分離科學與進展中科大lecture2ppt課件

1、色層分離法 色層分離又稱層析法或色譜法，它的最大特點是分離效率高，它能把各種性質(zhì)極相似的物質(zhì)彼此分離，而后分別加以檢出和測定。色層法的發(fā)現(xiàn) 俄國植物學家茨維特Tswett1906年提出色譜Chromatography的概念，Tswett讓植物色素的石油醚萃取液流經(jīng)裝有碳酸鈣的管柱，并繼續(xù)以純凈的石油醚加以洗脫，得到三種顏色的5個色帶。 英國生物學家Martin和Synge于1940年提出液液分配色譜，1941年提出用氣體代替液體作為流動相，他們首先提出了色譜塔板理論，以及其遠見卓識的預言。1952年James和Martin因其在色譜理論和實踐方面的貢獻獲得了諾貝爾獎。 1944年出現(xiàn)紙層析以后

2、，層析法不斷發(fā)展，相繼出現(xiàn)薄層層析、親和層析、凝膠層析、氣相層析、高壓液相層析HPLC等。茨維特使用的實驗裝置色層分析法的種類 按流動相和固定相的性質(zhì)不同，色層分析可分為：氣固層析法、氣液層析法、液固層析法和液液層析法； 按固定相所處的狀態(tài)不同可分為：柱層析、紙層析和薄層層析； 按層析分離的原理不同可分為：吸附層析、分配層析、離子交換層析、凝膠層析等色層分析法的種類名稱分離原理吸附層析法固定相是固體吸附劑，各組份在吸附劑表面的吸附能力不同分配層析法各組份在流動相和靜止液相中的分配系數(shù)不同離子交換層析法固定相是離子交換劑，各組份與離子交換劑親和力不同凝膠層析法固定相是多孔凝膠，各組份的分子大小不

3、同，因而在凝膠中受阻滯的程度不同親和層析法固定相只能與一種待分離組份專一結(jié)合，以此和無親和力的其經(jīng)組份分離柱層析 吸附柱層析：根據(jù)等分離物質(zhì)在固體吸附劑表面吸附能力的強弱來加以分離分析的技術(shù) 分配柱層析：根據(jù)欲分離組分在兩種互不混溶或部分混溶的溶劑間溶解度的差異來進行分離的技術(shù)吸附柱層析 固液兩相中處于液相中的物質(zhì)在固液兩相的界面發(fā)生密集現(xiàn)象稱為吸附，利用吸附劑對不同物質(zhì)具有不同吸附力使混合物得到分離的現(xiàn)象就叫吸附層析。 在某一溫度下某種組分在吸附劑表面的吸附規(guī)律可用平衡狀態(tài)時此組分在兩相中濃度的相對關(guān)系曲線來表示，這種關(guān)系曲線稱為吸附等溫線。吸附柱層析 吸附分配系數(shù)：KD = cs / cm

4、 在試樣中各組分的分配系數(shù)往往稍有差異。分配系數(shù)較大的組分在柱中被吸附得較牢，在固定相中保留的時間較長，要把它從柱上洗脫下來，所需的溶劑流動相也較多。 在洗脫過程中，由于經(jīng)過了許多次的吸附、脫附的分配過程，使得分配系數(shù)稍有不同的組分，也能產(chǎn)生明顯的保留特性的差異，從而使它們彼此分離。吸附柱層析 保留時間和保留體積：組分在柱上的保留特性可用保留時間和保留體積來表示。 保留時間是從進樣開始到流出液中出現(xiàn)濃度最高點的時間； 保留體積是從進樣開始到流出液中出現(xiàn)濃度最高點時流過色譜柱的流動相的體積。吸附等溫線與對應的洗脫曲線常用的吸附劑及其選擇 氧化鋁：由Al(OH)3在300400C時脫水制得。氧化鋁

5、因生產(chǎn)時條件的不同可分為中性、酸性和堿性三種，吸附能力有所不同。 中性氧化鋁應用較廣泛，適用于醛、酮、醌、酯、內(nèi)酯化合物及某些苷的分離；酸性氧化鋁適用于酸性化合物，如酸性色素、某些氨基酸，以及對酸穩(wěn)定的中性物質(zhì)的分離；堿性氧化鋁適用于分離堿性化合物如生物堿、醇以及其它中性和堿性物質(zhì)。 一般講，能用酸性或堿性氧化鋁分離的物質(zhì)也可用中性氧化鋁分離。氧化鋁具有吸附能力強、分離能力強的優(yōu)點。常用的吸附劑及其選擇 氧化鋁：氧化鋁的活性和含水量密切有關(guān)?；钚詮娙跤没疃燃塈V級來表示，活度I級吸附能力最強，V級最弱。在100至400degC之間對氧化鋁進行活化，活化溫度越高，所得氧化鋁的活性越強，但溫度若高

6、于600degC氧化鋁會進一步脫水便開始燒結(jié)。 由于脫水過程受到許多因素的影響，因此每批生產(chǎn)的氧化鋁，其表面積和表面孔穴結(jié)構(gòu)并不一致，活性也并不相同。 通常分離弱極性的組分選用吸附活性強一些的氧化鋁吸附劑，分離極性較強的組分，應選用活較弱的吸附劑。常用的吸附劑及其選擇 硅膠：層析用硅膠是由彈性多聚硅酸脫水制得，每批生產(chǎn)的硅膠，性能比較穩(wěn)定。硅膠的表面化學組成有下面幾種： 硅膠吸附活性：活潑型游離型束縛型常用的吸附劑及其選擇 硅膠：水與硅膠表面的羥基可結(jié)合成水合硅酸：Si-OHOH2,使其失去吸附性能。加熱至100degC左右能可逆地除去這些水分，使硅膠活化。 最佳的硅膠活化條件為在105110

