色譜法來檢測食品
色譜法是一種重要的分離分析方法，它是利用不同物質(zhì)在兩相中具有不同的分配系數(shù)(或吸附系數(shù)、滲透性)，當兩相作相對運動時，這些物質(zhì)在兩相中進行多次反復分配而實現(xiàn)分離。在色譜技術中，流動相為氣體的叫氣相色譜，流動相為液體的叫液相色譜。固定相可以裝在柱內(nèi)，也可以做成薄層。前者叫柱色譜，后者叫薄層色譜。根據(jù)色譜法原理制成的儀器叫色譜儀，目前，主要有氣相色譜儀和液相色譜儀。
在這里主要介紹氣相色譜分析法。同時也適當介紹液相色譜法。氣相色譜法的基本理論和定性定量方法也適用于液相色譜法。其不同之處在液相色譜法中介紹。典型的氣相色譜儀具有穩(wěn)定流量的載氣，將汽化的樣品由汽化室?guī)肷V柱，在色譜柱中不同組分得到分離，并先后從色譜柱中流出，經(jīng)過檢測器和記錄器，這些被分開的組分成為一個一個的色譜峰。色譜儀通常由下列五個部分組成：
載氣系統(tǒng)(包括氣源和流量的調(diào)節(jié)與測量元件等)
進樣系統(tǒng)(包括進樣裝置和汽化室兩部分)
分離系統(tǒng)(主要是色譜柱)
檢測、記錄系統(tǒng)(包括檢測器和記錄器)
輔助系統(tǒng)(包括溫控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等)
載氣通常為氮、氫和氫氣，由高壓氣瓶供給。由高壓氣瓶出來的載氣需經(jīng)過裝有活性炭或分子篩的凈化器，以除去載氣中的水、氧等有害雜質(zhì)。由于載氣流速的變化會引起保留值和檢測靈敏度的變化，因此，一般采用穩(wěn)壓閥、穩(wěn)流閥或自動流量控制裝置，以確保流量恒定。載氣氣路有單柱單氣路和雙柱雙氣路兩種。前者比較簡單，后者可以補償因固定液流失、溫度被動所造成的影響，因而基線比較穩(wěn)定。
進樣系統(tǒng)包括進樣裝置和汽化室。氣體樣品可以用注射進樣，也可以用定量閥進樣。液體樣品用微量注射器進樣。 固體樣品則要溶解后用微量注射器進樣。樣品進入汽化室后在一瞬間就被汽化，然后隨載氣進入色譜柱。根據(jù)分析樣品的不同，汽化室溫度可以在50—400℃范圍內(nèi)任意設定。 通常，汽化室的溫度要比使用的zui高柱溫高10—50℃以保證樣品全部汽化。進洋量和進樣速度會影響色譜柱效率。進樣量過大造成色譜柱超負荷，進樣速度慢會使色譜峰加寬，影響分離效果。
試樣中各組分的分離在色譜柱中進行，因此，色譜柱是色譜儀的核心部分。色譜往主要有兩類：填充柱和毛細管柱，現(xiàn)分別敘述如下:
1、填充柱 :填充柱由柱管和固定相組成，柱管材料為不銹鋼或玻璃，內(nèi)徑為2—4毫米，長為1—3米。往內(nèi)裝有固定相，固定相又包括固體固定相和液體固定相兩種。
2、毛細管往 :毛細管柱又叫空心柱，空心柱分涂壁空心柱，多孔層空心柱和涂載體空心柱。涂壁空心柱是將固定液均勻地涂在內(nèi)徑0.1—0.5毫米的毛鋼管內(nèi)壁而成。毛細管的材料可以是不銹鋼、玻璃或石英。這種色譜柱具有滲透性好、傳質(zhì)阻力小等特點，因此柱子可以做得很長(一般幾十米，zui長可到三百米)。和填充柱相比，其分離效率高，分析速度快,樣品用量小。其缺點是樣品負荷量小，因此經(jīng)常需要采用分流技術。柱的制備方法也比較復雜;多孔層空心柱是在毛細管內(nèi)壁適當沉積上一層多孔性物質(zhì)，然后涂上固定液。這種柱容量比較大，滲透性好，故有穩(wěn)定、高效、決速等優(yōu)點。
