超临界流体和超临界流体色谱总结
二十超临界色谱
20-6 毛细管电泳
capillary electrophoresis
20-1概述
早在一百多年以前，较原始的电泳实验，是在一个U形 一管中进行的，管中盛有溶液，两端置有电极，加上几百 伏电压后，首次实验了对毒素和抗毒素的分离。1909年， L.Michaelis提出“电泳”这一术语，他的实验是用于测 定蛋白质的等电点。此后，许多的研究报告涉及氨基酸、 肽类、蛋白质的分离。为了防止电泳完成了的溶液中，再 次发生对流混合，曾使用了各种稳定介质，如琼脂、纤维 粉、玻璃丝、硅胶及丙烯酸胺；为了防止热扩散而使用了 一种内径小的管道，管道内径由3mm缩小至75μm。1981年， Jorgenson．和Lukacs 使用75μm内径的熔融石英毛细管， 电泳分离氨基酸和肽。至此，出现了毛细管电泳 （capillary electrophoresis，CE）技术。
在电渗流存在下，离子的迁移速度可表示为：
υ=（μ±μeo）U/Lt 时式间中为，tL，d是则毛细管总长度；U是外加电压。离子的迁移
t=Lt×Ld/（μ±μeo）·U 为式迁中移，长Lt度为。进分样离端效到率检n测可器表之示间为的毛细管长度，或称
n
(
eo
)
U 2D
式中，D为溶质的平均扩散系数。由上式可见，如果热 影响阿忽略不计的话，增大电压，可增加分离效率。
20-3 HPCE仪器的基本结构
HPCE仪器的基本结构如图20－3所示。充 满缓冲液的毛细管，两端分别浸入盛有缓冲液的 储瓶中，之后通以3OkV的电压，整个带电管路 置于一个安全保护盒内以防高压危险，打开有机 玻璃盒时即自动切断电源。待测组分从毛细管的 一端引人，在电场作用下，由于离子迁移速度有 差别，而在整个毛细管内形成不同的样品区带， 在毛细管的另一端放置检测器，以便连续地检测 流过的每一个组分带，分析信号通过检狈u器接 收后。经放大再输入计算机系统进行数据处理与 储存
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。
现代分离技术-超临界流体、色谱
带阴离子基团的， 如DEAE—（二 乙基胺乙基）和 QAE—（四级胺 乙基）等为阴离 子交换剂。
是指用交联剂使2个或者 更多的分子分别偶联从而
使这些分子结合在一起
离子交换层析只适用于能在水中解离的化合物，包括有机物和无机物。
4.3分配层析 （ distributi on chromatogra phy）
01
分配层析：是指在一个有两相存 在的系统中，利用不同物质的分 配系数不同而使其分离的方法。
02
在层析分离过程中，这两种互不 混溶的溶剂之一为流动相；
03
另一种是吸收在载体中的溶剂， 这种溶剂是键合在载体中，再层 析过程不流动，为固定相。
添加标题
与固定相相互作用力越弱的 组份，随流动相移动时受到 的阻滞作用小，向前移动的 速度快。
反之，与固定相相互作用越 强的组份，向前移动速度越 慢。
分布收集流出液，可得到样 品中所含的各单一组份，从 而达到将各组份分离的目的。
4.1.3原理、构成层析法的条件
色层法应具备的因素或条件是：
1. 具有两相 2. 混合物中各组分的物理化学性质有差
异 3. 多次冲洗或展开
4.1.4分类 按两相所处状态分类
二．按固定相的使用形式（即实验技术）分： 柱层析、纸上层析、薄层层析 二．按分离机制分（即物理化学性质）： 吸附层析、分配层析、离子交换层析、凝胶 过
滤、其它层析（如亲和层析）等。 二．按展开方式分： 洗脱法、迎头法、置换法
4.2◆吸附色层法（adsorption chromatography）
对于蛋白质、核酸、氨基酸及核苷酸的分离分析有极好的分辨力。
超临界流体色谱法的原理
超临界流体色谱法的原理
超临界流体色谱法（SFC）是一种高效分离技术，它将超临界流体作为载气相。
超临界流体是指在临界点以上，同时具有气态和液态特性的物质。
超临界流体具有高扩散系数、低黏度、可调节的溶解性和高气相密度等优点，因此能够提供高效的质谱离子化和分离结果，是一种高效分离分析技术。
