色譜法

色譜法

色譜法(chromatography)又稱色譜分析、色譜分析法、層析法,是一種分離和分析方法,在分析化學、有機化學、生物化學等領域有著非常廣泛的套用。色譜法利用不同物質在不同相態的選擇性分配,以流動相對固定相中的混合物進行洗脫,混合物中不同的物質會以不同的速度沿固定相移動,最終達到分離的效果。

色譜法色譜雜誌

色譜法(chromatography)又稱色譜分析、色譜分析法、層析法,是一種分離和分析方法,在分析化學有機化學生物化學等領域有著非常廣泛的套用。色譜法利用不同物質在不同相態的選擇性分配,以流動相對固定相中的混合物進行洗脫,混合物中不同的物質會以不同的速度沿固定相移動,最終達到分離的效果。chromatography這個詞來源於希臘字 chroma和 graphein,直譯成英文時為 color和writing兩個字,直譯成中文為色譜法。但也有人意譯為色層法或層析法。色譜法起源於20世紀初,1950年代之後飛速發展,並發展出一個獨立的三級學科——色譜學。歷史上曾經先後有兩位化學家因為在色譜領域的突出貢獻而獲得諾貝爾化學獎,此外色譜分析方法還在12項獲得諾貝爾化學獎的研究工作中起到關鍵作用。

歷史

1、色譜的起源

色譜法起源於20世紀初,1906年俄國植物學家米哈伊爾•茨維特用碳酸鈣填充豎立的玻璃管,以石油醚洗脫植物色素的提取液,經過一段時間洗脫之後,植物色素在碳酸鈣柱中實現分離,由一條色帶分散為數條平行的色帶。由於這一實驗將混合的植物色素分離為不同的色帶,因此茨維特將這種方法命名為chromatography,這個單詞最終被英語拼音語言接受,成為色譜法的名稱。漢語中的色譜也是對這個單詞的意譯。

色譜法色譜

茨維特並非著名科學家,他對色譜的研究以俄語發表在俄國的學術雜誌之後不久,第一次世界大戰爆發,歐洲正常的學術交流被迫終止。這些因素使得色譜法問世後十餘年間不為學術界所知,直到1931年德國柏林威廉皇帝研究所的庫恩將茨維特的方法套用於葉紅素葉黃素的研究,庫恩的研究獲得了廣泛的承認,也讓科學界接受了色譜法,此後的一段時間內,以氧化鋁固定相的色譜法在有色物質的分離中取得了廣泛的套用,這就是今天的吸附色譜

2、分配色譜的出現和色譜方法的普及

1938年阿切爾•約翰•波特•馬丁和理察•勞倫斯•米林頓•辛格準備利用胺基酸在水和有機溶劑中的溶解度差異分離不同種類的胺基酸,馬丁早期曾經設計了逆流萃取系統以分離維生素,馬丁和辛格準備用兩種逆向流動的溶劑分離胺基酸,但是沒有獲得成功。後來他們將水吸附在固相的矽膠上,以氯仿沖洗,成功地分離了胺基酸,這就是現在常用的分配色譜。在獲得成功之後,馬丁和辛格的方法被廣泛套用於各種有機物的分離。1943年馬丁以及辛格又發明了在蒸汽飽和環境下進行的紙色譜法。

3、氣相色譜和色譜理論的出現

1952年馬丁和詹姆斯提出用氣體作為流動相進行色譜分離的想法,他們用硅藻土吸附的矽酮油作為固定相,用氮氣作為流動相分離了若干種小分子量揮發性有機酸

色譜法高效液相色譜儀

氣相色譜的出現使色譜技術從最初的定性分離手段進一步演化為具有分離功能的定量測定手段,並且極大的刺激了色譜技術和理論的發展。相比於早期的液相色譜,以氣體為流動相的色譜對設備的要求更高,這促進了色譜技術的機械化、標準化和自動化;氣相色譜需要特殊和更靈敏的檢測裝置,這促進了檢測器的開發;而氣相色譜的標準化又使得色譜學理論得以形成色譜學理論中有著重要地位的塔板理論和Van Deemter方程,以及保留時間、保留指數、峰寬等概念都是在研究氣相色譜行為的過程中形成的。

