色谱分析法进展小结-仪器分析

将色谱强大的分离功能与光谱等方法的检测功能进行优势结合，才产生了具有在线检测的现代色谱分析方法，从而解决了复杂样品的分离、定性和定量分析问题，也实现了从复杂样品中制备纯组分的目标。色谱分析的发展也是围绕分离与检测两方面展开的。虽然常规色谱技术已经相对成熟和普及，应用领域也不断扩展，但面对千差万别的复杂样品，以及快速、灵敏和准确的现实检测要求，还有一定差距。所以，现在仍有大量色谱技术人员和色谱研究工作者在开发选择性更好、灵敏度更高、分离分析速度更快捷的新型色谱技术。他们在改进仪器性能、研制新型固定相、新型检测器，特别是发展联用技术等方面，取得了长足发展，同时，色谱分析在生命科学的各类组学复杂体系的应用也取得了可喜的进展。现简述如下。

1.色谱联用技术

色谱分离和光谱检测是两者取长补短的典范。现在已较成熟且商品化的色谱-光谱联用仪有GC-MS、GC-FTIR、SFC-MS、HPLC-UV、HPLC-MS及TLC-UV等。毛细管电泳CE-MS和HPLC-NMR等联用技术也已有大量研究应用的报道。色谱联用技术在药物的高通量筛选、中药指纹图谱的测定、药物代谢过程与药物动力学研究，以及药物构效关系研究等方面都有大量成功的应用，是生命科学研究重要的研究工具。目前，色谱联用仪器正在进一步向智能化、自动化和微型化发展。

2.超高效液相色谱仪

填料粒径则使表面积增大，可键合更多的键合相固定液，从而大大提高柱效，但同时使流动相在填料间的通透性变差、柱压迅速升高，对仪器的耐压性提出更高的要求，所以高效液相色谱柱的填料粒径一般限制在3～5μm。

21世纪初，以Waters公司为代表，首先推出来超高效液相色谱仪（ACQTUITY UPLCTM），以粒径1.7μm的填料、超高压输液泵以及低死体积仪器和快速检测系统的结合，较好地解决了耐高压问题，使柱效大为提高，最佳流速的选择范围加宽，分析速度快，峰容量大，大大改进了分离效能，使高效液相色谱法的高选择性、高通量、高速度又上了一个新台阶。超高效液相色谱仪近期应用普及发展迅速，被称为液相色谱发展史上的里程碑。

3.整体柱和手性固定相

整体柱概念是诺贝尔奖得主Synge等于20世纪50年代提出，直到20世纪90年代才进入实用化阶段。Hjerten等制备了丙烯酰胺整体材料，压缩后用作色谱固定相，Svec等制备了真正意义上的整体柱，采用制备聚合物微球所用单体，成功地制备了整体柱色谱固定相，开启了新的色谱柱固定相制备途径，在过去20多年里迅速地推动了该领域的发展。

将填料单体、引发剂、制孔剂等混合后，通过原位聚合或固化在柱管中，形成的多孔结构的棒状式柱体，称为整体柱，被誉为第四代色谱柱。由于整体柱的多孔结构，具有很好的通透性，在较低的柱压下仍可保持较高的流速，因此可通过适当延长柱长来提高柱效，在实现快速分离方面具有明显的优势。整体柱类型有有机聚合物整体柱、硅胶整体柱、有机-无机杂化整体柱、金属氧化物整体柱等。

手性对映体的分离分析是所有物质对中最难分离分析的对象，远比分离一般同系物和同分异构体困难，自从手性固定相（CSP）出现后，这个困难才迎刃而解。手性固定相就是其固定液本身就是具有手性结构的键合相，也就是具有光学活性的固定相。按照手性分离机理，手性固定相分为协同型和独立型两大类。协同型手性固定相主要为手性聚合物（如多聚糖、蛋白质、合成高分子等）；独立型手性固定相的每个键合手性分子具有独立的手性识别能力（如形成表面配合物的刷型CSP和手性配体交换型CSP；形成包结络合物的冠醚、环糊精、大环抗生素CSP）。现在无论是手性分离机理进一步研究还是各种新型手性固定相的出现，都为手性对映体的分离分析，特别是对手性药物的生产和检测，提供了重要的技术保障。

