色谱法

一种对混合物进行分离和分析的物理化学方法。利用欲分离的诸组分在体系中两相的分配有差异(即分配系数或吸附等温线不同),当两相作相对运动时,这些组分随着移动可反复进行多次的分配,组分的分配系数虽然只有微小差异,在移动速度上却可有颇大的差别,于是这些组分得到分离。应用这样的技术,还可以测定物质的一些物理化学性质。chromatography这个词来源于希腊字 chroma和 graphein,直译成英文时为 color和writing两个字;直译成中文为色谱法。但也有人意译为色层法或层析法。

简史

由于色谱法的发展经历了很曲折的过程,现在还很难明确地说出谁首先创造了这一方法。俄国М.С.茨维特的研究工作已被人们所公认,他将植物色素的石油醚抽提液倒入垂直的装有碳酸钙的玻璃管中,再加入石油醚,任其自由流下,结果色素被分开,在玻璃管内形成不同颜色的谱带。他将此实验写成了论文,于1906年发表了两篇论文,称此法为色谱法;后来这种方法也用于分离无色物质,不呈现出颜色的谱带,而色谱这个词却沿袭了下来。

分类

色谱法体系中的两相作相对运动时,通常其中一个相是固定不动的,称为固定相;另一相是移动着的,称为流动相。根据流动相和固定相的不同,色谱法被分成以下几类:

气相色谱法

其流动相是气体,又分为:

(1)气固色谱法,其流动相是气体,固定相是固体;

(2)气液色谱法,其流动相是气体,固定相是惰性固体上涂着液体(见气相色谱法)。

液相色谱法

其流动相是液体。又可分为:

(1)液固色谱法,其流动相是液体,固定相是固体;

(2)液液色谱法,其流动相和固定相都是液体(见液相色谱法)。

有时为了强调某一特点。常将具有这一特点的色谱法另外列成一类,例如为了突出某种固定相,有薄层层析和凝胶色谱法等;为了强调分离过程的物理化学原理,有离子色谱法和电泳等。

装置

图1为气相色谱法的装置框图。

图1 图2

分离的动力学过程

冲洗法

将混合物加入盛有固定相的色谱柱一端后,不断地通入液体或气体的流动相,此流动相在固定相上的吸附或溶解能力比混合物组分都弱,此时由于组分在固定相上的吸附或溶解能力不同,沿色谱柱移动的快慢也不同,从而使彼此得到分离,最后形成如图2a的色谱图;当它从色谱柱流出时,可得到如图2b的色谱图。此法是最常用的方法,可获得高纯度的组分。

顶替法

操作与冲洗法相同,但所选用的流动相的吸附或溶解能力比混合物中任何组分都强,故组分在固定相上吸附或溶解能力弱者移动快。最后形成如图2c、d的色谱图,此方法多用于族分析。

迎头法

将混合物不断地通入盛有固定相的色谱柱的一端,混合物本身起流动相的作用,这时混合物中吸附或溶解能力最弱的组分首先流过色谱柱,其后是吸附或溶解能力较强的第二组分和第一组分的混合物,以此类推,最后形成如图2e、f的色谱图,此法主要用于除去混合物中吸附或溶解能力较强的微量杂质组分。此法又称前沿分析。

冲洗色谱法组分的定性分析,是以在给定的操作条件下,进样后从色谱柱流出其最大浓度所需的时间来确定的,其含量是根据色谱图上所占的面积计算而得(图2 )。为了获得准确的定性结果,常将从色谱柱流出的组分收集后进行质谱(见质谱法)或光谱分析。现在也用色谱-质谱联用(见彩图)或色谱-光谱联用仪器,将色谱柱流出的组分直接送入质谱和光谱仪进行定性分析。新型的色谱仪都已采用微处理机处理定性和定量的数据。

图 质谱-质谱联用仪

应用

以气液色谱法和液固色谱法应用最广,过去以石油产品分析为主,现在已逐渐扩大到环境保护、生物学、医学等方面。以色谱理论和实践为基础、以微处理机为工具来进行智能色谱法分析,是今后发展的重要方向。

参考书目
  1. E.Heftmann,Chromatography,2nd ed.,Van Nostrand Reinhold Co., New York, 1967.

参考文章