常用分離與富集方法

常用分離與富集方法第一頁，共六十四頁，2022年，8月28日干擾的消除－分離、富集與掩蔽干擾是指在分析測試過程中，由于非故意原因?qū)е聹y定結(jié)果失真的現(xiàn)象（有意造成的失真稱為過失?。?。主要是由于樣品中與待測組分性質(zhì)相似的共存物引起的，或者是某種外因給出與待測組分相同的信號響應(yīng)，從而產(chǎn)生錯誤的結(jié)果。干擾是產(chǎn)生分析誤差的主要來源。消除干擾是一門藝術(shù)，是分析測試最耗時(shí)費(fèi)力的一環(huán)。消除干擾的主要方法是分離、富集和掩蔽。第二頁，共六十四頁，2022年，8月28日3.1 沉淀分離法根據(jù)溶解度的不同，控制溶液條件使溶液中化合物或離子分離的方法統(tǒng)稱為沉淀分離法。對于金屬離子的分離，根據(jù)沉淀劑的不同，可分為無機(jī)沉淀劑分離法、有機(jī)沉淀劑分離法和共沉淀分離富集法。3.1.1 無機(jī)沉淀劑分離法最有代表性的無機(jī)沉淀劑有NaOH、NH3、H2S等。大多數(shù)金屬離子都能生成氫氧化物沉淀，但沉淀的溶解度往往相差很大，有可能借控制酸度的方法使某些金屬離子彼此分離。金屬離子分離的最宜pH范圍與計(jì)算值常會有出入，必須由實(shí)驗(yàn)確定。第三頁，共六十四頁，2022年，8月28日采用NaOH作沉淀劑可使兩性元素與非兩性元素分離，兩性元素便以含氧酸陰離子形態(tài)保留在溶液中，非兩性元素則生成氫氧化物沉淀。在銨鹽存在下以氨水為沉淀劑（pH8-9）可使高價(jià)金屬離子如Th4+、Al3+、Fe3+等與大多數(shù)一、二價(jià)金屬離子分離。此時(shí)，Ag+、Cu2+、Ni2+、Zn2+、Cd2+等以氨絡(luò)合物形式存在于溶液中，而Ca2+、Mg2+因其氫氧化物溶解度較大，也會留在溶液中。此外，還可加入某種金屬氧化物（如ZnO）或有機(jī)堿[如(CH2)6N4]等來調(diào)節(jié)和控制溶液的酸度，以達(dá)到沉淀分離的目的。第四頁，共六十四頁，2022年，8月28日硫化物沉淀法與氫氧化物沉淀法相似，不少金屬硫化物的溶度積相差很大，可以借控制硫離子的濃度使金屬離子彼此分離。在常溫常壓下，H2S飽和溶液的濃度大約與[H+]2呈反比因此，可以通過控制溶液酸度的方法來控制溶液中硫離子的濃度，以實(shí)現(xiàn)分離的目的。例如，往氯代乙酸緩沖溶液中通入H2S，則使Zn2+沉淀為ZnS而與Fe2+，Co2+，Ni2+，Mn2+分離。硫化物共沉淀現(xiàn)象嚴(yán)重，分離效果常常不理想，加之H2S有毒氣味難聞，現(xiàn)在硫化物沉淀分離法應(yīng)用不廣泛。第五頁，共六十四頁，2022年，8月28日3.1.2有機(jī)沉淀劑分離法有機(jī)沉淀劑種類繁多、選擇性高、共沉淀不嚴(yán)重、沉淀晶形好、在較低溫度下就能夠除掉水分。

例如：丁二酮肟在氨性溶液中，在酒石酸存在下，它與鎳的反應(yīng)幾乎是特效的:

