现代分离技术第二章.ppt

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1、现代分离技术第二章现在学习的是第1页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 色谱分离法是目前有机分析中使用最多，最有效的分离方法，许多化学物理性质相似的异构体、同系物以及多组分混合物的样品往往难以用简单的蒸馏、精馏、萃取、重结晶、升华等简单手段分开，而用色谱方法却能得到快速、准确的分离及测定。现在学习的是第2页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 什么是色谱方法什么是色谱方法(Chtomatography)?最初，1903年，M.C.把干燥的叶子用石油醚萃取后，将小量的萃取液倾入充填有沉降碳酸钙的玻璃柱子的顶端，然后用石油醚淋洗，结果叶中的色素在碳酸钙柱上互相分离，形成不同颜色的色带，分

2、列在柱上；随着淋洗液的流动，色带的分离越加明显。他把这种方法叫做“色谱法”，色谱的英文名称是chromatograph，它是由希腊文chromos和grapho两字并合而成，字面上意义是颜色的记录。现在学习的是第3页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 什么是色谱方法什么是色谱方法(Chtomatography)?现在学习的是第4页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 可以说茨维特在色谱方面做了开创性的工作，但以后的二十几年并未引起很多人的注意，直到1931年有人用充填氧化铝粉末的柱管将性质非常相似的-胡萝卜素和-胡萝卜素分离成功（在此之前，人们一直以为胡萝卜素是一种纯物质），并且得到

3、的纯物质可做、元素定量分析用，这才引起了许多有机化学工作者的注意，认识到色谱法在分离混合物方面有广阔的前景，并且研究出许多新技术，例如分配色谱法、纸上色谱法、薄层色谱法、离子交换色谱法等。现在学习的是第5页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 现在，人们所说的“色谱”一词的含义已经远不是茨维特所发现的那种色带，而是根据混合物中各组分在互不相溶的两相(固定相、流动相)中的吸附能力、分配系数或其它亲合能力的差异而设计的分离分析方法，它集分离与分析于一体，快速、简便、微量，成为分离分析复杂混合物的理想方法之一。现在，色谱法所涉及到的领域不仅限于分析化学，而且涉及到许多其它领域如石油化工、精细化工

4、、近代电子技术、生命科学、食品科学、临床分析、考古学、甚至兴奋剂检测等。现在学习的是第6页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 虽然目前在各种色谱法中茨维特所发现的那种色带已经没有普遍性，但由于这种名称在中外已沿用很久，众所周知，不宜更改。因此国家标准中仍定名为色谱法。现在学习的是第7页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 色谱分离法的种类很多，根据流动相和固定相的特点，可以分为：柱色谱（columu chro.）薄层色谱（thin layer chro.）纸色谱（paper chro.）气相色谱（gas chro.）高效液相色谱（high performance liquid chr

5、o.）凝胶渗透色谱（gel permeation chro.）离子交换色谱（iron exchang chro.）这里我们主要介绍、。现在学习的是第8页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 一、简介一、简介在铺成薄层的固体上进行色谱的方法。（简述的操作及仪器）现在学习的是第9页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 优点：操作容易，设备简单，易于掌握。分离迅速（需几个小时到几十个小时，只需十几分 钟到几十分钟）。灵敏度高（可检测10-5g物质）。固定相（与相比）、流动相（与相比）、显色剂(与PC相比）均可灵活选用。现在学习的是第10页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 优点：样品用

6、量可小（几微克几十微克）可大（几毫克几百毫克），可用于备色谱。特别适用于热不稳定及难挥发样品。技术多样化（如双向展开、多次展开等），可分离复杂样品。不存在样品堵塞柱子而使柱效下降或柱子报废的问题。现在学习的是第11页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 缺点：不适合挥发性样品、自动化程度低于、。分离效果不及、，不能分离过于复杂的样品。现在学习的是第12页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 二、基本原理二、基本原理1.TLC分类分类按照分离过程中样品与固定相、流动相之间相互作用的性质，有三种TLC：吸附色谱：分配色谱：离子交换色谱：现在学习的是第13页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄

