高效液相色谱与液质联用技术在有机化工生产中的应用

张 燕，何 祥，江海波，施静峰，张力镔

（四川中蓝国塑新材料科技有限公司质安部，四川泸州 646200）

高效液相色谱技术具有“高效率、高灵敏度、分析速度快、应用范围广”等特点，被广泛应用于化工、制药等领域。而在化工生产过程中，液相色谱作为产品质量检测手段之一，尤其在有机化工生产过程中，高效液相色谱、液相色谱与质谱联用技术因其较强的分析能力和较广的适用范围，在有机化工生产领域具有不可替代的作用，极大地促进了有机化工行业的快速发展、对提升产品质量具有重要意义。

1 有机化工生产中的检测技术

1.1 高效液相色谱技术

色谱分析法最初是在1906年由俄国学者茨威特提出的，而液相色谱法开始阶段是用大直径的玻璃管柱在室温和常压下用液位差输送流动相，但此法具有柱效底、时间长等缺点。于是在液相色谱基础上建立了高效液相色谱法，它与经典液相色谱法的区别是填料颗粒小而且均匀，小颗粒具有高柱效，但是会引起高阻力，故需要用高压泵输送流动相，又称为高压液相色谱法，因其分析速度快而称为高效液相色谱法。简单的说，液相色谱分析法是以流动相为液体，经进样系统混合样品注入色谱柱中和固定相进行分离，并经检测器将洗脱液中组分的量转变为电信号，最后在记录仪的作用下完成记录。所以液相色谱由储液罐、高压输液泵、进样装置、色谱柱、检测器以及记录仪和数据处理系统组成[1]。

之所以在有机化工生产中强调液相色谱分析法的应用，是因为与其他分析法相比，该方法有着显著的优势，高效液相色谱法适用于分析沸点高、相对分子量大、受热易分解的不稳定化合物，与之匹配的检测器先进多样，为获得准确的分析结果实现更大范围浓度的检测提供了重要保障。

1.2 液相色谱与质谱联用技术

目前常用的HPLC 检测器有紫外、荧光、RID 检测器，但这类检测器的通用性不强或灵敏度不够高（如折光检测器），且不能为样品结构定性提供较多的信息。因此，气相色谱-质谱联用（GC-MS）的成功应用可使样品的分离、定性、和定量一次完成，对有机化工行业的发展起到很大的促进作用，而HPLC-MS、LC-MS 的联用能结合HPLC 和MS 的优点，被分析化学工作者瞩目[2]。气质联用仪（GC-MS）是最早商品化的联用仪器，适宜分析小分子、易挥发、热稳定、能气化的化合物，用电子轰击方式（EI）得到的谱图，可与标准谱库对比，而液质联用（LC-MS）适合测定不挥发性化合物、记性化合物、热不稳定化合物、大分子量化合物，可见LC-MS 在有机化工合成中的优越性强于GC-MS。

而MS 作为LC 的检测器不仅能得到色谱数据，如峰保留时间、峰高、峰面积等，同时也可得到相应质谱信息，LC-MS 在实际工作中的特点如下：

（1）质谱为通用性检测器，可测定不带生色团或荧光基团的化合物；

（2）质谱作为选择性检测器，用选择离子检测可一次完成定性、定量分析，且灵敏度高。

（3）提高鉴别化合物可信度，可准确分析色谱峰的纯度，确定分子量。

（4）可分析不适合GC-MS 分析的亲水性强、热不稳定及生物蛋白化合物。

（5）适用范围宽，正相、反相、离子对及手性色谱均可使用。

LC-MS 联用仪主要由液相色谱系统、质谱仪、连接接口和数据处理系统四部分组成，但从质谱的离子源角度来划分，包括电喷雾离子源（ESI）、大气压化学电离源（APCI）、大气压光电离子源（APPI）等操作模式。ESI、APCI 和APPI 三种离子源大多与四极杆和离子阱联用，是目前应用最广泛的几种液质联用仪[3]。

