1、液相色谱讲座讲课教案【液相色谱及液质联用版面联合讲座】液质联用之液相部分详解序言第一阶段液相部分液相仪器发展历史液相仪器基本构造及原理液相仪器应用领域液相仪器各厂家的仪器展液质部分液质仪器发展历史液质仪器基本构造及原理液质仪器应用领域液质仪器各厂家的仪器展第二阶段板油问题及观点见解第三阶段版主专家帖子整理及活动总结-本活动由液相色谱、液质联用联合主办液 相 部 分一、液相仪器发展历史从1903年Tswett发表了吸附色谱分离植物色素的论文（Tswett在波兰华沙大学研究植物叶子成分时，把碳酸钙粉末装在一个细长的玻璃管中，把从叶子中用石油醚萃取的物质倒在管中的碳酸钙粉末上面，然后用石油醚洗脱被吸
2、附的色素，在管中形成了不同的颜色色带，Tswett当时叫这种色带为色谱，并发表论文到德国植物学杂志上）至今，色谱技术已有近百年的发展历史。特别是60年代现代液相色谱技术的问世，使其在生命科学、药物化学、食品卫生、环境化学等诸多领域得到了广泛的应用。在所有色谱技术中，液相色谱法（liquid chromatography，LC）是最早（1903年）发明的，但其初期发展比较慢，在液相色谱普及之前，纸色谱法、气相色谱法和薄层色谱法是色谱分析法的主流。到了20世纪60年代后期，将已经发展得比较成熟的气相色谱的理论与技术应用到液相色谱上来，使液相色谱得到了迅速的发展。特别是填料制备技术、检测技术和高压输
3、液泵性能的不断改进，使液相色谱分析实现了高效化和高速化。具有这些优良性能的液相色谱仪于1969年商品化。从此，这种分离效率高、分析速度快的液相色谱就被称为高效液相色谱法（high performance liquid chromatography，HPLC），也称高压液相色谱法或高速液相色谱法。经过30多年的发展，现代高效液相色谱技术得到了不断的完善和改进，在输液泵、检测器、色谱柱及数据控制和处理系统等方面采用了许多专利技术，使泵的稳定性和重复性、检测器的灵敏度和检出能力、色谱柱的分离效能和应用范围及数据处理软件的智能化得到了很大的提高。 气相色谱只适合分析较易挥发、且化学性质稳定的有机化合物
4、，而HPLC则适合于分析那些用气相色谱难以分析的物质，如挥发性差、极性强、具有生物活性、热稳定性差的物质。现在，HPLC的应用范围已经远远超过气相色谱，位居色谱法之首。从原理来看，高效液相色谱同经典液相色谱比较，没有很大的区别，主要体现在高灵敏度检测，高压泵和高效固定相填料。在保持高效分离效率，高检测灵敏度和高分析速度前提下，也保持了经典液相色谱的特点：分析样品种类多，流动相多样化和便于制备色谱等特点。高效液相色谱与经典液相色谱比较如下图：所以液相色谱特点主要是：高分离度（由于使用高效固定相，分析样品柱效可达到十几万）；高灵敏度（使用紫外检测器可以检测出10-9g，使用荧光检测器可以达到10-
5、12g）；高分析速度（一般含量测定的只要几分钟到几十分钟），还有适用范围广，易制备等特点。二、液相仪器基本构造及原理1、高效液相仪的构成高效液相色谱仪主要包括以下部件：溶剂瓶，溶剂瓶箱，在线脱气机，液相泵，（手动）自动进样器（六通阀），色谱柱，柱温箱，检测器。不同的配置可以有不同的模块（如自动进样器恒温器，二维色谱接不同类型检测器等）。仪器如图液相色谱管路流程为：依次流程为：（溶剂瓶）流动相脱气机液相泵（混合器，阻尼器）进样器色谱柱检测器废液2、在线脱气机脱气机是对溶剂瓶中的流动相进行脱气的，主要包括部件真空泵，传感器，电磁阀，控制器，真空腔等。主要部件包括以下几个（实物图） CN、SW开关（
