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1903年俄国植物化学家茨维特Tswett)首次提出“色谱法”(Chromotography)和“色谱图”(Chromatogram)的概念。茨维特使用色谱法 chromatography (来自希腊字, chroma 意思是颜色, graphy 意思是记录 - 直译为颜色记录)来描述他的彩色试验。(令人好奇的是, 俄罗斯名字茨维特意思是颜色。)[1]  他在论文中写到:
“(原文)一植物色素的石油醚溶液从一根主要装有碳酸钙吸附剂的玻璃管上端加入,沿管滤下,后用纯石油醚淋洗,结果按照不同色素的吸附顺序在管内观察到它们相应的色带,就象光谱一样,称之为色谱图。”
1930年以后,相继出现了纸色谱、离子交换色谱和薄层色谱等液相色谱技术。
1952年,英国学者Martin和Synge 基于他们在分配色谱方面的研究工作,提出了关于气-液分配色谱的比较完整的理论和方法,把色谱技术向前推进了一大步,这是气相色谱在此后的十多年间发展十分迅速的原因。
1958年,基于Moore和Stein的工作,离子交换色谱的仪器化导致了氨基酸分析仪的出现,这是近代液相色谱的一个重要尝试,但分离效率尚不理想。
1960年中后期,气相色谱理论和实践发展,以及机械、光学、电子等技术上的进步,液相色谱又开始活跃。到60年代末期把高压泵化学键合固定相用于液相色谱就出现了HPLC。
1970年中期以后,微处理机技术用于液相色谱,进一步提高了仪器的自动化水平和分析精度。
1990年以后,生物工程和生命科学在国际和国内的迅速发展,为高效液相色谱技术提出了更多、更新的分离、纯化、制备的课题,如人类基因组计划,蛋白质组学有HPLC作预分离等。

特点编辑

高效液相色谱法有“四高一广”的特点:
高效液相色谱
 
 
①高压:流动相为液体,流经色谱柱时,受到的阻力较大,为了能迅速通过色谱柱,必须对载液加高压。
②高速:分析速度快、载液流速快,较经典液体色谱法速度快得多,通常分析一个样品在15~30分钟,有些样品甚至在5分钟内即可完成,一般小于1小时。
③高效:分离效能高。可选择固定相和流动相以达到最佳分离效果,比工业精馏塔和气相色谱的分离效能高出许多倍。
④高灵敏度:紫外检测器可达0.01ng,进样量在μL数量级。
⑤应用范围广:百分之七十以上的有机化合物可用高效液相色谱分析,特别是高沸点、大分子、强极性、热稳定性差化合物的分离分析,显示出优势。
此外高效液相色谱还有色谱柱可反复使用、样品不被破坏、易回收等优点,但也有缺点,与气相色谱相比各有所长,相互补充。高效液相色谱的缺点是有“柱外效应”。在从进样到检测器之间,除了柱子以外的任何死空间(进样器、柱接头、连接管和检测池等)中,如果流动相的流型有变化,被分离物质的任何扩散和滞留都会显著地导致色谱峰的加宽,柱效率降低。高效液相色谱检测器的灵敏度不及气相色谱。

