色谱与色谱图
来源/作者:中国标准物质网  日期:2021-06-20

色谱实际上是俄国植物学家茨维特(M.S.Tswett)在1901年首先发现的。1903年3月,茨维特在华沙大学的一次学术报告中正式提出“chromatography”(色谱)一词,标志着色谱的诞生。他因此而被提名为1917年诺贝尔化学奖的候选人。当时,茨维特研究的是液相色谱(liquid chromatography,LC)的分离技术。气相色谱(GC)出现在20世纪40年代,英国人马丁(A.J.P.Martin)和辛格(R.L.M.Synge)在研究分配色谱理论的过程中,证实了气体作为色谱流动的可能性,并预言了GC的诞生。与此巧合的是,这两位科学家获得了当年的诺贝尔化学奖。尽管获奖成果是他们对分配色谱理论的贡献,但也有后人认为他们是因为GC而得奖的。这也从另一个方面说明了GC技术对整个化学发展的重要性。

虽然GC的出现较LC晚了50年,但其在此后20多年的发展中却是LC所望尘莫及的。从1955年第一台商品GC仪器的推出到1958年毛细管GC柱的问世,从毛细管GC理论的研究到各种检测技术的应用,GC很快从实验室的研究技术变成了常规分析手段,几乎形成了色谱领域GC独领风骚的局面。1970年以来,电子技术,特别是计算机技术的发展,使得GC色谱技术如虎添翼,1979年弹性石英毛细管柱的出现更使GC上了一个新台阶。反过来,色谱技术又大大促进了现代物质文明的发展。从航天飞机到航空母舰,都用GC来监测船舱中的气体质量。从食品、化妆品的生产工艺控制到产品质量检验,从物质鉴定到地质勘探,从疾病诊断、医药分析到考古发掘、环境保护,GC技术的应用极为广泛。

色谱法,又称层析法,是利用组分在两相间分配系数不同而进行分离的技术。根据其分离原理,有吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱和排阻色谱等方法。

吸附色谱:利用吸附剂对被分离物质的吸附能力不同,用溶剂或气体洗脱,以使组分分离。常用的吸附剂有氧化铝、硅胶、聚酰胺等有吸附活性的物质。

分配色谱:利用溶液中被分离物质在两相中的分配系数不同,以使组分分离。其中一相为液体,涂布或使之键合在固体载体上,称为固定相;另一相为液体或气体,称为流动相。常用的载体有硅胶、硅藻土、硅镁型吸附剂与纤维素粉等。
离子交换色谱:利用被分离物质在离子交换树脂上的离子交换势不同而使组分分离。常用的有不同强度的阳、阴离子交换树脂,流动相一般为水或含有有机溶剂的缓冲液。

排阻色谱:又称凝胶色谱或凝胶渗透色谱,是利用被分离物质分子质量大小的不同和在填料上渗透程度的不同,以使组分分离。常用的填料有分子筛、葡聚糖凝胶、微孔聚合物、微孔硅胶或玻璃珠等。可根据载体和试样的性质,选用水或有机溶剂为流动相。

色谱法的分离方法有柱色谱法、纸色谱法、薄层色谱法、气相色谱法、高效液相色谱法等。色谱所用溶剂应与试样不起化学反应,并应用纯度较高的溶剂。色谱的形成与检测信号如图2-1所示。

图2-1色谱的形成与检测信号

气相色谱技术极大地推动了我国农药残留分析的发展,大大提高了农药残留分析检测的水平。高效液相色谱法作为目前发展最快、应用最广泛的分析技术,对于气相色谱法不能分析的高沸点、热稳定性差和极性农药及其代谢物,原则上都可以进行有效的分离检测。质谱以及色谱质谱联用技术的应用,使农药残留分析从一种或几种农药发展到可同时测定不同种类的多种农药,实现了对多种类农药的高灵敏度定性、定量测定。

样品流经色谱柱和检测器,所得到的信号一时间曲线,又称色谱流出曲线(elution profile)。色谱图(chromatogram)是指被分离组分的检测信号随时间分布的图像。

图2-2 为色谱峰示意图。

图2-2 色谱峰流出曲线色谐图

死时间(dead time,tM):在色谱柱中无保留的溶质从进样器随流动相到达检测器所需要的时间,通常用tM表示(即图2-2中进样点在时间轴上投射的点到空气峰顶点在时间轴上投射的点距离,空气为不被固定相溶解或吸附的物质)。

调整保留时间(t'R):调整保留时间就是被保留的溶质停留在固定相上的时间(即图2-2中空气峰顶点在时间轴上投射的点到B点的距离)。

保留时间(retention time,tg):被保留化合物(溶质)从进样开始至流出峰最高点的时间,称为保留时间(单位为min)(即图2-2中进样点在时间轴上投射的点到B点的距离)。保留时间是t'R与tM之和,通常用tR表示,即tR=t'R+tM

峰高(peak height,h):峰的最高点至峰底(峰底是基线上峰的起点至终点的距离,即图2-2中C、D之间的距离)的距离。通俗地说就是色谱峰顶到基线(这时是画虚拟的虚线)的垂直距离。

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(即图2-2中I与J之间的距离)。

半峰宽(peak width at half height,W1/2):色谱峰高一半处的峰宽度(即图2-2中G与H之间的距离)。

基线(base line):仅有流动相或载气通过检测器系统时所产生信号的曲线。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。

噪声(noise):基线信号的波动。

峰面积(peak area,A):峰与峰底所包围的面积。

标准偏差(standard deviation,σ):正态分布曲线上两拐点间距离的一半。正常峰宽的拐点在峰高的0.607倍处(即图2-2中E与F之间距离的一半)。标准偏差的大小说明组分在流出色谱柱过程中的分散程度。σ小,分散程度小、极点浓度高、峰形瘦、柱效高;反之,σ大,峰形胖、柱效低。

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文章来源:《无机化学核心教程(第二版)》

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