色譜儀原理及分類(lèi)

　　為進(jìn)行色譜分離分析用的裝置。包括進(jìn)樣系統、檢測系統、記錄和數據處理系統、溫控系統以及流動(dòng)相控制系統等�，F代的色譜儀具有穩定性、靈敏性、多用性和自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。有氣相色譜儀、液相色譜儀和凝膠色譜儀等。這些色譜儀廣泛地用于化學(xué)產(chǎn)品，高分子材料的某種含量的分析，凝膠色譜還可以測定高分子材料的分子量及其分布。

　　色譜工作原理

　　色譜法也叫層析法，它是一種高效能的物理分離技術(shù)，將它用于分析化學(xué)并配合適當的檢測手段，就成為色譜分析法。

　　色譜法的最早應用是用于分離植物色素，其方法是這樣的：在一玻璃管中放入碳酸鈣，將含有植物色素(植物葉的提取液)的石油醚倒入管中。此時(shí)，玻璃管的上端立即出現幾種顏色的混合譜帶。然后用純石油醚沖洗，隨著(zhù)石油醚的加入，譜帶不斷地向下移動(dòng)，并逐漸分開(kāi)成幾個(gè)不同顏色的譜帶，繼續沖洗就可分別接得各種顏色的色素，并可分別進(jìn)行鑒定。色譜法也由此而得名。

　　現在的色譜法早已不局限于色素的分離，其方法也早已得到了極大的發(fā)展，但其分離的原理仍然是一樣的。我們仍然叫它色譜分析。

　　氣相色譜儀

　　氣體工業(yè)名詞術(shù)語(yǔ)。一種對混合氣體中各組分進(jìn)行分析檢測的儀器。樣品由載氣帶入，通過(guò)對欲檢測混合物中組分有不同保留性能的色譜柱，使各組分分離，依次導入檢測器，以得到各組分的檢測信號。按照導入檢測器的先后次序，經(jīng)過(guò)對比，可以區別出是什么組分，根據峰高度或峰面積可以計算出各組分含量。通常采用的檢測器有：熱導檢測器，火焰離子化檢測器，氦離子化檢測器，超聲波檢測器，光離子化檢測器，電子捕獲檢測器，火焰光度檢測器，電化學(xué)檢測器，質(zhì)譜檢測器等。

　　氣相色譜儀的構造

　　氣相色譜儀的基本構造有兩部分，即分析單元和顯示單元。前者主要包括起源及控制計量裝 置﹑進(jìn)樣裝置﹑恒溫器和色譜柱。后者主要包括檢定器和自動(dòng)記錄儀。色譜柱(包括固定相)和檢定器是氣相色譜儀的核心部件。

　　操作

　　1)操作要點(diǎn)

　　1. 參照所屬儀器的說(shuō)明書(shū)擺放好儀器，將有關(guān)插頭對號入座，接地線(xiàn)要牢固接地。

　　2. 將層析柱接入氣路，檢查氣路是否漏氣，熟悉高壓氣瓶的用法;開(kāi)總壓閥->調節減壓閥(使壓力為2×10Pa)->調節穩壓閥﹑針形閥，使載氣流速達到所需要求。

　　3. 加熱層析柱至所需溫度(波動(dòng)值< 0.5℃)。加熱進(jìn)樣器，使其溫度稍高于樣品組分的最高沸點(diǎn)。加熱檢定器，使其溫度與柱溫相同或稍高，切勿低于柱溫，以防樣品蒸氣冷凝污染鑒

　　定器。

　　4. 打開(kāi)檢定器溫壓開(kāi)關(guān)，開(kāi)動(dòng)記錄儀放大部件(對氫火焰離子化檢定器是啟動(dòng)直流放大器)。調節檢定器，使基線(xiàn)穩定，定好零點(diǎn)，即可開(kāi)始進(jìn)樣分析。

　　5. 樣品為液體時(shí)，可直接用微量注射器由進(jìn)樣口注入，若樣品為氣體時(shí)，即可用氣體六通閥或直接用注射器進(jìn)樣。

　　2)條件的選擇

　　在選好色譜柱的前提下，還應注意下述各點(diǎn)：

　　1. 載氣流速。用氫作載氣時(shí)，一般填充柱之載氣流速為5～10厘米/秒的線(xiàn)性速度。適當的流速，有利于提高分辨率。

　　2. 柱溫。通常采用與樣品平均沸點(diǎn)相等或高出10度的柱溫為宜。但是，在氣液色譜中，流動(dòng)相以恒溫進(jìn)入色譜柱時(shí)，將使相似化合物早餾出峰互相重疊，晚餾出峰寬度增加。若改為單階

