发布时间 : 星期四 文章第二章临床生物化学实验室基本技术与管理 - 3 - 图文更新完毕开始阅读48d2004cb94ae45c3b3567ec102de2bd9605deb8
气－固色谱（gas-solid chromatography） 气－液色谱（gas-liquid chromatography）
（二）按层析过程的机理分类
吸附层析（adsorption chromatography ）利用吸附剂表面对不同组分吸附性能的差异，达到分离鉴定的目的。 分配层析（partition chromatography）利用不同组分在流动相和固定相之间的分配系数（或溶解度）不同，而使之分离的方法。
离子交换层析（ion-exchange chromatography ）利用不同组分对离子交换剂亲和力的不同，而进行分离的方法。 凝胶层析（gelchromatography）利用某些凝胶对于不同组分因分子大小不同而阻滞作用不同的差异，进行分离的技术。
亲和层析（affinity chromatography）利用大分子化合物独特的生物学特异性来纯化分离。
（三）按操作形式不同分类
柱层析（colum chromatography）将固定相装于柱内，使样品沿一个方向移动而达到分离。 纸层析（paper chrmatography）用滤纸作液体的载体（担体support），点样后，用流动相展开，以达到分离鉴定的目的。
薄层层析（thin layper chromatography）将适当粒度的吸附剂铺成薄层，以纸层析类似的方法进行物质的分离和鉴定。
三． 吸附层析法（AdsorptionChromatography）
吸附层析法也叫液－固色谱法（Liquid-Solid Chromatography，简称LSC），它是基于在溶质和用作固定固体吸附剂上的固定活性位点之间的相互作用。可以将吸附剂装填于柱中、覆盖于板上、或浸渍于多孔滤纸中。吸附剂是具有大表面积的活性多孔固体，例如硅胶、氧化铝和活性炭等。活性点位例如硅胶的表面硅烷醇，一般与待分离化合物的极性官能团相互作用。分子的非极性部分（例如烃）对分离只有较小影响，所以液－固色谱法十分适于分离不同种类的化合物（例如，分离醇类与芳香烃）。特别适用于很多中等分子量的样品（分子量小于1，000的低挥发性样品）的分离，尤其是脂溶性成分一一般不适用于高分子量样品如蛋白质、多糖或离子型亲水住化合物等的分离。吸附层析的分离效果，决定于吸附剂、溶剂和被分离化合物的性质这三个因素。
1． 吸附剂：常用的吸附剂有硅胶、氧化铝、活性炭、硅酸镁、聚酰胺、硅藻土等。
（1） 硅胶：层析用硅胶为一多孔性物质，分子中具有硅氧烷的交链结构，同时在颗
粒表面又有很多硅醇基。硅胶吸附作用的强弱与硅醇基的含量多少有关。硅醇基能够通过氢键的形成而吸附水分，因此硅胶的吸附力随吸着的水分增加而降低。若吸水量超过17％，吸附力极弱不能用作为吸附剂，但可作为分配层析中的支持剂。 硅胶是一种酸性吸附剂，适用于中性或酸性成分的层析。同时硅胶又是一种弱酸性阳离子交换剂，其表面上的硅醇基能释放弱酸性的氢离子，当遇到较强的碱注化台物，则可因离子交换反应而吸附碱性化合物。
（2）氧化铝：氧化铝可能带有碱性（因其中可混有碳酸钠等成分），对于分离一些碱性中草药成分，如生物碱类的分离颇为理想。
