【儀器科普】液相色譜儀（HPLC）的原理、類型、組成和應用

一、分離原理：基于分配差異的動態(tài)平衡

HPLC的核心分離機制源于溶質在固定相（stationary phase）與流動相（mobile phase）間的分配系數(shù)差異。當樣品隨流動相通過色譜柱時，不同組分因與固定相的相互作用（吸附、分配、排阻、親和）強度不同，導致在柱內(nèi)滯留時間差異，最終按順序流出實現(xiàn)分離。例如，反相色譜中非極性固定相與極性流動相的組合，使極性化合物優(yōu)先流出，非極性化合物因疏水作用保留更長時間。

二、類型劃分：基于分離機制的多元分類

1. 液-液分配色譜

   • 正相色譜（NP-HPLC）：固定相極性高于流動相（如硅膠鍵合氨基），適用于極性化合物（如脂溶性維生素）分離。
   • 反相色譜（RP-HPLC）：固定相極性低于流動相（如C18鍵合硅膠），占HPLC應用70%-80%，適合非極性或弱極性物質（如藥物、氨基酸）分析。
   • 離子對色譜：通過在流動相中添加離子對試劑，增強強極性物質（如有機酸/堿）的保留能力。

2. 液-固吸附色譜
   固定相為硅膠或氧化鋁等吸附劑，基于物質吸附能力差異分離，常用于幾何異構體或中等分子量非離子性物質分析。

3. 離子交換色譜
   利用離子交換樹脂與待測物電荷作用分離，適用于離子化合物（如無機鹽、有機酸/堿）及生物大分子（蛋白質、核酸）純化。

4. 體積排阻色譜（凝膠色譜）
   固定相為多孔凝膠（如瓊脂糖），按分子尺寸差異分離，適用于高分子量物質（如蛋白質、多糖）純化分析。

5. 親和色譜
   基于生物特異性相互作用（如抗原-抗體、酶-底物），用于高選擇性分離生物活性物質（如抗體、酶）。

三、系統(tǒng)組成：五大核心模塊協(xié)同工作

1. 高壓輸液系統(tǒng)
   包含儲液器、高壓泵（如往復式柱塞泵）及脫氣裝置。泵需提供高達6000 psi的壓力，確保流動相快速通過細粒徑色譜柱；脫氣裝置（如在線真空脫氣）可消除氣泡干擾，避免基線噪聲。

2. 進樣系統(tǒng)
   六通閥或自動進樣器實現(xiàn)高壓條件下的精準進樣，死體積小、重復性高。完全裝液法可消除管壁效應，確保進樣量不小于定量環(huán)體積的3倍。

3. 分離系統(tǒng)
   色譜柱為系統(tǒng)核心，柱長50-300 mm，內(nèi)徑2-5 mm，填充顆粒極細的固定相（如2-3 μm）。柱溫箱控制溫度穩(wěn)定性，保護柱延長色譜柱壽命。

4. 檢測系統(tǒng)

   • 紫外-可見光檢測器（UV-Vis）：常用，靈敏度高，適用于多數(shù)有機物檢測。
   • 熒光檢測器：檢測熒光化合物，用于藥物和環(huán)境分析。
   • 質譜檢測器（LC-MS）：聯(lián)用技術實現(xiàn)化合物精確鑒定與定量，廣泛應用于代謝組學研究。

5. 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)
   化學工作站或軟件記錄色譜圖，計算峰面積、保留時間等參數(shù)，支持符合GMP法規(guī)的數(shù)據(jù)完整性管理。

四、應用領域：跨行業(yè)的技術滲透

1. 制藥行業(yè)
   藥物研發(fā)中用于雜質分析、手性拆分；質量控制中檢測原料藥純度（如合成化合物純度驗證）。

2. 食品安全
   檢測食品中農(nóng)藥殘留（如蔬菜多環(huán)化合物）、添加劑（如防腐劑）及毒素（如黃曲霉毒素），確保合規(guī)性。

3. 環(huán)境監(jiān)測
   分析水體、土壤中的有機污染物（如苯酚）及重金屬離子，為污染治理提供數(shù)據(jù)支持。

4. 臨床檢驗
   尿液分析、血液抗生素濃度檢測、肝臟疾病標志物（膽紅素、膽綠素）測定，輔助疾病診斷。

5. 法醫(yī)學
   生物樣本中藥物定量分析、紡織品染料分析，為案件偵破提供線索。

五、技術演進：從HPLC到UPLC的跨越

超高效液相色譜（UPLC）通過更小粒徑填料（<2 μm）和更高壓力（>15000 psi），將分析時間縮短至HPLC的1/3，同時提升分辨率。例如，藥物雜質分析中UPLC可實現(xiàn)更快速、精準的分離，滿足高通量檢測需求。

液相色譜儀以分離原理為核心，通過多元類型適配不同分析場景，依托精密系統(tǒng)組件實現(xiàn)高效檢測，已成為現(xiàn)代分析科學不可少的工具。其技術演進持續(xù)推動著制藥、環(huán)保、醫(yī)療等領域的創(chuàng)新發(fā)展。