中国分析测试技术丛书--色谱分析

《色谱分析》是“中国分析测试技术丛书”的一个分册。
色谱和电泳是目前应用最为广泛的化合物及聚集体、颗粒物等物质形态高效分离分析的主流技术。作为多次获得诺贝尔奖的成果，色谱和电泳对科学发展和人类进步作出了重要的贡献。此外，现代科学技术特别是环境科学和生物医学相关研究持续旺盛的需求是色谱和电泳发展的强大驱动力。本书共十四章，以“科学系统、简明实用、面向前沿、突出创新”为定位，阐述色谱和电泳分离分析方法的原理、设备与典型应用实例，扼要介绍分析仪器的使用、维护要点及故障处理，力图反映色谱和电泳技术的基础知识、基本方法以及最新研究成果。编写团队汇聚高校科研教学和分析测试骨干力量，在介绍色谱和电泳基础理论与应用研究重要进展的同时，也展示了国内原创性成果及国产仪器发展历程。
本书可供仪器分析尤其是色谱分析领域的科技人员、高等院校师生阅读，也可供材料、化学、化工、生物、医药、食品、农业等领域分析工作者参考。

练鸿振 南京大学化学学院和现代分析中心二级教授、博士生导师，生命分析化学全国重点实验室环境与健康分析化学课题组长，原现代分析中心副主任。现兼任中国化学会色谱专业委员会委员、中国色谱学会常务理事、中国分析测试协会质谱分会副主任委员、中国物理学会质谱分会委员，以及Curr. Anal. Chem.副主编、《色谱》杂志编委等。长期深耕色谱基础理论与分离分析方法学领域。主持国家重点研发计划课题、国家自然科学基金重大研究计划和面上项目等。发表论文300余篇，获得授权发明专利8件。参与起草国际标准1部、国家标准4部。获中国分析测试协会科学技术奖一等奖、中国商业联合会科技进步奖三等奖等。

张书胜 郑州大学二级教授、博士生导师，原郑州大学现代分析与基因测序中心主任，河南省科技创新杰出人才、河南省杰出青年基金获得者。现兼任郑州市分子传感与有害物质检测技术重点实验室主任，中国化学会色谱专业委员会委员、中国化学会有机分析和生物分析专业委员会委员。长期从事有机分析与现代分离科学的教学科研工作。主持国家级、省部级等项目23项。发表论文360余篇，获得授权发明专利26件。获中国分析测试协会科学技术奖一等奖、河南省科技进步奖二等奖等。

张海霞 兰州大学化学化工学院教授、博士生导师，兰州大学分析测试中心主任。入选教育部新世纪优秀人才支持计划。研究方向包括色谱固定相制备、样品前处理新技术开发、药物载体和荧光探针的设计与合成等。先后主持国家自然科学基金5项。发表学术论文200余篇，获得授权发明专利20余件，获甘肃省自然科学奖二等奖、中国分析测试协会科学技术奖三等奖、甘肃省自然科学奖三等奖、甘肃省高校科技进步奖一等奖等。

梁琼麟 清华大学长聘教授、研究生院院长、国家卓越工程师学院院长、数智化类器官北京市重点实验室主任，兼任中国学位与研究生教育学会秘书长、全国工程专业学位研究生教指委秘书长、中国医药生物技术协会药物分析技术分会副主任兼秘书长。研究方向聚焦于类器官与器官芯片、多组学分析及其在药学研究中的应用。发表论文350余篇，获得授权发明专利40余件。曾获国家科技进步奖二等奖，入选长江学者特聘教授等人才计划等。

