吸附色谱法的洗脱剂
实验室k / 2019-07-26
在任何一种色谱技术中，两个组分的K值不同是获得分离的必备条件，当两个区带的K值在1～10范围时，将会获得满意的分离。在液固色谱中，除了正确选择吸附剂外，还可通过溶剂的选择来改变K值。强的溶剂给出小的K值和快的迁移；弱的溶剂给出大的K值和慢的迁移。亦能改变一对化合物的K值比率，因而使它们的K值有最大差别，这就是溶剂的选译性。由此可知，溶剂在色谱分析中，并不单纯地起着运送溶质通过色谱柱的作用，它还影响着溶质的分配系数。所以，在色谱分析中，溶剂的选择如同吸附剂的选择一样重要。溶剂在液固色谱中的作用如下：
1.溶剂分子和溶质分子在吸附活性位置上的竞争作用 在色谱分析过程中，实际上包含着三个基本过程：①在流动相中，溶剂分子与溶质分子之间的相互作用；②在固定相上，溶剂分子与溶质分子之间的相互作用；③在吸附剂表面的活性位置上，溶剂分子与溶质分子的竞争作用。一般认为，前两者作用可以相互抵消，对溶质的保留并不重要，而后一作用对溶质的分配系数有决定的意义。正由于吸附剂除了要吸附溶质外，还要吸附溶剂，因此，在吸附剂的表面活性位置上也存在着它们两者的竞争，并存在着动平衡：
Sn+mEa ⇋Sa+mEn
式中：S表示溶质，E表示溶剂，n表示不被吸附，a表示被吸附。上式表示在流动相中一个没有被吸附的溶质分子(Sn)置换了m个被吸附的溶剂分子(Ea)，置换的结果是一个溶质分子的吸附(Sa)和m个溶剂分子的解吸(En)。一般认为m等于1，即一个溶质分子置换一个溶剂分子。
Snyder提出了用(S0-Asε0)关系来表示溶质与溶剂分子的吸附和解吸的关系。式中S0表示吸附剂对溶质的吸附能。As是吸附溶质所需的吸附剂面积。ε0是溶剂强度参数，表示单位面积吸附剂对溶剂的吸附能(ε0是相对值，用溶剂正戊烷作标准)。当(S0-Asε0)＞0时，表示吸附溶质；当(S0-Asε0)＜0时，吸附溶剂，溶质不被吸附，可以认为色谱系统需更换溶剂，即需用ε0数值小的溶剂进行洗脱，致使(S0-Asε0)大于零。
前人已规定了一系列溶剂的相对强度(ε0)，认为在极性吸附剂上溶剂强度与溶剂的极性相平行，溶剂强度按增加的次序排列如下：苯＜正己烷＜乙酸乙酯＜正丁醇＜乙醚＜丙醇＜丙酮＜乙醇＜甲醇＜水(在活性炭上，溶剂强度排列次序则与上述的相反)。表14-3表示了一系列纯溶剂在吸附剂氧化铝上的溶剂强度，它们在其他一些极性吸附剂上也有相似的ε0值。
表14-3 常用溶剂在氧化铝上的溶剂强度*
| 溶剂 |
ε0 |
溶剂 |
ε0 |
溶剂 |
ε0 |
溶剂 |
ε0 |
|
正戊烷
石油醚
环己烷
环戊烷
二硫化碳
|
0.00
0.01
0.04
0.05
0.15
|
甲乙酮
丙酮
乙酸乙酯
二乙胺
吡啶
|
0.51
0.56
0.58
0.63
0.71
|
四氯化碳
二甲苯
甲苯
苯
氯仿
|
0.18
0.26
0.29
0.32
0.40
|
异或正丙醇
乙醇
甲醇
乙二醇
|
0.82
0.88
0.95
1.1
|
* 溶剂强度参数ε0也决定于所用的吸附剂，相对值变化不大。在硅胶上，上述溶剂的ε0是在氧化铝上的0.77倍。
2.调节溶质的K值 溶剂通过其强度影响了吸附剂对溶质的吸附能力(S0-Asε0)，因此，吸附剂和溶剂都对溶质的保留起着重要的作用。 Snyder方程式说明了吸附平衡常数K值与吸附剂、溶剂三者之间的关系：
logK＝logVa+α(S0-Asε0)
对于某一给定的溶质而言，在给定的吸附剂上，由于其Va、α、S0和As等均为定值，因此，变化溶剂强度ε0，就能改变该溶质的K值。溶剂强度越大，ε0越大，K值越小。
是由此可知，改变溶剂即可调节溶质的K值，这就是溶剂在液固色谱分析中的一个重要作用。
当然，对于一组欲分离的混合物而言，改变溶剂，意味着改变混合物中所有溶质的K值。这也就是在理论部分所介绍的洗脱分析技术中常用的分级洗脱和梯度洗脱选择溶剂的理论基础。
3.改变一对难分离组分的相对K值 当用某一溶剂洗脱一对难分离组分时，由于其相对K值(K值比率)几近1时，则可用溶剂强度大不相同的另一溶剂进行洗脱。从理论上言，可使它们的K值之比尽可能地大于1(或小于1)，以期达到分离的目的，这就是溶剂的选择性。然而，混合物中值相似的溶质往往其化学结构十分相似，As值也就较接近，因此，改变溶剂也常难达到分离目的这种方法在实际应用中受到了限制。
4.具有相同ε0值的单元溶剂或混合溶剂对于给定的溶质给出相同的K值(在同一吸附剂上) 根据Snyder方程，只要能有相同的溶剂强度ε0，不管是单元溶剂，还是不同溶剂所组成的混合溶剂，都能得出相同的K值。同样，同一种混合溶剂，其组成的比例不同，可以得到不同的ε0值。这在液固色谱的洗脱中有其实践意义，因为在色谱分析中，通常是用混合溶剂来达到分离的目的，只要改变混合溶剂的比例，就能使混合物中各组分在其最合适的值时洗脱，就可获得完全的分离。
应当指出，上面讨论的Snyder模式是假设溶质和溶剂之间无氢键形成。对于强吸附的溶质和溶剂，由于它们之间的氢键作用以及溶剂分子与吸附剂表面的水分子产生竞争作用而发生偏离。当用硅胶作吸附剂时，也有类似的情况发生。
上述的理论可以用来指导吸附色谱分析工作，但在实践中，为了获得满意的分离，常常需要选用几种不同的混合溶剂通过试验才能获得最适宜的溶剂系统。
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