超臨界流體色譜-傅里葉變換紅外光譜聯(lián)用技術(shù)

王寶春，孫 萍，殷海霞，丁桃紅

（1.江西中醫(yī)藥大學(xué)，江西 南昌 330000；2.江中藥業(yè)股份有限公司，江西 南昌 330000）

超臨界流體色譜-傅里葉變換紅外光譜聯(lián)用技術(shù)

王寶春1，孫 萍2，殷海霞1，丁桃紅1

（1.江西中醫(yī)藥大學(xué)，江西 南昌 330000；2.江中藥業(yè)股份有限公司，江西 南昌 330000）

介紹了超臨界流體色譜和傅里葉變換紅外光譜各自的操作原理、優(yōu)勢(shì)，以及聯(lián)用的優(yōu)勢(shì)和必要。簡(jiǎn)單闡述了流通池和溶劑去除接口的性能和特點(diǎn)。以便日后此技術(shù)更好的發(fā)展。

超臨界流體色譜，傅立葉變換紅外光譜，聯(lián)用

目前，聯(lián)用分析技術(shù)飛速發(fā)展并且已經(jīng)占領(lǐng)重要地位，應(yīng)用十分廣泛，成為現(xiàn)代分析化學(xué)的新寵。本文介紹的SFC/FTIR，就是新興發(fā)展起來(lái)的一種很有前途的聯(lián)用分析技術(shù)。超臨界流體色譜具有自己獨(dú)有的特點(diǎn)，例如溶解能力強(qiáng)、流動(dòng)相密度大、粘度低、溶質(zhì)擴(kuò)散率大等，因此能夠輔助氣相色譜和其他色譜[1]。

1 超臨界流體色譜

超臨界流體色譜是一種以超臨界流體作為流動(dòng)相的分離色譜。分離與其他色譜一樣，是不同化合物在兩相間的分配系數(shù)不同因而分離。超臨界流體它既不是氣體也不是液體，但是均有兩者的性質(zhì)。它的粘度比流體低，密度又和流體差不多，擴(kuò)散速度快，分離效率就比LC快[2]。所以超臨界流體色譜在很多領(lǐng)域都有應(yīng)用，它可以分離易揮發(fā)，熱敏性的物質(zhì)，對(duì)比于GC和LC在此方面很有優(yōu)勢(shì)。超臨界的流動(dòng)相一般采用液態(tài)的二氧化碳，它無(wú)毒無(wú)害無(wú)污染，是首選流動(dòng)相[3]。與GC比，SFC的分離溫度要更低，通過(guò)改變操作條件就會(huì)有更高的選擇性且溶劑化能力要更強(qiáng)。相對(duì)于LC，SFC的總柱效要高得多，還有比其更寬泛使用的其匹配的檢測(cè)器種類(lèi)。所以，SFC具有分離效率高、短時(shí)間內(nèi)分離、高質(zhì)量產(chǎn)品及易于與檢測(cè)器匹配等優(yōu)點(diǎn)。但其弱點(diǎn)是操作和清理比較繁瑣，噪音大，缺少相應(yīng)的理論指導(dǎo)，發(fā)展十分緩慢。雖然SFC可以彌補(bǔ)GC和LC的不足，但是也不能完全取代，是色譜分析中的一種補(bǔ)充方法。

