分子篩效應(yīng)是當(dāng)含有多種分子成分的樣品溶液緩慢地流經(jīng)凝膠色譜柱時(shí)，各分子在柱內(nèi)同時(shí)進(jìn)行著兩種不同的運(yùn)動(dòng)，垂直向下的移動(dòng)和無(wú)定向的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。

分子篩效應(yīng)，生物化學(xué)術(shù)語(yǔ)，即一個(gè)含有各種分子的樣品溶液緩慢地流經(jīng)凝膠色譜柱時(shí)，各分子在柱內(nèi)同時(shí)進(jìn)行著兩種不同的運(yùn)動(dòng)。

一個(gè)含有各種分子的樣品溶液緩慢地流經(jīng)凝膠色譜柱時(shí)，各分子在柱內(nèi)同時(shí)進(jìn)行著兩種不同的運(yùn)動(dòng)：垂直向下的移動(dòng)和無(wú)定向的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。

大分子物質(zhì)由于直徑較大，不易進(jìn)入凝膠顆粒的微孔，而只能分布顆粒之間，所以在洗脫時(shí)向下移動(dòng)的速度較快。

小分子物質(zhì)除了可在凝膠顆粒間隙中擴(kuò)散外，還可以進(jìn)入凝膠顆粒的微孔中，即進(jìn)入凝膠相內(nèi)，在向下移動(dòng)的過(guò)程中，從一個(gè)凝膠內(nèi)擴(kuò)散到顆粒間隙后再進(jìn)入另一凝膠顆粒，如此不斷地進(jìn)入和擴(kuò)散，小分子物質(zhì)的下移速度落后于大分子物質(zhì)。

從而使樣品中大的分子先流出色譜柱，中等的分子后流出，小分子流出，這種現(xiàn)象叫分子篩效應(yīng)。

具有多孔的凝膠就是分子篩。各種分子篩的孔隙大小分布有一定范圍，有大極限和小極限。

分子直徑比凝膠大孔隙直徑大的，就會(huì)全部被排阻在凝膠顆粒之外，這種情況叫全排阻。兩種全排阻的分子即使大小不同，也不能有分離效果。直徑比凝膠小孔直徑小的分子能進(jìn)入凝膠的全部孔隙。如果兩種分子都能全部進(jìn)入凝膠孔隙，即使它們的大小有差別，也不會(huì)有好的分離效果。因此，一定的分子篩有它一定的使用范圍。

綜上所述，在凝膠色譜中會(huì)有三種情況，一是分子很小，能進(jìn)入分子篩全部的內(nèi)孔隙;二是分子很大，完全不能進(jìn)入凝膠的任何內(nèi)孔隙;三是分子大小適中，能進(jìn)入凝膠的內(nèi)孔隙中孔徑大小相應(yīng)的部分。大、中、小三類分子彼此間較易分開，但每種凝膠分離范圍之外的分子，在不改變凝膠種類的情況下是很難分離的。

對(duì)于分子大小不同，但同屬于凝膠分離范圍內(nèi)各種分子，在凝膠床中的分布情況是不同的：分子較大的只能進(jìn)入孔徑較大的那一部分凝膠孔隙內(nèi)，而分子較小的可進(jìn)入較多的凝膠顆粒內(nèi)，這樣分子較大的在凝膠床內(nèi)移動(dòng)距離較短，分子較小的移動(dòng)距離較長(zhǎng)。于是分子較大的先通過(guò)凝膠床而分子較小的后通過(guò)凝膠床，這樣就利用分子篩可將分子量不同的物質(zhì)分離。

另外，凝膠本身具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，大的分子在通過(guò)這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)上的孔隙時(shí)阻力較大，小分子通過(guò)時(shí)阻力較小。分子量大小不同的多種成份在通過(guò)凝膠床時(shí)，按照分子量大小“排隊(duì)”，凝膠表現(xiàn)分子篩效應(yīng)。

采用精密電導(dǎo)儀、微機(jī)酸度儀及各種化學(xué)指示劑等對(duì)若干種材料吸附液體中有害離子的能力進(jìn)行試驗(yàn)分析。

1、對(duì)若干人工燒結(jié)材料的試驗(yàn)

