(分析化学课件)第11章分析化学中常用的分离富集方法
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R—N(CH3)2
R N2 H H 2 O R N 3O H H
交换
R N C3 3 H O H C l 洗脱
R N C3H 3C lOH
二 离子交换树脂的结构与性质
CH CH 2
CH CH 2
+
H C CH 2
O C OH
催
化
剂
分
CH2
CH OH
散 n剂
CH CH 2 CH CH 2 CH CH 2 CH CH 2 CH CH 2 CH CH CH 2 CH CH 2 CH CH 2 CH CH 2 CH CH 2 CH
H2SO4 磺化
CH CH 2 CH CH 2 CH CH 2 CH CH 2 CH CH 2 CH
SO3H
SO3H
SO3H
SO3H
SO3H
SO3H
CH CH 2 CH CH 2 CH CH 2 CH CH 2 CH CH 2 CH
高分子聚合物，具有网状结构，稳定性好。在网状结构
的骨架上连接有活性基团，如-SO3H, -COOH,-N(CH3)3Cl 等，它们可以与溶液中的离子进行交换。
离子交换的过程： R-SO3H + Na+ → R-SO3Na + H+ R-N(CH3)3Cl + OH- → R-N(CH3)3OH + Cl-
树脂的交换容量: 每克干树脂所能交换的物质的量(mmol)。 一般树脂的交换容量3~6 mmol/g。
三 离子交换树脂的亲合力
离子在离子交换树脂上的交换能力，与离子的水 合离子半径、电荷与离子的极化程度有关。
高效毛细管电泳分离 在充有电解质溶液的毛细管两端施加高电压，
溶解在电解质中的物质组分根据电位梯度及离子淌 度的差别，得以电泳分离。
HV.高压电源；C.毛细管；E.电极槽；Pt.铂电极；D.检测器；S.试 样；DA.数据采集处理系统
作业： P378 3，6，12，15
活到老 学到老
流动相
展开剂
纸色谱 滤纸上的水
展开剂
载体
玻璃片
滤纸
比移值: 样品点中心到原点距离(a)与溶
b
剂前沿到原点距离(b)的比值。
aa
a
Rf
xa yb
纸色谱（1）
—分离μg级物质
固定相—滤纸上的吸附水
流动相—溶剂（乙醇、丙酮及与水不相溶的溶剂）
原理：根据溶质A在流动相与固定相（纸纤维中吸 附的水分）中的分配系数不同，流动相因毛细现象 沿纸上升，在固定相中溶解度大的上升慢，溶解度 小的上升快，因而溶质得到分离。
0
5
10 min
碱金属和碱土金属
氨基酸的分离 （用pH递增的柠檬酸盐缓冲溶液洗脱）
蛋白质、酶、核酸等生物活性物质的分离、纯化和富集
第6节 色谱分离
色谱是一种多级分离技术，根据被分离物质分子在两 相（一为固定相，一为流动相）中分配系数的微小差 别进行分离。
固定相 流动相 色谱柱 被分离组分
色谱法
下行法
层 析 缸 薄层板
滤纸条 展开剂
薄层色谱（2）
第7节 电泳和毛细管电泳分离
电泳: 在电场作用下，电解质中带电粒子以不同 的速度向电荷相反的方向迁移的现象。
利用这一现象对化学或生物物质进行分离分析的 技术常常称为电泳技术。
纸电泳 ； 薄层电泳 ； 聚丙稀酰胺电泳； 琼脂糖 电泳等。 等电聚焦电泳；等速电泳 柱状电泳； U形电泳；高效毛细管电泳
强酸型：R—SO3H 不受酸度限制
使用：酸性，中性，碱性
弱酸型：R—COOH pH>4
—OH
pH>9.5
选择性好
交换
R-SO3H + Na+ 洗脱
R-SO3Na + H+
阴离子交换树脂：含碱性活性基团的树脂。
