液相色譜

液相色譜是一類分離與分析技術，其特點是以液體作為流動相，固定相可以有多種形式，如紙、薄板和填充牀等。在色譜技術發展的過程中，為了區分各種方法，根據固定相的形式產生了各自的命名，如紙色譜、薄層色譜和柱液相色譜。

經典液相色譜的流動相是依靠重力緩慢地流過色譜柱，因此固定相的粒度不可能太小(100μm～150μm左右)。分離後的樣品是被分級收集後再進行分析的，使得經典液相色譜不僅分離效率低、分析速度慢，而且操作也比較複雜。直到20世紀60年代．發展出粒度小於10μm的高效固定相，並使用了高壓輸液泵和自動記錄的檢測器，克服了經典液相色譜的缺點，發展成高效液相色譜，也稱為高壓液相色譜。

液相色譜按其分離機理，可分為四種類型。

吸附色譜法的固定相為吸附劑，色譜的分離過程是在吸附劑表面進行的，不進入固定相的內部。與氣相色譜不同，流動相(即溶劑)分子也與吸附劑表面發生吸附作用。在吸附劑表面，樣品分子與流動相分子進行吸附競爭，因此流動相的選擇對分離效果有很大的影響，一般可採用梯度淋洗法來提高色譜分離效率。

在聚合物的分析中，吸附色譜一般用來分離添加劑，如偶氮染料、抗氧化劑、表面活性劑等，也可用於石油烴類的組成分析。

這種色譜的流動相和固定相都是液體，樣品分子在兩個液相之間很快達到平衡分配，利用各組分在兩相中分配係數的差異進行分離，類似於萃取過程。

一般常用的固定液有β,β'-氧二丙腈(ODPN)、聚乙二醇(PEG400～4000)、三甲撐乙二醇(TMG)和角鯊烷(SQ)。採用與氣相色譜(GC)同樣的方法，將固定液塗漬在多孔的載體表面，但在使用中固定液易流失。目前，應用較多的是鍵合固定相。在這種固體相中，固定液不是塗在載體表面，而是通過化學反應在純硅膠顆粒表面鍵合上某種有機基團。

例如，利用氯代十八烷基硅烷與硅膠表面的羥基(-OH)之間的反應就可以形成一烷基化表面。這種固定液的優點是不易被流動相剝蝕。在分配色譜法中，流動相可為純溶劑，也可以採用混合溶劑進行梯度淋洗，其極性應與固定液差別大一些，以避免兩者之間相溶。通常可分為正相分配和反相分配，如圖1所示。

離子交換色譜通常用離子交換樹脂作為固定相。一般是樣品離子與固定相離子進行可逆交換，由於各組分離子的交換能力不同，從而達到色譜的分離。

離子交換色譜法是新發展起來的一項現代分析技術，已廣泛用於氨基酸、蛋白質的分析，也適合於某些無機離子(NO₃^-、SO₄^2-、Cl^-等無機陰離子和Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、K⁺等無機陽離子)的分離和分析，具有十分重要的作用。

目前，凝膠色譜法既適用於水溶液的體系，又適用於有機溶劑的體系。當所用的洗脱劑為水溶液時，稱為凝膠過濾色譜，其在生物界的應用比較多；採用有機溶劑為洗脱劑時，稱為凝膠滲透色譜，在高分子領域應用較多。

上述的四種不同類型的液相色譜．可以依據樣品性質的不同，選擇不同的方法，如圖2所示 ^[1]  。

液相色譜所用基本概念：保留值、塔板數、塔板高度、分離度、選擇性等與氣相色譜一致。液相色譜所用基本理論：塔板理論與速率方程也與氣相色譜基本一致，但由於在液相色譜中以液體代替氣相色譜中氣體作為流動相，而液體和氣體的性質不相同。此外，液相色譜所用的儀器設備和操作條件也與氣相色譜不同，所以，液相色譜與氣相色譜有一定的差別。

主要有以下幾方面：

①操作條件及應用範圍不同

對於氣相色譜，是加温操作。僅能分析在操作温度下能汽化而不分解的物質，對高沸點化合物、非揮發性物質、熱不穩定化合物、離子型化合物及高聚物的分離、分析較為困難，致使其應用受到一定程度的限制，據統計只有大約20%的有機物能用氣相色譜分析。而液相色譜是常温操作，不受樣品揮發度和熱穩定性的限制，它非常適合相對分子量較大，難汽化，不易揮發或對熱敏感的物質、離子型化合物和高聚物的分離分析，大約佔有機物的70%~80%。

