（精选课件）硅胶柱层析技术

硅胶柱层析技术 1 常说的过柱子应该叫柱层析分离 也叫柱色谱 我们常用的是以硅胶或氧化铝作固定相的吸附柱 其实硅胶柱层析技术也可以称作硅胶吸附柱色谱技术 2 色谱法 又称层析法 是一种以分配平衡为机理的分配方法 色谱体系包含两个相 一个是固定相 一个是流动相 当两相相对运动时 反复多次的利用混合物中所含各组分分配平衡性质的差异 最后达到彼此分离的目的 色谱法按固定相的状态可分为柱色谱 平板色谱和棒色谱三种 而实验室中最常用的是柱层析和薄层层析 以及它们之间的配合应用 3 柱层析 1 吸附色谱的原理在一定条件下 硅胶与被分离物质之间产生作用 这种作用主要是物理和化学作用两种 物理作用来自于硅胶表表面与溶质分子之间的范德华力 化学作用主要是硅胶表面的硅羟基与待分离物质之间的氢键作用 2 操作步骤2 1硅胶准备硅胶一般选用250 400目 即40 63 m直径的硅胶颗粒 根据 Rf选用硅胶的用量 2 2实验仪器准备一支玻璃色谱柱 一个铁架台 烧杯 锥形瓶 径口直径较大的玻璃漏斗 一支玻璃棒 等 4 2 3装柱2 3 1吸附剂的加入 干法 将吸附剂一次加入色谱管 振动管壁使其均匀下沉 然后沿管壁缓缓加入开始层析时使用的流动相 或将色谱管下端出口加活塞 加入适量的流动相 旋开活塞使流动相缓缓滴出 然后自管顶缓缓加入吸附剂 使其均匀地润湿下沉 在管内形成松紧适度的吸附层 操作过程中应保持有充分的流动相留在吸附层的上面 湿法 将吸附剂与流动相混合 搅拌以除去空气泡 徐徐倾入色谱管中 然后再加入流动相 将附着于管壁的吸附剂洗下 使色谱柱表面平整 俟填装吸附剂所用流动相从色谱柱自然流下 液面将与柱表面相平时 即加试样溶液 5 2 3 2试样的加入 将试样溶于层析时使用的流动相中 再沿色谱管壁缓缓加入 注意勿使吸附剂翻起 或将试样溶于适当的溶剂中 与少量吸附剂混匀 再使溶剂挥发去尽后使呈松散状 将混有试样的吸附剂加在已制备好的色谱柱上面 如试样在常用溶剂中不溶解 可将试样与适量的吸附剂在乳钵中研磨混匀后加入 6 2 4洗脱除另有规定外 通常按流动相洗脱能力大小 递增变换流动相的品种和比例 分别分部收集流出液 至流出液中所含成分显著减少或不再含有时 再改变流动相的品种和比例 操作过程中应保持有充分的流动相留在吸附层的上面 2 5检测2 5 1初步检测当冲洗溶剂流出一定量后 可对流出液进行初步检测 并且将锥形瓶更换成小试管进行收集 一般只进行初步的快捷检测 因此通常是取一小薄层板 用铅笔和直尺将硅胶板分划成多个小方块 并按一定的次序编号 取一根内径为0 3mm左右的玻璃毛细管蘸取少量流出液 点于薄层板的一个小格内 待半点干后 然后用物理的或化学的方法检测 7 2 5 2正式检测 点样 取分部收集的冲洗溶液进行分别直接点样 如果冲洗溶液太稀 浓度太小 可先浓缩 点样的容器一般用玻璃毛细管 点样斑点的直径一般为3 5mm 展开 在普通的展开槽中进行 展开方式常选用上行展开 展开剂 使用冲洗溶液 显色 一般常用物理检测法和化学检测法 物理检测法中首先有紫外光法 紫外光常用两种波长 254nm与365nm 其次是碘蒸气显色法 化学检出法通常惊醒显色剂直接喷雾 显色剂有通用显色剂和专用显色剂 通用显色剂最常见的是硫酸 乙醇或甲醇 1 1 溶液 喷雾后 有的化合物立即反应 但多数化合物需加热后经历数分钟才显色 不同化合物的反应不同 所以颜色也往往不同 专用显色剂是指对某个或某一类化合物显色的试剂 利用化合物本身的特有性质 或利用其所含的某些官能团的特殊反应 展开后根据斑点的 可以粗略的估计待分离物的含量的大小 8 2 6合并根据上面薄层检测的结果 我们可以将具有相同Rf值的部分进行合并 