6、调节到连续模式）传感器电磁阀控制器真空泵真空腔脱气机全图3、液相泵 液相色谱的输液系统主要是用高压输液泵(制备色谱对压力的要求相对较低)，对泵的各项技术指标要求较高。一般最高输出压力应在401600kg/cm2，流量范围0.1-l0ml/min。为使对液体流速敏感的检测器能稳定地工作，使色谱定性、定量分析具有良好的重现性，要求泵的输出流量恒定，无脉冲且具有高的流量精度和重复性。对液相泵的要求：压力平稳，无脉冲，泵体材料耐腐蚀，输出流量稳定，重复性高,输出流量范围宽，泵腔的体积要小，以便快速更换溶剂，能在高压下连续工作。泵流量稳定可以降低对脉动敏感型检测器基线噪音的影响，改善灵敏度，降低检测限，
7、使积分更准确，积分结果的可靠性和重现性更好。流量的重现性可改善保留时间和峰面积重视性，使定量结果重现从而获得更高质量的定量结果。3.1 泵的类型目前主要液相泵的类型为：恒流泵，包括：注射型泵，往复泵（双泵头往复式柱塞泵和双柱塞往复式串联泵）。注射泵优点是在高输液压力下给出精确的无脉动、可重现的流量；可能过改变电动机的电压，控制电动机的转速，来改变活塞的移动速度，从而可调节流动相流理，使其输出流理与系统阴力无关；流量稳定，操作方便。缺点是泵液缸容积有限，每次流动相输完后，需得新吸入流动相，不利于连续工作。密封性要求高，更换溶剂不方便，价格昂贵。各种液相泵工作示意图：往复型泵工作原理图隔膜式往复泵
8、：与柱塞式往复泵相似,只是流动相接触的不是活塞,而是具有弹性的不锈钢或聚四氟乙烯隔膜，隔膜经液压驱动脉冲式地排出或吸入流动相，优点是避免流动相被污染。3.2泵模块的组成泵模块主要有以下几个部件组成，泵头，主动输入阀，阻尼器，清洗阀，单向阀，混合器等。主动输入阀出口单向阀泵头部分清洗阀泵部件混合器阻尼器部件.3 泵梯度淋洗装置高效液相色谱仪主要有两种梯度模式，一种为高压梯度，一种为低压梯度模式。此时管路的连接方式也不尽相同。外梯度：利用两台高压输液泵，将两种不同极性的溶剂按一定的比例送入梯度混合室，混合后进入色谱柱。内梯度：一台高压泵, 通过比例调节阀,将两种或多种不同极性的溶剂按一定的比例抽入
9、高压泵中混合。低压梯度通过预先设定开启溶剂A,B时间比例电磁阀的运行程序,可控制二元混合溶剂流动相的组成,并连续输出具有不同极性的流动相。该方法可减小溶剂可压缩性的影响,完全消除由于溶剂混合引起的热力学体积变化所带来的误差，且仅需一个高压输液泵。高压梯度是指两台高压输液泵的流量皆可独立控制,可获得任何形式的梯度程序,易于实现自动化。缺点是溶剂的可压缩性和溶剂混合时热力学体积的变化,可能影响输入到色谱柱中的流动相的组成。4、进样器进样器主要分为手动进样器和自动进样器。流路中为高压力工作状态，通常使用耐高压的六通阀进样装置，其结构如图所示：进样位置与注射位置，管路里流动相经过不同的通道。现在目前自
10、动进样比较多，优点是可以节省不好的时间。现代先进的液相色谱仪将六通阀配上样品传送系统、取样系统和程序控制器，实现了自动进样功能。自动进样由于管路增加等因素，相同情况下比用注射器进样柱效下降5一10左右，但可自动进行取样、进样、清洗等一系列操作，操作者只须将样品按顺序装入贮样装置即可，操作简便、重复性好。5、检测器检测器是液相色谱的三大关键部件之一。理想的检测器应具有以下特点：(1)灵敏度高;(2)对温度变化和流量波动不敏感;(3)死体积小，不使峰额外地扩展;(4)对溶剂无响应，能用于梯度洗脱操作;(5)线性范围宽;(6)对所有样品都有响应;(7)对样品无破坏性。在高效液相色谱技术发展中，至今还