（3）活性炭：是使用较多的一种非极性吸附剂。活性炭主要用于分离水溶性成分，如氨基酸、糖类及某些甙。活性炭的吸附作用，在水溶液中最强，在有机溶剂中则较低弱。故水的洗脱能力最弱，而有机溶剂则较强。例如以醇-水进行洗脱时，则随乙醇浓度的递增而洗脱力增加。活性炭对芳香族化合物的吸附力大于脂肪族化合物，对大分子化合物的吸附力大于小分子化合物。利用这些吸附性的差别，可将水溶性芳香族物质与脂肪族物质分开，单糖与多糖分开，氨基酸与多肽分开。
2．溶剂：层析过程中溶剂的选择，对组分分离关系极大。在柱层析时所用的溶剂（单一剂或混合溶剂）习惯上称洗脱剂，用于薄层或纸层析时常称展开剂。洗脱剂的选择，须根据被分离物质与所选用的吸附剂性质这两者结合起来加以考虑在用极性吸附剂进行层析时，当被分离物质为弱极性物质，一般选用弱极性溶剂为洗脱剂；被分离物质为强极性成分，则须选用极性溶剂为洗脱剂。如果对某一极性物质用吸附性较弱的吸附剂（如以硅藻
土或滑石粉代替硅胶），则洗脱剂的极性亦须相应降低。
3．被分离物质的性质：被分离的物质与吸附剂，洗脱剂共同构成吸附层析中的三个要素，彼此紧密相连。在指定的吸附剂与洗脱剂的条件下，各个成分的分离情况，直接与被分离物质的结构与性质有关。对极性吸附剂而言，成分的极性大，吸附力强。
气体吸附层析始于20世纪30年代的舒夫坦和尤肯。40年代，德国黑塞利用气体吸附以分离挥发性有机酸。英国格卢考夫也用同一原理在1946年分离空气中的氢和氖，并在1951年制成气相色谱仪。第一台现代气相色谱仪研制成功应归功于克里默。
气体分配层析法根据液液分配原理，由英国马丁和辛格于1941年提出。并因此而获得1952年诺贝尔化学奖。戈莱提出用长毛细管柱，是另一创新。 四．凝胶色谱法
又称为： 凝胶过滤法 凝胶层析 凝胶渗透层析 通透层析 分子筛层析
凝胶色谱技术是六十年代初发展起来的一种快速而又简单的分离分技术，由于设备简单、操作方便，不需要有机溶剂，对高分子物质有很高的分离效果。目前已经被生物化学、分子生物学、生物工程学、分子免疫学以及医学等有关领域广泛采用，不但应用于科学实验研究，而且已经大规模地用于工业生产。
一、基本理论
（一）分子筛效应
一个含有各种分子的样品溶液缓慢地流经凝胶色谱柱时，各分子在柱内同时进行着两种不同的运动：垂直向下的移动和无定向的扩散运动。样品中分子大的先流出色谱柱，中等分子的后流出，分子最小的最后流出，这种现象叫分子筛效应。具有多孔的凝胶就是分子筛。
各种分子筛的孔隙大小分布有一定范围，有最大极限和最小极限。分子直径比凝胶最大孔隙直径大的，就会全部被排阻在凝胶颗粒之外，这种情况叫全排阻。两种全排阻的分子即使大小不同，也不能有分离效果。直径比凝胶最小孔直径小的分子能进入凝胶的全部孔隙。如果两种分子都能全部进入凝胶孔隙，即使它们的大小有差别，也不会有好的分离效果。因此，一定的分子筛有它一定的使用范围。
综上所述，在凝胶色谱中会有三种情况，一是分子很小，能进入分子筛全部的内孔隙；二是分子很大，完全不能进入凝胶的任何内孔隙；三是分子大小适中，能进入凝胶的内孔隙中孔径大小相应的部分。大、中、小三类分子彼此间较易分开，但每种凝胶分离范围之外的分子，在不改变凝胶种类的情况下是很难分离的。对于分子大小不同，但同属于凝胶分离范围内各种分子，在凝胶床中的分布情况是不同的：分子较大的只能进入孔径较大的那一部分凝胶孔隙内，而分子较小的可进入较多的凝胶颗粒内，这样分子较大的在凝胶床内移动距离较短，分子较小的移动距离较长。于是分子较大的先通过凝胶床而分子较小的后通过凝胶床，这样就利用分子筛可将分子量不同的物质分离。另外，凝胶本身具有三维网状结构，大的分子在通过这种网状结构上的孔隙时阻力较大，小分子通过时阻力较小。分子量大小不同的多种成份在通过凝胶床时，按照分子量大小“排队”，凝胶表现分子筛效应。
