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正相色谱
阅读:378时间:2018-06-01 10:36:15

正相色谱基本上可以被看做是液固吸附色谱,其柱填料是吸附剂,其表面上分布有活性吸附位点,溶剂和溶质分子均能被吸附于活性位点上。由于相互作用力有大有小,溶剂分子与溶质分子、溶质分子相互之间又存在竞争吸附,从而造成了在柱内保留时间的差异,使不同物质得到分离。
正相色谱是采用极性固定相(如带有二醇基、氨基、和氰基的固定相及硅胶、三氧化二铝等)、非极性流动相(如正己烷等)的分离方法。这是一种根据分子的极性大小将其分开的液相色谱技术。

定义

  液相色谱有正相和反相之分。正相色谱和反相色谱还有吸附色谱和极性化学键键合色谱之分。如果采用固定相的极性大于流动相的极性,就称为正相色谱;如果固定相的极性小于流动相的极性,则称为反相色谱。由于极性化合物更容易被极性固定相所保留,所以正相色谱系统一般适用于分离极性化合物,极性小的组分先流出。相反,反相色谱系统一般适用于分离非极性或弱极性化合物,极性大的组分先流出。另外,其他有些色谱如柱色谱也有正反相之分。正相色谱主要适用于非极性至中等极性的中小分子化合物的分离,在生化分析中主要应用于脂溶性维生素、甾体激素、医药等的分离分析;在农药、石油化工、精细化工、环境分析等方面也有广泛的应用。
  正相色谱基本上可以被看做是液固吸附色谱,其柱填料是吸附剂,其表面上分布有活性吸附位点,溶剂和溶质分子均能被吸附于活性位点上。由于相互作用力有大有小,溶剂分子与溶质分子、溶质分子相互之间又存在竞争吸附,从而造成了在柱内保留时间的差异,使不同物质得到分离。

原理

  正相色谱是采用极性固定相(如带有二醇基、氨基、和氰基的固定相及硅胶、三氧化二铝等)、非极性流动相(如正己烷等)的分离方法。这是一种根据分子的极性大小将其分开的液相色谱技术,因为正相色谱以吸附效应作为分离的基础,所以也称为吸附色谱。在正相色谱中,样品分子与载体基质的硅醇基团发生特异的极性相互作用,与固定相产生强极性相互作用的极性样品分子比较难被洗脱,在柱内停留比较长的时间,反之,极性较弱或非极性分子与硅胶之间产生相对较弱的相互作用,比较容易被洗脱,因而在柱内停留的时间较短。因此,正相色谱可以根据溶剂极性差别而达到分离的目的。
  正相色谱的保留机理类似于吸附过程。极性样品分子和溶剂分子吸附在柱填料表面的极性基团(吸附剂)上。对于正相中经常选用的氰基、氨基或二醇基固定相柱,吸附位点通常为键合相配体或硅烷醇。在使用硅胶时,吸附位点为硅烷醇(一SiOH)。极性样品分子一般包含连接在烃基(如苯基或己基)上的一种或多种极性官能团。非极性样品在吸附位点上的吸附力非常弱;但对于一些强极性化合物,也会由于其与固定相的相互作用非常强烈而导致分离效率较差,使得峰形严重拖尾。