4、高效液相色譜

1960年代,為了分離蛋白質核酸等不易汽化的大分子物質,氣相色譜的理論和方法被重新引入經典液相色譜。1960年代末科克蘭、哈伯、荷瓦斯、莆黑斯、里普斯克等人開發了世界上第一台高效液相色譜儀,開啟了高效液相色譜的時代。高效液相色譜使用粒徑更細的固定相填充色譜柱,提高色譜柱的塔板數,以高壓驅動流動相,使得經典液相色譜需要數日乃至數月完成的分離工作得以在幾個小時甚至幾十分鐘內完成。

1971年科克蘭等人出版了《液相色譜的現代實踐》一書,標誌著高效液相色譜法 (HPLC)正式建立。在此後的時間裡,高效液相色譜成為最為常用的分離和檢測手段,在有機化學、生物化學、醫學、藥物開發與檢測、化工、食品科學、環境監測、商檢和法檢等方面都有廣泛的套用。高效液相色譜同時還極大的刺激了固定相材料、檢測技術、數據處理技術以及色譜理論的發展。

原理與分類

色譜過程的本質是待分離物質分子在固定相和流動相之間分配平衡的過程,不同的物質在兩相之間的分配會不同,這使其隨流動相運動速度各不相同,隨著流動相的運動,混合物中的不同組分在固定相上相互分離。

根據物質的分離機制,又可以分為吸附色譜、分配色譜離子交換色譜凝膠色譜親和色譜等類別。

吸附色譜

吸附色譜利用固定相吸附中西對物質分子吸附能力的差異實現對混合物的分離,吸附色譜的色譜過程是流動相分子與物質分子競爭固定相吸附中心的過程。

1.基本原理

(1)物理吸附又稱表面吸附,是因構成溶液的分子(含溶質及溶劑)與吸附劑表面分子的分子間裡的相互作用所引起的。

a)基本規律:“相似者易於吸附”,固液吸附時,吸附劑、溶質、溶劑三者統稱為吸附過程的三要素。
b)基本特點:無選擇性、可逆吸附、快速。
c)基本原理:吸附與解吸附的往復循環。
d)三要素:吸附劑、溶質(被分離物)、溶劑。

色譜法色譜柱

物理吸附過程:吸附——解吸附——再吸附——再解析——直至分離

(2)化學吸附

a)基本特點:有選擇性、不可逆吸附。
b)基本原理:產生化學反應。酸性物質與Al2O3發生化學反應;鹼性物質與矽膠發生化學反應;Al2O3容易發生結構的異構化,應儘量避免。

(3)半化學吸附

1)基本特點:介於物理吸附和化學吸附之間。
2)基本原理:以氫鍵的形式產生吸附。

聚醯胺黃酮類、醌類等化合物之間的氫鍵吸附,力量較弱,介於前兩者之間,也有一定的套用。

2.吸附劑

吸附劑的一般要求:較大的表面積與一定的吸附能力。不與展開劑其化學變化,不與待分離的物質產生反應或催化、分解或締合,顆粒均勻。

(1)極性吸附劑

矽膠,氧化鋁均為極性吸附劑,特點為:

a)對極性物質具有較強的親和能力,極性強的溶質將被優先吸附。
b)溶劑極性較弱,則吸附劑對溶質將表現出較強的吸附能力。溶劑極性增強,則吸附劑對溶質的吸附能力隨之減弱。
c)溶質即使被矽膠、氧化鋁吸附,但一旦加入極性較強的溶劑時,又可被後者置換洗脫下來。

極性強弱的判斷 (與功能基的種類、數目多少和排列方式有關) :親水性基團與極性成正比,親脂性基團與極性成反比;游離型化合物極性弱、具親脂性,解離型化合物極性強、具親水性;溶劑的極性—依據介電常數來決定。

色譜法色譜試劑

(2)聚醯胺

聚醯胺吸附劑可分包括錦綸6(聚己內醯胺)和錦綸66(聚己二醯己二胺),為氫鍵吸附,半化學吸附。聚醯胺分子中有許多醯胺基,聚醯胺上的C=O與酚基,黃酮類、酸類中的-OH或-COOH形成氫鍵。醯胺基中的氨基與醌類或硝基類化合物中的醌基或硝基形成氫鍵。由於被分離物質的結構不同,或同一類結構化合物中的活性基團的數目及位置的不同而是之於聚醯胺形成氫鍵的能力不同而得到分離。