1、氫火焰離子化檢測器：氫火焰離子化檢測器(Flame Ionization Detector，F(xiàn)ID)簡稱氫焰檢測器。它的主要部件是一個用不銹鋼制成的離子室。離子室由收集極、極化極(發(fā)射極)、氣體入口及火焰噴嘴組成。在離子室下部，氫氣與載氣混合后通過噴嘴，再與空氣混合點火燃燒，形成氫火焰。無樣品時兩極間離子很少，當有機物進入火焰時，發(fā)生離子化反應，生成許多離子。在火焰上方收集極和極化極所形成的靜電場作用下，離子流向收集極形成離子流。離子流經(jīng)放大、記錄即得色譜峰。
有機物在氫火焰中離子化反應的過程如下：當氫和空氣燃燒時，進入火焰的有機物發(fā)生高溫裂解和氧化反應生成自由基，自由基又與氧作用產(chǎn)生離子。在外加電壓作用下，這些離子形成離子流，經(jīng)放大后被記錄下來。所產(chǎn)生的離子數(shù)與單位時間內(nèi)進入火焰的碳原子質(zhì)量有關，因此，氫焰檢測器是一種質(zhì)量型檢測器。這種檢測器對絕大多數(shù)有機物都有響應，其靈敏度比熱導檢測器要高幾個數(shù)量級，易進行痕量有機物分析。其缺點是不能檢測惰性氣體、空氣、水、C0，CO2,NO、S02等。
2、熱導檢測器熱導檢測器(Thermal coductivity detector，簡稱TCD )：是應用比較多的檢測器，不論對有機物還是無機氣體都有響應。熱導檢測器由熱導池池體和熱敏元件組成。熱敏元件是兩根電阻值*相同的金屬絲(鎢絲或白金絲)，作為兩個臂接入惠斯頓電橋中，由恒定的電流加熱。如果熱導池只有載氣通過，載氣從兩個熱敏元件帶走的熱量相同，兩個熱敏元件的溫度變化是相同的，其電阻值變化也相同，電橋處于平衡狀態(tài)。如果樣品混在載氣中通過測量池，由于樣號氣和載氣協(xié)熱導系數(shù)不同，兩邊帶走的熱量不相等，熱敏元件的溫度和阻值也就不同，從而使得電橋失去平衡，記錄器上就有信號產(chǎn)生。這種檢測器是一種通用型檢測器。被測物質(zhì)與載氣的熱導系數(shù)相差愈大，靈敏度也就愈高。此外，載氣流量和熱絲溫度對靈敏度也有較大的影響。熱絲工作電流增加—倍可使靈敏度提高3—7倍，但是熱絲電流過高會造成基線不穩(wěn)和縮短熱絲的壽命。熱導檢測器結構簡單、穩(wěn)定性好，對有機物和無機氣體都能進行分析，其缺點是靈敏度低。
3、電子捕獲檢測器：電子捕獲檢測器是一種選擇性很強的檢測器，它只對合有電負性元素的組分產(chǎn)生響應，因此，這種檢測器適于分析合有鹵素、硫、磷、氮、氧等元素的物質(zhì)。在電子捕獲檢測器內(nèi)一端有一個多放射源作為負極，另一端有一正極。兩極間加適當電壓。當載氣(N2)進入檢測器時，受多射線的輻照發(fā)生電離，生成的正離子和電子分別向負極和正極移動，形成恒定的基流。合有電負性元素的樣品AB進入檢測器后，就會捕獲電子而生成穩(wěn)定的負離子，生成的負離子又與載氣正離子復合。結果導致基流下降。因此，樣品經(jīng)過檢測器，會產(chǎn)生一系列的倒峰。電子捕獲檢測器是常用的檢測器之一，其靈敏度高，選擇性好。主要缺點是線性范圍較窄。
氣相色譜法是一種很好的分離、分析方法，它具有分析速度快、分離效能好和靈敏度高等優(yōu)點。但是氣相色譜僅能分析在操作溫度下能汽化而不分解的物質(zhì)。據(jù)估計，在已知化合物中能直接進行氣相色譜分析的化合物約占15%，加上制成衍生物的化合物，也不過20%左右。對于高沸點化合物;難揮發(fā)及熱不穩(wěn)定的化合物、離子型化合物及高聚物等，很難用氣相色譜法分析。為解決這個問題，70年代初發(fā)展了高效液相色譜。高效液相色譜的原理與經(jīng)典液相色譜相同，但是它采用了高效色譜拄、高壓泵和高靈敏度檢測器。因此，高效液相色譜的分離效率、分析速度和靈敏度大大提高。就其分離機理的不同，高效液相色譜可以分為液—固吸附色譜、液—液分配色譜、離子交換色譜和凝膠滲透色譜四類。
