高等分离工程

1、常规柱色常规柱色谱技术谱技术概述色谱法色谱法（Chromatography）亦称）亦称色层法色层法、层析法层析法等。等。 色谱法是分离、纯化和鉴定有机化合物的重色谱法是分离、纯化和鉴定有机化合物的重要方法之一。要方法之一。色谱法的基本原理是利用混合物各组分在某色谱法的基本原理是利用混合物各组分在某一物质中的吸附或溶解性能（分配）的不同，一物质中的吸附或溶解性能（分配）的不同，或其亲和性的差异，使混合物的溶液流经该或其亲和性的差异，使混合物的溶液流经该种物质进行反复的吸附或分配作用，从而使种物质进行反复的吸附或分配作用，从而使各组分分离。各组分分离。 色谱法须在两相系统间进行。一相是固定相，色谱

2、法须在两相系统间进行。一相是固定相，需支持物，是固体或液体。另一相为流动相，需支持物，是固体或液体。另一相为流动相，是液体或气体。当流动相流经固定相时，被是液体或气体。当流动相流经固定相时，被分离物质在两相间的分配，由平衡状态到失分离物质在两相间的分配，由平衡状态到失去平衡到又恢复平衡，即不断经历吸附和解去平衡到又恢复平衡，即不断经历吸附和解吸的过程。随着流动相不断向前流动，被分吸的过程。随着流动相不断向前流动，被分离物质间出现向前移动的速率差异，由开始离物质间出现向前移动的速率差异，由开始的单一区带逐渐分离出许多区带，这个过程的单一区带逐渐分离出许多区带，这个过程叫展层。叫展层。分类分类I.

3、按色谱的按色谱的机理机理划分：划分： 吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱、吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱、凝胶过滤色谱、亲和色谱等。凝胶过滤色谱、亲和色谱等。吸附色谱吸附色谱：利用吸附剂表面对不同组：利用吸附剂表面对不同组分吸附性能的差异，达到分离鉴定的目的。分吸附性能的差异，达到分离鉴定的目的。分配色谱分配色谱：利用不同组分在流动相和：利用不同组分在流动相和固定相之间的分配系数不同，使之分离。固定相之间的分配系数不同，使之分离。离子交换色谱离子交换色谱：利用不同组分对离子：利用不同组分对离子交换剂亲和力的不同。交换剂亲和力的不同。凝胶色谱凝胶色谱：利用某些凝胶对于不同分：利用某些凝胶对于不同

4、分子大小的组分阻滞作用的不同。子大小的组分阻滞作用的不同。 II.按流动相与固定相的不同划分按流动相与固定相的不同划分： 气相色谱（层析）、液相色谱（层析）。气相色谱（层析）、液相色谱（层析）。 这两大类色谱是以这两大类色谱是以流动相不同流动相不同来划分来划分的。的。 如同时区分流动相和固定相，划分为：气如同时区分流动相和固定相，划分为：气固色谱、气液色谱、液固色谱和液液色谱固色谱、气液色谱、液固色谱和液液色谱等。等。III.按操作形式划分：按操作形式划分： 柱色谱、纸色谱、薄层色谱、高效液相色柱色谱、纸色谱、薄层色谱、高效液相色谱等谱等。柱色谱：将固定相装于柱内，使样品沿一个柱色谱：将固定相

5、装于柱内，使样品沿一个方向移动而达到分离。方向移动而达到分离。 纸色谱：用滤纸做液体的载体，点样后，用纸色谱：用滤纸做液体的载体，点样后，用流动相展开，以达到分离鉴定的目的。流动相展开，以达到分离鉴定的目的。 薄层色谱：将适当粒度的吸附剂铺成薄层，薄层色谱：将适当粒度的吸附剂铺成薄层，以纸色谱类似的方法进行物质的分离和鉴定。以纸色谱类似的方法进行物质的分离和鉴定。 以上划分无严格界限，有些名称相互交以上划分无严格界限，有些名称相互交叉，如亲和色谱应属于一种特殊的吸附色谱，叉，如亲和色谱应属于一种特殊的吸附色谱，纸色谱是一种分配色谱，柱色谱可做各种色纸色谱是一种分配色谱，柱色谱可做各种色谱。谱。

