第二章分析化学中常用的分离与富集方法

1、第二章第二章 分析化学中常用的分离与富集方法分析化学中常用的分离与富集方法 在定量分析中，如果试样组成比较复杂，测在定量分析中，如果试样组成比较复杂，测定时往往会受其它组分影响，严重时可导致测定时往往会受其它组分影响，严重时可导致测定工作无法进行，因此需要选择适当的分离方定工作无法进行，因此需要选择适当的分离方法使待测组分与干扰组分达到分离；法使待测组分与干扰组分达到分离； 另一方面，对于试样中微量或痕量组分的测另一方面，对于试样中微量或痕量组分的测定，则由于含量低于测定方法的检测限而造成定，则由于含量低于测定方法的检测限而造成测定工作的困难，为此需要富集后才能测定；测定工作的困难，为此需要富

2、集后才能测定； 鉴于以上两种情况，本章讨论几种常用的分鉴于以上两种情况，本章讨论几种常用的分离与富集的方法。离与富集的方法。2-1 2-1 沉淀分离法沉淀分离法 这是一种较经典的分离方法，经过不断的发这是一种较经典的分离方法，经过不断的发展与完善，目前还经常使用。展与完善，目前还经常使用。一一. .无机沉淀剂沉淀分离法无机沉淀剂沉淀分离法 定量分析中，当试样组成较简单，如碳酸钠、定量分析中，当试样组成较简单，如碳酸钠、氢氧化铁等，可直接把它们处理成溶液后进行滴氢氧化铁等，可直接把它们处理成溶液后进行滴定；但如果为混合试样时，如定；但如果为混合试样时，如FeFe3+3+、ZnZn2+2+混合溶混

3、合溶液，要测其中的液，要测其中的FeFe3+3+含量，就必须除去含量，就必须除去ZnZn2+2+。已知：已知： 323817()()3.5 10,1.2 10Fe OHZn OHKspKsp设设FeFe3+3+和和ZnZn2+2+的初始浓度均为的初始浓度均为 0.01mol0.01mol L L-1-1，通，通过计算，当过计算，当OHOH- - 1.61.61010-12-12molmol L L-1-1(pH(pH 2.2)2.2)，FeFe3+3+开始沉淀；如果认为溶液中开始沉淀；如果认为溶液中FeFe3+3+=10=10-6-6mol mol L L-1-1时沉淀完全，则计算得到时沉淀完

4、全，则计算得到pHpH值为值为3.53.5； 同理，同浓度的同理，同浓度的ZnZn2 2+刚开始沉淀时，刚开始沉淀时，pHpH值值为为6.56.5，使，使0.01mol0.01mol L-1L-1 ZnZn2+2+沉淀完全其沉淀完全其pHpH值应值应大于大于8.58.5。 由此可以得到，只要把由此可以得到，只要把pHpH值控制在值控制在3.53.56.56.5之间即可分离之间即可分离FeFe3+3+和和ZnZn2+2+。1.1.氢氧化物沉淀分离法氢氧化物沉淀分离法 像这种使用无机化合物作沉淀剂的，称之为像这种使用无机化合物作沉淀剂的，称之为无机沉淀剂沉淀分离法。无机沉淀剂沉淀分离法。 如上所述

5、，用控制溶液如上所述，用控制溶液pHpH值而使被测离子沉值而使被测离子沉淀为氢氧化物的称为淀为氢氧化物的称为氢氧化物沉淀分离法。氢氧化物沉淀分离法。 一些常见金属氢氧化物开始沉淀和沉淀完全一些常见金属氢氧化物开始沉淀和沉淀完全时的时的pHpH值，见值，见P.381P.381表表13-113-1。 常用于常用于氢氧化物沉淀分离法中的常用试剂有：氢氧化物沉淀分离法中的常用试剂有：(1)NaOH(1)NaOH溶液溶液 可控制可控制pHpH值值1212，用于两性金，用于两性金属离子和非两性金属离子的分离；非两性金属属离子和非两性金属离子的分离；非两性金属离子一般均生成氢氧化物沉淀，两性的则生成离子一般

6、均生成氢氧化物沉淀，两性的则生成含氧酸阴离子而留在了溶液中，介于两者之间含氧酸阴离子而留在了溶液中，介于两者之间的。则部分生成沉淀。的。则部分生成沉淀。 如有一混合溶液含如有一混合溶液含AlAl3+3+、MgMg2+2+、CuCu2+2+、ZnZn2+2+, ,当当加入加入NaOHNaOH溶液后，溶液后，MgMg2+2+、CuCu2+2+生成沉淀，而生成沉淀，而AlAl3+3+和和ZnZn2+2+则留在溶液中生成含氧酸根离子则留在溶液中生成含氧酸根离子AlOAlO2 2- -、ZnOZnO2 2- -。(2)(2)氨和氯化铵缓冲溶液氨和氯化铵缓冲溶液 此溶液可控制此溶液可控制pHpH值在值在8

7、 89 9左右，常用于沉淀不与左右，常用于沉淀不与NHNH3 3形成配离子的许多形成配离子的许多金属离子，也可使许多两性金属离子生成氢氧化金属离子，也可使许多两性金属离子生成氢氧化物沉淀。物沉淀。 如有一混合溶液含有如有一混合溶液含有FeFe3+3+、CrCr3+3+、CuCu2+2+、AgAg+ +, ,加入氨和氯化铵缓冲溶液加入氨和氯化铵缓冲溶液后，后， FeFe3+3+和和CrCr3+3+沉淀下沉淀下来，来， CuCu2+2+和和AgAg+ +则生成则生成Cu(NHCu(NH3 3) )4 42+2+和和Ag(NHAg(NH3 3) )2 2+ +。(3)(3)氧化锌悬浊液氧化锌悬浊液

8、ZnOZnO在水溶液中有如下平衡：在水溶液中有如下平衡：222()2ZnOH OZn OHZnOH 根据溶度积常数：根据溶度积常数：217()1.2 10Zn OHKsp假设：假设：ZnZn2+2+=0.01mol/L=0.01mol/L，pHpH6.5 6.5 ZnZn2+2+=0.1mol/L=0.1mol/L，pHpH6 6 ZnZn2+2+=1.0mol/L=1.0mol/L，pHpH5.55.5由此可见，由此可见，ZnZn2+2+ 改变改变100100倍，倍，pHpH只改变了一个只改变了一个单位，单位，氧化锌悬浊液氧化锌悬浊液可控制溶液可控制溶液pHpH在在5.55.56.56.5之

