小虎纸，万物并育而不相害，道并行而不相悖 阅读原文 哈哈哈，这是个好问题，涉及了很多物理化学的基础知识，我们有必要慢慢来梳理一下。 高中教材确实是这么说的。 图 1：高中生物教材截图，图片来源[1] 溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢[1]。 此处色素分离的方法为纸层析法，属于分配层析的一种。明白了分配层析的基本原理也就差不多清楚为什么有的快有的慢了。 我把我的回答分成了两部分，第一部分用了很蹩脚的比喻来解释，第二部分是正规回答，大家可以按需求跳到自己想看的部分。 第一部分：我能想到的最简单解释。 干燥的滤纸其实也是有水分子的，这些水分子与滤纸上的纤维素紧密结合。滤纸上的小孔相当于毛细管，在毛细作用下，层析液沿着滤纸向上移动，越过滤液细线并将色素分子溶解其中。 图 2：分配层析的原理，图片来源，小虎纸 接下来我们看图说话，留意图注。 色素的分子中有亲水基团和疏水基团，亲水基团会和水分子亲亲，水分子好像伸出了小手，把色素分子拉过来密切接触一下。也就是说，如果某物质的亲水作用越强，在色素分子纸层析的过程中就越容易被拖住，前进的步伐就会受阻，速度也就越慢。相反的，亲水作用越差的，在滤纸上移动时受到的阻挠就越小，扩散也就越快。 第二部分：言归正传，正规解答 2.什么是纸层析法 先咬着牙念一遍下面的概念，然后再慢慢解释。 纸层析（paper chromatography）又叫做纸色谱法[2]，是分配层析的一种。以滤纸为多孔支持物吸着一种极性溶剂作为固定相的分配层析。滤纸纤维和水有较强的亲和力，结合的水难以脱去，为固定相;而有机溶剂与纸纤维的亲和力弱、为流动相。当有机溶剂经过样品点移动时，样品中的各物质在两相之间不断被重新分配。由于它们的分配系数不同，移动速度也不同，从而得到分离[3]。 3.为什么是多孔材料 滤纸可以把层析液吸上来，在物理上称为毛细现象，物理课本上的定义是“浸润液体在细管中上升的现象，以及不浸润液体在细管中下降的现象”[4]。 图 3：表面张力，图片来源[4] 比如，把吸管插入奶茶后，吸管中的奶茶液面会比大杯中的液面要高。比如灯芯吸油，也是。这和液体的“表面张力”有关，滤纸内有许多细小的孔道，它们起到了毛细管的作用。 现在滤纸可以把层析液吸上去，当层析液越过滤液细线的时候，细线中的色素也溶解在了层析液中个，跟着层析液一起向上运动。 4.溶解度大意味着溶解速度快吗？NO! 胡萝卜素大喊一声，“我溶解度大，我先溶解了，走起！”，然后是其他色素，这样条带就区分开了。是这样的吗？答案是否定的，不是。 溶解度大小和溶解速度不是同一个概念。溶解度是指“在一定温度和压力下，物质在一定量溶剂中溶解的最高量[5]”，是溶解能力的定量表示。这个很好理解，我们可以用玻璃棒搅拌或者震荡仪来提高溶解速度，但是这些过程中，溶解度并没有变化。因此，上述用溶解速度来替代溶解度的解释是错误的。 5.固定相与流动相，说说纸层析的原理 纸层析法是以纸为载体的色谱法。固定相一般为纸纤维上吸附的水分，流动相为不与水相溶的有机溶剂。由于样品中各物质在两相的分配系数不同，因而扩散速度不同，从而达到分离的目的[6]。 色谱过程是物质在相对运动着的两相间进行分布平衡，物质既可进入固定相，又可进入流动相，这个过程叫做分配过程。分配过程进行的程度可用分配系数(K)来表示。 其中，表示组分在 A 相中的浓度，表示组分在 B 相中的浓度。真正实验中，我们还要考虑有效分配系数（）和比移值（）[7]。 图 4：分配系数与比移值，图片来源[7] 回到我们的实验中。 用铅笔在纸的底部画一条基线，用毛细管在基线上点少量混合试样。然后将纸垂直浸在适当溶剂中，溶剂通过毛细作用向上流动至基线并超越。样品中组分溶解在流动相，并被吸附在纸上向上移动。然而，纸含有一定量水分，如果一些组分可以与水分子发生作用，这些组分将会稍稍黏附在纸表面。与水分子越亲密，移动速度就越慢。说到底，还是要做受力分析啊。 因此，色素分离的原理更准确的说法是：色素在层析液和水中的分配系数不同，分配系数高的沿滤纸条扩散得快，反之则慢[8]。 综上，供参考！ 阅读原文
