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【揭秘】液相色譜:甲醇和乙腈什么時候該用?

欄目:行業(yè)資訊 發(fā)布時間:2024-06-03
在準(zhǔn)備反相液相色譜的流動相時,甲醇和乙腈被廣泛用作有機(jī)溶劑。但是為什么有時候使用甲醇,而有時候使用乙腈呢?這兩種有機(jī)溶劑之間有什么區(qū)別呢?

在準(zhǔn)備反相液相色譜的流動相時,甲醇和乙腈被廣泛用作有機(jī)溶劑。但是為什么有時候使用甲醇,而有時候使用乙腈呢?這兩種有機(jī)溶劑之間有什么區(qū)別呢?




一、乙腈&甲醇的性質(zhì)


乙腈特性:

乙腈,常溫常壓下為無色透明液體,極易揮發(fā),有優(yōu)良的溶劑性能,能溶解多種有機(jī)、無機(jī)和氣體物質(zhì),與水和醇無限互溶,有類似于醚的特殊氣味。


乙腈雖然包“溶”性強(qiáng),但是也是有脾氣的,很危險。乙腈為有毒品,具有燃燒、爆炸性質(zhì),遇明火、高熱能引起燃燒爆炸,因其蒸氣比空氣重,能在較低處擴(kuò)散到相當(dāng)遠(yuǎn)的地方,遇火源引著回燃。同時,乙腈可經(jīng)呼吸道和皮膚黏膜被吸收進(jìn)人體,其致死量為5mL,所以使用人員需做好防護(hù)。

乙腈是一種極性的不可電離非質(zhì)子酸,由于存在由于存在C≡N,它可以帶來π-π相互作用,又因?yàn)榈泳哂懈唠娯?fù)性,它可以作為氫鍵的受體與另一分子形成氫鍵。



甲醇特性:

甲醇,是一種無色透明、易燃、有毒的高揮發(fā)液體。結(jié)構(gòu)為最簡單的飽和一元醇,純品略帶乙醇?xì)馕?,粗品刺鼻難聞,能無限地溶于水或酒精中。甲醇最早從干餾木材的蒸出液中分離得到,故又稱“木醇”或“木酒精”。


甲醇有毒,中毒的潛伏期一般介于12-24小時。致死劑量為30ml,5~10ml為嚴(yán)重中毒,10ml以上可引起失明,可經(jīng)人體皮膚、呼吸道、胃腸道吸收中毒,所以操作使用時需注意。

甲醇是一種極性的可電離質(zhì)子酸,它可以和另一個分子相互作用形成氫鍵


Q

為什么甲醇可以形成氫鍵呢?

A

因?yàn)榧状忌嫌?OH的存在,氧是高電負(fù)性原子,它可以部分極化分子。它在氧上產(chǎn)生微負(fù)電荷,在氫原子上產(chǎn)生微正電荷。因此,這個微正電荷的氫原子可以與微負(fù)電荷的原子形成氫鍵。

Q

什么是極性可電離質(zhì)子溶劑?

A

極性可電離質(zhì)子溶劑指的是具有氫原子與氧(如羥基)、氮(如氨基)或氟(如氟化氫)結(jié)合的溶劑。乙腈中存在氫原子,但這些氫原子不與氧形成氫鍵,因此,不能說乙腈是可電離的極性溶劑。而甲醇,氫原子可以與氧形成氫鍵,因此,甲醇是可電離極性溶劑。


截止波長:

當(dāng)使用甲醇或乙腈配制流動相,了解它們的紫外截止波長對于選擇樣品的檢測波長是非常重要的。如果樣品的檢測波長低于溶劑的紫外吸收截止波長時,往往會產(chǎn)生很大干擾,通常體現(xiàn)在基線有很嚴(yán)重的毛刺,梯度運(yùn)行的時候基線漂移得更嚴(yán)重,還會影響方法的檢測限和靈敏度。乙腈與甲醇相比,它的截止波長更低,約為190nm,而甲醇約為210nm,這意味著使用乙腈時可以在190nm的低波長下進(jìn)行樣品檢測,但使用甲醇作為有機(jī)溶劑,可能無法使用低于210nm的波長,因?yàn)榇藭r會產(chǎn)生噪音干擾基線。


