高效液相色譜與液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)在有機(jī)化工生產(chǎn)中的應(yīng)用

張 燕，何 祥，江海波，施靜峰，張力鑌

（四川中藍(lán)國(guó)塑新材料科技有限公司質(zhì)安部，四川瀘州 646200）

高效液相色譜技術(shù)具有“高效率、高靈敏度、分析速度快、應(yīng)用范圍廣”等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于化工、制藥等領(lǐng)域。而在化工生產(chǎn)過(guò)程中，液相色譜作為產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)手段之一，尤其在有機(jī)化工生產(chǎn)過(guò)程中，高效液相色譜、液相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)因其較強(qiáng)的分析能力和較廣的適用范圍，在有機(jī)化工生產(chǎn)領(lǐng)域具有不可替代的作用，極大地促進(jìn)了有機(jī)化工行業(yè)的快速發(fā)展、對(duì)提升產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義。

1 有機(jī)化工生產(chǎn)中的檢測(cè)技術(shù)

1.1 高效液相色譜技術(shù)

色譜分析法最初是在1906年由俄國(guó)學(xué)者茨威特提出的，而液相色譜法開(kāi)始階段是用大直徑的玻璃管柱在室溫和常壓下用液位差輸送流動(dòng)相，但此法具有柱效底、時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)。于是在液相色譜基礎(chǔ)上建立了高效液相色譜法，它與經(jīng)典液相色譜法的區(qū)別是填料顆粒小而且均勻，小顆粒具有高柱效，但是會(huì)引起高阻力，故需要用高壓泵輸送流動(dòng)相，又稱(chēng)為高壓液相色譜法，因其分析速度快而稱(chēng)為高效液相色譜法。簡(jiǎn)單的說(shuō)，液相色譜分析法是以流動(dòng)相為液體，經(jīng)進(jìn)樣系統(tǒng)混合樣品注入色譜柱中和固定相進(jìn)行分離，并經(jīng)檢測(cè)器將洗脫液中組分的量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，最后在記錄儀的作用下完成記錄。所以液相色譜由儲(chǔ)液罐、高壓輸液泵、進(jìn)樣裝置、色譜柱、檢測(cè)器以及記錄儀和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成[1]。

之所以在有機(jī)化工生產(chǎn)中強(qiáng)調(diào)液相色譜分析法的應(yīng)用，是因?yàn)榕c其他分析法相比，該方法有著顯著的優(yōu)勢(shì)，高效液相色譜法適用于分析沸點(diǎn)高、相對(duì)分子量大、受熱易分解的不穩(wěn)定化合物，與之匹配的檢測(cè)器先進(jìn)多樣，為獲得準(zhǔn)確的分析結(jié)果實(shí)現(xiàn)更大范圍濃度的檢測(cè)提供了重要保障。

1.2 液相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)

目前常用的HPLC 檢測(cè)器有紫外、熒光、RID 檢測(cè)器，但這類(lèi)檢測(cè)器的通用性不強(qiáng)或靈敏度不夠高（如折光檢測(cè)器），且不能為樣品結(jié)構(gòu)定性提供較多的信息。因此，氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）的成功應(yīng)用可使樣品的分離、定性、和定量一次完成，對(duì)有機(jī)化工行業(yè)的發(fā)展起到很大的促進(jìn)作用，而HPLC-MS、LC-MS 的聯(lián)用能結(jié)合HPLC 和MS 的優(yōu)點(diǎn)，被分析化學(xué)工作者矚目[2]。氣質(zhì)聯(lián)用儀（GC-MS）是最早商品化的聯(lián)用儀器，適宜分析小分子、易揮發(fā)、熱穩(wěn)定、能氣化的化合物，用電子轟擊方式（EI）得到的譜圖，可與標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)對(duì)比，而液質(zhì)聯(lián)用（LC-MS）適合測(cè)定不揮發(fā)性化合物、記性化合物、熱不穩(wěn)定化合物、大分子量化合物，可見(jiàn)LC-MS 在有機(jī)化工合成中的優(yōu)越性強(qiáng)于GC-MS。

而MS 作為L(zhǎng)C 的檢測(cè)器不僅能得到色譜數(shù)據(jù)，如峰保留時(shí)間、峰高、峰面積等，同時(shí)也可得到相應(yīng)質(zhì)譜信息，LC-MS 在實(shí)際工作中的特點(diǎn)如下：

