

application of SFC

1.聚苯醚低聚物的分析

色谱柱:10m× 63μm i.d.

毛细管柱,

固定相:键合二甲基聚硅氧烷;

流动相:CO2 ;柱温:120 C;