氣相液相色譜技術(shù)及應(yīng)用

昆 蟲 生 理 毒 理 組 l 色 譜 法 （ chromatography） 是 20世 紀(jì) 初由 俄 國(guó) 植 物 學(xué) 家 Tswett發(fā) 明 并 命 名 的 1903年 ， 他 做 了 一 個(gè) 著 名 的 實(shí) 驗(yàn) ， 把 干燥 的 葉 用 石 油 醚 萃 取 后 ， 將 少 量 的 萃 取液 傾 入 填 充 有 沉 降 CaCO3的 直 立 玻 璃 管柱 的 頂 端 ， 然 后 用 石 油 醚 洗 脫 ， 發(fā) 現(xiàn) 葉中 的 色 素 在 CaCO3柱 上 互 相 分 離 ， 形 成不 同 顏 色 的 色 帶 。 他 把 這 種 方 法 命 名 為色 譜 法 （ Chromatography） 。 l 1931年 ， Kuhn和 Lederer用 填 充 氧 化 鋁 粉末 的 柱 管 將 胡 蘿 卜 素 中 兩 種 性 質(zhì) 非 常 相似 的 烴 的 異 構(gòu) 體 （ -和 -胡 蘿 卜 素 ）分 離 成 功 ， 才 引 起 人 們 的 注 意 ， 認(rèn) 識(shí) 到色 譜 法 在 分 離 混 合 物 方 面 有 著 廣 闊 的 前景 。l 1940-1943年 ， Tiselius發(fā) 展 了 吸 附 色 譜 ，并 由 于 在 吸 附 色 譜 和 電 泳 等 方 面 做 出 的重 要 貢 獻(xiàn) 而 獲 得 1948年 的 諾 貝 爾 化 學(xué) 獎(jiǎng) 。l 1941年 ， Martin和 Synge在 研 究 氨 基 酸 分離 時(shí) 又 發(fā) 明 了 分 配 色 譜 法 ， 他 們 因 此 獲得 了 1952年 諾 貝 爾 化 學(xué) 獎(jiǎng) 。 l 色 譜 是 一 種 分 離 技 術(shù) ， 當(dāng) 這 種 分 離 技 術(shù)應(yīng) 用 于 化 學(xué) 分 析 ， 就 是 色 譜 分 析l 色 譜 分 析 的 基 本 要 求 是 實(shí) 現(xiàn) 各 混 合 物 的分 離l 它 的 分 離 原 理 是 使 混 合 物 中 各 組 分 在 兩相 間 進(jìn) 行 分 配 ： 即 固 定 相 、 流 動(dòng) 相l(xiāng) 固 定 相 分 兩 類 ： 活 性 固 體 、 活 性 液 體l 流 動(dòng) 相 一 般 為 惰 性 氣 體 或 有 機(jī) 溶 劑 1.色 譜 法 分 類 按 兩 相 物 理 狀 態(tài) 分 類 ：氣 -固 色 譜 （ gas-solid chromatography, GSC）氣 -液 色 譜 （ gas-liquid chromatography, GLC）液 -固 色 譜 （ liquid -solid chromatography, LSC）液 -液 色 譜 （ liquid-liquid chromatography, LLC） 按 固 定 相 形 態(tài) 分 類 ： 填 充 柱 色 譜柱 色 譜 毛 細(xì) 柱 色 譜 （ 開 管 式 色 譜 ） 1.色 譜 法 分 類 按 分 離 過(guò) 程 物 理 化 學(xué) 原 理 分 類 ：吸 附 色 譜 ： 用 固 體 吸 附 劑 做 色 譜 固 定 相 ， 樣 品 各組 分 在 吸 附 劑 上 吸 附 力 大 小 不 同 。分 配 色 譜 ： 用 液 體 做 固 定 相 ， 利 用 試 樣 組 分 在 固定 相 中 溶 解 、 吸 收 或 吸 著 能 力 不 同 ， 因 而 兩 相分 配 系 數(shù) 不 同 進(jìn) 行 分 離 。