强碱型：R —N(CH3)3Cl 使用：酸性，中性，碱性 弱碱型：R —NH2 ，R—NHCH3
阳离子交换树脂
R-SO3H树脂, 如国产＃732
弱酸型阳离子交换树脂 R-COOH, φ-OH 树脂
强碱型阴离子交换树脂
阴离子交换树脂
R(CH3)3 N+Cl- 树脂
弱碱型阴离子交换树脂
-NH2, -NHR, -NR2 树脂
螯合树脂
大孔树脂
特种树脂
萃淋树脂
纤维素交换剂
负载螯合剂树脂
阳离子交换树脂：含酸性活性基团的树脂。
纸色谱（2）
溶剂前沿
层
析
y
纸
x2
层析缸
x1 起始线
（原点）
展开剂
比移值：R f
x y
R f1
x1 y
R f2
x2 y
与标样比较可定性鉴定
检测方法：
颜色 显色（反应显色） 剪下斑点，用适当的溶剂洗脱后测定（比
色荧光）
氨基蒽醌试样中各种异构体的定性检出
溶剂前沿 1,7-二氨基蒽醌 1,6-二氨基蒽醌
强碱型阴离子交换树脂
F- <OH- <Ac- <HCOO- <H2PO4- <Cl- <NO3- <HSO4<CrO42- &层析
离子交换层析法： 将交换上去的离子，
A
用适当的洗脱剂依 次洗脱而分离。
B
1.Li 6.Cs 2.Na 7.Mg 3.NH4+ 8.Ca 4.K 9.Sr 5.Rb 10.Ba
子
b.阴离子交换树脂
强碱型阴离子交换树脂 F- ＜ OH- ＜ CH3COO- ＜ HCOO- ＜ Cl- ＜ NO2- ＜ CN- ＜ Br＜C2O42- ＜NO3- ＜HSO4- ＜I- ＜CrO42- ＜SO42- ＜Cit. 弱碱型阴离子交换树脂 F-＜Cl-＜Br - ＜I-＜CH3COO-＜MoO42-＜PO43-＜AsO43＜NO3-＜酒石酸根＜CrO42- ＜SO42- ＜OH-
水合离子半径↓,离子电荷↑,离子的极化程度↑ ,亲和力越
大
a 阳离子交换树脂
强酸性阳离子交换树脂
水合半径离子半径
Na+＜Ca2+＜Al3+＜Th4+
Li+ ＜H+ ＜Na+ ＜NH4+ ＜K+ ＜Rb+ ＜Cs+ ＜Ag+ ＜Tl+
Mg2+＜Ca2+＜Sr2+＜Ba2+ 对于弱酸性阳离子交换树脂，H＋的亲合力大于其它阳离
1,8-二氨基蒽醌 1-氨基蒽醌 1-硝基蒽醌 原点
样品： 氨基蒽醌 固定相：
1,4 -溴代萘附着于滤纸纤维 素上。 展开剂： 吡啶：水（1:1）
双向纸色谱法
例：氨基酸混合液点在15×15 cm滤纸边2 cm处，风干，展 开剂用CH3OH-H2O-吡啶（20:5:1），当溶剂移动至14cm处， 取出风干。（第一次展开）
+O+ O+O O+O OOO OOO
交换上柱
O H+
OOO OOO OOO OOO OOO O+O +O+
OO+ ++O +++ +++ +++
淋洗
离子交换分离法：
溶液中的离子与离 子交换树脂发生离 子交换而分离。
一.离子交换剂的种类
无机离子交换剂
有机离子交换剂 (离子交换树脂)
强酸型阳离子交换树脂
第一次展开
• x • x
第二次展开
将滤纸折成筒状，使斑点处于 下方，再用叔丁醇-甲基乙基 酮 -H2O- 二 乙 胺 （ 10:10:5:1 ） 展 开 14cm ， 取 出 风 干 。 （ 第 二次展开）
显色：茚三酮-4-乙-2-甲氮苯冰HAc
薄层色谱（1）
薄 层 板
上行法
层
析 缸
薄层板
展开剂
玻璃板上涂吸附剂层 （ SiO2 ， Al2O3 ）
气相色谱法
液相色谱法
超临界流体色谱法
气
气
液
固
色
色
谱
谱
法
法
平板色谱法
柱色谱法
离
薄 层 色 谱 法
分吸子 排 亲
纸
配附交 阻 和
色
