【色谱的联用技术】
拼译：coupling techniques of chromatography
由一种分离方法和一种结构鉴定方法组成的联用技术，是复杂混合物分析的有效工具。联用可提高分析的灵敏度，准确度，增强对混合物的分辨能力，获得分别单独使用这两种方法时所不具备的功能。
1957年霍姆斯(J．C．Holmes)和莫尔(F．A．Morrell)首次在实验室实现了气相色谱－质谱联用(GC／MS)，并充分显示了联用技术在复杂混合物分析中的强大能力以来，随着色谱学技术的发展，色谱的各种联用方法相继迅速发展起来。1966年洛(M．J．Low)等尝试气相色谱－傅里叶变换红外光谱联用(GC／FTIR)获得成功。1975年和1977年凯瑟(K．L．Kizer)和格里菲斯(P．R．Griffiths)等分别进行了流动池型和溶剂去除型的液相色谱－傅里叶变换红外光谱联用(LC／TFIR)实验。1973～1975年间，洛文斯(R．E．Lovins)，阿皮诺(P．Arpino)和霍宁(E．C．Horning)等先后发展了不同接口型式的液相色谱－质谱联用(LC／MS)方法。1978年渡边等进行了停流式液相色谱－核磁共振波谱联用(LC／NMR)实验。1979年，连续流式LC／NMR由拜尔(E．Bayer)等在实验室实现。1982年施密斯(R．D．Smith)等首次报导了超临界流体色谱－质谱联用(SFC／MS)实验。夏菲(K．H．Shafer)和格里菲斯等分别于1983年和1984年实现了流动池型和溶剂去除型的超临界流体色谱－傅里叶变换红外光谱联用(SFC／FTIR)。1987年奥利弗斯(J．A．Olivares)等首次开展了毛细管电泳－质谱联用(CE－MS)的研究。目前，色谱法几乎已实现了同所有结构鉴定方法的联用，而且新的联用方法还在不断出现。联用系统中，色谱单元相当于谱仪的一个样品预处理(分离)和进样装置，谱仪则相当于色谱的定性检测器。联用的关键在于把这两者有机地联接起来的接口技术。在众多的“色谱定性检测器”中，质谱具有最好的与气相色谱(GC)联用的适应性和灵敏度，因而最早得以发展。目前，GC／MS在技术上已成熟，在方法上尚无重大改进。其接口已定型。各种分子分离器接口被用于填充柱系统(如喷射分离器，微孔玻璃分离器，硅橡胶分离器，半透膜分离器等)。毛细管系统则使用直接进样法或开口分流接口。1988年伯恩(S．Bourne)等又开发了一种新型接口－交孔开口分流接口，其效率已达100%。用毛细管柱GC／MS分析含上百个以至几百个组分的混合物并不困难，而所需样品总量仅几毫克。GC／MS是目前复杂有机混合物的最常用和最有效的在线分析方法。另外，1987年以来格罗斯曼(P．Grossman)等还开展了GC与傅里叶变换质谱(FT－MS)联用的研究。由于FT－MS的巨大潜力，已有不少研究集中在这一联用方法上。具有高灵敏度和快扫描速度等优点的傅氏变换红外光谱仪的出现，使GC／FTIR得以实现。而光管技术和高灵敏度汞镉碲(MCT)检测器的问世，使联用进入了实用阶段。目前广泛采用的接口仍是由阿扎拉嘎(L．V．Azarraga)于1980年开发的，而由格里菲斯在理论上进行了优化的内壁镀金的硼硅玻璃光管。商品光管现有两种：一种供填充柱用，另一种供毛细管柱用。GC／FTIR技术上已趋于成熟并已商品化，已可对约10ng含量的组分进行在线分析，是GC／MS的常用互补方法。许多实验室在致力于提高GC／FTIR的灵敏度。其中在光学方面的改进似乎已达极限。提高灵敏度的另一有效方法是大容量进样。而其带来的大量溶剂的干扰，已有人采用双冷阱进样和预柱技术等加以去除，然而尚无通用的方法。另外，1984年伯恩等在GC／FTIR中使用了一种不同于光管的接口－基体隔离技术(MI／FTIR)。两年后，夏菲等则发展了用红外显微镜附件检测的直接沉积式接口。这种原理的接口已商品化，其检出限已达50pg以下。