然后利用旋转蒸发器对合并部分进行旋转蒸发 最后得到我们需要的目标产物 2 7色谱柱的洗涤在绝大多数情况下 硅胶分离柱中的硅胶是一次性使用 但在使用后的色谱柱中由于还含有冲洗溶剂 所以要将里面的硅胶到出是比较困难的 取出硅胶的一种方法是将该柱放置一段时间 让溶剂自然挥发完后 倒出硅胶 但这种方法既费时又污染环境 第二种方法可以用一根比色谱柱稍长的木杆或塑料杆将含有溶剂的硅胶一段一段地掏出 但这种办法也比较麻烦 第三种方法时利用一个一般地真空泵 将柱中剩余的溶剂进行减压抽出 在色谱柱和真空泵之间加一个冷阱 这样抽出地溶剂既进行了有效地收集而不污染环境 而色谱柱中地硅胶又能较快得到干燥 使硅胶能够方便地倒出 9 3 色谱柱的选择柱子可以分为 加压 常压 减压 压力可以增加淋洗剂的流动速度 减少产品收集的时间 但是会减低柱子的塔板数 所以其他条件相同的时候 常压柱是效率最高的 但是时间也最长 比如天然化合物的分离 一个柱子几个月也是有的 减压柱能够减少硅胶的使用量 感觉能够节省一半甚至更多 但是由于大量的空气通过硅胶会使溶剂挥发 有时在柱子外面有水汽凝结 以及有些比较易分解的东西可能得不到 而且还必须同时使用水泵抽气 很大的噪音 而且时间长 加压柱是一种比较好的方法 与常压柱类似 只不过外加压力使淋洗剂走的快些 压力的提供可以是压缩空气 双连球或者小气泵 给鱼缸供气的就行 特别是在容易分解的样品的分离中适用 压力不可过大 不然溶剂走的太快就会减低分离效果 常压柱色谱 又称柱层析 是色谱法中最常见的一种 它的突出优点是 分离效率比经典的化学分离方法高的多 与其他色谱法相比 不需要昂贵的仪器设备 更换流动相和吸附剂方便 消耗材料少 成本低 适合分离取样量从克到微克级范围很宽的各种样品 因此在化学实验室中至今仍被广泛应用 10 4溶剂的选择溶剂的选择也许是整个柱色谱分离操作中最困难之处 也是实验成功的最关键之处 溶剂通常先利用简便的硅胶薄层色谱进行筛选 4 1薄层色谱点样把样品溶解在一种低沸点的有机溶剂中 如氯仿 丙酮 甲醇 乙醇等 然后用毛细管或微量点样管将试液点到薄层板上 点样量要适当 一般点样量少些 则分离叫清晰 但要注意到检测灵敏度 4 2展开4 2 1展开剂选择选择展开剂时 可采用微量圆环法和小型色谱法进行选择 11 微量圆环法 将欲分离的物质 按常规方法点在薄板 两点相距2 3cm 再用毛细管吸取所实验的溶剂系统 垂直放于样点中心 让溶剂自毛细管中依中立流出进行展开 干燥后显色 观察斑点的分离情况 背试物质为未知化和物时 常先用低极性溶剂展开 如式样留在圆点不动 则需增加溶剂的极性或增大洗脱液的量 如移动过快 则必须用较低极性的溶剂来调整 小型色谱法 用普通的载薄片制成薄板 把欲分离的物质点载薄板上 放于小型玻璃缸或广口瓶中展开 干燥后显色 观察斑点分离情况 12 4 2 2展开薄层色谱的展开方法有上行法 下行法 双向展开法 径向展开法等 上行法 使展开剂由下向上爬 下行法 使展开剂由上向下 该法可使用极性较弱的展开剂 双向展开法 取方形薄板像纸色谱一样进行双向展开 径向展开法 可将吸附剂涂成圆形或扇形 在圆心部分加如展开剂 使薄层径向展开 多次展开 用展开剂对薄层展开一次 称为单次展开 一次展开后 取出薄板 挥发出去展开剂后再行展开 梯度展开 该法所用的展开剂在连续不断的改变组成 一般可把一个装有强极性展开剂的滴定管深入密闭的含弱极性的展开剂的层析槽中 槽中用电磁搅拌器把滴下的强极性展开剂混匀 此时 展开剂的极性逐渐由弱变强 使极性差别较大的多种组分混合物得以很好的分离 13 4 3显色展开后 如物质有色 可明显的在薄层上观察到它们的位置 如无色 