7、层色谱 吸附色谱：利用样品中各组分对吸附剂（固定相）的吸附能力不同，将其分离。f值大溶质对吸附剂的吸附能力小。f值小溶质对吸附剂的吸附能力大。现在学习的是第14页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 分配色谱：利用样品中各组分对固定液与流动相的分配系数不同，将其分离，原则上与液液连续萃取相似。f值大溶质易溶于流动相，不易溶于固定相。f值小溶质易溶于固定相，不易溶于流动相。现在学习的是第15页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 离子交换色谱：样品中某组分与离子交换剂进行离子交换作用。这里主要介绍吸附色谱。现在学习的是第16页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 2.2.吸附色谱原理

8、吸附色谱原理二、基本原理二、基本原理 吸附色谱的原理是基于样品溶液与固定相表面发生了吸附作用。吸附有物理吸附和化学吸附之分，物理吸附的特点是无选择性、吸附速度快、可逆、吸附热小，化学吸附的特点是有选择性、吸附速度慢、不可逆、吸附热大。在吸附色谱中主要发生物理吸附。现在学习的是第17页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 在吸附剂固体表面，溶质分子（）与溶剂分子（）以占据吸附剂表面的位置可以互相竞争，可以顶出，也可以顶出，这种竞争可用下式表示：溶吸吸n溶 溶溶液中的溶质分子；吸被吸在吸附剂表面的溶质分子；溶溶液中的溶剂分子；吸被吸在吸附剂表面的溶剂分子；n竞争过程中，被溶质分子顶出来的溶剂分

9、子的个数（假定溶质分子体 积比溶剂分子大）。现在学习的是第18页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 溶质分子顶替溶剂分子时，过程从左向右进行；溶剂分子顶替溶质分子时，过程从右向左进行；一定条件下（如、吸附剂、），这种竞争达到平衡，即、的吸附或解吸速度相等。但条件改变时，平衡就会遭到破坏，如果向上述平衡体系中加入溶剂，平衡就会向左移动，然后达到新的平衡。现在学习的是第19页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 在吸附薄层色谱中，展开剂(溶剂)是不断供给的。所以，原点上与（展开剂）之间的平衡不断遭到破坏，吸附在原点上的溶质不断解吸，解吸出来的溶于中并随之向前移动，遇到新的吸附剂表面，与又

10、建立起新的平衡，但又立刻遭到不断移动上来的展开剂（）的破坏，又有一部分解吸并随之向前移动。如此吸附解吸附再吸附再解吸附再吸附的交替过程就构成了色谱法的分离基础。现在学习的是第20页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 吸附力弱的组分容易解吸而溶于展开剂中，并随之向前移动，Rf值较大；吸附力强的组分不易解吸，也不易随着展开剂向前移动，f值较小；如果样品溶液中有两种溶质1、2，其极性不同，因而其吸附能力、Rf值也就不同，从而达到分离。现在学习的是第21页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 3.吸附作用强弱顺序吸附作用强弱顺序二、基本原理二、基本原理如何判断各种溶质分子在吸附剂表面吸附能力

11、的大小？当然是考虑吸附剂与溶质分子间作用力的大小。吸附色谱常用的吸附剂为：氧化铝、硅胶根据活性分为五个级，一级活性最高，五级最低。氧化铝、硅胶根据活性分为五个级，一级活性最高，五级最低。现在学习的是第22页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 O 聚酰胺：C-NH-(CH2)5 吸附剂的共同特点是：含有带孤对电子的氧原子、氯原子。含有-NH-、-OH-等,易形成氢键。即极性大，易成氢键。现在学习的是第23页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 吸附剂与非极性溶质分子间的作用力主要是诱导力；吸附剂与极性溶质分子间的作用力主要是静电力。（静电力诱导力）所以，溶质的极性越大，与吸附剂的作用力

12、越大，即极性大的样品与固定相的亲合力大。现在学习的是第24页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 所以，吸附剂与被吸附物质间的亲合作用遵循下列原则：被吸附物质的极性越大，与极性吸附剂的作用越强，单官能团化合物与硅胶或氧化铝有下列亲合顺序：羧酸醇、酰胺伯胺酯、醛、酮腈、叔胺、硝基化合物醚 烯卤烷烷烃分子中双键数目越多，亲合力越大；分子中苯环数目越多，亲合力越大；分子中官能团数目越多，亲合力越大；（有例外：邻硝基苯酚与硅胶、氧化铝的亲合力苯酚或硝基苯）被吸附物质的分子量越大，亲合力越大（色散力大）。现在学习的是第25页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 三、仪器装置：三、仪器装置：用以涂

