色谱法是一种分离混合物成分的过程。色谱法利用不同物质在不同相态的选择性分配,以流动相对固定相中的混合物进行洗脱,混合物中不同的物质会以不同的速度沿固定相移动,zui终达到分离的效果。
混合物的不同成分以不同的速度通过固定相,使它们彼此分离。特定流动相和固定相的性质决定了哪些物质的移动速度更快或更慢,以及它们的分离方式。这些不同的行程时间称为停留时间。
“书写颜色”
色谱法得名于19世纪末首 次用于分离复杂混合物中色素的技术。
如果一张纸或一块布接触到一个装满水或酒精的容器,其中溶解了一种复杂的颜料,毛细作用会将混合物带到纸或布上,但颜料的成分不会以相同的速率移动。
混合物中zui大的分子将移动得更慢,而zui小的分子则会领 先,从而导致固定相形成与混合物中每个组分相对应的离散色带。这使该技术被命名为“色谱法”或“书写颜色”
从艺术到科学
色谱仪zui初是由艺术家、色彩理论家和工匠使用的,他们希望将工业染料用于纺织品。随着时间的推移,它也催生了一个独特的化学分支,以及今天用来理解和纯化混合物的技术。
在现代实验室中,颜色方面不再重要,但同样的原则适用。通过将目标混合物溶解在流动相中并通过固定相运输,混合物的成分可以根据其不同的移动速度彼此分离。
通过改变流动相、固定相和/或决定移动速度的因素,创建了多种色谱方法,每种方法用于不同的目的,适用于不同的混合物。一些zui常见的色谱形式如下。
• 在气相色谱法中,目标混合物被蒸发,并与惰性气体(通常为氮气或氦气)一起通过固定相(通常为金属或玻璃分离柱)。混合物中较大的分子通过色谱柱并到达远端检测器所需的时间较长。
• 在液相色谱法中,目标混合物溶解在液体中并通过通常由二氧化硅材料制成的固体固定相。根据流动相和固定相(正相与反相)的相对极性以及流动相是否加压(高效),存在多种液相色谱法。
• 在薄层色谱法(TLC)中,固定相是一薄层固体材料,通常以二氧化硅为基础,而流动相是一种液体,其中溶解了目标混合物。
• 离子交换色谱法根据混合物的电荷、大小或大小来分离混合物的成分。本质上,正(阳离子)或负(阴离子)带电离子通过不同的固定相和不同的pH流动相分离。
色谱法可用作分析工具,将其输出输入检测器,检测器读取混合物的内容。它也可以用作净化工具,分离混合物的成分,用于其他实验或程序。通常,分析色谱法使用的材料数量比色谱法要少得多,用于纯化混合物或从中提取特定成分。
例如,固相萃取是一种液相色谱法,其中顺序使用不同的流动相来分离固相中捕获的混合物的不同成分。色谱法作为一种净化技术在石化和其他有机化学实验室中发挥着重要作用,在这些实验室中,色谱法可以成为从有机溶液中去除杂质的更具成本效益的方法之一,特别是如果混合物的组分是热敏性的。
灵活性
色谱法的原理也出现在其他实验室技术中。凝胶电泳根据核酸和蛋白质的大小对它们进行分类,通过电场将它们拉过凝胶。 这种技术实际上是一种色谱法。类似地,蒸馏通过沸点和冷凝点对混合物的成分进行分类,仪器本身是一种固定相。
由于其核心原理非常简单,色谱法留下了大量可以改进的空间。 这导致了各种更专业的色谱技术,如同时使用两种不同色谱方法的二维色谱法,裂解气相色谱法(用作质谱分析的一部分)和手性色谱法(用于分离其他方法无法区分的立体异构体)。
色谱法是一种简单且极为灵活的原理,在可以预见的未来,它将继续产生新的变化和新的实现。