離子交換色譜的分配系數

① 液相色譜原理

原理主要有這幾種：
液—液分配色譜法
(Liquid-liquid Partition Chromatography)及化學鍵合相色譜(Chemically Bonded Phase Chromatography) 流動相和固定相都是液體。流動相與固定相之間應互不相溶（極性不同，避免固定液流失），有一個明顯的分界面。當試樣進入色譜柱，溶質在兩相間進行分配。達到平衡時，服從於高效液相色譜計算公式： 高效液相色譜計算公式
式中，cs—溶質在固定相中濃度；cm--溶質在流動相中的濃度； Vs—固定相的體積；Vm—流動相的體積。LLPC與GPC有相似之處，即分離的順序取決於K，K大的組分保留值大；但也有不同之處，GPC中，流動相對K影響不大，LLPC流動相對K影響較大。 a. 正相液 — 液分配色譜法(Normal Phase liquid Chromatography): 流動相的極性小於固定液的極性。 b. 反相液 — 液分配色譜法(Reverse Phase liquid Chromatography): 流動相的極性大於固定液的極性。 c. 液 — 液分配色譜法的缺點：盡管流動相與固定相的極性要求完全不同，但固定液在流動相中仍有微量溶解；流動相通過色譜柱時的機械沖擊力，會造成固定液流失。上世紀70年代末發展的化學鍵合固定相（見後），可克服上述缺點。現在應用很廣泛（70~80%）。
液—固色譜法
流動相為液體，固定相為吸附劑（如硅膠、氧化鋁等）。這是根據物質吸附作用的不同來進行分離的。其作用機制是：當試樣進入色譜柱時，溶質分子 (X) 和溶劑分子(S)對吸附劑表面活性中心發生競爭吸附（未進樣時，所有的吸附劑活性中心吸附的是S），可表示如下：Xm nSa ====== Xa nSm 式中：Xm--流動相中的溶質分子；Sa--固定相中的溶劑分子；Xa--固定相中的溶質分子；Sm--流動相中的溶劑分子。 當吸附競爭反應達平衡時： K=[Xa][Sm]/[Xm][Sa] 式中：K為吸附平衡常數。[討論：K越大，保留值越大。]
離子交換色譜法
(Ion-exchange Chromatography) IEC是以離子交換劑作為固定相。IEC是基於離子交換樹脂上可電離的離子與流 離子交換色譜柱
動相中具有相同電荷的溶質離子進行可逆交換，依據這些離子以交換劑具有不同的親和力而將它們分離。以陰離子交換劑為例，其交換過程可表示如下： X-(溶劑中) (樹脂-R4N Cl-)=== (樹脂-R4N X-) Cl- (溶劑中) 當交換達平衡時： KX=[-R4N X-][ Cl-]/[-R4N Cl-][ X-] 分配系數為： DX=[-R4N X-]/[X-]= KX [-R4N Cl-]/[Cl-] [討論：DX與保留值的關系] 凡是在溶劑中能夠電離的物質通常都可以用離子交換色譜法來進行分離。
離子對色譜法
(Ion Pair Chromatography) 離子對色譜法是將一種 ( 或多種 ) 與溶質分子電荷相反的離子 ( 稱為對離子或反離子 ) 加到流動相或固定相中，使其與溶質離子結合形成疏水型離子對化合物，從而控制溶質離子的保留行為。其原 離子色譜儀流程示意
理可用下式表示：X 水相 Y-水相 === X Y-有機相 式中：X 水相--流動相中待分離的有機離子（也可是陽離子）；Y-水相--流動相中帶相反電荷的離子對（如氫氧化四丁基銨、氫氧化十六烷基三甲銨等）；X Y---形成的離子對化合物。 當達平衡時： KXY = [X Y-]有機相/[ X ]水相[Y-]水相 根據定義，分配系數為： DX= [X Y-]有機相/[ X ]水相= KXY [Y-]水相 [討論：DX與保留值的關系] 離子對色譜法(特別是反相)發解決了以往難以分離的混合物的分離問題，諸如酸、鹼和離子、非離子混合物，特別是一些生化試樣如核酸、核苷、生物鹼以及葯物等分離。
離子色譜法
