各类层析色谱分析技术完全讲解
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色谱层析色谱分析法、层析法,是一种分离和分析方法,现代生物企业生产过程中的核心技术之一。
文字在分析化学、有机化学、生物化学等领域有着非常广泛的应用。
色谱法利用不同物质在不同相态的选择性分配,以流动相对固定相中的混合物进行洗脱,混合物中不同的物质会以不同的速度沿固定相移动,最终达到分离的效果。
【色谱理论】保留时间的理论保留时间是样品从进入色谱柱到流出色谱柱所需要的时间,不同的物质在不同的色谱柱上以不同的流动相洗脱会有不同的保留时间,因此保留时间是色谱分析法比较重要的参数之一。
保留时间由物质在色谱中的分配系数决定:tR = t0(1 + KVs / Vm)式中tR表示某物质的保留时间,t0是色谱系统的死时间,即流动相进入色谱柱到流出色谱柱的时间,这个时间由色谱柱的孔隙、流动相的流速等因素决定。
K为分配系数,VsVm表示固定相和流动相的体积。
这个公式又叫做色谱过程方程,是色谱学最基本的公式之一。
在薄层色谱中没有样品进入和流出固定相的过程,因此人们用比移值标示物质的色谱行为。
比移值是一个与保留时间相对应的概念,它是样品点在色谱过程中移动的距离与流动相前沿移动距离的比值。
与保留时间一样,比移值也由物质在色谱中的分配系数决定:R_f=\frac{V_m+KV_s}其中Rf是比移值,K表示色谱分配系数,VsVm表示固定相和流动相的体积。
基于热力学的塔板理论塔板理论是色谱学的基础理论,塔板理论将色谱柱看作一个分馏塔,待分离组分在分馏塔的塔板间移动,在每一个塔板内组分分子在固定相和流动相之间形成平衡,随着流动相的流动,组分分子不断从一个塔板移动到下一个塔板,并不断形成新的平衡。
一个色谱柱的塔板数越多,则其分离效果就越好。
根据塔板理论,待分离组分流出色谱柱时的浓度沿时间呈现二项式分布,当色谱柱的塔板数很高的时候,二项式分布趋于正态分布。
则流出曲线上组分浓度与时间的关系可以表示为:C_t=\frac{\sigma\sqrt{2\pi}} e^{-\frac{(t-t_R)^2}{2\sigma^2}} 这一方程称作流出曲线方程,式中Ct为t时刻的组分浓度;C0为组分总浓度,即峰面积;σ为半峰宽,即正态分布的标准差;tR为组分的保留时间。
层析法色谱法层析法和色谱法都是现代化学分离技术的代表,它们广泛应用于生命科学、制药、化工等领域。
层析法是通过将混合物分离成不同的化合物分馏,分别被吸附在固体材料的不同区域,最终通过逐一反向洗脱的方法分离成单一组分。
层析法有多种类型,例如纸层析、薄层层析、气相层析、离子层析和凝胶层析等。
纸层析是一种简单的动态层析技术,特别适用于生物材料的色素和其它天然产物的分离。
薄层层析是一种静态层析方法,采用由超薄硅基板制成的薄(0.1-0.5mm)多孔度的二氧化硅层面。
离子层析和凝胶层析则是两种常见的固相高效液相色谱。
层析法具有处理任务多样、样品迅速处理和分离效率高等优点。
它可以将大量样品快速地分离,并且不需要高温和高压。
同时,它还可以根据需要选择不同类型的层析方式,以得到更好的结果。
例如,凝胶层析可以分离具有不同形状、大小和电荷特性的发酵液蛋白质样品。
色谱法的分离原理是根据组分在固定相和流动相中的分配系数不同,使流动相中的混合物分离成单一组分。
色谱法的主要类型有气相色谱、液相色谱和离子色谱等。