經(jīng)濟(jì)成本:

另一個重要因素是甲醇和乙腈的經(jīng)濟(jì)成本。乙腈價格高于甲醇,因此當(dāng)有可能使用甲醇代替乙腈時,可以使用甲醇以節(jié)省實(shí)驗(yàn)室成本。





二、有機(jī)溶劑比與柱壓的關(guān)系


HPLC系統(tǒng)一般能承受的背壓約為4000psi,超過這個數(shù)值泵就無法工作。因此,應(yīng)優(yōu)先選擇產(chǎn)生最小背壓的流動相。


有機(jī)溶劑和背壓之間存在怎樣的關(guān)系呢?在上圖中,使用色譜柱:ODS(150mm×4.6mm,5μm),流  速:1.0ml/min,比較了乙腈與水和甲醇與水混合物在不同條件的壓力。由于較高的溫度導(dǎo)致溶劑的粘度降低,壓力也趨向降低。將柱溫設(shè)置在25~40℃之間進(jìn)行比較,我們可以看到甲醇的壓力更高。因此,將流動相中的乙腈替換為甲醇時,需要重新評估儀器系統(tǒng)和色譜柱的耐壓能力。





三、乙腈&甲醇&四氫呋喃的溶劑強(qiáng)度與極性


流動相中有機(jī)相的選擇,首先考慮的是溶劑的強(qiáng)度和極性。溶劑的強(qiáng)度決定著化合物洗脫需要有機(jī)溶劑的量,在反相色譜中,溶劑的強(qiáng)度越大,洗脫能力越強(qiáng),所需的量則越少。常用的幾種有機(jī)溶劑的溶劑強(qiáng)度分別為:甲醇2.64,乙腈3.12,四氫呋喃4.4,從數(shù)值來看,在反相色譜中這幾種有機(jī)溶劑的洗脫能力排列如下:甲醇<乙腈<四氫呋喃,具體對應(yīng)起來如下圖所示:



從上圖中可知,若某一化合物能夠在20%乙腈水的條件下洗脫下來,如果將乙腈換成甲醇,則需約28%甲醇水才能洗脫,而換成四氫呋喃,則僅需15%的四氫呋喃就能洗脫。(注:上述只是理論上的數(shù)據(jù),在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中,如果需達(dá)到相似的保留,將乙腈更換成甲醇,我們建議在上圖的基礎(chǔ)上,額外增加10%甲醇;而將乙腈更換成四氫呋喃時,則需減少5%四氫呋喃。)





四、乙腈&甲醇洗脫能力

乙腈和甲醇分別用同樣的比率與水混合時,一般情況下,乙腈的洗脫能力強(qiáng)。特別是混合比率低時,從咖啡因的洗脫來看,獲得同樣的保留時間,乙腈的比率,只需甲醇比率的一半以下即可。

另一方面,有機(jī)溶劑100%或與此極接近時,從膽甾醇來看,常常都是甲醇的洗脫能力強(qiáng)。溶劑受溫度影響時,不采用容器定量,而采用重量的方法(考慮比重),可使混合比的誤差減小。






五、將乙腈&甲醇:分離(洗脫)的選擇性



乙腈和甲醇在分離的選擇性上不同。如圖中所示,苯酚和苯甲酸的洗脫順序改變(但水比例高時,用乙腈,也是苯酚先洗脫)。這是由于有機(jī)溶劑分子的化學(xué)性質(zhì)(甲醇是質(zhì)子性溶劑,乙腈是非質(zhì)子性溶劑)不同所致。

因此,在用乙腈類不能獲得分離的選擇性時,就用甲醇試一試。