(Ion Chromatography) 用離子交換樹脂為固定相，電解質溶液為流動相。以電導檢測器為通用檢測器，為消除流動相中強電解質背景離子對電導檢測器的干擾，設置了抑制柱。試樣組分在分離柱和抑制柱上的反應原理與離子交換色譜法相同。 以陰離子交換樹脂（R-OH）作固定相，分離陰離子（如Br-）為例。當待測陰離子Br-隨流動相（NaOH）進入色譜柱時，發生如下交換反應（洗脫反應為交換反應的逆過程）： 擔體圖示
抑制柱上發生的反應： R-H Na OH- === R-Na H2O R-H Na Br- === R-Na H Br- 可見，通過抑制柱將洗脫液轉變成了電導值很小的水，消除了本底電導的影響；試樣陰離子Br-則被轉化成了相應的酸H Br-，可用電導法靈敏的檢測。 離子色譜法是溶液中陰離子分析的最佳方法。也可用於陽離子分析。
空間排阻色譜法
(Steric Exclusion Chromatography) 空間排阻色譜法以凝膠 (gel) 為固定相。它類似於分子篩的作用，但凝膠的孔徑比分子篩要大得多，一般為數納米到數百納米。溶質在兩相之間不是靠其相互作用力的不同來進行分離，而是按分子大小進行分離。分離只與凝膠的孔徑分布和溶質的流動力學體積或分子大小有關。試樣進入色譜柱後，隨流動相在凝膠外部間隙以及孔穴旁流過。在試樣中一些太大的分子不能進入膠孔而受到排阻，因此就直接通過柱子，首先在色譜圖上出現，一些很小的分子可以進入所有膠孔並滲透到顆粒中，這些組分在柱上的保留值最大，在色譜圖上最後出現。
分析方法：
綜述
色譜柱的填料和流動相的組分應按各品種項下的規定.常用的色譜柱填料有硅膠和化學鍵合硅膠。後者以十八烷基硅烷鍵合硅膠最為常用,辛基鍵合硅膠次之,氰基或氨基鍵合硅膠也有使用；離子交換填料,用於離子交換色譜；凝膠或玻璃微球等，用於分子排阻色譜等。注樣量一般為數微升。除另有規定外，柱溫為室溫，檢測器為紫外吸收檢測器。 在用紫外吸收檢測器時,所用流動相應符合紫外分光光度法項下對溶劑的要求。 正文中各品種項下規定的條件除固定相種類、流動相組分、檢測器類型不得任意改變外，其餘如色譜柱內徑、長度、固定相牌號、載體粒度、流動相流速、混合流動相各組分的比例、柱溫、進化學鍵合固定相反應
樣量、檢測器的靈敏度等，均可適當改變, 以適應具體品種並達到系統適用性試驗的要求。一般色譜圖約於20分鍾內記錄完畢。 2.系統適用性試驗 按各品種項下要求對儀器進行適用性試驗，即用規定的對照品對儀器進行試驗和調整,應達到規定的要求；或規定分析狀態下色譜柱的最小理論板數、分離度和拖尾因子.
色譜柱的理論板數
在選定的條件下，注入供試品溶液或各品種項下規定的內標物質溶液，記錄色譜圖化學鍵合固定相應用
，量出供試品主成分或內標物質峰的保留時間t(R)和半高峰寬W(h/2)，按n＝5.54[t(R)╱W(h/2)]^2計算色譜柱的理論板數，如果測得理論板數低於各品種項下規定的最小理論板數，應改變色譜柱的某些條件（如柱長、載體性能、色譜柱充填的優劣等），使理論板數達到要求。
分離度
定量分析時，為便於准確測量，要求定量峰與其他峰或內標峰之間有較好的分離度。分離度（R）的計算公式為： 2[t(R2)-t(R1)] ，R＝ -W1＋W2 式中 t(R2)為相鄰兩峰中後一峰的保留時間； t(R1)為相鄰兩峰中前一峰的保留時間； W1及W2為此相鄰兩峰的峰寬。 除另外有規定外，分離度應大於1.5。
拖尾因子
為保證測量精度，特別當採用峰高法測量時，應檢查待測峰的拖尾因子(T)是否符合各品種項下的規定,或不同濃度進樣的校正因子誤差是否符合要求。拖尾因子計算公式為： W(0.05h) T＝-2d1 式中 W(0.05h)為0.05峰高處的峰寬； d1為峰極大至峰前沿之間的距離。 除另有規定外，T應在0.95～1.05間。 也可按各品種校正因子測定項下，配製相當於80％、100％和120％的對照品溶液，加入規定量的內標溶液，配成三種不同濃度的溶液，分別注樣3次,計算平均校正因子，其相對標准偏差應不大於2.0％。