　　梯式或多階梯式線(xiàn)性程序升溫方式，則可大大提高其分辨率。在選擇初步(化合物中最低沸點(diǎn))升溫速率(0.5～6℃/分)和最終溫度(化合物中最高沸點(diǎn)，但不高于固定相的沸點(diǎn))的

　　基礎上，經(jīng)過(guò)試驗就可找出與理想分辨率有關(guān)的柱溫。

　　3. 進(jìn)樣的體積與速度。普通填充柱的氣體樣品進(jìn)樣量為0.1～1毫升，液體樣品為0.1～2毫升。進(jìn)樣體積過(guò)大，會(huì )使峰形扁平甚至重疊，有時(shí)還會(huì )出現畸形峰，不利于測量面積。此外，氫

　　火焰離子化檢定器的進(jìn)樣量應比熱導池檢定器小。至于進(jìn)樣速度，原則上要求越快越好，這樣可提高分離效果，降低進(jìn)樣誤差。

　　高效液相色譜

　　高效液相色譜(High Performance Liquid Chromatography簡(jiǎn)稱(chēng)HPLC)又稱(chēng)高速或高壓液相色譜。該方法是吸收了普通液相層析和氣相色譜的優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過(guò)適當改進(jìn)發(fā)展起來(lái)的。它既有普通液相層析的功能(可在常溫下分離制備水溶性的物質(zhì))，又有氣相色譜的特點(diǎn)(即高壓，高速，高分辨率和高靈敏度);它不僅適應于很多不易揮發(fā)，難熱分解物質(zhì)的定性和定量分析，而且也適用于上述物質(zhì)的制備和分離。

　　高效液相色譜按其固定相的性質(zhì)可分為高效凝膠色譜，疏水性高效液相色譜，反相高效液相色譜高效離子交換液相色譜，高效親和液相色譜以及高效聚焦液相色譜等類(lèi)型。用不同類(lèi)型的高效液相色譜分離或分析各種化合物的原理基本上與相對應的普通液相層析的原理相似。其不同之處是高效液相色譜靈敏，快速，分辨率高，重復性好，且須在色譜儀中進(jìn)行。

　　離子色譜儀

　　離子色譜是高效液相色譜的一種，是分析陰陽(yáng)離子的一種液相色譜方法，該方法具有選擇性好、靈敏、快速、簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，并且可以同時(shí)測定多種組分。

　　通常情況下，離子色譜可以分為三種類(lèi)型：離子交換色譜、離子排斥色譜、離子對色譜。

　　離子交換色譜

　　離子交換色譜以離子間作用力不同為原理，主要用于有機和無(wú)機陰、陽(yáng)離子的分離。

　　離子排斥色譜

　　離子排斥色譜基于Donnan排隊斥作用，是利用溶質(zhì)和固定相之間的非離子性相互作用進(jìn)行分離的。它主要用于機弱酸和有機酸的分離，也可以用于醇類(lèi)、醛類(lèi)、氨基酸和糖類(lèi)的分離。

　　離子對色譜

　　離子對色譜的分離機理是吸附、分離的選擇性主要由流動(dòng)相決定。

　　該方法主要用于表面活性陰離子和陽(yáng)離子以及金屬絡(luò )合物的分離。

　　下面我們以離子交換色譜為例簡(jiǎn)單介紹一下離子色譜的原理。

　　一事實(shí)上酸度下，樣品離子和固定相基團之間存在著(zhù)相互作用，對于不同的樣品離子，這種作用的大小是不同的。因此在隨流動(dòng)相通過(guò)色譜柱的過(guò)程中，作用力強的樣品離子保留時(shí)間要比作用力弱的離子長(cháng)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，就可以實(shí)現樣品的分離。

　　以陰離子的分離為例說(shuō)明一下離子色譜的分離過(guò)程。

　　在色譜柱中，填充了無(wú)數的離子交換劑作為離子分離的固定相，固定相上吸附了很多陽(yáng)離子。

　　充滿(mǎn)色譜柱的流動(dòng)相為某種鹽的溶液，在沒(méi)有樣品進(jìn)入時(shí)，流動(dòng)相中的陰離子和固定相的陽(yáng)離子保持平衡。