基本术语编辑

色谱图(chromatogram)——样品流经色谱柱和检测器,所得到的信号-时间曲线,又称色谱流出曲线(elution profile)。
基线(base line)——经流动相冲洗,柱与流动相达到平衡后,检测器测出一段时间的流出曲线。一般应平行于时间轴。
噪音(noise)——基线信号的波动。通常因电源接触不良或瞬时过载、检测器不稳定、流动相含有气泡或色谱柱被污染所致。
漂移(drift)——基线随时间的缓缓变化。主要由于操作条件如电压、温度、流动相及流量的不稳定所引起,柱内的污染物或固定相不断被洗脱下来也会产生漂移。
色谱峰(peak)——组分流经检测器时响应的连续信号产生的曲线。流出曲线上的突起部分。正常色谱峰近似于对称形正态分布曲线(高斯Gauss曲线)。不对称色谱峰有两种:
前延峰(leading peak)和拖尾峰(tailing peak)。前者少见。
峰底—基线上峰的起点至终点的距离。
峰高(peak height,h)—峰的最高点至峰底的距离。
峰宽(peak width,W)—峰两侧拐点处所作两条切线与基线的两个交点间的距离。W=4σ
半峰宽(peak width at half-height,Wh/2)—峰高一半处的峰宽。Wh/2=2.355σ
峰面积(peak area,A)—峰与峰底所包围的面积。
保留时间(retention time,tR)——从进样开始到某个组分在柱后出现浓度极大值的时间。
理论塔板数(theoretical plate number,N)——用于定量表示色谱柱的分离效率(简称柱效)。
分离度(resolution,R)——相邻两峰的保留时间之差与平均峰宽的比值。也叫分辨率,表示相邻两峰的分离程度。R≥1.5称为完全分离。
《中国药典》规定R应大于1.5。
拖尾因子(tailing factor,T)——T=,用以衡量色谱峰的对称性。也称为对称因子(symmetry factor)或不对称因子(asymmetry factor)。
《中国药典》规定T应为0.95~1.05。
T1.05为拖尾峰。[2] 

主要类型编辑

1.吸附色谱法(Absorption Chromatography)
2.分配色谱法(Partition Chromatography)
3.离子色谱法(Ion Chromatography)
4.分子排阻色谱法/凝胶色谱法(Size Exclusion Chromatography)[3] 
5.键合相色谱法(bonded-phase chromatography)[3] 
6.亲和色谱法(Affinity Chromatography)

结构编辑

组成

可分为“高压输液泵”、“色谱柱”、“进样器”、“检测器”、“馏分收集器”以及“数据获取与处理系统”等部分。

技术动态

液相色谱和质谱连接,可以增加额外的分析能力,能够准确鉴定和定量像细胞和组织裂解液,血液,血浆,尿液和口腔液等复杂样品基质中的微量化合物。高效液相色谱质谱系统(ABSciex Eksigent LC / MS和LC / MS / MS)提供了一些独特的优势,包括:
  • 快速分析和流转所需的最少样品准备
  • 高灵敏度并结合可分析多个化合物能力,甚至可以跨越化合物的种类
  • 高精确度,高分辨率鉴定和量化目标分析物

高压输液泵

功能
驱动流动相和样品通过色谱分离柱和检测系统;
性能要求
流量稳定(±1),耐高压(30~60Mpa),耐各种流动相:例如:有机溶剂、水和缓冲液;
种类
往复泵和隔膜泵。

色谱柱

功能
分离样品中的各个物质;
尺寸
10~30cm长,2~5mm内径的内壁抛光的不锈钢管柱;
填料粒度
5 ~10μm ,高效微粒固定相;

进样器

功能
将待分析样品引入色谱系统;
种类
注射器,10Mpa以下,1~10μm微量注射器进样
②停流进样
③阀进样,常用、较理想、体积可变,可固定
④自动进样器,有利于重复操作,实现自动化
检测器 
功能
将被分析组在柱流出液中浓度的变化转化为光学或电学信号;
分类
①示差折光化学检测器
③紫外-可见分光光度检测器
④二极管阵列紫外检测器
⑤荧光检测器

馏分收集器

功能
如果所进行的色谱分离不是为了纯粹的色谱分析,而是为了做其它波谱鉴定,或获取少量试验样品的小型制备,馏分收集是必要的;
方法
①手工,少数几个馏分,手续麻烦,易出差错。
②馏分收集器收集,比较理想,微机控制操作准确。