（二）层析柱的重要参数
⑴柱体积：柱体积是指凝胶装柱后，从柱的底板到凝胶沉积表面的体积。在色谱柱中充满凝胶的部分称为凝胶床，因此柱体积又称“床”体积，常用Vt 表示。
⑵外水体积：色谱柱内凝胶颗粒间隙，这部分体积称外水体积，亦称间隙体积，常用Vo表示。
⑶内水体积：因为凝胶为三维网状结构，颗粒内部仍有空间，液体可进入颗粒内部，这部分间隙的总和为内水体积，又称固定相体积，常用Vi表示。 不包括固体支持物的体积（Vg）。
⑷峰洗脱体积：是指被分离物质通过凝胶柱所需洗脱液有体积，常用Ve 表示。当使用样品的体积很少时，（与洗脱体积比较可以忽略不计），在洗脱图中，从加样到峰顶位置所用洗脱液体积为Ve。 当样品体积与洗脱体积比较不能忽略时，洗脱体积计算可以从样品体积的一半到峰顶位置。当样品很大时，洗脱体积计算可以从应用样品开始到洗脱峰升高的弯曲点（或半高处）。
二、凝胶的种类及性质
（一）交联葡聚糖凝胶（Sephadex）
⑴交联葡聚糖的商品名为Sephadex，不同规格型号的葡聚糖用英文字母G表示，G后面的阿拉伯数为凝胶得水值的10倍。例如，G-25为每克凝胶膨胀时吸水2.5克，同样G-200克每克千胶吸水20克。交联葡聚糖凝胶的种类有G-10，G-15，G-25，G-50，G-75，G-100，G-150，和G-200。因此，“G”反映，凝胶的交联程度，膨胀程度及分部范围。
⑵Sephadex LH-20，是Sephadex G-25的羧丙基衍生物， 能溶于水及亲脂溶剂，用于分离不溶于水的物质。 （二）琼脂糖凝胶：
商品名很多，常见的有，Sepharose（瑞典，pharmacia ），Bio-Gel-A（美国Bio-Rad）等。琼脂糖凝胶是依靠糖链之间的次级链如氢键来维持网状结构，网状结构的疏密依靠琼脂糖的浓度。一般情况下，它的结构是稳定的，可以在许多条件下使用（如水，pH4-9范围内的盐溶液）。琼脂糖凝胶在40℃以上开始融化，也不能高压消毒，可用化学灭菌处理。 （三）聚丙烯酰胺凝胶：
是一种人工合成凝胶，是以丙烯酰胺为单位， 由甲叉双丙烯酰胺交联成的，经干燥粉碎或加工成形制成粒状，控制交联剂的用量可制成各种型号的凝胶。交联剂越多，孔隙越小。聚丙烯酰胺凝胶的商品为生物胶－P （Bio-Gel P），由美国Bio-Rad厂生产，型号很多，从P-2至P-300共10种，P 后面的数字再乘1000就相当于该凝胶的排阻限度。
（四）聚苯乙烯凝胶商品为Styrogel ， 具有大网孔结构， 可用于分离分子量1600到40，000，000的生物大分子，适用于有机多聚物，分子量测定和脂溶性天然物的分级，凝胶机械强度好，洗脱剂可用甲基亚砜。
三、实验技术
（一）层析柱 层析柱是凝胶层析技术中的主体，一般用玻璃管或有机玻璃管。层析柱的直径大小不影响分离度，样品用量大，可加大柱的直径，一般制备用凝胶柱，直径大于2厘米，但在加样时应将样品均匀分布于凝胶柱床面上。此外， 直径加大，洗脱液体体积增大，样品稀释度大。分离度取决于柱高，为分离不同组分，凝胶柱床必须有适宜的高度，分离度与柱高的平方根相关，但由于软凝胶柱过高挤压变形阻塞，一般不超过1米。分族分离时用短柱，一般凝胶柱长20-30厘米，柱高与直径的比较5:1─10:1，凝胶床体积为样品溶液体积的4-10倍。 分级分离时柱高与直径之线比为20:1─100:1，常用凝胶柱有50×25厘米，100×25厘米。层析柱滤板下的死体积应尽可能的小，如果支撑滤板下的死体积大，被分离组分之间重新混合的可能性就大，其结果是影响洗脱峰形，出现拖尾出象，降低分辩力。在精确分离时，死体积不能超过总床体积的1/1000。