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② 簡述離子交換色譜法

離子交換色譜法(ion exchange chromatography,IEC)
離子色譜分析法出現在20世紀70年代，80年代迅速發展起來，以無機、特別是無機陰離子混合物為主要分析對象。
離子交換色譜利用被分離組分與固定相之間發生離子交換的能力差異來實現分離。離子交換色譜的固定相一般為離子交換樹脂，樹脂分子結構中存在許多可以電離的活性中心，待分離組分中的離子會與這些活性中心發生離子交換，形成離子交換平衡，從而在流動相與固定相之間形成分配。固定相的固有離子與待分離組分中的離子之間相互爭奪固定相中的離子交換中心，並隨著流動相的運動而運動，最終實現分離。
表達式
離子交換色譜的分配系數又叫做選擇系數，其表達式為：

K_s=\frac{[RX^+]}{[X^+]}

其中[RX + ]表示與離子交換樹脂活性中心結合的離子濃度，[X + ]表示游離於流動相中的離子濃度

分離原理
離子交換色譜（ion exchange chromatography，IEC）以離子交換樹脂作為固定相，樹脂上具有固定離子基團及可交換的離子基團。當流動相帶著組分電離生成的離子通過固定相時，組分離子與樹脂上可交換的離子基團進行可逆變換。根據組分離子對樹脂親合力不同而得到分離。

陽離子交換:

陰離子交換:

式中"－－"表示在固定相上，Kxy和Kzm是交換反應的平衡常數，Z+和X-代表被分析的組分離子。M+和Y-表示樹脂上可交換的離子團。

離子交換反應的平衡常數分別為：

陽離子交換：

陰離子交換：

平衡常數K值越大，表示組分的離子與離子交換樹脂的相互作用越強。由於不同的物質在溶劑中離解後，對離子交換中心具有不同的親合力，因此具有不同的平衡常數。親合力大的，在柱中的停留時間長，具有高的保留值。

固定相
離子交換色譜常用的固定相為離子交換樹脂。目前常用的離子交換樹脂分為三種形式，一是常見的純離子交換樹脂。第二種是玻璃珠等硬芯子表面塗一層樹脂薄層構成的表面層離子交換樹脂，第三種為大孔徑網路型樹脂。它們各有特點，例如第二種樹脂有很高的柱效，但它的柱容量不大；第三種樹脂適用於非水溶液中物質的分離，因為它們的孔徑和內表面積大，不需要用水溶脹，便可滿意地使用。

典型的離子交換樹脂是由苯乙烯和二乙烯基苯交聯共聚而成：

其中，二乙烯基苯起了交聯和加牢整個構型的作用，其含量決定了樹脂交聯度大小。交聯度一般控制在4％～16％范圍內，高度交聯的樹脂較硬而且脆，也較滲透，但選擇性較好。在基體網狀結構上引入各種不同酸鹼基團作為可交換的離於基團。

按結合的基團不同，離子交換樹脂可分為陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂。陽離子交換樹脂上具有與樣品中陽離子交換的基團。陽離子交換樹脂又可分為強酸性和弱酸性樹脂。強酸性陽離子交換樹脂所帶的基團為磷酸基（一），其中和有機聚合物牢固結合形成固定部分，是可流動的能為其他陽離子所交換的離子。