SFC原理主要是利用超临界流体作为移动相，样品被分装入较短的管柱或固相萃取柱中，通过超临界流体的压缩和调节，将样品获得良好的溶解度，然后通过柱相互作用分离样品成分，实现不同化合物的分离。
在分离过程中，超临界流体的压力和温度控制很重要，它们影响着超临界流体的性质和分离效率。
此外，选择合适的柱、填料和移动相等因素也会影响分离效果。
总之，SFC利用超临界流体和柱相互作用的分离机理，实现了高效分离和分析，具有分离效率高、选择性好、操作简单等优点。
在生物、化学、环保等领域有广泛的应用。
超临界流体及应用
超临界流体及应用
超临界流体是指在高于其临界温度和临界压力的条件下存在的流体状态。
在这种状态下，流体既具有气体的低粘度和高扩散性，又具有液体的高介电常数、高溶解度和高密度。
超临界流体的独特性质使其在许多领域具有广泛的应用。
以下是超临界流体的一些应用：
1. 超临界流体萃取：超临界流体可用于从植物、动物和微生物中提取活性成分，例如药物、香料和色素。
它具有高溶解度和高扩散性，同时可以通过调节温度和压力来控制溶解度和选择性，使其在提取过程中更有效。
2. 超临界流体喷雾干燥：超临界流体喷雾干燥是一种将溶解的物质通过喷雾干燥技术从溶液中快速转化为颗粒状态的方法。
超临界流体可提供高扩散性和低表面张力，使其在干燥过程中能够更好地保持产物的颗粒性质。
3. 超临界流体反应：超临界流体中的反应速率通常比常规液相反应快。
超临界流体中的反应可以控制温度、压力、物质质量传递和催化剂的活性，因此被广泛应用于有机合成、催化反应和材料合成等领域。
4. 超临界流体色谱：超临界流体色谱是一种使用超临界流体作为流动相的色谱技术。
与传统的液相色谱相比，超临界流体色谱具有更高的扩散系数和较低的粘度，从而提高了分离效果和分析速度。
5. 超临界CO2的应用：超临界CO2是最常见和广泛应用的超临界流体之一。
它被用于金属的清洗、涂层、材料的制备、催化剂的合成和液体废弃物的处理等多个领域。
超临界流体的独特性质使其在化工、生物工程、材料科学等领域具有广泛的应用潜力。
随着对超临界流体的研究和理解的深入，将有更多创新的应用出现。
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。
超临界流体
1 超临界流体华东理工大学化学系 胡 英1.1 引 言气体和液体统称为流体，它们之间并无严格分界，一些约定俗成的术语，可参阅图1-1。
通常将低于临界温度T c 的分别称为蒸气和液体，前者可通过压缩变为液体。
当温度高于T c ，则将压力比临界压力p c 低的称为气体，它不能仅通过增压变为液体。
对于温度高于T c 、压力大于p c 的那部分，难以区分为气体或液体，只能称为流体；其中接近临界点c 的称为超临界流体(supercritical fluid, SCF)；也可以将所有T >T c 、p >p c 的都称为超临界流体。
第一次报道SCF 有特殊性质是在1879年，Hanny J B 和Hogarth J 发现SCF 乙醇有溶解固体无机盐类的能力，当T >T c (516.3 K)时，增压能使氯化钴、碘化钾、溴化钾等溶解，减压后又能像雪花一样析出。
那时，虽然安德鲁斯(1869)已进行了CO 2液化和临界点的研究，但由于临界现象并未被完全理解和接受，这一重要发现还在学术界引起很大争议，例如Ramsay W 认为，它只是普通的固体在热的液体中溶解而已。
此后，由于Villard P(1896)，G E chner uB &&(1906)和Prins A(1915)等的工作，特别是发现萘能够在SCF CO 2和SCF 乙烷中溶解，SCF 的特性逐渐得到公认。
1940年代后期开始，Delf 大学的Scheffer F EC 和他的同事们对萘在SCF 中溶解的相行为进行了系统的测定。
从那时起，这方面的学术研究一直非常活跃，大量的二元、三元高压相图和溶解度数据出现在文献上，SCF 的传递性质也有相当数量的报道。