9、间。之间。 利用氢氧化物沉淀分离的缺点是选择性较差，利用氢氧化物沉淀分离的缺点是选择性较差，且大部分沉淀属于非晶形沉淀，同时还可能有共且大部分沉淀属于非晶形沉淀，同时还可能有共沉淀现象产生，沉淀现象产生，P.181P.181介绍了几种改善的方法。介绍了几种改善的方法。2.2.硫化物沉淀分离法硫化物沉淀分离法 沉淀为硫化物的即称为硫化物沉淀分离法。方沉淀为硫化物的即称为硫化物沉淀分离法。方法使用的沉淀剂为法使用的沉淀剂为H H2 2S S，能与，能与H H2 2S S生成沉淀物的金生成沉淀物的金属离子约有属离子约有4040余种，且它们之间的溶解度相差悬余种，且它们之间的溶解度相差悬殊。殊。 由以

10、上平衡得知，控制一定的由以上平衡得知，控制一定的pHpH值，即可控制值，即可控制SS2-2- 的浓度，进行沉淀分离。方法的缺点类似的浓度，进行沉淀分离。方法的缺点类似于氢氧化物沉淀法，即选择性较差，沉淀系非于氢氧化物沉淀法，即选择性较差，沉淀系非晶形沉淀，吸附现象严重。晶形沉淀，吸附现象严重。 通过改用硫代乙酰胺为沉淀剂，利用其在酸通过改用硫代乙酰胺为沉淀剂，利用其在酸性或碱性溶液中产生性或碱性溶液中产生H H2 2S S和和S S2-2-来进行均相沉淀，来进行均相沉淀，则沉淀性能和分离效果将有所改善。则沉淀性能和分离效果将有所改善。32232423233223CH CSNHH OHCH CO

11、OHH SNHCH CSNHOHCH COOSNHH O 例：在例：在pH2pH23 3，可生成，可生成ZnSZnS；在；在pH5pH56 6可可生成生成CoSCoS和和NiSNiS；pHpH中性时，中性时，InIn3+3+和和TlTl3+3+可生可生成沉淀。成沉淀。二二. .有机沉淀剂沉淀分离法有机沉淀剂沉淀分离法 与无机沉淀剂相比较，有机沉淀剂在选择性和与无机沉淀剂相比较，有机沉淀剂在选择性和灵敏度方面性能要优越许多。灵敏度方面性能要优越许多。 其与金属离子形成的沉淀主要存在三种形式：其与金属离子形成的沉淀主要存在三种形式：螯合物沉淀螯合物沉淀、缔合物沉淀缔合物沉淀和和三元配合物沉淀三元配

12、合物沉淀。1.1.形成螯合物沉淀形成螯合物沉淀 所谓的螯合物是指具有五元或六元环的稳定配所谓的螯合物是指具有五元或六元环的稳定配合物。即通过加入某种有机试剂，使之与溶液中合物。即通过加入某种有机试剂，使之与溶液中的被测离子形成螯合物，举例的被测离子形成螯合物，举例P.384P.384。 大部分这样的有机试剂必须含有较多的憎水大部分这样的有机试剂必须含有较多的憎水性基团，形成的螯合物不带电荷，难溶于水。性基团，形成的螯合物不带电荷，难溶于水。三三.共沉淀分离法共沉淀分离法 重量分析中，共沉淀现象是指由于沉淀的表重量分析中，共沉淀现象是指由于沉淀的表面吸附作用、混晶现象、吸留和包藏等原因，面吸附作

13、用、混晶现象、吸留和包藏等原因，使重量分析的测定产生误差。使重量分析的测定产生误差。 但利用上述的共沉淀现象，可达到微量和痕但利用上述的共沉淀现象，可达到微量和痕量组分的富集和分离的目的。量组分的富集和分离的目的。 如：利用如：利用CuSCuS沉淀的生成，可使至少沉淀的生成，可使至少0.020.02 g gHgHg2+2+从一升溶液中与从一升溶液中与CuSCuS一起沉淀出来；若单独一起沉淀出来；若单独沉淀其中的沉淀其中的HgHg2+2+，则因为浓度太低无法直接进行，则因为浓度太低无法直接进行沉淀操作。沉淀操作。这里我们把这里我们把CuSCuS称为共沉淀剂或载体。这种方法称为共沉淀剂或载体。这种

14、方法称为共沉淀分离法。称为共沉淀分离法。利用共沉淀现象进行分离主要有三种情况：利用共沉淀现象进行分离主要有三种情况：1.1.利用表面吸附作用进行共沉淀分离利用表面吸附作用进行共沉淀分离 具有表面吸附作用的沉淀大都为胶状的非晶形具有表面吸附作用的沉淀大都为胶状的非晶形沉淀，如沉淀，如Fe(OH)Fe(OH)3 3、 Al(OH)Al(OH)3 3，因其沉淀的表面，因其沉淀的表面积大，吸附性能强，对痕量组分易产生吸留现象。积大，吸附性能强，对痕量组分易产生吸留现象。 这种形式的沉淀，富集效率较高，但选择性较这种形式的沉淀，富集效率较高，但选择性较差，且引入过多的载体离子，往往给下一步的分差，且引入

15、过多的载体离子，往往给下一步的分析造成一定的难度。析造成一定的难度。2.2.利用生成混晶进行的共沉淀分离利用生成混晶进行的共沉淀分离 如果两种金属离子的晶格相同，则在进行沉淀如果两种金属离子的晶格相同，则在进行沉淀时，这两种金属离子就有可能生成混晶。常见的时，这两种金属离子就有可能生成混晶。常见的混晶有混晶有BaSOBaSO4 4-RaSO-RaSO4 4，BaSOBaSO4 4-PbSO-PbSO4 4，MgNHMgNH4 4AsOAsO4 4- -MgNHMgNH4 4POPO4 4等。同样这种方法也存在载体干扰痕量等。同样这种方法也存在载体干扰痕量组分的测定问题。组分的测定问题。3.3.

