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制备色谱技术及应用

本书从色谱科学的角度详细地阐述了制备色谱的原理、重要的实验技术、关键性色谱分离技巧及其应用。内容包括制备色谱的基础知识、制备薄层色谱、常压柱色谱、低压及中压柱色谱、高压制备液相色谱、高速逆流色谱、模拟移动床色谱、顶替色谱、制备气相色谱、电泳以及与制备色谱技术紧密相关的生物代谢产物的提取分离技术等。本书对制备色谱技术的系统介绍具有简明、系统、全面的特点。本书适用于有机合成、植物化学、生物工程、精细化工、药物化学、生命科学以及色谱领域的读者,也可供有机化学、分析化学、农业、环境、食品、医学、材料等不同领域的科研人员、研究生、大学生、技术员和实验员学习参考。

前言

色谱已有100余年的历史,它一开始就是为制备性分离而产生的,其目的在于分离制备一种或多种纯组分。虽然制备型色谱的研究目前处于一个相对平稳的阶段,但其应用却仍方兴未艾,常压柱色谱、低压柱色谱、中压制备色谱、高压制备液相色谱等仍是现代科学研究及生产实践中不可取代的制备性分离手段。一些专门进行有机合成的工作者往往一年可利用上百根色谱柱进行合成产物的制备性分离,甚至一天之内可进行三次以上的柱色谱操作;一些植物化学工作者70%以上的实验时间是用在使用制备色谱进行分离之上;在一些多肽多糖蛋白质、手性药物以及天然产物等的生产上,现代制备色谱是其必不可少的分离单元。

制备色谱技术在大多数情况下是在非线性条件下进行工作,它的理论深奥、公式复杂、进样量大、固定相和溶剂量多、成本较高,分离过程中常常因为操作者技术水平方面的原因达不到预期的制备性分离目的。其与线性条件下的色谱分析相比往往具有很大的不同,并且有些制备色谱技术本身只具备制备的特点。制备色谱技术包括了从实验室分离几毫克至几克样品的小型制备色谱直至工业用大规模制备纯物质的生产制备色谱。

本书的撰写紧紧围绕制备色谱的基础理论,避免制备色谱理论中繁杂的数学推导,充分注重方法的可操作性和实用性,比较系统、全面、详细地介绍多种制备色谱技术。第二版对各章进行了不同程度的调整或者补充,完善了不足的部分,加强了色谱操作技术;扩展了凝胶色谱,充实了高速逆流色谱的pH区带提取、手性分离、粒子分离章节;新增了大孔吸附柱色谱、台锥形柱色谱、二维高压制备液相色谱、膜分离等较多内容。但读者要系统地了解色谱基础理论和知识,至少仍需阅读本丛书中的《色谱分析概论》(第二版)分册。

本书是在本人近30年的科研和教学实践基础上写成的,部分内容受到国家自然科学基金(No.29665001、No.30160092、No.20775066、No.21075109)、教育部第三届“高校青年教师奖”(No.2001298)、云南省重点项目(No.2005E0006Z、No.99YBL-04)等10余个课题的资助。书中的较多素材直接取材于本人的研究或者与本人研究密切相关的资料文献,并与本人所编著的《手性识别材料》(科学出版社,2010)具有很好的相关性。

衷心感谢我的硕士生导师——云南大学宋文俊教授、博士生导师——北京理工大学傅若农教授、博士后导师——名古屋市大学Y. Okamoto教授,是他们将我带入“手性识别材料及技术”领域,进行探索性的研究工作。感谢北京市新技术应用研究所张天佑教授在高速逆流色谱领域曾给予的细心指导,感谢丛书编委会以及责任编辑的辛勤工作。

