高效液相色譜與液質聯用技術在有機化工生產中的應用

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安部，四川瀘州 646200）

高效液相色譜技術具有“高效率、高靈敏度、分析速度快、應用范圍廣”等特點，被廣泛應用于化工、制藥等領域。而在化工生產過程中，液相色譜作為產品質量檢測手段之一，尤其在有機化工生產過程中，高效液相色譜、液相色譜與質譜聯用技術因其較強的分析能力和較廣的適用范圍，在有機化工生產領域具有不可替代的作用，極大地促進了有機化工行業的快速發展、對提升產品質量具有重要意義。

1 有機化工生產中的檢測技術

1.1 高效液相色譜技術

色譜分析法最初是在1906年由俄國學者茨威特提出的，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上建立了高效液相色譜法，它與經典液相色譜法的區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，經進樣系統混合樣品注入色譜柱中和固定相進行分離，并經檢測器將洗脫液中組分的量轉變為電信號，最后在記錄儀的作用下完成記錄。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據處理系統組成[1]。

之所以在有機化工生產中強調液相色譜分析法的應用，是因為與其他分析法相比，該方法有著顯著的優勢，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果實現更大范圍濃度的檢測提供了重要保障。

1.2 液相色譜與質譜聯用技術

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），且不能為樣品結構定性提供較多的信息。因此，氣相色譜-質譜聯用（GC-MS）的成功應用可使樣品的分離、定性、和定量一次完成，對有機化工行業的發展起到很大的促進作用，而HPLC-MS、LC-MS 的聯用能結合HPLC 和MS 的優點，被分析化學工作者矚目[2]。氣質聯用儀（GC-MS）是最早商品化的聯用儀器，適宜分析小分子、易揮發、熱穩定、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，而液質聯用（LC-MS）適合測定不揮發性化合物、記性化合物、熱不穩定化合物、大分子量化合物，可見LC-MS 在有機化工合成中的優越性強于GC-MS。

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

（1）質譜為通用性檢測器，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 聯用儀主要由液相色譜系統、質譜儀、連接接口和數據處理系統四部分組成，但從質譜的離子源角度來劃分，包括電噴霧離子源（ESI）、大氣壓化學電離源（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用，是目前應用最廣泛的幾種液質聯用儀[3]。

LC-MS 技術是將液相色譜與質譜分別作為分離系統和檢測系統，待測試樣在液相色譜部分經過分離后，進入質譜部分，樣品與流動相分離后，經離子源，對樣品進行離子化，按離子的質荷比分離，然后測量各種離子譜峰的強度而實現分析目的的一種分析方法。質譜圖是以檢測器檢測到的離子信號強度為縱坐標，離子質荷比為橫坐標。

由于高效液相色譜法適用于分析沸點高、相對分子量大、受熱易分解的不穩定化合物的優點，因此液質聯用（LC-MS）可用于分析不揮發性化合物的測定、熱不穩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、沸點高的預聚體，需用LC-MS 對未知組分進行準確定性后，再通過相應標準物質檢測該物質在設備上的響應值，進而準確定量，對提升產品質量、降低能耗具有重要意義。因此，LC-MS 在有機化工與制藥領域廣泛應用。

2 HPLC與LC-MS技術在有機化工生產過程中的應用

2.1 生產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，充分體現出高效液相色譜的優越性，對合成具有重要的意義。

在生產過程中，因反應條件的波動，如溫度、壓力、催化劑濃度、真空度等發生改變，從而引起副反應，生成新的物質或者同分異構體，會影響產品質量，為雜質控制提供科學依據。此時，運用LC-MS 先對樣品中的未知物進行定性，再準確定量，分析色譜圖與質譜圖，了解相關組分的含量相關信息、數據，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的檢測。