13、布薄层用的载板有玻璃板、铝箔及塑料板现在学习的是第26页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 四、实验技术四、实验技术 实验技术包括：吸附剂的选择和制备；薄板的制备；薄板的活化；点样技术；展开技术；显色技术。现在学习的是第27页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 1.吸附剂的选择和制备：吸附剂的选择和制备：硅胶硅胶(Silica gel):无定形多孔物质，适用于酸性和中性物质的分离。硅胶H不含粘合剂 硅胶G含煅石膏(gypsum)做粘合剂。有时淀粉、CMC等也可用做粘合剂。硅胶HF254含无机萤光(fluoresent)物质，在254nm下观察萤光。硅胶GF254含煅石膏和无机萤光物

14、质。现在学习的是第28页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 1.吸附剂的选择和制备：吸附剂的选择和制备：氧化铝氧化铝:无定形多孔物质，也有氧化铝H、氧化铝G、氧化铝HF、氧化铝GF等型号，还有酸性、中性、碱性氧化铝之分。氧化铝一般在100-150目。酸性氧化铝10%HCl浸泡过夜，水洗至pH值=4，适用于酸性物质的分离。酸性氧化铝酸性氧化铝适用于pH44.5的酸性有机酸类的分离。10min(pH=4指1g Al2O3+10ml水测滤液之pH值)现在学习的是第29页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 中性氧化铝10HCl浸泡过夜，水洗至pH值=7，适用于分离中性物质。中性氧化铝适用于

15、醛、酮、醌、酯等pH约为7.5的中性物质的分离。碱性氧化铝水中浸泡过夜，pH10,适用于分离碱性物质。碱性氧化铝，适用于碳氢化合物、生物碱及碱性化合物的分离，一般适用于pH为9-10的环境。现在学习的是第30页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 1.吸附剂的选择和制备：吸附剂的选择和制备：聚酰胺：由酰胺聚合而成的高分子，其分子内存在着许多酰胺基，可与酚类、酸类、醌类、硝基化合物等形成氢键而产生吸附作用，根据样品中组分的结构不同（如能形成氢键基团的数目、位置以及双键和苯环数目的多少等）与聚酰胺产生吸附作用的强弱不同，从而使样品达到分离。O 聚酰胺：C-NH-(CH2)5 现在学习的是第31

16、页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 1.吸附剂的选择和制备：吸附剂的选择和制备：聚酰胺：聚酰胺可由锦纶丝制备，也可直接购买商品薄层色谱用聚酰胺薄膜。由锦纶丝制备聚酰胺固定相有两种方法：现在学习的是第32页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 1.吸附剂的选择和制备：吸附剂的选择和制备：聚酰胺：a.冰醋酸法：现在学习的是第33页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 1.吸附剂的选择和制备：吸附剂的选择和制备：聚酰胺：b.浓盐酸法:现在学习的是第34页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 1.吸附剂的选择和制备：吸附剂的选择和制备：葡聚糖凝胶：凝胶可将分子大小和形状不同的物质分

17、离，好象用过筛的方法把大分子与小分子分开一样。因此凝胶又称为凝胶分子筛。葡聚糖凝胶是一种广泛应用的凝胶，它是由一定分子量的葡聚糖悬浮于有机相中，再加入交联剂表氯醇使葡聚糖交联聚合而成（可直接购买商品使用）。它适用于蛋白质、多糖等大分子物质的分离和提纯。可分离的分子量范围从几百到几十万不等。现在学习的是第35页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 2.展开技术展开技术:展开剂的选择（技术关键，对分离效果影响最大展开剂的选择（技术关键，对分离效果影响最大）：根据样品的极性，溶解度以及吸附的活性等因素来选择展开剂。原则：原则：展开剂对被分离物质有一定的解吸能力（否则，不能将解吸下来，会待在原点不

18、动），但又不能太大（否则，不被吸附，而是跟着一起跑，达不到分离的目的）；展开剂的极性应略小于被分离物质。原则：原则：展开剂对被分离物质有一定的溶解度（否则，被顶出的不溶于，就不会随着向前移动）。现在学习的是第36页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 2.展开技术展开技术:展开剂的选择展开剂的选择实际操作时，可参考下列溶剂的洗脱能力顺序：硅胶板上：乙腈二氧六环丙酮乙酸乙酯乙醚二氯甲烷氯仿苯四氯化碳戊烷氧化铝板上：乙酸甲醇异丙醇吡啶乙腈二甲亚砜乙酸乙酯二氧六环，丙酮二氯乙烷四氢呋喃二氯甲烷氯仿乙醚苯甲苯四氯化碳环己烷石油醚戊烷现在学习的是第37页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 2.