（1）質(zhì)譜為通用性檢測(cè)器，可測(cè)定不帶生色團(tuán)或熒光基團(tuán)的化合物；

（2）質(zhì)譜作為選擇性檢測(cè)器，用選擇離子檢測(cè)可一次完成定性、定量分析，且靈敏度高。

（3）提高鑒別化合物可信度，可準(zhǔn)確分析色譜峰的純度，確定分子量。

（4）可分析不適合GC-MS 分析的親水性強(qiáng)、熱不穩(wěn)定及生物蛋白化合物。

（5）適用范圍寬，正相、反相、離子對(duì)及手性色譜均可使用。

LC-MS 聯(lián)用儀主要由液相色譜系統(tǒng)、質(zhì)譜儀、連接接口和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)四部分組成，但從質(zhì)譜的離子源角度來(lái)劃分，包括電噴霧離子源（ESI）、大氣壓化學(xué)電離源（APCI）、大氣壓光電離子源（APPI）等操作模式。ESI、APCI 和APPI 三種離子源大多與四極桿和離子阱聯(lián)用，是目前應(yīng)用最廣泛的幾種液質(zhì)聯(lián)用儀[3]。

LC-MS 技術(shù)是將液相色譜與質(zhì)譜分別作為分離系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)，待測(cè)試樣在液相色譜部分經(jīng)過(guò)分離后，進(jìn)入質(zhì)譜部分，樣品與流動(dòng)相分離后，經(jīng)離子源，對(duì)樣品進(jìn)行離子化，按離子的質(zhì)荷比分離，然后測(cè)量各種離子譜峰的強(qiáng)度而實(shí)現(xiàn)分析目的的一種分析方法。質(zhì)譜圖是以檢測(cè)器檢測(cè)到的離子信號(hào)強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，離子質(zhì)荷比為橫坐標(biāo)。

由于高效液相色譜法適用于分析沸點(diǎn)高、相對(duì)分子量大、受熱易分解的不穩(wěn)定化合物的優(yōu)點(diǎn)，因此液質(zhì)聯(lián)用（LC-MS）可用于分析不揮發(fā)性化合物的測(cè)定、熱不穩(wěn)定化合物的分析測(cè)定、極性化合物分析測(cè)定、大分子量化合物（蛋白、多肽、高聚物等）分析測(cè)定，在有機(jī)合成中，由于物料的特殊性，生成分子量大、沸點(diǎn)高的預(yù)聚體，需用LC-MS 對(duì)未知組分進(jìn)行準(zhǔn)確定性后，再通過(guò)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)檢測(cè)該物質(zhì)在設(shè)備上的響應(yīng)值，進(jìn)而準(zhǔn)確定量，對(duì)提升產(chǎn)品質(zhì)量、降低能耗具有重要意義。因此，LC-MS 在有機(jī)化工與制藥領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

2 HPLC與LC-MS技術(shù)在有機(jī)化工生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用

2.1 生產(chǎn)過(guò)程控制中組分檢測(cè)

在有機(jī)化工合成中，由于某些合成工藝的特殊性，需對(duì)原料的配比進(jìn)行準(zhǔn)確分析，由于原料具有分子量高大、沸點(diǎn)高等特點(diǎn)，因而采用高效液相色譜進(jìn)行分析，能夠快速準(zhǔn)確定量，充分體現(xiàn)出高效液相色譜的優(yōu)越性，對(duì)合成具有重要的意義。

在生產(chǎn)過(guò)程中，因反應(yīng)條件的波動(dòng)，如溫度、壓力、催化劑濃度、真空度等發(fā)生改變，從而引起副反應(yīng)，生成新的物質(zhì)或者同分異構(gòu)體，會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量，為雜質(zhì)控制提供科學(xué)依據(jù)。此時(shí)，運(yùn)用LC-MS 先對(duì)樣品中的未知物進(jìn)行定性，再準(zhǔn)確定量，分析色譜圖與質(zhì)譜圖，了解相關(guān)組分的含量相關(guān)信息、數(shù)據(jù)，并與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)照，從而對(duì)未知物進(jìn)行準(zhǔn)確定性。在化工樣品分析檢測(cè)中，LC-MS 分析法能夠獨(dú)立進(jìn)行定性和分析檢測(cè)，且兩者不會(huì)對(duì)彼此造成干擾，可最大限度地減少人為因素的影響用于多種雜質(zhì)的檢測(cè)。

