超臨界流體色譜法,英文簡(jiǎn)稱SFC,是一種以超臨界流體作為流動(dòng)相的色譜方法。超臨界流體色譜技術(shù)是20世紀(jì)80年代才發(fā)展起來(lái)的一種嶄新的色譜技術(shù)。由于利用了超臨界流體獨(dú)特的性質(zhì),使得能夠分離和分析液相和氣相色譜不能解決的一些對(duì)象。超臨界流體色譜技術(shù)發(fā)展很快,應(yīng)用也十分廣泛。據(jù)Chester估計(jì),至今約有全部分離的25%涉及難以對(duì)付的物質(zhì),通過(guò)超臨界流體色譜能取得較為滿意的結(jié)果。
相比較固相、液相色譜法,超臨界流體色譜的主要特點(diǎn)就是利用了超臨界流體介于液體、氣體之間所擁有的特性。我們先需要了解下物質(zhì)臨界點(diǎn)和物質(zhì)三相。
物態(tài)叫做“相”,物質(zhì)一般具有三相——固相、液相、氣相(固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)),物態(tài)的變比常叫做相變?;蛘哒f(shuō),在某一系統(tǒng)中,具有相同物理性質(zhì)均勻的部分亦稱為相。相與相間必有明顯可分的界面。例如,食鹽的水溶液是一相,若食鹽水濃度大,有食鹽晶體,即成為兩相。水和食油混合,是兩個(gè)液相并存,而不能成為一個(gè)相。
三相點(diǎn)也稱“三態(tài)點(diǎn)”,般指各種穩(wěn)定的純物質(zhì)處于三個(gè)相(態(tài))平衡共存時(shí)的狀態(tài)。三相點(diǎn)具有確定的溫度和壓強(qiáng)。
水、冰和汽三相共存時(shí),其溫度為273。16K(0。01℃),壓強(qiáng)為6。106×102帕。由于在三相點(diǎn)物質(zhì)具有確定的溫度,因此用它來(lái)作為確定溫標(biāo)的固定點(diǎn)比選汽點(diǎn)和冰點(diǎn)具有優(yōu)越性,所以三相點(diǎn)這個(gè)固定溫度適于作為溫標(biāo)的基點(diǎn),現(xiàn)在都以水的三相點(diǎn)的溫度作為確定溫標(biāo)的固定點(diǎn)。
物質(zhì)在三相點(diǎn)下,固、液、氣,三態(tài)處于平衡狀態(tài)。而在物質(zhì)的超臨界溫度下,其氣相和液相具有相同的密度。當(dāng)處于臨界溫度以上,則不管施加多大壓力,氣體也不會(huì)液化。在臨界溫度和臨界壓力以上,物質(zhì)是以超臨界流體狀態(tài)存在。即在超臨界狀態(tài)下,隨溫度,壓力的升降,流體的密度會(huì)變化。此時(shí)的物質(zhì)既不是氣體也不是液體,卻始終保持為流體。臨界溫度通常高于物質(zhì)的沸點(diǎn)和三相點(diǎn)。
超臨界流體恰好介于氣體和液體之間,具有對(duì)分離極其有利的物理性質(zhì)。超臨界流體的擴(kuò)散系數(shù)和粘度接近于氣相色譜,因此溶質(zhì)的傳質(zhì)阻力小,可以獲得快速高效分離。另一方面,其密度與液相色譜類似,這樣就便于在較低溫度下分離和分析熱不穩(wěn)定性,相對(duì)分子質(zhì)量大的物質(zhì)。另外,超臨界流體的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì),如擴(kuò)散,粘度和溶劑力等,都是密度的函數(shù)。因此,只要改變流體的密度,就可以改變流體的性質(zhì),從類似氣體到類似液體,無(wú)需通過(guò)氣液平衡曲線。超臨界流體色譜中的程序升密度相當(dāng)于氣相色譜中程序升溫度和液相色譜中的梯度淋洗。
超臨界流體色譜法基本原理是以超臨界流體作流動(dòng)相,以固體吸附劑(如硅膠)或鍵合在載體(或毛細(xì)管壁)上的有機(jī)高分子聚合物作固定相的色譜方法。
SFC與GC分離操作條件不同,其操作壓力較高,一般為(70-450)×105Pa;和HPLC也不一樣,其色譜柱工作溫度較高,從常溫到250℃。流動(dòng)相的壓力和密度在每一溫度下以同樣方式影響保留值,甚至在類似GC區(qū)也一樣,增加壓力,k值降低。而在較低溫度下與HPLC的保留行為相似,k值隨壓力增加而降低。
SFC常采用程序壓力、程序溫度操作,包括線性壓力/密度程序、非線性壓力/密度程序、線性溫度程序和非線性溫度程序。在實(shí)際分析中可根據(jù)情況靈活選擇。對(duì)一些較復(fù)雜試樣,可采用同步密度、溫度程序操作。