16、利用有机共沉淀剂进行的共沉淀分离利用有机共沉淀剂进行的共沉淀分离 方法的作用机理与无机共沉淀剂不同，可采用方法的作用机理与无机共沉淀剂不同，可采用离子与离子之间的缔合作用进行共沉淀，也可利离子与离子之间的缔合作用进行共沉淀，也可利用胶体的凝聚作用进行共沉淀；其选择性优于无用胶体的凝聚作用进行共沉淀；其选择性优于无机沉淀剂，并且由于共沉淀剂是有机物，因而机沉淀剂，并且由于共沉淀剂是有机物，因而沉淀后可以灼烧，对下一步的测定影响较小。沉淀后可以灼烧，对下一步的测定影响较小。2-2 2-2 溶剂萃取分离法溶剂萃取分离法一一. .分配系数、分配比、萃取效率和分离因数分配系数、分配比、萃取效率和分离因数

17、 溶剂萃取又称液溶剂萃取又称液液萃取法，使用与水不相液萃取法，使用与水不相溶的有机溶剂与试液一起振荡，试样中某些组溶的有机溶剂与试液一起振荡，试样中某些组分进入有机相，某些组分留在了水相，达到彼分进入有机相，某些组分留在了水相，达到彼此分离。该方法简单、快速、应用广泛。此分离。该方法简单、快速、应用广泛。 方法的基本原理是方法的基本原理是基于不同的物质在不同溶剂基于不同的物质在不同溶剂中其中其分配系数分配系数的的不同不同。如有一溶质如有一溶质A A，同时接触两种互不相溶的溶剂，同时接触两种互不相溶的溶剂( (水水和某有机溶剂和某有机溶剂) )，振荡后，振荡后，A A物质在两相中的分配物质在两相

18、中的分配达到了平衡，即：达到了平衡，即： A A物质在两相中的浓度关系可用分配系数物质在两相中的浓度关系可用分配系数K KD D表表示：示： K KD D=A A有有/A A水水 如如I I2 2在水和在水和CClCCl4 4之间的分配系数之间的分配系数K KD D为一常数为为一常数为85.385.3，即，即: :4222 85.3CClH OII/ 但有些物质在两相中的存在形式与但有些物质在两相中的存在形式与I I2 2不同，不同，如：如：Os(Os(锇锇) )，如果同样用，如果同样用CClCCl4 4来萃取溶液中来萃取溶液中OsOOsO4 4时，水相中时，水相中OsOs是以是以OsOOsO

19、4 4、OsOOsO5 52-2-、HOsOHOsO5 5- -三种形三种形式存在；此时若用分配系数式存在；此时若用分配系数( (K KD D=OsOOsO4 4 有有/OsO/OsO4 4 水水) )来表示锇元素在两相中分配就与实际情况不来表示锇元素在两相中分配就与实际情况不符，符，为此引入了为此引入了分配比分配比D D的概念，即：的概念，即：DAA总 有总 水/由此可见，由此可见，D D是存在于两相中溶质总浓度之比。是存在于两相中溶质总浓度之比。如前所述，用如前所述，用CClCCl4 4萃取萃取I I2 2，溶质，溶质I I2 2在两相中的存在两相中的存在形式完全相同，这时在形式完全相同，

20、这时D=D=K KD D，但大多数情况下，但大多数情况下 D DK KD D。 对于对于D D较大的物质，根据公式可知，溶质进入较大的物质，根据公式可知，溶质进入有机相的量有机相的量，有利于该物质与水相中其它组分，有利于该物质与水相中其它组分的分离，即的分离，即萃取效率萃取效率较高。较高。 当溶质当溶质A A的水溶液用有机溶剂萃取时，如已知的水溶液用有机溶剂萃取时，如已知水溶液的体积为水溶液的体积为V V水水，有机溶剂的体积为，有机溶剂的体积为V V有有，则，则萃取效率萃取效率(E)(E)：如果分子分母同除以如果分子分母同除以AA总总 水水V V有有，得到：，得到：%100=100+AEAAV

21、AVAV总 有有总 水水总 有有在有机相中的总量在两相中的总量%1 0 0+DEVDV水有 可见，萃取效率可见，萃取效率E E由分配比由分配比D D及及V V水水/V/V有有决定，决定，D D，EE，如果，如果D D不变，不变，V V水水/V/V有有，EE；所以；所以增加有机溶剂的用量，可提高萃取效率；实际增加有机溶剂的用量，可提高萃取效率；实际工作中，一般不采用增加有机溶剂的用量，而工作中，一般不采用增加有机溶剂的用量，而是采取分几次加入溶剂的方法来提高萃取效率是采取分几次加入溶剂的方法来提高萃取效率E E。P.409P.409举例说明。举例说明。 如果两种共存的组分可同时被萃取到有机相，如

22、果两种共存的组分可同时被萃取到有机相，那么在考虑萃取效率那么在考虑萃取效率E E的同时，还必须考虑共存的同时，还必须考虑共存组分的分离效果，一般用组分的分离效果，一般用分离因素分离因素 表示。表示。 =D=DA A/D/DB B，D DA A/D/DB B表示表示A A、B B两种物质分配比的比两种物质分配比的比值；值； 或或，D DA A与与D DB B相差相差，A A、B B两物质可达两物质可达到定量分离；反之，到定量分离；反之，A A、B B两物质就难以分离。两物质就难以分离。 以上我们介绍了分配系数、分配比、萃取效以上我们介绍了分配系数、分配比、萃取效率和分离因素。率和分离因素。二二.