（二）凝胶的选择 根据所需凝胶体积，估计所需干胶的量。 一般葡聚糖凝胶吸水后的凝胶体积约为其吸水量的2倍，例如Sephadex G-20的吸水量为20，1 克Sephadex G─200吸水后形成的凝胶体积约40ml。凝胶的粒度也可影响层析分离效果。粒度细分离效果好，但阻力大，流速慢。一般实验室分离蛋白质采用100-200号筛目的的Sephadex G-200效果好， 脱盐用Sephadex G-25、G-50，用粗粒，短柱，流速快。
（三）凝胶的制备 商品凝胶是干燥的颗粒使用前需直接在欲使用的洗脱液中膨胀。为了加速膨胀，可用加热法，即在沸水浴中将湿凝胶逐渐升温至近沸，这样可大大中速膨胀，通常在1-2小时内即可完成。特别是在使用软胶时， 自然膨胀需24小时至数天，而用加热法在几小时内就可完成。这种方法不但节约时间，而且还可消毒，除去凝胶中污染的细菌和排除胶内的空气。
（四）样品溶液的处理 样品溶液如有沉淀应过滤或离心除去，如含脂类可高速离心或通过Sephadex G-15短柱除去。样品的粘度不可大，含蛋白为超过4％，粘度高影响分离效果。上柱样品液的体积根据凝胶床体积的分离要求确定。分离蛋白质样品的体积为凝胶床的1-4％（一般约0.5-2ml），进行分族分离时样品液可为凝胶床的10％，在蛋白质溶液除盐时，样品可达凝胶床的20-30％。 分级分离样品体积要小，使样品层尽可能窄，洗脱出的峰形较好。
（五）洗脱 凝胶层析的分辨率随洗脱速度减慢而增加，一般实验条件下的凝胶层析常用流速为2ml/cm2·小时。一般采用重力洗脱。
不能进入凝胶颗粒的大分子物质，洗脱体积正好是外水排出的体积（Ve=Vo）。溶质分子小于凝胶颗粒微孔，可自由进入，洗脱体积为Vo与Vi之和，处于二者之间分子，只能部分进入凝胶颗粒，洗脱体积是Ve=Vo+KdVi。Kd为溶质在移动相和固定相之间分配比。排阻外分子为0，自由进入小分子为1。
（六）防止微生物的污染 交联葡聚糖和琼脂糖都是多糖类物质，防止微生物的生长，在凝胶层析中十分重要，常用的抑菌剂有:
⑴叠氨钠（NaN3）在凝胶层析中只要用0.02％叠氮钠已足够防止微生物的生长，叠氮钠易溶一水，在20℃时约为40％；它不与蛋白质或碳水化合物相互作用，因此叠氮钠不影响抗体活力；不会改变蛋白质和碳水化合物的层析我特性。叠氮钠可干扰荧光标记蛋白质。
⑵可乐酮[Cl3C-C(OH)(CH3)2]在凝胶层析中使用浓度为0.01-0.02％。在微酸性溶液中它的杀菌效果最佳，在强碱性溶液中或温度高于60℃时易引起分解而失效。
⑶乙基汞代巯基水杨酸钠 在凝胶层析中作为抑菌剂使用浓度为0.05-0. 01％。在微酸性溶液中最为有效。重金属离子可使乙基代巯基的物质结合，因而包含疏基的蛋白质可在不同程度上降低它的抑菌效果。
⑷苯基汞代盐 在凝胶层析中使用浓度为0.001-0.01％。在微碱性溶液中抑效果最佳，长时间放置时可与卤素、硝酸根离子作用而产生沉淀；还原剂可引起此化合物分解；含疏基的物质亦可降低或抑制它的抑菌作用。 五、分配色谱法
