《分离技术概论》第8章吸附分离

1、分离技术吸附、离子交换、色谱浙江大学材料与化工学院陈欢林教授、张林博士吸附与离子交换的基本要素吸附剂吸附剂 大多数固体能吸附气体和液体，但没有选择性，只有大多数固体能吸附气体和液体，但没有选择性，只有少量的物质具有选择性吸附能力。少量的物质具有选择性吸附能力。 对气体或液体混合物中某一组分具有选择性吸附并且对气体或液体混合物中某一组分具有选择性吸附并且吸附能力较大的物质称为吸附剂。吸附能力较大的物质称为吸附剂。 吸附剂的一个重要特征吸附剂的一个重要特征:多孔结构，比表面很大，在多孔结构，比表面很大，在3001200m2之间。根据国际纯化学与应用学会之间。根据国际纯化学与应用学会（IUPAC）的

2、孔大小的定义，）的孔大小的定义， 微孔小于微孔小于2.0nm，介孔，介孔在在2.050.0nm，大孔则指大于，大孔则指大于50.0nm。 吸附剂有各种形状，如细粒、柱形、球形、薄片形或吸附剂有各种形状，如细粒、柱形、球形、薄片形或粒度在粒度在50m 1.2cm 的粉末。吸附剂的平均孔径大致的粉末。吸附剂的平均孔径大致在在1.010.0 nm、空隙率在、空隙率在3085之间。之间。 商用多孔吸附剂的基本特性商用多孔吸附剂的基本特性 吸附剂吸附剂表面特性表面特性平均孔平均孔径径 nm空隙率空隙率p颗 粒 密颗 粒 密度度g/cm3表面积表面积m2/g吸 附 水吸 附 水蒸气蒸气 (wt)%活性氧化

3、铝活性氧化铝亲水，无定型亲水，无定型1.0-7.50.40.50.91.251503207硅 胶 ：硅 胶 ：小孔小孔大孔大孔亲水、疏水、亲水、疏水、无定型无定型2.2-2.610.0-15.00.40.50.50.710.81.30 . 6 2 1.09650-850200-35011活性碳：小活性碳：小孔孔 大孔大孔疏水、无定型疏水、无定型1.0-2.53.00.40.60.5-1.00.6-0.8400-1500200-7001碳分子筛碳分子筛疏水疏水0.22.00.350.41 0.91.1400550沸石分子筛沸石分子筛极性极性-亲水亲水0.29-1.00.2-0.50.91.340

4、0-75020-25聚合物吸附聚合物吸附剂剂亲亲-疏水两性疏水两性4.025.00.4-0.5580-700A A型沸石分子筛的性质和应用型沸石分子筛的性质和应用 分子筛规格分子筛规格阳离阳离子子分子筛笼孔结构的分子分子筛笼孔结构的分子式式孔径孔径 nm典型应用实例典型应用实例3AKK12(AlO2)12(SiO2)120.29反应气体的干燥反应气体的干燥4ANaNa12(AlO2)12(SiO2)120.38水分子、水分子、CO2的去除；的去除；空气分离空气分离5ACa2Ca5Na2(AlO2)12(SiO2)120.44空气分离、线性烷空气分离、线性烷烃分离烃分离10ACa2Ca43(Al

5、O2)86(SiO2)860.80空气分离；硫醇去空气分离；硫醇去除除13ANaNa86(AlO2)86(SiO2)860.83空气分离；硫醇去空气分离；硫醇去除除 活性炭吸附空气中溶剂蒸气的吸附平衡活性炭吸附空气中溶剂蒸气的吸附平衡 1.-CCl 2. 醋酸乙酯醋酸乙酯 3.苯苯 4.乙醚乙醚 5.乙醇乙醇 6.氯甲烷氯甲烷 7.丙酮丙酮 （20） 具有不同表面结构的离子交换树脂具有不同表面结构的离子交换树脂 (a) (b) (c) (d) (e) (a) 普通型普通型 (b)凝胶型凝胶型 (c)大孔型大孔型 (d)膜状型膜状型 （e） 薄壳型薄壳型 在吸附剂上的吸着与离子交换机理在吸附剂上

6、的吸着与离子交换机理(a) 可塑物质对染料分子的吸着可塑物质对染料分子的吸着 (b) 多孔聚多孔聚合物吸着剂中的吸附合物吸着剂中的吸附 (c) 阳离子交换剂网阳离子交换剂网状结构中的离子交换状结构中的离子交换螯合型离子交换树脂功能基团及其选螯合型离子交换树脂功能基团及其选择性择性功能基团功能基团基团结构式基团结构式选择性大小次序选择性大小次序亚氨二乙酸亚氨二乙酸N(CH2COOH)2Hg2Cu2UO22Pb2Fe3Al3Cr3Ni2Zn3AgCo2Cd2Fe2Mn2Ba2Ca2Sr2Mg2Na聚 胺 （ 含 聚 乙聚 胺 （ 含 聚 乙烯亚胺）烯亚胺）（NHCH2）n NH2Au2Hg2Pt2