气相色谱是目前应用最广的色谱方法之一,主要用于气态分子分离和分析。
它的分离依据是各种气体和固体、液体之间的化学亲和力、大小排列不同等作用。
液相色谱是利用需要分离的混合物在液相和固定相中存在不同亲和性来实现分离。
液相色谱广泛应用于生物化学、制药、地质、环境保护、食品工业等领域,能够分离各种化合物,包括有机化合物、天然产物,以及大分子类的物质,例如蛋白质和核酸。
离子色谱则是一种能够分离大量离子化合物的稳定色谱,它可以自动地定量分析各种离子化合物,例如常见的硫酸盐和硝酸盐等。
总的来说,层析法和色谱法是现代化学分离技术中最常见且重要的方法之一。
它们在各个领域中发挥着不可替代的作用,我们相信随着科技的发展,这两种方法将更加成熟和广泛应用。
层析技术(色谱法,Chromatography)概念、分类和操作(3)柱层析的基本装置及基本操作目前,最常用的层析类型是各种柱层析,下面就简述柱层析的基本装置及操作方法,薄层层析的装置和操作将在后面详细讨论。
(1)柱层析的基本装置柱层析的基本装置,如图2-21 。
(2)柱层析的基本操作柱层析的基本操作包括以下一些步骤:①装柱柱子装的质量好与差,是柱层析法能否成功分离纯化物质的关键步骤之一。
一般要求柱子装的要均匀,不能分层,柱子中不能有气泡等。
否则要重新装柱。
首先选好柱子,根据层析的基质和分离目的而定。
一般柱子的直径与长度比为1:10~50,凝胶柱可以选1:100~200。
然后将柱子洗涤干净。
将层析用的基质(如吸附剂、树脂、凝胶等)在适当的溶剂或缓冲液中溶胀,并用适当浓度的酸(0.5~1mol/L)、碱(0.5 ~1mol/L)、盐(0.5~ 1mol/L)溶液洗涤处理,以除去其表面可能吸附的杂质。
然后用去离子水(或蒸馏水)洗涤干净并真空抽气(吸附剂等与溶液混合在一起),以除去其内部的气泡。
关闭层析柱出水口,并装入1/3柱高的缓冲液,并将处理好的吸附剂等缓慢地倒入柱中,使其沉降约3cm 高。
打开出水口,控制适当流速,使吸附剂等均匀沉降,并不断加入吸附剂溶液,吸附剂的多少根据分离样品的多少而定。
注意不能干柱、分层,否则必须重新装柱。
最后使柱中基质表面平坦并在表面上留有2~3cm 高的缓冲液,同时关闭出水口。
②平衡柱子装好后,要用所需的缓冲液 (有一定的pH 和离子强度)平衡柱子。
用恒流泵在恒定压力下走柱子,平衡与洗脱时的压力尽可能保持相同。
平衡液体积一般为3~5倍柱床体积,以保证平衡后柱床体积稳定及基质充分平衡。
如果需要,可用兰色葡聚糖2000在恒压下走柱,如色带均匀下降,则说明柱子是均匀的。
有时柱子平衡好后,还要进行转型处理,这方面的内容将会在离子交换层析中加以介绍。
③加样加样量的多少直接影响分离的效果。
薄层色谱和柱层析一、薄层色谱(TLC)1.原理:薄层色谱是一种基于分子在固体表面和流动相之间相互作用的分离技术。
它使用薄层固定在玻璃或铝板上的吸附剂(例如硅胶或氧化铝)来分离混合物中的化合物。
在色谱板上涂覆样品后,通过液态或气态的流动相让混合物成分在吸附剂上移动,不同化合物的移动速度不同,从而实现分离。
2.应用:薄层色谱被广泛应用于药物化学、食品科学、环境科学和生命科学等领域。
它通常用于混合物的分析,确定混合物中是否存在特定化合物。
此外,它也可用于纯化样品中的化合物,通过可视化或其他检测方法来定位目标化合物位置。
3.操作步骤:薄层色谱的操作步骤主要包括:(1)准备色谱板:将吸附剂均匀涂覆在固定的玻璃或铝板上,使其成为薄层。
