硅胶基质分离材料讲义.pptVIP

硅胶基质分离材料 硅胶组成和结构 硅胶（Silica Gel）是一种高活性吸附材料，通常是用硅酸钠和硫酸反应并经老化、酸泡等一系列后处理过程而制得。 硅胶属非晶态物质，其化学分子式为mSiO2.nH2O。 硅胶的化学成分主要是SiO2，Si－O键的键长为0.162nm，低于氧分子共价半径0.192nm, Si－O键稳定性相对高的原因. [SiO2]4-和[SiO4]6-是形成硅胶三维框架结构的基本单元. 具有多孔的无定形结构不产生任何X 射线衍射。 不溶于水和任何溶剂，无毒无昧，化学性质稳定，除强碱、氢氟酸外不与任何物质发生反应。 特点：吸附性能高、热稳定性好、化学性质稳定、有较高的机械强度、容易控制的孔结构比表面积和专一的表面化学反应等。 常用的5微米粒径、60-100埃孔径的硅胶，可以承受60-70MPa的操作压力，而300-1000埃孔径的硅胶可以承受30MPa的操作压力。 硅胶的表面存在着硅醇基团(Si-OH)和暴露的硅氧烷键(Si-O-Si)硅醇基团是强吸附的极性基团，而硅氧烷键是疏水基团。 硅氧烷键中氧原子上的孤对电子参与π作用，不能参与给体与受体间的相互作用，不能形成氢键。 硅胶表面含有丰富的硅羟基，是硅胶进行表面化学键合和改性的基础。 硅羟基的分类：自由型、邻位型、孪位型、氢键结合水型。 不同类型的硅羟基具有不同的浓度，硅羟基含量的测定方法有同位素交换法滴定法光谱法和烷基铝法等。 根据同位素交换方法测定硅胶表面硅羟基总浓度为8.0±1.0μmol/m2.照晶体点阵计算,硅胶表面羟基数目是8个/nm2, 但用化学方法测定的羟基数一般认为是5个/nm2。 不同类型的硅羟基具有不同的反应活性，对表面键合有利的是自由型和邻位型。 硅胶的孔结构 多孔硅胶的孔结构是由组成硅胶的胶态SiO2质点的大小及其堆积方式决定的。 孔结构归纳为不同的类型,如:杯形、瓶形、裂缝形等,它们必须是开放孔,闭孔对分离是没有贡献的。 平均孔径,实际上是个统计的、平均的概念,即指累积孔径分布曲线50 %处的平均孔径。 平均孔径为6 nm 的硅胶,其比表面积约为300 m2/ g～400 m2/ g ;平均孔径为30 nm 的硅胶,其比表面积约为100 m2/ g 。比表面积随平均孔径的增大而减小。 硅胶固定相 早期：无定型硅胶颗粒 100 um、传质速度慢、色谱柱效率低 中期：薄壳型硅胶固定相 玻璃珠涂布硅胶微粒层, 表面形成一层仅仅1?3?m厚的薄层 30-40 um、孔径均一渗透性好，溶质扩散快 高效、分离快速，但样品负载量少 后期：全多孔微粒固定相 10um、粒度均匀、孔径均匀 其特点是比表面大, 通常在200-500m2/g,负载量大 裝短柱可实现高效、快速分离 孔隙深度通常在10?100nm。 色谱用硅胶性能要求 作为分离材料基质的硅胶,需要有规则的几何形状，即球形，球形硅胶更有利于传质,且使色谱柱的操作压力较低。 适宜的粒子大小。 尽可能窄的粒度分布。 适宜的孔径及孔径分布。 适宜的孔度及比表面积。 高纯度 其中均匀粒度和孔径控制是非常棘手的问题。 HPLC填料颗粒尺寸的演变 van Deemter曲线及方程式 更小的颗粒度…… 硅胶的分离机理 主要是吸附色谱和分配色谱分离机理 吸附色谱, 以吸附剂作固定相，基于溶质在固定相活性表面的吸附亲和力达到分离的液相色谱方法。 分配色谱, 基于样品组分在固定相中的溶解度的不同而产生保留和分离的色谱模式。 硅胶是一种酸性吸附剂，pKa 值是7.1，适用于中性或酸性成分的分离。 硅胶是一种弱酸性阳离子交换剂，其表面上的硅醇基能释放弱酸性的氢离子，当遇到较强的碱注化台物，则可因离子交换反应而吸附碱性化合物。 吸附色谱分离机理 　　　　构成柱层析胶体骨架的SiO2呈硅氧四面体结合，原子间的力场是平衡的。硅胶粒子内部孔隙的表面结构与形成的骨架内部结构不同，表面的硅原子与胶体所含的结构水形成硅醇基，这种结构的不平衡性使硅胶的表面产生自由力场，即对水分子或其他极性分子有吸附能力，被吸附物质因分子极性强弱不同，胶体粒子表面对其表现的吸附力大小有不同程度的差别。由于这方面原因，硅胶对不同物质的混合物的吸附具有选择性。当分子极性较强的物质组份通过硅胶表面时，与硅胶产生的吸附力也较强，该物质组份在硅胶表面的保留时间较长；相反，分子极性较弱的组份，其保留时间较短。故不同物质的混合物因在通过硅胶过程中因保留时间的差别而得到分离。 分配色谱分离机理 溶剂基于在两相之间的相对溶解度而分离，相似相溶 保留时间长的物质与固定相亲和力较强 两种基本操作模式 正相：极性固定相、非极性流动相 反相：非极性固定相、极性流动相 硅胶中含水量17%,吸附力极弱不能用作为吸附剂，但可作为分配层析中的支持剂。 样