合相色譜的發(fā)展歷程

合相色譜(CC)是一種分離技術(shù)，其使用100至400倍大氣壓下的壓縮CO2作為色譜流動(dòng)相中的主要溶劑。CO2通常與液體助溶劑(如甲醇、乙醇、異丙醇、乙腈)混合，用以調(diào)節(jié)流動(dòng)相性質(zhì)；類似于將這些助溶劑與水混合來(lái)調(diào)節(jié)反相液相色譜(RPLC)的流動(dòng)相性質(zhì)。熟悉現(xiàn)代超臨界流體色譜(SFC)的讀者應(yīng)該會(huì)立刻發(fā)現(xiàn)，CC與SFC非常相似。實(shí)際上，CC就是現(xiàn)代SFC的新名稱。為了闡述這句話的含義，接下來(lái)我們將回顧SFC的發(fā)展歷程。

使用超臨界狀態(tài)溶劑的SFC是為了擴(kuò)展液相色譜(GC)分析能力而開發(fā)的一項(xiàng)色譜技術(shù)。某些化合物只能在高溫下洗脫，但在這樣的溫度下又會(huì)發(fā)生熱分解，為了解決分析此類化合物的難題，Klesper與合作科學(xué)家1在GC分析中采用更高的壓力來(lái)補(bǔ)償分析對(duì)高溫的要求。他們選擇通過(guò)改變壓力/溫度(或這兩者)創(chuàng)造超臨界條件，目的在于：(a)提高高壓氣體的溶解能力；(b)避免流動(dòng)相發(fā)生氣-液相分離而導(dǎo)致無(wú)法以單一溶劑的形式流動(dòng)。后來(lái)他們發(fā)現(xiàn)，通過(guò)改變?nèi)軇┟芏瓤梢哉{(diào)節(jié)溶劑強(qiáng)度，這也是在超臨界條件下執(zhí)行分析的主要優(yōu)勢(shì)。由于流體在超臨界條件下高度可壓縮，所以即使非常微小的壓力變化也會(huì)極大地改變?nèi)軇┟芏龋M(jìn)而改變分析物保留性能。事實(shí)上，分析人員可以通過(guò)改變操作壓力來(lái)調(diào)節(jié)溶劑密度，從而建立溶劑梯度，而不再需要通過(guò)混合有機(jī)助溶劑來(lái)建立梯度。這使得應(yīng)用單一無(wú)毒溶劑的分離模式成為可能，引發(fā)了分析科學(xué)家們的極大關(guān)注，讓大家為之振奮。

圖1：ACQUITY UPC2系統(tǒng)

然而，這種激動(dòng)之情稍縱即逝，因?yàn)槿藗冎饾u認(rèn)識(shí)到，盡管調(diào)節(jié)溶劑密度的確是一項(xiàng)很有用的技術(shù)，但它并不能充分改變?nèi)軇O性，因此可分離的化合物種類有限，應(yīng)用范圍遠(yuǎn)不及諸如反相液相色譜(RPLC)等其它功能強(qiáng)大的色譜技術(shù)。事實(shí)上，即使經(jīng)過(guò)大幅的密度調(diào)整，SFC的理想溶劑CO2仍然是一種非極性溶劑。因此，在分離大多數(shù)極性分析物時(shí)，必須加入極性助溶劑(例如甲醇)。這一發(fā)現(xiàn)改變了SFC的發(fā)展歷程。盡管許多重要的應(yīng)用仍然僅依賴于密度調(diào)節(jié)，但SFC分析人員已經(jīng)開始像RPLC分析一樣，更多地通過(guò)混合液體有機(jī)助溶劑和添加劑來(lái)分離更多種類的分析物。

CO2可與強(qiáng)極性溶劑(例如甲醇、乙醇、乙腈)完全混溶，因此在分析中常常采用改性劑組成比例極高(例如60%)的溶劑梯度。這種做法再次引發(fā)了有關(guān)流動(dòng)相超臨界性的問(wèn)題。在SFC常用的溫度和壓力條件下，改性劑濃度較高的流動(dòng)相在大多數(shù)方法時(shí)間內(nèi)并非處于超臨界狀態(tài)。更重要的是，這種偏離超臨界狀態(tài)的情況對(duì)于色譜沒有任何影響。既然這項(xiàng)技術(shù)并不依賴于溶劑達(dá)到超臨界狀態(tài)，為什么還是要將它稱為“超臨界流體色譜”？有關(guān)如何為現(xiàn)代SFC重新命名，人們給出了許多建議，例如將其稱為亞/超臨界流體色譜、簡(jiǎn)單流體色譜、基于二氧化碳的分離技術(shù)或者直接命名為首字母縮略詞SFC，但這些名稱都不能很好地概括該技術(shù)如今在分析實(shí)驗(yàn)室中的廣闊應(yīng)用范圍。

除了身份混淆的問(wèn)題之外，嚴(yán)峻的技術(shù)難題也阻礙了SFC成為重要分析儀器的發(fā)展之路。由于傳統(tǒng)儀器在處理諸如CO2的可壓縮溶劑時(shí)可靠性和重復(fù)性欠佳，因此(至少在現(xiàn)代HPLC或UPLC儀器的同等水平上)方法穩(wěn)定性和重現(xiàn)性較差。

2012年，沃特世公司推出超高效合相色譜(UPC2，見圖1)，不僅解決了儀器問(wèn)題，命名困境也迎刃而解，自此一切都發(fā)生了改變。得益于顯著提升的儀器穩(wěn)定性(詳見第3章)以及完全不同于舊技術(shù)的全新名稱，SFC終于成為了分析研究的一項(xiàng)重要技術(shù)選擇。

合相色譜中的“合相”是什么意思？

合相色譜中的“合相”一詞源自Giddings的意見，即該技術(shù)將現(xiàn)有色譜技術(shù)(GC和液相色譜(LC))融合在了一套系統(tǒng)中。Giddings將SFC描述為連接LC與GC的橋梁，它跨越超臨界狀態(tài)的界限，擴(kuò)展了流動(dòng)相的應(yīng)用范圍。現(xiàn)在合相色譜通常與有機(jī)助溶劑配合使用，流動(dòng)相狀態(tài)覆蓋超臨界和亞臨界區(qū)域，突破了過(guò)去僅使用CO2的SFC只能進(jìn)行有限密度調(diào)節(jié)的缺陷。SFF不僅填補(bǔ)了GC與LC之間的空白，它的潛力也遠(yuǎn)高于最初的預(yù)期。