色谱是一种分离技术,当这种分离技术应用于分析化学领域中,就是色谱分析.它的分离原理是使混合物中各组分在两相间进行分配,其中一相是不动的,组成固定床,叫做固定相;另一相则是推动混合物流过此固定床的流体,叫做流动相.当流动相中所含有的混合物经过固定相时,就会与固定相发生相互作用.由于各组分在性质和结构上的不同,相互作用的大小、强弱也有差异;因此在同一推动力作用下不同组分在固定相中的滞留时间有长有短,从而按先后不同的次序从固定床中流出.这种借在两相间分配原理而使混合物中各组分获得分离的技术,称为色谱分离技术或色谱法.
作为流动相的有气体或液体.当用液体为流动相时,称为液相色谱;当用气体为流动相时,称为气相色谱.液相色谱和气相色谱是色谱分离技术的两大分支,各有其特点,也各有其局限性.气相色谱对于挥发性物质的分离有很好的效果,但对热稳定性差的物质以及挥发性极小的物质如离子化合物、大分子量化合物等则无能为力;液相色谱在分离大分子量的化合物、离子型化合物方面有其独到之处,但不能分离低沸点化合物物,永久性气体等物质.流动相的主要作用,不但是为混合物的分配提供一个相空间,同时还有驱动试样通过色谱柱而使之分离的作用.习用的驱动方法有三:1.冲洗法,2.前沿法,3.置换法.
作为色谱固定相的有两类,一类为活性固体,即吸附剂,用这类固定相的色谱法通常称为气固色谱或液固色谱.另一类为附着在惰性固体上的活性液体(又称为固定液),而用这种固定相者通常称为气液色谱或液液色谱.吸附剂的作用机制主要是固体表面层的吸附作用,而固定液的作用则是溶解或吸收作用.固定相在气相色谱分离中所起的作用是决定性的,没有固定相,色谱分离就不可能实现,物质在两相间的分配平衡可用分配系数来表示,分配系数随物质的结构和性质的不同而异,因而色谱分离技术的基础在于适当选择固定相,使被分析样品中不同组分的分配系数差异大些.各物质的分配系数都都是温度的函数,它们随温度变化的规律而不同,往往在一定温度下不能分开的物质,改变温度就有可能分离
关于色谱各分支及其发展概况见表1-1
分离在化工生产中具有极其重要的意义.一种有用的物质若与其他物质相混,往在失去其应用价值,如果经过分离提纯,即可成为极珍贵的原材料和制品,这是人们所熟知的.色谱的分离技术在化工生产中的应用,已有很长的历史,但今天这种技术更多的是用于分析化学领域中(主要原因在于其柱容量很有限),并成了分析化学中的一个重要分支色谱分离的效率高,适应分离的面广,操作简便,设备也不复杂,加上气相色谱仪器、鉴定器方面的进展,非常容易实现整个操作过程的自动化或半自动化;因此目前它不但已经作为日常检测手段进入了石油化工、生化、医药等厂矿和科研部门中,而且也被用作环境保护中的有害物质的检测,人造卫星中的自动检测器等等方面.
表1-1色谱主要分支及其发展概况 | ||||
气相色谱 | 液相色谱 | |||
流动相 | 气体 | 液体 | ||
固定相 | 固体 | 液体 | 固体 | 液体 |
色谱名称 | 气固色谱 | 液固色谱 | 液固色谱 | 液液色谱 |
及别名 | 气固吸附色谱 | 气液分配色谱 | 液固吸附色谱 | 液液分配色谱 |
冲洗法 | 建立于1943年 | 建立于1952年 | 建立于1903年 | 建立于1941年 |
前沿法 | 建立于1953年 | 建立于1954年 | 建立于1940年 | 建立于1952年 |
置换法 | 建立于1953年 | (尚未建立) | 建立于1943年 | 建立于1949年 |
本书主要介绍气相色谱在分析化学中应用的一些重要资料.
最近,在临界温度和临界压力之上使用临界温度低的化合物作为流动相,发展了一个新分支,称为超临界流态色谱( supercritical fluid chromatography)日,这是介于气相色谱和液相色谱之间的一个新分支,它显示出一系列特点,见表1
表1-2。
表1-2 气相色谱、液相色谱和超临界流态色谱的流动相主要性质比较
流动相 | 气相色谱 | 液相色谱 | 超临界流态色谱 |
密度(克/毫升) | 10-3 | 1 | 0.3 |
扩散系数 | 10-1 | 5·10-6 | 10-3 |
运动粘度(克/厘米秒) | 10-4 | 10-2 | 10-4 |
由于非挥发性固体和液体在临界流体中具有大的溶解度,因此超临界流态色谱能使高沸点固体或液体试样如 Apiezon L等在较低温度下,迅速获得分离,这方面的成果正引起色谱工作者的重视。