5第五章 色谱分析技术和色谱分析仪器

  要求冲洗剂不被固定相吸附或吸收, 或者其在固定相上的吸附或吸收的能力 较混合物中诸组分弱得多，主要利用流 动相的动力将样品组分从固定相上冲洗 下来。色谱仪常用此动力学方法，结果 可靠，精度较高，操作较方便。

  色谱分离中的两相是指系统具有 一个有大比表面积的固定相 （stationary phase）（可以是固体 或以某种方式固定了的液体）和一个 能携带待分离混合物流过固定相的所 谓流动相（mobile phase）（可以是 气体或液体）。

  色谱工作就是根据被测样品（混合 物）的性质，选择适当的两相和其他操 作条件，利用分离系统将各个组分分离 开来，通过检测系统来进行定性、定量分 析。具有高分辨率、高灵敏度、样品量 少且速度较快、结果准确等优点，是分 析混合物的有效方法。

  （3）高选择性是指对性质极为相近的物 质，如同位素、同分异构体等，通过选取 适当的固定相及流动相和分离条件，可实 现分离及分析。 （4）高效能是指色谱分析能够分析分配 系数极为接近的组分，从而可分离并分析 极为复杂的混合物。

  （5）高灵敏度是指色谱仪能分析含量极 微的物质，如气相可检出10-11g～10–13g 物质。液相也接近此精度。 （6）色谱仪的分析速度较快，只需几分 钟至几十分钟就可完成一个样品的分析 工作。

  液相色谱技术的发展相当缓慢。直 到60年代初，由于高压技术、高效固定 相、检测技术的发展以及电子、计算机 技术等方面的新成就的不断涌现，才给 液相色谱技术及液相色谱仪的发展创造 了有利条件，使它在70年代快速地发展起 来。

  目前气相色谱仪和液相色谱仪都已 发展成熟厂家在生产此类仪器，应用也 十分普遍。

  色谱法（chromatography）是一 种物理分离技术，实质上是利用混合 物中各个组分在互不相溶的两相（固 定相和流动相）之间的分配的差异而 使混合物得到分离的一种方法，也有 人称之为色层法、层析法等。

  色谱仪（chromatograph）的实质 是利用色谱分离技术再加上检测技术， 对混合物进行先分离后检测，从而实 现对多组分的复杂混合物进行定性、 定量分析。

  由此可见，色谱分离的两要素是 互不相溶的两相（流动相及固定相） 以及样品（混合物）各组分在两相中 分配的差异，它是决定色谱最终分离 结果好坏的基础。

  色谱分离技术通常根据两相的状态 进行分类。 （1）流动相是气体，固定相是固体吸附 剂，称之为气-固色谱法，或称之气固吸 附色谱法（GSC）。

  采用微处理器自动控制可以通过键 盘操作完成色谱条件的设定、控制和对 仪器工作状态的监控，色谱输出信息也 可通过接口电路送入计算机进行计算、 标定、测量与分析，最后用打印机等输 出设备给出需要的结果。

  色谱仪的联用技术也越来越受到 广泛的重视，如气相色谱仪和质谱仪 的联用已十分普及，液相色谱仪与质 谱仪的联用也在不断发展。微机化和 联用技术在目前的色谱仪中既已普遍 采用又在不断向纵深发展。

  色谱仪的主要特点是可以对混合物进行 多组分分析或全分析。仪器结构简单， 操作使用方便，具有应用范围广、样品 用量少、高选择性、高效能、高速度以 及高灵敏度等优点。

  （1）应用范围广是指色谱仪可用于所有 化合物的分离和分析，既能对有机物、无 机物、低分子或高分子化合物，又能对有 生物活性的生物大分子分离和测定。 （2）样品用量少是指色谱仪用极少的样 品就能完成一次分离及分析，进而可以实 现痕量分析、微量分析。

  仪与液相色谱仪（高效液相色谱仪） 两大类。仪器的组成极为相似，主要 由流动相供给、进样、分离（色谱 柱）、检测、数据处理记录、温度控 制和其他控制系统等组成。

  气相色谱仪具有高分辨率、高速度、 高灵敏度及选择性好等优点。但只能用 于被气化物质的分离、检测，而常压下 可气化或可定量转变为气化的衍生物的 物质，其总的比例大约只占几百万种化 合物的20％左右。大部分物质不能被气 化，因而也就不能用气相色谱法。

  目录 一、色谱法的研究进展 二、色谱分离的基本原理 三、色谱仪的分类及特点 四、色谱分离的基本理论 五、色谱仪的输出信息 六、色谱技术在临床检验中的应用

  特（Tswett）首先利用分离及分析技术 进行植物色素方面的研究，“色谱”因 此而得名。

  色谱分离的效果与两个因数有关：溶剂效率和柱效率和 两者的综合就决定了色谱分离结果的好坏。

  主要说明样品与固定相的相互作用。实际上是指分子之 间的几种作用力（色散力、静电力、诱导力以及氢键作用力） 引起各组分在色谱柱中的滞留时间的不同。也是由于各种物 质流在流动相中的浓度与进入固定相中的浓度按不同比例分 配的结果。溶剂效率的不同，使组分流速不同，进而实现分 离。描述溶剂效率可用分配系数、保留时间、保留体积等参 数。

