色谱联用技术的研究进展

引言

色谱联用技术，就是采用色谱技术将复杂体系加以分离，再用红外光谱、质谱或核磁共振等波谱学或光谱学等的技术分别提供其结构信息，这为复杂体系的分离分析研究提供了一种具有发展前景的新技术。色谱联用技术包含了多种联用方式和技术，色谱方法主要包括高效液相色谱(HPLC)、气相色谱(GC)、毛细管电色谱(CEC)和高效毛细管电泳(HPCE)等几种分离手段同四大谱即质谱、核磁共振、红外、紫外光谱的分别联用组成了色谱联用技术的丰富内涵，此外还有与其他技术的联用应用。由于对复杂体系分析信息量的要求日益增高，各种联用均得到较大发展，其中最引人注目的是色谱与质谱的成功联用，主要包括气相色谱—质谱(GC／MS)和液相色谱—质谱(LC／MS)。另外，正处于快速发展阶段并广泛应用的色谱联用技术包括气相色谱／傅立叶变换红外光谱(GC—FTIR)、气相色谱／原子光谱(GC—AS)、液相色谱／电感耦合等离子体质谱(HPLC-ICP—MS)、液相色谱／二极管阵列检测／质谱／质谱联用(LC—DAD—MS-MS)、毛细管电泳／质谱联用(CE-MS)等。色谱联用技术在生物样品分析、食品分析、环境分析、药物方面等表现出了一定的优越性。下面对色谱联用技术作进一步讨论。

1色谱与质谱联用技术

色谱与质谱的联用主要有气相色谱—质谱联用、液相色谱—质谱联用和毛细管电色谱—质谱联用，由于质谱的离子化方式和质量分析器类型较多，针对性的化合物各不相同，因此衍生出了多种色谱质谱联用模式，使该项联用技术日益成熟并得到越来越多的应用。液相色谱—质谱联用技术是20世纪70年代发展起来的，将液相色谱分离技术与质谱检测手段联合集液相色谱的高分离能力和质谱的高灵敏度、极强的定性专属性于一体，已成为一种不可替代的分离分析工具。气相色谱在20世纪80年代已成功地与质谱联用，并且随着小型台式四极质谱的发展，质谱已成为气相色谱的一种重要的专用检测器，可同时进行上百种不同成分的分离并进行质谱检测。除以上联用外，将四极杆质谱与飞行时间质谱组成串联质谱，结合最新发展的毛细管液相色谱技术组成的(CapLC-Q-TOF-MS-MS)将集成高效毛细管、液相色谱、四极杆质谱与飞行时间质谱等的优点而成为当前解决复杂样品分离分析的最尖端工具之一。

色谱与质谱的联用应用范围很广，可以有效解决众多领域的问题。在发现和分析新型有机污染物方面色谱—质谱联用技术发挥着至关重要的作用。近来LC-MS(／MS)技术的成熟和发展，使传统GC-MS技术遗漏的高极性、水溶性、高分子质量、热不稳定性污染物逐步被鉴定出来。环境污染物的检测正从传统的基于色谱和低分辨色谱—质谱联用的靶标分析技术向基于高分辨色谱、质谱联用以及色谱—串联质谱联用的高通量、高灵敏、高选择、高甄别的非靶标分析方向发展。液质联用技术在乌头类生物碱的裂解、成分鉴别、炮制配伍前后成分变化、药物的体内代谢转化、药物代谢动力学及药材、饮片、成药质量控制等方面的应用。

当前，发展CEC与各种高灵敏检测器的联用已成为CEC研究中最活跃的方向之一。CEC的高效分离能力和MS的高鉴定能力相结合，使得对nL级样品进行分子结构分析和分子质量的准确测定成为可能。Norton等填充了以石胆酸为基质的液晶颗粒作为固定相的毛细管柱，并采用CEC-ESIMS方法成功地分离了PAHs、苯乙胺类(PEAs)以及多氯联苯(PCBs)化合物。

2色谱与红外光谱联用技术

近年来气相色谱与傅立叶变换红外光谱联用技术发展较快，灵敏度不断提高，应用范围日益扩大。这是因为色谱技术以其高灵敏度和高分离效率成为十分理想的分离和定量分析工具，而红外光谱能提供丰富的结构信息，几乎没有两种不同的成分会具有完全相同的红外光谱图，所以红外光谱是一种十分理想的定性分析工具。早在20世纪60年代初，就曾有人尝试将气相色谱与红外光谱联用，以实现对复杂试样的快速分离鉴定。直到1969年第一台傅立叶变换红外光谱仪问世，GC／FTIR作为GC／MS的有效互补分析手段开始步人实用阶段。近年来，由于国内外学者的探索和研究，GC／FTIR联用技术在理论方法、仪器及实际应用等方面取得了可喜进展。随着接口装置红外光谱仪、数据处理技术的不断发展与完善，GC／FTIR联用技术必将在复杂混合物的定性定量分析与鉴定方面取得迅速的发展。

3色谱与原子光谱联用技术

色谱与原子光谱联用，可充分利用色谱的高分离性能和原子光谱的高灵敏度及高选择性的优点，实现优势互补，是解决复杂体系中痕量元素形态分析的重要途径。自1966年Kolb等首次阐明原子吸收光谱法作为GC检测器的潜在能力以来，GC与各种原子光谱分析法的联用技术得到了快速发展，在色谱与原子光谱联用技术中所涉及到的分离技术有气相色谱、液相色谱、超临界流体色谱和毛细管电泳，这些分离技术各有所长，已被广泛应用于色谱原子光谱联用技术的研究中。

