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

張 燕，何 祥，江海波，施靜峰，張力鑌

（四川中藍國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，被廣泛應(yīng)用于化工、制藥等領(lǐng)域。而在化工生產(chǎn)過程中，液相色譜作為產(chǎn)品質(zhì)量檢測手段之一，尤其在有機化工生產(chǎn)過程中，高效液相色譜、液相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)因其較強的分析能力和較廣的適用范圍，在有機化工生產(chǎn)領(lǐng)域具有不可替代的作用，極大地促進了有機化工行業(yè)的快速發(fā)展、對提升產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義。

1 有機化工生產(chǎn)中的檢測技術(shù)

1.1 高效液相色譜技術(shù)

色譜分析法最初是在1906年由俄國學(xué)者茨威特提出的，而液相色譜法開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相，但此法具有柱效底、時間長等缺點。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，但是會引起高阻力，故需要用高壓泵輸送流動相，又稱為高壓液相色譜法，因其分析速度快而稱為高效液相色譜法。簡單的說，液相色譜分析法是以流動相為液體，經(jīng)進樣系統(tǒng)混合樣品注入色譜柱中和固定相進行分離，并經(jīng)檢測器將洗脫液中組分的量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺詈笤谟涗泝x的作用下完成記錄。所以液相色譜由儲液罐、高壓輸液泵、進樣裝置、色譜柱、檢測器以及記錄儀和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成[1]。

之所以在有機化工生產(chǎn)中強調(diào)液相色譜分析法的應(yīng)用，是因為與其他分析法相比，該方法有著顯著的優(yōu)勢，高效液相色譜法適用于分析沸點高、相對分子量大、受熱易分解的不穩(wěn)定化合物，與之匹配的檢測器先進多樣，為獲得準確的分析結(jié)果實現(xiàn)更大范圍濃度的檢測提供了重要保障。

1.2 液相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)

目前常用的HPLC 檢測器有紫外、熒光、RID 檢測器，但這類檢測器的通用性不強或靈敏度不夠高（如折光檢測器），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，對有機化工行業(yè)的發(fā)展起到很大的促進作用，而HPLC-MS、LC-MS 的聯(lián)用能結(jié)合HPLC 和MS 的優(yōu)點，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，可與標準譜庫對比，而液質(zhì)聯(lián)用（LC-MS）適合測定不揮發(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LC-MS 在有機化工合成中的優(yōu)越性強于GC-MS。

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

（1）質(zhì)譜為通用性檢測器，可測定不帶生色團或熒光基團的化合物；

（2）質(zhì)譜作為選擇性檢測器，用選擇離子檢測可一次完成定性、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、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)和檢測系統(tǒng)，待測試樣在液相色譜部分經(jīng)過分離后，進入質(zhì)譜部分，樣品與流動相分離后，經(jīng)離子源，對樣品進行離子化，按離子的質(zhì)荷比分離，然后測量各種離子譜峰的強度而實現(xiàn)分析目的的一種分析方法。質(zhì)譜圖是以檢測器檢測到的離子信號強度為縱坐標，離子質(zhì)荷比為橫坐標。

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

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

2.1 生產(chǎn)過程控制中組分檢測

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

在生產(chǎn)過程中，因反應(yīng)條件的波動，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，會影響產(chǎn)品質(zhì)量，為雜質(zhì)控制提供科學(xué)依據(jù)。此時，運用LC-MS 先對樣品中的未知物進行定性，再準確定量，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)，并與標準進行對照，從而對未知物進行準確定性。在化工樣品分析檢測中，LC-MS 分析法能夠獨立進行定性和分析檢測，且兩者不會對彼此造成干擾，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。