在弱酸性溶液中也只有Pd2+、Ni2+與它生成沉淀。

第六頁，共六十四頁，2022年，8月28日例如：銅鐵試劑在1：9H2SO4中可定量沉淀Fe3+、Th4+、V(V)等而與Al3+、Cr3+、Co2+、Ni2+等分離。8-羥基喹啉能與許多金屬離子在不同pH下生成沉淀，可通過控制溶液酸度和加入掩蔽劑來分離某些金屬離子。在8-羥基喹啉分子中引入某些基團(tuán)，也可以提高分離的選擇性。例如：與Al3+、Zn2+均生成沉淀，而2-甲基8-羥基喹啉不能與Al3+生成沉淀，仍能與Zn2+生成沉淀，可使Al3+與Zn2+分離?？蓞⒖肌队袡C(jī)分析試劑手冊》第七頁，共六十四頁，2022年，8月28日3.1.3 共沉淀劑分離富集法在定量分析課程中討論共沉淀現(xiàn)象時(shí)，主要考慮它的消極方面。但在微量組分測定中，卻往往利用共沉淀現(xiàn)象來分離和富集那些含量極微的不能用常規(guī)沉淀方法分離出來的組分。例如，自來水中微量鉛的測定，因鉛含量甚微，測定前需要預(yù)富集。若采用濃縮的方法會使干擾離子的濃度同樣地提高，但采用共沉淀分離富集的方法則較合適。為此，通常是往大量自來水中加入Na2CO3,使水中的Ca2+轉(zhuǎn)化為CaCO3沉淀或特地向中加CaCO3并猛烈搖動，水中的就Pb2+會被CaCO3沉淀載帶下來。可將所得沉淀用少量酸溶解，再選適當(dāng)方法測定鉛。上述方法中所用的共沉淀劑（載體）是CaCO3，屬于無機(jī)共沉淀劑。這類共沉淀劑的作用機(jī)理主要是表面吸附或形成混晶，而把微量組分載帶下來。第八頁，共六十四頁，2022年，8月28日3.1.4 提高沉淀劑分離選擇性的方法(1)控制溶液的酸度這是最常用的方法,前面提到的氫氧化物沉淀分離、硫化物沉淀分離都是控制溶液酸度以提高沉淀選擇性的典型例子。

(2)利用絡(luò)合掩蔽作用利用掩蔽劑提高分離的選擇性是經(jīng)常被采用的手段。例如，往含Cu2+、Cd2+的混合溶液中通入H2S時(shí)，它們都會生成硫化物沉淀；若在通H2S之前，加入KCN溶液，由于Cu2+與CN-反應(yīng)生成穩(wěn)定的絡(luò)合物，便不再被H2S沉淀；而Cd2+雖也生成Cd(CN)42-絡(luò)合物，但穩(wěn)定性差，仍將生成CdS沉淀，這樣就能使Cu2+與Cd2+分離了。第九頁，共六十四頁，2022年，8月28日又如Ca2+和Mg2+間的分離問題，若用(NH4)2C2O4作沉淀劑沉淀時(shí)，部分MgC2O4也將沉淀下來，但若加過量(NH4)2C2O4，則Mg2+與過量C2O42-會形成Mg(C2O4)2絡(luò)合物而被掩蔽，這樣便可使Ca2+和Mg2+分離。在沉淀分離中應(yīng)用EDTA作掩蔽劑，可以有效地提高了分離效果。以草酸鹽形式分離Ca2+和Pb2+就是一例：PbC2O4在水溶液中的溶解度比CaC2O4小，但在EDTA存在下，并控制一定酸度，就能選擇性地沉淀Ca2+而使之與Pb2+分離，

第十頁，共六十四頁，2022年，8月28日(3)利用氧化還原反應(yīng)許多元素可以處于多種氧化態(tài)，而不同氧化態(tài)與同一種試劑的作用常不同，通過預(yù)先氧化或還原，改變離子的價(jià)態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)分離的目的。例如，F(xiàn)e3+與Cr3+的分離，用氨水為沉淀劑是不能使兩者分離的，如果先把Cr3+氧化成CrO42-，則CrO42-就不會被氨水沉淀了，這樣就能將鐵和鉻定量分離。再如，在巖石分析中，Mn2+含量不高，往往僅部分地與氧化物Fe2O3和Al2O3等一起沉淀，仍有一部分留在溶液中，就會干擾以后對Ca2+、Mg2+的測定。為此，可先把Mn2+氧化到Mn(IV)，由于MnO(OH)2溶解度小，就可與上述氧化物一起定量沉淀，從而消除了Mn2+對Ca2+、Mg2+測定的干擾。第十一頁，共六十四頁，2022年，8月28日3.2 萃取分離法萃取是將所要分析的化合物從一種溶液

