高效液相色谱仪的分离方法之键合相色谱法的流动相

发布日期:2019-05-23 10:24 字号:

流动相
  在键合相色谱中使用的流动相,和液固色谱、液液色谱使用的流动相有相似之处,为了加深对通过选择溶剂来改善色谱分离选择性的理解,本节进一步讨论溶剂的选择性分组和提高色谱分离选择性的具体方法。
     
    (一)溶剂的选择性分组
    当将每种溶剂的三种Xe、Xd和Xn值组成一个三角形坐标时,就可发现选择性相似的溶剂分布在三角形平面中的一定区域内,从而构成选择性不同的溶剂分组。图6-2-19 为溶剂选择性分组的三角形坐标图。表6-2-19列出了依据溶剂选择性分组的各种有机化合物的类型。
    
表 6-2-19 溶剂的选择性分组
 
    由溶剂选择性分组的三角形坐标图可知,常用溶剂可分为8 个选择性不同的特征组,处于同一组中的溶剂具有相似的特性。因此对某一指定的分离,若某种溶剂不能给出良好的分离选择性,就可用另一种其他组的溶剂来替代,从而可明显地改善分离选择性。
    为了便于选择溶剂,对甲醇、乙腈、四氢呋喃、乙醚、氯仿、二氯甲烷、水等常用溶剂,各处于第几选择性组,应有清晰的了解。
    (二)在键合相色谱中选择流动相的一般原则
    在键合相色谱分析中常使用二元混合溶剂作为流动相,此时流动相的极性参数P'可按下述实例进行计算。
    二元混合溶剂的极性参数P'为:
    在正相键合相色谱中,采用和正相液液色谱相似的流动相,即流动相的主体成分为己烷(或庚烷),为改善分离的选择性,常加入的优选溶剂为质子接受体乙醚或甲基叔丁基醚(第Ⅰ组);质子给予体氯仿(第Ⅷ组);偶极溶剂二氯甲烷(第Ⅴ组)。
    在反相键合相色谱中,采用和反相液液色谱相似的流动相,即流动相的主体成分为水。为改善分离的选择性,常加入的优选溶剂为质子接受体甲醇(第Ⅱ组)、质子给予体乙腈(第Ⅵb组)和偶极溶剂四氢呋喃(第Ⅲ组)。
    在正相和反相色谱中常用的优选溶剂在选择性三角形坐标中的位置如图6-2-20所示。
             
    表6-2-20 和表6-2-21 分别列出在正相色谱和反相色谱中使用的某些混合溶剂的特性,表达了当向己烷(或庚烷)、水中加入强洗脱溶剂后,引起溶质容量因子k'下降的倍数。
 
表6-2-20 正相色谱使用的某些混合溶剂的特性
 
表 6-2-21 反相色谱使用的某些混合溶剂的特性
 
   (三)改善色谱分离选择性的方法
    1. 调节流动相的极性
    在高效液相色谱分析中,为使溶质获得良好的分离,通常希望溶质的容量因子k'保持在1-10 范围内,若溶质的k'值大于10,或小于 1 时,可通过调节流动相的极性,来获取适用的k'值。由于正己烷和水皆为非选择性溶剂强度调节溶剂,如若改变流动相的极性,必须加入具有选择性溶剂强度调节功能的适用溶剂。
    正相键合相色谱调节流动相极性的方法同样也适用于使用极性吸附剂的液固色谱和正相液液色谱,在此情况下,固定相的极性(Ps))大于流动相的极性( Pm)。若流动相的极性为Pml时,溶质x 的k'x > 10,可增加流动相的极性,使Pm2 > Pml,则可使溶质x 的"k'值,重新位于1-10 之间。若流动相的极性为Pml时,溶质y的k' < 1,则可减少流动相的极性,使Pm3 < Pml,这样也可使溶质y的k'值,重新位于1-10 之间,如图6-2-21(a)所示。
    反相键合相色谱调节流动相极性的方法同样也适用于使用非极性吸附剂的液固色谱和反相液液色谱,此时固定相的极性(Ps))小于流动相的极性(Pm)。若流动相的极性为Pml,溶质x的"k' > 10,此时可降低流动相的极性至Pm2,使Pm2 < Pml,就可调节溶质x 的k'x值,使其重新位于1-10 之间。若当流动相的极性为Pml时,溶质y的k'Y < 1,就可增大流动相的极性至Pml,使Pm3 >Pml,也可调节溶质y的k',使其重新位于1-10之间,如图6-2-21(b)所示。此时应当注意,在反相色谱分析中,当流动相的极性减小时,会增强对溶质的洗脱强度,使溶质的k'值减小;当流动相极性增大时,会减小对溶质的洗脱强度,使溶质的k'值增大。
  