在分配色谱法（也称液－液色谱法）中，溶质分子在两种不相混溶的液相即固定相和流动相之间按照它们的相对溶解度进行分配。固定相均匀地覆盖于惰性载体─多孔的或非多孔的固体细粒或多孔纸上（纸上谱）。为避免两相的混合，两种分配液体在极性上必须不同。若固定液是极性的（例如乙二醇），流动相是非极性的（例如乙烷），那么极性组分将较强烈的被保留。这是通常的操作方式。另一方面，若固定相是非极性的（例如癸烷），流动相是极性的（例如水），则极性组分易分配于流动相，从而洗脱得较快。后一种方法（它有相反的极性）称作为反相液─液色谱法。由于溶解度差别的细微效应，所以液─液色谱法很适于分离同系物的同分异构体。在液─液色谱法中，固定相几乎都被化学键合在载体物质上，而不是机械覆盖在它的表面。这种色谱法称作键合相色谱法（Bonded-Phase Chromatography，简称BPC）。这种方法的机理尚不清楚，可能是分配机理，也可能是吸附机理， 视实验条件而定。高效液相色谱法中，键合相色谱法的应用远远超过所有其他模式。 六、高效液相色谱(HPLC) 简介
高效液相色谱(HPLC)是一种分离溶解于溶液中的混合物的液相色谱(LC)的一种形式。 HPLC的仪器装置包括贮存流动相的贮液器、高压泵、进样器、分离柱和检测器。 混合物样品通过进样器注射到色谱柱的上端,在流动相的带动下,混合物中的不同成分由于在流动相和固定相之间的分配行为不同而在色谱柱中的流动速率不同,从而被分离开来。
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仪器装置
流动相必须经脱气处理除去能够产生气泡的成分。输液泵要能够提供无脉动稳定的高压,输液泵及其系统还要能完成梯度供液,密封性好,死体积小,易于清洗,调整维修方便。液体样品通过注射器在低压下被引入到进样器的样品环中,当进样器的进样阀中的样品环转至与流动相流速方向一致时,储存在样品环中的样品将被高压溶剂送至色谱柱.经色谱柱流出的分析物通过检测其折光指数、在特定波长的UV-VIS吸收、经合适的激发波长激发后的荧光或电化学响应等方面的变化加以记录而得到色谱图。质谱计也可与液相色谱联用以提供经色谱柱的流出物的结构信息,并用于分离物的鉴定.
七、薄层层析：
薄层层析是一种简便、快速、微量的层析方法。一般将柱层析用的吸附剂撒布到平面如玻璃片上，形成一薄层进行层析时一即称薄层层析。其原理与柱层析基本相似。 薄层层析优点：
（1） 层析点扩散比较小，分辨率高。 （2） 展开时间短。 （3） 适合于小量样品分离
（4） 固定相为无机物时可用腐蚀性显色剂。 （5） 分离效果受温度影响较小。
薄层层析装置由固定于玻璃或塑料板上的固定相和有机溶剂组成。液体或溶解于挥发性溶剂中的样品象一个斑点被放置到固定相上，样品中不同成分可由同时跑板的未知样的标准品对照而进行定性，层析板的底部放置在贮液池中,溶剂由于毛细作用而沿层析板上升，当溶剂前沿到达固定相的另一边时,层析板从贮液池中取出,被分离开来的斑点经紫外线照射或放置在碘蒸气中而呈现不同颜色,混合物中的不同成分由于其在固定相和流动相之间的分配行为的差异,它们沿层析板上移动的速率不同。(更详细)
通过强迫溶剂流动、在可抽真空的容器内干燥的层析板上跑板和带有光源的吸收或荧光光度计记录最后的色谱图,薄层色谱可以作到自动化。溶剂传输的程序控制使薄层色谱可以方便地实现并联,在并联薄层色谱中溶剂流动的时间更短,层析板是干燥的,并且层析过程是反复的。这种方法采用二次点样,较之一次跑板能够达到更高的分离度。