23、 .萃取体系的分类和萃取条件的选择萃取体系的分类和萃取条件的选择 萃取过程一般都用到有机溶剂，而无机物质中萃取过程一般都用到有机溶剂，而无机物质中只有少数的共价分子可直接用有机溶剂萃取，多只有少数的共价分子可直接用有机溶剂萃取，多数难溶于有机溶剂。为使这部分无机离子的萃数难溶于有机溶剂。为使这部分无机离子的萃取过程也能顺利进行，则必须在水溶液中加入取过程也能顺利进行，则必须在水溶液中加入某种试剂与被萃无机离子结合形成不带电荷并某种试剂与被萃无机离子结合形成不带电荷并能溶于有机溶剂的中性分子，这种试剂称为能溶于有机溶剂的中性分子，这种试剂称为萃萃取剂取剂。 根据萃取剂与被萃离子所形成的分子性质的

24、根据萃取剂与被萃离子所形成的分子性质的不同，可把萃取体系分类如下：不同，可把萃取体系分类如下：1.1.形成螯合物的萃取体系形成螯合物的萃取体系 此方法所用的萃取剂一般是有机弱酸，如此方法所用的萃取剂一般是有机弱酸，如CuCu2+2+在在pH=9pH=9的氨性溶液中，可与铜试剂的氨性溶液中，可与铜试剂(DDTC)(DDTC)生成疏生成疏水性的螯合物：水性的螯合物： 欲分离水溶液中的欲分离水溶液中的CuCu2+2+，可在上述条件下加入，可在上述条件下加入铜试剂，然后用氯仿萃取，形成的螯合物即进铜试剂，然后用氯仿萃取，形成的螯合物即进入有机相。入有机相。2.2.形成离子缔合物的萃取体系形成离子缔合物

25、的萃取体系 阴离子和阳离子通过互相缔合，形成中性分子，阴离子和阳离子通过互相缔合，形成中性分子，从而被有机溶剂所萃取。从而被有机溶剂所萃取。P.410P.410举例说明。举例说明。3.3.形成三元配合物的萃取体系形成三元配合物的萃取体系 如前所述，三元配合物具有选择性好，灵敏度如前所述，三元配合物具有选择性好，灵敏度高的特点，因而这类体系发展较快，研究较多。高的特点，因而这类体系发展较快，研究较多。 以上大都是针对金属离子的萃取分离，对于以上大都是针对金属离子的萃取分离，对于有机物的萃取分离，一般遵守有机物的萃取分离，一般遵守“相似相溶相似相溶”原原则。即：极性有机物和有机物的盐类，通常溶则。

26、即：极性有机物和有机物的盐类，通常溶于水而不溶于非极性的有机溶剂中；反之，非于水而不溶于非极性的有机溶剂中；反之，非极性的有机化合物可溶于非极性的有机溶剂中。极性的有机化合物可溶于非极性的有机溶剂中。2-3 2-3 色谱法色谱法 色谱法也称色层法、层析法。该方法由俄国植色谱法也称色层法、层析法。该方法由俄国植物学家物学家M.M.茨维特在茨维特在19061906年创立，年创立，他用此方法为了他用此方法为了分离叶绿素的成分。分离叶绿素的成分。其中起分离作用的柱称为色谱柱；其中起分离作用的柱称为色谱柱；固定在柱内的填充物固定在柱内的填充物( (如如CaCOCaCO3 3) )称称 为固定相；为固定相

27、；沿着柱流动的溶剂沿着柱流动的溶剂( (如石油醚如石油醚) )称称 为流动相；为流动相；试样混合物的分离过程也就是试样中各组分在色试样混合物的分离过程也就是试样中各组分在色谱分离柱中的两相间不断进行着的分配过程。谱分离柱中的两相间不断进行着的分配过程。当流动相当流动相( (石油醚石油醚) )携带的混合物携带的混合物( (叶绿素叶绿素) )流经流经固定相时，组分与固定相发生了相互作用。由固定相时，组分与固定相发生了相互作用。由于混合物中各组分在性质和结构上的差异，固于混合物中各组分在性质和结构上的差异，固定相对植物叶中不同组分定相对植物叶中不同组分( (叶绿素中的色素叶绿素中的色素) )的的吸附

28、力不同，随着流动相的移动而使它们彼此吸附力不同，随着流动相的移动而使它们彼此分离，结果被固定相分离，结果被固定相CaCOCaCO3 3吸附牢固的往下流动吸附牢固的往下流动慢些，反之，流动快些，如此形成色谱带。慢些，反之，流动快些，如此形成色谱带。 茨维特即根据谱带颜色对植物叶的色素进行茨维特即根据谱带颜色对植物叶的色素进行鉴定分析，为此命名该方法为色谱法或层析法鉴定分析，为此命名该方法为色谱法或层析法等等(chromatography)(chromatography)。一一. .色谱法的分类色谱法的分类1.1.按固定相和流动相性质的不同进行分类：按固定相和流动相性质的不同进行分类：2.2.按固

29、定相操作方式以及所处的状态不同进行分按固定相操作方式以及所处的状态不同进行分 类：类： 柱色谱柱色谱 将固定相装入玻璃管或金属管中做成色谱将固定相装入玻璃管或金属管中做成色谱 柱进行色谱工作。柱进行色谱工作。 纸色谱纸色谱 利用滤纸作为层析工具进行色谱工作。利用滤纸作为层析工具进行色谱工作。 薄层色谱薄层色谱 把一种吸附剂粉末铺在一玻璃板上，作为固把一种吸附剂粉末铺在一玻璃板上，作为固 定相进行色谱工作定相进行色谱工作3.3.按色谱法的工作原理不同进行分类：按色谱法的工作原理不同进行分类： 吸附色谱吸附色谱 其固定相是一种吸附剂，利用它对被分组分其固定相是一种吸附剂，利用它对被分组分 吸附能力

30、的差别来进行分离。吸附能力的差别来进行分离。 分配色谱分配色谱 其固定相是一种液体，利用不同组分在固定其固定相是一种液体，利用不同组分在固定 相和流动相两相间的分配系数的差别来进行相和流动相两相间的分配系数的差别来进行 分离。分离。 离子交换色谱离子交换色谱 利用离子交换原理进行分离。利用离子交换原理进行分离。 排阻色谱排阻色谱 利用多孔性物质对不同大小分子利用多孔性物质对不同大小分子的排阻作用进行分离。的排阻作用进行分离。二二. .纸色谱法和薄层色谱法纸色谱法和薄层色谱法1.1.纸色谱法纸色谱法 纸色谱法纸色谱法( (paper chromatographypaper chromatogra

