色谱法的基本原理

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  [摘 要]利用样品混合物中各组份理、化性质的差异,各组份程度不同的分配到互不相溶的两相中。当两相相对运动时,各组份在两相中反复多次重新分配,结果使混合物得到分离。
  [关键词]色谱法、分离条件、吸附、
  中图分类号:O657.7 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)11-0133-01
  一、液-固色谱原理
  液-固色谱是基于吸附和溶解性质的分离技术,柱色谱属于液-固吸附色谱。
  当混合物溶液加在固定相上,固体表面借各种分子间力(包括范德华力和氢键)作用于混合物中各组分,以不同的作用强度被吸附在固体表面。
  柱色谱分离原理
  由于吸附剂对各组分的吸附能力不同,当流动相流过固体表面时,混合物各组分在液-固两相间分配。吸附牢固的组分在流动相分配少,吸附弱的组分在流动相分配多。流动相流过时各组分会以不同的速率向下移动,吸附弱的组分以较快的速率向下移动。随着流动相的移动,在新接触的固定相表面上又依这种吸附-溶解过程进行新的分配,新鲜流动相流过已趋平衡的固定相表面时也重复这一过程,结果是吸附弱的组分随着流动相移动在前面,吸附强的组分移动在后面,吸附特别强的组分甚至会不随流动相移动,各种化合物在色谱柱中形成带状分布,实现混合物的分离。
  二、柱色谱分离条件
  氧化铝对有机物的作用类型
  ⑴ 固定相选择
  柱色谱使用的固定相材料又称吸附剂。
  吸附剂对有机物的吸附作用有多种形式。以氧化铝作为固定相时,非极性或弱极性有机物只有范德华力与固定相作用,吸附较弱;极性有机物同固定相之间可能有偶极力或氢键作用,有时还有成盐作用。这些作用的强度依次为:
  成盐作用 > 配位作用 > 氢键作用 > 偶极作用 > 范德华力作用。 有机物的极性越强,在氧化铝上的吸附越强。
  色谱用的氧化铝可分酸性、中性和碱性三种。酸性氧化铝pH约为4-4.5,用于分离羧酸、氨基酸等酸性物质;中性氧化铝pH值为7.5,用于分离中性物质,应用最广;碱性氧化铝pH为9-10,用于分离生物碱、胺和其它碱性化合物等。
  吸附剂的活性与其含水量有关。含水量越低,活性越高。脱水的中性氧化铝称为活性氧化铝。
  硅胶是中性的吸附剂,可用于分离各种有机物,是应用最为广泛的固定相材料之一。
  活性炭常用于分离极性较弱或非极性有机物。
  吸附剂的粒度越小,比表面越大,分离效果越明显,但流动相流过越慢,有时会产生分离带的在重叠,适得其反。
  ⑵ 流动相选择
  色谱分离使用的流动相又称展开剂 。
  展开剂对于选定了固定相的色谱分离有重要的影響。
  在色谱分离过程中混合物中各组分在吸附剂和展开剂之间发生吸附-溶 解分配,强极性展开剂对极性大的有机物溶解的多,弱极性或非极性展开剂对极性小的有机物溶解的多,随展开剂的流过不同极性的有机物以不同的次序形成分离带。
  在氧化铝柱中,选择适当极性的展开剂能使各种有机物按先弱后强的极性顺序形成分离带,流出色柱。
  当一种溶剂不能实现很好的分离时,选择使用不同极性的溶剂分级洗脱。 如一种溶剂作为展开剂只洗脱了混合物中一种化合物,对其它组分不能展开洗脱,需换一种极性更大的溶剂进行第二次洗脱。这样分次用不同的展开剂可以将各组分分离。
  一、薄层色谱概念 最常用的薄层色谱也属于液-固吸附色谱。同柱色谱不同的是吸附剂被涂布在玻璃板上,形成薄薄的平面涂层。干燥后在涂层的一端点样,竖直放入一个盛有少量展开剂的的有盖容器中。展开剂接触到吸附剂涂层,借毛细作用向上移动。与柱色谱过程相同,经过在吸附剂和展开剂之间的多次吸附-溶解作用,将混合物中各组分分离成孤立的样点,实现混合物的分离。
  二、薄层色谱条件
  ⑴固定相选择
  柱色谱中提到的吸附剂都可以用作为薄层色谱的固定相,分离性能及使用选择同柱色谱的选择原则相同。
  一般用于薄层色谱时,要求吸附剂的粒度更小。商品吸附剂区分为色谱级(用于柱色谱)和薄层色谱级(用于薄层色谱)。
  ⑵展开剂选择
  薄层色谱展开剂的选择和柱色谱一样,主要根据样品中各组分的极性、溶剂对于样品中各组分溶解度等因素来考虑。展开剂的极性越大,对化合物的洗脱力也越大。
  选择展开剂时,除参照表列溶剂极性来选择外,更多地采用试验的方法,在一块薄层板上进行试验:
  ①若所选展开剂使混合物中所有的组分点都移到了溶剂前沿,此溶剂的极性过强;
  ②若所选展开剂几乎不能使混合物中的组分点移动,留在了原点上,此溶剂的极性过弱。
  当一种溶剂不能很好地展开各组分时,常选择用混合溶剂作为展开剂。先用一种极性较小的溶剂为基础溶剂展开混合物,若展开不好,用极性较大的溶剂与前一溶剂混合,调整极性,再次试验,直到选出合适的展开剂组合。合适的混合展开剂常需多次仔细选择才能确定。
  ⑶相对移动值 从点样原点开始到展开后的溶剂前沿,是溶剂的移动距离,记为lo,混合物中各组分的移动距离分别记为l1,l2,l3 …。
  在不同的展开条件下,各化合物的移动距离不会相同,而在同一条件下,相对于展开剂的移动距离,各化合物有可比较的展开数据,称为相对移动值,或比移值。
  在相同条件下测得的比移值可以用于化合物的薄层色谱特征值进行比较对照。
  ⑷显色
  分离的化合物若有颜色,很容易识别出来各个样点。但多数情况下化合物没有颜色,要识别样点,必须使样点显色。通用的显色方法有碘蒸气显色和紫外线显色。
  ①碘蒸气显色:将展开的薄层板挥发干展开剂后,放在盛有碘晶体的封闭容器中,升华产生的碘蒸气能与有机物分子形成有色的缔合物,完成显色。
  ②紫外线显色:用掺有荧光剂的固定相材料(如硅胶F,氧化铝F等)制板,展开后在用紫外线照射展开的干燥薄层板,板上的有机物会吸收紫外线,在板上出现相应的色点,可以被观察到。
  参考文献:
  [1] 《气相色谱基础》 麦克奈尔,博内利,人民教育出版社,1979.
  [2] 《气相色谱法》 金鑫荣编 高等教育出版社1987.
  [3] 《工业色谱基础理论和应用》叶振华,宋清,朱建华编著,中国石化出版社.
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