第6章色层分离法.ppt
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1、第六章 色层分离法,6.1 概 述6.2 柱层析6.3 纸层析6.4 薄层层析,色层分离法又称层析法或色谱分离法,它的最大特点是分离效率高,能把各种性质及相近的物质彼此分离。现代的色谱分离技术就是在此基础上发展而来的。色层分离最早是由波兰植物学家M茨维特提出来的。他在叶绿素的石油醚溶液流经装有碳酸钙的管柱时,发现碳酸钙对叶绿素中各种色素的吸附能力不同,于是在管柱中出现了不同颜色的色谱带,因此称这种分离方法为色层分离法或色谱分离法。,6.1 概 述,层析法的发展史,层析分离图示,“层析的本质是使一种液体均匀地渗过一个相当细碎的物质的柱体,这些物质通过某种过程有选择地阻留了液体内的某些组分。”马丁
2、(A.J.P.Martin)(英),一、层析法的条件 层析法应具备的因素或条件是:1.具有两相 固定相固定不动的一相 流动相即携带样品流过固定相的流动体。2.混合物中各组分的物理化学性质有差异 3.多次展开,6.1 概 述,二、层析法的分类,根据层析机理不同的划分,根据操作技术的划分,二、层析法的分类,根据固定相的状态划分:,二、层析法的分类,根据流动相的物态不同的分类,二、层析法的分类,各种层析法的机理及优缺点,6.2 柱层析,一、吸附柱层析二、分配柱层析,柱层析分离的原理示意图,柱层析分离的基本原理示意图,t0,一、吸附柱层析 1.原理 吸附柱层析是利用吸附剂对混合试样各组分的吸附力不同而
3、使各组分分离。,6.2 柱层析,一、吸附柱层析,吸附剂一般是多孔性的微粒状物质,在其表面具有许多吸附中心(或称吸附位置),吸附中心的数量多少以及吸附能力强弱直接影响其吸附性能。当流动相载着溶质A缓缓流过层析柱时,溶质A在固定相和流动相中不断的进行吸附、脱附、再吸附、再脱附的过程。,6.2 柱层析,1、分配系数,在一定的温度下,溶质在固定相和流动相之间的平衡关系服从分配定律:KD=Cs/Cm KD为分配系数 Cm,Cs 分别为流动相和固定相中的溶质A的浓度。应用条件:温度一定 低浓度,一、吸附柱层析,试样中各组分的分配系数有差异,分配系数大的组分,在柱中被吸附得较牢,在固定相中保留的时间较长,不
4、易被洗脱下来,而分配系数小的组分被吸附得较不牢,在柱中保留时间较短,易被洗脱下来。洗脱时,吸附力较强的组分,移动的距离小,后出柱;吸附力较弱的组分,移动的距离大,先出柱。,一、吸附柱层析2、吸附等温线 吸附等温线:某种组分在吸附剂表面的吸附规律。包括:线形和非线性。,(1)线性吸附等温线,Cm:溶质A在流动相中的浓度Cs:溶质A在固定相中的浓度当溶质A在随流动相缓慢流过层析柱的固定相时,在两相中不断吸附、脱附达到平衡 Cm Cs(吸附平衡)KD=Cs/Cm,Cs 固定相,Cm 流动相,洗脱曲线若测定流出液中A的浓度,绘制CV的曲线,则得到洗脱曲线(又叫洗提曲线)。为一对称的层析图谱。,C,V,
