电色谱中中性溶质柱内富集研究.PDF
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张维冰 朱军 尤进茂 张博 平贵臣 张玉奎
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参见附件(160KB，7页)。
电色谱中中性溶质柱内富集研究.PDF
研 究 报 告
电色谱中中性溶质柱内富集研究
张维冰 朱 军 尤进茂 张 博 平贵臣 张玉奎3
(中国科学院大连化学物理研究所 ,国家色谱研究分析中心 ,大连116011)
摘 要 中性溶质在毛细管电色谱中的富集可以通过调节有机调节剂在运行缓冲溶液和进样区段中的
浓度及适当增加进样长度来实现 ,富集作用主要由两种过程控制 ,即进样过程中的自富集作用和运行过
程中的一般输运富集作用。采用弛豫理论的研究方法得到了描述富集效果与操作条件关系的理论表达
式 ,结果表明:随进样长度的增加 ,可以有效提高富集效果;进样长度对柱效的影响也与有机调节剂的浓
度有关 ,当其在两区段中的浓度差别较大时 ,适当加长进样时间并不会对柱效产生太大的影响。对安息
香和美芬妥因两种药物的实验研究达到了超过100倍的富集效果。
关键词 电色谱 ,富集 ,中性溶质
2000209229收稿;2001202201接受。
1 引 言
电色谱方法不仅可以分离带电溶质同时也可以分离中性溶质 ,这种方法分离中性溶质的原理与高
效液相色谱相似 ,只是由于以电渗流驱动替代一般的压力驱动 ,使柱效可以达到更高。但毛细管电色谱
(CEC)采用的毛细管一般较细 ,溶质的进样量很小 ,以致对检测器的灵敏度提出了更高的要求。在现有
的检测器条件下 ,CEC虽然可达到很低的质量检测限 ,但样品的浓度检测限相对较低 ,采用通用型紫外
检测器时一般仅可达10
- 6
molP L〔 1〕。目前 ,CEC主要用于较高浓度样品的分离分析(几十至几百(mgP L) 。
Pyell
〔 2〕等在研究进样体积对 CEC柱效影响时发现用低于流动相洗脱强度的溶剂配样能使样品区带变
窄。Ding
〔 3〕等在用CEC分离尿嘧啶等4种物质时 ,证实在保证柱效不发生明显变化的情况下 ,用10 %乙
腈P 5 mmolP L 醋酸铵溶解样品 ,60 %乙腈P 5 mmolP L 醋酸铵分离样品 ,可以使峰高增加10倍。Stead等〔 4〕采
用类似的技术分析甾族样品获得了17倍的浓缩效果。这些研究的主要目的是为了从实验的角度找出
可以使富集效果更好的方法 ,并没有从理论上作过多的探讨。本文采用弛豫理论〔 5～7〕的研究方法 ,从溶
质在柱内的输运过程入手 ,研究 CEC中中性样品的保留性质和操作条件对富集效果的影响规律 ,并通
过实验加以验证。
2 CEC柱内富集的实验方法
2. 1 方法的提出
电色谱中 ,流动相和电流同时通过充满固定相的毛细管柱 ,因此带电溶质在柱过程中的迁移行为受
到电泳和色谱两相分配(或吸附)两种机制的影响。但是对于中性样品而言 ,一般只需考虑电渗流的作
用。为了使中性样品在电色谱过程中得到柱内富集 ,可以采用与MEKC类似的实验方法〔 8〕,即通过改变
配制样品的缓冲溶液与运行缓冲溶液的组成来实现 ,但是由于在电色谱中电渗流是溶质迁移的驱动力 ,因此不可能使其过小 ,否则将没有实用价值。
2. 2 仪器与试剂
采用 SP 8800型液相色谱泵(美国 Spectra2Physics公司)装柱 ,实验仪器:Beckman 5010型毛细管电泳
仪(美国Beckman公司) ,紫外检测器。弹性石英毛细管:75μm I.D×375μm O. D(河北永年光纤厂) ,毛
第29卷
2001年8月 分析化学 (FENXI HUAXUE) 研究报告
Chinese Journal of Analytical Chemistry
第8期
869～875细管填充电色谱柱填料:3μm粒径(Hypersil2ODS填料(英国 Shandon 公司) ) 。试剂:安息香(美国 Sigma
公司) ,美芬妥因(南京军区总医院芮建中博士提供) 、 Tris均为分析纯 ,乙腈为色谱纯 ,水为二次去离子
水。
2. 3 操作条件
毛细管填充电色谱柱采用匀浆法制备,总柱长27 cm ,75μm内径 ,装填 3μm ODS ,填充段长 20 cm。
每天实验前用流动相平衡毛细管柱 1 h ,并在两次进样间用流动相平衡 10 min。柱温:20. 0 ±0. 1℃,紫
外检测器波长:214 nm ,样品浓度:5 mgP L ,进样电压:10 kV ,分离电压:10 kV。
3 理论部分
3. 1 逆流输运的溶质浓度分布
以电渗流作为参照系进行研究 ,可以使理论处理过程简化。此时 ,流动相不动 ,流动相在柱过程中
图1 电色谱中样品区带的逆流相对运动
