層析的基本概念
1. 固定相:
? 固定相是層析的一個(gè)基質(zhì)。它可以是固體物質(zhì)(如吸附劑,凝膠,離子交換劑等),也可以是液體物質(zhì)(如固定在硅膠或纖維素上的溶液),這些基質(zhì)能與待分離的化合物進(jìn)行可逆的吸附,溶解,交換等作用。它對(duì)層析的效果起著關(guān)鍵的作用。
? 2. 流動(dòng)相:
? 在層析過程中,推動(dòng)固定相上待分離的物質(zhì)朝著一個(gè)方向移動(dòng)的液體、氣體或超臨界體等,都稱為流動(dòng)相。柱層析中一般稱為洗脫劑,薄層層析時(shí)稱為展層劑。它也是層析分離中的重要影響因素之一。
? 3. 分配系數(shù)及遷移率(或比移值):
? 分配系數(shù)是指在一定的條件下,某種組分在固定相和流動(dòng)相中含量(濃度)的比值,常用K來表示。分配系數(shù)是層析中分離純化物質(zhì)的主要依據(jù)。
K=Cs/Cm? ?
其中Cs: 固定相中的濃度,Cm: 流動(dòng)相中的濃度。
? 遷移率(或比移值)是指:在一定條件下,在相同的時(shí)間內(nèi)某一組分在固定相移動(dòng)的距離與流動(dòng)相本身移動(dòng)的距離之比值。常用Rf來表示。(Rf? 1)可以看出:
?Rf ;反之,K Rf? ? ? ? ? ?K??
? 實(shí)驗(yàn)中我們還常用相對(duì)遷移率的概念。相對(duì)遷移率是指:在一定條件下,在相同時(shí)間內(nèi),某一組分在固定相中移動(dòng)的距離與某一標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)在固定相中移動(dòng)的距離之比值。它可以小于等于1,也可以大于1。用Rx來表示。不同物質(zhì)的分配系數(shù)或遷移率是不同的。分配系數(shù)或遷移率的差異程度是決定幾種物質(zhì)采用層析方法能否分離的先決條件。很顯然,差異越大,分離效果越理想。
分配系數(shù)主要與下列因素有關(guān):①被分離物質(zhì)本身的性質(zhì);②固定相和流動(dòng)相的性質(zhì);③層析柱的溫度。對(duì)于溫度的影響有下列關(guān)系式:
lnK G0/RT)? ? ?= -(
式中: K為分配系數(shù)(或平衡常數(shù))
G0為標(biāo)準(zhǔn)自由能變化?
?R為氣體常數(shù)
?T為絕對(duì)溫度
C,G0為負(fù)值,則溫度與分配系數(shù)成反比關(guān)系。通常溫度上升20這是層析分離的熱力學(xué)基礎(chǔ)。一般情況下,層析時(shí)組分的 K值下降一半,它將導(dǎo)致組分移動(dòng)速率增加。這也是為什么在層析時(shí)最好采用恒溫柱的原因。有時(shí)對(duì)于K值相近的不同物質(zhì),可通過改變溫度的方法,增大K值之間的差異,達(dá)到分離的目的。
? 4. 分辨率(或分離度)
? 分辨率一般定義為:相鄰兩個(gè)峰的分開程度。用Rs來表示。圖3-2 是計(jì)算分辨率的示意圖。
圖 3-2 計(jì)算分辨率示意圖
VR1 :組分1從進(jìn)樣點(diǎn)到對(duì)應(yīng)洗脫峰值之間洗脫液的總體積
VR2 :組分2從進(jìn)樣點(diǎn)到對(duì)應(yīng)洗脫峰值之間洗脫液的總體積
? ? ? ? ?W1 :組分1的洗脫峰寬度
? ? ? ? ?W2 :組分2的洗脫峰寬度
? ? ? ? ?Y :組分1和2洗脫峰值處洗脫液的總體積之差值
? ?分辨率:? ? ? Rs = =? ?
由上式可見,Rs值越大,兩種組分分離的越好。當(dāng)Rs = 1時(shí),兩組分具有教好的分離,互相沾染約2%,即每種組分的純度約為98%。當(dāng)Rs=1.5時(shí),兩組分基本完全分開,每種組分的純度可達(dá)到99.8%。如果兩種組分的濃度相差較大時(shí),尤其要求較高的分辨率。?
