第三章 色谱分析法
第一节 概述
色谱法（chromatography）是用以分离、分析多组分混合物的一种极有效的物理及物理化学分析方法。它利用混合物中各组分在两相间分配系数的差异，当两相作相对移动时，各组分在两相间进行多次分配，从而获得分离。目前色谱法已在石油化工、医药卫生、环境科学、能源科学、生命科学及材料科学等诸多领域获得广泛应用。
一、色谱法的进展
色谱法是俄国植物学家茨维特（M.S.Tswett）于1906年首先提出来的。他把植物色素的石油醚萃取液作为试样，加入到一根预先填充好碳酸钙粉末的玻璃管中，并不断地用纯净石油醚淋洗，经过一段时间后，植物色素的各组分在柱内得到分离而形成不同颜色的谱带。Tswett把这种分离方法叫做色谱法。虽然后来色谱法更多的是用于无色物质的分离和测定，但由于习惯，现仍沿用色谱这个名称。
近50年来，随着石油化学工业的迅猛发展，各种色谱技术，如气相色谱、液相色谱、薄层色谱、体积排阻色谱、智能色谱、超临界色谱及各种联用技术得到了深入的研究及广泛应用，并获得迅速发展。以下对色谱进展作一简要介绍。
1.色谱理论
色谱法的提出是从Tswett提出的经典色谱开始，但其理论发展是从气相色谱开始，并且在不断发展完善。色谱理论的本质是研究色谱热力学、色谱动力学以及将热力学与动力学有机结合来寻求色谱分离的最佳化途径。色谱热力学研究色谱峰间的距离，而色谱动力学研究的是色谱峰宽窄的问题。要达到多组分复杂混合物的理想分离，就必须从热力学及动力学两方面考虑，找出最佳分离条件，也就是达到优化的目的，这样就形成了较完善的色谱理论。
2.微柱
近年来由于人们对色谱理论的深入研究，高效填料的制造越来越受到重视，作为高效液相色谱填料的硅胶，国外很多厂家都在积极研制开发，并制造出超纯、颗粒均匀的高效硅胶，为高效微柱的发展奠定了基础。现在作为色谱的微柱长只有3～5cm，内径仅0.5～1.0mm，这样短而细的色谱柱必须使用高效填料。使用微柱的好处是节省流动相，减少污染，同时可快速分析。
3.集束式毛细管柱
尽管毛细管柱柱效高，分离能力好，但是承载样品量非常少，有时还必须采用分流技术，以免柱子过载。为了克服单根毛细管柱的这种缺点，现在发展了集束式毛细管柱，它是由几十根甚至上百根毛细管组成的一根柱子，它既能体现出毛细管柱的高效性，又能体现出类似填充柱承载样品负载大的优点。
4.超临界流体色谱
超临界流体色谱采用在临界温度和临界压力以上单一相态的流体作为流动相，这种流体既具有气体那样的低黏度和高扩散系数，又具有强的溶解样品的能力，且又参与溶质的分配作用。因此，超临界流体色谱同时具备气相色谱和液相色谱的优点。
5.联用技术
气相色谱与质谱（GC-MS）、液相色谱与质谱（LC-MS）、气相色谱与红外（GC-FTIR）、液相色谱与质谱与红外（LC-MS-FTIR）等联用技术的应用，为复杂混合物的分离定性提供了简单、快捷、可靠的信息。
6.智能色谱
由于大规模集成电路与计算机技术的发展，人们已把计算机技术应用到色谱仪上，使得色谱仪既具有专家的思想，又具有解决特定领域中实际问题的能力，故称之为色谱专家系统。人们在遇到问题时，可以直接应用色谱专家系统来找出解决问题的方法。智能色谱是人类智慧与先进技术的结晶。
二、色谱法的分类
色谱在其发展过程中不断完善，其分类方法也很多，而且各类方法还在不断扩展。现将色谱主要分类方法简述如下。
（1）按两相状态分类 以流动相状态分类，用气体作为流动相的色谱法称为气相色谱法，用液体作为流动相的色谱法称为液相色谱法，以超临界流体作为流动相的色谱法称为超临界流体色谱法。按固定相状态的不同，气相色谱又可分为气-固色谱法和气-液色谱法；液相色谱亦可分为液-固色谱法和液-液色谱法。
（2）按组分在两相间的分离机理分类 利用组分在流动相和固定相之间的分离原理不同可将色谱法分为吸附色谱法、分配色谱法、离子交换色谱法、体积排阻色谱法（又称凝胶渗透色谱法）、电色谱法和离子对色谱法等。
（3）按固定相形状分类 根据固定相在色谱分离系统中存在的形状，可分为柱色谱法、薄层色谱法、纸色谱法等。
（4）按仪器分类 气相色谱有填充柱气相色谱、毛细管气相色谱、裂解气相色谱和顶空气相色谱；液相色谱有高效液相色谱、高效毛细管电泳和毛细管电色谱等。
三、色谱法的特点
1.高效能
由于色谱柱具有很高的塔板数，填充柱约为千块/m，毛细管柱可高达105～106块/m，因此在分离多组分复杂混合物时，可以高效地将各个组分分离成单一色谱峰。例如，一根长30m、内径0.32mm的SE-30柱，可以把炼油厂原油分离出150～180个组分。
2.高灵敏度
色谱分析的高灵敏度表现在可检出10-11～10-14g的物质，因此在痕量分析中非常有用。例如，超纯气体中痕量杂质的检测，饮用水中痕量有机氯化物的检测，大气中污染物的检测，粮食、蔬菜、水果中农药残留物的检测等。
3.高选择性
色谱法对那些性质相似的物质，如同位素、同系物、烃类异构体等有很好的分离效果。例如，一个2m长装有有机皂土及邻苯二甲酸二壬酯的混合固定相柱，可以很好地分离邻位、间位、对位二甲苯。
4.分析速度快
色谱法，特别是气相色谱法分析速度是较快的。一般分析一个试样只需几分钟或几十分钟便可完成。