4色谱与核磁共振联用技术

色谱的高效分离能力和核磁共振精确的结构分析能力为中等大小分子的各种复杂有机化合物的分离和分析提供了有效手段。早在20世纪70年代末就有LC-NMR联用技术的报道，由于LC-NMR一体化联用技术能一次性完成从样品的分离纯化到峰的检测、结构测定和定量分析，提供大量分子结构和混合物组成的信息，提高了研究效率和灵活性，而且HPLC-NMR克服了HPLC-MS难以分辨同分异构体和不适用于不挥发缓冲系统的不足，因而引起人们的广泛关注，并获得快速发展。近年来，随着NMR灵敏度以及色谱分离技术的提高，特别是更为高效的色谱柱的出现，还出现了其它一些NMR联用技术，如毛细管电泳—核磁共振联用(CE-NMR)、毛细管电泳—核磁共振—质谱联用(CE-NMR-MS)、液相色谱—红外光谱—核磁共振—质谱联用(LC-FTIR-MR-MS)、超临界色谱—核磁共振联用SFC-NMR等。由于CE在分离性能上的优势，它与NMR的联用已成为一种非常重要的分子结构鉴定手段，可用于复杂体系的分析鉴定。NMR是有机化合物结构鉴定最强有力的分析手段之一，但NMR的两个不足使得其与CEC的联用具有一定的挑战性：(1)相对于其他分析方法，NMR是一种较不灵敏的分析方法，需要的样品量在-mL级，而CEC的样品量却在～nL级；(2)NMR需纯净的分析物，否则样品与杂质信号峰的重叠将加大鉴定的难度。近年来随着NMR理论和技术的发展，出现了许多新技术新方法，使多重溶剂峰的有效抑制和信噪比大幅度增强成为可能。Bayer等和Sweedler等两小组在CEC-NMR联用方面做了大量的研究工作。Bayer等首次设计的一种可与CE、CEC和HPLC联用的接口装置，采用连续流和停流两种模式，尤其是停留模式可以有效避免信号峰的重叠，提高了分辨率。该装置实现了异构体、同系物组分的分离与鉴定。此后,Bayer等分别对梯度CEC-NMR以及pCEC-NMR联用技术进行了深入的研究，结果表明，施加适当的压力可有效抑制气泡而不影响分离柱效。

5色谱与其它分析手段的联用技术

除了以上介绍的几种联用方式外，还有一些联用方式也已在实际工作中得到了广泛应用，如色谱与热分析仪联用研究化合物的热分解行为；液相和气相色谱联用，可省去烦琐的样品预处理过程、缩短分析时间，并能增加鉴定信息、改善痕量分析的灵敏度。液相色谱—气相色谱—红外光谱联用可对复杂有机结构异构体进行鉴别。液相色谱—气相色谱—质谱联用一次进样可同时获得LC、GC、MS 3种谱图，三维数据相互结合可显著提高系统分析的可靠性。气相色谱—红外光谱—质谱联用综合了色谱强有力的分离能力和质谱、红外光谱的定性鉴别能力，为复杂混合组分的分析提供了重要的手段。以上这些色谱联用技术都已分别在不同的研究领域中得到应用。固相微萃取(SPME)—气相色谱(GC)联用技术在环境分析中也得到了应用，SPME-GC联用技术作为一种将样品前处理与分离检测结合为一体的分析技术已获得了一定的发展，不仅由于其具有方便快速、样品用量少、易实现自动化、人为误差小、精密度好等特点，更由于采用了作为分离分析手段，使得这项技术成为较为完善、广泛应用的联用技术。

吴倩等探索建立了分析复方中亚神酸盐、砷酸盐、一甲基砷和二甲基砷的HPLC-ICP-MS方法。Seger应用LC-DAD-MS／SPE-NMR联用技术鉴定南非钩麻中的脂苷异构体，并确定了一种新的化合物。Waters公司2004年推出超高效液相色谱，大大缩短了分析时间，提高了分离效率，将UPLC与具有MS／MS功能的飞行时间质谱TOF-MS联用将可大大提高分析过程获得的信息量。窦志华等采用UPLC-MS／MS方法分析复方五仁醇胶囊大鼠灌胃后消化吸收进人血液的木脂素类成分并确认了进入血液的5种木脂素类成分。郭菲等用二维液相色谱—质谱联用方法来分离葛根芩连汤的成分，结果表明搭建的二维液相色谱的峰容量显著高于一维色谱，分离效率得到明显提高，这些新的色谱联用技术以及未来不断产生的新型色谱联用技术，如超临界流体色谱联用技术、二维气相色谱等在方剂的现代研究中都有一定的应用价值，有必要在方剂的研究中进行尝试和应用。

6展望

色谱联用技术还有着很大的发展空间，新的色谱联用技术有待探索使用。近年来，一些新型色谱联用技术不断出现并得以尝试应用，如色谱分离技术和元素特征检测技术的联用形成了HPLC-ICP-MS。

色谱联用技术已克服了传统色谱检测器信息量不够的缺点，提供了可靠、精确的相对分子质量及结构信息，并简化了试验步骤，节省了样品的准备时间和分析时间，有着广泛的应用前景，可以相信，各种新型色谱联用技术的广泛应用必将对现代研究起到重要的推动作用。

（摘自《上海化工》）

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