色色换 色 色
谱
谱谱色 谱 谱
法
法法谱 法 法
法
一 萃取色谱
溶剂萃取原理与色谱分离技术相结合的液相分配色谱， 又称反相分配色谱。多用于无机离子的分离。
流动相: 无机化合物水溶液, 载体: 载体材料有：硅藻土、硅胶、聚四氟乙烯及聚乙烯-乙酸乙烯 酯共聚物，活性碳纤维。
四 离子交换分离操作与应用 操作
装柱
离子交换
洗脱
树脂再生
离
子
交
换
树
脂
玻璃纤维
交换柱
1. 树脂的选择和处理 水浸泡,稀盐酸浸泡, 水洗至中性
2 装柱, 防止有气泡 3 交换 4. 洗脱 5 树脂再生
应用： •制备去离子水 •微量组分富集分离（Au,Pt,RE） •阴阳离子分离
离子色谱法
－－基于各种离子与树脂的亲和力不同。
惰性，多孔且孔径分布均匀，比表面大，在流动相中不溶 胀，不吸附水溶液中的离子 固定相: 有机萃取剂 以涂渍或吸留于载体上, 牢固吸附
二 薄层色谱和纸色谱 平面色谱 薄层色谱: 固定相有硅胶，活性氧化铝 及纤维素并铺在玻璃板上。 纸色谱: 多为滤纸。
平面色谱
薄层色谱
固定相
吸附剂(硅胶, Al2O3, 纤维素)
树脂对离子的亲和力顺序
强酸型阳离子交换树脂
对一价阳离子
Li+ <H+ <Na+ <NH4+ <K+ <Rb+ <Cs+ <Ag+ <Tl+
对二价阳离子
Mg2+ <Ca2+ <Sr2+ <Ba2+ <Fe2+ <Co2+ <Ni2 +<Cu2+ <Zn2+
对不同价态离子
Na+ <Ca2+ <Fe3+ <Th4+
(分析化学课件)第11章分析化学中常 用的分离富集方法
第5节 离子交换分离法
离子交换分离法：利用离子交换剂与溶液 中的离子之间发生的交换反应进行分离的 方法。
+ K+
+++ +++ +++ +O+
O+ O +O+ O+O OOO O+O OOO OOO OOO
+++ +++ +++ +++ +++ +++ +++
R N2 H H 2 O R N 3O H H
交换
R N C3 3 H O H C l 洗脱
R N C3H 3C lOH
二 离子交换树脂的结构与性质
CH CH 2
CH CH 2
+
H C CH 2
O C OH
催
化
剂
分
CH2
CH OH
散 n剂
CH CH 2 CH CH 2 CH CH 2 CH CH 2 CH CH 2 CH CH CH 2 CH CH 2 CH CH 2 CH CH 2 CH CH 2 CH
H2SO4 磺化
CH CH 2 CH CH 2 CH CH 2 CH CH 2 CH CH 2 CH
SO3H
SO3H
SO3H
SO3H
SO3H
SO3H
CH CH 2 CH CH 2 CH CH 2 CH CH 2 CH CH 2 CH
高分子聚合物，具有网状结构，稳定性好。在网状结构
的骨架上连接有活性基团，如-SO3H, -COOH,-N(CH3)3Cl 等，它们可以与溶液中的离子进行交换。
离子交换的过程： R-SO3H + Na+ → R-SO3Na + H+ R-N(CH3)3Cl + OH- → R-N(CH3)3OH + Cl-
树脂的交换容量: 每克干树脂所能交换的物质的量(mmol)。 一般树脂的交换容量3~6 mmol/g。
三 离子交换树脂的亲合力
离子在离子交换树脂上的交换能力，与离子的水 合离子半径、电荷与离子的极化程度有关。
高效毛细管电泳分离 在充有电解质溶液的毛细管两端施加高电压，
溶解在电解质中的物质组分根据电位梯度及离子淌 度的差别，得以电泳分离。
HV.高压电源；C.毛细管；E.电极槽；Pt.铂电极；D.检测器；S.试 样；DA.数据采集处理系统