    当溶剂或混合溶剂组成的流动相的极性参数P'发生变化时,溶质的k'值也随之变化,经试验表明,当流动相的P'值改变2 时,溶质的k'值约变化10 倍。
    对正相色谱,k'与P'的关系如下:
    在反相色谱的情况下,水(W)作为流动相的主体,它与极性溶剂M组成W/M 二元混合流动相,若其P'min对给定的分离有合适的溶剂强度,即对样品组分有合适的k'值。为改善分离的选择性,欲用另一极性溶剂 T 代替 M,重新组成W/T 混合流动相,在保持P'min不变和已知M组分体积分数φm的条件下,也可计算所需 T 组分的体积分数φt。
       
    2. 向流动相中加入改性剂
    向流动相中加入改性剂主要有两种方法。
   (1)离子抑制法在反相色谱中常向含水流动相中加入酸、碱或缓冲溶液,以使流动相的pH值控制一定数值,抑制溶质的离子化,减少谱带拖尾、改善峰形,以提高分离的选择性。例如在分析有机弱酸时,常向甲醇 - 水流动相中加入1%的甲酸(或乙酸、三氯乙酸、H3PO4、H2SO4),就可抑制溶质的离子化,获对称的色谱峰。对于弱碱性样品,向流动相中加入1%的三乙胺,也可达到相同的效果。
    (2)离子强度调节法在反相色谱中,在分析易离解的碱性有机物时,随流动相pH值的增加,键合相表面残存的硅羟基与碱的阴离子的亲和能力增强,会引起峰形拖尾并干扰分离,此时若向流动相中加入0.1%-1%的乙酸盐或硫酸盐、硼酸盐,就可利用盐效应减弱残存硅羟基的干扰作用,抑制峰形拖尾并改善分离效果。但应注意经常使用磷酸盐或卤化物会引起。
硅烷化固定相的降解。
    显然,向含水流动相中加入无机盐后,会使流动相的表面张力增大,对非离子型溶质,会引起k'值增加,对离子型溶质,会随盐效应的增加,引起k'值的减小。
    (四)多元混合溶剂的多重选择性
    前述溶剂选择性三角形不仅可表示各种溶剂的选择性分组,还可用来表达多元混合溶剂的多重选择性。
         
    如将三种二元混合溶剂流动相组成溶剂选择性三角形ΔABC 的三个顶点(见图6-2-22),则:
    由此可知,在!"#! 内的任何一点,都可对一确定的分离任务,提供无限多的分离选择性。
    综上所述,在溶剂选择性三角形ΔABC上的任何一点,都对应一种具有确定组成的混合溶剂流动相,而每种流动相都可对一个确定的分离任务,提供一个特定的分离选择性。因此,通过使用溶剂选择性三角形图示法,就可对某一确定的分离任务,提供实现分离的多种途径,并可从中找到实现理想的完全分离时,所需的优化的流动相组成。
    (五)溶质保留值随溶剂极性变化的一般保留规律
    前述使用极性吸附剂的液固色谱、正相液液分配色谱、正相键合相色谱皆可称为正相色谱。使用非极性吸附剂的液固色谱、反相液液分配色谱、反相键合相色谱皆可称为反相色谱。
    图6-2-23 表达了作为极性函数的样品和溶剂,在正相色谱和反相色谱中,选择不同极性溶剂作流动相时,引起不同极性溶质(A > B)的保留值变化的一般规律。
    在正相色谱(图6-2-23上半部)中,使用弱极性溶剂作流动相,则极性弱的B组分先流出,A 组分后流出。当更换中等极性溶剂作流动相时,二者流出顺序不变,但它们的保留值都进一步减小。
    在反相色谱(图6-2-23下半部)中,使用中等极性溶剂作流动相,则极性强的A组分先流出,B组分后流出;当更换强极性溶剂作流动相时,二者流出顺序不变,但它们的保留值会进一步增大。
        

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