（如水相）轉(zhuǎn)移到另外一種不相混溶的溶液中（通常為有機(jī)相）或者從固體中將化合物提取到液相中的方法。前者是液-液萃取，后者是液-固萃取。最近由于可反應(yīng)固定相的發(fā)展，可以將物質(zhì)從液相中萃取到固定相中，這一新技術(shù)被稱為固相萃取。第十二頁，共六十四頁，2022年，8月28日3.2.1 萃取分離的基本原理當(dāng)與水互不相溶的有機(jī)溶劑（有機(jī)相）和水溶液（水相）一起混合振蕩時(shí)，由于一些組分的疏水性而從水相轉(zhuǎn)入有機(jī)相，而親水性的組分留在水相中，這樣就實(shí)現(xiàn)了提取和分離。無機(jī)化合物的溶劑萃取可以追溯到十九世紀(jì)。1892年，Rothe和Hanroit分別用二乙醚萃取了鹽酸中的鐵之后這一方法被應(yīng)用于從共存金屬離子中分離鐵。第十三頁，共六十四頁，2022年，8月28日1891年Nernst從熱力學(xué)的角度闡述了分配定律：假定化合物A在水相和與水不相溶的有機(jī)相中都沒有達(dá)到飽和,當(dāng)分配達(dá)到平衡時(shí)，如果A在兩相中存在的形式相同，則A在水相和有機(jī)相中的濃度之比在給定的溫度下是常數(shù)。該常數(shù)記作KD，稱作分配系數(shù)：嚴(yán)格地講活度之比才為常數(shù)。只有中性分子才可被萃取，而中性分子的活度受介質(zhì)影響較小，所以在應(yīng)用分配定律時(shí)可用濃度代替活度。

(3.1)第十四頁，共六十四頁，2022年，8月28日定義化合物A在兩相中各形式濃度和之比為分配比

（Distributionratio）,以D表示：

當(dāng)化合物A在兩相中的存在形式相同時(shí)，分配比就是分配系數(shù)，是常數(shù)。在其它情形下，分配比不是常數(shù)，且隨介質(zhì)條件改變而變化。

(3.2)第十五頁，共六十四頁，2022年，8月28日萃取率是衡量萃取的總效果的量，常用E表示：即R=V水/V有

相比(3.3)(3.4)第十六頁，共六十四頁，2022年，8月28日圖3.1當(dāng)R=1時(shí)分配比與萃取率的關(guān)系曲線D第十七頁，共六十四頁，2022年，8月28日當(dāng)D不高時(shí)，萃取不完全，可采用多次萃取以提高萃取率。例如，對于n次萃取，萃取率為：(3.5)第十八頁，共六十四頁，2022年，8月28日3.2.2 萃取平衡A萃取劑在兩相中的分配大多數(shù)萃取劑是有機(jī)弱酸（堿），它們的中性形式具有疏水性，易溶于有機(jī)相，在水相中主要是它們的各種離解形式（帶正電荷或負(fù)電荷）。

第十九頁，共六十四頁，2022年，8月28日設(shè)萃取劑是一元弱酸（HL），它在兩相中的平衡可用下式表示：

(3.6)(3.7)從(3.7)式可見：在pH=pKa時(shí),D=?KD；當(dāng)pH<pKa-1時(shí)時(shí)，水相中萃取劑幾乎全部以HL形式存在,DKD；當(dāng)pH>pKa時(shí)，D將變得很小。

第二十頁，共六十四頁，2022年，8月28日圖3.2 乙酰丙酮在水/苯中的分配與pH的關(guān)系

例如在苯/水體系中（圖3.2），乙酰丙酮的KD=5.9，其pKa=8.9,則pH7.9時(shí)，D5.9;pH8.9時(shí)，D=5.9/23.0。第二十一頁，共六十四頁，2022年，8月28日圖3.3 乙酰丙酮在苯/水體系中各種形式的摩爾分?jǐn)?shù)