19、展开技术展开技术:展开剂的选择展开剂的选择说明:实际工作中，某些溶剂的顺序会有颠倒出入，所以以上顺序只作参考。实际工作中,更常用到二元、三元混合溶剂作展开剂，这时可参考有关资料。（例如，分离氨基酸时，可找有关氨基酸分离的资料）利用资料上报导的展开剂试验时，往往还要经过实验来确定合适的展开剂。现在学习的是第38页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 2.展开技术展开技术:展开方式:a.上升法上升法:适用于硬板。b.倾斜上升法倾斜上升法:适用于软板。c.下降法下降法:此法受重力影响，展开速度较快，但有时前沿不整齐。d.双向展开双向展开:使用方形玻板，样品点在角上，先用一种展开剂展开，将玻板转动

20、90后,再用另一种展开剂展开。此法适用于较复杂的样品。现在学习的是第39页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 3.显色技术显色技术:蒸汽显色蒸汽显色:碘、溴、浓氨水等，放在干燥器中;薄板挥去展开剂，放在上述干燥器中，显色时间与灵敏度随化合物而异。碘遇有机物显黄黄棕色斑点，拿出后迅速用铅笔画下斑点的形状及位置。现在学习的是第40页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 3.显色技术显色技术:多数有机化合物吸附碘碘蒸气后显示不同程度的黄褐色斑点，这种反应有可逆及不可逆两种情况。前者在离开碘蒸气后，黄褐色斑点逐渐消退，并且不会改变化合物的性质，且灵敏度也很高，故是定位时常用的方法；后者是由于

21、化合物被碘蒸气氧化、脱氢增强了共轭体系，因此在紫外光下可以发出强烈而稳定的荧光，对定性及定量都非常有利。现在学习的是第41页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 3.显色技术显色技术:喷雾显色喷雾显色:将显色剂(与被分离物质有颜色反应的物质)配成溶液，装入喷雾器中，喷洒在薄板上，必要时可用热吹风加热。(见教材P267 表10-1 及陈耀祖书P47 附录.显色剂)现在学习的是第42页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 五、应用五、应用1.定性：定性：以Rf值为指标。在一定条件下，各种有机物的f 值是特定的常数，但“一定的条件”不易保证（如吸附剂的活性、取样量的大小、展开槽的饱和程度、边

22、缘效应、薄板的厚度、展开方式等），所以最好用标准样品做对照。现在学习的是第43页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 五、应用五、应用1.定性：定性：应用实例：例用薄层色谱分离测定表面活性剂：硅胶G，碘蒸气显色硅胶G，碘蒸气显色C18反相硅胶板，碘蒸气显色展开剂：CH2Cl2/CH3OH(81)展开剂：CH2Cl2/CH3OH/HAc(810.75)展开剂：C2H5/2%Na2B4O7.10H2O(82)阴离子表面活性剂Rf阳离子表面活性剂Rf非离子表面活性剂Rf十二烷基硫酸钠0.15十六烷基三甲基氯化铵0.21十二烷基酚聚氧乙烯醚0.54十二烷基苯磺酸钠0.09十六烷基氯化吡啶0.27月

23、桂酸钠0.70十二烷基胺0.42乙烯加合物(n=10)0.70二辛基硫代琥珀酸钠0.28十八烷基胺0.55壬基酚聚氧乙烯醚(n=5)0.45现在学习的是第44页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 五、应用五、应用1.定性：定性：例例氨基酸的分离：试样：天冬氨酸、甘氨酸、丙氨酸、异亮氨酸、酪氨酸的混合物。吸附剂：硅胶(厚0.25mm).展开剂：水：乙醇：乙酸(1:5:0.1);苯酚:水(4:1)展开距离：10厘米(约45min)显色：茚三酮正丁醇溶液，110加热，天冬氨酸显紫色，其余均显桃红色。根据此法可设计猪皮、羊皮、牛皮中各种氨基酸含量的分析方法。现在学习的是第45页，共56页第二章第

