超临界流体色谱法-2015
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色谱分析法第十章 超临界流体色谱法
级），柱过程阻力小，可采用细长色谱柱以增加柱效。ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
③超临界流体的扩散系数在气体和液体之间，具有较快的传质速
2
度，使分析速度加快（低于GC），峰形变窄，增加检测灵敏度。 ④通过变更流动相压力等参数可改变超临界流体的密度，即可改变 它的溶解能力、粘度和扩散系数，因此可以程度不同地改善色谱分 离效能。在SFC系统中，设定变更流动相压力程序是SFC分离分析工 作特点之一。 ⑤可作流动相的超临界流体的物质较多，易得，便宜，优于HPLC流 动相的选择。 ⑥SFC系统中既可使用GC的检测器也可以使用HPLC的检测器。 10.1.3超临界流体色谱法的发展 10.1.4SFC系统流程图 SFC系统流程图见图10.1，流动相有两种情况输送：（1）常压
聚乙二醇齐聚物等，由于SFC的流动相能较好地溶解它们，因此可
以用SFC进行分析。实例如图10.23。
24
图10.23 CSFC 分析Triton-100
图10.24 CSFC对农药的分离
25
10.7.4甾族化合物
甾族化合物是一类含有羟基的极性异构体混合物，性质很相 近，极难分离，利用CSFC，采用选择性强的固定液可直接进行分
选用CO2比用NH3好，但常采用的是CO2和正戊烷作流动相，操作起
来更加方便。表10.1列出了一些化合物的临界物理性质。
4
10.2.2固定相 10.2.3柱压力
图10.2 恒温改变柱压力时正构烷烃的分离
5
图10.3 SFC法程序升压分离聚苯乙烯（M=2 100）
图10.4 裂解石脑油族分离SFC图
时为气体的流动相，可将高压气瓶中流动相减压至所需压力或用泵
增加压力输送到色谱柱；（2）在室温常压下时为液体的流动相， 采用无脉动注射泵来输送。
超临界流体色谱法
高效液相色谱法的特点
柱效:是指色谱柱保留某一化合物而不使其扩散 的能力。
柱效能:是一支色谱柱得到窄谱带和改善分离的 相对能力。 色谱柱的有效塔板数越大或有效的塔板高度越低， 色谱柱的柱效越好，类似于每个塔板的分离效率相 同，有效塔板数越多，最终得到的物质越纯。
高效液相色谱法的特点
超临界流体色谱法的分类 根据所用的色谱柱分类 ① 填充柱超临界流体色谱（填充柱） ② 毛细管超临界流体色谱（毛细管柱） 根据色谱过程的用途分类 ① 分析型SFC：主要用于常规的分析 ② 制备型SFC：常用超临界二氧化碳作为流动相。
超临界流体色谱法的工作原理
超临界流体色谱的流动相和改性剂 （一）流动相
SFC的流动相为超临界流体。超临界流体的主要特点是在不 同压力下对各种样品有不同的溶解能力。其溶解度随超临界 流体密度的增加而增加。当两组分的溶解度常数越接近时，， 其互溶性就越好。几种常用的超临界流体的溶解能力在相同 的压力条件下顺序是乙烷<二氧化碳<氧化亚氮<三氟甲烷， 在相同条件下其分离能力是：＜二氧化碳＜氧化亚氮＜三氟 甲烷≈乙烷。 除溶解性能外，还要与检测器相适应，CO2是最常用的流动 相。其临界温度低、压力适中，容易操作，相对便宜，无毒 无嗅，安全性好，且在190nm以上无紫外吸收。
超临界流体色谱法的应用
从色谱图中可以看出EPA与SFC有较好的分离效果
超临界流体色谱法的应用 化妆品中维生素D2和维生素D3的SFC分析 分离模式：填充柱SFC 柱系统：ACQUITY UPC2 2-EP（2.1×100 mm，1.7 μm） 分析条件：A.二氧化碳，B.异丙醇 洗脱梯度：0 min，1% B，0.5 min，1% B，4 min，5% B 备压：2000 psi 柱温：50 ℃ 检测器：紫外，263 nm 说明：维生素D2和维生素D3由于结构上极为相似，因此是HPLC 分离的难点，目前主要采用正相HPLC分析方法进行分析。采用 SFC的检测方法能获得比正相HPLC方法一致或更高的分离度， 而且分析时间仅为3.9 min左右，效率很高。
第九章__超临界流体萃取技术-2015