作业： P378 3，6，12，15
活到老 学到老
流动相
展开剂
纸色谱 滤纸上的水
展开剂
载体
玻璃片
滤纸
比移值: 样品点中心到原点距离(a)与溶
b
剂前沿到原点距离(b)的比值。
aa
a
Rf
xa yb
纸色谱（1）
—分离μg级物质
固定相—滤纸上的吸附水
流动相—溶剂（乙醇、丙酮及与水不相溶的溶剂）
原理：根据溶质A在流动相与固定相（纸纤维中吸 附的水分）中的分配系数不同，流动相因毛细现象 沿纸上升，在固定相中溶解度大的上升慢，溶解度 小的上升快，因而溶质得到分离。
0
5
10 min
碱金属和碱土金属
氨基酸的分离 （用pH递增的柠檬酸盐缓冲溶液洗脱）
蛋白质、酶、核酸等生物活性物质的分离、纯化和富集
第6节 色谱分离
色谱是一种多级分离技术，根据被分离物质分子在两 相（一为固定相，一为流动相）中分配系数的微小差 别进行分离。
固定相 流动相 色谱柱 被分离组分
色谱法
下行法
层 析 缸 薄层板
滤纸条 展开剂
薄层色谱（2）
第7节 电泳和毛细管电泳分离
电泳: 在电场作用下，电解质中带电粒子以不同 的速度向电荷相反的方向迁移的现象。
利用这一现象对化学或生物物质进行分离分析的 技术常常称为电泳技术。
纸电泳 ； 薄层电泳 ； 聚丙稀酰胺电泳； 琼脂糖 电泳等。 等电聚焦电泳；等速电泳 柱状电泳； U形电泳；高效毛细管电泳
强酸型：R—SO3H 不受酸度限制
使用：酸性，中性，碱性
弱酸型：R—COOH pH>4
—OH
pH>9.5
选择性好
交换
R-SO3H + Na+ 洗脱
R-SO3Na + H+
阴离子交换树脂：含碱性活性基团的树脂。
强碱型：R —N(CH3)3Cl 使用：酸性，中性，碱性 弱碱型：R —NH2 ，R—NHCH3
阳离子交换树脂
R-SO3H树脂, 如国产＃732
弱酸型阳离子交换树脂 R-COOH, φ-OH 树脂
强碱型阴离子交换树脂
阴离子交换树脂
R(CH3)3 N+Cl- 树脂
弱碱型阴离子交换树脂
-NH2, -NHR, -NR2 树脂
螯合树脂
大孔树脂
特种树脂
萃淋树脂
纤维素交换剂
负载螯合剂树脂
阳离子交换树脂：含酸性活性基团的树脂。
纸色谱（2）
溶剂前沿
层
析
y
纸
x2
层析缸
x1 起始线
（原点）
展开剂
比移值：R f
x y
R f1
x1 y
R f2
x2 y
与标样比较可定性鉴定
检测方法：
颜色 显色（反应显色） 剪下斑点，用适当的溶剂洗脱后测定（比
色荧光）
氨基蒽醌试样中各种异构体的定性检出
溶剂前沿 1,7-二氨基蒽醌 1,6-二氨基蒽醌
强碱型阴离子交换树脂
F- <OH- <Ac- <HCOO- <H2PO4- <Cl- <NO3- <HSO4<CrO42- &层析
离子交换层析法： 将交换上去的离子，
A
用适当的洗脱剂依 次洗脱而分离。
B
1.Li 6.Cs 2.Na 7.Mg 3.NH4+ 8.Ca 4.K 9.Sr 5.Rb 10.Ba
子
b.阴离子交换树脂
强碱型阴离子交换树脂 F- ＜ OH- ＜ CH3COO- ＜ HCOO- ＜ Cl- ＜ NO2- ＜ CN- ＜ Br＜C2O42- ＜NO3- ＜HSO4- ＜I- ＜CrO42- ＜SO42- ＜Cit. 弱碱型阴离子交换树脂 F-＜Cl-＜Br - ＜I-＜CH3COO-＜MoO42-＜PO43-＜AsO43＜NO3-＜酒石酸根＜CrO42- ＜SO42- ＜OH-
水合离子半径↓,离子电荷↑,离子的极化程度↑ ,亲和力越
大
a 阳离子交换树脂
强酸性阳离子交换树脂