　　樣品中含有兩種待分離陰離子，基中體積較大的A與固定相的正電荷作用力較大，而體積較小的B作用力小。

　　在樣品進(jìn)入色譜柱后，陰離子A、B與流動(dòng)相陰離子一同前進(jìn)，三種離子不斷的交替占據與固定相陽(yáng)離子相吸的位置;樣品陰離子A與正電荷的作用力較大因而移動(dòng)較慢，而B(niǎo)移動(dòng)較快，從而實(shí)現了分離。

　　最終，因為流動(dòng)相陰離子的數量有絕對優(yōu)勢，所以樣品陰離子A、B都分流出色譜柱，對在不同時(shí)間流出色譜柱，對在不同時(shí)間流出色譜柱的樣品離子進(jìn)行檢測，就可以知道樣品組分的種類(lèi)與含量。

　　離子色譜儀的典型結構由輸液泵、進(jìn)樣閥、色譜柱、抑制柱、檢測器和數據處理系統組成。

　　輸液泵

　　雙頭往復泵是非常常用的一種輸液泵，它由電機帶動(dòng)凸輪轉動(dòng)，兩個(gè)柱塞桿往復運動(dòng)，吸入排出流動(dòng)相。兩個(gè)柱塞桿的移動(dòng)有一個(gè)時(shí)間差，正好補償流動(dòng)相輸出的脈沖，因而流速相當平穩。

　　進(jìn)樣閥

　　量常用的進(jìn)樣方法是六通閥進(jìn)樣，這種方法進(jìn)樣量的可變范圍大，耐高壓，而且易于自動(dòng)化。

　　色譜柱

　　分離系統的主要元件是色譜柱，它是色譜分離過(guò)程中存放固定相的場(chǎng)所。離子色譜儀的柱填料是離子色譜儀研究的熱點(diǎn)，是離子色譜儀發(fā)展的主要推動(dòng)力，發(fā)展很快。

　　離子栓測器分為兩大類(lèi)，即電化學(xué)檢測器和光學(xué)栓測器，電化學(xué)檢測器包括電導、直流安培、脈沖安培和積分安培等，而光學(xué)檢測器包括紫外、或見(jiàn)光和熒光檢測器。

　　其中電導檢測器是離子色譜最重要的檢測器，現簡(jiǎn)單介紹如下。

　　所有的離子化合物(有機離子、無(wú)機離子、強酸和強堿)以及可被解離的化合物(弱酸和弱堿)的水溶液都能夠導電。電導檢測器就是以離子色譜流動(dòng)相中導電的變化作為定量的依據的。

　　電導檢測器的結構比較簡(jiǎn)單、檢測池在兩個(gè)電極中間，當在電極上加上電壓時(shí)，栓測池內溶液中的離子就會(huì )產(chǎn)生運動(dòng)。通過(guò)對運動(dòng)產(chǎn)生的電流的測量就可以知道溶液中離子的濃度。

　　而如果流動(dòng)相的導電性很高，而樣品的導電性較低，那么電導檢測器就不會(huì )有效的檢測出樣品離子的濃度。

　　因此，人們在色譜柱和電導檢測器之間加上了一個(gè)抑制柱，它可以改變流動(dòng)相和樣品的導電性，從而使樣品離子得到靈敏的檢測。

　　就用和發(fā)展

　　經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，離子色譜已經(jīng)在生產(chǎn)生活的各種領(lǐng)域發(fā)揮著(zhù)重要的作用。

　　環(huán)境分析

　　離子色譜在其產(chǎn)生初期最重要的應用便是環(huán)境樣品的分析，其應用對象主要是環(huán)境樣品中各種陰、陽(yáng)離子的定性、定量分析。

　　作為一種快速準確而有效果分析方法，離子色譜廣泛應用于微電子、電力工業(yè)中高純水、高純試劑痕量雜質(zhì)的分析。

　　食品飲料分析

　　與傳統的分析方法相比，離子色譜法的突出優(yōu)點(diǎn)是多組分同時(shí)進(jìn)行分析，樣品處理簡(jiǎn)單，因此成為食品和飲料中陰陽(yáng)離子、有機酸、胺和糖類(lèi)分析的較好方法。

　　聯(lián)用技術(shù)

　　離子色譜聯(lián)用技術(shù)是離子色譜發(fā)展的一個(gè)方向。聯(lián)用技術(shù)的發(fā)展，使得離子色譜分析技術(shù)的應用范圍和檢測靈敏度有了很大的提高，關(guān)于離子色譜--原子吸收(發(fā)射)光譜、離子色譜--電感耦合等離子體、離子色--質(zhì)譜的聯(lián)用已有不少報道。