三、超临界流体的性质 超临界流体的特点 （1）密度类似液体，因而溶剂化能力 很强，压力和温度微小变化可导致其密度显 著变化 （2）压力和温度的变化均可改变相变 （3）粘度和扩散系数接近于气体，具 有很强传递性能和扩散速度 （4）SCF的介电常数、极化率和分子 行为与气液两相均有着明显的差别
三、超临界流体的性质
(一)超临界CO2流体的基本性质 • Tc＝31.06℃ • Pc＝7.39 MPa • 临界密度ρ(0.448 g/cm3)
1.超临界CO2流体的传递性质
• CO2密度ρ、黏度η、自扩散系数×密度 (D11×ρ)值与压力P的关系（40℃）
2.超临界CO2流体的P、V、T关系
沸腾线（饱和蒸气曲线）： 从三重 点（K=216.58K，P=0.5185MPa）到临 界点（K=304.06K，P=7.38MPa）为止。 熔融线（熔解压力曲线）：从三重 点出发随压力升高而陡直上升。 升华压力曲线：对超临界萃取无多 大意义。（干冰-气体）
超临界流体的应用
超临界萃取
超 临 界 聚 合 反 应
SCF
超临界中化学反应
超 细 颗 粒 及 薄 膜 材 料 制 备
• 最早将超临界CO2萃取技术应用于大规模生产的 是美国通用食品公司，之后法、英、德等国也很 快将该技术应用于大规模生产中 • 90年代初，中国开始了超临界萃取技术的产业化 工作，发展速度很快。实现了超临界流体萃取技 术从理论研究、中小水平向大规模产业化的转变 ，使中国在该领域的研究、应用已同国际接轨， 在某些方面达到了国际领先水平 • 目前，超临界流体萃取已被广泛应用于从石油渣 油中回收油品、从咖啡中提取咖啡因、从啤酒花 中提取有效成分等工业中
第九章 超临界流体萃取技术
物质有三种状态： 气态、液态、固态 流体状态 物质的第四态：超临界状态
超临界流体色谱
超临界萃取联用技术
SFE－TLC
01
SFE－HPLC
02
SR
05
SFE－MS
06
SFE－AAS
07
SFE－ICP
08
SFE－NMR
09
SFE－TLC
Stahl等首先将SFE－TLC联用技术用于天然产物（例如咖啡、种子、叶子、姜粉、花、胡椒粉、辣椒、蛇麻草、大麻、维生素油和生物碱）的分析。
SFE-HPLC
SFE-GC
Hawthorne和Miller首先将SFE与GC在线联用，成功地定量分析了收集在Tenax上汽车尾气中的有机物。从那时起，关于在线 SFE －GC的文献数目就不断增加。SFE－GC主要包括四个部分：高压泵及萃取池，切换阀及接口部分，GC系统及控制系统。
当组分在基体中含量较高，如从肉制品中萃取脂肪时，该公式对于预测萃取条件是很有用的。但是因为此公式考虑的是组分在SFs中的最大溶解度，对于萃取痕量组分就不再适用。对基体中的痕量组分，一般不考虑最大溶解度问题，只要组分在SFs中有足够的溶解度即可。King建议将组分有最大溶解时的压力和有显著溶解时的压力联系起来，选择合适的压力范围。同样，温度的选择也很重要，因为升高温度溶质蒸气压也升高，有利于溶解，同时也影响萃取过程的动力学。从动力学观点来看，升高温度可加快脱附速度，从而提高萃取效率和速率。但是当压力恒定时，升高温度将减少SFs的密度，而不利于萃取。目前，对于萃取低含量和痕量组分的样品时，选择合适的萃取条件在很大程度上凭借经验,这是因为对于萃取中组分溶解分离的动力学过程的了解还不够深入。
超临界流体（SFs）的选择
在萃取强极性的组分时，用单纯的CO2会遇到困难，解决的办法有三种： 选择更强溶剂力的流体或混合流体代替CO2； 在萃取时加入少量有机改性剂； 对组分进行衍生化，降低其极性． 因为将极性流体如 NH3用于 SFE有实际困难，所以常常在CO2中加有机改性剂来提高CO2极性。改性剂可以用第二个泵加入，使其进入萃取池前与CO2混合，或者在萃取前直接将改性剂以液体形式注人样品．
超临界流体色谱法-2015
5.2 SFC仪器结构
典型的分析及半制备型超临界流体色谱仪流程（Thar）
1 流动相输送装置
室温常压为气体的流动相：可将高压钢瓶中 的流动相减压至所需压力或用升压泵增压。
室温常压为液体的流动相：采用无脉动注射 泵输送。
2 进样系统
一般采用HPLC进样部件——六通进样阀
3 色谱柱
填充柱：HPLC柱 毛细管柱：气相色谱中的开管柱（交联柱）
1. 流动相
流体名称 二氧化碳
水 氨 乙烷 乙烯 二氧化氮 丙烷 戊烷 丁烷
临界压力(MPa) 7.38 217.6 112.5 48.1 49.7 71.7 41.9 37.5 37.5
