色谱原理与分类

王中泰

色谱原理与分类

色谱法是一种分析化学物质的技术。色谱法的字面意思是颜色书写，指的是将待分析物质倒入装有吸附剂的垂直玻璃管中，物质的各种成分根据对吸附剂的吸引程度以不同的速度通过吸附剂，并在吸附柱的不同位置产生色带的方法。该术语已扩展到包括利用相同原理的其他方法，尽管在吸附柱中不会产生颜色。

色谱法中的流动相是指携带样品中的物质通过吸附材料的流体。固定相（或吸附剂）是指吸附通过它的固体材料。高岭土、氧化铝、硅胶和活性炭都曾被用作吸附物质或固定相。

图 1. 柱色谱法。

色谱技术的分类往往比较混乱，因为它可能基于固定相的类型、吸附力的性质、流动相的性质或引入流动相的方法。
该技术是研究生物化学的重要工具，并可随时用于临床实验室的研究。例如，色谱法可用于检测和鉴定体液中与先天性代谢异常有关的某些糖和氨基酸。

图 2. 色谱系统分类。

吸附色谱法 (Adsorption chromatography)
这是一种以吸附剂为固定相的技术。它可以是固体或液体，分离取决于吸附现象。

柱色谱法 (Column chromatography)
让溶液中的各种溶质沿着色谱柱流动，各组分被固定相吸附的技术。吸附力最强的成分将停留在柱顶附近；其他成分将根据其对吸附剂的亲和力，沿着柱子越走越远。如果单个成分是天然色素，则会形成一系列色带或色区。
柱色谱法已被用于分离维生素、类固醇、激素和生物碱，并测定这些物质在体液样本中的含量。

亲和层析 (Affinity chromatography)
一种利用蛋白质表面发生的重要生物结合相互作用的层析方法。例如，将酶底物与多糖珠等惰性基质共价结合。当酶以极低的浓度存在于由其他大分子组成的非常复杂的混合物中时，酶可与多糖珠结合，从而被分离出来。

体积排阻 (Size Exclusion chromatography)
其中，固定相是一种孔径严格受控的凝胶。分子根据分子大小和形状被分离，较小的分子暂时保留在孔中。

凝胶过滤色谱法 (Gel-filtration chromatography)、
凝胶渗透色谱法(Gel-permeation chromatography)
分子筛色谱法 (Molecular sieve chromatography)
气相色谱法（Gas chromatography, GC）

流动相为惰性气体的色谱法。样品中的挥发性成分在色谱柱中分离，并通过检测器进行检测。这种方法已被应用于临床实验室，用于分离和量化类固醇、巴比妥酸盐和脂质。
气液色谱法（Gas-liquid chromatography, GLC）
惰性气体移动气相色谱法，在这种色谱法中，需要分离的物质沿着一根管子移动，管子中装满了涂有非挥发性物质的细小惰性固体；每种成分的移动速度取决于其在固定相中的溶解度和蒸汽压力。

高效液相色谱法（High-performance liquid chromatography, HPLC）
一种微型化方法，在高压下，待分析溶液通过装有微粒的细长色谱柱，从而在几分钟而不是几小时内完成分析，并提高分辨率。

离子交换色谱法 (Ion-exchange chromatography)
该技术利用树脂，在树脂中加入阳离子或阴离子，这些阳离子或阴离子会与通过其网眼的材料中的其他阳离子或阴离子进行交换。

分配色谱法 (Partition chromatography)
溶质分离的一种形式是利用溶质在两个液相（即原始溶剂和吸附柱上的溶剂膜）之间的分离。

纸色谱法 (Paper chromatography)
一种色谱法，用一张特殊的纸代替吸附柱。各组分因迁移速度不同而分离后，对其进行染色，使色谱图清晰可见。在临床化验纸中，色谱法用于检测和鉴定糖和氨基酸。

薄层色谱法 (Thin-layer chromatography)
在这种色谱法中，固定相是涂在平板上的一薄层吸附剂，如硅胶。在其他方面，它与纸层析相似。

气液色谱法 (Gas-Liquid Chromatography)
气液色谱法（GC）由 James 和 Martin 发明，是一种流动相为气体（通常为氦气或氮气）、固定相为液体的色谱分离技术。在 James 和 Martin 最初使用的色谱柱中，液体固定相被吸附在惰性支撑物的表面，如 Celite（一种硅藻土）或煅烧 Celite（一种砖粉）。

在使用前，通常先对载体进行酸处理，然后与六甲基二硅氮烷反应使其失活。该技术被广泛用于分离各种挥发性物质。然而，填料柱的流动阻抗较高，限制了可使用的柱长，从而限制了柱效和可获得的分辨率。填料柱最终被毛细管柱取代，在毛细管柱中，流动相被涂覆在开放的管壁上。毛细管的内径为 50-500 微米，长度从 10 米到数百米不等。因此，可以使用非常快速或非常高效的色谱柱。现在，气液相色谱法已成为一种非常流行的技术，几乎每个分析实验室都在使用。
色谱法的主要分类基于流动相的物理性质。流动相可以是气体或液体，这就产生了色谱的两种基本形式，即气相色谱法（GC）和液相色谱法（LC）。

固定相也有固态和液态两种形式，这就产生了气相色谱和液相色谱的两个分支，即气固色谱（GSC）和气液相色谱（GLC）。液相色谱法（GLC）以及液固色谱法（LSC）和液相色谱法（LLC）。图 2 概述了不同形式的色谱法。大多数薄层色谱技术都被视为液-固系统，尽管溶质通常与吸附剂或载体上的液态表面涂层相互作用，或在某些情况下与实际的液态涂层相互作用。

文章来源：仪器小知识