色譜法的發展簡史
分析就是要確定是什么(定性)和有多少(定量)。定性分析中,若只要求確定元素的組成(如無機定性分析),則可選用發射光譜分析等方法僅需一次測定就可以得到多種元素的分析結果。但一般情況下,分析對象是由各種元素組成的化合物,為數不多的幾種元素即可組成許多化合物,尤其在有機化合物中,由碳、氫、氮、氧、硫和鹵素等幾種元素可以組成數百萬種化合物。僅用一種分析裝置就能分析這些混合物的儀器至今還沒有。分析混合物,必須利用各組分之間的某種物理和化學行為的差異,逐一分離各組分,測定其構成元素的種類、各元素原子的數目、結合狀態、分子的立體構型和相對分子質量等,再鑒定其組分。若能分離出需要量(幾十毫克)的純化合物組分,則用現代鑒定方法(如質譜分析、核磁共振分析、紅外吸收分析、元素分析、X射線分析等)就能確定結構。反之,當待測樣品中含有多種化合物時,即使用上述方法,也不可能對各種組分進行識別和鑒定。因此,在使用這些分析儀器之前,除去于擾物,分離出分析儀器檢測極限以內的純品量的前處理工作是必不可少的。
19世紀,色譜法被化學家使用。首先對色譜法進行詳細描述的是俄國植物學家茨維特(Tswett)。1906年,茨維特在研究植物色素的組成時,把含植物色素,即葉綠素的石油醚提取液注入一根裝有CaCO3顆粒的豎直玻璃管中,提取液中的色素被吸附在CaCO3顆粒上,再加入純石油醚,任其自由流下,經過一段時間以后,葉綠素中的各種成分就逐漸分開,在玻璃管中形成了不同顏色的譜帶,“色譜”(即有色的譜帶)一詞由此而得名。用機械方法將吸附色素的區帶依次推出,各個區帶的色素再分別用適當的溶劑洗脫下來。這種分離方法稱為色譜法,這根玻璃管稱為色譜柱。
上述分離方法屬于吸附色譜法。茨維特用這一方法證明了葉綠素不是一種單一的物質,而是一種混合物。這一出色的工作,不僅破除了當時普遍認為葉綠素是一種單一物質的陳腐觀念,而且為色譜法的創立奠定了堅實的科學基礎。茨維特認為,當混合物溶液流經吸附柱時,色素即被分成不同顏色的區帶,復雜色素中的各個成分依次有規律地分布在色譜柱上,這樣就有可能對它們進行定性和定量分析,這種分析方法稱為色譜分析法。
Chromatography(色譜法)由希臘詞chromatus(顏色)和graphein(記錄)合并而成。以后的研究和應用說明,無顏色的物質也可以用色譜法分離。
茨維特的這一發現不但引起了人們的注意,而且人們還對這種分離技術進行了不斷地研究與應用。1935年人工合成離子交換樹脂的成功為離子交換色譜的廣泛應用提供了物質基礎。1938年蘇聯lzmailov等創立了薄層色譜法,并將此法用于藥物分析。薄層色譜法用于無機物的分析是從20世紀50年代末開始的,而應用于稀土元素的分離則是在1964年由Pierce開始的。
1941年Martin和Synge把含有一定量水分的硅膠填充到色譜柱中,然后將氨基酸的混合物溶液加入柱中,再用氯仿(三氯甲烷)淋洗,結果各種氨基酸得到分離。這種實驗方法與茨維特的方法雖然在形式上相同,但是其分離原理完全不同,這種分離方法稱為分配色譜法。
1944年,Consden, Cordon和Martin首先描述了紙色譜法。Martin和Synge用此法成功地分離了氨基酸的各種成分。
1947年美國的Boyd和Speding等發表了一系列論文,報道了他們應用離子交換色譜法分離裂變產物和稀土元素混合物的情況。
1952年Martin和Synge成功研究出氣-液色譜法,并將蒸餾塔板理論應用到色譜分離中,進一步推動了色譜法的發展,目前這一方法已在科學研究和工業上得到了廣泛應用,特別是在有機物的分析方面應用更加普遍。Martin和Synge也因在色譜法的研究中作出的重大貢獻而榮獲1952年的諾貝爾化學獎。
1956年荷蘭學者van Deemter在總結前人經驗的基礎上提出范第姆特方程,使氣相色譜的理論更加完善。1957年,Golay發明了高效能的毛細管柱,使色譜分離效能顯著提高。20世紀50年代末,Holme、將氣相色譜與質譜聯用,這是近代儀器分析發展的重要標志之一。
雖然經典的柱液色譜法能夠分離性質相近的元素,但由于柱效低,分離速度慢而不能適應現代科學技術迅速發展的需要。20世紀60年代末,法國的G.Aubouin和美國的Scott等,幾乎同時各自創立了高效液相色譜法。高效液相色譜法是由現代高壓技術與傳統的液相色譜法相結合,加上高效柱填充物和高靈敏檢測器所發展起來的新型分離分析技術。由于它具有高效、快速、高靈敏度以及寬的適應范圍和大的工作容量等一系列特點,為分析化學中廣泛應用柱液相色譜法開拓了廣闊的前景。高效液相色譜法與分光光度法、庫侖法、熒光法和電導法等測定方法聯用,可以使分離和檢測實現自動化,現在14種鑭系元素可以在17min內達到定量分離。由于各種新色譜填充劑的研制成功以及新色譜技術的發展,高效液相色譜法已發展成為一種強有力的分離和分析手段,其發展速度已超過氣相色譜,并實現了高效液相色譜一質譜聯用。近年來高效液相色譜法廣泛應用于醫學化學、藥學、環境化學等領域,此色譜法已成為極其有效的分析方法,對科學的發展作出了重大的貢獻。
色譜法與其他分析方法的聯用,促使分析靈敏度提高、鑒別能力增強、分析速度加快,而得到的大量數據需要電子計算機進行計算和存儲,這促使色譜技術與電子計算機緊密結合起來,進一步促進了色譜與其他分析儀器聯用技術的發展。
應用色譜法的目的是進行定量分析和單個分離純物質。實際研究工作者根據分析目的,可采用氣相色譜法、液相色譜法和薄層色譜法中的一種或幾種相互聯用。由于色譜法分析技術不斷發展,這些方法所得信息的差別逐漸消失。例如,氣相色譜法中填充柱的理論塔板數為1×103~2×103,柱長一般為2~3m,高效液相色譜法的理論塔板數為2×104~6×104,柱長一般為15~30cm,所以實際上兩者大體上均用理論塔板數為4~103左右的色譜柱分離組分,僅從色譜峰的形狀看,所得到的色譜圖沒有太大差別。但是,在適于分析的物質、檢測方法及與其他分析儀器聯用等方面,每種方法各有特點。
2.世紀50年代初我國的科技工作者就開展了氣相色譜的研究與應用工作,50多年來在薄層色譜、氣相色譜、毛細管色譜、高效液相色譜、聯用技術、毛細管電泳色譜以及智能色譜等方面都取得了很大的成就,色譜技術在科學研究和國民經濟建設中發揮了重要作用。
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