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液相色谱(HPLC)入门(四)

2020.10.12
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王辉

致力于为分析测试行业奉献终身

高效液相色谱分离模式

总的来说,化合物的三种主要的性质可以用来产生高效液相色谱分离。它们是:

· 极性

· 电荷

· 分子大小

首先,让我们考虑极性和根据这一特性的两种主要分离模式:正相和反相色谱。

基于极性的分离

一个分子的结构、活性和物化性质由组成它的原子和化学键决定。在一个分子内部,决定了其特殊性质和可预测的化学反应的某些原子的特定排列,称为官能团。这个结构经常决定这个分子是极性还是非极性。有机分子根据它含有的主要官能团来分类。使用基于极性的分离模式,不同分子的相对色谱保留时间大都由这些官能团的本性和位置决定。如图 P 所示,不同类的分子可按照它们相对保留时间排列,形成从强色谱极性到强非极性的谱图。

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图 P:分析物官能团的色谱极性图

水[带有强偶极矩的小分子]是极性化合物。苯[一个芳香族碳水化合物]是非极性化合物。具有相似色谱极性的分子相互吸引,如果极性不同相互的吸引力会减弱,极端的情况是相互排斥。这是基于极性的色谱分离模式的基本原理。另外一种方式来思考是以此类推:油[非极性]和水[极性]不相容。不像磁体是异性相吸,基于极性的色谱分离是根据相似物的相互吸引和不同物质的相互排斥。记住在基于极性的色谱中相似物相互吸引。

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图 Q: 适当流动相和固定相的组合影响基于极性的分离

设计一套色谱分离系统[如图Q],我们通过选择流动相和固定相制造样品中各种化合物的竞争。这样,样品中和固定相[柱填料]极性相似的化合物将被延迟因为它们更强地被颗粒吸引。而和流动相极性相似的化合物将优先被吸引而移动较快。[ 基于极性的分离 ]极性分子非极性分子这样,基于流动相和固定相对不同化合物的相对吸引力不同,改变分析物速度就产生了分离。图 R-1, R-2 和 R-3 分别列出了流动相,固定相和样品分析物的典型色谱极性范围。我们看看每一种情况,色谱学家如何选择适当的流动相和固定相以形成吸附竞争,获得基于极性的高效液相色谱分离。

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图 R-1: 流动相色谱极性谱图

一个坐标上,如图R-1,一些常用的溶剂按相对色谱极性形成的排列,称为洗脱顺序。与分析物有效竞争固定相的流动相分子,替换分析物,使得分析物在色谱柱中加速移动[弱保留]。水在流动相坐标的极性端,而己烷,一种脂肪族烃类化合物在非极性端。在两者之间,单一溶剂以及易混合的溶剂混合物[按比例混合以满足特殊要求],可以按洗脱强度顺序排列。最强流动相端的位置与分析物发生竞争的固定相表面性质有关。

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图 R-2: 固定相颗粒色谱极性图

硅胶具有活性,亲水性表面,含酸性硅烷醇[含硅胶的乙醇同原物]官能团。因此,它在固定相的极性端,如图 R-2 所示。硅胶表面的活性或极性可与弱极性官能团相结合的化学键选择性地修饰。这里所举的例子是为了降低极性,氰基[CN],正辛基[C8],十八烷基[C18,ODS]与部分硅胶结合。后者是疏水性[憎水的]的,极强非极性填充方式。

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图 R-3: 化合物/分析物色谱极性图

图 R-3 重复了我们样品的色谱极性图[如图 P]。考虑到流动相和固定相的极性,对于某一固定相,色谱学家必须选择一个流动相,使得感兴趣的分析物可以结合在色谱柱上,但不能太强而洗脱不下来。在具有类似极性强度的溶剂中,色谱学家考虑固定相和流动相的配合,可以区分分析物极性和溶解性的更微弱的差别,使色谱系统的选择性最大化。同性相吸,但从目前的讨论可以想象,基于极性的分离是涉及到对样品的理解和各种分析物及保留模式的经验。总而言之,色谱学家会选择最佳的具有合适相反相极性的流动相合固定相的组合。之后,当样品流过色谱柱的时候,同性相吸的原则将决定哪一种分析物流速放缓,哪一种流速更快。


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