(3)活性炭

活性炭為非極性吸附劑,故與矽膠、氧化鋁相反,對非極性物質具有較強的親和能力,在水中對溶質表現出強的吸附能力。溶劑極性降低,則活性炭對溶質的吸附能力也隨之降低。吸附劑的吸附力一定時,溶質極性越強,洗脫劑的極性越弱。

3.操作方式包括

吸附薄層色譜法是指根據各成分對同一吸附劑吸附能力不同,使在移動相(溶劑)流過固定相(吸附劑)的過程中,連續的產生吸附、解吸附、再吸附、再解吸附,從而達到各成分的互相分離的目的。

分配色譜

1.原理

分配色譜利用固定相流動相之間對待分離組分溶解度的差異來實現分離。分配色譜的固定相一般為液相的溶劑,依靠圖布、鍵合、吸附等手段分布於色譜柱或者擔體表面。分配色譜過程本質上是組分分子在固定想和流動相之間不斷達到溶解平衡的過程。

色譜法離子色譜儀

液液分配色譜用載體主要有矽膠、硅藻土、及纖維素等。通常,分離水溶性成分或極性較大的成分入生物鹼、苷類、糖類、有機酸等化合物時,固定相多採用強極性溶劑,如水、緩衝溶液等,流動相則採用氯仿、乙酸乙酯丁醇等弱極性有機溶劑,稱之為正相色譜;但當分離脂溶性化合物時,如高級脂肪酸、油脂、游離甾體等時、則兩相可以顛倒,固定相可以用石蠟油,而流動相則用水或甲醇等強極性溶劑,故稱之為反相分配色譜

2.支持劑

常用的有矽膠、硅藻土、纖維素粉、和濾紙等。

常用反相矽膠薄層色譜及柱色譜的填料系將普通矽膠經下列方式進行化學修飾,鍵合上長度不同的烴基形成親脂性表面。

乙基、辛基、或十八烷基親脂性順序如下:RP-18> RP-8 > RP-2

3.操作方式

分配薄層層析法是指根據各種成分在固定相(液)和移動相(液)兩相間的分配係數不同而達到相互分離的一種色譜法。

離子交換色譜

離子交換色譜利用被分離組分與固定相之間發生離子交換的能力詫異來實現分離。離子交換色譜的固定相一般為離子交換樹脂,樹脂分子結構中存在許多可以電離的活性中心,待分離組分中的離子會與這些活性中心發生離子交換,形成離子交換平衡,從而在流動相與固定相之間形成分配。固定相的固有離子與待分離組分中的離子之間相互爭奪固定相中的離子交換中心,並隨著流動相的運動而運動,最終實現分離。

大孔吸附樹脂

大孔吸附樹脂為吸附性和篩選性原理相結合的分離材料。

1.原理

大孔吸附樹脂的吸附實質為一種物體高度分散或表面分子受作用力不均等而產生的表面吸附現象,這種吸附性能是由於范德華引力或生成氫鍵的結果。同時由於大孔吸附樹脂的多孔結構使其對分子大小不同的物質具有篩選作用。通過上述這種吸附和篩選原理,有機化合物根據吸附力的不同及分子量的大小,在大孔吸附樹脂上經一定溶劑洗脫而達到分離、純化、除雜、濃縮等不同目的。

2.吸附作用及影響因素

色譜法大孔樹脂

a)樹脂化學結構的影響

b)溶劑的影響

c)被吸附的化合物的結構的影響

3.基本操作

a)預處理,b) 裝柱和洗脫,c)大孔樹脂的再生。

凝膠色譜

1.原理

凝膠色譜的原理比較特殊,類似於分子篩。待分離組分在進入凝膠色譜後,會依據分子量的不同,進入或者不進入固定相凝膠的孔隙中,不能進入凝膠孔隙的分子會很快隨流動相洗脫,而能夠進入凝膠孔隙的分子則需要更長時間的沖洗才能夠流出固定相,從而實現了根據分子量差異對各組分的分離。調整固定相使用的凝膠的交聯度可以調整凝膠孔隙的大小;改變流動相的溶劑組成會改變固定相凝膠的溶漲狀態,進而改變孔隙的大小,獲得不同的分離效果。

