色譜與色譜圖

[db:作者] / 2022-11-28 00:00

色譜實際上是俄國植物學家茨維特(M.S.Tswett)在1901年首先發現的。1903年3月，茨維特在華沙大學的一次學術報告中正式提出“chromatography”(色譜)一詞，標志著色譜的誕生。他因此而被提名為1917年諾貝爾化學獎的候選人。當時，茨維特研究的是液相色譜(liquid chromatography，LC)的分離技術。氣相色譜(GC)出現在20世紀40年代，英國人馬丁(A.J.P.Martin)和辛格(R.L.M.Synge)在研究分配色譜理論的過程中，證實了氣體作為色譜流動的可能性，并預言了GC的誕生。與此巧合的是，這兩位科學家獲得了當年的諾貝爾化學獎。盡管獲獎成果是他們對分配色譜理論的貢獻，但也有后人認為他們是因為GC而得獎的。這也從另一個方面說明了GC技術對整個化學發展的重要性。

雖然GC的出現較LC晚了50年，但其在此后20多年的發展中卻是LC所望塵莫及的。從1955年第一臺商品GC儀器的推出到1958年毛細管GC柱的問世，從毛細管GC理論的研究到各種檢測技術的應用，GC很快從實驗室的研究技術變成了常規分析手段，幾乎形成了色譜領域GC獨領風騷的局面。1970年以來，電子技術，特別是計算機技術的發展，使得GC色譜技術如虎添翼，1979年彈性石英毛細管柱的出現更使GC上了一個新臺階。反過來，色譜技術又大大促進了現代物質文明的發展。從航天飛機到航空母艦，都用GC來監測船艙中的氣體質量。從食品、化妝品的生產工藝控制到產品質量檢驗，從物質鑒定到地質勘探，從疾病診斷、醫藥分析到考古發掘、環境保護，GC技術的應用極為廣泛。

色譜法，又稱層析法，是利用組分在兩相間分配系數不同而進行分離的技術。根據其分離原理，有吸附色譜、分配色譜、離子交換色譜和排阻色譜等方法。

吸附色譜：利用吸附劑對被分離物質的吸附能力不同，用溶劑或氣體洗脫，以使組分分離。常用的吸附劑有氧化鋁、硅膠、聚酰胺等有吸附活性的物質。

分配色譜：利用溶液中被分離物質在兩相中的分配系數不同，以使組分分離。其中一相為液體，涂布或使之鍵合在固體載體上，稱為固定相；另一相為液體或氣體，稱為流動相。常用的載體有硅膠、硅藻土、硅鎂型吸附劑與纖維素粉等。

離子交換色譜：利用被分離物質在離子交換樹脂上的離子交換勢不同而使組分分離。常用的有不同強度的陽、陰離子交換樹脂，流動相一般為水或含有有機溶劑的緩沖液。

排阻色譜：又稱凝膠色譜或凝膠滲透色譜，是利用被分離物質分子質量大小的不同和在填料上滲透程度的不同，以使組分分離。常用的填料有分子篩、葡聚糖凝膠、微孔聚合物、微孔硅膠或玻璃珠等。可根據載體和試樣的性質，選用水或有機溶劑為流動相。

色譜法的分離方法有柱色譜法、紙色譜法、薄層色譜法、氣相色譜法、高效液相色譜法等。色譜所用溶劑應與試樣不起化學反應，并應用純度較高的溶劑。色譜的形成與檢測信號如圖2-1所示。

圖2-1色譜的形成與檢測信號

氣相色譜技術極大地推動了我國農藥殘留分析的發展，大大提高了農藥殘留分析檢測的水平。高效液相色譜法作為目前發展最快、應用最廣泛的分析技術，對于氣相色譜法不能分析的高沸點、熱穩定性差和極性農藥及其代謝物，原則上都可以進行有效的分離檢測。質譜以及色譜質譜聯用技術的應用，使農藥殘留分析從一種或幾種農藥發展到可同時測定不同種類的多種農藥，實現了對多種類農藥的高靈敏度定性、定量測定。

樣品流經色譜柱和檢測器，所得到的信號一時間曲線，又稱色譜流出曲線(elution profile)。色譜圖(chromatogram)是指被分離組分的檢測信號隨時間分布的圖像。

圖2-2 為色譜峰示意圖。

圖2-2 色譜峰流出曲線色諧圖

死時間(dead time，tM)：在色譜柱中無保留的溶質從進樣器隨流動相到達檢測器所需要的時間，通常用tM表示(即圖2-2中進樣點在時間軸上投射的點到空氣峰頂點在時間軸上投射的點距離，空氣為不被固定相溶解或吸附的物質)。

調整保留時間(tR)：調整保留時間就是被保留的溶質停留在固定相上的時間(即圖2-2中空氣峰頂點在時間軸上投射的點到B點的距離)。

保留時間(retention time，tg)：被保留化合物(溶質)從進樣開始至流出峰最高點的時間，稱為保留時間(單位為min)(即圖2-2中進樣點在時間軸上投射的點到B點的距離)。保留時間是tR與tM之和，通常用tR表示，即tR=tR+tM。

峰高(peak height，h)：峰的最高點至峰底(峰底是基線上峰的起點至終點的距離，即圖2-2中C、D之間的距離)的距離。通俗地說就是色譜峰頂到基線(這時是畫虛擬的虛線)的垂直距離。

峰寬(peak width，W)：峰兩側拐點處所作兩條切線與基線的兩個交點間的距離。W=4σ(即圖2-2中I與J之間的距離)。

半峰寬(peak width at half height，W1/2)：色譜峰高一半處的峰寬度(即圖2-2中G與H之間的距離)。

基線(base line)：僅有流動相或載氣通過檢測器系統時所產生信號的曲線。柱與流動相達到平衡后，檢測器測出一段時間的流出曲線。一般應平行于時間軸。

噪聲(noise)：基線信號的波動。

峰面積(peak area，A)：峰與峰底所包圍的面積。

標準偏差(standard deviation，σ)：正態分布曲線上兩拐點間距離的一半。正常峰寬的拐點在峰高的0.607倍處(即圖2-2中E與F之間距離的一半)。標準偏差的大小說明組分在流出色譜柱過程中的分散程度。σ小，分散程度小、極點濃度高、峰形瘦、柱效高；反之，σ大，峰形胖、柱效低。

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