层析技术(概念、分类、操作等)

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层析技术 概述
引言
层析法又称色层分析法或色谱法(Chromatography)，它是在1903~1906年由俄国植物 学家M. Tswett首先提出来的。他将叶绿素的石油醚溶液通过CaCO3管柱，并继续以石油醚淋洗，由于CaCO3对叶绿素中各种色素的吸附能力不同，色素被逐渐分离，在管柱中出现了不同颜色的谱带或称色谱图(Chromatogram)。
当时这种方法并没引起人们的足够注意，直到1931年将该方法应用到分离复杂的有机混合物，人们才发现了它的广泛用途。随着科学技术的发展以及生产实践的需要，层析技术也得到了迅速的发展。为此作出重要贡献的是英国生物学家Martin 和Synge，他们首先提出了色谱塔板理论。这是在色谱柱操作参数基础上模拟蒸馏理论，以理论塔板来表示分离效率，定量的描述、评价层析分离过程。其次，他们根据液－液逆流萃取的原理，发明了液－液分配色谱。特别是他们提出了远见卓识的预言：一、流动相可用气体代替液体，与液体相比，物质间的作用力减小了，这对分离更有好处；二、使用非常细的颗粒填料并在柱两端施加较大的压差，应能得到最小的理论塔板高(即增加了理论塔板数)，这将会大大提高分离效率。前者预见了气相色谱的产生，并在1952年诞生了气相色谱仪 ，它给挥发性的化合物的分离测定带来了划时代的变革；后者预见了高效液相色谱(HPLC)的产生，在60年代末也为人们所实现，现在HPLC 已成为生物化学与分子生物学、化学等领域不可缺少的分析分离工具之一。
因此，Martin 和Synge 于1952年被授予诺贝尔化学奖。如今的色层分析法经常用于分离无色的物质，已没有颜色这个特殊的含义，但色谱法或色层分析法这个名字仍保留下来沿用。现在我们简称为层析法或层析技术。层析法的最大特点是分离效率高，它能分离各种性质极相类似的物质。而且它既可以用于少量物质的分析鉴定，又可用于大量物质的分离纯化制备。因此，作为一种重要的分析分离手段与方法，它广泛地应用于科学研究与工业生产上。现在，它在石油、化工、医药卫生、生物科学、环境科学、农业科学等领域都发挥着十分重要的作用。
层析的基本理论
层析法是一种基于被分离物质的物理、化学及生物学特性的不同，使它们在某种基质中移动速度不同而进行分离和分析的方法。例如：我们利用物质在溶解度、吸附能力、立体化学特性及分子的大小、带电情况及离子交换、亲和力的大小及特异的生物学反应等方面的差异，使其在流动相与固定相之间的分配系数(或称分配常数)不同，达到彼此分离的目的。
对于一个层析柱来说，可作如下基本假设：
①层析柱的内径和柱内的填料是均匀的，而且层析柱由若干层组成。每层高度为H，称为一个理论塔板。塔板一部分为固定相占据，一部分为流动相占据，且各塔板的流动相体积相等，称为板体积，以Vm 表示。
②每个塔板内溶质分子在固定相与流动相之间瞬间达到平衡，且忽略分子纵向扩散。
③溶质在各塔板上的分配系数是一常数，与溶质在塔板的量无关。
④流动相通过层析柱可以看成是脉冲式的间歇过程(即不连续过程)。从一个塔板到另一个塔板流动相体积为Vm。当流过层析柱的流动相的体积为V 时，则流动相在每个塔板上跳越的次数为n:n1=v:v1。
⑤溶质开始加在层析柱的第零塔板上。根据以上假定，将连续的层析过程分解成了间歇的动作，这与多次萃取过程相似，一个理论塔板相当于一个两相平衡的小单元。
层析的基本概念
(1)固定相
固定相是层析的一个基质。它可以是固体物质(如吸附剂，凝胶，离子交换剂等)，也可以是液体物质(如固定在硅胶或纤维素上的溶液)，这些基质能与待分离的化合物进行可逆的吸附，溶解，交换等作用。它对层析的效果起着关键的作用。
(2)流动相
在层析过程中，推动固定相上待分离的物质朝着一个方向移动的液体、气体或超临界体等，都称为流动相。柱层析中一般称为洗脱剂，薄层层析时称为展层剂。它也是层析分离中的重要影响因素之一。
(3)分配系数及迁移率(或比移值)
分配系数是指在一定的条件下，某种组分在固定相和流动相中含量(浓度)的比值，常用K 来表示。分配系数是层析中分离纯化物质的主要依据。
K = Cs / Cm
其中Cs: 固定相中的浓度，Cm: 流动相中的浓度。