临界温度(℃) 31.1 374.2 132.4 32.2 9.2 36.5 96.6 196.6 135.0
5.1 超临界流体色谱法概述
1 定义
使用超临界流体（超过临界温度和临界压力的 流体）作流动相的色谱方法。
相图
超临界流体与气体和液体的物理性质比较
物质状态
密度(g/cm3) 粘度(g/cm/s)
扩散系数 (cm2/s)
气态
(0.6-2)×10-3 (1-3) ×10-4 0.1-0.4
液态
0.6-1.6
基，二醇基等）。 对选择性因子有很大影响。同时固定相的选择
也要考虑流动相的性质。
11 Apr 2005 5
5.5
6 5.0
4.5 4
O OH
4.03.5ຫໍສະໝຸດ Ibuprofen, 布洛芬
2
R esponse
3.0
OJ
1
3
2.5
C h iro V
2.0
TBB
1.5
超临界流体色谱法
二、超临界流体色谱仪的结构与流程
instrument structure and the general process of SFC
1.结构流程
2.主要部件
（1）SFC的高压泵 SFC的高压泵
无脉冲的注射泵；通过电子压力传感器和流量检测器， 计算机控制流动相的密度和流量；
（2）SFC的色谱柱和固定相 SFC的色谱柱和固定相
（二）改性剂。 改性剂。 在SFC中，弱极性或非极性超临界流体流动相如CO2，对于一些极性化 合物的溶解能力较差。为了加强其对极性溶质的溶解和洗脱能力，常常向其 中加入一定比例的极性溶剂称为改性剂，加入的量一般为1%-5%，以甲醇 最常用，其次是其他脂肪醇，表中列出了部分适于二氧化碳的改性剂及应用 特性。 表 常用CO2改性剂 CO2改性剂 甲醇 检测方法 UVD MS FIDC（用量应少 于1%） 脂肪醇 四氢呋喃 2- 基乙醇 UV MS UV MS UV CO2改性剂 脂肪 二甲基亚砜 乙 二氧甲烷 甲醇 二氧化碳 水 检测方法 UV UV UV MS UV MS UV MS FID UV MS FID UV MS FID
可以采用液相色谱柱和交联毛细管柱； SFC的固定相：固体吸附剂（硅胶）或键合到载体（或 毛细管壁）上的高聚物；专用的毛细管柱SFC；
色谱柱 ①填充柱 填充柱与HPLC柱相似，基于分配平衡实现分离，柱长可达 25cm，分离柱内径0.5-4.6mm。使用粒径为3-10m的填料 填充。如硅胶、-NH2、-CN及C18、C8等化学键合相均可用 于SFC。其中以极性填料的分离效果更好。SFC在手性化合 物的分离上效果优于HPLC。 在实际操作中，往往会因压力变化而产生较大的柱压降，使 柱入、出口处的保留时间有很大差异，所以一般采用高于超 临界压力20%左右的压力以减小影响。在填料的选择上也要 注意与所分析的样品相适应，如分析极性或碱性化合物时， 填料覆盖度小，会产生不对称峰。若使用“封端”填料则会 得到改善。
色谱分析 超临界流体色谱法
❖ 对于SFC流动相的选择应综合考虑。除溶解性能外，还要与检测 器相适应，CO2是最常用的流动相。其临界温度低、压力适中， 容易操作，相对便宜，无毒无嗅，安全性好，且在190nm以上无 紫外吸收。
（二）改性剂 在SFC中，弱极性或非极性超临界流体流动相如CO2，对于一些 极性化合物的溶解能力较差。为了加强其对极性溶质的溶解和洗脱 能力，常常向其中加入一定比例的极性溶剂称为改性剂，加入的量 一般为1%-5%，以甲醇最常用，其次是其他脂肪醇，表中列出了部 分适于二氧化碳的改性剂及应用特性。
色谱分析 超临界流体色 谱法
超临界流体的定义：
纯净物质根据温度和压力的不同，呈现出液体、气体、 固体等状态变化，如果提高温度和压力，来观察状态的变化 发现，如果达到特定的温度、压力，会出现液体与气体界面 消失的现象,该点被称为临界点。在临界点附近，会出现流体 的密度、粘度、溶解度、热容量、介电常数等所有流体的物 性发生急剧变化的现象。当物质所处的温度高于临界温度， 压力大于临界压力时，该物质处于超临界状态。
程序升压；
2.甘油三酸酯的分析
四种组分仅双键 数目和位置不同，难 分离；
色谱柱：DB-225 SFC毛细管柱；
流动相： CO2 ；从 15MPa程序升压到 27MPa；2.5hr完全分 离。
结束语
谢谢大家聆听！！！
23