LC-MS 技术是将液相色谱与质谱分别作为分离系统和检测系统，待测试样在液相色谱部分经过分离后，进入质谱部分，样品与流动相分离后，经离子源，对样品进行离子化，按离子的质荷比分离，然后测量各种离子谱峰的强度而实现分析目的的一种分析方法。质谱图是以检测器检测到的离子信号强度为纵坐标，离子质荷比为横坐标。

由于高效液相色谱法适用于分析沸点高、相对分子量大、受热易分解的不稳定化合物的优点，因此液质联用（LC-MS）可用于分析不挥发性化合物的测定、热不稳定化合物的分析测定、极性化合物分析测定、大分子量化合物（蛋白、多肽、高聚物等）分析测定，在有机合成中，由于物料的特殊性，生成分子量大、沸点高的预聚体，需用LC-MS 对未知组分进行准确定性后，再通过相应标准物质检测该物质在设备上的响应值，进而准确定量，对提升产品质量、降低能耗具有重要意义。因此，LC-MS 在有机化工与制药领域广泛应用。

2 HPLC与LC-MS技术在有机化工生产过程中的应用

2.1 生产过程控制中组分检测

在有机化工合成中，由于某些合成工艺的特殊性，需对原料的配比进行准确分析，由于原料具有分子量高大、沸点高等特点，因而采用高效液相色谱进行分析，能够快速准确定量，充分体现出高效液相色谱的优越性，对合成具有重要的意义。

在生产过程中，因反应条件的波动，如温度、压力、催化剂浓度、真空度等发生改变，从而引起副反应，生成新的物质或者同分异构体，会影响产品质量，为杂质控制提供科学依据。此时，运用LC-MS 先对样品中的未知物进行定性，再准确定量，分析色谱图与质谱图，了解相关组分的含量相关信息、数据，并与标准进行对照，从而对未知物进行准确定性。在化工样品分析检测中，LC-MS 分析法能够独立进行定性和分析检测，且两者不会对彼此造成干扰，可最大限度地减少人为因素的影响用于多种杂质的检测。

2.2 催化剂浓度检测

有机化学反应是一个复杂的过程，在反应过程中容易受到不同因素的影响。第一，化学反应会受到浓度的影响，通常情况下，浓度越大，反应速率就越快，化学平衡会向正反应方向进行。第二，化学反应受到压强的影响，通常其他条件不变的情况时，压强越大，反应速率越快，化学平衡向气态物质系数小的方向移动，此条件对气体反应影响大。第三，化学反应受到温度的影响，当其他条件不发生改变的时候，升高温度，反应速率会增快，化学平衡向吸热方向移动。第四，化学反应受到催化剂的影响。通常催化剂对化学平衡补偿影响，即催化剂不参加化学反应，且反应前后质量和组成不变，有机化工合成中，加入催化剂目的是改变化学反应速率，提高转化效率。因此，在反应温度、反应物浓度、压力不发生改变的情况下，选择合适的催化剂、正确分析催化剂的浓度对整个合成具有重要的意义，而催化剂含量过低反应速率较慢，催化剂含量过高会发生较大的副反应，对产品的性能影响较大，因此，催化剂浓度对有机反应合成中具有重要作用，由于某些有机合成催化剂具有分子量大、沸点高，因此，选择高效液相色谱法进行分析能够简单、快速定量，分析测试结果准确度高、精密度好，满足日常生产测试需求。

2.3 表面残余添加剂检测

在有机合成过程中，根据产品颜色、抗氧化等方面的需求，在合成中需添加一系列热稳定剂、光稳定剂、抗氧剂等添加剂，以改善产品的质量。但是助剂的量过多后，会影响产品的质量。因此，为了避免助剂添加量超标，需对产品进行残余助剂检测。而高效液相色谱、液相色谱与质谱联用技术在分离、分析残余添加剂的过程中，可以在不破坏分析物结构的基础上进行，相对于气相色谱来说具有更明显的优势，且灵活性大，能准确、高效测定表面残余助剂[4]，对提升产品质量具有重要意义。