高效液相色譜的檢測器很多，zui常用的有紫外檢測器、示差折光檢測器和熒光檢測器等。
(1)、示差折光檢測器：示差折光檢測器是根據(jù)不同物質(zhì)具有不同折射率來進行組分檢測的。凡是具有與流動 相折射率不同的組分，均可以使用這種 檢測器。如果流動相選擇適當，可以檢測所有的樣品組分。示差折光檢測器分為反射式和沂射式兩種。反射式示差折光檢測器是根據(jù)下述原理制成的：光在兩種不同物質(zhì)界面的反射百分率與入射角和兩種物質(zhì)的折射率成正比。如果入射角固定，光線反射百分率僅與這兩種物質(zhì)的沂射率成正比。光通過僅有流動相的參比池時，由于流動相組成不變，故其折射率是固定的;光通過工作池時，由于存在待測組分而使折射串改變，從而引起光強度的變化，測量光強度的變化，即可測出該組分濃度的變化。偏轉式示差折光檢測器是根據(jù)下述原理：當一束光透過折射率不同的兩種物質(zhì)時，此光束會發(fā)生一定程度的偏轉，其偏轉程度正比于兩物質(zhì)折射率之差。示差折光檢測器的優(yōu)點是通用性強，操作簡便;缺點是靈敏度低，不能做痕量分析。此外，由于洗脫液組成的變化會使折射率變化很大，因此，這種檢測器也不適用于梯度洗脫。
(2)、紫外檢測器：紫外檢測器是液相色譜中應用zui廣泛的檢測器，適用有紫外吸收物質(zhì)的檢測。在進行高效液相色譜分析的樣品中，約有80%的樣品可以使用這種檢測器。紫外檢測器的工作原理如下：由光源產(chǎn)生波長連續(xù)可調(diào)的紫外光或可見光， 經(jīng)過透鏡和遮光板變成兩束平行光，無樣品通過時，參比池和樣品池通過的光強度相等，光電管輸出相同，無信號產(chǎn)生;有樣品通過時，由于樣品對光的吸收，參比池和樣品池通過的光強度不相等，有信號產(chǎn)生。根據(jù)朗伯—比爾定律，樣品濃度越大，產(chǎn)生的信號越大，這種檢測器靈敏度高，檢測下限約為10-10g/ml，而且線性范圍廣，對溫度和流速不敏感，適于進行梯度洗脫。
(3)、熒光檢測器：物質(zhì)的分子或原子經(jīng)光照射后，有些電子被激發(fā)至較高的能級，這些電子從高能級 躍至低能級時，物質(zhì)會發(fā)出比入射光波長較 長的光，這種光稱為熒光。在其他條件一定的情況下，熒光強度與物質(zhì)的濃度成正比。許多有機化合物具有天然熒光活性，另外，有些化合物可以利用柱后反應法或柱前反應法加入熒光化試劑，使其轉化為具有熒光活性的衍生物。在紫外光激發(fā)下，熒光活性物質(zhì)產(chǎn)生熒光，由光電倍增管轉變?yōu)殡娦盘?。熒光檢測器是一種選擇性檢測器，它適合于稠環(huán)芳烴、氨基酸、胺類、維生素、蛋白質(zhì)等熒光物質(zhì)的測定。這種檢測器靈敏度非常高，比紫外檢測器高2—3個數(shù)量級，適合于痕量分析。而且可以用于梯度洗脫。其缺點是適用范圍有一定的局限性。