2.2 催化劑濃度檢測(cè)

有機(jī)化學(xué)反應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，在反應(yīng)過(guò)程中容易受到不同因素的影響。第一，化學(xué)反應(yīng)會(huì)受到濃度的影響，通常情況下，濃度越大，反應(yīng)速率就越快，化學(xué)平衡會(huì)向正反應(yīng)方向進(jìn)行。第二，化學(xué)反應(yīng)受到壓強(qiáng)的影響，通常其他條件不變的情況時(shí)，壓強(qiáng)越大，反應(yīng)速率越快，化學(xué)平衡向氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)小的方向移動(dòng)，此條件對(duì)氣體反應(yīng)影響大。第三，化學(xué)反應(yīng)受到溫度的影響，當(dāng)其他條件不發(fā)生改變的時(shí)候，升高溫度，反應(yīng)速率會(huì)增快，化學(xué)平衡向吸熱方向移動(dòng)。第四，化學(xué)反應(yīng)受到催化劑的影響。通常催化劑對(duì)化學(xué)平衡補(bǔ)償影響，即催化劑不參加化學(xué)反應(yīng)，且反應(yīng)前后質(zhì)量和組成不變，有機(jī)化工合成中，加入催化劑目的是改變化學(xué)反應(yīng)速率，提高轉(zhuǎn)化效率。因此，在反應(yīng)溫度、反應(yīng)物濃度、壓力不發(fā)生改變的情況下，選擇合適的催化劑、正確分析催化劑的濃度對(duì)整個(gè)合成具有重要的意義，而催化劑含量過(guò)低反應(yīng)速率較慢，催化劑含量過(guò)高會(huì)發(fā)生較大的副反應(yīng)，對(duì)產(chǎn)品的性能影響較大，因此，催化劑濃度對(duì)有機(jī)反應(yīng)合成中具有重要作用，由于某些有機(jī)合成催化劑具有分子量大、沸點(diǎn)高，因此，選擇高效液相色譜法進(jìn)行分析能夠簡(jiǎn)單、快速定量，分析測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確度高、精密度好，滿足日常生產(chǎn)測(cè)試需求。

2.3 表面殘余添加劑檢測(cè)

在有機(jī)合成過(guò)程中，根據(jù)產(chǎn)品顏色、抗氧化等方面的需求，在合成中需添加一系列熱穩(wěn)定劑、光穩(wěn)定劑、抗氧劑等添加劑，以改善產(chǎn)品的質(zhì)量。但是助劑的量過(guò)多后，會(huì)影響產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，為了避免助劑添加量超標(biāo)，需對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行殘余助劑檢測(cè)。而高效液相色譜、液相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)在分離、分析殘余添加劑的過(guò)程中，可以在不破壞分析物結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行，相對(duì)于氣相色譜來(lái)說(shuō)具有更明顯的優(yōu)勢(shì)，且靈活性大，能準(zhǔn)確、高效測(cè)定表面殘余助劑[4]，對(duì)提升產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義。

2.4 降解產(chǎn)物分析中的應(yīng)用

塑料長(zhǎng)時(shí)間放置在光照、酸堿性、水貨輔料之間相互作用的條件下會(huì)導(dǎo)致發(fā)生Frise 重排，發(fā)生化學(xué)變化而產(chǎn)生新的分子，即降解產(chǎn)物，有的降解產(chǎn)物與塑料本身的結(jié)構(gòu)有很多相似之處，LC-MS 聯(lián)用技術(shù)在分析鑒別這類(lèi)同分異構(gòu)體雜質(zhì)結(jié)構(gòu)中發(fā)揮重要的作用，加快了雜質(zhì)研究定性的分析速度。

