色譜與色譜圖

時間：2023-03-25 15:23:38來源：food欄目：食品快速檢測閱讀：

色譜與色譜圖

[db:作者] / 2022-11-28 00:00

色譜實(shí)際上是俄國植物學(xué)家茨維特(M.S.Tswett)在1901年首先發(fā)現(xiàn)的。1903年3月，茨維特在華沙大學(xué)的一次學(xué)術(shù)報告中正式提出“chromatography”(色譜)一詞，標(biāo)志著色譜的誕生。他因此而被提名為1917年諾貝爾化學(xué)獎的候選人。當(dāng)時，茨維特研究的是液相色譜(liquid chromatography，LC)的分離技術(shù)。氣相色譜(GC)出現(xiàn)在20世紀(jì)40年代，英國人馬丁(A.J.P.Martin)和辛格(R.L.M.Synge)在研究分配色譜理論的過程中，證實(shí)了氣體作為色譜流動的可能性，并預(yù)言了GC的誕生。與此巧合的是，這兩位科學(xué)家獲得了當(dāng)年的諾貝爾化學(xué)獎。盡管獲獎成果是他們對分配色譜理論的貢獻(xiàn)，但也有后人認(rèn)為他們是因?yàn)镚C而得獎的。這也從另一個方面說明了GC技術(shù)對整個化學(xué)發(fā)展的重要性。

雖然GC的出現(xiàn)較LC晚了50年，但其在此后20多年的發(fā)展中卻是LC所望塵莫及的。從1955年第一臺商品GC儀器的推出到1958年毛細(xì)管GC柱的問世，從毛細(xì)管GC理論的研究到各種檢測技術(shù)的應(yīng)用，GC很快從實(shí)驗(yàn)室的研究技術(shù)變成了常規(guī)分析手段，幾乎形成了色譜領(lǐng)域GC獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷的局面。1970年以來，電子技術(shù)，特別是計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使得GC色譜技術(shù)如虎添翼，1979年彈性石英毛細(xì)管柱的出現(xiàn)更使GC上了一個新臺階。反過來，色譜技術(shù)又大大促進(jìn)了現(xiàn)代物質(zhì)文明的發(fā)展。從航天飛機(jī)到航空母艦，都用GC來監(jiān)測船艙中的氣體質(zhì)量。從食品、化妝品的生產(chǎn)工藝控制到產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)，從物質(zhì)鑒定到地質(zhì)勘探，從疾病診斷、醫(yī)藥分析到考古發(fā)掘、環(huán)境保護(hù)，GC技術(shù)的應(yīng)用極為廣泛。

色譜法，又稱層析法，是利用組分在兩相間分配系數(shù)不同而進(jìn)行分離的技術(shù)。根據(jù)其分離原理，有吸附色譜、分配色譜、離子交換色譜和排阻色譜等方法。

吸附色譜：利用吸附劑對被分離物質(zhì)的吸附能力不同，用溶劑或氣體洗脫，以使組分分離。常用的吸附劑有氧化鋁、硅膠、聚酰胺等有吸附活性的物質(zhì)。

分配色譜：利用溶液中被分離物質(zhì)在兩相中的分配系數(shù)不同，以使組分分離。其中一相為液體，涂布或使之鍵合在固體載體上，稱為固定相；另一相為液體或氣體，稱為流動相。常用的載體有硅膠、硅藻土、硅鎂型吸附劑與纖維素粉等。

離子交換色譜：利用被分離物質(zhì)在離子交換樹脂上的離子交換勢不同而使組分分離。常用的有不同強(qiáng)度的陽、陰離子交換樹脂，流動相一般為水或含有有機(jī)溶劑的緩沖液。

排阻色譜：又稱凝膠色譜或凝膠滲透色譜，是利用被分離物質(zhì)分子質(zhì)量大小的不同和在填料上滲透程度的不同，以使組分分離。常用的填料有分子篩、葡聚糖凝膠、微孔聚合物、微孔硅膠或玻璃珠等。可根據(jù)載體和試樣的性質(zhì)，選用水或有機(jī)溶劑為流動相。