液—固色譜的色譜柱內(nèi)填充固體吸附劑，由于不同組分具有不同的吸附能力，因此，流動相帶著被測組分經(jīng)過色譜柱時，各組分被分開。液—液色譜的流動相和固定相都是液體。作為固定相的液體涂在惰性擔體上，流動 相與固定液不互溶。當帶有被測組分的流動相進入色譜柱時，組分在兩相間很快達分配平衡，由于各組分在兩相間分配系數(shù)不同而彼此分離。以非極性溶液作流動相，極性物質(zhì)作固定相的液—液色譜叫正相色譜;極性溶液作流動相，非極性物質(zhì)作固定相的液—液色譜叫反相色譜。離子交換色譜的色譜柱內(nèi)填充離子交換樹脂，依靠樣品離子交換能力的差別實現(xiàn)分離。而凝膠色譜是按試樣中分子大小的不同來進行分離的。在上述四類色譜中，應用zui廣泛的是液—液色譜，因此，在本節(jié)的討論中以液—液色譜為主。高效液相色譜的基本理論和定性定量分析方法與氣相色譜基本相同。高效液相色譜儀由輸液系統(tǒng)、進樣系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。
高效液相色譜的輸液系統(tǒng)包括流動相貯存器、高壓泵和梯度淋洗裝置。流動相貯存器為不銹鋼或玻璃制成的容器，可以貯存不同的流動相。高壓泵是高效液相色譜儀zui重要的部件之一。由于高效液相色譜儀所用色譜柱直徑細，固定相粒度小，流動相阻力大，因此，必須借助于高壓泵使流動相以較快的速度流過色譜這。高壓泵需要滿足以下條件：能提供150—450kg/cm2的壓強;流速穩(wěn)定，流量可以調(diào)節(jié);耐腐蝕。目前所用的高壓泵有機械泵和氣動放大泵兩種。梯度淋洗裝置可以將兩種或兩種以上的不同極性溶劑，按一定程序連續(xù)改變組成，以達到提高分離效果，縮短分離時間的目的。它的作用與氣相色譜中的程序升溫裝置類似。
梯度淋洗裝置分為兩類：一類叫外梯度裝置;一類內(nèi)梯度裝置。外梯度裝置是流動相在常壓下混合，靠一臺高壓泵壓至色譜柱;內(nèi)梯度裝置是先將溶劑分別增壓后，再由泵按程序壓入混合室，再注入色譜柱。一般高效液相色譜多采用六通閥進樣。先由注射器將樣品常壓下注入樣品環(huán)。然后切換閥門到進樣位置，由高壓泵輸送的流動相將樣品送人色譜柱。樣品環(huán)的容積是固定的，因此進樣重復性好。
分離系統(tǒng)包括色譜柱、連接管、恒溫器等。色譜柱是高效液相色譜儀的心臟。它是由內(nèi)部拋光的不銹鋼管制成，一般長10—50cm，內(nèi)徑2—5mm，柱內(nèi)裝有固定相。液相色譜的固定相是將固定該涂在擔體上而成。擔體有兩類：一類是表面多孔型擔體;另一類是全多孔型擔體。
近年來又出現(xiàn)了全多孔型微粒擔體。這種擔體檢度為5—10um，是由nm級的硅膠微粒堆積而成，又叫堆積硅珠。由于顆粒小，所以柱效高，是目前zui廣泛使用的一種擔體。在高效液相色譜分析中，適當提高柱溫可改善傳質(zhì)，提高桂效，縮短分析時間。因此，在分析時可以采用帶有恒溫加熱系統(tǒng)的金屬夾套來保持色譜拄的溫度。溫度可以在室溫到60℃間調(diào)節(jié)。
質(zhì)-質(zhì)聯(lián)用質(zhì)譜—質(zhì)譜聯(lián)用 80年代初，在傳統(tǒng)的質(zhì)譜儀基礎上，發(fā)展了質(zhì)譜—質(zhì)語(MS—MS)聯(lián)用技術。它和GC—MS不同，GC—MS是依靠GC將混合物分離，然后由MS定性。而MS—MS則是依靠第-一級MS分離出特定的離子，經(jīng)過碰撞活化后，再依靠第二級MS進行定性分析。質(zhì)譜—質(zhì)譜聯(lián)用方式很多，既有磁式質(zhì)譜—質(zhì)譜聯(lián)用，如BEB型、EBE型、BEBE型(B：磁分析器，E：靜電分析器)，又有四極質(zhì)譜—質(zhì)譜聯(lián)用。無論哪種類型的聯(lián)用，都采用了碰撞誘導分解(CID)技術。 質(zhì)譜—質(zhì)譜聯(lián)用技術對于有機物結構研究是非常有用的。