離 子 交 換 色 譜 ： 離 子 交 換 劑 為 固 定 相 ， 分 離 離 子型 化 合 物還 有 ： 離 子 對(duì) 色 譜 、 凝 膠 色 譜 、 絡(luò) 合 色 譜 、 親 和色 譜 等 。 2.色 譜 過(guò) 程 : 由 于 各 組 分 在 固 定 相 的 分 配 系 數(shù) 或 吸附 和 脫 附 能 力 有 差 異 ， 各 組 分 在 色 譜 柱 中的 滯 留 時(shí) 間 也 就 不 同 ， 即 它 們 在 柱 中 向 前移 動(dòng) 的 速 率 不 同 。 隨 著 流 動(dòng) 相 不 斷 流 過(guò) ， 組 分 在 柱 中 兩相 間 經(jīng) 過(guò) 了 反 復(fù) 多 次 的 分 配 和 平 衡 過(guò) 程 ，當(dāng) 移 動(dòng) 一 定 柱 長(zhǎng) 以 后 ， 試 樣 中 各 組 分 即 可得 到 較 完 整 的 分 離 。 1基 線 2色 譜 峰 3峰 高 與 峰 面 積 4 保 留 時(shí) 間 色 譜 圖 ： 流 動(dòng) 相供 輸 系統(tǒng) 進(jìn) 樣器 色 譜 柱 （恒 溫 箱 ） 檢 測(cè) 器 （恒 溫 箱 ） 數(shù) 據(jù) 處 理系 統(tǒng)組 分 收 集系 統(tǒng)控 制 顯 示 系統(tǒng)（ 計(jì) 算 機(jī) ） l 流 動(dòng) 相 ： 氣 -液 色 譜 分 離 中 載 氣 是 惰 性 的 ，僅 攜 帶 樣 品 通 過(guò) 色 譜 柱 。 氣 -固 色 譜 載 氣與 組 分 一 起 與 固 體 吸 附 劑 作 用 ， 因 而 對(duì)氣 譜 分 離 具 有 一 定 影 響 。l 一 般 載 氣 主 要 為 ： 氮 、 氫 、 氦 、 氬 、 空氣 、 氧 氣 、 二 氧 化 碳 等 。l 要 求 ： 純 度 高 l進(jìn) 樣 系 統(tǒng) ： 進(jìn) 樣 就 是 把 試 樣 快 速 、準(zhǔn) 確 的 加 到 色 譜 柱 頭 。 若 試 樣 為 純液 體 或 溶 液 ， 則 要 求 在 進(jìn) 樣 系 統(tǒng) 中瞬 間 氣 化 。 進(jìn) 樣 系 統(tǒng) 包 括 進(jìn) 樣 口 、氣 化 室 。 氣 化 室 的 溫 度 通 常 比 試 樣中 最 難 氣 化 的 組 分 的 沸 點(diǎn) 高 50 。 l 氣 譜 柱 ： 色 譜 柱 包 括 填 充 柱 和 毛 細(xì) 柱 ， 填 充 柱是 在 柱 內(nèi) 均 勻 、 緊 密 填 充 固 定 相 顆 粒 的 色 譜 柱 。填 充 柱 管 通 常 用 玻 璃 、 金 屬 （ 不 銹 鋼 、 銅 、 鋁 ）或 聚 四 氟 乙 烯 制 成 。 柱 長(zhǎng) 1-3m。 填 充 劑 可 以 是吸 附 劑 （ 氣 -固 色 譜 ） ， 也 可 以 是 涂 有 固 定 液的 載 體 （ 氣 -液 色 譜 ） 。 毛 細(xì) 柱 一 般 為 開 管 柱 ，即 在 毛 細(xì) 柱 內(nèi) 壁 上 涂 有 固 定 液 。 l 固 定 相 : 氣 -固 色 譜 以 固 體 吸 附 劑 作 為 固 定 相 ， 例如 ： 炭 質(zhì) 吸 附 劑 、 硅 膠 、 氧 化 鋁 等 。 氣 -液 色 譜 以 涂 有 固 定 液 的 載 體 作 為 固 定相 。 固 定 液 系 涂 漬 在 載 體 表 面 上 起 分 離作 用 的 物 質(zhì) ， 在 操 作 溫 度 下 不 易 揮 發(fā) 的物 質(zhì) 。 