高效液相色谱的发展及其在炼油工业中的应用

张丹(海南汉地流体材料有限公司，海南 儋州 578101)

0 引言

高效液相色谱是在原有液相色谱技术原理基础上优化改造而来的新型液相色谱技术，弥补了传统技术的问题，可以有效地提高检测结果，具有快速、高灵敏、样品通量等优势。高效液相色谱与质谱联用技术的出现，在石化、生物医药、食品分析、环境分析等领域发挥出重大实用价值，成为石化科研和质量检验的得力工具，用途日益扩展，对石油化工技术进步的促进作用也更加显著。

1 高效液相色谱的产生及发展

高效液相色谱(HPLC)的主体是液体，在高压输液泵压力作用下制造液体流动相的过程，在这一过程中，需要设置装好填充剂的色谱柱，通过高压泵将样品泵入色谱柱中，对混合物或单一溶剂进行有效分离和检测，最终通过数据处理系统得到最终分析结果。1903年，俄国植物学家Tswett首次提出色谱法概念[1-2]。1958年Stein和Moore发展起来的氨基酸分析仪能够实现自动分离和分析蛋白质水解产物，吸引诸多学者进行研究，继而促成HPLC方法的建立。1968至1971年间，华特斯公司制造和推出了商用GPC仪及HPLC系统，到20世纪80年代中期，HPLC逐渐发展为一种较为成熟的技术。直至今日，高效液相色谱原理仍然不断完善和优化，相应色谱柱填料技术也不断突破，如2004年，沃特世公司研发推出第一台超高效液相色谱仪，受到众多研究者的关注。

色谱技术属于分析科学，在石油化工领域发挥着不容置疑的关键作用，回望我国石化领域色谱技术发展，可划分为气相色谱和液相色谱两种。气相色谱和液相色谱仪在石油化工检测分析领域的用途广泛，但二者适宜的对象和使用的场合有所不同。

一是在20世纪80年代，我国炼油工艺及加工工艺不断提高，所产生的炼厂气产量也随之增加，传统气相色谱分离分析技术难以有效分析炼厂气复杂气体，相关研究人员开始对其进行研究和改进，到20世纪80年代中期，可以进行多阀多柱切换的多维色谱分析技术出现，直到目前气相色谱分离分析仍是石化行业炼厂气主要分析技术。

二是液相色谱主要应用于分离低挥发物质，按照固定相可分为液-液色谱法、液-固色谱法，按照原理可分为分配色谱法和吸附色谱法，具体内容如下：(1)液-液色谱法(LLC)可分为正向和反向两种，当固定相极性＞流动相极性，属于正向LLC，反之则为反向LLC[3]；同时，还有一种化学键合相色谱，在LLC基础上发展而来的，具有分配和吸附两种功能，且不易流失，C18是其最常应用的化学键合相；(2)液-固色谱法，液体代表流动相，固定相则为固体吸附剂，这两者会产生不同吸附作用，从而实现样品分离。此外，还存在离子交换色谱、离子对色谱法、分子排阻色谱法，其中，离子交换色谱通过离子交换剂实现样品分离[4]；分子排阻色谱法，通过不同分子大小以及其在微孔中的渗入程度实现分离，主要用于分离多糖、蛋白质等高分子化合物，适合在炼油产业中普及和推广。

2 高效液相色谱结构分析

高效液相色谱仪器的结构组成主要有溶剂传输系统(高压泵)，样品引入系统(进样器)，样品分离系统(色谱柱)，信号检测系统(检测器)，数据处理系统(软件)(结构图如图1所示)。