陰離子交換樹脂具有與樣品中陰離子交換的基團。陰離子交換樹脂也可分為強鹼性和弱鹼性樹脂。

陰離子交換樹脂屬強鹼性，它是由有機聚合物骨架和一季胺鹼基團所組成，它帶有正電荷。而與相反的是可以移動的部分，它能被其它陰離子所交換

流動相
離子交換色譜的流動相最常使用水緩沖溶液，有時也使用有機溶劑如甲醇，或乙醇同水緩沖溶液混合使用，以提供特殊的選擇性，並改善樣品的溶解度。

離子交換色譜所用的緩沖液，通常用下列化合物配製：鈉、鉀、被的檸檬酸鹽，磷酸鹽，甲酸鹽與其相應的酸混合成酸性緩沖液或氫氧化鈉混合成鹼性緩沖液等。

③ 什麼是分配系數

分配系數指一定溫度下，處於平衡狀態時，組分在固定相中的濃度和在流動相中的濃度之比，以k表示。
分配系數與組分、流動相和固定相的熱力學性質有關，也與溫度、壓力有關。在不同的色譜分離機制中，k有不同的概念：吸附色譜法為吸附系數，離子交換色譜法為選擇性系數
（或稱交換系數），凝膠色譜法為滲透參數。但一般情況可用分配系數來表示。

④ 什麼是分配系數

分配系數，是指在一定溫度下，達到分配平衡時某一物質在兩種互不相溶的溶劑中的活度（常近似為濃度）之比。為一常數。分配系數可用於表示該物質對兩種溶劑的親和性的差異。

常用的溶劑體系是由水和一種與水不互溶的有機溶劑組成，如正辛醇-水體系，所得的分配系數稱為辛醇-水分配系數。用辛醇是因為該體系近似於體內脂細胞膜胞質溶膠體系對有機物的分配。

土壤化學研究中，固-液相分配系數指體系達到平衡狀態時溶質在固液兩相中的濃度比值，它可反映養分元素或其他化學物質在兩相中的遷移能力及分離效能·可用於研究土壤中元素或化合物的生物有效性

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分配系數的測定

一、注意事項

1、 從容器壁中溶出離子。在測定分配系數的實驗中，常常在酸性溶液中使用稀薄離子溶液（各離子濃度是10-4mol/L或10-3mol/L以下）。因此在使用玻璃容器進行實驗時，需要注意從玻璃中溶出的Na。

使用的玻璃容器需要預先用2 mol/L的硝酸溶液浸泡，使容器壁轉化為氫離子型後使用。移液管等玻璃器具也需要用酸清洗浸泡後使用。為避免Na的污染，用同樣方法處理聚乙烯塑料試驗容器也是有效的。

2、確認平衡。在低濃度溶液中進行離子交換實驗時，常常需要很長時間讓反應達到平衡（甚至有反應1個月的例子）。因此，先進行預備實驗求出達到平衡所需的時間，然後再進行分配系數的測定實驗。

二、測定方法

1、分配系數的測定。以H鹼金屬離子交換反應為例說明分配系數的測定法。首先，將離子交換材料裝入柱子中，流經酸溶液使交換材料轉化為氫離子型。取0.1 g氫離子型的離子交換材料裝入帶蓋子的聚乙烯管，

加入用硝酸調節酸濃度後的（10-4mol/L LiNO3+10-4 mol/L NaNO3 + 10-4mol/L KNO3 + 10-4mol/L RbNO3 + 10-4mol/L CsNO3）混合溶液10 cm3。在一定時間內慢慢晃動直至反應達到平衡。

用原子吸光法測定原液和平衡後上部澄清液中的金屬離子濃度。通過離子交換實驗前後金屬離子濃度的變化計算交換材料中的金屬離子含量，再通過以下公式計算分配系數：

Kd（cm3/g）=交換材料中的離子含量（mol/g）/溶液中的離子濃度（mol/cm3）

當50%的離子被交換材料吸附時，分配系數為100 cm3/g。用中和滴定法確定溶液的酸濃度，對低濃度的酸溶液測定其pH值。

2、弱酸性離子交換材料的分配系數。對於弱酸性離子交換材料，因為在酸性范圍內幾乎不進行離子交換，所以必須在中性至弱鹼性范圍內測定分配系數。在這種情況下，把鹼金屬硝酸鹽的一部分用鹼金屬氫氧化物代替可以提高溶液的pH值，由此求出分配系數