11、没有一种检测器可以同时满足以上几点要求。检测器的主要性能指标:(1)噪声(Noise)和漂移(Drift);( 2 )灵敏度(Sensitivity);( 3 ) 检测限(Detectability);( 4 )线性范围(Linearra nge);(5 )波长的精度和准确度。检测器的种类繁多，常用的有紫外一可见分光检测器、荧光检测器、示差折光检测器、电化学检测器、二极管阵列检测器、测定大分子绝对分子量的多角度激光光散射仪。另外还有蒸发光检测器、化学发光检测器、手性检测器(旋光检测器、圆二色检测器)、分子量检测器、放射性检测器、热学性质检测器、光电导检测器、磁旋光检测器等。5.1 紫外检测器紫
12、外检测器应用最广，对大部分有机化合物有响应。特点是灵敏度高；线形范围高；流通池可做的很小（1mm10mm ，容积 8L）；对流动相的流速和温度变化不敏感；波长可选，易于操作；可用于梯度洗脱。它与固定波长紫外检测器的主要差别在于使用一个连续光源（如氘灯），以光栅（或棱镜）分光。光源发出的复合光（从190nm至600nm附近），光栅分光能够随意选择定的检测波长以匹配被测物质的最大吸收波长。5.2 光电二极管阵列检测器光电二极管阵列检测器由1024个二极管阵列，各检测特定波长，计算机快速处理，三维立体谱图，如图所示。二极管阵列检测器可以记录190nm-900nm波长吸收光谱数据，可直接贮存色谱图中每
13、一个点的吸收光谱。光源发出的光，通过透镜把光聚焦在检测池上。从检测池出来的光，通过透镜、狭缝到全息光栅上，经光栅分光后由一排光电二极管接收并转换为电信号，贮存于计算机中。DAD的最大优点在于利用光谱识别并进行纯度分析，还可以画出保留时间、波长和吸光度的三维立体空间谱图等，这是目前较先进的紫外检测器。下图是DAD检测器工作原理示意图。5.3示差折光检测器示差折光检测器是除紫外检测器之外应用最多的检测器，可连续检测参比池和样品池中流动相之间的折光指数差值。差值与浓度呈正比，也是一种通用型检测器（每种物质具有不同的折光指数），缺点是灵敏度低、对温度敏感、不能用于梯度洗脱；有偏转式、反射式和干涉型三种
14、；5.4荧光检测器现代的荧光检测器具有高的灵敏度和可靠性，可用波长时间程序自动切换激发、发射波长在多组分分析时可切换到各组分的最佳分析波长，实现高灵敏度和高效率。利用波长扫描功能，可在工作站系统控制器的画面上显示目的成分的激发、发射光谱，很容易进行最佳波长的选定。荧光检测器具有高灵敏度、高选择性，对多环芳烃，维生素B、黄曲霉素、卟啉类化合物、农药、药物、氨基酸、甾类化合物等有响应。其示意图为5.5蒸发光检测器蒸发光检测器(evaporationla sersp urtd etector,ELSD)是质量型、高灵敏度的通用液相色谱检测器。它检测的三个主要过程为 (1)雾化：色谱柱流出物经过针头式
15、的细导管进人雾化器，与气体混合喷成均匀一致的雾滴；(2)蒸发：雾滴经过加热的漂移管，流动相被蒸发，溶质形成极细的颗粒；(3)检测：溶质颗粒气体在检测池发生散射作用，经光电倍增管成电信号输出。基于它的工作原理，原则上对所有的化合物都能测定，不论化合物是否存在生色团或电活性基团；检测器的响应直接与被洗脱化合物的质量有关，对未知物可以得到准确的定量；因在检测前被洗脱的化合物已除去流动相，适用于梯度洗脱。由于它的这些优点，它有可能像气相色谱中的氢火焰检测器(FID)那样成为液相色谱的高灵敏度通用检测器。还有一些其他的检测器就不一一介绍了。三、液相仪器应用领域3.1液相色谱法在食品分析中的应用高效液相色