  色谱仪器是近几十年来迅速发展起 来的一类新型分离分析仪器，主要用于 复杂的多组分混合物的分离、分析。

  目录 引言 第一节 色谱法概述 第二节 气相色谱仪 第三节 高效液相色谱仪 第四节 色谱仪的数据处理系统 本章内容小结

  （2）流动相是气体，固定相是液体， 称之为气-液色谱法，或称之为气液分 配色谱法（GLC）。

  以上两种方法中流动相均为气体， 统称气相色谱法（gas chromatography，简称GC）。

  （3）流动相是液体，固定相是固体吸 附剂，称之液-固色谱法，或称之为液 固吸附色谱法（LSC）。 （4）流动相是液体，固定相也是液体， 称之为液-液色谱法，或称之为液液分 配色谱法（LLC）。

  利用液体涂敷在固体颗粒表面作为 固定相，不同组分在流动相及固定相中 的分配系数不同而实现分离。分配系数 小的组分先被分离出来，分配系数大的 组分后被分离出来，以此来实现混合物样 品的分离。

  将固定相充填在玻璃管或者金属管 内，或涂敷在玻璃毛细管或金属毛细管 的内壁，分别称之为填充柱（packed column）色谱法、毛细管柱（capillary column）色谱法。是最常用的方法。

  在气相色谱仪中，除常用的填充 柱气相色谱仪外，由于毛细管柱尤其 是大口径毛细管柱的发展，毛细管柱 气相色谱仪由于其强大的分离效能也 得到了越来越普遍的应用。

  在液相色谱仪中，用得最多的还是 高效液相色谱仪，但随著生物技术和生 物医学工程学科的发展，制备型液相色 谱仪、低压液相色谱仪、超临界流体色 谱仪（特别是毛细管超临界流体色谱 仪）、膜色谱技术、离子色谱仪也在不 断研究、开发和应用。

  与光谱仪、质谱仪等分析仪器相 比较，色谱仪的突出优点是对多组分 混合物分离、分析能力较强，其分析 灵敏度与质谱仪接近，比光谱仪高。 而且造价低，使用起来更便捷。

  色谱仪最大的不足之处是难于分析 未知物。因此，可以将其与光谱仪、质 谱仪联合起来使用，优势互补，形成色 谱-光谱法、色谱-质谱法联用技术，再 配备上微机进行自动控制与信息处理。 多机联用与微机化、自动化是现代分析 仪器发展的重要趋势。

  以上两种方法中流动相均为液体， 统称液相色谱法（liquid chromatography，简称LC）。

  固定相是一种固体吸附剂，分离 是基于吸附剂对混合物中诸组分的吸 附作用力大小不同，在流动相带着样 品各组分流过固定相时其移动速度有 差异而实现分离。

  要求相反，即固定相对顶替剂的吸附或 吸收能力要较样品中诸组分都强，将所 有组分都顶替出来，吸附或吸收能力最 弱的首先被顶替而跑在前面，从而实现 对样品的分离。这种方法有利于同族化 合物的分离。

  入到色谱柱。样品中吸附或吸收能力最 弱的组分最先以纯物质状态流出色谱柱， 而后是弱的与次弱的混合物。此方法的 特点是除最先流出第一个组分外，其余 均得不到纯物质。

  它表明纯流动相流过检测器时所产生的 响应。判断基线稳定与否的标准是基线 稳定性，即基线b与时间轴t平行或偏离 的程度。

  度或质量的变化出一个个的峰形，即为 色谱峰（chromatographic peak）。色 谱峰所包围的面积称为峰面积，是色谱 定量分析的基础。色谱峰最高点至峰底 的垂直距离称为峰高（peak height)h。

  液相色谱的样品无需气化而直接导 入色谱柱进行分离、检测，特别适用于 气化时易分解物质的分离、分析。约有 70％左右的有机物能分析。通常认为有 机物质分子量＜400时，用气相色谱仪； 在400～1000时，最好用高效液相色谱仪； ＞1000时用凝胶色谱(排阻色谱)。

  1931年，文特斯汀（Winterstein) 开始将这种分离技术应用于无色物质的 分离。

  1952年，马丁（Martin）等人提 出了气液（分配）色谱法，正式推出 了气相色谱技术，为色谱技术及色谱 仪的发展开辟了广阔的前景。在50年 代～60年代，气相色谱仪的发展速度 几乎居各类分析仪器的首位。

  用滤纸作固定相，把样品滴在纸 上，然后用溶剂展开。据滤纸上展开 斑点的位置的不同可以进行混合物定 性、定量分析。大多数都用在快速的定性 分析，结果不是很精确。

  将固定相吸附剂涂敷在薄板上或 压成薄膜，然后用与纸色谱同样的操 作方法分析。已有微机自动控制的产 品出现。

  柱效率是指色谱带在柱中由于扩散及传质的 平衡过程引起的扩展，它将直接影响在同样条件 下色谱峰的宽度。从分离的角度看，峰越窄越好.