色譜

色譜

色譜（Chromatography）是一種分離和分析技術，利用不同物質在固定相和流動相之間分配係數的差異，實現混合物中各組分的分離。該技術由俄國植物學家茨維特於1906年首次提出，因分離植物色素時形成彩色譜帶而得名。

色譜分離基於以下核心原理：

• 分配平衡：樣品組分在固定相與流動相間反覆分配

• 差速遷移：不同組分因分配係數差異而以不同速度移動

• 選擇性吸附：固定相對各組分的吸附能力不同

關鍵參數包括保留時間、分配係數（K）和分離度（R），這些參數決定了色譜系統的分離效能。

按流動相狀態分類

1. 氣相色譜（GC）

   • 流動相為惰性氣體（如氮氣、氦氣）

   • 適用於揮發性、熱穩定性好的化合物

2. 液相色譜（LC）

   • 流動相為液體（如水、有機溶劑）

   • 包括高效液相色譜（HPLC）、超高效液相色譜（UPLC）等

3. 超臨界流體色譜（SFC）

   • 流動相為超臨界狀態的CO₂等流體

   • 兼具氣相和液相色譜的優點

按固定相形式分類

• 柱色譜：固定相裝填在柱管中

• 平板色譜：包括薄層色譜（TLC）和紙色譜

• 毛細管色譜：使用極細的毛細管柱

按分離機制分類

• 吸附色譜：基於組分在固定相表面的吸附差異

• 分配色譜：利用組分在兩相中的溶解度差異

• 離子交換色譜：依靠離子與固定相上帶電基團的相互作用

• 尺寸排阻色譜：按分子大小進行分離

• 親和色譜：利用生物特異性相互作用（如抗原-抗體）

典型色譜系統包含以下主要組件：

1. 流動相輸送系統

   • 高壓泵（LC）或氣體鋼瓶（GC）

   • 流量控制裝置

2. 進樣系統

   • 手動或自動進樣器

   • 樣品導入裝置（如微量注射器）

3. 色譜柱

   • 分離核心部件，內裝固定相

   • 材質包括不鏽鋼、玻璃或熔融石英

4. 檢測系統

   • 常見檢測器：紫外-可見（UV-Vis）、熒光、質譜（MS）、示差折光等

   • 將組分信號轉換為電信號

5. 數據處理系統

   • 色譜工作站

   • 數據採集和分析軟件

化學分析

• 有機化合物定性定量分析

• 同分異構體分離

• 反應進程監控

生物醫學

• 蛋白質、核酸分離純化

• 藥物代謝研究

• 臨床檢驗（如血藥濃度監測）

環境監測

• 水體、大氣污染物分析

• 農藥殘留檢測

• 持久性有機污染物（POPs）研究

食品工業

• 食品添加劑檢測

• 營養成分分析

• 風味物質研究

製藥行業

• 原料藥純度檢驗

• 藥物穩定性研究

• 手性藥物分離

儀器微型化

• 芯片實驗室（Lab-on-a-chip）技術

• 微流控色譜系統

• 便攜式色譜儀開發

聯用技術

• GC-MS（氣相色譜-質譜聯用）

• LC-MS/MS（液相色譜-串聯質譜）

• 多維色譜技術（如GC×GC）

新材料應用

• 新型固定相材料（如石墨烯、金屬有機框架）

• 高選擇性分子印跡聚合物

• 納米材料修飾色譜柱

智能化發展

• 人工智能輔助方法開發

• 自動化樣品前處理系統

• 雲數據分析平台

主要優勢

• 高分離效能（理論塔板數可達10⁶）

• 高靈敏度（可檢測pg級物質）

• 廣泛適用性（氣、液、固態樣品）

• 可實現定性和定量分析

存在局限

• 某些複雜樣品需前處理

• 部分檢測器具有破壞性

• 高純度溶劑消耗成本較高

• 方法開發需要專業知識

色譜技術經過百餘年發展，已成為現代分析化學的支柱技術之一，在科學研究和工業應用中發揮著不可替代的作用。隨著新材料、新技術的不斷引入，色譜分析方法將繼續向著更高效率、更高靈敏度和更智能化的方向發展。