7、Pd2Fe3Cu2Zn2Cd2Ni2Co2AgMn2Ca2,Mn2,Na磷酸磷酸PO3H2Th4U4UO22Fe3Be2稀土类稀土类HAgCd2Zn2Cu2Ni2Co2Mn2Ca2Na氨基磷酸氨基磷酸NHCH2PO3H2Cu2Ca2Zn2Fe2Ni2Cd2Cr2Na2硫醇硫醇SHAgCu2Pd2Cd2Zn2Ni2Fe3Ca2二 硫 代 氨 基 甲二 硫 代 氨 基 甲酸酸NCS2HHg, Au3,Ag, Cr6偕胺肟偕胺肟C(NOH)NH2Cu2,Ru2,Au2,Rh2,V2,Pb2,U2,Pt2,Fe3,Mo2,对以对以上元素有较大选择性上元素有较大选择性Cu2Ni2Co2Zn2Mn2葡萄糖

8、胺葡萄糖胺N(CH2(CHOH)5H)CH3对对BO32有特殊的吸附性有特殊的吸附性 吸附剂的选择原则吸附剂的选择原则 若对某一已知混合物体系需通过吸附分离来实现其产物的提取与若对某一已知混合物体系需通过吸附分离来实现其产物的提取与纯化、或物流的净化、或毒物的去除等目的，则一般要掌握以下纯化、或物流的净化、或毒物的去除等目的，则一般要掌握以下二个选择原则：二个选择原则：有尽可能大的比表面积，以增大其吸附能力；有尽可能大的比表面积，以增大其吸附能力；对组分有足够的选择性，以提高被分离组分的分离程度。对组分有足够的选择性，以提高被分离组分的分离程度。粒度均匀、适中，分离柱中流量就分布均匀。粒度小，

9、表面积增粒度均匀、适中，分离柱中流量就分布均匀。粒度小，表面积增加，对分离有利，但填充床压力损失随之增大，操作压力增加，加，对分离有利，但填充床压力损失随之增大，操作压力增加，从而增加了设备投资。从而增加了设备投资。1.吸附剂对吸附物易脱附，有利于重复使用，寿命长。吸附剂的寿吸附剂对吸附物易脱附，有利于重复使用，寿命长。吸附剂的寿命与所用离子交换树脂和沸石本身的机械强度有关，此外还与操命与所用离子交换树脂和沸石本身的机械强度有关，此外还与操作条件，原料和解吸剂的性质有密切关系。操作压力、操作温度、作条件，原料和解吸剂的性质有密切关系。操作压力、操作温度、原料中的杂质、细菌对吸附剂表面的污染、原

10、料或脱附剂对吸附原料中的杂质、细菌对吸附剂表面的污染、原料或脱附剂对吸附剂的溶胀，以及化学作用都会影响吸附剂的寿命。剂的溶胀，以及化学作用都会影响吸附剂的寿命。脱附剂的选择脱附剂的选择 脱附剂也称清洗剂，在选取合适脱附剂时，不仅要考虑其粘度的大小对流动性的影响、其是否会与料液或吸附剂起化学反应、对料液的溶解度大小等，同时还需满足以下两个基本条件：其选择系数应尽可能接近于其选择系数应尽可能接近于1，以便脱附剂，以便脱附剂和待脱附组分之间进行可逆的吸附交换；和待脱附组分之间进行可逆的吸附交换；脱附剂易与被脱附组分分离。如沸点差异较脱附剂易与被脱附组分分离。如沸点差异较大可用简单蒸馏分开。大可用简单

11、蒸馏分开。1.常用的脱附剂有饱和碳氢化合物的已烷、庚常用的脱附剂有饱和碳氢化合物的已烷、庚烷、环已烷；芳烃的苯、甲苯、卤化物的四烷、环已烷；芳烃的苯、甲苯、卤化物的四氯化碳、二氯甲烷、二氯甲烷；醇类的甲醇、氯化碳、二氯甲烷、二氯甲烷；醇类的甲醇、乙醇、丙醇、丁醇等。乙醇、丙醇、丁醇等。极性溶质分子在极性固定相上的冲洗次序极性溶质分子在极性固定相上的冲洗次序 由溶质的分子官能基的极性大小而定，其由溶质的分子官能基的极性大小而定，其次序一般为次序一般为: -CO2H -OHNH-SH-CHO-C=O-CO2R-OCH3-CH=CH- 对活性碳一类非极性固定相吸附剂，则次对活性碳一类非极性固定相吸附

12、剂，则次序相反。序相反。吸附特征及效率优惠与非优惠吸附线优惠与非优惠吸附线 （a）优惠吸附优惠吸附 (b) 线性吸附线性吸附 (c) 非优惠吸附非优惠吸附 （d）S型吸附型吸附优惠吸附等温线：优惠吸附等温线：溶液浓度增高，等温线的斜率减小，浓度波前沿中高浓度一端溶液浓度增高，等温线的斜率减小，浓度波前沿中高浓度一端比低浓度一端移动得快。随着时间得增加，浓度波前沿变窄，最后达到以恒比低浓度一端移动得快。随着时间得增加，浓度波前沿变窄，最后达到以恒定波形向前移动；定波形向前移动； 非优惠等温线：非优惠等温线： 则相反，前沿中高浓度一端比低浓度一端移动慢，最后以变坦则相反，前沿中高浓度一端比低浓度一