一、超临界流体色谱的特点与原理 principle and character of supercritical fluid chromatography
1．超临界流体的特性。 对于某些纯物质来说，具有三相点 和临界点，如图所示，从图中可以 看出，物质在三相点，气、液、固 三态处于平衡状态，当处于临界温 度和临界压力以上时，则不论施加 多大压力，气体也不会液化，此时 即非气体，也非液体，而是以超临 界流体形式存在。
（二）改性剂 在SFC中，弱极性或非极性超临界流体流动相如CO2，对于一些 极性化合物的溶解能力较差。为了加强其对极性溶质的溶解和洗脱 能力，常常向其中加入一定比例的极性溶剂称为改性剂，加入的量 一般为1%-5%，以甲醇最常用，其次是其他脂肪醇，表中列出了部 分适于二氧化碳的改性剂及应用特性。
色谱分析 超临界流体色 谱法
超临界流体的定义：
纯净物质根据温度和压力的不同，呈现出液体、气体、 固体等状态变化，如果提高温度和压力，来观察状态的变化 发现，如果达到特定的温度、压力，会出现液体与气体界面 消失的现象,该点被称为临界点。在临界点附近，会出现流体 的密度、粘度、溶解度、热容量、介电常数等所有流体的物 性发生急剧变化的现象。当物质所处的温度高于临界温度， 压力大于临界压力时，该物质处于超临界状态。
程序升压；
2.甘油三酸酯的分析
四种组分仅双键 数目和位置不同，难 分离；
色谱柱：DB-225 SFC毛细管柱；
流动相： CO2 ；从 15MPa程序升压到 27MPa；2.5hr完全分 离。
结束语
谢谢大家聆听！！！
23
一、超临界流体色谱的特点与原理 principle and character of supercritical fluid chromatography
1．超临界流体的特性。 对于某些纯物质来说，具有三相点 和临界点，如图所示，从图中可以 看出，物质在三相点，气、液、固 三态处于平衡状态，当处于临界温 度和临界压力以上时，则不论施加 多大压力，气体也不会液化，此时 即非气体，也非液体，而是以超临 界流体形式存在。
超临界流体色谱法
1超临界流体色谱法色谱是用于样品组分分离的一种方法，组分在两相间进行分配，一相为固定相，另一相为流动相。
固定相可以是固体或涂于固体上的液体，而流动相可以是气体、液体或超临界流体。
超临界流体色谱(Supercritical fluid chromatography) 就是以超临界流体做流动相依靠流动相的溶剂化能力来进行分离、分析的色谱过程。
它是集气相色谱法和液相色谱法的优势而在20世纪70年代发展起来的一种色谱分离技术。
超临界流体色谱不仅能够分析气相色谱不宜分析的高沸点、低挥发性的试样组分，而且具有比高效液相色谱法更快的分析速率和更高的柱效，因此得到迅速发展。
1.1概述1.1.1超临界流体及其特性自从1869年Andrews首先发现临界现象以来，各种研究工作陆续展开，其包括1879年Hannay和Hogarth测量了固体在超临界流体中的溶解度，1937年Michels等人准确测量了二氧化碳临界点的状态等等。
对于某些纯净物质而言，根据温度和压力的不同，呈现出液体、气体、固体等状态变化，即具有三相点和临界点，纯物质的相图如错误!未找到引用源。
所示。
在温度高于某一数值时，任何大的压力均不能使该纯物质由气相转化为液相，此时的；而在临界温度下，气体能被液化的最低压力称温度即被称之为临界温度Tc为临界压力P。
在临界点附近，会出现流体的密度、粘度、溶解度、热容量、c介电常数等所有流体的物性发生急剧变化的现象。
当物质所处的温度高于临界温度，压力大于临界压力时，该物质处于超临界状态。
温度及压力均处于临界点以上的液体叫超临界流体(Supercritical fluid，SF)。
图 1-1 纯物质的相图超临界流体由于液体与气体分界消失，它的流体性质兼具液体性质与气体性质，见错误!未找到引用源。
所示。
从错误!未找到引用源。
中的数据可知，超临界流体的扩散性能和粘度接近于气体，因此溶质的传质阻力较小，能更迅速地达到分配平衡，获得更快速、高效的分离。
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度。
SFC可选用GC和HPLC的检测器，与MS、FTIR等联用也 然而，SFC没有象预想的一样飞速发展，why?