利用它可以進行于離子掃描、母離子掃描以及中性丟失掃描。子離子掃描可以用來研究某個 化合物的結構;母離子掃描則用以研究一組相關的化合物;而中性丟失掃描?？梢栽趶碗s的混合物中，尋找現(xiàn)有相同官能團的系列化合物。同時，采用MS—MS技術還可以直接進行混合有機物的分析。由第-一級MS選擇復雜 混合物中的特定離子，碰撞活化后由第二級MS定性測定。另外，對于分子量大的熱不穩(wěn)定的化合物，可以利用場解吸—質(zhì)譜—質(zhì)譜(FD—MS—MS)或快原于轟擊—質(zhì)譜—質(zhì)譜(FAB—MS—MS)聯(lián)用方法，充分發(fā)揮MS—MS聯(lián)用的優(yōu)勢
離子色譜法是利用離子交換原理和液相色譜技術測定溶液中陰離子和陽離子的一種分析方法。離子色譜是液相色譜的一種。離子色譜是利用不同離子對固定相親合力的差別來實現(xiàn)分離的。離子色譜的固定相是離子交換樹脂，離子交換樹脂是苯乙烯—二乙烯基苯的共聚物。樹脂核外是一層可離解的無機基團，由于可離解基團的不同，離子交換樹脂又分為陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂。當流動相將樣品帶到分離柱時，由于樣品離子對離子交換樹脂的相對親合能力不同而得到分離，由分離柱流出的各種不同離子，經(jīng)檢測器檢測，即可得到一個個色譜峰。然后用通常的色譜定性定量方法進行定性定量分析.
離子色譜法是進行離子測定的快速、靈敏、選擇性好的方法，它可以同時檢測多種離子，特別是對陰離子的測定更是其他方法所不能相比的。如果說高頻感應等離子光譜是同時測定多種元素的快速、準確的分析方法，那么，同時測定多種陰離子的快速、靈敏的方法便是離子色譜法了。
離子色譜自1975年問世以來，已經(jīng)得到了飛快的發(fā)展，并且引起了分析工作者的廣泛注意。目前，離子色譜法已經(jīng)在能源、環(huán)境、冶金、電鍍、半導體、水文地質(zhì)等方面廣泛應用，并且開始進入了與生命科學有關的分析領域。我國從80年代初期引進離子色譜儀，開始了離子色譜的應用研究工作，同時也開始了儀器的研制，目前已能生物試劑離子色譜儀。隨著離子色譜技術的發(fā)展，離于色譜儀在我國的應用將日益普及。
(1)、化學抑制型離子色譜工作原理 待測樣品由流動相帶入分離柱，由分離柱將不同離子分開，由檢測器得色譜峰。但是，用于離子色譜的洗脫液，一般都是強電解質(zhì)溶液，其電導值一般較待測離子高2—3個數(shù)量級，如果用電導檢測器檢測待測離子，待測離子信號將*被洗脫液所淹沒。為了解決這一問題，采取色譜法是有機物的有效分離分析方法，特別適用于進行有機物的定量分析，但定性分析比 較困難。質(zhì)譜法擅長定性分析，但對復雜的有機混合物分析則無能為力。如果把二者結合起來，則能發(fā)揮兩種儀器各自的優(yōu)點。因此，目前所有的質(zhì)譜儀都與氣相色譜相連。組成氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用(GC—MS)系統(tǒng)。
(2）、離子交換平衡 離子色譜中使用的固定相是離子交換樹脂。離子交換樹脂上分布有固定的帶電荷的基團和能游動的配位離子。當樣品加入離子交換色譜往后，如果用適當?shù)娜芤合疵?，樣品離子即與樹脂上能游動的離子進行交換，并且連續(xù)進行可逆交換吸附和解吸，zui后達到吸附平衡。
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