武汉大学分析化学第22章其他分离分析方法公开课获奖课件.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第22章 其他分离分析措施,22.1.概论,随分离分析技术发展，众多合用于混合物试样预分离或样品预处理、分离分析、制备分离其他与色谱有关分离分析技术相继出现，如超临界流体色谱和萃取、逆流色谱、场流分离、多维色谱、膜色谱、固相萃取、固相微萃取等。,分析试样预处理是仪器分析首要环节，约占分析工作量70%。这是试样初步分离、净化、痕量成分富集技术，是样品分离分析重要构成部分。,第1页,22.2.超临界流体色谱,22.2.1.超临界流体和超临界流体色谱,超临界流体色谱(Supercritical Fluid Chromatography;SFC)是以超临界流体（Supercritical Fluid，SFS)为流动相色谱技术。,在三相点下，气、固、液处在平衡状态，存在一种临界温度Tc和临界压力Pc。在高于Tc时，不管施加多大压力，物质也不会液化，即 Pc、Tc以上或临界点以上条件下，物质不会成为液体或气体，物质汇集状态为介于气体和液体之间流体，这种流体称为超临界流体。,第2页,22.2.1.超临界流体和超临界流体色谱,从热力学上看，超临界流体密度是气体1001000倍，和液体相近，具有和液体相似溶解能力及与溶质作用力。而从动力学上看，SFS粘度比液体低，可以使用比液相色谱更大线速度;扩散系数是液体10-100倍，传质速率高，因而可以获得比HPLC有更高柱效和愈加紧分析速度。,从理论上讲，SFC可分析不合用于GC高沸点、低挥发性样品和HPLC中缺乏检测功能团样品，约占色谱分离中25%化合物。但1990s年代后期，SFC发展趋向低落。,超临界流体自身物理性质带来SFC措施局限性，这是人们在SFC发展初期认识局限性。SFs兼具液体溶剂化能力和气体低粘度、高扩散系数很难在同一条件下实现。,第3页,22.2.2.超临界流体色谱仪,1.流动相储罐;2.调整阀;3.干燥净化器;4.截流阀;5.高压泵;6.泵头冷却装置;7.热互换柱;8.进样阀;9.分流器;10.色谱柱;11.限流器;12.检测器(FID)。,第4页,22.2.3.流动相和固定相,SFC可使用HPLC和GC中多种固定相。填充柱微粒填料重要是硅胶化学键合固定相，用填充柱分析极性样品时，大多需在流动相中添加极性改性剂。开管柱固定相重要是聚甲基硅氧烷苯基甲基聚硅氧烷、交联聚乙二醇等。在手性分离中使用较多是环糊精类固定相。,第5页,22.2.4.超临界流体色谱分离操作条件,SFC与GC分离操作条件不一样样，其操作压力较高，一般为70450 x105Pa；,和HPLC也不一样样，其色谱柱工作温度较高，从常温到2500C。,流动相压力和密度在每一温度下以同样方式影响保留值，甚至在类似GC区也同样，增长压力，k值减少。,而在较低温度下与HPLC保留行为相似，k值随压力增长而减少。,第6页,22.2.5.SFC与气相和高效液相色谱比较,基于超临界流体密度、扩散系数、粘度等物理性质介于气体和液体之间，可以估计，在最小板高色谱条件下，分析速度和柱效SFC亦介于GC与HPLC之间。,根据速率理论方程，柱内径dC毛细管柱最对旳流速uopt及保留时间与柱效比(tR/N)极限值分别为:,SFC与GC比较，由于超临界流体扩散系数比气体低，粘度比气体高，较低线速下SFC色谱峰较窄，柱效优于GC;超临界流体密度比气体高，参与分离，以提高分离选择性;SFS溶剂化能力比气体强，能在比GC较低温度下分离高分子化合物、天然产物和热不稳定化合物。,第7页,22.2.6.超临界流体色谱应用,SFC可弥补GC和HPLC在分析性能上某些局限性，分离效能和分析速度介于两种色谱措施之间。,几种色谱技术可分离样品相对分子质量范围,乙二醇齐聚,SFC,分离色谱图,第8页,22.3.超临界流体萃取,超临界流体萃取(supercritical fluid extraction;SFE)是用超临界流体为萃取溶剂萃取分离、富集技术。其出现和发展均早于SFC。,22.3.1.超临界流体萃取特点,基于SFS独特物理化学性质，SFE具有老式液-液萃取不可比拟长处：,1.萃取速度快,2.轻易控制溶剂强度并调整选择性,3.后处理简朴,4.操作自动化,5.安全性好,第9页,22.3.2.萃取仪器和技术,1.SF,S,储瓶,;2,，,4.,高压开关阀,;3.,高压注射泵,;5.,萃取池,;6.,温度控制器,;7.,限流器,;8.,搜集器。,萃取操作重要有两种:,1.静态萃取,2.动态萃取,第10页,22.3.2.萃取仪器和技术,影响SFS萃取效率原因重要是:,1.超临界流体选择,2.萃取条件选择,3.样品量及流体流速,4.萃取物搜集,第11页,22.3.3.SFE应用,SFE应用可分为两方面，一是作为分析化学样品处理技术，尤其是多种分离分析措施样品前处理，即分离测定组分前分离富集。SFE另一种应用是制备分离，包括工业规模分离，即分离工程构成部分。,1.SFE与多种色谱和仪器措施联用,2.样品处理,3.工业生产中应用,第12页,22.4.固相微萃取,22.4.1.