数据

获取与处理功能
把检测器检测到的信号显示出来。

分离原理编辑

液-液分配

(Liquid-liquid Partition Chromatography)及化学键合相色谱(Chemically Bonded Phase Chromatography) 流动相和固定相都是液体。流动相与固定相之间应互不相溶(极性不同,避免固定液流失),有一个明显的分界面。当试样进入色谱柱,溶质在两相间进行分配。达到平衡时,服从于高效液相色谱计算公式
高效液相色谱计算公式高效液相色谱计算公式
式中,cs—溶质在固定相中浓度;cm—溶质在流动相中的浓度; Vs—固定相的体积;Vm—流动相的体积。LLPC与GPC有相似之处,即分离的顺序取决于K,K大的组分保留值大;但也有不同之处,GPC中,流动相对K影响不大,LLPC流动相对K影响较大。
a.正相液-液分配色谱法(Normal Phase liquid Chromatography): 流动相的极性小于固定液的极性。
b.反相液-液分配色谱法(Reverse Phase liquid Chromatography): 流动相的极性大于固定液的极性。
c.液-液分配色谱法的缺点:尽管流动相与固定相的极性要求完全不同,但固定液在流动相中仍有微量溶解;流动相通过色谱柱时的机械冲击力,会造成固定液流失。上世纪70年代末发展的化学键合固定相(见后),可克服上述缺点。

液—固

流动相为液体,固定相为吸附剂(如硅胶、氧化铝等)。这是根据物质吸附作用的不同来进行分离的。其作用机制是:当试样进入色谱柱时,溶质分子 (X) 和溶剂分子(S)对吸附剂表面活性中心发生竞争吸附(未进样时,所有的吸附剂活性中心吸附的是S),可表示如下:Xm nSa ====== Xa nSm
式中:Xm--流动相中的溶质分子;Sa--固定相中的溶剂分子;Xa--固定相中的溶质分子;Sm--流动相中的溶剂分子。
当吸附竞争反应达平衡时:
K=[Xa][Sm]/[Xm][Sa]
式中:K为吸附平衡常数。[讨论:K越大,保留值越大。]

离子交换

(Ion-exchange Chromatography)
IEC是以离子交换剂作为固定相。IEC是基于离子交换树脂上可电离的离子与流
动相中具有相同电荷的溶质离子进行可逆交换,依据这些离子以交换剂具有不同的亲和力而将它们分离。以阴离子交换剂为例,其交换过程可表示如下:
X-(溶剂中) (树脂-R4N Cl-)=== (树脂-R4N X-) Cl- (溶剂中)
当交换达平衡时:
KX=[-R4N X-][ Cl-]/[-R4N Cl-][ X-]
DX=[-R4N X-]/[X-]= KX [-R4N Cl-]/[Cl-]
[讨论:DX与保留值的关系]
凡是在溶剂中能够电离的物质通常都可以用离子交换色谱法来进行分离。

离子对

(Ion Pair Chromatography)
离子对色谱法是将一种 ( 或多种 ) 与溶质分子电荷相反的离子 ( 称为对离子或反离子 ) 加到流动相或固定相中,使其与溶质离子结合形成疏水型离子对化合物,从而控制溶质离子的保留行为。其原
离子色谱仪流程示意离子色谱仪流程示意
理可用下式表示:X水相Y-水相 === X Y-有机相
式中:X 水相--流动相中待分离的有机离子(也可是阳离子);Y-水相--流动相中带相反电荷的离子对(如氢氧化四丁基铵、氢氧化十六烷基三甲铵等);X Y---形成的离子对化合物。
当达平衡时:
KXY = [X Y-]有机相/[ X ]水相[Y-]水相
根据定义,分配系数为:
DX= [X Y-]有机相/[ X ]水相= KXY [Y-]水相
[讨论:DX与保留值的关系]
离子对色谱法(特别是反相)解决了以往难以分离的混合物的分离问题,诸如酸、碱和离子、非离子混合物,特别是一些生化试样如核酸、核苷、生物碱以及药物等分离。

离子

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