在工业应用方面，虽然常常提到1930年代的丙烷脱沥青，和1970年代的丁烷或戊烷脱沥青，后者称为ROSE 过程(residuum oil图1-1 超临界流体(SCF)1-2 1 超临界流体supercritical extraction)，以及1950年代的SOLEXOL 过程，它利用丙烷进行食物油精制和鱼油中提取Vit A 。
超临界色谱
样品前处理
水分和盐等物质对提取率有明显影响，建议
应该对样品进行必要的均质化过程 (homogenization)和适当的干燥处理，干燥剂 通常有硅藻土
(HMX)、干冰、无水硫酸钠、无水硫酸镁、
无水硫酸铜等。
pH值 水分含量
改变pH值会影响对农药的提取
样品中水分含量对农药提取有明显影响
(4)被溶解的物质迁移到固体外部表面；(5)被溶解物
通过外部界面并有可能发生相变；(6)被溶解物进入
超临界流体主相并随流体一起离开固体物料主
体而被萃取出。
超临界CO2特点
(1)提取温度低，能最大限度地避免对有效成分的破 坏； (2)对难挥发性物质溶解度大，传质速率高，萃取速 度快； (3)可通过改变操作温度和压力来调节可选择性； (4)流程简单，操作方便； (5)C02惰性无毒，产品中无溶剂残留，对人和环境 无
SCF的应用研究Biblioteka 德国建立从咖啡豆中提取咖啡因的工厂.
法国和英国也相继建立起超临界流体二氧化
碳萃取啤酒花工厂。 美国采用超临界二氧化碳萃取法(SCFE)提取 豆油获得成功．产品质量大幅度提高，井解 决了污染问题
SCF的应用研究
咖啡中含有的咖啡因对人体有害。西德
Max—Plank煤炭研究所的 Zesst博士开发了 用该技术从咖啡豆提取咖啡因的专利技术 美国ADL公司用此技术开发出提取酒精的方 法．还开发了从油腻的快餐食品中除去过多 的油脂．而不失其原有色香味及保有其外观 和内部组织结构的专利技术。
如 水的临界点为374℃和220个大气压；CO2的临界点为31℃ 和73个大气压；甲醇的临界点239℃和79个大气压
。
二氧化碳的相图
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SFC可调参数
固定相 流动相以及组成 夹带剂Co-solvents 添加剂Additives 温度Temperature 压力Pressure
SFC适用范围
SFC适用范围很广 理论上，能够用HPLC分离和测定的化合物， 都可以用SFC来分离和测定 某些用HPLC不能分离的物质，用SFC也能得 到较好的分离效果。
SFC添加剂Additive
对于强极性的化合物仅加入极性改性剂是不够的 为实现对强极性物质的SFC分离，在改性剂中加入 了微量的强极性有机物(称之为添加剂) 成功地分离了有机酸和有机碱
流动相中微量强极性添加剂的加入拓宽了SFC的适 用范围
举例: 例如，加入 0.05% 到0.5%三乙胺 （triethylamine）或者二乙基甲胺（diethyl methylamine）到改性剂中一辅助胺的洗脱 加入0.05 % 到0.5% 乙酸（acetic acid）或者三 氟醋酸酐 （trifluoroaceticacid）等来辅助洗 脱酸性的物质. 少量 (1-10mM) volatile salts挥发性盐 (醋酸 胺ammonium acetate) 的加入可以辅助洗脱极性 和离子分析物.
SFC发展
SFC始于20世纪60年代。 直到20世纪80年代早期开发成功了空心毛细管柱式SFC， 应用于分析领域。 随着微柱高效液相色谱(HPLC)的发展，出现了填充柱式 SFC。这类色谱采用HPLC普遍使用的柱子和填料，根据 流动相的特点，由HPLC改装而成，成功地用于分析某些 热敏性、低挥发性、极性化合物。 由于超临界流体的高扩散性和低粘性，使分离速度加快， 同时由于密度的变化可直接影响流动相的溶剂化能力，因 此可通过改变影响密度的因素(如压力、温度等)较容易地 使欲分离物质从流动相中分离出来，收集起来。因此，填 充柱式SFC不仅可用于物质的分析，而且在此基础上发展 了制备型SFC。
为增加其溶剂化能力，往往需要在其中加入少量的极性改 性剂。
在C02中加入夹带剂 后的超临界流体的临 界温度和压力升高, 一般在亚临界状态下 操作.
