色谱法—一种重要的分离纯化技术

原作者：聊城大学化学化工学院 李爱峰，本账号获授权代为发布。

设想一下如果一个调皮的孩子将一堆红豆和绿豆混在了一起，我们要用手一粒一粒地拣起来才能将红豆和绿豆分开，如果将芝麻和小米混在了一起，用手分拣难度就增大了一些。如果不同种类的分子或离子混和在一起，如何将它们彼此分离开呢？色谱法就是一种能将混合物分离得到各种纯组分的方法。

色谱法的创始人是俄国植物学家茨维特，幼年的他发现不同的植物或同一植物的不同部位颜色不同，因此大自然才五彩缤纷。究竟是什么原因导致植物的颜色差异呢？答案肯定是它们的色素组成是不同的。植物色素包含哪些物质呢？它们的含量各是多少呢？这个问题象一粒种子埋藏在幼年茨维特的心中。

1902—1916年，茨维特对叶绿素进行了广泛而深入的研究。他做了这样一个实验：将碳酸钙颗粒装填在玻璃管中固定不动（称为固定相），将植物色素提取物放在碳酸钙的上层，向玻璃管中加入石油醚（称为流动相），由于重力作用石油醚流经碳酸钙颗粒，流入一个容器收集起来。用石油醚淋洗一段时间后，碳酸钙上产生了三条颜色不同的色带，究竟是什么物质将碳酸钙染上了颜色呢？茨维特像挤牙膏一样将碳酸钙从玻璃管中推出来，将三条色带切割下来，用溶剂溶解，蒸发除去溶剂后鉴定了物质的结构，结果表明三种物质分别是胡萝卜素，叶黄素和叶绿素A。通过这样的实验，茨维特就搞清楚了植物色素的组成及各种成分的含量。

图1 茨维特及色谱法

就像要给出生的婴儿起名字一样，茨维特也要给他所建立起来的分离方法起个名字。受到光谱现象的启发，茨维特给这种分离方法命名为色谱法（chromatography, chromato(颜色)+graphy(图像)）。

由于不同波长的光具有不同的折射率，三棱镜能将波长不同的光区分开来，由七色光组成的一束复合光，色散分光形成了光谱。这与混合色素经石油醚淋洗能够分离开来是多么相似啊！

我们可以将色谱分离的过程想像成一场短跑比赛，装填固定相的色谱柱就像一条赛道，待分离的样品就像一组运动员，发令枪一响，流动相就开始淋洗，运动员就争先恐后地向前跑，有位运动员速度最快，冲在最前面，首先到达终点线，接受裁判员的检测。有位运动员速度最慢，落在最后面，他到达终点线时比赛即宣告结束。如果有两位运动员的速度相同，它们就同时到达终点线，难分伯仲。为什么不同的运动员具有不同的速度呢？这是由人的个体差异造成的。在色谱分离的过程中，为什么不同的化合物移动的速度不同？这是由物质本身的性质决定的。不同的化学结构决定了组分与固定相和流动相的作用力不同，与流动相作用力强的组分移动的速度快，与固定相作用力强的组分移动的速度慢，只要速度有差异就能实现分离。

图2色谱分离过程与短跑比赛的类比

茨维特的第一篇关于色谱法的论文发表在1903年的《生物学杂志》上，由于该杂志的知名度不大，该论文并没有引起化学界的注意。直到1931年，R·库恩才发现色谱法的重要性，此法才得以推广和应用。

自色谱法问世至今已有一百多年，一百年来色谱法得到了飞速发展，从气相色谱到液相色谱再到超临界流体色谱；从分析型色谱到半制备型色谱再到制备型色谱，从柱色谱到纸色谱再到薄层色谱；从吸附色谱到分配色谱再到排阻色谱……随着色谱法的发展，样品的范围越来越宽广，从有机物到无机物，从小分子物质到大分子物质，从热稳定物质到热不稳定物质，从挥发性物质到非挥发性物质，从非极性物质到强极性物质，从性质差异大的物质到同分异构体再到光学对映体……几乎所有类型物质的分离都能找到合适的色谱分离方法。著名的有机化学家P. Karrer在1947年的IUPAC会议上发表的演讲中指出：“没有哪种发现象茨维特的色谱吸附分析那样对有机化学产生如此巨大的影响，它极大地拓宽了有机化学家的研究领域。如果不使用这种新方法，在维生素、激素、类胡萝卜素和其它大量天然化学物质的研究方面，绝不可能取得如此巨大的进展和丰硕的成果。”

图3 7种阴离子的离子色谱图

图4 8种环境污染物的气相色谱图

图5 茶叶中19种氨基酸的液相色谱图

图6 镰形棘豆中5种黄酮的高速逆流色谱图

图7烟碱对映体的手性分离色谱图

今天，色谱技术已渗透到科学技术及社会生活的许多领域，在生物学、医药学、石油化工、环境保护、食品工业、法医执法、出入境检验检疫等方面都得到广泛的应用。各种新型固定相层出不穷，色谱与质谱联用，色谱与各种样品前处理技术联用技术等在解决复杂体系的分离与分析方面发挥着越来越重要的作用。

导师简介

李爱峰，副教授，硕士生导师，山东中医药大学中药学专业博士。主要研究方向为天然产物活性物质的分离纯化及药理研究，主持山东省自然科学基金项目1项，参与国家自然科学基金项目5项和山东省自然科学基金项目3项。获山东省科技进步一等奖1项，中国产学研合作创新成果奖二等奖1项，山东省高等学校科学技术奖一等奖1项，三等奖2项。发表科研论文30余篇，其中SCI收录20余篇。获得授权的职务发明专利13项，转让发明专利1项。在教学研究方面，主持分析化学在线课程建设，获校级优秀教学成果一等奖1项，三等奖1项，在《化学教育》《大学化学》等核心期刊发表教研论文10篇。

招生专业：分析化学，学科教学（化学）