13、端移动慢，最后以变坦前沿向前推进；而对线性等温线，由于其斜率为定值，浓度波前沿图形不随前沿向前推进；而对线性等温线，由于其斜率为定值，浓度波前沿图形不随时间而变。时间而变。残余吸附量残余吸附量 （a）吸附后床层的负荷曲线；（吸附后床层的负荷曲线；（b）再生后床层的残余再生后床层的残余状态；（状态；（c）再吸附容量的差值再吸附容量的差值 残余吸附量指经再生后吸附剂中残余吸附负荷，其与吸附残余吸附量指经再生后吸附剂中残余吸附负荷，其与吸附阶段床层末端处吸附剂的状态、吸附和解吸阶段的吸附容量阶段床层末端处吸附剂的状态、吸附和解吸阶段的吸附容量之差有关。之差有关。 Rq吸附剂劣化原因吸附剂劣化原因其中

14、：其中：为半熔融状态造成毛细孔结构上的劣化；为半熔融状态造成毛细孔结构上的劣化； 是炭沉积使微孔入口堵塞造成的劣化；是炭沉积使微孔入口堵塞造成的劣化；I.是化学反应劣化，气或溶液中含稀酸或稀碱对合成沸石或活性氧化铝的是化学反应劣化，气或溶液中含稀酸或稀碱对合成沸石或活性氧化铝的结构或无定形物质的部分破坏，导致吸附性能下降。结构或无定形物质的部分破坏，导致吸附性能下降。 吸附剂再生加热温度的最高限吸附剂再生加热温度的最高限 为使吸附剂的结构不致破坏，微孔不致融合，为使吸附剂的结构不致破坏，微孔不致融合，再生时加热温度的最高限为：再生时加热温度的最高限为： 活性炭活性炭 约约900 分子筛分子筛

15、475 硅胶硅胶 310 活性氧化铝活性氧化铝 175300 铝胶铝胶 670 色谱的种类色谱分离色谱分离 色谱是利用不同组分在固定相和流色谱是利用不同组分在固定相和流动相中具有不同的平衡分配系数动相中具有不同的平衡分配系数（或溶解度），当两相作相对运动（或溶解度），当两相作相对运动时，这些组分在两相中进行反复多时，这些组分在两相中进行反复多次分配，从而使分配系数相差微小次分配，从而使分配系数相差微小的组分能产生很好的分离效果。的组分能产生很好的分离效果。色谱的分类色谱的分类按流动相态：按流动相态： 气相色谱、液相色谱气相色谱、液相色谱按分离过程原理：按分离过程原理： 吸附色谱、分配色谱、离子

16、交换色谱、亲和吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱、亲和 色谱、色谱、凝胶色谱凝胶色谱工业规模的色谱技术已在产物提取、分离、净化与提工业规模的色谱技术已在产物提取、分离、净化与提纯方面得到广泛的应用。纯方面得到广泛的应用。 大型冲洗色谱、置换色谱的色谱柱达到大型冲洗色谱、置换色谱的色谱柱达到1米以上，在米以上，在制糖工业中有柱达制糖工业中有柱达4米直径的色谱在运行，米直径的色谱在运行，美国美国UOP公司开发的公司开发的Sorbex工艺从烷基碳氢化合物工艺从烷基碳氢化合物中分离芳烃。中分离芳烃。我国在工业色谱技术开发方面：已开发成功出紫杉酵我国在工业色谱技术开发方面：已开发成功出紫杉酵制备、制备、型

17、天然维生素型天然维生素E吸附提纯的工业色谱。吸附提纯的工业色谱。精馏与色谱分离的适用范围比较精馏与色谱分离的适用范围比较 凡是精馏和萃取凡是精馏和萃取精馏可分离的体系精馏可分离的体系都可以采用气液色都可以采用气液色谱分离，对分离因谱分离，对分离因子子1.3的易分离体的易分离体系，气系，气-液色谱的液色谱的生产率低于精馏；生产率低于精馏；精馏与色谱分离的比较精馏与色谱分离的比较对分离因子对分离因子1.3的分离体系的分离体系 精馏分离的回流比需加大，能耗增精馏分离的回流比需加大，能耗增加；或塔板数增加，设备投资费上加；或塔板数增加，设备投资费上升。升。 色谱过程适用于难分离体系，如同色谱过程适用于

18、难分离体系，如同分异构体，近沸混合物等得分离。分异构体，近沸混合物等得分离。吸附色谱吸附色谱 是利用流动相中溶质各组分分别与是利用流动相中溶质各组分分别与吸附剂固相之间的相平衡关系的差吸附剂固相之间的相平衡关系的差异，使得各组分在固定相内的保留异，使得各组分在固定相内的保留能力不同而达到分离的一种方法。能力不同而达到分离的一种方法。 相平衡关系反映组分在固定相中的相平衡关系反映组分在固定相中的保留能力的差异，表征流动相各组保留能力的差异，表征流动相各组分与固定相的相互作用的强弱。分与固定相的相互作用的强弱。吸附色谱中常用的吸附剂吸附色谱中常用的吸附剂硅胶：带有硅烷醇基，二个硅烷基可脱水成硅氧烷