图1 高效液相色谱仪器结构图

(1)溶剂传输系统(高压泵)，属于核心部件，包含往复活塞泵、弹簧隔板、串联柱塞泵及并联柱塞泵等构件，是整个系统的心脏，其性能质量直接关系整体HPLC质量。目前市场上较为常用的为恒流泵，输出的流动相流速不受外界及色谱柱阻力变化影响，上海仪电公司的LC210、北京瑞利公司SY-8100、普析公司的L600系列等均属于恒流泵[5]。同时，还有一种恒压泵，其输出的压力基本保持恒定不变，在市场上种类较少，应用范围也有限。据了解，一个性能较优越的高压泵需要具备以下要求，耐高压、较高稳定性、较小脉动；流量连续可调、范围宽、重复性好；死体积小；流量准确度高；具备梯度洗脱功能等，其中，耐高压是HPLC系统最为基本的一个要求，主要是因为色谱柱的平均粒径和内径通常为4 µm、5 mm左右的色谱柱，当流动相流速到达1～3 mL/min时，其最高工作压力可达34.47～41.36 MPa，且随着粒径不断减小，工作压力也随之增加，必须具备更高的耐压能力，以满足基本工作要求。目前，上海伍丰公司的LC-100系列、北京普析通用公司的L600系列等均能满足以上要求。

(2)样品分离系统(色谱柱)，分离系统主要指色谱柱，是整体色谱仪的核心部分，其构成主要包含柱管、填料、接头、卡套、压帽、密封环、连接管道等，可划分为制备型和分析型两种，目前分析型应用范围较广。柱效是色谱柱十分关键的指标，往往取决于固定相性能和装柱技术，也可通过减少柱径和颗粒度以提升柱效。固定相性能有填料决定，以硅胶为基质组成的官能团类填料为反向色谱柱，是应用最多的一种色谱柱；正向色谱柱一般采用硅胶类填料，使用频率略低于反向色谱柱；此外还有离子交换柱、特殊色谱柱等，使用较少。

(3)样品引入系统(进样器)，较常使用的进样器为六通阀进样器，进样量由定量环决定，主要功能是将分析样品引入色谱系统，阀进样、注射器、自动进样、停留进样等也较为普及。

(4)信号检测系统(检测器)，主要检测色谱柱分离后的组分浓度，并通过记录仪绘制其变化谱图，进行定性和定量分析，一般有电导检测器、荧光检测器、紫外光度检测器，其中光学类检测器应用最多，约占比75%[6]。其技术指标主要有波长范围、波长确定度、波长重复性、光谱宽带、噪声、稳定性、光度范围等。

3 高效液相色谱在炼油产业中的应用

高效液相色谱具有高分辨率、高精度、快速分离、应用范围广、可重复使用等优势，与传统液相色谱相比，能有效降低投入成本，提高分离和分析效率，而且可以装在小口径、短不锈钢柱内，基本80%的有机物质都可以通过高效液相色谱进行分析，符合新时期石油化工行业降本提质、节能减排的发展目标，这也是目前炼油厂化验室引进高效液相色谱仪的重要原因[7,8]。

在炼油产业中，高效液色谱有着无可比拟的重要优势和特点。第一，显著降低生产成本，如进样过程由人工作业改为全自动进样，减少人力投入，还能降低人工失误造成的损失，值得注意的是，在样品进样之前对其进行预处理，如使用流动相作为溶剂配置样品，能够有效提高样品溶解性，提高处理效率；第二，应用范围广，能够检测易挥发和分解、分子量大且不稳定的有机化合物，为微生物研究开发提供检测需求；能够实现炼油厂中加氢航煤T501含量的有效分析和管控；能够分析和检测微生物中发酵液的有机酸种类，并给出相应数据支撑；还可以测定废水中苯酚，炼油加工过程中会产生含有苯酚及其他物质的工业废水，具有较高污染和危害，通过高效液相色谱分析法可以分析和测定间苯二酚、邻苯二酚和苯醌等成分，对炼油产业发展有十分重要的意义。此外，随着高效液色谱技术的快速发展，其在复杂混合物的分离和分析方面逐渐取得突破性进展，如以二氯甲烷、正己烷为流动相，采用多维高效液相色谱技术对渣油中各类烃族进行有效分离和检测。

4 结语

综上所述，高效液相色谱作为色谱法的一种，在炼油产业中发挥着十分关键的作用。当下，高效液相色谱原理、相关技术、仪器及关联技术快速发展，其分离速度、反应灵敏及选择度等优势也将进一步突破，但其中的缺陷和不足还仍需完善。希望通过本文对高效液相色谱的讲解能得到更多关注和研究，以便获得更加精准的分离和测定结果，为炼油产业发展提供更加坚实的保障。