2 傅里葉變換紅外光譜

傅里葉變換紅外光譜儀，主要結(jié)構(gòu)是由紅外光源、干涉儀、樣品室、檢測(cè)器以及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和電源構(gòu)成。是干涉后的紅外光進(jìn)行傅里葉變換的原理作為基礎(chǔ)而開(kāi)發(fā)的紅外光譜儀，它不同于一般的色散型紅外分光的原理，結(jié)構(gòu)內(nèi)部無(wú)單色器和狹縫，利用邁克爾遜干涉儀獲得入射光的干涉圖，然后通過(guò)傅里葉數(shù)學(xué)變換，把時(shí)間域函數(shù)干涉圖變換為頻率域函數(shù)圖，是一種干涉型紅外光譜儀?？梢詫?duì)被測(cè)組分進(jìn)行定性和定量分析，在很多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用[4]。此色譜的主要特點(diǎn)有：分辨能力強(qiáng)。主要取決于反射鏡的最大移動(dòng)行程和移動(dòng)質(zhì)量，移動(dòng)行程越大，分辨能力就越高，因此可以做到很高的分辨率[5]。掃描速度快。不到一秒鐘就會(huì)掃描出一張紅外光譜圖，其質(zhì)量極高，再進(jìn)行多次的掃描，其光譜的重復(fù)性也非常好。信噪比高。信噪比是衡量系統(tǒng)測(cè)量靈敏度的一個(gè)重要性能指標(biāo)。因內(nèi)部采用邁克爾遜干涉儀，無(wú)分光器，不僅可減少光的損耗，還會(huì)增大光的信號(hào)，靈敏度提高，信噪比高，重現(xiàn)性也會(huì)非常好。極高的波數(shù)位精度。采用氦一氖激光器準(zhǔn)確測(cè)定儀器內(nèi)部動(dòng)鏡的位置，動(dòng)鏡是在結(jié)構(gòu)內(nèi)一直運(yùn)轉(zhuǎn)的零件，只有此部件才會(huì)不斷運(yùn)動(dòng)。而儀器的性能好壞取決于它運(yùn)轉(zhuǎn)的精度。所以光程差可以測(cè)得非常精確，從而使計(jì)算灼光波譜數(shù)精確度0.01 cm-1。傅里葉光譜儀，只需改變分束器和光源，便可研究整個(gè)紅外的光譜，所以具有寬的色譜范圍。能量輸出大。在色散型光譜儀中，其單色器包含有入射和出射狹縫，所以輻射能最有相當(dāng)大的部分被狹縫擋住不能到達(dá)探測(cè)器。而邁克爾遜干涉儀沒(méi)有狹縫裝置，就有極大的輸出能量，所以傅里葉光譜儀特別適合于測(cè)量微弱信號(hào)光譜[6]。

3 SFC/FITR聯(lián)用技術(shù)

由此可知，紅外光譜法與SFC特性恰巧相反，傅里葉光譜特點(diǎn)是具有十分強(qiáng)的鑒定能力，尤其是對(duì)異構(gòu)體的鑒別，可以把被測(cè)組分的整體結(jié)構(gòu)信息完整呈現(xiàn)，但紅外光譜難以攻克的困難是分離能力會(huì)比SFC要弱的多。SFC/ FITR聯(lián)用技術(shù)將兩種分析方法的特點(diǎn)有效結(jié)合，聯(lián)用后，不僅同時(shí)擁有兩種方法的優(yōu)勢(shì)、還能克服各自自身的缺點(diǎn)，而且出現(xiàn)了兩種色譜單獨(dú)使用時(shí)所沒(méi)有的檢測(cè)功能。它具有的特點(diǎn)有：識(shí)別能力強(qiáng)、可輸出大量信息、效率和可信度高。操作一次就可獲得樣品的色譜和紅外光譜兩種圖譜，能對(duì)未知復(fù)雜試樣進(jìn)行準(zhǔn)確鑒定；短時(shí)間內(nèi)可檢測(cè)完，對(duì)SFC餾分進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量；操作并不復(fù)雜，它不用配制以上色譜和光譜的樣品，故可簡(jiǎn)化分析程序、減少分析時(shí)間、縮短分析費(fèi)用；自動(dòng)化程度高，可對(duì)光譜數(shù)據(jù)可以自動(dòng)收集數(shù)據(jù)、保存、處理和譜圖分析顯示，并能對(duì)所測(cè)光譜進(jìn)行譜庫(kù)檢索。超臨界流體色譜與紅外光譜聯(lián)用的接口方法與其他液相色譜的類(lèi)似，有兩種方法，流通池法和流動(dòng)相去除法。

3.1 流通池法

超臨界流體色譜流動(dòng)相的性質(zhì)應(yīng)該具有選擇性好，紅外透明性好，溶解力強(qiáng)，溶質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)大。一般采用液態(tài)CO2為流動(dòng)相，它具有臨界溫度低的優(yōu)點(diǎn)，而且僅在3800～3500 cm-1和2500～2200 cm-1間有較強(qiáng)的紅外吸收，是SFC/FTIR很好的溶劑。

