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色谱和电泳技术 高乃群 S080601018 纵观一系列化学分析方法,从我们以前所学的四章中,可以发现,化学分析方法越来越向分析低浓度和复杂组分方向发展.尽管分析技术有力且众多,但往往缺乏选择性.基于这种原因,便产生了包括应用逐步分离的方法从潜在的干扰物中分离组分的一些分析手段.在第7章中,我们已经学习了一些分离方法,比如液—液萃取和固相微萃取技术.在本章中,我们将讨论另外两种分离和分析混合物的方法:色谱法和电泳法. 12 A.分析分离方法回顾 在第7章中,我们,认真学习了几种从复杂潜在干扰物中分离组分的分析方法,比如在液---液萃取分离分析中,起初用一单一液项,接着加入另一种不相互溶的液体,并不断摇动使两项混合,利用分离组分在两液相中不同的溶解度从而达到分离的目的,这种方法虽然有优点,但它有不少局限性. 12A. 1. 简单分离方法的出现问题 假设我们需要分析的样品组分,在母体中不能用我们的分析方法进行分析,为了分析这一组分,我们必须首先用一些手段把它从母体中分离出来,比如用液---液萃取.但是如果我们还需要分析另一种组分,则还需要另外再用这种方法把它从母体中分离出来.对于复杂的混合物的分析,用这种方法着实呆板而令人头疼. 更何况,这种液---液萃取分离方法的使用范围是利用组分在不同液相中有不同的分配比.要把这种组分从母体中分离出来,它在某液相中的分配比,必须远大于母体中其它组分在此液相中的分配比.当分析分配比相似的组分时,如果进行分离分析那将是不可能的.比如我们假设要把分析物A从母体中存在的干扰物I中分离出来,A和I 所对应的分配比分别是5和0.5.把他们从母体中分离,简单的液---液萃取是用等体积的样品溶液和合适的萃取液进行萃取.根据第7章我们不难算出,分析组分A的萃取率是83%,而干扰物I的萃取率是33%,尽管通过3次萃取,我们可以使试样中A的含量达到99%,但试样中I的含量也达到了70%.由此看出,实际上应用简单的液---液萃取技术已经不能实现多组分混合物和干扰项的分离. 12A.2. 分离混合物比较好的方法 简单的萃取技术发生的物体是因为进行分离时,仅发生在一个方向.比如在液---液萃取中,我们萃取物质就是从它的起始相萃取到萃取相中.我们重新考虑:在母体中分析物和干扰物相应的分配比分别是5和0.5.应用液---液萃取技术,有83%的分析物和33%的干扰物质进入萃取想中 (Figure 12A.1).如果A和I 的浓度在试样中是均一的,那么萃取后它们在萃取相的浓度比是: 由此,如上所示,第一次萃取使A和I的浓度相差2.5倍.然而第二次萃取时,分离效果却大为下降,当合并两次萃取液时,两组分的浓度比却下降为: 显示了两次液---液萃取合并两次萃取液,在萃取液中两组分浓度比变化.A=分析样品,I=干扰物. 显示了在第一次萃取,然后分离加入新起始相再进行萃取时A和I 的浓度比值. 由此我们看出,把第一次萃取时得到的萃取液再重新溶入起始相中进行萃取,可以提高分离效果.因为A有比较大的分配比,所以在第一次萃取时萃取程度远大于第二次萃取.基于这个情况,最后分离浓度比为: A 的浓度在萃取液中大为增加,这一萃取过程是两组分在溶液中来回的不断重新分配.是在上世纪40年代由Craig发现的,我们把它称为反相萃取法.由此奠定了现代色谱学的基础. 色谱分离是由可以自由流动的流动相和被固定的固定相组成.试样被注射或被放置流动相中,当流动相不断流动时,试样组分就会在固定相和流动相之间不断流动,一些组分在固定相中分配比大些,就会在系统中停留的时间长些.在足够的时间内,有相似分配比的样品就会在流动相和固定相之间分开. 现代色谱技术可以追溯到上世纪俄国植物学家Mikhail Tswett将碳酸钙填充柱作为固定相,从植物色素中分离天然色素.用石油醚作流动相,试样从柱顶端倒入,穿过固定相.当试样在柱内流动, 植物天然色素被萃取分离形成各自的色带.当天然色素被完全分离,碳酸钙从柱中取出,经过选择萃取,天然色素就被分离开来. Tswett把这种技术称为色谱chromatography,结合了希腊文中color和to write.但没人对Tswett的这项技术感兴趣,直到1931年色谱作为植物分离分析,这项技术才被重新提起.1941年,由Martin和Synge作为先锋建立了液—液色谱,从而导致了色谱分离学理论的发展.也因此获得了1952年的诺贝尔化学奖.从此,色谱称为在许多领域被广泛使用的一项重要的分离技术.其它色谱技术比如电泳,不用固定相进行分离. 12A.3 色谱法的分类 在色谱法可以按3种途径分类:按流动相和固定相的物理状态分类;按流动相和固定相的操作方法分类;按分离组分的化学物理机制分类.流动相通常为液体或气体,固定相常为固