色谱分析

一种分离、分析的方法

色谱分析是指按物质在固定相与流动相间分配系数的差别而进行分离、分析的方法。其按流动相的分子聚集状态可分为液相色谱、气相色谱及超临界流体色谱法等。按分离原理可分为吸附、分配、空间排斥、离子交换、亲合及手性色谱法等诸多类别。按操作原理可分为柱色谱法及平板色谱法等。色谱法已成为应用最广、药典收载最多的一类分析方法。

基本原理

色谱分析有两个要素——流动相和固定相。在流动相从固定相的一端流到另一端的过程中，加在固定相起始端的溶质随流动相流动，并在流动相和固定相之间来回转移。不同的溶质与这两相的亲和力大小不同，溶质的移动速度也不同，因而得到分离。固定相一般是固体，也可以是固体上附着液体；流动相是液体或气体。

色谱分析具有很多优点：分离效果好，设备简单，操作方便，条件较温和，方法多样，能适应不同的需要。其缺点主要是：处理量小，周期长，不能连续操作；有的层析介质价格昂贵，有时找不到合适的介质。

色谱分析（层析）有各种类型。按照固定相使用的形式，可分为柱层析、纸层析、薄层层析。按照溶质的展开方式，可分为前沿层析、置换层析、洗脱层析。按照流动相的物理状态，可分为气相层析与液相层析，以及超临界流体层析等。按照分离机理，可分为分配层析、吸附层析、离子交换层析、排阻层析、疏水层析、离子对层析、亲和层析、键合相层析。按照固定相和流动相的相对极性，可分为正相层析与反相层析。

在层操作时，单组分洗脱剂对多组分样品的洗脱效果常常不够满意。不是先洗出的组分混杂在一起，就是后洗出的组分出峰时间长，峰宽增加。为了改善分辨率、改变峰形或缩短层析时间，有时需要在层析过程中改变流动相的组成(pH、离子强度)。分阶段改变流动相的组成，流动相的组成呈阶梯状变化，称为阶段洗脱。逐渐改变流动相的组成，流动相的组成呈曲线或直线状变化，称为梯度洗脱。流动相形成梯度可用梯度洗脱仪。高效液相层析仪中常用几个泵分别输送不同的溶剂，控制各个泵的流量，就能控制洗脱剂的组成。

改善层析分离效果的方法有：改变流动相的组成或pH，改变固定相，改变温度等。在液相层析中以改变流动相的组成最重要。其余要注意的条件有：柱要细而长；分离介质填充要紧密、均匀，颗粒细密、大小分布均匀；操作温度保持恒定；样品用量少；流速慢而恒定。

分析仪器

用来分离物质和检测、记录物质的色谱图，并进行定性、定量分析的仪器，称为色谱分析仪，通常有气相色谱仪和液相色谱仪两大类。

气相色谱仪

气相色谱仪的种类和型号很多，但都包括气路系统、进样系统、分离系统、检测系统和记录与数据处理系统。

气路系统气路系统为色谱分析提供纯净、连续的气流，仪器的气路由载气、氢气和空气三个气路组成，后两个气路仅在氢焰检测器中使用，常用的载气有N2，H2，He和Ar等。

进样系统进样系统主要包括进样器和气化室。液体样品常用微量注射器进样。样品由针刺穿进样口中的硅橡胶密封垫注人气化室，液体样品瞬间完全气化，并被载气带入色谱柱。

分离系统色谱柱分离系统色谱柱是色谱仪的关键部分，色谱柱可分为填充柱和毛细管柱两大类。

检测系统检测系统把从色谱柱流出的各个组分的浓度(或质量)信号转换成电信号的装置，也是色谱仪的主要部件之一，应用最广泛的是热导池检测器(TCD)和氢火焰离子化检测器(FID)。

记录与数据处理系统由检测器检测的信号经放大器放大后由记录仪记录，也可通过微处理机、色谱工作站进行数据处理。

液相色谱仪

高效液相色谱仪是液相色谱仪中应用最广泛的一种。高效液相色谱仪结构和流程与气相色谱仪大致相似。通常包括：液路系统、进样系统(采用高压输液泵)、分离系统(采用高效固定相)、检测系统(采用高灵敏度检测器)、记录系统。

实际应用

色谱分析是仪器分析领域中发展迅速，研究和应用十分活跃的领域之一。由于色谱分析可以连续对样品进行浓缩、分离、提纯及测定，使其成为每一个分析工作者普遍采用的分析、检测手段，并已广泛应用于石油、化工、食品、医药、卫生、冶金、地质、农业、环境保护等各个行业中，可以说只要有分析任务的地方都在使用色谱分析法。近二三十年来发展的气相色谱一质谱(GC-MS)联用技术、离子色谱(IC)、超临界流体色谱(SFC)、毛细管区带电泳(CZE)等技术使色谱分析领域更是充满了活力。尤其是毛细管电泳技术，具有分离效率高(柱效达100万以上理论塔板数/m)，样品用量小(10-6～10-9 mL)、灵敏度高(检出限低至10-15～10-20 mol·L-1)，分离速度快(小于10 min)等特点，适用于离子型大分子，如氨基酸、核酸、肽及蛋白质的分析，甚至细胞和病毒等的快速、高效测定，在生物分析及生命科学领域中有极为广阔的应用前景。

在农业上，气相色谱法可以对农药残留量、氨基酸、维生素、激素、糖类、脂质、核酸等进行测定，也可对某些金属离子以及大气中的CO2，SO2，H2S，甲烷等进行分析。高效液相色谱法可对维生素、生物碱、激素、氨基酸、农药、核酸、香豆素、脂质等有机物质进行分析，也可测定一些无机离子及金属元素。离子色谱法是一种分析无机和有机离子的液相色谱技术，能测定数百种阴、阳离子和化合物，最适合多组分与多元素的同时分析。该方法选择性好，样品用量少，灵敏度高，易实现自动化，是分析水中阴离子的最好方法，多应用于环境水样的测定。

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