19、基，硅胶：带有硅烷醇基，二个硅烷基可脱水成硅氧烷基，具有吸附活性，硅烷醇基中的具有吸附活性，硅烷醇基中的-OH基空间大小，可由基空间大小，可由Si-Si键的距离而定，当某些溶质分子和吸附剂表面产键的距离而定，当某些溶质分子和吸附剂表面产生相互作用，就会发生选择性吸附。生相互作用，就会发生选择性吸附。其吸附强弱依固相吸附官能团和流体相溶质分子结构之间的相互作用大小而异，大致可分为强吸附分子（如酚、醇、胺、酰胺、亚砜、酸和多官强吸附分子（如酚、醇、胺、酰胺、亚砜、酸和多官能团的化合物）、能团的化合物）、中等吸附分子（多核芳烃、醚、腈、硝酸基化合物核中等吸附分子（多核芳烃、醚、腈、硝酸基化合物核大多

20、数羰基化合物）、大多数羰基化合物）、1.弱吸附分子（如硫醚、硫醇、烯烃、双环或单环芳烃、弱吸附分子（如硫醚、硫醇、烯烃、双环或单环芳烃、卤代芳烃），以及不吸附分子（如烷烃、氢）。卤代芳烃），以及不吸附分子（如烷烃、氢）。吸附色谱的作用力吸附色谱的作用力色散力色散力 溶质与吸附剂分子表面之间的作用力一溶质与吸附剂分子表面之间的作用力一般为色散力，般为色散力，其大小取决于极性度效应，其大小取决于极性度效应，适用于醇、酮、酯类等混合物的分离；适用于醇、酮、酯类等混合物的分离； 对于键状碳氢化合物中，增加一个对于键状碳氢化合物中，增加一个-CH2 - 基，其色散力效应不足以明显影响同系基，其色散力效应

21、不足以明显影响同系列化合物的相互作用力。列化合物的相互作用力。 吸附色谱不宜用于同系化合物分离。吸附色谱不宜用于同系化合物分离。离子交换色谱离子交换色谱根据分离方式的不同，可分为高效离子交换根据分离方式的不同，可分为高效离子交换色谱、离子排斥色谱和离子流动色谱三种形色谱、离子排斥色谱和离子流动色谱三种形式。式。离子色谱采用低容量的离子交换树脂，基于离子色谱采用低容量的离子交换树脂，基于离子交换作用，将阴离子与阳离子，或稀土离子交换作用，将阴离子与阳离子，或稀土离子和碳水化合物分离；离子和碳水化合物分离；离子排斥色谱则利用高容量的离子交换树脂，离子排斥色谱则利用高容量的离子交换树脂，基于离子排斥

22、作用，将分离有机酸和氨基酸，基于离子排斥作用，将分离有机酸和氨基酸，或用于有机物中去除无机物；或用于有机物中去除无机物；1. 流动相离子色谱则采用表面多孔树脂，利用流动相离子色谱则采用表面多孔树脂，利用吸附作用和离子对形成机理，用于对疏水性吸附作用和离子对形成机理，用于对疏水性物质、阴离子和金属络合物的分离。物质、阴离子和金属络合物的分离。离子交换树脂离子交换树脂 离子交换树脂对不同离子的离子交离子交换树脂对不同离子的离子交换选择性不同，一般条件下，离子换选择性不同，一般条件下，离子的价数愈高，原子序数愈大，水合的价数愈高，原子序数愈大，水合离子半径愈小，离子交换树脂的亲离子半径愈小，离子交换

23、树脂的亲和力就愈大。和力就愈大。 强碱阴离子树脂强碱阴离子树脂 在相等浓度的流动相中，不同阴离在相等浓度的流动相中，不同阴离子在上选择性依次减小为：子在上选择性依次减小为： F-OH-CH3COO-HCOO-Cl-SCN-Br-CrO42-NO3-I-草酸草酸 SO42-柠柠檬酸檬酸 强酸型阳离子树脂强酸型阳离子树脂 流动相中各阳离子的选择性强弱依次流动相中各阳离子的选择性强弱依次为：为： LiHNaNH4KRbCsAgTiUO22Mg2Zn2Co2Cu2Cd2Ni2Ca2Sr2Pb2Ba2选择性强弱次序反映所需洗脱力的大小选择性强弱次序反映所需洗脱力的大小 在离子交换色谱过程中的仅靠离子的亲