较方便，从而使其在定性定量方面有较大的选择范围。
新进展
合相色谱UPC（waters） SFC+超高效色谱柱，取代正相色谱 用于疏水化合物、手性化合物、脂类、热不稳 定样品以及聚合物分析
毛细管柱：气相色谱中的开管柱（交联柱）
4 检测器
原则上可利用LC和GC的检测方法。 实际过程主要考虑不同的流体和 检测方法的匹配问题。 HPLC检测器，如UV、ELSD，
但在高压下要进行相应改进。 GC检测器，如FID，经毛细 管减压并加热成气体。
限 压 阀
5.3 色谱操作条件及其影响因素
流动相具有与液体相近的密度，因此它有强溶解性，对分离 具有选择性。 流动相的黏度近于气体，可减少柱的过程阻力，适合采用细 长色谱柱，提高柱效。或使用更高的流速，提高分析速度。 溶质在流动相的扩散系数介于气体和液体之间，具有较快的 传质速率，使分析速度快于液相色谱，峰形变窄，灵敏度提 高。 改变流动相压力参数即可改变超临界流体的性质，改善色谱 分离。（程序升压法） 流动相便宜、绿色、易除去，可用于制备。 SFC既可用GC中的检测器，又可用HPLC检测器。 适合于分离分析难挥发和热稳定性差的物质。
流动相，改性剂，添加剂
固定相
温度 压力 流速
1. 流动相
流体名称 临界压力(MPa) 二氧化碳 水 7.38 217.6 临界温度(℃) 31.1 374.2 临界密度(g/cm3) 0.433 0.332
氨
乙烷 乙烯
112.5
48.1 49.7
132.4
32.2 9.2
0.235
界温度。
流速可远大于液相色谱流速
5.4 应用
1.齐聚物的分析
2. 甘油三酯
3. 手性对映体
4. 制备
……
色谱柱：DB-225 SFC毛细管柱； 流动相：CO2 ；从15MPa程序升压到27MPa
从理论上讲，SFC既可分析GC中不适用的高沸点、低 挥发性样品，又比HPLC有更高的柱效和更快的分析速
5.2
SFC仪器结构
典型的分析及半制备型超临界流体色谱仪流程（Thar）
1 流动相输送装置
室温常压为气体的流动相：可将高压钢瓶中 的流动相减压至所需压力或用升压泵增压。
室温常压为液体的流动相：采用无脉动注射
泵输送。
2 进样系统
一般采用HPLC进样部件——六通进样阀
3 色谱柱
填充柱：HPLC柱
0 0 1 2 3 4 5 6 7 Retention Time (min) 8 9 10 11 12 13
固定相对分离的影响 流动相：CO2+MeOH + 10 mM NH4OAc
3. 其他参数的影响
柱压力是重要参数，必须与温度配合将流
动相控制在超临界态的单相区。
温度的影响较为复杂，一般大于或等于临
(0.6-2)×10-3 (1-3) ×10-4 0.6-1.6 0.2-0.9 (0.2-3)×10-2 (1-9) ×10-4
扩散系数 (cm2/s) 0.1-0.4 (0.2-2)×10-5 (2-7)×10-4
在临界点附近，温度和压力的微小变化可导致 超临界流体物理化学性质的显著改变。
2 特点
第五章
超临界流体色谱法
(SFC)
Supercritical Fluid Chromatography
5.1 超临界流体色谱法概述
1 定义
使用超临界流体（超过临界温度和临界压力的 流体）作流动相的色谱方法。
相图
超临界流体与气体和液体的物理性质比较
物质状态
气态 液态 SCF
密度(g/cm3) 粘度(g/cm/s)
基，二醇基等）。
对选择性因子有很大影响。同时固定相的选择
也要考.0
O OH
4.5 4
4.0
3.5 2
Ibuprofen, 布洛芬
1 3
R espo nse
3.0
OJ
2.5
C h ir o V
2.0
TBB
1.5
OD
1.0
A S -H
0.5
AD
0.203 0.218
二氧化氮
丙烷 戊烷 丁烷
71.7
41.9 37.5 37.5
36.5
96.6 196.6 135.0
0.450
0.217 0.232 0.228
最常用的流动相为二氧化碳，加入改性剂甲醇、乙醇、乙腈、 异丙醇等可改变分配系数K(容量因子k)，从而改善分离。
2. 固定相
化学交联的毛细管气相色谱固定相 硅胶或硅胶键合色谱固定相（c18，苯基，氰