第一章 色谱发展史

《色谱分离技术》教案

教学重点：色谱分类及基本术语。

注意事项：

第一章绪论

第一节色谱发展史

1.1.1色谱方法的问世

俄国植物学家茨维特(Tswett)于1903年前后在波兰的华沙大学研究植物叶片的组成时，用白垩土(碳酸钙)作吸附剂，分离植物绿叶的石油醚萃取物得到黄色、绿色和灰黄色彼此分离的六个色带。其方法是：把干燥的碳酸钙粉末装到一根细长的玻璃管中，然后把植物绿叶的石油醚萃取液倒到管中的碳酸钙上，萃取液中的色素就吸附在管内上部的碳酸钙上，再用纯净的石油醚洗脱被吸附的色素，于是在管内的碳酸钙上形成三种颜色的六个色带。茨维特把这样形成的色带叫做“色谱”(Chromatographie)，茨维特用此名于l906年在德国植物学杂志上发表。英译名为(Chromatography)，在这一方法中把玻璃管叫做“色谱柱”，碳酸钙叫做“固定相”，纯净的石油醚叫做“流动相”。现在把茨维特开创的方法叫液—固色谱法(Liquid-Solid Chromatography)。

1.1.2色谱的发展简史

在茨维特提出色谱概念后的二十多年无人关注这—“伟大的发明”。直到l931年德国的Kuhn和Lederer才重复了茨维特的某些实验，用氧化铝和碳酸钙分离了α、β、γ－胡萝卜素，此后用这种方法分离了六十多种这类色素。Martin和Synge在1940年提出液－液分配色谱法(Liquid-Solid Partion Chromatography)，即固定相是吸附在硅胶上的水，流动相为某种液体。1941年他们发表了用气体作流动相的可能性，十一年之后James和Matin发表了从理论到实践比较完整的气－液色谱方法(Gas-Liquid Chromatography)，因此而获得了1952年诺贝尔化学奖。在此基础上l957年Golay叫开创了开管柱气相色谱法(Open—Tubular Column Chromatography)，习惯上称为毛细管柱气相色谱法(Capillary Column Chromatography)。1956年V an Deemter等在前人的基础上发展了描述色谱过程的速率理论。1965年Giddings总结和扩展了前人的色谱理论，为色谱的发展奠定了理论基础。另一方面，早在1944年Consden等就发展了纸色谱，1949年Macllean等在氧化铝中加人淀粉粘合剂制作薄层板使薄层色谱法(TLC)得以实际应用，而在1956年Stahl开发出薄层色谱板涂布器之后，才使得TLC得到广泛的应用。在上世纪60年代末把高压泵和化学键合固定相用于液相色谱，出现了高效液相色谱(HPLC)。80年代初毛细管超临界流体色谱(SFL)得到发展，但在90年代后未得到较广泛的应用。而在80年代初由Jorgenson等集前人经验而发展起来的毛细管电泳(CZE)，在90年代得到广泛的发展相应用。同时集HPLC和CZE优点的毛细管电色谱在90年代后期也受到重视。

对于生物化学家来说，有时更爱使用色谱的别称“层析”，两者指的是同一技术。

第二节色谱分析和色谱仪的定义及分类

在色谱法中，将填入玻璃管或不锈钢管内静止不动的一相（固体或液体）称为固定相；自上而下运动的一相（一般是气体或液体）称为流动相；装有固定相的管子（玻璃管或不锈钢管）称为色谱柱。当流动相中样品混合物经过固定相时，就会与固定相发生作用，由于各组分在性质和结构上的差异，与固定相相互作用的类型、强弱也有差异，因此在同一推动力的作用下，不同组分在固定相滞留时间长短不同，从而按先后不同的次序从固定相中流出。

色谱法或色谱分析也称之为色层法或层析法，是一种物理化学分析方法，它利用混合物中各物质在两相间分配系数的差别，当两相做相对移动时，各物质在两相间进行多次分配，从而使各组分得到分离。可完成这种分离的仪器即色谱仪(Chromatograph)。

色谱分析的分类可按两相的状态及应用领域的不同分为两大类。

1.2.1 按流动相和固定相的状态对色谱分析分类

1．气相色谱（GC）又可分为气－固色谱和气－液色谱(GLC)，前者是以气体做流动相、以固体做固定相的色谱；后者是以气体为流动相．以液体为固定相的色谱（GSC）。

2．液相色谱（LC）又可分为液—固色谱（LSC）和液—液色谱（LLC），前者是以液体做流动相，以固体做固定相的色谱；后者是以一种液体做流动相，以另一种液体做固定相的色谱。在液相色谱中如把固定相装在一个管子里(色谱柱)，液体流动相流过色谱柱中的固定相，这种形式的色谱叫柱色谱。由于固定相和流动相有多种多样，所以在液相色谱中又包含多种方法。

3．纸色谱和薄层色谱如果是用滤纸或是涂在玻璃板(或铝箔)上的硅胶(或三氧化二铝等)做固定相，就叫纸色谱和薄层色谱，总称平面色谱。平面色谱是滤纸或硅胶层的毛细管作用把流动相(溶剂)从一端吸上来，使混合物得到分离。

4．体积排阻色谱是以一定尺寸的多孔固体作固定相，以液体做流动相，按分子尺寸大小进行分离的方法，多用于高聚物分子量分布的测定。

5．超临界流体色谱（SFC）是以超临界流体作流动相，以固体或液体作固定相的色谱。所谓超临界流体是指温度和压力在超临界温度和超临界压力之上的一种既不是气体也不是液体的流体。这种流体因其密度的不同具有不同的溶解各种物质的能力。因而它更类似于液相色谱。

6．电色谱这类色谱有多种模式，有用电压(电渗流)驱动的毛细管电泳，而毛细管电泳又可分为五种模式(毛细管区带电泳，毛细管凝胶电泳，毛细管波束电动色谱，毛细管等电聚焦，毛细管等速电泳)。还有用电压和泵同时驱动的电色谱。

7．激光色谱是—种用不同功率及波长激光作动力使粒径不同的粒子进行分离的方法，是最近才出现的新技术。

凡要完成上述的色谱过程，均使用了不同类型的色谱仪：气相色谱仪，液相色谱仪，薄层色谱扫描仪，体积排阻色谱仪(凝胶渗透色谱仪)，超临界流体色谱仪，另外，液相色谱仪中还有专用的离子色谱仪和氨基酸分析仪等。

1.2.2 按应用领域不同对色谱仪分类

1．分析用色谱仪又可分为实验室用色谱仪和便携式色谱仪。这类色谱仪主要用于各种样品的分析，其特点是色谱柱较细，分析的样品量少。

2．制备用色谱仪又可分为实验室用制备型色谱仪和工业用大型制造纯物质的制备色谱仪。制备型色谱仪可以完成一般分离方法难以完成的纯物质制备任务，如纯化学试剂的制备、蛋白质的纯化。

3．流程色谱仪在工业生产流程中为在线连续使用的色谱仪。目前主要是工业气相色