24、和在离子交换色谱过程中的仅靠离子的亲和力作用来洗脱分离金属离子的范围十分有力作用来洗脱分离金属离子的范围十分有限，一般需通过络合配位体与金属离子部限，一般需通过络合配位体与金属离子部分配位螯合使交换平衡发生移动。分配位螯合使交换平衡发生移动。 通常采用乙二胺阳离子和酒石酸盐，或羟通常采用乙二胺阳离子和酒石酸盐，或羟基丁二酸盐阴离子等络合淋洗剂来实现金基丁二酸盐阴离子等络合淋洗剂来实现金属离子的洗脱。属离子的洗脱。离子对色谱离子对色谱 对强酸或强碱类完全解离的离子或可离子化的进料，对强酸或强碱类完全解离的离子或可离子化的进料，没有足够的保留值，不能获得良好的分离。没有足够的保留值，不能获得良好的

25、分离。 离子对色谱是通过在流动相中加入合适的、与进料离子相反电荷的离子，使其与进料离子缔合成中性离子对化合物，以增大其保留值而达到良好分离效果的一种技术。 离子对色谱也可分成正相离子对色谱和反相离子对色谱。 正相离子对色谱是将离子对试剂涂渍于硅胶或纤维素上，当用非极性溶剂为流动相时，离子对试剂易于流失； 反相离子对色谱采用烷基键合相为固定相，流动相是含有低浓度反离子的水、有机溶剂缓冲溶液，离子对试剂不易流失，使用方便，适用面广。反相离子对色谱的固定相反相离子对色谱的固定相 原则上烷剂键合相都可用作反相离子对原则上烷剂键合相都可用作反相离子对色谱的固定相；色谱的固定相； 常用的固定相为常用的固定

26、相为C8和和C18烷基，如季胺烷基，如季胺（四甲胺、四丁胺和十六烷基三甲胺离（四甲胺、四丁胺和十六烷基三甲胺离子等）、叔胺（三辛胺）、烷基磺酸盐子等）、叔胺（三辛胺）、烷基磺酸盐（甲基和庚基磺酸盐）、高氯酸、烷基（甲基和庚基磺酸盐）、高氯酸、烷基硫酸盐等。硫酸盐等。 短链烷基键合相的稳定性较差。短链烷基键合相的稳定性较差。 常用流动相常用流动相 甲醇甲醇/水溶液对于许多离子对试剂均有良水溶液对于许多离子对试剂均有良好的溶解度好的溶解度,常作为流动相；常作为流动相； 乙腈对离子对试剂的溶解度较低，要使乙腈对离子对试剂的溶解度较低，要使进料完全溶解，流动相的进料完全溶解，流动相的pH值要适当，值要

27、适当，以获得最大的保留值。以获得最大的保留值。凝胶色谱凝胶色谱 基于溶质分子的大小及其在色谱柱内的迁基于溶质分子的大小及其在色谱柱内的迁移速率差异来达到分离的一种新技术。移速率差异来达到分离的一种新技术。 也称排阻色谱（也称排阻色谱（Exclusion chromatography）或凝胶渗透色谱）或凝胶渗透色谱（Gel permeation chromatography）, 与其它色谱不同，不是基于固定相的比表与其它色谱不同，不是基于固定相的比表面积和进料分子的相互作用机理，也不是面积和进料分子的相互作用机理，也不是以分子的键合或吸附作用。以分子的键合或吸附作用。 组分在凝胶内的扩散速度组分

28、在凝胶内的扩散速度 凝胶类似于具有较大孔径的分子筛，是一种不带凝胶类似于具有较大孔径的分子筛，是一种不带电荷的具有三维空间的多孔网状结构。电荷的具有三维空间的多孔网状结构。 当含有大小不同的溶质分子混合物随流动相流经当含有大小不同的溶质分子混合物随流动相流经以凝胶颗粒为固定相的色谱床层时，混合物中各以凝胶颗粒为固定相的色谱床层时，混合物中各组分按其分子的大小不同而被凝胶阻拦。组分按其分子的大小不同而被凝胶阻拦。 分子量较小的组分可以进入凝胶网孔，而大分子分子量较小的组分可以进入凝胶网孔，而大分子被阻在凝胶颗粒外，可随洗脱液延凝胶颗粒间的被阻在凝胶颗粒外，可随洗脱液延凝胶颗粒间的空隙迁移，速度较

29、快，只需要少量的时间就能将空隙迁移，速度较快，只需要少量的时间就能将其冲洗出；其冲洗出； 小分子进入凝胶后，随着洗脱过程的进行，会从小分子进入凝胶后，随着洗脱过程的进行，会从凝胶网孔中缓慢扩散出来，需要较长的冲洗时间。凝胶网孔中缓慢扩散出来，需要较长的冲洗时间。凝胶的分类凝胶的分类制备原料：制备原料：有机凝胶、无机凝胶；有机凝胶、无机凝胶；机械性能：机械性能：软性凝胶、半硬性凝胶、硬性凝胶；软性凝胶、半硬性凝胶、硬性凝胶；软性凝胶的交联度低，溶胀性大、不耐压；软性凝胶的交联度低，溶胀性大、不耐压；硬性凝胶的机械强度好，如多孔玻璃和硅胶等；硬性凝胶的机械强度好，如多孔玻璃和硅胶等；半硬性凝胶为最