? 為了提高分辨率Rs 的值,可采用以下方法:
? ⑴ 使理論塔板數(shù)N增大,則Rs上升。
① 增加柱長(zhǎng),N可增大,可提高分離度,但它造成分離的時(shí)間加長(zhǎng),洗脫液體積增大,并使洗脫峰加寬,因此不是一種特別好的辦法。
② m以下,且壓力可達(dá)150kg/cm。它使Rs大大提高,也使分離的效率大大提高了。m;而HPLC柱子的固定相顆粒為10減小理論塔板的高度。如減小固定相顆粒的尺寸,并加大流動(dòng)相的壓力。高效液相色譜(HPLC)就是這一理論的實(shí)際應(yīng)用。一般液相層析的固定相顆粒為100
③ 采用適當(dāng)?shù)牧魉?,也可使理論塔板的高度降低,增大理論塔板?shù)。太高或太低的流速都是不可取的。對(duì)于一個(gè)層析柱,它有一個(gè)最佳的流速。特別是對(duì)于氣相色譜,流速影響相當(dāng)大。
? ⑵ 改變?nèi)萘恳蜃覦(固定相與流動(dòng)相中溶質(zhì)量的分布比)。一般是加大D,但D的數(shù)值通常不超過10,再大對(duì)提高Rs不明顯,反而使洗脫的時(shí)間延長(zhǎng),譜帶加寬。一般D限制在1? D? 10,最佳范圍在1.5-5之間。我們可以通過改變柱溫(一般降低溫度),改變流動(dòng)相的性質(zhì)及組成(如改變pH值,離子強(qiáng)度,鹽濃度,有機(jī)溶劑比例等),或改變固定相體積與流動(dòng)相體積之比(如用細(xì)顆粒固定相,填充的緊密與均勻些),提高D值,使分離度增大。
? ⑶ (分離因子,也稱選擇性因子,是兩組分容量因子D之比),使Rs變大。實(shí)際上,使 增大 增大,就是使兩種組分的分配系數(shù)差值增大。同樣,我們可以通過改變固定相的性質(zhì)、組成,改變流動(dòng)相的性質(zhì)、組成,或者改變層析的溫度,使? 發(fā)生改變。應(yīng)當(dāng)指出的是,溫度對(duì)分辨率的影響,是對(duì)分離因子與理論塔板高度的綜合效應(yīng)。因?yàn)闇囟壬?,理論塔板高度有時(shí)會(huì)降低,有時(shí)會(huì)升高,這要根據(jù)實(shí)際情況去選擇。通常, 的變化對(duì)Rs影響最明顯。
? 總之,影響分離度或者說分離效率的因素是多方面的。我們應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際情況綜合考慮,特別是對(duì)于生物大分子,我們還必須考慮它的穩(wěn)定性,活性等問題。如pH值、溫度等都會(huì)產(chǎn)生較大的影響,這是生化分離絕不能忽視的。否則,我們將不能得到預(yù)期的效果。
? 5. 正相色譜與反相色譜
正相色譜是指固定相的極性高于流動(dòng)相的極性,因此,在這種層析過程中非極性分子或極性小的分子比極性大的分子移動(dòng)的速度快,先從柱中流出來。
反相色譜是指固定相的極性低于流動(dòng)相的極性,在這種層析過程中,極性大的分子比極性小的分子移動(dòng)的速度快而先從柱中流出。
一般來說,分離純化極性大的分子(帶電離子等)采用正相色譜(或正相柱),而分離純化極性小的有機(jī)分子(有機(jī)酸、醇、酚等)多采用反相色譜(或反相柱)。
? 6. 操作容量(或交換容量)
在一定條件下,某種組分與基質(zhì)(固定相)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),存在于基質(zhì)上的飽和容量,我們稱為操作容量(或交換容量)。它的單位是毫摩爾(或毫克)/克(基質(zhì))或毫摩爾(或毫克)/毫升(基質(zhì)),數(shù)值越大,表明基質(zhì)對(duì)該物質(zhì)的親合力越強(qiáng)。應(yīng)當(dāng)注意,同一種基質(zhì)對(duì)不同種類分子的操作容量是不相同的,這主要是由于分子大?。臻g效應(yīng))、帶電荷的多少、溶劑的性質(zhì)等多種因素的影響。因此,實(shí)際操作時(shí),加入的樣品量要盡量少些,特別是生物大分子,樣品的加入量更要進(jìn)行控制,否則用層析辦法不能得到有效的分離。