2.4 降解产物分析中的应用

塑料长时间放置在光照、酸碱性、水货辅料之间相互作用的条件下会导致发生Frise 重排，发生化学变化而产生新的分子，即降解产物，有的降解产物与塑料本身的结构有很多相似之处，LC-MS 联用技术在分析鉴别这类同分异构体杂质结构中发挥重要的作用，加快了杂质研究定性的分析速度。

2.5 LC-MS联用技术在其他方面的应用

LC-MS 除了在有机合成中发挥重要作用之外，在其他相关领域也有举足轻重的作用。

在食品安全方面，在食品生产过程中往往需要添加防腐剂、人工合成素、甜味剂、保鲜剂等化学物质，这些添加剂的含量过高会影响健康。而对于食品中的农药残留量及其它有害成分的含量甚微，往往需要进行痕量分析，对分析方法的灵敏度要求较高，而LC-MS 所具有的灵敏度要求较高，特别适合进行痕量分析，由此鉴别和测定各种类型的农药、兽药及生物毒素等残留物。因此，建立适当的分析方法，对其添加剂的添加量准确定量，能充分保障消费者的身体健康。

2.6 HPLC与LC-MS使用过程中的注意事项

色谱柱作为色谱分离的心脏，而输液泵是HPLC 系统中最重要的部件之一，泵的性能好坏直接影响到整个系统的质量与分析结果的可靠性。目前实际工作中，应用最多的泵为柱塞往复泵，柱塞往复泵便于清洗且往复泵的液缸容积小，适合用于再循环和梯度洗脱，流量不受柱阻影响。因此，日常工作中输液泵应具备以下性能：①流量稳定，其RSD ＜0.5%，这对定性定量的准确性至关重要；②流量范围宽；③输出压力高；④液缸容积小；⑤密封性能好，耐腐蚀。

3 应用局限性

目前LC-MS 联用技术存在着不足之处，主要表现在：由于离子化问题，不同的离子源对化合物结构有一定的局限性，并非对所有结构的化合物都能进行分析，ESI 有利于分析大分子及其相对分子量大的化合物，而APCI 更适合分析极性较小的化合物，对色谱流动相组成有限制，不宜使用无机酸、非挥发性缓冲盐和表面活性剂，因不挥发性的盐在离子源内析出结晶，而表面活性剂会抑制其化合物电力，可使用挥发性电解质如氨水、甲酸铵、乙酸铵等，其浓度控制在10mmol/L以下，一定程度上降低了LC-MS 联用技术的应用范围，对于结构复杂的没有对照品的化合物，所提供的的化学结构信息尚不足测定解决化合物鉴定的问题，还需借助NMR、IR 等技术进行进一步分析。

4 前景分析

综上所述，高效液相色谱技术、液相色谱与质谱联用技术均是高效、灵敏度高的检测方法，适用于多个行业领域。尤其在有机合成中，两种检测技术的应用，能够快速测定各组分的含量、对残留添加剂准确定量，对提升产品质量，具有举足轻重的作用。高效液相色谱结合质谱等分析技术，将在有机化工行业中的定性、定量检测方面得到更广泛的应用，并且极大提高了检测速度和精度，未来将发挥更大的作用。

5 结束语

总之，高效液相色谱分析法、液相色谱与质谱联用技术应用广泛，在有机合成与制药行业中体现了重要的价值，液相-质谱联用技术经过十多年的发展，将液相色谱的高分离性能和质谱的高鉴别能力完美结合，以其灵敏、快速、高效的特点，在有机化工领域体现出极大的优势。LC-MS 联用技术突破了对含量低、不易分离，或缺乏紫外吸收的物质难于检测的瓶颈，已成为有机合成中的重要分析手段。但对于某些特殊样品定性和定量过程中，需要不断研究和探索，寻求更为灵敏、快捷、精准的途径，使液相色谱分析法更好地服务于有机化工产业的发展。