种类与性质

  优良的正相色谱填料,应当具有以下基本特性:
  ①表面具有极性活性基团即吸附位点;
  ②具有适宜形状,最好呈微米级微球形,且粒径分布均匀;
  ③具多孔性并有高比表面积,以承载较大的样品负荷;
  ④在操作条件下化学性质稳定;
  ⑤具有高机械强度;
  ⑥价格合理且可稳定供应。
  硅胶
  在吸附色谱中最常用的填料是硅胶,此外氧化铝和极性键合相硅胶亦是重要的正相填料。Al2O3,对于不饱和化合物,特别是芳香族化合物多核芳烃,保留能力较强,芳烃异构体可以得到良好分离;此外当样品为碱性化合物时,若使用硅胶则会造成严重吸附,溶质峰拖尾或难以洗脱,此时宜选用Al2O3进行分离。
  硅胶的吸附选择性可以表现为多种形式,如分子量或分子尺寸选择性、功能团选择性、形状选择性、异构体选择性以及生化选择性等,影响吸附剂选择性的参数有:比表面积、平均孔径和表面活性。
  表面活性是正相色谱中作为填料的硅胶的一个重要参数,它主要依赖于表面硅羟基的类型、分布及其反应性。完全羟基化的表面具有最大的反应性,表面吸附的水或其他极性化合物,即使是极少量也会明显地降低表面活性。此外,比表面积相对较低的大孔硅胶,其表面硅羟基的分布一般较为均一。这是因为,在它们的制造过程中,通过热处理或烧结已使其无定形表面部分地具有能晶形的特征。微孔硅胶的表面不确定性较高,故其表面活性比大孔硅胶要高。
  极性键合相填料
  极性键合相系以硅胶为基质,表面键合以极性基团,如一NH基、一CN基、一CH(OH)一CH2OH基以及一N02基等而制成的填料,分别称为氨基、氰基、二醇基及硝基键合相填料,但其配基浓度一般较反相为低。依据表面修饰试剂和反应条件的不同,表面修饰层的浓度约在2~4mol/m2。
  极性键合相的配基比较复杂,因此在不同的流动相中会显示出不同的特性。在非极性溶剂中,极性基团(如一NH2和一NH一等)主导与溶质的相互作用;而在极性溶剂中,配基的非极性链段的作用增强。当在水溶液体系中工作时,配基中的氨基在pH<7时会质子化,而残余硅羟基的去质子化起始于pH>7。因此与硅胶相比,上述极性化学键合相填料属于中等极性填料。此外,由于有机配基对于硅胶表面的修饰,掩蔽了具有极高活性的硅羟基,使得极性化学键合相填料的稳定性和重现性有了较高的提高。
  由于极性基团的种类繁多,故可以通过改变极性基团的方法控制分离的选择性,因此具有更大的灵活性。极性键合相的极性通常弱于硅胶,所以更适于对中等极性物质的分离,其色谱条件选择的方便性和重复性均优于硅胶。在极性键合相色谱填料中,研究较多的是氨基键合相填料。它的吸附过程与Si02相似但又有所不同。由于氨基的极性比硅羟基弱,且氨基位于烷基链末端,有一定的自由度(这与Si02及~20,不同),加之氨基浓度亦较硅羟基浓度小,仅为2mol/m2左右,故同一溶质于相同条件下在氨基柱上的保留要小一些,在分离酸性化合物,如酚、羧酸、核苷酸时较为有用。此外,氨基键合相填料对某些物质的特定基团会表现出优异的选择性。例如,可以用乙腈一水为洗脱剂在氨基键合相柱子上分离单糖。氰基柱对几何异构体或含双键数目不同的化合物(环状化合物)具有较好的分离能力。二醇基填料具有良好的生物相容性,更适于生化体系的分离。例如,多数以硅胶为基质的凝胶过滤介质,均采用了二醇基填料。硝基填料则对芳香族化合物有较好的选择性。此外,短链配基的反相填料有时也可用作正相之用,例如,可用于油溶性维生素的分离分析,具有很好的重现性。

参数

  比表面积和表面活性
  在正相色谱中,控制保留和选择性的决定性参数是比表面积和表面活性,通过对这两个参数的调节,可以调节一些分子的吸附一脱吸行为,从而达到分离的目的。对于硅胶,可以通过两种方式降低其比表面积和表面活性。一种途径是热处理,当温度高于200℃时,其表面硅羟基会通过脱水而使表面活性降低;而在温度高于600℃时,通过烧结可导致比表面积的减小。另一种途径则是调整吸附剂的含水量,以改变其表面活性和有效比表面积。通常,比表面积为200~400m2/g、平均孔径为6~10mm的多孔硅胶是最常用的正相色谱填料。
  表面活性是正相色谱中作为填料的硅胶的另一个重要参数,它主要依赖于表面硅羟基的类型、分布及其反应性。完全羟基化的表面具有最大的反应性,表面吸附的水或其他极性化合物,即使是极少量也会明显地降低表面活性。此外,比表面积相对较低的大孔硅胶,其表面硅羟基的分布一般较为均一。这是因为,在它们的制造过程中,通过热处理或烧结已使其无定形表面部分地具有微晶形的特征。微孔硅胶的表面不确定性较高,故其表面活性比大孔硅胶要高。
  样品在硅胶上的负载量及线性容量
  在所谓线性洗脱吸附色谱中,分离是在低样品浓度下进行的。此时,吸附等温线是线性的。高样品浓度将会导致吸附等温线偏离线性,成为凸形或凹形吸附等温线。填料的线性吸附容量,可以定义为在每克吸附剂上引起等温线线性部分分配系数值产生相对10%变化时的样品量。对于给定的溶质和溶剂,线性容量主要决定于硅胶的比表面积及其表面活性。
  硅胶的吸附选择性
  硅胶的吸附选择性可以表现为多种形式,如分子量或分子尺寸选择性、功能团选择性、形状选择性、异构体选择性以及生化选择性等,LSC提供了对功能团和异构体选择性分离的极好潜力。影响吸附剂选择性的参数有:比表面积、平均孔径和表面活性。

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