⑤ 色譜分離原理

按色譜法分離所依據的物理或物理化學性質的不同，又可將其分為：

吸附色譜法：利用吸附劑表面對不同組分物理吸附性能的差別而使之分離的色譜法稱為吸附色譜法。適於分離不同種類的化合物(例如，分離醇類與芳香烴)。

分配色譜法：利用固定液對不同組分分配性能的差別而使之分離的色譜法稱為分配色譜法。

離子交換色譜法：利用離子交換原理和液相色譜技術的結合來測定溶液中陽離子和陰離子的一種分離分析方法，利用被分離組分與固定相之間發生離子交換的能力差異來實現分離。離子交換色譜主要是用來分離離子或可離解的化合物。它不僅廣泛地應用於無機離子的分離，而且廣泛地應用於有機和生物物質，如氨基酸、核酸、蛋白質等的分離。

尺寸排阻色譜法：是按分子大小順序進行分離的一種色譜方法，體積大的分子不能滲透到凝膠孔穴中去而被排阻，較早的淋洗出來；中等體積的分子部分滲透；小分子可完全滲透入內，最後洗出色譜柱。這樣，樣品分子基本按其分子大小先後排阻，從柱中流出。被廣泛應用於大分子分級，即用來分析大分子物質相對分子質量的分布。

親和色譜法：相互間具有高度特異親和性的二種物質之一作為固定相，利用與固定相不同程度的親和性，使成分與雜質分離的色譜法。例如利用酶與基質(或抑制劑)、抗原與抗體，激素與受體、外源凝集素與多糖類及核酸的鹼基對等之間的專一的相互作用，使相互作用物質之一方與不溶性擔體形成共價結合化合物，用來作為層析用固定相，將另一方從復雜的混合物中選擇可逆地截獲，達到純化的目的。可用於分離活體高分子物質、過濾性病毒及細胞。或用於對特異的相互作用進行研究。
吸附色譜利用固定相吸附中心對物質分子吸附能力的差異實現對混合物的分離，吸附色譜的色譜過程是流動相分子與物質分子競爭固定相吸附中心的過程

吸附色譜的分配系數表達式如下：

K_a =\frac

其中[Xa]表示被吸附於固定相活性中心的組分分子含量，[Xm]表示游離於流動相中的組分分子含量。分配系數對於計算待分離物質組分的保留時間有很重要的意義。

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⑥ 分配系數越大，萃取分離效果越好 這句話對么，解釋原因！

指一定溫度下,處於平衡狀態時，組分在固定相中的濃度和在流動相中的濃度之比，以表示。
分配系數反映了溶質在兩相中的遷移能力及分離效能，是描述物質在兩相中行為的重要物理化學特徵參數。
英文定義:
in
the
fields
of
organic
and
medicinal
chemistry,
a
partition
(p)
or
distribution
coefficient
(d)
is
the
ratio
of
concentrations
of
a
compound
in
the
two
phases
of
a
mixture
of
two
immiscible
solvents
at
equilibrium.
hence
these
coefficients
are
a
measure
of
differential
solubility
of
the
compound
between
these
two
solvents.
分配系數與組分、流動相和固定相的熱力學性質有關，也與溫度、壓力有關。在不同的色譜分離機制中，k有不同的概念：吸附色譜法為吸附系數，離子交換色譜法為選擇性系數
（或稱交換系數），凝膠色譜法為滲透參數。但一般情況可用分配系數來表示。
在條件（流動相、固定相、溫度和壓力等）一定，樣品濃度很低時（cs、cm很小）時，k只取決於組分的性質，而與濃度無關。這只是理想狀態下的色譜條件，在這種條件下，得到的色譜峰為正常峰；在許多情況下，隨著濃度的增大，k減小，這時色譜峰為拖尾峰；而有時隨著溶質濃度增大，k也增大，這時色譜峰為前延峰。因此，只有盡可能減少進樣量，使組分在柱內濃度降低，k恆定時，才能獲得正常峰。
在同一色譜條件下，樣品中k值大的組分在固定相中滯留時間長，後流出色譜柱；k值小的組分則滯留時間短，先流出色譜柱。混合物中各組分的分配系數相差越大，越容易分離，因此混合物中各組分的分配系數不同是色譜分離的前提。
在hplc中，固定相確定後，k主要受流動相的性質影響。實踐中主要靠調整流動相的組成配比及ph值，以獲得組分間的分配系數差異及適宜的保留時間，達到分離的目的。
非離子性有機物可通過溶解作用分配到土壤有機質中，並經過一定時間達到分配平衡，此時有機物在土壤有機質和水中含量的比值稱為分配系數。