例 如 ： 聚 硅 氧 烷 。 l 檢 測(cè) 器 ： 是 能 檢 測(cè) 色 譜 柱 流 出 組 分 及 這 些組 分 量 的 變 化 的 器 件 ， 其 功 能 是 將 經(jīng) 色 譜分 離 的 組 分 的 物 質(zhì) 信 號(hào) 轉(zhuǎn) 化 為 易 于 測(cè) 量 的電 信 號(hào) ， 故 也 稱 為 “ 換 能 器 ” 。 最 常 用 的檢 測(cè) 器 是 熱 導(dǎo) 檢 測(cè) 器 （ TCD） 和 火 焰 離 子化 檢 測(cè) 器 （ FID） 。 此 外 ， 電 子 俘 獲 檢 測(cè) 器（ ECD） 和 火 焰 光 度 檢 測(cè) 器 （ FPD） 也 用得 比 較 多 。 l 1、 為 什 么 程 序 升 溫 可 以 更 好 的 實(shí) 現(xiàn) 混 合物 的 分 離 ？ l 恒 溫 氣 相 色 譜 的 柱 溫 恒 定 在 試 樣 平 均 沸點(diǎn) ， 如 試 樣 的 沸 程 很 寬 ， 則 低 沸 點(diǎn) 組 分因 柱 溫 太 高 而 色 譜 峰 窄 ， 相 互 重 疊 ， 而高 沸 點(diǎn) 組 分 又 因 柱 溫 太 低 ， 洗 出 很 慢 ，有 些 甚 至 不 能 洗 出 如 果 采 用 程 序 升 溫 ， 采 用 足 夠 低 的 初 始溫 度 ， 低 沸 點(diǎn) 組 分 最 先 洗 出 ， 得 到 很 好分 離 ， 隨 著 柱 溫 升 高 ， 較 高 沸 點(diǎn) 的 組 分也 能 較 快 洗 出 ， 得 到 良 好 的 峰 形 l 2、 為 什 么 需 要 分 流 ？ 由 于 開 管 柱 載 氣 體 積 流 速 很 小 ， 將 樣 品從 汽 化 室 沖 洗 到 色 譜 柱 需 要 較 長(zhǎng) 時(shí) 間 ，導(dǎo) 致 進(jìn) 樣 器 內(nèi) 色 譜 帶 擴(kuò) 張 。 此 外 ， 開 管柱 樣 品 容 量 小 ， 采 用 填 充 柱 常 規(guī) 進(jìn) 樣 方式 ， 引 入 樣 品 量 將 超 過(guò) 色 譜 柱 負(fù) 荷 l 3、 氣 譜 峰 的 拖 尾 與 哪 些 因 素 有 關(guān) ？ 如 何消 除 ？ l 與 載 體 、 樣 品 類 型 、 進(jìn) 樣 量 等 因 素 有 關(guān) 。 樣 品 含 脂 肪 烴 、 芳 香 烴 、 烯 烴 等 成 較 弱的 拖 尾 ； 含 羥 基 、 羧 基 的 醇 、 酸 等 嚴(yán) 重拖 尾 ； 脂 類 拖 尾 較 小 。 進(jìn) 樣 量 小 ， 拖 尾 弱 ， 進(jìn) 樣 量 大 ， 拖 尾 嚴(yán)重 。 l 盡 量 減 少 進(jìn) 樣 量l 形 成 衍 生 物 l 綜 上 所 述 ， 使 用 儀 器 時(shí) ， 應(yīng) 注 意 ： 1.樣 品 要 進(jìn) 行 凈 化 ， 提 純 2.進(jìn) 樣 量 要 控 制 在 一 定 范 圍 內(nèi) 3.進(jìn) 樣 要 迅 速 4.柱 溫 要 控 制 在 300 以 內(nèi) ， 以 免 損 害 柱子 l 流 動(dòng) 相 ： 種 類 較 多 。 改 變 流 動(dòng) 相 的 性 質(zhì)和 組 成 ， 是 提 高 色 譜 系 統(tǒng) 分 離 度 和 分 析速 度 的 重 要 手 段l 基 本 要 求 ： 保 持 色 譜 柱 的 穩(wěn) 定 性 、 化 學(xué)惰 性 、 必 須 適 合 所 使 用 的 檢 測(cè) 器 、 具 有溶 解 樣 品 的 能 力 、 溶 劑 的 清 洗 和 更 換 方便 、 毒 性 小 、 價(jià) 格 便 宜 、 純 度 高 l 色 譜 柱 ： 采 用 優(yōu) 質(zhì) 不 銹 鋼 管 或 硬 質(zhì) 玻 璃管 。 