2.2 催化劑濃度檢測

有機化學(xué)反應(yīng)是一個復(fù)雜的過程，在反應(yīng)過程中容易受到不同因素的影響。第一，化學(xué)反應(yīng)會受到濃度的影響，通常情況下，濃度越大，反應(yīng)速率就越快，化學(xué)平衡會向正反應(yīng)方向進行。第二，化學(xué)反應(yīng)受到壓強的影響，通常其他條件不變的情況時，壓強越大，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，此條件對氣體反應(yīng)影響大。第三，化學(xué)反應(yīng)受到溫度的影響，當其他條件不發(fā)生改變的時候，升高溫度，反應(yīng)速率會增快，化學(xué)平衡向吸熱方向移動。第四，化學(xué)反應(yīng)受到催化劑的影響。通常催化劑對化學(xué)平衡補償影響，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整個合成具有重要的意義，而催化劑含量過低反應(yīng)速率較慢，催化劑含量過高會發(fā)生較大的副反應(yīng)，對產(chǎn)品的性能影響較大，因此，催化劑濃度對有機反應(yīng)合成中具有重要作用，由于某些有機合成催化劑具有分子量大、沸點高，因此，選擇高效液相色譜法進行分析能夠簡單、快速定量，分析測試結(jié)果準確度高、精密度好，滿足日常生產(chǎn)測試需求。

2.3 表面殘余添加劑檢測

在有機合成過程中，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。但是助劑的量過多后，會影響產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，為了避免助劑添加量超標，需對產(chǎn)品進行殘余助劑檢測。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程中，可以在不破壞分析物結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進行，相對于氣相色譜來說具有更明顯的優(yōu)勢，且靈活性大，能準確、高效測定表面殘余助劑[4]，對提升產(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

塑料長時間放置在光照、酸堿性、水貨輔料之間相互作用的條件下會導(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高會影響健康。而對于食品中的農(nóng)藥殘留量及其它有害成分的含量甚微，往往需要進行痕量分析，對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，特別適合進行痕量分析，由此鑒別和測定各種類型的農(nóng)藥、獸藥及生物毒素等殘留物。因此，建立適當?shù)姆治龇椒ǎ瑢ζ涮砑觿┑奶砑恿繙蚀_定量，能充分保障消費者的身體健康。

2.6 HPLC與LC-MS使用過程中的注意事項

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系統(tǒng)的質(zhì)量與分析結(jié)果的可靠性。目前實際工作中，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%，這對定性定量的準確性至關(guān)重要；②流量范圍寬；③輸出壓力高；④液缸容積小；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：由于離子化問題，不同的離子源對化合物結(jié)構(gòu)有一定的局限性，并非對所有結(jié)構(gòu)的化合物都能進行分析，ESI 有利于分析大分子及其相對分子量大的化合物，而APCI 更適合分析極性較小的化合物，對色譜流動相組成有限制，不宜使用無機酸、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，對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的沒有對照品的化合物，所提供的的化學(xué)結(jié)構(gòu)信息尚不足測定解決化合物鑒定的問題，還需借助NMR、IR 等技術(shù)進行進一步分析。

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、靈敏度高的檢測方法，適用于多個行業(yè)領(lǐng)域。尤其在有機合成中，兩種檢測技術(shù)的應(yīng)用，能夠快速測定各組分的含量、對殘留添加劑準確定量，對提升產(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)，將在有機化工行業(yè)中的定性、定量檢測方面得到更廣泛的應(yīng)用，并且極大提高了檢測速度和精度，未來將發(fā)揮更大的作用。

5 結(jié)束語

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，在有機合成與制藥行業(yè)中體現(xiàn)了重要的價值，液相-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)經(jīng)過十多年的發(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，在有機化工領(lǐng)域體現(xiàn)出極大的優(yōu)勢。LC-MS 聯(lián)用技術(shù)突破了對含量低、不易分離，或缺乏紫外吸收的物質(zhì)難于檢測的瓶頸，已成為有機合成中的重要分析手段。但對于某些特殊樣品定性和定量過程中，需要不斷研究和探索，尋求更為靈敏、快捷、精準的途徑，使液相色譜分析法更好地服務(wù)于有機化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。