⑦ 衡量色譜柱柱效能的指標什麼呢

衡量色譜柱效能的指標是有效理論塔板數n或者有效塔板高度H。

柱性能指標包括在一定實驗條件下（樣品、流動相、流速、溫度）下的柱壓、理論塔板高度和塔板數、對稱因子、容量因子和選擇性因子的重復性，或分離度。一般說來容量因子和選擇性因子的重復性在±5%或±10%以內。進行柱效比較時，還要注意柱外效應是否有變化。

柱效受柱內外因素影響，為使色譜柱達到最佳效率，除柱外死體積要小外，還要有合理的柱結構（盡可能減少填充床以外的死體積）及裝填技術。

對於一般的分析只需5000塔板數的柱效；對於同系物分析，只要500即可；對於較難分離物質對則可採用高達2萬的柱子，因此一般10~30cm左右的柱長就能滿足復雜混合物分析的需要。在一般的液相色譜系統中，柱外效應對柱效的影響遠遠大於管壁效應。

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（1）色譜柱中的管壁效應：

即使最好的裝填技術，在柱中心部位和沿管壁部位的填充情況總是不一樣的，靠近管壁的部位比較疏鬆，易產生溝流，流速較快，影響沖洗劑的流形，使譜帶加寬，這就是管壁效應。

（2）色譜柱的構造：

色譜柱由柱管、壓帽、卡套（密封環）、篩板（濾片）、接頭、螺絲等組成。柱管多用不銹鋼製成，壓力不高於70 kg/cm2 時，也可採用厚壁玻璃或石英管，管內壁要求有很高的光潔度。為提高柱效，減小管壁效應，不銹鋼柱內壁多經過拋光。

也有人在不銹鋼柱內壁塗敷氟塑料以提高內壁的光潔度，其效果與拋光相同。還有使用熔融硅或玻璃襯里的，用於細管柱。

色譜柱兩端的柱接頭內裝有篩板，是燒結不銹鋼或鈦合金，孔徑0.2~20μm（5~10&μm），取決於填料粒度，目的是防止填料漏出。

參考資料來源

網路-色譜柱

網路-柱效能

⑧ 平衡分配系數的平衡系數分配

平衡分配系數與組分、流動相和固定相的熱力學性質有關，也與溫度、壓力有關。在不同的色譜分離機制中，K有不同的概念：吸附色譜法為吸附系數，離子交換色譜法為選擇性系數（或稱交換系數），凝膠色譜法為滲透參數。但一般情況可用分配系數來表示。
在條件（流動相、固定相、溫度和壓力等）一定，樣品濃度很低時（Cs、Cm很小）時，K只取決於組分的性質，而與濃度無關。這只是理想狀態下的色譜條件，在這種條件下，得到的色譜峰為正常峰；在許多情況下，隨著濃度的增大，K減小，這時色譜峰為拖尾峰；而有時隨著溶質濃度增大，K也增大，這時色譜峰為前延峰。因此，只有盡可能減少進樣量，使組分在柱內濃度降低，K恆定時，才能獲得正常峰。
在同一色譜條件下，樣品中K值大的組分在固定相中滯留時間長，後流出色譜柱；K值小的組分則滯留時間短，先流出色譜柱。混合物中各組分的分配系數相差越大，越容易分離，因此混合物中各組分的分配系數不同是色譜分離的前提。
在HPLC中，固定相確定後，K主要受流動相的性質影響。實踐中主要靠調整流動相的組成配比及pH值，以獲得組分間的分配系數差異及適宜的保留時間，達到分離的目的。

⑨ 離子交換色譜分離中,分配比越大,洗脫體積

摘要 色譜儀分析中分配系數K與分配比k的關系：