在检验检测实验室里,气相色谱、液相色谱、质谱仪堪称“分离分析三巨头”——从食品中农残检测到环境污染物筛查,从医药成分分析到材料表征,它们都是不可或缺的核心设备。但想要用好这些仪器、读懂分析结果,扎实的基础概念是关键。为此,系统汇总色谱分析常用的104个核心概念,涵盖气相、液相、质谱全领域,帮你夯实理论根基。《高效液相色谱法》作为第三部分,供大家参考交流。
1. 液相色谱相对气相色谱的优点
不受样品挥发性、热稳定性及相对分子质量限制,只需制成溶液即可;适用于生物大分子、离子型化合物、不稳定天然产物及高分子化合物;流动相不仅起运载作用,还与固定相共同与样品作用,为分离条件优化提供额外可变因素(气相色谱流动相为惰性气体,仅起运载作用)。
2. 液相色谱特点
高压、高速、高效、高灵敏度;适用于高沸点、热不稳定有机及生化试样的分离分析。
3. 高效液相色谱仪的组成
高压输液系统、进样系统、分离系统、检测系统、数据处理系统。
4. 流动相脱气方法
流动相使用前必须脱气,常用方法:低压脱气法(电磁搅拌+水泵抽空,可加热或吹氮气)、吹氦气脱气法、超声波脱气法。
5. 梯度洗脱
用两种(或多种)不同极性溶剂,在分离过程中按程序连续改变流动相配比和极性,通过极性变化改变分离因素,提高分离效果。
6. 梯度洗脱类型
● 高压梯度(内梯度):先加压后混合;溶剂经高压泵增压后进入梯度混合室,混合后送入色谱柱;
● 低压梯度(外梯度):先混合后加压;常压下按程序混合溶剂后,再用泵输入色谱柱。
7. 进样系统要求
良好密封性、最小死体积、高稳定性;进样时对系统压力和流量影响小。
8. 分离系统
色谱柱是分离核心(柱管+固定相);
● 柱管为直型不锈钢管(常规柱长530cm、内径45mm;凝胶色谱柱内径3~12mm;制备柱内径可达25mm);
● 淋洗溶剂进入分离柱前需通过前置柱;
● 填料粒径3~10μm,填充采用匀浆法;
● 发展趋势:减小填料粒度和柱径以提高柱效。
9. 检测系统
作用:连续监测分离后流出物的组成和含量变化;
类型:紫外-可见吸收检测器、光电二极管阵列检测器、示差折光检测器、荧光检测器、电化学检测器。
10. 流动相的要求
● 不与色谱柱发生不可逆化学变化(保持柱效和保留性质);
● 对待测样品有足够溶解能力;
● 与检测器匹配;
● 粘度小(提高柱效);
● 纯度高、价格便宜、毒性小。
11. 固定相的分类
● (1)按承受压力分:
● 刚性固体:以二氧化硅为基质,耐高压,表面可键合功能基团(键合固定相,应用最广);
● 硬胶:聚苯乙烯-二乙烯基苯交联而成,耐压力低,用于离子交换色谱和凝胶色谱。
● (2)按孔隙深度分:
● 表面多孔型:玻璃珠表面涂覆多孔活性物质;优点:快速分离、填充均匀、机械强度高、耐高压;缺点:多孔层薄、进样量受限;适用于简单样品常规分析;
● 全多孔型:硅胶颗粒聚集而成,比表面积大、柱容量大;小颗粒全孔型固定相孔洞浅、传质快、柱效高;适用于复杂样品、痕量组分分析,应用最广。
12. 液固吸附色谱法原理
以固体吸附剂为固定相,试样分子与流动相溶剂分子在吸附剂表面竞争吸附;分离过程是吸附-解吸的平衡过程。
13. 液固吸附色谱法的固定相、流动相及应用
● 固定相:常用硅胶、氧化铝、活性炭(硅胶最常用);
● 流动相:极性大试样用强极性洗脱剂,极性弱试样用弱极性洗脱剂;
● 应用:几何异构体分离、族分离(如农药异构体、石油中烷/烯/芳烃分离);不适用于强极性离子型样品及同系物分离。
14. 液液分配色谱法原理
根据物质在两种互不相溶(或部分互溶)液体中溶解度不同实现分离;分配系数大的组分保留值大。
15. 液液分配色谱法的流动相、固定相及应用
流动相:与固定液互溶度小,极性差异越大越好;
● 正相分配色谱:流动相极性<固定相极性,极性小的组分先流出;适用于强极性和中等极性组分;
● 反相分配色谱:流动相极性>固定相极性,极性大的组分先流出;适用于非极性或弱极性组分;
● 固定相:载体+固定液(常用b,b’-氧二丙腈、聚乙二醇、聚酰胺、正十八烷、角鲨烷等);
● 应用:同系物分离(如氨基酸、脂肪酸同系物)。
16. 化学键合固定相
利用化学反应将有机分子键合到载体表面,形成均一、牢固的单分子薄层,构成不同性能的固定相。
17. 化学键合固定相的特点
● 固定相不易流失,柱稳定性和寿命高;
● 耐受多种溶剂,可用于梯度洗脱;
● 表面均一、无液坑,传质快、柱效高;
● 可键合不同基团改变选择性(如氰基、氨基用于正相色谱,离子交换基团用于离子色谱,烷基、苯基用于反相色谱);是HPLC理想固定相。
18. 离子交换色谱法原理
固定相为离子交换树脂,流动相为水溶液;利用待测样品中各组分离子与树脂亲和力不同实现分离。
19. 离子交换色谱法的流动相及应用
流动相:水的缓冲溶液(阴离子树脂用酸性水溶液,阳离子树脂用碱性水溶液);
应用:离子及可离解化合物(如氨基酸、核酸)。
20. 凝胶色谱法原理
固定相为多孔性凝胶,流动相为水溶液或有机溶剂;根据组分分子体积大小分离:小分子可扩散到凝胶空隙(出峰最慢),中等分子部分通过空隙(中速),大分子被排斥(出峰最快);溶剂分子最小,最后出峰;可分离相对分子质量100-10⁵的化合物。
21. 凝胶色谱法的流动相
需满足:能溶解样品、与凝胶相似(润湿凝胶防吸附)、粘度小(增加扩散速度);常用四氢呋喃、苯、氯仿、水等。
22. 影响分离的因素与提高柱效的途径
(1)液体粘度比气体大100倍、密度大1000倍左右,降低传质阻力是提高柱效的主要途径;
(2)降低固定相粒度可提高柱效;
(3)不可通过升温改善传质;
(4)改变淋洗液组成和极性是改善分离的直接因素;
(5)流速>0.5cm/s时,H-u曲线斜率小;降低流速对柱效提升有限,但流量是调整分离度和出峰时间的重要参数;
(6)气相色谱固定液原则上可用于液相色谱,但HPLC分离柱制备技术要求高,一般不自行制备。
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