超臨界流體色譜儀由進(jìn)樣系統(tǒng)、高壓泵、色譜柱、限流器、檢測(cè)器等部分構(gòu)成,整個(gè)系統(tǒng)基本上處于高壓、氣密狀態(tài)。
超臨界流體色譜儀一般采用HPLC手動(dòng)或自動(dòng)進(jìn)樣閥。對(duì)于填充柱,采用帶試樣管的Rheodyne型六通進(jìn)樣閥。對(duì)毛細(xì)管柱,采用類似氣相色譜的動(dòng)態(tài)分流及微機(jī)控制開(kāi)啟進(jìn)樣閥時(shí)間的定時(shí)分流進(jìn)樣;亦可與SFE在線連用柱頭進(jìn)樣等。進(jìn)樣重復(fù)性不僅與進(jìn)樣方式有關(guān),而且與進(jìn)樣溫度、壓力有關(guān),需嚴(yán)格控制。
超臨界色譜儀常用的高壓泵主要是兩種,一種是螺旋注射泵,另一種是往復(fù)柱塞泵。一般泵的缸體要冷卻至0-10℃,要求工作壓力≧400×105Pa,流量0。01一5。00mL/min范圍內(nèi)可調(diào),并能快速程序升壓或程序升密度,壓力脈動(dòng)盡可能小,重現(xiàn)性好,此外還要求泵體耐腐蝕。通過(guò)控制泵速而改變混合流體體積比。
常用色譜柱型主要有毛細(xì)管柱或開(kāi)管柱、毛細(xì)管填充柱和填充柱。開(kāi)管柱為內(nèi)徑50一100μm石英厚壁毛細(xì)管,固定相液膜厚0。25到幾個(gè)微米,一壁厚≧200μm,可承受(400--600)×105Pa的高壓,柱長(zhǎng)10-20m。填充毛細(xì)管柱為內(nèi)徑250-530μm厚壁毛細(xì)管,填料粒徑3-10μm,長(zhǎng)20-100cm。填充柱填料粒徑等與HPLC類似,柱內(nèi)徑2-4。6mm,長(zhǎng)10-20cm。
即阻尼器,是一種超臨界流體色譜儀中不可缺少的關(guān)鍵部件。根據(jù)檢測(cè)器類型,限流器分別置于檢測(cè)器前或后,為氫火焰離子化檢測(cè)器(FID),限流器的入口端是色譜柱,出口端是檢測(cè)器,它的作用是一方面保持分離系統(tǒng)流動(dòng)相處子超臨界狀態(tài),檢測(cè)器則工作于常壓氣態(tài);另一作用是色譜柱流出物,包括流動(dòng)相和試樣組分,通過(guò)限流器迅速實(shí)現(xiàn)相變和轉(zhuǎn)移。
各種GC和HPLC檢測(cè)器均可用于超臨界流體色譜儀。使用最多的是FID,限流器到FID噴嘴的最佳距離是5-7mm。流動(dòng)相含有機(jī)改性劑時(shí),不適用于FID,因而采用蒸發(fā)光散射檢測(cè)器(ELSD)作為通用檢測(cè)器。元素選擇性檢測(cè)器,如電子捕獲(ECD)、火焰光度檢測(cè)器(PFD)、氮磷檢測(cè)器(NPD)等均用于多氯聯(lián)苯、有機(jī)磷、硫、氨基甲酸酯農(nóng)藥等測(cè)定。
超臨界流體色譜(SFC)可彌補(bǔ)氣相色譜(GC)和高校液相色譜(HPLC)在分析性能上的某些不足,分離效能和分析速度介于兩種色譜方法之間。SFC可分析不宜用GC分析的一些物質(zhì),如強(qiáng)極性、強(qiáng)吸附性、熱穩(wěn)定性差、難揮發(fā)的化合物;它可分析相對(duì)分子質(zhì)量比GC大幾個(gè)數(shù)量級(jí)的物質(zhì)。幾種色譜技術(shù)可分離試樣的相對(duì)分子質(zhì)量范圍。SFC可分析HPLC難以檢測(cè)的各種化合物,如無(wú)紫外吸收的各種天然產(chǎn)物、高分子聚合物。
超臨界流體色譜技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于天然物,藥物,表面活性劑,高聚物,多聚物,農(nóng)藥,炸藥和火箭推進(jìn)劑等物質(zhì)的分離和分析。以及氨基酸、多肽、石油中高級(jí)脂肪烴( C100)、高級(jí)脂肪醇、烴基聚硅氧烷、聚乙二醇、聚醚、金屬有機(jī)化合物、聚烯烴等。此外,SFC已用于熱力學(xué)和溶液理論研究。測(cè)定溶質(zhì)在高壓下的吸附、萃取、擴(kuò)散過(guò)程和相關(guān)物理化學(xué)常數(shù)。SFC分離乙二醇齊聚物的典型色譜圖。