则要通过一定的方法显色 定位 一边确定斑点的位置及大小 4 4常用溶剂的极性常用溶剂的极性顺序 石油醚 环己烷 己烷 苯 乙醚 氯仿 乙酸乙酯 正丁醇 丙酮 乙醇 甲醇 水 在薄层色谱中 当溶剂的极性太大时 会使待分离物全部接近溶剂前沿 当溶剂的极性太小时 又会使待分离物几乎全部保留在圆点 这两种情况都是待分离物得不到分离 使用单一溶剂 往往不能达到很好的分离效果 往往使用混合溶剂通常使用一个高极性和低极性溶剂组成的混合溶剂 高极性的溶剂还有增加区分度的作用 常用的溶剂组合有 Petroleumether Ethylacetate Petroleumether Acetone Petroleumether Ether Petroleumether CH2Cl2 CH2Cl2 ethylacetate ethylacetate MeOH CHCl3 ethylacetate 14 柱层析 极性小的用乙酸乙酯 石油醚系统极性较大的用甲醇 氯仿系统极性大的用甲醇 水 正丁醇 醋酸系统拖尾可以加入少量氨水或冰醋酸 15 1 称量200 300目硅胶 称30 70倍于上样量 如果极难分 也可以用100倍量的硅胶H 干硅胶的视密度在0 4左右 所以要称40g硅胶 用烧杯量100ml也可以 2 搅成匀浆加入干硅胶体积一倍的溶剂用玻璃棒充分搅拌 如果洗脱剂是石油醚 乙酸乙酯 丙酮体系 就用石油醚拌 如果洗脱剂是氯仿 醇体系 就用氯仿拌 如果不能搅成匀浆 说明溶剂中含水量太大 尤其是乙酸乙酯 丙酮 如果不与水配伍走分配色谱的话 必须预先用无水硫酸钠久置干燥 氯仿用无水氯化钙干燥 以除去1 的醇 如果样品对酸敏感 不能用氯仿体系过柱 匀浆法 16 3 装柱将柱底用棉花塞紧 不必用海沙 加入约1 3体积石油醚 氯仿 装上蓄液球 打开柱下活塞 将匀浆一次倾入蓄液球内 随着沉降 会有一些硅胶沾在蓄液球内 用石油醚 氯仿 将其冲入柱中 4 压实沉降完成后 加入更多的石油醚 氯仿 用双联球或气泵加压 直至流速恒定 柱床约被压缩至9 10体积 无论走常压柱或加压柱 都应进行这一步 可使分离度提高很多 且可以避免过柱时由于柱床萎缩产生开裂 17 5 上样干法湿法都可以 海沙是没必要的 上样后 加入一些洗脱剂 再将一团脱脂棉塞至接近硅胶表面 然后就可以放心地加入大量洗脱剂 而不会冲坏硅胶表面 6 过柱和收集柱层析实际上是在扩散和分离之间的权衡 太低的洗脱强度并不好 推荐用梯度洗脱 收集的例子 10mg上样量 1g硅胶H 0 5ml收一馏分 1 2g上样量 50g硅胶 200 300目 20 50ml收一馏分 18 7 检测要更多地使用专用喷显剂 如果仅用紫外灯 会损失较多产品 紫外的灵敏度一般比喷显剂底1 2个数量级 8 送谱收集的产品旋干 在送谱前通常需要重结晶 如果样品太少或为液体 可过一小凝胶柱 作为送谱前的最后纯化手段 可除去氢谱1 5ppm左右所谓的 硅胶 峰 19 TIPS 1 先根据TLC方法筛选好洗脱剂 使两相邻物质Rf值之差最大化2 将柱子必须装平整 均匀3 考虑有限柱填料的吸附量4 可考虑用梯度法分开并洗脱 20 柱子可以分为 加压 常压 减压 压力可以增加淋洗剂的流动速度 减少产品收集的时间 但是会减低柱子的塔板数 所以其他条件相同的时候 常压柱是效率最高的 但是时间也最长 比如天然化合物的分离 一个柱子几个月也是有的 减压柱能够减少硅胶的使用量 感觉能够节省一半甚至更多 但是由于大量的空气通过硅胶会使溶剂挥发 有时在柱子外面有水汽凝结 以及有些比较易分解的东西可能得不到 而且还必须同时使用水泵抽气 很大的噪音 而且时间长 加压柱是一种比较好的方法 与常压柱类似 只不过外加压力使淋洗剂走的快些 