色谱和电泳是目前应用最为广泛的化合物及聚集体、颗粒物等物质形态的高效分离分析主流技术。1906年，色谱最初就是作为一种分离技术被提出，电泳虽然在1937年才被用于分离，但其雏形早在1809年就已经被提出，1916年被正式命名，因此这两种技术的提出都有110年以上的历史。尽管色谱和电泳的源头不同，但作为重要的分离技术，从独立发展到融合并进，两者之间的界限已从逐渐模糊到近乎消失。作为多次获得诺贝尔奖的成果，色谱和电泳对科学发展和人类进步作出了重要的贡献，这源于现代科学技术特别是环境科学和生物医学相关研究对色谱和电泳发展持续旺盛的需求。如今，各种层出不穷的色谱和电泳新技术正活跃在科学研究和社会生活的诸多领域，在化学化工、生物医药、公共卫生、食品安全、法庭医学、环境监测与保护、深空和深海原位探测等各个领域都发挥着重要的作用，并展现了强大的生命力。
由于色谱和电泳以及它们的各种分离模式肇始于不同的学科，且经历了相当长时间的独立发展，所以色谱和电泳方法的理论基础、核心技术、仪器原理及设备维护、方法建立及方法学验证、应用场景及注意事项等散见于分析化学、仪器分析、有机分析、药物分析、生化分析、卫生检验、环境监测等高校教材和专业著作中，鲜有专门以色谱和电泳为共同主题的参考书，这给初学者熟练掌握和灵活运用这两种技术带来诸多不便。在学习和理解这两种分离技术的过程中，色谱和电泳工作者碰到的主要困惑和困难有：①作为分析测试类专业的学生，不易将分离和分析联系在一起，这是因为光谱、质谱、波谱、电化学等分析信号在检测过程中基本上是未经分离待测物而直接获得的；②同其他所有分离技术一样，根据“永远分不尽原理”，色谱和电泳工作者几乎永远无法判断是否已经把需要分离的组分完全分开了；③不像光谱、质谱、波谱、电化学等信号是瞬间获得的，色谱和电泳是以消耗时间换来组分分离的，尤其是优化分离条件烦琐费时；④色谱和电泳分离是一个连续的过程，组分在特定条件下及有限运行时间段内不出峰并不代表该组分不存在，可能会在将来条件合适的时候出峰，这也与检测器的特性相关，这比光谱、质谱、波谱、电化学等分析中的记忆效应更难以捉摸；⑤因为没有标准图谱可供比对，色谱和电泳分析只能紧密依赖标准物质而松散依赖标准方法，这给不同实验室之间结果的比对带来了一定的困难；⑥ 色谱和电泳的分离方式众多、差异较大，涉及的分离机理庞杂且相互交织，目前还缺乏真正意义上的统一的分离科学理论，限制了它们实现人们所期待的更高的分离分析性能。综上，作为极具活力的分离分析技术，色谱和电泳虽在技术、方法和仪器方面看似成熟，实则理论和实践还处在发展阶段，且承载着繁重的应用需求，目前总体上还属于基础理论相对滞后、实际工作中不易被熟练掌握、极具挑战性的技术。
作为“中国分析测试技术丛书”中的一个分册，本书虽定名为《色谱分析》，但根据色谱和电泳技术本身的属性和特点，书中涵盖的分离技术，既包含为分析服务的分离和一体化的分析分离，也涉及实验室小量制备，此外，对于较大规模的工业分离也有部分涉及，旨在为更加广泛的读者群提供参考，请读者在阅读时注意因分离规模不同而导致的理论模型、工艺过程和操作方式的不同。
本书由中国分析测试协会组织编写，练鸿振、张书胜、张海霞、梁琼麟等编著。第一章“绪论”由练鸿振等编写；第二章“色谱法概述”由练鸿振和张书胜等编写；第三章“气相色谱法”由袁黎明等编写；第四章“高效液相色谱法”由张海霞、丁生龙和刘晓航等编写；第五章“其他液相色谱法”由朱松、韩疏影、马维娜、赵建强、魏芸和窦海洋等编写；第六章“电泳法概述”由屈锋等编写；第七章“毛细管电泳法”由陈兴国等编写；第八章“毛细管电色谱法”由叶能胜等编写；第九章“其他电泳法”由梁琼麟等编写；第十章“色谱和电泳定量分析样品的要求及制备”由夏炎和练鸿振等编写；第十一章“色谱和电泳分析方法的选择”由乔俊琴和于冰等编写；第十二章“色谱和电泳定性定量分析方法”由张文芬等编写；第十三章“色谱和电泳分析结果的评价”由夏炎等编写；第十四章“面向质谱分析的色谱和电泳方法学”由夏炎和于冰等编写。全书最后由练鸿振统稿。