只要KD，Ka，R及水溶液的pH，就可算出萃取劑各種存在形態(tài)的摩爾分?jǐn)?shù)。第二十二頁，共六十四頁，2022年，8月28日B金屬離子的萃取不論萃取的機(jī)理如何，只有中性的化合物才能被萃取到有機(jī)相。由于這一原因，在很長一段時(shí)間里，溶劑萃取并沒有廣泛應(yīng)用于金屬離子的分離。直到1925年，F(xiàn)ischer應(yīng)用雙硫腙作為沉淀劑與一些金屬離子形成穩(wěn)定的螯合物來分離金屬，他于1934年報(bào)道了應(yīng)用雙硫腙形成螯合物萃取金屬離子。金屬離子的萃取，根據(jù)萃取劑的類型可分為螯合物萃取、離子締合物萃取等方式。第二十三頁，共六十四頁，2022年，8月28日B1螯合物萃取螯合物萃取中使用的螯合劑,一般是有機(jī)弱酸或有機(jī)弱堿。例如，丁二酮肟與鎳，雙硫腙與汞等都是典型的螯合物萃取體系。為了了解影響螯合物萃取的主要因素，下面對萃取平衡作簡單介紹。螯合物萃取體系存在幾個(gè)平衡關(guān)系，可用下圖表示：螯合物萃取體系存在幾個(gè)平衡關(guān)系，可用下圖表示

第二十四頁，共六十四頁，2022年，8月28日總的萃取平衡方程式為：

(3.8)該反應(yīng)的平衡常數(shù)可簡稱為萃取常數(shù)，用Kex表示

(3.9)Kex的大小，取決于鰲合物的分配系數(shù)KD(MLn)和累積穩(wěn)定常數(shù)n，以及鰲合劑的分配系數(shù)KD(ML)和離解常數(shù)(Ka)。第二十五頁，共六十四頁，2022年，8月28日若水相中只有游離的金屬離子M，有機(jī)相中只有螯合物MLn一種形式，則式(3.9)可改寫成：(3.10)實(shí)際萃取時(shí)所涉及的平衡關(guān)系要復(fù)雜得多，如螯合劑在兩相中的分配，以及它在水相中的離解或質(zhì)子化，金屬離子和其他絡(luò)合劑的副反應(yīng)等等。若考慮水相中的M與有機(jī)相中的HL的副反應(yīng)，它的條件萃取比D為:(3.11)第二十六頁，共六十四頁，2022年，8月28日在研究金屬鰲合物萃取分離時(shí)，可以通過實(shí)驗(yàn)作出不同金屬離子的萃取率E-pH曲線。萃取率為50％時(shí)的pH稱為pH1/2，即金屬離子被萃取一半時(shí)的pH。在E=50%和R=1時(shí)，D=1，因此，式(3.11)可改寫為：(3.12)為使兩種金屬離子達(dá)到定量分離，要求兩者的pH1/2相差約3個(gè)pH單位(即分離效果達(dá)到99.9%)。第二十七頁，共六十四頁，2022年，8月28日圖3.4 以雙硫腙的四氯化碳溶液萃取金屬離子時(shí)酸度對萃取率的影響

第二十八頁，共六十四頁，2022年，8月28日如何才能使兩種金屬離子的pH?差值加大，以達(dá)到定量分離的目的？在萃取條件相同的情況下，若兩種金屬離子的螯合物皆是MLn

形式，則式3-12中右邊的后兩項(xiàng)是相同的。為擴(kuò)大它們間的差值，必須從前面兩項(xiàng)考慮：（i）擴(kuò)大兩種金屬離子的萃取常數(shù)的差值。應(yīng)選用螯合物穩(wěn)定常數(shù)相差較大的螯合劑和合適合適的溶劑，使被萃取的螯合物在有機(jī)相中有較大的分配系數(shù)KD以及使留在水相中的另一種金屬鰲合物的KD盡可能小。（ii）加入適當(dāng)?shù)难诒蝿垢蓴_離子的αM（A）有更大的值。而被萃取的金屬離子與掩蔽劑基本無作用。第二十九頁，共六十四頁，2022年，8月28日螯合物萃取有許多成功的例子，被萃取的金屬離子主要以分光光度法測定，比如臨床檢驗(yàn)中血鉛的分離和測定。結(jié)合使用掩蔽劑和調(diào)整溶液pH值，可以達(dá)到選擇性萃取Pb的目的。實(shí)驗(yàn)方案之一如下圖：