16、谱法在食品分析中的应用，从80年代才开始，在国家标准食品卫生检验方法 理化部分GB5009-85中，尚无HPLC法，到了GB/T5009-1996中才增加此法。3.1.1 在乳品分析中的应用乳及乳制品的质量评价比较复杂，包括营养成分及含量、乳品的风味物质、药物残留和毒物种类及含量等多个方面，HPLC法可用于乳品中多种质量控制指标的检测。乳及乳制品中富含糖、脂、蛋白质、维生素等营养以及强化的营养物质，HPLC技术几乎可用于各种营养成分的检测。在低分子糖类的测定中多采用氨基键合柱、糖类分析专用柱进行分离，也有研究者利用低成本非特定色谱柱测定低分子糖。3.1.2在肉制品分析中的应用HPLC法可以测定
17、肉制品中的兽药残留、致癌物质含量等。腌腊肉品中常添加硝酸盐或亚硝酸盐作发色剂用，由于添加量过大或自身的还原作用在肉品中生成N-亚硝胺。N-亚硝胺可诱发肝癌、结肠癌等。过去采用气相色谱法测定食物中挥发性亚硝胺，其中仅色谱测定一步便需耗时1 h之多，而采用高效液相色谱法则只需要13 min左右。3.1.3 在其它食品分析中的应用HPLC可以广泛地用于检测食品的农药残留，食品中过量的食品添加剂，食品中违禁成分；也可用于食品中营养成分的分析。3.2 高效液相色谱在环境分析中的应用由于化学工业的发展和天然化合物的开发,使得环境污染越来越严重。据报道被确认为环境污染物的已超过350种,人们能在水中、空气中
18、、污泥里、鱼、禽体内发现这些污染物。通过食物链,它们将进一步污染肉类、蛋类、粮食、蔬菜等。环境污染的检测早已成为分析化学中重要的研究课题之一。HPLC已在环境监测中得到广泛应用,特别适用于分子量大、挥发性低、热稳定性差的有机污染物的分离和分析如多环芳烃、酚类、多环联苯、邻苯二甲酸酯类、联苯胺类、阴离子表面活性剂有机农药、除草剂等,其中多数属于美国环保局(EPA)清洁水法案中颁布的114项优先有机污染物范围。3.3 高效液相色谱技术在药品检验中的应用现在,在药品质量标准中,对有关物质检查的要求越来越高,一个药物从合成原料到制备有关的制剂,再经过贮备、运输、使用,要经过一段较为复杂和漫长的过程,在
19、此期间,每一个过程都有可能产生有关的物质,如生产中可能带入原料、试剂、中间体、副产物和异构体等;在贮备和运输过程中,可能产生降解产物,聚合物等。为了保证药物的安全有效。同时也要考虑到生产的实际情况。因此,对药物的研究,可以允许有一定量的无害或低毒性的有关物质液相仪器各厂家的仪器展。还有对药品的含量测定，中药成分的检验。3.4 高效液相色谱在生命科学中的应用如在变性高效液相色谱检测法（DHPLC）在基因突变分析中的应用，DHPLC是近年来发展起来的一项相对较新的能够满足大规模基因变异检测筛查的技术。1995年,Oefner和Underhill将这项技术推荐为用于突变检测的新方法。DHPLC技术是
20、一项在SSCP和DGGE基础上发展起来的新的杂合双链突变检测技术,其原理与DGGE类似,即通过HPLC在部分变性的条件下可将发生错配的异源杂合双链DNA和完全匹配的同源双链DNA分离开来。它具有廉价省时、节约劳动力、灵敏性高、特异性强等优点。3.5高效液相色谱在微量元素中的应用如对体内砷盐的检测。砷与人类的生活息息相关,是环境中存在的一种极为重要的非金属元素。由于不同形态的砷其毒性各不同,因此无论对环境样品、食品、药物还是对人体的体液进行砷的形态分析都是至关重要的。高效液相色谱因具有较高的分离能力而被广泛地应用于砷形态的分离研究中。随着对分析灵敏度与准确度要求的不断提高,作为砷形态分析的检测器
21、不断发展,不同的联用技术也日益完善。其中,电感耦合等离子体质谱法以其极高的灵敏度、多元素同时检测能力、极宽的动态范围以及同位素比检测能力而被成功地作为高效液相色谱的检测器,广泛地应用于砷的形态分析中。 总之，高效液相色谱分析方法不仅在分离速度、分离效能,检测灵敏度、自动化等方面具有着巨大的优势,还具有样品适用范围广(特别对热不稳定物,难气化的样品)等优点。因此它已在仪器分析法中占有愈发重要的地位,是药品质量控制的关键技术之一。四、液相仪器各厂家的仪器展 4.1 安捷伦液相展示全新Agilent 1200系列高分离度快速液相色谱系统的分析速度可以比标准液相快20倍，同时分离度提高60%。它的分析