31、phy) )是在滤纸是在滤纸上进行的一种色谱分析法。上进行的一种色谱分析法。 其固定相为结合于滤纸上的水分或其他溶剂其固定相为结合于滤纸上的水分或其他溶剂；而滤纸则被看作一种惰性载体，不参与分离；而滤纸则被看作一种惰性载体，不参与分离组分的过程；流动相组分的过程；流动相( (展开剂展开剂) )为分离过程中沿为分离过程中沿滤纸流动的溶剂。滤纸流动的溶剂。 在纸色谱法中，组分在固定相和流动相两相在纸色谱法中，组分在固定相和流动相两相间作相对运动，间作相对运动，其分离原理属于分配原理。其分离原理属于分配原理。一般要求适合于做纸色谱的滤纸能吸收一般要求适合于做纸色谱的滤纸能吸收202025%25%的水

32、分。其中的水分。其中6%6%的水通过的水通过氢键与滤纸纤维素上的羟基氢键与滤纸纤维素上的羟基结合，形成纸色谱中的固定结合，形成纸色谱中的固定相。因此相。因此在纸色谱法分离中，在纸色谱法分离中，组分在两相中的组分在两相中的分配系数分配系数起起主要作用。主要作用。 分配系数分配系数定义为：定义为： K=CK=Cs s/C/Cm mC Cs s表示组分在固定相中的浓度，表示组分在固定相中的浓度，C Cm m表示组分表示组分在流动相中的浓度。在流动相中的浓度。 在纸色谱和薄层色谱法中，组分的移动情在纸色谱和薄层色谱法中，组分的移动情况通常以况通常以比移值比移值R Rf f来表示，其定义如下：来表示，其

33、定义如下： 在纸色谱法和类似的其他色谱法中，在纸色谱法和类似的其他色谱法中，R Rf f值与值与分配系数分配系数K K值有关。两者的关系为：值有关。两者的关系为：fR 原点至组分中心的距离原点至流动相前沿的距离 纸色谱法中组分的纸色谱法中组分的K K值愈大值愈大(K=C(K=Cs s/C/Cm m) )，说，说明组分在固定相明组分在固定相( (水水) )中的分配量也愈大，该组中的分配量也愈大，该组分易溶于固定分易溶于固定相，而不易溶于流动相相，而不易溶于流动相，具体表，具体表现现d d1 1， R Rf f，因此：，因此： K K d d2 2/d/d1 1 该公式推导如下：该公式推导如下：设

34、组分移动距离为设组分移动距离为d d1 1，流动相，流动相 移动距离为移动距离为d dm m，两者之差为，两者之差为d d2 2，则：则：R Rf f=d=d1 1/d/dm m=d=d1 1/(d/(d1 1+ d+ d2 2) )1(1)msfVKVR 另一方面，组分的移动距离还与两相的体另一方面，组分的移动距离还与两相的体积比有关，积比有关，K K V Vs s/V/Vm m d d2 2/d/d1 1 ； 综合以上两式：综合以上两式：d d2 2/d/d1 1=K=K(V(Vs s/V/Vm m) ) 根据根据R Rf f的定义，可推出：的定义，可推出： K=VK=Vm m/V/Vs

35、s(1/R(1/Rf f -1)-1) 如果实验条件固定，则决定组分如果实验条件固定，则决定组分R Rf f值的主要值的主要因素为它的分配系数。因素为它的分配系数。 在分配色谱中，当固定液的极性大于流动在分配色谱中，当固定液的极性大于流动相的极性时，称为正相色谱；当固定液的极性相的极性时，称为正相色谱；当固定液的极性小于流动相的极性时，称为反相色谱。小于流动相的极性时，称为反相色谱。 薄层色谱法薄层色谱法(thin layer chromatography)(thin layer chromatography)是在纸色谱法的基础上发展而来。薄层色谱按是在纸色谱法的基础上发展而来。薄层色谱按其分

36、离机理也可分为两种，即其分离机理也可分为两种，即分配色谱分配色谱和和吸附吸附色谱色谱。通常在纸色谱中，因固定相通常在纸色谱中，因固定相( (水水) )的极性较强，的极性较强，所以常属于正相色谱；如果将滤纸用极性较低的所以常属于正相色谱；如果将滤纸用极性较低的液体液体( (如烃类如烃类) )进行处理替代水作固定液，而以极进行处理替代水作固定液，而以极性较大的溶剂为流动相，即可形成反相纸色谱。性较大的溶剂为流动相，即可形成反相纸色谱。2.2.薄层色谱法薄层色谱法 吸附色谱吸附色谱是利用吸附剂对试样中各组分吸是利用吸附剂对试样中各组分吸附能力的不同来进行分离。附能力的不同来进行分离。 分配色谱分配色

37、谱是利用试样中各组分在流动相和是利用试样中各组分在流动相和固定相中溶解度的不同，在两相间不断进行分固定相中溶解度的不同，在两相间不断进行分配而达到分离的目的。配而达到分离的目的。 在一定温度下，组分在固定相与流动相之在一定温度下，组分在固定相与流动相之间的分配情况可用分配等温线表示，即间的分配情况可用分配等温线表示，即达到分达到分配平衡时组分在固定相中的浓度对流动相中浓配平衡时组分在固定相中的浓度对流动相中浓度作图得到的曲线度作图得到的曲线( (固定相为吸附剂时称为吸附固定相为吸附剂时称为吸附等温线等温线) )。 常用流动相按极性增强次序排列如下：常用流动相按极性增强次序排列如下：石油醚石油醚

38、、环己烷环己烷、四氯化碳四氯化碳、苯苯、甲苯甲苯、氯仿氯仿、 乙醚乙醚、乙酸乙脂乙酸乙脂、正丁醇、正丙醇、正丁醇、正丙醇、1,2-1,2-二氯二氯甲烷、丙酮、乙醇、甲醇、水、吡啶、醋酸。甲烷、丙酮、乙醇、甲醇、水、吡啶、醋酸。3.3.分配等温线分配等温线一般有三种形式：一般有三种形式：第一种为直线型，此时组分在两相间的分配与第一种为直线型，此时组分在两相间的分配与组分浓度无关，这种类型的物质展开后，斑点组分浓度无关，这种类型的物质展开后，斑点对称，形状较好一般呈圆形。对称，形状较好一般呈圆形。 第二种为凸线型，又称第二种为凸线型，又称LangmuirLangmuir等温线，等温线，当组分浓度较