压力的提供可以是压缩空气 双连球或者小气泵 给鱼缸供气的就行 特别是在容易分解的样品的分离中适用 压力不可过大 不然溶剂走的太快就会减低分离效果 关于无水无氧柱 适用于对氧 水敏感 易分解的产品 21 关于柱子的尺寸 柱子长了 相应的塔板数就高 柱子粗了 上样后样品的原点就小 反映在柱子上就是样品层比较薄 这样相对的减小了分离的难度 试想如果柱子十厘米 而样品就有二厘米 那么分离的难度可想而知 恐怕要用很低极性的溶剂慢慢冲了 而如果样品层只有0 5厘米 那么各组分就比较容易得到完全分离了 当然采用粗大的柱子要牺牲比较多的硅胶和溶剂了 不过这些成本相对于产品来说也许就不算什么了 有些不环保的说 不过溶剂回收重蒸后也就减小了部分浪费 22 现在见到的柱子径高比一般在1 5 10 书中写硅胶量是样品量的30 40倍 具体的选择要具体分析 如果所需组分和杂质分的比较开 是指在所需组分rf在0 2 0 4 杂质相差0 1以上 就可以少用硅胶 用小柱子 例如200毫克的样品 用2cm 20cm的柱子 如果相差不到0 1 就要加大柱子 我觉得可以增加柱子的直径 比如用3cm的 也可以减小淋洗剂的极性等等 23 关于湿法 干法上样 湿法上样 一般用淋洗剂溶解样品 也可以用二氯甲烷 乙酸乙酯等 但溶剂越少越好 不然溶剂就成了淋洗剂了 很多样品在上柱前是粘乎乎的 一般没关系 可是有的上样后在硅胶上又会析出 这一般都是比较大量的样品才会出现 是因为硅胶对样品的吸附饱和 而样品本身又是比较好的固体才会发生 这就应该先重结晶 得到大部分的产品后再柱分 如果不能重结晶那就不管它了 直接过就是了 样品随着淋洗剂流动会溶解的 干法上样 一般用于固体或粘度大的液体样品 样品用低沸点易溶溶剂溶解 加入1 3倍的粗硅胶 晾干或旋干 干燥的标准是硅胶成细粉而不粘在瓶壁上 装好的柱子上留一段溶剂 把吸附了样品的硅胶慢慢到进去 震动柱子或再加一些溶剂 把粘在柱壁上的硅胶洗下 24 溶剂的选择 当然是最便宜 最安全 最环保的了 所以大多选用石油醚 乙酸乙酯 文献中有写用正己烷的 太贵了 除非特别需要不要用不然银子哗哗的 流的比淋洗剂还快 不过因为极性很小 有时还是非它不可 乙醚也可以用 但是就是容易睡觉 注意保持清醒别让溶剂流干了 那样柱子也就不爽了 二氯甲烷也有用的 但是要知道 它和硅胶的吸附是一个放热过程 所以夏天的时候经常会在柱子里产生气泡 天气冷的时候会好一些 甲醇 据说能溶解部分的硅胶 所以产品如果想过元素分析的话要留神 应该经过后继处理 比如说重结晶等 其他的溶剂用的相对较少 要依个人的不同需要选择了 25 由于某些原因 用到的淋洗剂多是大包装的 便宜嘛 我们这里是用10升或25升的塑料桶装的 就要注意这些工业品的纯度是较低的 经常能够从送来的大桶底部看见有色的杂质 其他的杂质就可想而知了 所以在比较严格的柱分时就要对溶剂重蒸 当然过原料时就可以免去这一步了 反正下面还有提纯的方法 另外溶剂在过柱子后最好也回收使用 一方面环保 另一方面也能节省部分经费 缺点是要消耗一定的人工 这里要注意的是 一般在过柱同时进行的是减压旋蒸 石油醚和乙酸乙酯的比例由于挥发度的不同会导致极性的变化 一般会使得极性变大 在梯度淋洗时比较合适 正好极性越来越大了 在过完柱子后 溶剂最后回收要采用常压 因为在减压旋蒸时会有部分低沸点的杂质一起出来 常压时就会减少这种现象 如果杂质和你下面要过的样品有反应那就惨了 26 关于操作问题 1装柱柱子下面的活塞一定不要涂润滑剂 会被淋洗剂带到产品中的 可以采用四氟节门 T型四氟节门三通接头 的 干法和湿法装柱觉得没什么区别 只要能把柱子装实就行 装完的柱子应该要适度的紧密 太