色譜法高溫凝膠色譜

2.載體

載體是在水中不溶、但可膨脹的球型顆粒,具有三維空間的網狀結構。

3.凝膠色譜分類

根據分離的對象是水溶性的化合物還是有機溶劑可溶物,凝膠色譜又可分為凝膠過濾色譜(GFC)和凝膠滲透色譜(GPC)。

色譜理論

1、關於保留時間的理論

保留時間是樣品從進入色譜柱到流出色譜柱所需要的時間,不同的物質在不同的色譜柱上以不同的流動相洗脫會有不同的保留時間,因此保留時間是色譜分析法比較重要的參數之一。

保留時間由物質在色譜中的分配係數決定。

色譜法塔板理論

2、基於熱力學塔板理論

塔板理論是色譜學的基礎理論,塔板理論將色譜柱看作一個分餾塔,待分離組分在分餾塔的塔板間移動,在每一個塔板內組分分子在固定相和流動相之間形成平衡,隨著流動相的流動,組分分子不斷從一個塔板移動到下一個塔板,並不斷形成新的平衡。一個色譜柱的塔板數越多,則其分離效果就越好。

理論塔板高度越低,在單位長度色譜柱中就有越高的塔板數,則分離效果就越好。決定理論塔板高度的因素有:固定相的材質、色譜柱的均勻程度、流動相的理化性質以及流動相的流速等。

塔板理論是基於熱力學近似的理論,在真實的色譜柱中並不存在一片片相互隔離的塔板,也不能完全滿足塔板理論的前提假設。如塔板理論認為物質組分能夠迅速在流動相和固定相之間建立平衡,還認為物質組分在沿色譜柱前進時沒有徑向擴散,這些都是不符合色譜柱實際情況的,因此塔板理論雖然能很好地解釋色譜峰的峰型、峰高,客觀地評價色譜柱地柱效,卻不能很好地解釋與動力學過程相關的一些現象,如色譜峰峰型的變形、理論塔板數與流動相流速的關係等。

3、基於動力學的范第姆特方程

范第姆特方程(Van Deemter equation)是對塔板理論的修正,用於解釋色譜峰擴張和柱效降低的原因。塔板理論從熱力學出發,引入了一些並不符合實際情況的假設,Van Deemter方程則建立了一套經驗方程來修正塔板理論的誤差。范第姆特方程將峰形的改變歸結為理論塔板高度的變化,理論塔板高度的變化則源於若干原因,包括渦流擴散縱向擴散和傳質阻抗等。

由於色譜柱內固定相填充的不均勻性,同一個組分會沿著不同的路徑通過色譜柱,從而造成峰的擴張和柱效的降低,這稱作渦流擴散縱向擴散是由濃度梯度引起的,組分集中在色譜柱的某個區域會在濃度梯度的驅動下沿著徑向發生擴散,使得峰形變寬柱效下降。傳質阻抗本質上是由達到分配平衡的速率帶來的影響。實際體系中,組分分子在固定相和流動相之間達到平衡需要進行分子的吸附、脫附、溶解、擴散等過程,這種過程稱為傳質過程,阻礙這種過程的因素叫做傳質阻抗。在理想狀態中,色譜柱的傳質阻抗為零,則組分分子流動相和固定相之間會迅速達到平衡。在實際體系中傳質阻抗不為零,這導致色譜峰擴散,柱效下降。

基本技術和方法

色譜法常見的方法有:柱色譜法薄層色譜法氣相色譜法高效液相色譜法等。

1. 柱色譜法

色譜法色譜柱

柱色譜法是最原始的色譜方法,這種方法將固定相注入下端塞有棉花或濾紙的玻璃管中,將被樣品飽和的固定相粉末攤鋪在玻璃管頂端,以流動相洗脫。常見的洗脫方式有兩種,一種是自上而下依靠溶劑本身的重力洗脫,一種是自下而上依靠毛細作用洗脫。收集分離後的純淨組分也有兩種不同的方法,一種方法是在柱尾直接接受流出的溶液,另一種方法是烘乾固定相後用機械方法分開各個色帶,以合適的溶劑浸泡固定相提取組分分子。柱色譜法被廣泛套用於混合物的分離,包括對有機合成產物、天然提取物以及生物大分子的分離。