5、(2)非线性吸附等温线,吸附剂表面具有吸附能力不同的吸附中心,溶质在其上的分配系数是不同的。吸附能力强的吸附中心,溶质在其上的分配系数KD较大,溶质分子将首先占据它们,其次再占据较弱的、弱的和最弱的吸附中心。随着溶质在吸附中心上的浓度增加,强吸附中心逐渐被饱和,其分配系数也渐变小。因此吸附等温线逐渐向下弯曲形成凸形。洗脱时,由于数量较多的弱的和较弱的吸附中心上的溶质先被洗下,因而溶质集中的区域前进较快,接着较少的强吸附中心的溶质后被洗下流出,出现拖尾峰。,3.吸附剂的选择,吸附剂应具有合适的吸附力。颗粒均匀、大小适宜。吸附与解吸可逆。不含杂质。不溶于所使用的溶剂(即洗脱剂),与欲分离的物质不发
6、生化学反应。,常用吸附柱介质,无机物吸附介质包括:氧化铝、硅胶、活性炭、膨润土、磷酸钙(凝胶型和晶型)、氧化钛和氢氧化锌凝胶等。聚合物吸附介质有:琼脂糖、葡聚糖、纤维素和聚丙烯酰胺等,(1)Al2O3(中性、酸性、碱性),I)Al2O3分类中性:适用于醛,酮,醌,酯,内酯及苷的分离酸性:酸性化合物如酸性色素,氨基酸等碱性:生物碱,醇及其它中性和碱性物质一般地,能用酸性或碱性Al2O3分离的也能用中性Al2O3分离,II)Al2O3的活性 活度级I级增强 吸附能力 I 减弱 在不同的温度下活化氧化铝:加热至 100150 活化有一定活性 150 III级 300400 IVVI 600 脱水开始
7、烧结每一批Al2O3表面积和表面孔结构不一致,活性不同一般,分离极性较强的组分用活性弱的吸附剂;分离弱极性的组分用活性强的吸附剂。,(2)硅胶,弹性多聚硅酸脱水制的 硅氧烷不具吸附性表面孔穴较小的硅酸吸附能较强用途:微酸性,吸附能力较Al2O3 弱,可分离酸性和中性物质,如有机酸,氨基酸,萜类,甾(胆固醇及激素属于甾类化合物)类,弹性多聚硅酸脱水 OHOH SiOSi SiOH SiSi 硅氧烷 游离型硅酸醛 束缚型 活泼型 硅酸醛 硅酸醛 a b c d,(3)聚酰胺,乙内酰胺聚合:聚己内酰胺,锦纶可与酚类,酸类,醌类,硝类化合物形成氢键而分离。形成氢键基团的吸附能力大对、间位形成氢键邻位(
8、空间位阻)芳香族由于共轭吸附能力大,由海洋生物琼脂提取得到的主要成分 中性不带电水溶性线状多糖高亲水性,含大量羟基能制成多孔性凝胶,分离大分子制备:去除带电琼胶成分 将溶化的琼脂糖采用悬浮,乳化或喷珠的方法制 得珠状介质。采用交联剂增加介质的机械强度,(4)琼脂糖,(5)葡聚糖,-1,6 相连的葡萄糖聚合物,由环氧氯丙烷交联得到珠粒。性质:(1)亲水性比琼脂糖高(羟基数多)(2)化学稳定性及热稳定性好(3)孔度与机械强度与交联度有关(4)用于凝胶过滤分子筛应用:水溶液中分离蛋白质等,(6)纤维素,-1,4 相连的D-葡萄糖(偶而有1,6 键合)线性天然高聚物。(1)亲水(2)微晶与无定型两部分
9、组成,缺乏孔度大孔珠状纤维素(1)高孔度(2)高机械强度(3)亲水性强 应用:离子交换分离蛋白质介质,性质:(1)丙烯酰胺与交联剂N,N-甲叉双丙烯酰 胺共聚。(2)烷烃骨架与酰胺侧链(3)控制交联剂比例可控制网格孔度(4)亲水好,但不如多糖介质(5)机械强度差应用:(1)凝胶过滤(2)电泳介质,(7)聚丙烯酰胺,4、流动相及其选择,(1)流动相洗脱过程的实质:流动相分子与被分离的溶质分子竞争占据吸附剂表面活性中心的过程。强极性组分选强极性的流动性洗脱,反之相反。(2)功能团极性:有机分子基本母核相同时,取代基极性增强,整个分子极性增强;极性基团增多,整个分子极性增强。分子中双键多,吸附力强;