②液相色譜能完成難度較高的分離工作

a.氣相色譜的流動相載氣是色譜惰性的，基本不參與分配平衡過程，與樣品分子無親和作用，樣品分子主要與固定相相互作用。而在液相色譜中流動相液體也與固定相爭奪樣品分子，為提高選擇性增加了一個因素。也可選擇不同比例的兩種或兩種以上的液體做流動相，增加分離的選擇性。

b.液相色譜固定相類型多，如離子交換色譜和排阻色譜等，作為分析時，選擇餘地大；而氣相色譜並不可能。

c.液相色譜通常在室温下操作，較低的温度，一般有利於色譜分離條件的選擇。

③由於液體的擴散性比氣體的小10⁵倍，因此，溶質在液相中的傳質速率慢，柱外效應就顯得特別重要；而在氣相色譜中，由色譜柱外區域引起的擴張可以忽略不計。

④液相色譜中，製備樣品簡單，回收樣品也比較容易，而且回收是定量的，適合於大量製備，但液相色譜尚缺乏通用的檢測器，一起比較複雜，價格昂貴。在實際應用中，這兩種技術是相互補充的。

綜上所述，液相色譜具有柱效高，選擇性高，靈敏性高，分析速度快，重複性好，應用範圍廣等優點，該法已成為現代分析技術的主要手段之一。目前在化學，化工，醫藥，生化，環保，農業等科學領域獲得廣泛的應用 ^[2]  。

高效液相色譜(HPLC)，是在經典液相色譜法的基礎上，於20世紀60年代後期引入了氣相色譜理論而迅速發展起來的。與經典液相色譜法的區別是填料顆粒小而均勻。因為較小的填充顆粒具有高柱效，但會引起高阻力，需用高壓輸送流動相，故又稱高壓液相色譜。

使用高效液相色譜時，液體待檢測物被注入色譜柱，通過壓力在固定相中移動，由於被測物種不同物質與固定相的相互作用不同，不同的物質順序離開色譜柱，通過檢測器得到不同的峯信號，最後通過分析比對這些信號來判斷待測物所含有的物質。高效液相色譜作為一種重要的分析方法，廣泛地應用於化學和生化分析中。高效液相色譜從原理上與經典的液相色譜沒有本質的差別，它的特點是採用了高壓輸液泵、高靈敏度檢測器和高效微粒固定相，適於分析高沸點不易揮發、分子量大、不同極性的有機化合物。

高效液相色譜系統主要由流動相儲液瓶、輸液泵、進樣器、色譜柱、檢測器和記錄儀組成，其整體組成類似於氣相色譜，但是針對其流動相為液體的特點作出很多調整。高效液相色譜的輸液泵要求輸液量恆定平穩，進樣系統要求進樣便利、切換嚴密。同時，由於液體流動相黏度遠遠高於氣體，為了減低柱壓，高效液相色譜的色譜柱一般比較粗，長度也遠小於氣相色譜柱。圖3所示為高效液相色譜儀的結構示意圖。

高效液相色譜應用非常廣泛，幾乎遍及定量定性分析的各個領域。

(1)分離混合物

高效液相色譜法只要求樣品能製成溶液，不受樣品揮發性的限制，流動相可選擇的範圍寬，固定相的種類繁多，因而可以分離熱不穩定和非揮發性的、離解的和非離解的以及各種分子量範圍的物質。

通過與試樣預處理技術相配合，高效液相色譜法所達到的高分辨率和高靈敏度，可分離並同時測定性質上十分相近的物質，能夠分離複雜混合物中的微量成分。並且隨着固定相的發展，還可在充分保持生化物質活性的條件下完成對其的分離。

(2)生化分析

由於高效液相色譜法具有高分辨率、高靈敏度、速度快、色譜柱可反覆利用，流出組分易收集等優點，因而被廣泛應用到生物化學、食品分析、醫藥研究、環境分析、無機分析等各種領域，並已成為解決生化分析問題最有前途的方法。

(3)儀器聯用

高效液相色譜儀與結構儀器的聯用是一個重要的發展方向。高效液相色譜一質譜聯用技術受到普遍重視，如分析氨基甲酸酯農藥和多核芳烴等：高效液相色譜一紅外光譜聯用也發展很快，如在環境污染分析測定水中的烴類等．使環境污染分析得到新的發展 ^[3]  。