层析仪（Chromatography System）是用于分离和分析混合物中不同成分的实验室仪器。层析技术广泛应用于化学、生物化学、制药、环境科学和食品分析等领域，用于分离、纯化和鉴定样品中的化合物。层析仪根据分离原理的不同，可以分为多种类型，包括液相色谱仪（HPLC）、气相色谱仪（GC）、薄层色谱仪（TLC）和离子交换色谱仪（IEC）等。
一、层析仪的基本原理
层析仪的基本原理是基于混合物中各组分在两相（通常是固定相和流动相）之间的分配行为的差异进行分离。固定相通常是固体或液体支持物，流动相则是气体或液体。样品通过与固定相的吸附或溶解，与流动相共同移动，并在固定相和流动相之间不断分配。由于各组分在两相之间的分配系数不同，最终导致它们在层析柱中被分离开来。
1.1 各种层析技术的原理
液相色谱（HPLC）：
原理：基于样品组分在固定相（如填充在层析柱中的硅胶、聚合物颗粒）和流动相（液体溶剂）之间的分配系数差异进行分离。样品被注入高压泵推送的流动相中，通过层析柱时，各成分在固定相和流动相之间分配不同，从而实现分离。
适用范围：适用于热稳定性较差、非挥发性的化合物，如生物大分子、药物和天然产物等。
气相色谱（GC）：
原理：基于样品组分在气体流动相（如氦气、氮气）和固定相（如液膜固定相、固体吸附剂）之间的分配系数差异进行分离。样品通过气化室被气化，随载气进入层析柱，因组分的不同分配行为而实现分离。
适用范围：主要用于分离和分析低分子量的有机化合物，尤其是具有挥发性的化合物。
薄层色谱（TLC）：
原理：样品点在一片覆有固定相（如硅胶或氧化铝）的玻璃或塑料薄板上，利用溶剂在薄板上的毛细作用进行分离。样品随流动相扩散，在固定相和流动相之间分配，从而导致各组分的分离。
适用范围：适合于快速的定性分析和纯化，例如药物合成监测、植物提取物成分鉴定等。
离子交换色谱（IEC）：
原理：基于离子交换树脂上固定相的离子基团与样品中带电基团之间的静电相互作用进行分离。通过调整流动相的pH或盐浓度，可以控制样品离子的解离和结合过程。
适用范围：广泛应用于蛋白质、核酸、氨基酸等生物分子的分离和纯化。
二、层析仪的结构和组成
层析仪根据类型的不同，结构和组成可能会有所不同，但一般包含以下几个基本部件：
2.1 样品进样系统
样品进样器：用于将样品准确地注入到流动相中。液相色谱仪通常使用自动进样器，而气相色谱仪则使用气体进样阀或注射器。
进样阀或口：控制样品的注入量和时间，确保样品精确地被引入到色谱系统中。
2.2 流动相输送系统
高压泵（HPLC中）：用于在高压下将流动相输送至层析柱，流速和压力可调节，以优化分离效果。
气体发生器或载气供应系统（GC中）：为气相色谱提供载气，确保载气的纯度和压力稳定。
2.3 层析柱
固定相柱：是层析分离的核心部件，填充有固定相材料（如硅胶、离子交换树脂等），样品在柱内根据固定相和流动相的分配差异进行分离。
预柱或保护柱：用于保护主层析柱，延长其使用寿命。
2.4 检测器
检测器：用于检测分离后的组分并转换成电信号。常用的检测器包括紫外可见光检测器（UV-Vis）、荧光检测器（FLD）、蒸发光散射检测器（ELSD）和质谱检测器（MS）等。
数据处理系统：将检测器产生的信号转换为数据，并显示为色谱图，便于分析。
2.5 控制系统
控制面板或软件：用于设置和监控仪器运行参数（如流速、压力、温度等），记录数据并进行数据分析。
三、层析仪的使用方法