4.毛细管电色谱法

毛细管电色谱（CEC）是毛细管电泳与高效液相色谱的结合，兼有毛细管电泳和微填充柱色谱法的优点。毛细管电色谱的色谱柱采用在熔融石英毛细管柱内填充微粒填料、管壁键合制备或制成连续床类型的整体柱，以电渗流或电渗流结合压力驱动流动相，基于组分的分配系数或电流淌度的差异实现分离，克服了毛细管电泳难以分离中性组分的局限。该法选择性很高、适用范围更广，尤其适合中性生物大分子的分离分析，因而今年来受到普遍关注。

5.微流控芯片分析系统

微流控芯片又称芯片实验室（LOC），指的是在芯片上构建的分析实验室，将进样系统、样品预处理系统、毛细管电泳分离系统及衍生化系统等部件，集成在一块芯片上，把所涉及的样品制备、化学反应、分离检测等基本操作单元组合在一起，由微通道和可控流体构成完整的分析系统，又称微全分析系统（μ-TAS），可分为微阵列芯片分析法及微流控芯片分析法（MFC）两类。1999年Agilent公式与Caliper联合研制出首台微流控芯片商业化仪器。芯片实验室不仅可用于各类样品分析，如药物分析、环境监测、基因组学、蛋白质组学及细胞研究等，而且可用于有机合成与药物筛选，在芯片上实现了分析实验室的整体功能。

6.多维色谱技术

为了满足各类复杂样品分离分析的需要，可通过组合不同色谱构建多维分离系统，能够明显拓宽各自的分析范围。理论上可以证明，多维色谱系统的总分离效率等于各维分辨率平方和的平方根，总峰容量等于各维峰容量的乘积。多维色谱分离系统允许组分峰沿着多维方向展开，显著提高系统的分离能力和检测灵敏度，为复杂样品的分析提供更多的信息。目前研究较多比较成熟的有二维GC、二维LC、二维CE、HPLC-GC以及HPLC-CE等。

7.色谱分离与组学研究

组学是人类进入21世纪以来在化学和生物学领域最前沿的研究热点之一。组学的范围很宽，目前研究较成熟的有基因组学、蛋白质组学、脂肪组学等。这些组学的共同特点是多组分、多空间、大数据的复杂体系，这些研究无一不需要高通量、自动化的分离分析手段。以色谱分离为基础的蛋白质组学分析技术，包括蛋白质样品前处理技术，多维LC分离及联用技术对蛋白质中有关组分的鉴定，蛋白质的定量分析和数据处理方法等。色谱法及其相关技术已成为组学研究最重要的工具。

名词中英文对照

色谱法 chromatography

固定相 stationary phase

流动相 mobile phase

色谱柱 column

色谱图 chromatogram

基线 base line

峰宽 peak width

半峰宽 peak width at half-height

保留时间 retention time

死时间 dead time(www.xing528.com)

选择性因子 selectivity factor

分离度（分辨率） resolution

拖尾因子 tailing factor

对称因子 symmetry factor

色谱塔板理论 chromatographic plate theory

理论塔板高度 height equivalent to a theoretical plate

理论塔板数 theoretical plate number

色谱速率理论 chromatographic rate theory

涡流扩散 eddy diffusion

分子扩散 molecular diffusion

调整保留时间 adjustment of retention time

保留体积 retention volume

死体积 dead volume

调整保留体积 adjustment of retention volume

保留指数 retention index

分配系数 distribution coefficient

分布常数 distribution constant

保留因子 retention factor

容量因子 capacity factor

传质阻力 mass transfer resistance

谱带展宽 band broadening

峰容量 peak capacity

整体柱 monolithic column

手性固定相 chiral stationary phase,CSP

毛细管电色谱法 capillary electrochromatography,CEC

芯片实验室 lab on chip，LOC

微全分析系统 micro total analysis system,μ-TAS

微流体芯片分析 microfluidic chip analysis,MFC