10、共轭双键多,吸附力强。分子形成内氢键,吸附力弱于不能形成内氢键的化合物。,烷烃(CH3,CH2)烯烃(CH=CH)醚类(OCH3,OCH2)硝基化合物(NO2)二甲胺酯类(COOR)酮类(C=O)醛类(CHO)硫醇(SH)胺类(NH2)酰胺 醇类(OH)酚类(ArOH)羧酸类(COOH),(3)常用流动相极性:石油醚环己烷二硫化碳CCl4三氯乙烯苯甲苯二氯甲烷氯仿乙醚乙酸乙酯乙酸甲酯丙酮正丙醇乙醇甲醇吡啶酸在某些情况下可用混合流动相聚酰胺柱层析可采用水溶液:乙醇水溶液,丙酮水溶液等溶解试样用的溶剂极性应与流动相相近,5.洗脱方法及流出曲线 有色物质分离的洗脱方法 推出法:有色物质分离后,将吸附
11、剂从柱中推出,用刀按层切开,分层洗脱再定量。无色物质分离的洗脱方法及流出曲线 无色物质分层后,可采用流出曲线加以判断。流出曲线:以物质浓度为纵座标,以收集的洗脱液体积为横座标,得出的曲线。,柱层析的洗脱方法,洗脱一般有三种方法:恒定洗脱法:逐次洗脱法:梯度洗脱法:梯度洗脱法是目前最常用的洗脱法。,恒定洗脱,分 步 洗 脱,梯 度 洗 脱,洗脱剂的选择,样品在溶剂中具有一定溶解度。一般采用无水溶剂,且与水不互溶。溶剂沸点适宜。纯度要高,无杂质。,二、分配柱层析,分配柱层析是根据欲分离组分在两种互不混溶或部分混溶的溶剂间的溶解度差异来实现分离的。这两种互不混溶的溶剂一个是流动相,另一个被吸收在载体
12、中,被称为固定相。流动相载着试样中的各种组分沿着层析柱流动时,试样中的各种组分就在流动相和固定相间进行分配,当不同组分的分配系数有差异时,它们在层析柱中的前进速度就不相同,于是得以分离。,二、分配柱层析,1.原理 分配层析是根据混合物中各组分在两种不相混溶的溶剂间溶解度(即分配系数)的不同,使各组分得以分离。分配系数K:当溶质在两种不相混溶的溶剂中达到平衡时,溶质在两种溶剂(即两相)中的浓度比值为一常数,称分配系数。各种组分具有各自的分配系数K,同一物质,温度不同时,K不同。在分配的各组分中,某组分K,则固定相中浓度,K,后出柱。,2.固定相与流动相 固定相:由载体和一种溶剂(多为水)组成。流
13、动相:一般是与水互不相溶的有机溶剂。当流动相是水或水溶液,固定相液体是有机溶剂时,称为反相分配层析。,分配柱层析,常用的载体有:硅胶、纤维素、硅藻土等;常用的固定相有:水、稀硫酸、甲醇、甲酰胺等强极性溶剂。流动相一般是与水互不相溶的有机溶剂,如正丁醇、正戊醇等。分配柱色谱常用来分离极性极强的、亲水性的物质,如脂肪酸、多元醇、水溶性氨基酸等。,3.移动速率 主要是用于比较各组分移动速度的大小,即在同一时间内,各组分移动距离的大小,作为定性之用。=,6.3 纸层析,特点:微量操作技术,简便、分离效率高,但分离速度慢。,纸层析(Paper chromatography)是在滤纸上进行的色谱分析法。一
14、、定义 将固定相放在纸上,以纸做载体进行点样、展开、定性和定量的液-液分配层析法。纸层析和萃取一样,也是根据不同物质在两相间的分配比不同而进行分离的(相当于逆流萃取)。,6.3 纸层析,6.3 纸层析,二、基本原理固定相滤纸是一种惰性载体,滤纸纤维素中吸附着的水或其它溶剂作固定相。流动相(展开剂):沿着滤纸流动的溶剂(一般为有机溶剂)。试液点在滤纸上,在层析过程中,试液中各组分,因其在两相中的溶解度不同,(也就是 分配系数KD 不同),因而得到分离。其原理与萃取相似。它是一种分配层析。溶质在固定相与展开剂之间反复分配。在固定相中分配系数大而在展开剂中分配系数小的,在纸条上移动速度慢,停留在纸条