基本装置和特点,固相微萃取(Solid Phase Micro-Extraction，SPME)是在固相萃取(Solid Phase Extraction，SPE)基础上发展起来。,SPME具有无需溶剂、萃取迅速、样品消耗量小、分析重现性好、操作简便、可进行现场分析并易于实现自动化操作等特点。它将样品富集和基底清除相结合，集取样、萃取、富集、进样于一体，导致分析速度和敏捷度提高，因此在短短十几年间，SPME很快实现与GC、HPLC、SFC、CE等分离分析技术联用，在萃取涂层研制、应用模式及基础理论研究方面均得到很大发展。,第13页,22.4.2.基本原理,SPME技术原理是基于分析物在固相涂层和样品中分派平衡，因此分析物萃取量伴随萃取时间延长而不停增长直到抵达萃取平衡，一般在230min内可抵达平衡。在萃取平衡时，吸附在固相涂层样品量为:,当Vs非常大时，即VsKVf，分析物在固相涂层吸附量可简化为:,由于慢传质过程，在一定期间内，平衡未完全实现，固相涂层吸附分析物物质量为:,第14页,22.4.3.固相微萃取头和制备技术,萃取头是SPME装置关键。按萃取头构造有两种基本类型：,1.纤维,2.毛细管(In-tube SPME),不管是纤维或是萃取毛细管，其涂层材料根据它们不一样样性质大体可分为非极性、中等极性和较强极性等三类。,目前应用最多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。,溶胶-凝胶技术是当今 SPME萃取头涂层重要制备技术，得到萃取涂层热和化学稳定性高，耐溶剂，且成本低。,SPME固相层以非键合、键合、部分交联或高度交联形式涂敷在石英纤维或毛细管上。,第15页,22.4.4.SPME操作技术,SPME作为样品采集、处理技术，重要用作多种分析措施进样手段，并与其联用，根据最终分析成果判断SPME优劣。SPME和分析仪器联用可分为离线模式和在线模式两种。,离线操作分析物吸着(吸取)和解吸分别在样品进样口两处、分两步进行。,SPME吸附或萃取操作模式重要是两种:浸取法和顶空法。,提高萃取效率基本措施是对影响萃取效率基本操作条件进行优化，如萃取时间，样品搅拌速度，萃取温度，无机盐浓度，样品基底pH值等。,除了萃取条件外，解吸操作对于最终分析成果影响视后续仪器或措施进样条件而异。,第16页,22.4.5.SPME联用技术,1.SPME-GC：最早发展、较为完善、广泛应用技术。SPME装置可在GC仪进样口直接进样。,2.SPME-HPLC：SPME-HPLC联用需要一种接口，接口装置多种式样，均基于对六通阀改造而成。,3.SPME-CE或CEC：SPME-CE在线联用是将150220m较大内径热缩Teflon毛细管与CE分离毛细管连接，涂层纤维完毕样品萃取后，插入该大口径毛细管中，施加电压，被萃取分析物经缓冲溶液解吸，进行电泳分离。,4.其他联用技术,1.SPME,推拉杆，,2.SPME,针管,3.,密封压缩垫片，,4.,解吸池，,5.SPME,头，,6.,六通阀,7.,接注射器，,8.,废液排出,9.HPLC,流动相储瓶，,10.HPLC,色谱柱，,11.HPLC,检测器。,第17页,22.5.逆流色谱(CCC),这是一种无固相载体液液分派色谱，分离柱为空心螺旋型或串连直型聚四氟乙烯或玻璃管，互不相溶两溶剂中一相在重力或离心力作用下保留在柱内作为固定相，另一相在泵驱动下作为流动相携带样品从柱内流过，运用流体力学平衡体系两相持续、高效混合，样品中各组分基于在两相中分派系数差异实现分离。,多种不一样样类型CCC色谱仪最大辨别是色谱柱和作用力场，高效逆流色谱仪设计则同步运用重力和离心力场实现分离。基于分离原理，溶剂系统成为决定CCC分离选择性首要原因。,逆流色谱具有如下某些特点:1.无固相载体。2.合用范围广。3.合用分离样品容量范围宽。4.可与质谱、红外光谱等构造分析仪器联用，实现定性、定量分析。5.仪器柱构造系统较为复杂，操作技术较繁复，自动化水平不及HPLC等措施，是一种正在发展、有待深入完善分离技术。,第18页,22.6.场流分离(field-flow fractionation,FFF),亦称为场流分级，它是运用载液流经空柱槽时各流层具有非均匀流速，使溶质在外加物理力场作用下，基于各溶质质量、体积、扩散系数、电荷等物理性质差异实现分离措施。,场流分离仪由载液储瓶、输液泵、进样阀、柱槽、检测器、控制和数据处理系统构成。,场流分离柱槽是分离技术关键，一般柱槽是在两块平行板之间放置薄塑料或金属片构成一种两头呈三角形矩形带状管道。,场流分离重要特点是:1.FFF重要用于大分子分离测定。2.可采用载流溶剂和外加力场众多，合用样品范围广。3.具有较高辨别率和选择性，操作条件易于控制、调整和优化。4.有比较严谨理论基础。,第19页,22.7.多维色谱,多维色谱是将同种色谱不一样样选择性分离柱或不一样样类型色谱分离技术组合，构成联用系统。,现应用最多是二维色谱，它是在单分离柱基础上发展起来，其技术关键是联结两色谱分离系统之间接口设备和技术。,多维色谱有如下几种组合方式:,1.同种色谱、不一样样选择性色谱柱串联。,2.不一样样类型色谱分离串联。,二维或多维色谱最突出特点是峰容量高，具有强分离能力，获取样品信息量远不小于一般一维色谱。,第20页,第21页,