置換氣相色層是一種科研方法。
基本介紹
- 中文名：置換氣相色層
- 類型：科研方法
氣相色譜儀色譜法,色層分離法,正面分析和置換展開,離子交換,
氣相色譜儀色譜法
又叫色層法、層析法。初時是作為一種分離手段而研究的。其原理是混合物中不同組分在流動相和固定相間具有不同的分配係數，當兩相作相對運動時，這些組分在兩相間的分配反覆多次，從而產生很大的分離效果，使它們得以充分分離。到了20世紀50年代，人們才開始把這種分離手段與檢測系統連線起來，從而構成了一種獨特的分析方法。然而這種方法發展極快，成為分析化學中最富活力的一個領域，也成為生物化學和有機化學中廣泛套用的一種手段。特別是在有機天然產物的分離和分析中顯示了獨特作用。
置換氣相色層
色層分離法
離子排斥法是套用色層分離法(chromatographicseparation，亦稱色譜分離法)的原理。色層分離法是一種先進的分離和提純物質的方法，已廣泛套用於分析化學和許多前沿科學中。它的基本原理是使用一種特選的吸附劑，裝在直立的柱中，讓所處理的溶液通過，由於吸附劑與溶液中的不同成份有不同的親合力(或排斥力)，在溶液通過時將其中的不同成份分開來。因所用吸附劑的種類和性質不同，它可以分離不同分子結構、或不同電性質、或不同分子量的物質。將它用於分離有色物時，可以看到吸附柱的不同高度呈現不同顏色的多個色層，亦稱色譜。再通入洗脫液(如水)，可將這些成份順序洗出。在不同洗脫容積(或洗脫時間)時，各種成份濃度的變化曲線稱為色譜圖。
溶液通過吸附柱時的分離作用是逐漸進行的，要經過相當長的吸附柱才能將多成份的混合物分離為各個組分，較少混雜的情況。實際使用的吸附柱長度為1～2m。在工業中常套用置換色層法，或稱排代色層法，一次通入一定量的物料，然後通入水或洗脫液(置換劑)，反覆進行，使各種組分沿色層柱向前推進。在這個過程中，溶液中各種成份因為與吸附劑的親合力不同，經過多次反覆的結合和分離，最後各組分順次流出吸附柱：受排斥的成份最先流出，隨後是無親合力的成份，然後是親合力較強和最強的組分，最後是洗脫液。流出液還有一部分是混合物，可將它返回作洗脫液，再次進行分離，並減少新加入的洗脫液量。
正面分析和置換展開
正面分析和置換展開是A·蒂薩留斯（Tiselius）及其同事，特別是S·克雷森（Claesson），在40年代初介紹的色層法技術。正面分析就是連續測定流出柱的液體的折射率。然後以折射率對體積繪製曲線，記錄組分通過柱的移動情況。一開始測出的是溶劑的折射率，因為柱上的固體足夠多，可將全部溶質吸附住。後來折射率發生了改變，吸附的最不牢固的溶質就開始與吸附劑分開，穿流過去，接著各種溶質相繼流過去。這種方法不僅已經用於分離，而且用到了脂肪酸及其酯和脂肪醇那樣一些混合物的定量分析中，蒂薩留斯及其同事原先是用此法來分離碳柱上的糖和蛋白質分裂產物的。
置換展開在原理上類似於正面分析，它利用一種溶液進行展開，這種溶液含有一種比柱上已吸附的物質更易被吸附的溶質，層帶隨著柱的展開同時向下移動。排出的溶液如正面分析一樣進行分析。這個技術的優點是，連續層帶隨著前後帶流過去後，所含的雜質比正面分析所含的要少。
離子交換
在第二次世界大戰期間，離子交換樹脂被很有效的用於從核反應堆中分離裂變產物。其中許多裂變產物處在周期表的稀土金屬區，它們的分離極其費時費事。在使用了陽離子交換樹脂後，才使得這些分離工作大有進展。1947年，E·R·湯普金斯（Tompkins）、F·H·斯佩丁（Spedding）、G·E·博伊德（Boyd）、L·S·邁爾斯（Myers）、J·A·艾爾斯（Ayres）及其合作者發表了一系列論文，介紹這一工作的成果。他們使用能與稀土元素離子絡合的檸檬酸鹽，並細心地控制pH值，從而得到很好的分離效果。衣阿華州立學院核研究所的斯佩丁等人採用離子交換方法對稀土元素進行了大規模的分離實驗。芝加哥附近的林德賽化學公司利用類似的方法進行了商品生產。對無機化學作出了傑出貢獻。
1947年，蒂薩留斯、德雷克（Drake）和哈格達爾（Hagdahl）在離子交換樹脂上將胺基酸分離成鹼性、中性和酸性幾種不同類型。甚至更早時，布絡克（Block）就成功地在磺酚陽離子交換樹脂（一種進行陽離子交換的磺化酚醛樹脂）上進行了類似的分離操作。
40年代末，由於原子能工業需要分離裂變產物給離子交換樹脂工業以極大推動，各種型號的樹脂研製出來。1947年，美國柯林頓（Clinton）研究室的凱特爾（B.H.Ketelle）等在強酸型Dowex—50（美國Dow化學公司商品型號）樹脂上分離了稀土。眾所周知鋯鉿分離曾是化學上的難題。1948年美國加州大學的西博格（G.T.Seaborg）和斯特里特（K.StreetJr）在Dowex-50型樹脂上分離鋯—鉿，回收了66%的鉿，其中鋯含量小於0.1%；1949年，美國橡樹嶺實驗室的克勞斯（K.A.Kraus）和赫夫曼（E.H.Huffman）也分別用其他類型的樹脂和介質條件分離鋯—鉿成功。這是離子交換技術對無機化學的又一重大貢獻。
1950年，美國科學家維爾納（L.B.Werner）等利用pH為3.5的檸檬酸緩衝液在Dowex-50樹脂上分離了Am和Cm；同年，斯特里特也用這種樹脂以3.3摩/升鹽酸為洗提劑使Am和Cm與稀土的混合物分離；同年，美國加州大學的湯普森（S.G.Thompson）等則將Bk與Cm、Am、Pu分開。Nb、Ta和Pa的分離也是長期以來困擾人們的難題，1948年K·A·克勞斯和G·E·摩爾（Moore）在Dower-1型樹脂上分離了Nb與Ta，Zr與Nb的氟絡合物。1953年他們又用這種方法使Zr、Pa和Nb、Ta得以分離。
由於離子交換樹脂在一系列疑難的分離課題中顯示出了非凡的功能，從而促使科學家們對離子交換機制和交換平衡的理論開展研究。1940年美國加州理工學院的化學家J·N·威爾遜（Wilson）和德·沃爾特（D.DeVault）分別推導出層析吸附的數學式。1941年，英國里茲的化學家馬丁（A.J.P.Martin）和辛格（R.L.M.Synge）提出了與分餾類似的柱體理論，並進行“理想塔板”數的計算。1947年，美國柯林頓實驗室的S·W·邁厄爾（Meyer）等計算了在溶解的與被吸收的溶質之間達到平衡過程所需的柱長。1955年，英國哈韋爾（Harwell）原子能研究所的格留考夫（E.Gluckauf）對他們的計算加以修正，列表指出分離產物的純度是分離因數的函式。