2. 薄層色譜法

薄層色譜法是套用非常廣泛的色譜方法,這種色譜方法將固定相圖布在金屬或玻璃薄板上形成薄層,用毛細管鋼筆或者其他工具將樣品點染於薄板一端,之後將點樣端浸入流動相中,依靠毛細作用令流動相溶劑沿薄板上行展開樣品。薄層色譜法成本低廉操作簡單,被用於對樣品的粗測、對有機合成反應進程的檢測等用途。

3. 氣相色譜

色譜法氣相色譜儀

氣相色譜是機械化程度很高的色譜方法,氣相色譜系統由氣源、色譜柱和柱箱、檢測器和記錄器等部分組成。氣源負責提供色譜分析所需要的載氣,即流動相,載氣需要經過純化和恆壓的處理。氣相色譜的色譜柱一般直徑很細長度很長,根據結構可以分為填充柱和毛細管柱兩種,填充柱比較短粗,直徑在5毫米左右,長度在2-米之間,外殼材質一般為不鏽鋼,內部填充固定相填料;毛細管柱由玻璃或石英製成,內徑不超過0.5毫米,長度在數十米到一百米之間,柱內或者填充填料或者圖布液相的固定相。柱箱是保護色譜柱和控制柱溫度的裝置,在氣相色譜中,柱溫常常會對分離效果產生很大影響,程式性溫度控制常常是達到分離效果所必須的,因此柱箱扮演了非常重要的角色。檢測器是氣相色譜帶給色譜分析法的新裝置,在經典的柱色譜和薄層色譜中,對樣品的分離和檢測是分別進行的,而氣相色譜則實現了分離與檢測的結合,隨著技術的進步,氣相色譜的檢測器已經有超過30種不同的類型。記錄器是記錄色譜信號的裝置,早期的氣相色譜使用記錄紙和記錄器進行記錄,現在記錄工作都已經依靠計算機完成,並能對數據進行實時的化學計量學處理。氣相色譜被廣泛套用於小分子量複雜組分物質的定量分析。

4. 高效液相色譜

高效液相色譜 (HPLC) 目前套用最多的色譜分析方法,高效液相色譜系統由流動相儲液體瓶、輸液泵、進樣器、色譜柱、檢測器和記錄器組成,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。HPLC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;由於液體流動相粘度遠遠高於氣體,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。HPLC套用非常廣泛,幾乎遍及定量定性分析的各個領域。

套用

色譜法的套用可以根據目的分為製備性色譜分析性色譜兩大類。

1. 製備性色譜

色譜法製備離心薄層色譜儀

製備性色譜的目的是分離混合物,獲得一定數量的純淨組分,這包括對有機合成產物的純化、天然產物的分離純化以及去離子水的製備等。相對於色譜法出現之前的純化分離技術如重結晶,色譜法能夠在一步操作之內完成對混合物的分離,但是色譜法分離純化的產量有限,只適合於實驗室套用。

2. 分析性色譜

分析性色譜的目的是定量或者定性測定混合物中各組分的性質和含量。定性的分析性色譜有薄層色譜、紙色譜等,定量的分析性色譜有氣相色譜、高效液相色譜等。色譜法套用於分析領域使得分離和測定的過程合二為一,降低了混合物分析的難度縮短了分析的周期,是目前比較主流的分析方法。在《中華人民共和國藥典》中,共有超過600種化學合成藥和超過400種中藥的質量控制套用了高效液相色譜的方法。

現代色譜及其聯用技術

現代高新技術和各種化學統計學方法在中藥質量研究和質量控制中起著重要的作用,而色譜及其聯用技術作為現代高效分離分析技術更是該研究的重要技術平台之一,屬於高靈敏度、高解析度、高通量的直接整體分析測試手段。目前已採用色譜及其聯用技術包括高效液相色譜-質譜、高效液相色譜-核磁共振、高效液相色譜-核磁共振-質譜、氣相色譜-質譜、氣相色譜-紅外毛細管電泳-質譜等。其中,高效液相色譜-質譜聯用技術被認為是20 世紀後期最重要的分析手段之一。其核心技術發展的速度、普及的程度以及相對較便宜的價格都是該技術得以廣泛套用的重要原因。