第三十頁，共六十四頁，2022年，8月28日B2離子締合物萃取陽離子和陰離子通過靜電引力相結(jié)合而形成電中性的化合物稱離子締合物。該締合物具有疏水性，能被有機(jī)溶劑萃取，例如在HCl溶液中用乙醚萃取FeCl-4時(shí)，溶劑乙醚與H+鍵合生成離子([(CH3CH2)2OH+]，該yang離子與鐵的絡(luò)陰離子締合成稱為yang鹽的中性分子，可被有機(jī)溶劑萃取，即

{(C2H5)2O:H+,FeCl4[(C2H5)2O]-2}第三十一頁，共六十四頁，2022年，8月28日3.2.3 其他萃取方法簡介A連續(xù)萃取在很多情況下，欲萃取的物質(zhì)的分配比很低，需要溶劑的體積非常大，或者需要多次萃取才能夠?qū)崿F(xiàn)待測物質(zhì)的定量萃取。連續(xù)萃取方法和裝置的建立能夠使得溶劑被重復(fù)使用，而且滿足有機(jī)相和水相接觸的時(shí)間足夠長。使得這些化合物的萃取分離或富集成為可能。例如，以氯仿萃取可樂中的咖啡因。圖3.5有機(jī)溶劑重于水時(shí)的連續(xù)萃取裝置

第三十二頁，共六十四頁，2022年，8月28日圖3.6索氏提取器

有些固體樣品中待測成分的分配比較低，對于這些物質(zhì)的提取則同樣需要大量的有機(jī)溶劑。理想的裝置能夠容納非常細(xì)的固體顆粒以保證與有機(jī)溶劑有較大的接觸面，而且能夠重復(fù)使用少量的有機(jī)溶劑。德國農(nóng)業(yè)化學(xué)家FranzRittervonSoxhlet發(fā)明了索氏提取器,如圖3.6所示。儀器由以下幾部分組成：A和C為加熱和控溫裝置；圓底燒瓶B中盛有溶劑；D為萃取腔，E為冷凝管。加熱時(shí)溶劑流通的方向如箭頭所示。被萃取物最終流入B中。之后，純?nèi)軇┯謴腂中蒸發(fā)，重復(fù)圖中所示的萃取過程。每一次循環(huán)之后，B中的萃取物的濃度都在增加。

第三十三頁，共六十四頁，2022年，8月28日B固相萃取固相萃取屬液固分離,物質(zhì)從液相被萃取到固相。固相萃取柱的原理與色譜分離的原理是相同的。1978年，Waters公司將該方法推向市場。所用的固相萃取物質(zhì)是一個(gè)直徑約1cm的鍵合不同種化合物的硅膠多孔盤。樣品通過圓盤時(shí)，所要的化合物保留在固相圓盤上。之后可以用幾毫升甚至小于1mL的溶劑將所要的化合物洗脫下來。在固相萃取中，固相可以直接與待萃取的溶液混合來萃取。但是，最常見的是將固相填充到一個(gè)很小的柱子中，之后將樣品流過柱子。固相萃取的步驟如下圖所示，分為以下五步：（1）選擇合適的固相萃取柱；（2）平衡柱子；（3）加樣；（4）洗滌柱子；（5）洗脫欲測組分。針對不同的樣品的極性等應(yīng)該選擇合適材料的柱子以及合適的洗脫液等等。

第三十四頁，共六十四頁，2022年，8月28日1選柱2平衡3加樣4洗滌5洗脫圖3.7固相萃取過程當(dāng)分析痕量物質(zhì)時(shí)，固相萃取方法則比與傳統(tǒng)的液-液萃取具有明顯的優(yōu)越性：不僅快速，而且節(jié)約了溶劑，避免了濃縮步驟。幾升的溶液可以通過萃取柱，痕量組分被保留在柱上，之后用幾毫升的溶劑便可將組分從柱上洗脫下來。既將待測組分從樣品中提取了了出來，又達(dá)到了濃縮的目的。固相萃取柱僅有10-15塔板數(shù)，遠(yuǎn)不及HPLC的柱效。