流通池是SFC/FTIR最重要的部分，采用差譜方法扣除流動(dòng)相光譜的干擾，結(jié)構(gòu)一般為圓柱形金屬管，兩端分別用紅外窗密封。反射效率要高，靈敏度高，分辨能力強(qiáng)[7]。流動(dòng)池接口方法也有不足：CO2耐壓力差，壓力上升時(shí)會(huì)導(dǎo)致色譜圖基線(xiàn)躍升，低含量的組分無(wú)法檢測(cè)[8]；CO2吸收譜帶再3650 cm-1和2350 cm-1附近，醇、腈和炔類(lèi)等化合物無(wú)法檢出；流動(dòng)池法限制使用極性改性劑，以免干擾被分析物的檢定；超臨界紅外光譜譜庫(kù)還不完善。

3.2 流動(dòng)相去除法

流動(dòng)相去除技術(shù)是收集SFC的餾分，進(jìn)行光譜測(cè)量，一般不在超臨界狀態(tài)下直接測(cè)量，此法適用于HPLC/FTIR的流動(dòng)相去除式接口亦適用于SFC/FTIR中，而且一般可省去加熱去除流動(dòng)相等步驟。色譜流出物經(jīng)一被加熱的限流管降壓后，逐一沉積在一步進(jìn)或連續(xù)平移或轉(zhuǎn)動(dòng)的KCI粉末的傳送帶上，揮發(fā)掉流動(dòng)相，最后把有樣品斑點(diǎn)的收集帶放入紅外光路，測(cè)量收集餾分的紅外光譜。

流動(dòng)相去除法具有以下優(yōu)點(diǎn)：采用信號(hào)平均技術(shù)對(duì)色譜斑點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，可提高光譜的信噪比，可用于各種流動(dòng)相包括極性改性劑的，對(duì)流動(dòng)相分析無(wú)任何干擾；便于解析和檢索。當(dāng)然這種接口裝置比較復(fù)雜，操作繁瑣，不利于低沸點(diǎn)化合物的檢測(cè)。

4 小 結(jié)

SFC/FTIR是剛剛起步的新型分析技術(shù)，很多地方還需要不斷地更新和完善。與SFC/MC相比SFC/FTIR的靈敏度要低，SFC/FTIR采用的接口有流通池法和去除溶劑兩種類(lèi)型。前者快速簡(jiǎn)便，但流動(dòng)相干擾大、靈敏度較低；后者干擾少、靈敏度較高，但耗時(shí)長(zhǎng)且技術(shù)復(fù)雜。目前，此聯(lián)用技術(shù)在理論、方法、儀器和應(yīng)用等方面均取得了不小的進(jìn)展，隨著接口裝置、SFC以及紅外光譜技術(shù)的不斷更新和完善，SFC/FTIR勢(shì)必會(huì)有更迅速的發(fā)展，但是由于超臨界體型大，操作繁瑣，噪音大，清洗費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，一直沒(méi)有應(yīng)用于那么頻繁，最近這些年對(duì)于此聯(lián)用技術(shù)沒(méi)有什么很大的進(jìn)展，但是在化學(xué)分析上還是會(huì)以超臨界作為輔助紅外光譜來(lái)分離分析化合物。

[1] 許亞非.SFC/FTIR聯(lián)用技術(shù)[J].大學(xué)化學(xué),1993,8(6):26-29.

[2] 鄭福良.超臨界流體色譜在生物工程領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].新余高專(zhuān)學(xué)報(bào),2003,8(2):8-10.

[3] 陳 青.超臨界流體色譜的研究進(jìn)展[J].分析化學(xué),2004,32(8): 1105-1106.

[4] 汪正范,楊樹(shù)民,吳侔天,岳 衛(wèi).色譜聯(lián)用技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007:197-225.

[5] 劉國(guó)慶.傅里葉變換紅外光譜儀[J].電子器件,1987,(3):17-20.

[6] 葛俊苗,宋益善,李 燕,馬晨晨.傅里葉變換紅外光譜儀及其在食品中的應(yīng)用[J].廣東化工，2017,2(44):54.

本文編輯：吳 衛(wèi)

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ISSN.2095-8242.2017.23.4537.02

王寶春（1991-），女，山東濱州人，碩士，研究方向：藥物分析