22、速度比同类厂家的快速液相快1至2倍。1200高分离度快速液相还可以运行标准液相色分析方法，是市场上最灵活的液 相色谱系统。若配备高通量进样系统，1200高分离度快速液相色谱甚至每天可以分析多达2000个样品。Agilent 1120 Compact LC产品设计最好地兼顾了“高性能和易用性”，采用了即购即用式设计模式，通过优化操作性能和最大限度降低系统复杂性以帮助用户简化实验室的日常工作，有5种配置系统可供选择，只需最少的设置便能够快速开始运行样本，就能为日常的例行分析工作提供可靠的结果。在Agilent 1120设计上注入了很多新的元素：比如，全新设计的紫外检测器、基于Teflon AF技术
23、的内置脱气机、能与各种检测器（RID、FLD、ELSD）兼容、易于使用的EZChrom Elite Compact软件（能提供中英文界面）、故障预警实时通报功能、新的最佳性能色谱柱提供可靠重现的结果、以及如同PC一样预配置的模块式一体化配置设计, 5种配置系统可选，在工厂测试，开箱即用。4.2 waters液相展示Alliance 是HPLC领域全新的发展方向。创新的设计从根本上提高了性能，建立了HPLC仪器性能的新标准。Alliance的出现，使高效液相色谱的效率、精度、准度及重现性产生了质的飞跃。 Waters Alliance HT系统：满足高通量HPLC分析要求，充分利用Allianc
24、e 系统的优势，适合高通量快速分析应用，双路溶剂清洗降低交叉污染，满足质谱检测器对HPLC的快速分析需要。4.3 岛津液相展示LC2010岛津高效液相色谱仪LC-2010由泵单元、四元低压梯度单元、脱气单元、柱温箱、紫外可见检测器、自动进样器、混合器构成。使用标准化配管构成一体化装置，提高了系统的可靠性。卓越的流量准确性、梯度浓度准确性、以及配管容量等机械误差的减低，使方法转换更为简单。LC-10Avp Plus高效液相色谱仪岛津LC-10A高效液相色谱仪是岛津公司销售时间最长，社会接受使用最广泛的液相色谱仪产品之一。目前广泛应用于医药、食品、化工、环境等众多分析领域。 LC-20ATProm
25、inence高效液相色谱仪岛津LC-20AT高效液相色谱仪Prominence是高性价比的进口液相色谱仪具有分析效率高、网络化、高性能、自动化等特点。岛津LC-20AT高效液相色谱仪Prominence，可以组成有机酸分析系统，溴酸盐分析系统，氨基酸分析系统，糖分析系统，离子色谱分析系统，Co-Sense自动样品前处理系统，半制备液相系统， 大量制备液相系统等分析应用系统。.4大连依利特P200高效液相色谱仪 P200液相色谱仪是一款基于稳定性而研发的低端液相色谱仪，适用于中药、饮料、化工等企业。P230液相色谱仪P230液相色谱仪非常适合于医药、生化、环保、质量控制等领域高效液相色谱分析应用
26、，同时在一些特殊领域如作为高精度进料泵也有独特优势。 P230液相色谱仪性价比很好，性能基本接近部分进口产品，配置丰富，应用范围广泛。P1201高效液相色谱仪P1201高效液相色谱仪较之前几代依利特产品，外观更加时尚、高稳定性和高精度理想结合、九段波长程序、全自动光谱扫描、集成工作站全反控仪器；P1201高效液相色谱仪可以广泛应用于中药、化工、高效科研等行业的色谱应用。同时该仪器在提升性能的基础上价格并没有做大的调整是一款性价比很高的液相色谱产品。P280型制备液相色谱仪P280型恒流泵是双柱塞的溶液输送单元。溶液输送系统的大部分问题是由单向阀的故障引起的，而该泵是由两个单向阀、双柱塞串联的结