24、二章 薄层色谱薄层色谱 五、应用五、应用1.定性：定性：在定性方面的应用，除了鉴定示知物以外，还有下列用途在定性方面的应用，除了鉴定示知物以外，还有下列用途 检验药物的纯度及其中的杂质。检验药物的纯度及其中的杂质。将药样溶液点在薄板上，经展开后，应只出现一个与标准样品位置一致的斑点，若试样出现另外的斑点，即表明其中有杂质存在。若事先测也显色剂对杂质的取小检出量，则可用薄层色谱法做杂质的限量检查。例如，若最小检出量为0.5g,在薄层上点样100g后,不出现杂质的斑点，即说明试样的纯度不低于99.5%。现在学习的是第46页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 五、应用五、应用1.定性：定性：控

25、制反应进程：控制反应进程：检查原料消耗、中间体生成、产物及副产物的生成等。柱色谱的先导。柱色谱的先导。现在学习的是第47页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 五、应用五、应用2.定量定量 洗脱法:将斑点刮下来,用溶剂洗脱。再以或分光光度法测定，也可用其它化学分析法如容量分析法来进行测定。现在学习的是第48页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 五、应用五、应用2.定量直接定量法：a.测面积:现在学习的是第49页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 五、应用五、应用2.定量定量直接定量法：直接定量法：b.仪器测量仪器测量:薄层定量扫描仪。例1 TCL测定甜叶菊苷含量：甜叶菊苷分子量

26、大，不易挥发(M=804.9 m.p=197198)，若用GC测定，必须先经过降解，操作麻烦。但若用TLC测定，却非常方便。现在学习的是第50页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 五、应用五、应用2.定量定量直接定量法：直接定量法：试样试样:5g甜叶菊叶子干粉甜叶菊叶子干粉45ml乙醇浸泡乙醇浸泡24小时，过滤小时，过滤(乙醇洗滤渣，合并洗出乙醇洗滤渣，合并洗出液液)，稀释至，稀释至50ml标样标样:250mg甜叶菊苷溶于甜叶菊苷溶于25ml乙醇乙醇展开剂展开剂:乙醇乙醇点样点样:现在学习的是第51页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 五、应用五、应用2.定量定量现在学习的是第52

27、页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 五、应用五、应用2.定量定量显色：I2蒸汽显色测定斑点面积：铅笔画出点的轮廓，描在透明纸上，再用标准方格纸计算斑点面积。结果处理：作logWs(Ws为标样质量)As(As为标样斑点面积)图。根据试样的斑点面积，在工作曲线上查得相应的logW值，再计算叶子中甜叶菊苷的含量。现在学习的是第53页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 五、应用五、应用2.定量定量现在学习的是第54页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 五、应用五、应用2.定量定量例例2 2 绞股蓝总皂苷含量的测定绞股蓝皂苷具有与人参皂苷相似的基本骨架，属于四环三萜的达玛烷型结构，分

28、子量大，难于挥发，特别适合用分离测定。（三萜皂苷的基本结构骨架见胶片）试样:干绞股蓝用有机溶剂提取后,以甲醇溶解提取物.固定相:硅胶板 展开剂:氯仿:甲醇:水(70:55:10)测定:碘蒸汽显色后,将斑点画出，待碘蒸汽挥发后，刮下斑点，用冰醋酸溶解后，比色法测定。现在学习的是第55页，共56页第二章第二章 薄层色谱薄层色谱 六、离心薄层（旋转薄层）简介六、离心薄层（旋转薄层）简介1.仪器与操作仪器与操作2.原理:利用离心力将溶剂甩向外圈时,溶剂、溶质（试样）以及吸附剂之间的溶解、吸附动态竞争来分离有机化合物。3.特点：分离效果好，速度快，分离试样量大（相当于小的色谱柱），特别适合于制备色谱，但仪器价格崐便宜，操作简便。4.应用举例:有机腙混合物的分离。现在学习的是第56页，共56页