本书的部分成果是在国家自然科学基金委员会、科学技术部及其他部委和省市科技部门、编著者团队所在各单位的支持下取得的。编著者团队得到了包括国家科技重大专项课题（微流控芯片药物研发关键技术研究，2013ZX09507005）、国家973计划课题（药物高效筛选的微流控新方法及其应用研究，2007CB714505）、国家973前期课题（手性高分子复合膜的制备、性能及其拆分机理研究，2011CB612312）、国家重点研发计划课题（基于食品安全侦查技术口岸实验室风险验证适用性评价研究，2019YFC1605402；类器官高通量培养监测系统及类器官芯片药筛模型搭建，2022YFA1103403）、国家自然科学基金仪器专项（色谱旋光检测器研究，21127012）、国家自然科学基金重大研究计划（90913012、91643105、91856123），以及国家自然科学基金面上、地区及青年项目（批准号略）等的持续支持，在此表示诚挚的感谢。得益于国内色谱和电泳领域强大的专业队伍和良好的研究氛围，本书编著者团队发表了一系列学术论文，还获得授权发明专利数十件，起草各类标准多项。本书中部分成果获中国分析测试协会科学技术奖一等奖（“高效液相色谱在活性多肽研究中的应用”，1996年度；“四种制备色谱分离新技术的研究及在黄顶菊等植物样品分离中的应用”，2012年度；“基于功能杯杂芳烃键合硅胶填料的色谱新方法研究”，2014年度）、中国分析测试协会科学技术奖二等奖（“基于新型功能化材料的重金属及其形态分离分析”，2022年度）、教育部高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）二等奖（“面向复杂样品的微纳分离分析的构建和应用研究”，2020年度）、云南省科学技术奖（自然科学类）二等奖（“高速逆流色谱制备性分离植物有效成分及气相色谱混合固定相的协同效应研究”，2002年度）、河南省科技进步奖二等奖（“新型杯芳烃色谱分离介质的制备及其在食品安全和环境检测中的应用”，2014年度）等荣誉。
笔者在编写过程中特别注重色谱和电泳在基础理论、基本原理、方法学及仪器设备等方面的对比和统一，采取了先统一（绪论）、后分开（第二～五章为色谱法、第六～九章为电泳法）、再统一（第十～十四章为色谱和电泳分离分析方法学的建立和验证）的独特编排方法，深度挖掘和归纳二者之间的共性内容，以方便读者全面学习和理解。希望这一创新尝试能够为色谱和电泳技术的普及和提高，进而为分离科学的发展和完善作出一定的贡献。
分离科学的发展历史证明，色谱与电泳之间是“姊妹关系”，而样品前处理与色谱和电泳都属于分离技术，因此，在掌握色谱和电泳技术的同时也必须了解其他相关分离技术的原理、技术和方法。色谱和电泳的许多研究和应用往往与质谱密切相关，熟悉质谱对色谱和电泳技术的发展具有重要意义。
特别感谢中国科学院大连化学物理研究所张玉奎院士作为主审专家对本书的关怀与指导，他不仅给出许多建设性意见，还欣然为本书作序！非常感谢中国科学院大连化学物理研究所关亚风研究员、重庆大学夏之宁教授和中国科学院大连化学物理研究所张丽华研究员的审阅，以及全国众多色谱和电泳专家为本书提出的宝贵建议及提供的资料和资讯！在编写过程中，我们深切感受到，我国色谱和电泳领域科技工作者的杰出工作和丰硕成果为本书顺利完成提供了坚实支持。
本书可供广大科研工作者特别是分析测试人员和分析仪器科研人员、高校教师和研究生及本科高年级学生学习参考。
限于编著者的学识和理解，本书难免会存在疏漏和不妥之处，我国色谱和电泳工作者的代表性工作未能全部收入本书，我们将在修订时不断补充完善，也恳请有关专家和读者不吝指正和支持。