水合半径离子半径
Na+＜Ca2+＜Al3+＜Th4+
Li+ ＜H+ ＜Na+ ＜NH4+ ＜K+ ＜Rb+ ＜Cs+ ＜Ag+ ＜Tl+
Mg2+＜Ca2+＜Sr2+＜Ba2+ 对于弱酸性阳离子交换树脂，H＋的亲合力大于其它阳离
1,8-二氨基蒽醌 1-氨基蒽醌 1-硝基蒽醌 原点
样品： 氨基蒽醌 固定相：
1,4 -溴代萘附着于滤纸纤维 素上。 展开剂： 吡啶：水（1:1）
双向纸色谱法
例：氨基酸混合液点在15×15 cm滤纸边2 cm处，风干，展 开剂用CH3OH-H2O-吡啶（20:5:1），当溶剂移动至14cm处， 取出风干。（第一次展开）
+O+ O+O O+O OOO OOO
交换上柱
O H+
OOO OOO OOO OOO OOO O+O +O+
OO+ ++O +++ +++ +++
淋洗
离子交换分离法：
溶液中的离子与离 子交换树脂发生离 子交换而分离。
一.离子交换剂的种类
无机离子交换剂
有机离子交换剂 (离子交换树脂)
强酸型阳离子交换树脂
第一次展开
• x • x
第二次展开
将滤纸折成筒状，使斑点处于 下方，再用叔丁醇-甲基乙基 酮 -H2O- 二 乙 胺 （ 10:10:5:1 ） 展 开 14cm ， 取 出 风 干 。 （ 第 二次展开）
显色：茚三酮-4-乙-2-甲氮苯冰HAc
薄层色谱（1）
薄 层 板
上行法
层
析 缸
薄层板
展开剂
玻璃板上涂吸附剂层 （ SiO2 ， Al2O3 ）
气相色谱法
液相色谱法
超临界流体色谱法
气
气
液
固
色
色
谱
谱
法
法
平板色谱法
柱色谱法
离
薄 层 色 谱 法
分吸子 排 亲
纸
配附交 阻 和
色
色色换 色 色
谱
谱谱色 谱 谱
法
法法谱 法 法
法
一 萃取色谱
溶剂萃取原理与色谱分离技术相结合的液相分配色谱， 又称反相分配色谱。多用于无机离子的分离。
流动相: 无机化合物水溶液, 载体: 载体材料有：硅藻土、硅胶、聚四氟乙烯及聚乙烯-乙酸乙烯 酯共聚物，活性碳纤维。
四 离子交换分离操作与应用 操作
装柱
离子交换
洗脱
树脂再生
离
子
交
换
树
脂
玻璃纤维
交换柱
1. 树脂的选择和处理 水浸泡,稀盐酸浸泡, 水洗至中性
2 装柱, 防止有气泡 3 交换 4. 洗脱 5 树脂再生
应用： •制备去离子水 •微量组分富集分离（Au,Pt,RE） •阴阳离子分离
离子色谱法
－－基于各种离子与树脂的亲和力不同。
惰性，多孔且孔径分布均匀，比表面大，在流动相中不溶 胀，不吸附水溶液中的离子 固定相: 有机萃取剂 以涂渍或吸留于载体上, 牢固吸附
二 薄层色谱和纸色谱 平面色谱 薄层色谱: 固定相有硅胶，活性氧化铝 及纤维素并铺在玻璃板上。 纸色谱: 多为滤纸。
平面色谱
薄层色谱
固定相
吸附剂(硅胶, Al2O3, 纤维素)
树脂对离子的亲和力顺序
强酸型阳离子交换树脂
对一价阳离子
Li+ <H+ <Na+ <NH4+ <K+ <Rb+ <Cs+ <Ag+ <Tl+
对二价阳离子
Mg2+ <Ca2+ <Sr2+ <Ba2+ <Fe2+ <Co2+ <Ni2 +<Cu2+ <Zn2+
对不同价态离子
Na+ <Ca2+ <Fe3+ <Th4+
(分析化学课件)第11章分析化学中常 用的分离富集方法
第5节 离子交换分离法
离子交换分离法：利用离子交换剂与溶液 中的离子之间发生的交换反应进行分离的 方法。
+ K+
+++ +++ +++ +O+
O+ O +O+ O+O OOO O+O OOO OOO OOO
+++ +++ +++ +++ +++ +++ +++