27、构构成，这使其既具有双柱塞泵的低脉动性又具有单柱塞泵的可靠性。P230P半制备型制备色谱仪制备液相色谱技术越来越广泛地应用于制药,化工和生物工程等领域中样品的分离和纯化。 典型的应用如合成原料的纯化,标准物质的制备,最终产品的提纯等方面。4.5 伍丰液相仪器展示LC-100高效液相色谱仪LC-P100 高压恒流泵是微处理器智能控制的往复式双柱塞并联泵，具有工作压力高、脉动小、稳定可靠、操作方便等特点。柱塞杆采用浮动导向结构，驱动凸轮由高强度合金钢制造。采用微处理器控制微步驱动电路，使得驱动泵的步进电机运行平稳、噪声低、速度调节范围大。LC-UV100紫外检测器采用了平行的双锥孔流通池，样品池和
28、参照池完全处于对等的条件。锥孔设计的流通池，可以在同样的池体积情况下，提高通过池孔的光能量，明显降低了仪器的静态噪音和信号漂移。4.6 福立液相仪器采用大屏幕LCD带背光的显示器，全部显示内容均为中文。因而显示清晰、美观、明亮且显示的信息量大，十分方便于操作。它具有压力高、流量稳定性好、流量调节范围大等突出优点，不仅适用于等度系统，而且可实现可编程流量控制和双控对控梯度淋洗。最后希望我们国产的仪器越做越好，让国产仪器与世界接轨！立液相色谱仪（L-6200） L-6200 intelligen pump智能三元泵：可用于三元梯度分析。RS-232接口。L-4000 UV DETECTOR紫外光检
29、测器：LCD显示屏、面板轻触式按键，操作简便直观。检测范围0.0012.5AUFSL-5020柱温箱（含手动近样阀7125）：面板琴键式按钮实现温度连续可调，最高至99。升温快，保温性能好。Hitachi（日立）高效液相色谱仪1200系统特点1. 由色谱工作站完全控制所有的分析操作都可由色谱工作站（CDS）来控制，不需要操作面板。如果安装了用户界面板(选配)，每一个模块都可以单独使用。 2. 可以在前面操作，方便使用和维修每一个模块均可以在前面控制，管道也布置在前面，这使得更换色谱柱和管道接头更容易、方便。光源灯和样品池也可以在前面更换，方便了维修。 3. 选配装置都安装在美观的模块中主要选配
30、装置如梯度单元、除气装置、样品冷却单元等可以封装在一个单独的模块中，如果增加一个选配装置，不再需要额外的空间。 4. 每个模块中均配备了漏液传感器在管道中任何一个地方发生漏液，模块中的漏液传感器都会检测到，并停止当前系统的运行，因此保证了高安全性和实验室的可靠性。 5. 兼有GLP功能每个模块提供全面的质量保证信息，以确保分析结果具有较高的可信度。可以通过系统管理器(选配)的集中控制而自动确证。 6. 采用e-Line和USBL-2000采用e-Line通讯系统，它继承了D-Line通讯系统的特点。各模块用e-Line电缆连接，执行整体通讯任务。通过e-Line电缆传输的数字信号具有很高的可靠性。而且采用通用的USB接口与PC机相连。由于可适用于任何PC通讯，用户可以建立一个灵活的使用方法，以满足分析中的特殊需要。L-7000日立高效液相色谱仪采用积木式组合，使整体占用面积缩至最小，并使流路连接最短化。 分析专用(D-Line)通信网络使色谱仪只用一根电缆连接就可以进行数据 传输。 丰富的GLP/GMP功能。 1. L-7100泵 日立独特的控制方式自动脉流除去功能实现低脉流，采用的是双处理器高速反馈实时 控制方式(专利)。这种高速反馈控制方式可把脉流抑制到最小极限。 可迅速排除气泡混入的泵结构 实现三元高压梯度，四元低压梯度。 日立的低压梯度系统是在泵头之前使流动相合流