30、常用的：有交联聚苯乙烯、交联聚半硬性凝胶为最常用的：有交联聚苯乙烯、交联聚乙酸乙烯酯、交联葡聚糖、交联聚丙烯酰胺、琼脂乙酸乙烯酯、交联葡聚糖、交联聚丙烯酰胺、琼脂糖等种类。糖等种类。对溶剂的适应性：对溶剂的适应性：亲水、亲油、两性凝胶。亲水、亲油、两性凝胶。亲水性凝胶主要应用于蛋白质、核酸、酶、多糖等亲水性凝胶主要应用于蛋白质、核酸、酶、多糖等生物大分子的脱盐与分离提纯；生物大分子的脱盐与分离提纯；1.亲油性凝胶多用于不同相对分子质量的高聚物分离。亲油性凝胶多用于不同相对分子质量的高聚物分离。凝胶分离三个重要的性能指标凝胶分离三个重要的性能指标 凝胶的分离范围、渗透极限、固流相比分离范围：指分

31、子量淋出体积标定曲线的线性部分，相当于13个数量级的分子量； 渗透极限：表示可分离分子量的最大极限，超过此极限的大分子均会在凝胶间隙中流走，没有分离效果；固流相比：1.为色谱柱内所有可渗透的孔内容积与凝胶粒间隙体积之比，固流相比越大，分离容量越大。亲和（膜）色谱亲和（膜）色谱 是利用偶联于载体上的亲和配基对特定大分子是利用偶联于载体上的亲和配基对特定大分子的亲和作用达到大分子的分离和纯化的：的亲和作用达到大分子的分离和纯化的： 有范德华力、静电力、氢键和疏水作用四种非有范德华力、静电力、氢键和疏水作用四种非共价键合的相互作用力存在，这些作用可能以共价键合的相互作用力存在，这些作用可能以单独或同

32、时存在于亲和识别和结合过程中。单独或同时存在于亲和识别和结合过程中。 在载体上的配基与混合物中的配体之间的空间在载体上的配基与混合物中的配体之间的空间位置的合理配合，配基与配体之间的相互作用。位置的合理配合，配基与配体之间的相互作用。 具有实用意义的有亲和色谱包含亲和（载体）具有实用意义的有亲和色谱包含亲和（载体）色谱和亲和膜色谱两种型式。色谱和亲和膜色谱两种型式。特异性配基和通用性配基亲和色谱特异性配基和通用性配基亲和色谱 亲和色谱对特定的生物大分子具有亲和作用，亲和色谱对特定的生物大分子具有亲和作用，能选择性地分离或纯化生物大分子。能选择性地分离或纯化生物大分子。特异性配基亲和色谱（特异性

33、配基亲和色谱（Biospecific ligand affinity chromatography）通用性配基亲和色谱（通用性配基亲和色谱（Pseudobiospecific ligand affinity chromatography ），），1.前者连接的配基为复杂的生物大分子（如抗前者连接的配基为复杂的生物大分子（如抗原、抗体等），后者的配基为简单的生物分原、抗体等），后者的配基为简单的生物分子（如氨基酸等）或非生物分子（如过渡金子（如氨基酸等）或非生物分子（如过渡金属离子和某些染料分子）。属离子和某些染料分子）。配基的种类配基的种类 生物特异性配基生物特异性配基是指利用自然界中特异性相

34、互作用生物物质是指利用自然界中特异性相互作用生物物质对之一做配基，如酶对之一做配基，如酶-底物、酶底物、酶-抑制剂、激抑制剂、激素素-互补接受体、抗体互补接受体、抗体-抗原等。抗原等。基团特异性配基基团特异性配基是指对具有某一类基团或结构的生物大分子是指对具有某一类基团或结构的生物大分子均有特异性作用的配基，如氨基酸、蛋白质均有特异性作用的配基，如氨基酸、蛋白质A、活性染料、金属螯合离子等。活性染料、金属螯合离子等。 二类配基的特色二类配基的特色生物特异性配基生物特异性配基 选择性很高，纯化倍数高，但缺点是来源缺乏，选择性很高，纯化倍数高，但缺点是来源缺乏，费用高，生物、化学稳定性差，在固载化

35、中难费用高，生物、化学稳定性差，在固载化中难于保持活性，多需预纯化，工业化难度大。于保持活性，多需预纯化，工业化难度大。基团特异性配基基团特异性配基 纯化倍数不如生物特异性配基，而有些则有毒纯化倍数不如生物特异性配基，而有些则有毒性如人工合成的活性染料类配基。在基团特异性如人工合成的活性染料类配基。在基团特异性配基中氨基酸配基引人注目，因其价廉无毒性配基中氨基酸配基引人注目，因其价廉无毒性，使用起来安全可靠。性，使用起来安全可靠。 亲和配基与配体的相互作用亲和配基与配体的相互作用 与基质连接的金属螯合物结与基质连接的金属螯合物结构构 Me TED Membrane Me IDA Membran