6、 v吸附色谱主要是以氧化铝、硅胶等为吸附剂，吸附色谱主要是以氧化铝、硅胶等为吸附剂，将一些物质自溶液中吸附到它的表面上，而将一些物质自溶液中吸附到它的表面上，而后用溶剂洗脱或展开，利用不同化合物受到后用溶剂洗脱或展开，利用不同化合物受到吸附剂的不同吸附作用，和它们在溶剂中不吸附剂的不同吸附作用，和它们在溶剂中不同的溶解度，也就是利用不同化合物在吸附同的溶解度，也就是利用不同化合物在吸附剂上和溶液之间分布情况的不同而得到分离。剂上和溶液之间分布情况的不同而得到分离。吸附色谱分离可采用吸附色谱分离可采用薄层色谱薄层色谱和和柱色谱柱色谱两种两种方式。方式。 v薄层色谱又叫薄板色谱，是快速分离和定性分

7、析薄层色谱又叫薄板色谱，是快速分离和定性分析少少量物质量物质的一种很重要的实验技术，属的一种很重要的实验技术，属固固-液吸附色谱液吸附色谱，它兼备了柱色谱和纸色谱的优点，一方面适用于少它兼备了柱色谱和纸色谱的优点，一方面适用于少量样品（几到几微克，甚至量样品（几到几微克，甚至0.01微克）的分离；另微克）的分离；另一方面在制作薄层板时，把吸附层加厚加大，又可一方面在制作薄层板时，把吸附层加厚加大，又可用来精制样品，此法特别适用于用来精制样品，此法特别适用于挥发性较小或较高挥发性较小或较高温度易发生变化温度易发生变化而不能用气相色谱分析的物质。此而不能用气相色谱分析的物质。此外，薄层色谱法还可用

8、来外，薄层色谱法还可用来跟踪有机反应跟踪有机反应及进行及进行柱色柱色谱之前的一种谱之前的一种“预试预试”。薄层色谱法薄层色谱法 吸附剂被涂布在玻璃板上，形成薄薄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，的平面涂层。干燥后在涂层的一端点样，放入一个盛有少量展开剂的的有盖容器中。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，借毛细作用向展开剂接触到吸附剂涂层，借毛细作用向上移动。经过在吸附剂和展开剂之间的多上移动。经过在吸附剂和展开剂之间的多次吸附次吸附-溶解作用，将混合物中各组分分溶解作用，将混合物中各组分分离成孤立的样点，实现混合物的分离。离成孤立的样

9、点，实现混合物的分离。1.原理原理2.色谱条件色谱条件v固定相选择固定相选择 柱色谱中提到的吸附剂都可以用作为薄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）。色谱）和薄层色谱级（用于薄层色谱）。 v展开剂选择展开剂选择 v 薄层色谱展开剂的选择和柱色谱一样，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

10、、溶剂对于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。极性越大，对化合物的洗脱力也越大。 v选择展开剂时，除参照表列溶剂极性来选择外，更选择展开剂时，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：多地采用试验的方法，在一块薄层板上进行试验：v若所选展开剂使混合物中所有的组分点都移到了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；溶剂前沿，此溶剂的极性过强； v若所选展开剂几乎不能使混合物中的组分点移动，若所选展开剂几乎不能使混合物中的组分

11、点移动，留在了原点上，此溶剂的极性过弱。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。多次仔细选择才能确定。 v相对移动值相对移动值 从点样原点开始到展开后的