亚临界流体
亚临界流体或近临界流体 （Sub-Supercritical Fluid） 温度和压强稍低于临界值时的高压流体 物理状态接近液体 物理性质接近SF,粘度低,扩散性好,溶解能力强
SF物质
流体名称 临界压力(bar) 临界温度(℃) 临界密度(g/cm3)
二氧化碳
水 氨 乙烷 乙烯 二氧化氮 丙烷
73.8
217.6 112.5 48.1 49.7 71.7 41.9
31.1
374.2 132.4 32.2 9.2 36.5 96.6
0.433
0.332 0.235 0.203 0.218 0.450 0.217
超临界流体和超临界流体色谱
主要内容
超临界流体 超临界流体色谱 超临界流体色谱与液相色谱的比较 Thar超临界流体色谱仪 其他品牌SFC
超临界流体 Supercritical Fluid （SCF）
纯物质相图
SCF物理性质 超临界流体与气体和液体的一些物理性质比较
物质状态 气态 液态
SFC可用于分离和分析一些GC和LC难以分离分析的物质， 尤其在分析分离一些热敏性、低挥发性等化合物方面表现 出优越性。 对于填充柱式SFC，其样品的分离和收集被认为优于毛细 管GC和HPLC。
SFC流动相CO2
超临界CO2用作SFC的流动相，其最大的缺点是不能洗脱极 性化合物。 在多数情况下，CO2对结构或分子量相似的物质的分离能力 是不足的。
优势范围
能溶于甲醇或弱极性溶剂中的物质 分子量2000以下
超临界流体色谱由于具有溶解能力强、流动性好、 传质速率快等特点因而它比气相色谱(GC)和高效液 相色谱(HPLC)具有更多的优点 气相色谱主要适用于热稳定性好、沸点不高、分子 量小于400的高沸点、热不稳定、分 子量大的化合物，但由于其检测器的缺陷，也使其 应用范围受到了一定的限制
密度(g/cm3) 粘度(g/cm/s) (0.6-2)x10-3 0.6-1.6 (1-3)x10-4
扩散系数 (cm2/s)
0.1-0.4
(0.2-3)x10-2 (0.2-2)x10-5
SCF
0.2-0.9
(1-9)x10-4
(2-7)x10-4
SCF特点
具有与液体溶剂相当的溶解能力。 其传递过程类似于气体，因而在进行传质时速率和效率要 远大于液态传质过程。 密度可调，可以通过压力的调节实现对不同物质的分离。
SFC极性夹带剂（co-solvent）
甲醇methanol 使用最多。这是由于甲醇与CO2形成的二元混合物的临 界温度和临界压力不太高，并且甲醇的极性在低碳醇中 比较大 异丙醇 (much stronger than methanol) 乙腈Acetonitrile 四氢呋喃THF 正己烷Hexane, 二氧乙烷dioxane 根据被分析物的溶剂情况选择 参考混合物临界曲线，保证在单相区以内
SFC固定相
非手性柱： 硅胶柱以及硅胶作 为基质的色谱柱: Phenyl Cyano Ethylpyridine Diethylaminopropyl Amino Diol C-18, C-8, etc. 手性柱： 环糊精类 多糖类 氨基酸及酰胺类 其他
SFC检测器
可配备GC、HPLC的各种检测器 质谱、傅立叶变换红外光谱 UV DAD ELSD MS FID(ASTM)
戊烷
丁烷
37.5
37.5
196.6
135.0
0.232
0.228
无色、无毒、无味， 不易燃， 化学惰 性，价格便宜，易 制成高纯度气体
超临界流体色谱(supercritical fluid chromatography，简称SFC)
流动相:超临界流体或亚临界流体 固定相:固体吸附剂(如硅胶)或键合到载体 (或毛细管壁)上的高聚物 分离机理:与气相色谱(GC)及液相色谱(LC) 一样，即基于各化合物在两相间的分配系 数不同而得到分离