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色谱的发展
【来源/作者】周世红 【更新日期】2018-09-26

一、 色谱技术

色谱分离技术是借助色谱分离原理使混合物中各组分分离的技术。1903年,俄国植物学家M.S.Tswett发表了《一种新型吸附现象及在生化分析上的应用》的研究论文,文中第一次提出了应用吸附原理分离植物色素的方法,1906年,他将这种方法命名为色谱法。这种简易的分离技术,奠定了传统色谱法的基础。经过100余年的发展,色谱法已成为一种广泛使用的分析方法。

二、色谱的分类

色谱是基于混合物中各组分在体系中两相的物理化学性能差异(如吸附、分配、离子交换、分子大小等)而进行分离和分析的方法。当移动相为气体时,称为气相色谱(GasChromatography,GC);当移动相为液体时,称为液相色谱(Liquid Chromatography,LC)。

气相色谱法,以气体作为流动相,用固体吸附剂或液体作固定相,它利用试样中各组分在色谱柱中的气相(流动相)和固定相(固相)或固定液(液相)间的分配系数不同,当汽化后的试样被载气带入色谱柱中运行时,组分就在其中的两相间进行反复多次的分配(吸附一解吸附或溶解-放出),由于固定相对各组分的吸附或溶解能力不同,即各组分在固定相和流动相之间的分配系数有差别,因此各组分在色谱柱中的运行速度就不同,经过一定的柱长后,试样中被分离的各组分即能达到完全分离。

气相色谱根据固定相状态的不同可分为以下几种:

(1)气固色谱

气固色谱中的固定相是一种具有表面活性的吸附剂,当样品随载气流过色谱柱时,由于吸附剂对各个组分的吸附能力不同,经过反复多次的吸附与解吸附的过程,使各组分得以分离。

(2)气液色谱

气液色谱中的固定相是在化学惰性的固体微粒(用来支持固定液的,称作担体、支持剂)表面,涂上一层高沸点有机物的液膜,这种高沸点有机化合物称作固定液。

在气液色谱柱内,被测物质中各组分的分离是基于各组分在固定液中溶解度的不同(分配系数K的不同)、吸附能力的不同将各组分分离的。

当载气携带样品进入色谱柱中,气相中的被测物质就溶解在固定液中。载气连续流经色谱柱,溶解在固定液中的被测组分会从固定液中挥发到气相中去。随着载气流动,挥发到气相中的被测组分又会溶解在前面的固定液中,这样反复多次的溶解、挥发、再溶解、再挥发。在固定液中溶解度大的组分,较难挥发,K值大,随流动相移动速率小,后出柱;而K值小的组分随流动相移动速率大,先出柱。

1952年,James和Martin发明了气相色谱法;1955年第一台商用气相色谱仪推出;1958年毛细管气相色谱柱出现,气相色谱成为常规分析手段,在工业、农业、国防、建设、科学研究等领域都得到了广泛应用。

气相色谱法由于样品在气相中传递速度快,样品组分在流动相和固定相之间可以瞬间达到平衡,因此气相色谱法是一个分析速度快和分离效率高的分离分析方法。近年来采用高灵敏选择性检测器,使得它又具有分析灵敏度高、应用范围广等优点。作为一种分离和分析有机化合物的有效方法,气相色谱法特别适合进行定量分析,但由于其主要采用对比未知组分的保留时间与相同条件下标准物质的保留时间的方法来定性,使得当处理复杂的样品时、在欲定性的组分完全未知或无法获得组分的标准样品时,很难对组分做出准确可靠的定性鉴定结果。

三、 色谱-质谱的联用

质谱(Mass Spectrometry,MS)技术是将汽化的样品分子在高真空的离子源内转化为带电离子,经电离、引出和聚焦后进人质量分析器,在磁场或电场作用下,按时间先后或空间位置进行质荷比(质量和电荷的比,m/z)分离,最后被离子检测器检测。其主要特点是分子结构鉴定能力能给出化合物的相对分子质量、分子式及结构信息。在一定条件下所得的质谱碎片图及相应强度,犹如指纹图,易于辨识,方法专属灵敏。质谱检测器,检测的是离子质量,从而获得混合物的质谱图,解决了气相色谱定性的局限性,它既是一种通用型检测器,又是选择性(质量型)检测器。

早期的质谱仪主要用来进行同位素测定和无机元素分析,20世纪40年代以后开始用于有机物分析。

将气相色谱与质谱联用,待分析的混合物经气相色谱分离后,分别以纯物质形式进入质谱仪,就可充分发挥质谱法的特长;质谱仪是气相色谱理想的检测器,凭借其高分辨、高灵敏度和分析过程简便快速的特点,成为分离和检测复杂化合物的最有力工具之一。

气相联用仪是分析仪器中较早实现联用技术的仪器。自1957年J.C.Holmes和F.A.Morrell首次实现气相色谱和质谱的联用以后,这一技术得到了飞快的发展。在所有的联用技术中气相色谱-质谱联用技术发展最为完善,应用最为广泛。随着计算机软件和电子技术的发展,此技术日益成熟,功能日趋完善,将色谱技术分离效率高、定量准确和质谱技术的灵敏度高、进样量少、分析速度快等特点进行结合,广泛应用于生命科学、环保、材料、食品、药物开发等领域。

参考资料:气相色谱-质谱在仪器安全监测中的应用


【关键词】气相色谱-质谱,色谱,色谱分离,国家标准物质网 

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