(2)样品的涂覆:将待分离的混合物溶解在适当的溶剂中,并用微量移液管将样品均匀地涂覆在色谱板上。
(3)开展分离:将涂覆了样品的色谱板悬挂在色谱槽中,加入合适的溶剂溶液,使之满足色谱板的一端。
(4)显色:在色谱板完全干燥后,通过目视或化学法将化合物可视化。
常用的显色剂包括碘、紫外线灯或化学染色剂。
二、柱层析(CC)1.原理:柱层析是一种基于分子在固定填料(固相)和流动相之间相互作用的分离技术。
根据样品的特性选择不同的固相材料,并将其装填在柱中。
当样品通过柱时,不同化合物与固相发生不同程度的相互作用,从而分离。
2.应用:柱层析广泛应用于化学和生物化学领域,用于分离和纯化化合物。
它可用于药物合成中的纯度检查、食品中毒素的分离、蛋白质的纯化等。
柱层析的分离效果通常较好,纯度高。
3.操作步骤:柱层析的操作步骤主要包括:(1)准备填料和柱子:根据需要选择适当的固相材料,并将其装填在柱子中。
(2)样品的预处理:将待分离的样品预处理,如溶解在适当的溶剂中,并清除杂质。
(3)样品注入:将样品注入柱中,注意控制样品体积和注入速度。
(4)洗脱:通过加入不同组成的洗脱液(流动相),使样品中不同化合物以不同速率从柱中洗脱。
层析法的主要介绍及其应用1.层析法的概念层析法又称色谱法[1].色层法或层离法(Chromatography),是一种应用很广的分离分析方法。
1903年,俄国的植物学家M,C.UBeT在研究分离植物色素过程中,首先创造了色谱法,这是一种根据化合物的不同结构和不同的物理,化学特性,从而具有不同吸附性能的原理,以分离混合物中的化学成分的一种物理化学分离方法,最初用于有色物质,之后应用于大量的无色物质。
色谱法的名称虽然仍然沿用,但已失去原来的含义。
层析法和其他分离方法比较,具有分离效率高,操作又不太麻烦的优点。
因此,层析法的应用越来越广,对于近代化学科学的发展有巨大的影响。
在制药、化工、农业、医学等方面都有着广泛的应用。
2.层析法的历史及原理层析法的历史1903年3月21日俄国植物学家茨维特(Michael Tswett,1872-1919)在华沙自然科学学会生物学会议上发表了“一种新型吸附现象及其在生化分析上的应用”研究论文,介绍了一种应用吸附原理分离植物色素的新方法,并首先认识到这种层析现象在分离分析方面有重大价值。
1906年他在德国植物学杂志发表文章,首次命名上述分离后色带为色谱图,称此方法为色谱法(Chromatography)。
1907年在德国生物学会年会上,展示过带有色带的分离柱管和纯化过的植物色素溶液。
茨维特被世人公认为色谱创始人。
德籍奥地利化学家R.Kuhn 等利用他的方法在纤维状氧化铝和碳酸钙的吸附柱上将过去一个世纪以来公认为单一的结晶状胡萝卜素分离成a 和b 两个同分异构体,并由所取得的纯胡萝卜素确定出了其分子式。
Kuhn正是由于在维生素和胡萝卜素的离析与结构分析中取得了重大研究成果而获得了1938年诺贝尔化学奖.1952年,Martin和James发表第一篇气液色谱论文,首次用气体作流动相,配合微量酸碱滴定,发明了气相色谱,它给挥发性化合物的分离测定带来了划时代的革命。
2.2层析法的原理层析Chromatography(色谱),利用混合物中各组分的物理化学性质间的差异(溶解度、分子极性、分子大小、分子形状、吸附能力、分子亲合力等) ,使各组分在支持物上集中分布在不同区域,借此将各组分分离。