吸附色譜

吸附色譜 又稱“液一固相色譜”。流動相是液體，固定相是化學性質不太活潑、表面積大的吸附劑(如活性碳、硅膠等)。當多成分的溶液滲過裝有細粉多孔吸附劑的柱體時，由於吸附劑對各成分的吸附力不同，產生選擇吸附。以適當淋洗液淋洗時，各成分在各層吸附劑與淋洗液之間不斷重複吸附與解吸過程，使各成分逐步分離。分段收集溶液，就可以測定各成分的含量。此法可分離有機物和無機物。

固體內部的分子所受的分子間作用力是對稱的，而固體表面的分子所受的力是不對稱的。向內的一面受內部分子的作用力較大，而向外的一面所受的作用力較小，因而當氣體分子或溶液中溶質分子在運動過程中碰到固體表面時就會被吸引而停留在固體表面上。吸附劑與被吸附物分子之間的相互作用是由可逆的範德華力所引起的，故在一定的條件下，被吸附物可以離開吸附劑表面，這稱為解吸作用。吸附色譜就是通過連續的吸附和解吸附完成的。

吸附色譜在色譜分離中佔有非常重要的地位，只要吸附劑和流動相選擇得當，幾乎可以用來分離所有類型的化合物。目前大多數液一固色譜分離都是以全多孔硅膠為固定相。考慮到柱子的耐久性和可靠性，在常規工廠生產控制和不太困難的分離中，用薄殼型硅膠柱往往是更好的選擇，因為薄殼填料柱易於製備、不容易堵塞，並且容易平衡和再生。對於大量樣品的製備分離，通常採用50μm粒徑的多孔硅膠柱。

若各種流動相使用無效或樣品在硅膠柱中發生反應或損失時，可更換為氧化鋁柱，以改變選擇性。如分析鹼性樣品時，一般用氧化鋁柱。

在吸附色譜分離中，需要選擇的第二個條件是流動相。在確定了具有適當強度和選擇性的溶劑之後，就可以使用吸附色譜來分離樣品。對於ε⁰>0.1值（ε⁰是溶劑的強度參數，它的物理意義是在特定吸附劑上單位面積溶劑的吸附能）的非水溶性溶劑，可使用50%水飽和的流動相。對於較弱的流動相，可加入0.02～0.1體積的乙腈代替水。而對於水溶性流動相，可加入0.05～0.2體積的水。

關於樣品量，在使用全多孔硅膠柱時，每g吸附劑可注入多達1 mg的樣品。但對於高效柱來説，當樣品量大於50 μg/g時。就可能對分離造成影響。對於容量較小的高效柱(15x0.5 cm，5μm)，進樣量一般為25～50μL，而對於較長和較粗的柱子進樣量為50～400μL。除此之外，還要考慮温度的影響，如果保留時間必須控制在嚴格的範圍之內，柱子應恆温在室温附近 ^[1]  。

吸附色譜的分離效果，決定於吸附劑、溶劑和被分離化合物的性質這三個因素。

(1)吸附劑

凡能夠將其他物質聚集到自己表面上的物質，都稱為吸附劑。能聚集於吸附劑表面的物質稱為被吸附物。在吸附色譜中應用的吸附劑一般為固體。常用的吸附劑有硅膠、氧化鋁、活性炭、硅酸鎂、聚酰胺、硅藻土等。

①硅膠

色譜用硅膠為一多孔性物質，分子中具有硅氧烷的交聯結構，同時在顆粒表面又有很多硅醇基，硅膠吸附作用的強弱與硅醇基的含量多少有關。硅膠是一種酸性吸附劑，適用於中性或酸性成分的色譜分離。

②氧化鋁

多孔Al₂O₃的聚合物，吸附性能也可通過改變其含水量加以控制。分酸性、鹼性和中性三種，酸性氧化鋁(pH4～5)適合於分離酸性化合物，鹼性氧化鋁(pH9～10)適合於分離鹼性化合物，中性氧化鋁(pH7)適合於分生物鹼、揮發油、萜類、甾體及在酸、鹼中不穩定的苷類、酯類等化合物。

③活性炭

是使用較多的一種非極性吸附劑。色譜用中選用顆粒活性炭。目前，多用於在純化過程中進行脱色和脱臭等操作中的簡單吸附過程。

(2)溶劑

色譜過程中溶劑的選擇，與組分分離關係極大。在柱色譜時所用的溶劑(單一劑或混合溶劑)習慣上稱洗脱劑，用於薄層色譜或紙色譜時常稱展開劑。洗脱劑的選擇，須根據被分離物質與所選用的吸附劑性質這兩者結合起來加以考慮，在用極性吸附劑進行色譜分離時，當被分離物質為弱極性物質，一般選用弱極性溶劑為洗脱劑；被分離物質為強極性成分，則須選用極性溶劑為洗脱劑。如果對某一極性物質用吸附性較弱的吸附劑(如以硅藻土或滑石粉代替硅膠)，則洗脱劑的極性亦須相應降低。