最 好 是 直 形 柱 。 裝 柱 方 法 復(fù) 雜 ， 需要 高 壓 泵 加 壓 。l 硅 膠 是 高 效 液 相 色 譜 應(yīng) 用 最 多 的 固 定 相填 料 。 最 重 要 的 有 兩 種 ： 表 面 多 孔 層 硅膠 ， 全 多 孔 微 粒 硅 膠 。 l 高 壓 泵 ： 它 將 流 動(dòng) 相 在 高 壓 下 連 續(xù) 不 斷 地送 入 色 譜 系 統(tǒng) 。 高 壓 泵 的 性 能 直 接 影 響 整機(jī) 的 穩(wěn) 定 性 、 重 復(fù) 性 和 分 析 精 度 。 它 應(yīng) 具 有 如 下 性 能 ： 流 量 穩(wěn) 定 ； 流量 范 圍 寬 ， 且 連 續(xù) 可 調(diào) ； 輸 出 壓 力 高 、 密封 性 能 好 ； 耐 腐 蝕 ； 操 作 、 更 換 溶 劑 方 便 。 l 檢 測(cè) 器 ： 常 用 的 有 紫 外 檢 測(cè) 器（ ultraviolet detector, UV） 和 熒 光 檢 測(cè)器 （ fluorescence detector, FD） 。 1 、 氣 相 色 譜 法 （ 1） 高 選 擇 性 ： 能 夠 分 離 分 析 性 質(zhì) 極 為相 近 的 物 質(zhì) （ 2） 高 效 能 （ 3） 高 靈 敏 度 （ 4） 分 析 速 度 快 但 由 于 它 要 求 試 樣 必 須 能 夠 氣 化 ， 使 其應(yīng) 用 受 到 一 定 限 制 。 2、 高 效 液 相 色 譜 法 （ HPLC） （ 1） 高 效 （ 2） 高 速 （ 3） 較 高 靈 敏 度 （ 4） 高 度 自 動(dòng) 化 （ 1） HPLC不 受 試 樣 揮 發(fā) 性 和 相 對(duì) 分 子 質(zhì) 量 的 限 制 ，可 用 于 分 離 高 沸 點(diǎn) 、 相 對(duì) 分 子 質(zhì) 量 大 、 熱 穩(wěn) 定 性 差的 有 機(jī) 化 合 物 ， 還 可 用 于 各 種 離 子 的 分 離 。（ 2） HPLC不 僅 可 利 用 被 分 離 組 分 的 極 性 差 別 ， 還可 利 用 組 分 分 子 尺 寸 大 小 的 差 別 、 離 子 交 換 能 力 的差 別 以 及 生 物 分 子 間 親 和 力 的 差 別 進(jìn) 行 分 離 。 它 還可 以 用 多 種 溶 劑 作 為 流 動(dòng) 相 ， 對(duì) 于 性 質(zhì) 和 結(jié) 構(gòu) 類 似的 物 質(zhì) ， 分 離 的 可 能 性 比 氣 相 色 譜 法 更 大 。（ 3） HPLC易 于 收 集 流 出 的 組 分 ， 可 利 用 制 備 柱 進(jìn)行 較 大 量 的 制 備 。 多 重 聯(lián) 用 氣 相 色 譜 -質(zhì) 譜 （ GC-MS） 液 相 色 譜 -質(zhì) 譜 （ LC-MS） 曾 經(jīng) 是 實(shí) 驗(yàn) 室 里 最 需 要并 被 認(rèn) 為 是 一 定 會(huì) 出 現(xiàn) 的 技 術(shù) 裝 備 。 今 天 的 色 譜 技 術(shù) 發(fā) 展 是 日 新 月 異 ， 不但 與 質(zhì) 譜 連 用 ， 還 與 液 譜 、 紅 外 光 譜 儀 、EAG等 連 用 ， 大 大 的 加 大 了 其 應(yīng) 用 范 圍 。 