高效液相色譜的發展及其在煉油工業中的應用

張丹(海南漢地流體材料有限公司，海南 儋州 578101)

0 引言

高效液相色譜是在原有液相色譜技術原理基礎上優化改造而來的新型液相色譜技術，彌補了傳統技術的問題，可以有效地提高檢測結果，具有快速、高靈敏、樣品通量等優勢。高效液相色譜與質譜聯用技術的出現，在石化、生物醫藥、食品分析、環境分析等領域發揮出重大實用價值，成為石化科研和質量檢驗的得力工具，用途日益擴展，對石油化工技術進步的促進作用也更加顯著。

1 高效液相色譜的產生及發展

高效液相色譜(HPLC)的主體是液體，在高壓輸液泵壓力作用下制造液體流動相的過程，在這一過程中，需要設置裝好填充劑的色譜柱，通過高壓泵將樣品泵入色譜柱中，對混合物或單一溶劑進行有效分離和檢測，最終通過數據處理系統得到最終分析結果。1903年，俄國植物學家Tswett首次提出色譜法概念[1-2]。1958年Stein和Moore發展起來的氨基酸分析儀能夠實現自動分離和分析蛋白質水解產物，吸引諸多學者進行研究，繼而促成HPLC方法的建立。1968至1971年間，華特斯公司制造和推出了商用GPC儀及HPLC系統，到20世紀80年代中期，HPLC逐漸發展為一種較為成熟的技術。直至今日，高效液相色譜原理仍然不斷完善和優化，相應色譜柱填料技術也不斷突破，如2004年，沃特世公司研發推出第一臺超高效液相色譜儀，受到眾多研究者的關注。

色譜技術屬于分析科學，在石油化工領域發揮著不容置疑的關鍵作用，回望我國石化領域色譜技術發展，可劃分為氣相色譜和液相色譜兩種。氣相色譜和液相色譜儀在石油化工檢測分析領域的用途廣泛，但二者適宜的對象和使用的場合有所不同。

一是在20世紀80年代，我國煉油工藝及加工工藝不斷提高，所產生的煉廠氣產量也隨之增加，傳統氣相色譜分離分析技術難以有效分析煉廠氣復雜氣體，相關研究人員開始對其進行研究和改進，到20世紀80年代中期，可以進行多閥多柱切換的多維色譜分析技術出現，直到目前氣相色譜分離分析仍是石化行業煉廠氣主要分析技術。

二是液相色譜主要應用于分離低揮發物質，按照固定相可分為液-液色譜法、液-固色譜法，按照原理可分為分配色譜法和吸附色譜法，具體內容如下：(1)液-液色譜法(LLC)可分為正向和反向兩種，當固定相極性＞流動相極性，屬于正向LLC，反之則為反向LLC[3]；同時，還有一種化學鍵合相色譜，在LLC基礎上發展而來的，具有分配和吸附兩種功能，且不易流失，C18是其最常應用的化學鍵合相；(2)液-固色譜法，液體代表流動相，固定相則為固體吸附劑，這兩者會產生不同吸附作用，從而實現樣品分離。此外，還存在離子交換色譜、離子對色譜法、分子排阻色譜法，其中，離子交換色譜通過離子交換劑實現樣品分離[4]；分子排阻色譜法，通過不同分子大小以及其在微孔中的滲入程度實現分離，主要用于分離多糖、蛋白質等高分子化合物，適合在煉油產業中普及和推廣。

2 高效液相色譜結構分析

高效液相色譜儀器的結構組成主要有溶劑傳輸系統(高壓泵)，樣品引入系統(進樣器)，樣品分離系統(色譜柱)，信號檢測系統(檢測器)，數據處理系統(軟件)(結構圖如圖1所示)。