练鸿振
2025年6月于南京大学

第一章 绪论 001~016
第一节 分离的概念	002
第二节 分离与分析的关系	002
第三节 作为分离技术的色谱和电泳	004
第四节 中国的色谱和电泳	006
第五节 色谱和电泳在发展中的融合	007
第六节 色谱和电泳与质谱的关系	009
第七节 色谱和电泳分离条件的优化	012
第八节 色谱和电泳中的样品前处理	013
第九节 色谱和电泳工作者的坚守与使命	013
参考文献	014

第二章 色谱法概论 017~042
第一节 色谱法的发展史	018
一、色谱的起源	018
二、基于固体支持物固定相色谱的发展	018
三、以液体作为固定相色谱技术的发展	024
四、无固定相色谱技术的发展	025
第二节 色谱法的分类	026
一、按色谱两相的物态分类	026
二、按分离原理分类	026
三、按固定相形状不同分类	028
四、按色谱操作技术分类	028
五、按分离规模分类	029
第三节 色谱基础理论	029
一、色谱的基本过程	029
二、色谱的术语和基本方程	031
三、色谱的重要理论	034
四、色谱分离的量度	039
参考文献	040

第三章 气相色谱法 043~084
第一节 气相色谱法概述	044
一、气相色谱分离原理	044
二、气相色谱法的特点	044
第二节 气相色谱的分离模式	045
一、气固吸附色谱	045
二、气液分配色谱	057
第三节 气相色谱仪器	067
一、气相色谱仪的构造	067
二、多维气相色谱	074
三、气相色谱仪的检定	076
四、气相色谱仪的故障排除	076
五、气相色谱仪的维护保养	078
参考文献	080

第四章 高效液相色谱法 085~158
第一节 高效液相色谱法概述	086
一、高效液相色谱分离原理	086
二、高效液相色谱法的特点	087
第二节 高效液相色谱的分离模式	088
一、液固色谱	088
二、分配色谱	089
三、亲和色谱	106
四、尺寸排阻色谱	111
第三节 高效液相色谱仪器	117
一、高效液相色谱仪的基本构造	117
二、液相色谱仪器的发展	136
三、高效液相色谱仪的检定	148
四、高效液相色谱仪的故障排除	148
五、高效液相色谱仪的维护保养	150
参考文献	151

第五章 其他液相色谱法 159~248
第一节 离子色谱法	160
一、离子色谱的技术进步	160
二、离子色谱的分离模式	161
三、离子色谱系统	162
四、离子色谱法的特点	164
五、离子色谱样品的前处理	166
六、离子色谱的应用	167
第二节 薄层色谱法	173
一、薄层色谱法概述	173
二、纸色谱法	178
三、薄层色谱扫描法	179
四、应用	181
第三节 细胞膜色谱法	186
一、概述	186
二、细胞膜色谱仿生检测体系	187
三、细胞膜色谱仪	190
四、细胞膜色谱固定相制备	191
五、分析方法	194
第四节 超临界流体色谱法	196
一、概述	196
二、超临界流体色谱分析方法的建立	201
三、超临界流体色谱的应用	207
第五节 逆流色谱法	210
一、逆流色谱法定义及特点	210
二、逆流色谱法分类	211
三、高速逆流色谱法原理	212
四、高速逆流色谱法实验操作及影响因素	215
五、高速逆流色谱法溶剂体系	216
六、逆流色谱法的应用	217
第六节 场流分离技术	227
一、场流分离技术的分离原理	227
二、场流分离技术的洗脱模式	229
三、场流分离技术的子技术	230
四、场流分离过程的影响因素	233
五、场流分离技术的应用	234
参考文献	237

第六章 电泳法概论 249~266
第一节 电泳法发展史	250
一、电泳的起源	250
二、电泳技术的发展	250
三、毛细管电泳的发展	251
四、自由流电泳的发展	252
第二节 电泳法的分类	252
一、根据分离原理分类	252
二、根据支持介质分类	260
第三节 电泳基础理论	262
一、电泳分离原理	262
二、电泳的影响因素	263
三、支持介质对电泳的影响	264
参考文献	265