高效液相色谱法(HPLC)联用技术的主要障碍在于溶剂的强烈干扰。但这对于LC／FTIR和LC／NMR尚有方便之处。已发展的用于LC／FTIR的接口主要有两类。一类是凯瑟和泰勒(L．T．Taylor)等人发展和完善的流动池型。1985年约翰逊(C．C．Johnson)等把流动萃取法用于这种接口，使反相柱LC／FTIR分析得以进行。采用这类接口，即使使用微柱或氘代溶剂，溶剂的干扰仍很大。因此人们普遍倾向于另一类接口，即在红外检测前去除溶剂，然后进行离线检测。目前，这类接口中较成功的有神野、卡拉辛斯基(K．S．Kalasinsky)、藤本、盖革(J．J．Gagel)和卡斯特勒(M．A．Castles)等人研究的缓冲存储式接口和各种型式的雾化式接口。但是，这类接口在技术上尚不成熟。1987年罗伯逊(R．M．Robertson)等发明了一种较理想的接口－单分散气溶胶发生器(MAGIC)，可用于正相，反相及梯度淋洗系统。然而，尚未商品化。核磁共振波谱法是有机结构分析的最有效方法，特别是二维谱技术，可准确确定分子中各基团的相互连接方式。遗憾的是该法的灵敏度太低。因而，要实现快速，高灵敏度的LC／NMR直接联用十分困难。已在实验室开发的接口有停流式和连续流式两种，并在正相柱和反相柱中均获得了较成功的应用。柯恩(S．A．Curran)等曾对后一种接口进行了优化。阿伯特(K．Albert)等使用了一个改进的连续流接口获得了较好的分辨，其灵敏度达使用旋转管时的60%。另外，1988年阿伦(L．A．Allen)和威尔利(F．W．Wehrll)与拜尔等还分别开展了LC／19F－NMR的研究和质子核磁共振成象技术在反相柱LC中应用的研究。由于灵敏度的原因，LC／NMR的研究一直进展缓慢。溶剂量较少的微柱的使用，促进了LC／MS的发展，但微柱的分析速度较慢。1980年前后出现的接口方法有梅拉拉(A．Melera)，麦克法登(W．H．McFadden)和布莱克利(C．R．Blakeley)等人分别发展的直接液体导入法(DLI)，传输带法(MB)和热喷雾法(TSP)。这些接口几经改进，现仍被采用。1988年勃朗纳(R．F．Browner)等研制出一种改进型的MAGIC接口，部分地克服了上述三种接口的局限性，既可用于EI和CI源，又可对难挥发和热极不稳定物质分析。值得注意的是近来出现的一些较理想的商品化接口。其中，由艾托(Y．Ito)等于1985年发展的流动式FAB源的研究最为活跃。据报其用于微柱LC／MS，已使得可对fmol浓度的多肽溶液进行在线分析。其他尚有等离子体喷雾(PP)，电子喷雾(ES)，离子喷雾(IS)，粒子束(PB)接口等。如PB接口不仅可用于EI，CI和FAB电离方式，还可与铯离子源联用。1989年莫斯利(M．A．Moseley)等使用了一种同轴流动式FAB接口，从而使联用可用于填充微毛细管柱和开管柱。质谱在生物大分子分析中的应用，使LC／MS成为联用技术中十分活跃的领域。1980年前后出现的超临界流体色谱法(SFC)可有效地弥补GC与HPLC的不足。其另一优点是其检测器的通用性。目前，这种联用技术发展得很快。由于SFC的分子量范围一般均超过了为GC／MS发展的常规四极杆质谱仪的质量范围，许多研究都在致力于开展具更高质量范围的电磁扇面和四极杆质谱仪的联用研究。首先使用的接口是直接流体导入(DFI)型的。为使其可用于具有较大流量的柱系统。阿皮诺和施密斯等对其进行了改进。1986年巴里(A．J．Barry)和松本等又分别对原为LC／MS发展的MB和真空雾化接口进行了改进，成功地用于了填充柱SFC／MS中。1988年黄(E．C．Huang)等研制了一种加热式的直接导入接口，其后又对其进行了改进。这种接口在使用微孔柱和毛细管柱时可成功地用于EI源和NCI源系统。莱因豪德(V．N．Reinhold)等还使用了一种改性的解吸／化学电离接口，效果也不错。