2.5 LC-MS聯(lián)用技術(shù)在其他方面的應(yīng)用

LC-MS 除了在有機(jī)合成中發(fā)揮重要作用之外，在其他相關(guān)領(lǐng)域也有舉足輕重的作用。

在食品安全方面，在食品生產(chǎn)過(guò)程中往往需要添加防腐劑、人工合成素、甜味劑、保鮮劑等化學(xué)物質(zhì)，這些添加劑的含量過(guò)高會(huì)影響健康。而對(duì)于食品中的農(nóng)藥殘留量及其它有害成分的含量甚微，往往需要進(jìn)行痕量分析，對(duì)分析方法的靈敏度要求較高，而LC-MS 所具有的靈敏度要求較高，特別適合進(jìn)行痕量分析，由此鑒別和測(cè)定各種類(lèi)型的農(nóng)藥、獸藥及生物毒素等殘留物。因此，建立適當(dāng)?shù)姆治龇椒ǎ瑢?duì)其添加劑的添加量準(zhǔn)確定量，能充分保障消費(fèi)者的身體健康。

2.6 HPLC與LC-MS使用過(guò)程中的注意事項(xiàng)

色譜柱作為色譜分離的心臟，而輸液泵是HPLC 系統(tǒng)中最重要的部件之一，泵的性能好壞直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量與分析結(jié)果的可靠性。目前實(shí)際工作中，應(yīng)用最多的泵為柱塞往復(fù)泵，柱塞往復(fù)泵便于清洗且往復(fù)泵的液缸容積小，適合用于再循環(huán)和梯度洗脫，流量不受柱阻影響。因此，日常工作中輸液泵應(yīng)具備以下性能：①流量穩(wěn)定，其RSD ＜0.5%，這對(duì)定性定量的準(zhǔn)確性至關(guān)重要；②流量范圍寬；③輸出壓力高；④液缸容積??；⑤密封性能好，耐腐蝕。

3 應(yīng)用局限性

目前LC-MS 聯(lián)用技術(shù)存在著不足之處，主要表現(xiàn)在：由于離子化問(wèn)題，不同的離子源對(duì)化合物結(jié)構(gòu)有一定的局限性，并非對(duì)所有結(jié)構(gòu)的化合物都能進(jìn)行分析，ESI 有利于分析大分子及其相對(duì)分子量大的化合物，而APCI 更適合分析極性較小的化合物，對(duì)色譜流動(dòng)相組成有限制，不宜使用無(wú)機(jī)酸、非揮發(fā)性緩沖鹽和表面活性劑，因不揮發(fā)性的鹽在離子源內(nèi)析出結(jié)晶，而表面活性劑會(huì)抑制其化合物電力，可使用揮發(fā)性電解質(zhì)如氨水、甲酸銨、乙酸銨等，其濃度控制在10mmol/L以下，一定程度上降低了LC-MS 聯(lián)用技術(shù)的應(yīng)用范圍，對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的沒(méi)有對(duì)照品的化合物，所提供的的化學(xué)結(jié)構(gòu)信息尚不足測(cè)定解決化合物鑒定的問(wèn)題，還需借助NMR、IR 等技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步分析。

4 前景分析

綜上所述，高效液相色譜技術(shù)、液相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)均是高效、靈敏度高的檢測(cè)方法，適用于多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域。尤其在有機(jī)合成中，兩種檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，能夠快速測(cè)定各組分的含量、對(duì)殘留添加劑準(zhǔn)確定量，對(duì)提升產(chǎn)品質(zhì)量，具有舉足輕重的作用。高效液相色譜結(jié)合質(zhì)譜等分析技術(shù)，將在有機(jī)化工行業(yè)中的定性、定量檢測(cè)方面得到更廣泛的應(yīng)用，并且極大提高了檢測(cè)速度和精度，未來(lái)將發(fā)揮更大的作用。

5 結(jié)束語(yǔ)

總之，高效液相色譜分析法、液相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)應(yīng)用廣泛，在有機(jī)合成與制藥行業(yè)中體現(xiàn)了重要的價(jià)值，液相-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展，將液相色譜的高分離性能和質(zhì)譜的高鑒別能力完美結(jié)合，以其靈敏、快速、高效的特點(diǎn)，在有機(jī)化工領(lǐng)域體現(xiàn)出極大的優(yōu)勢(shì)。LC-MS 聯(lián)用技術(shù)突破了對(duì)含量低、不易分離，或缺乏紫外吸收的物質(zhì)難于檢測(cè)的瓶頸，已成為有機(jī)合成中的重要分析手段。但對(duì)于某些特殊樣品定性和定量過(guò)程中，需要不斷研究和探索，尋求更為靈敏、快捷、精準(zhǔn)的途徑，使液相色譜分析法更好地服務(wù)于有機(jī)化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。