第七章 毛细管电泳法 267~310
第一节 毛细管电泳法概述	268
一、毛细管电泳的定义	268
二、毛细管电泳的重要进展	268
三、毛细管电泳的特点	269
第二节 毛细管电泳原理	270
一、电泳淌度和电泳迁移速度	270
二、电渗流	271
三、分离原理	272
四、分离效率	273
第三节 毛细管电泳的分离模式	277
一、毛细管区带电泳	278
二、毛细管胶束电动色谱	279
三、毛细管等速电泳	280
四、毛细管等电聚焦电泳	281
五、亲和毛细管电泳	281
六、非水毛细管电泳	282
第四节 毛细管电泳仪	283
一、毛细管电泳仪的构造	283
二、毛细管电泳仪的检测系统	293
三、毛细管电泳联用技术	296
四、毛细管电泳仪的故障排除	301
五、毛细管电泳仪的维护保养	303
第五节 毛细管电泳法的应用	303
参考文献	307

第八章 毛细管电色谱法 311~332
第一节 毛细管电色谱法概述	312
一、毛细管电色谱法的重要进展	312
二、毛细管电色谱法的分类	312
三、毛细管电色谱法的基本原理	313
第二节 毛细管电色谱柱的制备	315
一、填充电色谱柱的制备	315
二、开管电色谱柱的制备	318
三、整体电色谱柱的制备	323
四、电色谱柱的表征及性能评价	325
第三节 毛细管电色谱法的应用	327
参考文献	328

第九章 其他电泳法 333~358
第一节 聚丙烯酰胺凝胶电泳	334
一、聚丙烯酰胺凝胶电泳的原理	334
二、聚丙烯酰胺凝胶电泳装置及操作方法	336
三、聚丙烯酰胺凝胶电泳的技术进展及应用	338
第二节 双向电泳	338
一、双向电泳的原理	338
二、双向电泳装置及操作方法	339
三、双向电泳在蛋白质组学研究中的应用	341
第三节 芯片电泳	343
一、芯片电泳的原理	343
二、芯片电泳装置及操作方法	345
三、芯片电泳的技术进展及应用	348
参考文献	355

第十章 色谱和电泳定量分析样品的要求及制备359~380
第一节 样品处理概述	360
一、样品处理的必要性和重要性	360
二、样品处理的原则	360
三、常用样品制备技术	361
第二节 固相萃取技术	362
一、固相萃取的发展	362
二、固相萃取吸附剂的分类	363
三、其他固相萃取技术	367
四、固相萃取方法的开发	370
五、固相萃取方法在色谱和电泳
分析中的应用	374
参考文献	376

第十一章 色谱和电泳分析方法的选择 381~420
第一节 色谱分析方法的选择	382
一、气相色谱分析方法的选择	382
二、高效液相色谱分析方法的选择	387
第二节 色谱保留行为预测	391
一、气相色谱保留行为预测	392
二、高效液相色谱保留行为预测	397
第三节 电泳分析方法的选择	404
一、毛细管电泳分离模式的选择	404
二、操作条件的选择	406
三、分离介质的选择	409
四、条件选择流程	413
参考文献	414

第十二章 色谱和电泳定性定量分析方法 421~430
第一节 定性分析	422
一、保留时间定性	422
二、保留指数定性	423
三、利用选择性检测器定性法	423
四、检测器多响应比较定性法	423
五、色谱与其他仪器结合定性法	424
六、化学反应定性法	424
第二节 定量分析	424
一、定量校正因子	425
二、常用的定量方法	427
参考文献	429

第十三章 色谱和电泳分析结果的评价 431~450
第一节 定量分析的准确性与重复性	432
一、基本概念	432
二、色谱方法的验证	436
第二节 影响定量分析结果准确性的因素	437
一、样品制备的影响	437
二、进样技术的影响	438
三、柱系统分离度的影响	439
四、检测器选择的影响	439
五、色谱条件的影响	440
六、数据处理系统的正确应用	441
第三节 不确定度评价	441
一、定义	441
二、测量不确定度的条件	442
三、不确定度的测量和表示	442
参考文献	449

第十四章 面向质谱分析的色谱和电泳方法学 451~469
第一节 面向质谱分析的色谱方法学	452
一、概述	452
二、液相色谱-质谱联用模式	452
三、液相色谱-质谱联用技术的应用	455
四、展望	459
第二节 面向质谱分析的电泳方法学	459
一、概述	459
二、毛细管电泳-质谱联用模式	460
三、毛细管电泳-质谱联用技术的应用	460
四、展望	465
参考文献	466

索引 470~473