39、高时，曲线向下弯曲，浓度大的当组分浓度较高时，曲线向下弯曲，浓度大的区域较浓度小的区域移动快，在展开过程中形区域较浓度小的区域移动快，在展开过程中形成前沿清晰而后面拖尾的斑点。成前沿清晰而后面拖尾的斑点。 第三种为凹线型，又称第三种为凹线型，又称FrenundlichFrenundlich等温线，等温线，与凸线型相反，组分浓度较高时移动慢，斑点与凸线型相反，组分浓度较高时移动慢，斑点的后沿的后沿清晰清晰而前沿呈而前沿呈“伸舌头伸舌头”状。状。 从三种等温线图可看出，在低浓度时它们从三种等温线图可看出，在低浓度时它们都有一段呈线性的关系。都有一段呈线性的关系。分离时如将样品量控制在一定范围内，则

40、分离时如将样品量控制在一定范围内，则可获得较好的斑点形状，有利于鉴定和定量。可获得较好的斑点形状，有利于鉴定和定量。三三. .纸色谱和薄层色谱法的基本操作纸色谱和薄层色谱法的基本操作 两种方法的基本操作相同，包括点样、展两种方法的基本操作相同，包括点样、展开、显色、定位等几个步骤。分别概述如下：开、显色、定位等几个步骤。分别概述如下：1.1.薄板的制备薄板的制备(1)(1)干法制板：干法制板： 将固体吸附剂将固体吸附剂( (氧化铝或硅氧化铝或硅胶胶) )均匀撒在薄层上，用手拉动两端带有套圈均匀撒在薄层上，用手拉动两端带有套圈的玻棒，套圈的厚度即为薄层所需的厚度，的玻棒，套圈的厚度即为薄层所需的

41、厚度，一般为一般为0.250.250.3mm0.3mm。此法的缺点：薄板不易保存，展开时毛细管作此法的缺点：薄板不易保存，展开时毛细管作用力大，斑点较易扩散，展开方式只能近水平用力大，斑点较易扩散，展开方式只能近水平位置。位置。(2)(2)湿法制板：称取一定量的吸附剂用适量溶剂湿法制板：称取一定量的吸附剂用适量溶剂( (通常为水通常为水) )调成糊状；根据所需薄层厚度及玻调成糊状；根据所需薄层厚度及玻板的大小，量取一定体积的吸附剂糊状物倒在板的大小，量取一定体积的吸附剂糊状物倒在板上，振动，使之均板上，振动，使之均匀分布形成薄层，然匀分布形成薄层，然后平放阴干，置烘箱后平放阴干，置烘箱中活化中

42、活化(80(80105)105)1/21/22h2h，放于干燥，放于干燥器中备用。器中备用。 最常用的吸附剂有硅胶，氧化铝，其次是最常用的吸附剂有硅胶，氧化铝，其次是聚酰胺，硅酸镁等；活性炭的吸附性太强，又聚酰胺，硅酸镁等；活性炭的吸附性太强，又呈黑色，不易观察；故现在很少使用。呈黑色，不易观察；故现在很少使用。2.2.点样点样 在纸或薄层板的一端约在纸或薄层板的一端约1 13cm3cm处点上样品溶处点上样品溶 液，等溶剂挥发后即将纸或薄板放入缸内或液，等溶剂挥发后即将纸或薄板放入缸内或 槽内展开。槽内展开。3.3.展开展开所谓展开即使流动相溶剂沿滤纸或薄层板所谓展开即使流动相溶剂沿滤纸或薄层

43、板 从点有样品的一端向另一端流动的过程。样从点有样品的一端向另一端流动的过程。样 品中组分被流动相带动前移，并由于各组分品中组分被流动相带动前移，并由于各组分 与固定相的作用力不同而得到分离。与固定相的作用力不同而得到分离。 纸色谱分离时，应将滤纸纸色谱分离时，应将滤纸用流动相蒸汽饱和，展开用流动相蒸汽饱和，展开时间也比薄层色谱长些。时间也比薄层色谱长些。4.4.定位定位经上述展开至溶剂前经上述展开至溶剂前沿到达纸或薄板另一沿到达纸或薄板另一端时，即可将其取出。端时，即可将其取出。待溶剂挥发干后，用适当方法确定斑点的位置。待溶剂挥发干后，用适当方法确定斑点的位置。如荧光喷试剂等使斑点显色。如荧

44、光喷试剂等使斑点显色。 纸色谱与薄层色谱的检出方法很相似，根纸色谱与薄层色谱的检出方法很相似，根据不同的检出对象与检出目的，可选用不同的据不同的检出对象与检出目的，可选用不同的试剂与方法。试剂与方法。如果希望定位后，物质不改变，可采用非如果希望定位后，物质不改变，可采用非破环性检出法。破环性检出法。 如需确认某一成分，可用专属显色剂或几如需确认某一成分，可用专属显色剂或几种显色剂进行定位。种显色剂进行定位。一般纸色谱所用的显色剂均可用于分配薄一般纸色谱所用的显色剂均可用于分配薄层，但颜色可能不同；薄板的灵敏度通常较纸层，但颜色可能不同；薄板的灵敏度通常较纸色谱高；显色剂的应用还取决于载体的性质

45、。色谱高；显色剂的应用还取决于载体的性质。一般定位方法分为一般定位方法分为物理检出法物理检出法和和化学检出法化学检出法。物理检出法物理检出法属于非破坏性检出法，方法包括使属于非破坏性检出法，方法包括使用用紫外光紫外光、碘碘和和水水。分配薄层的载体和粘合剂均为无机物，可使用分配薄层的载体和粘合剂均为无机物，可使用很多种试剂包括腐蚀性试剂浓硫酸等；而纸色很多种试剂包括腐蚀性试剂浓硫酸等；而纸色谱则不能用。谱则不能用。 对于未知化合物展开后，一般都先使用对于未知化合物展开后，一般都先使用紫紫外光外光进行观察，常用的波长为进行观察，常用的波长为254nm254nm和和365nm365nm。芳香胺化合物

