色谱技术

色谱技术是如何分离化合物的？

复杂混合物中的不同物质（= 样品）在色谱系统的色谱柱中被分离。样品借助流动相通过含有固定相的色谱柱。当流动相穿过色谱柱时，分析物与固定相之间会发生相互作用。这会导致分析物被滞留（= 保留），从而在一定的时间延迟后离开色谱柱（= 洗脱），即保留时间。分析物与固定相之间作用的强度和持续时间取决于分析物和固定相的化学与物理性质。由于不同分析物的保留程度不同，从而实现复杂混合物中各组分的分离。

最广为人知、使用最频繁的色谱分析方法是高效液相色谱（HPLC）和气相色谱（GC）。两者的主要区别之一是所使用的流动相和固定相不同。在 GC 中，氦气或氢气等惰性载气被用作流动相。固定相以薄膜形式附着在色谱柱的内壁上，色谱柱的长度通常为15–60米，内径为0.1–0.7毫米。

在HPLC中，使用有机液体溶剂作为流动相。固定相为表面改性的球形颗粒，填充在圆柱形色谱柱中。色谱柱的典型长度为50–150毫米，内径为2–5毫米。\[1–6]

关于色谱技术，您还需要了解哪些内容？

GC 可用于分析可在不分解的情况下转化为气相的物质。通常在分析过程中，柱箱温度会持续且受控地升高（梯度洗脱），从而可以分析例如含有沸点或蒸气压差异较大的分析物的样品。GC 中物质得以分离的原因，一方面是分析物与固定相之间的相互作用，另一方面是分析物的蒸气压（通常以沸点作为替代）。

HPLC 通常用于分析溶解在有机溶剂中的物质或提取物。为了尽可能实现大量分析物的良好分离，色谱分离过程中通常会改变流动相的组成（梯度洗脱）。一般会使用两种或四种溶剂或混合物，并通过二元或四元泵输送。与 GC 不同，LC 中实现色谱分离的主要原因是分析物与固定相之间的相互作用以及分析物在流动相中的溶解性。[2–6]

分离后的物质是如何被检测的？

用于检测洗脱分析物的检测器种类多样。例如，HPLC 常使用二极管阵列检测器（DAD），而 GC 通常配备火焰离子化检测器（FID）。如今，相较于其他检测器，质谱仪（MS）的应用越来越广泛。质谱仪适用于诸如样品中所含物质不明确，或需要实现极低的检测与定量限等情形。质谱仪可与 GC 或 LC 联用，两者的工作原理大致相同。首先，从色谱系统中洗脱出的物质会被电离，所产生的分子离子再通过电场传输至质谱分析器。在分析器中，分子离子根据质荷比（m/z）被分离，随后转化为电信号，从而实现检测和图谱绘制。

质谱仪的具体结构因联用方式不同而有所差异。在与 GC 联用的 MS 中，洗脱出的分子通常在高真空条件下被电子束轰击，这不仅会使分子失去一个电子，还会因多余能量导致分子离子碎裂，生成质量较低的碎片离子。在 GC-MS 分析中，分析物通常不是通过分子离子的 m/z 比来识别的，因为分子离子在质谱图中有时已无法识别。然而，这种碎裂模式具有很好的重现性，因此可通过数据库进行物质鉴定。实际操作中，往往将实测质谱图与数据库中的质谱图进行比对作为识别依据之一。在 LC 联用质谱中，电离过程并非发生在真空中，而是在常压下进行。此外，这类电离源中还伴随流动相（溶剂）的蒸发。[2–4,7]

谁最早提出了色谱法？

色谱法这一技术最早由俄国植物学家米哈伊尔·谢苗诺维奇·茨维特于1903年发表。[8] 他利用该技术分离植物色素，例如叶绿素。为此，他使用装有粉末状白垩和/或氧化铝的玻璃管。在加入溶剂并借助重力作用下，色素沿色谱柱向下移动，并在此过程中被分离。最终，茨维特在色谱柱上观察到不同颜色的分离带。由于出现了彩色带，他将这种技术命名为“chromatography（色谱法）”。该词源于希腊语中的“chroma”（颜色）和“graphein”（书写）。[1,8]