2.2 催化劑濃度檢測

有機化學反應是一個復雜的過程，在反應過程中容易受到不同因素的影響。第一，化學反應會受到濃度的影響，通常情況下，濃度越大，反應速率就越快，化學平衡會向正反應方向進行。第二，化學反應受到壓強的影響，通常其他條件不變的情況時，壓強越大，反應速率越快，化學平衡向氣態物質系數小的方向移動，此條件對氣體反應影響大。第三，化學反應受到溫度的影響，當其他條件不發生改變的時候，升高溫度，反應速率會增快，化學平衡向吸熱方向移動。第四，化學反應受到催化劑的影響。通常催化劑對化學平衡補償影響，即催化劑不參加化學反應，且反應前后質量和組成不變，有機化工合成中，加入催化劑目的是改變化學反應速率，提高轉化效率。因此，在反應溫度、反應物濃度、壓力不發生改變的情況下，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速率較慢，催化劑含量過高會發生較大的副反應，對產品的性能影響較大，因此，催化劑濃度對有機反應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，分析測試結果準確度高、精密度好，滿足日常生產測試需求。

2.3 表面殘余添加劑檢測

在有機合成過程中，根據產品顏色、抗氧化等方面的需求，在合成中需添加一系列熱穩定劑、光穩定劑、抗氧劑等添加劑，以改善產品的質量。但是助劑的量過多后，會影響產品的質量。因此，為了避免助劑添加量超標，需對產品進行殘余助劑檢測。而高效液相色譜、液相色譜與質譜聯用技術在分離、分析殘余添加劑的過程中，可以在不破壞分析物結構的基礎上進行，相對于氣相色譜來說具有更明顯的優勢，且靈活性大，能準確、高效測定表面殘余助劑[4]，對提升產品質量具有重要意義。

2.4 降解產物分析中的應用

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致發生Frise 重排，發生化學變化而產生新的分子，即降解產物，有的降解產物與塑料本身的結構有很多相似之處，LC-MS 聯用技術在分析鑒別這類同分異構體雜質結構中發揮重要的作用，加快了雜質研究定性的分析速度。

2.5 LC-MS聯用技術在其他方面的應用

LC-MS 除了在有機合成中發揮重要作用之外，在其他相關領域也有舉足輕重的作用。

在食品安全方面，在食品生產過程中往往需要添加防腐劑、人工合成素、甜味劑、保鮮劑等化學物質，這些添加劑的含量過高會影響健康。而對于食品中的農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藥、獸藥及生物毒素等殘留物。因此，建立適當的分析方法，對其添加劑的添加量準確定量，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 系統中最重要的部件之一，泵的性能好壞直接影響到整個系統的質量與分析結果的可靠性。目前實際工作中，應用最多的泵為柱塞往復泵，柱塞往復泵便于清洗且往復泵的液缸容積小，適合用于再循環和梯度洗脫，流量不受柱阻影響。因此，日常工作中輸液泵應具備以下性能：①流量穩定，其RSD ＜0.5%，這對定性定量的準確性至關重要；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 應用局限性

目前LC-MS 聯用技術存在著不足之處，主要表現在：由于離子化問題，不同的離子源對化合物結構有一定的局限性，并非對所有結構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、非揮發性緩沖鹽和表面活性劑，因不揮發性的鹽在離子源內析出結晶，而表面活性劑會抑制其化合物電力，可使用揮發性電解質如氨水、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 聯用技術的應用范圍，對于結構復雜的沒有對照品的化合物，所提供的的化學結構信息尚不足測定解決化合物鑒定的問題，還需借助NMR、IR 等技術進行進一步分析。

4 前景分析

綜上所述，高效液相色譜技術、液相色譜與質譜聯用技術均是高效、靈敏度高的檢測方法，適用于多個行業領域。尤其在有機合成中，兩種檢測技術的應用，能夠快速測定各組分的含量、對殘留添加劑準確定量，對提升產品質量，具有舉足輕重的作用。高效液相色譜結合質譜等分析技術，將在有機化工行業中的定性、定量檢測方面得到更廣泛的應用，并且極大提高了檢測速度和精度，未來將發揮更大的作用。

5 結束語

總之，高效液相色譜分析法、液相色譜與質譜聯用技術應用廣泛，在有機合成與制藥行業中體現了重要的價值，液相-質譜聯用技術經過十多年的發展，將液相色譜的高分離性能和質譜的高鑒別能力完美結合，以其靈敏、快速、高效的特點，在有機化工領域體現出極大的優勢。LC-MS 聯用技術突破了對含量低、不易分離，或缺乏紫外吸收的物質難于檢測的瓶頸，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于有機化工產業的發展。