色谱分析技术和色谱分析仪器

  四、色谱仪的输出信息 1.色谱图（chromatogram） 表明已被色谱柱分离的物质流过 检测器的含量与时间的关系。

  第一节 色谱法概述 一、色谱法的研究进展 1903年至1906年俄国植物学家茨维 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。 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。

  2.色谱仪的特点 根据色谱分离的基础原理能够准确的看出： 色谱仪的主要特征是可以对混合物进行 多组分分析或全分析。仪器结构相对比较简单， 操作使用起来更便捷，具有应用场景范围广、样品 用量少、高选择性、高效能、高速度以 及高灵敏度等优点。

  第一节 色谱法概述 （1）应用场景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。

  二、进样系统 进样系统由载气预热器、取样器、 样品分流器和进样气化装臵等组成。进 样系统的要求一种原因是准确定量，迅速 注入。另一方面气态或经气化的样品能 在载气中形成一个窄带集中地进入色谱 柱，否则测量结果将毫无意义。

  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，使用方便。

  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。

  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。

  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）。

  第一节 色谱法概述 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，非常适合于 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)。

  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。

  第一节 色谱法概述 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。

  第一节 色谱法概述 （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。

  2.基线（base line） 是图中与时间轴平行t的记录线b。 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。

  第一节 色谱法概述 3.色谱峰 检测器的输出信号随流入组分的浓 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。

  （一）载气源和减压阀 载气一般都会采用氦气、氮气、氢气 或氩气。贮存在高压气瓶中。减压阀 作用是把气体的压强从10MPa～15MPa 的高压降低到0.2MPa～0.4MPa的工作 压强。

  图5-4 减压阀结构示意图 1－调节手轮 2－弹簧 3－隔膜 4－提升针阀 5－出口腔 6－入口腔 7－气体入口 8－高压压力表 9－气体出口 10－低压压力表

  高效液相色谱仪能应用在：分析 人体体液内正常与异常代谢物质；分析 药物的组成和含量，在药物生产中进行 中间控制；分析药物在体内的残留量， 测定药物在各器官中的代谢产物，进行 治疗药物效果的监测（治疗药物检测)； 定性测定细胞核中的核苷及核苷酸，分 析核酸以及分析氨基酸、酶、糖；激素 水平的测定，微生物的鉴定等。

  第二节 气相色谱仪 目 一、气路系统 二、进样系统 三、气相色谱柱及温度控制 四、程序升温气相色谱法 五、气相色谱仪常用检测器 六、气相色谱仪的操作 录

  一、气路系统 气相色谱仪的气路系统通常由载气 源、减压阀、净化器、稳压阀、稳流阀、 柱子及全部连接管道构成。气路系统的 目的是向色谱柱提供质地洁净、流动平 稳的流动相。

  进样峰（injection peak）是进样 时操作条件扰出现的，也可在进样 时通过连动装臵进行标记，是色谱分离 过程中时间的起点。空气峰（air peak） 是由于空气等物质不被固定相吸收，最 先被流动相冲洗出来到达检测器而形成 的峰形。

  4.保留时间 从进样开始到出现色谱峰最大值所 需的时间为保留时间（re-tention time）。常用tR（组分名）（或简写为tR） 表示，如tR1、tR2等，单位为min。与保留 时间有关的其他参数，如保留体积、校 正保留时间等，统称保留参数。

  （二）净化器 载气中一般含有水、碳氢化合物、 二氧化碳和其他惰性气体。 载气是否 净化对检测器的稳定性和响应的影响的 严重程度与检测器的灵敏度的增加成正 比。净化器主要对载气净化，去掉其中 的水分、有机烃类杂质。

  第二节 气相色谱仪 （三）稳压阀和稳流阀 用于控制载气流量和压强，保证载 气的平稳性。均为机械负反馈形式，通 过波纹管压缩、伸张或弹性膜片受力改 变产生机械作用，带动入气口或出气口 的改变，引起气体流量的变化，从而调 整压强或流量，达到载气流量或压强恒 定的目的。

  第一节 色谱法概述 三、色谱仪的分类及其特点 1.色谱仪的分类 目前很成熟的主要是气相色谱仪 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。

  第一节 色谱法概述 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。

  一台典型的气相色谱仪主要由气路 系统、进样系统、分离系统(色谱柱)、 检测系统、温度控制管理系统、数据处理、 记录系统及电源、电子线路等构成。

  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。

  图5-5 稳压阀示意图 1－阀座 2－针形阀(或平面阀) 3－波纹管 4－弹簧 5－手柄 6－阀杆

  P1 图5-6 稳流阀示意图 1－弹性膜片 2－上游反馈管 3－手柄 4－针阀

  流动相 响 应 R 进 样 峰 流动相 流动相 流动相 流动相 2 1 3 流动相

  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。

  色谱仪的联用技术也慢慢变得受到 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 谱仪的联用也在持续不断的发展。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。

  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。

  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。

  第五章 色谱分析技术和色谱分析仪器 色谱仪器是近几十年来快速地发展起 来的一类新型分离分析仪器，大多数都用在 复杂的多组分混合物的分离、分析。 本章将系统介绍有关色谱仪器的原 理、结构和使用。

  5.死时间 死时间（dead time）是指惰性物 质组分，从注入到出现峰的最高点所需 时间，若组分是空气，用符号t0表示， 单位为min。死体积（dead volume）指 色谱柱内流动相的体积，在实际中包括 从进样系统到检测器的体积。

  五、色谱技术在临床检验中的应用 气相色谱仪常用于人体微量元素的 快速分析，血与尿等体液中的脂肪酸、 氨基酸、甘油三酸酯、甾族化合物、糖 类、蛋白质、维生素、巴比妥酸等化合 物的分析，分析鉴定药物的组成和含量、 检测人体的代谢产物，通过气相色谱仪 串联质谱，在“”检测中可分析 100余种违禁药品等。

  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。

  第一节 色谱法概述 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。 采用微处理器自动控制能够最终靠键 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。