①材料b在城市建設(shè)中經(jīng)常使用。其理化指標(biāo)見下表。

取b材料50g，加入250g鹽堿物質(zhì)浸提液，其中含有大量CO32-、HCO3-。攪拌并澄清后，測(cè)定初始電導(dǎo)率EC=5.31ms/cm，pH=11。經(jīng)過(guò)24h后重新檢測(cè)液體的電導(dǎo)率，此時(shí)EC=1.59ms/cm，pH=7.5；48h后基本保持穩(wěn)定，電導(dǎo)率保持下降趨勢(shì)。

固體溶解物減少量：(5.31-1.59)×640=2380.8mg/l;

b材料吸附固體溶解物量：595.2mg/50g，吸附比為1：84

須注意的是，由于a材料產(chǎn)地、制造工藝不同，吸附效果也不同。經(jīng)試驗(yàn)，在長(zhǎng)春采集的材料效果明顯，而在北京地區(qū)采集的效果不佳。

②材料e為某種燒結(jié)材料，主要的化學(xué)成分有SiO2、Al2O3、Fe2O3和FeO，約占總量的80%以上。

取e材料50g，加入250g鹽堿物質(zhì)浸提液，浸提液初始電導(dǎo)率EC=3.07ms/cm，pH=11。經(jīng)過(guò)充分?jǐn)嚢韬筮^(guò)濾，24h后EC=1.28ms/cm，pH=8。

固體溶解物減少量：(3.07-1.28)×640=1145.6mg/l;50gd材料吸附固體溶解物量：1145.6×250/1000=286.4mg;吸附比為1：174.58。

b、e兩種材料的主要成分均含有較大比例的Al2O3、SiO2，與化學(xué)工程中的黏土分子篩化學(xué)組分基本相同，但純度相差很大，雖不是嚴(yán)格意義上的分子篩，但在某種程度上產(chǎn)生與分子篩類似的效果。

某些在自然作用(高溫)下產(chǎn)生的物質(zhì)也能產(chǎn)生分子篩效應(yīng)。

沸石是一種富含水的K、Na、Ca、Ba的鋁硅酸鹽，被認(rèn)為是一種天然的分子篩。在沸石晶格中的孔穴中K+、Na+、Ca2+等陽(yáng)離子和水分子與格架結(jié)合得不緊，極易與其周圍水溶液里的陽(yáng)離子發(fā)生交換作用，交換后的沸石晶格結(jié)構(gòu)也不被破壞，具有較好的離子交換性能。

2、對(duì)若干天然有機(jī)材料分子篩效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)

在若干種天然材料中，某些經(jīng)腐殖化作用形成的、具有特異性的、多相分布的類高分子化合物，其結(jié)構(gòu)中有大小不一的孔洞，可以捕獲或固定相對(duì)低分子量的有機(jī)和無(wú)機(jī)化合物，也具有分子篩效果。實(shí)驗(yàn)證明這類材料對(duì)Ca2+、K+、Na+有良好的吸附作用。

①材料a為富含胡敏酸HA、富啡酸FA的物質(zhì)，其HA、FA含量合計(jì)約為70%左右。FA能與Ca2+、Zn2+、Fe2+、Al3+等多種金屬離子形成高活性絡(luò)合物或螯合物;HA與K+、Na+、NH4+形成溶于水的一價(jià)鹽。

材料a能有效減少孔隙內(nèi)水環(huán)境中的有害固體溶解物，實(shí)驗(yàn)如下：

取a材料50g，加入250g鹽堿物質(zhì)浸提液，浸提液初始電導(dǎo)率EC=4.54ms/cm，pH=12。經(jīng)過(guò)充分?jǐn)嚢韬筮^(guò)濾，檢測(cè)液體的電導(dǎo)率，此時(shí)EC=0.49ms/cm，pH=7；48h后基本保持穩(wěn)定。

固體溶解物減少量：(4.54-0.49)×640=2592mg/l;

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

②材料d為中位草炭土，其HA、FA含量合計(jì)約為20%左右。也能有效減少孔隙內(nèi)水環(huán)境中的有害固體溶解物質(zhì)，實(shí)驗(yàn)如下：

取d材料50g，加入250g鹽堿物質(zhì)浸提液，浸提液初始電導(dǎo)率EC=5.40ms/cm，pH=12。經(jīng)過(guò)充分?jǐn)嚢韬筮^(guò)濾，檢測(cè)液體的電導(dǎo)率，此時(shí)EC=2.90ms/cm，24h后EC=2.87ms/cm，pH=8。

固體溶解物減少量：(5.40-2.87)×640=1619.2mg/l;50gd材料吸附固體溶解物量：1619.92×250/1000=404.8mg;吸附比為1：123.5。