液相色譜儀工作原理

一、基本原理：分配系數差異驅動分離

1. 固定相：色譜柱內填充的多孔顆粒材料（如硅膠、聚合物等），根據分離模式（反相、正相、離子交換等）具有不同極性或化學特性。

2. 流動相：攜帶樣品通過色譜柱的液體（如甲醇、乙腈、緩沖鹽溶液等），其極性和組成可調節分離效果。

3. 分離機制：

• 樣品注入后，各組分在流動相推動下進入色譜柱。

• 極性低的組分與非極性固定相（如 C18）作用力強，在柱內保留時間長；極性高的組分與固定相作用力弱，隨流動相快速流出。

• 不同組分因分配系數差異，在柱內遷移速度不同，最終按順序流出色譜柱，實現分離。

二、核心組件與功能

1. 輸液系統

• 高壓泵：提供穩定流量的流動相（壓力可達幾十兆帕），確保樣品在柱內快速遷移。

• 溶劑管理器：混合多種流動相（如梯度洗脫），精確控制比例和流速。

2. 進樣系統

• 進樣器：將樣品定量注入流動相（如手動進樣閥或自動進樣器），避免外界干擾。

3. 分離系統

• 色譜柱：核心部件，內徑通常 1-4.6 mm，長度 50-250 mm，固定相填充其中。不同類型色譜柱（如反相柱、親水作用柱）適用于不同樣品。

4. 檢測系統

• 紫外 - 可見檢測器（UV-Vis）：檢測有紫外吸收的組分（如芳香族化合物）

• 示差折光檢測器（RID）：通過折射率變化檢測無紫外吸收的物質（如糖類），但靈敏度較低。

• 熒光檢測器：檢測熒光物質（如維生素、藥物代謝物），靈敏度高。

• 質譜檢測器（LC-MS）：與質譜聯用，提供分子結構信息，適用于復雜樣品分析。

5. 數據處理系統

• 記錄色譜峰的保留時間、峰面積等參數，通過軟件計算組分含量或純度。

三、關鍵分離模式與應用場景

1. 反相色譜（RP-HPLC）

• 固定相：非極性（如 C18、C8），流動相為極性溶劑（水 + 甲醇 / 乙腈）。

• 應用：分離極性中等至非極性化合物（如藥物、脂肪酸、激素）

2. 正相色譜（NP-HPLC）

• 固定相：極性（如硅膠、氨基柱），流動相為非極性溶劑（正己烷、異丙醇）。

• 應用：分離極性化合物（如糖類、甘油酯、手性異構體）。

3. 離子交換色譜（IEC）

• 固定相：帶電荷基團（如磺酸基、季銨基），通過靜電作用分離離子型物質（如氨基酸、核酸、有機酸）。

4. 尺寸排阻色譜（SEC）

• 固定相：多孔凝膠，按分子尺寸分離（大分子先流出，小分子后流出），用于聚合物分子量分析、蛋白質純化等。

四、典型工作流程

1. 系統平衡：用初始流動相沖洗色譜柱，直至基線穩定。

2. 樣品進樣：通過進樣器將樣品注入流路，隨流動相進入色譜柱。

3. 分離過程：組分在柱內按分配系數差異先后流出色譜柱。

4. 檢測與記錄：檢測器實時監測流出組分，生成色譜圖（橫坐標為保留時間，縱坐標為信號強度）。

5. 結果分析：根據保留時間定性（與標準品對比），峰面積或峰高定量（外標法、內標法）。

五、優勢與局限性

• 優勢：

• 分離效率高，可分析復雜混合物（如中藥提取物、生物樣品）。

• 檢測靈敏度高（UV 檢測器可達微克級，MS 檢測器可達皮克級）。

• 流動相選擇靈活，適用于極性 / 非極性、熱不穩定化合物（無需高溫汽化，優于氣相色譜）。

• 局限性：

• 樣品需溶解于液體，不能直接分析氣體或固體。

• 色譜柱易被污染，需定期維護。

• 梯度洗脫時，流動相更換和平衡時間較長。

六、應用領域

• 制藥行業：藥物純度檢測、雜質分析、手性分離（如布洛芬對映體）。

• 環境監測：水中農藥殘留（如有機磷、除草劑）、多環芳烴（PAHs）分析。

• 食品分析：添加劑（如防腐劑、色素）、維生素、真菌毒素（如黃曲霉毒素）檢測。

• 生物化學：蛋白質分離（如單抗藥物）、核酸純化、代謝物分析（如 LC-MS 代謝組學）。

液相色譜儀通過精準控制分離條件，實現了復雜樣品的高效分析，其技術不斷向高速度（如超高效液相色譜 UPLC）、高靈敏度（如聯用質譜）方向發展，成為現代分析化學的核心工具之一。