本书的撰写得益于谌学先、艾萍、字敏、段爱红、李正宇等同事多年的合作以及课题组数十位博士及硕士研究生的研究,在此一并表示衷心的感谢。

由于水平的有限,书中错误和不足在所难免,敬请专家和读者给予批评指正。

袁黎明

目录

2011年8月于昆明市

第一章制备色谱基础1

第一节非线性色谱的特点2

一、线性色谱2

二、非线性色谱3

第二节制备分离的目标和策略4

一、分离目标5

二、分离策略6

(一)分离因子α8

(二)柱效N8

(三)容量因子k10

(四)条件优化11

参考文献11

第二章制备薄层色谱12

第一节实验材料与装置12

一、薄层板12

二、展开槽14

第二节实验方法15

一、上样15

二、展开16

三、检测18

四、收集19

第三节离心薄层色谱20

参考文献21

第三章常压柱色谱22

第一节吸附柱色谱22

一、硅胶吸附柱色谱22

(一)操作步骤22

(二)硅胶吸附柱色谱的原理及其技术27

二、氧化铝吸附柱色谱36

三、活性炭吸附柱色谱38

四、聚胺吸附柱色谱39

五、大孔吸附没药树色谱42

(一)大孔吸附树脂42

(二)种类42

(三)操作44

(四)应用46

第二节分配柱色谱47

第三节萃取柱色谱48

第四节离子交换柱色谱52

一、离子交换色谱树脂52

(一)阳离子交换树脂53

(二)阴离子交换树脂54

二、离子交换树脂的选用55

(一)种类的选定55

(二)树脂离子型式的选择55

(三)树脂颗粒、交联度及稳定性选择56

三、离子交换柱的操作56

(一)离子交换树脂的处理56

(二)柱的操作58

四、离子交换色谱的应用59

第五节凝胶柱色谱62

一、原理62

二、凝胶过滤63

(一)填料64

(二)操作67

(三)应用70

三、凝胶渗透71

第六节亲和柱色谱72

第七节干柱色谱74

第八节并联多柱色谱77

参考文献79

第四章低压及中压制备色谱80

第一节低压制备色谱80

一、减压病柱色谱81

(一)短柱81

(二)常规柱82

二、加压柱色谱83

(一)空气泵加压85

(二)双链球加压85

(三)氮气钢瓶加压86

(四)蠕动泵加压87

(五)快速液相色谱88

第二节中压制备色谱89

一、恒流泵91

二、色谱柱92

三、检测器94

四、自动馏分收集器和进样阀95

五、记录及数据处理95

六、分离96

第三节色 谱 饼98

第四节径向柱色谱99

第五节台锥形柱色谱100

参考文献102

第五章高压制备液相色谱103

第一节制备液相色谱仪103

一、高压输液泵104

二、进样器105

三、色谱柱105

(一)制备柱的尺寸106

(二)制备柱的类型107

四、检测器110

第二节分离设计111

一、峰接触法111

二、峰重叠法113

(一)微量组分的分离113

(二)难分离物质对的分离114

第三节实验条件选择115

一、固定相116

二、流动相117

三、样品的溶解119

四、制备性分离120

第四节大直径柱122

第五节二维制备液相色谱125

参考文献129

第六章高速逆流色谱130

第一节逆流色谱130

一、液滴逆流色谱130

二、旋转小室逆流色谱131

三、离心逆流色谱132

(一)非行星式逆流色谱仪133

(二)行星式逆流色谱仪133

第二节高速逆流色谱原理及操作136

一、色谱仪136

(一)恒流泵137

(二)进样阀137

(三)主机137

(四)检测器138

(五)色谱工作站138

(六)馏分收集器138

二、分离原理138

三、实验操作143

(一)两相溶剂系统的选择143

(二)样品溶液的制备150

(三)分离151

(四)检测153

四、 pH区带提取逆流色谱154

(一)原理154

(二)操作156

五、手性分离158

六、粒子分离162

(一)碳纳米管162

(二)金属纳米粒子165

(三)微米离子166

参考文献167

第七章模拟移动床色谱169

第一节模拟移动床色谱系统和基本原理169

一、移动床色谱169

二、模拟移动床色谱系统171

(一)大型模拟移动床色谱系统171

(二)模拟移动床色谱171

三、模拟移动床色谱原理175

第二节模拟移动床工作参数的选择和优化177

一、手性固定相的选择177

(一)多糖类手性固定相178

(二)Pirkle型手性固定相180

(三)环糊精类手性固定相183

二、流动相的选择184

三、分离柱184

四、控制系统185

五、操作参数的优化185

六、模拟移动床的应用188

参考文献190

第八章其他制备色谱方法191

第一节顶替色谱191

一、填料类型192

二、顶替剂的选择192

三、操作参数193

第二节制备气相色谱194

一、原理194

二、气固色谱196

三、气液色谱196

(一)载体196

(二)固定液197

四、操作199

第三节电泳技术200

一、纸电泳201

二、琼脂平板电泳201

三、聚丙烯酰胺凝胶电泳203

四、凝胶聚焦电泳204

参考文献205

第九章生物代谢产物的提取206

第一节生物大分子的提取206

一、材料选择及预处理207

二、细胞的破碎207

三、细胞器的分离208

四、蛋白质和酶的提取208

(一)水溶液提取208

(二)有机溶剂提取208

五、核酸的提取209

(一)脱氧核糖核酸的提取209

(二)核糖核酸的提取209

六、包涵体产品的分离210

第二节生物工程药物的提取210

第三节天然产物的分离提取211

一、浸渍法211

(一)冷浸法211

(二)温浸法211

二、煎煮法211

三、渗漉法211

四、回流法212

五、水蒸气蒸馏法212

第四节中草药系统提取分离方法213

第五节膜分离214

一、微滤和超滤216

二、逆渗透217

三、电渗析218

四、透析218

参考文献219

参考资料

制备色谱技术及应用(第二版).化学工业出版社.2015-02-24