第三十五頁，共六十四頁，2022年，8月28日C超臨界流體萃取超臨界流體萃取是氣-固萃取方式。萃取劑是處于超臨界狀態(tài)下的氣體。對于某一特定氣體，當(dāng)溫度和壓力超過某一臨界值（臨界溫度Tc和臨界壓力Pc）后，該氣體便轉(zhuǎn)化為介乎氣態(tài)和液態(tài)的超臨界狀態(tài)（如左圖），形成了超臨界流體。

在超臨界狀態(tài)下，氣體比絕大多數(shù)液體具有較低的粘度和近乎于零的表面張力，具有類似氣體的強(qiáng)大穿透能力和有機(jī)溶劑的溶解度。這一性質(zhì)使得其以更快的速度穿過固相，實(shí)現(xiàn)分離的目的。當(dāng)萃取完全時(shí)，降低壓力，氣體將自動揮發(fā)，萃取下來的化合物將自動得到濃縮。

圖3.8CO2相圖

氣態(tài)固態(tài)第三十六頁，共六十四頁，2022年，8月28日在所有的超臨界流體中，CO2被認(rèn)為是最有效、最安全和最經(jīng)濟(jì)的萃取劑。當(dāng)壓力和溫度在臨界范圍內(nèi)調(diào)節(jié)時(shí)，CO2具有與有機(jī)溶劑相同的溶解度，因此能夠?qū)Υ蠖鄶?shù)有機(jī)物進(jìn)行萃取。第三十七頁，共六十四頁，2022年，8月28日圖3.9超臨界流體萃取裝置示意圖超臨界流體萃取裝置由四部分組成：超臨界流體提供系統(tǒng)（泵）、萃取器、控制器和樣品收集系統(tǒng)。如上圖所示。從鋼瓶放出的CO2經(jīng)高壓柱塞泵壓縮形成CO2液體，再經(jīng)閥門進(jìn)入載有有機(jī)萃取物的高溫萃取儀中，在超臨界溫度和壓力下的CO2流經(jīng)樣品進(jìn)行超臨界萃取。隨后CO2攜帶萃取物經(jīng)限流管一同從萃取池（樣品管）流出并進(jìn)入收集管內(nèi)的回收液中。萃取物被收集在小量溶液內(nèi)，CO2自然揮發(fā)。當(dāng)CO2超臨界流體與萃取物的極型差異較大，而不能對樣品進(jìn)行萃取時(shí)，可利用另一個(gè)泵加入改性劑（夾帶劑）以提高CO2之極性，加強(qiáng)極性樣品的萃取效率。第三十八頁，共六十四頁，2022年，8月28日3.3 膜分離法3.3.1 透析分離透析指利用濃度梯度的差別將低分子量的分子或離子從溶液中除掉的方法。透析的應(yīng)用很廣泛。在醫(yī)學(xué)上，腎功能衰竭的病人每三天需要進(jìn)行血液透析以除去積累在血液中的鹽。在生物制備中，透析分離法用于除去小分子或鹽。例如，采用透析法除去蛋白質(zhì)樣品中的微量金屬離子。將蛋白質(zhì)溶液放入透析袋中，封口，放入純水中。透析膜具有一定的孔徑，只允許小分子透過。由于透析袋內(nèi)外的濃度差，金屬離子遷移到透析袋外的水中，當(dāng)濃度達(dá)到平衡，遷移停止。當(dāng)不斷地更新水，遷移會進(jìn)行下去，從而達(dá)到除去金屬離子的目的。第三十九頁，共六十四頁，2022年，8月28日3.3.2 液膜分離液膜分離具有高效和高選擇性等特點(diǎn)，分為乳狀液膜和支撐液膜，通過選擇不同的載體，可以達(dá)到選擇性分離。支撐液膜是指多孔固體膜材料中固定了有機(jī)溶劑（大多含有萃取劑，又稱流動載體）。乳狀液膜是通過乳化制備的，根據(jù)膜相（有機(jī)溶劑或水）或接收相（內(nèi)相，水或有機(jī)溶劑）不同，分為W/O型和O/W型。制備的乳狀液分散到被分離的溶液（料相或外相）中，料相中的被分離物質(zhì)通過膜相遷移入內(nèi)相，實(shí)現(xiàn)分離。由于液膜分離將萃取和反萃取結(jié)合在一起，分離效率很高。第四十頁，共六十四頁，2022年，8月28日3.4 相變分離法是利用溫度和壓力的變化使得欲分離的物質(zhì)發(fā)生相變，而其他組分不發(fā)生變化而達(dá)到分離的目的。所使用的相變分離方法有揮發(fā)、區(qū)域熔融、蒸餾、升華以及凍干等方法。