36、eMe：配位价为配位价为6的金属；的金属；P：基质；基质；X：吸附位点吸附位点间隔臂间隔臂 当配基为小分子而纯化对象为大分子时，当配基为小分子而纯化对象为大分子时，需用间隔臂；需用间隔臂； 可减小空间位阻，增大亲和容量；可减小空间位阻，增大亲和容量； 一般为基质与配基间的长链分子；一般为基质与配基间的长链分子； 长度要适当，过短起不到减小空间位阻长度要适当，过短起不到减小空间位阻的作用，过长会弯曲封闭膜上的相邻的的作用，过长会弯曲封闭膜上的相邻的活性位；活性位； 一般取含六个碳原子的化合物：己二胺、一般取含六个碳原子的化合物：己二胺、6-氨基己酸等。氨基己酸等。 疏水性间隔臂疏水性间隔臂 己二

37、胺己二胺亲水性间隔臂亲水性间隔臂 1，3-二氨基二氨基-2-丙醇、丙醇、 小肽、小肽、 低聚甘氨酸低聚甘氨酸 聚（聚（L-赖氨酸）等。赖氨酸）等。间隔臂的亲、疏水性对配基的亲和力大小间隔臂的亲、疏水性对配基的亲和力大小及特异性吸附能力影响。及特异性吸附能力影响。 间隔臂种类间隔臂种类色谱分离的基本特征色谱分离的基本特征色谱分离流出曲线色谱分离流出曲线（a）线性吸附）线性吸附 (b) 优惠吸附优惠吸附 （c） 非优惠吸附非优惠吸附 (d) 组分溶解组分溶解度较小度较小 (e) 有相近的第有相近的第2组分存在组分存在 (f) 流动相流速过大流动相流速过大 (g) 固固定相和流动相不匹配定相和流动相

38、不匹配 (h)微量组分拖尾微量组分拖尾 色谱的分配系数色谱的分配系数 离子交换色谱系统，存在树脂之间的液相、树脂内离子交换色谱系统，存在树脂之间的液相、树脂内的液相，以及树脂聚合母体的固相。达到平衡时，的液相，以及树脂聚合母体的固相。达到平衡时，颗粒内外液体中的溶质浓度会有一定的差异，用分颗粒内外液体中的溶质浓度会有一定的差异，用分配系数配系数Kdi来表示。来表示。liridiCCK式中： Cri,Cli 分别为组分分别为组分i在树脂内和树脂间液体中的浓度。在树脂内和树脂间液体中的浓度。 离子或分子的分配系数大小，取决于该组分的结构和浓度、离子或分子的分配系数大小，取决于该组分的结构和浓度、树

39、脂的类型和离子形式、以及料液中的其它组分。树脂的类型和离子形式、以及料液中的其它组分。溶质溶质树脂树脂Kd溶质溶质树脂树脂Kd乙二醇乙二醇Dowex50X8,H0.67丙丙 酮酮Dowex1X7.5,Cl1.08蔗蔗 糖糖Dowex50X8,H0.24丙三醇丙三醇Dowex1X7.5,Cl1.12d-葡萄糖葡萄糖Dowex50X8,H0.22甲甲 醇醇Dowex1X7.5,Cl0.61丙三醇丙三醇Dowex50X8,H0.49酚酚Dowex1X7.5,Cl1.77三甘醇三甘醇Dowex50X8,H0.74甲甲 醛醛Dowex1X8，SO421.02酚酚Dowex50X8,H3.08丙丙 酮酮D

40、owex1X8，SO420.66乙乙 酸酸Dowex50X8,H0.71丙三醇丙三醇Dowex50X8,Na0.56丙丙 酮酮Dowex50X8,H1.20乙二醇乙二醇Dowex50X8,Na0.63甲甲 醛醛Dowex50X8,H0.59三甘醇三甘醇Dowex50X8,Na0.61甲甲 醇醇Dowex50X8,H0.61乙二醇乙二醇Dowex50X8,Na0.57甲甲 醛醛Dowex1X7.5,Cl1.06二甘醇二甘醇Dowex50X8,Na0.67小分子有机物在不同树脂中的分配系数小分子有机物在不同树脂中的分配系数 利用分配系数选择吸附剂利用分配系数选择吸附剂由表可以算出：由表可以算出：采

41、用采用Dowex50X8（H），），Dowex1X7.5（Cl-）树脂，丙酮与甲醛的分离因子为树脂，丙酮与甲醛的分离因子为2.03和和1.02，甲醛先从柱中流出；甲醛先从柱中流出；采用采用Dowex1X8（SO42）树脂时）树脂时,丙酮和甲醛丙酮和甲醛的分离因子为的分离因子为1.54，丙酮先从柱中流出；，丙酮先从柱中流出；1.采用采用Dowex1X7.5（Cl）树脂，由于）树脂，由于1，不，不能将二者充分分开。在色谱分离中，分离因子能将二者充分分开。在色谱分离中，分离因子也称为相对保留比。也称为相对保留比。分离因子分离因子 对对a,b双组分混合物，其分配系数的比值双组分混合物，其分配系数的比值