氣 譜 進(jìn)樣 口 毛 細(xì) 管柱 觸 角 檢測(cè) 器 雙 通 道 記錄 儀氣 譜 的 FID檢 測(cè) 器 l 氣 相 色 譜 應(yīng) 用 于 昆 蟲 化 學(xué) 生 態(tài) 學(xué) 昆 蟲 性 信 息 素 的 研 究 昆 蟲 抑 卵 信 息 素 的 研 究 l 氣 相 色 譜 應(yīng) 用 于 昆 蟲 化 學(xué) 生 態(tài) 學(xué) 昆 蟲 性 信 息 素 的 研 究 昆 蟲 抑 卵 信 息 素 的 研 究 l 在 昆 蟲 分 類 中 的 應(yīng) 用 利 用 氣 相 色 譜 技 術(shù) 對(duì) 昆 蟲 表 皮 碳 氫 化 合 物 進(jìn)行 分 析 ， 并 以 此 來(lái) 對(duì) 昆 蟲 進(jìn) 行 分 類 鑒 定 ， 是近 年 來(lái) 昆 蟲 分 類 研 究 的 一 種 新 方 法 。 它 主 要用 于 近 緣 種 及 種 下 類 群 的 分 類 研 究 。 例 如 ： 用 氣 相 色 譜 (GC)分 析 岡 比 亞 按 蚊（ Anopheles gambiae） 復(fù) 合 組 中 兩 個(gè) 近 緣 種An. arabiensis、 An. gambiae， 結(jié) 果 發(fā) 現(xiàn) C25-39的 化 合 物 分 布 有 種 間 差 異 。 1.開 氮 氣 ， 平 衡 十 分 鐘2.打 開 氣 相 色 譜 儀 開 關(guān) ， 轉(zhuǎn) 換 器 開 關(guān) ， 計(jì) 算 機(jī) 開 關(guān)3.打 開 Class-GC10程 序4.調(diào) 出 realtime 系 統(tǒng) ， 設(shè) 置 程 序 升 溫 ， 點(diǎn) 擊 system on， 激 活5.開 氫 氣 、 空 氣 ， 平 衡 十 分 鐘6.點(diǎn) 火 l 關(guān) 機(jī)1.設(shè) 置 降 溫 程 序 ： 進(jìn) 樣 口 、 柱 溫 、 檢 測(cè) 器 都 為25 ， 等 待 降 溫 。2.降 溫 之 后 ， 關(guān) 閉 程 序3.關(guān) 機(jī) ， 關(guān) 閉 色 譜 儀 ， 轉(zhuǎn) 換 器 ， 拔 掉 電 源 。4.關(guān) 氫 氣 、 氮 氣 、 空 氣 。5整 理 桌 面 ， 關(guān) 燈 。 l 工 作 站 結(jié) 構(gòu) 包 括 ： 修 改 和 設(shè) 定 氣 譜 條 件部 分 (configuration)， 實(shí) 時(shí) 分 析 系 統(tǒng)（ real time analysis)， 分 析 數(shù) 據(jù) 和 修改 文 件 部 分 (post run analysis)等 。l 它 可 以 把 電 信 號(hào) 傳 輸 到 電 子 計(jì) 算 機(jī) 上 ，并 且 進(jìn) 行 分 析 。 大 大 減 輕 了 研 究 者 的 勞動(dòng) 量 。 打 開 real time analysis， 打 開 setup窗 口 ，進(jìn) 入 Temp窗 口 ， 設(shè) 置 柱 溫 ， 檢 測(cè) 器 ， 進(jìn)樣 口 溫 度 及 升 溫 程 序 ， 點(diǎn) 擊 system on，打 開 GC Monitor。等 到 窗 口 出 現(xiàn) Ready， 進(jìn) 入 Sample Login窗口 ， 輸 入 分 析 試 樣 資 料 ， 保 存 。進(jìn) 樣 ， 點(diǎn) 擊 start,開 始 分 析 。