46、使用芳香胺化合物使用365nm365nm波长较多。如果被检化波长较多。如果被检化合物在紫外区某波长处有较强吸收，合物在紫外区某波长处有较强吸收，其特征为其特征为薄板用此波长照射时斑点处会变暗。薄板用此波长照射时斑点处会变暗。碘也碘也属于非破坏性显色剂。显色迅速、灵属于非破坏性显色剂。显色迅速、灵敏。碘的显色反应往往是可逆的；当化合物用敏。碘的显色反应往往是可逆的；当化合物用I I2 2定位后放置于空气中，定位后放置于空气中，I I2 2即可升华，组分可恢即可升华，组分可恢复原来状态。复原来状态。I I2 2简单的显色方法：简单的显色方法：在一个密闭的容器中，放入几粒碘晶体使整个在一个密闭的容器

47、中，放入几粒碘晶体使整个容器充满容器充满I I2 2蒸汽。把展开后的薄板蒸汽。把展开后的薄板( (晾干晾干) )放入盛放入盛碘的容器内，斑点即呈淡黄色或褐色。取出薄板，碘的容器内，斑点即呈淡黄色或褐色。取出薄板，用小针画出斑点轮廓，在空气中放置一段时间，用小针画出斑点轮廓，在空气中放置一段时间，碘挥发以后颜色随之褪去。碘挥发以后颜色随之褪去。I I2 2对许多化合物对许多化合物( (含氮，脂类，甾体，皂苷等含氮，脂类，甾体，皂苷等) )检出灵敏度较高。另外要注意的是被检化合物检出灵敏度较高。另外要注意的是被检化合物的性质，因为有的有机物与的性质，因为有的有机物与I I2 2也可能进行也可能进行

48、不可不可逆的反应逆的反应，导致化合物的结构发生改变。，导致化合物的结构发生改变。水水也属于非破坏性的显色剂，通常用于硅也属于非破坏性的显色剂，通常用于硅胶薄层，许多憎水性化合物的硅胶板展开后，胶薄层，许多憎水性化合物的硅胶板展开后，用水喷薄板，在光照下观察，半透明薄板上可用水喷薄板，在光照下观察，半透明薄板上可显出不透明的斑点，此法已用于环己醇、烃类、显出不透明的斑点，此法已用于环己醇、烃类、胆酸等化合物的分析。胆酸等化合物的分析。 化学检出法化学检出法在纸或薄层上使用一种或数种在纸或薄层上使用一种或数种化学试剂与被检物反应，生成有色化合物而定化学试剂与被检物反应，生成有色化合物而定位。位。

49、这种试剂通常称为这种试剂通常称为显色剂显色剂。对显色剂的基。对显色剂的基本要求：本要求： 1.1.背景与斑点颜色需形成鲜明对比。背景与斑点颜色需形成鲜明对比。 2.2.能在纸和薄板上显出一个轮廓清晰的斑点。能在纸和薄板上显出一个轮廓清晰的斑点。 3.3.显出的颜色有足够的稳定性。显出的颜色有足够的稳定性。 4.4.反应灵敏，能显出微量组分。反应灵敏，能显出微量组分。常用的显色剂常用的显色剂： H H2 2SOSO4 4系列：硫酸水溶液硫酸甲醇或系列：硫酸水溶液硫酸甲醇或乙醇溶液硫酸溶液硫酸铵溶液乙醇溶液硫酸溶液硫酸铵溶液 喷雾后有的化合物立即反应，而有的则需加喷雾后有的化合物立即反应，而有的则

50、需加热经数分钟后才显色。热经数分钟后才显色。 磷钼酸铵溶液磷钼酸铵溶液 (NH(NH4 4) )3 3P(MoP(Mo3 3O O1010) )4 4 适用于多种有机化合物的显色，常常喷后适用于多种有机化合物的显色，常常喷后于于120120加热，磷钼酸铵的还原性物质显蓝色，加热，磷钼酸铵的还原性物质显蓝色，薄板如用氨气熏一熏，背景可变为无色。薄板如用氨气熏一熏，背景可变为无色。 高锰酸钾溶液高锰酸钾溶液 可与许多有机化合物反应，在淡红色背景可与许多有机化合物反应，在淡红色背景下，斑点呈黄色。下，斑点呈黄色。 荧光黄溶液荧光黄溶液 喷雾后，常常把板置于紫外光下观察，为喷雾后，常常把板置于紫外光下

51、观察，为芳香族与杂环化合物的通用显色剂芳香族与杂环化合物的通用显色剂有时还常采用有时还常采用专用显色剂专用显色剂，如茚三酮为检，如茚三酮为检测氨基酸的专用显色剂。要注意的是对于有些测氨基酸的专用显色剂。要注意的是对于有些反应在纸色谱中是无法应用的。反应在纸色谱中是无法应用的。综上所述，纸色谱和薄层色谱法相比较：综上所述，纸色谱和薄层色谱法相比较： 1.1.操作过程基本相同；操作过程基本相同；2.2.薄层分离所需时间较短，纸色谱分离所需时薄层分离所需时间较短，纸色谱分离所需时 间较长；间较长； 3.3.薄层分离能力强，斑点较集中，检出灵敏度较薄层分离能力强，斑点较集中，检出灵敏度较高；纸色谱分离

52、后斑点较为扩散，检出灵敏度高；纸色谱分离后斑点较为扩散，检出灵敏度不如薄层；但有些水溶性物质如糖不如薄层；但有些水溶性物质如糖苷氨基苷氨基酸等用纸色谱法比用薄层法的分离效果好些酸等用纸色谱法比用薄层法的分离效果好些 两者共有的优点是不需特殊设备，操作简便两者共有的优点是不需特殊设备，操作简便, , 可用于微克量样品的分离可用于微克量样品的分离2-4 2-4 离子交换分离法离子交换分离法 该方法利用离子交换剂与溶液中的离子之间该方法利用离子交换剂与溶液中的离子之间发生交换反应来进行的分离方法。发生交换反应来进行的分离方法。 这种方法不仅可分离带不同电荷的离子，也这种方法不仅可分离带不同电荷的离子