7、degC加熱30 min。如果加熱到200degC以上，硅膠將失去結(jié)構(gòu)水，形成硅氧烷，使吸附能力下降，如果加熱至400degC以上，硅膠將發(fā)生燒結(jié) 硅膠具有微酸性，吸附能力較氧化鋁稍弱，可用于分離酸性和中性物質(zhì)，如有機酸、氨基酸、匝萜類、甾體等。常用的吸附劑及其選擇 聚酰胺：由已內(nèi)酰胺聚合而成，因而又稱聚已內(nèi)酰胺或錦綸。層析用的聚酰胺為白色多孔性的非晶形粉末，易溶于濃鹽酸、熱甲酸、苯酚等溶劑；不溶于水及甲醇、乙醇、丙酮、乙醚、氯仿、苯等有機溶劑，對堿比較穩(wěn)定，對酸的穩(wěn)定性較差、尤其是熱的酸溶液。 常用的吸附劑及其選擇 聚酰胺：聚酰胺分子內(nèi)存在很多的酰胺鍵，可與酚類、酸類、醌類、硝基化合物形成氫

8、鍵，因而對這些物質(zhì)有吸附作用。 酚類和酸類是以其羥基或羧基與聚酰胺中酰胺鍵的羰基形成氫鍵；芳香硝基化合物和醌類化合物是以其硝基或醌基與聚酰胺分子中酰胺鍵的游離胺基形成氫鍵。各種化合物因其與聚酰胺形成氫鍵的能力不同，吸附能力也就不同，因此可以得到分離。 常用的吸附劑及其選擇 聚酰胺：常用的吸附劑及其選擇 聚酰胺：一般說來，能形成氫鍵基團較多的溶質(zhì)，其吸附能力較大；對位、間位取代基團都能形成氫鍵時，吸附能增大，鄰位的使吸附能力減小；芳香核具有較多共軛雙鍵時，吸附能力增大；能形成分子內(nèi)氫鍵者，吸附能力減小。流動相及其選擇 流動相的洗脫作用實質(zhì)上是流動相分子與被分離的溶質(zhì)分子競爭占據(jù)吸附劑表面活性中心

9、的過程。強極性的流動相分子占據(jù)吸附中心的能力強，因而具有強的洗脫作用。非極性流動相競爭占據(jù)活性中心的能力弱，洗脫作用就弱得多。流動相及其選擇 為了使試樣中吸附能力稍有差異的各組分相分離，就必須根據(jù)試樣的性質(zhì)，吸附劑的活性，選擇適當極性的流動相。 對于分離強極性的組分應選用極性較強的流動相才能把它從吸附劑上洗脫下來，使之沿著層析柱前進，弱極性的組分則應選用弱極性的流動相進行洗脫。常見功能團的極性強弱排序 氟碳化合物烷烴烯烴芳烴有機鹵化物醚類硝基化合物腈二甲胺酯類酮類醛類硫醇胺類酰胺醇類酚類羧酸類磺酸 當有機分子的基本母核相同時，取代基團的極性增強，整個分子的極性增強；極性基團增多，整個分子的極性

10、增強；分子中的雙鍵多，吸附力強；共軛雙鍵多，吸附力增強； 分子中取代基團的空間排列對吸附性能也有影響，如同一母核中羥基處于能形成內(nèi)氫鍵位置時，其吸附力將弱于不能形成內(nèi)氫鍵的化合物常見溶劑的極性強弱排序 流動相極性較弱時，可使試樣中弱極性的組分洗脫下來，在層析柱中移動較快，而與極性強的組分分離。同樣強極性和中等極性的流動相適用于強極性和中等極性組分的分離 常用的流動相按其極性增強順序排列如下：石汕醚環(huán)已烷二硫化碳四氯化碳三氯乙烯苯甲苯二氯甲烷氯仿乙醚乙酸乙酯丙酮正丙醇乙醇甲醇吡啶三鍵飽和） 涂布固定液的薄層：有各種涂布方法各種特制薄層 具有濃縮區(qū)的薄層：由兩種不同硅膠鋪成的薄層。前面一段為濃縮區(qū)

11、，由孔穴直徑極大的（50mm）、表面積很小、吸附能力極弱的硅膠鋪成；后面的薄層由一般的硅膠吸附劑鋪成，試樣中的各種組分將在兩種薄層的交界處發(fā)生濃縮，然后在進入后一種種薄層層析展開，可大大改善分離效果。各種特制薄層各種特制薄層 高效薄層：由顆粒十分細小，粒度十分均勻，一般直徑為57mm的硅膠吸附劑，加上高度惰性的粘合劑，鋪成的質(zhì)地十分致密、均勻、平滑的高效薄層預制板。其性能穩(wěn)定，層析展開后斑點保持圓形不拖尾，分離效果極好，理論塔板數(shù)可達數(shù)千，為一般薄層的十倍。薄層層析中展開劑的選擇、點樣和展開 展開劑的選擇：展開劑、被分離組分的極性和吸附劑的活性這三者是相互關(guān)聯(lián)相互制約的。薄層層析中展開劑的選擇、點樣和展開 聚酰胺薄層：聚酰胺薄層與各類化合物形成氫鍵的能力不但取決于其本身，也與溶劑的介質(zhì)有關(guān)。一般來講，在水中形成氫鍵的能力最強，在有機溶劑中形成氫鍵的能力較弱弱，在堿性有機溶劑中形成氫鍵的能力最弱。因此在聚酰胺薄層上展開劑洗脫能力的大小順序大致是： 水乙醇甲醇丙酮稀氫氧化銨鈉溶液甲