​分子筛效应

　　分子筛效应是当含有多种分子成分的样品溶液缓慢地流经凝胶色谱柱时，各分子在柱内同时进行着两种不同的运动，垂直向下的移动和无定向的扩散运动。

是什么分子筛效应

　　分子筛效应，生物化学术语，即一个含有各种分子的样品溶液缓慢地流经凝胶色谱柱时，各分子在柱内同时进行着两种不同的运动。

　　一个含有各种分子的样品溶液缓慢地流经凝胶色谱柱时，各分子在柱内同时进行着两种不同的运动：垂直向下的移动和无定向的扩散运动。

　　大分子物质由于直径较大，不易进入凝胶颗粒的微孔，而只能分布颗粒之间，所以在洗脱时向下移动的速度较快。

　　小分子物质除了可在凝胶颗粒间隙中扩散外，还可以进入凝胶颗粒的微孔中，即进入凝胶相内，在向下移动的过程中，从一个凝胶内扩散到颗粒间隙后再进入另一凝胶颗粒，如此不断地进入和扩散，小分子物质的下移速度落后于大分子物质。

　　从而使样品中大的分子先流出色谱柱，中等的分子后流出，小分子流出，这种现象叫分子筛效应。

分子筛效应原理

　　具有多孔的凝胶就是分子筛。各种分子筛的孔隙大小分布有一定范围，有大极限和小极限。

　　分子直径比凝胶大孔隙直径大的，就会全部被排阻在凝胶颗粒之外，这种情况叫全排阻。两种全排阻的分子即使大小不同，也不能有分离效果。直径比凝胶小孔直径小的分子能进入凝胶的全部孔隙。如果两种分子都能全部进入凝胶孔隙，即使它们的大小有差别，也不会有好的分离效果。因此，一定的分子筛有它一定的使用范围。

　　综上所述，在凝胶色谱中会有三种情况，一是分子很小，能进入分子筛全部的内孔隙;二是分子很大，完全不能进入凝胶的任何内孔隙;三是分子大小适中，能进入凝胶的内孔隙中孔径大小相应的部分。大、中、小三类分子彼此间较易分开，但每种凝胶分离范围之外的分子，在不改变凝胶种类的情况下是很难分离的。

　　对于分子大小不同，但同属于凝胶分离范围内各种分子，在凝胶床中的分布情况是不同的：分子较大的只能进入孔径较大的那一部分凝胶孔隙内，而分子较小的可进入较多的凝胶颗粒内，这样分子较大的在凝胶床内移动距离较短，分子较小的移动距离较长。于是分子较大的先通过凝胶床而分子较小的后通过凝胶床，这样就利用分子筛可将分子量不同的物质分离。

　　另外，凝胶本身具有三维网状结构，大的分子在通过这种网状结构上的孔隙时阻力较大，小分子通过时阻力较小。分子量大小不同的多种成份在通过凝胶床时，按照分子量大小“排队”，凝胶表现分子筛效应。

分子筛效应的实验分析

　　采用精密电导仪、微机酸度仪及各种化学指示剂等对若干种材料吸附液体中有害离子的能力进行试验分析。

　　1、对若干人工烧结材料的试验

　　①材料b在城市建设中经常使用。其理化指标见下表。

　　取b材料50g，加入250g盐碱物质浸提液，其中含有大量CO₃^2-、HCO₃^-。搅拌并澄清后，测定初始电导率EC=5.31ms/cm，pH=11。经过24h后重新检测液体的电导率，此时EC=1.59ms/cm，pH=7.5；48h后基本保持稳定，电导率保持下降趋势。

　　固体溶解物减少量：(5.31-1.59)×640=2380.8mg/l;

　　b材料吸附固体溶解物量：595.2mg/50g，吸附比为1：84

　　须注意的是，由于a材料产地、制造工艺不同，吸附效果也不同。经试验，在长春采集的材料效果明显，而在北京地区采集的效果不佳。

　　②材料e为某种烧结材料，主要的化学成分有SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃和FeO，约占总量的80%以上。

　　取e材料50g，加入250g盐碱物质浸提液，浸提液初始电导率EC=3.07ms/cm，pH=11。经过充分搅拌后过滤，24h后EC=1.28ms/cm，pH=8。

　　固体溶解物减少量：(3.07-1.28)×640=1145.6mg/l;50gd材料吸附固体溶解物量：1145.6×250/1000=286.4mg;吸附比为1：174.58。

　　b、e两种材料的主要成分均含有较大比例的Al₂O₃、SiO₂，与化学工程中的黏土分子筛化学组分基本相同，但纯度相差很大，虽不是严格意义上的分子筛，但在某种程度上产生与分子筛类似的效果。

　　某些在自然作用(高温)下产生的物质也能产生分子筛效应。

　　沸石是一种富含水的K、Na、Ca、Ba的铝硅酸盐，被认为是一种天然的分子筛。在沸石晶格中的孔穴中K⁺、Na⁺、Ca²⁺等阳离子和水分子与格架结合得不紧，极易与其周围水溶液里的阳离子发生交换作用，交换后的沸石晶格结构也不被破坏，具有较好的离子交换性能。

　　2、对若干天然有机材料分子筛效应的实验

　　在若干种天然材料中，某些经腐殖化作用形成的、具有特异性的、多相分布的类高分子化合物，其结构中有大小不一的孔洞，可以捕获或固定相对低分子量的有机和无机化合物，也具有分子筛效果。实验证明这类材料对Ca²⁺、K⁺、Na⁺有良好的吸附作用。

　　①材料a为富含胡敏酸HA、富啡酸FA的物质，其HA、FA含量合计约为70%左右。FA能与Ca²⁺、Zn²⁺、Fe²⁺、Al³⁺等多种金属离子形成高活性络合物或螯合物;HA与K⁺、Na⁺、NH₄⁺形成溶于水的一价盐。

　　材料a能有效减少孔隙内水环境中的有害固体溶解物，实验如下：

　　取a材料50g，加入250g盐碱物质浸提液，浸提液初始电导率EC=4.54ms/cm，pH=12。经过充分搅拌后过滤，检测液体的电导率，此时EC=0.49ms/cm，pH=7；48h后基本保持稳定。

　　固体溶解物减少量：(4.54-0.49)×640=2592mg/l;

　　50g的a材料吸附固体溶解物量：2592×250/1000=648mg;吸附比为1：77.16。

　　②材料d为中位草炭土，其HA、FA含量合计约为20%左右。也能有效减少孔隙内水环境中的有害固体溶解物质，实验如下：

　　取d材料50g，加入250g盐碱物质浸提液，浸提液初始电导率EC=5.40ms/cm，pH=12。经过充分搅拌后过滤，检测液体的电导率，此时EC=2.90ms/cm，24h后EC=2.87ms/cm，pH=8。

　　固体溶解物减少量：(5.40-2.87)×640=1619.2mg/l;50gd材料吸附固体溶解物量：1619.92×250/1000=404.8mg;吸附比为1：123.5。