色譜法色譜聯用技術

目前,它在藥物開發、環境分析和生物化學等領域發揮著越來越重要的作用。一般來說,氣相色譜-質譜聯用技術主要用於易揮發性或易衍生化物質的檢測,尤其適用於植物揮髮油成分的研究,但不適用於化學和生物樣品中熱不穩定性組份及難揮發性組份的分析。相比之下,高效液相色譜-質譜具有選擇性強、靈敏度高等優點,能對指紋圖譜中的主要色譜峰進行指認,提供更加豐富的成分信息,使指紋圖譜技術更加合理可靠地控制中藥質量。通過對分離獲得的對照品進行質譜裂解規律的研究,可以對不同結構類型和結構特徵的化合物的質譜裂解規律進行總結,從而用於未知化合物的結構推測,加之與對照品對照可以對指紋峰進行全面的表征。在中藥單體製備方面,傳統的技術通常採用柱色譜分離後以薄層色譜或液相色譜檢測純度,而對其結構的鑑定則需要收集足夠量的樣品才能進行,在很多情況下,這種量的積累往往費時費力,若結合高效液相色譜-串聯質譜定性分析鑑識技術,更加直觀的以質譜分析結構信息為引導,通過製備液相得到目標單體,尤其適用於微量成分的線上初步結構鑑定和製備,將形成規範化的天然藥物有效成分分離製備技術平台。

微柱分離技術

毛細管電泳是以高壓電場為驅動力,以毛細管為分離通道,依據樣品中各組份之間電泳程度或分配行為的差異而實現分離的液相分離技術,具有所需樣品量小、柱效高、分析速度快、綠色環保等優點,對於帶電荷藥物的分離有相當的優勢。

色譜法液質聯用儀

毛細管電色譜則是集合了高效液相選擇性色譜分離以及毛細管電泳高柱效的優勢,是近年來發展十分迅速的一種新型微柱分離技術。它是將常規色譜填料填充到毛細管中,或毛細管內表面鍵合、塗敷固定相,以電滲流作為流動相的推動力,根據樣品中各組份在固定相和流動相間分配係數的差異和在電場中遷移速率的不同而實現分離的一種高效微分離技術。而將高壓泵引入到毛細管電色譜中,即成為加壓毛細管電色譜。壓力流驅動毛細管電色譜是以液相色譜泵為流動相的主要驅動力,它克服了僅靠電滲流驅動的一些限制因素,可方便地對流動相的組成、性質和流速進行調節,尤其是能夠實現流動相梯度洗脫,是毛細管電色譜法發展的重要方向。加壓毛細管電色譜也克服了毛細管電色譜中柱體易燒乾和易產生氣泡的缺點,是近年來迅猛發展起來的一種新型微分離技術。在生物、醫藥及環境等領域中具有廣泛的套用前景,尤其適合中藥複雜體系的分離分析。

生物色譜法

在新藥研究中,藥物在體內的吸收、分布、代謝、排泄與它和體內血漿蛋白白蛋白糖蛋白脂蛋白球蛋白的結合有著密切的關係。由於僅有游離藥物才具有特異位點並與產生藥理作用的受體結合,因此藥物和血漿蛋白的相互作用直接影響到藥物的藥理活性

色譜法液相色譜圖

生物色譜是將生物分子間相互作用原理與色譜過程相結合的色譜技術,根據具有生物功能的分子或細胞膜與中藥有效成分特異性結合的原理,並以色譜的方式篩選和分析中藥有效成分的一種研究方法。生物色譜法包括分子生物色譜法、生物膜色譜法和細胞生物色譜法。分子生物色譜法中常用的固定相包括血漿蛋白、受體抗體等生物大分子。分子生物色譜技術是基於生物大分子的特性及相互作用,分離純化和測定具有活性的化合物和生化參數的新技術。目前生物色譜技術在中藥活性成分研究中的大致思路為首先建立以血液中存在的運輸蛋白為固定相進行活性成分篩選,然後以特異性靶點篩選具有特定活性的物質,在技術上將生物色譜與DAD、NMR、MS聯用,使得活性成分篩選、分離及結構鑑定一體化,是中藥作用物質基礎研究的快捷方法。

