色谱法的发展简史与应用

色谱法（Chromatography，把混合物分离成单组分的方法）是一种重要的分离分析技术和物化研究方法，由于具有分离效能好、分析速度快、检测灵敏度高、适用范围广和操作简便等特点，因此在生产、科研、教学等的众多领域中得到了广泛应用，特别是与计算机系统联用以来，它已成为分析测试和分离提纯不可或缺的手段。 由于色谱法具有其独特的优越性和广泛的适用性，因此，在近代所创立的各种仪器分析方法中，尚无一种能像色谱法那样得到如此迅速广泛的应用，其发展之快令人叹为观止。 发展简史 1850年朗格（Runge）关于色谱分离的报告也许是迄今所能查阅到的最原始的色谱论文。 1903年植物学家茨维特（Tswett）首先发现液-固洗脱技术能分离植物色素，1906年公开发表其研究成果，他被公认为是柱色谱法（Column chromatography）的创始人 。他的实验装置，用碳酸钙作吸附剂，把植物色素的石油醚提取液从一根装有固体吸附剂的玻璃管上端注入，再加入石油醚淋洗，结果使色素混合物获得分离，于管内形成了不同颜色的谱带，“色谱”一词由此得名。这种分离方法被称为色谱法，此玻璃管柱被叫做色谱柱，装在柱内的固体吸附剂被称为固定相，用于淋洗的石油醚被称作流动相；而分离对象当今则不局限于有色物质。 1941年马丁（A.J.P.Martin）和辛格（R.L.M.Synge）把含有一定量水分的硅胶填充到色谱柱中，然后将氨基酸的混合物溶液加于柱上，再用氯仿淋洗，结果氨基酸混合物得到分离。这种实验方法与茨维特的实验方法基本相同，但其固定相为含水硅胶，致使分离原理有所不同，被称为分配色谱法（Partition chromatography），而茨维特的方法被称为吸附色谱法（Adsorpting chromatography）。 1944年马丁（A.J.P.Martin）和辛格（R.L.M.Synge）提出了纸色谱法和薄层色谱法，成功地用于氨基酸的分离，许多无机物（如含铁、钴、镍、铜、镉的盐类）和有机物（如糖类、肽类）都可用纸色谱法和薄层色谱法进行分离和鉴别，从而创立了纸色谱法（Paper chromatography）和薄层色谱法（Thin layer chromatography ）。 由于生物化学和石油化学等学科发展的需要，1941年马丁（A.J.P.Martin）、辛格（R.L.M.Synge）以及詹姆斯(A.T.James)等人提出了气液色谱法的设想并做了大量的研究工作，于1952年创立了气液色谱法，成功地分离分析了脂肪酸、脂肪胺等混合物，并提出了塔板理论。由于他们在色谱学和生物化学领域里作出了重大贡献，因而获得了1952年的诺贝尔奖金。 1956年荷兰学者范第姆特（Va Deemter）等人，总结了前人的研究成果，提出了范第姆特方程式，为色谱技术的发展提供了重要的理论依据。 1956年美国工程师戈雷（Golay）发明了毛细管柱，使总理论塔板数提高了几个数量级，分离效能得到显著提高。 1957年霍姆斯（Holmes）等人首次把气相色谱与质谱联用。随后相继发明了氢焰检测器、火焰光度检测器、氩离子化检测器和电子捕获检测器等高灵敏度和高选择性的检测器。从而使气相色谱法获得了迅速的发展和得到了广泛的应用。 马丁（Martin）和辛格（Synge）在1941年就提出高效相色谱的设想，然而直到20世60年代，将已经发展得比较成熟的气相色谱理论和技术应用到液相色谱上来，使液相色谱得到了迅速的发展。特别是填料制备技术、检测器和高压输液泵性能的不断改进，使液相色谱分析实现了高效化，具有优良性能的液相色谱仪商品于1969年面世。 现代色谱法的奠基者马丁在20世纪70年代初的一次讲演中说：“色谱法的发展速度远远超出了辛格起先所预想的速度，其中很大的因素是样品量问题。我们在开始研究氨基酸的分析时，需要500g蛋白质，时间要6个月；而使用硅胶分配柱时，需要样品量为几mg，纸层析法需数μg，气相色谱法只需ng的数量级（ng = 10ˉ9g）。由此可见，在目前，这种分析方法是各种分析方法中灵敏度最高的一种，在这30年中样品量减少的数量级达1012。” 随着色谱理论、色谱技术、色谱仪器以及色谱试剂的发展和进步，特别是色谱仪与质谱等大型分析仪器和计算机系统联用以来，它已成为生产、科研、教学、宇宙探索中不可或缺的分离分析方法和十分重要的物化研究手段。 计算机的应用，使色谱仪不仅能自动处理数据、打印图谱和打印分析结果，而且还可以自动控制色谱条件，使色谱系统处于最佳状态下工作。