(3)被分離物質的性質

被分離的物質與吸附劑、洗脱劑共同構成吸附色譜中的三個要素，彼此緊密相關。在指定吸附劑與洗脱劑的條件下，各個成分的分離情況直接與被分離物質的結構與性質有關。

吸附色譜中目前最常用的固定相是硅膠，其次是氧化鋁，為了某些樣品的分離，也使用苯乙烯一二乙烯苯等聚合物作為吸附劑。硅膠表面的Si—OH是最主要的吸附點，氧化鋁中Al3⁺是顯著的吸附中心。選擇吸附劑的原則是樣品的性質和吸附劑本身具有的品質。這些品質包括顆粒形狀、顆粒直徑、表面積、孔徑以及吸附劑表面的酸鹼性等。

硅膠吸附劑有兩大類：表面多孔型和全多孔型。全多孔微粒硅膠按形狀又分為球形和非球形，後者又稱為無定形。非球形硅膠製造工藝簡單，價格比較便宜。‘球形硅膠機械強度好，顆粒度均一，是比較好的高效液相色譜填充物。顆粒度一般為5～10μm，常選5μm。

固定相承受樣品量的能力是有限的，它以單位重量的硅膠上能夠負載的樣品量來表示，稱為線性容量。線性容量依賴於固定相的比表面積和表面的均勻程度。微粒硅膠的表面積一般為10～500 m²/g(通常大於200 m²/g)，它們的線性容量為10^-3～10^-4/g。固定相的孔徑從6到幾十nm，甚至上百nm。選擇孔徑主要根據溶質分子的大小。小分子選用7～12 nm孔徑的，大分子選用30 nm左右，一般來説孔的直徑要比被分析樣品分子的直徑大3倍。

硅膠表面的pH值大約為5，鹼性氧化鋁的pH值為12。由於硅膠表面的pH值對大多數樣品沒有催化和強的保留現象，因此常常使用硅膠柱。對於鹼性化合物，例如吡啶和胺類選擇硅膠可能不合適，可選用鍵合固定相實現分離與分析，氧化鋁已很少使用。

在吸附色譜中，固定相是極性吸附劑，因此流動相多以非極性溶劑為主。可作為流動相的溶劑很多，這些溶劑大致可分為3類：一類是非極性的，如正己烷等烴類；一類是中等極性的，主要是滷代烷、酯類；一類是極性的，醇和乙腈；等等。水雖然是極性很強的溶劑，但水分子會永久地吸附在吸附劑的表面，導致活性降低而失去分離作用。但有時也充分利用水的被吸附的特性，如分析甾類化合物，在流動相中添加少量高極性的物質，例如水，使其佔據部分活性中心，達到吸附劑降活的目的，從而能得到很好的分離。為此目的往往採用水。

溶劑選擇有兩個原則：一是溶劑強度；二是溶劑的選擇性。溶劑強度決定了溶質保留時間。為了改善組分的分離，可延長分析時間。但溶質對的分離最終取決於溶劑的選擇性。在液相色譜中使用單一溶劑的情況很少，多數情況下都採用混合溶劑。混合溶劑指流動相由兩種或多種溶劑按一定比例組合而成的，每一種溶劑稱為一元。一般使用二元、三元溶劑的較多，超過三元的混合溶劑很少採用。在吸附色譜中，混合溶劑的溶劑強度和二元混合物(A/B)中B的體積百分比不呈線性。對於佔ε⁰值（ε⁰是溶劑的強度參數，它的物理意義是在特定吸附劑上單位面積溶劑的吸附能）差別較大的A和B兩種溶劑(如四氫呋喃/正己烷)，混合後，若日的濃度減少2倍，則樣品的保留時間將增加2—4倍。圖1列出了等強度時若干二元溶劑的配比。類似的圖示，在其他文獻中都可以找到。

混合溶劑有兩種情況，一是大比例混合；二是在主要溶劑中添加少量的極性化合物。後者也稱為改性劑。溶質的保留在這兩種情況下不一樣，前者依賴於各種溶劑的選擇性，後者主要依賴於所添加的少量極性溶劑 ^[2]  。

吸附色譜在生物技術領域有比較廣泛的應用，主要體現在對生物小分子物質的分離。生物小分子物質相對分子質量小，結構和性質比較穩定，操作條件要求不太苛刻，其中生物鹼、萜類、苷類、色素等次生代謝小分子物質常採用吸附色譜或反相色譜進行分離。吸附色譜在天然藥物的分離製備中也佔有很大的比例 ^[3]  。