如果我想分析一块巧克力，该如何将其引入分析系统？

正如您可以想象的，巧克力并不能直接放入分析系统中。与咖啡、茶或香料等其他样品一样，必须事先进行样品前处理。为了将样品制备成可分析的形式，处理过程可能非常复杂。在最简单的情况下，使用液体溶剂对均质化样品进行萃取，从而提取出分析物。

为了避免分析仪器受到污染并实现低检测限，通常还需要进一步的纯化步骤，例如过滤、固相萃取（SPE）或离心。这类样品前处理方法通常需要大量有毒溶剂。

作为替代，可采用所谓的微萃取技术，如 SBSE [9]、TF-SPME [10,11] 或 SPME [12,13]。与用于挥发性分析物的样品前处理方法类似（如顶空技术 [14]、热脱附或动态顶空），微萃取技术几乎不需要使用有机溶剂。因此，这些方法不仅更环保、更具成本效益，同时也提升了实验室的职业安全性。

参考资料与文献推荐

1. K. Kaltenböck, Chromatographie für Dummies, 1. Auflage, Wiley-VCH, Weinheim, 2010. [Note: German only]
2. G. Schwedt, T. C. Schmidt, O. J. Schmitz, Analytische Chemie: Grundlagen, Methoden und Praxis, 3. Auflage, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2017. [Note: German only]
3. M. Otto, Analytische Chemie, 4. Auflage, Wiley-VCH, Weinheim, 2014. [Note: German only]
4. K. Cammann, Instrumentelle analytische Chemie: Verfahren, Anwendungen, Qualitätssicherung, 1. Auflage, Spektrum Akad. Verl., Heidelberg, 2010. [Note: German only]
5. S. Kromidas, Der HPLC-Experte: Möglichkeiten und Grenzen der modernen HPLC, Wiley-VCH, Weinheim, 2014. [Note: German only]
6. S. Kromidas, Der HPLC-Experte II: So nutze ich meine HPLC / UHPLC optimal!, Wiley-VCH, Weinheim, 2015. [Note: German only]
7. J. H. Gross, Mass Spectrometry: A Textbook, Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, 2011.
8. M. Tswett, Adsorptionsanalyse und chromatographische Methode. Anwendung auf die Chemie des Chlorophylls, Berichte der deutschen botanischen Gesellschaft 24 (1906) 384.
9. E. Baltussen, P. Sandra, F. David, C. Cramers, Stir bar sorptive extraction (SBSE), a novel extraction technique for aqueous samples: theory and principles, J. Micro. Sep.,11.10 (1999): 737-747. https://doi.org/10.1002/(SICI)1520-667X(1999)11:10<737::AID-MCS7>3.0.CO;2-4
10. I. Bruheim, X. Liu, J. Pawliszyn, Thin-film microextraction, Anal. Chem. 75 (2003) 1002–1010. https://doi.org/10.1021/ac026162q.
11. R. Jiang, J. Pawliszyn, Thin-film microextraction offers another geometry for solid-phase microextraction, TrAC Trends in Analytical Chemistry 39 (2012) 245–253. https://doi.org/10.1016/j.trac.2012.07.005.
12. J. Pawliszyn, Handbook of Solid Phase Microextraction, Chemical Industry Press, Peking, 2009.
13. C. L. Arthur, J. Pawliszyn, Solid phase microextraction with thermal desorption using fused silica optical fibers. Anal. Chem. 1990, 62, 19, 2145–2148. https://doi.org/10.1021/ac00218a019
14. B. Kolb, L. S. Ettre, Static Headspace-Gas Chromatography: Theory and Practice, Wiley-VCH, New York, 1997.