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揭示生命奥密的重要仪器――色谱仪
发布时间:2015-12-25   点击次数:832次

 提到色谱仪对不从事化学有关问题的人来说可能还有些陌生,但是“色谱”一词的出现已经有近100年的历史了,而且从现代科学技术意义上说的商品色谱仪的使用也有近半个世纪了。色谱方法和色谱仪科学技术的发展、为国民经济的增长、为人民的健康长寿、特别是为揭示生命奥密作出了卓越的贡献。

 俄国植物学家茨维特茨维特于1903年在波兰华沙大学研究植物叶子的组成时,他巧妙地用碳酸钙作吸附剂,分离植物干燥叶子的石油醚萃取物,他把干燥的碳酸钙粉末装到一根细长的玻璃管中,然后把植物叶子的石油醚萃取液倒到管中的碳酸钙上,萃取液中的色素就吸附在管内上部的碳酸钙里,再用纯净的石油醚洗脱被吸附的色素,于是在管内的碳酸钙上形成绿、黄等三种颜色的六个色带,分离了叶绿素、叶黄素和胡萝卜素。当时茨维特把这种色带叫作“色谱”,茨维特把他开创的方法叫色谱法,或者后来人们把这一方法叫做液-固色谱发。在这一方法中把玻璃管叫作“色谱柱”,碳酸钙叫作“固定相”,纯净的石油醚叫作“流动相”。这是利用色谱方法为探究生命现象的启蒙和开端。

 在茨维特提出色谱概念后的20多年里没有人关注这一伟大的发明。直到1931年德国的库恩等才重复了茨维特的某些实验,用氧化铝和碳酸钙分离了α-,β-, 和γ-胡萝卜素,此后用这种方法分离了60多种这类色素,1938年他从维生素 B 中分离出 B 6,由于他的出色研究而获得了1938年的诺贝尔化学奖。这是利用色谱方法为探究生命现象、了解生物物体构成的初步尝试。接下来在40年代到50年代初,英国的生物化学家马丁等在研究生物体重要组成脂肪酸和脂肪胺时开创了以气体作流动相以液体做固定相的气-液色谱法,因而获得了1952年的诺贝尔化学奖。1958年美国生物化学家 Stein 和 Moore 研制出氨基酸分析仪,用它确定了核糖核酸酶的分子结构,后来氨基酸分析仪成为研究蛋白质和酶结构的重要工具,Stein 和 Moore 因此而获得了1972年的诺贝尔化学奖。

从上面的几件历史事件看出色谱分离方法和色谱仪是为揭示生命奥密而出现的。而在20世纪末的人类基因组计划的提前完成和21世纪初蛋白质组学的大力开展,色谱方法和色谱仪又作出了令人鼓舞的贡献。

 2000年6月宣布人类基因组计划已经完成了其工作草图,因此,科学家们认为,生命科学已经进入了功能基因组(后基因级)时代,在功能基因组时代,生物学家们的研究重心从揭示生命的所有遗传信息转移到在整体水平上对生物功能的研究。2001年2月12日,中、美、日、德、法、英等6国科学家和美国塞莱拉公司今天联合公布人类基因组图谱及初步分析结果。这一计划所以能够提前完成,其主要原因之一就是使用了高通量的阵列毛细管电泳仪,这一仪器是也是一种属于色谱仪范畴的仪器。

 从基因组DNA序列尚不能回答某基因的表达时间、表达量、蛋白质翻译后加工和修饰的情况、以及它们的亚细胞分布等等。这些在基因组中不能解决的问题可望在蛋白质组学(Proteome)研究中找到答案。在所研究的细胞中会有3―5万种蛋白质,目前蛋白质组研究所使用的双向电泳一般只能分辨到2000―3000个蛋白质点。在蛋白质组的分析中有望用高效液相色谱作预分离,即使用双向HPLC,*向是体积排阻色谱。所以双向电泳和高效液相色谱将成为蛋白质组学的重要分离工具。所以色谱仪将为深入地揭示生命奥秘作出更大的贡献。

从色谱出现的百年历史说明,色谱仪是揭开生命奥秘的有力工具。色谱仪大致包括气相色谱仪、高效液相色谱仪、离子色谱仪、超临界流体色谱仪、毛细管电泳仪等等。前两种色谱仪是应用zui为广泛和应用十分成功的两类仪器,可以分析气体、液体、固体等复杂混合物。离子色谱仪也逐渐普及地用于各个领域。超临界流体色谱仪应用范围较小还不普及。毛细管电泳仪是20世纪80年代后发展起来的一种高效分离仪器在生命科学领域有极大的应用前景。

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