整體柱作為近年來發展迅速的一種固定相形式,由於其相對於常規填充柱有著製備簡單和在生物大分子分離分析上的良好性能和高柱效等優點,而得到了極大的關注。整體柱,又稱連續床或連續棒。根據所製備的整體材料的不同,整體柱可被分為有機聚合物整體柱、無機矽膠整體柱和顆粒固定化型整體柱。其中有機聚合物整體柱的製備方法是將聚合單體、交聯劑、致孔劑和引發劑的混合溶液加入空管柱中通過熱引發或光引發聚合。反應完全後用有機溶劑除去致孔劑及其它可溶性化合物,即可得到大孔聚合物整體柱,然後通過對其進行化學改性以滿足各種色譜模式的要求。根據所用單體的不同,有機聚合物整體柱可分為聚苯乙烯整體柱、聚丙烯酸酯整體柱、聚丙烯醯胺整體柱、分子印跡整體柱等。其中,聚甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA-CO-EDMA)是套用最為廣泛的聚丙烯酸酯類整體柱。由於它具有環氧活性官能團易於改性,不僅可用於製備不同性質的色譜填料,還可用於鍵合各種蛋白或酶,製成各種生物蛋白柱或酶反應器。而採用毛細管電色譜結合以整體柱為基質的生物色譜來研究藥物和蛋白的相互作用,並將其作為藥物活性的初步篩選手段,尚未報導。

發展方向

色譜法是分析化學中套用最廣泛發展最迅速的研究領域,新技術新方法層出不窮。

1、新固定相的研究

色譜法色譜軟體

固定相和流動相是色譜法的主角,新固定相的研究不斷擴展著色譜法的套用領域,如手性固定相使色譜法能夠分離和測定手性化合物;反相固定相沒有死吸附,可以簡單地分離和測定血漿等生物藥品

2、檢測方法的研究

檢測方法也是色譜學研究的熱點之一,人們不斷更新檢測器的靈敏度,使色譜分析能夠更靈敏地進行分析。人們還將其他光譜的技術引入色譜,如進行色譜-質譜連用、色譜-紅外光譜連用、色譜-紫外連用等,在分離化合物的同時即行測定化合物的結構。色譜檢測器的發展還伴隨著數據處理技術的發展,檢測獲得的數據隨即進行計算處理,使試驗者獲得更多信息。

3、專家系統

專家系統是色譜學與信息技術結合的產物,由於套用色譜法進行分析要根據研究內容選擇不同的流動相、固定相、預處理方法以及其他條件,因此需要大量的實踐經驗,色譜專家系統是模擬色譜專家的思維方式為色譜使用者提供幫助的程式,專家系統的知識庫中存儲了大量色譜專家的實踐經驗,可以為使用者提供關於色譜柱系統選擇、樣品處理方式、色譜分離條件選擇、定性和定量結果解析等幫助。

4、色譜新方法

色譜新方法也是色譜研究熱點之一。高效毛細管電泳法是目前研究最多的色譜新方法,這種方法沒有流動相和固定相的區分,而是依靠外加電場的驅動令帶電離子在毛細管中沿電場方向移動,由於離子的帶電狀況、質量、形態等的差異使不同離子相互分離。高效毛細管電泳法沒有HPLC方法中存在的傳質阻抗、渦流擴散等降低柱效的因素,縱向擴散也因為毛細管壁的雙電層的存在而受到抑制,因而能夠達到很高的理論塔板數,有極好的分離效果。

5.親和色譜

親和色譜是利用偶聯了親和配基的親和吸附介質為固定相來親和吸附目標產物,使目標產物得到分離純化的液相色譜法。親和色譜已經廣泛套用於生物分子的分離和純化,如結合蛋白、酶、抑制劑、抗原、抗體、激素、激素素受體、糖蛋白、核酸及多糖類等;也可以用於分離細胞、細胞器、病毒等。

參考文獻

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