12、溶剂从点样原点开始到展开后的溶剂前沿，是溶剂的移动距离，记为前沿，是溶剂的移动距离，记为l0，混合物中各，混合物中各组分的移动距离分别记为组分的移动距离分别记为l1，l2，l3 （移动值（移动值示意图）。示意图）。比移值示意图比移值示意图在不同的展开条件下，各在不同的展开条件下，各化合物的移动距离不会相化合物的移动距离不会相同，而在同一条件下，相同，而在同一条件下，相对于展开剂的移动距离，对于展开剂的移动距离，各化合物有可比较的展开各化合物有可比较的展开数据，称为数据，称为相对移动值相对移动值，或或比移值比移值： Rf=l1/l0在相同条件下测得的比移在相同条件下测得的比移值可以作为化合物的薄

13、层值可以作为化合物的薄层色谱特征值进行比较对照。色谱特征值进行比较对照。l0l1l23.薄层色谱应用薄层色谱应用 v可用于判断两个化合物是否相同（同一展可用于判断两个化合物是否相同（同一展开条件下是否有相同的移动值）；开条件下是否有相同的移动值）；v 可用于确定混合物中含有的组分数；可用于确定混合物中含有的组分数；v可用于为柱色谱选择合适的展开剂，监视可用于为柱色谱选择合适的展开剂，监视柱色谱分离状况和效果；柱色谱分离状况和效果；v可用于检测反应过程。可用于检测反应过程。 柱色谱法柱色谱法 1.原理原理 流动相流过时各组分会以不同的速率向下移动，流动相流过时各组分会以不同的速率向下移动，吸附弱

14、的组分以较快的速率向下移动。随着流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相的移动，在新接触的固定相表面上又依这种吸附附-溶解过程进行新的分配，新鲜流动相流过已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

15、。布，实现混合物的分离。 几种色谱柱几种色谱柱2.柱色谱分离条件柱色谱分离条件v 固定相选择固定相选择柱色谱使用的固定相材料又称吸附剂。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。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；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。这些作用的强键作用，有时还有成盐作用。这些作用的强度依次为：度依次为： 成盐作用成盐作用 配位作用

16、配位作用 氢键作用氢键作用 偶极偶极作用作用 范德华力作用。范德华力作用。 有机物的极性越强，有机物的极性越强，在氧化铝上的吸附越强。在氧化铝上的吸附越强。表表1：各种吸附剂对于极性有机物的吸附作用强度：各种吸附剂对于极性有机物的吸附作用强度 v常用吸附剂有氧化铝、硅胶、活性炭等（表常用吸附剂有氧化铝、硅胶、活性炭等（表1）。）。 v纤维素、淀粉纤维素、淀粉v硅酸镁硅酸镁v硫酸钙硫酸钙v硅胶硅胶v弗罗里硅土弗罗里硅土v氧化镁氧化镁v中性氧化铝中性氧化铝v活性炭活性炭对极性对极性有机物有机物的吸附的吸附作用增作用增强强色谱用的氧化铝可分酸性、中性和碱性三种。酸性色谱用的氧化铝可分酸性、中性和碱性

17、三种。酸性氧化铝氧化铝pH约为约为4-4.5，用于分离，用于分离羧酸、氨基酸等酸羧酸、氨基酸等酸性物质性物质；中性氧化铝；中性氧化铝pH值为值为7.5，用于分离，用于分离中性物中性物质质，应用最广；碱性氧化铝，应用最广；碱性氧化铝pH为为9-10，用于分离，用于分离生生物碱、胺和其它碱性化合物物碱、胺和其它碱性化合物等。等。吸附剂的活性与其含水量有关。含水量越低，活性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。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

18、料之一。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。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，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再重叠，但流动相流过越慢，有时会产生分离带的再重叠，适得其反。适得其反。 v 流动相选择流动相选择色谱分离使用的流动相又称展开剂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展开剂对于选定了固定相的色谱分离有重要的影响。的影响。 v在色谱分离过程中混合物中各组分在吸附剂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和展开剂之间