随着假期临近，我们许多人会乘飞机去探望亲友，或者只是暂时远离日常生活。有些人在机场会接受擦拭检测，以检查衣物和行李是否含有爆炸物。那么，这一过程是如何进行的？
答案是色谱法——分离化学的一个分支——以及质谱法（我将在后续文章中介绍）。
“色谱法”一词从希腊语大致译为“色彩的科学”。当你意识到大多数人都曾无意间做过简单的色谱实验时，这个名称的由来便显而易见了。
如果你曾把水洒在手写的购物清单上，然后把纸举起来让水流走，你可能注意到墨水会在纸上扩散，而笔迹的颜色其实由几种颜料构成（如果没有，你可以做做这个实验——找几支不同品牌但颜色相同的笔试试）。这种分离就是色谱法。
色谱分离有多种类型。它们的共同点是：将需要分离的物质混合物（称为分析物）流过一种固体材料（称为基质），从而使分析物彼此分离。
听起来，色谱法似乎只是过滤，或按颗粒大小进行分离。在某些情况下，过程几乎确实如此（尺寸排阻色谱法常被称为凝胶过滤色谱法）。
但大多数色谱方法依靠其他化学效应，而不只是被分离物质的大小，包括但不限于：
这些方法都可以使用一种溶剂进行，例如在购物清单上滴水——这称为等度洗脱（希腊语意为“力量相等”）；也可以使用成分不断变化的溶剂混合物（称为梯度洗脱）。
那么，它是如何工作的？
严格来说，驱动色谱分离的是分析物对溶剂和固体基质的亲和力差异。那么，实际上这是什么意思？
这里请耐心听我解释。
你有没有和某人一起逛过商店，而你想尽快穿过店内，对方却总停下来看看商品？
你对周围事物的吸引力不同——这正是驱动色谱分离的因素。你穿过过道时很少与待售商品互动，而同行的购物伙伴对货架的亲和力要强得多，频频停下脚步。等你走到出口时，对方才逛到一半——你们已经分开了！
分子也会发生类似的情况。溶剂流过基质（在购物清单的例子中就是纸张），并携带分析物。分析物对基质的亲和力相对于对溶剂的亲和力，决定了分离结果。
如果某种化合物完全不溶于溶剂，它就会留在基质上（你可能见过这种情况：水洒在用铅笔写的购物清单上）。如果分析物的溶解度很高，它移动的速度可能与溶剂一样快。
购物清单的例子称为平面色谱。流动的墨水似乎违背了重力，借助毛细作用沿纸张向上移动。在高效色谱中，更常见的做法是把基质装在柱中，并借助重力或泵使溶剂流过。
使用色谱柱后，可以通过使用能够混合多种物质的泵，更方便地改变溶剂比例（通常是水和一种可溶性有机溶剂的混合物，例如乙腈）。
在梯度分离中，分析物对基质的亲和力远高于对初始溶剂混合物的亲和力。随着溶剂混合物发生变化，分析物溶解于溶剂中并被带出色谱柱，与在不同溶剂比例下可溶的物质分离开来。
有时，气体，气体，还是气体
气相色谱的装置略有不同。分析物是气体或挥发性液体（例如石油化学品、植物油、化学武器）。这类化合物通常是非极性且疏水的——换句话说，它们不容易与水混合。
这些化合物被蒸发到惰性载气中（类似于溶解在溶剂中）。载气将化合物带过疏水基质；基质装在盘绕的色谱柱中（色谱柱通常长达数十米，但宽度只有几微米）。
为改善分离效果，并使沸点较高（约可达300C）的物质也能接受分析，色谱柱会放在烘箱中。改变烘箱温度对分离的影响，类似于改变液相色谱中的溶剂混合物。
质量控制
分离有色化合物时，过程是否成功相当明显。但如果分离的是两种无色化合物，或微量分析物，又该如何判断？
根据分析物的化学和/或物理性质，有几种检测方法。较常见的包括：
紫外或红外（不可见的光学波长）吸光度
不可见荧光
电导率或pH值（溶液的酸性强弱）
收集样品并进行化学测试
质谱法。
其中，质谱法可能最为有用，因为它能让分析人员准确判断所检测到的化合物是什么，而无需事先了解原始分析物混合物中含有哪些物质。
不断发展的领域
尽管仪器色谱法是一项成熟技术（第一批仪器在第二次世界大战刚结束后问世），新的应用仍不断涌现。
有些应用涉及规模。生产单克隆抗体（常用于癌症治疗）的制药公司会使用亲和色谱法纯化产品。在工业规模下，这些色谱柱的直径可达数十厘米、长度可达数米（典型的实验室规模系统直径为几毫米，长度为5-30cm）。
其他用途则可能是某种具体的新应用，例如使用 检测钞票上的可卡因 的气相色谱系统；这类系统常见于机场，用作炸弹和毒品探测器。
更令人兴奋的是，搭载在菲莱探测器上的色谱仪还开展了更多实验，并 检测到有机化学物质 存在于67P/丘留莫夫-格拉西缅科彗星上。
本文由 The Conversation合作发表。本文的发表并不意味着世界经济论坛认同其中观点。
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作者：Martin Boland 是查尔斯达尔文大学高级讲师
图片：2014年11月17日，纽约的一场媒体活动上，Implant Sciences技术副总裁Todd Silvestri手持QS-H150手持式爆炸物痕量探测器。路透社/Carlo Allegri。