合相色谱初学者指南

合相色谱简介

合相色谱的发展历程

合相色谱(CC)是一种分离技术，其使用100至400倍大气压下的压缩CO2作为色谱流动相中的主要溶剂。CO2通常与液体助溶剂(如甲醇、乙醇、异丙醇、乙腈)混合，用以调节流动相性质；类似于将这些助溶剂与水混合来调节反相液相色谱(RPLC)的流动相性质。熟悉现代超临界流体色谱(SFC)的读者应该会立刻发现，CC与SFC非常相似。实际上，CC就是现代SFC的新名称。为了阐述这句话的含义，接下来我们将回顾SFC的发展历程。

使用超临界状态溶剂的SFC是为了扩展液相色谱(GC)分析能力而开发的一项色谱技术。某些化合物只能在高温下洗脱，但在这样的温度下又会发生热分解，为了解决分析此类化合物的难题，Klesper与合作科学家1在GC分析中采用更高的压力来补偿分析对高温的要求。他们选择通过改变压力/温度(或这两者)创造超临界条件，目的在于：(a)提高高压气体的溶解能力；(b)避免流动相发生气-液相分离而导致无法以单一溶剂的形式流动。后来他们发现，通过改变溶剂密度可以调节溶剂强度，这也是在超临界条件下执行分析的主要优势。由于流体在超临界条件下高度可压缩，所以即使非常微小的压力变化也会极大地改变溶剂密度，进而改变分析物保留性能。事实上，分析人员可以通过改变操作压力来调节溶剂密度，从而建立溶剂梯度，而不再需要通过混合有机助溶剂来建立梯度。这使得应用单一无毒溶剂的分离模式成为可能，引发了分析科学家们的极大关注，让大家为之振奋。

图1：ACQUITY UPC2系统

然而，这种激动之情稍纵即逝，因为人们逐渐认识到，尽管调节溶剂密度的确是一项很有用的技术，但它并不能充分改变溶剂极性，因此可分离的化合物种类有限，应用范围远不及诸如反相液相色谱(RPLC)等其它功能强大的色谱技术。事实上，即使经过大幅的密度调整，SFC的理想溶剂CO2仍然是一种非极性溶剂。因此，在分离大多数极性分析物时，必须加入极性助溶剂(例如甲醇)。这一发现改变了SFC的发展历程。尽管许多重要的应用仍然仅依赖于密度调节，但SFC分析人员已经开始像RPLC分析一样，更多地通过混合液体有机助溶剂和添加剂来分离更多种类的分析物。

CO2可与强极性溶剂(例如甲醇、乙醇、乙腈)完全混溶，因此在分析中常常采用改性剂组成比例极高(例如60%)的溶剂梯度。这种做法再次引发了有关流动相超临界性的问题。在SFC常用的温度和压力条件下，改性剂浓度较高的流动相在大多数方法时间内并非处于超临界状态。更重要的是，这种偏离超临界状态的情况对于色谱没有任何影响。既然这项技术并不依赖于溶剂达到超临界状态，为什么还是要将它称为“超临界流体色谱”？有关如何为现代SFC重新命名，人们给出了许多建议，例如将其称为亚/超临界流体色谱、简单流体色谱、基于二氧化碳的分离技术或者直接命名为首字母缩略词SFC，但这些名称都不能很好地概括该技术如今在分析实验室中的广阔应用范围。

除了身份混淆的问题之外，严峻的技术难题也阻碍了SFC成为重要分析仪器的发展之路。由于传统仪器在处理诸如CO2的可压缩溶剂时可靠性和重复性欠佳，因此(至少在现代HPLC或UPLC仪器的同等水平上)方法稳定性和重现性较差。

2012年，沃特世公司推出超高效合相色谱(UPC2，见图1)，不仅解决了仪器问题，命名困境也迎刃而解，自此一切都发生了改变。得益于显著提升的仪器稳定性(详见第3章)以及完全不同于旧技术的全新名称，SFC终于成为了分析研究的一项重要技术选择。

合相色谱中的“合相”是什么意思？

合相色谱中的“合相”一词源自Giddings的意见，即该技术将现有色谱技术(GC和液相色谱(LC))融合在了一套系统中。Giddings将SFC描述为连接LC与GC的桥梁，它跨越超临界状态的界限，扩展了流动相的应用范围。现在合相色谱通常与有机助溶剂配合使用，流动相状态覆盖超临界和亚临界区域，突破了过去仅使用CO2的SFC只能进行有限密度调节的缺陷。SFF不仅填补了GC与LC之间的空白，它的潜力也远高于最初的预期。