53、，也可分离带相同电荷的离子，同时可富集微量或痕可分离带相同电荷的离子，同时可富集微量或痕量组分，制备纯物质。量组分，制备纯物质。 离子交换剂有无机交换剂和有机交换剂，常离子交换剂有无机交换剂和有机交换剂，常用的大都为有机交换剂，即称为离子交换树脂。用的大都为有机交换剂，即称为离子交换树脂。一一. .离子交换树脂离子交换树脂 离子交换树脂是一种高分子聚合物，具有稳定离子交换树脂是一种高分子聚合物，具有稳定的网状结构的骨架部分，与酸、碱、弱氧化剂、的网状结构的骨架部分，与酸、碱、弱氧化剂、某些有机溶剂都不发生作用，如常用的聚苯乙烯某些有机溶剂都不发生作用，如常用的聚苯乙烯型骨架，是由苯乙烯和二乙烯

54、苯聚合得到：型骨架，是由苯乙烯和二乙烯苯聚合得到：此聚合物经浓硫酸磺此聚合物经浓硫酸磺化可制得聚苯乙烯型化可制得聚苯乙烯型磺酸基离子交换树脂，磺酸基离子交换树脂，骨架用骨架用R R表示。表示。 这里把磺酸基称为可以交换的活性基团，根据这里把磺酸基称为可以交换的活性基团，根据可被交换活性基团的性质不同，可把离子交换树可被交换活性基团的性质不同，可把离子交换树脂分成阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。脂分成阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。1.1.阳离子交换树脂阳离子交换树脂 所谓的阳离子交换树脂是指在树脂上含有可以所谓的阳离子交换树脂是指在树脂上含有可以和阳离子发生交换作用的和阳离子发生交换作用的酸性

55、基团酸性基团，如，如-SO-SO3 3H H、- -COOHCOOH、酚基和磷酸基等。根据这些酸性基团的酸、酚基和磷酸基等。根据这些酸性基团的酸性强弱，又可分为强酸型阳离子交换树脂和弱酸性强弱，又可分为强酸型阳离子交换树脂和弱酸型阳离子交换树脂。型阳离子交换树脂。 强酸型的如强酸型的如R-SOR-SO3 3H H，因其酸性较强，外界，因其酸性较强，外界pHpH的变化对它影响很小，所以在酸性、中性、碱的变化对它影响很小，所以在酸性、中性、碱性溶液中均可使用，另外磺酸基上的性溶液中均可使用，另外磺酸基上的H H容易电离，容易电离，所以交换速度快，与各种复杂的、无机的和有所以交换速度快，与各种复杂的

56、、无机的和有机的阳离子都可进行交换。机的阳离子都可进行交换。 相反，弱酸型的如相反，弱酸型的如R-COOHR-COOH，在溶液中有如下，在溶液中有如下的平衡：的平衡： 当溶液酸度过高时，交换过程就难以进行，当溶液酸度过高时，交换过程就难以进行，只有当只有当pHpH值值4 4时，羧基才具备一定的离子交换时，羧基才具备一定的离子交换能力；而对于酚基，能力；而对于酚基，pHpH值则必须值则必须9.59.5。虽然应。虽然应+RCOOHRCOO+ H 用上用上受到一定的限制，但选择性提高了，可用受到一定的限制，但选择性提高了，可用来分离不同强度的有机物。来分离不同强度的有机物。 上述的树脂均利用了酸性基

57、团中上述的树脂均利用了酸性基团中H H+ +与溶液中与溶液中的其它阳离子进行交换来达到分离的目的，因的其它阳离子进行交换来达到分离的目的，因此这类阳离子交换树脂也称为此这类阳离子交换树脂也称为H-H-型阳离子交换型阳离子交换树脂树脂。如。如R-SOR-SO3 3H H与溶液中与溶液中NaNa+ +的交换反应可表示的交换反应可表示如下：如下：+33R-SO H+ NaR-SO Na+H 交换过程洗脱过程 溶液中的溶液中的NaNa+ +进入树脂的网状结构中，交换了进入树脂的网状结构中，交换了磺酸基上的磺酸基上的H H+ +，H H+ +则进入了溶液，此时树脂转化则进入了溶液，此时树脂转化为为NaN

58、a型，此过程称为型，此过程称为交换过程交换过程；如果以适当浓；如果以适当浓度的酸溶液处理已交换的树脂度的酸溶液处理已交换的树脂(Na(Na型型) )，反应向，反应向反方向进行，树脂可恢复原状，此过程称为反方向进行，树脂可恢复原状，此过程称为再再生或洗脱过程生或洗脱过程。再生后的树脂可重复使用。再生后的树脂可重复使用。2.2.阴离子交换树脂阴离子交换树脂 阴离子交换树脂大都含有可交换溶液中的阴离阴离子交换树脂大都含有可交换溶液中的阴离子的子的碱性基团碱性基团，如：伯氨基，如：伯氨基-NH-NH2 2、仲胺基、仲胺基-NH(C-NH(CH H3 3) )、叔胺基、叔胺基-N(CH-N(CH3 3)

59、 )2 2、季胺基、季胺基-N(CH3)-N(CH3)+ +3 3OHOH- -等等树脂水合后即分别生成树脂水合后即分别生成R-NHR-NH3 3+ +OHOH- -，R-NHR-NH2 2(CH(CH3 3) )+ +OHOH- -和和R-NH(CHR-NH(CH3 3) )2 2+ +OHOH- -，水合后含有季胺基的树脂，水合后含有季胺基的树脂为强碱性阴离子交换树脂，其中的为强碱性阴离子交换树脂，其中的OHOH- -与其他阴与其他阴离子离子(Cl(Cl- -) )进行交换和洗脱的过程可表示为：进行交换和洗脱的过程可表示为： 同样交换后的柱子如果再用含有同样交换后的柱子如果再用含有OHOH

60、- -的溶液进的溶液进行处理，树脂可再生重复使用。行处理，树脂可再生重复使用。 与阳离子交换树脂类似，阴离子交换树脂中与阳离子交换树脂类似，阴离子交换树脂中以强碱性的应用较广，弱碱性的同样受溶液中以强碱性的应用较广，弱碱性的同样受溶液中+-+-3 33 3R-N(CH ) OH +ClR-N(CH ) Cl +OH 交换过程洗脱过程酸度的影响较大，在酸度的影响较大，在pHpH较高的溶液中会失去其较高的溶液中会失去其交换能力。交换能力。3.3.螯合树脂螯合树脂 在离子交换树脂中引入某些能与金属离子螯合在离子交换树脂中引入某些能与金属离子螯合的活性基团，即成为螯合树脂。如常用的氨基二的活性基团，即