第四十一頁，共六十四頁，2022年，8月28日3.5 浮選分離法是指將氣泡通過樣品的懸浮液選擇性地?cái)y帶粒子到溶液表面。在浮選分離法中有吹掃－捕集(purgeandtrap,PAT)泡沫浮選(foamfractionation)等。

第四十二頁，共六十四頁，2022年，8月28日3.6毛細(xì)管電泳法Capillaryelectrophoresis,CE3.6.1毛細(xì)管電泳簡介1808年俄國物理學(xué)家VonReuss首次發(fā)現(xiàn)電泳現(xiàn)象，即溶液中的荷電粒子在電場作用下會因?yàn)槭艿脚懦饣蛭l(fā)生差速遷移。1937年瑞典科學(xué)家AremTiselius成功地將電泳技術(shù)用于人血清中不同蛋白質(zhì)的分離，因此而獲得了1948年諾貝爾化學(xué)獎。1981年美國學(xué)者Jorgenson和Lukacs使用內(nèi)徑為75m的石英毛細(xì)管，配合30kV的高電壓進(jìn)行自由溶液電泳，獲得了高于每米40萬理論塔板數(shù)的分離柱效。CE的特點(diǎn)：高效、快速、低成本，是20世紀(jì)分析化學(xué)領(lǐng)域中最有影響的進(jìn)展之一，在人類基因組計(jì)劃中發(fā)揮了極其重要的作用！參考劉虎威教授的現(xiàn)代色譜分析！第四十三頁，共六十四頁，2022年，8月28日作為與色譜法并列的分離分析技術(shù)，CE與傳統(tǒng)的電泳技術(shù)相比，有如下特點(diǎn)：應(yīng)用范圍廣：分離斜率高：分離模式多：最小檢測限低：分析成本低：儀器簡單：環(huán)境友好：第四十四頁，共六十四頁，2022年，8月28日3.6.2毛細(xì)管電泳的基本原理CE是以電滲流(EOF)為驅(qū)動力，以毛細(xì)管為分離通道，依據(jù)樣品中組分之間淌度和分配行為上的差異而實(shí)現(xiàn)分離的一種液相微分離技術(shù)。當(dāng)離子所受電場力和離子通過介質(zhì)所受的摩擦力達(dá)到平衡時(shí)，可得到如下公式電泳淌度絕對離子淌度和有效淌度e第四十五頁，共六十四頁，2022年，8月28日電滲流(ElectroosmoticFlow,EOF)EOF是CE中最重要的概念，指毛細(xì)管內(nèi)壁表面電荷所引起的管內(nèi)液體的整體流動，來源于外加電場對管壁溶液雙電層的作用。第四十六頁，共六十四頁，2022年，8月28日電荷分布與Zeta電勢圖3.10毛細(xì)管壁雙電層結(jié)構(gòu)示意圖很多非離子型材料如聚四氟乙烯等也可以產(chǎn)生電滲流一般來講，水溶液中固體表面均帶有過剩的電荷。第四十七頁，共六十四頁，2022年，8月28日EOFisinherentinanyCEsetupthatusesbare-fusedsilicacapillariesorcapillariescoatedwithachargedgroup.(3.13)電滲淌度第四十八頁，共六十四頁，2022年，8月28日EffectofFlowProfileonZoneWidth圖3.11不同驅(qū)動力的流型和相應(yīng)的譜帶峰形第四十九頁，共六十四頁，2022年，8月28日電滲流的一個(gè)重要特性是具有平面流型。由于引起流動的推動力在毛細(xì)管的徑向上均勻分布，所以管內(nèi)徑向擴(kuò)散對譜帶擴(kuò)展的影響非常小。另外一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是可使幾乎所有被分析物向同一個(gè)方向運(yùn)動。原因是電滲流淌度比離子的電泳淌度大得多！電滲流的方向一般是從正極到負(fù)極?？梢酝ㄟ^修飾毛細(xì)管內(nèi)表面而使電滲流的方向改變！