Fig. 1 The contra2 flow transfer of sample solution zone in
capillary ellectrochromatograph (CEC)
的输运对应于固定相以流动相的输运速度向相反的
方向运动 ,即溶质被固定相携带迁移出进样区带 ,这
一过程可以采用图 1 的模型加以说明。实际上 ,以
这种方式进行迁移的溶质在柱内的分布与正常情况
下相同 ,并不影响溶质在真实输运过程中所满足的
分布规律。
根据弛豫理论的基本模型 ,采用大进样量来完
成柱内富集操作时 ,如果样品占有的区带长度为
m0 ,溶质在固定相和样品溶液之间的分配系数为
k1 ;其在固定相和流动相之间的分配系数为 k1 ,溶质
在样品溶液区带中的逆向迁移速率可表示为
u0 =
k0 ueo
1 + k0
(1)
同理 ,溶质在流动相缓冲溶液中的逆向迁移速率为
u1 =
k1 ueo
1 + k1
(2)
而对应的质量平衡方程
d C0
d t
= - u0 C0 (3)
d C1
d t
= - u0 ( C0 - C1 ) (4)……………………
d Cm0
d t
= u0 ( Cm0
- 1 - Cm0) (5)
d Cm0
+1
d t
= u0 ( Cm0
- u0 Cm0
+1 ) (6)……………………
d Ci
d t
= u1 ( Ci - 1 - Ci) (7)
其中 ueo为电渗流速度。
初始条件为
078 分 析 化 学 第29卷t = 0 , Ci > m0
= 0 , Ci ≤m0
= C(0) (8)
结合式(8) ,对式(3)～(7)进行Laplace 变换 ,并研究其递推关系可得
C
-
n =
C(0) u0
u1 s
· 1 -
u0
u0 + s
m0
+1
u1
u1 + s
m- m0
(9)
式(9)的一阶原点矩和二阶中心矩分别为
γ1 =
m0 + 1
2 u0
+
m - m0
u1
(10)
μ2 =
m - m0
u
2
1
+
( m0 + 1)
2
12 u
2
0
(11)
再求式(9)的Laplace 逆变换得
Cn = C(0) u0
∫
t
0
( u1τ)
m- m0
- 1
( m - m0 - 1) .
·e
- u
1
τd τ
- u0
∫
t
0
∫
t
1
0
( u1τ)
m- m0
- 1
( m - m0 - 1) .
〔u1 ( t1 - τ)〕 m0
m0 !
exp〔- ( u1 - u0 )τ- u0 t1〕 dτd t1
(12)
式(12)为通过逆流模型得到的溶质在柱内分布的规律 ......
电色谱中中性溶质柱内富集研究
张维冰 朱 军 尤进茂 张 博 平贵臣 张玉奎3
(中国科学院大连化学物理研究所 ,国家色谱研究分析中心 ,大连116011)
摘 要 中性溶质在毛细管电色谱中的富集可以通过调节有机调节剂在运行缓冲溶液和进样区段中的
浓度及适当增加进样长度来实现 ,富集作用主要由两种过程控制 ,即进样过程中的自富集作用和运行过
程中的一般输运富集作用。采用弛豫理论的研究方法得到了描述富集效果与操作条件关系的理论表达
式 ,结果表明:随进样长度的增加 ,可以有效提高富集效果;进样长度对柱效的影响也与有机调节剂的浓
度有关 ,当其在两区段中的浓度差别较大时 ,适当加长进样时间并不会对柱效产生太大的影响。对安息
香和美芬妥因两种药物的实验研究达到了超过100倍的富集效果。
关键词 电色谱 ,富集 ,中性溶质
2000209229收稿;2001202201接受。
1 引 言
电色谱方法不仅可以分离带电溶质同时也可以分离中性溶质 ,这种方法分离中性溶质的原理与高
效液相色谱相似 ,只是由于以电渗流驱动替代一般的压力驱动 ,使柱效可以达到更高。但毛细管电色谱
(CEC)采用的毛细管一般较细 ,溶质的进样量很小 ,以致对检测器的灵敏度提出了更高的要求。在现有
的检测器条件下 ,CEC虽然可达到很低的质量检测限 ,但样品的浓度检测限相对较低 ,采用通用型紫外
检测器时一般仅可达10
- 6
molP L〔 1〕。目前 ,CEC主要用于较高浓度样品的分离分析(几十至几百(mgP L) 。
Pyell
〔 2〕等在研究进样体积对 CEC柱效影响时发现用低于流动相洗脱强度的溶剂配样能使样品区带变
窄。Ding
〔 3〕等在用CEC分离尿嘧啶等4种物质时 ,证实在保证柱效不发生明显变化的情况下 ,用10 %乙
腈P 5 mmolP L 醋酸铵溶解样品 ,60 %乙腈P 5 mmolP L 醋酸铵分离样品 ,可以使峰高增加10倍。Stead等〔 4〕采
用类似的技术分析甾族样品获得了17倍的浓缩效果。这些研究的主要目的是为了从实验的角度找出
可以使富集效果更好的方法 ,并没有从理论上作过多的探讨。本文采用弛豫理论〔 5～7〕的研究方法 ,从溶
质在柱内的输运过程入手 ,研究 CEC中中性样品的保留性质和操作条件对富集效果的影响规律 ,并通
