1903 年俄國(guó)植物化學(xué)家茨維特(Tswett)首次提出“色譜法”(Chromatography)和“色譜圖”(Chromatogram)的概念。茨維特使用色譜法 chromatography(來(lái)自希臘字,chroma 意思是顏色,graphy 意思是記錄)來(lái)描述他的彩色試驗(yàn)。他在論文中寫(xiě)到:“植物色素的石油醚溶液從一根主要裝有碳酸鈣吸附劑的玻璃管上端加入,沿管濾下,后用純石油醚淋洗,結(jié)果按照不同色素的吸附順序在管內(nèi)觀察到它們相應(yīng)的色帶,就像光譜一樣,稱(chēng)之為色譜圖。”
1990 年以后,生物工程和生命科學(xué)在國(guó)際和國(guó)內(nèi)的迅速發(fā)展,為高效液相色譜技術(shù)提出了更多、更新的分離、純化、制備的課題,如人類(lèi)基因組計(jì)劃,蛋白質(zhì)組學(xué)有 HPLC 作預(yù)分離等。
眾所周知,色譜分離的原理就是吸附、解吸、再吸附、再解吸的循環(huán)過(guò)程。高效液相色譜儀的結(jié)構(gòu)可分為“高壓輸液泵”、“色譜柱”、“進(jìn)樣器”、“檢測(cè)器”、“餾分收集器”以及“數(shù)據(jù)獲取與處理系統(tǒng)”等部分。
高壓輸液泵的功能為驅(qū)動(dòng)流動(dòng)相和樣品通過(guò)色譜分離柱和檢測(cè)系統(tǒng)。性能要求流量穩(wěn)定(±1),耐高壓(30~60 Mpa),耐各種流動(dòng)相,例如:有機(jī)溶劑、水和緩沖液。種類(lèi)分為往復(fù)泵和隔膜泵。一元、二元、三元泵主要是用來(lái)自動(dòng)配制流動(dòng)相的。
梯度洗脫裝置的作用是讓流動(dòng)相的組成隨時(shí)間而改變,以調(diào)節(jié)流動(dòng)相的極性、離子強(qiáng)度或 pH 值,使試樣組分的保留時(shí)間得以改變,從而提高分離效率。
色譜柱是用來(lái)分離樣品中的各個(gè)物質(zhì)。色譜柱是尺寸長(zhǎng) 10~30 cm,內(nèi)徑 2~5 mm 內(nèi)壁拋光的不銹鋼管柱。它的填料粒度是 5~10 μm,高效微粒固定相。適應(yīng)小粒徑(約 2 μm)填充劑的耐超髙壓、小進(jìn)樣量、低死體積、高靈敏度檢測(cè)的高效液相色譜儀,則稱(chēng)之為超高效液相色譜儀。
色譜柱類(lèi)型分為反相色譜柱、正相色譜柱、離子交換色譜柱及手性分離色譜柱。
反相色譜柱:以鍵合非極性基團(tuán)的載體為填充劑填充而成的色譜柱。常見(jiàn)的載體有硅膠、聚合物復(fù)合硅膠和聚合物等;常用的填充劑有十八烷基硅烷鍵合硅膠、辛基硅烷鍵合硅膠和苯基鍵合硅膠等。使用的流動(dòng)相極性大于固定相的極性。
正相色譜柱:用硅膠填充劑,或鍵合極性基團(tuán)的硅膠填充而成的色譜柱。常見(jiàn)的填充劑有硅膠、氨基鍵合硅膠和氰基鍵合硅膠等。氨基鍵合硅膠和氰基鍵合硅膠也可用作反相色譜。使用的流動(dòng)相極性小于固定相的極性。因此,反相色譜柱和正相色譜柱出峰順序剛好相反。
離子交換色譜柱:用離子交換填充劑填充而成的色譜柱。有陽(yáng)離子交換色譜柱和陰離子交換色譜柱。
手性分離色譜柱:用手性填充劑填充而成的色譜柱。主要用于測(cè)定手性化合物。
進(jìn)樣器將待分析樣品引入色譜系統(tǒng)。進(jìn)校系統(tǒng)主要有以下幾種,注射器進(jìn)樣裝置,由于操作時(shí)誤差大,現(xiàn)已不再使用;常用的閥進(jìn)樣裝置,因體積可變又可固定是較為理想的進(jìn)樣系統(tǒng);另外還有自動(dòng)進(jìn)樣器,有利于重復(fù)操作并可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。
檢測(cè)器用來(lái)將被分析組在柱流出液中濃度的變化轉(zhuǎn)化為光學(xué)或電學(xué)信號(hào)。紫外吸收檢測(cè)器是目前 HPLC 應(yīng)用最廣泛的檢測(cè)器,根據(jù)光吸收原理,以適當(dāng)?shù)墓饴泛碗娐份敵鲆粋€(gè)與試樣濃度成正比的紫外-可見(jiàn)光吸收信號(hào)。其他常見(jiàn)的檢測(cè)器還有熒光檢測(cè)器、蒸發(fā)光散射檢測(cè)器、示差折光檢測(cè)器、電化學(xué)檢測(cè)器和質(zhì)譜檢測(cè)器等等。
高效液相色譜法有“四高一廣”的特點(diǎn):
①高壓:流動(dòng)相為液體,流經(jīng)色譜柱時(shí),受到的阻力較大,為了能迅速通過(guò)色譜柱,必須對(duì)流動(dòng)相加高壓。
②高速:分析速度快、流動(dòng)相流速快,較經(jīng)典液體色譜法速度要快得多,通常分析一個(gè)樣品在 15~30 分鐘,有些樣品甚至在 5 分鐘內(nèi)即可完成,一般小于 1 小時(shí)。
③高效:分離效能高。可選擇固定相和流動(dòng)相以達(dá)到最佳分離效果,比工業(yè)精餾塔和氣相色譜的分離效能高出許多倍。
④高靈敏度:紫外檢測(cè)器可精確達(dá) 0.01 ng,進(jìn)樣量在 μL 數(shù)量級(jí)。
⑤應(yīng)用范圍廣:70% 以上的有機(jī)化合物可用高效液相色譜分析,特別是高沸點(diǎn)、大分子、強(qiáng)極性、熱穩(wěn)定性差的化合物分離分析,具有優(yōu)勢(shì)。
⑥色譜柱可反復(fù)使用:可用一根色譜柱分離不同化合物。
⑦樣品用量少、容易回收:樣品經(jīng)過(guò)色譜柱后不被破壞,可以收集單一組分或做制備。
高效液相色譜的缺點(diǎn)是設(shè)備單價(jià)昂貴、運(yùn)行成本高,需要使用高純度的試劑。