第五十頁，共六十四頁，2022年，8月28日毛細(xì)管電泳的基本參數(shù)CE中的分析參數(shù)主要有遷移時(shí)間(t，定義為一種物質(zhì)從進(jìn)樣口遷移到檢測點(diǎn)所用的時(shí)間)，遷移距離(l，是被分析物從進(jìn)樣口遷移到檢測點(diǎn)所經(jīng)過的距離)，遷移速率(，是遷移距離與遷移時(shí)間之比)：(3.14)因?yàn)殡妶鰪?qiáng)度等于施加電壓(U)與毛細(xì)管長度(L)之比：(3.15)第五十一頁，共六十四頁，2022年，8月28日對于CE的最簡單模式－毛細(xì)管區(qū)帶電泳(CZE)(3.16)CZE測得的淌度是電泳淌度與電滲流淌度的矢量和，稱為表觀淌度即(3.17)實(shí)驗(yàn)中可以采用一種中性化合物來單獨(dú)測定電滲流淌度，然后求得被分析物的有效淌度。第五十二頁，共六十四頁，2022年，8月28日影響分離的因素在CE中仍然可采用色譜中的塔板和速率理論來描述分離過程。若以電泳峰的標(biāo)準(zhǔn)偏差或方差()表示理論塔板數(shù)(n)，則有：(3.18)造成CE分離過程中譜帶或區(qū)帶展寬的因素主要有擴(kuò)散()、進(jìn)樣()、溫度梯度()、吸附作用()、檢測器()和電分散()等，可用如下的總方差表示：(3.19)第五十三頁，共六十四頁，2022年，8月28日3.6.3CE體系的組成圖3.12CE儀器組成示意圖第五十四頁，共六十四頁，2022年，8月28日MethodsofSampleInjection圖3.13CE中不同的進(jìn)樣方法第五十五頁，共六十四頁，2022年，8月28日各種分離模式CZE：毛細(xì)管區(qū)帶電泳；EKCC：毛細(xì)管電動色譜(MEKC和MEEKC)；CEC：毛細(xì)管電色譜；CGE：毛細(xì)管凝膠電泳；CITP：毛細(xì)管等速電泳；CIEF：毛細(xì)管等電聚焦。第五十六頁，共六十四頁，2022年，8月28日CE有6種分離模式，其中CZE、EKCC和CEC最為常用。CZE：毛細(xì)管區(qū)帶電泳CZE是最簡單的CE模式，分離介質(zhì)只是緩沖液。在正極進(jìn)樣的情況下，正離子首先流出毛細(xì)管，負(fù)離子最后流出。中性物質(zhì)在電場中不遷移，只是隨電滲流一起流出毛細(xì)管，故得不到分離。在CZE中，影響分離的因素主要有緩沖液的種類、濃度和pH，添加劑，分析電壓，溫度，毛細(xì)管的尺寸和內(nèi)壁改性等。第五十七頁，共六十四頁，2022年，8月28日EKCC：毛細(xì)管電動色譜EKCC的最大特點(diǎn)是既可以分離離子型化合物，又能夠分離中性物質(zhì)。包括毛細(xì)管膠束電動色譜(MEKC)和毛細(xì)管微乳電動色譜(MEEKC)。MEKC是Terabe等在1984年提出的。將高于臨界膠束濃度的離子型表面活性劑加入緩沖液中形成膠束，被分析物在膠束(假固定相)和水相中進(jìn)行分配，中性化合物根據(jù)其分配系數(shù)的差異進(jìn)行分離，帶電組分的分離機(jī)理則是電泳和色譜的結(jié)合。MEEKC是1991年在MEKC基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種電泳技術(shù)。第五十八頁，共六十四頁，2022年，8月28日CEC：毛細(xì)管電色譜CEC是在毛細(xì)管中填充或在管壁涂布、鍵合類似HPLC的固定相，在毛細(xì)管的兩端施加高電壓，以電滲流代替高壓泵推動流動相。CEC將HPLC的高選擇性和CE的高柱效有機(jī)地結(jié)合在一起。第五十九頁，共六十四頁，2022年，8月28日Sample100mg/leachanalyteBuffer20mMphosph