15、的靠近原点端。,1.层析缸 2.滤纸 3.原点 4.展开剂 5.前沿 6.7.斑点,6.3 纸层析,1.纸色谱的基本原理,x,y,Rf的计算,2.比移值Rf,组份分离后,它们在滤纸上的位置用比移值Rf 表示。,定义:,6.3 纸层析,比移值Rf的大小取决于各组分在二相间的分配系数及滤纸的性质。不同的组分具有不同的分配系数,因而也就有不同的Rf。这就是定性的依据。,6.3 纸层析,3.影响Rf的因素,(1)欲分离物的性质:物质在两相的分配系数,决定了它的Rf大小;;(2)展开剂:同一组分在不同溶剂中Rf不同。通常应选这样的层析剂,使溶质的Rf在0.05 0.85之间,不同组分的Rf差值 0.05
16、。(3)pH:影响它们的存在状态。(4)滤纸:质地均一、厚薄适当、具有一定机械强度、不含杂质,(5).温度:在层析缸中用红外灯照射。温度会影响溶质的分配系数及流动相的扩散速度。层析操作应在恒温下进行,温度不超过 0.5oC。(6).展开方式:展开方式不同,Rf也不同。下行法的Rf最大,上行法的Rf较小,环行法的 Rf也不大。,四、操作技术1、载体(滤纸)(1)滤纸的选择 a.要求滤纸质地均匀、平整无折痕边缘整齐 b.要求滤纸的纤维松紧适宜 c.滤纸的杂质含量少,6.3 纸层析,(2)层析滤纸的性能与规格,(3)滤纸的处理 以0.1 0.4 mol/L HCl(或 2 mol/L HAc)浸泡数
17、小时,除去无机杂质后,取出用蒸馏水洗净,再将滤纸放在丙酮-乙醇(1:1)中浸泡一周时间,除去有机杂质,再取出风干备用。,6.3 纸层析,2、固定相 纸层析以吸着在纤维素上的水作固定相。反相纸层析用甲酰胺、二甲基甲酰胺、丙二醇等作固定相。若分离芳香油等非极性物,以石蜡油、硅油作固定相。,3、试样(1)试样的溶解 尽量避免用水。一般用乙醇、丙酮、氯仿等,最好采用与展开剂极性相似的溶剂。液体样可直接点样。,四、操作技术,(2)点样方法a、先用铅笔在距纸条一端2 3 cm处划一条直线(起始线)并在线上隔一定距离划一“x”号表示点样位置;见下示意图:,b 点样工具:微量注射器、毛细滴管(0.5 mm),
18、c.点样方法:用点样工具吸取试液轻轻与“x”号接触,使点样的斑点直径为0.2 0.5 cm,每次点样2 20 m于滤纸上,以冷风吹干;,d.干后,将纸的两边用线缝好,以圆筒形式置于层析缸中展开。,4、展开(1)展开剂的选择欲分离物在两相中的溶解度;展开剂的极性展开剂与欲分离物间应无化学反应欲分离物在展开剂中的分配系数最好不受温度的影响欲分离物在两相间能瞬间达到分配平衡常用的展开剂水、饱和的正丁醇、正戊醇、酚、四氯化碳、氯仿、苯、丁酮、丙酮、有机酸、有机碱,有时也加入一定比例的无机酸、无机碱、甲醇、乙醇等。,(2)展层方法 展层前,层析缸与已点样滤纸必须预先经水蒸汽、溶剂蒸气饱和。方法:将溶剂和
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