圖1 高效液相色譜儀器結構圖

(1)溶劑傳輸系統(高壓泵)，屬于核心部件，包含往復活塞泵、彈簧隔板、串聯柱塞泵及并聯柱塞泵等構件，是整個系統的心臟，其性能質量直接關系整體HPLC質量。目前市場上較為常用的為恒流泵，輸出的流動相流速不受外界及色譜柱阻力變化影響，上海儀電公司的LC210、北京瑞利公司SY-8100、普析公司的L600系列等均屬于恒流泵[5]。同時，還有一種恒壓泵，其輸出的壓力基本保持恒定不變，在市場上種類較少，應用范圍也有限。據了解，一個性能較優越的高壓泵需要具備以下要求，耐高壓、較高穩定性、較小脈動；流量連續可調、范圍寬、重復性好；死體積小；流量準確度高；具備梯度洗脫功能等，其中，耐高壓是HPLC系統最為基本的一個要求，主要是因為色譜柱的平均粒徑和內徑通常為4 μm、5 mm左右的色譜柱，當流動相流速到達1～3 mL/min時，其最高工作壓力可達34.47～41.36 MPa，且隨著粒徑不斷減小，工作壓力也隨之增加，必須具備更高的耐壓能力，以滿足基本工作要求。目前，上海伍豐公司的LC-100系列、北京普析通用公司的L600系列等均能滿足以上要求。

(2)樣品分離系統(色譜柱)，分離系統主要指色譜柱，是整體色譜儀的核心部分，其構成主要包含柱管、填料、接頭、卡套、壓帽、密封環、連接管道等，可劃分為制備型和分析型兩種，目前分析型應用范圍較廣。柱效是色譜柱十分關鍵的指標，往往取決于固定相性能和裝柱技術，也可通過減少柱徑和顆粒度以提升柱效。固定相性能有填料決定，以硅膠為基質組成的官能團類填料為反向色譜柱，是應用最多的一種色譜柱；正向色譜柱一般采用硅膠類填料，使用頻率略低于反向色譜柱；此外還有離子交換柱、特殊色譜柱等，使用較少。

(3)樣品引入系統(進樣器)，較常使用的進樣器為六通閥進樣器，進樣量由定量環決定，主要功能是將分析樣品引入色譜系統，閥進樣、注射器、自動進樣、停留進樣等也較為普及。

(4)信號檢測系統(檢測器)，主要檢測色譜柱分離后的組分濃度，并通過記錄儀繪制其變化譜圖，進行定性和定量分析，一般有電導檢測器、熒光檢測器、紫外光度檢測器，其中光學類檢測器應用最多，約占比75%[6]。其技術指標主要有波長范圍、波長確定度、波長重復性、光譜寬帶、噪聲、穩定性、光度范圍等。

3 高效液相色譜在煉油產業中的應用

高效液相色譜具有高分辨率、高精度、快速分離、應用范圍廣、可重復使用等優勢，與傳統液相色譜相比，能有效降低投入成本，提高分離和分析效率，而且可以裝在小口徑、短不銹鋼柱內，基本80%的有機物質都可以通過高效液相色譜進行分析，符合新時期石油化工行業降本提質、節能減排的發展目標，這也是目前煉油廠化驗室引進高效液相色譜儀的重要原因[7,8]。

在煉油產業中，高效液色譜有著無可比擬的重要優勢和特點。第一，顯著降低生產成本，如進樣過程由人工作業改為全自動進樣，減少人力投入，還能降低人工失誤造成的損失，值得注意的是，在樣品進樣之前對其進行預處理，如使用流動相作為溶劑配置樣品，能夠有效提高樣品溶解性，提高處理效率；第二，應用范圍廣，能夠檢測易揮發和分解、分子量大且不穩定的有機化合物，為微生物研究開發提供檢測需求；能夠實現煉油廠中加氫航煤T501含量的有效分析和管控；能夠分析和檢測微生物中發酵液的有機酸種類，并給出相應數據支撐；還可以測定廢水中苯酚，煉油加工過程中會產生含有苯酚及其他物質的工業廢水，具有較高污染和危害，通過高效液相色譜分析法可以分析和測定間苯二酚、鄰苯二酚和苯醌等成分，對煉油產業發展有十分重要的意義。此外，隨著高效液色譜技術的快速發展，其在復雜混合物的分離和分析方面逐漸取得突破性進展，如以二氯甲烷、正己烷為流動相，采用多維高效液相色譜技術對渣油中各類烴族進行有效分離和檢測。

4 結語

綜上所述，高效液相色譜作為色譜法的一種，在煉油產業中發揮著十分關鍵的作用。當下，高效液相色譜原理、相關技術、儀器及關聯技術快速發展，其分離速度、反應靈敏及選擇度等優勢也將進一步突破，但其中的缺陷和不足還仍需完善。希望通過本文對高效液相色譜的講解能得到更多關注和研究，以便獲得更加精準的分離和測定結果，為煉油產業發展提供更加堅實的保障。