不同类型的层析仪有不同的操作方法，但总体步骤包括样品制备、进样、分离和检测。以液相色谱仪（HPLC）和气相色谱仪（GC）为例，介绍层析仪的使用方法。
3.1 液相色谱仪（HPLC）的使用方法
样品制备：
将样品溶解在合适的溶剂中，确保样品完全溶解。使用过滤器过滤样品，去除不溶性颗粒，以避免堵塞层析柱。
根据实验要求，选择合适的流动相（如水、甲醇、乙腈等）和流动相添加剂（如缓冲液、酸碱调节剂等）。
仪器设置：
打开仪器并启动控制软件，检查所有部件的连接状态（如泵、柱、检测器等）。
设置流速、压力和检测器波长等参数，并预热层析柱到所需的温度。
使用流动相冲洗系统，确保系统无气泡和污染。
样品进样：
使用自动进样器或手动进样器，将样品注入到进样阀。
启动分析程序，进样器自动将样品引入到流动相中，开始分离过程。
分离和检测：
样品随流动相通过层析柱，各组分根据与固定相的不同相互作用而被分离。
分离后的组分依次进入检测器，检测器根据不同组分的特性生成相应的信号，记录为色谱图。
数据分析和结果记录：
使用色谱软件分析数据，计算各组分的保留时间、峰面积或高度，并根据标准曲线进行定量分析。
保存和打印色谱图和分析结果，进行实验记录。
系统清洗和维护：
实验结束后，使用适当的流动相或清洗液冲洗系统，去除残留样品和溶剂，防止污染和柱堵塞。
定期更换过滤器和柱，进行检测器校准和系统检查，确保仪器长期稳定运行。
3.2 气相色谱仪（GC）的使用方法
样品制备：
将样品制备成气态或可气化状态（如液体、固体粉末等），确保样品在进样温度下不会分解或产生副产物。
使用微量注射器或气体进样阀，精确取样，避免样品损失和污染。
仪器设置：
打开气相色谱仪和控制软件，检查载气供应、柱温箱温度和检测器工作状态。
设置进样口温度、柱温、载气流速和检测器参数，确保各部件处于预期的工作条件。
样品进样：
选择合适的进样方式（如分流/不分流进样、冷柱头进样等），将样品注入气化室。
样品气化后随载气进入层析柱，开始分离。
分离和检测：
样品在层析柱中分离，分离后的组分依次进入检测器（如火焰离子化检测器FID、热导检测器TCD等）。
检测器记录信号，生成色谱图，用于分析各组分的特性。
数据分析和结果记录：
使用软件分析色谱数据，计算各组分的保留时间和峰面积，根据标准物质进行定性和定量分析。
保存和记录数据，进行结果分析和报告。
系统清洗和维护：
定期检查载气供应和进样口状态，清洗进样口和检测器，避免污染和损坏。
更换老化或污染的层析柱和部件，进行检测器校准和系统维护。
四、层析仪使用中的注意事项
样品制备和过滤：确保样品充分溶解且经过过滤，以避免堵塞层析柱和管路。
选择合适的固定相和流动相：根据样品性质选择合适的固定相和流动相，以优化分离效果。
控制流速和温度：准确控制流速和柱温，以保持分离的重现性和效率。
定期维护和校准：定期进行仪器的维护和校准，确保检测结果的准确性和仪器的长期稳定运行。
五、总结
层析仪作为一种重要的分离和分析工具，广泛应用于各类实验室的科学研究和工业生产中。其工作原理是基于样品中各组分在固定相和流动相之间的分配差异，通过流动相的带动，实现各成分的分离。液相色谱仪和气相色谱仪是其中最常用的两种类型。掌握正确的使用方法和维护措施，能够确保层析仪的高效运行和可靠的实验结果。无论是用于化合物的定性鉴定，还是定量分析，层析仪都能为科学研究和工业生产提供强有力的支持。
