一、按分离原理分类:核心机制决定技术路线
1. 吸附色谱仪
(1) 原理:利用固定相表面对不同组分的物理吸附能力差异实现分离,固定相多为极性吸附剂(如硅胶、氧化铝)。
(2) 应用:早期用于分离有机化合物(如芳香族化合物),现多用于纯化制备,较少作为分析型仪器。
2. 分配色谱仪
(1) 原理:基于组分在固定相和流动相之间的溶解度(分配系数)差异分离,固定相为惰性载体涂覆高沸点溶剂(如 GC 中的固定液)或化学键合相(如 HPLC 中的 C18 柱)。
(2) 典型类型:
① 气相色谱仪(GC):流动相为惰性气体(如 N₂、He),固定相为耐高温液体或固体吸附剂,适用于沸点低于 400℃的挥发性化合物分析。
② 液相色谱仪(LC):流动相为液体(如甲醇 - 水混合溶液),固定相为极性或非极性填料,覆盖 80% 以上的有机化合物分析。
3. 离子交换色谱仪(IEC)
(1) 原理:利用固定相上离子交换基团与组分离子的静电作用力差异分离,固定相为离子交换树脂或键合相(如磺酸基、季铵基)。
(2) 应用:分离无机离子(如 Cl-、SO4²-)、有机酸 / 碱、蛋白质等带电分子,广泛用于水质分析和生物制药。
4. 尺寸排阻色谱仪(SEC,又称凝胶色谱)
(1) 原理:基于分子尺寸差异,通过固定相多孔凝胶的筛分效应分离,大分子先流出,小分子后流出。
(2) 应用:测定聚合物分子量分布、分离蛋白质和核酸等生物大分子,也用于有机小分子脱盐纯化。
5. 亲和色谱仪
(1) 原理:利用生物分子间的特异性亲和力(如抗原 - 抗体、酶 - 底物),固定相偶联亲和配体(如抗体),目标分子被选择性保留后洗脱。
(2) 应用:纯化单克隆抗体、分离酶和受体蛋白,是生物制药下游工艺的关键技术。
二、按流动相状态分类:气相与液相的技术分野
1. 气相色谱仪(GC)
(1) 技术特点:
① 流动相为气体(载气),需样品具有挥发性(沸点<400℃),常需衍生化处理极性化合物。
② 分离柱多为毛细管柱(内径 0.1-0.5mm,长度 10-100m),固定相涂覆在柱内壁。
(2) 检测器类型:
① 通用型:热导检测器(TCD)、氢火焰离子化检测器(FID)。
② 选择性:电子捕获检测器(ECD,对卤素敏感)、氮磷检测器(NPD,针对含 N/P 化合物)。
(3) 应用场景:石油化工(烃类分析)、环境监测(VOCs)、食品安全(农残检测)、法医鉴定(毒品分析)。
2. 液相色谱仪(LC)
(1) 技术特点:
① 流动相为液体,可分析高沸点、热不稳定或极性化合物(无需衍生化)。
② 按压力分为:
传统 HPLC:压力<400 bar,固定相粒径 5-10μm。
超高效液相色谱(UHPLC):压力>600 bar,固定相粒径<2μm,分离速度和灵敏度提升 3-10 倍。
(2) 检测器类型:
① 光学检测器:紫外 - 可见(UV-Vis)、荧光(FLD)、二极管阵列(DAD)。
② 质量型检测器:蒸发光散射(ELSD)、质谱(MS,需联用)。
(3) 应用场景:药物分析(含量测定)、生物大分子(蛋白质、核酸)、食品添加剂(防腐剂)、代谢组学研究。
三、按分离维度分类:从一维到多维的分辨率升级
1. 一维色谱仪
(1) 单根色谱柱实现分离,是***常见的类型(如常规 GC、HPLC)。
2. 二维色谱仪
(1) 通过两根不同分离机制的色谱柱串联,显著提升复杂样品的分离能力:
① 二维气相色谱(GC×GC):***维柱(如非极性)按沸点分离,第二维柱(如极性)按极性分离,用于分析原油、香精香料等复杂混合物。
② 二维液相色谱(2D-LC):例如***维离子交换色谱分离带电分子,第二维反相色谱按疏水性分离,常用于蛋白质组学中的肽段分离。
四、按应用场景分类:从实验室到工业现场
1. 分析型色谱仪
(1) 目标:定性或定量分析样品组分,常见于科研和质检实验室:
(2) 示例:GC-MS 用于检测食品中农药残留,UHPLC-DAD 用于药物含量测定。
2. 制备型色谱仪
(1) 目标:分离纯化毫克至克级样品,用于化合物制备:
① 技术特点:色谱柱内径更大(10-50mm),流动相流速更高,常搭配自动馏分收集器。
② 应用:天然产物活性成分提取、药物中间体纯化。
3. 过程色谱仪
(1) 目标:在线监测工业生产过程中的组分变化:
① 技术特点:集成自动进样和实时分析模块,可耐高压、高温或腐蚀性环境。
② 应用:制药行业的发酵过程监控、石油炼化中的产物组成分析。
4. 便携式色谱仪
(1) 目标:现场快速检测,体积小、功耗低:
① 示例:微型 GC 用于环境应急监测(如突发性气体泄漏),便携式 HPLC 用于农产品农药残留快检。
五、按联用技术分类:与检测器的协同创新
1. 色谱 - 质谱联用仪(LC-MS/GC-MS)
(1) 技术优势:色谱分离复杂混合物,质谱提供分子结构信息,是定性分析的黄金组合:
① GC-MS:适用于挥发性有机物,如环境中的多环芳烃(PAHs)。
② LC-MS:搭配电喷雾离子化(ESI)或大气压化学电离(APCI),分析极性大分子(如多肽、蛋白质)。
2. 色谱 - 光谱联用仪
(1) LC-UV/FLD:***常用的常规检测,UV 用于有紫外吸收的化合物,FLD 用于荧光物质(如维生素、氨基酸)。
(2) LC-IR(红外光谱)/LC-Raman(拉曼光谱):提供分子官能团信息,辅助结构解析。
3. 色谱 - 电化学联用仪
(1) 如 HPLC - 电化学检测器(ECD),用于检测具有氧化还原活性的物质(如多巴胺、酚类化合物),灵敏度可达纳克级。
六、特殊类型色谱仪:新兴技术与细分领域
1. 超临界流体色谱仪(SFC)
(1) 原理:流动相为超临界状态的流体(如 CO₂,临界温度 31℃,临界压力 7.38MPa),兼具 GC 的高效和 LC 的适用范围。
(2) 应用:手性药物分离(超临界 CO₂与极性改性剂混合,提升对映体选择性)、天然产物分析(如植物精油)。
2. 毛细管电泳仪(CE)
(1) 原理:以高压电场为驱动力,基于组分的电泳迁移率和分配行为差异分离,属于色谱的衍生技术。
(2) 特点:进样量纳升级,柱效极高(理论塔板数>10⁵),用于分离氨基酸、核酸、多肽等。
3. 亲水作用色谱仪(HILIC)
(1) 原理:固定相为极性材料(如氨基、氰基),流动相为高比例有机相 - 水相,用于分离强极性化合物(如糖类、核苷酸),弥补反相色谱对极性物质保留不足的缺陷。 标签:色谱仪
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