42、即为分离因子。也可用流出曲线中组分的即为分离因子。也可用流出曲线中组分的保留时间保留时间ta和和tb扣除惰性组分（如空气）扣除惰性组分（如空气）的保留时间的保留时间tn后的比值表示：后的比值表示： 一般要求色谱分离的一般要求色谱分离的a 1.1naabdbdattttKKa色谱分离难易程度色谱分离难易程度色谱分离过程中，分离因子的大小不但色谱分离过程中，分离因子的大小不但表示分离的难易程度，也反映所需吸附表示分离的难易程度，也反映所需吸附剂的大致用量。剂的大致用量。2.0，分离很容易，分离很容易, 吸附剂用量约为吸附剂用量约为15g/g；1.5，分离难度一般，吸附剂用量约，分离难度一般，吸附剂

43、用量约为为50500g/g；1. 1.3 ，分离较难，需用薄层色谱，分离较难，需用薄层色谱， 吸吸附剂用量约为附剂用量约为5000g/g。标准偏差标准偏差 t t和理论板数和理论板数N N 标准偏差标准偏差 t：表示流出曲线峰形宽窄，：表示流出曲线峰形宽窄，即色谱柱分离条件好坏的指标之一。即色谱柱分离条件好坏的指标之一。 t定义：定义：0.6070倍峰高相对应色谱峰宽倍峰高相对应色谱峰宽度的一半。度的一半。 高斯色谱峰的特征宽度高斯色谱峰的特征宽度色谱理论板数、标准偏差色谱理论板数、标准偏差与与保留时间保留时间22)1()(ttN 色谱柱的理论板数色谱柱的理论板数N与标准偏差与标准偏差 t和和

44、保留时间保留时间t 的关系的关系色谱分离度色谱分离度 色谱过程的目的是将混合物分离成单一化合物。色谱过程的目的是将混合物分离成单一化合物。 复杂组分的分离中，有些组分难于分离，在流出曲线复杂组分的分离中，有些组分难于分离，在流出曲线上出现谱峰重叠的现象，使分离所得产物的线度下降，上出现谱峰重叠的现象，使分离所得产物的线度下降，重叠部分面积表示杂质含量。重叠部分面积表示杂质含量。 色谱分离体系（包括色谱柱、泵和鉴定器等）的分离色谱分离体系（包括色谱柱、泵和鉴定器等）的分离效果常用分离效果常用分离Rs表示：表示：式中：式中：tR组分的保留时间，组分的保留时间，2121=(=(2 2+ +1 1)/

45、2)/2指二组分保留时间的差指二组分保留时间的差值和其峰宽和值和其峰宽和(W1+W2)一半的比值，或取峰高一半的比值，或取峰高0.607倍处峰宽的一倍处峰宽的一半，即谱带峰标准偏差的比值表示。当半，即谱带峰标准偏差的比值表示。当R1.5时（图时（图4-46），二），二组分可以完全分开。组分可以完全分开。 2112211242/ )()(RRRRsttWWttR组分组分B和和C流出曲线的宽度和重叠流出曲线的宽度和重叠溶质浓度对峰分辩的影响溶质浓度对峰分辩的影响理论板当量高度理论板当量高度 HETPHETP（Height Equivalent to one Height Equivalent to

46、 one Theoretical PlateTheoretical Plate）为相当一块理论板作用）为相当一块理论板作用的色谱柱高度，是表示色谱柱分离效率的重要的色谱柱高度，是表示色谱柱分离效率的重要参数。设色谱柱的长度为参数。设色谱柱的长度为L L，则，则: : HETPHETP与柱的结构、操作条件，体系性质等有关，与柱的结构、操作条件，体系性质等有关，装填好的色谱柱装填好的色谱柱HETPHETP可保有可保有1-1.25mm1-1.25mm，相当每，相当每米色谱柱有理论板米色谱柱有理论板800-1000800-1000块。块。NLHETP 修正的修正的Van Deemter 关系关系 为了

47、提高色谱柱的处理能力而增大载气流速时，为了提高色谱柱的处理能力而增大载气流速时，HETP随之而增加，载气流速与随之而增加，载气流速与HETP的关系可用修正的的关系可用修正的Van Deemter 关系表示关系表示 式中 u 为载气平均流速； A 为涡流扩散常数，与色谱柱的几何状况有关，与颗粒直径成正比； B 为轴向扩散常数，与流动相中混合物组分的扩散系数成正比，在低速下起主导作用； k 表示两相间对流传质系数，在高气速下起主要作用； HP 附加理论板当量高度。PHkuuBAHETP附加理论板当量高度附加理论板当量高度 当色谱柱直径在当色谱柱直径在25 cm之间，流动相在柱截面上不之间，流动相在柱截面上不易均匀，需要用易均匀，需要用HP来修正来修正,随着柱径的增大，随着柱径的增大，HP的重要的重要性越明显。性越明显。 对大型工业色谱，其附加理论板当量高度可用下式分对大型工业色谱，其附加理论板当量高度可用下式分析与估算：析与估算：888. 158. 0283. 25 . 0ududDudHcpgcP式中，为填充床