李(E．D．Lee)等把电荷交换离子源(CE)用于联用中，其灵敏度比使用EI源时高一个数量级。另外，1987年李和维尔金斯(C．L．Wilkins)等还采用了一种双池型接口实现了SFC／FT－MS。目前，商品化的SFC／MS已开始出现。用于SFC／FTIR的两类接口大多是在LC／FTIR接口的基础上发展起来的。1988年维伯特(R．C．Wieboldt)等改进了早期的高压流动池，使其既可用于填充柱，又可用于毛细管柱。据称，其检测限可达10ng。然而，流动相的干扰仍是这类接口的主要问题。格里菲斯和神野先后分别发展了几种溶剂去除型接口。福克(R．Fuoco)等还对使用这类接口时的6种红外取样技术进行了比较，并证明用透射检测法可能更好。这类接口优点是可用于改性流动相和压力程升系统。1988年雷默(J．H．Raymer)和格里菲斯等还分别把基体隔离技术和改型的GC／FTIR直接沉积式接口用于SFC联用中。1990年前后迅速发展起来的毛细管电泳法(CE)兼有高压电泳的高分辨力及HPLC的高效率优点，特别适于生物大分子的分离。1987年奥利弗斯首次采用电子喷雾(ES)接口进行了CE／MS实验。1988年，施密斯对这种接口进行了改进。李等则成功地把离子喷雾(IS)接口用于了三级四极杆质谱系统，对多肽的检出限达24fmol。莫斯利等于1989年把流动FAB接口用于CE／MS中，其结果说明这种接口型式是较理想的。CE与傅里叶变换拉曼光谱的联用(CE／FT－Raman)已开始尝试。另外，用于光热性质研究的光声光谱法(PAS)也先后实现了同GC，TLC，HPLC的联用，其灵敏度均优于紫外检测器。以流动池为接口的微孔柱LC与共振拉曼光谱法的联用也已在实验室内实现。其结果证明在鉴别难挥发性物质的能力方面有可能与LC／MS，SFC／FTIR相比。在无机分析方面，等离子体原子光谱法(ICP)与GC，LC，SFC的联用研究也颇受重视。用ICP／MS作为色谱分析检测器的技术，近年来也得到了极快的发展。总的说来，除GC／MS和GC／FTIR外，色谱的其它联用技术正处在不同的发展阶段。其中，已成熟的技术，目前主要是向小型，台式方向发展，以进入普通实验室。例如，已商品化的高级三级四极杆GC／MS仪，其体积只有普通四极杆质谱仪的
，但仍保持了四极杆GC／MS的全部性能。对于那些尚未成熟的联用方法，发展理想的，实用型的接口的努力正在进行中。其中最活跃的是LC／MS，SFC／FTIR和CE／MS的研究，有可能在不久的将来获得突破性进展。联用技术的另一个值得注意的发展方向是多机联用以及多维色谱的联用。GC／FTIR／MS已商品化，GC／MS／MS也已从研究型逐步走向实用型。LC／GC／FTLR，SFE／SFC／MS，GC／GC／MS等已实现。今后将有更多的这类联用方式问世。复杂混合物，特别是环境、药物、生物化学等中的复杂混合物的分析是现代分析化学面临的难题，因而，在复杂混合物分析中具独特作用的联用技术是并仍将是仪器分析和分析仪器发展的热点之一。【参考文献】：1 BourneS, et al. Anal Chem, 1988,60(19) :2172～21742 Vekey K, et al. J Chromatogr,1989,488:73～853 Moseley M A. J Chromatogr, 1989 ,480:197～2094 Albert K, et al.J Chromatogr, 1989,463:355～3635 White R. Chromatography/Fourier Transform Infrared Spectroscopy.and Its Applications. New York and Basel Marcel Dekker ,Inc ,1990,43～136(中国科学院大连化学物理研究所黄威东副研究员撰；张乐沣审)