色譜法的分離方法有柱色譜法、紙色譜法、薄層色譜法、氣相色譜法、高效液相色譜法等。色譜所用溶劑應(yīng)與試樣不起化學(xué)反應(yīng)，并應(yīng)用純度較高的溶劑。色譜的形成與檢測信號如圖2-1所示。

圖2-1色譜的形成與檢測信號

氣相色譜技術(shù)極大地推動了我國農(nóng)藥殘留分析的發(fā)展，大大提高了農(nóng)藥殘留分析檢測的水平。高效液相色譜法作為目前發(fā)展最快、應(yīng)用最廣泛的分析技術(shù)，對于氣相色譜法不能分析的高沸點(diǎn)、熱穩(wěn)定性差和極性農(nóng)藥及其代謝物，原則上都可以進(jìn)行有效的分離檢測。質(zhì)譜以及色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)的應(yīng)用，使農(nóng)藥殘留分析從一種或幾種農(nóng)藥發(fā)展到可同時測定不同種類的多種農(nóng)藥，實(shí)現(xiàn)了對多種類農(nóng)藥的高靈敏度定性、定量測定。

樣品流經(jīng)色譜柱和檢測器，所得到的信號一時間曲線，又稱色譜流出曲線(elution profile)。色譜圖(chromatogram)是指被分離組分的檢測信號隨時間分布的圖像。

圖2-2 為色譜峰示意圖。

圖2-2 色譜峰流出曲線色諧圖

死時間(dead time，tM)：在色譜柱中無保留的溶質(zhì)從進(jìn)樣器隨流動相到達(dá)檢測器所需要的時間，通常用tM表示(即圖2-2中進(jìn)樣點(diǎn)在時間軸上投射的點(diǎn)到空氣峰頂點(diǎn)在時間軸上投射的點(diǎn)距離，空氣為不被固定相溶解或吸附的物質(zhì))。

調(diào)整保留時間(tR)：調(diào)整保留時間就是被保留的溶質(zhì)停留在固定相上的時間(即圖2-2中空氣峰頂點(diǎn)在時間軸上投射的點(diǎn)到B點(diǎn)的距離)。

保留時間(retention time，tg)：被保留化合物(溶質(zhì))從進(jìn)樣開始至流出峰最高點(diǎn)的時間，稱為保留時間(單位為min)(即圖2-2中進(jìn)樣點(diǎn)在時間軸上投射的點(diǎn)到B點(diǎn)的距離)。保留時間是tR與tM之和，通常用tR表示，即tR=tR+tM。

峰高(peak height，h)：峰的最高點(diǎn)至峰底(峰底是基線上峰的起點(diǎn)至終點(diǎn)的距離，即圖2-2中C、D之間的距離)的距離。通俗地說就是色譜峰頂?shù)交€(這時是畫虛擬的虛線)的垂直距離。

峰寬(peak width，W)：峰兩側(cè)拐點(diǎn)處所作兩條切線與基線的兩個交點(diǎn)間的距離。W=4σ(即圖2-2中I與J之間的距離)。

半峰寬(peak width at half height，W1/2)：色譜峰高一半處的峰寬度(即圖2-2中G與H之間的距離)。

基線(base line)：僅有流動相或載氣通過檢測器系統(tǒng)時所產(chǎn)生信號的曲線。柱與流動相達(dá)到平衡后，檢測器測出一段時間的流出曲線。一般應(yīng)平行于時間軸。

噪聲(noise)：基線信號的波動。

峰面積(peak area，A)：峰與峰底所包圍的面積。

標(biāo)準(zhǔn)偏差(standard deviation，σ)：正態(tài)分布曲線上兩拐點(diǎn)間距離的一半。正常峰寬的拐點(diǎn)在峰高的0.607倍處(即圖2-2中E與F之間距離的一半)。標(biāo)準(zhǔn)偏差的大小說明組分在流出色譜柱過程中的分散程度。σ小，分散程度小、極點(diǎn)濃度高、峰形瘦、柱效高；反之，σ大，峰形胖、柱效低。

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