过实验加以验证。
2 CEC柱内富集的实验方法
2. 1 方法的提出
电色谱中 ,流动相和电流同时通过充满固定相的毛细管柱 ,因此带电溶质在柱过程中的迁移行为受
到电泳和色谱两相分配(或吸附)两种机制的影响。但是对于中性样品而言 ,一般只需考虑电渗流的作
用。为了使中性样品在电色谱过程中得到柱内富集 ,可以采用与MEKC类似的实验方法〔 8〕,即通过改变
配制样品的缓冲溶液与运行缓冲溶液的组成来实现 ,但是由于在电色谱中电渗流是溶质迁移的驱动力 ,因此不可能使其过小 ,否则将没有实用价值。
2. 2 仪器与试剂
采用 SP 8800型液相色谱泵(美国 Spectra2Physics公司)装柱 ,实验仪器:Beckman 5010型毛细管电泳
仪(美国Beckman公司) ,紫外检测器。弹性石英毛细管:75μm I.D×375μm O. D(河北永年光纤厂) ,毛
第29卷
2001年8月 分析化学 (FENXI HUAXUE) 研究报告
Chinese Journal of Analytical Chemistry
第8期
869～875细管填充电色谱柱填料:3μm粒径(Hypersil2ODS填料(英国 Shandon 公司) ) 。试剂:安息香(美国 Sigma
公司) ,美芬妥因(南京军区总医院芮建中博士提供) 、 Tris均为分析纯 ,乙腈为色谱纯 ,水为二次去离子
水。
2. 3 操作条件
毛细管填充电色谱柱采用匀浆法制备,总柱长27 cm ,75μm内径 ,装填 3μm ODS ,填充段长 20 cm。
每天实验前用流动相平衡毛细管柱 1 h ,并在两次进样间用流动相平衡 10 min。柱温:20. 0 ±0. 1℃,紫
外检测器波长:214 nm ,样品浓度:5 mgP L ,进样电压:10 kV ,分离电压:10 kV。
3 理论部分
3. 1 逆流输运的溶质浓度分布
以电渗流作为参照系进行研究 ,可以使理论处理过程简化。此时 ,流动相不动 ,流动相在柱过程中
图1 电色谱中样品区带的逆流相对运动
Fig. 1 The contra2 flow transfer of sample solution zone in
capillary ellectrochromatograph (CEC)
的输运对应于固定相以流动相的输运速度向相反的
方向运动 ,即溶质被固定相携带迁移出进样区带 ,这
一过程可以采用图 1 的模型加以说明。实际上 ,以
这种方式进行迁移的溶质在柱内的分布与正常情况
下相同 ,并不影响溶质在真实输运过程中所满足的
分布规律。
根据弛豫理论的基本模型 ,采用大进样量来完
成柱内富集操作时 ,如果样品占有的区带长度为
m0 ,溶质在固定相和样品溶液之间的分配系数为
k1 ;其在固定相和流动相之间的分配系数为 k1 ,溶质
在样品溶液区带中的逆向迁移速率可表示为
u0 =
k0 ueo
1 + k0
(1)
同理 ,溶质在流动相缓冲溶液中的逆向迁移速率为
u1 =
k1 ueo
1 + k1
(2)
而对应的质量平衡方程
d C0
d t
= - u0 C0 (3)
d C1
d t
= - u0 ( C0 - C1 ) (4)……………………
d Cm0
d t
= u0 ( Cm0
- 1 - Cm0) (5)
d Cm0
+1
d t
= u0 ( Cm0
- u0 Cm0
+1 ) (6)……………………
d Ci
d t
= u1 ( Ci - 1 - Ci) (7)
其中 ueo为电渗流速度。
初始条件为
078 分 析 化 学 第29卷t = 0 , Ci > m0
= 0 , Ci ≤m0
= C(0) (8)
结合式(8) ,对式(3)～(7)进行Laplace 变换 ,并研究其递推关系可得
C
-
n =
C(0) u0
u1 s
· 1 -
u0
u0 + s
m0
+1
u1
u1 + s
m- m0
(9)
式(9)的一阶原点矩和二阶中心矩分别为
γ1 =
m0 + 1
2 u0
+
m - m0
u1
(10)
μ2 =
m - m0
u
2
1
+
( m0 + 1)
2
12 u
2
0
(11)
再求式(9)的Laplace 逆变换得
Cn = C(0) u0
∫
t
0
( u1τ)
m- m0
- 1
( m - m0 - 1) .
·e
- u
1
τd τ
- u0
∫
t
0
∫
t
1
0
( u1τ)
m- m0
- 1
( m - m0 - 1) .
〔u1 ( t1 - τ)〕 m0
m0 !
exp〔- ( u1 - u0 )τ- u0 t1〕 dτd t1
(12)
式(12)为通过逆流模型得到的溶质在柱内分布的规律 ......
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